溶解炉用の燃焼装置および溶解炉
【課題】上下方向に拡散した広がりのある火炎を形成して、火炎の基端側下方へも火炎が行き渡るようにし、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することのできる溶解炉用の燃焼装置と溶解炉の提供。
【解決手段】燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部Ｆ１と下方燃料噴出部Ｆ２とを備えて構成され、上方燃料噴出部Ｆ１から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出部Ｆ２から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔１３が設けられ、冷却用噴出孔１３からガス燃料を噴出することによって燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置とその燃焼装置が炉壁に設けられている溶解炉。
【解決手段】燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部Ｆ１と下方燃料噴出部Ｆ２とを備えて構成され、上方燃料噴出部Ｆ１から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出部Ｆ２から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔１３が設けられ、冷却用噴出孔１３からガス燃料を噴出することによって燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置とその燃焼装置が炉壁に設けられている溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置および溶解炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる溶解炉用の燃焼装置は、ガラスや金属などの溶解対象物を溶解する溶解炉に使用されるもので、従来、燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、上下方向に並ぶ上方燃料噴出部と下方燃料噴出部とを備え、その上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、側面視において、互いに平行になるように構成された燃焼装置とその燃焼装置を使用した溶解炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記文献に記載の従来の燃焼装置では、上方燃料噴出部からの上方噴出流と下方燃料噴出部からの下方噴出流とが、側面視で互いに平行になるため、燃焼により形成される火炎は、その噴出方向に比較的長くて、上下方向にあまり広がりのない火炎となる。
そのため、その燃焼装置を溶解炉に使用した場合、特に火炎の基端側下方に火炎が充分に行き渡らず、その部位を効率よく加熱することができず、その結果、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができないという欠点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、上下方向に拡散した広がりのある火炎を形成して、火炎の基端側下方へも火炎が行き渡るようにし、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することのできる溶解炉用の燃焼装置と溶解炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための、溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置の特徴構成は、
前記燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部と下方燃料噴出部とを備えて構成され、
前記上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、
前記燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔が設けられ、その冷却用噴出孔からガス燃料を噴出することによって前記燃料噴出部を冷却するように構成されているところにある。
【０００７】
この溶解炉用の燃焼装置は、燃焼用空気供給部内に設けられた燃料噴出部から燃焼空間に向けてガス燃料が噴出され、燃焼用空気供給部から燃焼空間に対して斜め下方向きに燃焼用空気が供給され、燃料噴出部から噴出されたガス燃料が、燃焼空間で燃焼用空気と混合されて溶解槽上方の燃焼空間で燃焼する。その燃焼により形成される火炎は、上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突した状態で形成されるため、上方噴出流および下方噴出流の噴出部と両噴出流の衝突位置とを含む面内で上下方向に広がった火炎となる。
したがって、火炎全体としては、その噴出方向において比較的短く、上下方向に拡散した火炎となり、後の実験結果からも明らかなように、火炎の基端側下方をも効率よく加熱することができ、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができる。
その反面、燃料噴出部が高温になり過ぎて損傷し易くなるおそれがあるが、冷却用噴出孔から噴出するガス燃料により燃料噴出部が冷却されるので、燃料噴出部の過熱が抑制され、その結果、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することが可能となる。
【０００８】
上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部のそれぞれが、水平方向に並ぶ複数の燃料噴出孔を備えて構成され、
上下方向で対を成す燃料噴出孔間で、上方に位置する上方燃料噴出孔と下方に位置する下方燃料噴出孔とに関し、前記上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出孔から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、火炎長が比較的短く、上下方向に充分に拡散した火炎を形成して、炉側壁の近傍においても溶解対象物の加熱を充分に行うことができるとともに、火炎の水平方向の広がりも期待できるため、効率のよい加熱が可能となる。
【０００９】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記複数の上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記複数の下方燃料噴出孔から噴出される下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で広がるように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、火炎の水平方向の広がりを充分に確保して、より一層効率のよい加熱が可能となる。
【００１０】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間の上下方向中間位置に複数設けられているのが好ましい。
このように上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間に冷却用噴出孔を複数設けることで、上方燃料噴出部と下方燃料噴出部を効率よく冷却することができる。
