燃焼バーナ
【課題】加熱対象物である粉体及び／又は液滴を散逸させることなく、火炎領域に十分な時間滞留させて、効率よく着熱させることを可能とする燃焼バーナを提供することである。
【解決手段】本発明の燃焼バーナは、粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給路３と、燃料を供給する燃料供給路２，４とを同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置するように備える燃焼バーナであって、各供給路の先端には噴出口２ａ、３ａ、４ａがそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【解決手段】本発明の燃焼バーナは、粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給路３と、燃料を供給する燃料供給路２，４とを同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置するように備える燃焼バーナであって、各供給路の先端には噴出口２ａ、３ａ、４ａがそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼バーナ、主に粉体及び／又は液滴を加熱する燃焼バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼バーナは、鉄などの金属溶融、ガラス製造、ごみ焼却など多様な用途がある。その燃焼バーナを用いた、金属、ガラス、ごみなどの対象物を加熱する方法として、火炎の輻射や対流で加熱する方法と、火炎を対象物に当てて直接的に加熱する方法がある。
【０００３】
直接的に対象物を加熱する方法はエネルギー利用効率もよいため、製鋼用電気炉の冷鉄の加熱などに利用されている（特許文献１）。
【０００４】
さらに、加熱したい対象物が粉体あるいは液滴であれば、体積あたりの表面積が大きいため、火炎あるいは火炎付近の高温領域（以下、「火炎領域」という。）を通過させることにより、より効率よく対象物を加熱できることが期待される。実際、粉体あるいは液滴の噴出口を燃焼バーナやその付近に設置し、噴出と同時に火炎領域に直接投入し、加熱する燃焼バーナや燃焼方法が知られている（特許文献２〜５）。
【０００５】
また、溶融対象の粉体の噴出口を、支燃性の気体と燃料との混合噴出口で挟み込むことにより、粉体の溶融性を向上させる技術が知られている（特許文献６，７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３９３６２号公報
【特許文献２】特開２０１０−３７１３４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９６１１７号公報
【特許文献４】特開２００９−９２２５４号公報
【特許文献５】特許第３６８８９４４号公報
【特許文献６】特許第２９５５８０８号公報
【特許文献７】特開２００９−１９８０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、火炎領域に対象物を投入する従来の燃焼バーナや燃焼方法では、対象物である粉体あるいは液滴が噴出後に散逸するものや火炎領域で十分加熱されないものの割合が高く、エネルギー利用効率がよくなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みて為されたものであり、加熱対象物である粉体及び／又は液滴を散逸させることなく、火炎領域に十分な時間滞留させて、効率よく着熱させることを可能とする多重管の燃焼バーナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討を行なった結果、バーナ中心軸方向に対して、対象物の噴出口の内側及び外側に挟むように燃料噴出口が配置される構成とすることにより、対象物が噴出するとともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱されることを見いだして本発明を完成させた。
また、特許文献６、７のように予混合火炎を用いていないため、対象物と燃料とが一体化した火炎が形成され、火炎領域での対象物の滞留時間が飛躍的に向上することも見いだした。
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給路と、燃料を供給する燃料供給路とを同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置するように備える燃焼バーナであって、各供給路の先端には噴出口がそれぞれ設けられていることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃焼バーナにおいて、前記最も内側の燃料供給路の内側に配置され、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路を同心状にさらに備えることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２のいずれかに記載の燃焼バーナにおいて、前記最も外側の燃料供給路の外側に配置され、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路を同心状にさらに備えることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃焼バーナにおいて、前記の各供給路の噴出口はバーナ中心軸に対して平行に、又は、バーナ中心軸に対して対象物供給路側に±１０°以内に傾斜して形成されていると共に、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられていることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃焼バーナにおいて、前記対象物供給路が複数あることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃焼バーナにおいて、前記対象物供給路が対象物供給源と気体を供給する気体供給源とに接続されていることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃焼バーナにおいて、前記対象物供給路が対象物供給源と第３の支燃性気体を供給する第３支燃性気体供給源とに接続されていることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１７】
