JP4139794B2 - 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８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９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１１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Ａ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９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１１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その筒壁により拡散が阻止されて筒中心側に流動し易いため、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くて、ガス燃料が燃焼し易いので、炭素粒が発生し難い。
従って、従来では、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、前記一次空気吐出口の周方向に沿って分散する複数の羽根体を備えて、前記一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気を旋回させる一次旋回羽根が設けられ、
その一次旋回羽根の前記羽根体夫々が前記一次空気吐出口の径方向視にてその一次空気吐出口の軸心に対してその周方向一方側に傾斜する傾斜角度が、２０〜４０°の範囲に設定され、
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、その直進状ガス噴出部よりも外周側に位置して、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、一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気を旋回させる一次旋回羽根を設けて、その一次旋回羽根の羽根体夫々が一次空気吐出口の径方向視にてその一次空気吐出口の軸心に対してその周方向一方側に傾斜する傾斜角度（以下、単に羽根体の傾斜角度と記載する場合がある）を、２０〜４０°の範囲に設定すると、炭素粒の発生量を多くして輝炎の発生率を向上することができることを見出した。

つまり、ガス供給筒軸心方向視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一次旋回羽根にて旋回される状態で吐出させるようにして、一次空気吐出口、その外側の環状の二次空気吐出口から、それぞれ一次燃焼用空気、二次燃焼用空気を共に旋回状態で吐出させると、一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気は共に旋回中心側への流動が抑制されて、ガス噴出部から噴出されたガス燃料流の外周部を覆う状態で旋回して流動するので、ガス噴出部から噴出されたガス燃料流のうちの外側を通流するものから一次燃焼用空気又は二次燃焼用空気と混合する形態で、ガス燃料と一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気夫々との混合を徐々に行わせるようにすることが可能となる

そして、そのように、ガス噴出部からのガス燃料流のうちの外側を通流するものから一次燃焼用空気又は二次燃焼用空気と混合する形態で、ガス燃料と一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気夫々との混合を徐々に行わせるようにすると、ガス燃料流のうちの外側のものが一次燃焼用空気あるいは二次燃焼用空気と混合して燃焼する燃焼熱により、ガス燃料流のうちの内側のものが加熱されて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。

但し、一次旋回羽根を設けるにしても、その一次旋回羽根の羽根体の傾斜角度を小さくするほど、一次燃焼用空気の旋回力が弱くなり、一次燃焼用空気が旋回中心側へ流動し易くなってガス燃料と混合され易くなるので、炭素粒の発生量が減少する傾向となる。
そして、本発明の発明者らは、炭素粒の発生量を増大させて輝炎の発生率を向上させることが可能な羽根体の傾斜角度の下限が２０°であることを見出した。

又、一次旋回羽根の羽根体の傾斜角度を大きくするほど、ガス燃料と一次燃焼用空気との混合を緩やかに行わせて炭素粒の発生量を多くすることができるのであるが、大きくし過ぎると、ガス燃料と一次燃焼用空気との混合が遅くなり過ぎて、リフトし易い傾向となる。
そして、本発明の発明者らは、リフトを十分に抑制できて安定燃焼を維持しながらも炭素粒の発生量を増大させて輝炎の発生率を向上させることが可能な羽根体の傾斜角度の上限が４０°であることを見出した。
要するに、一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気を旋回させる一次旋回羽根を設けて、その一次旋回羽根の羽根体の傾斜角度を２０〜４０°の範囲に設定すると、安定燃焼させながら炭素粒の発生量を多くすることができるようになり、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、第１特徴構成によれば、放射状ガス噴出部から放射状に噴出されたガス燃料は、旋回状態で流動する一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気と緩やかに混合するものの、直進状ガス噴出部から噴出されたガス燃料よりも速く一次燃焼用空気又は二次燃焼用空気と混合して速く燃焼し、一方、直進状ガス噴出部から噴出されたガス燃料は、一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気の流動方向に沿って流動して緩やかに一次燃焼用空気又は二次燃焼用空気と混合して、直進状ガス噴出部から噴出されたガス燃料からの炭素粒の発生量が一段と多くなるので、直進状ガス噴出部から噴出されたガス燃料は、放射状ガス噴出部からのガス燃料の燃焼による火炎にて保炎される状態で、炭素粒が効率良く発生しながら安定燃焼する。
つまり、炭素粒を効率良く発生させながらも、燃焼の安定性を向上させることが可能となるので、空気比の調整等、燃焼条件の調整範囲を広くすることが可能となり、使勝手を向上することができる。

