(57)【要約】【課題】燃焼部の燃焼を良好に行わせながらも、燃焼部の燃焼ガスと供給される水蒸気との適切に混合させることができる過熱蒸気発生装置を提供する。【解決手段】燃料を酸素含有ガスにて燃焼させる燃焼部Ｎからの燃焼ガスと、供給される水蒸気とを混合させて過熱蒸気を生成する過熱蒸気発生装置であって、水蒸気を噴出する噴出部Ｆが、燃焼部Ｎにおける火炎形成箇所ＭＡとは異なる箇所に水蒸気を噴出して、燃焼部Ｎから排出されて流動する燃焼ガスを噴出する水蒸気にて吸引する状態に配設されている。【選択図】図１
2013181712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を酸素含有ガスにて燃焼させる燃焼部からの燃焼ガスと、供給される水蒸気とを混合させて過熱蒸気を生成する過熱蒸気発生装置であって、
前記水蒸気を噴出する噴出部が、前記燃焼部における火炎形成箇所とは異なる箇所に前記水蒸気を噴出して、前記燃焼部から排出されて流動する前記燃焼ガスを噴出する前記水蒸気にて吸引する状態に配設されている過熱蒸気発生装置。
【請求項２】
前記燃焼部が、燃焼筒の先端側に向けて前記燃焼ガスを流動させる形態で、燃料を燃焼させるように構成され、
前記噴出部が、前記燃焼筒の先端部の横側方位置に、前記燃焼ガスの流動方向に沿って前記水蒸気を噴出する状態で設けられている請求項１記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項３】
外部から前記水蒸気が供給される水蒸気供給室が、前記燃焼筒の外周を囲む状態で設けられ、
前記噴出部が、前記水蒸気供給室における前記燃焼筒の先端部横外方に位置する壁部分に形成した噴出孔にて形成されている請求項２記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項４】
前記噴出孔が、前記燃焼筒を囲む環状に形成されている請求項３記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項５】
前記燃焼筒の前記燃焼ガスの流動方向下手側に、前記噴出部から噴出された前記水蒸気と前記燃焼筒からの前記燃焼ガスとを混合する円筒状の混合室が、前記燃焼ガスの流動方向に沿って伸びる状態でかつ排出口側部分を漸次縮径させた状態で設けられている請求項２〜４のいずれか１項に記載の過熱蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を酸素含有ガスにて燃焼させる燃焼部からの燃焼ガスと、供給される水蒸気とを混合させて過熱蒸気を生成する過熱蒸気発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる過熱蒸気発生装置は、燃焼部からの燃焼ガスと供給される水蒸気とを直接混合させて過熱蒸気を生成するものであるから、加熱効率の良い状態で、かつ、装置の簡素化及びコンパクト化を図る状態で過熱蒸気を生成できるものである。
ちなみに、かかる過熱蒸気発生装置にて生成された過熱蒸気には、例えば、燃焼ガスの成分が１割程度含まれる等、燃焼ガスの成分が含まれるものとなるが、例えば、コーヒー豆の焙煎等、種々の用途が存在するものである。
【０００３】
