JP6202846B2 - 加熱炉 - Google Patents

Description

本発明は、両端が閉塞された円筒状の炉本体の内部に、一端が閉塞された円筒状の燃焼筒が、その開口端を前記炉本体の一端と間隔を隔てた状態で、同心状又は略同心状に設けられ、前記炉本体と前記燃焼筒との間の環状の空間に、内部に被加熱気体が供給される複数の加熱管が、夫々の軸心を前記炉本体の軸心に沿わせた状態で、前記燃焼筒の周りに沿う環状に並べて設けられ、前記炉本体の周壁部に配設されて、燃焼ガスを前記炉本体の接線方向に向けて前記炉本体内に噴出する外周バーナと、前記燃焼筒の閉塞端に配設されて、燃焼ガスを前記燃焼筒の開口端に向けて噴出する中央バーナとを備えた加熱炉に関する。

かかる加熱炉は、外周バーナにて炉本体の接線方向に向けて炉本体内に噴出される燃焼ガスにより、環状に並ぶ複数の加熱管を主として外周側から加熱すると共に、中央バーナにて燃焼筒の閉塞端側から開口端に向けて燃焼筒内に噴出される燃焼ガスにより、環状に並ぶ複数の加熱管を主として内周側から加熱することにより、複数の加熱管夫々に供給される被加熱気体を加熱して所定の処理を施すものである。ちなみに、中央バーナから噴出される燃焼ガスにより燃焼筒が加熱されるので、燃焼筒から放射される輻射熱によっても、環状に並ぶ複数の加熱管が内周側から加熱される。
例えば、炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気との混合気体を被加熱気体として加熱管に供給して、加熱管内で原燃料ガスを水素を主成分とする改質ガスに改質処理することにより、水素含有ガスを生成する用途で用いられる。

このような加熱炉において、従来は、多数の通気孔が燃焼筒の全域にわたって分散して形成されて、中央バーナの燃焼ガスの一部を多数の通気孔を通して筒外に流出させて、環状に並ぶ複数の加熱管を内周側から加熱するように構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。

２００８−３０９９７号公報

しかしながら、中央バーナにより燃焼ガスが燃焼筒の閉塞端側から開口端に向けて燃焼筒内に噴出される構成であるので、従来の加熱炉では、燃焼筒の全域にわたって多数の通気孔が形成されているものの、燃焼筒の開口端からの燃焼ガスの流出量が多くなり、しかも、燃焼筒の開口端から流出した燃焼ガスは加熱管同士の間隙を通過して、環状に並ぶ複数の加熱管の外周側に抜けてしまう。又、そのような燃焼ガスの流動形態に起因して、燃焼筒からの輻射熱量も燃焼筒の開口端側ほど多くなる。
従って、中央バーナによる複数の加熱管夫々の加熱量は、各加熱管における燃焼筒の開口端に対応する側ほど多くなる傾向となるので、複数の加熱管を夫々の軸心方向において均等に加熱し難く、延いては、複数の加熱管を加熱する加熱効率を向上する上で改善の余地があった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を向上して、加熱効率を向上し得る加熱炉を提供することにある。

本発明に係る加熱炉は、両端が閉塞された円筒状の炉本体の内部に、一端が閉塞された円筒状の燃焼筒が、その開口端を前記炉本体の一端と間隔を隔てた状態で、同心状又は略同心状に設けられ、前記炉本体と前記燃焼筒との間の環状の空間に、内部に被加熱気体が供給される複数の加熱管が、夫々の軸心を前記炉本体の軸心に沿わせた状態で、前記燃焼筒の周りに沿う環状に並べて設けられ、前記炉本体の周壁部に配設されて、燃焼ガスを前記炉本体の接線方向に向けて前記炉本体内に噴出する外周バーナと、前記燃焼筒の閉塞端に配設されて、燃焼ガスを前記燃焼筒の開口端に向けて噴出する中央バーナとを備えた加熱炉であって、第１特徴構成は、
前記燃焼筒が、外周面から輻射熱を放射する内側輻射筒として設けられ、
前記複数の加熱管が環状に並ぶ環状の加熱管列と前記内側輻射筒との間に、内径が前記内側輻射筒の外径よりも大径の円筒状の外側輻射筒が、前記内側輻射筒の開口端から前記内側輻射筒の軸心方向の両側に延びる状態で、前記炉本体と同心状又は略同心状に設けられ、
前記外側輻射筒における前記内側輻射筒の開口端に対して前記内側輻射筒の軸心方向の外方側の端部が、外側輻射筒閉塞部材にて閉塞されており、
前記外側輻射筒における前記内側輻射筒の軸心方向の閉塞端側の端部が、前記内側輻射筒の軸心方向中央付近に位置する点にある。

