JP7324096B2 - 冷却流路構造、バーナー及び熱交換器 - Google Patents

Description

本開示は、冷却流路構造、バーナー及び熱交換器に関する。

特許文献１には、軸方向に沿って直線状に延在する冷却流路を内部に備える燃料ノズルシュラウドが開示されている。この構成によれば、冷却流路に冷却媒体を流すことにより、燃料ノズルシュラウドに発生する熱応力を低減することができる。

特開２０１５－２０６５８４号公報

ところで、冷却対象物を冷却するための冷却流路に関して、対向する２つの壁部の間に壁面に沿う方向に間隔を空けて複数の流路断面が配置される場合、上記２つの壁部のうち高温流体に晒される壁部には、上記複数の流路断面を仕切る仕切壁部との接続位置に大きな熱応力が発生し、損傷が生じる恐れがある。しかしながら、上記特許文献１には、このような課題及びその解決策に関する知見は開示されていない。

上述の事情に鑑みて、本開示は、熱応力に起因する損傷を抑制可能な冷却流路構造、バーナー及び熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る冷却流路構造は、
第１方向に沿って延在する第１壁部と、
前記第１方向と直交する第２方向において前記第１壁部と間隔を空けて配置された第２壁部と、
前記第１方向に間隔を空けて配置される複数の流路断面を有する少なくとも１つの冷却流路を前記第１壁部と前記第２壁部との間に形成するように、前記第１壁部と前記第２壁部とを接続する複数の仕切壁部と、
を備え、
前記第１方向及び前記第２方向を含む断面において、前記第１壁部のうち前記第２壁部側の面と前記仕切壁部の表面とが接続する位置における前記第１壁部の厚さをｔ１とすると、前記第１壁部は、前記仕切壁部から前記第１方向に離れた位置において、前記厚さｔ１よりも小さい厚さを有する薄肉部分を含む。

上記目的を達成するため、本開示に係る他の冷却流路構造は、
第１方向に沿って延在する第１壁部と、
前記第１方向と直交する第２方向において前記第１壁部と間隔を空けて配置された第２壁部と、
前記第１方向に間隔を空けて配置される複数の流路断面を有する少なくとも１つの冷却流路を前記第１壁部と前記第２壁部との間に形成するように、前記第１壁部と前記第２壁部とを接続する複数の仕切壁部と、
を備え、
前記第１壁部の厚さは、前記仕切壁部の厚さよりも小さい。

本開示によれば、熱応力に起因する損傷を抑制可能な冷却流路構造、バーナー及び熱交換器が提供される。

一実施形態に係るバーナー２の概略構成を示す縦断面図である。 一実施形態に係るバーナー筒５（５Ａ）の概略構成を示す縦断面図であり、バーナー筒５（５Ａ）の中心軸線ＣＬを含む断面（軸方向及び径方向を含む断面）を示している。 比較形態に係るバーナー筒の概略構成を示す縦断面図である。 図３に示した構成の部分拡大図である。 他の比較形態に係るバーナー筒の概略構成を示す縦断面図である。 他の実施形態に係るバーナー筒５（５Ｂ）の概略構成を示す縦断面図であり、バーナー筒５（５Ｂ）の中心軸線ＣＬを含む断面（軸方向及び径方向を含む断面）を示している。 他の実施形態に係るバーナー筒５（５Ｃ）の概略構成を示す縦断面図であり、バーナー筒５（５Ｃ）の中心軸線ＣＬを含む断面（軸方向及び径方向を含む断面）を示している。 他の実施形態に係るロケットエンジンのノズルスカート１８の概略構成を示す部分断面図である。 他の実施形態に係る冷却流路構造の概略構成を示す部分断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示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、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係るバーナー２の概略構成を示す縦断面図である。バーナー２は、例えば、石炭ガス化装置等のガス火炉、コンベンショナルボイラ、ごみ焼却炉、ガスタービン燃焼器又はエンジン等に適用される。

バーナー２は、燃料を噴射する燃料ノズル４と、燃料ノズル４の周りに燃料ノズル４と同一の軸線ＣＬ上に配置され、燃料を燃焼するための酸化剤としての空気を案内するバーナー筒５とを備える。バーナー筒５は、両端に開口を有する筒状部材であり、熱を遮蔽する遮蔽筒として機能する。燃料ノズル４の外周面とバーナー筒５の内周面との間にはスワラ３０が設けられている。バーナー筒５は火炎が形成される燃焼室２６の壁２８を貫通して設けられ、バーナー筒５の基端側は燃焼室２６の外部に位置し、バーナー筒５の先端側は燃焼室２６の内部に位置する。バーナー筒５の基端側には、例えば空気を供給する不図示の空気供給管に接続するためのフランジ等が設けられていてもよい。