ちなみに、ガス噴出部を、一次空気吐出口から吐出される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のみにて構成すると、炭素粒の発生量の増大には有利になるものの、ガス燃料と一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気との混合が一層遅くなる傾向となるので、安定燃焼を維持しながらの燃焼条件の調整範囲が多少狭くなり、使勝手の向上の面では多少不利となる。
又、ガス噴出部を、ガス燃料を放射状に噴出する放射状ガス噴出部のみにて構成すると、ガス燃料と一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気との混合を速くして燃焼を安定化させる上では有利になるものの、一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気との混合が速くなることから炭素粒の発生量が少なくなるので、輝炎の発生率を向上させる上では多少不利となる。
従って、輝炎の発生率を十分に向上しながら、使い勝手をも向上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、１：９〜５：５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１：９〜５：５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１：９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１：９〜５：５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１：９〜５：５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）。
従って、直進対放射ガス噴出比を１：９〜５：５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３特徴構成は、上記第１又は第２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又は第２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の流動域の近くを流動してそれと混合され易い一次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の流動域の近くを流動してそれと混合され易い一次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。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
輝炎バーナＢは、例えば、図６及び図７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内側燃焼筒６、及び、二次燃焼用空気Ａを通流させる円筒状の外側燃焼筒７を、内側からガス供給筒５、内側燃焼筒６、外側燃焼筒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、先端側に先端側ほど小径となる先細り部５ｔを備えると共に、その先端及び後端を閉塞してある。
前記内側燃焼筒６は、前記バーナタイル２のバーナ設置用開口部１よりも小径となるように形成し、前記外側燃焼筒７は、外径が前記バーナタイル２のバーナ設置用開口部１と略同径となるように形成してある。
そして、前記ガス供給筒５、前記内側燃焼筒６及び前記外側燃焼筒７を、先端を互いに揃え且つ内側燃焼筒６の後端をガス供給筒５の後端よりも引退させ且つ外側燃焼筒７の後端を内側燃焼筒６の後端よりも引退させた状態で互いに同心状に設け、内側燃焼筒６及び外側燃焼筒７夫々の後端を閉塞してある。

そして、前記ガス供給筒５と前記内側燃焼筒６との間に一次燃焼用空気Ａを通流させる一次空気流路８を形成すると共に、ガス供給筒５の先端部と内側燃焼筒６の先端部とにより環状の一次空気吐出口９を形成し、内側燃焼筒６と前記外側燃焼筒７との間に二次燃焼用空気を通流させる二次空気流路１０を形成すると共に、内側燃焼筒６の先端部と前記外側燃焼筒７の先端部とにより環状の二次空気吐出口１１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９及び環状の二次空気吐出口１１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９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９及び二次空気吐出口１１が同位置又は略同位置に位置する状態で設けてある。

又、一次空気吐出口９には、その一次空気吐出口９の周方向に沿って分散する複数の羽根体１２ｗを備えて、一次空気吐出口９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１２を設けてある。
図３にも示すように、その一次旋回羽根１２の羽根体１２ｗ夫々が一次空気吐出口９の径方向視にてその一次空気吐出口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、２０〜４０°の範囲に設定してある。

更に、前記一次空気流路８には、前記一次空気吐出口９から吐出される一次燃焼用空気Ａの流速を変更調節自在なオリフィス１３を設けてある。
このオリフィス１３は、図４にも示すように、周方向に複数の開口部を備えた環状の２枚のプレート１３ａ，１３ｂを一方が固定され且つ他方がガス供給筒軸心周りに回動自在な状態で互いに重ねて、ガス供給筒５と内側燃焼筒６との間に配設し、回動自在な方の回動用プレート１３ａを回動操作するための操作片１３ｃを内側燃焼筒６の外方側に突出させてある。

そして、外部より操作片１３ｃを用いて回動用プレート１３ａを回動させることにより、その回動用プレート１３ａの開口部の周方向での位相を変更調節して、一次燃焼用空気Ａを通過させる通気窓１３ｄの開口面積を変更することにより、オリフィス１３を通過する一次燃焼用空気Ａの流速を変更調節して、一次空気吐出口９から吐出される一次燃焼用空気Ａの流速を変更調節するように構成してある。

