(57)【要約】【課題】  単純な構造で、小型化しやすく、高い熱効率を有するラジアントチューブバーナを提供する。【解決手段】  内筒４と、該内筒４を同軸状に収容する有底外筒２と、該有底外筒２と内筒４との間の空間１７に、有底外筒２の内側壁１４に沿って旋回型火炎を生じさせ、該旋回型火炎で直接有底外筒２を加熱し、燃焼排ガスを前記内筒４から排出するように構成された酸素含有ガス供給口９および燃料供給口１６とを備えたラジアントチューブ式加熱装置１である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒と、
該内筒を同軸状に収容する有底外筒と、
該有底外筒と内筒との間の空間に、有底外筒の内側壁に沿って旋回型火炎を生じさせ、該旋回型火炎で直接有底外筒を加熱し、燃焼排ガスを前記内筒から排出するように構成された燃料供給口および酸素含有ガス供給口とを備えるラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項２】
内筒の端部が、末広がりに拡がっている、請求項１に記載のラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項３】
酸素含有ガス供給口からの酸素含有ガスの供給方向が、内筒の接線方向である、請求項１又は請求項２に記載のラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項４】
さらに、酸素含有ガス供給路が、内筒内を経由して前記酸素含有ガス供給口に連通している、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項５】
さらに、酸素含有ガス供給路が、内筒の外周面の少なくとも一部を覆うように配されて前記酸素含有ガス供給口に連通している、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項６】
燃料供給口が、外筒の内側壁に向けて開口した複数の噴出孔である請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項７】
燃料供給口が、酸素含有ガス供給路内で酸素含有ガスの流出方向に開口するように位置づけられ、燃料供給口または酸素含有ガス供給口に再循環流を生じさせる保炎機構を備えている請求項４または請求項５に記載のラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項８】
酸素含有ガス供給口が、内筒の軸方向に沿って所定の間隔をあけて第１酸素含有ガス供給口および第２酸素含有ガス供給口として設けられ、第１酸素含有ガス供給口と第２酸素含有ガス供給口の間にガス流路を狭める邪魔板を備えた請求項３に記載のラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項９】
有底外筒が、金属である請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のラジアントチューブ式加熱装置。
【請求項１０】
内筒と、該内筒を同軸状に収容する有底外筒とを備えたラジアントチューブ式加熱装置において、
該有底外筒と内筒との間の空間に、有底外筒の内側壁に沿って旋回型火炎を生じさせる工程と、
該旋回型火炎で直接有底外筒を加熱し、燃焼排ガスを前記内筒から排出する工程とを含む、ラジアントチューブ式加熱装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアントチューブバーナおよびその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスバーナには多くの種類があるが、燃焼ガスが被熱物に悪影響を与える場合、とりわけ所定の化学反応のために高温加熱が必要な場合に使用されるバーナとして、輻射熱を利用するラジアントチューブバーナが知られている（非特許文献１）。
【０００３】
従来のラジアントチューブバーナとして、シングルエンド型ラジアントチューブがある。典型的なシングルエンド型ラジアントチューブは、内筒を収容する有底外筒とからなり、まず火炎を内筒内で燃焼させ、その燃焼排ガスを内筒と有底外筒との間に通すことで外筒を加熱し、その輻射熱を被熱物（炉内気体）の加熱に利用している（特許文献１、特許文献２）。この方式だと、火炎が直接当たる内筒の温度が一番高く、外筒は、主に燃焼排ガスで間接的に加熱することになる。したがって、輻射熱を利用するラジアントバーナの特性上、熱効率が悪い。また、外筒を加熱した燃焼排ガスが直ぐに排出されるので、排ガス温度が下記表に示すように、比較的高温になっている（非特許文献１）。
