JP2001140696A - 燃焼器及びこれを備えたエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱管群を均一に加熱することを可能にする
ことにより、所定の出力が効率よく得られる燃焼器を備
えるエンジンを提供する。 【解決手段】 水平に設置された高圧容器と、高圧容器
内に設けられ軸方向に延伸する加熱管群と、燃料を噴射
する燃料噴射部を設置した燃焼器を備え、この高圧容器
と加熱管の間に複数の孔を穿設した円管を燃焼器に配設
してエンジンを構成する。あるいは、下方を向いた複数
の孔を穿設した円管を、加熱管の内側に燃料噴射部を囲
むように設置した燃焼器をエンジンに配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンに関し、特
に水平に設置された高圧容器内に加熱管群を設置した燃
焼器を備えた例えばスターリングエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からエンジンには種々の形式のもの
があるが、例えば図１３に示すような外燃機関である複
動形スターリングエンジンは、エンジン本体ＥがＡ〜Ｄ
にて示す複数（４本）のシリンダ１を備えたものであ
り、各シリンダに夫々ピストン２を摺動可能に配設する
とともに、該ピストン２はピストンロッド９を介して図
示しない駆動機構により相互に位相を異にして往復動可
能に構成されている。また、前記ピストン２の上側周面
に膨張空間３が形成され、同じく下方に圧縮空間４が形
成されると共に、ピストンシールによって同一シリンダ
内においては膨張空間３と圧縮空間４との間に空気、ヘ
リウム、水素等の作動流体（ガス）が移動することがな
いように構成されている。また、隣接するシリンダの相
互の膨張空間３と圧縮空間４とは流路８によって連通さ
れており、この流路８には再生器６を挟んで加熱器５と
冷却器７が設けられている。

【０００３】そして一方で外から加熱器５により作動流
体を加熱して作動流体を膨張させてピストンロッド９を
押動し、他方で冷却器７により冷却を行って作動流体を
収縮させて圧力を減少させ、ピストンを引き戻すことに
より作動流体を膨張空間３と圧縮空間４との間を往復さ
せるようにする。その際、作動流体は図１３に示すよう
に加熱器５を介して加熱源としての外部の燃焼器３０か
ら熱を受け取り、冷却器７により熱を外部に捨てながら
圧力変動を生じて熱力学的なサイクルを描き、これによ
り生じた機械仕事をピストンロッド９を介して駆動機構
に伝え、発電等の所定の仕事をするようになっている。

【０００４】なお、再生器６は蓄熱機能を有するもので
あって、作動流体が加熱器５から冷却器７の方向に流れ
るときには、作動流体のもつ熱を一旦蓄え、逆に流れる
ときには再び作動流体へ熱を戻すように作用する。

【０００５】上記のようなエンジンに設けられる燃焼器
３０は、従来、図１４及び図１５に示すような構造を有
するものが存在する。すなわち、１０は水平に設置さ
れ、図上左方が封止され、右方が開口された断面［コ］
の字状の円筒状高圧容器、１３は高圧容器１０内周面に
沿って囲繞配置された酸化剤予熱器で、この酸化剤予熱
器１３は一端に高圧容器１０のエンジン本体Ｅ側に位置
する酸化剤供給路２３に接続し、該酸化剤供給路２３よ
り供給された酸化剤は酸化剤予熱器１３を通過後、燃料
噴射部１２（バーナ）を囲む酸化剤供給口２５を開口さ
せている。

【０００６】そして前記酸化剤予熱器１３の内周側に
は、容器軸方向に延設する複数のＵ字状加熱管１１群
が、前記酸化剤予熱器１３の内側に囲繞するごとく設置
され、その内側を燃焼室１６として機能させている。ま
た、酸化剤供給口２５により囲まれる高圧容器１０の封
止面中心位置にはバーナ状の燃料噴射部１２が燃焼室１
６内に挿入され、燃料噴射部１２から噴射された燃料１
４を酸化剤供給口２５より噴射された酸化剤１５と混合
しながら図示しない点火装置により着火して高圧の燃焼
室１６で燃焼し、水平方向（Ｌ−Ｌ線）に高温の燃焼火
炎１７と燃焼ガス１８を形成する。

