(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガスを供給する第１のガス供給手段と、
前記第１のガスと混合される第２のガスを供給する第２のガス供給手段と、
前記第２のガスを先端から噴出させる管状の複数のガス供給管と、
前記複数のガス供給管の外周面を囲んでそれぞれ配置され、前記第１のガスを噴出させる噴出部と、を備えたガス混合・整流装置であって、
前記第１のガス供給手段は、扁平形状の第１のガス室と、前記第１のガス室の底面部に設けられた第１のガス供給口において前記第１のガス室と連通し、前記第１のガス室に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、を備え、
前記第２のガス供給手段は、扁平形状の第２のガス室と、第２のガス供給口において前記第２のガス室と連通し、前記第２のガス室に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を備え、
前記第１のガス室及び前記第２のガス室は、前記複数のガス供給管を支持する隔壁部を介して積層形成されており、
前記複数のガス供給管は、先端と反対側の他端が前記第２のガス室と連通し、前記第１のガス室の前記底面部と対向する上面部に設けられた複数の貫通穴から各先端が筐体の外部に突出し、前記噴出部が前記貫通穴の内縁と前記ガス供給管の外周面との間隙として形成されるように前記隔壁部に各々支持されており、
前記第１のガス室を前記上面部側から平面視したときに、前記複数の噴出部からなる噴出部群に外接し面積が最小となる矩形状の面を想定し、この矩形状の面を有する直方体状のガス流入領域を前記第１のガス室の内部に設定し、第１のガス供給口側の辺を正面辺、正面辺に対向する辺を対向辺、正面辺と直交する２辺を側面辺とした場合に、
前記底面部と前記上面部とを接続する前記第１のガス室の側壁部の内側には、前記第１のガス供給口に向かって突出して形成され、第１のガスを側方に分配する第１の突出部と、
外方に凸になる曲面状に形成され、前記第１の突出部により分配された第１のガスを、前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するように案内する第１の案内部と、が形成されており、
前記第１のガス供給口から噴出し、前記上面部に衝突した後に、正面辺、対向辺、側面辺の各辺側から前記ガス流入領域に流入する第１のガスの流量が、各辺の長さに比例して分配されるように構成されていることを特徴とするガス混合・整流装置。
【請求項２】
前記第１の突出部の先端は、尖った角状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス混合・整流装置。
【請求項３】
前記噴出部群を先端方向から平面視した場合に、前記正面辺の両端部と前記第１のガス供給口とがなす角αに比例して分配されるガス流量が、前記正面辺の長さに比例したガス流量となるとともに、
前記第１の突出部の両端部と前記第１のガス供給口とがなす角βに比例して分配されるガス流量が、前記対向辺の長さに比例したガス流量が前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するようなガス流量となるように、
前記第１のガス供給口の位置が設定されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス混合・整流装置。
【請求項４】
前記対向辺及び側面辺が前記第１のガス室の側壁部とそれぞれ平行である場合、前記側面辺と側壁部との距離と前記対向辺と側壁部との距離との比が、前記側面辺の長さと前記対向辺の長さとの比と等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のガス混合・整流装置。
【請求項５】
前記ガス流入領域の対称軸上に前記第１のガス供給口及び前記第１の突出部が配置されており、前記第１のガス室が当該対称軸に対称となる形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガス混合・整流装置。
【請求項６】
前記第２のガス供給口は前記第２のガス室の底面部に設けられており、