【００１１】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との周部に複数設けられているのが好ましい。
このように上下の燃料噴出部の周部に冷却用噴出孔をそれぞれ複数設けることで、上方燃料噴出部と下方燃料噴出部を周部から効率よく冷却することができる。
【００１２】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記上方燃料噴出部、下方燃料噴出部、および、冷却用噴出孔が、単一のノズルチップに設けられ、そのノズルチップが、ガス燃料を供給する燃料供給管に取り付けられているのが好ましい。
このように構成することにより、ノズルチップの交換によるメンテナンスの容易化が可能となり、また、燃料供給管を共用として、上下の燃料噴出部および冷却用噴出孔の形態が異なる複数種のノズルチップを用意することで、使用勝手が良くなって汎用性の向上を図ることができる。
【００１３】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記燃料供給管の外周に冷却用水路が設けられているのが好ましい。
このような冷却用水路を設けることで、燃料噴出部の過熱をより一層確実に抑制して、燃料噴出部の損傷を防止することができる。
【００１４】
以上の説明では、本願発明に係る溶解炉用の燃焼装置について説明したが、本願発明に係る溶解炉は、以下の構成とすることで、本願発明の目的を達成できる。
すなわち、溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉を構成するに、
これまで説明してきた溶解炉用の燃焼装置を、炉壁に設けることで、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することが可能な溶解炉を得ることができる。
【００１５】
さらに、この特徴構成を備えた溶解炉を構成するに、
前記燃料噴出部と燃焼用空気供給部とを有する燃焼装置が、前記燃焼空間に対して少なくとも一対設けられ、
一方側の燃焼装置において、その燃料噴出部からガス燃料を噴出し、かつ、燃焼用空気供給部から燃焼用空気を供給する状態で、他方側の燃焼装置の前記燃焼用空気供給部が、前記一方側の燃焼装置の燃焼により発生する排ガスを前記燃焼空間から受け入れる排ガス導入部となり、互いに対を成す燃焼装置間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、溶解対象物の加熱溶解を効率的、かつ、安定して行うことができる交番燃焼方式を採用する溶解炉においても、本願発明に係る燃焼装置を、炉壁に設けることで、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガラス溶解炉の縦断側面図（図２におけるＩ−Ｉ線矢視）
【図２】ガラス溶解炉の横断平面図（図１におけるII−II線矢視）
【図３】燃料供給部の一部切欠き縦断側面図
【図４】ノズルチップを示し、（ａ）は横断平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は縦断側面図
【図５】実験に使用したノズルチップと加熱炉の概略図
【図６】加熱炉における温度測定位置を示す説明図
【図７】温度測定結果を示すグラフ図
【図８】温度測定結果を示すグラフ図
【図９】温度測定結果を示すグラフ図
【図１０】温度測定結果を示すグラフ図
【図１１】温度測定結果を示すグラフ図
【図１２】温度測定結果を示すグラフ図
【図１３】別実施形態のノズルチップを示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔実施形態〕
以下、本発明による溶解炉用の燃焼装置および溶解炉について、その実施形態を図面に基づいて説明する。
溶解炉としてのガラス溶解炉は、図１および図２に示すように、天井がアーチ型に形成された炉本体１の下部に、平面視にて矩形状の溶解槽２を備え、溶解槽２を区画形成する周囲の炉壁４における一側面部に、溶解対象物としてのガラス原料を投入する投入口４ｉが形成され、炉壁４における前面部に、溶解ガラスを取り出す取出口４ｅが形成され、取出口４ｅを形成した炉壁部分の外部に、取出口４ｅにて溶解槽２と連通する作業槽３が設けられている。
溶解槽２における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にてガス燃料を燃焼させる溶解炉用の燃焼装置Ｎが、溶解槽２の後側部に設けられており、もって、図２中に矢印で示すように、投入口４ｉから投入したガラス原料を、溶解槽２にて溶解させながら作業槽３に向かって流動させて、取出口４ｅを通して清浄な溶解ガラスを作業槽３に導くように構成されている。
【００１８】
燃焼装置Ｎは、溶解槽２の炉壁４における後面部に沿って並ぶ状態で４個設けられ、左側（図２における上方側）の２個の燃焼装置Ｎと右側（図２における下方側）の２個の燃焼装置Ｎとが、それぞれ対を成して一定時間（例えば、約１５〜３０分）毎に交互に燃焼するように構成されている。
炉本体１の後方外側部には、左側の２個の燃焼装置Ｎに対応する蓄熱室Ｔと右側の２個の燃焼装置Ｎに対応する蓄熱室Ｔが溶解槽２の左右方向（図２における上下方向）に並設され、燃焼装置Ｎは、後述するように、蓄熱室Ｔを通って高温（１０００〜１３００℃）に予熱された燃焼用空気Ａにてガス燃料を燃焼させるように構成され、その蓄熱室Ｔは、燃焼装置Ｎによる燃焼が行われた後の排ガスＥが通過することにより、その排ガスＥが保有する熱を蓄熱するように構成されている。
【００１９】
各燃焼装置Ｎは、図３にも示すように、燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料供給部Ｗと、燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部Ｋとを備え、燃料供給部Ｗが、燃焼用空気供給部Ｋの内部に設けられている。
燃焼用空気供給部Ｋは、炉壁４に開口した空気口５と、蓄熱室Ｔと空気口５とを連通する空気供給路６とから構成され、蓄熱室Ｔを通って高温に予熱された燃焼用空気Ａを、例えば、８〜１５ｍ／Ｓの供給速度でガス燃料の燃焼域に供給するように構成されている。
燃焼用空気供給部Ｋは、図２に示すように、送風機Ｓと流路切換機構Ｖを備え、図２中の仮想線で示すように、送風機Ｓからの燃焼用空気Ａを左側の蓄熱室Ｔを介して左側の２個の燃焼装置Ｎに供給して燃焼させ、かつ、右側の蓄熱室Ｔから排出される排ガスＥを外部に排出する状態と、図２中の実線で示すように、送風機Ｓからの燃焼用空気Ａを右側の蓄熱室Ｔを介して右側の２個の燃焼装置Ｎに供給して燃焼させ、かつ、左側の蓄熱室Ｔから排出される排ガスＥを外部に排出する状態とに切換えるように構成されている。
【００２０】
燃料供給部Ｗは、図３に詳しく示すように、ガス燃料供給源からガス燃料が供給される燃料供給管７と、その燃料供給管７の先端に取り付けられた単一のノズルチップ１０を備えて構成され、そのノズルチップ１０が、燃焼用空気供給部Ｋを構成する空気供給路６内において空気供給路６のほぼ中心に位置するように設けられている。
そして、図１から明らかなように、空気供給路６の軸線方向が炉内の燃焼空間に向けて斜め下方に傾斜しており、そのため、燃料供給部Ｗから供給されるガス燃料の噴出流も、全体として、空気供給路６の軸線に沿って下方に傾斜するように方向付けられる。