【０００７】そして前記の高温の燃焼火炎１７及び燃焼
ガス１８は燃焼室１６の周囲に設けられた複数の加熱管
１１の管内を流動する流体２０に輻射熱を伝え、さら
に、燃焼ガス１８は、加熱管１１群の隙間を通過する際
の対流熱伝達によっても加熱管１１内を循環する流体２
０に伝熱させる。上記のように流体２０に伝えられた熱
はエンジン本体Ｅにおいて、前記のように往復動力に変
換されるとともに、燃焼ガス１８は加熱管１１の周囲に
設けた酸化剤予熱器１３に入り、高圧容器１０の外部よ
り流入する酸化剤１５と熱交換を行って燃焼ガス排出路
２６より高圧容器１０の外部へ排出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したこの
種の従来エンジンでは、以下のような問題がある。すな
わち、上記のように高圧燃焼器３０内では燃料１４を水
平方向の位置で燃焼させたので、加熱管１１群の間を通
過する燃焼火炎１７や燃焼ガス１８の運動量が小さいと
きには、該燃焼火炎１７や燃焼ガス１８は鉛直上方に作
用する浮力の影響により、鉛直下方に向かう燃焼ガス１
８の流れが阻害され、逆に鉛直上向きの流れが促進され
る。このために、複数の加熱管を均一に加熱することが
出来ず、加熱管１１の表面に局所的に高温度を受ける部
分が生じ、熱疲労による寿命低下を招いていた。

【０００９】しかも、この浮力は密度の絶対値に比例し
て大きくなるので、圧力が高いほど浮力が大きくなる。
そのため、高圧燃焼の際には鉛直上方向に偏った燃焼ガ
スの流れが生じることになり、前記加熱管１１群間の流
れが不均一となって、対流による熱伝達を所定通りに行
うことができず、従って、加熱管１１群をすべて均一に
加熱することは不可能になり、吸熱量分布にアンバラン
スが生じることになっる。又前記アンバランスに起因し
て殆ど熱の伝わらないデッドスペース部分も生じて、そ
の部分の加熱管１１群に所定の熱吸収量を確保すること
が出来ず、ひいてはエンジンの出力が不足するという問
題が生じる。

【００１０】本発明の目的は、かかる従来技術の課題を
解決するためになされたもので、複数の加熱管を均一に
加熱することを可能にすることにより、所定の出力が効
率よく得られる燃焼器を備えるエンジンを提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は燃焼器及びこれ
を備えたエンジン、特にスターリングエンジンに関する
ものであり、前述した技術的課題を解決するために以下
のように構成されている。

【００１２】すなわち、請求項１記載の発明は、水平に
設置された高圧容器内に、軸方向に延伸する加熱管群を
容器内周方向に沿って配置した燃焼器において、前記高
圧容器と前記加熱管群の間に円管を介在させるととも
に、該円管の周面に複数の孔、スリット、その他の通気
部を開口させたことを特徴とする燃焼器。

【００１３】請求項２記載の発明は、水平に設置された
高圧容器内に、軸方向に延伸する加熱管群を容器内周方
向に沿って配置するとともに、燃料を噴射する燃料噴射
部を前記加熱管群に囲繞される燃焼室に臨ませて配置し
た燃焼器において、前記加熱管群の内側に前記燃料噴射
部を囲むように、周面に複数の孔、スリット、その他の
通気部を開口させた円管を配置するとともに、前記円管
の下側集面側に前記通気部を開口させたことを特徴とす
る。

【００１４】請求項３記載の発明は、水平に設置された
高圧容器内に、軸方向に延伸する加熱管群を容器内周方
向に沿って配置するとともに、燃料を噴射する燃料噴射
部を前記加熱管群に囲繞される燃焼室に臨ませて配置し
た燃焼器において、前記加熱管群の内側に前記燃料噴射
部を囲むように、周面に複数の孔、スリット、その他の
通気部を開口させた円管配置するとともに、該円管周面
上に形成した通気部の開口面積が、下側周面から上側集
面に至るにしたがって減少するように設定したことを特
徴とする。

【００１５】さらに請求項４記載の発明は、水平に設置
された高圧容器内に、軸方向に延伸する加熱管群を容器
内周方向に沿って配置するとともに、燃料を噴射する燃
料噴射部を前記加熱管群に囲繞される燃焼室に臨ませて
配置した燃焼器において、前記加熱管群の内側に前記燃
料噴射部を囲むように、周面に複数の孔、スリット、そ
の他の通気部を開口させた円管を配置するとともに、該
円管の外周側に旋回流が生じるように、前記通気部の外
周側への開口方向を、円管の半径方向から内周接線方向
側に傾斜させて穿設したことを特徴とする。