前記第２のガス室の側壁部の内側には、前記第２のガス供給口に向かって突出して形成され、第２のガスを側方に分配する第２の突出部と、外方に凸になる曲面状に形成され、前記第２の突出部により分配された第２のガスを前記第２のガス室内部の前記対向辺側に対応する位置から前記噴出部群に対応する位置に向かって流れるように案内する第２の案内部と、が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のガス混合・整流装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載のガス混合・整流装置において、前記ガス供給管を先端に半球状の微小火炎であるマイクロフレームを形成するバーナとし、前記第２のガスを燃料ガスとし、前記第１のガスを燃料ガスを燃焼させるための酸化剤ガスとして構成したことを特徴とする燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類のガスを均一に混合し整流するガス混合・整流装置及びこのガス混合・整流装置構造を用い、微小火炎であるマイクロフレームを形成可能なバーナを複数備えた燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、予混合燃焼器などの燃焼装置、燃焼実験で用いる風洞などには、燃料ガスと大気、などの２種類のガスを混合するためのガス混合器が設けられている。このようなガス混合器として、例えば、ガスをノズルからベンチュリー管に噴出させ、大気を吸引混合するインジェクタや燃料ガスと大気とを一つのブロアで吸引、昇圧するプレミキサ混合器が用いられている（非特許文献１）。
また、ダクト内の流れを整流し一様流速を得る場合には、ノズルや多孔板を用いたガス整流装置が用いられている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１３８５７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ガス燃焼の理論と実際、仲町一郎、庄司不二雄、省エネルギーセンター、１９９２、ｐ．２０４−２０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
各種プラントなどのダクト内において、一様流速の任意組成の混合ガス流を得ようとする場合、または、予混合燃焼器を用いて一様流速の燃焼ガス流を得ようとする場合には、ガスを混合するためのガス混合装置と、一様流速を得るためのガス整流装置と、が必要であった。従来、これらを別々に用意する必要があったため、装置が複雑で大型化するという問題があった。
また、ノズルを用いたガス整流装置では、一様流速を得たい流路よりも大きな寸法の縮流ノズルを用いるため、ガス整流装置が大型化するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、一台の装置で、２種類のガスを混合するとともに、一様流速を得るための整流が可能であり、小型化が可能なガス混合・整流装置を提供することを目的とする。
また、当該ガス混合・整流装置を用いて、火炎の分布に斑がなく、均一な面加熱が可能な燃焼器、または、一様流速の燃焼ガスを流路内に供給することができる燃焼器、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、上記目的を実現するために、請求項１に記載の発明では、第１のガスを供給する第１のガス供給手段と、前記第１のガスと混合される第２のガスを供給する第２のガス供給手段と、前記第２のガスを先端から噴出させる管状の複数のガス供給管と、前記複数のガス供給管の外周面を囲んでそれぞれ配置され、前記第１のガスを噴出させる噴出部と、を備えたガス混合・整流装置であって、前記第１のガス供給手段は、扁平形状の第１のガス室と、前記第１のガス室の底面部に設けられた第１のガス供給口において前記第１のガス室と連通し、前記第１のガス室に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、を備え、前記第２のガス供給手段は、扁平形状の第２のガス室と、第２のガス供給口において前記第２のガス室と連通し、前記第２のガス室に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を備え、前記第１のガス室及び前記第２のガス室は、前記複数のガス供給管を支持する隔壁部を介して積層形成されており、前記複数のガス供給管は、先端と反対側の他端が前記第２のガス室と連通し、前記第１のガス室の前記底面部と対向する上面部に設けられた複数の貫通穴から各先端が筐体の外部に突出し、前記噴出部が前記貫通穴の内縁と前記ガス供給管の外周面との間隙として形成されるように前記隔壁部に各々支持されており、前記第１のガス室を前記上面部側から平面視したときに、前記複数の噴出部からなる噴出部群に外接し面積が最小となる矩形状の面を想定し、この矩形状の面を有する直方体状のガス流入領域を前記第１のガス室の内