(57)【要約】【課題】燃焼ガスの熱を燃焼用ガスに伝熱して加熱する燃焼器において、燃焼用ガスを十分に加熱可能とすると共に耐久性を向上させる。【解決手段】内部に燃焼用ガスが流れる第１配管と、該第１配管の上記開口部から噴出された上記燃焼用ガスが供給されると共に上記燃焼用ガスを燃焼する燃焼領域が内部に形成される第２配管と、を備え、上記燃焼用ガスの燃焼により発生した燃焼ガスの熱を上記第１配管を介して上記燃焼用ガスに伝熱することによって上記燃焼用ガスの加熱を行う燃焼器であって、上記第１配管は、形成材料の酸化腐食温度以下の環境に晒されると共に相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に耐熱性が低い伝熱領域１０と、該伝熱領域１０の上記形成材料の酸化腐食温度以上の環境に晒されると共に上記伝熱領域１０と比較して相対的に耐熱性が高い耐熱領域２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃焼用ガスが流れると共に消炎距離以下の開口部を介して前記燃焼用ガスを噴出する第１配管と、該第１配管の前記開口部から噴出された前記燃焼用ガスが供給されると共に前記燃焼用ガスを燃焼する燃焼領域が内部に形成される第２配管と、を備え、前記燃焼用ガスの燃焼により発生した燃焼ガスの熱を前記第１配管を介して前記燃焼用ガスに伝熱することによって前記燃焼用ガスの加熱を行う燃焼器であって、
前記第１配管は、
形成材料の酸化腐食温度以下の環境に晒されると共に相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に耐熱性が低い伝熱領域と、
該伝熱領域の前記形成材料の酸化腐食温度以上の環境に晒されると共に前記伝熱領域と比較して相対的に耐熱性が高い耐熱領域と
を備えることを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
前記第１配管が、一端側から前記燃焼用ガスを供給されると共に他端が閉塞端とされた内管であり、
前記第２配管が、前記第１配管の外周に前記燃焼領域を隔てて配置され、一端側から前記燃焼ガスを排出すると共に他端が前記第１配管の他端側に配置される閉塞端とされた外管である
ことを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記耐熱領域は、第１配管の表面に施されるコーティングによって相対的に高い耐熱性を有することを特徴とする請求項１または２記載の燃焼器。
【請求項４】
前記耐熱領域は、前記伝熱領域の前記形成材料よりも耐熱性が高い材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃焼器。
【請求項５】
前記伝熱領域を備える第１部材と、前記耐熱領域を有する第２部材とが別体で形成され、
前記第１部材と前記第２部材とが接合されて前記第１配管が構成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１配管から消炎距離以下の開口部を介して噴出された燃焼用ガスを第２配管内部の燃焼領域にて燃焼させ、燃焼用ガスの燃焼により発生した燃焼ガスの熱を上記第１配管を介して上記燃焼用ガスに伝熱することによって燃焼用ガスの加熱を行う燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、小型化が可能な燃焼器として、第１配管から消炎距離以下の開口部を介して噴出された燃焼用ガス（燃料と酸化剤とが混合された混合気）を第２配管内部の燃焼領域にて燃焼させる燃焼器が知られている。
このような燃焼器によれば、消炎距離以下とされた開口部によって第１配管に火炎が伝播することが防止され、かつ、適度な燃焼用ガスの供給を行うことによって第２配管内部の極めて狭い燃焼領域にて燃焼用ガスを安定して燃焼させることができる。
【０００３】
このような燃焼器としては、燃焼用ガスのより安定した燃焼、燃焼器のさらなる小型化、及び、エネルギ効率の向上を目的として、燃焼用ガスの燃焼によって生じた燃焼ガスの熱を第１配管を介して燃焼用ガスに伝熱して燃焼用ガスを燃焼前に加熱する燃焼器が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１５６８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃焼ガスの熱を効率的に燃焼用ガスに供給するために、燃焼用ガスの流路となる第１配管は熱伝導率の高い材料によって形成されていることが好ましい。
しかしながら、熱伝導率の高い材料は、耐熱性が低いものが多い。このため、第１配管を熱伝導率の高い材料によって形成した場合には、燃焼領域近傍の高温環境に晒される第１配管の領域が、酸化脆弱により劣化し、燃焼器の寿命が短くなってしまう。
