(57)【要約】【課題】内筒自体を熱膨脹による伸長を可能な配置とし、かつ塑性変形限度内で一定以上伸長した場合は、自動的に冷却空気を供給して冷却し、内筒への異常な加熱影響を軽減させて常に安全なそして安定した熱発生状況を保持して高温高圧燃焼ガスを発生できるようにした多筒構造の高温高圧燃焼装置における内筒の熱膨脹による歪変形防止装置の提供。【解決手段】内筒５の先端部を燃焼筒体１の先端部に固着し、内筒５の基端部５ａを燃焼筒体１の最内位置の取付部の内壁に沿って摺動自在に支持させ、かつ内筒５を構成する金属組成物の塑性変化限度を越えない温度以内で、膨脹伸長可能とし、許容された範囲内の伸長時に高圧空気の流通孔１１と通ずる通孔２５と、内筒５に設けた通孔２４とを内筒５の膨張伸長時に一致させて導通可能とし、内筒５内に冷却のための空気を導入して内筒５内の異常な高温高圧の発生を防ぐと共に内筒５の熱膨張に基づく伸長に起因する歪変形を防止できるようにしたことを特徴とする多筒構造の高温高圧燃焼装置に用いる内筒の熱膨脹による歪変形防止装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒に沿って中筒及び内筒を形成し、これら各筒間に高圧空気の流通路を形成し、この流通路を流通する高圧空気を内筒内に供給する多筒構造を備えると共に前記内筒の先端に吐出口を開口して高温高圧燃焼ガスないし超音速の衝撃波を吐出する高温高圧用の燃焼筒体を備え、この燃焼筒体の基部に燃料供給手段、点火手段、空気供給手段などを設けて、燃焼筒体の最内部でかつ内筒の基部上方に初期燃焼室を形成し、この初期燃焼室の前方で内筒の上部の側壁に、前記空気供給手段より燃焼筒体の基部の流通孔と接続される前記流通路に通ずる傾斜孔を開口して前記初期燃焼室に続く渦巻高温燃焼部ないし狭窄状の衝撃波変換部を形成できるようにした多筒構造の高温高圧燃焼装置に用いるものであって、内筒の先端部を燃焼筒体の先端部に固着し、内筒の基端部を燃焼筒体の最内位置の取付部の内壁に沿って摺動自在に支持させ、かつ内筒を構成する金属組成物の塑性変化限度を越えない温度以内で、膨脹伸長可能とし、許容された範囲内の伸長時に高圧空気の流通孔と通ずる通孔と、内筒に設けた通孔とを内筒の膨張伸長時に一致させて導通可能とし、内筒内に冷却のための空気を導入して内筒内の異常な高温高圧の発生を防ぐと共に内筒の熱膨張に基づく伸長に起因する歪変形を防止できるようにしたことを特徴とする多筒構造の高温高圧燃焼装置に用いる内筒の熱膨脹による歪変形防止装置。
【請求項２】
内筒の基端部が熱膨張により伸長する個処には、内筒の基端部を包囲する円筒カバーを配し、燃焼筒体の取付部に、前記円筒カバーに設けた鍔部を介して固着すると共に、内筒の基端部には通孔を穿ち、取付部に設けた高圧空気の流通孔と通ずる通孔と、熱膨脹で伸長した内筒の前記通孔とが一致した際、この通孔を介して高圧空気が円筒カバーで形成される間隙内に吐出され、かつ内筒内に導入されて内筒を冷却して伸長した内筒を収縮させることができるようにして成ることを特徴とする請求項１記載の多筒構造の高温高圧燃焼装置に用いる内筒の熱膨脹による歪変形防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音速ジェットバーナーを始め各種の多筒構造の高温高圧燃焼装置に用いる内筒の熱膨脹による歪変形防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温高圧加熱装置として例えば衝撃波を発生できる超音速ジェットバーナーが知られている。
【０００３】
このような衝撃波発生バーナーに相当する超音速ジェットバーナーは、高圧空気をバーナー燃焼（１３００℃）以上の火炎で燃焼させこのガス膨脹体積を小さな穴（吐出口）から噴射させ、秒速１，０００ｍ前後の速い速度、即ち衝撃波（３４０ｍ／ｓｅｃ）を超える速度のガスを噴射させ、このエネルギーを利用して破壊、粉砕、乾燥に利用し分子の変換（高速分子衝突による）等に利用され効率良く産業廃棄物、生ゴミ、魚介類、一般下水、汚物処理、焼却前処理することができる。
