JP2012121762A - ガラスの製造方法及びガラスの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円筒状の燃焼室2に偏心導入される燃料Nを酸素を含有する酸化剤Sにより旋回燃焼させて管状火炎を形成する管状火炎バーナBが燃焼室2での燃焼ガスの流動方向の下流側が鉛直方向下方側となるように設けられ、ガラス原料粉末Gが浮遊された搬送気体Hを燃焼室2の上端部から燃焼室2の径方向の中央部に導入して、溶解・ガラス化反応により生じたガラス液滴を燃焼室2の下端部にて受け止め回収する。
【選択図】図1
Description
最近のガラス原料の溶解方法として、燃料を酸素燃焼させて生じる高温火炎にプラズマを加えることで超高温場を作り出し、その超高温場にガラス原料を吹き込むことで、気流中で瞬時(例えば0.1秒程度)にガラス原料を溶解させるインフライトメルティングの開発が国家プロジェクトとして進められている(例えば、特許文献1、及び、非特許文献1参照)。このインフライトメルティングでは、短時間でガラス原料を溶解させるため放熱ロスが小さく、省エネルギー性に優れた技術とされている。
そこで、本発明に係るガラスの製造方法では、ガラス原料粉末が浮遊された搬送気体を燃焼室の上端部から燃焼室の径方向の中央部に導入しているので、燃焼室の径方向で中央側の燃焼ガス(既燃ガス)中にガラス原料粉末を導入させることができる。これにより、燃焼室に導入されたガラス原料粉末を、燃焼ガス中に滞留させたまま、燃焼ガスの旋回気流に乗せて燃焼ガスの流動方向の下流側(燃焼室の下方側)に導くことができる。したがって、ガラス原料粉末の燃焼ガス中の滞留時間を長くできるので、管状火炎の燃焼室の軸方向での火炎長さを調整するだけで、ガラス原料粉末の燃焼ガス中の滞留時間を、溶融とガラス化反応に要する時間以上とすることができる。ここで、管状火炎の燃焼室の軸方向での火炎長さの調整については、例えば、燃焼室に燃料と酸化剤とを偏心導入するために燃焼室の軸方向に開口されたスリットの燃焼室の軸方向での長さを調整することによって容易に行うことができる。しかも、ガラス原料粉末は、特許文献1とは異なり、火炎中ではなく燃焼ガス中に供給されるので、低温のガラス粉末や搬送気体で、燃焼反応が阻害されることなく、一方で、ガラス原料が燃料、酸素及び燃焼反応中間体(ラジカル)に影響されることがない。
このような気体燃料又は液体燃料を用いることで、管状火炎バーナでの燃焼を適切に行うことができ、気相でのガラス原料の溶解・ガラス化反応を適切に行うことができる。
このように、酸化剤として、酸素のみ、酸素富化空気もしくは炭酸ガスと酸素の混合気体を用いることで、管状火炎バーナの燃焼温度を上昇させることができ、高温の火炎を形成して気相でのガラス原料の溶解・ガラス化反応を適切に行うことができる。
このように、燃料と酸化剤とを別個に燃焼室に導入することで、燃料が燃焼室に導入される前に着火する逆火の発生を防止できながら、管状火炎バーナでの燃焼を適切に行うことができ、気相でのガラス原料の溶解・ガラス化反応を適切に行うことができる。
そこで、本発明に係るガラスの製造方法では、管状火炎バーナにおける燃焼室を燃焼ガスの流動方向の上流側よりも下流側の方が直径を大きくすることで、燃焼室の内壁部にガラス液滴等が付着するのを防止して、バーナの機能が阻害されるという事態に陥るのを防止することができる。しかも、燃焼室の直径が燃焼ガスの流動方向の下流側の方が大きいので、仮に燃焼室の軸方向での燃焼室の長さが長くなっても、燃焼ガスの排出を容易にして圧力損失を下げることができるとともに、燃焼振動を抑制して燃焼を安定して行うことができる。
〔第1実施形態〕
図1及び図2は、本発明に係るガラスの製造方法及び本発明に係るガラスの製造装置の第1実施形態を示すものである。図1は、第1実施形態におけるガラスの製造装置の斜視図であり、図2は、第1実施形態におけるガラスの製造装置の上下方向での断面図である。
この第1実施形態におけるガラスの製造装置1は、図1及び図2に示すように、円筒状の燃焼室2を有する管状火炎バーナBと、その管状火炎バーナBの燃焼室2内にガラス原料粉末Gが浮遊された搬送気体Hを導入する導入部Dと、燃焼室2にて溶解・ガラス化反応されて生じたガラス液滴を回収して液状のガラス融液とする回収部Kとを備えている。
搬送気体Hについては、二酸化炭素(CO2)、酸素(O2)或いはアルゴン(Ar)を用いることができる。
この第2実施形態は、上記第1実施形態における導入部Dの別実施形態である。その他の構成については、上記第1実施形態と同様であるので、図3及び図4に基づいて、導入部Dを中心に説明し、その他の構成については説明を省略する。図3は、第2実施形態におけるガラスの製造装置の斜視図であり、図4は、第2実施形態におけるガラスの製造装置の上下方向での断面図である。