本発明の対象物である粉体及び／又は液滴とは、加熱を必要とする、粒径が１０ｍｍ以下の固体、液体、あるいはそれらが組み合わさったものである。粉じん、ミスト、ヒュームと呼ばれるものも含む。例えば、金属やその化合物、セラミック、ゴミ、ガラス、微粉炭、固体燃料、小麦粉などの食料粉、それらが溶融したもの、水、水溶液、有機溶媒、液体燃料、それらが固化したもの、それらの原料粉あるいは原料液滴、それらの生成物、あるいはそれらを複数組み合わせたものを含む。また、加熱により、燃焼、酸化、還元、化学反応、溶融、蒸発、昇華などにより様態が変化するものも含まれる。
【００１８】
また、本発明に係る燃焼バーナとは、それらの粉体及び／又は液滴を加熱することを目的とし、燃料を燃焼させて火炎を形成する装置のことである。さらに本発明に係る多重管の燃焼バーナは、バーナ内部に、燃料、支燃性気体、加熱対象物などの供給路を持ち、それらがバーナ中心軸方向から、全体として同心円状に配置されており、バーナ先端にはそれぞれの供給路の先端として噴出口が備わった燃焼バーナである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃焼バーナによれば、粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給路と、燃料を供給する燃料供給路とを同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置するように備える構成を採用したので、対象物の噴流と火炎の一体化が促進され、対象物の火炎領域での滞留時間が大幅に向上すると共に、噴出される対象物が散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱することができる。また、対象物が噴出とともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、対象物を効率よく加熱することができる。
【００２０】
本発明の燃焼バーナによれば、最も内側の燃料供給路の内側に配置され、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路を同心状にさらに備える構成を採用することにより、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。なお、燃焼バーナの最も内側に燃料噴出口を配置すると、中心付近の火炎温度が上がらず、火炎領域が縮退し、その結果、対象物の火炎領域での滞留時間が低下してしまう。
【００２１】
本発明の燃焼バーナによれば、最も外側の燃料供給路の外側に配置され、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路を同心状にさらに備える構成を採用することにより、火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。なお、最も外側に燃料噴出口を配置すると、火炎が上方向に遊離しやすく、火炎形状が安定せず、対象物の火炎領域への投下も困難になる。
【００２２】
本発明の燃焼バーナによれば、各供給路の噴出口はバーナ中心軸に対して平行に、又は、バーナ中心軸に対して対象物供給路側に±１０°以内に傾斜して形成されていると共に、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられている構成を採用することにより、同一平面上に噴出することにより、バーナ先端部分から太い火炎が形成され、かつ、火炎と対象物の噴流が一体化して対象物の軌跡に沿って火炎長が大きく延伸するので、対象物を効率よく加熱することができる。さらに、噴流を同一方向に向かせることにより、旋廻流の発生を抑えることにより、対象物の散乱も抑えられ、歩留まりが向上する。
【００２３】
本発明の燃焼バーナによれば、対象物供給路が複数ある構成を採用することにより、対象物の噴流と火炎とが接する領域が増大するため、多量の対象物をより効果的に火炎領域へ投入でき、その結果、対象物の時間あたりの投入量を増加させることが可能となり、エネルギーの効率がさらに向上する。
【００２４】
本発明の燃焼バーナによれば、対象物供給路が対象物供給源と気体を供給する気体供給源とに接続された構成を採用することにより、対象物をより効果的に火炎領域への投入でき、滞留時間も向上し、対象物を効率よく加熱することができる。なお、噴出に気体を伴うことにより、対象物が散逸してしまい、火炎領域への通過が阻害される可能性もあるが、本発明では、対象物は噴出直後から火炎で包み込まれるため、適度に分散する方がかえって火炎領域での滞留時間が向上し、火炎から対象物への着熱も促進する。
【００２５】
本発明の燃焼バーナによれば、対象物供給路が対象物供給源と第３の支燃性気体を供給する第３支燃性気体供給源とに接続された構成を採用することにより、対象物をさらに効果的に火炎領域へ投入でき、火炎領域での滞留時間も向上し、効率よく加熱することができる。これは、支燃性気体を伴うことにより、その支燃性の気体と隣接する燃料噴出口から噴出される燃料とが反応し、対象物がより確実に火炎に包まれるためである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。（ｂ）図１（ａ）に示す燃焼バーナをその先端側から眺めた側面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）本発明の第３の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。（ｂ）図１（ａ）に示す燃焼バーナをその先端側から眺めた側面図である。
