JP7311155B2 - ガス燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス燃焼装置に関する。

特許文献１には、ガス燃焼装置が開示されている。ガス燃焼装置は、燃焼室を有する内筒と、内筒の側面に設けられる排出口とを備える。焼却排ガスは、排出口から排出される。

特開２０１７－１５０６９９号公報

ところで、多量のガスを燃焼させるためには、ガス燃焼装置を大型化する必要がある。しかし、ガス燃焼装置を大型にすると、重量が増大し、また、設置スペース上の問題も生じる。そこで、大型化を抑制できるガス燃焼装置を提供する。

（１）上記課題を解決するガス燃焼装置は、バーナと、前記バーナから供給される燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する炉体とを備え、前記炉体は、燃焼室を構成する本体部を有し、前記本体部は、前記燃焼室の上流側に設けられる上流壁と、前記燃焼室の下流側に設けられる下流壁と、前記燃焼室の周囲を覆うように前記上流壁と前記下流壁とを繋ぐ周壁とを備え、前記上流壁は、焚口と、前記焚口の周囲に配置されて希釈空気を前記燃焼室に供給する複数の空気供給口とを有し、前記下流壁は、前記希釈空気と前記燃焼ガスとが混合した混合ガスを排出する少なくとも１つの排出口を有する。

この構成によれば、空気供給口から燃焼室内に希釈空気を供給することによって、燃焼ガスの周囲に空気層を形成できる。空気層は、高温の燃焼ガスによる周壁への対流伝熱を妨げることで、本体部の周壁の温度上昇を抑制できる。このようなことから、耐熱性が低い部材によって本体部の周壁を構成できるようになり、本体部の重量増大を抑制できる。

（２）上記ガス燃焼装置において、前記本体部は、前記空気供給口としての第１空気供給口と、前記周壁に設けられて希釈空気を前記燃焼室に供給する第２空気供給口とを備える。この構成によれば、燃焼ガスは、さらに希釈空気によって希釈されるため、燃焼ガスの温度上昇を抑制できる。これによって耐熱性が低い部材によって本体部を構成できるようになり、重量増大を抑制できる。また、第２空気供給口から供給される希釈空気によって、燃焼ガスとの対流混合が起きるため、燃焼ガスの高温領域が生じる高さを抑制できることから、燃焼室を小さくできる。このようにして、ガス燃焼装置の大型化を抑制できる。

（３）上記ガス燃焼装置において、前記炉体は、さらに、前記本体部の前記周壁および前記上流壁の少なくとも一部を囲むように設けられて前記希釈空気が通るように構成される通路部を備え、前記通路部は、前記第１空気供給口に接続される。この構成によれば、希釈空気によって本体部を冷却できる。これによって耐熱性が低い部材によって本体部を構成できるようになり、本体部の重量増大を抑制できる。

（４）上記ガス燃焼装置において、前記炉体は、さらに、前記排出口から排出される前記混合ガスと希釈空気とを混合する混合部を備える。この構成によれば、希釈空気によって排出口から排出される混合ガスを冷却できる。これによって耐熱性が低い部材によって炉体の下流部を構成できるようになり、炉体の重量増大を抑制できる。

（５）上記ガス燃焼装置において、前記下流壁は、前記バーナの中心軸線に交差する中央部が下流側に突出するように構成され、前記下流壁には、複数の前記排出口が設けられ、複数の前記排出口は、前記中心軸線を中心とする仮想円の周方向に配置され、かつ、複数の前記排出口それぞれは、径方向に向かって開口する。この構成によれば、排出口から排出される混合ガスと希釈空気とを対流混合によって効率的に混合できるため、排出口から排出される混合ガスを迅速に冷却できる。これによって、炉体の大型化を抑制できる。

上記ガス燃焼装置によれば、炉体の大型化を抑制できる。

ガス燃焼装置の斜視図。 炉体の斜視図。 本体部の斜視図。 本体部の正面図。 上から見た上流壁の平面図。 図４のＶＩ－ＶＩ線に沿う本体部の断面図。 上から見た下流壁の平面図。 図２のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う炉体の断面斜視図。 図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う炉体の断面図。 第１整流板の部分平面図。 図８のＸＩ－ＸＩ線に沿う炉体の断面斜視図。 図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿う炉体の断面斜視図。 図２のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う炉体の断面図。 排出ガイドの変形例を有する下流壁の断面図。 本体部の変形例の断面図。 本体部の変形例の断面斜視図。 下流壁の変形例の斜視図。 下流壁の変形例の断面図。

図１～図１３を参照して、ガス燃焼装置について説明する。
ガス燃焼装置１は、燃料ガスＧＦを燃焼させる。具体的には、ガス燃焼装置１は、不要な燃料ガスＧＦを燃焼させる。燃料ガスＧＦとして、例えば液化天然ガス（Liquefied Natural Gas、以下、ＬＮＧ）が挙げられる。ＬＮＧ運搬船やＬＮＧ燃料船では、運航中に燃料タンク内のＬＮＧが揮発しボイルオフガス（Boil Off Gas、以下、ＢＯＧ）が発生する。地球温暖化防止や環境負荷低減のため、ＢＯＧを大気中に放出することは規制されている。このようなことから、ＬＮＧ運搬船やＬＮＧ燃料船において、ＢＯＧをガス燃焼装置１によって燃焼させる。他の例として、燃料タンクにＬＮＧを供給する場合や、燃料タンクを空にする場合、燃料タンク内に存在する窒素やその他の不活性ガスを含むＢＯＧとして排出される燃料ガスＧＦをガス燃焼装置１によって燃焼させる。以下、ガス燃焼装置１の一例を説明する。

