JP4139793B2 - 輝炎バーナ - Google Patents

Description

本発明は、先端側にガス噴出部を備えたガス供給筒の外周部に、そのガス供給筒の軸心方向に沿う軸心方向視にて、環状の一次空気吐出口及び環状の二次空気吐出口が前記一次空気吐出口が内側に位置する状態で設けられ、前記二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気を旋回させる二次旋回手段が設けられて、前記ガス噴出部から噴出されるガス燃料を輝炎を形成する状態で燃焼させるように構成された輝炎バーナに関する。

かかる輝炎バーナは、ガス噴出部から噴出されるガス燃料を環状の一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気と環状の二次空気吐出口から旋回する状態で吐出される二次燃焼用空気とにより輝炎を形成する状態で燃焼させるものであり、例えば、ガラス溶解炉等の各種加熱炉の熱源として用いられるものである。
つまり、ガス供給筒の軸心方向に沿う軸心方向視（以下、ガス供給筒軸心方向視と記載する場合がある）にてガス供給筒の外周部に位置する環状の一次空気吐出口から一次燃焼用空気を吐出すると共に、ガス供給筒軸心方向視にて一次空気吐出口の外側に位置する環状の二次空気吐出口から旋回する状態で二次燃焼用空気を吐出することにより、二次燃焼用空気がその旋回中心側に流動するのを抑制して、ガス噴出部から噴出されたガス燃料と燃焼用空気との混合を緩やかに行わせるようにして、炭素粒を発生させながら燃焼させることにより輝炎が形成されるようにするものである。

このような輝炎バーナにおいて、従来は、図９に示すように、円筒状の内側筒体４１と同じく円筒状の外側筒体４２とを互いに先端を揃えた状態で同心状に設け、内側筒体４１の基端側部分に円筒状のガス供給筒５の先端部分を同心状に位置させて、ガス供給筒５の先端にガス噴出部Ｎを設け、そのガス供給筒５の先端周縁部と内側筒体４１の内周面とにより環状の一次空気吐出口８を形成し、内側筒体４１の先端と外側筒体４２の先端とにより環状の二次空気吐出口９を形成していた。又、内側筒体４１と外側筒体４２との間の二次燃焼用空気流路４３に、その二次燃焼用空気流路４３を流動する二次燃焼用空気を旋回させるように二次旋回手段としての二次旋回羽根４４を設けていた。

つまり、ガス噴出部Ｎからガス燃料Ｇを噴出すると共に、環状の一次空気吐出口８からその軸芯方向に沿って一次燃焼用空気Ａを直進状に吐出して、それらガス燃料Ｇと一次燃焼用空気Ａとを混合させつつ内側筒体４１内を筒先端側に流動させて、混合状態で内側筒体４１の先端開口部から流出させ、そのようにガス燃料Ｇと一次燃焼用空気Ａとが混合して内側筒体４１から流出する箇所の外周部に位置する環状の二次空気吐出口９から二次燃焼用空気Ａを旋回状態で吐出するようになっていた。

そして、ガス噴出部Ｎから噴出されたガス燃料Ｇを、内側筒体４１内を流動する間に一次燃焼用空気Ａにて酸素不足状態で炭素粒を発生させながら燃焼させつつ内側筒体４１の先端から流出させ、更にその流出箇所にて二次空気吐出口からの二次燃焼用空気Ａを混合させて燃焼させる、所謂、二段燃焼式にて燃焼させて、輝炎を形成するようになっていた（例えば、非特許文献１参照。）。

日本バーナ研究会編、「ガス燃焼装置取扱いの実際」（初版）、日刊工業新聞社、昭和６０年３月２５日、Ｐ６５、２〜８行、図５・１８（ｂ）

しかしながら、従来では、一次空気吐出口から直進状に吐出された一次燃焼用空気は内側筒体内を流動している間は筒壁により拡散が阻止されて筒中心側に流動し易いので、ガス燃料と一次燃焼用空気とは内側筒体内を流動している間に混合し易い。

又、ガス燃料が内側筒体内を流動している間に、一次燃焼用空気にて酸素不足状態で一段目の燃焼を行わせて、炭素粒を発生させるようにしているのであるが、その炭素を発生させるための熱は、単に、内側筒体内を流動している間のガス燃料と一次燃焼用空気中の酸素との反応により生じる熱にて賄われるようになっているので、一次燃焼用空気の量が少ない場合は、炭素粒を発生させるための熱量が少ないことから炭素粒の発生が少なくなり、一方、炭素粒を発生させるための熱量を多くすべく一次燃焼用空気の量を多くすると、その一次燃焼用空気はガス燃料に良好に混合されることからガス燃料が燃焼し易くなり、炭素粒を発生させ難いものであった。

従って、従来では、輝炎を発生させるべく二段燃焼を行わせてはいるものの、炭素粒を発生させ難いことから輝炎の発生率が低く、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、輝炎の発生率を向上させ得る輝炎バーナを提供することにある。