上記特徴構成によれば、中央バーナにより閉塞端側から開口端に向けて内側輻射筒内に噴出された燃焼ガスは、外側輻射筒閉塞部材に衝突して内側輻射筒の閉塞端側に折り返して、内側輻射筒と外側輻射筒との間の環状空間を内側輻射筒の閉塞端側に流動し、更に、外側輻射筒における内側輻射筒の軸心方向中央付近に位置する端部から流出して、環状の加熱管列と内側輻射筒との間の環状空間を内側輻射筒の閉塞端側に流動する。
そして、環状の加熱管列と内側輻射筒との間の環状空間を内側輻射筒の閉塞端側に向けて流動する燃焼ガスにより、複数の加熱管夫々における内側輻射筒の閉塞端側に対応する側の加熱が助長される。
従って、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を向上して、加熱効率を向上し得る加熱炉を提供することができる。

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
周方向に隣接する前記加熱管同士の間の間隙における前記内側輻射筒の閉塞端側に対応する側を閉塞する閉塞体が、前記加熱管列の全周にわたる状態で設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、内側輻射筒と外側輻射筒との間の環状空間を内側輻射筒の閉塞端側に流動する燃焼ガスは外側輻射筒の開口端から流出するが、そのように外側輻射筒の開口端から流出した燃焼ガスが、内側輻射筒の閉塞端側に向かわずに加熱管列の加熱管同士の間を通って外周側に流動するのが、閉塞体によって抑制されるので、環状の加熱管列と内側輻射筒との間の環状空間を内側輻射筒の閉塞端側に向けて流動した後、内側輻射筒の開口端側に向けて折り返して流動する流動形態で、燃焼ガスが流動するのが促進される。
つまり、環状の加熱管列と内側輻射筒との間の環状空間において、内側輻射筒の閉塞端側に対応する側の領域を流動する燃焼ガスの量を多くすると共に、その領域を燃焼ガスが流動する時間を長くすることができるので、複数の加熱管夫々における内側輻射筒の閉塞端側に対応する側の加熱が一層助長されることになる。
従って、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を一層向上して、加熱効率を一層向上することができる。

第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
前記外側輻射筒における前記内側輻射筒の閉塞端側の端部と、前記閉塞体における前記内側輻射筒の開口端側の端部とが、前記内側輻射筒の軸心方向において近接している又は重なっている点にある。

上記特徴構成によれば、外側輻射筒の開口端から流出した燃焼ガスが、内側輻射筒の閉塞端側に向かわずに加熱管列の加熱管同士の間を通って外周側に流動するのが、閉塞体によって更に抑制されることになり、環状の加熱管列と内側輻射筒との間の環状空間を内側輻射筒の閉塞端側に向けて流動した後、内側輻射筒の開口端側に向けて折り返して流動する流動形態で、燃焼ガスが流動するのが更に促進される。
つまり、環状の加熱管列と内側輻射筒との間の環状空間において、内側輻射筒の閉塞端側に対応する側の領域を流動する燃焼ガスの量を更に多くすると共に、その領域を燃焼ガスが流動する時間を更に長くすることができるので、複数の加熱管夫々における内側輻射筒の閉塞端側に対応する側の加熱が更に助長されることになる。
従って、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を更に向上して、加熱効率を更に向上することができる。

第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれか１つに加えて、
前記外側輻射筒の両端が開口され、その外側輻射筒が、前記炉本体における前記内側輻射筒の開口端側の開口を閉塞する炉本体閉塞部材に支持された状態で設けられ、
前記外側輻射筒閉塞部材が、前記炉本体閉塞部材にて構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、中央バーナにより噴出された燃焼ガスは、外側輻射筒閉塞部材を構成する炉本体閉塞部材に衝突して内側輻射筒の閉塞端側に折り返す。
そして、両端が開口した外側輻射筒を、炉本体の炉本体閉塞部材に支持させた状態で設けることにより、中央バーナから噴出された燃焼ガスを内側輻射筒の閉塞端側に折り返させるための構成を簡素化することができる。
従って、低廉化を図りながら、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を向上して、加熱効率を向上することができる。

