JP5359237B2

JP5359237B2 - 燃焼器

Info

Publication number: JP5359237B2
Application number: JP2008314690A
Authority: JP
Inventors: 壮一郎加藤; 琢水谷; 克昌高橋
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: JP2010139136A

Description

本発明は、第１配管から消炎距離以下の開口部を介して噴出された燃焼用ガスを第２配管内部の燃焼領域にて燃焼させる燃焼器に関するものである。

従来から、小型化が可能な燃焼器として、第１配管から消炎距離以下の開口部を介して噴出された燃焼用ガスを第２配管内部の燃焼領域にて燃焼させる燃焼器が知られている。
このような燃焼器によれば、消炎距離以下とされた開口部によって第１配管に火炎が伝播することが防止され、かつ、適度な燃焼用ガスの供給を行うことによって第２配管内部の極めて狭い燃焼領域にて燃焼用ガスを安定して燃焼させることができる。

ところで、上述の燃焼器においては、燃焼領域にて燃焼用ガスが燃焼されている場合には、燃焼領域に燃焼用ガスが連続的供給されることによって燃焼領域における火炎が維持されるが、始動時には、着火装置にて燃焼用ガスに着火する必要がある。
このため、上述の燃焼器は、特許文献１に示すように、燃焼領域の下流側に着火装置のイグナイタプラグ（火炎核形成部）を配置し、イグナイタプラグによって形成される火炎核を用いて始動時における燃焼用ガスへの着火を行っている。
特開平１−３１２３０６号公報

しかしながら、始動時においては第２配管内部を燃焼用ガスが高速で流れているため、特許文献１に示されているように、燃焼領域の下流側にイグナイタプラグを配置した場合には、燃焼領域において火炎が形成されるように、燃焼用ガスの流れに逆らって火炎を伝播させる必要がある。そして、状況によっては、燃焼用ガスの流れに逆らって火炎が良好に伝播されずに燃焼用ガスへの着火ができない場合が生じ、複数回の着火動作が必要となる場合がある。

また、燃焼領域の下流側にイグナイタプラグを配置した場合には、燃焼器の始動後において、イグナイタプラグは、燃焼領域における燃焼用ガスの燃焼によって生じた高温かつ高速の燃焼ガス中に晒されることとなる。このため、イグナイタプラグの寿命が短くなってしまうという問題が生じる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、燃焼器における燃焼用ガスへの着火性の向上及び着火装置の火炎核形成部の長寿命化を図ることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用する。

第１の発明は、内部に燃焼用ガスが流れると共に消炎距離以下の開口部を介して前記燃焼用ガスを噴出する第１配管と、該第１配管の前記開口部から噴出された前記燃焼用ガスが供給されると共に上流側から供給される前記燃焼用ガスを燃焼して燃焼ガスを下流側に流す燃焼領域が内部に形成される第２配管と、前記第２配管に供給された燃焼用ガスに火炎核形成部にて形成した火炎核を用いて着火する着火装置とを備える燃焼器であって、前記第２配管内部の前記燃焼領域の上流側に配置されると共に前記第２配管内部における前記燃焼用ガスの流速が相対的に遅い低流速領域を備え、前記火炎核形成部が前記低流速領域に配置されているという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記第１配管が、一端側から前記燃焼用ガスを供給されると共に他端が閉塞端とされた内管であり、前記第２配管が、前記第１配管の外周に前記燃焼領域を隔てて配置され、一端側から前記燃焼ガスを排出すると共に他端が前記第１配管の他端側に配置される閉塞端とされた外管であるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、前記第１配管の閉塞端と前記第２配管の閉塞端との間の領域が前記低流速領域とされているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第３の発明において、前記第１配管と前記第２配管との同心円状に配置され、前記火炎核形成部が前記第２配管の閉塞端の中央領域に一つのみ配置されているという構成を採用する。

