(57)【要約】      （修正有）【課題】温度に基づいて、バーナの動作中にバーナから出るガス速度を制御すること。【解決手段】感温磁気弁（３００）の使用により、ガスの温度に基づいて燃焼チャンバに供給されるガスの速度を維持するように、ガスの流れの方向を変えることができる。感温磁気弁は、強磁性材料（３１６）の磁性状態に基づいて、ガスの流れの方向を変えることができる。感温磁気弁の状態は、バーナの出口を通して燃焼室に供給されるガスの速度を維持するようにガスの温度に基づいて変化する。したがって、加熱されたガスおよび標準温度のガスをおよそ等しい速度で送出することができ、したがって火炎サイズおよび形状が維持される。【選択図】図３Ｂ
2019078525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス源に流体接続されている感温磁気弁であって、
磁石と、
前記磁石と磁気的に接続されている強磁性材料と、
第１通路および第２通路を形成する流量制御構造体と、
を備える感温磁気弁と、
前記第１通路と接続されている１つまたは複数の第１出口であって、累積的な第１断面積を有する第１出口と、
前記第２通路と接続されている１つまたは複数の第２出口であって、前記第１断面積より累積的に大きい、累積的な第２断面積を有する第２出口と、
を備えるバーナ装置。
【請求項２】
前記流量制御装置が複数の第１開口部を備え、
前記強磁性材料が、それに形成された複数の第２開口部によって前記流量制御装置と流体接続されている、
ことをさらに含む、請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項３】
前記強磁性材料が、ニッケル含有材料を含む、請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項４】
前記第１通路および前記第２通路が、１つまたは複数の共通のパイプを備える、請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項５】
複数の入口を備えるチャンバ、
をさらに備え、
前記強磁性材料が開口部をさらに備え、前記開口部が、前記複数の入口から前記チャンバへの実質的な流れを可能にする、請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項６】
前記第１通路および前記第２通路がパイプインパイプ設計を備える、請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項７】
前記流量制御構造体が前記強磁性材料に接続されており、前記流量制御構造体および前記強磁性材料がピボットで回転することをさらに含む、請求項１に記載のバーナ装置。
【請求項８】
磁石および強磁性材料を有する感温磁気弁と、
前記感温磁気弁に結合されたガス源と、
前記感温磁気弁に結合された第１バーナ出口であって、ガスが第１速度で前記第１バーナ出口から出るのを可能にするサイズである第１バーナ出口と、
前記感温磁気弁に結合された第２バーナ出口であって、ガスが前記第１速度で前記第２バーナ出口から出るのを可能にするサイズである第２バーナ出口と、
を備え、
前記第１バーナ出口および前記第２バーナ出口が異なる断面積を有し、前記強磁性材料が、前記磁石に磁気的に結合されているときに前記第１バーナ出口を閉鎖し、前記磁石から分離されているときに前記第１バーナ出口の閉鎖を解除する、バーナシステム。
【請求項９】
前記感温磁気弁が、前記強磁性材料とともに流れに対する１つまたは複数の障壁を形成するように構成された流量制御構造体をさらに備える、請求項８に記載のバーナシステム。
【請求項１０】
前記感温磁気弁が、
前記強磁性材料によって位置を変更し、
前記流量制御構造体とともに前記強磁性材料の前記位置に基づいて、前記ガスの方向を変える
ように構成された制限装置をさらに備える、請求項９に記載のバーナシステム。
【請求項１１】
前記強磁性材料に接続された第１流量制御構造体をさらに備え、前記第１流量制御構造体が、前記強磁性材料の前記温度に基づいて流れを制限するように構成され、前記流量制御構造体および前記強磁性材料がピボットで回転する、請求項８に記載のバーナ装置。
【請求項１２】
複数の開口部を備えた第２流量制御構造体をさらに備え、前記第２流量制御構造体が前記第１流量制御構造体と流体連通している、請求項１１に記載のバーナシステム。
【請求項１３】
複数の磁石の間に配置された前記流量制御構造体を備えるチャンバであって、前記流量制御構造体が前記強磁性材料と接続されている、チャンバ
をさらに備える、請求項８に記載のバーナシステム。
【請求項１４】
前記ガスから前記強磁性材料または前記磁石を隔離し、
少なくとも前記強磁性材料に熱を伝達する
ように構成された保護カバー
をさらに備える、請求項８に記載のバーナシステム。
【請求項１５】
前記強磁性材料に接続された第１流量制御構造体をさらに備え、前記第１流量制御構造体が、前記強磁性材料の前記温度に基づいて流れを制限するように構成され、前記流量制御構造体および前記強磁性材料がピボットで回転する、請求項１４に記載のバーナシステム。
【請求項１６】
燃焼を制御する方法であって、
感温弁に第１温度でガスを供給するステップであって、前記感温弁が、磁性材料、強磁性材料、第１通路および第２通路を備え、前記ガスが前記強磁性材料と熱を交換し、それにより、前記強磁性材料が前記第１温度に達し、前記磁性材料に対して第１位置に配置される、ステップと、
前記ガスが前記感温弁に結合される前記第１通路を通って流れるのを可能にするステップと、
前記感温弁に第２温度で前記ガスを供給するステップであって、前記ガスが、前記強磁性材料と熱を交換し、それにより、前記強磁性材料が前記第２温度に達する、ステップと、
前記強磁性材料が、前記磁性材料に対して前記第１位置とは異なる第２位置まで移動するのを可能にするステップと、
前記ガスが、前記感温弁に結合される第２通路を通って流れるのを可能にするステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記ガスがオキシダントまたは燃料である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記強磁性材料がニッケルを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１通路が１つまたは複数の第１出口をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２通路が、前記第１通路より大きい、累積的な断面積を有する１つまたは複数の第２出口を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記感温弁が故障した場合、前記強磁性材料を前記第１位置または前記第２位置に仕向けるために十分な位置に磁石を配置するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１温度が、主流となっている周囲温度であり、前記第２温度が、第２温度で前記ガスを供給する前記ステップの前に前記ガスが予熱された所定温度である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記ガスが燃料である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ガスが天然ガスである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ガスが、前記バーナによって注入されたガスの燃焼からもたらされる燃焼ガスとの熱交換によって予熱された高温空気との熱交換によって、前記第２温度まで予熱される、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載する実施形態は、概して、燃焼室に流れるガスの速度を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの生産工程において、内部で燃料およびオキシダントを燃焼させる炉が採用されており、そこでは、燃焼の熱が、炉内の材料を加熱することができる。例としては、精錬炉等、固体材料を加熱して溶融させる炉、および、鋼片等の物体を加熱して材料の温度を上昇させ（材料を溶融させるには及ばず）、材料または物体の成形または他の処理を容易にする炉が挙げられる。必要な高温は、一般に、天然ガス等の炭化水素燃料の燃焼によって得られる。燃焼により、煙道ガスとしても知られるガス状燃焼生成物がもたらされる。特に、燃焼から溶融する固体材料への比較的高効率の熱伝達を達成するガラス溶融炉においては、放出される煙道ガスは、一般に、摂氏１３００度（℃）を超える温度に達し、したがって、燃焼生成物から熱エネルギーを少なくとも部分的に回収することができない限り、高温動作で発生するエネルギーの著しい無駄を意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この損失エネルギーを回収する１つの機構は、煙道ガスを用いて燃焼反応物（燃料またはオキシダント）のうちの１つまたは複数を予熱することである。所望の温度まで燃焼反応物を加熱することができ、したがって、燃焼プロセス中に炉に供給される熱が増大する。しかしながら、燃焼反応物の予熱から問題が発生する。燃焼反応物が所与の空間で加熱される際に、ガスの圧力が上昇し、それにより、バーナから出るジェット速度が上昇することになる。ジェット速度は、ガスがバーナから離脱する速度である。ジェット速度が上昇することにより、燃焼反応の前の滞留時間が短くなり、火炎輝度が低下する可能性がある。直径の大きいパイプを使用するよりジェットにより、この問題を解決することができるが、この解決法は、比較的低い反応温度が使用される場合、新たな問題をもたらすのみである。言い換えれば、低い温度では、高い反応温度での反応物に比較して反応物の速度は低下する。