部に設定し、第１のガス供給口側の辺を正面辺、正面辺に対向する辺を対向辺、正面辺と直交する２辺を側面辺とした場合に、前記底面部と前記上面部とを接続する前記第１のガス室の側壁部の内側には、前記第１のガス供給口に向かって突出して形成され、第１のガスを側方に分配する第１の突出部と、外方に凸になる曲面状に形成され、前記第１の突出部により分配された第１のガスを、前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するように案内する第１の案内部と、が形成されており、前記第１のガス供給口から噴出し、前記上面部に衝突した後に、正面辺、対向辺、側面辺の各辺側から前記ガス流入領域に流入する第１のガスの流量が、各辺の長さに比例して分配されるように構成されている、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、第１のガス室の底面部に設けられている第１のガス供給口から噴出し、一旦上面部に衝突して等方的に広がった第１のガスを第１のガス室の側壁部の内側に形成された第１の突出部により側方に分配し、外方に凸になる曲面状に形成された第１の案内部により第１の突出部により分配された第１のガスを、前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するように案内することにより、ガス流入領域の正面辺、対向辺、側面辺の各辺側から流入する第１のガスの流量が、各辺の長さに比例して分配されるようにすることができる。
これにより、第１のガスをガス流入領域に向かってむらのない速さ分布で流すことができ、貫通穴の内縁とガス供給管の外周面との間に形成される噴出部からそれぞれ第２のガスを噴出部の位置によるむらのない流量で噴出させることができるので、一様流速が得られるように整流することができる。
また、第１のガスを噴出させる噴出部は、第２のガスが噴出する複数のガス供給管に対応してそれぞれ設けられているため、第１のガスと第２のガスとが接触する界面を増大させることができるので、効率的に両者を混合することができる。
これにより、一台の装置で、２種類のガスを混合するとともに、一様流速を得るための整流が可能であるため、一様流速の任意組成の混合ガス流を得るためのガス混合・整流装置を小型化することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のガス混合・整流装置において、前記第１の突出部の先端は、尖った角状に形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１０】
請求項２に記載の発明のように、前記第１の突出部の先端は、尖った角状に形成されているため、第１のガスが第１の突出部により第１のガス供給口側に反射することがなく、より効果的に側方に分配することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のガス混合・整流装置において、前記噴出部群を先端方向から平面視した場合に、前記正面辺の両端部と前記第１のガス供給口とがなす角αに比例して分配されるガス流量が、前記正面辺の長さに比例したガス流量となるとともに、前記第１の突出部の両端部と前記第１のガス供給口とがなす角βに比例して分配されるガス流量が、前記対向辺の長さに比例したガス流量が前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するようなガス流量となるように、前記第１のガス供給口の位置が設定された、という技術的手段を用いる。
【００１２】
第１のガスは、第１のガス供給口から噴出し、一旦上面部に衝突して等方的に広がり、角α、βに比例してガス流量が分配されるので、請求項３に記載の発明のように、角αに比例して分配されるガス流量が、正面辺の長さに応じたガス流量となるとともに、角βに比例して分配されるガス流量が、対向辺の長さに応じたガス流量が対向辺側からガス流入領域に流入するようなガス流量となるように、第１のガス供給口の位置を設定することができる。