以下では、バーナー筒５の軸方向を単に「軸方向」といい、バーナー筒５の径方向を単に「径方向」といい、バーナー筒５の周方向を単に「周方向」ということとする。また、以下では、バーナー筒５の内部とは、バーナー筒５の肉厚の内部を意味することとする。

次に、図２を用いてバーナー筒５の構成例を説明する。図２は、一実施形態に係るバーナー筒５（５Ａ）の概略構成を示す縦断面図であり、バーナー筒５（５Ａ）の中心軸線ＣＬを含む断面（軸方向及び径方向を含む断面）を示している。

図２に示すように、バーナー筒５（５Ａ）は、第１方向としての軸方向に沿って延在する筒状の第１壁部６と、第１方向と直交する第２方向としての径方向（バーナー筒５の厚さ方向）において第１壁部６と間隔を空けて配置された筒状の第２壁部８と、少なくとも１つの冷却流路１４と、第１壁部６と第２壁部８とを接続する複数の仕切壁部１０と、を備える。筒状の第２壁部８は、筒状の第１壁部６の内周側に配置されており、第１壁部６の中心軸線ＣＬと第２壁部８の中心軸線とは一致している。

複数の仕切壁部１０は、軸方向に間隔を空けて配置される複数の流路断面１２を有する少なくとも１つの冷却流路１４を第１壁部６と第２壁部８との間に形成するように、第１壁部６と第２壁部８とを接続する。すなわち、仕切壁部１０の各々は、冷却流路１４に設けられ、第１壁部６から第２壁部８まで径方向に沿って延在し、冷却流路１４の壁面を形成する。仕切壁部１０の各々の径方向外側端は第１壁部６のうち第２壁部８側の面６ａ（第１壁部６の内周面）に接続し、仕切壁部１０の各々の径方向内側端は第２壁部８のうち第１壁部６側の面８ａ（第２壁部８の外周面）に接続する。すなわち、第１壁部と第２壁部８とは、複数の仕切壁部１０を介して接続されている。第１壁部６のうち第２壁部８と反対側の面６ｂは燃焼室２６（図１参照）内の高温流体に面している。少なくとも１つの冷却流路１４は、例えば１つの螺旋状流路であってもよいし、複数の螺旋状流路であってもよいし、熱交換器等に採用される他の種々の形状を有する１つ又は複数の流路であってもよい。

図２に示す断面において、第１壁部６のうち第２壁部８側の面６ａと仕切壁部１０の表面１０ａ（図示する断面態では径方向に沿った表面１０ａ）とが接続する位置Ｐ１における第１壁部６の厚さをｔ１とすると、第１壁部６は、仕切壁部１０から軸方向に離れた位置Ｐ２において厚さｔ１よりも小さい厚さｔ２を有する薄肉部分１６を含む。図２に示す構成では、薄肉部分１６は、複数の仕切壁部１０のうち互いに隣接する２つの仕切壁部１０からの軸方向の距離が等しい位置Ｐ２において、上記厚さｔ１よりも小さい厚さｔ２を有する。また、薄肉部分１６のうち第２壁部８と反対側の面１６ｂ（薄肉部分１６の外周面）は、滑らかに湾曲するように凹状に形成されており、薄肉部分１６の厚さは、上記位置Ｐ２において最小となっている。

図２に示す構成では、第１壁部６、第２壁部８及び複数の仕切壁部１０が、少なくとも１つの冷却流路１４を形成する冷却流路構造１００Ａを構成する。すなわち、バーナー筒５（５Ａ）を冷却するための冷却媒体が流れる少なくとも１つの冷却流路１４がバーナー筒５（５Ａ）自体の内部（バーナー筒５の肉厚の内部）に形成されており、バーナー筒５（５Ａ）自体が冷却流路構造１００Ａを構成している。このようなバーナー筒５（５Ａ）は、例えば三次元積層造形装置（所謂３Ｄプリンター）を用いて製造することができる。なお、冷却流路１４を流れる冷却媒体は、例えば水や油等の液体であってもよいし、空気等の気体であってもよい。