燃料供給管７の外側には、冷却用水管８が同心状に外嵌され、燃料供給管７と冷却用水管８との間が冷却用水路９に形成され、その冷却用水路９が、燃料供給管７の外周、より詳細には、燃料供給管７に対するノズルチップ１０の取り付け部位を除いて、燃料供給管７の外周と上方に位置するように設けられ、水路入口９ｉから流入した冷却水が冷却用水路９を通流して、排水管先端の水路出口９ｅから流出するように構成されている。
【００２１】
燃料供給管７に取り付けられる単一のノズルチップ１０には、図４に詳しく示すように、２つの燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２が上下方向に並べて設けられ、その２つの燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２のそれぞれが、燃料噴出方向視において複数（この例では３個）の燃料噴出孔１１、１２を水平方向に並ぶ状態で備えている。
ここで、燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２と燃料噴出孔１１、１２に関して、燃料噴出部Ｆ１と燃料噴出孔１１は、鉛直方向上方に位置するため、本発明における上方燃料噴出部と上方燃料噴出孔を構成し、燃料噴出部Ｆ２と燃料噴出孔１２は、鉛直方向下方に位置するため、本発明における下方燃料噴出部と下方燃料噴出孔を構成する。
【００２２】
そして、上方燃料噴出部Ｆ１と上方燃料噴出孔１１の燃料噴出方向が、図４の（ｃ）に示すように、下方燃料噴出部Ｆ２と下方燃料噴出孔１２に関して斜め下方となり、下方燃料噴出部Ｆ２と下方燃料噴出孔１２の燃料噴出方向が、上方燃料噴出部Ｆ１と上方燃料噴出孔１１に関して斜め上方となる状態に形成され、上方燃料噴出孔１１から噴出されるガス燃料の上方噴出流と下方燃料噴出孔１２から噴出されるガス燃料の下方噴出流とが、側面視において、４５度程度の衝突角αを有してガス燃料の噴出下流側で衝突するように構成されている。
また、上方燃料噴出部Ｆ１を構成する３個の上方燃料噴出孔１１と下方燃料噴出部Ｆ２を構成する３個の下方燃料噴出孔１２に関して、上下の燃料噴出孔１１、１２の燃料噴出方向が、平面視において並行に並ぶ状態に形成され、かつ、図４の（ａ）に示すように、平面視において左右両端に位置する上下の燃料噴出孔１１、１２が、例えば、４０〜５０度程度の広がり角βを有して噴出下流側で広がるように構成されている。
【００２３】
単一のノズルチップ１０には、上下の燃料噴出孔１１、１２に加えて、ガス燃料を噴出することによって上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却するための冷却用噴出孔１３が複数設けられている。
詳述すると、上下の燃料噴出孔１１、１２は、それらの孔径が全て同一に形成され、その上下の燃料噴出孔１１、１２の孔径よりも小径な多数の冷却用噴出孔１３が、図４の（ｂ）に示すように、上下方向で対を成す一対の上方燃料噴出孔１１と下方燃料噴出孔１２との間の上下方向中間位置にそれぞれ複数（この例では６個）設けられていて、各冷却用噴出孔１３からガス燃料を噴出することにより、上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却するように構成されている。
【００２４】
要するに、燃料供給部Ｗは、燃料供給管７と燃料供給管７の先端に取り付けられた単一のノズルチップ１０を備え、その単一のノズルチップ１０には、上方燃料噴出部Ｆ１を構成する上方燃料噴出孔１１、下方燃料噴出部Ｆ２を構成する下方燃料噴出孔１２、および、上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却する冷却用噴出孔１３が設けられている。
そのノズルチップ１０が、燃焼用空気供給部Ｋを構成する空気供給路６内において空気供給路６のほぼ中心に位置するように設けられて、いわゆるスルーポート方式の燃焼装置Ｎを構成し、各燃焼装置Ｎが、炉壁４に取り付けられた構成とされている。
そして、上方燃料噴出孔１１から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出孔１２から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で所定の衝突角αを有して衝突し、かつ、上方燃料噴出孔１１から噴出される複数の上方噴出流と下方燃料噴出孔１２から噴出される複数の下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で所定の広がり角βを有して広がるように構成され、冷却用噴出孔１３から噴出されるガス燃料と冷却用水路９を通流する冷却水により上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却するように構成されている。
【００２５】
〔実験結果について〕
上記実施形態で説明したスルーポート方式の燃焼装置Ｎの効果を確認するため、実験用加熱炉を使用して実際に燃焼させ、従来の燃焼装置との比較実験を行ったので、その実験結果について説明する。
図５および図６は、実験に使用した燃焼装置や設備などの概略を示すもので、本発明に係る燃焼装置として、図５に示すように、上下の燃料噴出孔１１、１２（それぞれ３個）から噴出されるガス燃料の衝突角αが４５度で、広がり角βが５０度の燃焼装置Ｎ１と、衝突角αが４５度で、広がり角βが４０度の燃焼装置Ｎ２との２種類の燃焼装置を使用し、燃焼装置Ｎ１が内側に、燃焼装置Ｎ２が外側に位置するように、合計４個設置して、左側（図５の加熱炉における上方側）の２個が燃焼する状態と右側（図５の加熱炉における下方側）の２個が燃焼する状態とを交互に繰り返す交番燃焼を行った。
【００２６】
それに対し、従来の燃焼装置としては、本発明に係る燃焼装置と同様、上下の燃焼噴出孔をそれぞれ３個備えた燃焼装置を使用した。ただし、上下の燃料噴出孔から噴出されるガス燃料の噴出流が、側面視において互いに平行で、かつ、平面視においても互いに平行となる同じ形態の４個の燃焼装置を使用し、本発明と同じ実験用加熱炉を使用して、本発明に係る燃焼装置と同じように設置して、左側の２個と右側の２個で交番燃焼を行った。
そして、本発明の燃焼装置と従来の燃焼装置を使用した場合について、図６に示すように、Ｐ１〜Ｐ３地点における敷温度とＰ４〜Ｐ６地点における天井温度を測定した。
その結果が図７〜図１２であり、これらの図において、横軸は１日当りの溶解ガラスの取り出し量（トン／１日）で、右側ほど量が多く、また、縦軸は温度（℃）であり、図中の黒丸と直線が本発明の燃焼装置を示し、×印と破線が従来の燃焼装置を示す。
【００２７】
図７〜図９を参照して、本発明の燃焼装置では、Ｐ１〜Ｐ３のいずれの地点においても、その敷温度が、従来の燃焼装置を使用した場合より高く、火炎の長手方向に沿って比較的均一な加熱（１１４０℃前後）が可能であることが確認できる。
また、図１０〜図１２を参照して、本発明の燃焼装置では、Ｐ５の地点において、従来の燃焼装置を使用した場合の天井温度とあまり差異がないものの、Ｐ４とＰ６の地点において、その天井温度が、従来の燃焼装置を使用した場合に比べてかなり高く、その結果、天井温度についても、火炎の長手方向に沿って比較的均一な加熱（１５６０℃前後）が可能であることが確認できる。
以上の結果から、本発明の燃焼装置を使用することにより、溶解炉の敷温度と天井温度に関して、火炎の長手方向に沿って比較的均一な加熱が可能となり、溶解対象物を均一かつ効率よく溶解できることが解る。
【００２８】
〔燃焼装置の別実施形態〕