【図４】燃料噴出口及び支燃性気体噴出口のバーナ中心軸方向に対する傾斜角度に対するエネルギー効率を測定した結果を示すグラフである。
【図５】燃料流量及び酸素流量に対するエネルギー効率を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明について、図を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す燃焼バーナをその先端側から眺めた側面図である。
燃焼バーナ１０は、バーナ中心軸から順に、第１支燃性気体供給路１と、第1燃料供給路２と、対象物供給路３と、第２燃料供給路４と、第２支燃性気体供給路５と、冷却水供給路６とを備える。
燃焼バーナ１０は、第1燃料供給路２、対象物供給路３、第２燃料供給路４の順に同心状に配置することにより、対象物供給路と燃料供給路とが同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置する構成とされている。なお、最も内側に配置する燃料供給路は第1燃料供給路２であり、最も外側に配置する燃料供給路は第２燃料供給路４である。
【００２９】
また、燃焼バーナ１０は、最も内側の燃料供給路である第1燃料供給路２の内側に、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路１を同心状に備えており、最も外側の燃料供給路である第２燃料供給路４の外側に、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路５を同心状に備えている。
【００３０】
第1支燃性気体供給路１の先端には、第1支燃性気体噴出口１ａを有する。第1燃料供給路２の先端には、第1燃料噴出口２ａを有する。対象物供給路３の先端には、対象物噴出口３ａを有する。第２燃料供給路４の先端には、第２燃料噴出口４ａを有する。第２支燃性気体供給路５の先端には、第２支燃性気体噴出口５ａを有する。
第1支燃性気体噴出口１ａ、第1燃料噴出口２ａ、対象物噴出口３ａ、第２燃料噴出口４ａ及び第２支燃性気体噴出口５ａは、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられている。
また、各噴出口の断面の径はそれぞれの供給路の断面の径と同じであり、各噴出口は燃焼バーナ１０の延在方向（バーナ中心軸方向）に平行に配置されている。
【００３１】
各噴出口の形状は図１で示したものに限定されず、幅を持ったスリット、円形、楕円形、多角形、あるいはそれらが一列や、同心円状に並んだもの等でもよい。
【００３２】
燃焼バーナ１０の先端１１は、円柱状とされており、火炎が形成される先端面１１ａを有する。
燃焼バーナ１０の先端面１１ａは、燃焼バーナ１０の延在方向に対して直交する平坦な面とされている。従って、各噴出口の先端は燃焼バーナ１０の延在方向に対して直交する同一平面上に並んで配置する。
燃焼バーナ１０の先端面１１ａは、円形面とされている。
【００３３】
第1支燃性気体供給路１は、燃焼バーナ１０の中心軸Ｄ上に１本、その周囲に中心軸Ｄに対して対称に配置する６本の計７本の円筒形状の支燃性気体供給路から構成され、燃焼バーナ１０の延在方向に延在している。第1支燃性気体供給路１は、支燃性気体供給源（図示せず）から供給された支燃性気体を輸送する流路として機能する。
第1支燃性気体供給路１の先端に配置する第1支燃性気体噴出口１ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００３４】
第1燃料供給路２は、第1支燃性気体供給路１の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ１０の延在方向に延在するように設けられている。第1燃料供給路２は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第1燃料供給路２の先端に配置する第1燃料噴出口２ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００３５】
対象物供給路３は、第1燃料供給路２の外側に燃焼バーナ１０の先端側から見てリング状に設けれ、燃焼バーナ１０の延在方向に延在する構成とされている。対象物供給路３は、対象物である粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
対象物供給路３の先端に配置する対象物噴出口３ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００３６】
対象物供給路３は、対象物の物性等に起因して投入前の酸化などを嫌う場合は、気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該気体（例えば、窒素、アルゴン等の不活性の気体やプロパン、都市ガス、メタン等の可燃性の気体又はそれらの混合気体）を供給することができる。
【００３７】
また、対象物供給路３は、特に対象物の物性などの制限がない場合、第３の支燃性気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該第３の支燃性気体（例えば、酸素）を供給することができる。
【００３８】
対象物供給路３の対象物噴出口３ａは、対象物の最大粒径の２倍未満であれば、噴出口や供給路が閉塞する割合が増大するため、噴出口の幅が対象物の最大粒径の２倍以上になるように形成されているのが好ましく、噴出口の幅が対象物の最大粒径の５倍以上になるように形成されているのがより好ましい。
【００３９】
第２燃料供給路４は、対象物供給路３の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ１０の延在方向に延在するように設けられている。第２燃料供給路４は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第２燃料供給路４の先端に配置する第２燃料噴出口４ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００４０】