これにより、第１のガスをガス流入領域に向かってむらのない速さ分布で流すことができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のガス混合・整流装置において、前記対向辺及び側面辺が前記第１のガス室の側壁部とそれぞれ平行である場合、前記側面辺と側壁部との距離と前記対向辺と側壁部との距離との比が、前記側面辺の長さと前記対向辺の長さとの比と等しくなるように構成されている、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、側面辺と側壁部との間のガス流路の幅と対向辺と側壁部との間のガス流路の幅とを、ガス流量に応じたものとすることができるので、よりむらのない速さ分布とすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガス混合・整流装置において、前記ガス流入領域の対称軸上に前記第１のガス供給口及び前記第１の突出部が配置されており、前記第１のガス室が当該対称軸に対称となる形状に形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、第１のガスをガス流入領域の対称軸に対して対称性を保ったまま流すことができるので、第１のガスをガス流入領域に向かってよりむらのない速さ分布で流すことができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のガス混合・整流装置において、前記第２のガス供給口は前記第２のガス室の底面部に設けられており、前記第２のガス室の側壁部の内側には、前記第２のガス供給口に向かって突出して形成され、第２のガスを側方に分配する第２の突出部と、外方に凸になる曲面状に形成され、前記第２の突出部により分配された第２のガスを前記第２のガス室内部の前記対向辺側に対応する位置から前記噴出部群に対応する位置に向かって流れるように案内する第２の案内部と、が形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項６に記載の発明のように、第２のガス室にも第１のガス室の第１の突出部及び第１の案内部に対応する第２の突出部及び第２の案内部を設けることにより、第２のガス室内において第２のガスをむらのない速さ分布で流すことができるため、各ガス供給管から第２のガスをよりむらのない速さで噴出させることができる。これにより、各ガス供給管と各噴出部とにおいて、第１のガス及び第２のガスのより均一な混合が可能となるため、好ましい。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、燃焼器が、請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載のガス混合・整流装置において、前記ガス供給管を先端に半球状の微小火炎であるマイクロフレームを形成するバーナとし、前記第２のガスを燃料ガスとし、前記第１のガスを燃料ガスを燃焼させるための酸化剤ガスとして構成した、という技術的手段を用いる。
【００２０】
マイクロフレームアレイ型燃焼器は、面加熱に好適に用いることができるので、複数のバーナにより構成される燃焼部を大面積化することが望ましいが、燃焼部を大型化することにより、各ノズルにおける燃料ガス及び酸化剤ガスの流量にむらが生じ、火炎の消えや合体が生じるおそれがある。火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成するためには、各バーナから噴出する燃焼ガスと各バーナの周囲から供給される酸化剤ガスとがむらのない流量であることが必要となる。燃焼器のサイズは小型化の要請が高いため、燃焼器を大きくすることにより燃焼ガス及び酸化剤ガスの速さ分布を改善することは好ましくない。
請求項７に記載の発明のようにマイクロフレームアレイ型燃焼器を構成すると、各バーナ及び噴出部において、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれむらのない速さ分布で噴出させることができるため、燃焼部を大面積化しても火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成可能、つまり、火炎の分布に斑がなく、均一な面加熱が可能な燃焼器を小型に構成することができる。また、一様流速の燃焼ガスを流路内に供給することができる燃焼器として構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】燃焼器の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】第１ガス室の構造を示す平面透視図である。
【図４】第２ガス室の構造を示す平面図である。
【図５】第１ガス室の変更例を示す断面説明図である。
【図６】数値流体解析における比較例のモデル形状を示す説明図である。図６（Ａ）は平面透視図、図６（Ｂ）は側面透視図である。
【図７】数値流体解析による第１ガス室でのガスの流量分布の解析結果を示す説明図である。図７（Ａ）は比較例の解析結果、図７（Ｂ）は実施例の解析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１実施形態）