第５特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれか１つに加えて、
前記外側輻射筒の一端が閉じ部材にて閉じられ、その外側輻射筒が、前記閉じ部材を前記内側輻射筒の開口端に対向させて、前記内側輻射筒に支持された状態で設けられ、
前記外側輻射筒閉塞部材が、前記閉じ部材にて構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、中央バーナから噴出された燃焼ガスは、外側輻射筒閉塞部材を構成する外側輻射筒の閉じ部材に衝突して、内側輻射筒の閉塞端側に折り返す。
ところで、外側輻射筒閉塞部材に衝突させて内側輻射筒の閉塞端側に折り返させた燃焼ガスを、できるだけ内側輻射筒の閉塞端側に流動させるには、内側輻射筒の開口端と外側輻射筒閉塞部材との間隔を極力狭くして、内側輻射筒の閉塞端側に折り返させる燃焼ガスの流速を速めるのが好ましい。
そこで、外側輻射筒を、その閉じ部材を内側輻射筒の開口端に対向させて、内側輻射筒に支持させて設けることにより、内側輻射筒の閉塞端側に折り返させる燃焼ガスの流速を速めるべく、内側輻射筒の開口端と外側輻射筒閉塞部材を構成する閉じ部材との間隔を極力狭くしても、内側輻射筒が熱膨張したときに、内側輻射筒の開口端と外側輻射筒の閉じ部材との間が閉塞されたり、狭くなり過ぎるのを回避することができる。
従って、内側輻射筒の閉塞端側に折り返させる燃焼ガスの流速を極力速めることができるので、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を更に向上して、加熱効率を更に向上することができる。

第６特徴構成は、上記第１〜第５特徴構成のいずれか１つに加えて、
前記中央バーナが、燃焼ガスを前記内側輻射筒の軸心周りに旋回する状態で噴出するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、中央バーナから燃焼ガスが内側輻射筒の軸心周りに旋回する状態で噴出される、換言すれば、中央バーナにより形成する火炎の長さが短くなって、内側輻射筒におけるその閉塞端側の領域の加熱が助長されるので、内側輻射筒の外周面におけるその閉塞端側の領域からの輻射熱量が増大し、複数の加熱管夫々における内側輻射筒の閉塞端側に対応する側の加熱が更に助長されることになる。
従って、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を更に向上して、加熱効率を更に向上することができる。

第７特徴構成は、上記第１〜第６特徴構成のいずれか１つに加えて、
前記内側輻射筒内における開口端側に、前記内側輻射筒の内径よりも小径の円柱状の流動案内体が、前記内側輻射筒と同心状又は略同心状に設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、内側輻射筒内をその開口端に向けて流動する燃焼ガスは、内側輻射筒と流動案内体との間の環状空間に流入して、その環状空間を流動する間に流速が速められるので、外側輻射筒閉塞部材に衝突して内側輻射筒と外側輻射筒との間の環状空間を内側輻射筒の閉塞端側に流動する燃焼ガスの流速が速められる。
それによって、外側輻射筒の開口端から流出した燃焼ガスのうち、環状の加熱管列と内側輻射筒との間の環状空間を内側輻射筒の閉塞端側に向けて流動する分の量を一層多くすることができると共に、その環状空間における内側輻射筒の閉塞端側に対応する端部に極力近づけるように、又は、その端部に届かせるように、燃焼ガスを流動させることができるので、複数の加熱管夫々における内側輻射筒の閉塞端側に対応する側の加熱が更に助長されることになる。
従って、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を更に向上して、加熱効率を更に向上することができる。

第８特徴構成は、上記第１〜第７特徴構成のいずれか１つに加えて、
炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気との混合気体が、被加熱気体として前記加熱管に供給されて、前記加熱管内で原燃料ガスを水素を主成分とする改質ガスに改質処理するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、複数の加熱管夫々を流動する炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気との混合気体が加熱されて、水素を主成分とする改質ガスに改質処理されるが、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性が向上して、複数の加熱管夫々を流動する混合気体の加熱効率が向上するので、原燃料ガスを改質ガスに改質処理する改質処理効率を向上することができる。
従って、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を向上して、水素を主成分とする改質ガスの生成効率を向上し得る加熱炉を提供することができる。

第１実施形態に係る加熱炉の縦断面図 第１実施形態に係る加熱炉の横断面図 第１実施形態に係る加熱炉における加熱管及びその周辺の縦断面図 第１実施形態に係る加熱炉における中央バーナ及びその周辺の縦断面図 第１実施形態に係る加熱炉における中央バーナの横断面図 加熱管における軸心方向での温度分布を示す図 第２実施形態に係る加熱炉の縦断面図 第２実施形態に係る加熱炉の横断面図 別実施形態に係る加熱炉の縦断面図

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
〔第１実施形態〕
先ず、第１実施形態を説明する。
図１及び図２に示すように、加熱炉は、両端が閉塞された円筒状の炉本体１に各種部材を組み付けて構成されている。つまり、その炉本体１が軸心を鉛直方向に沿わせた状態で設けられ、その炉本体１の内部に、一端が閉塞された円筒状の燃焼筒２が、その開口端２ｏを炉本体１の一端と間隔を隔てた状態で、同心状に設けられ、炉本体１と燃焼筒２との間の環状の空間３に、内部に被加熱気体Ｇｓが供給される複数の加熱管４が、夫々の軸心を炉本体１の軸心に沿わせた状態で、燃焼筒２の周りに沿う環状に並べて設けられている。
更に、炉本体１の周壁部１ａには、燃焼ガスＧｅを炉本体１の接線方向に向けて炉本体１内に噴出する外周バーナ５が備えられ、燃焼筒２の閉塞端２ｃには、燃焼ガスＧｅを燃焼筒２の開口端２ｏに向けて噴出する中央バーナ６が備えられている。