このような過熱蒸気発生装置の従来例として、燃焼部が、円筒状の燃焼筒の内部を火炎形成箇所として燃料を燃焼させ、かつ、先端側に向けて燃焼ガスを流動させる形態で、燃焼筒の底部側に設置され、燃焼筒の底部側における燃焼部の横脇に、水蒸気を噴霧する水蒸気噴霧ノズルが、燃焼筒の内部に水蒸気を噴出する状態で設置されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ちなみに、特許文献１においては、燃焼筒の先端側の排出口部分には、過熱蒸気を攪拌する旋回羽根が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４７６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の過熱蒸気発生装置は、水蒸気噴霧ノズルが、燃焼部の横脇箇所から燃焼部の火炎が形成される火炎形成箇所に、水蒸気を噴霧するものであるから、噴霧される水蒸気が火炎に接触して、火炎の温度が低下することや、噴霧される水蒸気の圧力によって燃焼筒内の圧力が大きく増加することに起因して、燃焼部の火炎が不安定となり、良好な燃焼を行い難い虞があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであって、その目的は、燃焼部の燃焼を良好に行わせながらも、燃焼部の燃焼ガスと供給される水蒸気とを適切に混合させることができる過熱蒸気発生装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の加熱蒸気発生装置は、燃料を酸素含有ガスにて燃焼させる燃焼部からの燃焼ガスと、供給される水蒸気とを混合させて過熱蒸気を生成するものであって、その第１特徴構成は、
前記水蒸気を噴出する噴出部が、前記燃焼部における火炎形成箇所とは異なる箇所に前記水蒸気を噴出して、前記燃焼部から排出されて流動する前記燃焼ガスを噴出する前記水蒸気にて吸引する状態に配設されている点を特徴とする。
【０００９】
すなわち、水蒸気が噴出部から噴出されると、その噴出される水蒸気によって、燃焼部から排出されて流動する燃焼ガスが吸引されて、水蒸気と燃焼ガスとが混合されることにより、過熱蒸気が生成されるものとなる。
【００１０】
そして、水蒸気を噴出する噴出部を、燃焼部の火炎が形成される火炎形成箇所とは異なる箇所に水蒸気を噴出するように配設して、燃焼部から排出されて流動する燃焼ガスを噴出部から噴出する水蒸気によって吸引するものであるから、噴出部から噴出される水蒸気が、燃焼部の火炎に接触することを回避でき、かつ、噴出部から噴出される水蒸気が、燃焼部における火炎形成空間の圧力が高くなることを回避できるため、燃焼部の火炎が安定して、良好な燃焼を行わせことができることになる。
【００１１】
また、上述の如く、噴出部から噴出される水蒸気が燃焼ガスを吸引することにより、水蒸気と燃焼ガスとを混合させるものであるから、水蒸気と燃焼ガスとの混合を適切に行うことができる。
つまり、燃焼部の火炎形成箇所にて燃焼が完了した後に流動する燃焼ガスを、噴出部から噴出される水蒸気にて吸引することにより、水蒸気内に混合させるものであるから、水蒸気と燃焼ガスとの混合を適切に行うことができるのである。
【００１２】
ちなみに、噴出部から噴出される水蒸気が燃焼部からの燃焼ガスを吸引する吸引作用によって、燃焼部の火炎形成空間の圧力が低下されることになるが、噴出孔の形状を変更することにより、火炎形成空間の圧力を調整することができる。
【００１３】
要するに、本発明の第１特徴構成によれば、燃焼部の燃焼を良好に行わせながらも、燃焼部の燃焼ガスと供給される水蒸気とを適切に混合させることができる過熱蒸気発生装置を提供できる。
【００１４】
本発明の過熱蒸気発生装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記燃焼部が、燃焼筒の先端側に向けて前記燃焼ガスを流動させる形態で、燃料を燃焼させるように構成され、
前記噴出部が、前記燃焼筒の先端部の横側方位置に、前記燃焼ガスの流動方向に沿って前記水蒸気を噴出する状態で設けられている点を特徴とする。
【００１５】
