(57)【要約】【課題】装置重量を軽量にし得る燃焼装置を提供する。【解決手段】  第１実施形態の排ガス加熱装置では、燃焼空間内に燃料を噴出可能に外筒に設けられるバーナユニット１３のバーナ１３ａは、燃料噴出方向の周囲を燃焼筒２０により覆われる。そのため、バーナ１３ａから内筒１２の燃焼空間に火炎が形成される場合に火炎の形成範囲を燃焼筒２０が覆うことから、火炎からの直接的な輻射熱等が燃焼筒２０により遮られる。これにより、バーナ１３ａの火炎から内筒１２の周壁部１２ａに直接伝わる輻射伝熱量を減少させることが可能になり、内筒１２の温度の上昇が抑制される。また、内筒１２内には、既存の配管の上流管から燃焼空間を経由して下流管に流れる外部機関の排気ガスが流通するので、このような排気ガスにより内筒１２が冷却される。したがって、耐火材等を設ける場合に比べて軽量化することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃焼空間を形成する内筒と、
前記内筒を覆うとともに前記内筒との間に外部から送り込まれた空気が流通可能な空間部を形成する外筒と、
前記内筒に貫通し前記燃焼空間内に燃料を噴出可能に前記外筒に設けられるバーナと、
前記バーナの燃料噴出方向の周囲を覆う筒体と、を備え、
外部機関の排気ガスが流通する配管の上流側から排出された前記排気ガスが前記燃焼空間を経由して前記配管の下流側に流入可能に、前記配管の上流側および前記配管の下流側が前記内筒内にそれぞれ連通することを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記筒体は、前記バーナの燃料噴出方向に対して反対側に位置する基端部が前記空間部に露出しているとともに前記基端部と前記外筒との間には隙間部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記筒体は、前記バーナの燃料噴出方向に位置する先端部が前記配管の上流側と前記配管の下流側とを最短距離で接続する仮想経路の範囲外に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記筒体は、前記バーナの燃料噴出方向に位置する先端部が斜円柱の端部形状に開口することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記バーナは、前記燃料噴出方向が前記配管の下流側から前記配管の上流側であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記燃焼空間の排気ガス下流側には、前記配管の下流側に接続される接続部の内径よりも小さい内径を有する第２の内筒が前記配管の下流側に連通するように設けられていることを特徴とする請求項５に記載の燃焼装置。
【請求項７】
前記外部機関の排気ガスが流通する配管は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃焼装置が設置される前から設備空間に既に設けられており、当該燃焼装置は、前記配管の配置変更を要することなく、前記配管の途中に接続可能であることを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼空間を形成する内筒、この内筒を覆う外筒および燃焼空間内に燃料を噴出するバーナを備えている燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置の一種に、例えば、下記特許文献１に開示されている「廃棄物焼却装置」がある。この装置では、焼却炉の内部（燃焼空間）を形成する内筒の周囲に外筒を配置するとともに内筒の内側を耐火材で覆う。これにより、１０００℃前後になる炉内の高温環境から、鋼板製等の内筒を保護している。耐火材は、例えば、キャスタブルと呼ばれる耐火コンクリートであり、耐火性に優れた骨材とアルミナセメント等を混合したものである。焼却炉以外でも、燃焼装置においては炉内の内張に耐火材を使用するものが少なくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７４２２１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５８２６３号公報
【特許文献３】特開２０１２−８２８０４号公報
【特許文献４】特開２００４−２５７３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、耐火材は、特許文献１の図１や図２に表されているように、高温を遮断して内筒を熱から保護する必要上、内筒の内側に厚肉に設けられることが多い。このような厚肉の耐火材は、燃焼装置の重量増加を招く。特に、上記特許文献１の焼却装置のように、船舶に使用される舶用の燃焼装置においては、軽量であることが望ましく、搭載される船舶によっては燃焼装置の重量が問題になる場合がある。
【０００５】
舶用の燃焼装置には、このような焼却装置のほかに、例えば、ボイルオフガスを処理するガス処理装置もある。ボイルオフガスは、ＬＮＧ貯蔵槽において液化天然ガスが気化することにより発生するガスである。例えば、上記特許文献２には、液化ガス運搬船のカーゴタンクで発生するボイルオフガスのうち、燃料として処理することのできない余剰分を、再度液化してカーゴタンクに回収するか、ガス燃焼装置等で焼却処理する必要がある旨の記載があり（特許文献２；段落０００２）、後者の場合にガス処理装置が使用される。
【０００６】
また、上記特許文献３に開示されているように、ディーゼルエンジンを推進機関とする船舶においてはＮＯｘの排出量を削減する必要から、脱硝装置を通した後に排気ガスを大気中に放出するものがあり、排ガス温度が３００℃以下の場合には、脱硝触媒が十分に活性する温度まで排気ガスを加熱してから脱硝装置を通すものもある（特許文献３；段落０００４〜０００７）。このような排気ガスの加熱に使用される排ガス加熱装置も、舶用の燃焼装置の一種である。
【０００７】
なお、脱硝装置によってＮＯｘの浄化を実施するために、脱硝触媒の上流側の配管経路中で排気ガス還元剤（尿素水）を噴霧することで、排気ガス還元剤が排ガス経路中で加水分解されてアンモニアが生成され、脱硝触媒によりＮＯｘが浄化される。しかしながら、上記特許文献４に開示されているように、排ガス温度が低い場合においては、排気ガス還元剤の加水分解によるアンモニア生成が十分に進行しない場合があり、その対策として、予め排気ガス還元剤を加熱して還元剤ガスとして排ガス中に供給する方式が知られている（特許文献３；段落０００２〜０００８）。ディーゼルエンジンを推進機関とする船舶においては、高温ガス（燃焼ガス）中に尿素水を噴射し加水分解させて還元剤ガス（アンモニア）を生成し、この還元剤ガスを含む高温ガスを、ディーゼルエンジンからの排ガス中に供給する方式がある。このような方式において高温ガス（燃焼ガス）を供給する燃焼ガス供給装置も、舶用の燃焼装置の一種である。
【０００８】
このように舶用の燃焼装置には、焼却装置、ガス処理装置や排ガス加熱装置、燃焼ガス供給装置（高温ガス発生装置）等、様々なものが存在するが、いずれの場合も装置重量は軽量であることが望ましい。本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、装置重量を軽量にし得る燃焼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】
【０００９】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載された燃焼装置は、内部に燃焼空間を形成する内筒と、前記内筒を覆うとともに前記内筒との間に外部から送り込まれた空気が流通可能な空間部を形成する外筒と、前記内筒に貫通し前記燃焼空間内に燃料を噴出可能に前記外筒に設けられるバーナと、前記バーナの燃料噴出方向の周囲を覆う筒体と、を備え、外部機関の排気ガスが流通する配管の上流側から排出された前記排気ガスが前記燃焼空間を経由して前記配管の下流側に流入可能に、前記配管の上流側および前記配管の下流側が前記内筒内にそれぞれ連通することを技術的特徴とする。
【００１０】
また、特許請求の範囲に記載された請求項２の燃焼装置は、請求項１に記載の燃焼装置において、前記筒体は、前記バーナの燃料噴出方向に対して反対側に位置する基端部が前記空間部に露出しているとともに前記基端部と前記外筒との間には隙間部が形成されていることを技術的特徴とする。
【００１１】
さらに、特許請求の範囲に記載された請求項３の燃焼装置は、請求項１または２に記載の燃焼装置において、前記筒体は、前記バーナの燃料噴出方向に位置する先端部が前記配管の上流側と前記配管の下流側とを最短距離で接続する仮想経路の範囲外に位置していることを技術的特徴とする。
【００１２】
また、特許請求の範囲に記載された請求項４の燃焼装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼装置において、前記筒体は、前記バーナの燃料噴出方向に位置する先端部が斜円柱の端部形状に開口することを技術的特徴とする。
【００１３】
また、特許請求の範囲に記載された請求項５の燃焼装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃焼装置において、前記バーナは、前記燃料噴出方向が前記配管の下流側から前記配管の上流側であることを技術的特徴とする。
【００１４】
また、特許請求の範囲に記載された請求項６の燃焼装置は、請求項５に記載の燃焼装置において、前記燃焼空間の排気ガス下流側には、前記配管の下流側に接続される接続部の内径よりも小さい内径を有する第２の内筒が前記配管の下流側に連通するように設けられていることを技術的特徴とする。
【００１５】
また、特許請求の範囲に記載された請求項７の燃焼装置は、前記外部機関の排気ガスが流通する配管は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃焼装置が設置される前から設備空間に既に設けられており、当該燃焼装置は、前記配管の配置変更を要することなく、前記配管の途中に接続可能であることを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、燃焼空間内に燃料を噴出可能に外筒に設けられるバーナは、燃料噴出方向の周囲を筒体により覆われる。そのため、バーナから内筒の燃焼空間に火炎が形成される場合に火炎の形成範囲を筒体が覆うことから、火炎からの直接的な輻射熱等が筒体により遮られる。これにより、バーナの火炎から内筒の内壁に直接伝わる輻射伝熱量を減少させることが可能になり、内筒の温度の上昇が抑制される。また、内筒内には、配管の上流側から燃焼空間を経由して配管の下流側に流れる外部機関の排気ガスが流通するので、このような排気ガスにより内筒が冷却される。したがって、内筒に耐火材等を設ける必要がなくなり得るため、耐火材等を設ける場合に比べて軽量化することができる。また、耐火材等の厚さ分だけ内筒の外形寸法を小さくできるため、小型化することも可能になる。