ここで、図２に示す構成により得られる効果について、図３～図５に示す比較形態と対比して説明する。図３は、比較形態に係るバーナー筒の概略構成を示す縦断面図である。図４は、図３に示した構成の部分拡大図である。図４には、第１壁部０６が仕切壁部０１０によって熱変形の拘束を受けない仮想的な場合（ケース１）について、第１壁部０６の径方向の熱変形量が破線で模式的に示されており、第１壁部０６が仕切壁部０１０によって熱変形の拘束を受ける実際の場合（ケース２）について、第１壁部０６の径方向の熱変形量が一点鎖線で模式的に示されている。

図３に示すように、熱交換を行う機器では、高温流体と冷却媒体（高温流体よりも温度が低い低温流体）との間に位置する第１壁部０６において、第１壁部０６の厚さ方向に温度勾配（図３に示す温度Ｔ_２から温度Ｔ_１に至る温度分布を有する温度勾配）が生じ、高温流体からの熱流束ｑによる温度上昇により熱変形が生じる。一方、冷却流路０１４の流路断面０１２を仕切る仕切壁部０１０は、冷却媒体に挟まれているため、仕切壁部０１０の温度は冷却媒体の温度と同等となる。

図４に示すように、第１壁部０６は、位置Ｐ２では仕切壁部０１０に接続していないため、位置Ｐ２では仕切壁部０１０から熱変形の拘束を直接的には受けないのに対し、位置Ｐ１では仕切壁部０１０に接続しているため、位置Ｐ１では仕切壁部０１０から熱変形の拘束を直接的に受ける。このため、第１壁部０６には、位置Ｐ１及びその近傍において大きな熱応力が生じることとなり、損傷が生じる可能性がある。

これに対し、図２に示したバーナー筒５（５Ａ）では、上述のように、第１壁部６は、仕切壁部１０から軸方向に離れた位置Ｐ２において、厚さｔ１よりも小さい厚さｔ２を有する薄肉部分１６を含む。このため、図３及び図４に示す構成と比較して、位置Ｐ２における第１壁部６の温度が低下し、位置Ｐ２及びその近傍における第１壁部６の熱変形量を低減することができる。これにより、第１壁部６において位置Ｐ１及びその近傍に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部６の損傷を抑制することができる。

なお、図５のように、軸方向において仕切壁部０１０の存在する位置に薄肉部分０１６を設ける場合（第１壁部０６の外周面０６ｂが、仕切壁部０１０の存在する軸方向位置において凹状に形成されている場合）には、位置Ｐ２における第１壁部０６の温度は図３及び図４の構成の場合と変わらないため、位置Ｐ２における第１壁部０６の熱変形量も図３及び図４に示す場合と変わらない。むしろ、流路断面０１２の角部における第１壁部０６の厚さｔ１が減少するため、位置Ｐ１及びその近傍に熱応力が集中し、位置Ｐ１及びその近傍の熱応力が増加してしまう。

これに対し、図２に示した構成では、薄肉部分１６は、位置Ｐ１から軸方向に離れた位置（位置Ｐ１を含まない軸方向範囲）に形成されているため、第１壁部６の位置Ｐ１における熱応力を効果的に低減することができる。また、図２に示す構成では、上述のように、薄肉部分１６は、複数の仕切壁部１０のうち互いに隣接する２つの仕切壁部１０からの軸方向の距離が等しい位置Ｐ２において、上記厚さｔ１よりも小さい厚さｔ２を有するため、位置Ｐ１への熱応力の集中を効果的に抑制して、第１壁部６の位置Ｐ１における熱応力を効果的に低減することができる。

次に、幾つかの他の実施形態について説明する。以下で説明する他の実施形態において、前述の実施形態の各構成と共通の符号は、特記しない限り前述の実施形態の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

図６は、他の実施形態に係るバーナー筒５（５Ｂ）の概略構成を示す縦断面図であり、バーナー筒５（５Ｂ）の中心軸線ＣＬを含む断面（軸方向及び径方向を含む断面）を示している。図２及び図３に示すバーナー筒５（５Ａ）では、薄肉部分１６のうち第２壁部８と反対側の面１６ｂが凹状に形成されていたが、図６に示すバーナー筒５（５Ｂ）では、薄肉部分１６のうち第２壁部８側の面１６ａ（薄肉部分１６の内周面）が凹状に形成されている。図６に示す断面では、薄肉部分１６のうち第２壁部８側の面１６ａは、互いに隣接する２つの仕切壁部１０の一方から他方にかけて滑らかに湾曲するように凹状に形成されている。