【０００４】
この問題を克服する別の方法は、標準温度の燃料用の１本のパイプと、高温の燃料用の別のパイプとを使用することであり、弁が２つのパイプの間で燃料の流れを切り替える。しかしながら、燃焼分野で使用される従来の弁設計は、高温では十分に作用しない、またはまったく作用しない場合もある、複雑な装置である。さらに、従来の弁では、手動操作（すなわち、温度に基づいて弁を操作する人員）が必要であり、断熱と操作者のための追加の保護機器とが必要になる。また、弁を断熱するには、弁が日常的に機能することができることを確実にするために、さらに高い複雑性および費用が必要である。したがって、ガスの温度変化とは無関係に適切なジェット速度を維持するために、バーナが自動調整機能を有することが望ましい。
【０００５】
したがって、本技術分野において、温度に基づいて、バーナの動作中にバーナから出るガス速度を制御することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に記載する実施形態は、概して、バーナから出るガス速度を制御する装置、システムおよび方法に関する。一実施形態では、バーナ装置は、ガス源に流体接続されている感温磁気弁と、第１通路と接続されている１つまたは複数の第１出口とを含むことができる。第１出口は第１断面積を有している。バーナ装置はまた、第２通路と接続されている１つまたは複数の第２出口も含む。第２出口は、第１断面積より累積的に大きい第２断面積を有している。感温磁気弁は、磁石と、磁石と磁気的に接続されている強磁性材料と、第１通路および第２通路を形成する流量制御構造体とを含むことができる。
【０００７】
別の実施形態では、バーナシステムは、磁石および強磁性材料を有する感温磁気弁と、感温磁気弁に結合されたガス源と、感温磁気弁に結合された第１バーナ出口であって、第１温度のガスが第１速度で第１バーナ出口から出るのを可能にするサイズである第１バーナ出口と、感温磁気弁に結合された第２バーナ出口であって、第２温度のガスが第１速度で第２バーナ出口から出るのを可能にするサイズである第２バーナ出口とを含むことができ、第１バーナ出口および第２バーナ出口は異なる断面積を有し、強磁性材料は、磁石に磁気的に結合されているときに第１バーナ出口を閉鎖し、磁石から分離されているときに第１バーナ出口の閉鎖を解除する。
【０００８】
別の実施形態では、燃焼を制御する方法は、感温弁に第１温度でガスを供給するステップであって、感温弁が、磁性材料、強磁性材料、第１通路および第２通路を備え、ガスが前記強磁性材料と熱を交換し、それにより、強磁性材料が第１温度に達し、磁性材料に対して第１位置に配置される、ステップとを含む。本方法はまた、ガスが感温弁に結合される第１通路を通って流れるのを可能にするステップと、感温弁に第２温度で前記ガスを供給するステップであって、ガスが、強磁性材料と熱を交換し、それにより、強磁性材料が前記第２温度に達する、ステップとを含む。本方法はまた、強磁性材料を、磁性材料に対して前記第１位置とは異なる第２位置まで移動させるステップと、ガスが、感温弁に結合される第２通路を通って流れるのを可能にするステップとを含む。
【０００９】
実施形態のうちの任意の１つまたは複数は、以下の態様のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【００１０】
流量制御装置は、複数の第１開口部を有し、強磁性材料は、それに形成された複数の第２開口部によって流量制御装置と流体接続されている。
【００１１】
強磁性材料は、ニッケル含有材料を含む。
【００１２】
第１通路および第２通路は、１つまたは複数の共通のパイプを備える。
【００１３】
複数の入口を備えるチャンバがあり、強磁性材料は開口部をさらに備え、開口部は、複数の入口からチャンバへの実質的な流れを可能にする。
【００１４】
第１通路および第２通路はパイプインパイプ設計を備える。
【００１５】
流量制御構造体は強磁性材料に接続されており、流量制御構造体および強磁性材料はピボットで回転する。
【００１６】
感温磁気弁は、強磁性材料とともに流れに対する１つまたは複数の障壁を形成するように構成された流量制御構造体をさらに備える。
【００１７】
感温磁気弁は、強磁性材料によって位置を変更し、流量制御構造体とともに強磁性材料の位置に基づいて、ガスの方向を変えるように構成された制限装置をさらに備える。
【００１８】
強磁性材料に接続された第１流量制御構造体をさらに備え、第１流量制御構造体は、強磁性材料の温度に基づいて流れを制限するように構成され、流量制御構造体および強磁性材料はピボットで回転する。
【００１９】
複数の開口部を備えた第２流量制御構造体をさらに備え、第２流量制御構造体は第１流量制御構造体と流体連通している。
【００２０】
複数の磁石の間に配置された流量制御構造体を備えるチャンバがあり、流量制御構造体は強磁性材料と接続されている。
【００２１】
ガスから強磁性材料または磁石を隔離し、少なくとも強磁性材料に熱を伝達するように構成された保護カバーがある。
【００２２】
強磁性材料に接続された第１流量制御構造体があり、第１流量制御構造体は、強磁性材料の温度に基づいて流れを制限するように構成され、流量制御構造体および強磁性材料はピボットで回転する。
【００２３】
ガスはオキシダントまたは燃料である。
【００２４】
強磁性材料がニッケルを含む。
【００２５】
第１通路は１つまたは複数の第１出口をさらに備える。
【００２６】
第２通路は、第１通路より大きい、累積的な断面積を有する１つまたは複数の第２出口を有する。
【００２７】
感温弁が故障した場合、強磁性材料を第１位置または第２位置に仕向けるために十分な位置に磁石を配置するステップをさらに含む。
【００２８】
第１温度は、主流となっている周囲温度であり、第２温度は、第２温度でガスを供給する前記ステップの前にガスが予熱された所定温度である。
【００２９】
ガスは燃料である。
【００３０】
ガスは天然ガスである。
【００３１】
ガスは、バーナによって注入されたガスの燃焼からもたらされる燃焼ガスとの熱交換によって予熱された高温空気との熱交換によって、第２温度まで予熱される。
【００３２】
本発明の上述した特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照して、上で簡単に概説した本発明のより詳細な説明を行うことができ、その実施形態のうちのいくつかを添付図面に示す。
【００３３】
しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を単に例示するものであり、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、それは、本発明が、他の等しく有効な実施形態を認めることができるためである、ということが留意されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】１つまたは複数の実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図１Ｂ】１つまたは複数の実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図１Ｃ】１つまたは複数の実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図１Ｄ】１つまたは複数の実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図１Ｅ】１つまたは複数の実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図１Ｆ】１つまたは複数の実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図２Ａ】さらなる実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図２Ｂ】さらなる実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図２Ｃ】さらなる実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図２Ｄ】さらなる実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図２Ｅ】さらなる実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図２Ｆ】さらなる実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。