図１に示されるように、ガス燃焼装置１は、バーナ２と、炉体３とを備える。本実施形態では、ガス燃焼装置１は、さらに架台５を備える。炉体３は、架台５に取り付けられる。バーナ２は、炉体３の下に取り付けられ、架台５内に配置される。

バーナ２は、燃料ガスＧＦと燃焼用空気ＡＢとを炉体３に供給する。一例では、バーナ２は、スロート２ａと、燃料ガスＧＦを供給する燃料供給管（図示略）と、パイロットバーナ（図示略）とを備える（図１３参照）。パイロットバーナは、燃料ガスＧＦを燃焼する際の点火源または助燃源として作動させる。

炉体３は、バーナ２から供給される燃料ガスＧＦと燃焼用空気ＡＢとを燃焼させて燃焼ガスＧＢを生成する。
炉体３は、燃焼室４を構成する本体部１０を有する。さらに、炉体３は、希釈空気ＡＤが通る通路部１１を有することが好ましい。さらに、炉体３は、混合部１２を有することが好ましい。さらに、炉体３は、希釈空気ＡＤを混合部１２まで送る案内部１３を有することが好ましい。さらに、炉体３は、通路部１１および案内部１３とダクト６とを接続する接続部１４とを有することが好ましい。

図２に示されるように、本実施形態では、炉体３は、本体部１０と、本体部１０を収容する収容部４０を備える。通路部１１、混合部１２、および案内部１３は、収容部４０と本体部１０との間に設けられる（図８参照）。

図３～図８を参照して、本体部１０について説明する。
図４および図８に示されるように、本体部１０は、燃焼室４の上流側に設けられる上流壁１５と、燃焼室４の下流側に設けられる下流壁１７と、燃焼室４の周囲を覆うように上流壁１５と下流壁１７とを繋ぐ周壁１６とを備える。

本実施形態では、本体部１０において、燃料ガスＧＦおよび燃焼用空気ＡＢがバーナ２に供給され、後述の焚口２０において燃料ガスＧＦと燃焼用空気ＡＢとが混合し、パイロットバーナによって形成される火炎によって点火および助燃されガス火炎が形成されて燃焼ガスＧＢが発生する。本実施形態では、バーナ２の中心軸線を「軸線ＬＧ」という（図１３参照）。軸線ＬＧの方向は、上下方向ＤＡに一致する。

本体部１０は、軸線ＬＧに沿うように生成する燃焼ガスＧＢを囲むように構成される。下流壁１７は、上流壁１５よりも上方の位置に配置される。上流壁１５を基準面としたときの下流壁１７は、燃料ガスＧＦと燃焼用空気ＡＢとが混合し燃焼して形成される火炎の高さよりも充分に高い位置に配置される。

上流壁１５は、耐火材や断熱材によって構成される。耐火材として、例えばキャスタブルと呼ばれる耐火コンクリートが挙げられる。キャスタブルは、耐火性に優れた骨材とアルミナセメントとを混合することによって形成される。また、断熱材としてはウエットフルトを用いても良い。ウエットフェルトは、ブランケットに無機結合材を含ませた湿潤状態のシート状製品であり、あらかじめ所定の形状に成形しておき乾燥することで硬化し、成型して、製造完了となる。下流壁１７および周壁１６は、金属によって形成される。下流壁１７および周壁１６は、例えば、鉄または鉄合金によって形成される。

図５に示されるように、上流壁１５は、焚口２０と、複数の第１空気供給口２１とを有する。焚口２０では、前述のようにバーナ２によって供給された燃料ガスＧＦと燃焼用空気ＡＢとが混合し火炎を形成して燃焼ガスＧＢが発生する。焚口２０は、上流壁１５の中央部に設けられる。焚口２０には、焚口２０を囲む筒部材２２が設けられるとともに、筒部材２２に連通する筒部材４４（後述参照）の内部にはバーナ２が配置される（図１３参照）。筒部材２２は、上流壁１５の下面に下方に突出するように設けられる。

第１空気供給口２１は、希釈空気ＡＤを燃焼室４に供給するための開口部である。複数の第１空気供給口２１は、上流壁１５において焚口２０の周囲に配置される。複数の第１空気供給口２１は、軸線ＬＧを中心とする仮想円において等間隔に配置される。

第１空気供給口２１から供給される希釈空気ＡＤは、周壁１６に沿うように上昇する（図８参照）。複数の第１空気供給口２１から供給される希釈空気ＡＤは、燃焼ガスＧＢを発生する火炎を囲む空気層ＡＬを形成する。このような空気層ＡＬは、火炎から周壁１６への熱伝達を抑制する。

周壁１６は、火炎および燃焼ガスＧＢを囲むように構成される。本実施形態では、周壁１６は、軸線ＬＧを中心とする円筒形状に構成される。周壁１６には、複数の第２空気供給口２５が設けられる。第２空気供給口２５は、希釈空気ＡＤを燃焼室４に供給するための開口部である。