【００１６】また、請求項５〜８記載の発明は、請求項
１〜４記載の発明による燃焼器を備えたエンジンに係
り、請求項５記載の発明は、水平に設置された高圧容器
内に、軸方向に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿っ
て配置した燃焼器を備えてなるエンジンに関するもの
で、その特徴とする所は、前記高圧容器と前記加熱管群
の間に円管を介在させるとともに、該円管の周面に複数
の孔、スリット、その他の通気部を開口させたことにあ
る。

【００１７】請求項６記載の発明は、水平に設置された
高圧容器内に、軸方向に延伸する加熱管群を容器内周方
向に沿って配置するとともに、燃料を噴射する燃料噴射
部を前記加熱管群に囲繞される燃焼室に臨ませて配置し
た燃焼器を備えてなるエンジンに関するもので、その特
徴とする所は、前記加熱管群の内側に前記燃料噴射部を
囲むように、周面に複数の孔、スリット、その他の通気
部を開口させた円管を配置するとともに、前記円管の下
側周面側に前記通気部を開口させたことにある。

【００１８】請求項７記載の発明は、水平に設置された
高圧容器内に、軸方向に延伸する加熱管群を容器内周方
向に沿って配置するとともに、燃料を噴射する燃料噴射
部を前記加熱管群に囲繞される燃焼室に臨ませて配置し
た燃焼器を備えてなるエンジンにおいて、前記加熱管群
の内側に前記燃料噴射部を囲むように、周面に複数の
孔、スリット、その他の通気部を開口させた円管を配置
するとともに、該円管周面上に形成した通気部の開口面
積が、下側周面から上側周面に至るに従って減少するよ
う設定したことを特徴とする。この場合通気部が複数の
孔の場合において、前記円管に、下側周面から上側周面
に至るに従って数が減少するよう複数の孔を穿設しても
よく、また、前記円管に下側周面から上側周面に至るに
従って径が小さくなるよう複数の孔を穿設してもよい。

【００１９】請求項８記載の発明は、前記加熱管群の内
側に前記燃料噴射部を囲むように、周面に複数の孔、ス
リット、その他の通気部を開口させた円管を配置すると
ともに、前記円管の外周側に旋回流が生じるように、前
記通気部の外周側への開口方向を、円管の半径方向から
内周接線方向側に傾斜させて穿設したことを特徴とす
る。

【００２０】従って請求項１及び５記載の発明は前記加
熱管群の外側に円管を介在させたものであり、請求項２
〜４及び６〜８記載の発明は前記加熱管群の内側に円管
を介在させたものである。

【００２１】請求項１及び５記載の発明によれば、エン
ジンの加熱源である燃焼器の高圧容器と加熱管の間に複
数の孔を穿設した円管を介在させた為に、浮力によって
鉛直上向きに流れた燃焼ガスの流れは、円管の内周面を
通りながら鉛直上向きのガスの流れを下向きに周回さ
せ、今まで流れにくかった鉛直下向きへのガスの流れを
強制的に増やす事が出来る。この結果燃焼ガスは円管内
周面側を実質的に周回しながら複数の孔（通気部）より
円管外に排出されるために、前記円管内周面側の周回に
より該内周面側に円周状に配置された加熱管群を均一に
加熱する事が出来、所定のエンジン出力を得る事が出来
る。更に鉛直上向きのガスの流れを下向きに周回させる
ことが出来るために、特に鉛直上方の加熱管の局所温度
の最大値も下げる事が出来、その結果熱疲労による寿命
の低下の防止、また高負荷燃焼による出力の向上及び高
効率運転が期待できる。そして円管には通気部が開口さ
れているために、燃焼ガスは円管内周面側を実質的に周
回しながら複数の孔（通気部）より円管外に排出される
ために、燃焼ガスは円管の外周囲に設けた酸化剤予熱器
に容易に入ることが出来、高圧容器の外部より流入する
酸化剤と熱交換を行って燃焼ガス排出路より高圧容器外
へ排出される。

【００２２】請求項２及び６記載の発明は前記加熱管群
の内側に円管を介在させたものであり、その特徴とする
所は、前記加熱管群の内側に円管を配置するとともに、
前記円管の下側周面側に前記通気部を開口させたもので
ある。かかる発明によれば、燃焼ガスの鉛直上向きへの
ガスの流れを前記円管の上側周面で阻止し、円管の下側
周面側に強制的に燃焼ガスを周回させた後、下側周面に
穿設した複数の孔（通気部）から円管外周側に排出さ
れ、該円管外周側に沿って浮力により上方に移動しなが
ら、円管外周側にリング状に配置した加熱管群の間を通
過しながら熱接触が行われ、燃焼ガスの加熱管群の均一
加熱が容易に達成される。