【００１７】
請求項２の発明では、筒体は、バーナの燃料噴出方向に対して反対側に位置する基端部が空間部に露出しているとともに基端部と外筒との間には隙間部が形成されている。これにより、空間部を流れる外部からの空気によって筒体の基端部が冷却されるため、筒体の熱による劣化や脆化の進行を遅くすることが可能になる。また、隙間部により筒体の基端部が外筒から物理的に離れているため、筒体から外筒への熱伝達を抑制することが可能になる。
【００１８】
請求項３の発明では、筒体は、バーナの燃料噴出方向に位置する先端部が配管の上流側と配管の下流側とを最短距離で接続する仮想経路の範囲外に位置している。これにより、配管の上流側から下流側に向かう排気ガスの流れに対して、筒体が抵抗になり難いため、燃焼空間や配管を流れる排気ガスの圧力損失の増加を抑制することが可能になる。
【００１９】
請求項４の発明では、筒体は、バーナの燃料噴出方向に位置する先端部が斜円柱の端部形状に開口する。このような先端部には、筒壁の軸方向長さが大きい長尺部と小さい短尺部が存在する。そのため、例えば、内筒の周壁側に長尺部が位置し内筒の中心側に短尺部が位置するように筒体を配置する。これにより、火炎からの直接的な輻射熱等は、短尺部側よりも長尺部側の方が筒壁の軸方向長さが大きい分、長尺部側の方が内筒の周壁の方向に向かう輻射伝熱量を減少させることが可能になる。そのため、内筒の温度の上昇を抑制することができる。また、バーナの火炎で燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスは、長尺部側よりも短尺部側を流れる方が短距離で筒体から放出されて内筒の中心側に向かう。そのため、長尺部側を流れる燃焼ガスを内筒の中心側に引き込むことが可能になる。また、高温の燃焼ガスは、内筒の周壁側よりも中心側に集められるので、内筒の温度の上昇をさらに抑制することができる。
【００２０】
請求項５の発明では、バーナは、燃料噴出方向が配管の下流側から配管の上流側であることから、配管の上流側から下流側に向かう排気ガスの流れに対し、逆方向に向けて配置されている。これにより、このような輻射熱等が排気ガスの流れと同方向に進む場合に比べて、バーナから放出される燃焼ガスの進行方向の垂直成分と、排気ガスの進行方向の垂直成分とが逆方向になって対向することから、衝突による対流混合が促進され、燃焼ガスと排気ガスを効率的に混合することが可能になる。したがって、排気ガスの温度の均一度合いが高まるため、排気ガスの温度ムラを抑制するとともに、混合に必要な空間が小さくなり得るため、内筒、ひいては炉体をコンパクトにすることができる。
【００２１】
請求項６の発明では、燃焼空間の排気ガス下流側には、配管の下流側に接続される接続部の内径よりも小さい内径を有する第２の内筒が配管の下流側に連通するように設けられている。これにより、排気ガス下流側において、第２の内筒は、内筒を冷却する低温の空気が配管の下流側に流入することを阻止することから、このような低温の空気によって排気ガス下流側付近を流れる排気ガスの温度が低下することを抑制することができる。また、第２の内筒には、内筒の周壁側よりも中心側を流れる排気ガスがより多く集められるため、温度ムラの少ない排気ガスを配管の下流側に流出させることができる。
【００２２】
請求項７の発明では、外部機関の排気ガスが流通する配管は既設の配管であり、配管の配置変更を要することなく、当該燃焼装置が配管の途中に接続可能である。これにより、既存の設備に適用することが容易になるため、旧型式のものを改造しその後も使用可能な新型式のものに変更する、いわゆるレトロフィットに容易に対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排ガス加熱装置の全体構成の一例を示す正面図である。
【図２】本第１実施形態の排ガス加熱装置の全体構成の一例を示す平面図である。
【図３】図２に示すIII−III線断面を同矢印方向から見た模式的な断面図である。
【図４】図３に示すIV−IV線断面を同矢視方向から見た模式的な断面図である。
【図５】図４に示す一点鎖線Ｖ内の模式的な拡大断面図である。
【図６】図５に示す矢印VIの方向から見た模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る排ガス加熱装置の全体構成の一例を示す正面図である。
【図８】本第２実施形態の排ガス加熱装置の全体構成の一例を示す平面図である。
【図９】図７および図１０に示すIX−IX線断面を同矢視方向から見た模式的な断面図である。
【図１０】図９に示すＸ−Ｘ線断面を同矢視方向から見た模式的な断面図である。
【図１１】図１０に示す一点鎖線XI内の模式的な拡大断面図である。
【図１２】図１０に示す矢印XIIの方向から見た模式的な断面図である。
【図１３】本第２実施形態の排ガス加熱装置の改変例１を示す説明図である。
【図１４】図１３に示す一点鎖線XIV内の模式的な拡大断面図である。
【図１５】本第２実施形態の排ガス加熱装置の改変例２を示す説明図である。
【図１６】図１５に示す一点鎖線XVI内の模式的な拡大断面図である。
【図１７】図１７(A)は、図１６に示す一点鎖線XVII-A内の模式的な拡大断面図である。また、図１７(B)は、図１７(A)に示す矢印XVII-Bの方向から見た模式的な説明図である。
【図１８】本第２実施形態の排ガス加熱装置の改変例３を示す説明図である。
【図１９】図１９(A)は、図１８に示す一点鎖線XIX-A内の模式的な拡大断面図である。また、図１９(B)は、図１９(A)に示す矢印XIX-Bの方向から見た模式的な説明図である。
【図２０】本第２実施形態の排ガス加熱装置の改変例３の応用例を示す説明図である。
【図２１】本発明の第３実施形態に係る排ガス加熱装置の全体構成の一例を示す正面図である。
【図２２】本第３実施形態の排ガス加熱装置の全体構成の一例を示す平面図である。
【図２３】図２１および図２４に示すXXIII−XXIII線断面を同矢視方向から見た模式的な断面図である。
【図２４】図２３に示すXXIV−XXIV線断面を同矢視方向から見た模式的な断面図である。
【図２５】本第３実施形態の排ガス加熱装置における輻射熱等および排気ガスの流れの例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の燃焼装置の実施形態について図を参照して説明する。本発明の燃焼装置を排ガス加熱装置に適用した第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
第１実施形態の排ガス加熱装置１０は、例えば、ディーゼルエンジン（外部機関）の排気ガスが流れる配管の途中に接続することにより脱硝触媒が十分に活性する温度まで排ガス温度を上昇させる加熱装置であり、船舶に搭載される舶用の燃焼装置である。
【００２６】
図１〜図６に示すように、排ガス加熱装置１０は、主に、外筒１１、内筒１２、複数のバーナユニット１３、排ガス噴射管１９、第１送風ファン２、第２送風ファン３等により構成されている。
【００２７】
外筒１１は、例えば、有底の円筒形状をなす筒体であり、鋼板により構成されている。即ち、円筒状に形成されている周壁部１１ａに対し、その一端側が内曲げのフランジ形状をなす円環状の基端部１１ｂにより囲まれるように開口しており、また他端側が円形平板状の先端部１１ｃにより閉塞されている。周壁部１１ａには、外筒１１の径方向に円筒状に延びる接続部１１ｄ，１１ｇが形成されており、先端にはフランジ部１１ｅ，１１ｈがそれぞれ設けられている。即ち、外筒１１（または内筒１２）の筒軸Ｊに対して直交する方向（軸Ｋに沿う方向）またはほぼ直交する方向に接続部１１ｄ，１１ｇが延出するように形成されている（既設の配管１００に対して直交方向またはほぼ直交方向に筒軸Ｊを向けて外筒１１または内筒１２を配置する）。
【００２８】
接続部１１ｄ，１１ｇは、それぞれの筒軸が同じ軸Ｋになるように配置されており、また接続部１１ｄ，１１ｇやそれぞれのフランジ部１１ｅ，１１ｈは、船舶内に既に設けられている配管１００に接続可能な形状仕様に設定されている。これにより、例えば、既設の配管１００の位置を変更することなく、当該配管１００の途中に排ガス加熱装置１０の接続部１１ｄ，１１ｇを連結可能にしている。本第１実施形態では、配管１００のうち、ディーゼルエンジン（外部機関）が接続されている排ガス上流側の上流管１００ａには、フランジ部１１ｅを介して接続部１１ｄが連結され、また排ガス下流側の下流管１００ｂには、フランジ部１１ｈを介して接続部１１ｇが連結される。排ガス上流側の接続部１１ｄには、排気ガスを取り込むための取入口１１ｆが形成されている。
【００２９】
この取入口１１ｆは、その上方（各図に示す座標系のＺ軸の矢印先端方向）が、上流管１００ａ方向に開口しかつ燃焼空間方向を閉塞するカバー１７により覆われている。これにより、上流管１００ａから流れ込む排気ガスの一部が取入口１１ｆに流れ込み易くなるようにカバー１７により排気ガスの流れを制御している。また取入口１１ｆには、排ガスダクト１８が接続されている。この排ガスダクト１８は、排ガス噴射管１９に接続されている。これにより、取入口１１ｆから流れ込んだ排気ガスを当該排ガス噴射管１９に導入可能にしている。周壁部１１ａには、このほかに吸気口１１ｉ，１１ｊも開口しており、これらには後述の第１吸気ダクト６や第２吸気ダクト７が接続される。基端部１１ｂの開口は、後述するように、円形平板状の外筒基端プレート１４により覆われて閉塞される。
【００３０】
内筒１２は、外筒１１の内部に収容されるとともに、内部に燃焼空間を形成する筒体であり、外筒１１と同様に、有底の円筒形状に形成されている。内筒１２は、円筒状の周壁部１２ａの一端側が基端部１２ｂとしての内筒基端プレート１５により閉塞されており、また他端側も円形平板状の先端部１２ｃにより閉塞されている。周壁部１２ａの他端側付近には、上流管１００ａから排気ガスを内筒１２内、つまり燃焼空間に流入させるための流入部１２ｄと、燃焼空間から下流管１００ｂに排気ガスを流出させるための流出部１２ｅとがそれぞれ形成されている。即ち、周壁部１２ａには、外筒１１の接続部１１ｄに接続される流入部１２ｄが形成されており、内筒１２の燃焼空間と上流管１００ａの内側空間とを連通可能にしている。また、接続部１１ｇの内側に向けて円筒形状に延びる流出部１２ｅが形成されており、内筒１２の燃焼空間と下流管１００ｂの内側空間とを連通可能にしている。なお、内筒１２の他端側は、先端部１２ｃ等により閉塞することなく、開口可能に構成しても良い。