第５の発明は、上記第３の発明において、前記火炎核形成部が、前記第２配管に固定され、前記第１配管の延在方向に対してずれて配置されているという構成を採用する。

本発明によれば、燃焼領域の上流側に配置されると共に第２配管内部における燃焼用ガスの流速が相対的に遅い低流速領域を備え、該低流速領域に着火装置の火炎核形成部が配置される。
このため、火炎核形成部にて形成された火炎核が低流速領域の燃焼用ガスに着火した後、火炎は、第２配管内部を下流に向けて伝播されて燃焼領域に到達する。よって、燃焼用ガスの流れに逆らって火炎を伝播させる必要がなく、着火性が向上する。

さらに、本発明によれば、低流速領域は、燃焼領域の上流側に配置されている。このため、燃焼領域において燃焼用ガスが燃焼することによって生じる高温かつ高速の燃焼ガス中に火炎核形成部が晒されることがない。また、燃焼用ガスが高温である場合であっても、低流速領域における燃焼用ガスの速度が第２配管内部の他の領域よりも遅いため、火炎核形成部への熱負荷を低減することができる。よって、着火装置の火炎核形成部が長寿命化される。

このように本発明によれば、燃焼器における燃焼用ガスへの着火性の向上及び着火装置の火炎核形成部の長寿命化を図ることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る燃焼器の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本実施形態の燃焼器の概略構成を模式的に示した図であり、図１が斜視図、図２が断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の燃焼器１００は、内管１（第１配管）と、外管２（第２配管）と、着火装置３とを備えている。

内管１は、一端側から燃焼用ガスＧ１が自らの内部に供給されると共に、他端が閉塞端１ａとされた円筒形状を有しており、耐熱性を有する金属材料によって形成されている。
この内管１の閉塞端１ａ側近傍の周面部には、内管１の内部に供給された燃焼用ガスＧ１を内管１の外部に噴出するための開口部１ｂが複数形成されている。そして、これら開口部１ｂの直径は、消炎距離以下に設定されている。

外管２は、内管１の外周に配置され、一端側から燃焼ガスＧ２が排出されると共に、他端が閉塞端２ａとされた円筒形状を有しており、内管１と同様に耐熱性を有する金属材料によって形成されている。
なお、燃焼ガスＧ２は、燃焼用ガスＧ１が燃焼されることによって生じる高温のガスである。

そして、図２に示すように、内管１と外管２との間（すなわち外管２の内部）であって、燃焼用ガスＧ１の流れ方向において内管１の開口部１ｂの下流側の領域が燃焼領域Ｒ１とされている。
この燃焼領域Ｒ１に火炎が形成されている場合には、上流側から燃焼領域Ｒ１に供給される燃焼用ガスＧ１が燃焼領域Ｒ１にて燃焼し、その結果生じた燃焼ガスＧ２が燃焼領域Ｒ１の下流側に流れる。

また、内管１の閉塞端１ａと、外管２の閉塞端２ａとは、平行に離間して対向配置されている。そして、内管１の周面部に形成された開口部１ｂから外管２の内部に燃焼用ガスＧ１が噴出されるため、内管１の閉塞端１ａと、外管２の閉塞端２ａとの間は、外管２の内部において、相対的に燃焼用ガスＧ１の流速が遅い領域である死水領域Ｒ２（低流速領域）となる。この死水領域Ｒ２は、図１及び図２から分かるように、燃焼用ガスＧ１及び燃焼ガスＧ２の流れ方向に対して燃焼領域Ｒ１の上流側に配置されている。

着火装置３は、火炎核を形成可能なイグナイタプラグ３ａ（火炎核形成部）と、イグナイタプラグ３ａに通電することによって上記火炎核を形成される通電装置３ｂ等を備えている。
なお、イグナイタプラグ３ａとしては、例えばスパークプラグやグロープラグを用いることができる。

そして、本実施形態の燃焼器１００においては、着火装置３のイグナイタプラグ３ａが死水領域Ｒ２に配置されている。
より詳細には、本実施形態の燃焼器１００においては、内管１と外管２とが同心円状に配置されており、イグナイタプラグ３ａが外管２の閉塞端２ａの中央領域に一つのみ設置されている。
そして、通電装置３ｂは、外管２の外部であって外管２の延在方向に配置されてイグナイタプラグ３ａと接続されている。