【００２３】また、必ずしも請求項２あるいは６記載の
発明のように、円管の上側周面を閉塞することなく、請
求項３あるいは７記載の発明のように、円管周面上に形
成した通気部の開口面積が、下側周面から上側周面に至
るに従って減少するよう、具体的には前記円管に、下側
周面から上側周面に至るに従って数が減少するように、
あるいは径が小さくなるように複数の孔を穿設すること
により、円管の下側周面よりの燃焼ガスの通過面積を増
加させ、円管上側周面に行くに従ってその通過面積を減
少させることによって、浮力により円管上側に多く燃焼
ガスが流れても、その通過面積を減少させている為に抵
抗となり、その分下側周面の通気部よりの燃焼ガスの排
出量が多くなり、円管外周側を囲繞するごとく配設した
加熱管群を均一に加熱することが出来る。

【００２４】さらに、請求項４及び８記載の発明は、前
記円管の外周側に旋回流が生じるように、前記通気部の
外周側への開口方向を、円管の半径方向から内周接線方
向側に傾斜させて穿設したことを特徴とするが、これに
より燃焼ガスは円管の周方向に高速で噴出し、円管と高
圧容器の内側の円筒空間内に強い旋回流を形成する。そ
のために、前記円筒空間内に配置した燃焼ガスは前記旋
回流により加熱管群を均一に加熱することが出来る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のエンジンを図に示
される実施形態について更に詳細に説明する。但し、こ
の実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、
形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限り
は、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単
なる説明例にすぎない。図１は図１３に示すスターリン
グエンジンに取り付けられる燃焼器の構成を示す第１の
実施形態に係る中央縦断面図で、図１４に対応する。該
燃焼器は符号３０Ａで示されている。そして、図２は図
１のI−I線断面図、図３は燃焼器３０Ａに配設される円
管の斜視図である。

【００２６】本発明のエンジン本体Ｅは、図１３に示す
ような構造のスターリングエンジンであり、図１に示す
燃焼器３０Ａは前記エンジン本体Ｅに設置されている。
すなわち、前記図１４に示す従来技術と同様に、１０は
水平に設置され、図上左方が封止され、右方が開口され
た断面［コ］の字状の円筒状高圧容器、１３は高圧容器
内周面１０ａに沿って囲繞配置された酸化剤予熱器で、
この酸化剤予熱器１３は一端に高圧容器１０のエンジン
本体Ｅ側に位置する酸化剤供給路２３に接続し、該酸化
剤供給路２３より供給された酸化剤１５は酸化剤予熱器
１３を通過後、燃料噴射部１２（バーナ）を囲む酸化剤
供給口２５を開口させている。そして前記酸化剤予熱器
１３の内周側には、容器１０軸方向に延設する複数のＵ
字状加熱管１１群が、前記酸化剤予熱器１３の内側に囲
繞するごとく設置され、その内側を燃焼室１６として機
能させている。

【００２７】また、酸化剤供給口２５により囲まれる高
圧容器１０の封止面中心位置にはバーナ状の燃料噴射部
１２が燃焼室１６内に挿入され、燃料噴射部１２から噴
射された燃料１４を酸化剤供給口２５より噴射された酸
化剤１５と混合しながら図示しない点火装置により着火
して高圧の燃焼室１６で燃焼し、水平方向（Ｌ−Ｌ線）
に高温の燃焼火炎１７と燃焼ガス１８を形成する。そし
て本実施形態では高圧容器１０内周面に沿って囲繞配置
された酸化剤予熱器１３と加熱管１１群との間、より具
体的には、酸化剤予熱器１３の内周側に沿って円管２２
が配置されている。そして円管２２は、図３に示すよう
に多数の同一口径の小孔２１が全周面にわたり散在させ
て穿設されている。

【００２８】次に本実施形態の前記円管を介在させた場
合の燃焼器の作用を説明する。先ず、昇圧ポンプ（図示
せず）によって昇圧された灯油、液化天然ガス、液体水
素などの燃料１４を燃料噴射部１２から噴射し、酸化剤
タンクから酸化剤予熱器１３を経て圧送された空気、酸
素、過酸化水素等の酸化剤１５と混合しながら図示しな
い点火装置により着火して高圧の燃焼室１６で燃焼す
る。そして、前記燃料噴射部１２から水平方向に高温の
燃焼火炎１７を噴出するとともに燃焼室内に燃焼ガス１
８が発生する。このとき、燃焼ガス１８は、前記酸化剤
予熱器１３の内周側と前記加熱管１１群の間に円管２２
が介在されているために浮力によって鉛直上向きに流
れ、その燃焼ガス１８の流れは、円管２２の内周面を通
りながら鉛直上向きのガスの流れを下向きに周回させ、
今まで流れにくかった鉛直下向きへのガスの流れを強制
的に増やす事が出来る。