そして、図１及び図２に示すように、本発明では、燃焼筒２が、外周面から輻射熱を放射する内側輻射筒７として設けられ、複数の加熱管４が環状に並ぶ環状の加熱管列４Ｌと内側輻射筒７との間に、内径が内側輻射筒７の外径よりも大径の円筒状の外側輻射筒８が、内側輻射筒７の開口端７ｏ（燃焼筒２の開口端２ｏに相当する）から内側輻射筒７の軸心方向の両側に延びる状態で、炉本体１と同心状に設けられ、外側輻射筒８における内側輻射筒の開口端７ｏに対して内側輻射筒７の軸心方向の外方側の端部が、外側輻射筒閉塞部材３０にて閉塞されている。
更に、周方向に隣接する加熱管４同士の間の間隙における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ（燃焼筒２の閉塞端２ｃに相当する）側に対応する側を閉塞する閉塞体９が、加熱管列４Ｌの全周にわたる状態で設けられている。

この実施形態では、炭化水素系の原燃料ガス（例えば、メタンガスを主成分とする都市ガス）と水蒸気との混合気体が、被加熱気体Ｇｓとして加熱管４に供給されて、加熱管４内で原燃料ガスを、水素を主成分とする改質ガスＧｒに改質処理するように構成されている。

以下、加熱炉の各部について、説明を加える。
図１及び図２に示すように、炉本体１は、円筒状の周壁部１ａの上端開口が上蓋１ｕにより閉じられ、下端開口が下蓋１ｄにより閉じられて構成され、周壁部１ａ、上蓋１ｕ及び下蓋１ｄ夫々の内面には、断熱材１０が配設されている。
内側輻射筒７は、その上端が炉本体１の上蓋１ｕにて閉塞されると共に、その上蓋１ｕに吊り下げ状に支持された状態で、炉本体１内に同心状に設けられ、その内側輻射筒７の下方の開口端７ｏは、炉本体１の下蓋１ｄの内面に配設された断熱材１０に対して、間隔を隔てた状態で対向している。

この実施形態では、１２本の加熱管４が、内側輻射筒７の周りに、炉本体１と同心状の円周に沿って等間隔で設けられている。各加熱管４は、上端部を炉本体１の上蓋１ｕから外部に突出させると共に、軸芯を炉本体１の軸心に沿わせた状態で、炉本体１の上蓋１ｕに吊り下げ状に支持されて設けられ、その下端４ｄは、炉本体１の下蓋１ｄの内面に配設された断熱材１０に対して、間隔を隔てた状態で近接している。

図１に示すように、この第１実施形態では、外側輻射筒８が、上下両端が開口されると共に、下端に鍔部８ｆを備えるように構成され、その外側輻射筒８が、鍔部８ｆを炉本体１の下蓋１ｄの内面に配設された断熱材１０に密着させて、その断熱材１０に支持された状態で、環状の加熱管列４Ｌと内側輻射筒７との間に配設されている。そして、炉本体１の下蓋１ｄの内面に配設された断熱材１０が、炉本体１における内側輻射筒７の開口端７ｏ側の開口を閉塞する炉本体閉塞部材に相当する。つまり、外側輻射筒閉塞部材３０が、炉本体閉塞部材としての炉本体１の下蓋１ｄの内面に配設された断熱材１０にて構成されていることになる。

図２に示すように、閉塞体９は、炉本体１の軸心方向視において、その炉本体１と同心の円弧状を呈する細長板状に構成され、そのような閉塞体９が、環状の加熱管列４Ｌにおける全ての加熱管４同士の間に設けられている。
図１に示すように、外側輻射筒８の上端の開口端８ｏ（即ち、外側輻射筒８における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側の端部に相当する）と閉塞体９の下端９ｄ（即ち、閉塞体９における内側輻射筒７の開口端７ｏ側の端部）とが、内側輻射筒７の軸心方向において近接している。

炉本体１の上端側には、２個のバーナ挿通孔１１が、夫々の軸心を炉本体１の接線方向に沿わせて、炉本体１の周壁部１ａ及びその周壁部１ａの内面に配設された断熱材１０を貫通させ、且つ、炉本体１内に臨む開口を炉本体１の周方向の同方向に向けた状態で、周方向に中心角で略１８０°に相当する間隔を隔てて設けられている。そして、各バーナ挿通孔１１に、外周バーナ５がその火炎形成方向をバーナ挿通孔１１の軸心に沿わせた姿勢で配設されている。
各外周バーナ５は、詳細な説明及び図示を省略するが、長さが比較的長い火炎を形成するように構成されている。