図３および図４に示されるように、複数の第２空気供給口２５は、すべての第２空気供給口２５が上下方向ＤＡにおいて、同じ高さの位置に配されるように、設けられる。本実施形態では、複数の第２空気供給口２５の高さは、燃焼ガスＧＢを発生する火炎長さの終端高さを目標高さとするように設定され、例えば、複数の第２空気供給口２５は、本体部１０の高さの略半分の位置に配置される。また、複数の第２空気供給口２５は、仕切板５０よりも上の位置に配置される。複数の第２空気供給口２５は、希釈空気ＡＤの通路である案内部１３（図８参照）に沿う周壁部分を貫通して配置される。

図６に示されるように、複数の第２空気供給口２５は、軸線ＬＧを中心とする仮想円において等間隔に設けられる。第２空気供給口２５には、希釈空気ＡＤを案内する給気ガイド２６が設けられる。給気ガイド２６は、筒状に構成される。なお、図６において、仕切板５０は、省略されている。

一例では、給気ガイド２６の中心軸心は、軸線ＬＧを中心とする仮想円の径方向ＤＲ（以下、単に「径方向ＤＲ」という。）に延びる。給気ガイド２６は、周壁１６内に配置される内側部２７と、周壁１６の外に配置される外側部２８とを備える。外側部２８の開口端２８ａに沿う面ＰＡは、軸線ＬＧに沿う方向からみて、径方向ＤＲに延びる径線ＬＲに対して傾斜する。具体的には、外側部２８の開口端２８ａに沿う面ＰＡは、希釈空気ＡＤの旋回方向ＤＳ（図９参照）に向かって径方向ＤＲの外方ＥＸに向かっていくように傾斜する。このような構成によって、希釈空気ＡＤが本体部１０内に流入することが促進される（図９参照）。

下流壁１７は、本体部１０において上流壁１５に向かい合うように配置される。下流壁１７は、軸線ＬＧに交差する中央部３１が下流側に突出するように構成される。本実施形態では、下流壁１７は、中央部３１と、中央部３１を囲むように設けられる傾斜部３２とを備える。中央部３１は、平面であっても、曲面であってもよい。傾斜部３２は、燃焼ガスＧＢの噴射方向ＤＪの下流に向かって下流壁１７の外周から軸線ＬＧに近づくように傾斜する。

上下方向ＤＡにおいて下流壁１７と第２空気供給口２５との間の部分では、希釈空気ＡＤと燃焼ガスＧＢとの混合ガスＧＭが生成する。具体的には、炉体３内で生成する燃焼ガスＧＢと、第２空気供給口２５とから供給される希釈空気ＡＤとが混合し、混合ガスＧＭが生成する。また、燃焼ガスＧＢが下流壁１７の中央部３１に当たることによって中央部３１の周囲の傾斜部３２に沿うように広がるとともに、上流壁１５の第１空気供給口２１から供給される希釈空気ＡＤが下流壁１７に当たることによって、燃焼ガスＧＢと希釈空気ＡＤとが混合し、混合ガスＧＭが生成する。燃焼ガスＧＢと希釈空気ＡＤとの混合によって、混合ガスＧＭの温度は、燃焼ガスＧＢの温度よりも低くなる。

下流壁１７は、少なくとも１つの排出口３３を有する。好ましくは、下流壁１７には、複数の排出口３３が設けられる。排出口３３は、混合ガスＧＭを排出する。排出口３３は、下流壁１７の傾斜部３２に設けられる。複数の排出口３３は、軸線ＬＧを中心とする仮想円の周方向に配置される。

図４および図７に示されるように、複数の排出口３３は、上下方向ＤＡに２段に分けられる。本実施形態では、２段のうちで下方に配置される段を下段といい、下段の上に配置される段を上段という。

図７に示されるように、下段の排出口３３は、軸線ＬＧを中心とした仮想円に沿うように等間隔に配置される。上段の排出口３３は、軸線ＬＧを中心とした仮想円に沿うように等間隔に配置される。上段の排出口３３は、互いに隣接する下段の２つの排出口３３の中心それぞれと軸線ＬＧとを結ぶ２つの線の間に排出口３３の中心が位置するように、配置される。

複数の排出口３３それぞれは、軸線ＬＧに沿う方向から見て、径方向ＤＲに向かって開口する。具体的には、排出口３３には、混合ガスＧＭを案内する排出ガイド３４が設けられる。排出ガイド３４は、筒状に構成される。一例では、排出ガイド３４の中心軸心は、径方向ＤＲに延びる（図１３参照）。図１４に示されるように、排出ガイド３４は、排出ガイド３４の中心軸心ＣＧが径方向ＤＲに沿う線に対して斜めになるように、傾斜部３２に取り付けられてもよい。

排出ガイド３４は、傾斜部３２の外面に設けられる。排出ガイド３４の開口端３４ａに沿う面ＰＢは、径方向ＤＲにおいて、排出口３３の下端部３３ａの位置よりも外方に位置する（図１３参照）。このような構成によって、下流壁１７の周辺で生成する混合ガスＧＭは、排出口３３に入った後、径方向ＤＲに案内されて流れ出る。排出ガイド３４は、外から入る雨の庇としての効果もある。