本発明の輝炎バーナは、先端側にガス噴出部を備えたガス供給筒の外周部に、そのガス供給筒の軸心方向に沿う軸心方向視にて、環状の一次空気吐出口及び環状の二次空気吐出口が前記一次空気吐出口が内側に位置する状態で設けられ、前記二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気を旋回させる二次旋回手段が設けられて、前記ガス噴出部から噴出されるガス燃料を輝炎を形成する状態で燃焼させるように構成されたものであって、
第１特徴構成は、前記ガス噴出部が、前記一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気の流動域にその一次燃焼用空気の流動方向に沿わせてガス燃料を噴出する直進状ガス噴出部と、前記二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気の流動域に対してガス燃料を放射状に噴出する放射状ガス噴出部とを備えて構成され、
前記放射状ガス噴出部が、前記ガス供給筒の周壁から突出する状態で周方向に分散させて設けられた複数の放射噴出用ガスノズルにて構成され、
前記放射噴出用ガスノズルが、前記軸心方向視にて、先端の噴出口が前記一次空気吐出口の外周縁と重なる又は前記一次空気吐出口の外周縁よりも外側に位置するように設けられている点を特徴とする。

即ち、環状の一次空気吐出口から、一次燃焼用空気が一次空気吐出口の軸心方向に沿って流動するように吐出され、直進状ガス噴出部から、ガス燃料が環状の一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気の流動域にその一次燃焼用空気の流動方向に沿わせて直進状に噴出され、ガス供給筒軸心方向視にて一次空気吐出口の外側の二次空気吐出口から、二次燃焼用空気が旋回状態で二次空気吐出口の軸心方向に沿って流動するように吐出され、放射状ガス噴出部から、ガス燃料が二次空気吐出口から旋回状態で吐出される二次燃焼用空気の流動域に対して放射状に噴出される。

つまり、二次燃焼用空気は旋回状態で流動して、その旋回中心側への流動が抑制されるので、その二次燃焼用空気と直進状ガス噴出部から噴出されたガス燃料との混合が抑制される状態で、直進状ガス噴出部からのガス燃料と一次空気吐出口からの一次燃焼用空気とは、直進状ガス噴出部からのガス燃料流の周囲を一次空気吐出口からの一次燃焼用空気が覆う状態で互いに徐々に混合しつつ同方向に流動し、放射状ガス噴出部からのガス燃料は、旋回状態で流動する二次燃焼用空気に徐々に混合されて徐々に燃焼しつつ二次燃焼用空気と共に旋回状態で流動する。

そして、互いに徐々に混合しつつ同方向に流動する直進状ガス噴出部からのガス燃料流及び一次空気吐出口からの一次燃焼用空気流の周囲を覆う状態で、放射状ガス噴出部からのガス燃料が二次空気吐出口からの二次燃焼用空気にて徐々に燃焼しつつその二次燃焼用空気と共に旋回状態で流動することから、直進状ガス噴出部からのガス燃料は、そのガス燃料自体が一次燃焼用空気にて徐々に燃焼することにより発生する燃焼熱及び周囲を旋回する状態で流動する放射状ガス噴出部からのガス燃料の燃焼熱により熱分解されて炭素粒が発生し、又、放射状ガス噴出部からのガス燃料は、それが徐々に二次燃焼用空気と混合して燃焼することにより発生する燃焼熱により熱分解されて炭素粒が発生するので、炭素粒を効率良く発生させながら燃焼させるようにすることが可能となる。
従って、輝炎の発生率を向上させ得る輝炎バーナを提供することができるようになった。

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気の流速が前記二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気の流速よりも速くなるように構成されている点を特徴とする。

即ち、一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気は、二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気よりも速い流速にて流動する。
つまり、環状の一次空気吐出口から、一次燃焼用空気を二次空気吐出口からの二次燃焼用空気よりも速い流速にて高速で吐出させ、そのように高速で吐出されて高速で流動する一次燃焼用空気の流動方向に沿わせて、直線状ガス噴出部からガス燃料を直線状に噴出することにより、その直線状ガス噴出部から噴出されたガス燃料と一次燃焼用空気との混合を一段と緩やかに行わせることが可能となる。
そして、一段と緩やかに互いに混合しつつ流動する直進状ガス噴出部からのガス燃料流及び一次空気吐出口からの一次燃焼用空気流の周囲を覆う状態で、放射状ガス噴出部からのガス燃料が二次空気吐出口からの二次燃焼用空気にて徐々に燃焼しつつその二次燃焼用空気と共に旋回状態で流動することから、炭素粒を一段と効率良く発生させて、輝炎の発生率を向上させることが可能となる。
そして、一次空気吐出口から一次燃焼用空気を二次空気吐出口からの二次燃焼用空気よりも速い流速にて吐出させることから、一次空気吐出口の径を小さくすることが可能となり、輝炎バーナのコンパクト化を図ることが可能となる。

又、ガラス溶解炉等の加熱炉においては、従来設けていた液体燃料を燃料とする輝炎バーナ（以下、液体燃料用輝炎バーナと称する場合がある）を、ガス燃料を燃料とする輝炎バーナ（以下、ガス燃料用輝炎バーナと称する場合がある）に変更する場合がある。
そして、このように、加熱炉において輝炎バーナを液体燃料用輝炎バーナからガス燃料用輝炎バーナに変更する場合、液体燃料用輝炎バーナを設けるために炉壁に設けていたバーナ設置用の開口部は小径であることから、ガス燃料用輝炎バーナを狭いスペースに設置可能なように構成する必要がある。