【００２９】この結果、燃焼ガス１８は円管２２内周面
側を実質的に周回しながら円周方向に散在配置させた多
数の孔２１より円管２２外に排出されるために、前記円
管２２内周面側の周回により該内周面側に円周状に配置
された加熱管１１群を均一に加熱する事が出来、所定の
エンジン出力を得る事が出来る。更に鉛直上向きのガス
の流れを下向きに周回させることが出来るために、特に
鉛直上方の加熱管１１の局所温度の最大値も下げる事が
出来、その結果熱疲労による寿命の低下の防止、又高負
荷燃焼による出力の向上及び高効率運転が期待できる。
そして円管２２には多数の孔２１が周方向に散在させて
穿孔されているために、燃焼ガス１８は円管２２内周面
側を実質的に周回しながら多数の孔２１より円管外に排
出され、燃焼ガス１８は円管の外周囲に設けた酸化剤予
熱器１３に容易に入ることが出来、高圧容器１０の外部
より流入する酸化剤１５と熱交換を行って燃焼ガス排出
路２６より高圧容器１０外へ排出される。（図２参照）

【００３０】従って本実施形態によれば、円管２２の周
面とその周面に穿設された孔２１の開口率によって定ま
る抵抗力によって、内周面側に円周状に配置された加熱
管１１群を均一に加熱する事が出来るものである。この
抵抗力は図１０に示すように孔２１の面積割合（開口
率）で決まるものである。因みに、多数の孔２１の円管
２２における開口面積割合（開口率）は、本実施形態で
は気圧７０ａｔｍにおいて開口率を０.００１とした。
開口率は次式により求められる。すなわち、 開口率＝孔２１の総開口面積／多孔円管の表面積 （１） である。

【００３１】従って、複数の孔２１を穿設した円管２２
により鉛直上方に働く浮力に抵抗力を設けることによっ
て、該抵抗力の分だけ従来品では流れ難かった鉛直下向
きの方向にも燃焼ガス１８の流れが発生する。その結
果、燃焼ガス１８は図２に示すように燃焼室１６の周囲
に設けられた加熱管１１群に均一に熱接触を行うととも
に、加熱管１１の管内を流動する空気、ヘリウム、水素
等の流体２０に均一に熱が伝達される。この熱は流体２
０から加熱器５を介して作動流体に熱を伝え、膨張空間
３の作動流体を膨張させ、所定のエンジン出力を効率よ
く得ることが出来る。（図１３参照） なお、本実施の形態においても、円管２２に穿設した孔
２１を、円管２２の上方に向かって次第に小さくした
り、あるいは上方に向かって孔２１の数を少なくするよ
うにしてもよい。

【００３２】図４は本発明の第２の実施形態に係る燃焼
器の断面図であり、該燃焼器は符号３０Ｂで示されてい
る。そして、図５は図４のII−II線断面図、図６は燃焼
器３０Ｂに配設される円管の斜視図である。図４〜図６
に基づいて本発明の第２実施形態について説明するが、
前記第１の実施の形態と同一機能部品には同一符号を付
してある。本実施形態の燃焼器３０Ｂは、水平に設置さ
れた高圧容器１０内に、軸方向に延伸する加熱管１１群
を高圧容器１０内周方向に沿って配置するとともに、燃
料１４を噴射する燃料噴射部１２を前記加熱管１１群に
囲繞される燃焼室１６に臨ませて配置したもので、前記
加熱管１１群の内側に前記燃料噴射部１２を囲むよう
に、下側周面に複数の孔２１を長手方向に１列状穿設さ
せた円管２２を配置するとともに、前記円管２２の下側
周面に前記複数の孔２１を長手方向に１列状に穿設させ
たものである。（図６参照）

【００３３】即ち、図５に示すように、前記加熱管１１
群の内側には、前記燃料噴射部１２を囲むように、下側
周面に下方を向けて複数の孔２１を長手方向に１列状に
穿設した円管２２を介在させ、酸化剤予熱器１３と前記
円管２２との間に加熱管１１群が位置する環状空間１９
を構成する。