図８を参照して、通路部１１、混合部１２、および案内部１３の概略を説明する。
通路部１１は、本体部１０に供給される希釈空気ＡＤが通るように構成される。通路部１１は、本体部１０の周壁１６および上流壁１５の少なくとも一部を囲むように設けられる。通路部１１に流通する希釈空気ＡＤは、本体部１０の上流壁１５および周壁１６を冷却する。これによって本体部１０の過熱が抑制される。通路部１１は、第１空気供給口２１に接続される。

混合部１２は、排出口３３から排出される混合ガスＧＭと希釈空気ＡＤとを混合する部分である。混合部１２は、本体部１０の排出口３３の出口付近に位置する。混合部１２における混合ガスＧＭと希釈空気ＡＤとの混合によって、混合ガスＧＭの温度がさらに下げられる。

案内部１３は、希釈空気ＡＤを混合部１２に送る通路である。案内部１３は、本体部１０の周壁１６の少なくとも一部を囲むように設けられる。案内部１３に流通する希釈空気ＡＤは、周壁１６を冷却する。これによって周壁１６の過熱が抑制される。本実施形態では、案内部１３は、希釈空気ＡＤを混合部１２に送るとともに、第２空気供給口２５にも希釈空気ＡＤを送る。

図８～図１３を参照して、通路部１１、混合部１２、案内部１３、および接続部１４を説明する。本実施形態では、上述したように、通路部１１、混合部１２、および案内部１３は、収容部４０と本体部１０との間に設けられる。接続部１４は、収容部４０に設けられる。

希釈空気ＡＤは、燃焼ガスＧＢを希釈するために燃焼室４に供給される空気である。ガス燃焼装置１の周辺の外気が希釈空気ＡＤとして使用される。例えば、送風ファン（図示略）を有する装置によって取り込まれた外気は、希釈空気ＡＤとして、ダクト６を介して通路部１１および案内部１３に送られる。通路部１１および案内部１３とダクト６は、接続部１４を介して接続される。

図８に示されるように、収容部４０は、本体部１０の少なくとも一部を覆うように構成される。収容部４０は、外周壁４１と、底壁４２とを備える。外周壁４１は、上下方向ＤＡにおいて３つに分割可能である。本実施形態では、外周壁４１の外側に化粧パネル４５が取り付けられている。底壁４２は、外周壁４１の底に取り付けられる。

外周壁４１は、本体部１０の周壁１６を囲むように構成される。本実施形態では、外周壁４１は、軸線ＬＧを中心とする円筒形に構成される。外周壁４１は、本体部１０の周壁１６と共通の中心軸心（軸線ＬＧに沿う軸心）を有する。径方向ＤＲにおいて、外周壁４１と本体部１０の周壁１６との間には、環状の第１空間ＳＡが構成される。さらに、径方向ＤＲにおいて外周壁４１と本体部１０の下流壁１７との間には、環状の第２空間ＳＢが構成される。上述の混合部１２は、第２空間ＳＢを含む。

外周壁４１において、底壁４２と反対側の端部は開口する。外周壁４１の開口端４１ａは、上流壁１５よりも上に配置される。外周壁４１の開口端４１ａは、排気管に接続される。排気管は、混合ガスＧＭを外部に案内する。

底壁４２は、本体部１０の上流壁１５の下に配置される。底壁４２と上流壁１５との間には、環状の第３空間ＳＣが設けられる。底壁４２の中央部には、燃料ガスＧＦおよび燃焼用空気ＡＢが通る開口部４３が設けられる。開口部４３は、本体部１０の焚口２０の下に配置される。開口部４３と焚口２０とは、筒部材２２によって接続される。さらに、開口部４３の下には、筒部材４４を介してフランジ４４ａが設けられる。フランジ４４ａには、バーナ２のスロート２ａのフランジ２ｂが結合される（図１３参照）。底壁４２は、複数の支持部材４７を介して本体部１０を支持する。

支持部材４７は、底壁４２に設けられる。支持部材４７は、本体部１０の上流壁１５を支持する第１支持部４８と、本体部１０の周壁１６を支持する第２支持部４９とを有する。第１支持部４８は、径方向ＤＲに沿うように延びる。複数の第１支持部４８は、周方向に等間隔に配置される。第１支持部４８は、複数の第１空気供給口２１それぞれを第１支持部４８によって隔てるように配置される。第２支持部４９は、第１支持部４８において径方向ＤＲの外方端部に設けられる。第２支持部４９は、外方端部から上に延びる。第２支持部４９は、本体部１０の周壁１６と外周壁４１との間に配置される。

収容部４０と本体部１０との間の空間は、仕切板５０によって仕切られる。仕切板５０は、収容部４０の外周壁４１と本体部１０の周壁１６との間の第１空間ＳＡに設けられる。仕切板５０は、上下方向ＤＡにおいて、第２空気供給口２５よりも下に配置される。

収容部４０と本体部１０との間の空間において、仕切板５０よりも下側の空間は通路部１１を構成する。通路部１１は、本体部１０の第１空気供給口２１に繋がる。収容部４０と本体部１０との間の空間において、仕切板５０よりも上側の空間は案内部１３を構成する。案内部１３は、本体部１０の第２空気供給口２５に繋がり、かつ、混合部１２に繋がる。