第２燃料供給路４の先端に配置する第２燃料噴出口４ａは、第1燃料供給路２の先端に配置する第１燃料噴出口２ａと併せて、対象物供給路３の先端に配置する対象物噴出口３ａを挟み込むように配置する構成を採用することにより、対象物噴出口３ａから対象物が噴出するとともに、隣接して配置する第１燃料噴出口２ａ及び第２燃料噴出口４ａから形成された火炎に対象物が包まれ、散逸することなく対象物が火炎領域を通過する。
【００４１】
各燃料供給路の各面積はそれぞれの燃料噴出口に供給される燃料流量の比率に等しくなるように設計されていることが好ましい。ただし、比率に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるよう設計されていても構わない。燃料流量の調整が容易になり、より効率的な燃料流量で加熱が可能となるからである。
【００４２】
各燃料噴出口からの燃料の噴出速度は等速、あるいはほぼ等速であれば、火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上するので、流量の比率に掛ける値が、０．８〜１．２に収まる範囲であることが好ましく、０．９〜１．１に収まる範囲であることはより好ましい。
【００４３】
第１燃料供給路２に流す燃料の流量は、第２燃料供給路４に流す燃料とあわせた流量の２０〜８０％となるように調整することが好ましく、３０〜７０％となるように調整することがより好ましい。火炎長が長くなり、対象物の火炎領域での滞留時間が向上して対象物を効率よく加熱できるからであり、また、回収率、エネルギー効率が向上するからである。
【００４４】
第２支燃性気体供給路５は、第２燃料供給路４の外側の円周上に等間隔で配置する複数の支燃性気体供給路から構成されている。各支燃性気体供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ１０の延在方向に延在するように設けられている。第２支燃性気体供給路５は、支燃性気体供給源（図示せず）から供給された支燃性気体を輸送する流路として機能する。
第２支燃性気体供給路５の先端に配置する第２支燃性気体噴出口５ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００４５】
各支燃性気体供給路の各面積はそれぞれの支燃性気体噴出口に供給される燃料流量の比率に等しくなるように設計されていることが好ましい。ただし、比率に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるよう設計されていても構わない。ただし、粉体及び／又は液滴の噴出口はこの条件で設計する必要はない。
【００４６】
第１支燃性気体供給路１及び第２支燃性気体供給路５に流す支燃性気体の流量比率は、燃料の流量比率と同じく、２０〜８０％になるように調整することが好ましく、３０〜７０％になるように調整することがより好ましい。
これにより、対象物噴出口の内側、外側により確実に火炎領域が形成され、対象物がより確実に火炎領域へ投入され、また対象物の火炎領域での滞留時間が向上するからである。
【００４７】
各支燃性気体噴出口からの支燃性気体の噴出速度は等速、あるいはほぼ等速であれば、火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上するので、流量の比率に掛ける値が０．８〜１．２に収まる範囲であることが好ましく、０．９〜１．１に収まる範囲であることがより好ましい。
なお、対象物の噴出口から噴出する気体はこの条件を満たさなくともよい。
【００４８】
各燃料噴出口からの燃料の噴出速度と各支燃性気体噴出口からの支燃性気体の噴出速度は等速、あるいはほぼ等速であれば、より火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上するので、噴出速度が平均の０．８〜１．２に収まる範囲であることが好ましく、０．９〜１．１に収まる範囲であることがより好ましい。
なお、対象物の噴出口から噴出する気体はこの条件を満たさなくともよい。
【００４９】
燃料噴出口及び支燃性気体噴出口の面積は、噴出する燃料および支燃性気体の噴出速度が等しくなるように設計されているのが好ましい。
【００５０】
本発明に係る燃焼バーナは鉛直下向きに設置するのが好ましい。対象物の噴出方向と落下方向と燃料の噴出方向が一致するため、前記対象物と一体化した火炎の火炎長がさらに延伸し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上して対象物を効率よく加熱できるからである。
【００５１】
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、対象物供給路３が第1燃料供給路２と第２燃料供給路４とに挟まれるように配置し、その結果、対象物噴出口３ａが第1燃料噴出口２ａと第２燃料噴出口４ａに挟まれるため、対象物が対象物噴出口３ａから噴出するとともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱する。
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、対象物噴出口３ａと燃料噴出口２ａ、４ａとが交互に配置するため、対象物の噴流と火炎の一体化が促進され、対象物の火炎領域での滞留時間が大幅に向上し、効率よく加熱する。
【００５２】
