JPS6339542Y2

JPS6339542Y2 -

Info

Publication number: JPS6339542Y2
Application number: JP1983198959U
Authority: JP
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1988-10-18
Also published as: JPS60111828U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、閉塞された燃焼空間に配置されたバ
ーナに関し、特にスターリングエンジンなどの熱
ガス機関に好適なバーナに関する。

スターリングエンジンに代表される熱ガス機関
は、水素、ヘリウム、空気などの作動流体を密封
し、これを外部より加熱、冷却し、作動流体が膨
張、圧縮する過程において熱エネルギーを仕事に
変換する閉サイクル原動機である。

この場合、作動流体を加熱する加熱装置として
は、バーナを備えた燃焼空間内に加熱器を配置し
たものが一般的である。すなわち、作動流体は燃
焼空間内に設けられた加熱器の壁を介して加熱さ
れる。加熱器の形状は種々のものがあり、例えば
円筒状またはチユーブ状の加熱器内部に作動流体
を通し、加熱器の外周に燃焼空間を形成したもの
などが知られている。

しかし、本考案者らは、セラミツクス製の加熱
器を採用するため、鋭意検討した結果、加熱器は
一端が閉じた円筒状とし、加熱器の内部に燃焼室
を形成し、加熱器の外周に作動流体の流通路を形
成して、作動流体の圧力が加熱器に圧縮応力とし
て作用するようにすることが、圧縮応力に優れた
セラミツクスの特性を生かす上でより好ましい形
態であることを見出した。

ところが、上記のような加熱器を採用した場
合、バーナは閉塞された燃焼空間に配置されるこ
とになり、このような閉塞された燃焼空間におい
て良好な燃焼をし、かつ、燃焼した排ガスを速や
かに外部に排出させる構造のバーナは従来知られ
ていなかつた。

したがつて、本考案の目的は、閉塞された燃焼
空間において良好な燃焼をし、かつ、燃焼した排
ガスを速やかに外部に排出させるようにしたバー
ナを提供することにある。

本考案のバーナは、一端を閉塞された円筒状の
燃焼空間に、全体としてほぼ円筒状のバーナ本体
が同軸に配置され、外部より前記燃焼空間に通じ
る第１のガス流路と、外部より前記バーナ本体の
筒壁の内部を通り前記バーナ本体の外周に筒軸方
向に沿つて複数個形成されたガス吹出し孔を通つ
て前記燃焼空間に通じる第２のガス流路と、前記
バーナ本体の中心部を通つて外部に導かれる排気
路とが設けられていることを特徴とするバーナと
が設けられている。

したがつて、例えば第１のガス流路を通つて燃
料ガスが燃焼空間に流入し、第２のガス流路を通
つて燃焼用空気が燃焼空間に流入し、燃焼空間に
おいて燃料ガスと燃焼用空気とが混合して燃焼
し、燃焼排ガスはバーナ本体中心部の排気路を通
つて外部に排出される。燃焼はバーナ本体の外周
で分散して行なわれるので、燃焼空間を形成する
加熱器などの内壁を均一かつ効率的に加熱する。
また、排ガスがバーナ本体の中心部を通つて排出
されるので、バーナ本体の筒壁内部を通る燃焼用
空気を予熱することができる。なお、本考案にお
いては、燃焼用空気を第１のガス流路に通し、燃
料ガスを第２のガス流路に通すようにしてもよ
い。また燃焼用空気に代えて他の支燃性ガス、例
えば酸素または酸素を濃縮された空気などを用い
てもよい。

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図には本考案をスターリングエンジンに適
用した実施例が示されている。このスターリング
エンジンは、一端が半球状に閉じた円筒体状をな
すセラミツクス製の加熱器１を有し、この加熱器
１は円筒状の圧力容器２に収容されている。すな
わち、加熱器１の外周に耐熱ステンレス鋼からな
る金属ライニング３が被せられ、金属ライニング
３の端縁が環状の上蓋４によつて圧力容器２の開
口縁部に挟持されている。また、加熱器１と上蓋
４との間に断熱リング５が介在せしめられ、加熱
器１は金属ライニング３内に密着して保持されて
いる。