そこで、この第２特徴構成によれば、一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気の流速が二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気の流速よりも速くなるようにして、炭素粒を一段と効率良く発生させるようにしているので、輝炎バーナを液体燃料用輝炎バーナからガス燃料用輝炎バーナに変更する場合に、ガス燃料用輝炎バーナを設置するスペースが狭くなっても、その狭いスペース内に設置可能なように一次空気吐出口の径を小さくして、その一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気の流速が二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気の流速よりも速くなるようにすることにより、炭素粒を一段と効率良く発生させるようにして、輝炎の発生率を向上させることが可能となるのである。
従って、コンパクト化を図りながら、更に輝炎の発生率を向上させ得る輝炎バーナを提供することができるようになった。又、輝炎の発生率を向上させながら、液体燃料を燃料とする輝炎バーナを設けていた狭いスペースにも設置可能なガス燃料を燃料とする輝炎バーナを提供することができるようになった。

第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、
前記直進状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量と前記放射状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量との比が、２：８〜５：５の範囲に設定されている点を特徴とする。

即ち、本願発明の発明者らは、輝炎の発生率を向上すべく鋭意研究し、上記第１又は第２特徴構成を備えたものにおいて、直進状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量と放射状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量との比（以下、直進対放射ガス噴出比と記載する場合がある）を２：８〜５：５の範囲に設定すると、輝炎の発生率を一層向上させるようにする上で好ましいことを見出した。

つまり、直進対放射ガス噴出比を２：８よりも直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が小さい比にすると、放射状ガス噴出部よりも炭素粒を発生させ易い直進状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量が少なくなるので、炭素粒の発生量が少なくなって輝炎の発生率を向上することができず、一方、直進対放射ガス噴出比を５：５よりも直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が大きい比にすると、炭素粒をより多く発生させることができるものの、燃焼が不安定になり易く、直進対放射ガス噴出比を２：８〜５：５の範囲に設定すると、輝炎の発生率を一層向上させるようにする上で好ましいことを見出したのである。

そして、直進対放射ガス噴出比を２：８〜５：５の範囲で、直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が小さい比に設定するほど、形成される火炎の幅が広くなり（換言すれば、長さが短くなり）、逆に、直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が大きい比に設定するほど、形成される火炎の幅が狭くなる（換言すれば、長さが長くなる）ので、直進対放射ガス噴出比を２：８〜５：５の範囲で所定の比に設定することにより、輝炎の発生率を向上しながら、火炎を所定の形状になるように形成することが可能となる。
例えば、輝炎バーナを設置する対象の加熱炉の幅が広くなるほど、直進対放射ガス噴出比を直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が小さい比に設定し、輝炎バーナを設置する対象の加熱炉の幅が狭くなるほど、直進対放射ガス噴出比を直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が大きい比に設定する形態で、直進対放射ガス噴出比を２：８〜５：５の範囲で設定することにより、輝炎の発生率を向上しながら、火炎を設置対象の加熱炉の形状に適合した形状に形成することが可能となる。
従って、直進対放射ガス噴出比を２：８〜５：５の範囲に設定することにより、輝炎の発生率を一層向上させながら、火炎を所定の形状に形成することができるようになった。

第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
前記直進状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量と前記放射状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量との比を調節するガス噴出比率調節手段が設けられている点を特徴とする。

即ち、ガス噴出比率調節手段により、直進対放射ガス噴出比を直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が小さくなるように変更調節すると、形成される火炎の形状を幅が広くなるように変更調節することができ、逆に、直進対放射ガス噴出比を直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が大きくなるように変更調節すると、形成される火炎の形状を幅が狭くなるように変更調節することができる。
例えば、直進対放射ガス噴出比を直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が小さくなるように変更調節して、形成される火炎の形状を幅が広くなるように、換言すれば、長さが短くなるように変更調節すると、炉内の手前側の加熱温度が高くなるように、炉内の加熱温度分布を変更することが可能となり、逆に、直進対放射ガス噴出比を直進状ガス噴出部からの噴出量の比率が大きくなるように変更調節して、形成される火炎の形状を幅が狭くなるように、換言すれば、長さが長くなるように変更調節すると、炉内の奥側の加熱温度が高くなるように、炉内の加熱温度分布を変更することが可能となる。
従って、輝炎の発生率を一層向上させながら、火炎の形状を変更自在なようにすることができるようになった。

第５特徴構成は、上記第１〜第４特徴構成のいずれかに加えて、
前記一次空気吐出口からの一次燃焼用空気の吐出量と前記二次空気吐出口からの二次燃焼用空気の吐出量との比が、５：９５〜２０：８０の範囲に設定されている点を特徴とする。

即ち、本願発明の発明者らは、輝炎の発生率を向上すべく鋭意研究し、上記第１〜第４特徴構成を備えたものにおいて、一次空気吐出口からの一次燃焼用空気の吐出量と二次空気吐出口からの二次燃焼用空気の吐出量との比（以下、一次対二次空気吐出比と記載する場合がある）を、５：９５〜２０：８０の範囲に設定すると、輝炎の発生率を一層向上させるようにする上で好ましいことを見出した。