図６に示す構成では、第１壁部６、第２壁部８及び複数の仕切壁部１０が、冷却流路１４を形成する冷却流路構造１００Ｂを構成する。すなわち、バーナー筒５（５Ｂ）を冷却するための冷却媒体が流れる冷却流路１４がバーナー筒５（５Ｂ）自体の内部（バーナー筒５の肉厚の内部）に形成されており、バーナー筒５（５Ｂ）自体が冷却流路構造１００Ｂを構成している。

図６に示す構成においても、第１壁部６のうち第２壁部８側の面６ａと仕切壁部１０の表面１０ａとが接続する位置Ｐ１における第１壁部６の厚さをｔ１とすると、第１壁部６は、仕切壁部１０から軸方向に離れた位置Ｐ２において厚さｔ１よりも小さい厚さｔ２を有する薄肉部分１６を含む。このため、図３及び図４に示す構成と比較して、位置Ｐ２における第１壁部６の温度上昇を抑制し、位置Ｐ２における第１壁部６の熱変形量を低減することができる。これにより、第１壁部６において位置Ｐ１及びその近傍に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部６の損傷を抑制することができる。

また、薄肉部分１６は、複数の仕切壁部１０のうち互いに隣接する２つの仕切壁部１０からの軸方向の距離が等しい位置Ｐ２において、上記厚さｔ１よりも小さい厚さｔ２を有しており、薄肉部分１６の厚さは、上記位置Ｐ２において最小となっている。かかる構成によれば、位置Ｐ１への熱応力の集中を効果的に抑制して第１壁部６の位置Ｐ１における熱応力を効果的に低減することができる。

図７は、他の実施形態に係るバーナー筒５（５Ｃ）の概略構成を示す縦断面図であり、バーナー筒５（５Ｃ）の中心軸線ＣＬを含む断面（軸方向及び径方向を含む断面）を示している。

幾つかの実施形態では、例えば図７に示すように、第１壁部６の厚さｔは、仕切壁部１０の厚さｄよりも小さくてもよい。図７に示す例示的形態では、第１壁部６は軸方向位置によらず一様な厚さｔを有しており、仕切壁部１０は径方向位置によらず一様な厚さを有している。

図７に示す構成では、第１壁部６、第２壁部８及び複数の仕切壁部１０が、冷却流路１４を形成する冷却流路構造１００Ｃを構成する。すなわち、バーナー筒５（５Ｃ）を冷却するための冷却媒体が流れる冷却流路１４がバーナー筒５（５Ｃ）自体の内部（バーナー筒５の肉厚の内部）に形成されており、バーナー筒５（５Ｃ）自体が冷却流路構造１００Ｃを構成している。

図７に示す構成においても、図３及び図４に示す構成と比較して、第１壁部６の厚さｔを小さくすることにより、位置Ｐ２における第１壁部６の温度上昇を抑制し、位置Ｐ２における第１壁部６の熱変形量を低減することができる。これにより、第１壁部６において位置Ｐ１及びその近傍に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部６の損傷を抑制することができる。

なお、本願発明者の検討によれば、図２、図３、図６及び図７に示した構成の各々について、位置Ｐ１に生じる熱応力を比較したところ、図２に示す構成が位置Ｐ１の熱応力を最も小さくすることができ、最も良好な結果を得ることができた。また、図７に示す構成が図２に示す構成の次に位置Ｐ１の熱応力を小さくすることができ、２番目に良好な結果を得ることができた。また、図６に示す構成が図７に示す構成の次に位置Ｐ１の熱応力を小さくすることができ、３番目に良好な結果を得ることができた。特に、図２に示す構成では、第１壁部６のうち第２壁部８と反対側の面６ｂが薄肉部分１６において凹状に形成されているため、位置Ｐ２を通る熱流束を減少させて、位置Ｐ２における温度を図６及び図７の各々に示す場合よりも低くすることができるため、位置Ｐ１の熱応力をより効果的に低減できると考えられる。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、上述した幾つかの実施形態では、バーナー筒５（５Ａ～５Ｅ）が冷却流路構造を構成する場合を例示したが、これらと同様の冷却流路構造をロケットエンジンのノズルスカートに適用してもよい。

