JP3720833B1 - 多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内筒自体を装置外へ簡単に取り出しを可能とし、常に安全な状態で作動運転できるようにした多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置の提供。
【解決手段】 同心円筒の多重構造を備え、最外層の外筒３より順次と径の異なる内側の同心筒を蛇行させ乍ら空気などの助燃流体を最も内側の円筒の基部近くに開孔して内筒５内に前記流体を吐出させ、装置本体１の基部より着火燃焼した旋回状態の高温気体と混合させ、更に高温域を生成し乍ら内筒５の先端に設けたノズル部材１４より高音速ジェット燃焼気体を吐出できるようにした多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置であって、内筒５は円筒体とし、この内筒５の最内端は、装置本体１の基部内で伸縮摺動可能とすると共に、内筒５の最先端は、装置本体１の先端に着脱可能に固定したノズル部材１４と固着して成ることを特徴とする多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音速ジェットバーナーなどの衝撃波を発生できる各種の多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置に関する。

一般に衝撃波発生バーナーに相当する超音速ジェットバーナーは、高圧空気をバーナー燃焼（１３００℃）以上の火炎で燃焼させこのガス膨脹体積を小さな穴（吐出口）から噴射させ、秒速１，０００ｍ前後の速い速度、即ち衝撃波（３４０ｍ／ｓｅｃ）を超える速度のガスを噴射させ、このエネルギーを利用して破壊、粉砕、乾燥に利用し分子の変換（高速分子衝突による）等に利用され効率良く産業廃棄物、生ゴミ、魚介類、一般下水、汚物処理、焼却前処理することができる。

すなわちこの衝撃波を発生させるためにバーナー本体内の燃焼状態は高温高圧となり、バーナー本体内壁に作用する熱影響は頗る大きく、耐熱耐圧構造の高温特性に優れた金属材料、例えばモリブデン鋼、ジルコニウム鋼などきわめて高価な材料を用いなければならない。
特開２０００−３９１２６号公報 特開２０００−７４３１７号公報

ところで、この種の多筒構造の高温高圧燃焼装置にあっては、高温高圧燃焼状態を生成する内筒は、耐熱金属を用いても、加熱による膨脹や、冷めた時の収縮復元という塑性変形が金属平衡線の限度を超えた加熱温度となった場合、内筒の変形、歪みが復元不能となり内筒に亀裂や孔が開き危険となると同時に使用不能となるという問題があった。

この発明は叙上の点に着目してなされたもので、内筒自体を熱膨脹による伸長や熱収縮による縮小を可能な配置とし、かつ内筒自体の補修，交換などを先端のノズルと共に装置外へ取り出しを可能とし、常に安全な状態で作動運転できるようにした多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を備えることにより、上記課題を解決できるものである。

（１）同心円筒の多重構造を備え、最外層の外筒より順次と径の異なる内側の同心筒を蛇行させ乍ら空気などの助燃流体を最も内側の円筒の基部近くに開孔して内筒内に前記流体を吐出させ、装置本体の基部より着火燃焼した旋回状態の高温気体と混合させ、更に高温域を生成し乍ら内筒の先端に設けたノズル部材より高音速ジェット燃焼気体を吐出できるようにした多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置であって、内筒は同一径で円筒体とし、この内筒の最内端は、装置本体の基部内で嵌挿抱持させて伸縮摺動可能とすると共に、内筒の最先端は、装置本体の先端に着脱可能に固定したノズル部材と固着して成ることを特徴とする多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置。

（２）内筒の最先端は、最外筒の先端に設けた支持板の係止孔に係入固定される絞り構造のノズル部材と着脱自在に固着して成ることを特徴とする前記（１）記載の多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置。

（３）絞り構造のノズル部材の先端は、漸次拡開した吐出口として形成して成ることを特徴とする前記（２）記載の多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置。

本発明は、高温高熱状態にある音速ジェットバーナーの燃焼筒に相当する内筒は、熱膨張により内筒自体の伸張を余儀なくされても、ノズル側が固定されているのに対し、基部内に臨まれる最内端は固定されることなく装置本体の基部内で自由に移動自在に嵌挿させているので、伸張分は嵌挿された最内端が摺動できる。そのため内筒自体の変形による歪みや破損を有効に防止できる。しかも、燃焼状態の強弱に応じて、円筒への熱作用が変化し、始動時または終了時などの低温状態では、内筒の熱膨張が生じないかまたは逓減するので、最内端は基部内において伸張しないかまたは収縮し、したがって、内筒には無理な応力が作用することがない。