【図３Ａ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図３Ｂ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図４Ａ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図４Ｂ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図５Ａ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図５Ｂ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図６Ａ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図６Ｂ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図７Ａ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図７Ｂ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図８Ａ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図８Ｂ】別の実施形態による感温磁気弁の図である。
【図９】一実施形態による、バーナから出る実質的に一定のガス速度を維持する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を示すために、可能な場合は同一の参照数字を用いている。一実施形態に開示する要素を、具体的な記載なしに他の実施形態において有益に利用することができることが企図されている。
【００３６】
本明細書では、バーナの出口から出るガス速度を制御するバーナ、装置、システムおよび方法を開示する。燃焼プロセス中、特に煙道ガスにおける大気に漏れ出る熱を通して、著しいエネルギーが失われる。たとえば、燃料のすべてが純酸素で燃焼し、炉排気ガスにおける煙道ガスの温度がおよそ１３５０℃である、酸素−燃料燃焼ガラス炉では、燃料の燃焼によって放出されるエネルギーの通常３０％から４０％が、煙道ガスで失われる。本明細書に記載する実施形態では、ガス燃料またはオキシダント等のガスを、バーナの出口を通して燃焼室に供給する前に予熱することができる。予熱されていても標準温度であっても、ガスの流れに対して、感温磁気弁を用いて１つまたは複数の通路を通るように方向を変えることができる。そして、１つまたは複数の出口から出ることにより、通路のうちの１つを介して燃焼室にガスを供給することができる。出口は、個別にまたはグループとして、ガスに対して２つの所定温度範囲を必要とする動作に対して、ガスがバーナの出口から実質的に一定の速度で出ることを可能にする、断面積を有することができる。本明細書に開示する実施形態について、以下の図を参照してより明確に説明する。
【００３７】
上述したように、感温磁気弁は、バーナから出るガスの速度が、ガスが事前に選択された温度範囲まで予熱されるか否かに関わらず、実質的に同じままであることを確実にするように動作する。簡単のために、理想気体の状態方程式を用いて、実質的に一定の速度がいかに維持されるかについて説明する。周知であるように、理想気体の状態方程式は、気体の圧力と気体の体積の積が、気体のモルと気体の温度と気体定数との積に等しい（すなわち、ＰＶ＝ｎＲＴ）と述べている。温度が変化する（たとえば、弁に供給される気体が増大する）場合、圧力が一定で維持される場合、気体の体積は増大する。したがって、異なる温度で同じ出口を通過するガスは、体積が異なるために速度を有することになる。同じ速度で温度の異なるガスがバーナから出ることを確実にするために、（温度の上昇による）体積の増大を考慮しなければならない。体積の増大を考慮するために、相対的に温度の高いガスを異なる出口に向けることができ、その出口は、そのガスが、相対的に低い温度のガスが元の出口を出るのと実質的に同じ速度でその異なる出口から出るのを可能にするサイズである。ガスのジェットの速度は、ガスが第１温度であっても第２温度であっても同じままであるため、（別の燃焼反応物との）ガスジェットの燃焼からもたらされる火炎は、サイズおよび形状が同じになる。これにより、加熱ガスモードまたは非加熱ガスモードで操作される従来のバーナで遭遇する火炎サイズおよび形状の変化に関連する問題が解決される。
【００３８】
本明細書で考察する実施形態では、摂氏約２５度と摂氏約８００度との間の温度範囲内でガスを供給することができる。さらに、本明細書で考察する実施形態では、摂氏約２４０度と摂氏約６００度との間のキュリー温度であるように、強磁性材料を選択することができる。一般に、ガスが予熱される所望の温度、典型的な非予熱ガス温度および（出口から出るガスの）所望のジェット速度により、第１流路および第２流路に対する累積的な断面積が選択され、特定の温度選択的磁石が選択される。
【００３９】
たとえば、典型的な非予熱温度が周囲温度（２５℃または２９８°Ｋ）であり、所望のジェット速度が１００ｍ／ｓであり、所望の予熱ガス温度が４８０℃（７５３°Ｋ）である、非予熱ガス用の第１流路および予熱ガス用の第２流路を考慮する。この場合、温度は約５３％上昇し、そのため、第２流路に対する断面積は第１流路に対する断面積より約５３％大きくなければならず、その上、温度選択的磁石用の材料は、４８０℃未満の温度でキュリー効果を示すように選択される。これは、ガス温度が周囲温度であっても４８０℃であっても、ジェット速度が実質的に同じとなることを確実にするのに役立つ。当業者は、第１ガス温度および第２ガス温度の選択が、第１ガス温度と第２ガス温度との間の温度でキュリー効果を示す材料の可用性によってのみ制限されることを理解するであろう。こうした当業者は、通常、プロセス要件によって第１ガス温度および第２ガス温度になることをさらに理解するであろう。
【００４０】
２つの流路および２つの動作温度について開示しているが、３つ以上の動作温度に対応する３つ以上の流路を利用することが本発明の範囲内にある。流路の最終的な数は、こうした装置の費用および複雑性と、異なる動作温度の各々においてジェット速度が実質的に一定であることの望ましさとの折合いのみによって制限される。
【００４１】
本発明は、多種多様の燃焼プロセスのうちの任意のもので使用することができるが、１つの典型的なプロセスはガラス炉であり、そこでは、オキシダント（空気、酸素富化空気または酸素）および／または燃料が、熱交換器により、炉からの燃焼ガスからの熱により、または燃焼ガスからの熱から予熱される空気からの熱により、予熱される。第１温度は、オキシダントおよび／または燃料が熱交換器で予熱されない第１動作モードに対応する。第２温度は、オキシダントおよび／または燃料が熱交換器で予熱される第２動作モードに対応する。
【００４２】
図１Ａ〜図１Ｆは、１つまたは複数の実施形態による感温磁気弁を含むバーナシステムの概略図である。図１Ａおよび図１Ｂは、一実施形態によるバーナシステム１００を示す。バーナシステム１００は、入口１０２と、感温磁気弁１０４と、ここでは第１チューブ１０６として示す第１通路と、ここでは第２チューブ１０８として示す第２通路と、バーナブロック１１０とを含む。第１ガス１０３または第２ガス１０５が、入口１０２を通して感温磁気弁１０４に供給される。
【００４３】
図１Ａに示す第１ガス１０３は、燃料ガスまたは酸化ガス等、燃焼プロセスで使用されるガスであり得る。第１ガス１０３は、窒素または希ガス等、不活性ガスをさらに含むことができる。第１ガス１０３は、感温磁気弁１０４に達すると、感温磁気弁１０４と温度が平衡状態になる。バーナの一部は、シリカ、アルミナ、アルミナ−ジルコニア−シリカ、ジルコニア等、耐火性酸化物を含むことができる。別法として、予熱酸素が使用される場合に燃焼しないいくつかの金属合金を使用することができる。
【００４４】
感温磁気弁１０４は、複数の状態を有することができる。感温磁気弁１０４は、第１状態および第２状態を有し、第１状態にあるとき、ガスは第１チューブ１０６を流れ、第２状態にあるとき、ガスは第２チューブ１０８を流れる。感温磁気弁１０４は、少なくとも磁石および強磁性材料を含む。第１状態にあるとき、強磁性材料は、磁石に磁気的に結合される。強磁性材料の温度が上昇すると、強磁性材料は、その磁気特性を喪失し、したがって、磁石から磁気的に分離される。磁気的分離は、強磁性材料がキュリー効果温度に達し、磁石への吸引力を喪失するために発生する。強磁性材料がキュリー効果温度に達すると、強磁性材料は磁石から離れるように移動し、したがって、弁は第２状態にシフトする。第１状態（図１Ａに示す）では、感温磁気弁１０４は、ガス１０３が第２チューブ１０８を流れるのを阻止し、第１チューブ１０６を流れるのを可能にする。感温磁気弁１０４については、図３Ａ〜図８Ｂを参照してより詳細に説明する。第１チューブ１０６は、バーナブロック１００を通って第１出口１１２に通じている。第１出口１１２は、出ていくガス１１６が第１速度で第１出口を通って燃焼室まで進むような断面積を有している。
【００４５】
上述したように、強磁性材料は、その特定の強磁性材料に対するキュリー効果温度に達し、磁石から磁気的に分離し、したがって、磁石から離れるように物理的に移動する。強磁性材料が移動するため、弁１０４は、弁を通過するガスの流路を変更するように動作する。図１Ｂに示すように、第２ガス１０５は、入口１０２を通して供給される。感温磁気弁１０４は、第２チューブ１０８を通るように第２ガス１０５を向ける。第２ガス１０５からの温度の上昇によってもたらされる強磁性材料の温度の上昇により、感温磁気弁１０４は、閾値すなわちキュリー効果温度に達することに基づいて第１状態から第２状態にシフトする。
【００４６】