【００３４】次に本実施形態の作用を説明する。前記し
たように燃料噴射部１２から水平方向に高温の燃焼火炎
１７を噴出しながら、同時に燃焼ガス１８が発生する
と、図５に示すように、燃焼ガスの鉛直上向きへのガス
の流れを前記円管２２の上側周面で阻止し、円管２２の
下側周面側に強制的に燃焼ガスを周回させた後、下側周
面に長手方向に１列状に穿設した複数の孔２１から円管
外周側の環状空間１９内に放出される。該環状空間１９
内では、該円管２２外周側に沿って浮力により上方に移
動しながら、円管２２外周側の環状空間１９内にリング
状に配置した加熱管１１群の間を通過しながら熱接触が
行われ、燃焼ガス１８による加熱管１１群の均一加熱が
容易に達成される。

【００３５】図７は第３の実施形態に係る燃焼器の断面
図であり、該燃焼器は符号３０Ｃで示されている。そし
て、図８は図７のIII−III線断面図、図９は燃焼器３０
Ｃに配設される円管の斜視図である。図７〜図９に基づ
いて第３の実施形態について説明するが、前記第１の実
施の形態と同一機能部品には同一符号を付してある。本
実施形態の燃焼器３０Ｃは、水平に設置された高圧容器
１０内に、軸方向に延伸する加熱管１１群を高圧容器１
０内周方向に沿って配置するとともに、燃料１４を噴射
する燃料噴射部１２を前記加熱管１１群に囲繞される燃
焼室１６に臨ませて配置したもので、前記加熱管１１群
の内側に前記燃料噴射部１２を囲むように、周面に多数
の孔２１を穿設させた円管２２を配置するとともに、前
記円管２２の外周側に旋回流が生じるように、前記複数
の孔２１の穿設方向を、円管の半径方向から内周接線方
向側に傾斜させて穿設している。

【００３６】即ち燃焼器３０Ｃの円管２２は、前記各実
施形態で用いられた円管２２に比して肉厚であり、さら
に円管２２の半径方向に向けて孔２１を穿設することな
く、円管２２の内周接線方向側に傾斜させて多数の孔２
１をその周面上に穿設している。（図９参照）

【００３７】次に本実施形態の作用を説明する。前記し
たように燃料噴射部１２から水平方向に高温の燃焼火炎
１７を噴出しながら同時に燃焼ガス１８が発生すると、
図８に示すように、燃焼ガス１８の鉛直上向きへのガス
の流れを前記円管２２の上側周面で阻止し、円管２２の
下側周面側に強制的に燃焼ガスを周回させながら燃焼室
１６から複数の孔２１を経て、前記円管２２外周側の環
状空間１９内に放出される訳であるが、その際多数の孔
２１は内周接線方向側に傾斜させて穿孔されているため
に、強い旋回流を形成する。その結果、燃焼ガス１８は
浮力に打ち勝って加熱管１１群の隙間を通過しながら円
管２２外周側を周回しながら熱接触が行われ、燃焼ガス
１８の加熱管１１群の均一加熱が一層容易に達成され
る。

【００３８】図１１〜１２は本発明の第４実施形態に係
る燃焼器を示し、図１１はその断面図、図１２は図１１
のＺ−Ｚ線断面図である。

【００３９】図１１〜図１２において、３０ｄは燃焼器
で、高圧容器１０内の燃焼室が、噴射部（バーナ）７１
が設けられた一次燃焼室２１１と加熱管３１を備えた二
次燃焼室２２１とで構成されている。一次燃焼室２１１
の燃焼ガス出口部は二次燃焼室２２１の内部まで延設さ
れ、その延設部１１ａに軸方向に多段に燃焼ガス噴出部
５１が設けられている。各燃焼ガス噴出部５１は複数の
小径の噴出口５１ａに分割されている。

【００４０】さらに各噴出口５１ａは絞り機能をそなえ
るとともに、図１２に示すようにその先端部を周方向に
湾曲され、その接線が、同接線の延長上に位置する加熱
管３１の断面上の傾斜角とほぼ平行となるように調整さ
れている。さらに、噴出口５１ａの数および口径は、噴
出口５１ａから出る燃焼ガスの広がりおよび加熱管３１
との距離に基づいて設定し、燃焼ガスが全加熱管３１に
ほぼ一様に当たるように調整されている。燃焼ガスの排
ガス出口１１１は二次燃焼室２２１の下部に集中配置さ
れている。一次燃焼室２１１および二次燃焼室２２１の
隔壁および内部壁面は、全て段熱処理を施し、壁面から
の吸熱が無い構造となっている。