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【０００４】
従来のシングルエンド型ラジアントチューブの改良提案は、排ガス熱を燃焼用酸素含有ガスの予熱等に有効活用するための炉外または炉内の熱交換構造に焦点が当てられたもの（特許文献３、特許文献４、特許文献５）があるが、いずれも上述した「火炎を内筒内で燃焼させ、その燃焼排ガスを内筒と外筒との間に通すことで外筒を加熱し、その輻射熱を被熱物の加熱に利用する」典型的なシングルエンド型ラジアントチューブの基本構造を踏襲しており、外筒の外側にある本来加熱すべき炉内を、外筒を介して効率良く加熱することに焦点を当てたものではない。
【０００５】
また排ガス熱を燃焼用酸素含有ガスの予熱等に有効活用するため、従来のシングルエンド型ラジアントチューブとは別にリジェネラントチューブバーナが提案されている。このバーナは、概ねU字型またはW字型で、両端に一対のバーナを備え、これらを交互に燃焼させることで、排ガスの持つ熱量を燃焼酸素含有ガスの予熱に再利用することができるバーナである。かかるリジェネラントチューブの高熱効率特性を活かし、リジェネラントチューブの構造を組み込んだシングルエンド型ラジアントチューブバーナ（特許文献６）が知られている。しかし、このバーナも、コンセプトはリジェネラントチューブバーナと同様であり、一対の非旋回型火炎を生じさせるバーナで内筒内および内筒と外筒との間を交互に加熱するものであり、外筒の外側にある本来加熱すべき炉内の効率良い加熱に焦点を当てたものではない。また、構造の複雑化に伴い、小型化も難しいものとなっている。
【０００６】
ところで、ラジアントチューブバーナとは異なるが、管状火炎バーナが古くから研究されている。管状火炎バーナとは一端が開放された管状の燃焼室を有し、この燃焼室の閉塞端部近傍に燃料ガスを吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き込むノズルが、前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて設けられ、燃焼室の内部に旋回流を発生させるバーナのことである（特許文献７）。管状火炎バーナに関しては、保炎性を高めるいくつかの工夫（非特許文献２、非特許文献３）やＮＯｘ低減のための工夫（特許文献８）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−８３４１４号公報
【特許文献２】特開２００３−３０７３０１号公報
【特許文献３】特開２０１３−２３６３０４号公報
【特許文献４】特開２００６−２９６３８号公報
【特許文献５】特開２０１３−１９４９７７号公報
【特許文献６】特開２０１５−１１４０９２号公報
【特許文献７】特開２００５−１８８７７５号公報
【特許文献８】特開２００４−２５７６７３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】有限会社サーモテックサービスウェブサイト、業務項目「バーナ」（URL:http://thermotech.jp/work/burner.html）
【非特許文献２】胡ら、管状火炎内部の高温ガス領域を利用した新しい加熱技術に関する実験的研究、日本燃焼学会誌  第５７巻  １７９号（２０１５）７１−８１頁
【非特許文献３】藤峰ら、ガスバーナの燃焼安定性、日本燃焼学会誌  第５１巻  １５６号（２００９）８５−９３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記現状に鑑み、本発明は、単純な構造で、小型化しやすく、高い熱効率を有するラジアントチューブバーナ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】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の１つの側面は、内筒と、該内筒を同軸状に収容する有底外筒と、該有底外筒と内筒との間の空間に、有底外筒の内側壁に沿って旋回型火炎を生じさせ、該旋回型火炎で直接有底外筒を加熱し、燃焼排ガスを前記内筒から排出するように構成された燃料供給口および酸素含有ガス供給口とを備えたラジアントチューブ式加熱装置である。