感温磁気弁１０４が第１状態から第２状態にシフトするとき、ガスの流れは、第１チューブ１０６（第１通路）から第２チューブ１０８（第２通路）にシフトされる。第２チューブ１０８は、バーナブロック１１０を通って第２出口１１４に通じている。第２出口１１２は、第１出口１１２の断面積とは異なる断面積を有している。第１出口の断面積は、第１状態の最も優勢な温度（主流となっている周囲温度等）に対応するように適切に選択され、第２出口の断面積は、第２状態の最も優勢な温度（４８０℃等）に対応するように適切に選択されているため、出ていくガス１１８は、第１出口１１２から出るガスと同じ速度で第２出口１１４を出る。図１Ａおよび図１Ｂでは第１チューブ１０６および第２チューブ１０８として示すが、第１通路および第２通路は、バーナを通して燃焼室にガスを供給するために使用される１つまたは複数のチューブまたは接続部の任意の組合せであり得る。さらに、第１通路および第２通路は、本明細書に記載する実施形態に示すように、部分的に重なる１つまたは複数の接続部を有することができる。
【００４７】
図１Ｃおよび図１Ｄは、別の実施形態によるバーナシステム１２０を示す。ここで記載するバーナシステム１２０は、入口１２２と、感温磁気弁１２４と、ここではパイプインパイプ設計として示す第１チューブ１２６および第２チューブ１２８と、バーナブロック１３０とを含む。第１ガス１２３または第２ガス１２５が、入口１２２を通して感温磁気弁１２４に供給され、そこで、ガスは、第１出口１３２から出る第１チューブ１２６を通って、または第２出口１３４から出る第２チューブ１２８に流れるように向けられる。図１Ｄに示すように、第１チューブ１２６および第２チューブ１２８の両方を通過するようにガスを向けることができる。いずれの流路においても、第１出口１３２を出るガスは、第２出口１３４から出るガスと実質的に同じ速度であり、それは、第１出口１３２および第２出口１３４に対する断面積が、第１状態および第２状態に関連する最も優勢な温度に対応するように選択されているためである。
【００４８】
図１Ｅおよび図１Ｆは、別の実施形態によるバーナシステム１４０を示す。ここに記載するバーナシステム１４０は、入口１４２と、感温磁気弁１４４と、ここでは第１チューブ１４６として示す第１通路と、ここでは第２チューブ１４８として示す第２通路と、バーナブロック１５０とを含む。第１ガス１４３または第２ガス１４５が、入口１４２を通って感温磁気弁１４４に供給され、そこで、ガスは、第１出口１５２を通ってバーナ１５０から出る第１チューブ１４６、または第１チューブ１４６および第２出口１５４を通ってバーナ１５０から出る第２チューブ１４８の両方を通って流れるように向けられる。いずれの流路においても、第１出口１５２から出るガスは、第２出口１５４から出るガスと実質的に同じ速度であり、それは、第１出口１５２および第２出口１５４に対する断面積が、第１状態および第２状態に関連する最も優勢な温度に対応するように選択されているためである。
【００４９】
したがって、第２流路に関連する出口の断面積が、第２の所望のガス温度で特定のジェット速度を達成するようなサイズであり、第１流路に関連する出口の断面積が、第１の所望のガス温度で同じジェット速度を達成するようなサイズである限り、感温磁気弁を用いることにより、バーナを出るガスのジェット速度は、ガスが第１温度であっても第２温度であっても同じである。
【００５０】
図２Ａ〜図２Ｆは、さらなる実施形態による感温磁気弁を含むバーナ装置の概略図である。図２Ａおよび図２Ｂは、一実施形態によるバーナ装置２００の側面および正面を示す。図２Ａに示すように、バーナ装置２００は、感温磁気弁２０４と流体連通している入口２０２を含む。感温磁気弁２０４は、入口２０２を第１パイプ２０６および第２パイプ２０８に流体接続する。第１パイプ２０６および第２パイプ２０８は、バーナブロック２１０を通してかつ第１出口２１２および第２出口２１４を通して、出ていく第１ガス２１６または出ていく第２ガス２１８を送出するように構成されている。上述したように、第２出口２１４の断面積は第１出口２１２の断面積より大きく、それにより、第１出口２１２を出るガス２１６および第２出口２１４を出るガス２１８の速度は実質的に同じであり、それは、第１出口２１２および第２出口２１４の断面積が適切なサイズであるためである。
【００５１】
図２Ｂに示すように、第１出口２１２および第２出口２１４の両方が円形であるように示されている。しかしながら、任意の形状または形状の組合せが、第１出口２１２または第２出口２１４の周縁を形成することができる。第１出口２１２および第２出口２１４の断面積が、出口を出るガスが、ガスが異なる温度であっても実質的に同じ速度で流れることができるようにする形状である限り、形状が第１出口２１２と第２出口２１４との間で同じである必要はない。したがって、第１出口２１２および第２出口２１４は、バーナで使用するために１つまたは複数のノズルに組み込むことができる種々の形状、設計またはさらなる構成要素を有することができる。
【００５２】
図２Ｃおよび図２Ｄは、別の実施形態によるバーナ装置２２０の側面および正面を示す。図２Ｃは、入口２２２、感温磁気弁２２４、第１パイプ２２６および第２パイプ２２８を含む、側面からのバーナ装置２２０を示す。入口２２２、感温磁気弁２２４、第１パイプ２２６および第２パイプ２２８は、図２Ａに関して記載したものと実質的に同じであり得る。第１パイプ２２６および第２パイプ２２８は、バーナブロック２３０に接続して形成された第１出口２３２および第２出口２３４を通して、第１ガス２３６または第２ガス２３８を供給するように構成されている。この設計では、第２出口２３４は、より大きいチューブを使用することとは反対に、複数のチューブを使用することにより、第２ガス２３８に対して集合的な断面積が増大している。
【００５３】
図２Ｅおよび図２Ｆは、別の実施形態によるバーナ装置２４０の側面および正面を示す。図２Ｅは、入口２４２、感温磁気弁２４４、第１パイプ２４６および第２パイプ２４８を含む、側面からのバーナ装置２４０を示す。入口２４２、感温磁気弁２４４、第１パイプ２４６および第２パイプ２４８は、図２Ａに関して記載したものと実質的に同様であり得る。第１パイプ２４６および第２パイプ２４８は、バーナブロック２５０に接続して形成された第１出口２５２および第２出口２５４を通して、出ていく第１ガス２５６または第２ガス２５８を送出するように構成されている。第１出口２５２および第２出口２５４は、パイプインパイプ設計を示し、そこでは、第１パイプ２４６は、中心に位置する第１出口２５２を通して第１ガス２５６を送出する。第１出口２５２は第２出口２５４によって包囲され、第２出口２５４は、第１ガス２５６と実質的に同一の速度で第２ガス２５８を燃焼室に供給する。ここでは、第１ガス２５６とは異なる出口を通して第２ガス２５８を送出するものとして示すが、感温磁気弁２４４によって向けられるように、第１出口２５２および第２出口２５４の両方を通して第２ガス２５８を送出することができる。
【００５４】
ここでは、二重パイプ実施形態の変形として示すが、出口を通して送出されるガスの速度を制御するためにさまざまな設計を採用することができる。一般に、弁およびパイプの両方に対する設計は、バーナの出口を通して加熱されたまたは標準温度のガスを送出するときに、同じガス温度を維持したいという要求によってのみ制限される。
【００５５】
本明細書に記載する実施形態は、本発明の１つまたは複数の実施形態で使用可能な典型的なバーナの関連する部分に関する。設計および他のパラメータの選択に基づいて含めるかまたは排除することができる、明示的に示していない他の構成要素があり得る。本明細書に記載する構成要素は、実際に使用されるものとは形状、サイズまたは配置が異なる可能性がある。さらに、本明細書に記載する実施形態は、例示の目的のものであり、本明細書において明示的に限定しない限り、本明細書に記載する本発明の範囲を限定するものとして読まれるべきではない。
【００５６】
図３〜図８は、１つまたは複数の実施形態による感温磁気弁の図である。本明細書に記載する感温磁気弁は、上述した実施形態で使用することができる。さらに、後述する感温磁気弁は、本明細書に開示していないバーナに有利に組み込むことができる。開示する実施形態は、個別の実施形態であり、あり得るすべての実施形態の範囲を限定するようには意図されていない。
【００５７】
図３Ａおよび図３Ｂは、一実施形態による感温磁気弁３００の一部を示す。本明細書に記載する感温磁気弁３００を用いて、弁を通過するガスに対して、１つまたは複数の事前に構成された通路を通るように方向を変えることができ、それにより、バーナを出るガスがガスの温度に関わらず実質的に一定のジェット速度を有することが確実になる。
【００５８】
この実施形態では、磁石３１８、強磁性材料３１６、流量制御構造体３１４および複数のポート３１５が、明確にするために弁室なしに示されている。弁室については、図４Ａおよび図４Ｂを参照してより明確に説明する。磁石３１８は、流量制御構造体３１４に結合されている。第１図では、磁石３１８は、強磁性材料３１６に、強磁性材料３１６を第１状態にシフトさせる磁力を印可している。
【００５９】
強磁性材料３１６に近接して磁石３１８を配置することができる。磁石３１８は、ＡｌＮｉＣｏ磁石等、高温磁石用の標準組成であり得る。ここでは、流量制御構造体３１４に接続されるものとして示すが、磁石３１８は、流量制御構造体３１４の内部に、外部に、またはその一部として配置することができる。さらに、磁石３１８は、電磁石または永久磁石であり得る。ここに記載する実施形態では、磁石３１８は、永久磁石として示されている。
【００６０】
強磁性材料３１６は、キュリー効果温度として知られる所定の温度で常磁性になる強磁性材料である。物質のキュリー効果温度は、その物質の組成によって決まる。１つまたは複数の実施形態では、強磁性材料３１６は主にニッケルであり、それは、キュリー効果温度が３５８℃である。一実施形態では、強磁性材料３１６は、ニッケル合金２００等、９５％を超えるニッケルを含むニッケル合金である。強磁性材料３１６は、所望の範囲のキュリー効果温度を有する任意の組成であり得る。