外周壁４１において仕切板５０が設けられている部分には、開口部４６が設けられる。外周壁４１において、開口部４６は、仕切板５０を亘るように設けられる。開口部４６は、仕切板５０によって通路部１１に繋がる第１開口部４６ａと、案内部１３に繋がる第２開口部４６ｂとに分けられる。開口部４６には、接続部１４が取り付けられる。

接続部１４は、希釈空気ＡＤを分流する。接続部１４は、通路部１１に接続される第１接続通路部３６と、案内部１３に接続される第２接続通路部３７とを備える。接続部１４によって分流された希釈空気ＡＤは、案内部１３および通路部１１それぞれに送られる。

図９に示されるように、接続部１４は、軸線ＬＧに沿う方向から見て、接続部１４の延長方向が本体部１０の周壁１６に接する接線ＬＡに平行となるように、外周壁４１に取り付けられる。具体的には、本体部１０の周壁１６に接する接線ＬＡと、この接線ＬＡと平行でかつ軸線ＬＧに交差する線ＬＢとの間に、接続部１４の中心線ＬＣが配置されるように、接続部１４が収容部４０に取り付けられる。このような取り付けによって、接続部１４を介して案内部１３および通路部１１に供給される希釈空気ＡＤは旋回する。

接続部１４の第１接続通路部３６は、第１開口部４６ａを介して通路部１１に接続される。接続部１４の第２接続通路部３７は、第２開口部４６ｂを介して案内部１３に接続される。

通路部１１は、希釈空気ＡＤを第１空気供給口２１まで案内するように構成される。通路部１１は、本体部１０の周壁１６と外周壁４１との間の環状通路５１と、本体部１０の上流壁１５と底壁４２との間の底側通路５５とを有する。環状通路５１は、第１整流板５２によって第１環状通路５３と、第２環状通路５４とに仕切られる。第１環状通路５３は、接続部１４の第１接続通路部３６が接続される第１開口部４６ａを有する。第２環状通路５４は、第１環状通路５３と底側通路５５との間に設けられる。

図１０に示されるように、第１整流板５２は、複数の貫通孔５２ａが設けられる。第１整流板５２は、希釈空気ＡＤが周方向に流れるように案内することによって、周方向へ均等に分布させるとともに、希釈空気ＡＤを下方側に整流して導く。具体的には、外部から供給される希釈空気ＡＤは、第１環状通路５３において旋回する。これによって、希釈空気ＡＤを周方向へ均等に分布させるとともに、第１環状通路５３から第２環状通路５４に流れる希釈空気ＡＤの周方向への流量分布を整流し均一化することができる。

第２環状通路５４は、底側通路５５の外周部に繋がる。第２環状通路５４は、底側通路５５と交差するように底側通路５５に繋がる。第２環状通路５４は、底側通路５５と一体の屈曲した通路を構成する。第２環状通路５４は、底側通路５５を介して第１空気供給口２１に接続される。

図１１および図１２に示されるように、第２環状通路５４において第１空気供給口２１側の領域は、支持部材４７によって仕切られる。支持部材４７によって仕切られた小通路５７それぞれは第１空気供給口２１に繋がる。第２環状通路５４に入った希釈空気ＡＤは、第２支持部４９によって仕切られた小通路５７を介して第１空気供給口２１に流入する。

案内部１３は、希釈空気ＡＤが混合部１２に向かって流れるように、希釈空気ＡＤを案内する。案内部１３は、本体部１０の周壁１６と外周壁４１との間の通路として構成される。案内部１３は、第２整流板６１によって第３環状通路６２と、第３環状通路６２よりも上側の第４環状通路６３とに仕切られる。第２整流板６１は、上下方向ＤＡにおいて、第２空気供給口２５と、混合部１２との間に配置される。第３環状通路６２は、接続部１４の第２接続通路部３７が接続される第２開口部４６ｂを有する。第３環状通路６２は、周壁１６において第２空気供給口２５を有する部分に設けられる。第４環状通路６３は、第３環状通路６２と混合部１２との間に設けられる。

第３環状通路６２は、仕切板５０と、第２整流板６１と、外周壁４１と、第２空気供給口２５を有する周壁１６とによって囲まれる。第３環状通路６２に供給される希釈空気ＡＤは、旋回しつつ、第２空気供給口２５を介して本体部１０に供給される。

第２整流板６１は、第１整流板５２と同様に、複数の貫通孔が設けられる。第２整流板６１は、希釈空気ＡＤが周方向に流れるように希釈空気ＡＤを案内することによって、周方向へ均等に分布させるとともに、希釈空気ＡＤを上方側に整流して導く。具体的には、外部から供給される希釈空気ＡＤは、第３環状通路６２において旋回する。これによって、希釈空気ＡＤを周方向へ均等に分布させるとともに、第３環状通路６２から第４環状通路６３に流れる希釈空気ＡＤの周方向への流量分布を整流し均一化することができる。

第４環状通路６３は、混合部１２に繋がる。混合部１２は、本体部１０の傾斜部３２と外周壁４１との間の環状の第２空間ＳＢを含む。混合部１２には、下流壁１７から混合ガスＧＭが流入し、かつ、第４環状通路６３を介して希釈空気ＡＤが流入する。混合部１２では、混合ガスＧＭの流れと希釈空気ＡＤの流れとが交差し、混合ガスＧＭと希釈空気ＡＤとが混合する。