又、二次空気吐出口１１には、その二次空気吐出口１１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１４を設けてある。
この二次旋回羽根１４は、二次空気吐出口１１の周方向に沿って分散する複数の羽根体１４ｗを備えて、二次空気吐出口１１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、図示は省略するが、その二次旋回羽根１４の羽根体１４ｗ夫々の傾斜角度αは、例えば２０〜４０°の範囲で、前記一次旋回羽根１２の傾斜角度αよりも大きい角度に設定してある。

そして、環状の一次空気吐出口９から、一次燃焼用空気Ａが旋回する状態で一次空気吐出口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、ガス供給筒軸心方向視にて一次空気吐出口９の外側の環状の二次空気吐出口１１から、二次燃焼用空気Ａが一次空気吐出口９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１１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９から吐出される一次燃焼用空気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１個の直進用ガス噴出孔１５と、その直進用ガス噴出孔１５よりも外周側に位置して、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個（この実施形態では８個）の放射用ガス噴出孔１６とを備えて構成してある。

前記直進用ガス噴出孔１５は、前記ガス供給筒５の先端を閉塞する先端壁の中心に、孔軸心をガス供給筒軸心方向に沿わせた状態で穿設して設け、前記８個の放射用ガス噴出孔１６は、孔軸心がガス供給筒５の径方向に対してガス供給筒先端側に傾斜する前方傾斜状にて、前記ガス供給筒５の先細り部５ｔの周壁に周方向に等間隔で分散させて穿設して設けてある。

つまり、前記直進用ガス噴出孔１５により、ガス燃料Ｇが、環状の一次空気吐出口９から吐出される一次燃焼用空気Ａの流動方向に沿わせて直進状に噴出され、８個の放射用ガス噴出孔１６により、ガス燃料Ｇが、直進用ガス噴出孔１５の外側から一次燃焼用空気Ａの流動方向向きに先拡がり状の放射状に噴出されることになる。

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である直進対放射ガス噴出比は、１：９〜５：５の範囲に設定する。そして、この実施形態では、直進対放射ガス噴出比は、前記直進状ガス噴出部としての直進用ガス噴出孔１５の口径及び個数と前記放射状ガス噴出部としての放射用ガス噴出孔１６の口径及び個数とに基づいて、設置対象のガラス溶解炉の形状等により設定する。

即ち、前記直進対放射ガス噴出比を１：９〜５：５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、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。

そして、上述のような配置形態にて前記ガス供給筒５、前記内側燃焼筒６及び前記外側燃焼筒７等を一体的に組み付けて構成したバーナ本体Ｍを、外側燃焼筒７の先端部分を前記バーナ設置用開口部１に内嵌させた状態で、前記バーナタイル２に保持する。

図１に示すように、都市ガス等のガス燃料Ｇが供給されるガス供給路１７を、前記ガス供給筒５の後端に接続してある。
そして、そのガス供給路１７を通じてガス燃料Ｇをガス供給筒５に供給して、前記直進用ガス噴出孔１５及び８個の放射用ガス噴出孔１６により噴出するようにしてある。

前記ガス供給路１７には、ガス燃料Ｇの供給を断続する開閉弁１８、及び、ガス燃料Ｇの供給量を調節するガス供給量調節弁１９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２０を一次空気供給路２１と二次空気供給路２２に分岐し、一次空気供給路２１を内側燃焼筒６の後端の周壁に接続し、二次空気供給路２２を外側燃焼筒７の後端の周壁に接続してある。つまり、一次空気供給路２１を通じて一次燃焼用空気Ａを内側燃焼筒６内に供給して、前記一次空気吐出口９から吐出し、二次空気供給路２２を通じて二次燃焼用空気Ａを外側燃焼筒７内に供給して、前記二次空気吐出口１１から吐出するように構成してある。

一次空気供給路２１には一次空気調節用ダンパ２３を設け、二次空気供給路２２には二次空気調節用ダンパ２４を設けて、それら一次空気調節用ダンパ２３及び二次空気調節用ダンパ２４夫々の調節により、主空気供給路２０からの燃焼用空気Ａの一次空気供給路２１及び二次空気供給路２２への分流比率、即ち、一次空気吐出口９からの一次燃焼用空気Ａの吐出量と二次空気吐出口１１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。