【００３１】
このような内筒１２の基端部１２ｂ（内筒基端プレート１５）には、その中心を内筒１２の筒軸Ｊとほぼ同軸に貫通する排ガス噴射管１９が設けられており、また排ガス噴射管１９の周囲を取り囲むように複数のバーナユニット１３や複数の空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄが設けられている。本第１実施形態では、６つのバーナユニット１３が設けられており、それぞれのバーナユニット１３に対して燃料パイプ９０から石油系燃料（例えば、軽油、Ａ重油等）が供給される。なお、内筒１２の内周面には、後述する理由から、耐火材（例えばキャスタブル）は設けられていない。
【００３２】
バーナユニット１３は、外筒１１の一端側を閉塞する外筒基端プレート１４に取り付けられている。本第１実施形態では、バーナユニット１３は、図略の固定構造により外筒基端プレート１４に固定されている。バーナユニット１３には、軽油、Ａ重油等の燃料が供給される燃料パイプ９０が接続されている。バーナユニット１３および内筒基端プレート１５の構成については、後で図５および図６を参照しながら詳述する。なお、バーナユニット１３は、バーナ１３ａの燃料噴出方向に位置する筒体１３ｂ（燃焼筒２０）の先端部が上流管１００ａと下流管１００ｂを最短距離で接続する仮想経路Ｒｖの範囲外に位置している。これにより、上流管１００ａから下流管１００ｂに向かう排気ガスの流れに対して、筒体１３ｂ（燃焼筒２０）が抵抗になり難いため、燃焼空間や配管を流れる排気ガスの圧力損失の増加を抑制することができる。
【００３３】
このように構成される炉体においては、外筒１１と内筒１２との間に隙間が形成されている。即ち、内筒１２（周壁部１２ａ、基端部１２ｂおよび先端部１２ｃ）の外側面と外筒基端プレート１４を含む外筒１１の内側面との間には空気流通路Ｒａ，Ｒｂが形成されている。空気流通路Ｒａは、外筒１１の周壁部１１ａに形成されている吸気口１１ｉに連通しており、また空気流通路Ｒｂは、周壁部１１ａに形成されている吸気口１１ｊに連通している。本第１実施形態では、外筒１１の周壁部１１ａと内筒１２の周壁部１２ａとを接続して、これらの空気流通路Ｒａ，Ｒｂを区画する分割プレート１６が設けられている。また、吸気口１１ｉには、第１送風ファン２の送風口にフランジ部６ａを介して連結された第１吸気ダクト６が接続されており、吸気口１１ｊには、第２送風ファン３の送風口にフランジ部７ａを介して連結された第２吸気ダクト７が接続されている。
【００３４】
第１送風ファン２および第２送風ファン３は、いずれも電動モータを駆動源としてインペラが回転する送風ファンである。第１送風ファン２は第１吸気ポート４に接続されており、また第２送風ファン３は第２吸気ポート５に接続されて、それぞれの吸気口４ａ，５ａから吸入した空気を送風口から吐出（圧送）する。本第１実施形態では、第１送風ファン２から圧送された空気は、第１吸気ダクト６を経由して外筒１１の吸気口１１ｉに送り込まれる。また、第２送風ファン３から圧送された空気は、第２吸気ダクト７を経由して外筒１１の吸気口１１ｊに送り込まれる。これにより、吸気口１１ｉ，１１ｊからそれぞれ空気流通路Ｒａ，Ｒｂに流入した空気は、例えば、図３や図４に表されている点線矢印の方向に流れる。したがって、外部から送り込まれた空気が内筒１２の外側面に接触することで、内筒１２を空気冷却することが可能になる。
【００３５】
なお、空気流通路Ｒａと空気流通路Ｒｂは、分割プレート１６により分離されている。本第１実施形態では、第１送風ファン２は、主に、バーナユニット１３から離れた炉体の中間部と先端部を冷却する空気を送り、第２送風ファン３は、バーナユニット１３に近い炉体の基端部や燃焼空間内に噴射させる空気を送る。つまり、空気流通路Ｒｂを流れる空気は、後述するように、内筒１２の基端部１２ｂ（内筒基端プレート１５）の空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄを介して内筒１２の燃焼空間にも流入する。炉体内に空気を送り込む送風ファンを、第１送風ファン２と第２送風ファン３に分けることにより必要に応じて送風量（空気の圧送量）を個別に制御することが可能になる。そのため、例えば、内筒１２の温度データに基づいて空気流通路Ｒｂを流れる空気の送風量を制御することができる。
【００３６】
このように構成される排ガス加熱装置１０は、ベースフレーム１上に設けられている。本第１実施形態では、例えば、外筒１１や内筒１２等からなる炉体は、ベースフレーム１の長手方向に複数箇所に立設されるレグ８ａと、ベースフレーム１の長手方向に沿ってこれらのレグ８ａに固定される２本のサイドメンバ８ｂとからなるレグフレーム８によって、ベースフレーム１上で支えられている。また、２機の送風ファン２，３や吸気ポート４，５は、固定金具やステー等によってベースフレーム１に固定されている。
【００３７】
次に図５および図６を参照して、バーナユニット１３、内筒基端プレート１５、排ガス噴射管１９等の構成について説明する。外筒１１の基端部１１ｂには、中心部に円形状の排ガス噴射管取付口１４ｂが開口するとともに排ガス噴射管取付口１４ｂの周囲を取り囲むように複数のバーナ取付口１４ａが開口する円形平板状の外筒基端プレート１４がボルトおよびナットにより固定されている。バーナ取付口１４ａは、図略の固定構造によりバーナユニット１３を外筒基端プレート１４に固定可能にする円形穴であり、バーナユニット１３を構成するプレート１３ｃにより閉塞されている。また、排ガス噴射管取付口１４ｂは、排ガス噴射管１９の外径よりも僅かに大きい内径寸法に設定されており、排ガス噴射管１９の貫通を可能にしている。
【００３８】
バーナユニット１３は、主に、バーナ部１３ａ、筒体１３ｂおよびプレート１３ｃにより構成されている。バーナユニット１３は、バーナ１３ａの噴出方向を燃焼空間に向けて内筒１２の筒軸Ｊとほぼ平行に燃焼空間内に突出するように外筒基端プレート１４に取り付けられている。バーナ部１３ａは、例えば、先端に円錐台形状のノズル部を備えているとともに、燃料を供給する燃料パイプ９０が接続されている。バーナ部１３ａの径方向周囲は、筒状の筒体１３ｂに覆われている。筒体１３ｂとしての燃焼筒２０は、例えば、円筒形状に形成されており、燃料パイプ９０の接続側に位置する基端部２０ａが空気流通路Ｒｂに露出するように配置されている。これにより、空気流通路Ｒｂを流れる空気流によって燃焼筒２０の基端部２０ａが冷却されるため、燃焼筒２０の熱による劣化や脆化の進行を遅くすることが可能になる。
【００３９】
燃焼筒２０は、その基端部２０ａがプレート１３ｃや外筒基端プレート１４との間において所定間隔の隙間部Ｓａを形成するように配置されている。これにより、空気流通路Ｒｂを流れる空気の一部が、この隙間部Ｓａから燃焼筒２０内に入り込むことにより燃焼に寄与する（図５に示す太実線矢印）。また、プレート１３ｃや外筒基端プレート１４と燃焼筒２０の基端部２０ａとの間に隙間部Ｓａが形成されることにより、燃焼筒２０の基端部２０ａが外筒から物理的に離れているため、燃焼筒２０からプレート１３ｃや外筒基端プレート１４への熱伝達を抑制することが可能になる。
【００４０】
また、燃焼筒２０は、バーナ１３ａの燃料噴出方向に位置する燃焼筒２０の先端部２０ｂが斜円柱の端部形状、即ち燃焼筒２０の筒軸に対して直角ではなく、例えば、４５度傾斜して斜めに開口している。つまり、先端部２０ｂは、円形状ではなく楕円形状に開口している。本第１実施形態では、図５に示すように、内筒１２の筒軸Ｊ方向に燃焼筒２０の先端部２０ｂの開口が向くように、６つのバーナユニット１３を配置している。これにより、燃焼筒２０の筒壁の軸方向長さが小さい短尺部側が内筒１２の筒軸Ｊ方向を向き、燃焼筒２０の筒壁の軸方向長さが大きい長尺部側が内筒１２の周壁部１２ａ方向を向く。そのため、バーナ１３ａの火炎からの直接的な輻射熱等は、燃焼筒２０の長尺部側により内筒１２の周壁部１２ａ方向に向かう輻射伝熱量を減少させることが可能になり、内筒１２の温度の上昇を抑制することができる。
【００４１】
また、バーナ１３ａの火炎で燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスは、燃焼筒２０の長尺部側よりも短尺部付近（短尺部側）を流れる方が短距離で筒体から放出されて内筒の中心側に向かう（図５に示す燃焼筒２０内の細破線矢印）。そのため、燃焼筒２０の中心付近や長尺部付近（長尺部側）を流れる燃焼ガスを内筒１２の筒軸Ｊ（中心側）に引き込むことが可能になる（図５に示す燃焼筒２０内の細一点鎖線矢印および細二点鎖線矢印）。これにより、高温の燃焼ガスを内筒１２の周壁部１２ａ側よりも筒軸Ｊ側に集め得るので、内筒１２の温度の上昇をさらに抑制することができる。
【００４２】
内筒基端プレート１５は、内筒１２の基端部１２ｂに相当する円盤形状の部材であり、内筒１２の周壁部１２ａおよび先端部１２ｃとともに燃焼空間を形成している。本第１実施形態では、内筒基端プレート１５（基端部１２ｂ）は、周壁部１２ａに一体に成形されている。周壁部１２ａと別体に内筒基端プレート１５を構成して周壁部１２ａに図略の固定構造により固定しても良い。
【００４３】
内筒基端プレート１５の中心部には、排ガス噴射管１９の外径よりも僅かに大きい内径寸法に設定された排ガス噴射管貫通口１５ａが形成されている。また、排ガス噴射管貫通口１５ａの周囲を取り囲むように、内筒基端プレート１５と同心円の周上に燃焼空間側に向けて突出する複数の空気噴射ノズル１５ｃが形成され、さらにこれらの空気噴射ノズル１５ｃの周囲を取り囲む同心円の周上に燃焼空間側に向けて突出する複数の空気噴射ノズル１５ｄが形成されている。本第１実施形態では、空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄは、いずれも６箇所に形成されている。６つの空気噴射ノズル１５ｄは、円周上に等間隔に配置されており、同じ円周上で空気噴射ノズル１５ｄに挟まれるように６つの燃焼筒貫通口１５ｂが設けられている。
【００４４】
即ち、図６に示すように、空気噴射ノズル１５ｃを取り囲む円周上に、内筒基端プレート１５の中心角３０度間隔で、６つの空気噴射ノズル１５ｄと６つのバーナユニット１３が交互に配置されている。また、バーナユニット１３は、内筒１２の周壁部１２ａから所定の隙間部Ｓｂだけ離れた位置に配置されている。これにより、空気噴射ノズル１５ｄから噴射される空気流により、バーナユニット１３を冷却するとともに内筒１２の周壁部１２ａも冷却可能にしている。なお、６つの空気噴射ノズル１５ｃは、内筒基端プレート１５の中心角６０度間隔で配置されている。
【００４５】