上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を構成する上下の燃料噴出孔１１、１２と冷却用噴出孔１３については、その個数や配置を種々変更して実施することが可能であり、図１３に別実施形態の一例を示す。
図１３の（ａ）に示す実施形態では、上下の燃料噴出孔１１、１２が１個ずつで、その中間位置に冷却用噴出孔１３が２個、さらに、各燃料噴出孔１１、１２の左右に冷却用噴出孔が１個ずつ設けられ、上方燃料噴出孔１１の上と下方燃料噴出孔１２の下にも設けられている。
図１３の（ｂ）に示す実施形態では、１個ずつ設けられた上下の燃料噴出孔１１、１２の中間位置に冷却用噴出孔１３が３個設けられ、かつ、各燃料噴出孔１１、１２の左右に１個ずつ設けられており、図１３の（ｃ）に示す実施形態では、１個ずつ設けられた上下の燃料噴出孔１１、１２の中間位置に冷却用噴出孔１３が４個設けられている。
【００２９】
また、図１３の（ｄ）に示す実施形態では、上下の燃料噴出孔１１、１２が２個ずつ設けられ、その左右方向の中心線上に位置する状態で、上下の燃料噴出孔１１、１２の上下方向中間位置に冷却用噴出孔１３が２個設けられている。
図１３の（ｅ）に示す実施形態では、上下の燃料噴出孔１１、１２が２個ずつ設けられ、その左右方向の中心線上に位置する状態で、合計５個の冷却用噴出孔１３が、そのうちの１個が上下の燃料噴出孔１１、１２の上下方向中間位置に、他の１個が２個の上方燃料噴出孔１１の中間位置に、他の１個が２個の下方燃料噴出孔１２の中間位置に位置し、残りの２個が上方燃料噴出孔１１の上方と下方燃料噴出孔１２の下方とに設けられ、さらに、上下の燃料噴出孔１１、１２の左右にも冷却用噴出孔１３が１個ずつ設けられている。
そして、これら図１３の（ａ）〜（ｅ）に示す別実施形態においても、上下で対を成す上方燃料噴出孔１１からの噴出流と下方燃料噴出孔１２からの噴出流とが、噴出下流側で所定の衝突角αを有して衝突するように構成されている。
【００３０】
〔別実施形態〕
（イ）本発明の燃焼装置Ｎは、上記の実施形態に例示したごとく、溶解槽２の横側部にガラス原料を投入する投入口４ｉを設け、前面部に溶解ガラスの取り出し口４ｅを設けた溶解炉に使用したが、必ずしもそのような形態の溶解炉に限るものではなく、種々の形態の溶解炉に適用することができる。
例えば、溶解槽２の炉壁４において、互いに対面する一方の炉壁４に投入口４ｉを設け、対面する他方の炉壁４に取り出し口４ｅを設けて、ガラス原料が、一方の炉壁４側から対面する他方の炉壁４側に流動するように構成した溶解炉において、そのガラス原料の流動方向に沿う一方の炉壁４とそれに対面する他方の炉壁４に燃焼装置Ｎをそれぞれ設け、互いに対面する燃焼装置Ｎの間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成することもできる。
いずれにせよ、互いに交番燃焼を行う燃焼装置Ｎの数は、上記の実施形態で示した２個に限るものではなく、例えば、１個にすることも、また、３個以上にすることも可能であり、溶解炉の規模などに応じて自由に設定することができる。
【００３１】
（ロ）上記実施形態では、各燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２について、燃料噴出孔１１、１２を１個〜３個設けた例を示したが、４個以上設けることも可能であり、また、上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２に備えさせる燃料噴出孔１１、１２の数は、必ずしも上下で同じにする必要はなく、異なる数の燃料噴出孔１１、１２を備えさせることも可能である。
また、上記実施形態では、交番燃焼用の燃焼装置において、対を成すガス燃料の噴出部から噴出する噴出流を先端側で衝突させる構成に関して説明したが、いわゆる、リジェネバーナやレキュペバーナにおいても、同様の構造を採用することで、火炎長および上下方向での火炎の広がりの程度を調整することができる。
そして、本発明の溶解炉用の燃焼装置は、上記の実施形態で例示したガラス溶解炉に適用するほか、ガラス原料以外の金属を溶解させる溶解炉など、種々の溶解炉における燃焼装置として用いることができる。
【符号の説明】
【００３２】
２ 溶解槽
４ 炉壁
７ 燃料供給管
９ 冷却用水路
１０ ノズルチップ
１１ 上方燃料噴出孔
１２ 下方燃料噴出孔
１３ 冷却用噴出孔
Ａ 燃焼用空気
Ｅ 排ガス
Ｆ１ 上方燃料噴出部
Ｆ２ 下方燃料噴出部
Ｋ 燃焼用空気供給部
Ｎ 燃焼装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置および溶解炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる溶解炉用の燃焼装置は、ガラスや金属などの溶解対象物を溶解する溶解炉に使用されるもので、従来、燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、上下方向に並ぶ上方燃料噴出部と下方燃料噴出部とを備え、その上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、側面視において、互いに平行になるように構成された燃焼装置とその燃焼装置を使用した溶解炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記文献に記載の従来の燃焼装置では、上方燃料噴出部からの上方噴出流と下方燃料噴出部からの下方噴出流とが、側面視で互いに平行になるため、燃焼により形成される火炎は、その噴出方向に比較的長くて、上下方向にあまり広がりのない火炎となる。
そのため、その燃焼装置を溶解炉に使用した場合、特に火炎の基端側下方に火炎が充分に行き渡らず、その部位を効率よく加熱することができず、その結果、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができないという欠点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、上下方向に拡散した広がりのある火炎を形成して、火炎の基端側下方へも火炎が行き渡るようにし、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することのできる溶解炉用の燃焼装置と溶解炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための、溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置の特徴構成は、
前記燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部と下方燃料噴出部とを備えて構成され、
前記上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、
前記燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔が設けられ、その冷却用噴出孔からガス燃料を噴出することによって前記燃料噴出部を冷却するように構成されているところにある。
【０００７】
この溶解炉用の燃焼装置は、燃焼用空気供給部内に設けられた燃料噴出部から燃焼空間に向けてガス燃料が噴出され、燃焼用空気供給部から燃焼空間に対して斜め下方向きに燃焼用空気が供給され、燃料噴出部から噴出されたガス燃料が、燃焼空間で燃焼用空気と混合されて溶解槽上方の燃焼空間で燃焼する。その燃焼により形成される火炎は、上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突した状態で形成されるため、上方噴出流および下方噴出流の噴出部と両噴出流の衝突位置とを含む面内で上下方向に広がった火炎となる。