【００６１】
流量制御構造体３１４とともに配置される強磁性材料３１６は、ここでは、およそ等しいサイズの１２の開放ポート３１５として示す、ガスが通過して流れるための複数のポート３１５をもたらす。この実施形態では、ポート３１５の具体的な数および同様のおよそのサイズが示されているが、当業者には、利用可能なポート３１５の数およびサイズを変更することができることが理解されよう。感温磁気弁３００のいずれの状態でも、使用者の必要または要求に基づいて、ポートのサイズ、数および編成を変更し調整することができる。ポート３１５は、均一に配置される必要もなくサイズが同じである必要もない。
【００６２】
ガスが感温磁気弁３００を通って流れる際、図３Ｂに示すように、強磁性材料３１６は、ガスの温度に対して平衡状態になる。強磁性材料３１６が組成に関連したキュリー効果温度に達すると、磁石３１８は、磁力を印可することによって強磁性材料３１６を吸引することができなくなる。ここでは板ばねとして示すばね３１２は、その後、強磁性材料３１６に、それを第２状態に持ち上げる第２力を加える。ここに示すように、強磁性材料３１６と流量制御構造体３１４との間に、４つのポート３１５が位置合わせされ、したがって開放している。
【００６３】
本明細書の実施形態は、概して、ここではばね３１２として示す、第１状態と第２状態との間で作動する力の１つまたは複数の供給源に頼る。強磁性材料３１６がキュリー効果温度に達すると、第１力供給源として作用する磁石３１８は、強磁性材料３１６を適所に保持しなくなる。第２力供給源は、第１力供給源がない場合、強磁性材料３１６および流量制御構造体３１４を第２状態に移動させる。第２力供給源の例としては、ばね、重量、圧力（動圧または差動静圧等）またはさらには追加の磁石（異なる部分に作用する磁石、異なる材料、たとえば炭素鋼、または強度の異なる磁石等）を含むことができる。
【００６４】
理論によって拘束されるように意図せずに、最も単純な設計は、磁場の範囲が限られているため、単一の構成要素を数ミリメートルしか移動させない作動を利用する。したがって、移動の範囲を増大させるために、いくつかの磁石を「カスケード接続する」ことができる。有利には、カスケード接続された磁石を用いてはるかに大きい距離、アクチュエータを移動させることが可能であると考えられる。強磁性材料は、固定磁石に対してある一定距離しか移動することができない。したがって、固定されていない少なくとも１つの中間磁石とともに２つ以上の磁石を用いることにより、全体的な移動距離を増大させることができる。さらに、弁は、複数磁石設計を用いて徐々に閉鎖させることができる。適切に向けられるかまたはキュリー効果温度が異なる強磁性材料から構成される場合、作動に用いられる個々の強磁性材料は、異なる速度で閾値に達する。これは、予熱されたガスが供給されるときと強磁性材料の温度が実際に十分に上昇するときとの間の時間遅延をもたらすと考えられる。時間遅延は、対流熱伝達に基づくことができ、それ自体、（異なる遅延を達成するために構成要素間で変更することができる）材料特性および流動力学／形状によって決まる。当業者は、本明細書に記載する本発明から逸脱することなく採用することができる、カスケード接続設計のさまざまな変形があることを理解するであろう。あり得る設計としては、バーナの出口を通って供給される加熱ガスと標準温度ガスとの間で同じガス速度を維持する任意の設計が挙げられる。
【００６５】
図４Ａおよび図４Ｂは、別の実施形態によるチューブ−ばね設計における感温磁気弁４００を示す。一実施形態では、ガスは、弁室４２４に形成された開口部４２８ａおよび４２８ｂ内に流れ込むことができる。弁室４２４は、流体封止することができ、それにより、ガスの制御された流れが可能になる。弁室４２４は、少なくとも供給されるガスからの予測されたレベルの熱および供給されるガスの化学的性質に対して耐性がある材料から構成することができる。一実施形態では、弁室４２４は、セラミックまたはセラミックでコーティングされた材料から構成されている。弁室４２４は、円筒状構造として示されているが、これは、あり得る実施形態を限定するものであるように意図されていない。たとえば、弁室４２４は、正方形、矩形、円筒状、円形、あるいはそれらの形状の組合せまたは他の形状であり得る。
【００６６】
感温磁気弁４００の内部に、磁石４２０に磁気的に接続されている強磁性材料４２２が配置されている。この実施形態では、磁石４２０は固定されている。図４Ａに示す強磁性材料４２２は、キュリー効果温度未満である。したがって、強磁性材料４２２は、磁石４２０に接触しており、したがって第１状態である。第１状態は、開口部４２８ａのうちの１つを通る流れを阻止するとともに、ポート４２５ａのうちの１つを通る流れを阻止することにより、流れの方向を変える。
【００６７】
図４Ｂにおいて、予熱プロセスに基づいてガスの温度が上昇する際、ガスは、強磁性材料４２２に熱を伝達する。強磁性材料４２２は、キュリー効果温度を超えて温度が上昇すると、ここではばね４２６または本明細書では具体的に開示しない他の組合せによって供給されるものとして示す、第２力を用いて、磁石４２０から分離される。この実施形態における感温磁気弁４００の配置に応じて、第２力は、ばね４２６と組み合わせた重力でもあり得る。第２力により、強磁性材料４２２は第２状態に移動する。第２状態にある強磁性材料４２２は、開口部４２８ｂおよびポート４２５ｂ両方を閉鎖し、したがって、以前には閉鎖されていた開口部４２８ａおよびポート４２５ａを通るように流れの方向を変える。要するに、第１温度すなわち相対的に低い温度のガスは、ポート４２５ａを通ってバーナ（図示せず）に供給され、第２温度すなわち相対的に高い温度のガスは、ポート４２５ｂを通ってバーナに供給される。一実施形態では、ポート４２５ａは、通路を介してバーナの出口（図示せず）に接続することができ、その出口は、ポート４２５ｂに接続された出口（図示せず）より大きい断面積を有している。
【００６８】
図５Ａおよび図５Ｂは、別の実施形態による回転ラッチ設計での感温磁気弁５００を示す。この実施形態では、感温磁気弁５００は、弁室５３２、強磁性材料５３４ａ、流量制御構造体５３４ｂおよび磁石５３６を含む。図５Ａに示すように、キュリー効果温度未満の温度では、強磁性材料５３４ａは、磁石５３６と接触している。磁石５３６は、ＡｌＮｉＣｏ磁石等、固定された高温磁石であり得る。磁石５３６と接触している間、強磁性材料５３４ａおよび流量制御構造体５３４ｂは、第１状態にあるとみなすことができ、ポート５３８ａを通るガスの流れを阻止することができる。
【００６９】
図５Ｂに、加熱状態すなわち第２状態を示す。強磁性材料５３４ａのキュリー効果温度を超える温度を有する第２ガスが、開口部５３０を通って弁室５３２内に流れ込むと、強磁性材料５３４ａおよび流量制御構造体５３４ｂは、温度の上昇を開始する。強磁性材料５３４ａがキュリー効果温度に達すると、強磁性材料５３４ａは磁石５３６によって吸引されなくなり、ここでは重力として示す第２力により、強磁性材料５３４ａおよび流量制御構造体５３４ｂはピボット５３７で回転して第２状態になる。第２状態にある強磁性材料５３４ａおよび流量制御構造体５３４ｂは、ポート５３８ｂを通る流れを閉鎖し、開口部５３０を通して供給されるように、ポート５３８ａを通るように流れの方向を変える。ポート５３８ａを通るように流れの方向を変えることにより、予熱されたガスは、標準温度ガスと実質的に同じ速度でバーナから出ることができる。
【００７０】
強磁性材料５３４ａおよび流量制御構造体５３４ｂは、同じ材料から構成することも別個の材料から構成することも可能である。強磁性材料５３４ａのみが感温物質から構成される必要があるため、磁石５３６から測定されるように、ピボット５３７を越える流量制御構造体５３４ｂの組成は、ピボット５３７前の強磁性材料５３４ａとは異なり得る。たとえば、想像線５３９を越える流量制御構造体５３４ｂの組成は、強磁性材料５３４ａの組成より幾分か高密度である材料であり得る。想像線５３９は、ピボット５３７に配置される必要はなく、強磁性材料５３４ａと流量制御構造体５３４ｂとの間の分離は、組合せに沿った任意の点であり得る。
【００７１】
１つまたは複数の実施形態は、図５Ａおよび図５Ｂの例示的な実施形態に示すように、回転構成要素を採用するか、または回転構成要素を使用するように適合され得る。感温磁気弁５００の構成要素は、主に人の介入なしにかつ高温で機能するように設計されているため、構成要素間の摩擦は最小限にするべきである。１つまたは複数の実施形態において、摩擦関連問題を低減させるために、軸受けまたは高温潤滑剤を採用することができる。
【００７２】
図６Ａおよび図６Ｂは、別の実施形態による回転板ばね設計における感温磁気弁６００を示す。この実施形態では、感温磁気弁６００は、弁室（図示せず）、強磁性材料６４０、制限装置６４２、流量制御構造体６４３および磁石６４４を含む。上述したように、キュリー効果温度未満の温度では、強磁性材料６４０は、磁石６４４と接触している。磁石６４４は、ＡｌＮｉＣｏ磁石等、固定された高温磁石である。磁石６４４と接触している間、図６Ａに示すように、強磁性材料６４０および制限装置６４２は、第１状態にあり、１つまたは複数のポート６４６を通るガスの流れを阻止するものとみなされる。この実施形態では、第１状態では２つのポート６４６ａおよび６４６ｂは開放しており、流量制御構造体６４３において開放ポートおよび閉鎖ポート両方を考慮すると、合計４つのポート６４６ａ、６４６ｂ、６４６ｃおよび６４６ｄが利用可能である。しかしながら、本明細書に記載する本発明から逸脱することなく、より多いかまたは少ないポートを使用することができる。