図１３を参照して、本実施形態の作用を説明する。
炉体３に供給される希釈空気ＡＤは、通路部１１と、案内部１３とに分流される。通路部１１を通る希釈空気ＡＤは、本体部１０の周壁１６に沿うように旋回しつつ、本体部１０の下部まで流れ、上流壁１５の第１空気供給口２１から燃焼室４に流入する。案内部１３を通る希釈空気ＡＤは、本体部１０の周壁１６に沿うように旋回しつつ、上に流れ、混合部１２に流入する。このように、希釈空気ＡＤは、燃焼室４に供給される前に、本体部１０の周壁１６に沿うように流れる。これによって、本体部１０が冷却される。

希釈空気ＡＤは、本体部１０の第１空気供給口２１に供給される。第１空気供給口２１は、焚口２０の周囲に配置されている。このため、燃焼ガスＧＢの周囲には空気層ＡＬが形成される。空気層ＡＬは、希釈空気ＡＤの軸線ＬＧに沿う方向への流れの層であることから、燃焼ガスＧＢと混合し難いため、空気層ＡＬの温度が高くなり難い。このようにして、空気層ＡＬは、本体部１０の周壁１６を燃焼ガスＧＢから保護する。

さらに、希釈空気ＡＤは、第２空気供給口２５を介して燃焼ガスＧＢに対して交差するように燃焼室４に供給される。すなわち、希釈空気ＡＤは、軸線ＬＧに沿う方向から見て燃焼ガスＧＢの周囲から複数の空気噴流として燃焼ガスＧＢに衝突するように供給される。これによって、燃焼ガスＧＢの温度を急激に下げることができる。

燃焼ガスＧＢは、下流壁１７の全体に沿うように広がるとともに、第１空気供給口２１および第２空気供給口２５から供給される希釈空気ＡＤが下流壁１７に当たることによって、燃焼ガスＧＢと希釈空気ＡＤとが混合し、混合ガスＧＭが生成する。混合ガスＧＭは、下流壁１７から流出し、混合部１２に流入する。混合ガスＧＭは、混合部１２において、混合部１２の下から供給される希釈空気ＡＤと混合し、上方に流れる。このようにして、燃焼ガスＧＢの温度を、希釈空気ＡＤとの混合によってさらに下げることができる。

以上のような作用によって、次の効果が得られる。
希釈空気ＡＤは、燃焼室４に供給される前に、本体部１０に沿うように流されて、本体部１０を冷却する。本体部１０の周壁１６の耐火性を低くすることが可能となり、本体部１０の重量増大を抑制できる。

本体部１０の周壁１６の内側は、希釈空気ＡＤによって形成される空気層ＡＬによって保護されるため、本体部１０の周壁１６の耐火性を低くすることが可能となり、本体部１０の周壁１６の重量増大を抑制できる。

燃焼ガスＧＢは、複数の第２空気供給口２５から供給される噴流状の希釈空気ＡＤの流れによって、燃焼ガスＧＢに衝突して混合される。これによって、燃焼ガスＧＢの高温部分が上下方向ＤＡに大きくなることを抑制できる。ひいては、本体部１０の大型化を抑制できる。さらに、本体部１０の下流壁１７によって燃焼ガスＧＢを放射状に分散させて希釈空気ＡＤと混合させることによって、燃焼ガスＧＢを迅速に冷却することができる。これによって、収容部４０の大型化を抑制できる。

本実施形態の効果を説明する。
（１）ガス燃焼装置１において、炉体３の本体部１０は、上流壁１５と、周壁１６と、下流壁１７とを備える。上流壁１５は、焚口２０と、焚口２０の周囲に配置されて希釈空気ＡＤを燃焼室４に供給する複数の第１空気供給口２１とを有する。下流壁１７は、希釈空気ＡＤと燃焼ガスＧＢとが混合した混合ガスＧＭを排出する少なくとも１つの排出口３３を有する。

この構成によれば、第１空気供給口２１から燃焼室４内に希釈空気ＡＤを供給することによって、燃焼ガスＧＢの周囲に空気層ＡＬを形成できる。空気層ＡＬは、高温の燃焼ガスによる周壁１６への対流伝熱を妨げることで、本体部１０の周壁１６の温度上昇を抑制できる。このようなことから、耐熱性が低い部材によって本体部１０の周壁１６を構成できるようになり、本体部１０の重量増大を抑制できる。

（２）本体部１０は、さらに、希釈空気ＡＤを燃焼室４に供給する第２空気供給口２５を備える。第２空気供給口２５は、周壁１６に設けられる。この構成によれば、燃焼ガスＧＢは、さらに希釈空気ＡＤによって希釈されるため、燃焼ガスＧＢの温度上昇を抑制できる。これによって耐熱性が低い部材によって本体部１０を構成できるようになり、重量増大を抑制できる。また、第２空気供給口２５から供給される希釈空気ＡＤによって、燃焼ガスＧＢとの対流混合が起きるため、燃焼ガスＧＢの高温領域が生じる高さを抑制できることから、燃焼室４を小さくできる。このようにして、ガス燃焼装置１の大型化を抑制できる。