【００４１】上述の構成において、噴出部７１の先端に
て着火した火炎は、一次燃焼室２１１内にてその燃焼を
完了し、高温の燃焼ガスのみが二次燃焼室２２１の加熱
管３１に向かって放出される。加熱管３１は火炎の輻射
熱を直接受けないため、火炎長による吸熱量の影響を受
けず、各加熱管３１一本あたりに対する温度分布発生を
抑制することができる。

【００４２】一次燃焼室２１１内の燃焼により生じた高
温燃焼ガスは、各噴出口５１ａにより絞られ、流速を増
して二次燃焼室２２１へ噴出される。この噴出口５１ａ
による絞りにより、燃焼ガスの浮力に打ち勝つだけの速
度成分を与え、燃焼室内の上部と下部とに均一に高温燃
焼ガスを供給することができる。

【００４３】また噴出口５１ａを周方向に湾曲させるこ
とにより、二次燃焼室２２１内に旋回流６１を発生させ
ることができ、この旋回流で二次燃焼室２２１内下部に
溜まる低温燃焼ガスを拡散して二次燃焼室２２１内の温
度均一化をはかることができる。

【００４４】さらに噴出口５１ａの先端部を湾曲しその
接線を加熱管３１の断面傾斜角とほぼ平行となるように
調整することにより、各噴出口５１ａから噴出した燃焼
ガスは加熱管３１の内周面のみならず、加熱管３１間を
通過して加熱管３１の外周面にも供給接触し、該加熱管
３１全体に高温燃焼ガスを供給することができるように
なる。また、燃焼ガスの排ガス排出口１１１を二次燃焼
室２２１の下部に集中配置したことにより、二次燃焼室
２２１の下部に溜まる低温燃焼ガスを強制的に排出し、
燃焼器内の燃焼ガス循環を促進させて、さらなる燃焼室
内の温度均一化を図ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃焼器及
びこれを備えたエンジンによれば、以下のような効果が
得られる。すなわち、 （１）加熱管群の局所温度の最大値を下げることが可能
であるので、その分、高負荷燃焼、ひいてはエンジン出
力の向上及び高効率運転が可能となる。 （２）熱疲労によるエンジンの寿命の低下を防止するこ
とができるため、運転時に、熱疲労防止のための起動停
止などの制約が少なくなり、エンジンの運転が容易にな
る。 （３）エンジン寿命が向上するために、相対的に製品コ
ストも低くなり、保守点検のインターバルが長くなり製
品の信頼性が向上する。 （４）浮力を利用して燃焼ガスを加熱管群の間にくまな
く行き渡らせることが出来るので、加熱管を均一に加熱
することができ、加熱むらがなく、流体の安定的な加熱
が可能となり、エンジンの高精度運転が可能となる。

【００４６】（５）高圧の燃焼器を一次燃焼室と二次燃
焼室とで構成し、一次燃焼室内にて燃焼を実施すること
により、火炎長の影響を生じる加熱管温度分布の発生を
抑制することができる。

【００４７】（６）一次燃焼室で発生した燃焼ガスを二
次燃焼室にて旋回させることにより、二次燃焼室内の温
度偏差を解消することができ、これにより加熱管に十分
な熱を与えることが可能となる。

【００４８】（７）又請求項３及び７記載の発明におい
ては前記効果に加えて円管の下方で燃焼ガスの噴出量を
増加させるように、円管の下側周面から上側周面に至る
に従って孔数または、孔の大きさを上方に向けて調整す
ると、燃焼室内の圧力に応じて加熱管全体を一層均一に
加熱することが出来る。 （８）又請求項４及び８記載の発明においては、円管の
外周の開口部が接線方向になるように傾斜させて複数の
孔を穿設することにより、燃焼ガスに積極的に旋回流を
付与することができ、加熱管により一層均一な加熱が可
能となり、所定のエンジン出力を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態である高圧燃焼器
の縦断面図である。