【００７３】
第２の相対的に高温のガスが弁室に流れ込むと、図６Ｂを参照して記載するように、強磁性材料６４０は温度の上昇を開始することができる。強磁性材料６４０がキュリー効果温度に達すると、磁石６４４から強磁性材料６４０を分離することができる。そして、制限装置６４２は、接続された強磁性材料６４０と組み合わされて、ここではばね６４７として示す第２力によって、強制的に第２状態になる。強磁性材料６４０および制限装置６４２は、強磁性材料６４０がさらなる回転を阻止する障壁６４８に達するまで、ピボット６４９で回転する。第２状態にある制限装置６４２は、ポート６４６ａおよび６４６ｂを通る流れを阻止し、ポート６４６ｃおよび６４６ｄを通るようにガスの流れの方向を変える。ポート６４６ｃおよび６４６ｄは、通路を通して、その後、ガスの温度とは無関係にバーナを出るガスの実質的に一定のジェット速度を維持する形状およびサイズである出口を通して、ガスを送出する。
【００７４】
図７Ａおよび図７Ｂは、別の実施形態による持上げ制限装置設計での感温磁気弁７００を示す。感温磁気弁７００は、弁室７５０、磁石７５２ａおよび７５２ｂ、強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂ、制限装置７５６ならびに流量制御構造体７５７を含む。強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂは、標準温度下で磁石７５２ａおよび７５２ｂと接触することができる。図７Ａに示すように、開口部７５１を通って、弁室７５０内にガスを供給することができる。強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂは制限装置７５６に取り付けられており、かつ第１状態にあるため、開口部７５１を通して供給されるガスを、流量制御構造体７５７によって形成されたポート７５８ａを通るように向けることができる。この実施形態では、制限装置７５６は、磁石７５２ａと７５２ｂとの間に配置される。磁石７５２ａおよび７５２ｂは、強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂならびに制限装置７５６の感温作動用のガイドとしての役割を果たすことができる。
【００７５】
図７Ｂに示すように、相対的に高温のガスが弁室７５０内に流れ込むと、強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂは温度の上昇を開始することができる。強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂがキュリー効果温度に達すると、強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂは、磁石７５２ａおよび７５２ｂから分離される。そして、制限装置７５６は、接続された強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂとともに位置され、ここではばね７５９として示す第２力により第２状態になる。強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂならびに制限装置７５６は、強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂならびに制限装置７５６が弁室７５０の壁に達してさらなる移動を阻止するまで、適所に摺動する。第２状態にある制限装置７５６は、ポート７４６ａおよび７４６ｂを通る流れを閉鎖し、ポート７５８ｂを通るように流れの方向を変える。
【００７６】
他の実施形態に関して述べたように、強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂは、使用者の必要に基づいて、互いに同じ組成であるか、制限装置７５６と同じ組成であるか、または異なる組成であり得る。想像線７５５ａおよび７５５ｂは、例示の目的で配置されており、強磁性材料７５４ａおよび７５４ｂと制限装置７５６との間の想像線７５５ａおよび７５５ｂは、１つまたは複数の実施形態では、２つより多いかあるいは少ない可能性があり、図示するものとは異なる位置にある可能性があり、または存在しない可能性がある。
【００７７】
図８Ａおよび図８Ｂは、別の実施形態によるパイプインパイプ設計での感温磁気弁８００を示す。この実施形態では、感温磁気弁８００は、弁室８６０、開口部８６１、流量制御構造体８６２ａ、制限装置８６３、磁石８６４、保護カバー８６５、強磁性材料８６６、ピボット８６７ならびにポート８６８ａおよび８６８ｂを有することができる。蹄鉄形状として示す強磁性材料８６６は、図８Ａに関して半球体または球体設計として示す制限装置８６３に接続することができる。キュリー効果温度未満の温度では、強磁性材料８６６は、保護カバー８６５と接触している。磁石８６４は、保護カバー８６５と接続するように配置され、保護カバー８６５を通して磁力を供給することにより、強磁性材料８６６および制限装置８６３を第１状態にする。制限装置８６３は、ポート８６８ａに作用していない間、ポート８６８ｂを通る流れを阻止する。
【００７８】
予熱ガスが、図８Ｂに関して記載される弁室８６０内に流れ込むとき、強磁性材料８６６は温度の上昇を開始することができる。強磁性材料８６６がキュリー効果温度に達すると、強磁性材料８６６は、保護カバー８６５および磁石８６４から分離される。そして、制限装置８６３は、接続された強磁性材料８６６とともに、重力および圧力を介する等、第２力によって強制的に第２状態になる。強磁性材料８６６および制限装置８６３は、強磁性材料８６６がポート８６８ａを閉鎖するように配置されるまで、ピボット８６７で回転する。ここに示すように、強磁性材料８６６は、流量制御構造体８６２ａの一部の上に部分的に載っている。第２状態にある制限装置８６３は、ポート８６８ｂを通る流れを可能にする。
【００７９】
保護カバー８６５は、弁室８６１に供給されるガスから磁石８６４を保護しながら、磁石８６４の磁場を強磁性材料８６６に供給することができるように配置される。保護カバー８６５は、ニッケルまたはＩｎｃｏｎｅｌ等、作業環境において劣化しない強磁性材料から形成することができる。さらに、保護カバーは、コバルト含有磁石等、それ自体磁石であり得る。保護カバーにより、感温磁気弁８００において、チューブの状態に対して最適ではない相対的に強固な磁石、たとえば温度またはガスに対して感受性が高い磁石を使用することが可能になる。
【００８０】
上述した実施形態のうちの１つまたは複数において、バーナを通して燃焼室に供給されるガスの高温またはいくつかの化学的性質から磁石８６４を隔離するために、断熱材を使用することも可能である。たとえば、非常に薄い真空断熱ハウジングは、過度の熱から磁石８６４を保護することができる。磁石８６４の付近の他のより低温のプロセス流によって、受動的または能動的対流／伝導冷却を利用して磁石を低温で維持することができる。注目すべきは、有用なサイズの大部分の磁石は、数ミリメートル以内の物体を吸引する磁場のみを有するということである。したがって、使用する断熱材の量およびタイプは、これらの磁石に対する限られた範囲を考慮するべきである。磁石８６４を隔離するために使用する断熱材は、１０ｍｍ未満であり得る。
【００８１】
簡単にする目的のみのために、大部分の設計は１つの磁石があるように示されている。他の設計は、本明細書に記載する本発明の範囲から逸脱することなく、使用者の必要および弁の設計に基づいて１つまたは複数の配置および方向付けで、１つまたは複数の磁石を含むことができる。一実施形態では、全体的な磁場強度を増大させるために、直列であっても並列であっても、同じ方向に磁場を生成するように方向付けられた磁石等、追加の磁石８６４を採用することができる。別の実施形態では、キュリー効果温度未満で２段階の一連の動きを可能にするように垂直方向に位置合わせされた磁石等、追加の磁石を採用して、作動片のより複雑な動きを達成することができる。別の実施形態では、追加の磁石を、加熱速度が異なることによりわずかに異なる時点で作動するように「段状にする」ことができる。別の実施形態では、移動距離を増大させるように、追加の磁石および追加の強磁性材料を段状にすることができる。
【００８２】
図９は、一実施形態による、バーナを出るガスの温度に関わらず、バーナから出る実質的に一定のガス速度を確実にする方法９００のフローチャートである。本明細書に記載する実施形態では、酸化ガスまたは燃料ガス等のガスを、バーナの出口を通って流れる前のある時点で加熱することができる。ガス源と出口との間に、感温磁気弁が配置される。特定の強磁性材料に対するキュリー効果温度未満の温度にあるとき、感温磁気弁は第１状態にあり、したがって、第１通路を通るようにガスの流れを方向付ける。第１通路は、第１温度にあるガスが第１速度でバーナから出るのを可能にする、バーナの出口に接続される。予熱されたガスが弁を通って流れる際、強磁性材料の温度が上昇する。強磁性材料は、キュリー効果温度以上の第２温度まで温度が上昇すると、磁石から外れる。そして、第２力により、強磁性材料が第２状態にシフトし、ガス流が第２通路を通るように方向が変えられる。ガス流におけるこのシフトにより、予熱されたガスが、第１通路を通ってバーナから出るガスと実質的に同じ速度でバーナから出ることが確実になる。したがって、バーナから出て燃焼室に流れるガスは、第１温度にあっても第２温度にあっても、同じ速度である。