したがって、火炎全体としては、その噴出方向において比較的短く、上下方向に拡散した火炎となり、後の実験結果からも明らかなように、火炎の基端側下方をも効率よく加熱することができ、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができる。
その反面、燃料噴出部が高温になり過ぎて損傷し易くなるおそれがあるが、冷却用噴出孔から噴出するガス燃料により燃料噴出部が冷却されるので、燃料噴出部の過熱が抑制され、その結果、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することが可能となる。
【０００８】
上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部のそれぞれが、水平方向に並ぶ複数の燃料噴出孔を備えて構成され、
上下方向で対を成す燃料噴出孔間で、上方に位置する上方燃料噴出孔と下方に位置する下方燃料噴出孔とに関し、前記上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出孔から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、火炎長が比較的短く、上下方向に充分に拡散した火炎を形成して、炉側壁の近傍においても溶解対象物の加熱を充分に行うことができるとともに、火炎の水平方向の広がりも期待できるため、効率のよい加熱が可能となる。
【０００９】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記複数の上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記複数の下方燃料噴出孔から噴出される下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で広がるように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、火炎の水平方向の広がりを充分に確保して、より一層効率のよい加熱が可能となる。
【００１０】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間の上下方向中間位置に複数設けられているのが好ましい。
このように上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間に冷却用噴出孔を複数設けることで、上方燃料噴出部と下方燃料噴出部を効率よく冷却することができる。
【００１１】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との周部に複数設けられているのが好ましい。
このように上下の燃料噴出部の周部に冷却用噴出孔をそれぞれ複数設けることで、上方燃料噴出部と下方燃料噴出部を周部から効率よく冷却することができる。
【００１２】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記上方燃料噴出部、下方燃料噴出部、および、冷却用噴出孔が、単一のノズルチップに設けられ、そのノズルチップが、ガス燃料を供給する燃料供給管に取り付けられているのが好ましい。
このように構成することにより、ノズルチップの交換によるメンテナンスの容易化が可能となり、また、燃料供給管を共用として、上下の燃料噴出部および冷却用噴出孔の形態が異なる複数種のノズルチップを用意することで、使用勝手が良くなって汎用性の向上を図ることができる。
【００１３】
同様に、上記の特徴構成を備えた溶解炉用の燃焼装置を構成するに、
前記燃料供給管の外周に冷却用水路が設けられているのが好ましい。
このような冷却用水路を設けることで、燃料噴出部の過熱をより一層確実に抑制して、燃料噴出部の損傷を防止することができる。
【００１４】
以上の説明では、本願発明に係る溶解炉用の燃焼装置について説明したが、本願発明に係る溶解炉は、以下の構成とすることで、本願発明の目的を達成できる。
すなわち、溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉を構成するに、
これまで説明してきた溶解炉用の燃焼装置を、炉壁に設けることで、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することが可能な溶解炉を得ることができる。
【００１５】
さらに、この特徴構成を備えた溶解炉を構成するに、
前記燃料噴出部と燃焼用空気供給部とを有する燃焼装置が、前記燃焼空間に対して少なくとも一対設けられ、
一方側の燃焼装置において、その燃料噴出部からガス燃料を噴出し、かつ、燃焼用空気供給部から燃焼用空気を供給する状態で、他方側の燃焼装置の前記燃焼用空気供給部が、前記一方側の燃焼装置の燃焼により発生する排ガスを前記燃焼空間から受け入れる排ガス導入部となり、互いに対を成す燃焼装置間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成されているのが好ましい。
このように構成することにより、溶解対象物の加熱溶解を効率的、かつ、安定して行うことができる交番燃焼方式を採用する溶解炉においても、本願発明に係る燃焼装置を、炉壁に設けることで、燃料噴出部の損傷を防止しながら、火炎の長手方向に沿って溶解対象物を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガラス溶解炉の縦断側面図（図２におけるＩ−Ｉ線矢視）
【図２】ガラス溶解炉の横断平面図（図１におけるII−II線矢視）
【図３】燃料供給部の一部切欠き縦断側面図
【図４】ノズルチップを示し、（ａ）は横断平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は縦断側面図
【図５】実験に使用したノズルチップと加熱炉の概略図
【図６】加熱炉における温度測定位置を示す説明図
【図７】温度測定結果を示すグラフ図
【図８】温度測定結果を示すグラフ図
【図９】温度測定結果を示すグラフ図
【図１０】温度測定結果を示すグラフ図
【図１１】温度測定結果を示すグラフ図
【図１２】温度測定結果を示すグラフ図
【図１３】別実施形態のノズルチップを示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔実施形態〕
以下、本発明による溶解炉用の燃焼装置および溶解炉について、その実施形態を図面に基づいて説明する。
溶解炉としてのガラス溶解炉は、図１および図２に示すように、天井がアーチ型に形成された炉本体１の下部に、平面視にて矩形状の溶解槽２を備え、溶解槽２を区画形成する周囲の炉壁４における一側面部に、溶解対象物としてのガラス原料を投入する投入口４ｉが形成され、炉壁４における前面部に、溶解ガラスを取り出す取出口４ｅが形成され、取出口４ｅを形成した炉壁部分の外部に、取出口４ｅにて溶解槽２と連通する作業槽３が設けられている。
溶解槽２における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にてガス燃料を燃焼させる溶解炉用の燃焼装置Ｎが、溶解槽２の後側部に設けられており、もって、図２中に矢印で示すように、投入口４ｉから投入したガラス原料を、溶解槽２にて溶解させながら作業槽３に向かって流動させて、取出口４ｅを通して清浄な溶解ガラスを作業槽３に導くように構成されている。