つまり、一次対二次空気吐出比を５：９５よりも一次空気吐出口からの吐出量の比率が小さい比に設定すると、直進状ガス噴出部から噴出されるガス燃料に対して混合され易い燃焼用空気が少なくなり過ぎて燃焼が不安定になり易く、一方、一次対二次空気吐出比を２０：８０よりも一次空気吐出口からの吐出量の比率が大きい比に設定すると、直進状ガス噴出部から噴出されるガス燃料に対して混合され易い燃焼用空気が多くなり過ぎて、炭素粒の発生量が少なくなって輝炎の発生率を向上することができず、一次対二次空気吐出比を５：９５〜２０：８０の範囲に設定すると、輝炎の発生率を一層向上させるようにする上で好ましいことを見出したのである。
従って、一次対二次空気吐出比を５：９５〜２０：８０の範囲に設定することにより、輝炎の発生率を一層向上させることができるようになった。

〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
輝炎バーナＢは、例えば、図７及び図８に示すように、水ガラスを溶解するガラス溶解炉３０の加熱用として用いる。この水ガラスの溶解温度は１０００〜１３００°Ｃであるので、輝炎バーナＢにより、溶解対象の水ガラスを溶解可能なように１０００〜１３００°Ｃ程度に加熱する。

ガラス溶解炉３０は、炉本体３１内の下部に溶解槽３２を設け、その溶解槽３２の上部に四方の側壁３３及び天井壁３４により平面視で矩形状の炉内空間３５を区画形成して構成してある。
輝炎バーナＢは、ガス燃料及び燃焼用空気を溶解槽３２の上方に対して横方向に噴出するように、一側壁３３に形成したバーナ設置用開口部１に保持して設け、天井壁３４における輝炎バーナＢの側とは反対側の端部に排気口３６を設けると共に、その排気口３６に排気路３７を接続して、輝炎バーナＢにより溶解槽３２の上方に輝炎の発生率が高い火炎Ｆを横向きに形成し、その燃焼排ガスを排気口３６から排気路３７を通じて排出するようにしてある。

輝炎バーナＢを設けたバーナ設置用の側壁３３の両端に連なる両側壁３３夫々における輝炎バーナＢの側の端部に、ガラス原料の投入口３８を設け、溶解槽３２の底部における輝炎バーナＢの側とは反対側の端部に取り出し口３９を設けてある。
つまり、両側の投入口３８からガラス原料を溶解槽３２に投入して、そのガラス原料を、取り出し口３９の側に向かって流動させながら溶融させ、取り出し口３９を通じて、清浄な溶融ガラスを取り出すように構成してある。

図１及び図２に示すように、輝炎バーナＢは、炉壁の一部を構成すると共に円形の前記バーナ設置用開口部１を形成するバーナタイル２、そのバーナタイル２に装着するバーナ本体Ｍ、バーナ本体Ｍに燃焼用空気Ａを供給する送風機３、及び、その送風機３にてバーナ本体Ｍに供給される燃焼用空気Ａを前記排気路３７を通流する燃焼排ガスと熱交換して燃焼用空気Ａを予熱する排熱回収熱交換器４等を備えて構成してある。
バーナ本体Ｍは、先端側にガス噴出部Ｎを備えた円筒状のガス供給筒５、一次燃焼用空気Ａを通流させる円筒状の燃焼筒６、及び、二次燃焼用空気Ａを導入する円筒状の風箱７を、内側からガス供給筒５、燃焼筒６、風箱７の順に並べて同心状に配設した状態で一体的に組み付けて構成してある。

前記バーナ本体Ｍの各部について説明を加える。
前記ガス供給筒５は、円筒状の外筒部５ｇと、外筒部５ｇの両端から突出した状態でその外筒部５ｇの内側にそれと同心状に位置する内筒部５ｎとを備えて構成し、外筒部５ｇの両端、及び、内筒部５ｎの両端を閉塞してある。

前記燃焼筒６は、前記バーナタイル２のバーナ設置用開口部１よりも小径で、先端側に先端側ほど小径となる先細り部６ｔを備えるように構成してある。
そして、その燃焼筒６を、その先端がガス供給筒軸心方向にてガス供給筒５の外筒部５ｇの先端と内筒部５ｎの先端との間に位置し且つその後端がガス供給筒５の外筒部５ｇの後端よりも引退して位置する状態で、ガス供給筒５の外側にそれと同心状に設け、燃焼筒６の後端を閉塞してある。

前記風箱７は、前記バーナタイル２のバーナ設置用開口部１よりも大径であり、その風箱７を、その先端を燃焼筒６の先端よりも引退させ且つ後端を燃焼筒６の後端よりも引退させた状態で、燃焼筒６の外側にそれと同心状に設け、風箱７の後端を閉塞してある。

そして、上述のような配置形態にて前記ガス供給筒５、前記燃焼筒６及び前記風箱７を一体的に組み付けて構成したバーナ本体Ｍを、燃焼筒６の先端の先細り部６ｔを前記バーナ設置用開口部１内の手前側部分に同心状に配設し且つ風箱７の開口縁を前記バーナタイル２の外側面に気密状に当接させた状態で、バーナタイル２に保持してある。
そして、前記ガス供給筒５の内筒部５ｎにおける外筒部５ｇからの突出部分と前記燃焼筒６の先細り部６ｔの先端の開口縁とにより環状の一次空気吐出口８を形成し、前記燃焼筒６の先端部と前記バーナ設置用開口部１の内周面とにより環状の二次空気吐出口９を形成するように構成してある。