上記ラジアントバーナは、一番温度の高い部分である火炎を外筒の内側に直接渦巻状に当てるので、輻射熱を使用するラジアントバーナとしての性能が上がる一方、燃焼排ガスは、ラジアントバーナの内筒を通るので、排熱温度を下げるとともに熱効率が向上する。また、旋回型火炎であることにより、バーナの火炎が広い範囲（ラジアントチューブの外筒の内側）にわたって当るので、局部的な高温は生じないという副次的な利点も期待できる。
【００１１】
上記ラジアントチューブ式加熱装置は、内筒の端部が末広がりに拡がっているものであることが好ましい。拡がっていると排ガス流と酸素含有ガス流とが分離されて排ガス流がスムースに内筒内を流れるようになり、排ガスにより火炎が失火するのを防ぐことができる。
【００１２】
上記ラジアントチューブ式加熱装置は、酸素含有ガス供給口からの酸素含有ガスの供給方向が、内筒の接線方向であることが好ましい。この原因は明らかではなく、その考察や推測が本発明の技術的範囲を制限するものではないが、接線方向の方が、酸素含有ガスが内筒にまとわりつきやすいからではないかと考えられる。なお、本明細書において「内筒の接線方向」とは、内筒の中心軸に対して垂直な面上で内筒の接線に相当する方向またはその方向に平行な方向を意味する。
【００１３】
上記ラジアントチューブ式加熱装置は、さらに、酸素含有ガス供給路が、内筒内を経由して前記酸素含有ガス供給口に連通しているものであることが好ましい。内筒内を経由する際に内筒内を通る燃焼排ガスによって酸素含有ガス供給路を通る酸素含有ガスが予熱され、排ガス熱の有効利用により、熱効率が向上するからである。なお、本明細書において、「酸素含有ガス供給路」には、酸素含有ガスの流路を確保できるあらゆる形態が含まれ、流路は、有底外筒内に確保されていても、有底外筒の内壁の一部を開口部として有底外筒外に確保されていてもよく、管状のもの（酸素含有ガス供給管）が含まれるが、管状でないものも当然に含まれる。また本明細書において、「酸素含有ガス」には、空気、酸素、酸素富化空気のほか、酸素を含む可燃混合気も含まれる。
【００１４】
上記ラジアントチューブ式加熱装置は、さらに、酸素含有ガス供給路が、内筒の外周面の少なくとも一部を覆うように配されて前記酸素含有ガス供給口に連通しているものであることが好ましい。有底外筒と内筒との間の空間に生じる旋回火炎によって有底外筒に加えて酸素含有ガス供給路が直接加熱されることとなり、より一層熱効率が向上するからである。
【００１５】
上記ラジアントチューブ式加熱装置は、燃料供給口が、外筒の内側壁に向けて開口した複数の噴出孔であることが好ましい。かかる構成により、保炎性が高まり、安定した旋回火炎を生じさせることができる。
【００１６】
上記ラジアントチューブ式加熱装置は、燃料供給口が、酸素含有ガス供給路内で酸素含有ガスの流出方向に開口するように位置づけられ、燃料供給口または酸素含有ガス供給口に再循環流を生じさせる保炎機構を備えているものであることが好ましい。かかる構成により、開口端付近に可燃混合気が生じて保炎性が高まり、安定した旋回火炎を生じさせることができる。
【００１７】
上記ラジアントチューブ式加熱装置は、酸素含有ガス供給口が、内筒の軸方向に沿って所定の間隔をあけて第１酸素含有ガス供給口および第２酸素含有ガス供給口として設けられ、第１酸素含有ガス供給口と第２酸素含有ガス供給口の間にガス流路を狭める邪魔板を備えたものであることが好ましい。かかる構成により、邪魔板より上部の第１酸素含有ガス供給口側の１次燃焼区では酸素含有ガス量を少なくして未燃焼ガスを作り、下部の第２酸素含有ガス供給口側の２次燃焼区では酸素含有ガス量を多くして完全燃焼させる手法を採用することが可能になり、ＮＯｘ低減に効果をもたらす。
【００１８】
上記ラジアントチューブ式加熱装置は、有底外筒が、金属であることが好ましい。金属は気体に比して熱伝導率が圧倒的に良いので、局所的な高温を防ぐ効果が高まる。金属としては通常、SUSを採用することができる。
【００１９】