要するに、燃焼状態の高低に応じて、内筒はその最先端が装置本体の基部内で自由に上下方向に移動摺動できるという効果を有する。

更に本発明によれば、同一径で円筒状の内筒の最先端は、絞り構造のノズル部材と着脱自在に固着され、かつ最外層の外筒の先端に設けた支持板の係止孔内に着脱自在に固着してあるので、内筒の補修，取替の場合は、支持板を取り外すことにより、ノズル部材を内筒と一体にして抜き出すことができるので、内筒の補修は勿論のこと、新品との交換も簡単にかつ迅速に行うことができるという効果がある。併せてノズル部材についても同様に分解して補修，交換できるという効果も有する。

本発明の実施例を以下に説明する。なお、多筒構造体は最外層に設けた外層に対し、中筒および最内層の内筒の三つの筒で構成される同心筒の場合について以下に説明してあるが、それ以上の多重筒の場合についても同様に実施できる。

まず始めに本発明の全体の音速ジェットバーナーの概要を示す。

１は、中心軸上に沿って燃焼路２を有する全体が円筒状の高温高圧の燃焼装置本体を示し、この燃焼装置本体１は、フランジ筒状構造の基部の下側に、円形状基板１ａに相当する取付部と、これに続く外筒３、中筒４および内筒５より成り、全体として多筒構造を備えている。そして円形状基板１ａの上部には、燃料供給手段６、点火手段７、および高圧空気の空気供給手段８などが接続固着され、内筒５の上方の円形状基板１ａの内側に初期燃焼室９が形成される。なお空気供給手段８は、円形状基板１ａの上側外周の装置本体１内に設けた円環カラー１０で区割された外周の空気室１２と接続され、かつ前記円環カラー１０に穿った多数の小孔１０ａより前記初期燃焼室９に向けて空気を旋回させて供給を可能とすると共に、前記空気室１２より外筒３と中筒４との間に通ずる流通孔１１より空気が必要な圧力で供給される。

したがって、まず初期燃焼室９では燃料と共に旋回した温度の低い燃焼状態が形成される。

なお、前記した燃料供給手段６は、ガスまたは液体燃料を気化させた気化燃料を供給するのが好ましい。

さらに、符号２５は温度検出手段を取付ける取付孔を示す。

また、燃焼装置本体１の外形を構成する外筒３は、その基部を円形状基板１ａに固着し、同一径の他端を支持板１５と接続されており、また中筒４も円形状基板１ａにその基部を固着し、その同一径の他端は、開放した自由端として形成し、外筒３と中筒４との間の環状の通路１１ａ内を通って供給される空気が、内筒５側に折返して最大に加熱される内筒５を冷却し乍ら折返して供給できるような前記支持板１５との間に切欠部１７を形成している。

ところで、内筒５は、全体を同一径とし、その先端のみを燃焼装置本体１の支持板１５にノズル部材１４を介して固着し、外周に内筒５と同一部材のコイル部材や旋回羽根５ｂを捲回させ乍ら中筒４との間で設け、流通路１６を旋回させ、延長して形成し乍ら上方に配設され、円形状基板１ａに近い流通路１６の最内部位置に、中心軸に対して直角または前向きにまたは傾斜した多数の孔１８をノズル状の吐出口として穿ってある。そしてこの孔１８より吐出される熱交換された加熱空気は、旋回渦巻状を呈して高圧助燃空気として働き、初期燃焼室９から移送されてくる燃焼流体を吸引作用で導き、燃焼路２内の燃焼流体の内部に混入させ、渦巻高温燃焼部１９を形成し、高温高圧燃焼ガスを創出し、内筒５の先端に接続されるノズル部材１４の狭窄状の衝撃波変換部２０より狭小な僅かに拡開した吐出口１３を経て高温高圧燃焼ガスないし所謂、超音波ジェット流体の衝撃波を得ることができるものである。

なお内筒５とノズル部材１４とは、例えば図示のとおり螺合による着脱可能に固着すると共に、ノズル部材１４は狭窄状の衝撃波変換部２０に続く前記吐出口１３を一体に形成し、外筒３の端部に止環体１５ａを介してビス２１止めした支持板１５の中心孔２２に挿通支持し、ナットなどの環状螺子２３で確固に固定させている。

しかも内筒５の基端部５ａは、中筒４内に位置して、外筒３およびこの中筒４を固着した円形状基板１ａの最内位置の内周壁２４に嵌挿抱持させ、この内周壁２４に沿って摺動自在に配設するものである。