又、図１に示すように、炉本体１の下端部には、排気孔１２が、炉本体１の周壁部１ａ及びその周壁部１ａの内面に配設された断熱材１０を貫通させた状態で設けられている。
つまり、２基の外周バーナ５から、燃焼ガスＧｅが炉本体１の接線方向に向けて炉本体１内に噴出されることになり、それら２基の外周バーナ５から噴出された燃焼ガスＧｅは、炉本体１の内周面に沿って旋回しながら下方に流動し、主として１２本の加熱管４の外周側を加熱した後、排気孔１２に接続された排気管１３を通して炉外に排出される。

図４及び図５に示すように、中央バーナ６は、夫々円筒状で、内側から順に同心状に並ぶ内側空気噴出筒６１、燃料噴出筒６２、外側空気噴出筒６３、空気供給室形成筒６４、及び、先端を混合ガス噴出口６５とする混合ガス噴出筒６６等を備えて構成されている。

図４に示すように、内側空気噴出筒６１の両端が開口され、その両端は燃料噴出筒６２の両端から突出し、燃料噴出筒６２の先端には、複数の燃料噴出孔６２ａが周方向に等間隔で並べて設けられ、その基端部には、その基端開口に連通する燃料供給口６７ａを形成する燃料供給口形成部材６７が設けられている。
図４に示すように、外側空気噴出筒６３の基端は燃料供給口形成部材６７にて閉じられ、その先端は開口され、図５にも示すように、その外側空気噴出筒６３には、複数（この実施形態では３個）の空気旋回噴出孔６３ａが、夫々の孔長さ方向を外側空気噴出筒６３の接線方向に沿わせ、且つ、外側空気噴出筒６３内に臨む開口を外側空気噴出筒６３の周方向の同方向に向けた状態で、外側空気噴出筒６３の周方向に等間隔で形成されている。
混合ガス噴出筒６６は、外側空気噴出筒６３の先端に、その外側空気噴出筒６３と同心状で連通する状態で設けられている。

空気供給室形成筒６４は、空気供給室６８を、外側空気噴出筒６３の複数の空気旋回噴出孔６３ａ、及び、内側空気噴出筒６１の基端開口を臨ませる状態で形成すべく、外側空気噴出筒６３及び燃料供給口形成部材６７を覆う形態で設けられ、その空気供給室形成筒６４には、空気供給口６４ａが設けられている。
図１にも示すように、上述のように構成された中央バーナ６が、混合ガス噴出口６５を内側輻射筒７と同心状で下向きにして、内側輻射筒７の上端部に挿入した状態で、炉本体１の上蓋１ｕに支持されて設けられている。

そして、ガス燃料Ｇｆが燃料供給口６７ａを介して燃料噴出筒６２内に供給されると共に、燃焼用空気Ａが空気供給口６４ａを介して空気供給室６８内に供給される。すると、燃料噴出筒６２内に供給されたガス燃料Ｇｆは、その先端の複数の燃料噴出孔６２ａから混合ガス噴出筒６６内に噴出される。又、空気供給室６８内に供給された燃焼用空気Ａの一部は、内側空気噴出筒６１の基端からその内側空気噴出筒６１内に流入して、その内側空気噴出筒６１の先端から混合ガス噴出筒６６内に噴出され、残部は、複数の空気旋回噴出孔６３ａから外側空気噴出筒６３に流入し、その外側空気噴出筒６３の内周面に沿って旋回しながら流動し、その外側空気噴出筒６３の先端から旋回する状態で混合ガス噴出筒６６内に噴出される。

つまり、複数の燃料噴出孔６２ａから噴出されたガス燃料Ｇｆの中央に、内側空気噴出筒６１の先端から、燃焼用空気Ａが内側輻射筒７の軸心方向に沿って直進状に混合ガス噴出筒６６内に噴出されると共に、外側空気噴出筒６３の先端から、燃焼用空気Ａが内側輻射筒７の軸心周りに旋回する状態で混合ガス噴出筒６６内に噴出されるので、ガス燃料Ｇｆと燃焼用空気Ａとの混合ガスが、混合ガス噴出筒６６の内周面に沿って旋回する状態で流動して、その混合ガス噴出筒６６の先端から、内側輻射筒７の軸心周りに旋回する状態で内側輻射筒７内に噴出される。
すると、中央バーナ６により、比較的短い火炎が、内側輻射筒７の内面に沿って旋回する状態で形成されることになる。
つまり、中央バーナ６が、燃焼ガスＧｅを内側輻射筒７の軸心周りに旋回する状態で噴出するように構成されていることになる。