なお、空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄや排ガス噴射管１９の数量は一例であり、後述する空気流や排ガス流の効果が発揮され得る範囲内で適宜設定される。また、空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄやバーナユニット１３は、それぞれ等間隔に設ける必要はない。これらの空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄは、その内側空間が空気流通路Ｒｂに連通するため、第２送風ファン３から圧送されて吸気口１１ｊから空気流通路Ｒｂに流入した空気は、例えば、図５に示す破線矢印のように、空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄを経由して周壁部１２ａの内部空間、つまり燃焼空間内に噴射される。
【００４６】
また、排ガス噴射管１９が排ガスダクト１８に接続されると、排ガス噴射管１９が接続部１１ｄの取入口１１ｆに連通する。そのため、上流管１００ａに連結された接続部１１ｄの取入口１１ｆから取り込まれて、排ガスダクト１８に流入した排気ガスは、例えば、図５に示す一点鎖線矢印のように、排ガス噴射管１９から内筒１２の燃焼空間内に噴射される。なお、排ガス温度は、３００℃以下であるのに対して、バーナ部１３ａによって燃焼された燃焼ガスの温度は１０００℃を超える。つまり、排気ガスの温度は、バーナ部１３ａからの燃焼ガスの温度よりも低い。なお、同図においては、図面表現上の便宜から、特定の空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄから、空気が噴射される様子が図示されているが、内筒基端プレート１５に設けられるすべての空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄから空気が噴射される。
【００４７】
なお、このような第２送風ファン３による送風能力や、バーナユニット１３および空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄの数量、配置やその間隔等は、実験や計算機シミュレーションの結果に基づいて上述したような空気流の効果が発揮され得る範囲内で適宜設定される。また、内筒１２の周壁部１２ａとバーナユニット１３の燃焼筒２０との間に形成される隙間部Ｓｂの大きさについても、実験や計算機シミュレーションの結果に基づいて上述したような空気流の効果が発揮され得る範囲内で適宜設定される。
【００４８】
このように本第１実施形態の排ガス加熱装置１０では、燃焼空間内に燃料を噴出可能に外筒に設けられるバーナユニット１３のバーナ１３ａの燃料噴出方向の周囲が燃焼筒２０（筒体１３ｂ）により覆われる。そのため、バーナ１３ａから内筒１２の燃焼空間に火炎が形成される場合に火炎の形成範囲を燃焼筒２０が覆うことから、火炎からの直接的な輻射熱等が燃焼筒２０により遮られる。これにより、バーナ１３ａの火炎から内筒１２の周壁部１２ａ（内壁）に直接伝わる輻射伝熱量を減少させることが可能になり、内筒１２の温度の上昇が抑制される。また、内筒１２内には、接続部１１ｄの取入口１１ｆから取り込まれて排ガス噴射管１９から噴射される排気ガスが流通するので、このような排気ガスによっても内筒１２が冷却される。したがって、内筒１２に耐火材（例えばキャスタブル）等を設ける必要がなくなり得るため、耐火材等を設ける場合に比べて軽量化することができる。また、耐火材等の厚さ分だけ内筒１２の外形寸法を小さくできるため、小型化することも可能になる。
【００４９】
なお、上述の排ガス加熱装置１０では、燃料パイプ９０から供給される燃料として軽油やＡ重油等の石油系燃料を例示して説明したが、例えば、液化天然ガス等の気体燃料を燃料パイプ９０から排ガス加熱装置１０に供給しても良い。液化天然ガス等の気体燃料は、石油系燃料に比べて炭素含有量が少ない。そのため、気体燃料による火炎からの輻射伝熱量よりも、対流伝熱量分が相対的に大きくなる。したがって、例えば、空気噴射ノズル１５ｄを内筒１２の周壁部１２ａに接近させて配置することにより、内筒１２の内周面に沿って空気噴射ノズル１５ｄから空気流を噴射することにより当該内周面が空気流に覆われる。これにより、輻射伝熱量が相対的に少なくなったことに加えて、内筒１２の内周面に到達する対流伝熱量も減少させることが可能になるため、内筒１２の内周面の温度を一層低下させることができる。また、第２送風ファン３による送風能力を高めて空気噴射ノズル１５ｃ，１５ｄから噴射される空気の流量を増加させる構成を採ることによって、内筒１２の内周面の温度をより一層低下させることもできる。
【００５０】
また、ディーゼルエンジン（外部機関）の排気ガスが流通する既設の配管１００に対し配管の配置を変更することなく、配管１００の途中において排ガス加熱装置１０の接続部１１ｄ，１１ｇを接続するため、既存の設備に容易に適用することが可能になる。これにより、旧型式のものを改造してその後も使用可能な新型式のものに変更する、いわゆるレトロフィットに容易に対応することができる。これに対して、例えば、［背景技術］の欄において挙げた特許文献３（特開２０１２−８２８０４号公報）の技術では、同文献の図２および図３に開示されているように、当該装置（同文献；バーナー部１５）の形状に合わせて既設の配管（同文献；煙道１４）の配置を変更する必要があり、その周囲空間に配置された機器装置や他の配管等のレイアウト変更も余儀なくされ得る。これに伴いメンテナンス作業も困難になり得る。つまり、特許文献３の技術は、レトロフィットに馴染み難いという問題がある。
【００５１】
さらに、上述の排ガス加熱装置１０では、上流管１００ａから接続部１１ｄに流れ込む排気ガスの一部を取入口１１ｆから取り込んだ後、排ガスダクト１８を介して排ガス噴射管１９から内筒１２（燃焼空間）内に噴射する構成を例示して説明したが、例えば、取入口１１ｆ、カバー１７、排ガスダクト１８および排ガス噴射管１９を廃止して、内筒１２の基端部１２ｂ側から排気ガスを噴出することのない構成を採っても良い。これにより、排ガス加熱装置の構成がシンプルになるため、設備コストの低減が可能になる。また、取入口１１ｆ、カバー１７、排ガスダクト１８および排ガス噴射管１９を必要としない分、排ガス加熱装置の軽量化が可能になる。
【００５２】
［第２実施形態］
続いて、本発明の燃焼装置を縦型タイプの排ガス加熱装置に適用した第２実施形態を図７〜図１４に基づいて説明する。第２実施形態の排ガス加熱装置３０も、第１実施形態の排ガス加熱装置１０と同様に、例えば、ディーゼルエンジン（外部機関）の排気ガスが流れる配管１００の途中に接続することにより脱硝触媒が十分に活性する温度まで排ガス温度を上昇させる加熱装置であり、船舶に搭載される舶用の燃焼装置である。
【００５３】
排ガス加熱装置３０も、第１実施形態の排ガス加熱装置１０と同様に複数のバーナユニットを備えている点は共通するが、炉体が縦型である点、送風ファンが１機である点、排ガス噴射管１９を備えていない点等が第１実施形態の排ガス加熱装置１０と異なる。なお、第１実施形態の排ガス加熱装置１０と実質的に同一の構成部分には同一符号を付して説明を簡略にする。
【００５４】
図７〜図１２に示すように、排ガス加熱装置３０は、主に、外筒３１、内筒３２、複数のバーナユニット１３’、第１送風ファン２等により構成されている。
【００５５】
外筒３１は、例えば、有底の円筒形状をなす筒体であり、鋼板により構成されている。即ち、円筒状に形成されている周壁部３１ａに対して、外筒３１の一端側が内曲げのフランジ形状をなす円環状の基端部３１ｂにより囲まれるように開口しており、また外筒３１の他端側も内曲げのフランジ形状をなす円環状の先端部３１ｃにより囲まれるように開口している。つまり、外筒３１は、両端が開口している。外筒３１の基端部３１ｂには、外筒３１の軸方向外側に円筒状に延びる接続部３１ｄが設けられており、また先端部３１ｃにも、外筒３１の軸方向外側に円筒状に延びる接続部３１ｆが設けられている。
【００５６】
接続部３１ｄ，３１ｆは、それぞれの筒軸Ｌ，Ｍが外筒３１の筒軸Ｊと重なる（同軸になる）ように配置されており、それぞれの先端にはフランジ部３１ｅ，３１ｇが形成されている。接続部３１ｄ，３１ｆやそれぞれのフランジ部３１ｅ，３１ｇは、船舶内に既に設けられている配管に接続可能な形状仕様に設定されている。これにより、例えば、上下方向（各図に示す座標系のＺ軸方向）に設けられている既設の配管に対して、当該配管の位置を変更することなく、当該配管の途中に排ガス加熱装置３０の接続部３１ｄ，３１ｇを連結可能にしている。
【００５７】
本第２実施形態では、排気ガスは、接続部３１ｄから外筒３１内の内筒３２に流入して接続部３１ｆから流出する。つまり、上から下に向かう方向（各図に示す座標系のＺ軸の矢印根元方向）に排気ガスが流れる。そのため、排ガス上流側の接続部３１ｄは、次に説明する内筒３２の内部、つまり燃焼空間内に突出するように設けられている。これにより、排気ガスが流れる配管の下流管内と後述する空気流通路Ｒａとが連通しないように構成されている。これに対して、排ガス下流側の接続部３１ｆは、その基端が外筒３１の先端部３１ｃの開口周囲に接続されており、内筒３２の燃焼空間内には突出していない。
【００５８】
なお、本第２実施形態の排ガス加熱装置３０では、図１０および図１２に示すように、排ガス下流側の接続部３１ｆ内には、旋回羽根部４０が設けられている。この旋回羽根部４０は、複数の羽根４２を円環状に配置して流体に旋回流を付与可能な羽根部４１と、羽根部４１を円環状に保持するとともに内側に空間部４５を形成するリング板（保持部）４３と、により構成されている。羽根４２は、例えば、矩形状の平板であり、筒軸Ｊに対して、例えば、１０度〜２０度の一定の斜度を維持可能にリング板４３に固定されている。羽根４２の幅は、当該旋回羽根部４０が接続部３１ｆに取り付けられた状態において、後述する所定の隙間部Ｓｄよりも大きく設定されているが、必要以上に当該幅が大きくなると、空間部４５の内径が小さくなるため、旋回羽根部４０を通過する排気ガスの圧力損失が増大する。そのため、空間部４５を通過する排気ガスの圧力損失が許容最大値を超えない値になるように、羽根４２の幅が設定されている。
【００５９】
このように旋回羽根部４０を構成することにより、燃焼空間から内筒３２の筒軸Ｊ中心部分および筒軸Ｊ中心部分の周囲を流れる排気ガスは、羽根部４１を通ることなく、空間部４５を流通して配管の下流管に流入する。これに対して、後述する内筒３２の排出部３２ｅの周縁部分および周縁部分の近傍を流れる排気ガスは、空間部４５を通ることなく、羽根部４１を流通して配管の下流管に流入する。また、空気流通路Ｒａから後述する隙間部Ｓｄを介して接続部３１ｆ内に流入する空気流も、空間部４５を通ることなく、羽根部４１を流通して配管の下流管に流入する。