すなわち、燃焼部が、燃焼筒の先端側に向けて燃焼ガスを流動させる形態で、燃料を燃焼させることになる。
そして、燃焼筒の先端部の横側方位置に設けた噴出部が、燃焼ガスの流動方向に沿って水蒸気を噴出することにより、燃焼部からの燃焼ガスを噴出する水蒸気によって吸引して、水蒸気と燃焼ガスとを混合させることになる。
【００１６】
このように、噴出部が、燃焼筒の先端部の横側方位置に、燃焼ガスの流動方向に沿って水蒸気を噴出するように設けられるものであるから、噴出部から噴出される水蒸気が燃焼筒内の火炎に接触することや、噴出部から噴出される水蒸気が燃焼部における火炎形成空間の圧力を大きく変化させることを適切に回避して、燃焼部の燃焼を一層良好に行うことができるのであり、また、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１７】
装置のコンパク化を図ることができる点について説明を加えると、例えば、水蒸気の噴出によるエジェクタ効果により負圧となる負圧室を設け、燃焼筒から排出される燃焼ガスを負圧室に導くようにする構成が考えられるが、本第２特徴構成によれば、負圧室を設けることなく、噴出部を、燃焼筒の先端部の横側方位置に、燃焼ガスの流動方向に沿って水蒸気を噴出するように設けて、噴出部から噴出される水蒸気によって、燃焼ガスを直接的に吸引する形態を採用するものであるから、負圧室を設ける形態に較べて、装置のコンパク化を図ることができるのである。
【００１８】
要するに、本発明の第２特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、燃焼部の燃焼を一層良好に行うことができるようにしながらも、装置のコンパクト化を図ることができる過熱蒸気発生装置を提供できる。
【００１９】
本発明の過熱蒸気発生装置の第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
外部から前記水蒸気が供給される水蒸気供給室が、前記燃焼筒の外周を囲む状態で設けられ、
前記噴出部が、前記水蒸気供給室における前記燃焼筒の先端部横外方に位置する壁部分に形成した噴出孔にて形成されている点を特徴とする。
【００２０】
すなわち、外部から供給される水蒸気が、燃焼筒の外周を囲む状態で設けられた水蒸気供給室に供給され、その水蒸気供給室に供給された水蒸気が、蒸気供給室における燃焼筒の先端部横外方に位置する壁部分に形成した噴出孔を通して、燃焼ガスの流動方向に沿って噴出される。
【００２１】
このように、外部から供給される水蒸気を、燃焼筒の外周を囲む状態で設けられた水蒸気供給室に供給するものであるから、燃焼筒を冷却して、燃焼筒の耐久性を確保する上でも有利となる。
【００２２】
また、外部から供給される水蒸気を水蒸気供給室内に供給することにより、水蒸気の静圧化を図ることができるものとなり、噴出孔を通した水蒸気の噴出状態の安定化により、噴出する水蒸気により燃焼ガスを吸引する作用の安定化を図ることができる。
【００２３】
説明を加えると、外部から供給される水蒸気の圧力は、蒸気発生源の作動状況等によって、脈動を発生する傾向となるものであるが、水蒸気の圧力が脈動を発生する状態であっても、蒸気供給ラインに減圧弁を設置することで噴出孔を通した水蒸気の噴出状態を安定させて、噴出孔を通した水蒸気の噴出状態を安定させて、噴出する水蒸気により燃焼ガスを吸引する作用の安定化を図ることにより、燃焼部の燃焼ガスと供給される水蒸気との混合を一層良好に行うことができる。
【００２４】
要するに、本発明の第３特徴構成によれば、上記第２特徴構成による作用効果に加えて、燃焼筒の耐久性を確保する上で有利となり、しかも、燃焼部の燃焼ガスと供給される水蒸気との混合を一層良好に行うことができる過熱蒸気発生装置を提供できる。