【００１８】
燃焼装置Ｎは、溶解槽２の炉壁４における後面部に沿って並ぶ状態で４個設けられ、左側（図２における上方側）の２個の燃焼装置Ｎと右側（図２における下方側）の２個の燃焼装置Ｎとが、それぞれ対を成して一定時間（例えば、約１５〜３０分）毎に交互に燃焼するように構成されている。
炉本体１の後方外側部には、左側の２個の燃焼装置Ｎに対応する蓄熱室Ｔと右側の２個の燃焼装置Ｎに対応する蓄熱室Ｔが溶解槽２の左右方向（図２における上下方向）に並設され、燃焼装置Ｎは、後述するように、蓄熱室Ｔを通って高温（１０００〜１３００℃）に予熱された燃焼用空気Ａにてガス燃料を燃焼させるように構成され、その蓄熱室Ｔは、燃焼装置Ｎによる燃焼が行われた後の排ガスＥが通過することにより、その排ガスＥが保有する熱を蓄熱するように構成されている。
【００１９】
各燃焼装置Ｎは、図３にも示すように、燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料供給部Ｗと、燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部Ｋとを備え、燃料供給部Ｗが、燃焼用空気供給部Ｋの内部に設けられている。
燃焼用空気供給部Ｋは、炉壁４に開口した空気口５と、蓄熱室Ｔと空気口５とを連通する空気供給路６とから構成され、蓄熱室Ｔを通って高温に予熱された燃焼用空気Ａを、例えば、８〜１５ｍ／Ｓの供給速度でガス燃料の燃焼域に供給するように構成されている。
燃焼用空気供給部Ｋは、図２に示すように、送風機Ｓと流路切換機構Ｖを備え、図２中の仮想線で示すように、送風機Ｓからの燃焼用空気Ａを左側の蓄熱室Ｔを介して左側の２個の燃焼装置Ｎに供給して燃焼させ、かつ、右側の蓄熱室Ｔから排出される排ガスＥを外部に排出する状態と、図２中の実線で示すように、送風機Ｓからの燃焼用空気Ａを右側の蓄熱室Ｔを介して右側の２個の燃焼装置Ｎに供給して燃焼させ、かつ、左側の蓄熱室Ｔから排出される排ガスＥを外部に排出する状態とに切換えるように構成されている。
【００２０】
燃料供給部Ｗは、図３に詳しく示すように、ガス燃料供給源からガス燃料が供給される燃料供給管７と、その燃料供給管７の先端に取り付けられた単一のノズルチップ１０を備えて構成され、そのノズルチップ１０が、燃焼用空気供給部Ｋを構成する空気供給路６内において空気供給路６のほぼ中心に位置するように設けられている。
そして、図１から明らかなように、空気供給路６の軸線方向が炉内の燃焼空間に向けて斜め下方に傾斜しており、そのため、燃料供給部Ｗから供給されるガス燃料の噴出流も、全体として、空気供給路６の軸線に沿って下方に傾斜するように方向付けられる。
燃料供給管７の外側には、冷却用水管８が同心状に外嵌され、燃料供給管７と冷却用水管８との間が冷却用水路９に形成され、その冷却用水路９が、燃料供給管７の外周、より詳細には、燃料供給管７に対するノズルチップ１０の取り付け部位を除いて、燃料供給管７の外周と上方に位置するように設けられ、水路入口９ｉから流入した冷却水が冷却用水路９を通流して、排水管先端の水路出口９ｅから流出するように構成されている。
【００２１】
燃料供給管７に取り付けられる単一のノズルチップ１０には、図４に詳しく示すように、２つの燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２が上下方向に並べて設けられ、その２つの燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２のそれぞれが、燃料噴出方向視において複数（この例では３個）の燃料噴出孔１１、１２を水平方向に並ぶ状態で備えている。
ここで、燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２と燃料噴出孔１１、１２に関して、燃料噴出部Ｆ１と燃料噴出孔１１は、鉛直方向上方に位置するため、本発明における上方燃料噴出部と上方燃料噴出孔を構成し、燃料噴出部Ｆ２と燃料噴出孔１２は、鉛直方向下方に位置するため、本発明における下方燃料噴出部と下方燃料噴出孔を構成する。
【００２２】
そして、上方燃料噴出部Ｆ１と上方燃料噴出孔１１の燃料噴出方向が、図４の（ｃ）に示すように、下方燃料噴出部Ｆ２と下方燃料噴出孔１２に関して斜め下方となり、下方燃料噴出部Ｆ２と下方燃料噴出孔１２の燃料噴出方向が、上方燃料噴出部Ｆ１と上方燃料噴出孔１１に関して斜め上方となる状態に形成され、上方燃料噴出孔１１から噴出されるガス燃料の上方噴出流と下方燃料噴出孔１２から噴出されるガス燃料の下方噴出流とが、側面視において、４５度程度の衝突角αを有してガス燃料の噴出下流側で衝突するように構成されている。
また、上方燃料噴出部Ｆ１を構成する３個の上方燃料噴出孔１１と下方燃料噴出部Ｆ２を構成する３個の下方燃料噴出孔１２に関して、上下の燃料噴出孔１１、１２の燃料噴出方向が、平面視において並行に並ぶ状態に形成され、かつ、図４の（ａ）に示すように、平面視において左右両端に位置する上下の燃料噴出孔１１、１２が、例えば、４０〜５０度程度の広がり角βを有して噴出下流側で広がるように構成されている。
【００２３】
単一のノズルチップ１０には、上下の燃料噴出孔１１、１２に加えて、ガス燃料を噴出することによって上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却するための冷却用噴出孔１３が複数設けられている。
詳述すると、上下の燃料噴出孔１１、１２は、それらの孔径が全て同一に形成され、その上下の燃料噴出孔１１、１２の孔径よりも小径な多数の冷却用噴出孔１３が、図４の（ｂ）に示すように、上下方向で対を成す一対の上方燃料噴出孔１１と下方燃料噴出孔１２との間の上下方向中間位置にそれぞれ複数（この例では６個）設けられていて、各冷却用噴出孔１３からガス燃料を噴出することにより、上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却するように構成されている。
【００２４】
要するに、燃料供給部Ｗは、燃料供給管７と燃料供給管７の先端に取り付けられた単一のノズルチップ１０を備え、その単一のノズルチップ１０には、上方燃料噴出部Ｆ１を構成する上方燃料噴出孔１１、下方燃料噴出部Ｆ２を構成する下方燃料噴出孔１２、および、上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却する冷却用噴出孔１３が設けられている。
そのノズルチップ１０が、燃焼用空気供給部Ｋを構成する空気供給路６内において空気供給路６のほぼ中心に位置するように設けられて、いわゆるスルーポート方式の燃焼装置Ｎを構成し、各燃焼装置Ｎが、炉壁４に取り付けられた構成とされている。
そして、上方燃料噴出孔１１から噴出される上方噴出流と下方燃料噴出孔１２から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で所定の衝突角αを有して衝突し、かつ、上方燃料噴出孔１１から噴出される複数の上方噴出流と下方燃料噴出孔１２から噴出される複数の下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で所定の広がり角βを有して広がるように構成され、冷却用噴出孔１３から噴出されるガス燃料と冷却用水路９を通流する冷却水により上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を冷却するように構成されている。
【００２５】
〔実験結果について〕
上記実施形態で説明したスルーポート方式の燃焼装置Ｎの効果を確認するため、実験用加熱炉を使用して実際に燃焼させ、従来の燃焼装置との比較実験を行ったので、その実験結果について説明する。