なお、内管１の閉塞端１ａからイグナイタプラグ３ａまでの距離は、内管１が熱膨張によって延在方向に伸張した場合であっても、内管１の閉塞端１ａからイグナイタプラグ３ａまでの距離が消炎距離以下とならないように設定されている。

このような構成を有する本実施形態の燃焼器１００において、消炎された状態から燃焼領域Ｒ１に火炎を形成する場合（すなわち始動時）には、一端側から内管１の内部に燃焼用ガスＧ１が供給される状態において、着火装置３のイグナイタプラグ３ａにて火炎核を形成する。
このようにイグナイタプラグ３ａにて火炎核が形成されると、死水領域Ｒ２に滞留する燃焼用ガスＧ１に着火し、この着火によって形成された火炎が外管２内部を下流側に伝播して燃焼領域に到達して保炎される。

ここで、本実施形態の燃焼器１００においては、イグナイタプラグ３ａが燃焼領域の上流側に配置されている。
このため、イグナイタプラグ３ａにて形成された火炎核が死水領域Ｒ２の燃焼用ガスＧ１に着火した後、火炎は、燃焼用ガスＧ１の流れ方向に対して外管２内部（内管１と外管２とによって挟まれた領域）を下流に向けて伝播されて燃焼領域に到達する。よって、本実施形態の燃焼器１００においては、燃焼用ガスＧ１の流れに逆らって火炎を伝播させる必要がなく、着火性が向上する。

また、本実施形態の燃焼器１００によれば、イグナイタプラグ３ａが燃焼領域Ｒ１の上流側に配置されているため、燃焼領域Ｒ１において燃焼用ガスＧ１が燃焼することによって生じる高温かつ高速の燃焼ガスＧ２中にイグナイタプラグ３ａが晒されることがない。また、燃焼用ガスＧ１が燃焼ガスＧ２と内管１を介しての熱交換によって高温となった場合であっても、死水領域Ｒ２における燃焼用ガスＧ１の速度が外管２内部の他の領域よりも遅いため、イグナイタプラグ３ａへの熱負荷を低減することができる。よって、着火装置３のイグナイタプラグ３ａが長寿命化される。

このように本実施形態の燃焼器１００によれば、燃焼用ガスＧ１への着火性の向上及び着火装置３のイグナイタプラグ３ａの長寿命化を図ることが可能となる。

また、本実施形態の燃焼器１００においては、内管１と外管２とが同心円状に配置され、イグナイタプラグ３ａが外管２の閉塞端２ａの中央領域に配置されている。
このため、イグナイタプラグ３ａから燃焼領域Ｒ１までの距離が、燃焼器１００の全周に亘って等しくなり、イグナイタプラグ３ａから燃焼領域Ｒ１までの火炎の伝播が燃焼器１００の全周に亘って均等に広がり、安定した火炎の伝播を実現できる。

なお、本実施形態においては、イグナイタプラグ３ａが固定される外管２の閉塞端２ａが平らで、内管１の閉塞端１ａと平行とされた構成について説明した。
しかしながら、例えば、外管２の閉塞端２ａイグナイタプラグ３ａに向けて傾斜するように構成しても良い。
このような構成を採用することによって、イグナイタプラグ３ａから燃焼領域Ｒ１までの火炎の伝播経路が滑らかとなり、より安定した火炎の伝播を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４は、本実施形態の燃焼器２００の概略構成を模式的に示す断面図である。
この図に示すように、本実施形態の燃焼器２００においては、着火装置３のイグナイタプラグ３ａが、内管１の延在方向に対してずれて配置されるように外管２の閉塞端２ａに対して固定されている。さらに、本実施形態の燃焼器２００は、複数のイグナイタプラグ３ａを備えている。

このような構成を有する本実施形態の燃焼器２００によれば、熱膨張により内管１が延在方向に伸張した場合であっても、内管１の閉塞端２ａとイグナイタプラグ３ａとの干渉及び接近のしすぎを防止することができる。

