(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無次元数であるフルード数をＦｒ、レイノルズ数をＲｅ、燃料ガスの噴出速度をＵ（ｍ／ｓｅｃ）、管内径をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ２）、動粘性係数ν（ｍ２／ｓｅｃ）とした場合に、
Ｆｒ＝Ｕ（Ｌｇ）−１／２＞１、かつ
Ｒｅ＝ＵＬν−１＜１００
の関係を満たすことによって、輝炎を含まない半球状の微小火炎であるマイクロフレームを先端に形成する管状の複数のバーナと、
当該複数のバーナを支持する支持手段と、
前記複数のバーナに燃料ガスを各々供給する燃料ガス供給手段と
を備え、
前記支持手段は筐体であって、
前記複数のバーナの夫々は、前記筐体の内側に前記先端側とは反対の他端側を収容されると共に、前記筐体の一面から前記先端側を外部に突出した状態で支持され、
前記一面には、前記複数のバーナの夫々の前記先端を集合してなる燃焼部が形成され、
前記燃料ガス供給手段は、
前記筐体の側壁に設けられた燃料ガス供給口と、
前記筐体の内側に設けられ、前記燃料ガス供給口から供給された燃料ガスを一時的に貯留する燃料ガス室と
から構成され、
前記複数のバーナの夫々の前記先端から燃料ガスが噴出することを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
互いに隣り合う前記バーナの中心軸間の距離から前記バーナの外径を差し引いたバーナ間隔が３．０ｍｍ以上であって、
前記バーナの前記筐体の前記一面から前記バーナの先端までの長さが３．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記筐体の内側には、前記一面と平行に設けられ、前記燃料ガス室を仕切ることによって複数のガス室を形成する少なくとも１つの隔壁が設けられ、
前記複数のバーナは、
前記複数の燃料ガス室に各々対応する複数のバーナ群で構成され、
前記一面に最も近い燃料ガス室に対応する前記バーナ群において、前記バーナの前記他端は、対応する前記燃料ガス室まで延設され、
前記隔壁の前記一面側とは反対側に位置する前記燃料ガス室に対応する前記バーナ群において、前記バーナの前記他端は、前記隔壁を貫通して、対応する前記燃料ガス室まで延設され、
前記燃料ガス供給口は、前記複数の燃料ガス室に各々対応する位置に各々設けられ、
複数の前記燃料ガス供給口には、外部から燃料ガスを供給する燃料ガス供給管が各々接続され、
当該燃料ガス供給管には、内側の流路を開閉する開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記バーナ群を構成する前記バーナの数は、前記バーナ群毎に異なることを特徴とする請求項３に記載の燃焼器。
【請求項５】
前記開閉弁は電磁弁であって、
前記燃焼部の火力を切り替える切替手段と、
当該切替手段による火力の切り替えに基づいて、複数の前記電磁弁を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の燃焼器。
【請求項６】
前記燃料ガス供給手段は、燃料ガスに酸素又は空気を混合した混合ガスを前記複数のバーナに各々供給することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の燃焼器。
【請求項７】
無次元数であるフルード数をＦｒ、レイノルズ数をＲｅ、燃料ガスの噴出速度をＵ（ｍ／ｓｅｃ）、管内径をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ２）、動粘性係数ν（ｍ２／ｓｅｃ）とした場合に、
Ｆｒ＝Ｕ（Ｌｇ）−１／２＞１、かつ
Ｒｅ＝ＵＬν−１＜１００
の関係を満たすことによって、輝炎を含まない半球状の微小火炎であるマイクロフレームを先端に形成する管状の複数のバーナと、
当該複数のバーナを支持する支持手段と、
前記複数のバーナに燃料ガスを各々供給する燃料ガス供給手段と、
前記複数のバーナに酸素又は空気を各々供給する酸化剤ガス供給手段と
を備え、
前記バーナは、内筒と外筒とを有する二重管構造を有し、
前記内筒の内側には、前記燃料ガス供給手段から供給される燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成され、
前記内筒と前記外筒とに挟まれる間には、前記酸化剤ガス供給手段から供給される酸素又は空気が流れる酸化剤ガス流路が形成されたことを特徴とする燃焼器。
【請求項８】
前記支持手段は筐体であって、
前記複数のバーナの夫々は、前記筐体の内側に前記先端側とは反対の他端側を収容されると共に、前記筐体の一面から前記先端側を外部に突出した状態で支持され、
前記一面には、前記複数のバーナの夫々の前記先端を集合してなる燃焼部が形成され、
前記筐体の内側には、前記一面と平行に設けられた隔壁が設けられ、
前記燃料ガス供給手段は、
前記筐体の内側であって、前記隔壁の前記一面側とは反対側に設けられた燃料ガス室と、
前記筐体の側壁に設けられ、前記燃料ガス室に燃料ガスを供給する燃料ガス供給口と
から構成され、
前記酸化剤ガス供給手段は、
前記筐体の内側であって、前記隔壁の前記一面側に設けられた酸化剤ガス室と、
前記筐体の側壁に設けられ、前記酸化剤ガス室に酸素又は空気を供給する酸化剤ガス供給口と
から構成され、
前記外筒の先端とは反対の他端部は、前記酸化剤ガス室まで延設され、
前記内筒の先端とは反対の他端部は、前記隔壁を貫通して、前記燃料ガス室まで延設されたことを特徴とする請求項７に記載の燃焼器。
【請求項９】
無次元数であるフルード数をＦｒ、レイノルズ数をＲｅ、燃料ガスの噴出速度をＵ（ｍ／ｓｅｃ）、管内径をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ２）、動粘性係数ν（ｍ２／ｓｅｃ）とした場合に、
Ｆｒ＝Ｕ（Ｌｇ）−１／２＞１、かつ
Ｒｅ＝ＵＬν−１＜１００
の関係を満たすことによって、輝炎を含まない半球状の微小火炎であるマイクロフレームを先端に形成する管状の複数のバーナと、
当該複数のバーナを支持する支持手段と、
前記複数のバーナに燃料ガスを各々供給する燃料ガス供給手段と、
前記複数のバーナに酸素又は空気を各々供給する酸化剤ガス供給手段と
を備え、
前記支持手段は筐体であって、
前記複数のバーナの夫々は、前記筐体の内側に前記先端側とは反対の他端側を収容されると共に、前記筐体の一面に設けられた複数の貫通穴から前記先端側を外部に突出した状態で各々支持され、
前記一面には、前記複数のバーナの夫々の前記先端を集合してなる燃焼部が形成され、
前記貫通穴の内縁と前記バーナの外周面との間には所定の隙間が設けられ、
前記筐体の内側には、前記一面と平行に設けられた隔壁が設けられ、
前記燃料ガス供給手段は、
前記筐体の内側であって、前記隔壁の前記一面側とは反対側に設けられた燃料ガス室と、
前記筐体の側壁に設けられ、前記燃料ガス室に燃料ガスを供給する燃料ガス供給口と
から構成され、
前記酸化剤ガス供給手段は、
前記筐体の内側であって、前記隔壁の前記一面側に設けられた酸化剤ガス室と、
前記筐体の側壁に設けられ、前記酸化剤ガス室に酸素又は空気を供給する酸化剤ガス供給口と
から構成され、
前記複数のバーナの夫々の前記先端とは反対の他端は、前記隔壁を貫通して、前記酸化剤ガス室まで延設され、
前記複数のバーナは、前記隔壁に固定されて支持されていることを特徴とする燃焼器。
【請求項１０】
前記バーナの前記筐体の前記一面から前記バーナの先端までの長さが１．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であって、前記バーナの内径面積に対する前記隙間の面積の比が２．０倍以上であることを特徴とする請求項９に記載の燃焼器。
【請求項１１】
前記筐体の前記一面は、内側に曲がっていることを特徴とする請求項１〜６、及び８〜１０の何れかに記載の燃焼器。
【請求項１２】
前記筐体は筒状に形成され、
前記一面は、前記筐体の内周面であることを特徴とする請求項１１に記載の燃焼器。
【請求項１３】
請求項１〜６、及び８〜１２の何れかに記載の燃焼器と、
当該燃焼器の前記複数のバーナの夫々の前記先端に形成される前記マイクロフレームから発せられる熱を電気に変換する熱電変換素子と、
前記筐体に設けられ、前記熱電変換素子を前記複数のバーナの夫々の前記先端に近接させて支持する素子支持手段と
を備えたことを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器及び当該燃焼器を用いた発電装置に関し、詳細には、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及び当該燃焼器を用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加熱用の燃焼器であるコンロには、ブンゼン燃焼式のコンロ用バーナが採用されている（例えば、特許文献１参照）。このコンロ用バーナは環状のバーナ本体を備え、その周方向には多数の炎孔が列設されている。さらにバーナ本体には混合管が一体に設けられ、その混合管の基部にはガスノズルが配置されている。従って、ガスノズルから燃料ガスが噴出すると、その燃料ガスの噴出圧によって基部から一次空気が供給され、混合管内で混合されてバーナ本体の炎孔から吐出されて燃焼するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９３２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のコンロ用バーナは無駄な発熱が多いという問題点があった。例えば、湯を沸かすのに大きな火炎は不要である。さらに、炎の燃焼面は特殊環境でない限り、約１ｍｍ程度の厚さに発熱部が集中していることが知られている。つまり、火炎は大きくても小さくても、発熱は「表面付近」でしか起きていない。従って、大きな発熱量が必要であれば、単純に火炎を大きくして表面積を増やせばよいのであるが、逆に無駄な発熱が増えてしまうという問題点があった。また、外部擾乱等によって火炎に乱流が起きた場合は、燃え残りやすすといった有害物が多く排出されるので、環境衛生的に好ましくなくなかった。
【０００５】