図１に示すように、中央バーナ６から内側輻射筒７内に噴出された燃焼ガスＧｅは、内側輻射筒７の内面に沿って旋回しながら下方に流動して内側輻射筒７の開口端７ｏから流出し、炉本体１の下蓋１ｄの内面に配設された断熱材１０（即ち、外側輻射筒閉塞部材３０）に衝突して上向き（内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に相当する）に折り返して、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間の環状空間１４を上向きに流動する。更に、燃焼ガスＧｅは、外側輻射筒８の上方の開口端８ｏから流出して、環状の加熱管列４Ｌと内側輻射筒７との間の環状空間１５を内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に上向きに流動した後、炉本体１の上蓋１ｕの内面に配設された断熱材１０（炉本体１の上方の閉塞端に相当する）に衝突して下向きに折り返し、周方向に隣接する加熱管４同士の間における閉塞体９により閉塞されていない部分を加熱管列４Ｌの外周側に抜けて、排気孔１２に接続された排気管１３を通して炉外に排出される。

そして、内側輻射筒７から放射される輻射熱、並びに、内側輻射筒７の開口端７ｏから流出して上向きに流動する燃焼ガスＧｅにより、主として１２本の加熱管４の内周側が加熱される。
しかも、外側輻射筒８の上方の開口端８ｏから流出して、環状の加熱管列４Ｌと内側輻射筒７との間の環状空間１５を上向きに流動する燃焼ガスＧｅにより、複数の加熱管４夫々における上方側の部分（内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に対応する側の部分に相当する）の加熱が助長される。

更に、この実施形態では、周方向に隣接する加熱管４同士の間の間隙における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に対応する側が、加熱管列４Ｌの全周にわたって、閉塞体９により閉じられているので、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間の環状空間１４を上向きに流動して、外側輻射筒８の開口端８ｏから流出した燃焼ガスＧｅが、内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に向かわずに加熱管列４Ｌの加熱管４同士の間を通って外周側に流動するのが、閉塞体９によって抑制される。
従って、環状の加熱管列４Ｌと内側輻射筒７との間の環状空間１５を内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に向けて流動した後、内側輻射筒７の開口端７ｏ側に向けて折り返して流動する流動形態で、燃焼ガスＧｅが流動するのが促進される。
その結果、環状の加熱管列４Ｌと内側輻射筒７との間の環状空間１５において、内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に対応する側の領域を流動する燃焼ガスＧｅの量を多くすると共に、その領域を燃焼ガスＧｅが流動する時間を長くすることができるので、複数の加熱管４夫々における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に対応する側の加熱が一層助長されることになり、複数の加熱管４夫々における軸心方向での加熱の均等性が効果的に向上する。

図３に示すように、各加熱管４は、上下両端が閉塞された外管４１の内部に、下端が開口した内管４２が配設された二重管により構成され、外管４１と内管４２との間の環状空間に、原燃料ガスを水素ガスを主成分とする改質ガスに改質処理するための改質触媒４３が充填されている。
図１及び図３に示すように、リング状の供給ヘッダ管４４から１２本の供給管４５が分岐され、各供給管４５が各加熱管４の外管４１における炉本体１の上蓋１ｕからの突出部に連通接続されている。又、リング状の排出ヘッダ管４６から１２本の排出管４７が分岐され、各排出管４７が各加熱管４の内管４２の上端に連通接続されている。

そして、原燃料ガスと水蒸気との混合気体である被加熱気体Ｇｓが供給ヘッダ管４４に供給されると、被加熱気体Ｇｓが各供給管４５を介して各加熱管４に供給され、各加熱管４において、上述の如き外周バーナ５と中央バーナ６との加熱による高温下で、原燃料ガスが改質触媒４３の作用により改質ガスＧｒに改質処理され、その改質ガスＧｒが各排出管４７を介して排出ヘッダ管４６に集められ、その排出ヘッダ管４６を通して改質ガスＧｒの供給先に送出される。
中央バーナ６により複数の加熱管４を加熱するに当たっては、上述のように、複数の加熱管４夫々における軸心方向での加熱の均等性が効果的に向上するので、改質ガスの生成効率を効果的に向上することができる。

次に、図６に基づいて、複数の加熱管４夫々における軸心方向での加熱の均等性を向上できる点を検証した結果を説明する。
この検証試験では、１２本の加熱管４のうちの所定の複数の加熱管４について、加熱管４の軸心方向における所定の複数箇所（この実施形態では９か所）で、各加熱管４の外周面における炉本体１の中央側に対応する箇所の温度を検出した。図６に、加熱管４の下端４ｄからの距離が異なる各箇所と各箇所の検出温度の平均値との関係、即ち、加熱管４における軸心方向での温度分布を示す。
又、この検証試験では、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間隔を１５ｍｍに設定した場合と、４０ｍｍに設定した場合を対象にした。
図６により、複数の加熱管４夫々における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に対応する側（加熱管４の下端４ｄからの距離が長い側）の温度を高めて、加熱管４の軸心方向での温度分布を小さくできることがわかる。