つまり、ガス供給筒５の外周部に、環状の一次空気吐出口８及び環状の二次空気吐出口９を、前記ガス供給筒５の軸心方向に沿う軸心方向視にて一次空気吐出口８が内側に位置し且つガス供給筒軸心方向において一次空気吐出口８及び二次空気吐出口９が同位置又は略同位置に位置する状態で設けてある。

又、二次空気吐出口９には、その二次空気吐出口９から吐出される二次燃焼用空気Ａを旋回させる二次旋回手段としての二次旋回羽根１０を設けてある。
この二次旋回羽根１０は、図３にも示すように、二次空気吐出口９の周方向に沿って分散する複数の羽根体１０ｗを備えて、二次空気吐出口９から吐出される二次燃焼用空気Ａを旋回させように構成してあり、その二次旋回羽根１０の羽根体１０ｗ夫々が二次空気吐出口９の径方向視にてその二次空気吐出口９の軸心、即ち、ガス供給筒軸心Ｐに対してその周方向一方側に傾斜する傾斜角度αを、例えば２０〜４０°の範囲に設定してある。

そして、環状の一次空気吐出口８から、一次燃焼用空気Ａが直進状に一次空気吐出口８の軸心方向，即ちガス供給筒軸心方向に沿って吐出され、ガス供給筒軸心方向視にて一次空気吐出口８の外側の環状の二次空気吐出口９から、二次燃焼用空気Ａが一次空気吐出口８から吐出された一次燃焼用空気流Ａの外周部を旋回する状態で二次空気吐出口９の軸心方向、即ちガス供給筒軸心方向に沿って吐出される。

前記ガス噴出部Ｎは、前記一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａの流動域にその一次燃焼用空気Ａの流動方向に沿わせてガス燃料Ｇを噴出する直進状ガス噴出部としての複数（この実施形態では４本）の筒状の直進噴出用ガスノズル１１と、前記二次空気吐出口９から吐出される二次燃焼用空気Ａの流動域に対してガス燃料Ｇを放射状に噴出する放射状ガス噴出部としての複数（この実施形態では４本）の筒状の放射噴出用ガスノズル１２とを備えて構成してある。各直進噴出用ガスノズル１１及び各放射噴出用ガスノズル１２のいずれも、長さが孔の直径の２倍以上になるように形成して、ガス燃料の噴出の直進性を向上して、ガス燃料の拡散を抑制するようにしてある。

前記４本の直進噴出用ガスノズル１１は、前記ガス供給筒５の外筒部５ｇの先端を閉塞する先端壁にその先端壁から突出する状態で周方向に等間隔で分散させて設け、前記４本の放射噴出用ガスノズル１２は、前記ガス供給筒５の内筒部５ｎにおける外筒部５ｇの先端からの突出部分の周壁にその周壁から突出する状態で、周方向での並び位相を前記４本の直進噴出用ガスノズル１１の周方向での並び位相と４５°ずらして周方向に等間隔で分散させて設けてある。つまり、ガス供給筒軸心方向視において、周方向に隣接する直進噴出用ガスノズル１１同士の間の夫々に、放射噴出用ガスノズル１２が１本ずつ位置するようにしてある。

各直進噴出用ガスノズル１１は、その軸心がガス供給筒軸心と平行になるように設けて、４本の直進噴出用ガスノズル１１により、ガス燃料Ｇが環状の一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａの流動域にその一次燃焼用空気Ａの流動方向に沿わせて直進状に噴出されるように構成してある。

各放射噴出用ガスノズル１２は、その軸心がガス供給筒５の径方向に対してガス供給筒先端側に４５°傾斜する前方傾斜状で且つガス供給筒軸心方向視にて先端の噴出口が一次空気吐出口８の外周縁と重なるように設けてある。つまり、４本の放射噴出用ガスノズル１２夫々は、一次空気吐出口８を径方向に横切るように設けてある。
そして、４本の放射噴出用ガスノズル１２により、ガス燃料Ｇを、一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａとの混合を極力抑制する状態で、二次空気吐出口９から旋回状態で吐出される二次燃焼用空気Ａの流動域に対して放射状に噴出するように構成してある。

図１に示すように、都市ガス等のガス燃料Ｇが供給される主ガス供給路１３を、直進噴出用ガス供給路１４と放射噴出用ガス供給路１５とに分岐し、直進噴出用ガス供給路１４をガス供給筒５の外筒部５ｇの後端に接続し、放射噴出用ガス供給路１５をガス供給筒５の内筒部５ｎの後端に接続してある。つまり、直進噴出用ガス供給路１４を通じて直進噴出用のガス燃料Ｇをガス供給筒５の外筒部５ｇに供給して、前記４本の直進噴出用ガスノズル１１にて噴出し、放射噴出用ガス供給路１５を通じて放射噴出用のガス燃料Ｇをガス供給筒５の内筒部５ｎに供給して、前記４本の放射噴出用ガスノズル１２にて噴出するように構成してある。