また、一般的なブンゼンバーナでは、上下に延びる筒状の本体の先端に拡散火炎を形成するが、本体を傾けると火炎が浮力の影響を受けてしまうため、火炎が揺れたり変形してしまう。これは一般に拡散火炎には重力と逆方向への指向性を持つものとされているからである。学術的にいえば、燃焼場における輸送過程において、重力が誘起する自然対流が拡散場を通じて燃焼状態に影響を与えていることに他ならない。そこで、本体を傾けた状態で火炎の形状を保持させるには、例えば燃料ガスの噴出量を多くすればよいのであるが、燃料ガスを無駄に消費してしまうので好ましくない。つまり、ブンゼンバーナを備える燃焼器を傾けて使用するためには、燃料ガスの噴出量を増加しなければならないので、小型で使い勝手のよい燃焼器の開発を妨げる１つの要因となっていた。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、有害物の排出を抑制しつつ、発熱密度の高い火炎を形成できる燃焼器および当該燃焼器を用いた発電装置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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の燃焼器は、無次元数であるフルード数をＦｒ、レイノルズ数をＲｅ、燃料ガスの噴出速度をＵ（ｍ／ｓｅｃ）、管内径をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ２）、動粘性係数ν（ｍ２／ｓｅｃ）とした場合に、Ｆｒ＝Ｕ（Ｌｇ）−１／２＞１、かつＲｅ＝ＵＬν−１＜１００の関係を満たすことによって、輝炎を含まない半球状の微小火炎であるマイクロフレームを先端に形成する管状の複数のバーナと、当該複数のバーナを支持する支持手段と、前記複数のバーナに燃料ガスを各々供給する燃料ガス供給手段とを備え、前記支持手段は筐体であって、前記複数のバーナの夫々は、前記筐体の内側に前記先端側とは反対の他端側を収容されると共に、前記筐体の一面から前記先端側を外部に突出した状態で支持され、前記一面には、前記複数のバーナの夫々の前記先端を集合してなる燃焼部が形成され、前記燃料ガス供給手段は、前記筐体の側壁に設けられた燃料ガス供給口と、前記筐体の内側に設けられ、前記燃料ガス供給口から供給された燃料ガスを一時的に貯留する燃料ガス室とから構成され、前記複数のバーナの夫々の前記先端から燃料ガスが噴出することを特徴とする。
【０００８】
【０００９】
また、請求項２に係る発明の燃焼器は、請求項１に記載の発明の構成に加え、互いに隣り合う前記バーナの中心軸間の距離から前記バーナの外径を差し引いたバーナ間隔が３．０ｍｍ以上であって、前記バーナの前記筐体の前記一面から前記バーナの先端までの長さが３．０ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る発明の燃焼器は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記筐体の内側には、前記一面と平行に設けられ、前記燃料ガス室を仕切ることによって複数のガス室を形成する少なくとも１つの隔壁が設けられ、前記複数のバーナは、前記複数の燃料ガス室に各々対応する複数のバーナ群で構成され、前記一面に最も近い燃料ガス室に対応する前記バーナ群において、前記バーナの前記他端は、対応する前記燃料ガス室まで延設され、前記隔壁の前記一面側とは反対側に位置する前記燃料ガス室に対応する前記バーナ群において、前記バーナの前記他端は、前記隔壁を貫通して、対応する前記燃料ガス室まで延設され、前記燃料ガス供給口は、前記複数の燃料ガス室に各々対応する位置に各々設けられ、複数の前記燃料ガス供給口には、外部から燃料ガスを供給する燃料ガス供給管が各々接続され、当該燃料ガス供給管には、内側の流路を開閉する開閉弁が設けられている。
【００１１】
また、請求項４に係る発明の燃焼器は、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記バーナ群を構成する前記バーナの数は、前記バーナ群毎に異なることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に係る発明の燃焼器は、請求項３又は４に記載の発明の構成に加え、前記開閉弁は電磁弁であって、前記燃焼部の火力を切り替える切替手段と、当該切替手段による火力の切り替えに基づいて、複数の前記電磁弁を制御する制御手段とを備えている。
【００１３】
また、請求項６に係る発明の燃焼器は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成に加え、前記燃料ガス供給手段は、燃料ガスに酸素又は空気を混合した混合ガスを前記複数のバーナに各々供給することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に係る発明の燃焼器は、無次元数であるフルード数をＦｒ、レイノルズ数をＲｅ、燃料ガスの噴出速度をＵ（ｍ／ｓｅｃ）、管内径をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ２）、動粘性係数ν（ｍ２／ｓｅｃ）とした場合に、Ｆｒ＝Ｕ（Ｌｇ）−１／２＞１、かつＲｅ＝ＵＬν−１＜１００の関係を満たすことによって、輝炎を含まない半球状の微小火炎であるマイクロフレームを先端に形成する管状の複数のバーナと、当該複数のバーナを支持する支持手段と、前記複数のバーナに燃料ガスを各々供給する燃料ガス供給手段と、前記複数のバーナに酸素又は空気を各々供給する酸化剤ガス供給手段とを備え、前記バーナは、内筒と外筒とを有する二重管構造を有し、前記内筒の内側には、前記燃料ガス供給手段から供給される燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成され、前記内筒と前記外筒とに挟まれる間には、前記酸化剤ガス供給手段から供給される酸素又は空気が流れる酸化剤ガス流路が形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に係る発明の燃焼器は、請求項７に記載の発明の構成に加え、前記支持手段は筐体であって、前記複数のバーナの夫々は、前記筐体の内側に前記先端側とは反対の他端側を収容されると共に、前記筐体の一面から前記先端側を外部に突出した状態で支持され、前記一面には、前記複数のバーナの夫々の前記先端を集合してなる燃焼部が形成され、前記筐体の内側には、前記一面と平行に設けられた隔壁が設けられ、前記燃料ガス供給手段は、前記筐体の内側であって、前記隔壁の前記一面側とは反対側に設けられた燃料ガス室と、前記筐体の側壁に設けられ、前記燃料ガス室に燃料ガスを供給する燃料ガス供給口とから構成され、前記酸化剤ガス供給手段は、前記筐体の内側であって、前記隔壁の前記一面側に設けられた酸化剤ガス室と、前記筐体の側壁に設けられ、前記酸化剤ガス室に酸素又は空気を供給する酸化剤ガス供給口とから構成され、前記外筒の先端とは反対の他端部は、前記酸化剤ガス室まで延設され、前記内筒の先端とは反対の他端部は、前記隔壁を貫通して、前記燃料ガス室まで延設されたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に係る発明の燃焼器は、無次元数であるフルード数をＦｒ、レイノルズ数をＲｅ、燃料ガスの噴出速度をＵ（ｍ／ｓｅｃ）、管内径をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ２）、動粘性係数ν（ｍ２／ｓｅｃ）とした場合に、Ｆｒ＝Ｕ（Ｌｇ）−１／２＞１、かつＲｅ＝ＵＬν−１＜１００の関係を満たすことによって、輝炎を含まない半球状の微小火炎であるマイクロフレームを先端に形成する管状の複数のバーナと、当該複数のバーナを支持する支持手段と、前記複数のバーナに燃料ガスを各々供給する燃料ガス供給手段と、前記複数のバーナに酸素又は空気を各々供給する酸化剤ガス供給手段とを備え、前記支持手段は筐体であって、前記複数のバーナの夫々は、前記筐体の内側に前記先端側とは反対の他端側を収容されると共に、前記筐体の一面に設けられた複数の貫通穴から前記先端側を外部に突出した状態で各々支持され、前記一面には、前記複数のバーナの夫々の前記先端を集合してなる燃焼部が形成され、前記貫通穴の内縁と前記バーナの外周面との間には所定の隙間が設けられ、前記筐体の内側には、前記一面と平行に設けられた隔壁が設けられ、前記燃料ガス供給手段は、前記筐体の内側であって、前記隔壁の前記一面側とは反対側に設けられた燃料ガス室と、前記筐体の側壁に設けられ、前記燃料ガス室に燃料ガスを供給する燃料ガス供給口とから構成され、前記酸化剤ガス供給手段は、前記筐体の内側であって、前記隔壁の前記一面側に設けられた酸化剤ガス室と、前記筐体の側壁に設けられ、前記酸化剤ガス室に酸素又は空気を供給する酸化剤ガス供給口とから構成され、前記複数のバーナの夫々の前記先端とは反対の他端は、前記隔壁を貫通して、前記酸化剤ガス室まで延設され、前記複数のバーナは、前記隔壁に固定されて支持されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０に係る発明の燃焼器は、請求項９に記載の発明の構成に加え、前記バーナの前記筐体の前記一面から前記バーナの先端までの長さが１．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であって、前記バーナの内径面積に対する前記隙間の面積の比が２．０倍以上であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１に係る発明の燃焼器は、請求項１〜６、及び８〜１０の何れかに記載の発明の構成に加え、前記筐体の前記一面は、内側に曲がっている。
【００１９】
また、請求項１２に係る発明の燃焼器は、請求項１１に記載の発明の構成に加え、前記筐体は筒状に形成され、前記一面は、前記筐体の内周面である。
【００２０】
また、請求項１３に係る発明の発電装置は、請求項１〜６、及び８〜１２の何れかに記載の燃焼器と、当該燃焼器の前記複数のバーナの夫々の前記先端に形成される前記マイクロフレームから発せられる熱を電気に変換する熱電変換素子と、前記筐体に設けられ、前記熱電変換素子を前記複数のバーナの夫々の前記先端に近接させて支持する素子支持手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明の燃焼器では、Ｆｒ＝Ｕ（Ｌｇ）−１／２＞１、かつＲｅ＝ＵＬν−１＜１００の関係を満たすバーナを備えている。これにより、バーナの先端に、輝炎を含まない半球状の微小火炎である所謂「マイクロフレーム」を形成できる。マイクロフレームは、重力場に関係なく、内径１ｍｍ以下の管状バーナの先端に球状の火炎を形成する特徴がある。これは火炎のサイズが小さくなると相対的に重力の影響が弱くなるからである。従って、バーナを傾けてもマイクロフレームはその形状を崩さない。さらに、半球状のマイクロフレームの火炎面積は通常の火炎（層流火炎）に比べて大きいため、単位火炎面積当たりの発熱帯体積を大きくできる。