上記目的を達成するためになされた本発明の別の側面は、内筒と、該内筒を同軸状に収容する有底外筒とを備えたラジアントチューブ式加熱装置において、該有底外筒と内筒との間の空間に、有底外筒の内側壁に沿って旋回型火炎を生じさせる工程と、該旋回型火炎で直接有底外筒を加熱し、燃焼排ガスを前記内筒から排出する工程とを含む、ラジアントチューブ式加熱装置の運転方法である。かかる運転方法によれば、一番温度の高い部分である火炎を外筒の内側に直接渦巻状に当てるので、輻射熱を使用するラジアントバーナとしての性能が上がる一方、燃焼排ガスは、ラジアントバーナの内筒を通るので、排熱温度を下げるとともに熱効率が向上する。また、旋回型火炎であることにより、バーナの火炎がラジアントチューブの外筒の内側壁の広い範囲にわたってあたるので、局部的な高温は生じないという副次的な利点も期待できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかるラジアントバーナは、メタン直接分解反応等の反応炉の触媒加熱や反応温度上昇に高効率に使用することができる。また、本発明のラジアントバーナは、互いに反対方向の流れになる酸素含有ガス流と排ガス流とが流れにおいて内筒で隔てられているので、酸素含有ガス流と排ガス流との間に距離を設ける必要がなく、したがってラジアントチューブの小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置の第１の実施形態の内筒軸方向に沿った断面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）、ｂ方向矢視図（ｃ）、ｃ方向矢視図（ｄ）。
【図２】本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置の第２の実施形態の内筒軸方向に沿った断面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）、ｂ方向矢視図（ｃ）、ｄ方向矢視図（ｄ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｅ）、Ｃ−Ｃ断面図（ｆ）。
【図３】本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置の第３の実施形態の内筒軸方向に沿った断面図（ａ）、Ａ−Ａ端面図（ｂ）。
【図４】本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置の第４の実施形態の内筒軸方向に沿った断面図（ａ）、Ａ−Ａ端面図（ｂ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｃ）、Ｃ−Ｃ断面図（ｄ）。
【図５】本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置で旋回火炎が生じていることを示す側面写真。
【図６】本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置で旋回火炎が生じていることを示す下端写真。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための形態について以下に図面を参照して説明する。なお、図２から図４で付番されていない部分は図１の対応箇所と指示するものは同じである。
（第１実施形態）
図１（ａ）に示す本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置の第１の実施形態１では、炉内に挿入され輻射熱を発する有底外筒２、有底外筒２内に同軸上に挿入され下端開口部がラッパ状に拡がった内筒４、内筒４の外周を上端からラッパ状部の後縁５の直前まで覆う、内筒４の外径より大きい内径を有する第１の仕切り円筒６と、ラッパ状部の後縁５を起点として、第１の仕切り円筒６の長さの半分程度を覆う、第１の仕切り円筒６より大径の第２の仕切り円筒７とで構成された酸素含有ガス供給路８であって、第２の仕切り円筒７の上端部付近の側壁に酸素含有ガス供給口９を有する酸素含有ガス供給路８、外筒２と内筒４との間の空間１１を内筒４と平行に延びる燃料供給管１２であって、閉塞した端部１３と、外筒２の内側壁１４に向けて開口した燃料供給口１６とを有する燃料供給管１２、内筒４、燃料供給管１２および第１の仕切り円筒６を挿入する貫通孔１５を有し、外筒２および第２の仕切り円筒７とともに燃焼空間１７を画定する仕切り材１８、仕切り材１８と外筒２の内側壁１４との間に噛ませて燃焼空間１７の気密性を保つシール材２０、内筒４を挿入する貫通孔１９を有し、酸素含有ガス供給路８および燃料供給管１２に連絡する燃料路２１および酸素含有ガス路２３が内部に形成された蓋材２２で構成される。