【００２５】
本発明の過熱蒸気発生装置の第４特徴構成は、上記第３特徴構成に加えて、
前記噴出孔が、前記燃焼筒を囲む環状に形成されている点を特徴とする。
【００２６】
すなわち、噴出孔が、燃焼筒を囲む環状に形成されているから、燃焼筒から排出される燃焼ガスを、燃焼筒を囲む環状に形成されている噴出孔から噴出される水蒸気によって吸引させて、水蒸気と燃焼ガスとを混合させることができる。
【００２７】
このように、燃焼筒を囲む環状に形成されている噴出孔から噴出される水蒸気によって、燃焼筒から排出される燃焼ガスを吸引させるものであるから、燃焼筒から排出される燃焼ガスを、その周方向の各部から環状の噴出孔から噴出される水蒸気によって吸引させることができるため、水蒸気と燃焼ガスとの混合の均一化を図り易いものとなる。
【００２８】
要するに、本発明の第４特徴構成によれば、上記第３特徴構成による作用効果に加えて、水蒸気と燃焼ガスとの混合の均一化を図り易い過熱蒸気発生装置を提供できる。
【００２９】
本発明の過熱蒸気発生装置の第５特徴構成は、上記第２〜第４特徴構成のいずれかに加えて、
前記燃焼筒の前記燃焼ガスの流動方向下手側に、前記噴出部から噴出された前記水蒸気と前記燃焼筒からの前記燃焼ガスとを混合する円筒状の混合室が、前記燃焼ガスの流動方向に沿って伸びる状態でかつ排出口側部分を漸次縮径させた状態で設けられている点を特徴とする。
【００３０】
すなわち、噴出部から噴出された水蒸気と燃焼筒からの燃焼ガスとが、燃焼筒の燃焼ガスの流動方向下手側に設けた円筒状の混合室に流動することになる。
そして、円筒状の混合室が、燃焼ガスの流動方向に沿って伸びる状態でかつ排出口側部分を漸次縮径させた状態であるから、水蒸気の吸引作用によって、水蒸気と混合された燃焼ガスが、混合室における漸次縮径させた排出口側部分を通過する際に、さらに混合されることになり、水蒸気と燃焼ガスを一層適切に混合させた過熱蒸気を生成することができる。
【００３１】
要するに、本発明の第５特徴構成によれば、上記第２〜第４特徴構成のいずれかによる作用効果に加えて、水蒸気と燃焼ガスを一層適切に混合させた過熱蒸気を生成することができる過熱蒸気発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態の過熱蒸気発生装置の縦断側面図
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図
【図３】第２実施形態の過熱蒸気発生装置の縦断側面図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、燃料としてのガス燃料を酸素含有ガスとしての空気にて燃焼させる燃焼部Ｎが、燃焼筒１の内部を火炎形成箇所ＭＡとして火炎Ｍを形成し、かつ、燃焼筒１の先端側に向けて燃焼ガスを流動させる形態で、ガス燃料を燃焼させるように設けられている。
そして、外部から供給される水蒸気を噴出する噴出部Ｆが、燃焼部Ｎにおける火炎形成箇所ＭＡとは異なる箇所に水蒸気を噴出して、燃焼部Ｎから排出されて流動する燃焼ガスを噴出する水蒸気によって吸引する状態に配設されて、燃焼部Ｎからの燃焼ガスと噴出部Ｆから噴出される水蒸気とを混合させて過熱蒸気を生成する過熱蒸気発生装置が構成されている。
【００３４】
燃焼部Ｎは、燃焼筒１の底部に配置されるバーナ２と、燃焼筒１の底部に接続される空気供給室Ａとを備えている。
バーナ２には、燃料ガスボンベあるいは都市ガス管等の燃料ガス供給源３から延出されるガス燃料供給管４が接続され、そのガス燃料供給管４には、バーナ２に供給するガス燃料の供給量を調節する燃料調節弁５が装備されている。
【００３５】