直進用ガス噴出孔１５からのガス燃料Ｇの噴出量と８個の放射用ガス噴出孔１６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１９により調節し、一次空気吐出口９からの一次燃焼用空気Ａの吐出量と二次空気吐出口１１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２３及び二次空気調節用ダンパ２４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１９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、一次対二次空気吐出比の調節は、一次空気調節用ダンパ２３及び二次空気調節用ダンパ２４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、直進用ガス噴出孔１５から噴出されるガス燃料Ｇ及び放射用ガス噴出孔１６から噴出されるガス燃料Ｇ夫々の流速は、３０〜４０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定し、一次空気吐出口９から吐出される一次燃焼用空気Ａ及び二次空気吐出口１１から吐出される二次燃焼用空気Ａ夫々の流速を、一次燃焼用空気Ａの流速の方が速くなる条件で１０〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲に設定してある。

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。
直進用ガス噴出孔１５により、ガス燃料Ｇがガス供給筒軸心方向に沿って直進状に噴出され、８個の放射用ガス噴出孔１６により、直進用ガス噴出孔１５の外側からその直進用ガス噴出孔１５からのガス燃料Ｇの噴出方向向きに、ガス燃料Ｇが先拡がり状の放射状に噴出され、環状の一次空気吐出口９により、８個の放射用ガス噴出孔１６の外側から一次燃焼用空気Ａが旋回する状態でガス供給筒軸心方向に沿って吐出され、環状の二次空気吐出口１１により、一次空気吐出口９の外側から二次燃焼用空気Ａがガス供給筒軸心方向に沿って吐出される。
すると、共に旋回状態で吐出される一次燃焼用空気Ａ及び二次燃焼用空気Ａは共に旋回中心側への流動が抑制されるので、直進用ガス噴出孔１５及び８個の放射用ガス噴出孔１６から噴出されたガス燃料Ｇのうちの外側を通流するものから一次燃焼用空気Ａ又は二次燃焼用空気Ａと混合する形態で、ガス燃料Ｇと一次燃焼用空気Ａ及び二次燃焼用空気Ａとの混合が緩やかに行われる。
そして、直進用ガス噴出孔１５及び８個の放射用ガス噴出孔１６からのガス燃料流Ｇのうちの外側を通流するものから一次燃焼用空気Ａ又は二次燃焼用空気Ａと混合する形態で、ガス燃料Ｇと一次燃焼用空気Ａ及び二次燃焼用空気Ａとの混合が緩やかに行われると、ガス燃料流Ｇのうちの外側のものが一次燃焼用空気Ａあるいは二次燃焼用空気Ａと混合して燃焼する燃焼熱により、ガス燃料流Ｇのうちの内側のものが加熱されて熱分解されて炭素粒が発生するので、直進用ガス噴出孔１５及び８個の放射用ガス噴出孔１６から噴出されたガス燃料Ｇは、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。

しかも、８個の放射用ガス噴出孔１６から放射状に噴出されたガス燃料Ｇは、旋回状態で流動する燃焼用空気Ａと緩やかに混合するものの、直進用ガス噴出孔１５から噴出されたガス燃料Ｇよりも速く一次燃焼用空気Ａ又は二次燃焼用空気Ａと混合して速く燃焼し、直進用ガス噴出孔１５から噴出されたガス燃料Ｇは、一次空気吐出口９から吐出される一次燃焼用空気Ａの流動方向に沿って流動して緩やかに一次燃焼用空気Ａ又は二次燃焼用空気Ａと混合して、直進用ガス噴出孔１５から噴出されたガス燃料Ｇからの炭素粒の発生量が一段と多くなるので、直進用ガス噴出孔１５から噴出されたガス燃料Ｇは、８個の放射用ガス噴出孔１６からのガス燃料Ｇの燃焼による火炎にて保炎される状態で、炭素粒が効率良く発生しながら安定燃焼することになり、輝炎の発生率が一層高くなるのである。

次に、一次空気吐出口９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１２を設けてその一次旋回羽根１２の羽根体１２ｗ夫々の傾斜角度を２０〜４０°の範囲に設定することにより、輝炎の発生率を向上することができる点を検証した結果を説明する。