この第2実施形態では、図3及び図4に示すように、導入部Dが、ガラス原料粉末Gが浮遊された搬送気体Hを燃焼室2に導入するに当たり、燃焼室2の上端部において燃焼室2の径方向の中心Xから偏心した位置から、燃焼室2の燃焼ガスの流動方向の下流側(図3中下方側)に搬送気体Hを燃焼室2内に導入するように構成されている。
この第3実施形態は、上記第1実施形態における燃焼室2の形状の別実施形態である。その他の構成については、上記第1実施形態と同様であるので、図5及び図6に基づいて、燃焼室2の形状を中心に説明し、その他の構成については説明を省略する。図5は、第3実施形態におけるガラスの製造装置の斜視図であり、図6は、第3実施形態におけるガラスの製造装置の上下方向での断面図である。
この第3実施形態では、図5及び図6に示すように、燃焼室2が、燃焼ガスの流動方向の上流側よりも下流側の方が直径が大きくなるように構成されている。燃焼室2の直径は、燃焼ガスの流動方向で上流側から下流側に連続して拡大するように構成されている。
2 燃焼室
2a 内壁部
B 管状火炎バーナ
D 導入部
K 回収部
H 搬送気体
G ガラス原料粉末
N 燃料
S 酸化剤
R 冷却手段
Claims (14)
- 円筒状の燃焼室に偏心導入される燃料を酸素を含有する酸化剤により旋回燃焼させて管状火炎を形成する管状火炎バーナが前記燃焼室での燃焼ガスの流動方向の下流側が鉛直方向下方側となるように設けられ、ガラス原料粉末が浮遊された搬送気体を前記燃焼室の上端部から前記燃焼室の径方向の中央部に導入して、溶解・ガラス化反応により生じたガラス液滴を前記燃焼室の下端部にて受け止め回収するガラスの製造方法。
- 前記管状火炎バーナにおける燃料として、水素または炭化水素を主とする気体燃料或いは霧化又は気化された液体燃料を用いる請求項1に記載のガラスの製造方法。
- 前記管状火炎バーナにおける酸化剤として、酸素のみ、酸素富化空気もしくは炭酸ガスと酸素の混合気体を用いる請求項1又は2に記載のガラスの製造方法。
- 前記ガラス原料粉末が浮遊された搬送気体を前記燃焼室に導入するに当たり、前記燃焼室の上端部において前記燃焼室の径方向の中心から偏心した位置から、前記燃焼室の燃焼ガスの流動方向の下流側に又は前記燃焼室における旋回燃焼での旋回方向と同一方向に前記搬送気体を前記燃焼室内に導入する請求項1〜3の何れか1項に記載のガラスの製造方法。
- 前記管状火炎バーナでの燃焼により発生する窒素酸化物の発生量が設定許容量未満となるように、前記搬送気体、前記燃料及び前記酸化剤中の窒素濃度を設定する請求項1〜4の何れか1項に記載のガラスの製造方法。
- 前記管状火炎バーナにおいて前記燃料と前記酸化剤とを別個に前記燃焼室に導入する請求項1〜5の何れか1項に記載のガラスの製造方法。
- 前記管状火炎バーナにおける前記燃焼室を燃焼ガスの流動方向の上流側よりも下流側の方が直径を大きくする請求項1〜6の何れか1項に記載のガラスの製造方法。
- 前記管状火炎バーナにおける前記燃焼室の内壁部を、耐熱材料により構成し、その耐熱材料の耐熱許容温度未満となるように前記内壁部を冷却する請求項1〜7の何れか1項に記載のガラスの製造方法。
- 前記内壁部を冷却するに当たり、ガラスの溶融温度以上で且つ前記耐熱材料の耐熱許容温度未満となるように冷却する請求項8に記載のガラスの製造方法。
- 円筒状の燃焼室内に供給される燃料を酸素を含有する酸化剤により旋回燃焼させて管状火炎を形成する管状火炎バーナが前記燃焼室での燃焼ガスの流動方向の下流側が鉛直方向下方側となるように設けられ、ガラス原料粉末が浮遊された搬送気体を前記燃焼室の上端部から前記燃焼室の径方向の中央部に導入する導入部と、溶解・ガラス化反応により生じたガラス液滴を前記燃焼室の下端部にて受け止め回収する回収部とを備えているガラスの製造装置。
- 前記導入部は、ガラス原料粉末が浮遊された搬送気体を前記燃焼室に導入するに当たり、前記燃焼室の上端部において前記燃焼室の径方向の中心から偏心した位置から、前記燃焼室の燃焼ガスの流動方向の下流側に又は前記燃焼室における旋回燃焼での旋回方向と同一方向に前記搬送気体を前記燃焼室内に導入するように構成されている請求項10に記載のガラスの製造装置。
- 前記管状火炎バーナにおける前記燃焼室は、燃焼ガスの流動方向の上流側よりも下流側の方が直径が大きくなるように構成されている請求項10又は11に記載のガラスの製造装置。
- 前記管状火炎バーナにおける前記燃焼室の内壁部を、耐熱材料により構成し、その耐熱材料の耐熱許容温度未満となるように前記内壁部を冷却する冷却手段が備えられている請求項10〜12の何れか1項に記載のガラスの製造装置。
- 前記冷却手段は、前記内壁部を冷却するに当たり、ガラスの溶融温度以上で且つ前記耐熱材料の耐熱許容温度未満となるように冷却状態を制御自在に構成されている請求項13に記載のガラスの製造装置。
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