本発明のガス混合・整流装置について、図を参照して説明する。
【００２３】
図１に示すように、ガス混合・整流装置１は、筐体２として、上面部３１ｂから複数のガス供給管５１の先端がそれぞれ外部に突出する上部部材３と、下部部材４と、ガス供給管５１を支持する隔壁部５と、混合されたガスが流通する混合ガス流通部６と、を備えている。ここで、図１においては、内部構造が明瞭となるように、混合ガス流通部６の内部の構造も実線で示している。
【００２４】
図１及び図２に示すように、第１ガスを供給する第１ガス供給手段３０は、上部部材３と隔壁部５とから形成される扁平形状の第１ガス室３１と、第１ガス室３１の底面部３１ａに設けられた第１ガス供給口３２ａにおいて第１ガス室３１と連通し、ガスボンベなど（図示せず）に接続され第１ガス室３１に第１ガスを供給する第１ガス供給部３２と、を備えている。本実施形態では、第１ガス供給部３２は、下部部材４の下面から外部に連通して設けられている。ここで、底面部３１ａは隔壁部５により形成されている。
【００２５】
底面部３１ａに対向し平行に設けられている上面部３１ｂには、ガス供給管５１がそれぞれ外部に突出する貫通穴３３が設けられており、ガス供給管５１の外周面と貫通穴３３の内縁との間隙として第１ガスが噴出する噴出部３４が形成されている。
【００２６】
第２ガス供給手段４０は、下部部材４と隔壁部５とから形成される扁平形状の第２ガス室４１と、第２ガス室４１の底面部４１ａに設けられた第２ガス供給口４２ａにおいて第２ガス室４１と連通し、ガスボンベなど（図示せず）に接続され第２ガス室４１に第２ガスを供給する第１ガス供給部４２と、を備えている。ここで、底面部４１ａに対向し平行に設けられている上面部４１ｂは隔壁部５により形成されており、第１ガス室３１及び第２ガス室４１は、隔壁部５を介して積層形成されている。
【００２７】
各ガス供給管５１は、先端５１ａが貫通穴３３から外部に突出し、他端５１ｂが第２ガス室４１と連通するように、隔壁部５により支持されている。本実施形態では、ガス供給管５１は、長手方向に１７列、幅方向に１３列の合計２２１本が等間隔に配置されている。
【００２８】
混合ガス流通部６は、各ガス供給管５１を覆う箱状に形成されており、混合ガスを用いる装置（図示せず）に接続されており、一様流速の混合ガスを当該装置に供給する。なお、混合ガス流通部６は、装置の用途により任意の形状を採用することができ、省略することもできる。
【００２９】
噴出部３４から噴出する第１ガスの流れを考えるために、図３に示すようなガス流入領域６０を設定する。図３は、第１ガス室３１を上面部３１ｂ側から見た平面透視図である。まず、第１ガス室３１を上面部３１ｂ側から平面視したときに、噴出部３４からなる噴出部群を考える。次に、この噴出部群に外接し面積が最小となる矩形状の面を想定する。そして、第１ガス室３１の内部に、この矩形状の面、図３では長方形の面を上面とし、高さを第１ガス室３１の厚さとして形成される直方体状の領域をガス流入領域６０として設定する。
ここで、この長方形の第１ガス供給口側の辺を正面辺６１、正面辺６１に対向する辺を対向辺６２、正面辺６１と直交する２辺を側面辺６３、６３とする。
第１ガス供給口３２ａから第１ガス室３１の内部に供給された第１ガスは、噴出部３４から噴出するまでに、このガス流入領域６０に直方体の側面から流入することになる。第１ガスがガス流入領域６０に流入する方向を、正面辺６１、対向辺６２、側面辺６３を用いて、例えば、「第１ガスは正面辺６１辺側から流入する」というように表現する。
【００３０】
第１ガス室３１の底面部３１ａと上面部３１ｂとを接続する側壁部３５の内側には、第１ガス供給口３２ａに向かって突出して形成され、第１ガスを側方（図中の左右方向）に分配する第１突出部３６が形成されている。第１突出部３６の先端３６ａは、尖った角状に形成されている。
【００３１】
第１ガス室３１の隅部には、第１突出部３６に隣接して、外方に凸になる曲面状、本実施形態では円弧状、に形成された第１案内部３７が形成されている。第１案内部３７は、第１突出部３６により分配された第１ガスを、対向辺６２側からガス流入領域６０内に流入するように案内する。第１案内部３７は、第１突出部３６の端部３６ｂと側壁部３５とを滑らかに接続するＲ形状に形成されている。
【００３２】
第１案内部３７に対向した第１ガス室３１の隅部には、外方に凸になる曲面状に形成されたＲ部３８が形成されている。隅部が角状の場合、第１ガスが隅部に滞留するため、第１ガスを有効に対向辺６２側に案内するために設けられている。ここで、Ｒ部３８は第１案内部３７よりも小さいＲ形状でよい。