【００２２】
また、マイクロフレームは一般的な火炎のような乱流を起こさず、スケールも小さいので、有害物の発生が少ない。このようなマイクロフレームを形成できる複数のバーナは支持手段によって支持されているので、複数のバーナの各先端に形成された複数のマイクロフレームに対して加熱対象物を近づけて加熱することができる。この場合、マイクロフレームは半球状であるので、層流火炎に比べて加熱対象物を火炎表面により近づけることができる。さらに、筐体を傾けてもバーナのマイクロフレームの形状は保持されるので、例えば、燃焼器を手に持って加熱対象物に近づけて加熱することもできる。
【００２３】
また、燃料ガス供給口から筐体内の燃料ガス室に燃料ガスが供給されて一時的に貯留される。燃料ガス室に貯留された燃料ガスはバーナの他端側から流入するため、先端側でマイクロフレームを形成できる。また、筐体の一面に形成された燃焼部では、発熱する火炎表面が集合している。従って、燃焼部に加熱対象物を近づけることによって、加熱対象物を効率良く加熱できる。
【００２４】
また、請求項２に係る発明の燃焼器では、請求項１に記載の発明の効果に加え、バーナ間隔が３．０ｍｍ以上であって、バーナの筐体の一面からバーナの先端までの長さが３．０ｍｍ以上であるので、火炎と火炎が干渉して合体するのを防止できる。
【００２５】
また、請求項３に係る発明の燃焼器では、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、筐体内の燃料ガス室は、隔壁によって複数の燃料ガス室に仕切られている。各燃料ガス室には、燃料ガス供給口を介して燃料ガスが供給される。各燃料ガス室に貯留された燃料ガスは、その燃料ガス室まで延設されたバーナの他端側から流入する。よって、各バーナ群において複数のマイクロフレームを形成できる。また、各燃料ガス供給管に各々設けられた開閉弁の開閉をそれぞれ切り替えることによって、燃焼させるバーナ群の数と、消火させるバーナ群の数とを自由に調整できる。即ち、燃焼部の火力をマイクロフレームの数で制御する所謂「量子制御」で行うため、マイクロフレームの特性を損なうことなく、火力調節を安全かつ速やかに行うことができる。
【００２６】
また、請求項４に係る発明の燃焼器では、請求項３に記載の発明の効果に加え、バーナ群を構成するバーナの数はバーナ群毎に異なっているので、燃焼又は消火させるバーナ群を選択することによって火力をさらに段階的に変更できる。
【００２７】
また、請求項５に係る発明の燃焼器では、請求項３又は４に記載の発明の効果に加え、切替手段によって火力を切り替えると、その切り替えに基づいて制御手段が各電磁弁を制御するので、燃焼部における火力の切り替えを迅速かつ速やかに行うことができる。
【００２８】
また、請求項６に係る発明の燃焼器では、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加え、燃料ガス供給手段から供給される混合ガスには酸素が混合されているので、バーナの先端において、火炎面の外側からの酸素供給不足を補うことができる。よって、隣り合うバーナの各先端に形成されるマイクロフレーム同士が合体し、これによる火炎面の面積の減少やすすの生成を防止できる。さらに、複数のバーナの各先端を密集させることができるので、燃焼部における発熱をさらに向上できる。
【００２９】
また、請求項７に係る発明の燃焼器では、燃料ガス供給手段から供給される燃料ガスは、内筒の内側に設けられた燃料ガス流路に流れる。よって、内筒の先端にマイクロフレームが形成される。そして、酸化剤ガス供給手段から供給される酸素又は空気は、内筒と外筒との間に設けられた酸化剤ガス流路に流れる。すると、内筒の外周を包むように酸素又は空気が流れるので、内筒の先端に形成されたマイクロフレームの火炎面に酸素又は空気を供給できる。従って、内筒の先端に形成されたマイクロフレームの火炎面が酸素不足になるのを防止できる。即ち、複数のバーナの各先端を密集させることができるので、燃焼部における発熱をさらに向上できる。
【００３０】
また、請求項８に係る発明の燃焼器では、請求項７に記載の発明の効果に加え、筐体内は、隔壁によって燃料ガス室と酸化剤ガス室とに仕切られている。燃料ガス室は、隔壁のバーナが支持された一面とは反対側に設けられ、酸化剤ガス室は、隔壁の前記一面側に設けられている。燃料ガス室には燃料ガス供給口から燃料ガスが供給されて貯留される。他方、酸化剤ガス室には酸素供給口から酸素又は空気が供給されて貯留される。そして、燃料ガス室に貯留された燃料ガスはバーナの内筒の他端側から燃料ガス流路に流入するため、内筒の先端においてマイクロフレームを形成できる。他方、酸化剤ガス室に貯留された酸素又は空気は、バーナの内筒と外筒の間の酸化剤ガス流路に流入するため、内筒の先端に形成されたマイクロフレームの火炎面に酸素又は空気を供給できる。従って、内筒の先端に形成されたマイクロフレームの火炎面が酸素不足になるのを防止できる。即ち、複数のバーナの各先端を密集させることができるので、燃焼部における発熱をさらに向上できる。
【００３１】
また、請求項９に係る発明の燃焼器では、筐体内は、隔壁によって燃料ガス室と酸化剤ガス室とに仕切られている。燃料ガス室は、隔壁のバーナが支持された一面とは反対側に設けられ、酸化剤ガス室は、隔壁の前記一面側に設けられている。燃料ガス室には燃料ガス供給口から燃料ガスが供給されて貯留される。他方、酸化剤ガス室には酸素供給口から酸素又は空気が供給されて貯留される。そして、燃料ガス室に貯留された燃料ガスはバーナの他端側から燃料ガス流路に流入するため、バーナの先端においてマイクロフレームを形成できる。他方、酸化剤ガス室に貯留された酸素又は空気は、バーナの外周と貫通穴の内縁との間に形成された隙間に流入するため、バーナの先端に形成されたマイクロフレームの火炎面に酸素又は空気を供給できる。従って、バーナの先端に形成されたマイクロフレームの火炎面が酸素不足になるのを防止できる。即ち、複数のバーナの各先端を密集させることができるので、燃焼部における発熱をさらに向上できる。
【００３２】
また、請求項１０に係る発明の燃焼器では、請求項９に記載の発明の効果に加え、バーナの長さが１．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であって、バーナの内径面積に対する隙間の面積の比が２．０倍以上であるので、火炎の吹き飛びや吹き消えを生じさせることなく、酸化剤ガス室に供給される酸素又は空気と、燃料ガス室に供給される燃料ガスとを混合した際の混合比を量論混合比と比べて等しく、又は燃料希薄とすることができる。これにより、混合比が燃料過濃である場合に生じる酸素不足により火炎の干渉が起きるのを防止できる。
【００３３】
また、請求項１１に係る発明の燃焼器では、請求項１〜６、及び８〜１０の何れかに記載の発明の効果に加え、前記筐体の前記一面は内側に曲がっているので、例えば、被加熱物の表面が湾曲形状になっている場合、その表面を覆うようにして筐体の一面を配置できる。これにより、被加熱物の表面をムラなく加熱できる。
【００３４】
また、請求項１２に係る発明の燃焼器では、請求項１１に記載の発明の効果に加え、筐体は筒状に形成され、燃焼部が形成される一面は、筐体の内周面であるので、例えば、棒状の被加熱物を加熱する場合、筐体の内側に被加熱物を挿入して配置する。これにより、棒状の被加熱物の表面をムラ無く加熱できる。
【００３５】
また、請求項１３に係る発明の発電装置では、素子支持手段によって、熱電変換素子が複数のバーナの各先端に形成される発熱密度の高い火炎であるマイクロフレームの火炎面、すなわち発熱面に近接して支持されているので、マイクロフレームの火炎面から発せられる熱を効率良く電気に変換できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】燃焼器１の斜視図（第１実施形態）である。
【図２】燃焼器１の平面図である。
【図３】燃焼器１の正面図である。
【図４】図２に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。
【図５】マイクロバーナ２０の先端に形成されたマイクロフレーム（ＭＦ）を示す写真である。
【図６】バーナ間隔測定装置４００の構成を示す概略図である。
【図７】第１試験の結果を示すグラフである。
【図８】第２試験の結果を示す表である。
【図９】第３試験の結果を示す表である。
【図１０】燃焼器（バーナ高さ＝０ｍｍ）の燃焼状態を示す写真である。
【図１１】燃焼器（バーナ高さ＝２．０ｍｍ）の燃焼状態を示す写真である。
【図１２】燃焼器（バーナ高さ＝３．０ｍｍ）の燃焼状態を示す写真である。
【図１３】燃焼器１００の部分断面図（第２実施形態）である。
【図１４】第１変形例である燃焼器１６０の一部を示す部分断面図である。
【図１５】第４試験の結果を示すグラフである。
【図１６】第２変形例である燃焼器ユニット２６０の斜視図（被加熱物Ｐを加熱）である。
【図１７】燃焼器２６０Ａの内側を示す斜視図である。
【図１８】燃焼器２６０Ａの一部を破断した部分拡大図である。
【図１９】第３変形例である燃焼器２８０の平面図である。
【図２０】燃焼器２００の断面図（第３実施形態）である。
【図２１】コントローラ６０のＣＰＵによる火力制御処理のフローチャートである。
【図２２】マイクロバーナ２０の配置態様の変形例を示す図である。
【図２３】熱電変換素子１３０を備える発電装置３００の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明を具体化した燃焼器の第１乃至第３実施形態について、図面を参照して説明する。まず、第１実施形態の燃焼器１について、図１乃至図５を参照して説明する。
【００３８】
はじめに、燃焼器１の構造について説明する。図１乃至図３に示すように、燃焼器１は略直方体状の筐体２を備えている。筐体２は、前壁５、右側壁６、左側壁７、背壁８及び底壁９を備え、開口する上面を塞ぐように平面視長方形状の支持板３が取り付けられている。支持板３の四隅には貫通孔（図示外）が各々設けられ、これらに対応する筐体２の上部の開口端の四隅にはネジ孔（図示外）が各々設けられている。従って、支持板３を筐体２の開口端に載置し、貫通孔を介してネジ孔に固定ネジ１０を締め付けることで、支持板３が筐体２の開口端に隙間無く固定される。
【００３９】