【００６０】
これにより、排出部３２ｅの周縁部分や周縁部分の近傍を流れる排気ガスと、隙間部Ｓｄ経由で接続部３１ｆ内に流入する空気流と、の両方が羽根部４１を通ると、羽根４２によって排気ガスと空気流に旋回流が付与される。そのため、このような排気ガスと空気は羽根部４１による旋回により混合されてから下流管に流入するので、下流管内における排気ガスの温度ムラを抑制することが可能になる。特に、内筒３２の排出部３２ｅは、その先端周縁部が熱による劣化や脆化により変形する可能性があるため、排出部３２ｅの先端周縁部の変形に起因して流量バランスを維持することができなくなった場合に旋回羽根部４０による排気ガスと空気の混合が排気ガスの温度ムラの抑制に効果を発揮する。
【００６１】
内筒３２は、外筒３１の内部に収容されるとともに、内部に燃焼空間を形成する筒体である。内筒３２は、外筒３１と同様に有底の円筒形状に形成されている。内筒３２は、円筒状の周壁部３２ａの一端側が内曲げのフランジ形状をなす円環状の基端部３２ｂにより囲まれるように開口しており、また内筒３２の他端側も内曲げのフランジ形状をなす円環状の先端部３２ｃにより囲まれるように開口している。つまり、内筒３２も、両端が開口している。内筒３２の基端部３２ｂには、外筒３１の接続部３１ｄが挿通される貫通穴３２ｄが形成されており、また先端部３２ｃには、内筒３２の軸方向外側に円筒状に延びて外筒３１の接続部３１ｆ内に進入する排出部３２ｅが設けられている。この排出部３２ｅは、外筒３１の接続部３１ｆの内径よりも小さい外径寸法に設定されており、接続部３１ｆの内周壁と排出部３２ｅの外周壁との間に所定の隙間部Ｓｄを形成し得るように構成されている。
【００６２】
このように内筒３２を構成することにより、外筒３１と内筒３２との間には、空気流通路Ｒａが形成される。本第２実施形態の内筒３２は、周壁部３２ａに複数の通気孔３２ｆを備えている。図１０に示すように、本第２実施形態では、例えば、複数の通気孔３２ｆが等間隔で１列に並んで環状に周方向に周壁部３２ａに形成されている。また、燃焼筒２０の軸方向に対する複数の通気孔３２ｆの形成位置は、バーナユニット１３の燃焼筒２０の先端部２０ｂよりも排ガス下流側かつ先端部２０ｂの近傍に設定されている。これにより、内筒３２内、つまり燃焼空間と空気流通路Ｒａは、これらの通気孔３２ｆを介して連通する。そのため、図１１に示す太破線のように、空気流通路Ｒａを流れる空気流の一部が通気孔３２ｆを経由して燃焼空間内に侵入することが可能になる。
【００６３】
このような内筒３２の基端部３２ｂ（内筒基端プレート３５）には、接続部３１ｄの周囲を取り囲むように複数のバーナユニット１３’や複数の空気噴射ノズル３５ｃが設けられている。第１実施形態の内筒基端プレート１５に相当する内筒基端プレート３５は、円盤形状の部材であり、内筒３２の周壁部３２ａおよび先端部３２ｃとともに燃焼空間を形成している。本第２実施形態では、内筒基端プレート３５（基端部３２ｂ）は、周壁部３２ａに一体に成形されている。周壁部３２ａと別体に内筒基端プレート３５を構成して周壁部３２ａに図略の固定構造により固定しても良い。
【００６４】
第２実施形態の排ガス加熱装置３０は、排ガス噴射管１９を備えておらず、内筒基端プレート３５には接続部３１ｄが貫通する。そのため、内筒基端プレート３５の中心部には、貫通穴３２ｄが形成されているとともに、この貫通穴３２ｄの周囲を取り囲むように、内筒基端プレート３５と同心円の周上に燃焼空間側に向けて突出する複数の空気噴射ノズル３５ｃが形成されている。本第２実施形態では、空気噴射ノズル３５ｃは、６箇所に形成されている。６つの空気噴射ノズル３５ｃは、円周上に等間隔に配置されており、同じ円周上で空気噴射ノズル３５ｃに挟まれるように６つの燃焼筒貫通口３５ａが設けられている。燃焼筒貫通口３５ａには燃焼筒２０が挿通される。
【００６５】
即ち、図９に示すように、貫通穴３２ｄを取り囲む円周上に、内筒基端プレート３５の中心角３０度間隔で、６つの空気噴射ノズル３５ｃと６つのバーナユニット１３’が交互に配置されている。また、バーナユニット１３’は、内筒３２の周壁部３２ａから所定の隙間部Ｓｂだけ離れた位置に配置されている。これにより、空気噴射ノズル３５ｃから噴射される空気流により、バーナユニット１３’を冷却するとともに内筒３２の周壁部３２ａも冷却可能にしている。
【００６６】
なお、空気噴射ノズル３５ｃの数量は一例であり、空気流や排ガス流の効果が発揮され得る範囲内で適宜設定される。また、空気噴射ノズル３５ｃやバーナユニット１３’は、それぞれ等間隔に設ける必要はない。これらの空気噴射ノズル３５ｃは、その内側空間が空気流通路Ｒａに連通するため、第１送風ファン２から圧送されて吸気口３１ｉから空気流通路Ｒａに流入した空気は、例えば、図１１に示す破線矢印のように、空気噴射ノズル３５ｃを経由して周壁部３２ａの内部空間、つまり燃焼空間内に噴射される。また、周壁部３２ａの通気孔３２ｆを経由して燃焼空間内にも噴射される。
【００６７】
バーナユニット１３’は、第１実施形態のバーナユニット１３とほぼ同様に構成されており、第１実施形態においてそれぞれについて記載した内容をほぼ引用することができる。図１０に示すように、バーナユニット１３’の筒体１３ｂである、燃焼筒２０は、燃焼筒２０やその先端部２０ｂが接続部３１ｄ（配管の上流側）と接続部３１ｆ（配管の下流側）とを最短距離で接続する仮想経路Ｒｖの範囲外に位置するように配置されている。燃焼空間を流れる排気ガスに対して、燃焼筒２０や先端部２０ｂが抵抗にならないようにして排気ガスの圧力損失の増加を抑制するためである。なお、図１０において、仮想経路Ｒｖ内に存在するように見える２つのバーナユニット１３’は、実際には、仮想経路Ｒｖよりも同図座標系のＹ軸の矢印先端方向に配置されていることに注意されたい。
【００６８】
また、燃焼筒２０は、基端部２０ａに複数の通気孔２２が形成されている。第２実施形態のバーナユニット１３’においても、燃焼筒２０の基端部２０ａが、バーナユニット１３’のプレート１３ｃや外筒３１の接続部３１ｄに直接接触しないように、基端部２０ａとプレート１３ｃや接続部３１ｄとの間に隙間部Ｓｃを形成し得るように、バーナユニット１３’を外筒３１に取り付け可能に構成している。しかし、第１実施形態の隙間部Ｓａに比べて当該隙間部Ｓｃは狭いため、燃焼筒２０内に流入して燃焼に寄与する空気量を増加させる必要から、燃焼筒２０に複数の通気孔２２を設けている。
【００６９】
また、本第２実施形態のバーナユニット１３’においても、図１０に示すように、内筒３２の筒軸Ｊ方向に燃焼筒２０の先端部２０ｂの開口が向くように、６つのバーナユニット１３’を配置している。これにより、燃焼筒２０の筒壁の軸方向長さが小さい短尺部側が内筒３２の筒軸Ｊ方向を向き、燃焼筒２０の筒壁の軸方向長さが大きい長尺部側が内筒３２の周壁部３２ａ方向を向く。そのため、バーナ１３ａの火炎からの直接的な輻射熱等は、燃焼筒２０の長尺部側により内筒３２の周壁部３２ａ方向に向かう輻射伝熱量を減少させることが可能になり、内筒３２の温度の上昇を抑制することができる。
【００７０】
また、バーナ１３ａの火炎で燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスは、燃焼筒２０の長尺部側よりも短尺部付近（短尺部側）を流れる方が短距離で筒体から放出されて内筒の中心側に向かう（図１１に示す燃焼筒２０内の細破線矢印）。そのため、燃焼筒２０の中心付近や長尺部付近（長尺部側）を流れる燃焼ガスを内筒３２の筒軸Ｊ（中心側）に引き込むことが可能になる（図１１に示す燃焼筒２０内の細一点鎖線矢印および細二点鎖線矢印）。これにより、高温の燃焼ガスを内筒３２の周壁部３２ａ側よりも筒軸Ｊ側に集め得るので、内筒３２の温度の上昇をさらに抑制することができる。
【００７１】
さらに、本第２実施形態では、前述したように、第１送風ファン２から圧送されて吸気口３１ｉから空気流通路Ｒａに流入した空気は、例えば、周壁部３２ａの通気孔３２ｆを経由して燃焼空間内にも噴射される（図１１に示す破線矢印）。より具体的には、燃焼筒２０の先端部２０ｂの排ガス下流側近傍において、内筒３２の筒軸Ｊ方向に空気流が噴射される。そのため、燃焼筒２０から放出された高温ガスを、通気孔３２ｆから噴射される空気流によって内筒３２の筒軸Ｊ方向に押し出すことが可能になる。これにより、高温の燃焼ガスをより効率的に筒軸Ｊ側に集めることが可能になるので、内筒３２の温度の上昇をよりさらに抑制することができる。したがって、内筒３２の内壁にキャスタブル等の耐火材を設ける必要がなくなり、排ガス加熱装置３０（の炉体）の軽量化が可能になる。
【００７２】
第１送風ファン２、第１吸気ポート４は、前述の第１実施形態の場合とほぼ同様に構成されている。そのため、これらの構成に関しては、第１実施形態のところでそれぞれについて記載した内容をほぼ引用することができる。なお、第１送風ファン２から圧送された空気は、第１吸気ダクト６を経由して外筒３１の吸気口３１ｉに送り込まれる。これにより、吸気口３１ｉから空気流通路Ｒａに流入した空気は、内筒３２の外側面に接触することにより、内筒３２を空気冷却することを可能にしている。なお、排ガス加熱装置３０も、図示していないが、ベースフレーム上に設けられている。
【００７３】
このように本第２実施形態の排ガス加熱装置３０では、内筒３２の筒軸Ｊが上下方向（各図に示す座標系のＺ軸方向）に立ち上がるように炉体（外筒３１および内筒３２）を構成している。また、バーナユニット１３を炉体の上端に設けることによりバーナ部１３ａから下方（重力方向）に向かって火炎が形成されるように構成している。これにより、第１実施形態の排ガス加熱装置１０のように、炉体が横向き（各図に示す座標系においてＸＹ平面の拡がり方向）に配置される場合に比べて排ガス加熱装置３０の横幅を小さくすることが可能になる。つまり、炉体の小型化が可能になる。
【００７４】
このため、例えば、船舶内の機関室やボイラー室のように、比較的床面積が狭い場所であっても高さ方向に余裕がある場合には、当該排ガス加熱装置３０を設置することが可能になる。また、ディーゼルエンジン（外部機関）から排出される排気ガスが流れる配管が、上下方向にレイアウト（配置）されている場合には、そのような既設の配管途中に当該排ガス加熱装置３０を介在させて脱硝触媒が十分に活性する温度まで排ガス温度を上昇させることが可能になる。つまり、レトロフィットに容易に対応することができる。また、当該排ガス加熱装置３０では、炉体の小型化に伴い送風ファンも１機で足りる。そのため、第１実施形態の排ガス加熱装置１０に比べて、必要な送風ファンの数量が１機減少した分、炉体の軽量化に加えて、排ガス加熱装置３０のさらなる軽量化が可能になる。
【００７５】