【図２】 図１のI-I線断面図である。

【図３】 図１の円管の斜視図である。

【図４】 本発明の第２の実施形態である高圧燃焼器
の縦断面図である。

【図５】 図４のII-II線断面図である。

【図６】 図４の円管の斜視図である。

【図７】 本発明の第３の実施形態の高圧燃焼器の縦
断面図である。

【図８】 図７のIII-III線断面図である。

【図９】 図７の円管の斜視図である。

【図１０】 円管の抵抗係数と開口率の関係図である。

【図１１】 本発明の第４実施形態の高圧燃焼器の縦断
面図である。

【図１２】 図１１のＺ−Ｚ線断面図である。

【図１３】 本発明に適用される複動形スターリングエ
ンジンを示す。

【図１４】 従来のエンジンの高圧燃焼器の縦断面図で
ある。

【図１５】 図１４のIV−IV線断面図である。

【符号の説明】

１０、１０１ 高圧容器 １１、３１ 加熱管 １２、７１ 燃料噴射部 １４ 燃料 ２１ 円管の孔 ２２ 円管 ３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０ｄ 燃焼器 Ｅ エンジン本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲永 紀康 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 井手 雄一 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 緒方 寛 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 大田 英明 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 榊原 康人 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 北川 元洋 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平に設置された高圧容器内に、軸方向
   に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿って配置した燃
   焼器において、 前記高圧容器と前記加熱管群の間に円管を介在させると
   ともに、該円管の周面に複数の孔、スリット、その他の
   通気部を開口させたことを特徴とする燃焼器。
2. 【請求項２】 水平に設置された高圧容器内に、軸方向
   に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿って配置すると
   ともに、燃料を噴射する燃料噴射部を前記加熱管群に囲
   繞される燃焼室に臨ませて配置した燃焼器において、 前記加熱管群の内側に前記燃料噴射部を囲むように、周
   面に複数の孔、スリット、その他の通気部を開口させた
   円管を配置するとともに、前記円管の下側周面側に前記
   通気部を開口させたことを特徴とする燃焼器。
3. 【請求項３】 水平に配置された高圧容器内に、軸方向
   に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿って配置すると
   ともに、燃料を噴射する燃料噴射部を前記加熱管群に囲
   繞される燃焼室に臨ませて配置した燃焼器において、 前記加熱管群の内側に前記燃料噴射部を囲むように、周
   面に複数の孔、スリット、その他の通気部を開口させた
   円管を配置するとともに、該円管周面上に形成した通気
   部の開口面積が、下側集面から上側集面に至るに従って
   減少するように設定したことを特徴とする燃焼器。
4. 【請求項４】 水平に配置された高圧容器内に、軸方向
   に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿って配置すると
   ともに、燃料を噴射する燃料噴射部を前記加熱管群に囲
   繞される燃焼室に臨ませて配置した燃焼器において、 前記加熱管群の内側に前記燃料噴射部を囲むように、周
   面に複数の孔、スリット、その他の通気部を開口させた
   円管を配置するとともに、該円管の外周側に旋回流が生
   じるように、前記通気部の外周側への開口方向を、円管
   の半径方向から内周接線方向側に傾斜させて穿設したこ
   とを特徴とする燃焼器。
5. 【請求項５】 水平に設置された高圧容器内に、軸方向
   に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿って配置した燃
   焼器を備えてなるエンジンにおいて、 前記高圧容器と前記加熱管群の間に円管を介在させると
   ともに、該円管の周面に複数の孔、スリット、その他の
   通気部を開口させたことを特徴とするエンジン。
6. 【請求項６】 水平に設置された高圧容器内に、軸方向
   に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿って配置すると
   ともに、燃料を噴射する燃料噴射部を前記加熱管群に囲
   繞される燃焼室に臨ませて配置した燃焼器を備えてなる
   エンジンにおいて、 前記加熱管群の内側に前記燃料噴射部を囲むように、周
   面に複数の孔、スリット、その他の通気部を開口させた
   円管を配置するとともに、前記円管の下側周面側に前記
   通気部を開口させたことを特徴とするエンジン。
7. 【請求項７】 水平に設置された高圧容器内に、軸方向
   に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿って配置すると
   ともに、燃料を噴射する燃料噴射部を前記加熱管群に囲
   繞される燃焼室に臨ませて配置した燃焼器を備えてなる
   エンジンにおいて、 前記加熱管群の内側に前記燃料噴射部を囲むように、周
   面に複数の孔、スリット、その他の通気部を開口させた
   円管を配置するとともに、該円管周面上に形成した通気
   部の開口面積が、下側周面から上側周面に至るに従って
   減少するよう設定したことを特徴とするエンジン。
8. 【請求項８】 水平に設置された高圧容器内に、軸方向
   に延伸する加熱管群を容器内周方向に沿って配置すると
   ともに、燃料を噴射する燃料噴射部を前記加熱管群に囲
   繞される燃焼室に臨ませて配置した燃焼器を備えてなる
   エンジンにおいて、 前記加熱管群の内側に前記燃料噴射部を囲むように、周
   面に複数の孔、スリット、その他の通気部を開口させた
   円管を配置するとともに、該円管の外周側に旋回流が生
   じるように、前記通気部の外周側への開口方向を、円管
   の半径方向から内周接線方向側に傾斜させて穿設したこ
   とを特徴とするエンジン。