加熱器１の内部には本考案を実施したバーナＡ
が配置される。このバーナＡはバーナ本体６と排
気管７と保持筒８とからなつている。バーナ本体
６は円筒状をなして加熱器１と同軸に配置され、
基端部内周には突出部６ａが形成され、この突出
部６ａに排気管７の下端外周に形成されたフラン
ジ７ａが下方から係合している。また、排気管７
の外周に設けられた保持筒８の下端面がバーナ本
体６の基端面に上方から当接している。そして、
保持筒８のフランジ部８ａは上蓋４の上面に係合
し、排気管７の上部はナツト９によつて保持筒８
の上端部に締め付け固定されている。したがつ
て、バーナ本体６はその基部を排気管７のフラン
ジ７ａと保持筒８の下端面とによつて挟持され、
加熱器１内に保持されている。保持筒８の内部に
は、内側に空気流路８ｂが形成され、外側に燃料
ガス流路８ｃが形成されている。空気流路８ｂは
バーナ本体６の筒壁内部に形成された空気流路６
ｂに連通し、バーナ本体６の外周には筒軸方向に
沿つて複数の空気吹出し孔６ｃが形成されてい
る。また、燃料ガス流路８ｃはバーナ本体６と加
熱器１との間に形成された燃焼空間１０内に連通
している。バーナ本体６の中心部は排気管７の内
部に連通し、排気路１１をなしている。バーナ本
体６の先端部内周にはハニカム状の円盤形セラミ
ツクス多孔体１２が取付けられ、さらにバーナ本
体６の排気路１１には上方に向つてテーパ状に広
がるハニカム状の円錐形セラミツクス多孔体１３
が取付けられている。この場合、円盤形セラミツ
クス多孔体１２のハニカムの隔壁は上下方向に通
気するように形成され、円錐形セラミツクス多孔
体１３のハニカムの隔壁は放射状に通気するよう
に形成されている。

圧力容器２の内部には断熱材２ａが充填され、
圧力容器２の内周には耐熱ステンレス鋼等からな
る金属ライニング２ｂが張られている。加熱器１
の下方にはシリンダ１４が配置され、シリンダ１
４の上縁部１４ａはスカート状に広がつて上方に
伸び、加熱器１と圧力容器２との間に形成された
作動流体の流通路１５を仕切る隔壁をなしてい
る。したがつて作動流体の流通路１５はシリンダ
１４の上縁部１４ａと加熱器１の外周との間を通
り、さらにシリンダ１４の上縁部１４ａと圧力容
器２の内周との間を通るように形成されている。
シリンダ１４の内部には凹状の頂部を有するデイ
スプレーサ１６が設けられ、加熱器１の下端部と
デイスプレーサ１６の間に形成される高温室２３
は流通路１５に連通している。さらにデイスプレ
ーサ１６の下端ロツド外周にはパワーピストン１
７が設けられている。シリンダ１４の下部外周と
圧力容器２の内周との間には環状に再生器１８が
配置されている。さらに、再生器１８の下方には
冷却器１９が設置されており、冷却器１９の流体
通路はデイスプレーサ１６とパワーピストン１７
との間に形成された低温室２０に連通している。

上記の構成において、燃焼用の空気は保持筒８
の空気流路８ｂからバーナ本体６の空気流路６ｂ
を通つて流入し、バーナ本体６外周の空気吹出し
孔６ｃから燃焼空間１０内に噴出する。また、燃
料ガスは保持筒８の燃料ガス流路８ｃを通つて燃
焼空間１０内に噴出する。したがつて、燃料ガス
と空気とは燃焼空間１０内で混合し燃焼する。こ
の場合、空気が複数の空気吹出し孔６ｃから噴出
するので、燃焼はバーナ本体６の外周の筒軸方向
全長にわたつて分散してなされ、加熱器１の内壁
を均一に加熱することができる。燃焼した排ガス
は、図中矢印で示す如く円盤状多孔体１２を通
り、さらに円錐状多孔体１３を通つて排気路１１
から排出される。このとき各多孔体１２，１３は
高温の排ガスによつて加熱され白熱する。そし
て、円盤状多孔体１２は加熱器１の閉塞端部内面
に向けて輻射熱を放射する。また、円錐状多孔体
１３はバーナ本体６の内壁に輻射熱を放射し、空
気流路６ｂを通る燃焼用の空気を予熱すると共に
バーナ本体６の外壁から加熱器１の内壁への輻射
熱放射量を増大させる。この作用により、バーナ
本体６に供給する空気の予熱温度は低くてもよ
く、さらに各多孔体１２，１３を通る際に排ガス
の温度低下が図れるのでバーナ本体６の保持部の
設計、材料選定が容易となる。