そして、図１，図３，図４に示すように、前壁５の幅方向中央の上部には、筐体２の内側に水平に貫通する円形状の燃料ガス供給口１２が設けられている。燃料ガス供給口１２には、燃料ガス供給管（図示外）の下流側一端部が接続される。さらに、図４に示すように、筐体２の内側には、燃料ガス供給管から燃料ガス供給口１２を介して供給される燃料ガスを一時的に貯留するための燃料ガス室１５が設けられている。
【００４０】
また、支持板３の中央には、極細の管状に形成され、先端に微小火炎（マイクロフレーム）を各々形成する１００本のマイクロバーナ２０が、平面視１０×１０（図２参照）の配列形態で、各先端側を上方に突出した状態で等間隔で支持されている。マイクロバーナ２０は、支持板３の中央に平面視１０×１０の配列形態で設けられた１００個の貫通孔（図示外）に各々挿入され、接着剤で固定されている。そして、これら１００本のマイクロバーナ２０の各先端の高さが揃えられ、平坦な加熱面である燃焼部２５が支持板３の中央に形成されている。なお、燃焼部２５の加熱面は平面に限らず、曲面であってもよい。即ち、マイクロバーナ２０の各先端の高さを変えること、もしくは、支持板３を曲面にして、マイクロバーナ２０をその曲面の法線方向に向かって支持することによって種々の形状に変更可能である。また、加熱する対象物の形状に合わせてもよい。
【００４１】
さらに、図４に示すように、筐体２の燃料ガス室１５では、各マイクロバーナ２０の下半分が支持板３の裏面から鉛直下方に各々突出されている。従って、燃料ガス供給口１２から筐体２内に供給されて燃料ガス室１５に貯留された燃料ガスは、各マイクロバーナ２０の下側から内側を流れて先端から噴出する。そして、その燃料ガスが噴出する先端に点火することで、半球状のマイクロフレームが形成される。
【００４２】
次に、マイクロバーナ２０について説明する。図１，図５に示すように、マイクロバーナ２０は、本実施形態では内径０．７ｍｍの管状に形成された極細のバーナである。そして、このマイクロバーナ２０の先端には、輝炎を含まない半球状の微小火炎、所謂「マイクロフレーム」が形成される。なお、輝炎とは、ろうそくの炎など、燃料が分解してできた細かい炭素粒（すす）が光っている炎のことをいう。
【００４３】
ここで、マイクロフレームについて説明する。図５に示すように、マイクロフレーム（ＭＦ）は、マイクロバーナ２０の先端に形成される輝炎を含まない半球状の微小火炎である。マイクロフレームは、一般には数ｍｍ程度の火炎を形成し、スケールダウンに伴って拡散力が輸送過程を支配する点に特徴がある。通常の火炎（層流火炎）は、向きによって浮力の影響を受けて変形するが、マイクロフレームは変形しない。つまり、どの方向に向けても常に半球状を保持することができる。このマイクロフレームのサイズは保炎可能な最小サイズであるため、火炎体積に占める発熱体積が最も大きく、所謂「火炎片」又は「火炎塊」ともいえる。さらに、マイクロフレームは一般的な火炎のような乱流を起こさず、スケールも小さいので、燃え残りやすすといった有害物の発生が少ないといった特性を有する。
【００４４】
そして、本実施形態では、このようなマイクロフレームを形成できるマイクロバーナ２０について、以下の関係式を満たすものとする。
【００４５】
無次元数であるフルード数をＦｒ、レイノルズ数をＲｅ、燃料ガスの噴出速度をＵ（ｍ／ｓｅｃ）、管内径をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ２）、動粘性係数ν（ｍ２／ｓｅｃ）とした場合に、
・Ｆｒ＝Ｕ（Ｌｇ）−１／２＞１、かつ
・Ｒｅ＝ＵＬν−１＜１００
【００４６】
また、マイクロバーナ２０の材質としては、耐熱性が高く、熱伝導率の低い材質（例えば、ステンレス等）が挙げられる。好ましくはアルミナ主体のファインセラミックスが効果的である。ファインセラミックスを用いた場合、火炎のマイクロバーナ２０への熱損失を低くすることができる。
【００４７】
さらに、マイクロバーナ２０の表面を白金触媒でコーティングしてもよい。これにより、素反応過程で生じた水素がマイクロバーナ２０の先端から上流に向かってしみ出し、バーナ先端部の外周面に塗布された白金触媒と反応する。このときの触媒燃焼反応による発熱によって断熱壁の効果を生じるので、消炎領域を狭くでき、火炎の安定化を促進できる。
【００４８】
次に、上記構造からなる燃焼器１の使用方法について説明する。まず、図１に示す燃焼器１の燃料ガス供給口１２に、ガス栓（図示外）に接続された燃料ガス供給管（図示外）の下流側一端部を接続する。この燃料ガス供給管には、管内における燃料ガス流量を調整できる調整弁（図示外）が設けられている。この調整弁を調節することによって、マイクロバーナ２０における燃料ガスの噴出速度Ｕ（ｍ／ｓｅｃ）が調整される。なお、燃料ガスには、メタン、ブタン、プロパン等が利用可能である。
【００４９】
次いで、ガス栓を開き、燃料ガス供給管を介して、燃焼器１の筐体２内に燃料ガスを供給する。燃料ガスは筐体２の燃料ガス供給口１２を介して燃料ガス室１５（図４参照）に流入する。燃料ガス室１５に貯留された燃料ガスは、燃料ガス供給管からの燃料ガスの送り込み圧によって、各マイクロバーナ２０の下端側から内側に流入する。すると、各マイクロバーナ２０の先端から燃料ガスが噴出するので、点火装置（図示外）によって全てのマイクロバーナ２０に点火する。なお、点火装置はライターや、給湯器等で使用されるイグナイタ等が利用可能である。すると、各マイクロバーナ２０の先端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２５が形成される。
【００５０】
そして、燃焼器１の燃焼部２５に対して、加熱する対象物を上側から近づけることによって加熱できる。燃焼部２５では、１００個のマイクロフレームが形成されているが、何れも半球状であるため、その表面近傍にまで対象物を近づけることができる。これにより、マイクロフレームの火炎面から発せられる熱を対象物に効率良く伝達できる。また、加熱対象物の運搬ができない場合や、ある物体の特定部位を加熱したい場合等は、マイクロフレームは向きを変えても半球状を常時保持できるので、燃焼器１を手に持って、加熱対象物やその特定部位に燃焼部２５を近づけて加熱することもできる。また、マイクロフレームの向きを変えてもガス噴出速度Ｕは一定のままでよいので、無駄なガス消費も生じない。従って、従来のような載置型の燃焼器や、噴射バーナ等に比べて、使い勝手が良く、無駄なガス消費の生じない燃焼器１を提供できる。
【００５１】
以上説明したように、第１実施形態である燃焼器１は、上面が開口する筐体２を備え、その開口する上面を塞ぐように支持板３が固定されている。この支持板３の中央には、先端にマイクロフレームを形成する１００本のマイクロバーナ２０が、各先端側を上方に突出した状態で支持され、平坦な加熱面である燃焼部２５を形成している。マイクロバーナ２０は、本実施形態では内径０．７ｍｍの管状の極細バーナである。このマイクロバーナ２０の先端には、輝炎を含まない半球状のマイクロフレームが形成される。マイクロフレームは、一般には数ｍｍ程度の火炎を形成し、スケールダウンに伴って拡散力が輸送過程を支配する点に特徴がある。従って、マイクロバーナ２０の向きを変えてもマイクロフレームは変形せず、どの方向に向けても常に半球状を保持する。また、一般的な火炎のような乱流を起こさず、スケールも小さいので、燃え残りやすすといった有害物の発生が少ない。
【００５２】
このようなマイクロバーナ２０を複数備えた燃焼器１を使用する場合、点火された燃焼部２５に対して、上側から加熱する対象物を近づけることで加熱対象物を加熱できる。燃焼部２５では、１００個のマイクロフレームが形成されているが、何れも半球状であるため、その表面近傍にまで加熱対象物を近づけることができる。従って、マイクロフレームの火炎面から発せられる熱を加熱対象物に効率良く伝達できる。また、燃焼器１を手に持って、加熱対象物の上面や側面などの加熱対象面の特定部位に、加熱対象面と平行に燃焼部２５を近づけて加熱することもできる。これは、マイクロフレームは向きを変えても拡散優位であるので、半球状を常時保持できるからである。また、マイクロフレームの向きを変えても燃料ガス噴出速度Ｕは一定のままでよいので、無駄なガス消費も生じない。従って、従来のような載置型の燃焼器や、噴射バーナ等に比べて、使い勝手が良く、無駄なガス消費の生じない燃焼器１を提供できる。
【００５３】
次に、互いに隣り合うバーナの火炎同士が干渉するのを防止するために、バーナ間隔と、バーナの長さとについてそれぞれ検討した。ここでは、３つの試験を行い、バーナ間隔と、バーナの長さとについての最適条件を求めた。各試験の内容は以下の通りである。
【００５４】
・第１試験・・・燃料流量を変えながら火炎の干渉現象を生じるバーナ間隔を調べるための試験。
・第２試験・・・燃焼器において火炎が干渉しないバーナ間隔を調べるための試験。
・第３試験・・・燃焼器において火炎が干渉しないバーナ高さを調べるための試験。
以下、第１乃至３試験について順次説明する。
【００５５】
まず、第１試験について、図６，図７を参照して説明する。第１実施形態である燃焼器１（図１参照）で形成される火炎は拡散火炎（図５参照）である。よって、互いに隣り合うマイクロバーナ２０同士の間隔が狭いと、各マイクロバーナ２０にそれぞれ形成される火炎と火炎が接近する。この場合、火炎間に酸素不足が生じるため、火炎間に存在していた火炎面が消失し、火炎が合体するという干渉現象が生じる。そこで、第１試験では、図６に示すバーナ間隔測定装置４００を用いることによって、燃料流量を変えながら火炎の干渉現象を生じるバーナ間隔について調べた。なお、「バーナ間隔」とは、互いに隣り合うマイクロバーナの中心軸間の距離からマイクロバーナの外径を差し引いた距離をいう。
【００５６】
ここで、バーナ間隔測定装置４００の構成について説明する。図６に示すように、バーナ間隔測定装置４００は、２点間の距離を精密に測定するデジタルノギス４０１を備えている。デジタルノギス４０１の測定物支持部には、２本のマイクロバーナ２０が固定され、一方のマイクロバーナ２０に対して他方のマイクロバーナ２０が接離可能になっている。さらに、バーナ間隔測定装置４００には、燃料ガスを貯留するボンベ４０２と、該ボンベ４０２に配管４１０を介して接続されたレギュレータ４０３と、該レギュレータ４０３の下流側に配管４１１を介して接続され、燃料ガスの流量を調節するマスフローコントローラ４０４とが各々設けられている。マスフローコントローラ４０４には分岐配管４１２が接続され、２流路に分岐する下流側の２つの端部が２本のマイクロバーナ２０，２０に各々接続されている。