【０００４】
すなわちこの衝撃波を発生させるためにバーナー本体内の燃焼状態は高温高圧となり、バーナー本体内壁に作用する熱影響は頗る大きく、耐熱耐圧構造の高温特性に優れた金属材料、例えばモリブデン鋼、ジルコニウム鋼などきわめて高価な材料を用いなければならない。
【０００５】
また、高温高圧な燃焼状態を作り出す内筒に対し、冷却機構を設けた中筒、外筒などを以って多筒構造とし、それぞれの金属材料を異ならせて構成することも知られる処である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３９１２６号公報
【特許文献２】
特開２０００−７４３１７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内筒を備えた多筒構造の高温高圧燃焼装置にあっては、往々にして内筒自体の耐圧耐熱効果の優れた耐熱金属を用いていても、予算の関係で限界に近い耐熱金属を使用しなければならない場合もある。このような場合、耐熱金属を用いた内筒は、加熱による膨脹や、冷めた時の収縮復元という塑性変形が金属平衡線の限度を超えた加熱温度となった場合、内筒の変形、歪みが復元不能となり内筒に亀裂や孔が開き危険となると同時に使用不能となるという問題があった。
【０００８】
この発明は叙上の点に着目してなされたもので、内筒自体を熱膨脹による伸長を可能な配置とし、かつ塑性変形限度内で一定以上伸長した場合は、自動的に冷却空気を供給して冷却し、内筒への異常な加熱影響を軽減させて常に安全なそして安定した熱発生状況を保持して高温高圧燃焼ガスを発生できるようにした多筒構造の高温高圧燃焼装置における内筒の熱膨脹による歪変形防止装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下の構成を備えることにより、上記課題を解決できるものである。
【００１０】
（１）外筒に沿って中筒及び内筒を形成し、これら各筒間に高圧空気の流通路を形成し、この流通路を流通する高圧空気を内筒内に供給する多筒構造を備えると共に前記内筒の先端に吐出口を開口して高温高圧燃焼ガスないし超音速の衝撃波を吐出する高温高圧用の燃焼筒体を備え、この燃焼筒体の基部に燃料供給手段、点火手段、空気供給手段などを設けて、燃焼筒体の最内部でかつ内筒の基部上方に初期燃焼室を形成し、この初期燃焼室の前方で内筒の上部の側壁に、前記空気供給手段より燃焼筒体の基部の流通孔と接続される前記流通路に通ずる傾斜孔を開口して前記初期燃焼室に続く渦巻高温燃焼部ないし狭窄状の衝撃波変換部を形成できるようにした多筒構造の高温高圧燃焼装置に用いるものであって、内筒の先端部を燃焼筒体の先端部に固着し、内筒の基端部を燃焼筒体の最内位置の取付部の内壁に沿って摺動自在に支持させ、かつ内筒を構成する金属組成物の塑性変化限度を越えない温度以内で、膨脹伸長可能とし、許容された範囲内の伸長時に高圧空気の流通孔と通ずる通孔と、内筒に設けた通孔とを内筒の膨張伸長時に一致させて導通可能とし、内筒内に冷却のための空気を導入して内筒内の異常な高温高圧の発生を防ぐと共に内筒の熱膨張に基づく伸長に起因する歪変形を防止できるようにしたことを特徴とする多筒構造の高温高圧燃焼装置に用いる内筒の熱膨脹による歪変形防止装置。
【００１１】
（２）内筒の基端部が熱膨張により伸長する個処には、内筒の基端部を包囲する円筒カバーを配し、燃焼筒体の取付部に、前記円筒カバーに設けた鍔部を介して固着すると共に、内筒の基端部には通孔を穿ち、取付部に設けた高圧空気の流通孔と通ずる通孔と、熱膨脹で伸長した内筒の前記通孔とが一致した際、この通孔を介して高圧空気が円筒カバーで形成される間隙内に吐出され、かつ内筒内に導入されて内筒を冷却して伸長した内筒を収縮させることができるようにして成ることを特徴とする前記（１）記載の多筒構造の高温高圧燃焼装置に用いる内筒の熱膨脹による歪変形防止装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を示す。