【００３３】
第１ガス供給口３２ａ及び第１突出部３６は、ガス流入領域６０の対称軸Ｘ上に配置されている。また、第１ガス室３１が対称軸Ｘに対称となる形状に形成されている。そして、側面辺６３と側壁部３５との距離Ｗ１と対向辺６２と側壁部３５との距離Ｗ２との比が、側面辺Ｌ２の長さと対向辺Ｌ１の長さとの比と等しくなるように構成されている。
【００３４】
図３を参照し、第１ガスの流れについて説明する。噴出部群を平面視した場合に、正面辺６１の両端部と第１ガス供給口３２ａとがなす角をα、第１突出部３６の両端部３６ｂ、３６ｂと第１ガス供給口３２ａとがなす角をβ、残りの２角をそれぞれγとする。第１ガス供給部３２による第１ガス供給口３２ａから噴出した第１ガスは、一旦上面部に衝突して等方的に広がるため、角α、β、γに比例したガス流量が角α、β、γに対応する領域にそれぞれに分配される。
【００３５】
角αに対応する領域に噴出した第１ガスは、流路Ａにより正面辺６１側からガス流入領域６０に流入する。このとき、角αは、正面辺６１側からガス流入領域６０に流入する第１ガスが、正面辺６１の長さに比例したガス流量となるように設定されている。
【００３６】
角βに対応する領域に噴出した第１ガスは、第１突出部に衝突して等しい流量で側方に分配される。第１突出部３６の先端３６ａは尖った角状に形成されているため、第１ガスが第１ガス供給口側に反射することがなく、より効果的に側方に分配することができる。
【００３７】
第１突出部３６により側方に分配された第１ガスは、第１案内部により流路Ｂに示すように案内され、対向辺６２側からガス流入領域６０に流入する。このとき、角βは、対向辺６２側からガス流入領域６０に流入する第１ガスが、対向辺６２の長さに比例したガス流量となるように設定されている。
【００３８】
角γに対応する領域に噴出した第１ガスは、流路Ｃにより各側面辺６３、６３側からガス流入領域６０に流入する。このとき、角γは、各側面辺６１側からガス流入領域６０に流入する第１ガスが、側面辺６３の長さに比例したガス流量となるように設定されている。
【００３９】
以上に示すように、第１ガス供給口３２ａの位置は、ガス流入領域６０の正面辺６１、対向辺６２、側面辺６３、６３の各辺側から流入する第１ガスの流量を、各辺の長さに比例して分配することができる位置に設定されている。これにより、第１ガスをガス流入領域６０に向かってむらのない速さ分布で流すことができるので、各噴出部３４から第１ガスを噴出部３４の位置によるむらのない流量でそれぞれ噴出させることができる。
【００４０】
また、側面辺６３と側壁部３５との間のガス流路の幅Ｗ１と対向辺６２と側壁部３５との間のガス流路の幅Ｗ２とを、ガス流量に応じたものとすることができるので、よりむらのない速さ分布とすることができる。
【００４１】
第１ガスをガス流入領域６０の長手方向の対称軸Ｘに対して対称性を保ったまま流すことができるので、第１ガスをガス流入領域６０に向かってよりむらのない速さ分布で流すことができる。
【００４２】
第２ガス室４１は、図４に示すように、第１ガス室３１と同様の構造を備えている。第２ガス室４１の側壁部４３の内側には、第２ガス供給口４２ａに向かって突出して形成され、第２ガスを側方に分配する第２突出部４４と、外方に凸になる曲面状に形成され、第２突出部４４により分配された第２ガスを、第１ガス室３１内部の対向辺６２側に対応する位置から噴出部群に対応する位置に向かって流れるように案内する第２案内部４５と、が形成されている。また、第２案内部４５に対向した第２ガス室４１の隅部には、外方に凸になる曲面状に形成されたＲ部４６が形成されている。
【００４３】
第２ガス室４１に、第１ガス室３１の第１突出部及び第１案内部に対応する第２突出部及び第２案内部をそれぞれ設けることにより、第２ガス室４１内において第２ガスをむらのない速さ分布で流すことができるため、各ガス供給管５１から第２ガスをよりむらのない速さで噴出させることができる。これにより、各ガス供給管５１と各噴出部３４とにおいて、第１ガス及び第２ガスのより均一な混合が可能となる。また、噴出部３４は、第２ガスが噴出するガス供給管５１を取り囲むようにそれぞれ設けられているため、第１のガスと第２のガスとが接触する界面を増大させることができ、効率的に両者を混合することができる。
【００４４】
そして、混合されたガスは、混合ガス流通部６にむらのない速さ分布で導入される。
【００４５】
（変更例）
ガス供給管５１の本数は本実施形態に限定されるものではなく、配列形状としては、円、楕円、四角以外の多角形など各種形状を採用することができる。