（３）炉体３は、さらに、通路部１１を備える。通路部１１は、周壁１６および上流壁１５の少なくとも一部を囲むように設けられ、希釈空気ＡＤが通るように構成される。通路部１１は、第１空気供給口２１に接続される。この構成によれば、希釈空気ＡＤによって本体部１０を冷却できる。これによって耐熱性が低い部材によって本体部１０を構成できるようになり、本体部１０の重量増大を抑制できる。

（４）炉体３は、さらに、混合部１２を備える。混合部１２は、排出口３３から排出される混合ガスＧＭと希釈空気ＡＤとを混合するように構成される。この構成によれば、希釈空気ＡＤによって排出口３３から排出される混合ガスＧＭを冷却できる。これによって耐熱性が低い部材によって炉体３の下流部（本実施形態では、混合部１２）を構成できるようになり、炉体３の重量増大を抑制できる。

（５）下流壁１７は、中央部３１が下流側に突出するように構成される。下流壁１７に設けられる複数の排出口３３は、軸線ＬＧを中心とする仮想円の周方向に配置される。複数の排出口３３それぞれは、径方向ＤＲに向かって開口する。この構成によれば、排出口３３から排出される混合ガスＧＭと希釈空気ＡＤとを対流混合によって効率的に混合できるため、排出口３３から排出される混合ガスＧＭを迅速に冷却できる。これによって、炉体３の大型化を抑制できる。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態は、上記構成の例に限定されない。上記実施形態は、以下のように変更され得る。なお、以下の変形例では、上記実施形態の構成と実質的に変更のない構成については、上記実施形態の構成と同一の符号をつけて説明する。

・本実施形態において、収容部４０の外周壁４１は、３つに分割可能であるが、分割の個数はこれに限定されない。収容部４０の外周壁４１は、２つに分解可能であってもよく、４つ以上に分解可能に構成されてもよい。また、収容部４０の外周壁４１は、分割されない一体の筒として構成されてもよい。

・本実施形態において、第１空気供給口２１は、焚口２０を囲む環状貫通孔として構成されてもよい。この場合、本体部１０の上流壁１５は、環状貫通孔の内側の第１部品と、環状貫通孔の外側の第２部品とに分割される。第１部品と第２部品とは、独立に支持される。第１部品は、第２部品に連結部材によって連結されてもよい。

・本実施形態において、第２空気供給口２５は、軸線ＬＧを中心とする環状スリットとして構成されてもよい。この場合、本体部１０は、環状スリットを境に、上部と下部とに分割される。上部と下部とは、独立に支持される。上部は、下部に連結部材によって連結されてもよい。

・本実施形態では、通路部１１および混合部１２に希釈空気ＡＤを送るため、外周壁４１には、１個の開口部４６が設けられているが、外周壁４１に複数の開口部４６が設けられてもよい。

例えば、図１５に示されるように、外周壁４１に２個の開口部４６が設けられてもよい。２個の開口部４６は、軸線ＬＧを中心として対称の位置に配置される。２個の開口部４６それぞれには上述構造の接続部１４が設けられる。２個の接続部１４は、軸線ＬＧを中心として点対称となるように構成される。

一例では、２個の接続部１４のうちの１つは、予備的に設けられる。具体的には、２個の接続部１４の両方それぞれに、ダクト６を介して送風機が接続される。通常、１つの送風機が運転される。使用中の送風機が故障した場合、他方の送風機が運転される。他方の送風機が運転している期間に、故障した送風機を修理できる。このように、一方の送付機が故障した場合でも、ガス燃焼装置１を使用できる。なお、２個の送風機を同時に運転してもよい。例えば、周方向における希釈空気ＡＤの流れの偏りを是正する場合、または大量の希釈空気ＡＤが必要である場合に、２個の送風機が同時に運転される。他の例では、２個の接続部１４の一方に、ダクト６を介して送風機が接続され、他方の接続部１４は、蓋で閉じられる。送風機が故障した場合、新たな送風機が追加されて、予備の接続部１４に接続される。このように、１台の送風機の故障が生じた場合でも、送風機を追加設置することによって、ガス燃焼装置１の使用を継続できる。

・図１６に示されるように、外周壁４１を保護するため、本体部１０を囲むように保護板７１を設けてもよい。一例では、保護板７１は、金属板で形成される。保護板７１は、外周壁４１の内面に密着するように取り付けられてもよい。保護板７１は、次のように、外周壁４１から離れるように設けられてもよい。

本実施形態では、上下方向ＤＡからみて下流壁１７を囲むように保護板７１が設けられる。保護板７１は、排出ガイド３４の開口端３４ａに対向するよう配置されることが好ましい。これによって、排出ガイド３４から排出される混合ガスＧＭが直接に外周壁４１に当たることを抑制できる。

本実施形態では、保護板７１は、外周壁４１と周壁１６との間において、外周壁４１から離れ、かつ、周壁１６から離れるように配置される。保護板７１は、追加の整流板７２に取り付けられる。追加の整流板７２は、上述の第２整流板６１よりも上の位置に配置される。追加の整流板７２には貫通孔が設けられる。具体的には、希釈空気ＡＤが、保護板７１と外周壁４１との間の隙間に流通し、かつ、保護板７１と周壁１６との間の隙間に流通するように、追加の整流板７２に貫通孔が設けられる。この構成によって、保護板７１の熱が外周壁４１に伝わることが抑制され、外周壁４１の熱変形が抑制される。