【００５７】
このような構成からなるバーナ間隔測定装置４００では、ボンベ４０２から供給される燃料ガスが、レギュレータ４０３、マスフローコントローラ４０４によって流量が調整されて、マイクロバーナ２０，２０にそれぞれ供給される。そして、各マイクロバーナ２０の先端に点火し、球状火炎であるマイクロフレームをそれぞれ形成させる。この状態で、デジタルノギス４０１によって、２本のマイクロバーナ２０同士の間隔を徐々に狭めたり、離したりして火炎が干渉するバーナ間隔について検討を行った。なお、検討は、マイクロバーナ１本あたりの燃料流量を変えながら行った。また、第１試験では、マイクロバーナ２０の外径を１．０ｍｍ、内径０．７ｍｍに調整し、燃料ガスはメタンを使用した。
【００５８】
次に、第１試験の結果について、図７を参照して説明する。図７では、「●」はマイクロバーナ２０を近づけていった場合のデータを示し、「▲」はマイクロバーナ２０を離していった場合のデータを示している。図７に示すように、燃料流量が多ければ多いほど、干渉を起こさないバーナ間隔は長くなる傾向を示した。なお、マイクロバーナ２０を近づけていった場合と、離していった場合とでは、データに大きな差異は見られなかった。
【００５９】
図６に示すように、第１試験の測定環境では、マイクロバーナ２０の先端よりも下側には、燃焼器１の支持板３（図１参照）のような壁面が存在しておらず、マイクロバーナ２０は２本のみであって、さらに燃料がメタンという極めて理想的なものである。図７に示すように、このような環境下において、球状火炎を確実に形成できる燃料流量は４ＳＣＣＭであった（図中点線）。つまり、火炎の干渉を防ぐには、少なくとも１．５ｍｍ以上のバーナ間隔が必要であることがわかった。また、バーナ間隔＝３．０ｍｍにおいて、互いに隣り合う火炎が干渉せずに、球状のマイクロフレームが形成される流量範囲は、４．０〜１５．５ＳＣＣＭであった（図７中のＲが示す範囲）。
【００６０】
次に、第２試験について、図８を参照して説明する。第２試験では、第１実施形態と同様の燃焼器を用いて、火炎が干渉しないバーナ間隔について検討を行った。なお、以下の説明において、燃焼器において、マイクロバーナの支持板から突出する先端までの距離を、「マイクロバーナの高さ」又は「バーナ高さ」と呼ぶ。
【００６１】
第２試験では、バーナ間隔に起因する火炎の干渉現象を検討するために、マイクロバーナ２０の高さを６．０ｍｍと十分に大きくした。そして、バーナ外径を０．５０ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍの４種類のマイクロバーナを作成し、バーナ間隔を２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍにそれぞれ調整した１２種類の燃焼器を作成した。そして各燃焼器において、火炎の干渉現象が無かったものを「○」、干渉現象を生じたものを「×」としてそれぞれ評価した。なお、燃料流量はそれぞれのバーナ外径に応じて、最も小さな球面形状のマイクロフレームが形成されるように調整した。
【００６２】
次に、第２試験の結果について説明する。図８に示すように、バーナ間隔＝２．０ｍｍでは、バーナ外径によらず何れも「×」であり、干渉現象を生じた。バーナ間隔＝３．０では、バーナ外径によらず何れも「○」であり、干渉現象は生じなかった。バーナ間隔＝４．０ｍｍでは、バーナ外径によらず何れも「○」であり、干渉現象は生じなかった。
【００６３】
これらの結果より、何れのマイクロバーナのバーナ外径においても火炎の干渉を防ぐためには、バーナ間隔が少なくとも３．０ｍｍ以上必要であることがわかった。これは、火炎の消炎距離や火炎帯厚さなどの火炎特性が主要因となって、干渉限界が決定されたためと推測される。
【００６４】
次に、第３試験について、図９〜図１２を参照して説明する。第３試験では、第１実施形態と同様の燃焼器を用いて、火炎が干渉しないマイクロバーナの高さについて検討を行った。
【００６５】
第３試験では、マイクロバーナの高さに起因する火炎の干渉現象を検討するために、マイクロバーナのバーナ間隔を３．０ｍｍに固定した。そして、バーナ外径を０．５０ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍの４種類のマイクロバーナを作成し、バーナ高さを０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍ、５．０ｍｍ、６．０ｍｍにそれぞれ調整した２４種類の燃焼器を作成した。そして各燃焼器において、火炎の干渉現象が無かったものを「○」、干渉現象を生じたものを「×」としてそれぞれ評価した。なお、マイクロバーナ１本あたりの燃料流量はそれぞれのバーナ外径に応じて、最も小さな球面形状のマイクロフレームが形成されるように調整した。
【００６６】
次に、第３試験の結果について説明する。図９に示すように、バーナ高さ＝０ｍｍでは、バーナ外径によらず何れも「×」であり、干渉現象を生じた。図１０に示す写真のように、個々の火炎が干渉してしまい、１つの火炎と同じような燃焼状態となった。バーナ高さ＝２．０ｍｍでは、バーナ外径によらず何れも「×」であり、干渉現象を生じた。図１１に示す写真のように、複数の火炎が干渉して合体してしまった。バーナ高さ＝３．０ｍｍでは、バーナ外径によらず何れも「○」であり、干渉現象は生じなかった。図１２に示す写真のように、全ての火炎が独立し、良好な燃焼状態を確保できた。バーナ高さ＝４．０ｍｍでは、バーナ外径によらず何れも「○」であり、干渉現象は生じなかった。バーナ高さ＝５．０ｍｍでは、バーナ外径によらず何れも「○」であり、干渉現象は生じなかった。バーナ高さ＝６．０ｍｍでは、バーナ外径によらず何れも「○」であり、干渉現象は生じなかった。
【００６７】
これらの結果より、何れのマイクロバーナのバーナ外径においても火炎の干渉を防ぐためには、バーナ高さが少なくとも３．０ｍｍ以上必要であることがわかった。
【００６８】
以上の第１，２，３試験の各結果より、少なくともバーナ間隔が３．０ｍｍ以上であって、バーナ高さが３．０ｍｍ以上であれば、火炎の干渉現象を起こさずに、良好なマイクロフレームを形成できることが実証された。
【００６９】
次に、第２実施形態である燃焼器１００について、図１３を参照して説明する。第１実施形態では、燃焼部２５においてマイクロバーナ２０の間隔を詰めて密集の程度を増した場合には酸素不足を生じる場合がある。この場合、マイクロフレームが保持できず、隣り合う火炎と合体してしまう不都合が生じる。そこで、第２実施形態の燃焼器１００では、内筒と外筒とからなる二重管構造のマイクロバーナ４０を備え、酸化剤ガス（酸素又は空気）を強制的に供給可能な構造にすることで、燃焼部に密集するマイクロバーナの酸素不足を解消できる点に特徴がある。
【００７０】
図１３に示すように、燃焼器１００は、第１実施形態の燃焼器１の筐体２（図１乃至４参照）を基本構造とする筐体３０を備えている。筐体３０の内側には、支持板３３及び底壁３２と平行な面を有し、筐体３０の高さ方向中段位置に配置された隔壁３５が設けられている。筐体３０の前壁３１の上段には、隔壁３５の上側に貫通する酸化剤ガス供給口５４が設けられ、その酸化剤ガス供給口５４にはパイプ５７が挿入されている。パイプ５７には、酸素製造装置（図示外）の酸化剤ガス供給管（図示外）の下流側一端部が接続される。他方、前壁３１の下段には、隔壁３５の下側に貫通する燃料ガス供給口５５が設けられ、その燃料ガス供給口５５にはパイプ５８が挿入されている。パイプ５８には、ガス栓（図示外）に接続された燃料ガス供給管（図示外）の下流側一端部が接続される。
【００７１】
さらに、筐体３０の内側において、隔壁３５の上側には、酸化剤ガス供給口５４を介して筐体３０内に供給された酸素や空気などの酸化剤ガスを一時的に貯留するための酸化剤ガス室５１が設けられている。隔壁３５の下側には、燃料ガス供給口５５を介して筐体３０内に供給された燃料ガスを一時的に貯留するための燃料ガス室５２が設けられている。
【００７２】
そして、支持板３３には、二重管構造を備えた複数のマイクロバーナ４０が、各先端側を上方に突出した状態で等間隔で支持されている。マイクロバーナ４０は、内筒４１と、その周りを径方向に取り囲む外筒４２とから構成される。内筒４１は、支持板３３と隔壁３５とを貫通し、燃料ガス室５２まで下端側が延設されている。他方、外筒４２は、支持板３３のみを貫通し、酸化剤ガス室５１まで下端側が延設されている。さらに、内筒４１の内側には燃料ガス流路４５が形成され、内筒４１と外筒４２とに挟まれる間には酸化剤ガス流路４６が形成されている。
【００７３】
このような構造を備える燃焼器１００では、燃料ガス供給管から供給された燃料ガスは、燃料ガス供給口５５を介して燃料ガス室５２に流入する。燃料ガス室５２に貯留された燃料ガスは、燃料ガス供給管からの燃料ガスの送り込み圧によって、マイクロバーナ４０の内筒４１の下端側から燃料ガス流路４５に流入する。すると、内筒４１の先端から燃料ガスが噴出され、点火されることによって、マイクロフレームが形成される。一方、酸化剤ガス供給管から供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給口５４を介して酸化剤ガス室５１に流入する。酸化剤ガス室５１に貯留された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給管からの送り込み圧によって、マイクロバーナ４０の外筒４２と内筒４１との間の酸化剤ガス流路４６に流入する。すると、内筒４１の先端に形成されたマイクロフレームの周囲を取り囲むようにして酸化剤ガスが強制的に供給される。これにより、内筒４１の先端で酸素不足になるのを防止できる。従って、マイクロバーナ４０を密集させても、酸素を十分に供給できるので、隣り合うマイクロフレーム同士が合体しない。よって、より多くのマイクロバーナ４０を密集させることができるので、発熱密度の大きい燃焼器１００を提供できる。
【００７４】
以上説明したように、第２実施形態の燃焼器１００は、二重管構造を有するマイクロバーナ４０を備えている。マイクロバーナ４０は内筒４１と外筒４２とから構成され、内筒４１の内側には燃料ガス流路４５が形成され、内筒４１と外筒４２とに挟まれる間には酸化剤ガス流路４６が形成されている。一方、筐体３０の内側には、隔壁５３で仕切られた酸化剤ガス室５１及び燃料ガス室５２が設けられている。燃料ガス室５２に流入した燃料ガスは、マイクロバーナ４０の内筒４１の下端側から燃料ガス流路４５に流入し、内筒４１の先端から噴出される。従って、内筒４１の先端にマイクロフレームが形成される。一方、酸化剤ガス室５１に流入した酸化剤ガスは、外筒４２と内筒４１との間の酸化剤ガス流路４６に流入し、内筒４１の先端に形成されたマイクロフレームの周囲を取り囲むように供給される。これにより、内筒４１の先端で酸素不足になるのを防止できる。つまり、マイクロバーナ４０を密集させても、隣り合うマイクロフレーム同士が合体しないので、より多くのマイクロバーナ４０を密集させることができる。従って、発熱密度の大きい燃焼器１００を提供できる。