第１突出部３６は、第１ガスを側方に効率よく分配することができれば、各種形状を採用することができる。例えば、平面部を備えてもよい。
第１案内部３７は、第１突出部３６により分配された第１ガスを、対向辺６２側からガス流入領域６０内に流入するように案内することができれば、各種形状を採用することができる。例えば、円弧以外の曲面形状とすることができる。
【００４６】
図５に示すように、第１ガス室３１には、第１ガス供給口３２ａから上面部３１ｂに向かって突出する管状に形成された第１ガス案内管３９を設けることもできる。第１ガス案内管３９は、第１ガス供給口３２ａから第１ガス室３１内に導入される第１ガスを上面部３１ｂ近傍まで広がらないように案内し、第１ガス供給口３２ａ直上の狭い領域に衝突させることができるので、第１ガスを上面部３１ｂに適切に衝突させ、より等方的に広げることができる。これにより、第１ガスをより精度よく分配することができるので、よりむらのない速さ分布を得ることができる。
【００４７】
［第１実施形態の効果］
本発明のガス混合・整流装置１によれば、上述した構成とすることにより、第１ガス室３１の底面部３１ａに設けられている第１ガス供給口３２ａから噴出し、一旦上面部３１ｂに衝突して等方的に広がった第１ガスを第１ガス室３１の側壁部３５の内側に形成された第１突出部３６により側方に分配し、外方に凸になる曲面状に形成された第１案内部３７により第１の突出部３６により分配された第１ガスを、対向辺６２側からガス流入領域６０に流入するように案内することにより、ガス流入領域６０の正面辺６１、対向辺６２、側面辺６３、６３の各辺側から流入する第１ガスの流量が、各辺の長さに比例して分配されるようにすることができる。
これにより、第１ガスをガス流入領域６０に向かって均一な速さ分布で流すことができ、各噴出部３４から第２のガスをそれぞれ均一な流量で噴出させることができるので、ガス供給管５１から噴出する第１ガスと効率的に混合し、一様流速が得られるように整流することができる。また、第１ガスを噴出させる噴出部３４は、ガス供給管５１に対応してそれぞれ設けられているため、第１ガスと第２ガスとが接触する界面を増大させることができるので、より効率的に両者を混合することができる。
これにより、一台の装置で、２種類のガスを混合するとともに、一様流速を得るための整流が可能であるため、一様流速の任意組成の混合ガス流を得るためのガス混合・整流装置１を小型化することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明のガス混合・整流装置構造を用いた燃焼器について、図を参照して説明する。発明者らが開発したマイクロフレームアレイ型燃焼器（特開２００９−１９２２１３号公報）は、面加熱に好適に用いることができるので、複数のバーナにより構成される燃焼部を大面積化することが望ましいが、燃焼部を大型化することにより、各ノズルにおける燃料ガス及び酸化剤ガスの流量にむらが生じ、火炎の消えや合体が生じるおそれがある。火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成するためには、各バーナから噴出する燃焼ガスと各バーナの周囲から供給される酸化剤ガスとがむらのない流量であることが必要となる。燃焼器のサイズは小型化の要請が高いため、燃焼器を大きくすることにより燃焼ガス及び酸化剤ガスの速さ分布を改善する構成は採用できない。
【００４９】
そこで、第１実施形態のガス混合・整流装置１から混合ガス流通部６を除いた構造を、マイクロフレームアレイ型燃焼器として採用した。
【００５０】
本発明のガス混合・整流装置の構造をマイクロフレームアレイ型燃焼器として用いるには、ガス供給管５１を先端５１ａに半球状の微小火炎であるマイクロフレームを形成するバーナとし、第１ガスを燃料ガスを燃焼させるための空気などの酸化剤ガス、第２ガスをメタン、ブタン、プロパンなどの燃料ガスとする。
【００５１】
ガス供給管５１の先端５１ａから燃料ガスを、噴出部３４から酸化剤ガスを、所定の流量となるようにそれぞれ噴出させて点火すると、各ガス供給管５１の先端５１ａに半球状のマイクロフレームが各々形成され、平坦な加熱面である燃焼部が形成される。噴出部３４から噴出する酸化剤ガスは、マイクロフレームの周囲を取り囲むようにして供給される。
【００５２】
この燃焼部に対して、加熱対象物を近接させることにより加熱することができる。
【００５３】