かかる輝炎バーナＢを上述したガラス溶解炉３０の熱源として用いる場合、投入口３８から投入されるガラス原料を速く溶融させるのが好ましいので、炉内空間３５の手前側（輝炎バーナＢの設置側）の部分（例えば、奥行の１／３程度の範囲）の加熱温度を高くする必要があり、そして、輝炎バーナＢにて形成する火炎Ｆの輝炎の発生率を高くすることにより、炉内空間３５の手前側の部分の加熱温度を高くすることが可能となる。
そこで、この検証試験では、羽根体１２ｗの傾斜角度が異なる複数の一次旋回羽根１２を付け換えながらガラス溶解炉３０を運転して、炉内空間３５における前後方向に沿う方向での各位置において、羽根体１２ｗの傾斜角度と炉内空間３５の温度（以下、炉温と称する場合がある）との関係を調べた。

ちなみに、検証試験にて用いたガラス溶解炉３０の炉内空間３５の奥行、幅はそれぞれ６９７０ｍｍ、１７００ｍｍであり、溶解槽３２の底部から天井壁３４までの高さは１７００ｍｍであり、輝炎バーナＢは、溶解槽３２の底面から天井壁３までの間の略中間の高さの位置に設けてある。
そして、溶解槽３２の底面から６００ｍｍの高さの位置の炉温を計測した。
又、検証試験に用いた輝炎バーナＢの燃焼量は２６００ｋＷであり、排熱回収熱交換器４による燃焼用空気Ａの予熱温度は９０°Ｃである。

検証試験の結果を図５に示す。
図５には、輝炎バーナＢの先端からの距離が５００ｍｍの位置（図５のＰ₅₀₀）、１２５０ｍｍの位置（図５のＰ₁₂₅₀）、３０００ｍｍの位置（図５のＰ₃₀₀₀）及び６０００ｍｍの位置（図５のＰ₆₀₀₀）の夫々における羽根体１２ｗの傾斜角度と炉温との関係を示す。
尚、検証試験では、羽根体１２ｗの傾斜角度を４０°よりも大きくすると、ガス燃料Ｇと一次燃焼用空気Ａとの混合が遅くなり過ぎて、火炎がリフトし易くなり、燃焼の安定性が低下することが分かったので、図５では、羽根体１２ｗの傾斜角度が０〜４０°の範囲について図示して、羽根体１２ｗの傾斜角度が４０°よりも大きい範囲については図示を省略している。

輝炎バーナＢの先端からの距離が５００ｍｍの位置及び１２５０ｍｍの位置では、羽根体１２ｗの傾斜角度が４０°から小さくなるほど炉温が低くなり、その傾斜角度が小さくなるに伴って炉温が低くなる低下率は、羽根体１２ｗの傾斜角度が２０°よりも小さい範囲では２０〜４０°の範囲に比べて大きい。
つまり、一次旋回羽根１２の羽根体１２ｗの傾斜角度を２０〜４０°の範囲に設定すると、輝炎の発生率を顕著に向上させることができて、炉内空間３５における手前側の部分の加熱温度を顕著に高くすることができるのである。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 前記直進状ガス噴出部としての前記直進用ガス噴出孔１５の設置個数は、上記の実施形態において例示した１個に限定されるものではなく、複数個でも良い。
又、前記放射状ガス噴出部としての前記放射用ガス噴出孔１６の設置個数は、上記の実施形態において例示した８個に限定されるものではないが、ガス燃料Ｇを放射状に噴出するためには、少なくとも３個以上が好ましい。

（ロ） 前記直進状ガス噴出部は、上記の実施形態のように直進用ガス噴出孔１５をガス供給筒５に穿設して構成するのに代えて、筒状のガスノズルをガス供給筒５の先端壁にそれから突出する状態で設けて構成しても良い。
又、前記放射状ガス噴出部は、上記の実施形態のように複数の放射用ガス噴出孔１６をガス供給筒５の周壁に周方向に分散させて穿設して構成するのに代えて、複数の筒状ガスノズルをガス供給筒５の周壁にその周壁から突出する状態で周方向に分散させて設けて構成しても良い。