図８は、他の実施形態に係るロケットエンジンのノズルスカート１８の概略構成を示す部分断面図である。
図８に示すロケットエンジンのノズルスカート１８は、筒状に構成されており、第１方向ｄ１に沿って延在する筒状の第１壁部６と、第１方向ｄ１と直交する第２方向ｄ２（ノズルスカート５０の厚さ方向）において第１壁部６と間隔を空けて配置された筒状の第２壁部８と、第１壁部６と第２壁部８とを接続する複数の仕切壁部１０と、を備える。筒状の第２壁部８は、筒状の第１壁部６の内周側に配置されており、第１壁部６の中心軸線ＣＬと第２壁部８の中心軸線ＣＬとは一致している。筒状の第１壁部６の半径と筒状の第２壁部８の半径は、ノズルスカート１８の先端側（紙面下側）に近づくにつれて拡大する。

複数の仕切壁部１０は、第１方向ｄ１に間隔を空けて配置される複数の流路断面１２を有する少なくとも１つの冷却流路１４を第１壁部６と第２壁部８との間に形成するように、第１壁部６と第２壁部８とを接続する。

図８に示す断面において、第１壁部６のうち第２壁部８側の面６ａと仕切壁部１０の表面１０ａとが接続する位置Ｐ１における第１壁部６の厚さをｔ１とすると、第１壁部６は、仕切壁部１０から軸方向に離れた位置Ｐ２において厚さｔ１よりも小さい厚さｔ２を有する薄肉部分１６を含む。

図８に示す構成では、第１壁部６、第２壁部８及び複数の仕切壁部１０が、少なくとも１つの冷却流路１４を形成する冷却流路構造１００Ｄを構成する。すなわち、ノズルスカート１８を冷却するための冷却媒体が流れる冷却流路１４がノズルスカート１８自体の内部（ノズルスカート１８の肉厚の内部）に形成されており、ノズルスカート１８自体が冷却流路構造１００Ｄを構成している。

かかる構成においても、位置Ｐ２における第１壁部６の温度が低下し、位置Ｐ２における第１壁部６の熱変形量を低減することができる。これにより、第１壁部６において位置Ｐ１及びその近傍に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部６の損傷を抑制することができる。

また、上述した幾つかの実施形態では、筒状の部材が冷却流路構造１００Ａ～１００Ｄを構成する場合を例示した。すなわち、第１壁部６及び第２壁部８の各々が筒状に構成された場合を例示した。しかしながら、他の実施形態では、例えば図９に示すように、第１壁部６及び第２壁部８の各々は、平面Ｓに沿って形成されてもよい。この場合、図９に示す断面において、第１壁部６のうち第２壁部８側の面６ａと仕切壁部１０の表面１０ａとが接続する位置Ｐ１における第１壁部６の厚さをｔ１とすると、第１壁部６は、仕切壁部１０から平面Ｓに沿った第１方向に離れた位置Ｐ２において厚さｔ１よりも小さい厚さｔ２を有する薄肉部分１６を含む。

図９に示す構成では、第１壁部６、第２壁部８及び複数の仕切壁部１０が、少なくとも１つの冷却流路１４を含む冷却流路構造１００Ｅを構成する。図９に示す冷却流路構造１００Ｅは、例えばボイラの火炉の水冷壁等に適用することが可能である。図９に示す構成によれば、第１壁部６において位置Ｐ１及びその近傍に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部６の損傷を抑制することができる。