空気供給室Ａには、空気を吐出する送風機６から延出される空気供給管７が接続され、その空気供給管７には、バーナ２に供給する空気の供給量を調節する空気調節ダンパ８が装備されている。
【００３６】
したがって、燃焼部Ｎは、燃料調節弁５と空気調節ダンパ８とによって、適正な空気比に調整した状態で、ガス燃料を燃焼させるように構成されている。
尚、燃焼部Ｎには、点火用イグナイタや着火センサ等、燃焼用補助具が装備されるが、本実施形態においては、その説明は省略する。
【００３７】
そして、燃焼筒１が、燃焼部Ｎにて生成される火炎Ｍの先端が燃焼筒１の長手方向の中間箇所に位置する状態となるように、火炎Ｍよりも長く形成されており、燃焼部Ｎから排出される燃焼ガスが、燃焼筒１の先端側部分の内部空間及びその前方側の空間を流動路Ｒとして、流動するように構成されている。
【００３８】
燃焼筒１の外周を囲む状態で水蒸気供給室Ｇが設けられ、その水蒸気供給室Ｇに、外部の水蒸気発生源９から延出された蒸気供給管１０が接続され、その蒸気供給管１０には、水蒸気供給室Ｇに供給する水蒸気の供給量を調節する蒸気調節弁１１が装備されている。
ちなみに、水蒸気発生源９は、一般にはボイラにて構成されることになる。
【００３９】
また、水蒸気供給室Ｇにおける燃焼筒１の先端部横外方に位置する壁部分Ｇｈに、噴出部Ｆを構成する噴出孔１２が、燃焼筒１を囲む環状に形成されている。
つまり、本実施形態においては、水蒸気を噴出する噴出部Ｆを、燃焼部Ｎから排出されて流動する燃焼ガスの流動路Ｒの横脇箇所において水蒸気を噴出して、燃焼ガスを噴出する水蒸気によって吸引する状態となるように配設することが、水蒸気を噴出する噴出部Ｆを、燃焼部Ｎにおける火炎形成箇所ＭＡとは異なる箇所に水蒸気を噴出して、燃焼部Ｎから排出されて流動する燃焼ガスを噴出する水蒸気によって吸引する状態となるように配設することに対応する。
【００４０】
ちなみに、本実施形態においては、噴出孔１２を、燃焼筒１を囲む環状のスリット状に形成する場合を例示するが、複数の噴出用孔部分を燃焼筒１の周囲に間隔を隔てて並ぶ状態に形成することによって、噴出孔１２を、燃焼筒１を囲む環状に形成する形態で実施してもよい。
【００４１】
したがって、噴出部Ｆを構成する噴出孔１２が、燃焼筒１の先端部の横側方位置に、流動路Ｒを流動する燃焼ガスの流動方向に沿って水蒸気を噴出する状態で設けられることになり、また、噴出孔１２から噴出する水蒸気の噴出量が、蒸気調節弁１１によって変更調節されるように構成されている。
【００４２】
燃焼筒１の燃焼ガスの流動方向下手側に、噴出孔１２から噴出された水蒸気と燃焼筒からの燃焼ガスとを混合する円筒状の混合室Ｕが、水蒸気供給室Ｇに連なる状態で設けられている。
混合室Ｕは、燃焼ガスの流動方向に沿って伸びる状態でかつ排出口側部分Ｕｅを漸次縮径させた状態に形成され、さらに、その先端部には、過熱蒸気供給用の筒部Ｕｔを備える状態に形成されている。
【００４３】
本実施形態の過熱蒸気発生装置は、水蒸気を噴出する噴出部Ｆを、燃焼部Ｎにおける火炎形成箇所ＭＡとは異なる箇所に水蒸気を噴出して、燃焼部Ｎから排出されて流動する燃焼ガスを噴出する水蒸気によって吸引する状態となるように配設して、水蒸気と燃焼ガスとを混合させるものであるから、噴出部Ｆから噴出される水蒸気が、燃焼部Ｎの火炎に接触することを回避でき、かつ、噴出部Ｆから噴出される水蒸気が、燃焼部Ｎにおける火炎形成空間の圧力を大きく変化させてしまうことを回避できるため、燃焼部Ｎの火炎Ｍが安定して、良好な燃焼を行わせことができ、しかも、噴出される水蒸気が燃焼ガスを吸引することにより、水蒸気と燃焼ガスとの混合を適切に行うことができる。
【００４４】