なお、本第２実施形態の排ガス加熱装置３０を横置きにしても良い。即ち、設置場所の床面に対して、内筒３２の筒軸Ｊがほぼ平行（各図に示す座標系のＸ軸またはＹ軸方向）になるように炉体（外筒３１および内筒３２）を横置きにしても良い。これにより、排気ガスが炉体（外筒３１および内筒３２）の筒軸Ｊ方向に沿って流れるため、第１実施形態の排ガス加熱装置１０に比べると、筒軸Ｊ方向の長さ（軸長）が小さい。そのため、横置きにしても設置に必要になる床面積が第１実施形態の排ガス加熱装置１０よりも少なくてすむ。
【００７６】
なお、上述した旋回羽根部４０の構成を技術的思想の創作として把握すると、次のように表現することができる。なお、旋回羽根部４０は下記「旋回羽根装置」の一例であり、接続部３１ｆの内側空間は下記「外筒内空間」の一例である。また、リング板４３は下記「保持部」の一例であり、排出部３２ｅは下記「内筒の下流側端部」の一例である。空気流通路Ｒａは下記「空気流通空間」の一例である。
【００７７】
「内部に燃焼空間を形成するとともに、外部機関の排気ガスが流通する配管の上流側から排出された前記排気ガスが前記燃焼空間を経由して前記配管の下流側に流入可能に、前記配管の上流側および前記配管の下流側にそれぞれ連通する内筒と、
前記内筒を覆うとともに前記内筒との間に外部から送り込まれた空気が流通可能な空気流通空間を形成する外筒と、
前記内筒に貫通し前記燃焼空間内に燃料を供給可能に設けられるバーナと、を備え、
前記排気ガスの下流側に位置する前記外筒の下流側端部に前記配管の下流側と前記燃焼空間とを連通させる外筒内空間を有し、前記排気ガスの下流側に位置する前記内筒の下流側端部と前記外筒の下流側端部との間には、前記空気流通空間と前記外筒内空間とを連通する隙間部が形成されている燃焼装置に設けられる、旋回羽根装置であって、
流体に旋回流を付与可能な複数の羽根が環状に配される羽根部と、
前記複数の羽根を環状に保持するとともに内側に空間部を形成する保持部と、を備え、
当該旋回羽根装置は、前記外筒内空間内に設けられて、
前記燃焼空間から前記内筒の下流側端部の軸中心部分および前記軸中心部分の周囲を流れる前記排気ガスは、前記空間部を流通して前記配管の下流側に流入し、
前記燃焼空間から前記内筒の下流側端部の周縁部分および前記周縁部分の近傍を流れる前記排気ガスと、前記空気流通空間から前記隙間部を介して前記外筒内空間に流入する前記空気とは、前記羽根部を流通して前記配管の下流側に流入することを特徴とする旋回羽根装置。」
【００７８】
＜第２実施形態の改変例１＞
排ガス加熱装置３０の改変例１として、例えば、図１３および図１４に示すように、燃焼筒２０の先端部２０ｂが内筒３２の筒軸Ｊの方向に斜めに向くようにバーナユニット１３’を外筒３１に取り付ける構成を採っても良い。これにより、バーナ１３ａの火炎で燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスが、仮想経路Ｒｖを流れる排気ガスの方向に燃焼筒２０から放出することができるので、高温の燃焼ガスと排気ガスとの混合を効率的に促進することが可能になる。なお、前述の排ガス加熱装置３０と実質的に同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。なお、図１３は、図１０に相当する模式的な断面図である。
【００７９】
図１３および図１４に示すように、排ガス加熱装置３０の改変例１では、外筒５１と内筒５２とのそれぞれにテーパ部５１ａ，５２ａを設ける。より具体的には、外筒５１の基端部３１ｂと周壁部３１ａとの間にテーパ部５１ａを設け、また内筒５２の基端部３２ｂと周壁部３２ａとの間にテーパ部５２ａを設ける。そして、外筒５１のテーパ部５１ａに対しフランジ部２４を介してバーナユニット１３’を固定する。テーパ部５２ａには、燃焼筒貫通口５２ｂが形成されており、この燃焼筒貫通口５２ｂに燃焼筒２０を挿通することにより、内筒５２の筒軸Ｊに対して斜めになるように燃焼筒２０が燃焼空間に突出する。
【００８０】
本第２実施形態の改変例１では、テーパ部５１ａ，５２ａの傾斜角度と、燃焼筒２０の先端部２０ｂの斜め開口の角度とを一致させている。これにより、バーナユニット１３’を外筒５１のテーパ部５１ａに対してほぼ垂直（直角）に固定することで、図１３に示すように、燃焼筒２０の斜めに開口する開口面の輪郭線と、仮想経路Ｒｖの境界線（二点鎖線）とをほぼ平行または同一線上に配置することができる。本第２実施形態の改変例１では、燃焼筒２０の先端部２０ｂが、上流管と下流管を最短距離で接続する仮想経路Ｒｖの範囲内に入らないように、仮想経路Ｒｖの範囲外に位置させている。これにより、上流管から下流管に向かう排気ガスの流れに対して、筒体１３ｂ（燃焼筒２０）が抵抗になり難いため、燃焼空間や配管を流れる排気ガスの圧力損失の増加を抑制することができる。
【００８１】
このように本第２実施形態の改変例１では、内筒５２の筒軸Ｊに対して斜めになるように燃焼筒２０の先端部２０ｂを燃焼空間に突出させる。つまり、先端部２０ｂを燃焼空間の内側方向に向ける。これにより、仮想経路Ｒｖを流れる排気ガスの方向に燃焼筒２０から高温の燃焼ガスを放出することができるので、高温の燃焼ガスと排気ガスとの混合を効率良く促進させることができる。また、高温の燃焼ガスは、内筒５２の周壁部３２ａから離れる方向に燃焼筒２０から放出される。その一方で、高温の燃焼ガスより温度が低い排気ガスが仮想経路Ｒｖを流れる。そのため、周壁部３２ａが冷却され易くなる。
【００８２】
＜第２実施形態の改変例２＞
また、排ガス加熱装置３０の改変例２として、例えば、図１５〜図１７に示すように、燃焼筒２０の内部にバッフル装置２６を設けたバーナユニット１３”を、燃焼筒２０の先端部２０ｂが内筒３２の筒軸Ｊの方向に向き、かつ、仮想経路Ｒｖの範囲内に燃焼筒２０の一部が入るように、外筒３１に取り付ける構成を採っても良い。これにより、上流管から下流管に向かう排気ガスの流れに対して筒体１３ｂ（燃焼筒２０）が抵抗になるものの、燃焼筒２０に設けたバッフル装置２６により渦の小さい燃焼ガスの渦流を数多く作ることができるので、高温の燃焼ガスと排気ガスとの混合を効率的に促進することが可能になる。なお、前述の排ガス加熱装置３０と実質的に同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。なお、図１５は、図１０に相当する模式的な断面図であるが、排気ガスの流れが逆方向（下から上に向かう方向（同図に示す座標系のＺ軸の矢印先端方向））になっていることに注意されたい。
【００８３】
図１５〜図１７に示すように、排ガス加熱装置３０の改変例２では、外筒３１の周壁部３１ａに対しフランジ部２４を介してバーナユニット１３”を固定する。内筒３２の周壁部３２ａには、燃焼筒貫通口３２ｇが形成されており、この燃焼筒貫通口３２ｇに燃焼筒２０を挿通することにより、内筒３２の筒軸Ｊに対して直交するように、燃焼筒２０が燃焼空間に突出する。これにより、バーナユニット１３”の燃焼筒２０は、その先端部２０ｂ等が仮想経路Ｒｖの範囲内に配置されることになるが、前述の排ガス加熱装置３０（図１０参照）やその改変例１（図１３参照）の場合に比べて、内筒３２および外筒３１の外径を小径にすることができる。また、燃焼筒２０は、筒壁の軸方向長さが大きい長尺部側を排ガス上流方向（筒壁の軸方向長さが小さい短尺部側を排ガス下流方向）に向くように、燃焼空間に突出させる。これにより、次に説明するように、バッフル装置２６から発生する渦流を排気ガスの流れによって崩れ難くする。なお、燃焼筒２０の長さは、本改変例２においては、先端部２０ｂが内筒３２の筒軸Ｊに到達する程度に設定されているが、後述するように、燃焼筒２０の長さにバリエーションを持たせても良い。
【００８４】
また、本第２実施形態の改変例２では、燃焼筒２０にバッフル装置２６を設けている。図１６に示すように、バッフル装置２６は、燃焼筒２０内において、十字形状に組み合わされる短冊形状の２枚のプレート２６ａと、これら２枚のプレート２６ａの交差部分に伏せられる円形状板状のカバー２６ｂとにより構成されている。カバー２６ｂの外径寸法は、例えば、燃焼筒２０の内径の１／３（三分の一）以上１／５（五分の一）以下に設定されている。カバー２６ｂは、火炎が燃焼筒２０の外に出ることを防ぐために設けられる。このようにバッフル装置２６を構成することにより、例えば、図１７(A)に示すように、バーナ１３ａの火炎で燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスが、バッフル装置２６を通過することによって、渦の小さい燃焼ガスの渦流になって先端部２０ｂの方向に放出される（図１７(A)に破線で表した渦流）。
【００８５】
これにより、これらの渦の小さい燃焼ガスの渦流がその周囲を流れる排気ガスを巻き込みながら、燃焼筒２０から放出される。バッフル装置２６が設けられていない場合には、このような燃焼ガスの渦流よりも、渦が大きい燃焼ガスの渦流ができるため、本第２実施形態の改変例２では、バッフル装置２６が設けられていない場合に比べて、燃焼ガスと排気ガスとを効率良く混合することが可能になる。また、本第２実施形態の改変例２では、燃焼筒２０が、その長尺部側を排ガス上流方向（短尺部側を排ガス下流方向）に向くように、燃焼空間に突出しているため、排ガス上流方向の長尺部側が燃焼ガスの渦流を排気ガスの流れから防護する。これにより、燃焼ガスの渦流は、排気ガスの流れの影響を受け難くなるので、燃焼筒２０の長尺部側に発生する渦流ほどその持続時間を長くすることが可能になる。
【００８６】
また、バーナユニット１３”は、燃焼筒２０を意図的に仮想経路Ｒｖの範囲内に位置させて、燃焼筒２０の長尺部側を排ガス上流方向（燃焼筒２０の短尺部側を排ガス下流方向）に向くように、燃焼筒２０を燃焼空間に突出させている。そのため、図１７(B)に示すように、仮想経路Ｒｖ中の排気ガスは、燃焼筒２０の長尺部側から短尺部側に回り込むように渦を作りながら流れる。これにより、燃焼筒２０の外側（特に燃焼筒２０の短尺部側の外側）においては、排気ガスの渦流が形成されるため、このような排気ガスの渦流によっても、燃焼ガスと排気ガスを混合することができる。また、排気ガスの渦と、バッフル装置２６により発生する燃焼ガスの渦と交錯することにより、さらに複雑な渦流ができるため、燃焼ガスと排気ガスをより効果的に混合し得る。
【００８７】
＜第２実施形態の改変例３＞
さらに、排ガス加熱装置３０の改変例３として、図１８〜図２０に示すように、これまで説明したような燃焼筒２０に代えて、先端部１２０ｂにおいて円筒形状の径方向半分を半月状に切り欠いた燃焼筒１２０を用いる構成を採っても良い。前述の排ガス加熱装置３０の改変例２と実質的に同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。なお、図１８は、図１６に相当する模式的な断面図である。