図５および図６は、実験に使用した燃焼装置や設備などの概略を示すもので、本発明に係る燃焼装置として、図５に示すように、上下の燃料噴出孔１１、１２（それぞれ３個）から噴出されるガス燃料の衝突角αが４５度で、広がり角βが５０度の燃焼装置Ｎ１と、衝突角αが４５度で、広がり角βが４０度の燃焼装置Ｎ２との２種類の燃焼装置を使用し、燃焼装置Ｎ１が内側に、燃焼装置Ｎ２が外側に位置するように、合計４個設置して、左側（図５の加熱炉における上方側）の２個が燃焼する状態と右側（図５の加熱炉における下方側）の２個が燃焼する状態とを交互に繰り返す交番燃焼を行った。
【００２６】
それに対し、従来の燃焼装置としては、本発明に係る燃焼装置と同様、上下の燃焼噴出孔をそれぞれ３個備えた燃焼装置を使用した。ただし、上下の燃料噴出孔から噴出されるガス燃料の噴出流が、側面視において互いに平行で、かつ、平面視においても互いに平行となる同じ形態の４個の燃焼装置を使用し、本発明と同じ実験用加熱炉を使用して、本発明に係る燃焼装置と同じように設置して、左側の２個と右側の２個で交番燃焼を行った。
そして、本発明の燃焼装置と従来の燃焼装置を使用した場合について、図６に示すように、Ｐ１〜Ｐ３地点における敷温度とＰ４〜Ｐ６地点における天井温度を測定した。
その結果が図７〜図１２であり、これらの図において、横軸は１日当りの溶解ガラスの取り出し量（トン／１日）で、右側ほど量が多く、また、縦軸は温度（℃）であり、図中の黒丸と直線が本発明の燃焼装置を示し、×印と破線が従来の燃焼装置を示す。
【００２７】
図７〜図９を参照して、本発明の燃焼装置では、Ｐ１〜Ｐ３のいずれの地点においても、その敷温度が、従来の燃焼装置を使用した場合より高く、火炎の長手方向に沿って比較的均一な加熱（１１４０℃前後）が可能であることが確認できる。
また、図１０〜図１２を参照して、本発明の燃焼装置では、Ｐ５の地点において、従来の燃焼装置を使用した場合の天井温度とあまり差異がないものの、Ｐ４とＰ６の地点において、その天井温度が、従来の燃焼装置を使用した場合に比べてかなり高く、その結果、天井温度についても、火炎の長手方向に沿って比較的均一な加熱（１５６０℃前後）が可能であることが確認できる。
以上の結果から、本発明の燃焼装置を使用することにより、溶解炉の敷温度と天井温度に関して、火炎の長手方向に沿って比較的均一な加熱が可能となり、溶解対象物を均一かつ効率よく溶解できることが解る。
【００２８】
〔燃焼装置の別実施形態〕
上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２を構成する上下の燃料噴出孔１１、１２と冷却用噴出孔１３については、その個数や配置を種々変更して実施することが可能であり、図１３に別実施形態の一例を示す。
図１３の（ａ）に示す実施形態では、上下の燃料噴出孔１１、１２が１個ずつで、その中間位置に冷却用噴出孔１３が２個、さらに、各燃料噴出孔１１、１２の左右に冷却用噴出孔が１個ずつ設けられ、上方燃料噴出孔１１の上と下方燃料噴出孔１２の下にも設けられている。
図１３の（ｂ）に示す実施形態では、１個ずつ設けられた上下の燃料噴出孔１１、１２の中間位置に冷却用噴出孔１３が３個設けられ、かつ、各燃料噴出孔１１、１２の左右に１個ずつ設けられており、図１３の（ｃ）に示す実施形態では、１個ずつ設けられた上下の燃料噴出孔１１、１２の中間位置に冷却用噴出孔１３が４個設けられている。
【００２９】
また、図１３の（ｄ）に示す実施形態では、上下の燃料噴出孔１１、１２が２個ずつ設けられ、その左右方向の中心線上に位置する状態で、上下の燃料噴出孔１１、１２の上下方向中間位置に冷却用噴出孔１３が２個設けられている。
図１３の（ｅ）に示す実施形態では、上下の燃料噴出孔１１、１２が２個ずつ設けられ、その左右方向の中心線上に位置する状態で、合計５個の冷却用噴出孔１３が、そのうちの１個が上下の燃料噴出孔１１、１２の上下方向中間位置に、他の１個が２個の上方燃料噴出孔１１の中間位置に、他の１個が２個の下方燃料噴出孔１２の中間位置に位置し、残りの２個が上方燃料噴出孔１１の上方と下方燃料噴出孔１２の下方とに設けられ、さらに、上下の燃料噴出孔１１、１２の左右にも冷却用噴出孔１３が１個ずつ設けられている。
そして、これら図１３の（ａ）〜（ｅ）に示す別実施形態においても、上下で対を成す上方燃料噴出孔１１からの噴出流と下方燃料噴出孔１２からの噴出流とが、噴出下流側で所定の衝突角αを有して衝突するように構成されている。
【００３０】
〔別実施形態〕
（イ）本発明の燃焼装置Ｎは、上記の実施形態に例示したごとく、溶解槽２の横側部にガラス原料を投入する投入口４ｉを設け、前面部に溶解ガラスの取り出し口４ｅを設けた溶解炉に使用したが、必ずしもそのような形態の溶解炉に限るものではなく、種々の形態の溶解炉に適用することができる。
例えば、溶解槽２の炉壁４において、互いに対面する一方の炉壁４に投入口４ｉを設け、対面する他方の炉壁４に取り出し口４ｅを設けて、ガラス原料が、一方の炉壁４側から対面する他方の炉壁４側に流動するように構成した溶解炉において、そのガラス原料の流動方向に沿う一方の炉壁４とそれに対面する他方の炉壁４に燃焼装置Ｎをそれぞれ設け、互いに対面する燃焼装置Ｎの間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成することもできる。
いずれにせよ、互いに交番燃焼を行う燃焼装置Ｎの数は、上記の実施形態で示した２個に限るものではなく、例えば、１個にすることも、また、３個以上にすることも可能であり、溶解炉の規模などに応じて自由に設定することができる。
【００３１】
（ロ）上記実施形態では、各燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２について、燃料噴出孔１１、１２を１個〜３個設けた例を示したが、４個以上設けることも可能であり、また、上下の燃料噴出部Ｆ１、Ｆ２に備えさせる燃料噴出孔１１、１２の数は、必ずしも上下で同じにする必要はなく、異なる数の燃料噴出孔１１、１２を備えさせることも可能である。
また、上記実施形態では、交番燃焼用の燃焼装置において、対を成すガス燃料の噴出部から噴出する噴出流を先端側で衝突させる構成に関して説明したが、いわゆる、リジェネバーナやレキュペバーナにおいても、同様の構造を採用することで、火炎長および上下方向での火炎の広がりの程度を調整することができる。
そして、本発明の溶解炉用の燃焼装置は、上記の実施形態で例示したガラス溶解炉に適用するほか、ガラス原料以外の金属を溶解させる溶解炉など、種々の溶解炉における燃焼装置として用いることができる。
【符号の説明】
【００３２】
２ 溶解槽
４ 炉壁
７ 燃料供給管
９ 冷却用水路
１０ ノズルチップ
１１ 上方燃料噴出孔
１２ 下方燃料噴出孔
１３ 冷却用噴出孔
Ａ 燃焼用空気
Ｅ 排ガス
Ｆ１ 上方燃料噴出部
Ｆ２ 下方燃料噴出部
Ｋ 燃焼用空気供給部
Ｎ 燃焼装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置であって、
前記燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部と下方燃料噴出部とを備えて構成され、
前記上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、
前記燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔が設けられ、その冷却用噴出孔からガス燃料を噴出することによって前記燃料噴出部を冷却するように構成されている溶解炉用の燃焼装置。