【００８３】
方法９００は、ステップ９０２において、第１ガスを感温弁に第１温度で供給することによって開始し、感温弁は、磁性材料、強磁性材料、第１通路および第２通路を備えている。ガスは、強磁性材料と熱を交換し、それにより、強磁性材料は、その強磁性材料に対するキュリー効果温度未満であり得る第１温度に達する。ガスが感温弁に流れ込む際、ガスと熱接触している構成要素は、ガスの第１温度と感温弁の構成要素の出発温度とに基づいて平衡状態になる。ガスが感温磁気弁に供給される際、強磁性材料を含む感温磁気弁の構成要素は、出発温度から第１温度に変化する。強磁性材料が磁石から間隔を空けて配置されている場合、強磁性材料は、特定の強磁性材料に対するキュリー効果温度未満まで低下すると、磁石に磁気的に結合され、第１位置まで移動する。
【００８４】
この実施形態では、第１ガスは強磁性材料と熱を交換し、それにより、強磁性材料は、第１温度に達し、磁性材料に対して第１位置に配置される。第１位置は、ガス源を第１通路に流体接続する。上述したように、第１温度にあるとき、磁石に強磁性材料を磁気的に接続することができる。したがって、磁石は、強磁性材料を第１位置で保持し、それにより、弁を通り第１通路を通る流れが可能になる。強磁性材料が第１位置にある間、感温磁気弁を通る第２通路へのアクセスは閉鎖される。
【００８５】
ここでかつ上で使用した「第１通路」および「第２通路」という用語は、感温磁気弁が第１状態および第２状態にそれぞれあるときに開放する流体接続部（たとえば、パイプまたはチューブ）を指す。１つまたは複数の実施形態では、第１通路および第２通路は、１つまたは複数の共通の流体接続部を有している。一実施形態では、第１通路は、第１パイプおよび第２パイプを含み、第２通路は、第１パイプ、第２パイプおよび第３パイプを含む。
【００８６】
そして、ステップ９０４において、第２ガスが第２温度で感温弁に供給される。第１ガスおよび感温磁気弁の温度が平衡状態になった後、第２ガスを感温磁気弁に供給することができ、そこでは第２ガスは第２温度である。第２温度は、特定の強磁性材料に対するキュリー効果温度を超えることができる。そして、第２ガスは、強磁性材料と熱を交換し、それにより、強磁性材料は第２温度に達する。
【００８７】
そして、ステップ９０６におけるように、強磁性材料は、磁性材料に対して第１位置とは異なる第２位置まで移動する。上述したように、強磁性材料がキュリー効果温度境界を越えて遷移すると、磁石と強磁性材料との相互作用に影響が及ぼされ、位置がシフトする。一実施形態では、強磁性材料温度は上昇し、したがって、キュリー効果温度を満たし、その後、キュリー効果温度を超える。したがって、強磁性材料は、磁石から分離し、第２状態まで移動する。ばねまたは重力等の第２力が、キュリー効果温度を超える温度で磁石と強磁性材料との間の弱い磁気吸引力を克服することができ、したがって、感温磁気弁が第１状態から第２状態にシフトする。別の実施形態では、強磁性材料が、第２温度に達するとキュリー効果温度未満であるように、第２温度を第１温度より低くすることができる。したがって、磁性材料は、磁力をかけて、強磁性材料を第２位置まで移動させることができる。
【００８８】
強磁性材料への熱の伝達は、直接的な伝達である必要はない。１つまたは複数の実施形態では、断熱されたヒートパイプが、熱を抜き取り、プロセス流温度が見られる領域から、ガスに近接して配置されているがガスから断熱されている強磁性材料まで「伝達」し、それにより、強磁性材料は、ガスの熱または化学的性質を直接受けない。強磁性材料は、温度変化に基づいて磁力を喪失する。そして、機械的接続部が、強磁性材料の作用を制限装置および流量制御構造体に戻るように伝達して、プロセス流の方向を変えることができる。
【００８９】
そして、ステップ９０８におけるように、第２ガスは、感温弁に結合されている第２通路を通って流れることができる。感温弁が第１位置から第２位置にシフトした後、第２通路は開放される。第２通路は、第１通路をまったく組み込んでいないか、その一部または全体を組み込むことができる。第２ガスは、第２通路を通して供給され、バーナの第２出口を通って燃焼室まで流れ、それにより、第１出口から出るガスの速度は、第２出口を出るガスの速度と実質的に同じである。
【００９０】
感温磁気弁がガスをいずれの経路に向けるかに関わらず、ガスは、ガスの温度に関わらず実質的に同じジェット速度でバーナから出る。
【００９１】
感温磁気弁が誤動作し、（場合によっては）磁石に向かってまたは磁石から離れるように強磁性機構を移動させることができない場合、強磁性機構を所望の方向に移動させるように、強力な磁石を適切に配置することにより、向かうかまたは離れる移動を強制することができる。この強力な磁石を、弁（または弁を組み込んだ装置）の外面に適用することができ、それにより、操作者は、本発明の弁が故障した場合に、バックアップ解決法を手動で提供することができる。
【００９２】
結論
本明細書に記載した実施形態は、バーナを出るガス速度の制御に関する。損失熱エネルギーの回収は、燃料コストが上昇するに従ってより重要になってきている。標準的な炉における損失熱エネルギーの１つの重要な原因は、煙道ガスによる。この損失熱エネルギーは、燃焼の前に燃焼ガスを加熱することによって回収することができる。しかしながら、ガスの加熱により、バーナの出口を通って燃焼室に供給される際のガスの速度が変化する可能性がある。閾値温度に基づいて流れの方向を変えることにより、燃焼ガスは、ガスの温度に関わらず一定の速度でバーナを出ることができる。
【００９３】
上述したことは、本発明の実施形態に関し、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を考察することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決まる。
【図１Ａ】
2019078525.tif 000003
【図１Ｂ】
2019078525.tif 000004
【図１Ｃ】
2019078525.tif 000005
【図１Ｄ】
2019078525.tif 000006
【図１Ｅ】
2019078525.tif 000007
【図１Ｆ】
2019078525.tif 000008
【図２Ａ】
2019078525.tif 000009
【図２Ｂ】
2019078525.tif 000010
【図２Ｃ】
2019078525.tif 000011
【図２Ｄ】
2019078525.tif 000012
【図２Ｅ】
2019078525.tif 000013
【図２Ｆ】
2019078525.tif 000014
【図３Ａ】
2019078525.tif 000015
【図３Ｂ】
2019078525.tif 000016
【図４Ａ】
2019078525.tif 000017
【図４Ｂ】
2019078525.tif 000018
【図５Ａ】
2019078525.tif 000019
【図５Ｂ】
2019078525.tif 000020
【図６Ａ】
2019078525.tif 000021
【図６Ｂ】
2019078525.tif 000022
【図７Ａ】
2019078525.tif 000023
【図７Ｂ】
2019078525.tif 000024
【図８Ａ】
2019078525.tif 000025
【図８Ｂ】
2019078525.tif 000026
【図９】
2019078525.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月21日(2019.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石および強磁性材料を有する感温磁気弁と、
前記感温磁気弁に結合されたガス源と、
前記感温磁気弁に結合された第１バーナ出口であって、ガスが第１速度で前記第１バーナ出口から出るのを可能にするサイズである第１バーナ出口と、
前記感温磁気弁に結合された第２バーナ出口であって、ガスが前記第１速度で前記第２バーナ出口から出るのを可能にするサイズである第２バーナ出口と、を備え、
前記第１バーナ出口および前記第２バーナ出口が異なる断面積を有し、前記強磁性材料が、前記磁石に磁気的に結合されているときに前記第１バーナ出口を閉鎖し、前記磁石から分離されているときに前記第１バーナ出口の閉鎖を解除する、バーナシステム。
【請求項２】
前記感温磁気弁が、前記強磁性材料とともに流れに対する１つまたは複数の障壁を形成するように構成された流量制御構造体をさらに備える、請求項１に記載のバーナシステム。
【請求項３】
前記感温磁気弁が、
前記強磁性材料によって位置を変更し、
前記流量制御構造体とともに前記強磁性材料の前記位置に基づいて、前記ガスの方向を変えるように構成された制限装置をさらに備える、請求項２に記載のバーナシステム。
【請求項４】
前記強磁性材料に接続された第１流量制御構造体をさらに備え、前記第１流量制御構造体が、前記強磁性材料の温度に基づいて流れを制限するように構成され、前記第１流量制御構造体および前記強磁性材料がピボットで回転する、請求項１に記載のバーナシステム。
【請求項５】
複数の開口部を備えた第２流量制御構造体をさらに備え、前記第２流量制御構造体が前記第１流量制御構造体と流体連通している、請求項４に記載のバーナシステム。
【請求項６】
複数の磁石の間に配置された流量制御構造体を備えるチャンバであって、前記流量制御構造体が前記強磁性材料と接続されている、チャンバをさらに備える、請求項１に記載のバーナシステム。