【０００５】
一方、第１配管を耐熱性が高い材料によって形成することも考えられるが、このような材料は熱伝導率が低いため、燃焼ガスの熱を効率的に燃焼用ガスに伝熱することができなくなり、燃焼用ガスの加熱が不十分となる虞がある。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、燃焼ガスの熱を燃焼用ガスに伝熱して加熱する燃焼器において、燃焼用ガスを十分に加熱可能とすると共に耐久性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００８】
第１の発明は、内部に燃焼用ガスが流れると共に消炎距離以下の開口部を介して上記燃焼用ガスを噴出する第１配管と、該第１配管の上記開口部から噴出された上記燃焼用ガスが供給されると共に上記燃焼用ガスを燃焼する燃焼領域が内部に形成される第２配管と、を備え、上記燃焼用ガスの燃焼により発生した燃焼ガスの熱を上記第１配管を介して上記燃焼用ガスに伝熱することによって上記燃焼用ガスの加熱を行う燃焼器であって、上記第１配管が、形成材料の酸化腐食温度以下の環境に晒されると共に相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に耐熱性が低い伝熱領域と、該伝熱領域の上記形成材料の酸化腐食温度以上の環境に晒されると共に上記伝熱領域と比較して相対的に耐熱性が高い耐熱領域とを備えるという構成を採用する。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１配管が、一端側から上記燃焼用ガスを供給されると共に他端が閉塞端とされた内管であり、上記第２配管が、上記第１配管の外周に上記燃焼領域を隔てて配置され、一端側から上記燃焼ガスを排出すると共に他端が上記第１配管の他端側に配置される閉塞端とされた外管であるという構成を採用する。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記耐熱領域が、第１配管の表面に施されるコーティングによって相対的に高い耐熱性を有するという構成を採用する。
【００１１】
第４の発明は、上記第１または第２の発明において、上記耐熱領域が、上記伝熱領域の上記形成材料よりも耐熱性が高い材料によって形成されているという構成を採用する。
【００１２】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記伝熱領域を備える第１部材と、上記耐熱領域を有する第２部材とが別体で形成され、上記第１部材と上記第２部材とが接合されて上記第１配管が構成されているという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内管１の伝熱領域において燃焼ガスの熱が燃焼用ガスに伝熱されることによって燃焼用ガスを加熱することができる。また、内管１の耐熱領域においては、燃焼ガスの熱によって内管１が酸化脆弱することを防止することができる。
したがって、本発明によれば、燃焼ガスの熱を燃焼用ガスに伝熱して加熱する燃焼器において、燃焼用ガスを十分に加熱可能とすると共に耐久性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃焼器の一実施形態について説明する。
なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の燃焼器１００の概略構成を模式的に示した断面図である。
この図に示すように、本実施形態の燃焼器１００は、内管１（第１配管）と、外管２（第２配管）とを備えている。
【００１６】
内管１は、一端側から燃焼用ガスＧ１が自らの内部に供給されると共に、他端が閉塞端１ａとされた円筒形状を有しており、耐熱性を有する金属材料によって形成されている。
この内管１の閉塞端１ａ側近傍の周面部には、内管１の内部に供給された燃焼用ガスＧ１を内管１の外部に噴出するための開口部１ｂが複数形成されている。そして、これら開口部１ｂの直径は、消炎距離以下に設定されている。
【００１７】
外管２は、内管１の外周に配置され、一端側から燃焼ガスＧ２が排出されると共に、他端が閉塞端２ａとされた円筒形状を有しており、内管１と同様に耐熱性を有する金属材料によって形成されている。
なお、燃焼ガスＧ２は、燃焼用ガスＧ１が燃焼されることによって生じる高温のガスである。
【００１８】
そして、図２に示すように、内管１と外管２との間（すなわち外管２の内部）であって、燃焼用ガスＧ１の流れ方向において内管１の開口部１ｂの下流側の領域が燃焼領域Ｒとされている。
この燃焼領域Ｒに火炎が形成されている場合には、上流側から燃焼領域Ｒに供給される燃焼用ガスＧ１が燃焼領域Ｒにて燃焼し、その結果生じた燃焼ガスＧ２が燃焼領域Ｒの下流側に流れる。