なお、本実施形態の燃焼器２００においても、図５に示すように、外管２の閉塞端２ａをイグナイタプラグ３ａに向けて傾斜するように構成しても良い。
このような構成を採用することによって、イグナイタプラグ３ａから燃焼領域Ｒ１までの火炎の伝播経路が滑らかとなり、より安定した火炎の伝播を実現することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る燃焼器の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明における第１配管として内管１を備え、本発明における第２配管として外管２を備え、これらの内管１と外管２とが同心円状に配置された二重管構造の燃焼器について説明した。
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、図６に示すような、第１配管と第２配管とが燃焼領域となる燃焼室を中心として巻回して配置される、いわゆるスイスロール型の燃焼器に適用することもできる。このようなスイスロール型の燃焼器に本発明を適用する場合には、例えば図５に示すように、第２配管１０の内部に燃焼室に連通すると共に内側における燃焼用ガスの流速が相対的に遅くなる別室２０を形成し、この別室２０の内側を死水領域Ｒ２としてイグナイタプラグ３ａを配置するように構成すれば良い。
また、本発明は、例えば特開２００７−２１２０８２号公報に記載された、いわゆるディスク型の燃焼器に適用することもできる。

また、上記実施形態においては、内管１の閉塞端１ａと外管２の閉塞端２ａとの間の領域が死水領域Ｒ２である構成について説明した。
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、内管１の閉塞端１ａと外管２の閉塞端２ａとの間の領域に接続される別室を形成し、当該別室の内側を死水領域とすることもできる。

また、例えば、死水領域Ｒ２における燃焼用ガスの流速が十分に遅くない場合には、死水領域Ｒ２に燃焼用ガスの流速を低下させる流速低減部材を配置しても良い。

また、上記実施形態においては、本発明の火炎核形成部としてイグナイタプラグ３ａを用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、火炎核（スパーク）が形成可能な装置であれば本発明の火炎核形成部として用いることができる。

本発明の第１実施形態における燃焼器の概略構成を模式的に示す斜視図である。本発明の第１実施形態における燃焼器の概略構成を模式的に示す断面図である。本発明の第１実施形態における燃焼器の変形例を示す断面図である。本発明の第２実施形態における燃焼器の概略を模式的に示す断面図である。本発明の第２実施形態における燃焼器の変形例を示す断面図である。本発明の変形例であるスイスロール型の燃焼器の概略構成図である。

符号の説明

１００，２００……燃焼器、１……内管（第１配管）、１ａ……閉塞端、１ｂ……開口部、２……外管（第２配管）、２ａ……開閉端、３……着火装置、３ａ……イグナイタプラグ（火炎形成部）、Ｇ１……燃焼用ガス、Ｇ２……燃焼ガス、Ｒ１……燃焼領域、Ｒ２……死水領域（低流速領域）

Claims

内部に燃焼用ガスが流れると共に消炎距離以下の開口部を介して前記燃焼用ガスを噴出する第１配管と、該第１配管の前記開口部から噴出された前記燃焼用ガスが供給されると共に上流側から供給される前記燃焼用ガスを燃焼して燃焼ガスを下流側に流す燃焼領域が内部に形成される第２配管と、前記第２配管に供給された燃焼用ガスに火炎核形成部にて形成した火炎核を用いて着火する着火装置とを備える燃焼器であって、
前記第２配管内部の前記燃焼領域の上流側に、前記第２配管内部における前記燃焼用ガスの流れのなかで相対的に流速が遅い低流速領域が形成され、
前記火炎核形成部が前記低流速領域に配置されており、
前記第１配管が、一端側から前記燃焼用ガスを供給されると共に他端が閉塞端とされた内管であり、
前記第２配管が、前記第１配管の外周に前記燃焼領域を隔てて配置され、一端側から前記燃焼ガスを排出すると共に他端が前記第１配管の他端側に配置される閉塞端とされた外管である
ことを特徴とする燃焼器。
前記第１配管の閉塞端と前記第２配管の閉塞端との間の領域が前記低流速領域とされていることを特徴とする請求項１記載の燃焼器。
前記第１配管と前記第２配管との同心円状に配置され、前記火炎核形成部が前記第２配管の閉塞端の中央領域に一つのみ配置されていることを特徴とする請求項２記載の燃焼器。