・本実施形態において、下流壁１７において、排出口３３は、軸線ＬＧを中心とする環状スリットとして構成されてもよい。
例えば、図１７および図１８に示されるように、本体部１０の下流壁１７は、第１環状スリット７４と、第２環状スリット７５と、第３環状スリット７６とを備える。具体的には、下流壁１７は、上部材７７と、中間部材７８と、下部材７９とに分割される。

上部材７７は、中央部７７ｃと、中央部７７ｃの周囲に設けられて下方に広がる傾斜部７７ｓとを有する。中間部材７８は、下方に拡径するリング体に構成される。下部材７９は、下方に拡径するリング体に構成される。上部材７７と、中間部材７８と、下部材７９とは、１または複数の連結部材８０によって連結される。

上部材７７は、第１環状スリット７４を構成する隙間が設けられるように、中間部材７８よりも上に配置される。中間部材７８は、第２環状スリット７５を構成する隙間が設けられるように、下部材７９よりも上に配置される。下部材７９は、第３環状スリット７６を構成する隙間が設けられるように、周壁１６よりも上に配置される。排出口３３をこのような環状スリットにすることによって下流壁１７の構造を簡潔にでき、下流壁１７の生産性を向上できる。

上部材７７の下端７７ｂは、中間部材７８の上端７８ａよりも径方向ＤＲ外側に位置する。中間部材７８の下端７８ｂは、下部材７９の上端７９ａよりも径方向ＤＲ外側に位置する。下部材７９の下端７９ｂは、径方向ＤＲにおいて周壁１６の上端１６ａと同じ位置または径方向ＤＲ外側に位置する。本実施形態では、周壁１６の上部は、上方に縮径する。このような構成によって、上部材７７、中間部材７８および下部材７９は、排気管から入る雨水が本体部１０内に侵入することを抑制できる。

さらに好ましくは、上部材７７の下端７７ｂ、中間部材７８の下端７８ｂ、および、下部材７９の下端７９ｂは、軸線ＬＧを中心とする同心軸の円形に構成される。上部材７７の下端７７ｂの直径は、中間部材７８の下端７８ｂの直径よりも小さく、中間部材７８の下端７８ｂの直径は、下部材７９の下端７９ｂの直径よりも小さく、下部材７９の下端７９ｂの直径は、周壁１６の胴部の直径よりも小さい。このように下流壁１７は、全体として円錐台に近似した形状に構成される。これによって、混合ガスＧＭについて、下流壁１７において下流側の排出量と上流側の排出量との差を小さくできる。

ＡＢ…燃焼用空気
ＡＤ…希釈空気
ＧＢ…燃焼ガス
ＧＦ…燃料ガス
ＧＭ…混合ガス
ＬＧ…軸線（中心軸線）
１…ガス燃焼装置
２…バーナ
３…炉体
４…燃焼室
１０…本体部
１１…通路部
１２…混合部
１５…上流壁
１７…下流壁
２０…焚口
２１…第１空気供給口
２５…第２空気供給口
３１…中央部
３３…排出口

Claims (4)

1. バーナと、前記バーナから供給される燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する炉体とを備え、
   前記炉体は、燃焼室を構成する本体部を有し、
   前記本体部は、前記燃焼室の上流側に設けられる上流壁と、前記燃焼室の下流側に設けられる下流壁と、前記燃焼室の周囲を覆うように前記上流壁と前記下流壁とを繋ぐ周壁とを備え、
   前記炉体は、さらに、前記周壁を囲むように設けられて希釈空気を前記燃焼室内に送る案内部と、前記案内部に接続される接続部と、を有し、
   前記本体部の前記上流壁は、焚口と、前記焚口の周囲に配置されて希釈空気を前記燃焼室に供給する複数の第１空気供給口とを有し、
   前記本体部の前記周壁は、前記案内部に沿うように設けられて希釈空気を前記燃焼室に供給する第２空気供給口を有し、
   前記下流壁は、前記希釈空気と前記燃焼ガスとが混合した混合ガスを排出する少なくとも１つの排出口を有し、
   前記接続部は、前記接続部の延長方向が前記周壁に接する接線に平行となるように配置される、
   ガス燃焼装置。
2. 前記炉体は、さらに、前記本体部の前記周壁および前記上流壁の少なくとも一部を囲むように設けられて前記希釈空気が通るように構成される通路部を備え、
   前記通路部は、前記第１空気供給口に接続される
   請求項１に記載のガス燃焼装置。
3. 前記炉体は、さらに、前記排出口から排出される前記混合ガスと希釈空気とを混合する混合部を備える
   請求項１または２に記載のガス燃焼装置。
4. 前記下流壁は、前記バーナの中心軸線に交差する中央部が下流側に突出するように構成され、
   前記下流壁には、複数の前記排出口が設けられ、
   複数の前記排出口は、前記中心軸線を中心とする仮想円の周方向に配置され、かつ、複数の前記排出口それぞれは、径方向に向かって開口する
   請求項３に記載のガス燃焼装置。