【００２３】
酸素含有ガス供給口９は、図１（ｂ）および図１（ｄ）に示すように、燃料供給口１６と同じ高さにおいて、酸素含有ガスの供給方向が、概ね内筒の接線方向と一致するように設けられており、開口形状は概ね縦長の小判型になっている。
【００２４】
燃料供給口１６は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、開口面に垂直な方向が、外筒の径方向に対して所定の角度θをなす方向に開口した４個の噴出孔で構成している。ここで所定の角度θとは、１０度から８０度、好ましい下限は２０度、より好ましい下限は３０度、好ましい上限は６０度、より好ましい下限は５０度であるが、本実施形態では、４５度に設定している。隣り合う噴出孔の間隔は、噴流の運動量、すなわち燃料ガスの供給量等の再循環流が生じる条件に応じて、適宜設定される。
【００２５】
酸素含有ガス供給口９と燃料供給口１６との位置関係は、燃料供給口１６近くに燃料濃度が濃い領域を作り、旋回する酸素含有ガス流と分けるため、本実施形態では互いに離して設置しているが、これに限定されず、燃料供給口に酸素含有ガス供給口が向くように方向づけてもよい。
【００２６】
仕切り材１８およびシール材２０は、上述した燃焼空間１７を画定する役割に加えて、火炎長がガス量や圧力等で決まってしまうことから、様々な大きさの反応炉において、炉内において露出する外筒部分全てを加熱することはできないので、その加熱部（燃焼空間１７）を炉内のどの位置に持ってくるかを調整する役割も果たしている。後者の役割により、ラジアントバーナ製品の量産性や汎用性を向上することができる。ここで、仕切り材１８およびシール材２０としては、耐熱性の金属を採用しているが、これに代えて無機物のシールを採用してもよい。
【００２７】
以上の構成に基づく作用効果を説明する。
燃料ガスは、蓋材２２に形成された燃料路２１を通って燃料供給管１２の閉塞端部に達し、端部の側壁に設けた複数の燃料供給口１６から噴出し、燃料供給口１６付近に高濃度の燃料ガス領域を形成するが、当該複数の燃料供給口から噴き出る噴流同士で閉じられた空間が噴流の吸引効果によって負圧となり、流れの一部が逆流して再循環流が生じる。
酸素含有ガスは、内筒４内を往来する図示しない酸素含有ガス供給管を通ってから蓋材２２の酸素含有ガス路２３に導入され、概ね内筒４の外周面に沿って上端から下端に向けて流れ、ラッパ状部の後縁５にぶつかった後、第１の仕切り円筒６と第２の仕切り円筒７に挟まれた空間内を折り返して上方に向かって流れ、内筒４の長さの半分程度戻った終端部付近で側方に開口した酸素含有ガス供給口９から燃焼空間１７に向けて排出される。この一連の流れにおいて、燃焼排ガスからの伝熱、内筒４と第１の仕切り円筒６からの伝熱、および、第２の仕切り円筒７からの伝熱により酸素含有ガスが徐々に高温に予熱される。酸素含有ガス供給口９から排出された酸素含有ガスは、外筒２の内側壁１４にあたってから旋回流となり、燃料ガスを捲き込んで旋回型火炎を生成し、直接有底外筒を加熱する。燃焼によって生じた排ガスは、酸素含有ガスの旋回流の運動量を受けて下降し、ラッパ状部の後縁５付近で流路を狭められることによって流速を速めつつ、ラッパ状部を廻り込むように内筒４内に取り込まれ、内筒４内を往来する図示しない酸素含有ガス供給管の加熱に供されつつ、加熱装置１外部に放出される。
【００２８】
（第２実施形態）
図２に示す本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置の第２実施形態３１の第１実施形態１との相違点は、第２の仕切り円筒３７の側壁における仕切り板４８とぶつかる終端部付近に第１酸素含有ガス供給口３９を設けるとともに、第２の仕切り円筒３７の側壁における内筒３４の軸方向に沿って中程の高さに、酸素含有ガスの供給方向が内筒３４の接線方向に向いた第２酸素含有ガス供給口４１を設けた点、第１酸素含有ガス供給口３９と第２酸素含有ガス供給口４１の間に、燃焼空間４７を通るガスの流路を狭める邪魔板５４を設けた点にある。
【００２９】