【００８８】
図１８〜図２０に示すように、排ガス加熱装置３０の改変例３では、燃焼筒１２０の先端部１２０ｂ付近の筒壁を径方向半分だけ蒲鉾形状に切り欠く。以下、このような切欠部１２１の形状のことを「半割形状」という。これにより、燃焼筒１２０の先端部１２０ｂ付近における筒壁の長さが、大きい長壁部１２２から小さい短壁部１２３に不連続（急激）に切り替わる。つまり、半割形状の短壁部１２３においては筒壁が存在しない。
【００８９】
このため、先端部２０ｂ付近における筒壁の長さが連続的に変化する前述の改変例２の場合に比べて、図１９(B)に示すように、燃焼筒１２０の長壁部１２２から短壁部１２３に排ガス流が回り込むことにより形成される排気ガスの渦流は、燃焼筒１２０の内側にまで入り込む（同図に破線で表した渦流）。これにより、燃焼筒１２０内においてバッフル装置２６から発生する渦の小さい燃焼ガスの渦流は、燃焼筒１２０の内側にまで入り込む排気ガスの渦流の影響を受け易い。つまり、図１９(A)に示すように、半割形状の短壁部１２３においては、渦の小さい燃焼ガスの渦流が崩れ易い。
【００９０】
一方、半割形状の長壁部１２２においては、その先端部１２０ｂまで筒壁が存在する。そのため、燃焼筒１２０の長壁部１２２から短壁部１２３に排ガス流が回り込むことにより形成される排気ガスの渦流は、長壁部１２２の内側には入り込まない。これにより、燃焼筒１２０内においてバッフル装置２６から発生する渦の小さい燃焼ガスの渦流は、半割形状の長壁部１２２で防護されるため、排気ガスの渦流の影響を受け難い。つまり、半割形状の長壁部１２２においては、排ガス加熱装置３０の改変例２の場合に比べて、渦の小さい燃焼ガスの渦流が残り易い（図１９(A)参照）。
【００９１】
このように改変例３の構成を採ることによって、バッフル装置２６から発生する渦の小さい燃焼ガスの渦流の持続時間を、排ガス加熱装置３０の改変例２と比べると長くすることが可能になる。また、渦の小さい燃焼ガスの渦流を増加させることが可能になる。なお、半割形状の長壁部１２２は、その軸方向長さが長いほどこのような渦の小さい燃焼ガスの渦流を増加させることが可能になるが、それと同時に排気ガスの圧力損失の原因にも繋がり得る。そのため、燃焼ガスと排気ガスの混合効率と、排気ガスの圧力損失との比較考量により、半割形状の長壁部１２２の軸方向長さが決められる。また、半割形状の長壁部１２２の軸方向長さは、実験や計算機シミュレーションの結果に基づいて決定することもできる。
【００９２】
また、改変例３の応用例として、燃焼筒２０や燃焼筒１２０の長さが異なるバーナユニット１３を排ガス上流側から排ガス下流側に向けて燃焼筒２０，１２０が長い順番に並べても良い。例えば、図２０に示すように、前述した改変例２のバーナユニット１３”（１３Ｙ）に対して、燃焼筒２０の長さが異なるバーナユニット１３Ｘ，１３Ｚを設ける場合には、最も長い燃焼筒２０ｘを備えるバーナユニット１３Ｘを排ガス上流側に配置し、最も短い燃焼筒２０ｚを備えるバーナユニット１３Ｚを排ガス下流側に配置する。そして、これらの中間位置にバーナユニット１３Ｙ（１３”）を配置する。これら１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚは、内筒３２の筒軸Ｊに沿って直線上に配置する。
【００９３】
なお、このように排ガス上流側ほど燃焼筒２０の長さが長くなり、排ガス下流側ほど燃焼筒２０の長さが短くなるように配置するのは、これら複数のバーナユニット１３Ｘ等を同一直線上に配置することで、排ガス上流側に位置するバーナユニット１３Ｘの燃焼筒２０ｘから放出される燃焼ガスの流れが、下流に位置するバーナユニット１３Ｙ，１３Ｚにより妨げられないようにするためである。
【００９４】
これにより、バーナユニット１３Ｘは、最も長い燃焼筒２０ｘを備えているため、内筒３２の周壁部３２ａのうち、座標系のＸ軸矢印先端方向に位置する周壁部３２ａ付近において、燃焼ガスと排気ガスとを混合する。これに対して、バーナユニット１３Ｚは、最も短い燃焼筒２０ｚを備えているため、内筒３２の周壁部３２ａのうち、座標系のＸ軸矢印根元方向に位置する周壁部３２ａ付近において、燃焼ガスと排気ガスとを混合する。また、燃焼筒２０ｘと燃焼筒２０ｚの間の長さに設定されている燃焼筒２０ｙを備えているバーナユニット１３ｙは、筒軸Ｊ付近において、燃焼ガスと排気ガスとを混合する。したがって、燃焼筒２０の長さにバリエーションを持つバーナユニット１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚを用いることにより、内筒３２の燃焼空間内の燃焼ガスと排気ガスとを効率良く混合することが可能になる。
【００９５】
［第３実施形態］
続いて、本発明の燃焼装置を縦型タイプの排ガス加熱装置に適用した第３実施形態を図２１〜図２５に基づいて説明する。第３実施形態の排ガス加熱装置１３０も、第１実施形態の排ガス加熱装置１０や第２実施形態の排ガス加熱装置３０と同様に、例えば、ディーゼルエンジン（外部機関）の排気ガスが流れる配管１００の途中に接続することにより脱硝触媒が十分に活性する温度まで排ガス温度を上昇させる加熱装置であり、船舶に搭載される舶用の燃焼装置である。
【００９６】
排ガス加熱装置１３０は、複数のバーナユニットを備えている点、炉体が縦型である点、送風ファンが１機である点や排ガス噴射管１９を備えていない点については、第２実施形態の排ガス加熱装置３０と共通する。しかし、バーナ１３ａの燃料噴出方向が排気ガスが流れる方向に対して逆である点や、排気ガス下流側に排出筒１３３を備える点等は、第２実施形態の排ガス加熱装置３０と異なる。なお、第２実施形態の排ガス加熱装置３０と実質的に同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略にする。
【００９７】
図２１〜図２４に示すように、排ガス加熱装置１３０は、主に、外筒３１、内筒１３２、複数のバーナユニット１１３、第１送風ファン２等により構成されている。
【００９８】
本第３実施形態では、排気ガスは、接続部３１ｆから外筒３１内の内筒１３２に流入して接続部３１ｄから流出する。即ち、接続部３１ｆのフランジ部３１ｇに上流管１００ａが接続され、接続部３１ｄのフランジ部３１ｅに下流管１００ｂが接続されて、図２１および図２４の紙面下から紙面上に向かう方向（各図に示す座標系のＺ軸の矢印先端方向）に排気ガスが流れる。そのため、排ガス下流側には、後で説明する排出筒１３３が内筒１３２内から接続部３１ｄ内に突出するように設けられている。これにより、排気ガスが流れる配管の下流管内と後述する空気流通路Ｒａとが連通しないように構成されている。これに対して、排ガス上流側の接続部３１ｆは、その基端が外筒３１の先端部３１ｃの開口周囲に接続されており、内筒１３２内には突出していない。
【００９９】
内筒１３２は、外筒３１の内部に収容されるとともに、内部に燃焼空間を形成する筒体である。内筒１３２は、外筒３１と同様に有底の円筒形状に形成されている。内筒１３２は、円筒状の周壁部３２ａの一端側が内曲げのフランジ形状をなす円環状の基端部３２ｂにより囲まれるように開口しており、また内筒１３２の他端側はテーパ部１３２ａを介して内曲げのフランジ形状をなす円環状の先端部３２ｃにより囲まれるように開口している。つまり、内筒１３２は、両端が開口しており、周壁部３２ａと先端部３２ｃの接続部分を全周において面取りをしたようなテーパ部１３２ａが設けれらている。また、内筒１３２の基端部３２ｂには、排出筒１３３が挿通される貫通穴３２ｄが形成されている。このように内筒１３２を構成することにより、外筒３１と内筒１３２との間には、空気流通路Ｒａが形成される。
【０１００】
排出筒１３３は、下流管１００ｂに接続される接続部３１ｄの内径よりも小径の円筒形状に形成される筒体であり、鋼板により構成されている。排出筒１３３は底も蓋も備えてなく、その軸方向長さは、内筒１３２の軸長の、例えば、５０％以上８０％以下に設定されている。本第３実施形態では、排出筒１３３は、排出端１３３ａ側が内筒１３２の基端部３２ｂの貫通穴３２ｄを貫通しており、その筒軸Ｎが内筒１３２の筒軸Ｊと重なる（同軸になる）ように配置されている。そして、接続部３１ｄ内に排出端１３３ａが位置し、かつ内筒１３２内に導入端１３３ｂが位置するように、排出筒１３３は外筒３１の基端部３１ｂ（または内筒１３２の基端部３２ｂ）に図略の固定構造によって固定されている。これにより、本第３実施形態では、排出筒１３３の導入端１３３ｂは、内筒１３２の筒軸Ｊ方向中央付近に位置している。接続部３１ｄと排出筒１３３の間には、空気流通路Ｒａに連通する隙間部Ｓｅが形成されている。
【０１０１】
内筒１３２の基端部３２ｂ（内筒基端プレート３５）には、排出筒１３３の周囲を取り囲むように複数のバーナユニット１１３や複数の空気噴射ノズル３５ｄが設けられている。第１実施形態の内筒基端プレート１５に相当する内筒基端プレート３５は、円盤形状の部材であり、内筒１３２の周壁部３２ａおよび先端部３２ｃとともに燃焼空間を形成している。本第３実施形態では、内筒基端プレート３５（基端部３２ｂ）は、周壁部３２ａに一体に成形されている。周壁部３２ａと別体に内筒基端プレート３５を構成して周壁部３２ａに図略の固定構造により固定しても良い。
【０１０２】
第３実施形態の排ガス加熱装置１３０は、排出筒１３３が貫通する貫通穴３２ｄの周囲、つまり排出筒１３３の周囲を取り囲むように、内筒基端プレート３５と同心円の周上に燃焼空間側に向けて突出する複数の空気噴射ノズル３５ｄが形成され、さらにこれらの空気噴射ノズル３５ｄの周囲を取り囲む同心円の周上に燃焼空間側に向けて突出する複数の空気噴射ノズル３５ｅが形成されている。本第３実施形態では、空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅは、いずれも６箇所に形成されている。６つの空気噴射ノズル３５ｄは、円周上に等間隔に配置されており、この円周よりも大径の円周上に同じ等間隔で設けられる６つの燃焼筒貫通口３５ａを径方向に挟むように、さらに大径の円周上に６つの空気噴射ノズル３５ｅが同じ等間隔に配置されている。
【０１０３】
つまり、空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅおよび燃焼筒貫通口３５ａは、それぞれ径の異なる円周上に、例えば、いずれも内筒基端プレート３５の中心角６０度間隔で設けられている。燃焼筒貫通口３５ａには燃焼筒２０が挿通される。これにより、空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅから噴射される空気流によりバーナユニット１１３を冷却し、また空気噴射ノズル３５ｅから噴射される空気流により内筒１３２の周壁部３２ａも冷却可能にしている。なお、空気噴射ノズルは、第２実施形態の空気噴射ノズル３５ｃのように、貫通穴３２ｄを取り囲む円周上に、内筒基端プレート３５の中心角３０度間隔で、６つの空気噴射ノズル３５ｄ（または空気噴射ノズル３５ｅ）と６つのバーナユニット１１３を交互に配置しても良い。