作動流体は高温室２３、流通路１５、再生器１
８、冷却器１９および低温室２０の間を往復動す
る。そして、流通路１５の加熱器１外周とシリン
ダ１４の上縁部１４ａとの間を通る際に加熱器１
によつて加熱され、再生器１８を通る際にその熱
が蓄熱され、冷却器１９を通る際に冷却される。
このように作動流体の封入空間は再生器１８を境
にして高温側と低温側とに分かれており、高温側
と低温側とを作動流体が往復することにより、パ
ワーピストン１７が往復動して外力が取出され
る。この場合、加熱器１はセラミツクス製なので
かなりの高温に耐え、作動流体をより高温に加熱
することが可能であり、かつ、流通路１５は加熱
器１の外周を囲むように形成されているので作動
流体と加熱器１との接触面積は比較的広く、加熱
効率も高められる。また、作動流体の圧力は加熱
器１の外周にかかり、加熱器１に圧縮応力を与え
るが、セラミツクスは圧縮強度に優れているの
で、高圧にも充分に耐えられる。このようにし
て、作動流体の温度および圧力を例えば1000℃、
100気圧程度にすることができ、スターリングエ
ンジンの効率を飛躍的に高めることができる。な
お、加熱器１の外周には金属ライニング３が被せ
られているが、金属ライニング３が高温になつて
強度が低下しても作動流体の圧力は加熱器１によ
つて受けているので実質的な問題は生じない。

以上説明したように、本考案によれば、一端を
閉塞された円筒状の燃焼空間に、全体としてほぼ
円筒状のバーナ本体が同軸に配置され、外部より
前記燃焼空間に通じる第１のガス流路と、外部よ
り前記バーナ本体の筒壁の内部を通り前記バーナ
本体の外周に筒軸方向に沿つて複数個形成された
ガス吹出し孔を通つて前記燃焼空間に通じる第２
のガス流路と、前記バーナ本体の中心部を通つて
外部に導かれる排気路とが設けられているので、
空気または燃料ガスの一方が第１の流路を通り、
他方が第２の流路を通つて燃焼空間に流入し、燃
焼がなされる。この場合、燃焼はバーナ本体の外
周で筒軸方向に分散してなされるので、加熱器等
の内壁を均一にかつ効率的に加熱することができ
る。また、排ガスはバーナ本体の中心部を通つて
排出されるので、第２の流路を通るガスを予熱す
ることができる。そして、閉塞された燃焼空間に
おける燃焼を可能とし、スターリングエンジンな
どの熱ガス機関に適用して機関の効率を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案をスターリングエンジンに適用
した一実施例を示す断面図である。図中、１は加熱器、６はバーナ本体、６ｂは空
気流路、６ｃは空気吹出し孔、７は排気管、８は
保持筒、８ｂは空気流路、８ｃは燃料ガス流路、
１０は燃焼空間、１１は排気路、Ａはバーナであ
る。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

一端を閉塞された円筒状の燃焼空間に、全体と
してほぼ円筒状のバーナ本体が同軸に配置され、
外部より前記燃焼空間に通じる第１のガス流路
と、外部より前記バーナ本体の筒壁の内部を通り
前記バーナ本体の外周に筒軸方向に沿つて複数個
形成されたガス吹出し孔を通つて前記燃焼空間に
通じる第２のガス流路と、前記バーナ本体の中心
部を通つて外部に導かれる排気路とが設けられて
いることを特徴とするバーナ。