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1燃料供給路２の内側に第１支燃性気体供給路１を同心状に備えるため、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第２燃料供給路４の外側に第２支燃性気体供給路５を同心状に備えるため、火炎の形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1支燃性気体噴出口１ａ、第1燃料噴出口２ａ、対象物噴出口３ａ、第２燃料噴出口４ａ及び第２支燃性気体噴出口５ａがバーナ中心軸に対して平行に形成され、かつ、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられているため、燃料と対象物の噴出口とが同一平面上に噴出することにより、バーナ先端部分から太い火炎が形成される。また、それぞれの噴出口から噴流がバーナ中心軸に対して平行に噴出され、このように噴出方向をバーナ中心軸方向に揃えることにより、火炎と対象物の噴流が一体化し、対象物の軌跡に沿って火炎長が大きく延伸する。その結果、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。また、噴流を同一方向に向かせることにより、旋廻流の発生を抑えることにより、対象物の散乱も抑えられ、歩留まりが向上する。
【００５５】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。
燃焼バーナ２０は、バーナ中心軸から順に、第1支燃性気体供給路２１と、第1燃料供給路２２と、対象物供給路２３と、第２燃料供給路２４と、第２支燃性気体供給路２５と、冷却水供給路２６とを備える。
燃焼バーナ２０は、第1燃料供給路２２、対象物供給路２３、第２燃料供給路２４の順に同心状に配置することにより、対象物供給路と燃料供給路とが同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置する構成とされている。なお、最も内側に配置する燃料供給路は第1燃料供給路２２であり、最も外側に配置する燃料供給路は第２燃料供給路２４である。
【００５６】
また、燃焼バーナ２０は、最も内側の燃料供給路である第1燃料供給路２２の内側に、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路２１を同心状に備えており、最も外側の燃料供給路である第２燃料供給路２４の外側に、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路２５を同心状に備えている。
【００５７】
第1支燃性気体供給路２１の先端には、第1支燃性気体噴出口２１ａを有する。第1燃料供給路２２の先端には、第1燃料噴出口２２ａを有する。対象物供給路２３の先端には、対象物噴出口２３ａを有する。第２燃料供給路２４の先端には、第２燃料噴出口２４ａを有する。第２支燃性気体供給路２５の先端には、第２支燃性気体噴出口２５ａを有する。
第1支燃性気体噴出口２１ａ、第1燃料噴出口２２ａ、対象物噴出口２３ａ、第２燃料噴出口２４ａ及び第２支燃性気体噴出口２５ａは、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられている。
【００５８】
図２で示す第２の実施形態では、各噴出口（第1支燃性気体供給路２１を構成する供給路のうち、燃焼バーナ２０の中心軸Ｄ上に配置する供給路の噴出口を除く）は燃焼バーナ２０の延在方向（バーナ中心軸方向）に対して傾斜して配置されている点が第１の実施形態と相違する。
なお、中心軸Ｄ上に配置する供給路の噴出口を除く各噴出口はバーナ中心軸方向に対して傾斜して設けられ、中心軸Ｄ上に配置する供給路の噴出口はバーナ中心軸方向に平行に設けられており、第２の実施形態は、各供給路の噴出口はバーナ中心軸に対して平行に、又は、バーナ中心軸に対して対象物供給路側に傾斜して形成されている構成となっている。
【００５９】
燃焼バーナ２０の先端２１は、円柱状とされており、火炎が形成される先端面２１ａを有する。
燃焼バーナ２０の先端面２１ａは、燃焼バーナ２０の延在方向に対して直交する平坦な面とされている。燃焼バーナ２０の先端面１１ａは、円形面とされている。
【００６０】
対象物供給路以外の各供給路の噴出口のバーナ中心軸に対する傾斜の角度は、対象物供給路側に±１０°以内であることが好ましい。
ここで、傾斜の角度が“＋”とは、噴出口の先端口が対象物供給路に近づく方に傾斜していることを意味し、傾斜の角度が“−”とは、噴出口の先端口が対象物供給路から遠ざかる方に傾斜していることを意味する。
図２で示す第２の実施形態では、傾斜の角度は＋１０°である。
なお、第1支燃性気体供給路２１を構成する燃焼バーナ２０の中心軸Ｄ上に配置する供給路の噴出口についても例えば、噴出口を２つ設けて、それらの噴出口を互いに反対の方向に傾斜して設ける構成とすることによって、２つの噴出口の先端口を対象物供給路に近づけること、又は、対象物供給路から遠ざけることが可能となる。
【００６１】
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1支燃性気体噴出口２１ａ、第1燃料噴出口２２ａ、第２燃料噴出口２４ａ及び第２支燃性気体噴出口２５ａがバーナ中心軸に対して１０°傾斜して対象物噴出口２３ａに近づくように形成され、かつ、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられているため、燃料と対象物の噴出口とが同一平面上に噴出することにより、バーナ先端部分から太い火炎が形成される。また、それぞれの噴出口から噴流がバーナ中心軸に対して略平行に噴出され、このように噴出方向をバーナ中心軸方向に揃えることにより、火炎と対象物の噴流が一体化し、対象物の軌跡に沿って火炎長が大きく延伸する。その結果、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。また、噴流を略同一方向に向かせることにより、旋廻流の発生を抑えることにより、対象物の散乱も抑えられ、歩留まりが向上する。
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1の実施形態に係る燃焼バーナで得られる他の効果も同様に得られる。
【００６２】
（第３の実施形態）
図３（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す燃焼バーナをその先端側から眺めた側面図である。
燃焼バーナ３０は、バーナ中心軸から順に、第1支燃性気体供給路３１と、第1燃料供給路３２と、第1対象物供給路３３と、第２燃料供給路３４と、第２対象物供給路３５と、第３燃料供給路３６と、第２支燃性気体供給路３７と、冷却水供給路３８とを備える。