叙上の構成に基づいて作用を説明する。

燃焼作用が開始されると初期燃焼室９で得られた燃焼ガスは、内筒５の基部より前方に進み、内筒５の孔１８より吐出される流通路１６で熱交換された加熱空気の働きを受けて渦巻高温燃焼部１９で高温高圧ガスとなり、ノズル部材１４の衝撃波変換部２０を経て吐出口１３より高温高圧燃焼ガスないし所謂、超音波ジェット流体の衝撃波を得ることができる。

ところで、発生される高温高圧流体は、内筒５に直接作用し、内筒５に対してきわめて強大な熱作用を与えるため、内筒５は十分加熱され、したがって熱膨脹する。この場合内筒５の先端は、燃焼装置本体１の先端に固定した支持板１５で支持されるノズル部材１４と固定されているので、内筒５の非固定の基端部５ａが内周壁に沿って上方伸張することとなる。

反対に燃焼作用を停止して内筒５内の温度が降下して内筒５の熱膨張が小さくなると収縮し始め、内筒５の基端部５ａは、内周壁を下方に収縮する。したがって、内筒５は燃焼温度の変化に伴う熱膨張の変化を常に基端部５ａの上下伸縮作用によって、内筒５自体に影響を与えることがないので、歪みとか亀裂などの不都合な損壊を防止できる。

また、内筒５は直状の同一径で構成され、同様に内筒５より径は大きい直状の同一径の中筒４内に挿通されており、しかも外筒３の先端に設けた支持板１５にノズル部材１４と一体に固定してあるので、ビス２１を緩めて外すことにより、内筒５は支持板１５とノズル部材１４と共に引き抜いて取り出すことができる（図２参照）。したがって、内筒５の分解掃除補修、または新品との交換も簡単かつ能率よく行うことができる。

したがって、内筒５の上下両端を固着した場合に生ずる内筒５の膨脹による変形、歪みの発生が防止でき安全な、しかも安定した運転が可能な燃焼ガスバーナーとして使用できる。

ことに、内筒５を構成する耐熱耐圧性の強い金属であってもその金属本来の塑性限界を越えるような高温高圧ガスが生成されるような場合でも、その塑性限界に達するまでに内筒５の基端部５ａは、自由端となっており、固着、固定されていないので、基端部５ａは膨脹伸長し、危険な破損などという不都合を未然に防止できる。

ここで具体的な内筒５として１３００℃に耐え得るＳＵＳ３１０Ｓ耐熱ステンレス鋼を採用し、かつ、内外面にはジルコニウムをコーキングして耐熱強度を附与させた。しかし、内筒５自体はその構成材料は、金属でも、またセラミックスでも、或はナノカーボンを用いた各種耐熱材料であれば特別に限定されない。

本発明の一実施例であって、多筒構造の音速ジェットバーナー全体の縦断面図 内筒を取り出す作業工程を示す分解断面説明図 図２の工程で取り出されたノズル部材を備えた状態の内筒の断面説明図

符号の説明

１ 装置本体
１ａ 円形状基板
２ 燃焼路
３ 外筒
４ 中筒
５ 内筒
５ｂ 旋回羽根
８ 空気供給手段
９ 初期燃焼室
１０ａ 多数の小孔
１１ 流通孔
１２ 空気室
１４ ノズル部材
１５ 支持板
１５ａ 止環体
１６ 流通路
１７ 切欠部
１８ 孔
１９ 渦巻高温燃焼部
２０ 狭窄状の衝撃波変換部
２１ ビス
２２ 中心孔
２３ 環状螺子
２４ 内周壁

Claims (3)

1. 同心円筒の多重構造を備え、最外層の外筒より順次と径の異なる内側の同心筒を蛇行させ乍ら空気などの助燃流体を最も内側の円筒の基部近くに開孔して内筒内に前記流体を吐出させ、装置本体の基部より着火燃焼した旋回状態の高温気体と混合させ、更に高温域を生成し乍ら内筒の先端に設けたノズル部材より高音速ジェット燃焼気体を吐出できるようにした多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置であって、内筒は同一径で円筒体とし、この内筒の最内端は、装置本体の基部内で嵌挿抱持させて伸縮摺動可能とすると共に、内筒の最先端は、装置本体の先端に着脱可能に固定したノズル部材と固着して成ることを特徴とする多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置。
2. 内筒の最先端は、最外筒の先端に設けた支持板の係止孔に係入固定される絞り構造のノズル部材と着脱自在に固着して成ることを特徴とする請求項１記載の多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置。
3. 絞り構造のノズル部材の先端は、漸次拡開した吐出口として形成して成ることを特徴とする請求項２記載の多筒構造の音速ジェットバーナーにおける内筒装置。

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