（ハ） 上記の実施形態においては、前記直進状ガス噴出部及び前記放射状ガス噴出部に対して、前記ガス供給筒５という共通の供給系統にてガス燃料を供給するように構成する場合について例示したが、別個の供給系統にてガス燃料を供給するように構成しても良い。
この場合、各供給系統を通じて前記直進状ガス噴出部と前記放射状ガス噴出部とに供給するガス燃料の比率を調節自在なガス噴出比率調節手段を設けて、直進対放射ガス噴出比を変更調節自在なように構成しても良い。
この場合は、例えば、ガス噴出比率調節手段を用いて直進対放射ガス噴出比を変更調節することにより、火炎形状を、輝炎バーナの設置対象の加熱炉の形状に適合させる等、任意に変更することができる。

（ニ） 上記の実施形態においては、一次空気調節用ダンパ２３及び二次空気調節用ダンパ２４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、前記一次空気調節用ダンパ２３及び前記二次空気調節用ダンパ２４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。

（ホ） 前記一次旋回羽根１２の羽根体１２ｗの傾斜角度と前記二次旋回羽根１４の羽根体１４ｗの傾斜角度との関係としては、上記の実施形態では、二次旋回羽根１４の羽根体１４ｗの傾斜角度の方を大きくしたが、一次旋回羽根１２の羽根体１２ｗの傾斜角度の方を大きくしたり、両者を同一にしても良い。

（ヘ） 直進状ガス噴出部から噴出されるガス燃料Ｇ及び放射状ガス噴出部から噴出されるガス燃料Ｇ夫々の流速と、一次空気吐出口９から吐出される一次燃焼用空気Ａ及び二次空気吐出口１１から吐出される二次燃焼用空気Ａ夫々の流速との関係は、上記の実施形態では、ガス燃料Ｇの流速の方が速くなる関係としたが、逆に、燃焼用空気Ａの方が速くなる関係としても良く、いずれにしても、ガス燃料Ｇの流速と燃焼用空気Ａの流速とを異ならせるのが、燃焼の安定化の上では好ましい。

直進状ガス噴出部から噴出されるガス燃料Ｇの流速と、放射状ガス噴出部から噴出されるガス燃料Ｇの流速とを異ならせても良い。

又、一次空気吐出口９から吐出される一次燃焼用空気Ａの流速と二次空気吐出口１１から吐出される二次燃焼用空気Ａの流速との関係は、上記の実施形態では、一次燃焼用空気Ａの流速の方を速くしたが、二次燃焼用空気Ａの流速の方を速くしたり、両者を同じにしても良い。

（ト） 二次旋回手段の具体構成としては、上記の実施形態において例示した二次旋回羽根１４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外側燃焼筒７内にて旋回状態で流動させるようにその外側燃焼筒７に対してその接線方向に導入して、二次空気吐出口１１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） 前記一次旋回羽根１２を一次空気吐出口９に対して着脱自在なように構成して、一次空気吐出口９に設ける一次旋回羽根１２を羽根体１２ｗの傾斜角度の異なるものに変更可能なように構成しても良い。

（リ） 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。

実施形態に係る輝炎バーナの縦断側面図 実施形態に係る輝炎バーナの正面図 実施形態に係る輝炎バーナの一次旋回羽根を示す要部の展開図 実施形態に係る輝炎バーナのオリフィスを示す縦断正面図 一次旋回羽根の羽根体の傾斜角度と炉温との関係を示す図 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
９ 一次空気吐出口
１１ 二次空気吐出口
１２ 一次旋回羽根
１２ｗ 羽根体
１４ 二次旋回手段
１５ 直進状ガス噴出部
１６ 放射状ガス噴出部
Ｎ ガス噴出部

Claims (3)

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、
   前記一次空気吐出口の周方向に沿って分散する複数の羽根体を備えて、前記一次空気吐出口から吐出される一次燃焼用空気を旋回させる一次旋回羽根が設けられ、
   その一次旋回羽根の前記羽根体夫々が前記一次空気吐出口の径方向視にてその一次空気吐出口の軸心に対してその周方向一方側に傾斜する傾斜角度が、２０〜４０°の範囲に設定され、
   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、その直進状ガス噴出部よりも外周側に位置して、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ている輝炎バーナ。
2. 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、１：９〜５：５の範囲に設定されている請求項１記載の輝炎バーナ。
3. 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又は２に記載の輝炎バーナ。

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