燃焼バーナ３０は、第1燃料供給路３２、第1対象物供給路３３、第２燃料供給路３４、第２対象物供給路３５、第３燃料供給路３６、の順に同心状に配置することにより、対象物供給路と燃料供給路とが同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置する構成とされている。なお、最も内側に配置する燃料供給路は第1燃料供給路３２であり、最も外側に配置する燃料供給路は第３燃料供給路３６である。
【００６３】
対象物の時間あたりの投入量を増やしたい場合は、第１の実施形態に係る燃焼バーナより、第３の実施形態に係る燃焼バーナを用いるのが好ましい。
【００６４】
また、燃焼バーナ３０は、最も内側の燃料供給路である第1燃料供給路３２の内側に、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路３１を同心状に備えており、最も外側の燃料供給路である第３燃料供給路３６の外側に、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路３７を同心状に備えている。
【００６５】
第1支燃性気体供給路３１の先端には、第1支燃性気体噴出口３１ａを有する。第1燃料供給路３２の先端には、第1燃料噴出口３２ａを有する。第1対象物供給路３３の先端には、第1対象物噴出口３３ａを有する。第２燃料供給路３４の先端には、第２燃料噴出口３４ａを有する。第２対象物供給路３５の先端には、第1対象物噴出口３５ａを有する。第３燃料供給路３６の先端には、第３燃料噴出口３６ａを有する。第２支燃性気体供給路３７の先端には、第２支燃性気体噴出口３７ａを有する。
図３で示す第３の実施形態では、各噴出口の断面の径はそれぞれの供給路の断面の径と同じであり、各噴出口は燃焼バーナ３０の延在方向（バーナ中心軸方向）に平行に配置されている。
【００６６】
燃焼バーナ３０の先端４１は、円柱状とされており、火炎が形成される先端面４１ａを有する。
燃焼バーナ３０の先端面４１ａは、燃焼バーナ３０の延在方向に対して直交する平坦な面とされている。燃焼バーナ３０の先端面４１ａは、円形面とされている。
【００６７】
第1支燃性気体供給路３１は、燃焼バーナ３０の中心軸Ｄ上に１本、その周囲に中心軸ＤＤに対して対称に配置する６本の計７本の円筒形状の支燃性気体供給路から構成され、燃焼バーナ３０の延在方向に延在している。第1支燃性気体供給路３１は、支燃性気体供給源（図示せず）から供給された支燃性気体を輸送する流路として機能する。
第1支燃性気体供給路３１の先端に配置する第1支燃性気体噴出口３１ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００６８】
第1燃料供給路３２は、第1支燃性気体供給路３１の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ３０の延在方向に延在するように設けられている。第1燃料供給路３２は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第1燃料供給路３２の先端に配置する第1燃料噴出口３２ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００６９】
第1対象物供給路３３は、第1燃料供給路３２の外側に燃焼バーナ３０の先端側から見てリング状に設けれ、燃焼バーナ３０の延在方向に延在する構成とされている。対象物供給路３３は、対象物である粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第1対象物供給路３３の先端に配置する第1対象物噴出口３３ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００７０】
対象物供給路３３は、対象物の物性等に起因して投入前の酸化などを嫌う場合は、気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該気体（例えば、不活性の気体や可燃性の気体）を供給することができる。
【００７１】
また、対象物供給路３３は、特に対象物の物性などの制限がない場合、第３の支燃性気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該第３の支燃性気体（例えば、酸素）を供給することができる。
【００７２】
対象物供給路３３の対象物噴出口３３ａは、対象物の最大粒径の２倍未満であれば、噴出口や供給路が閉塞する割合が増大するため、噴出口の幅が対象物の最大粒径の２倍以上になるように形成されているのが好ましく、噴出口の幅が対象物の最大粒径の５倍以上になるように形成されているのがより好ましい。
【００７３】
第２燃料供給路３４は、第1対象物供給路３３の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ３０の延在方向に延在するように設けられている。第２燃料供給路３４は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第２燃料供給路３４の先端に配置する第２燃料噴出口３４ａは、第1燃料供給路３２の先端に配置する第１燃料噴出口３２ａと併せて、第1対象物供給路３３の先端に配置する第１対象物噴出口３３ａを挟み込むように配置する構成を採用することにより、第１対象物噴出口３３ａから対象物が噴出するとともに、隣接して配置する第１燃料噴出口３２ａ及び第２燃料噴出口３４ａから形成された火炎に対象物が包まれ、散逸することなく対象物が火炎領域を通過する。
【００７４】
第２対象物供給路３５は、第２燃料供給路３４の外側に燃焼バーナ３０の先端側から見てリング状に設けれ、燃焼バーナ３０の延在方向に延在する構成とされている。第２対象物供給路３５は、対象物である粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第２対象物供給路３５の先端に配置する第２対象物噴出口３５ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００７５】