また、円筒状の混合室Ｕが、燃焼ガスの流動方向に沿って伸びる状態でかつ排出口側部分Ｕｅを漸次縮径させた状態であるから、水蒸気の吸引作用によって、水蒸気と混合された燃焼ガスが、混合室Ｕにおける漸次縮径させた排出口側部分Ｕｅを通過する際に、さらに混合されることになるため、水蒸気と燃焼ガスを一層適切に混合させた過熱蒸気を生成することができる。
【００４５】
ちなみに、本実施形態の過熱蒸気発生装置によれば、温度が３００℃で、水蒸気を９０）パーセント含む過熱蒸気や、温度が４００℃で、水蒸気を８５パーセント含む過熱蒸気を生成できる。
【００４６】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態を説明するが、この第２実施形態は、噴出部Ｆの配設構成を異ならせた場合を例示するものであり、上記第１実施形態における構成部材と同様な構成部材については、第１実施形態と同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００４７】
すなわち、図３に示すように、水蒸気を噴出する噴出部Ｆとしての、縮径部１３Ａを備えた噴出管１３が、その先端部を負圧室Ｖの内部に突出させた状態で設けられて、水蒸気を負圧室Ｖの内部に噴出するように構成されている。
そして、噴出管１３から噴出された水蒸気を回収する混合管１４が、その基端部を負圧室Ｖ内に挿入される状態で設けられている。
したがって、噴出管１３から水蒸気を噴出することによるエジェクタ効果にて、負圧室Ｖが低圧になるように構成されている。
【００４８】
燃焼筒１と負圧室Ｖとが、燃焼ガス案内管１５にて接続されて、流動路Ｒが、燃焼筒１の先端側部分の内部と燃焼ガス案内管１５の内部にて構成されている。
したがって、燃焼筒１から排出された燃焼ガスが、燃焼ガス案内管１５を通して負圧室Ｖ内に導かれて、水蒸気と混合されるように構成されている。
つまり、燃焼部Ｎから排出されて流動路Ｒを流動する燃焼ガスが、噴出管１３から噴出される水蒸気によって吸引されて、水蒸気に混合されるように構成されている。
【００４９】
この第２実施形態においては、縮径部１３Ａを備えた噴出管１３にて負圧室Ｖの内部に水蒸気を噴出して、燃焼部Ｎから排出されて流動する燃焼ガスを吸引する状態に配設することが、水蒸気を噴出する噴出部Ｆを、燃焼部Ｎにおける火炎形成箇所ＭＡとは異なる箇所に水蒸気を噴出して、燃焼部Ｎから排出されて流動する燃焼ガスを噴出する水蒸気によって吸引する状態となるように配設することに対応する。
【００５０】
そして、この第２実施形態においては、噴出管１３から水蒸気を噴出することによるエジェクタ効果を十分に利用して、水蒸気によって燃焼ガスを吸引しながら、燃焼ガスを水蒸気に的確に混合できる。
【００５１】
〔別実施形態〕
次に、その他の別実施形態を説明する。
（イ）上記の第１及び第２実施形態においては、燃焼部Ｎが、ガス燃料を燃料として燃焼する場合を例示したが、燃焼部Ｎの燃料としては、液体燃料等の各種の燃料を使用することができる。
【００５２】
（ロ）上記の第１実施形態においては、噴出部Ｆを構成する噴出孔１２が、燃焼筒１に隣接する状態で形成する場合を例示したが、噴出孔１２を、燃焼筒１に対して間隔を隔てた位置に形成する形態で実施してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１        燃焼筒
１２      噴出孔
Ｆ        噴出部
Ｇ        水蒸気供給室
Ｇｈ      壁部分
ＭＡ      火炎形成箇所
Ｎ        燃焼部
Ｕ        混合室
Ｕｅ      排出口側部分
【図１】
2013181712.tif 000003
【図２】
2013181712.tif 000004
【図３】
2013181712.tif 000005