前記主ガス供給路１３には、ガス燃料Ｇの供給を断続する開閉弁１６、及び、ガス燃料Ｇの供給量を調節するガス供給量調節弁１７を設け、直進噴出用ガス供給路１４及び放射噴出用ガス供給路１５の分岐箇所には、直進噴出用ガス供給路１４及び放射噴出用ガス供給路１５へのガス燃料Ｇの分流比率、即ち、４本の直進噴出用ガスノズル１１からのガス燃料Ｇの噴出量と４本の放射噴出用ガスノズル１２からのガス燃料Ｇの噴出量との比である直進対放射ガス噴出比を調節するガス噴出比率調節手段としてのガス噴出比率調節用三方弁１８を設けてある。

前記送風機３からの燃焼用空気Ａを導く主空気供給路１９を一次空気供給路２０と二次空気供給路２１に分岐し、一次空気供給路２０を燃焼筒６の後端の周壁に接続し、二次空気供給路２１を風箱７の後端の周壁に接続してある。つまり、一次空気供給路２０を通じて一次燃焼用空気Ａを燃焼筒６内に供給して、前記一次空気吐出口８から吐出し、二次空気供給路２１を通じて二次燃焼用空気Ａを風箱７内に供給して、前記二次空気吐出口９から吐出するように構成してある。

一次空気供給路２０には一次空気調節用ダンパ２２を設け、二次空気供給路２１には二次空気調節用ダンパ２３を設けて、それら一次空気調節用ダンパ２２及び二次空気調節用ダンパ２３夫々の調節により、主空気供給路１９からの燃焼用空気Ａの一次空気供給路２０及び二次空気供給路２１への分流比率、即ち、一次空気吐出口８からの一次燃焼用空気Ａの吐出量と二次空気吐出口９からの二次燃焼用空気Ａの吐出量との比である一次対二次空気吐出比を調節するように構成してある。

４本の直進噴出用ガスノズル１１からのガス燃料Ｇの噴出量と４本の放射噴出用ガスノズル１２からのガス燃料Ｇの噴出量とを合わせた総合ガス燃料噴出量は、前記ガス供給量調節弁１７により調節し、一次空気吐出口８からの一次燃焼用空気Ａの吐出量と二次空気吐出口９からの二次燃焼用空気Ａの吐出量とを合わせた総合燃焼用空気吐出量は、前記送風機３の回転速度の調節により、総合ガス燃料噴出量に対して所定の設定空気比となるように調節するようにしてある。

又、前記ガス供給量調節弁１７にて総合ガス燃料噴出量を調節する状態で、ガス噴出比率調節用三方弁１８にて直進対放射ガス噴出比を調節するようになっている。ちなみに、直進対放射ガス噴出比は、２：８〜５：５の範囲に調節するようになっている。
又、前記送風機３にて総合燃焼用空気吐出量を調節する状態で、一次空気調節用ダンパ２２及び二次空気調節用ダンパ２３にて一次対二次空気吐出比を調節するようになっている。ちなみに、一次対二次空気吐出比は、５：９５〜２０：８０の範囲に調節するようになっている。

尚、総合ガス燃料噴出量を調節するためのガス供給量調節弁１７の制御及び総合燃焼用空気吐出量を調節するための送風機３の制御は、輝炎バーナＢの制御部（図示省略）により自動的に行うように構成してある。又、直進対放射ガス噴出比の調節は、ガス噴出比率調節用三方弁１８を手動操作することにより行い、一次対二次空気吐出比の調節は、一次空気調節用ダンパ２２及び二次空気調節用ダンパ２３を手動操作することにより行うようになっている。

この実施形態においては、一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａの流速を２０〜４０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定し、二次空気吐出口９から吐出される二次燃焼用空気Ａの流速を１０〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定して、一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａの流速が二次空気吐出口９から吐出される二次燃焼用空気Ａの流速よりも速くなるように構成してある。
又、直進噴出用ガスノズル１１及び放射噴出用ガスノズル１２夫々から噴出されるガス燃料Ｇの流速は、３０〜４０ｍ／ｓｅｃの範囲で、一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａの流速及び二次空気吐出口９から吐出される二次燃焼用空気Ａの流速とは異なる流速に設定してある。

以下、図１に基づいて、上述のように構成した輝炎バーナの燃焼形態について説明する。
環状の一次空気吐出口８から、一次燃焼用空気Ａが直進状にガス供給筒軸心方向に沿って吐出され、４本の直進噴出用ガスノズル１１から、ガス燃料Ｇが環状の一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａの流動域にその一次燃焼用空気Ａの流動方向に沿わせて直進状に噴出され、環状の二次空気吐出口９から、二次燃焼用空気Ａが一次空気吐出口８から吐出された一次燃焼用空気流Ａの外周部を旋回する状態でガス供給筒軸心方向に沿って吐出され、４本の放射噴出用ガスノズル１２から、ガス燃料Ｇが一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａとの混合が極力抑制される状態で、二次空気吐出口９から旋回状態で吐出される二次燃焼用空気Ａの流動域に対して放射状に噴出される。