【請求項２】
前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部のそれぞれが、水平方向に並ぶ複数の燃料噴出孔を備えて構成され、
上下方向で対を成す燃料噴出孔間で、上方に位置する上方燃料噴出孔と下方に位置する下方燃料噴出孔とに関し、前記上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出孔から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成されている請求項１に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項３】
前記複数の上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記複数の下方燃料噴出孔から噴出される下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で広がるように構成されている請求項２に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項４】
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間の上下方向中間位置に複数設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項５】
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との周部に複数設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項６】
前記上方燃料噴出部、下方燃料噴出部、および、冷却用噴出孔が、単一のノズルチップに設けられ、そのノズルチップが、ガス燃料を供給する燃料供給管に取り付けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項７】
前記燃料供給管の外周に冷却用水路が設けられている請求項６に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項８】
溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉であって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶解炉用の燃焼装置が、炉壁に設けられている溶解炉。
【請求項９】
前記燃料噴出部と燃焼用空気供給部とを有する燃焼装置が、前記燃焼空間に対して少なくとも一対設けられ、
一方側の燃焼装置において、その燃料噴出部からガス燃料を噴出し、かつ、燃焼用空気供給部から燃焼用空気を供給する状態で、他方側の燃焼装置の前記燃焼用空気供給部が、前記一方側の燃焼装置の燃焼により発生する排ガスを前記燃焼空間から受け入れる排ガス導入部となり、互いに対を成す燃焼装置間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成されている請求項８に記載の溶解炉。
【請求項１】
溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉用の燃焼装置であって、
前記燃料噴出部として、燃料噴出方向視において、少なくとも上下方向に並ぶ上方燃料噴出部と下方燃料噴出部とを備えて構成され、
前記上方燃料噴出部から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出部から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成され、
前記燃焼空間に燃料ガスを噴出する冷却用噴出孔が設けられ、その冷却用噴出孔からガス燃料を噴出することによって前記燃料噴出部を冷却するように構成されている溶解炉用の燃焼装置。
【請求項２】
前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部のそれぞれが、水平方向に並ぶ複数の燃料噴出孔を備えて構成され、
上下方向で対を成す燃料噴出孔間で、上方に位置する上方燃料噴出孔と下方に位置する下方燃料噴出孔とに関し、前記上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記下方燃料噴出孔から噴出される下方噴出流とが、噴出下流側で衝突するように構成されている請求項１に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項３】
前記複数の上方燃料噴出孔から噴出される上方噴出流と前記複数の下方燃料噴出孔から噴出される下方燃料噴出流のそれぞれが、平面視において、噴出下流側で広がるように構成されている請求項２に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項４】
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との間の上下方向中間位置に複数設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項５】
前記冷却用噴出孔が、前記上方燃料噴出部と下方燃料噴出部との周部に複数設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項６】
前記上方燃料噴出部、下方燃料噴出部、および、冷却用噴出孔が、単一のノズルチップに設けられ、そのノズルチップが、ガス燃料を供給する燃料供給管に取り付けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項７】
前記燃料供給管の外周に冷却用水路が設けられている請求項６に記載の溶解炉用の燃焼装置。
【請求項８】
溶解槽における溶解対象物存在領域の上方の燃焼空間にガス燃料を噴出する燃料噴出部が、前記燃焼空間に対して燃焼用空気を斜め下向きに供給する燃焼用空気供給部内に設けられて、前記燃焼空間の横側箇所からガス燃料を噴出するように構成されているスルーポート方式の溶解炉であって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶解炉用の燃焼装置が、炉壁に設けられている溶解炉。
【請求項９】
前記燃料噴出部と燃焼用空気供給部とを有する燃焼装置が、前記燃焼空間に対して少なくとも一対設けられ、
一方側の燃焼装置において、その燃料噴出部からガス燃料を噴出し、かつ、燃焼用空気供給部から燃焼用空気を供給する状態で、他方側の燃焼装置の前記燃焼用空気供給部が、前記一方側の燃焼装置の燃焼により発生する排ガスを前記燃焼空間から受け入れる排ガス導入部となり、互いに対を成す燃焼装置間で、ガス燃料の燃焼と排ガスの受け入れを交互に繰り返す交番燃焼を行うように構成されている請求項８に記載の溶解炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１５４５８２（Ｐ２０１２−１５４５８２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４８０（Ｐ２０１１−１５４８０）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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