【００１３】
この実施の形態は、本出願人が先きに出願した特願２００２−１５７４３７号に開示した実施例に示す多筒構成の超音速ジェットバーナーの内筒に施した場合を示している。
【００１４】
まず始めに、図１において、その構成の概略を示す。
【００１５】
１は、中心軸ｌ−ｌに沿って燃焼路２を有する全体が円筒状の高温高圧の燃焼筒体を示し、この燃焼筒体１は、フランジ構造の基部、すなわち円形状基板１ａに相当する取付部と、これに続く外筒３、中筒４および内筒５より成り、全体として多筒構造を備えている。そして円形状基板１ａの上面には、燃焼供給手段６、点火手段７、および高圧空気の空気供給手段８などが接続固着され、内筒５の上方の円形状基板１ａの内側に初期燃焼室９が形成される。なお空気供給手段８は、円形状基板１ａの上面に設けた多数の供給管１０より円形状基板１ａに穿った多数の流通孔１１の側壁より中心軸ｌ−ｌに対し偏倚しかつ下向きに傾斜した傾斜孔１２より空気を供給するのが好ましい。したがって初期燃焼室９は燃料と共に旋回した温度の低い燃焼状態を呈して形成される。
【００１６】
また、燃焼筒体１の外形を構成する外筒３は、その基部を円形状基板１ａに固着し、他端を吐出口１３を穿った先端部１５と接続され、また中筒４も円形状基板１ａにその基部を固着し、この中筒４と、前記外筒３との間に、円形状基板１ａに穿ってある前記流通孔１１が臨まれるようにし、かつ前記空気供給手段８の供給管１０に続く流通孔１１と通ずる流通路１６を形成すると共に中筒４の先端は非固着の開放状態に保持してあり、供給される空気が内筒５側に折返して最大に加熱される内筒５を冷却し乍ら供給できるような先端部１５との間に切欠部１７を形成している。
【００１７】
ところで、内筒５は、その先端のみを燃焼筒体１の先端部１５に固着し、外周にコイル部材を捲回させ乍ら中筒４との間で、流通路１６を旋回させて、延長して形成し乍ら上方に配設され、円形状基板１ａに近い流通路１６の最内部位置に、中心軸ｌ−ｌに対して前向きに傾斜した多数の傾斜孔１８をノズル状の吐出口として穿ってある。そしてこの傾斜孔１８より吐出される熱交換された加熱空気は、旋回渦巻状を呈して高圧助燃空気として働き、初期燃焼室９から移送されてくる燃焼流体を吸引作用で導き、燃焼流体内に混入し、渦巻高温燃焼部１９を形成し、高温高圧局在燃焼ガスを創出し、外筒３、中筒４および内筒５とによる全体として狭窄状の衝撃波変換部２０より狭小な吐出口１３を経て高温高圧燃焼ガスないし所謂、超音波ジェット流体の衝撃波を得ることができるものである。
【００１８】
しかも内筒５の基端部５ａは、中筒４内に位置して、外筒３およびこの中筒４を固着した円形状基板１ａの最内位置の内周壁２１に沿って摺動自在に配設し、この基端部５ａを包囲する円筒カバー２２をこのカバー２２に設けた鍔部２３によって前記内周壁２１の上部の取付部に一体的に固着するもので、これにより内筒５の基端部５ａは円筒カバー２２により内周壁２１との間の比較的小さな間隙（内筒５の肉厚より僅かに大きな間隙）ｇ内で伸縮可動することとなる。
【００１９】
さらに、内筒５の基端部５ａの下部には傾斜した多数の通孔２４を穿つと共に、円形状基板１ａの内周壁２１に貫通して、前記通孔２４と一致して導通できるように傾斜した多数の通孔２５が穿たれ、またこの通孔２５は、流通孔１１と常時通じており、内筒５が熱膨脹して伸長した際、前記通孔２４と一致して連通できるように形成してある。
【００２０】
叙上の構成に基づいて、燃焼作用が開始されると初期燃焼室９で得られた燃焼ガスは、内筒５の基部より前方に進み、内筒５の傾斜孔１８より吐出される流通路１６で熱交換された加熱空気の働きを受けて渦巻高温燃焼部１９で高温高圧ガスとなり衝撃波変換部２０を経て吐出口１３より高温高圧燃焼ガスないし所謂、超音波ジェット流体の衝撃波を得ることができる。