【０１０４】
なお、空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅの数量は一例であり、空気流や排ガス流の効果が発揮され得る範囲内で適宜設定される。また、空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅやバーナユニット１１３は、それぞれ等間隔に設ける必要はない。これらの空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅは、その内側空間が空気流通路Ｒａに連通するため、第１送風ファン２から圧送されて吸気口３１ｉから空気流通路Ｒａに流入した空気は、例えば、図２４に示す破線矢印のように、空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅを経由して周壁部３２ａの内部空間、つまり燃焼空間内に噴射される。
【０１０５】
バーナユニット１１３は、バーナ１３ａの燃料噴出方向が排気ガスが流れる方向に対して逆である点と、筒体の長さが異なる点を除いて、第２実施形態のバーナユニット１３’と同様に構成されている。即ち、図２４および図２５に示すように、バーナユニット１１３の筒体１１３ｂである、燃焼筒２０は、先端部２０ｂが内筒１３２の筒軸Ｊ方向中央よりも先端部３２ｃ側に位置するように燃焼筒２０の軸方向長さが設定されている。より具体的には、筒体１１３ｂは、バーナ１３ａの火炎が燃焼筒２０の先端部２０ｂから外に出ない長さであって、排出筒１３３の導入端１３３ｂを超えて先端部２０ｂが開口し、かつ、内筒１３２のテーパ部１３２ａの位置に先端部２０ｂが到達する以前の間の長さに設定されている。
【０１０６】
本第３実施形態のバーナユニット１１３においても、内筒１３２の筒軸Ｊ方向に燃焼筒２０の先端部２０ｂの開口が向くように、６つのバーナユニット１１３を配置している。これにより、燃焼筒２０の筒壁の軸方向長さが小さい短尺部側が内筒１３２の筒軸Ｊ方向を向き、燃焼筒２０の筒壁の軸方向長さが大きい長尺部側が内筒１３２の周壁部３２ａ方向を向く。そのため、バーナ１３ａの火炎からの直接的な輻射熱等は、燃焼筒２０の長尺部側により内筒１３２の周壁部３２ａ方向に向かう輻射伝熱量を減少させることが可能になり、内筒１３２の温度の上昇を抑制することができる。
【０１０７】
図２５に示すように、バーナ１３ａの火炎で燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスは、燃焼筒２０の長尺部側よりも短尺部付近（短尺部側）を流れる方が短距離で筒体から放出されて内筒の中心側に向かう（同図の細破線矢印）。そのため、燃焼筒２０の中心付近や長尺部付近（長尺部側）を流れる燃焼ガスを内筒１３２の筒軸Ｊ（中心側）に引き込むことが可能になる（同図の細一点鎖線矢印および細二点鎖線矢印）。これにより、高温の燃焼ガスを内筒１３２の周壁部３２ａ側よりも筒軸Ｊ側に集め得るので、内筒１３２の温度の上昇をさらに抑制することができる。
【０１０８】
本第３実施形態では、前述したように、燃焼筒２０（筒体１１３ｂ）の先端部２０ｂが内筒１３２の筒軸Ｊ方向中央よりも先端部３２ｃ側に位置する。そのため、接続部３１ｆから内筒１３２に流入した排気ガス（図２５の太実線矢印）は、内筒１３２の排ガス上流側においてバーナ１３ａから放出される燃焼ガス（同図の細破線矢印、細一点鎖線矢印および細二点鎖線矢印）と混合される。これにより、輻射熱等や燃焼ガスの流れと排気ガスの流れとが同方向である第２実施形態の排ガス加熱装置３０に比べて、バーナ１３ａから放出される燃焼ガスの進行方向の垂直成分と、排気ガスの進行方向の垂直成分とが逆方向になり対向する。そのため、燃焼ガスと排気ガスが衝突して生じる対流混合が促進されることから、混合に要する距離が短くなって燃焼ガスと排気ガスを効率的に混合させることが可能になる（第２実施形態の排ガス加熱装置３０のように燃焼ガスの流れと排気ガスの流れとが同方向である場合には、両ガスの混合に要する距離が長くなる）。したがって、排気ガスの温度の均一度合いが高まるため、排気ガスの温度ムラを抑制することができる。また、第２実施形態の排ガス加熱装置３０に比べて、燃焼ガスと排気ガスの混合に必要な空間の狭小化が可能になるため、内筒１３２をコンパクトにすることができ、ひいては炉体（外筒３１および内筒１３２）や排ガス加熱装置１３０の大きさを小型にすることができる。
【０１０９】
また、本第３実施形態発明では、内筒１３２内の排気ガス下流側には、外筒３１の接続部３１ｄの内径よりも小さい内径を有する排出筒１３３が下流管１００ｂに連通するように設けられている。これにより、排気ガス下流側において、空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅ（特に空気噴射ノズル３５ｄ）から噴射されて内筒１３２を冷却する低温の空気が下流管１００ｂに流入することを阻止する。したがって、空気噴射ノズル３５ｄ，３５ｅ（特に空気噴射ノズル３５ｄ）から噴射される低温の空気により、内筒１３２内の排気ガス下流側付近を流れる排気ガスの温度が低下することを抑制することができる。また、排出筒１３３には、内筒１３２の周壁部３２ａ側よりも中心側を流れる排気ガスがより多く集められる。そのため、温度ムラの少ない排気ガスを下流管１００ｂに流出させることができる。
【０１１０】
なお、上述した各実施形態では、円筒形状の燃焼筒２０を例示して説明したが、筒体であれば、例えば、断面形状が四角形、六角形や八角形等の多角形状の角筒形状の燃焼筒であっても良い。
【０１１１】
また、上述した各実施形態においては、燃焼筒（バーナ）の本数を６本で構成した排ガス加熱装置を例示しているものがあるが、燃焼筒（バーナ）の本数は、５本以下でも７本以上（例えば、２本、３本、８本や１０本等）であっても良い。つまり、燃焼筒（バーナ）の本数は任意である（１本でも複数本でも良い）。燃焼筒（バーナ）の本数は、例えば、必要な熱量に適合するように設定される。
【０１１２】
また、上述した各実施形態においては、複数の燃焼筒（バーナ）を同一の円周上に配置した排ガス加熱装置を例示しているものがあるが、同一の円周上に配置する構成に限られない。例えば、碁盤の目のようにマトリクス状に複数の燃焼筒（バーナ）を配置しても良い。また、複数の燃焼筒（バーナ）を不規則に配置しても良い。
【０１１３】
また、上述した各実施形態においては、６本の燃焼筒の長さ（軸長）がいずれも同じ長さに設定されている排ガス加熱装置を例示しているものがあるが、燃焼筒（バーナ）の長さ（軸長）は、それぞれが異なっていても、同じ長さのものが１組または複数組あっても良い。例えば、６本の燃焼筒の長さ（軸長）が全部異なっていても良いし、また同じ長さのものが２本ずつ３組存在したり、同じ長さのものが３本ずつ２組存在したりしても良い。これにより、例えば、燃焼騒音の原因になり得る燃焼筒の音響共鳴を抑制することが可能になる。
【０１１４】
また、上述した各実施形態においては、６本の燃焼筒の内径がいずれも同じ値に設定されている排ガス加熱装置を例示しているものがあるが、燃焼筒の内径は、それぞれが異なっていても、同じ内径のものが１組または複数組あっても良い。例えば、６本の燃焼筒の内径が全部異なっていても良いし、また同じ内径のものが２本ずつ３組存在したり、同じ内径のものが３本ずつ２組存在したりしても良い。これにより、例えば、燃焼騒音の原因になり得る燃焼筒の音響共鳴を抑制しつつ必要な全体熱量を確保することが可能になる。
【０１１５】
また、上述した各実施形態においては、燃焼筒２０，１２０のように軸長が比較的長く、かつ、その先端開口を径方向の一方側に拡がる形状に構成したものを例示し説明した。しかし、このような形状の燃焼筒２０，１２０に限られることはなく、例えば、キャスタブルを筒形状に形成し、かつ、その先端形状を径方向の一方側に向けて開口する形状を有する燃焼筒を構成しても良い。これにより、上述した各実施形態の燃焼筒２０，１２０に比べて、バーナ１３ａの火炎からの直接的な輻射熱等やバーナの火炎で燃料が燃焼することにより発生する高温の燃焼ガスを内筒３２，１３２の中心付近（筒軸Ｊの近く）に向けることが可能になり、温度ムラの少ない排気ガスを下流管１００ｂに流出させることができる。
【０１１６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述した具体例を様々に変形または変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。さらに、本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つ。なお、[符号の説明]の欄における括弧内の記載は、上述した各実施形態で用いた用語と、特許請求の範囲に記載の用語との対応関係を明示し得るものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１０，３０，１３０…排ガス加熱装置（燃焼装置）
１１，３１，５１…外筒
１２，３２，５２，１３２…内筒
１３，１３’，１３”，１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ，１１３…バーナユニット
１３ａ…バーナ
１３ｂ，１１３ｂ…筒体
２０，２０ｘ，２０ｙ，２０ｚ，１２０…燃焼筒（筒体）
２０ａ，１２０ａ…基端部
２０ｂ，１２０ｂ…先端部
３１ｄ…接続部（配管の下流側に接続される接続部）
９０…燃料パイプ
１００…配管（外部機関の排気ガスが流通する配管）
１００ａ…上流管（配管の上流側）
１００ｂ…下流管（配管の下流側）
１３３…排出筒（第２の内筒）
Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ…筒軸
Ｒａ，Ｒｂ…空気流通路（空間部）
Ｒｖ…仮想経路
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅ…隙間部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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２４】
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【図２５】
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