つまり、二次燃焼用空気Ａは旋回状態で流動して、その旋回中心側への流動が抑制されるので、その二次燃焼用空気Ａと４本の直進噴出用ガスノズル１１から噴出されたガス燃料Ｇとの混合が抑制される状態で、４本の直進噴出用ガスノズル１１からのガス燃料Ｇと一次空気吐出口８からの一次燃焼用空気Ａとは、４本の直進噴出用ガスノズル１１からのガス燃料流Ｇの周囲を一次空気吐出口８からの一次燃焼用空気Ａが覆う状態で互いに徐々に混合しつつ同方向に流動し、４本の放射噴出用ガスノズル１２からのガス燃料Ｇは、旋回状態で流動する二次燃焼用空気Ａに徐々に混合されて徐々に燃焼しつつ二次燃焼用空気Ａと共に旋回状態で流動する。

そして、互いに徐々に混合しつつ同方向に流動する４本の直進噴出用ガスノズル１１からのガス燃料流Ｇ及び一次空気吐出口８からの一次燃焼用空気流Ａの周囲を覆う状態で、４本の放射噴出用ガスノズル１２からのガス燃料Ｇが二次空気吐出口９からの二次燃焼用空気Ａにて徐々に燃焼しつつその二次燃焼用空気Ａと共に旋回状態で流動することから、４本の直進噴出用ガスノズル１１からのガス燃料Ｇは、そのガス燃料自体が一次燃焼用空気Ａにて徐々に燃焼することにより発生する燃焼熱及び周囲を旋回する状態で流動する４本の放射噴出用ガスノズル１２からのガス燃料Ｇの燃焼熱により熱分解されて炭素粒が発生し、又、４本の放射噴出用ガスノズル１２からのガス燃料Ｇは、それが徐々に二次燃焼用空気Ａと混合して燃焼することにより発生する燃焼熱により熱分解されて炭素粒が発生するので、炭素粒が効率良く発生しながら燃焼して輝炎の発生率が高い火炎Ｆが形成される。

又、ガス噴出比率調節用三方弁１８により、直進対放射ガス噴出比を２：８〜５：５の範囲内で変更調節することにより、輝炎の発生率を一層向上させながら、火炎Ｆを所定の形状に形成することができる。
例えば、直進対放射ガス噴出比を４本の直進噴出用ガスノズル１１からの噴出量の比率が小さくなるように変更調節すると、形成される火炎Ｆの形状を幅が広くなるように変更調節することができ、逆に、直進対放射ガス噴出比を４本の直進噴出用ガスノズル１１からの噴出量の比率が大きくなるように変更調節すると、形成される火炎Ｆの形状を幅が狭くなるように変更調節することができる。

又、一次空気調節用ダンパ２２及び二次空気調節用ダンパ２３夫々の調節により、一次対二次空気吐出比を５：９５〜２０：８０の範囲内に設定することにより、輝炎の発生率を一層向上させることができる。

〔第２実施形態〕
以下、図面に基づいて、第２実施形態を説明する。
図４及び図５に示すように、第２実施形態は、前記一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａを旋回させる一次旋回羽根２４を設けた以外は、第１実施形態と同様に構成してあるので、以下では主として第１実施形態と異なる構成を主として説明して、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、説明を省略する。

前記一次旋回羽根２４は、前記ガス供給筒５の外筒部５ｇと燃焼筒６との間の環状空間に配設し、図６にも示すように、この一次旋回羽根２４には、一次空気吐出口８の周方向に沿って分散する複数の羽根体２４ｗを備えてある。
図６に示すように、一次旋回羽根２４の羽根体２４ｗ夫々が一次空気吐出口８の径方向視にてその一次空気吐出口８の軸心、即ち、ガス供給筒軸心Ｐに対してその周方向一方側に傾斜する傾斜角度αを、０°よりも大きく且つ５°以下の範囲内に設定するように構成してある。

この第２実施形態の輝炎バーナＢでは、一次空気吐出口８から一次燃焼用空気Ａが旋回する状態で吐出されることから、一次燃焼用空気Ａは旋回状態で流動して旋回中心側への流動が抑制されるので、その一次燃焼用空気Ａと４本の直進噴出用ガスノズル１１から噴出されたガス燃料Ｇとの混合が一段と緩やかに行われるので、炭素粒の発生量が多くなって輝炎の発生率が更に高くなる。

尚、一次旋回羽根２４の羽根体２４ｗの傾斜角度αを、５°よりも大きくすると、一次燃焼用空気Ａと４本の直進噴出用ガスノズル１１から噴出されたガス燃料Ｇとの混合が遅くなり過ぎて、火炎Ｆがリフトし易くなり、燃焼が不安定になる。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 直進噴射用ガスノズル１１及び放射噴出用ガスノズル１２夫々の設置本数は、上記の各実施形態において例示した４本に限定されるものではない。
但し、直進噴射用ガスノズル１１は１本でも良いが、放射噴出用ガスノズル１２は複数本設ける必要がある。
又、直進噴射用ガスノズル１１と放射噴出用ガスノズル１２とで設置本数を異ならせても良い。

（ロ） 直進状ガス噴出部は、上記の各実施形態においては筒状のガスノズル１１にて構成する場合について例示したが、ガス供給筒に穿設したガス噴出孔にて構成しても良い。

（ハ） 上記の各実施形態においては、各放射噴出用ガスノズル１２をガス供給筒軸心方向視にて先端の噴出口が一次空気吐出口８の外周縁と重なるように設ける場合について例示したが、先端の噴出口が一次空気吐出口８の外周縁よりも外側に位置するように設けても良い。