又、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間隔が１５ｍｍの場合と４０ｍｍの場合とを比較すると、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間隔が１５ｍｍの場合の方が、加熱管４における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に対応する側の温度が高くなることがわかる。これは、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間隔が狭いので、燃焼ガスＧｅが内側輻射筒７と外側輻射筒８との間の環状空間１４を流動する間に速度がより速められ、内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側への流動がより促進されるためであると考えられる。
つまり、本実施形態の場合は、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間隔を４０ｍｍにする方が、１５ｍｍにするのに比べて、加熱管４の軸心方向での温度分布を小さくできて、加熱管４の軸心方向での加熱の均等性をより一層向上できることがわかる。

〔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、流動案内体２１を追加した以外は、上記の第１実施形態と同様であるので、主として、流動案内体２１について説明する。
図７及び図８に示すように、この第２実施形態では、内側輻射筒７内における開口端７ｏ側に、内側輻射筒７の内径よりも小径の円柱状の流動案内体２１が、内側輻射筒７と同心状に設けられている。
図７に示すように、この流動案内体２１は、炉本体１の下蓋１ｄの内面に配設された断熱材１０上に立設されている。

この第２実施形態の加熱炉では、内側輻射筒７内をその開口端７ｏに向けて流動する燃焼ガスＧｅは、内側輻射筒７と流動案内体２１との間の環状空間２２に流入して、その環状空間２２を流動する間に流速が速められるので、炉本体１の下蓋１ｄの内面の断熱材１０（即ち、外側輻射筒閉塞部材３０）に衝突して内側輻射筒７と外側輻射筒８との間の環状空間１４を内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に流動する燃焼ガスＧｅの流速が速められる。
それによって、外側輻射筒８の開口端８ｏから流出した燃焼ガスＧｅのうち、環状の加熱管列４Ｌと内側輻射筒７との間の環状空間１５を内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に向けて流動する分の量を一層多くすることができると共に、その環状空間１５における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に対応する端部に極力近づけるように、又は、その端部に届かせるように、燃焼ガスＧｅを流動させることができるので、複数の加熱管４夫々における内側輻射筒７の閉塞端７ｏ側に対応する側の加熱が更に助長されることになり、複数の加熱管４夫々における軸心方向での加熱の均等性が更に向上する。

但し、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間隔が狭過ぎると、燃焼ガスＧｅが内側輻射筒７と外側輻射筒８との間の環状空間１４を流動する間に速度が速められ過ぎて、必要以上に、内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に流動する場合もあり得るので、流動案内体２１を設ける場合は、内側輻射筒７と外側輻射筒８との間隔を比較的広く（例えば、４０ｍｍ以上に）する方が好ましい。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の第１及び第２の各実施形態では、外側輻射筒８における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側の端部と、閉塞体９における内側輻射筒７の開口端７ｏ側の端部とを、内側輻射筒７の軸心方向において近接させるように構成したが、内側輻射筒７の軸心方向において、重ねるように構成しても良い。

（ロ） 上記の第１及び第２の各実施形態で設けた閉塞体９を省略しても良い。

（ハ） 図９に示すように、外側輻射筒８の一端を閉じ部材８ｃにて閉じ、その外側輻射筒８を、閉じ部材８ｃを内側輻射筒７の開口端７ｏに対向させて、内側輻射筒７に支持した状態で設けて、外側輻射筒閉塞部材３０を、閉じ部材８ｃにて構成しても良い。
外側輻射筒８は、その開口端８ｏにおける周方向に分散した複数箇所（例えば、４か所）で、連結部材１６により内側輻射筒７に吊り下げ支持されている。
また、上記の第２実施形態と同様の流動案内体２１が、その下端部における周方向に分散した複数箇所（例えば、４か所）で、連結部材１７により内側輻射筒７に支持されている。

この場合は、中央バーナ６から内側輻射筒７内に噴出されて、内側輻射筒７内をその開口端７ｏに向けて流動する燃焼ガスＧｅは、内側輻射筒７と流動案内体２１との間の環状空間２２に流入して、その環状空間２２を流動し、更に、外側輻射筒８の閉じ部材８ｃ（即ち、外側輻射筒閉塞部材３０）に衝突して、上向き（内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側に相当する）に折り返す。
尚、図９に示す別実施形態において、流動案内体２１を省略しても良い。