上述した構成のマイクロフレームアレイ型燃焼器とすることにより、燃焼器を大型化することなく燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれむらのない速さ分布で噴出させることができるため、燃焼部を大面積化しても火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成することができる。また、燃焼ガスは一様流速で流れるので、一様流速の燃焼ガスを流路内に供給することができる燃焼器として構成することができる。
【００５４】
［第２実施形態の効果］
本発明のガス混合・整流装置１を用い、上述した構成のマイクロフレームアレイ型燃焼器とすることにより、各ガス供給管５１及び噴出部３４において、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれむらのない速さ分布で噴出させることができるため、燃焼部を大面積化しても火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成し、火炎の分布に斑がなく、均一な面加熱が可能な燃焼器を小型に構成することができる。また、一様流速の燃焼ガスを流路内に供給することができる燃焼器として構成することができる。
【実施例】
【００５５】
数値流体解析により、第１ガス室から各噴出部を通って噴出するガスの流量分布を調べた。
【００５６】
実施例は、図３に示した形状で、噴出部は１７×１３の配列、Ｗ１／Ｗ２＝１６／６、α＝７０°、β＝９０°とした。
【００５７】
比較例として図６に示すような上部部材１０３の側面部１３１からガスを導入する形状を採用した。ガスは、上部部材１０３の短辺側の側面部１３１と第１ガス室１３２とを連通するガス供給路１３３を介して第１ガス室１３２に導入される。第１ガス室１３２は矩形状で実施例と同じ深さとし、噴出部１３４の形状及び配置は実施例と同様とした。ガス流入領域と第１ガス室１３２の側壁部との距離はそれぞれ実施例のＷ２と同様とした。つまり、実施例では比較例に比べ噴出部の周囲の空間を拡幅している。
【００５８】
数値流体解析は、SolidWorks Flow Simulation 2009（ダッソー・システムズ・ソリッドワークス社）を用いて行った。SolidWorks Flow
Simulationでは、流れ場の基礎方程式は、有限体積法を用いて、三次元の座標軸に垂直な面で構成される直方体メッシュ上で解かれる。有限体積法に基づき、方程式系は保存系で離散化されている。空間微分は二次精度の陰的な差分演算子で近似され、時間微分は陰的な一次精度のオイラースキームで近似される。用いたソフトウェアでは，このような方法により、数値粘性は物理的な流体の粘性に比べて無視できる程度に低減されている。
【００５９】
計算条件は内部流れとし、流れの入口は体積流入条件として空気流量8.78×10-4m3/sを与え、出口は環境圧力とした。また、多数の微小な噴出部を再現するため、適宜メッシュの再分割を行った。    
【００６０】
図７に噴出されるガスの流量分布の数値流体解析結果を示す。ここで、グラフ左方向が図３及び図６の下方向、つまり、ガス流入領域の正面辺側に相当し、グラフ左右方向がガス流入領域の側面辺側に相当する。棒グラフは各噴出部からの流量を示す。
【００６１】
比較例では、図７（Ａ）に示すように、ガスが導入される正面辺中央部から長手方向に向かう領域でガス流量が大きく、幅方向にも大きな流量分布が認められた。ガスの最大流量と最小流量との比は２００倍を超えていた。
【００６２】
一方、実施例では、図７（Ｂ）に示すように、正面辺近傍で他の領域に比べて若干ガス流量が増大するものの、幅方向には大きな流量分布は認められなかった。また、ガスの最大流量と最小流量との比は２倍以下となり、ガスの流量分布が大幅に改善された。
【００６３】
以上より、本発明の構成のガス混合・整流装置を用いることにより、一様流速を得るための整流が可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００６４】
１…ガス混合・整流装置
２…筐体
３…上部部材
４…下部部材
５…隔壁部
３０…第１ガス供給手段
３１…第１ガス室
３１ａ…底面部
３１ｂ…上面部
３２…第１ガス供給部
３２ａ…第１ガス供給口
３３…貫通穴
３４…噴出部
３５…側壁部
３６…第１突出部
３７…第１案内部
３８…Ｒ部
４０…第２ガス供給手段
４１…第２ガス室
４２…第２ガス供給部
４２ａ…第２ガス供給口
４３…側壁部
４４…第２突出部
４５…第２案内部
５１…ガス供給管
６０…ガス流入領域
６１…正面辺
６２…対向辺
６３…側面辺
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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