【００７５】
次に、第２実施形態の第１変形例である燃焼器１６０について、図１４を参照して説明する。燃焼器１６０は、燃焼器１００と同様の構造を備えるが、マイクロバーナ１７０の構造が第１実施形態のマイクロバーナ４０の構造と異なっている。つまり、マイクロバーナ４０は二重管構造（図１３参照）であるが、燃焼器１６０のマイクロバーナ１７０は１本の管である。
【００７６】
図１４に示すように、燃焼器１６０は筐体１６２を備えている。筐体１６２の内側には、天壁である燃焼面形成板１６３と平行な面を有し、筐体１６２の高さ方向中段位置に配置された隔壁１６５が設けられている。隔壁１６５の上側には酸化剤ガス室１６６が設けられ、隔壁１６５の下側には燃料ガス室１６７が設けられている。
【００７７】
燃焼面形成板１６３には、複数の貫通穴１６４が所定位置に各々設けられている。それら貫通穴１６４には、複数のマイクロバーナ１７０が各先端を上方に突出した状態で挿入され、その下端側は隔壁１６５を貫通して燃料ガス室１６７まで延設されている。即ち、マイクロバーナ１７０は隔壁１６５に支持されている。さらに、貫通穴１６４と、マイクロバーナ１７０の外周面との間には所定の隙間１６９が形成されている。隙間１６９は、酸化剤ガス室１６６と連通している。
【００７８】
このような構造を備える燃焼器１６０においても、燃料ガス室１６７に流入した燃料ガスは、燃料ガス供給管からの燃料ガスの送り込み圧によって、マイクロバーナ１７０の下端側から流入する。すると、マイクロバーナ１７０の先端から燃料ガスが噴出され、点火されることで、マイクロフレームが形成される。一方、酸化剤ガス室１６６に流入した酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給管からの送り込み圧によって、マイクロバーナ１７０と貫通穴１６４の内縁との隙間１６９から流出し、マイクロバーナ１７０の先端に形成されたマイクロフレームの周囲を取り囲むようにして酸化剤ガスが強制的に供給される。これにより、マイクロバーナ１７０の先端で酸素不足になるのを防止できる。従って、マイクロバーナ１７０を密集させても、酸素を十分に供給できるので、隣り合うマイクロフレーム同士が合体しない。よって、より多くのマイクロバーナ１７０を密集させることができるので、発熱密度の大きい燃焼器１６０を提供できる。
【００７９】
ところで、酸化剤ガス室１６６に供給される酸素又は空気と、燃料ガス室１６７に供給される燃料ガスを混合した際の混合比において燃料ガスが過剰であると、例えば、密に多数配置されたマイクロバーナにおいて、中心部のマイクロバーナ先端部で酸素不足が生じ、火炎の干渉現象を引き起こす。従って、量論混合比と比べて等しいか、又は燃料希薄となるような流量比で供給される必要がある。
【００８０】
一方、マイクロバーナ１７０の先端から噴出される酸素又は空気の流速が大き過ぎると、吹き消えが生じる。つまり、酸素又は空気の流速が増加すると、火炎基部の希薄化と火炎基部での流速増加が起こるからと推測される。この吹き消え限界は、マイクロバーナ１７０の高さに対しては依存性は低いが、貫通穴１６４の内径の変化に対しては依存性は高い。そこで、空気と燃料ガスとの混合比が量論混合比と比べて等しいか、又は燃料希薄となるような流量比で供給するために、マイクロバーナ１７０の高さと、貫通穴１６４の内径とを変化させて、マイクロフレームを保炎可能な当量比について調べた。これを第４試験として以下説明する。
【００８１】
第４試験について、図１５を参照して説明する。第４試験では、マイクロバーナのバーナ外径を１．０ｍｍ、内径を０．７ｍｍに固定した。そして、貫通穴１６４の内径を１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍの３種類を設定すると共に、バーナ高さを１ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍ、５．０ｍｍ、６．０、７．０ｍｍ、８．０ｍｍにそれぞれ変えて検討を行った。なお、図１５では、「◆」が貫通穴１６４の内径＝１．２ｍｍ、「■」が貫通穴１６４の内径＝１．３ｍｍ、「▲」が貫通穴１６４の内径＝１．４ｍｍのデータを各々示している。
【００８２】
次に、第４試験の結果について説明する。空気と燃料ガスとの混合比が量論混合比と等しい、若しくは燃料希薄となる条件とするには、当量比が１以下であることが必要とされる。図１５に示すように、貫通穴１６４の内径＝１．２ｍｍの燃焼器では、何れも当量比が１を超えた。貫通穴１６４の内径＝１．３ｍｍの燃焼器では、バーナ高さ＝２ｍｍの燃焼器のみ当量比が１となった。貫通穴１６４の内径＝１．４ｍｍの燃焼器では、バーナ高さに関わらず、当量比が全て１以下であった。これはマイクロバーナの内径面積と、マイクロバーナの外周面と貫通穴１６４の内縁部との隙間１６９の面積との比（以下、面積比と呼ぶ。）に起因するものである。なぜなら、吹き消えを生じさせる空気流速よりも小さい流速で、混合比が量論混合比または燃料希薄となるように燃料流量に応じた空気流量を供給するには、隙間面積がバーナ内径面積に比べ、十分に大きい必要があるからである。そこで、各条件の面積比をそれぞれ算出したところ、貫通穴１６４の内径＝１．２ｍｍの条件における面積比は０．９０、貫通穴１６４の内径＝１．３ｍｍの条件における面積比は１．４、貫通穴１６４の内径＝１．４ｍｍの条件における面積比は２．０であった。  
【００８３】
以上の結果より、空気と燃料ガスとの混合比が量論混合比と等しい条件でマイクロフレームを保炎できる条件は、バーナ内径面積に対する（マイクロバーナの外周と貫通穴の内縁との）隙間の面積比が少なくとも２．０倍以上であることがわかった。
【００８４】
次に、第２実施形態の第２変形例である燃焼器ユニット２６０について、図１６乃至図１８を参照して説明する。図１６に示す燃焼器ユニット２６０は、第１変形例である燃焼器１６０の筐体を内側に曲げ、２つの燃焼器を併せて筒状にした点に特徴を有する。
【００８５】
燃焼器ユニット２６０の構造について説明する。図１６に示すように、燃焼器ユニット２６０は、断面Ｕ字状に形成された燃焼器２６０Ａと燃焼器２６０Ｂとからなり、筒状のユニットを形成する。その筒体の内周面がマイクロバーナ２７０による燃焼面となっている。例えば、筒状の被加熱物Ｐを加熱する場合は、燃焼器ユニット２６０の内側に被加熱物Ｐを上から挿入すればよい。
【００８６】
次に、燃焼器２６０Ａの構造について説明する。なお、燃焼器２６０Ａ，２６０Ｂは互いに同じ構造であるので、ここでは燃焼器２６０Ａの構造のみ説明する。図１７に示すように、燃焼器２６０Ａは、第１変形例である燃焼器１６０（図１４参照）と同様の構造を備え、燃焼器１６０の筐体１６２（図１４参照）を略Ｕ字状に折り曲げたような筐体２６２を備える。図１８に示すように、筐体２６２の内側には、内周面である燃焼面形成板２６３と平行な面を有し、筐体２６２の高さ方向中段位置に配置された隔壁２６５が設けられている。隔壁２６５の上側（径方向内側）には酸化剤ガス室２６６が設けられ、隔壁２６５の下側（径方向外側）には燃料ガス室２６７が設けられている。
【００８７】
燃焼面形成板２６３には、複数の貫通穴２６４が所定位置に各々設けられている。それら貫通穴２６４には、複数のマイクロバーナ２７０が各先端を、筐体２６２の径方向内側に突出した状態で挿入され、その下端側は隔壁２６５を貫通して燃料ガス室２６７に連通している。即ち、マイクロバーナ２７０は隔壁２６５に支持されている。さらに、貫通穴２６４と、マイクロバーナ２７０の外周面との間には所定の隙間２６９が形成されている。隙間２６９は、酸化剤ガス室２６６と連通している。
【００８８】
このような構造を備える燃焼器２６０Ａにおいて、燃料ガス室２６７に流入した燃料ガスは、燃料ガス供給管からの燃料ガスの送り込み圧によって、マイクロバーナ２７０の下端側から流入する。すると、マイクロバーナ２７０の先端から燃料ガスが噴出され、点火されることで、マイクロフレームが形成される。一方、酸化剤ガス室２６６に流入した酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給管からの送り込み圧によって、マイクロバーナ２７０と貫通穴２６４の内縁との隙間２６９から流出し、マイクロバーナ２７０の先端に形成されたマイクロフレームの周囲を取り囲むようにして酸化剤ガスが強制的に供給される。これにより、マイクロバーナ２７０の先端で酸素不足になるのを防止できる。従って、マイクロバーナ２７０を密集させても、酸素を十分に供給できるので、隣り合うマイクロフレーム同士が合体しない。よって、より多くのマイクロバーナ２７０を密集させることができるので、発熱密度の大きい燃焼器２６０Ａを提供できる。
【００８９】
そして、燃焼器２６０Ａは、内側に湾曲する燃焼面を備えているので、例えば、図１６に示す被加熱物Ｐのような曲面を有するものを加熱するのに適している。例えば、被加熱物Ｐを加熱する場合、平面状の燃焼面では、マイクロバーナの先端に形成される火炎と、被加熱物Ｐの表面との距離が場所によって異なる。これにより、加熱ムラができるため、被加熱物Ｐを回転させる等の手間が必要であった。そこで、燃焼器２６０Ａでは、内側に湾曲する燃焼面を備えているので、被加熱物Ｐのような曲面を有するものであっても加熱ムラが少なく均一に加熱することができる。そして、図１６に示すように、このような燃焼器２６０Ａと、同様の燃焼器２６０Ｂとを互いに合わせて筒状のユニットを組むことで、円筒状の燃焼面を形成できる。従って、パイプ状の被加熱物Ｐを加熱する場合は、燃焼器ユニット２６０の内側に挿入することで、被加熱物Ｐの位置を変えることなく、表面を均一にムラなく加熱できる。
【００９０】
なお、第２変形例の燃焼器２６０Ａ，２６０Ｂは内側に湾曲する燃焼面を備えているが、被加熱物を取り囲むような形状であればこれに限定されない。例えば、図１９に示す第３変形例である燃焼器２８０のように、平面視多角形の筒状の筐体２８２を備えたものでもよい。この場合、マイクロバーナの長さをそれぞれ調整することで、被加熱物Ｐの表面までの距離を均一にできるので加熱ムラを小さくできる。