図２（ｂ）から明らかなように、第１酸素含有ガス供給口３９と第２酸素含有ガス供給口４１とは、両者を結ぶ線が、内筒３４の中心軸と平行になるように位置づけられ、酸素含有ガスの供給方向も同一としているが、これに限定されず、第１酸素含有ガス供給口３９と第２酸素含有ガス供給口４１の内筒の軸方向からみた位置をずらしてもよいし、酸素含有ガスの供給方向を内筒３４の接線方向以外の任意の方向にしてもよい。
【００３０】
図２（ａ）（ｂ）から明らかなように、本実施形態では、邪魔板５４は、第２の仕切り円筒３７の側壁上、第２酸素含有ガス供給口４１の真上の位置に無孔の笠状に覆うものとしており、笠の大きさは、概ね内筒３４の中心軸に沿った方向から視て、内筒３４の下端にあるラッパ状部と同面積を覆うことができる大きさとしている。
【００３１】
第２実施形態３１は、邪魔板５４を設けたことにより、邪魔板５４より上を１次燃焼区４３、邪魔板５４より下を２次燃焼区４５として区分けし、上下で燃焼環境を変えた２段燃焼方式を採用することができる。燃焼環境を変える方法としては、第１酸素含有ガス供給口３９から供給される酸素含有ガス量と、第２酸素含有ガス供給口４１から供給される酸素含有ガス量とを変える方法を採用することができる。
【００３２】
（第３実施形態）
図３に示す本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置の第３実施形態６１の第１実施形態１との相違点は、第１実施形態と異なる保炎機構を提供している点にあり、具体的には、第２の仕切り円筒６７の側壁における仕切り板７８とぶつかる終端部付近から燃焼空間７７に張り出すように、酸素含有ガス供給路６８に連絡する大径の酸素含有ガス放出管７０を設けた点、酸素含有ガス放出管７０の開口部を酸素含有ガス供給口６９とした点、燃料供給管７２を酸素含有ガス放出管７０内に組み入れ、酸素含有ガス放出管７０と同軸上で同一方向に向けて開口するように屈曲させている点、複数の噴出孔を設ける代わりに燃料供給管７２の端部を開放して燃料供給口７６とし、当該燃料供給口７６にフランジ状の保炎板７３を形成した点にある。
【００３３】
第３実施形態６１によれば、酸素含有ガス放出管７０と燃料供給管７２との間の空間から噴出する酸素含有ガスの流れと、燃料供給口７６から噴出する燃料ガスの流れにより、フランジ状の保炎板７３の後流側に再循環流領域が生じ、該領域では、吸引効果により、酸素含有ガスと燃料ガスとが混合されることから、これが安定した保炎を形成し主炎を保持する役割を果たすことができる。
【００３４】
（第４実施形態）
図４に示す本発明に係るラジアントチューブ式加熱装置の第４実施形態８１は、燃料供給管９２を酸素含有ガス放出管９０内に組み入れ、酸素含有ガス放出管９０と同軸上で同一方向に向けて開口するように屈曲させている点、燃料供給口９６にフランジ状の保炎板１０３を形成した点では第３実施形態６１と同じであるが、第２の仕切り円筒８７の側壁における内筒８４の軸方向に沿って中程の高さに、酸素含有ガスの供給方向が内筒８４の接線方向に向いた酸素含有ガス供給口９９を追加して設けた点、第２の仕切り円筒８７の外側壁面上、酸素含有ガス放出管９０への接続部位と酸素含有ガス供給口８９との間の位置に燃焼空間９７を通るガスのガス流路を狭める邪魔板９４を設けた点において第３実施形態６１と異なる。
【００３５】
図４（ａ）（ｂ）（ｄ）から明らかなように、本実施形態では、酸素含有ガス供給口８９と酸素含有ガス供給口９９とを、その開口位置を結ぶ直線が第２の仕切り円筒８７の外側壁面上で内筒８４の軸方向と平行になるような位置に設けているが、酸素含有ガスの供給方向は互いに異なるものとしている。
【００３６】
第４実施形態８１に期待する効果は、第２実施形態３１と同様であり、邪魔板９４を境界として上下に異なる燃焼環境９３，９５を作ること、および、火炎長の増大、未燃物の完全燃焼を達成することである。
【００３７】
内筒と、該内筒を同軸状に収容する有底外筒とを備えたラジアントチューブ式加熱装置において、該有底外筒と内筒との間の空間に、有底外筒の内側壁に沿って旋回型火炎を生じさせる工程と、該旋回型火炎で直接有底外筒を加熱し、燃焼排ガスを前記内筒から排出する工程とを含む、ラジアントチューブ式加熱装置の運転方法もまた、本発明に含まれる。
【００３８】
実施例−ラジアントバーナ試作機による燃焼実験