また、上述した幾つかの実施形態では、第１壁部６及び第２壁部８が平行に配置された構成を例示したが、第１壁部６壁部６及び第２壁部８は必ずしも平行に配置されていなくともよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示に係る冷却流路構造（例えば上述の冷却流路構造１００Ａ～１００Ｅ）は、
第１方向（例えば上述の軸方向又は第１方向ｄ１）に沿って延在する第１壁部（例えば上述の第１壁部６）と、
前記第１方向と直交する第２方向（例えば上述の径方向又は第２方向ｄ２）において前記第１壁部と間隔を空けて配置された第２壁部（例えば上述の第２壁部８）と、
前記第１方向に間隔を空けて配置される複数の流路断面（例えば上述の複数の流路断面１２）を有する少なくとも１つの冷却流路（例えば上述の少なくとも１つの冷却流路１４）であって、前記第１壁部と前記第２壁部との間に形成された冷却流路と、
前記冷却流路に設けられ、前記第１壁部と前記第２壁部とを接続し、前記冷却流路の壁面を形成する複数の仕切壁部（例えば上述の複数の仕切壁部１０）と、
を備え、
前記第１方向及び前記第２方向を含む断面において、前記第１壁部のうち前記第２壁部側の面（例えば上述の面６ａ）と前記仕切壁部の表面（例えば上述の表面１０ａ）とが接続する位置（例えば上述の位置Ｐ１）における前記第１壁部の厚さをｔ１とすると、前記第１壁部は、前記仕切壁部から前記第１方向に離れた位置（例えば上述の位置Ｐ２）において、前記厚さｔ１よりも小さい厚さを有する薄肉部分（例えば上述の薄肉部分１６）を含む。

上記（１）に記載の冷却流路構造によれば、第１壁部が仕切壁部から軸方向に離れた位置において、厚さｔ１よりも小さい厚さを有する薄肉部分を含むため、第１壁部が一様な厚さｔ１を有する場合と比較して、薄肉部分における第１壁部の温度が低下し、薄肉部分における第１壁部の熱変形量を低減することができる。これにより、第１壁部のうち第２壁部側の面と仕切壁部の表面とが接続する位置に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部の損傷を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の冷却流路構造において、
前記薄肉部分は、前記複数の仕切壁部のうち互いに隣接する２つの仕切壁部からの前記第１方向の距離が等しい位置（例えば上述の位置Ｐ２）において、上記厚さｔ１よりも小さい厚さを有する。

上記（２）に記載の冷却流路構造によれば、第１壁部のうち第２壁部側の面と仕切壁部の表面とが接続する位置への熱応力の集中を効果的に抑制して、該位置における熱応力を効果的に低減することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の冷却流路構造において、
前記薄肉部分のうち前記第２壁部と反対側の面（例えば上述の面１６ｂ）は、凹状に形成される。

上記（３）に記載の冷却流路構造によれば、薄肉部分のうち第２壁部と反対側の面が凹状に形成されているため、薄肉部分のうち第２壁部側の面が凹状に形成されている場合と比較して、薄肉部分の温度を低くすることができる。これにより、第１壁部のうち第２壁部側の面と仕切壁部の表面とが接続する位置の応力を効果的に低減できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の冷却流路構造において、
前記薄肉部分のうち前記第２壁部側の面（例えば上述の面１６ａ）は、凹状に形成される。

上記（４）に記載の冷却流路構造によれば、第１壁部のうち第２壁部側の面と仕切壁部の表面とが接続する位置に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部の損傷を抑制することができる。また、第１壁部のうち第２壁部と反対側の面に凹形状に形成する必要が無い。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載の冷却流路構造において、
前記第１壁部及び前記第２壁部の各々は、前記第１方向を軸方向とする筒状に形成され、
前記第２壁部は前記第１壁部の内周側に配置される。

上記（５）に記載の冷却流路構造によれば、例えば、燃料を燃焼するための酸化剤としての空気を案内するバーナー筒に適用することができる。この場合、バーナー筒は、例えば、石炭ガス化装置等のガス火炉、コンベンショナルボイラ、ごみ焼却炉、ガスタービン燃焼器又はエンジン等で使用され得る。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載の冷却流路構造において、
前記第１壁部及び前記第２壁部の各々は、前記第１方向を含む平面（例えば上述の平面Ｓ）に沿って形成される。

上記（６）に記載の冷却流路構造によれば、例えばボイラの火炉の水冷壁等に適用することができる。

（７）本開示の冷却流路構造は、
第１方向（例えば上述の軸方向又は第１方向ｄ１）に沿って延在する第１壁部（例えば上述の第１壁部６）と、
前記第１方向と直交する第２方向（例えば上述の径方向又は第１方向ｄ２）において前記第１壁部と間隔を空けて配置された第２壁部（例えば上述の第２壁部８）と、
前記第１方向に間隔を空けて配置される複数の流路断面（例えば上述の複数の流路断面１２）を有する少なくとも１つの冷却流路（例えば上述の少なくとも１つの冷却流路１４）を前記第１壁部と前記第２壁部との間に形成するように、前記第１壁部と前記第２壁部とを接続する複数の仕切壁部（例えば上述の複数の仕切壁部１０）と、
を備え、
前記第１壁部の厚さ（例えば上述の厚さｔ）は、前記仕切壁部の厚さ（例えば上述の厚さｄ）よりも小さい。