【００２１】
ところで、発生される高温高圧流体は、内筒５に直接作用し、内筒５に対してきわめて強大な熱作用を与えるため、内筒５は十分加熱され、したがって熱膨脹の働きを受けて基端部５ａ側に向けて伸張することとなる。
【００２２】
この伸長によって図２（ａ）の状態より図２（ｂ）の状態に変わり、さらに図２（ｃ）の状態に達すると高圧空気の一部は、流通孔１１より通孔２５と一致した通孔２４を経て、冷却空気となって円筒カバー２２内の間隙ｇ内に供給され、内筒５の基部を冷却すると共に内筒５内に導入され、高温高圧状態の内筒５内のガスを急速に冷やし、膨脹していた内筒５は収縮し始め、次第に図２（ｂ）の状態より図２（ａ）の状態に移行し、現状に近い状態に復元できる。
【００２３】
したがって、内筒５の上下両端を固着した場合に生ずる内筒５の膨脹による変形、歪みの発生が防止でき安全な、しかも安定した燃焼ガスバーナーとして使用できる。
【００２４】
ことに、内筒５を構成する耐熱耐圧性の強い金属であってもその金属本来の塑性限界を越えるような高温高圧ガスが生成されるような場合でも、その塑性限界に達するまでに内筒５の基端部５ａは、自由端となっており、固着、固定されていないので、基端部５ａは膨脹伸長し、通孔２４が通孔２５と一致するや否や直ちに高圧空気が冷却媒体となって内筒５内に供給され、この空気も円筒カバー２２で形成される間隙ｇ内を通って内筒５の内周個処から内筒５内部に導入されることとなるので緩やかな冷却作用を呈し、危険な高温高圧状態を未然に防止できる。
【００２５】
ここで具体的な内筒５として１３００℃に耐え得る耐熱ステンレス鋼を採用し、膨張率の実測で１００ｍｍの長さに対して１０００℃に加熱したところ、１ｍｍの延びがあるものを用いた場合、この伸び率に合わせて内筒５の基端部５ａに穿った通孔２４と固定側の通孔２５との間隙を計算して両通孔２４と２５を穿設すれば良く、しかも両通孔２４と２５は、その一致する過程が漸次開口状態を変化して行われるので、冷却空気の供給量も漸次増大し、緩やかに燃焼路２内に供給されるので急激な温度降下を伴わないと共に図示していない燃焼路２内の温度管理、温度制御をしているセンサー信号により、図示しない燃料調整機器や高圧空気供給器の圧力調整機構を作動させて定常状態への制御を行わせることができるのでより安定したジェットバーナーとして使用できる。
【００２６】
なお、この実施例では円筒カバーを設けてあるが、この円筒カバーはなくても実施できる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、多筒構造の高温高圧ガス流体を発生する超音速ジェットバーナーは勿論のこと、各種高温高圧ガス流体を用いる燃焼装置に広く利用でき、ことに燃焼部を構成する内筒自体の金属組成物の塑性変化限度以内で働かせることができ、熱膨脹により歪、変形の発生を防いでいるので、耐久性が向上し、長期の使用を可能とできる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る一実施例の一部切欠断面図
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）  図１に示す内筒の基端部の熱膨脹変化を示す部分拡大図で、（ａ）は熱膨脹前の状態、（ｂ）は熱膨脹過程の状態、（ｃ）は２つの通孔が一致した状態をそれぞれ示す。なお両通孔の距離は、説明上長く示してある。
【符号の説明】
１  燃焼筒体
２  燃焼路
３  外筒
４  中筒
５  内筒
８  空気供給手段
９  初期燃焼室
１０  供給管
１１  流通孔
１２  傾斜孔
１３  吐出口
１６  流通路
１８  傾斜孔
１９  渦巻高温燃焼部
２０  衝撃波変換部
２２  円筒カバー
２３  鍔部
２４，２５  通孔
【図１】
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【図２】
2004211941.tif 000004