酸素含有ガス供給管を内筒内で往来させてから内筒の外周面に巻回し、最終的に酸素含有ガス供給口が燃料供給口付近に向けて開口するように構成した点、および、燃料供給口の熱容量を小さくし、着火機能と保炎機能を確保するために有孔板を使用した点を除き、ほぼ第１の実施形態と同様の構成でラジアントバーナ試作機を製作し、蓋材の燃料路にメタンを供給圧２０ｋＰａ（孔径１．５Φ、１箇所）で導入し、蓋材の酸素含有ガス路に酸素含有ガスを供給圧２００ｋＰａ（孔径４Φ、１箇所）で導入しながら、着火し、燃焼実験を行った。なお、材料は、有底外筒（SUS）、内筒（SUS）、酸素含有ガス供給管（SUS）としたが、バーナ内部を観察するために、有底外筒の底部のみは耐熱ガラスとした。
その結果、図５，図６に示すように、外筒は上端から下端にかけて赤熱し、特に上端部から中程にかけて外筒の内側壁に沿った旋回火炎が生じていることが外部からも視認できた。また、外筒の温度が８００℃のとき、内筒から排出される燃焼排ガスの温度は、１４０℃前後と低温であり、熱が外筒の外側と酸素含有ガス供給管の加熱に費やされ、熱効率が高い試作機であることが確認できた。
【００３９】
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、また、上記実施形態に説明される構成のすべてが本発明の必須要件であるとは限らない。本発明は、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当該技術的範囲に属する限り種々の改変等の形態を採り得る。例えば、上記実施形態では、いずれも酸素含有ガスの供給方向を内筒の接線方向としたが、径方向または径方向と接線方向との間の任意の方向、すなわち内筒の中心軸から離れる方向としてもよい。接線方向に比べて酸素含有ガス抵抗が大きくなるものの、予熱効果が期待できるからである。また、上記実施形態では、いずれも内筒の外周面を覆う２個の仕切り円筒で酸素含有ガス供給路を形成し、円筒間に酸素含有ガスを往来させるように構成したが、それに代えて、内筒の外周面を覆うように酸素含有ガス供給路を巻回す構成にしてもよい。さらに、上記実施形態では、保炎機構として、プレート保炎、すなわち燃料供給口１６にフランジ状の保炎板７３を設けることとしたが、それに代えて、酸素含有ガス供給口近傍に、流れを急拡大する流路拡張部（ウォールリセス）を設けて、当該流路拡張部近傍に再循環流を生じさせるウォールリセス保炎や、流れを末広がりに拡げるテーパー状アダプタを備え付けて、管壁近くに再循環流を生じさせるテーパー保炎を採用することができる。そのほか、邪魔板は、内筒の外周面に取り付けられたものであっても有底外筒の内側壁に取り付けてもよく、第１酸素含有ガス供給口と第２酸素含有ガス供給口の間の流路を狭めるものであれば、笠状、庇状、鍔状の別を問わず、また無孔の板状の物でも、孔空きの板でも、耐熱合金繊維を編組した金網を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のラジアントチューブ式加熱装置は、メタン直接分解反応等に使用する触媒の加熱や反応物ガスの温度上昇等に好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１，３１，６１，８１  ラジアントチューブ式加熱装置
２  有底外筒
４，３４，６４，８４  内筒
５  ラッパ状部後縁
６  第１の仕切り円筒
７，３７，６７，８７  第２の仕切り円筒
８，６８，８８  酸素含有ガス供給路
９，３９，６９，８９，９９  酸素含有ガス供給口
１１  外筒と内筒との間の空間
１２，７２，９２  燃料供給管
１３  端部
１４  外筒内側壁
１５  仕切り材の貫通穴
１６，７６，９６  燃料供給口
１７，４７，７７，９７  燃焼空間
１８，４８，７８  仕切り材
１９  蓋材の貫通孔
２０  シール材
２１  燃料路
２２  蓋材
２３  酸素含有ガス路
３９  第１酸素含有ガス供給口
４１  第２酸素含有ガス供給口
４３，９３  １次燃焼区
４５，９５  ２次燃焼区
５４，９４  邪魔板
７０，９０，１００  酸素含有ガス放出管
７３，１０３  保炎板
【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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