対象物供給路３５は、対象物の物性等に起因して投入前の酸化などを嫌う場合は、気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該気体（例えば、不活性の気体や可燃性の気体）を供給することができる。
【００７６】
また、対象物供給路３５は、特に対象物の物性などの制限がない場合、第３の支燃性気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該第３の支燃性気体（例えば、酸素）を供給することができる。
【００７７】
対象物供給路３５の対象物噴出口３５ａは、対象物の最大粒径の２倍未満であれば、噴出口や供給路が閉塞する割合が増大するため、噴出口の幅が対象物の最大粒径の２倍以上になるように形成されているのが好ましく、噴出口の幅が対象物の最大粒径の５倍以上になるように形成されているのがより好ましい。
【００７８】
第３燃料供給路３６は、第２対象物供給路３５の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ３０の延在方向に延在するように設けられている。第３燃料供給路３６は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第３燃料供給路３６の先端に配置する第３燃料噴出口３６ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００７９】
第３燃料供給路３６の先端に配置する第３燃料噴出口３６ａは、第２燃料供給路３４の先端に配置する第２燃料噴出口３４ａと併せて、第２対象物供給路３５の先端に配置する第２対象物噴出口３５ａを挟み込むように配置する構成を採用することにより、第２対象物噴出口３５ａから対象物が噴出するとともに、隣接して配置する第２燃料噴出口３４ａ及び第３燃料噴出口３６ａから形成された火炎に対象物が包まれ、散逸することなく対象物が火炎領域を通過する。
【００８０】
各燃料供給路の各面積はそれぞれの燃料噴出口に供給される燃料流量の比率に等しくなるように設計されていることが好ましい。ただし、比率に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるよう設計されていても構わない。燃料流量の調整が容易になり、より効率的な燃料流量で加熱が可能となるからである。また、火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上するからである。
【００８１】
各燃料供給路を流す燃料のそれぞれの流量は等量に０．４〜１．６を掛けた範囲になるように調整することが好ましく、等量に０．６〜１．４を掛けた範囲になるように調整することがより好ましい。火炎長が長くなり、対象物の火炎領域での滞留時間が向上して対象物を効率よく加熱できるからであり、また、回収率、エネルギー効率が向上するからである。
【００８２】
第２支燃性気体供給路３７は、第３燃料供給路３６の外側の円周上に等間隔で配置する複数の支燃性気体供給路から構成されている。各支燃性気体供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ３０の延在方向に延在するように設けられている。第２支燃性気体供給路３７は、支燃性気体供給源（図示せず）から供給された支燃性気体を輸送する流路として機能する。
第２支燃性気体供給路３７の先端に配置する第２支燃性気体噴出口３７ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００８３】
各支燃性気体供給路の各面積はそれぞれの支燃性気体噴出口に供給される燃料流量の比率に等しくなるように設計されていることが好ましい。ただし、比率に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるよう設計されていても構わない。ただし、粉体及び／又は液滴の噴出口はこの条件で設計する必要はない。
【００８４】
燃料噴出口及び支燃性気体噴出口の面積は、噴出する燃料および支燃性気体の噴出速度が等しくなるように設計されているのが好ましい。ただし、各面積は前記条件で算出された値に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるように設計されていても構わない。
【００８５】
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1対象物供給路３３が第1燃料供給路３２と第２燃料供給路３４とに挟まれるように配置し、その結果、第１対象物噴出口３３ａが第１燃料噴出口３２ａと第２燃料噴出口３４ａに挟まれるように配置するため、対象物が第１対象物噴出口３３ａから噴出するとともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱する。
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第２対象物供給路３５が第２燃料供給路３４と第３燃料供給路３６とに挟まれるように配置し、その結果、第２対象物噴出口３５ａが第２燃料噴出口３４ａと第３燃料噴出口３６ａに挟まれるように配置するため、対象物が第２対象物噴出口３５ａから噴出するとともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱する。
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、対象物噴出口と燃料噴出口とが交互に配置するため、対象物の噴流と火炎の一体化が促進され、対象物の火炎領域での滞留時間が大幅に向上し、効率よく加熱する。
【００８６】
さらに、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、対象物噴出口が２個、燃料噴出口が３個あるため、対象物の噴流と火炎と接する領域が増大するため、多量の対象物をより効果的に火炎領域へ投入できることを、見出した。これにより、対象物の時間あたりの投入量を増加させることが可能であり、エネルギーの効率がさらに向上する。