図９に示す別実施形態では、外側輻射筒８の長さを短くして、外側輻射筒８の上端の開口端８ｏと閉塞体９の下端９ｄとを、内側輻射筒７の軸心方向において離しているが、外側輻射筒８の長さを長くして、外側輻射筒８の上端の開口端８ｏ（即ち、外側輻射筒８における内側輻射筒７の閉塞端７ｃ側の端部に相当する）と閉塞体９の下端９ｄ（即ち、閉塞体９における内側輻射筒７の開口端７ｏ側の端部）とを、内側輻射筒７の軸心方向において近接させたり重ねても良い。

（ニ） 加熱管４の設置数は、第１及び第２の各実施形態において例示した１２本に限定されるものではなく、加熱処理対象の被加熱気体の流量に応じて適宜設定することができる。

（ホ） 被加熱気体Ｇｓの具体例は、上記の第１及び第２の各実施形態において例示した炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気との混合気体に限定されるものではない。

以上説明したように、複数の加熱管夫々における軸心方向での加熱の均等性を向上して、加熱効率を向上し得る加熱炉を提供することができる。

１ 炉本体
１ａ 周壁部
２ 燃焼筒
２ｃ 閉塞端
２ｏ 開口端
３ 環状の空間
４ 加熱管
４Ｌ 加熱管列
５ 外周バーナ
６ 中央バーナ
７ 内側輻射筒
７ｃ 閉塞端
７ｏ 開口端
８ 外側輻射筒
８ｃ 閉じ部材
９ 閉塞体
１０ 炉本体の下蓋の内面に配設された断熱材（炉本体閉塞部材）
２１ 流動案内体
３０ 外側輻射筒閉塞部材
Ｇｅ 燃焼ガス
Ｇｒ 改質ガス
Ｇｓ 被加熱気体

Claims (8)

1. 両端が閉塞された円筒状の炉本体の内部に、一端が閉塞された円筒状の燃焼筒が、その開口端を前記炉本体の一端と間隔を隔てた状態で、同心状又は略同心状に設けられ、
   前記炉本体と前記燃焼筒との間の環状の空間に、内部に被加熱気体が供給される複数の加熱管が、夫々の軸心を前記炉本体の軸心に沿わせた状態で、前記燃焼筒の周りに沿う環状に並べて設けられ、
   前記炉本体の周壁部に配設されて、燃焼ガスを前記炉本体の接線方向に向けて前記炉本体内に噴出する外周バーナと、前記燃焼筒の閉塞端に配設されて、燃焼ガスを前記燃焼筒の開口端に向けて噴出する中央バーナとを備えた加熱炉であって、
   前記燃焼筒が、外周面から輻射熱を放射する内側輻射筒として設けられ、
   前記複数の加熱管が環状に並ぶ環状の加熱管列と前記内側輻射筒との間に、内径が前記内側輻射筒の外径よりも大径の円筒状の外側輻射筒が、前記内側輻射筒の開口端から前記内側輻射筒の軸心方向の両側に延びる状態で、前記炉本体と同心状又は略同心状に設けられ、
   前記外側輻射筒における前記内側輻射筒の開口端に対して前記内側輻射筒の軸心方向の外方側の端部が、外側輻射筒閉塞部材にて閉塞されており、
   前記外側輻射筒における前記内側輻射筒の軸心方向の閉塞端側の端部が、前記内側輻射筒の軸心方向中央付近に位置する加熱炉。
2. 周方向に隣接する前記加熱管同士の間の間隙における前記内側輻射筒の閉塞端側に対応する側を閉塞する閉塞体が、前記加熱管列の全周にわたる状態で設けられている請求項１に記載の加熱炉。
3. 前記外側輻射筒における前記内側輻射筒の閉塞端側の端部と、前記閉塞体における前記内側輻射筒の開口端側の端部とが、前記内側輻射筒の軸心方向において近接している又は重なっている請求項２に記載の加熱炉。
4. 前記外側輻射筒の両端が開口され、その外側輻射筒が、前記炉本体における前記内側輻射筒の開口端側の開口を閉塞する炉本体閉塞部材に支持された状態で設けられ、
   前記外側輻射筒閉塞部材が、前記炉本体閉塞部材にて構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱炉。
5. 前記外側輻射筒の一端が閉じ部材にて閉じられ、その外側輻射筒が、前記閉じ部材を前記内側輻射筒の開口端に対向させて、前記内側輻射筒に支持された状態で設けられ、
   前記外側輻射筒閉塞部材が、前記閉じ部材にて構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱炉。
6. 前記中央バーナが、燃焼ガスを前記内側輻射筒の軸心周りに旋回する状態で噴出するように構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱炉。
7. 前記内側輻射筒内における開口端側に、前記内側輻射筒の内径よりも小径の円柱状の流動案内体が、前記内側輻射筒と同心状又は略同心状に設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の加熱炉。
8. 炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気との混合気体が、被加熱気体として前記加熱管に供給されて、前記加熱管内で原燃料ガスを水素を主成分とする改質ガスに改質処理するように構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱炉。

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