（ニ） 上記の各実施形態においては、前記ガス供給筒５を内筒部５ｎと外筒部５ｇとから構成して、直進状ガス噴出部及び放射状ガス噴出部夫々に対して各別にガス燃料を供給する場合について例示したが、単一の筒体にて構成しても良い。この場合、直進対放射ガス噴出比比は、直進状ガス噴出部及び放射状ガス噴出部を例えば筒状のガスノズルにて構成する場合は、ガスノズルの本数や口径により設定することになる。

（ホ） 上記の各実施形態においては、ガス噴出比率調節用三方弁１８を設けて直進対放射ガス噴出比を変更調節自在なように構成する場合について例示したが、ガス噴出比率調節用三方弁１８を省略して、直進対放射ガス噴出比を固定的に設定するように構成しても良い。この場合、輝炎の発生率を向上させるには、直進対放射ガス噴出比を２：８〜５：５の範囲に設定するのが好ましい。
又、上記の各実施形態においては、一次空気調節用ダンパ２２及び二次空気調節用ダンパ２３を設けて一次対二次空気吐出比を調節自在なように構成する場合について例示したが、一次空気調節用ダンパ２２及び二次空気調節用ダンパ２３を省略して、一次対二次空気吐出比を固定的に設定するように構成しても良い。この場合、輝炎の発生率を向上させるには、一次対二次空気吐出比を５：９５〜２０：８０の範囲に設定するのが好ましい。

（ヘ） 上記の各実施形態においては、一次空気吐出口８から吐出される一次燃焼用空気Ａの流速が二次空気吐出口９から吐出される二次燃焼用空気Ａの流速よりも速くなるように構成する場合について例示したが、一次燃焼用空気Ａの流速と二次燃焼用空気Ａの流速とが等しくなるように構成したり、一次燃焼用空気Ａの流速が二次燃焼用空気Ａの流速よりも遅くなるように構成しても良い。

（ト） 二次旋回手段の具体構成としては、上記の各実施形態において例示した二次旋回羽根１０に限定されるものではない。例えば、送風機３により二次燃焼用空気を円筒状の風箱７内にて旋回状態で流動させるようにその風箱７に対してその接線方向に導入して、二次空気吐出口９から二次燃焼用空気を旋回状態で吐出させるように構成しても良い。

（チ） 本発明による輝炎バーナの用途は、ガラス溶解炉に限定されるものではなく、アルミ溶解炉等の各種の加熱炉やボイラ等において用いることが可能である。

第１実施形態に係る輝炎バーナの縦断側面図 第１実施形態に係る輝炎バーナの正面図 第１実施形態に係る輝炎バーナの二次旋回羽根を示す展開図 第２実施形態に係る輝炎バーナの縦断側面図 第２実施形態に係る輝炎バーナの縦断正面図 第２実施形態に係る輝炎バーナの一次旋回羽根を示す展開図 実施形態に係る輝炎バーナを備えたガラス溶解炉の縦断側面図 実施形態に係る輝炎バーナを備えたガラス溶解炉の横断平面図 従来の輝炎バーナの縦断側面図

符号の説明

５ ガス供給筒
８ 一次空気吐出口
９ 二次空気吐出口
１０ 二次旋回手段
１１ 直進状ガス噴出部
１２ 放射状ガス噴出部
１８ ガス噴出比率調節手段
Ｎ ガス噴出部

Claims (5)

1. 先端側にガス噴出部を備えたガス供給筒の外周部に、そのガス供給筒の軸心方向に沿う軸心方向視にて、環状の一次空気吐出口及び環状の二次空気吐出口が前記一次空気吐出口が内側に位置する状態で設けられ、前記二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気を旋回させる二次旋回手段が設けられて、前記ガス噴出部から噴出されるガス燃料を輝炎を形成する状態で燃焼させるように構成された輝炎バーナであって、
   前記ガス噴出部が、前記一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気の流動域にその一次燃焼用空気の流動方向に沿わせてガス燃料を噴出する直進状ガス噴出部と、前記二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気の流動域に対してガス燃料を放射状に噴出する放射状ガス噴出部とを備えて構成され、
   前記放射状ガス噴出部が、前記ガス供給筒の周壁から突出する状態で周方向に分散させて設けられた複数の放射噴出用ガスノズルにて構成され、
   前記放射噴出用ガスノズルが、前記軸心方向視にて、先端の噴出口が前記一次空気吐出口の外周縁と重なる又は前記一次空気吐出口の外周縁よりも外側に位置するように設けられている輝炎バーナ。
2. 前記一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気の流速が前記二次空気吐出口から吐出される二次燃焼用空気の流速よりも速くなるように構成されている請求項１記載の輝炎バーナ。
3. 前記直進状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量と前記放射状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量との比が、２：８〜５：５の範囲に設定されている請求項１又は２記載の輝炎バーナ。
4. 前記直進状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量と前記放射状ガス噴出部からのガス燃料の噴出量との比を調節するガス噴出比率調節手段が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の輝炎バーナ。
5. 前記一次空気吐出口からの一次燃焼用空気の吐出量と前記二次空気吐出口からの二次燃焼用空気の吐出量との比が、５：９５〜２０：８０の範囲に設定されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の輝炎バーナ。

Images