【請求項７】
前記ガスから前記強磁性材料または前記磁石を隔離し、
少なくとも前記強磁性材料に熱を伝達する
ように構成された保護カバーをさらに備える、請求項１に記載のバーナシステム。
【請求項８】
前記強磁性材料に接続された第１流量制御構造体をさらに備え、前記第１流量制御構造体が、前記強磁性材料の温度に基づいて流れを制限するように構成され、流量制御構造体および前記強磁性材料がピボットで回転する、請求項７に記載のバーナシステム。
【請求項９】
燃焼を制御する方法であって、
感温弁に第１温度でガスを供給するステップであって、前記感温弁が、磁性材料、強磁性材料、第１通路および第２通路を備え、前記ガスが前記強磁性材料と熱を交換し、それにより、前記強磁性材料が前記第１温度に達し、前記磁性材料に対して第１位置に配置される、ステップと、
前記ガスが前記感温弁に結合される前記第１通路を通って流れるのを可能にするステップと、
前記感温弁に第２温度で前記ガスを供給するステップであって、前記ガスが、前記強磁性材料と熱を交換し、それにより、前記強磁性材料が前記第２温度に達する、ステップと、
前記強磁性材料が、前記磁性材料に対して前記第１位置とは異なる第２位置まで移動するのを可能にするステップと、
前記ガスが、前記感温弁に結合される第２通路を通って流れるのを可能にするステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記ガスがオキシダントまたは燃料である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記強磁性材料がニッケルを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１通路が１つまたは複数の第１出口をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２通路が、前記第１通路より大きい、累積的な断面積を有する１つまたは複数の第２出口を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記感温弁が故障した場合、前記強磁性材料を前記第１位置または前記第２位置に仕向けるために十分な位置に磁石を配置するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１温度が、主流となっている周囲温度であり、前記第２温度が、第２温度で前記ガスを供給する前記ステップの前に前記ガスが予熱された所定温度である、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスが燃料である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスが天然ガスである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガスが、前記バーナによって注入されたガスの燃焼からもたらされる燃焼ガスとの熱交換によって予熱された高温空気との熱交換によって、前記第２温度まで予熱される、請求項１５に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
上述したことは、本発明の実施形態に関し、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を考察することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決まる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］  ガス源に流体接続されている感温磁気弁であって、
磁石と、
前記磁石と磁気的に接続されている強磁性材料と、
第１通路および第２通路を形成する流量制御構造体と、
を備える感温磁気弁と、
前記第１通路と接続されている１つまたは複数の第１出口であって、累積的な第１断面積を有する第１出口と、
前記第２通路と接続されている１つまたは複数の第２出口であって、前記第１断面積より累積的に大きい、累積的な第２断面積を有する第２出口と、
を備えるバーナ装置。
［２］  前記流量制御装置が複数の第１開口部を備え、
前記強磁性材料が、それに形成された複数の第２開口部によって前記流量制御装置と流体接続されている、
ことをさらに含む、［１］に記載のバーナ装置。
［３］  前記強磁性材料が、ニッケル含有材料を含む、［１］に記載のバーナ装置。
［４］  前記第１通路および前記第２通路が、１つまたは複数の共通のパイプを備える、［１］に記載のバーナ装置。
［５］  複数の入口を備えるチャンバ、
をさらに備え、
前記強磁性材料が開口部をさらに備え、前記開口部が、前記複数の入口から前記チャンバへの実質的な流れを可能にする、［１］に記載のバーナ装置。
［６］  前記第１通路および前記第２通路がパイプインパイプ設計を備える、［１］に記載のバーナ装置。
［７］  前記流量制御構造体が前記強磁性材料に接続されており、前記流量制御構造体および前記強磁性材料がピボットで回転することをさらに含む、［１］に記載のバーナ装置。
［８］  磁石および強磁性材料を有する感温磁気弁と、
前記感温磁気弁に結合されたガス源と、
前記感温磁気弁に結合された第１バーナ出口であって、ガスが第１速度で前記第１バーナ出口から出るのを可能にするサイズである第１バーナ出口と、
前記感温磁気弁に結合された第２バーナ出口であって、ガスが前記第１速度で前記第２バーナ出口から出るのを可能にするサイズである第２バーナ出口と、
を備え、
前記第１バーナ出口および前記第２バーナ出口が異なる断面積を有し、前記強磁性材料が、前記磁石に磁気的に結合されているときに前記第１バーナ出口を閉鎖し、前記磁石から分離されているときに前記第１バーナ出口の閉鎖を解除する、バーナシステム。
［９］  前記感温磁気弁が、前記強磁性材料とともに流れに対する１つまたは複数の障壁を形成するように構成された流量制御構造体をさらに備える、［８］に記載のバーナシステム。
［１０］  前記感温磁気弁が、
前記強磁性材料によって位置を変更し、
前記流量制御構造体とともに前記強磁性材料の前記位置に基づいて、前記ガスの方向を変える
ように構成された制限装置をさらに備える、［９］に記載のバーナシステム。
［１１］  前記強磁性材料に接続された第１流量制御構造体をさらに備え、前記第１流量制御構造体が、前記強磁性材料の前記温度に基づいて流れを制限するように構成され、前記流量制御構造体および前記強磁性材料がピボットで回転する、［８］に記載のバーナ装置。
［１２］  複数の開口部を備えた第２流量制御構造体をさらに備え、前記第２流量制御構造体が前記第１流量制御構造体と流体連通している、［１１］に記載のバーナシステム。
［１３］  複数の磁石の間に配置された前記流量制御構造体を備えるチャンバであって、前記流量制御構造体が前記強磁性材料と接続されている、チャンバ
をさらに備える、［８］に記載のバーナシステム。
［１４］  前記ガスから前記強磁性材料または前記磁石を隔離し、
少なくとも前記強磁性材料に熱を伝達する
ように構成された保護カバー
をさらに備える、［８］に記載のバーナシステム。
［１５］  前記強磁性材料に接続された第１流量制御構造体をさらに備え、前記第１流量制御構造体が、前記強磁性材料の前記温度に基づいて流れを制限するように構成され、前記流量制御構造体および前記強磁性材料がピボットで回転する、［１４］に記載のバーナシステム。
［１６］  燃焼を制御する方法であって、
感温弁に第１温度でガスを供給するステップであって、前記感温弁が、磁性材料、強磁性材料、第１通路および第２通路を備え、前記ガスが前記強磁性材料と熱を交換し、それにより、前記強磁性材料が前記第１温度に達し、前記磁性材料に対して第１位置に配置される、ステップと、
前記ガスが前記感温弁に結合される前記第１通路を通って流れるのを可能にするステップと、
前記感温弁に第２温度で前記ガスを供給するステップであって、前記ガスが、前記強磁性材料と熱を交換し、それにより、前記強磁性材料が前記第２温度に達する、ステップと、
前記強磁性材料が、前記磁性材料に対して前記第１位置とは異なる第２位置まで移動するのを可能にするステップと、
前記ガスが、前記感温弁に結合される第２通路を通って流れるのを可能にするステップと、
を含む方法。
［１７］  前記ガスがオキシダントまたは燃料である、［１６］に記載の方法。
［１８］  前記強磁性材料がニッケルを含む、［１６］に記載の方法。
［１９］  前記第１通路が１つまたは複数の第１出口をさらに備える、［１６］に記載の方法。
［２０］  前記第２通路が、前記第１通路より大きい、累積的な断面積を有する１つまたは複数の第２出口を有する、［１９］に記載の方法。
［２１］  前記感温弁が故障した場合、前記強磁性材料を前記第１位置または前記第２位置に仕向けるために十分な位置に磁石を配置するステップをさらに含む、［１６］に記載の方法。
［２２］  前記第１温度が、主流となっている周囲温度であり、前記第２温度が、第２温度で前記ガスを供給する前記ステップの前に前記ガスが予熱された所定温度である、［１６］に記載の方法。
［２３］  前記ガスが燃料である、［２２］に記載の方法。
［２４］  前記ガスが天然ガスである、［２３］に記載の方法。
［２５］  前記ガスが、前記バーナによって注入されたガスの燃焼からもたらされる燃焼ガスとの熱交換によって予熱された高温空気との熱交換によって、前記第２温度まで予熱される、［２２］に記載の方法。
【外国語明細書】
2019078525000001.pdf