【００１９】
このような構成を有する燃焼器１００においては、内管１の開口部１ｂが内管１の周面に形成されているため、開口部１ｂから噴出された燃焼用ガスＧ１は、外管２の内壁面と衝突し、流速が低下する。この結果流速が低下する領域、すなわち外管２の内壁面近傍にて安定して燃焼領域Ｒが形成される。
また燃焼領域Ｒにおいて燃焼量ガスＧ１が燃焼されて生成された燃焼ガスＧ２は、図１の矢印にて示すように、外管２の一端側に流れると共に燃焼用ガスＧ１の外管２への衝突の反発力によって内管１の外壁面に向かう。
このような燃焼用ガスＧ１及び燃焼ガスＧ２の流れの結果、図１に示すように、内管１のうち、燃焼領域Ｒの下流側であって当該燃焼領域Ｒに近い領域Ａ１が相対的に高温の環境に晒される領域となる。そして、内管１は、領域Ａ１よりも燃焼ガスＧ２の排出方向における下流に向かうに連れて相対的に低温の環境に晒される。なお、内管１の領域Ａ１よりも燃焼ガスＧ２の排出方向における上流側の領域は、内管１の開口部１ｂから噴出される燃焼用ガスＧ１によって冷却されるため、領域Ａ１に対して低温の環境に晒されることとなる。
【００２０】
そして、本実施形態の燃焼器１００においては、内管１が晒される温度分布を予め実測あるいはシミュレーションによって取得し、内管１を、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に耐熱性が低い伝熱領域１０と、該伝熱領域１０と比較して相対的に耐熱性が高い耐熱領域２０とに領域分けする。
具体的には、本実施形態においては、伝熱領域１０は、該伝熱領域１０の形成材料の酸化腐食温度以下の温度環境に晒される領域とされる。また、耐熱領域２０は、上記伝熱領域１０の形成材料の酸化腐食温度以上の温度環境に晒される領域とされる。
【００２１】
すなわち、本実施形態の燃焼器１００において内管１は、形成材料の酸化腐食温度以下の環境に晒されると共に相対的に熱伝導率が高く相対的に耐熱性が低い伝熱領域１０と、該伝熱領域１０の形成材料の酸化腐食温度以上の環境に晒されると共に伝熱領域１０と比較して相対的に耐熱性が高い耐熱領域２０とを備えている。この耐熱領域２０は、上述の相対的に高い温度環境に晒される内管１の領域Ａ１を必ず含んでいる。
【００２２】
なお、本実施形態の燃焼器１００において、内管１の領域Ａ１よりも燃焼ガスＧ２の排出方向における上流側の領域は、上記伝熱領域１０と同様の材料によって形成されている。つまり、本実施形態の燃焼器１００においては、内管１の伝熱領域１０の形成材料の酸化腐食温度以上の環境に晒される領域のみが耐熱領域２０とされている。
【００２３】
そして、本実施形態の燃焼器１００において耐熱領域２０は、図１に示すように、内管１の表面に施されるコーティング３によって相対的に高い耐熱性を有している。
なお、内管１の形成材料としては、炭素鋼やステンレス鋼（例えばＳＵＳ３２１，ＳＵＳ３０４）を用いることができ、コーティング３の形成材料としてはセラミックスを用いることができる。
例えば、内管１の形成材料としてステンレス鋼、コーティング３の形成材料としてセラミックスを用いる場合には、伝熱領域１０がステンレス鋼のみから形成され、耐熱領域２０がステンレス鋼とセラミックス層との２層構造となる。
【００２４】
このような構成を有する本実施形態の燃焼器１００においては、内管１に燃焼用ガスＧ１が供給されると、当該燃焼用ガスＧ１は、内管１を流れる過程において、内管１の外側を流れる燃焼ガスＧ２の熱が内管１を介して伝熱されて加熱される。そして、加熱された燃焼用ガスＧ１は、内管１の開口部１ｂから内管１と外管２との間の空間に噴出され、燃焼領域Ｒにて燃焼される。
燃焼領域Ｒにて燃焼用ガスＧ１が燃焼されることによって燃焼ガスＧ２が生成され、この燃焼ガスＧ２は、外管２の内部を通過して外部に排出される。ここで、本実施形態の燃焼器１００においては、内管１が、形成材料の酸化腐食温度以下の環境に晒されると共に相対的に熱伝導率が高く相対的に耐熱性が低い伝熱領域１０と、該伝熱領域１０の形成材料の酸化腐食温度以上の環境に晒されると共に伝熱領域１０と比較して相対的に耐熱性が高い耐熱領域２０とを備えている。このため、耐熱領域２０において内管１の酸化脆弱が防止されると共に伝熱領域１０において燃焼ガスＧ２の熱を燃焼用ガスＧ１に伝熱することができる。
【００２５】
このように本実施形態の燃焼器１００によれば、内管１の伝熱領域１０において燃焼ガスＧ２の熱が燃焼用ガスＧ１に伝熱されることによって燃焼用ガスＧ１を加熱することができる。また、内管１の耐熱領域２０においては、燃焼ガスの熱によって内管１が酸化脆弱することを防止することができる。