【００９１】
また、燃焼器ユニット２６０は、２つの燃焼器２６０Ａ、２６０Ｂを合わせて筒状にしているが、燃焼器自体を筒状に形成してもよい。
【００９２】
次に、第３実施形態である燃焼器２００について、図２０、図２１を参照して説明する。図２０は、燃焼器２００の断面図（第３実施形態）であり、図２１は、コントローラ６０のＣＰＵによる火力制御処理のフローチャートである。第３実施形態は、第１実施形態の変形例であり、図２０に示す燃焼部１２５の火力を３段階で切り替えできる点に特徴がある。なお、燃焼器２００は、第１実施形態の燃焼器１の構造を基本に備えているので、同じ部材に関しては同符号を付して説明する共に、異なる点を中心に説明する。
【００９３】
まず、燃焼器２００の構造について説明する。図２０に示すように、燃焼器２００は、第１実施形態の燃焼器１（図４参照）と同様の筐体２を備えている。筐体２の内側には、支持板３及び底壁９と平行な面を有し、筐体２の高さ方向中段位置に配置された隔壁７０が設けられている。筐体２の前壁５の上段には、隔壁７０の上側に貫通する第１燃料ガス供給口７５が設けられている。その第１燃料ガス供給口７５には、第１燃料ガス供給管９２の下流側一端部が接続されている。他方、前壁５の下段には、隔壁７０の下側に貫通する第２燃料ガス供給口７６が設けられている。その第２燃料ガス供給口７６には、第２燃料ガス供給管９３の下流側一端部が接続されている。
【００９４】
そして、筐体２の内側において、隔壁７０の上側には、第１燃料ガス供給口７５から筐体２内に供給された燃料ガスを一時的に貯留するための第１燃料ガス室７１が設けられている。隔壁７０の下側には、第２燃料ガス供給口７６から筐体２内に供給された燃料ガスを一時的に貯留するための第２燃料ガス室７２が設けられている。
【００９５】
また、支持板３には、長さが互いに異なる２種類のマイクロバーナ８１，８２が、平面視９×９の配列形態で、各先端側を上方に突出した状態で等間隔で支持されている。マイクロバーナ８１は、支持板３と隔壁７０とを貫通すると共に、第２燃料ガス室７２まで下端側が延設されている。他方、マイクロバーナ８２は、マイクロバーナ８１よりも短く、支持板３のみを貫通し、第１燃料ガス室７１まで下端側が延設されている。そして、これら８１本のマイクロバーナ８１，８２の各先端の高さが揃えられて、平坦な加熱面である燃焼部１２５が支持板３の中央に形成されている。そして、燃焼部１２５を構成する８１本のマイクロバーナは、２７本のマイクロバーナ８１からなる第１バーナ群と、残り５４本のマイクロバーナ８２からなる第２バーナ群とに分類されている。
【００９６】
また、第１燃料ガス供給管９２には、管内の燃料ガス流量を所定流量に調整するための第１圧力調整弁１１１と、その第１圧力調整弁１１１よりも上流側に配置され、管内の流路を開閉する第１電磁弁１１２とが各々設けられている。また、第２燃料ガス供給管９３にも、同様の第２圧力調整弁１１３と、その第２圧力調整弁１１３よりも上流側に配置され、管内の流路を開閉する第２電磁弁１１４とが各々設けられている。
【００９７】
さらに、筐体２の背壁８の外面には、燃焼器２００の動作を制御するためのコントローラ６０が固定されている。コントローラ６０は、中央演算処理装置であるＣＰＵと、各種プログラムを記憶するＲＯＭと、プログラム処理中のデータを一時的に記憶する読み書き可能なＲＡＭ等を備えている。このコントローラ６０には、燃焼器２００を操作するための操作部６２が設けられている。操作部６２には、燃焼スイッチ（図示外）と、燃焼部１２５の火力を「大」「中」「小」の３段階に切り替え可能な火力切替スイッチ（図示外）とが各々設けられている。そして、燃焼スイッチ及び火力切替スイッチは、コントローラ６０のＣＰＵに何れも電気的に接続されている。
【００９８】
さらに、コントローラ６０のＣＰＵには、第１燃料ガス供給管９２に設けられた第１圧力調整弁１１１及び第１電磁弁１１２と、第２燃料ガス供給管９３に設けられた第２圧力調整弁１１３及び第２電磁弁１１４とが電気的に各々接続されている。従って、コントローラ６０では、操作部６２の操作に基づき、第１圧力調整弁１１１、第１電磁弁１１２、第２圧力調整弁１１３及び第２電磁弁１１４が各々制御されるようになっている。
【００９９】
次に、コントローラ６０のＣＰＵによる燃焼器２００の火力制御処理について、図２１のフローチャートを参照して説明する。まず、燃焼スイッチがオフの状態では、第１電磁弁１１２と第２電磁弁１１４とは何れも閉じられている。そして、燃焼スイッチがユーザにオンされたか否かが判断される（Ｓ１）。オンされていない場合は（Ｓ１：ＮＯ）、Ｓ１に戻って、引き続き燃焼スイッチが監視される。
【０１００】
次いで、燃焼スイッチがオンされた場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、第１バーナ群及び第２バーナ群を構成する全てのマイクロバーナ８１，８２に点火するため、第１電磁弁１１２と第２電磁弁１１４の両方が開かれる（Ｓ２）。すると、第１燃料ガス供給管９２、第２燃料ガス供給管９３の両方に燃料ガスが流れる。このとき、第１圧力調整弁１１１及び第２圧力調整弁１１３が各々制御され、第１燃料ガス供給管９２及び第２燃料ガス供給管９３における燃料ガス流量が調整される。これにより、マイクロバーナ８１，８２における燃料ガス噴出量がＵ（ｍ／ｓｅｃ）となるように各々調整される。
【０１０１】
そして、燃料ガスは、筐体２の第１燃料ガス供給口７５と第２燃料ガス供給口７６とを介して、第１燃料ガス室７１と第２燃料ガス室７２とに各々流入する。第１燃料ガス室７１に貯留された燃料ガスは、第１燃料ガス供給管９２からの燃料ガスの送り込み圧によって、マイクロバーナ８２の下端側から内側に流入する。他方、第２燃料ガス室７２に貯留された燃料ガスは、第２燃料ガス供給管９３からの燃料ガスの送り込み圧によって、各マイクロバーナ８１の下端側から内側に流入する。すると、各マイクロバーナ８１，８２の先端から燃料ガスが噴出する。ここで、点火装置（図示外）によって全てのマイクロバーナ８１，８２に点火する。これにより、各マイクロバーナ８１，８２の先端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１２５が形成される。
【０１０２】
次に、操作部６２の火力切替スイッチが「大」、「中」、「小」の何れであるか判断される（Ｓ３，Ｓ４）。火力が「大」の場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４の両方が開状態とされる（Ｓ５）。これにより、第１バーナ群及び第２バーナ群の何れにもマイクロフレームが形成されるので、燃焼部１２５にて最大の火力が得られる。
【０１０３】
また、火力切替スイッチが「中」の場合（Ｓ３：ＮＯ、Ｓ４：ＹＥＳ）、第１電磁弁１１２は開状態、第２電磁弁１１４は閉状態とされる（Ｓ６）。これにより、第２燃料ガス室７２に燃料ガスが供給されないので、マイクロバーナ８１は消火され、マイクロバーナ８２のみが燃焼を継続する。このとき、８１本のマイクロバーナ８１，８２のうち、５４本のマイクロバーナ８２のみが燃焼を継続するので、火力が「中」となる。
【０１０４】
また、火力切替スイッチが「小」の場合（Ｓ３：ＮＯ、Ｓ４：ＮＯ）、第１電磁弁１１２は閉状態、第２電磁弁１１４は開状態とされる（Ｓ７）。これにより、第１燃料ガス室７１に燃料ガスが供給されないので、マイクロバーナ８２は消火され、マイクロバーナ８１のみが燃焼を継続する。このとき、８１本のマイクロバーナ８１，８２のうち、２７本のマイクロバーナ８２のみが燃焼を継続するので、火力が「小」となる。
【０１０５】
次に、燃焼スイッチがオフされたか否かが判断される（Ｓ８）。燃焼スイッチがオフされた場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４の両方とも閉状態とされる（Ｓ１０）。これにより、第１燃料ガス室７１及び第２燃料ガス室７２に供給されていた燃料ガスが停止されるため、全てのマイクロバーナ８１，８２が消火され、処理が終了する。
【０１０６】
ところで、燃焼スイッチがまだオフされていない場合（Ｓ８：ＮＯ）、火力の変更があったか判断される（Ｓ９）。つまり、操作部６２の火力切替スイッチがユーザによって切り替えられたか否かが判断される。火力切替スイッチの切り替えがない間は（Ｓ９：ＮＯ）、Ｓ８に戻り、燃焼スイッチの監視と、火力切替スイッチの監視とが継続される。
【０１０７】
ここで、火力の変更があった場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、変更する前の火力が「大」であったか否かが判断される（Ｓ１１）。つまり、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４の両方とも開状態の場合は、火力は「大」であったと判断される。変更前の火力が「大」であった場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、全てのマイクロバーナ８１，８２が燃焼中である。そして、火力の切り替えは、「大」から「中」、又は「大」から「小」の何れかである。従って、火力が「中」に切り替えられた場合は（Ｓ３：ＮＯ、Ｓ４：ＹＥＳ）、第２電磁弁１１４のみが閉状態とされ（Ｓ６）、２７本のマイクロバーナ８１が消火される。また、火力が「小」に切り替えられた場合は（Ｓ３：ＮＯ、Ｓ４：ＮＯ）、第１電磁弁１１２のみが閉状態とされ（Ｓ７）、５４本のマイクロバーナ８２が消火される。その後、燃焼スイッチのオフと、火力切替スイッチの切り替えとが同様に監視される（Ｓ８，Ｓ９）。
【０１０８】
また、変更前の火力が「中」又は「小」であった場合（Ｓ１１：ＮＯ）、マイクロバーナ８１又は８２が消火されている。そして、火力の切り替えは、「中」から「大」、「中」から「小」、「小」から「大」、又は「小」から「中」の何れかである。つまり、消火されているマイクロバーナを点火させる必要がある。そこで、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４の何れも一旦開状態とされる（Ｓ１２）。そして、変更前に燃焼していたマイクロバーナに対応するガス供給管の圧力調整弁が所定の開度よりも瞬間的に大きく開かれる（Ｓ１３）。
【０１０９】