上記（７）に記載の冷却流路構造によれば、第１壁部の厚さを小さくして冷却流路を流れる冷却媒体による第１壁部の冷却効果を高めることにより、第１壁部の温度上昇を抑制して、第１壁部の熱変形量を低減することができる。これにより、第１壁部のうち第２壁部側の面と仕切壁部の表面とが接続する位置に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部の損傷を抑制することができる。

（８）本開示に係るバーナーは、
上記（１）乃至（７）の何れかに記載の冷却流路構造を備える。

上記（８）に記載のバーナーによれば、上記（１）乃至（７）の何れかに記載の冷却流路構造を備えるため、第１壁部のうち第２壁部側の面と仕切壁部の表面とが接続する位置に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部の損傷を抑制することができる。このため、バーナーの損傷を抑制することができる。

（９）本開示に係る熱交換器は、
上記（１）乃至（７）の何れかに記載の冷却流路構造を備える。

上記（９）に記載の熱交換器によれば、上記（１）乃至（７）の何れかに記載の冷却流路構造を備えるため、第１壁部のうち第２壁部側の面と仕切壁部の表面とが接続する位置に生じる熱応力を低減することができ、第１壁部の損傷を抑制することができる。このため、熱交換器の損傷を抑制することができる。

２ バーナー
４ 燃料ノズル
５（５Ａ～５Ｅ） バーナー筒
６ 第１壁部
８ 第２壁部
１０ 仕切壁部
１２ 流路断面
１４ 冷却流路
１６ 薄肉部分
１８ ノズルスカート
２６ 燃焼室
２８ 壁
３０ スワラ
１００Ａ～１００Ｅ 冷却流路構造

Claims (9)

1. 第１方向に沿って延在する第１壁部と、
   前記第１方向と直交する第２方向において前記第１壁部と間隔を空けて配置された第２壁部と、
   前記第１方向に間隔を空けて配置される複数の流路断面を有する少なくとも１つの冷却流路であって、前記第１壁部と前記第２壁部との間に形成された冷却流路と、
   前記冷却流路に設けられ、前記第１壁部と前記第２壁部とを接続し、前記流路の壁面を形成する複数の仕切壁部と、
   を備え、
   前記第１方向及び前記第２方向を含む断面において、前記第１壁部のうち前記第２壁部側の面と前記仕切壁部の表面とが接続する位置における前記第１壁部の厚さをｔ１とすると、前記第１壁部は、前記仕切壁部から前記第１方向に離れた位置において、前記厚さｔ１よりも小さい厚さを有する薄肉部分を含む、冷却流路構造。
2. 前記薄肉部分は、前記複数の仕切壁部のうち互いに隣接する２つの仕切壁部からの前記第１方向の距離が等しい位置において、上記厚さｔ１よりも小さい厚さを有する、請求項１に記載の冷却流路構造。
3. 前記薄肉部分のうち前記第２壁部と反対側の面は、凹状に形成された、請求項１又は２に記載の冷却流路構造。
4. 前記薄肉部分のうち前記第２壁部側の面は、凹状に形成された、請求項１乃至３の何れか１項に記載の冷却流路構造。
5. 前記第１壁部及び前記第２壁部の各々は、前記第１方向を軸方向とする筒状に形成され、
   前記第２壁部は前記第１壁部の内周側に配置された、請求項１乃至４の何れか１項に記載の冷却流路構造。
6. 前記第１壁部及び前記第２壁部の各々は、前記第１方向を含む平面に沿って形成された、請求項１乃至４の何れか１項に記載の冷却流路構造。
7. 第１方向に沿って延在する第１壁部と、
   前記第１方向と直交する第２方向において前記第１壁部と間隔を空けて配置された第２壁部と、
   前記第１方向に間隔を空けて配置される複数の流路断面を有する少なくとも１つの冷却流路を前記第１壁部と前記第２壁部との間に形成するように、前記第１壁部と前記第２壁部とを接続する複数の仕切壁部と、
   を備え、
   前記第１壁部の厚さは、前記仕切壁部の厚さよりも小さい、冷却流路構造。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の冷却流路構造を備えるバーナー。
9. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の冷却流路構造を備える熱交換器。

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