したがって、本実施形態の燃焼器１００によれば、燃焼ガスの熱を燃焼用ガスに伝熱して加熱する燃焼器において、燃焼用ガスを十分に加熱可能とすると共に耐久性を向上させることが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態の燃焼器１００によれば、内管１の伝熱領域１０の形成材料の酸化腐食温度以上の環境に晒される領域のみが耐熱領域２０とされ、当該耐熱領域２０のみにコーティング３が施されている。
つまり、コーティング３が施される領域が最小限に抑えられている。このため、コーティング３の形成材料（セラミックス材料）と内管１の伝熱領域１０の形成材料（金属材料）との熱伸び差に起因してコーティング３が剥離することを抑制することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００２８】
図２は、本実施形態の燃焼器が備える内管１の分解断面図である。この図に示すように、本実施形態の燃焼器が備える内管１は、伝熱領域１０を備える第１部材４と、耐熱領域２０を備える第２部材５とがネジ構造によって螺嵌されることによって接合されて構成されている。
【００２９】
なお、本実施形態の燃焼器においては、第１部材４に雌ネジ４ａが形成され、第２部材５に雄ネジ５ａが形成されている。
ただし、第１部材４に雄ネジを形成し、第２部材５に雌ネジを形成する構成を採用しても良い。
【００３０】
そして、本実施形態の燃焼器においては、第１部材４が、相対的に伝熱性が高くかつ相対的に耐熱性が低い材料によって形成されており、これによって伝熱領域１０が高い伝熱性を有している。
一方、第２部材５は、上記伝熱領域１０の形成材料よりも耐熱性の高い材料によって形成されている。これによって、耐熱領域２０が高い耐熱性を有している。
なお、第１部材４の形成材料としては、炭素鋼やステンレス鋼（例えばＳＵＳ３２１，ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０）を用いることができ、第２部材５の形成材料としてはセラミックスを用いることができる。
【００３１】
以上のような本実施形態の燃焼器においても上記第１実施形態と同様に、内管１の伝熱領域１０において燃焼ガスＧ２の熱が燃焼用ガスＧ１に伝熱されることによって燃焼用ガスＧ１を加熱することができる。また、内管１の耐熱領域２０においては、燃焼ガスの熱によって内管１が酸化脆弱することを防止することができる。
したがって、本実施形態の燃焼器によれば、燃焼ガスの熱を燃焼用ガスに伝熱して加熱する燃焼器において、燃焼用ガスを十分に加熱可能とすると共に耐久性を向上させることが可能となる。
【００３２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る燃焼器の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３３】
例えば、上記実施形態においては、本発明における第１配管として内管１を備え、本発明における第２配管として外管２を備え、これらの内管１と外管２とが同心円状に配置された二重管構造の燃焼器について説明した。
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、第１配管と第２配管とが燃焼領域となる燃焼室を中心として巻回して配置される、いわゆるスイスロール型の燃焼器に適用することもできる。
また、本発明は、特開２００７−２１２０８２号公報に記載された、いわゆるディスク型の燃焼器に適用することもできる。
【００３４】
また、上記実施形態においては、コーティング３及び第２部材５の形成材料をセラミックスとする構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、耐熱領域２０の形成材料と比較して耐熱性の高い他の耐熱材料によってコーティング３及び第２部材５を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態における燃焼器の概略構成を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態における燃焼器が備える内管の分解断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００……燃焼器、１……内管（第１配管）、１ａ……閉塞端、１ｂ……開口部、２……外管（第２配管）、２ａ……開閉端、３……コーティング、４……第１部材、５……第２部材、１０……伝熱領域、２０……耐熱領域、Ｇ１……燃焼用ガス、Ｇ２……燃焼ガス、Ｒ……燃焼領域
【図１】
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【図２】
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