例えば、マイクロバーナ８１が消火され、マイクロバーナ８２のみが燃焼していた場合は、第１圧力調整弁１１１が所定の開度よりも瞬間的に大きく開かれる。すると、第１燃料ガス室７１にガスが一気に流入するため、マイクロバーナ８２の先端におけるガス噴出量が瞬間的に増える。このとき、マイクロバーナ８２の先端に形成されていたマイクロフレームが瞬間的に変形して左右に燃え広がる。つまり、通常の層流火炎に戻るため、火移り現象によって、その近傍にあるマイクロバーナ８１の先端に再点火される。これにより、全てのマイクロバーナ８１，８２が点火された状態に戻る。その後、第１圧力調整弁１１１はすぐに所定の開度に戻されるため、マイクロバーナ８２の先端におけるガス噴出量が所定量に戻り、マイクロフレームが再度形成される。
【０１１０】
そして、火力が「大」に切り替えられた場合は（Ｓ３：ＹＥＳ）、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４の両方がそのまま開状態とされ（Ｓ５）、全てのマイクロバーナ８１，８２が点火された状態で維持される。また、火力が「中」に切り替えられた場合は（Ｓ３：ＮＯ、Ｓ４：ＹＥＳ）、第２電磁弁１１４のみが閉状態とされ（Ｓ６）、２７本のマイクロバーナ８１が消火される。また、火力が「小」に切り替えられた場合は（Ｓ３：ＮＯ、Ｓ４：ＮＯ）、第１電磁弁１１２のみが閉状態とされ（Ｓ７）、５４本のマイクロバーナ８２が消火される。その後、燃焼スイッチのオフと、火力切替スイッチの切り替えとが各々監視され（Ｓ８，Ｓ９）、燃焼スイッチがオフされた場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４の両方とも閉状態とされる（Ｓ１０）。これにより、第１燃料ガス室７１及び第２燃料ガス室７２に供給されていた燃料ガスが停止されるため、全てのマイクロバーナ８１，８２が消火され、処理が終了する。
【０１１１】
以上説明したように、第３実施形態の燃焼器２００では、筐体２の内側が、隔壁７０によって第１燃料ガス室７１と第２燃料ガス室７２とに仕切られている。そして、支持板３に設けられた燃焼部１２５は、第１バーナ群を構成する複数のマイクロバーナ８１と、第２バーナ群を構成するマイクロバーナ８２とで構成されている。マイクロバーナ８１の下端部は第２燃料ガス室７２まで延設され、マイクロバーナ８２の下端部は第１燃料ガス室７１まで延設されている。第１燃料ガス室７１には、第１燃料ガス供給口７５を介して燃料ガスが供給される。第２燃料ガス室７２には第２燃料ガス供給口７６を介して燃料ガスが供給される。第１燃料ガス供給口７５に接続された第１燃料ガス供給管９２には第１電磁弁１１２が設けられ、第２燃料ガス供給口７６に接続された第２燃料ガス供給管９３には第２電磁弁１１４が設けられている。
【０１１２】
さらに、筐体２には、燃焼器２００の動作を制御するためのコントローラ６０と、燃焼器２００の操作を行う操作部６２とが設けられている。コントローラ６０のＣＰＵには、操作部６２と、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４が各々接続されている。このような構成によって、コントローラ６０は、操作部６２に設けられた火力切替スイッチの切り替えに基づいて、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４の開閉の制御を行う。これにより、マイクロバーナ８１，８２の点火本数を量子的に制御できるので、燃焼部１２５における火力の調節を速やかに行うことができる。また、火力の切り替えによって、マイクロバーナ８１，８２の各先端に形成される火炎の形状が変化しないので、燃焼部１２５の加熱面を保持できる。
【０１１３】
なお、本発明は上記第１、第２、第３実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。第１実施形態では、筐体２の支持板３上のマイクロバーナ２０は、平面視１０×１０の配列形態で互いに等間隔で支持されているが、例えば、図２２に示す変形例のように、筐体２の支持板２２０上にＸＹ平面を仮想し、マイクロバーナ２０の各先端をＸＹ方向に連続する正三角形の各頂点に各々配置してもよい。
【０１１４】
また、第３実施形態の燃焼器２００の燃焼部１２５では、平面視９×９の配列形態でマイクロバーナ８１，８２が配列されているが、例えば、第１燃料ガス室に接続したマイクロバーナを密集させて配置し、その周囲に第２燃料ガス室に接続したマイクロバーナを配置してもよい。このような燃焼器において、小さな鍋を加熱する場合、被加熱面が小さいので、第１燃料ガス室のみに燃料ガスを送ればよい。これに対し、大きな鍋を加熱する場合、被加熱面が大きいので、第１燃料ガス室および第２燃料ガス室に燃料ガスを送ればよい。つまり、被加熱面の大きさに合わせて燃焼部の発熱面積を自由に調節できる。
【０１１５】
また、第３実施形態の燃焼器２００では、第１電磁弁１１２及び第２電磁弁１１４の開閉を燃焼スイッチの切り替えに基づいてコントローラ６０が制御しているが、コントローラを用いずに、手動で操作可能な開閉弁を第１燃料ガス供給管９２及び第２燃料ガス供給管９３に各々設けてもよい。
【０１１６】
また、本発明の燃焼器を用いて発電することも可能である。例えば、図２３に示す発電装置３００は、本発明の燃焼器を用いたものである。発電装置３００は、熱を電気に変換することができる平板状の熱電変換素子（ゼーベック素子）１３０を備えている。熱電変換素子１３０は、熱を電気に変換する素子であり、熱電素子の一種である。これは、２種類の異なる金属又は半導体を接合して、両端に温度差を生じさせると起電力が生じる「ゼーベック効果」を利用したものである。よって、この熱電変換素子１３０の上面には、温度差を生じさせるためのヒートシンク１４０が固定されている。ヒートシンク１４０は、熱電変換素子１３０の上面に接着された放熱板１４１と、当該放熱板１４１の上面に立設され、放熱面積を増大させるための突起状の複数の凸部１４２とから構成されている。また、熱電変換素子１３０の下面には、燃焼部２５よりも十分大きい断熱材である平面視長方形状の支持板１５０が接着されている。この支持板１５０の中央には、熱電変換素子１３０の下面よりもやや小さい穴が設けられている。これにより、熱電変換素子１３０の下面は熱せられても、その上面や放熱板１４１が燃焼部２５からの対流によって熱せられるのを避けることができる。
【０１１７】
そして、図２３に示す発電装置３００は、第１実施形態の燃焼器１の構造（図１参照）を備えている。この筐体２の右側壁６の外面中央には、上側が開口する有底筒状の差し込み部６４が設けられている。その右側壁６の反対側である左側壁（図示外）の外面中央にも、同じ構造の差し込み部（図示外）が設けられている。そしてこれら差し込み部６４には、Ｌ字状に屈折された左右一対の支持フレーム６５，６６の各後端部が差し込まれる。支持フレーム６５，６６の各先端部には、熱電変換素子１３０の一端部を把持するための断面コの字型の把持部６７，６８が各々設けられている。なお、支持フレーム６５，６６の形状は互いに対象になっている。
【０１１８】
これら支持フレーム６５，６６を、筐体２の左右の差し込み部６４に差し込んで支持させると、燃焼部２５上において、各マイクロバーナ２０の先端よりも所定間隔を開けた位置で、把持部６７，６８が互いに対向する。ここで、この把持部６７，６８の内側に対して、熱電変換素子１３０を上面に備えた支持板１５０の両端部を各々差し込む。これにより、燃焼部２５の平坦な加熱面に対して、支持板１５０を介して、熱電変換素子１３０を平行に配置できる。そして、上述したように、各マイクロバーナ２０の先端にはマイクロフレームが形成されるため、それらの表面に近接させて熱電変換素子１３０を配置できる。これにより、マイクロフレームの火炎面から発せられる熱が熱電変換素子１３０に対して良好に伝達されるので、熱損失も少ない。
【０１１９】
そして、熱電変換素子１３０に接続された２本の出力線１３１から電気を取り出すことができるので、小型発電装置として利用することができる。なお、熱電変換素子１３０を支持する構造については、これには限定されず、例えば、熱電変換素子１３０を直接支持するような構造にしてもよい。さらに、枠形状のフレーム上に断熱材で囲まれた熱電変換素子１３０を載置し、筐体２に取り付けるようにしてもよい。
【０１２０】
また、発電装置３００は、第１実施形態の燃焼器１の構造（図１参照）を備えているが、例えば、燃焼器１００（図１３参照）、燃焼器１６０（図１４参照）、燃焼器２００（図２０参照）、燃焼器ユニット２６０（図１６参照）、燃焼器２８０（図１９参照）の構造に置き換えてもよい。図示しないが、燃焼器１００，１６０，２００については、図２３に示す発電装置３００と同様の構成になる。燃焼器ユニット２６０、燃焼器２８０の場合は、熱電変換素子が筒体の内側に配置されるように支持する支持フレームを筐体に設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明に係る燃焼器及び発電装置は、物を加熱するための燃焼器や、発電装置に限らず、点火装置、イルミネーション等にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
１    燃焼器
２    筐体
３    支持板
１２    燃料ガス供給口
１５    燃料ガス室
２０    マイクロバーナ
２５    燃焼部
３０    筐体
３３    支持板
３５    隔壁
４０    マイクロバーナ
４１    内筒
４２    外筒
４５    燃料ガス流路
４６    酸化剤ガス流路
５１    酸化剤ガス室
５２    燃料ガス室
５３    隔壁
５４    酸化剤ガス供給口
５５    燃料ガス供給口
６０    コントローラ
６２    操作部
６４    差し込み部
６５，６６    支持フレーム
６７，６８    把持部
７０    隔壁
７１    第１燃料ガス室
７２    第２燃料ガス室
７５    第１燃料ガス供給口
７６    第２燃料ガス供給口
８１    マイクロバーナ
８２    マイクロバーナ
９２    第１燃料ガス供給管
９３    第２燃料ガス供給管
１００    燃焼器
１１１    第１圧力調整弁
１１２    第１電磁弁
１１３    第２圧力調整弁
１１４    第２電磁弁
１３０    熱電変換素子
２００    燃焼器
３００    発電装置
【図１】
0005358198.tif 000002
【図２】
0005358198.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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