【００８７】
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1の実施形態に係る燃焼バーナで得られる他の効果も同様に得られる。
【００８８】
第1の実施形態に係る燃焼バーナでは対象物供給路と燃料供給路はそれぞれ1本、２本であり、第３の実施形態に係る燃焼バーナでは対象物供給路と燃料供給路はそれぞれ２本、３本であるが、各本数をさらに増加した構成とすることもできる。さらに増加した構成は、対象物の時間辺りの投入量を増加したい場合に有効である。
【００８９】
本発明に係る燃焼バーナは、加熱炉体に設置する場合、鉛直下向きに設置することが好ましい。
【実施例】
【００９０】
以下、具体的な実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
【００９１】
（実施例１）
バーナＡは本発明の第1実施形態の構成を有する燃焼バーナである。バーナＣはバーナ中心軸から順に、対象物供給路、燃料供給路、支燃性気体供給路、対象物供給路、支燃性気体供給路を備えたバーナである（特許文献２の図１参照）。バーナＤはバーナ中心軸から順に、燃料供給路、支燃性気体供給路、対象物供給路、支燃性気体供給路を備えたバーナである（特許文献５の図１参照）。
バーナＡ、バーナＣ及びバーナＤを用い、粒径０．５mm未満のガラス粉体を加熱炉内に噴出させ、散逸せずに再回収できたガラス粉体の割合（回収率）と、火炎中で着熱し、溶融したガラス粉体の割合（溶解率）とを計測した。支燃性気体及び対象物に伴う気体として酸素を用いた。その結果を表1に示す。
【００９２】
【表１】
表1に示す通り、本発明のバーナＡは従来のバーナＣ及びバーナＤと比較して高い回収率を示した。これは、本発明のバーナＡは従来のバーナＣ及びバーナＤと比較して、散逸が少ないことを示すものである。
また、本発明のバーナＡは従来のバーナＣ及びバーナＤと比較して高い溶解率を示した。これは、本発明のバーナＡは従来のバーナＣ及びバーナＤと比較して、火炎領域に十分な時間滞留させることができたことを示すものである。
【００９３】
（実施例２）
バーナＥはバーナＡにおいて、第２燃料供給路４及び第２燃料噴出口４ａと、第２支燃性気体供給路５及び第２支燃性気体噴出口５ａとを閉止したバーナである。バーナＦはバーナＥにおいて、第1燃料供給路２及び第1燃料噴出口２ａと、第２支燃性気体供給路５及び第２支燃性気体噴出口５ａとを入れ替えたバーナである。
バーナＡ、バーナＥ及びバーナＦを用い、粒径０．５mm未満のガラス粉体を加熱炉内に噴出させ、投入した燃料の熱量に対して、実際にガラスの加熱に利用された熱量の割合（以下「エネルギー効率」）を測定した。支燃性気体及び対象物に伴う気体として酸素を用いた。その結果を表２に示す。
【００９４】
【表２】
表２に示す通り、本発明のバーナＡはバーナＥ及びバーナＦと比較して高いエネルギー効率を示した。これは、対象物噴出口を燃料噴出口で挟むように配置する構成にすると高いエネルギー効率が得られること示すものである。
【００９５】
（実施例３）
バーナＢは本発明の第２実施形態の構成を有する燃焼バーナである。
バーナＢの構成において、燃料噴出口及び支燃性気体噴出口のバーナ中心軸方向に対する傾斜角度を、それぞれ±５°、±１０°、±２０°、±３０°として、エネルギー効率を測定した。その結果を図３に示す。
【００９６】
図４に示す通り、±１０°以下の範囲でエネルギー効率が高いことがわかった。さらに、±５°以下の範囲ではよりエネルギー効率が高いことがわかった。
【００９７】
（実施例４）
バーナＡを用い、第1燃料供給路に流す燃料流量（「一次燃料流量」／「一次燃料流量+二次燃料流量」）及び第1支燃性気体供給路に流す酸素流量（「一次酸素流量」／「一次酸素流量+二次酸素流量」）をそれぞれ０％、３０％、５０％、７０％と調整し、実施例１と同様に、粒径０．５mm未満のガラス粉体を加熱炉内に噴出させて、エネルギー効率を測定した。また、バーナＥはこの値が１００％と同等であるので、図４に結果を併記した。
【００９８】
図５に示す通り、２０％から８０％で高いエネルギー効率であることがわかった。さらに、３０％から７０％ではより高いエネルギー効率であることがわかった。
【００９９】
（実施例５）
バーナＡを鉛直下向きに設置して、粒径０．５mm未満のガラス粉体を加熱炉内に噴出させて、火炎長、回収率、エネルギー効率を測定した。その結果を表３に示す。
比較のために、バーナＧ及びバーナＨでも同様の測定をした。
バーナGはバーナＡにおいて、第２支燃性気体供給路５及び第２支燃性気体噴出口５ａを閉止したバーナである。バーナHはバーナＡにおいて、第１支燃性気体供給路１及び第１支燃性気体噴出口１ａを閉止したバーナである。
【０１００】
【表３】
表３に示す通り、本発明のバーナＡはバーナＧ及びバーナＨと比較して、最も長い火炎長、最も高い回収率、最も高いエネルギー効率を示した。
【０１０１】
また、バーナＡ、バーナＧ及びバーナＨとも、火炎と対象物が一体化する様子が目視にて確認でき、表３の結果の通り、ガラス粉体の投入後の方が投入前より大幅に火炎長が延伸していた。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、燃焼バーナ、主に粉体及び／又は液滴を加熱する燃焼バーナに適用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 第１支燃性気体供給路
１ａ 第1支燃性気体噴出口
２ 第1燃料供給路
２ａ 第1燃料噴出口
３ 対象物供給路
３ａ 対象物噴出口
４ 第２燃料供給路
４ａ 第２燃料噴出口
５ 第２支燃性気体供給路
５ａ 第２支燃性気体噴出口
６ 冷却水供給路
１０ 燃焼バーナ
１１ 先端
１１ａ 先端面
２０ 燃焼バーナ
２１ 第１支燃性気体供給路
２１ａ 第1支燃性気体噴出口
２２ 第1燃料供給路
２２ａ 第1燃料噴出口
２３ 対象物供給路
２３ａ 対象物噴出口
２４ 第２燃料供給路
２４ａ 第２燃料噴出口
２５ 第２支燃性気体供給路
２５ａ 第２支燃性気体噴出口
２６ 冷却水供給路
３０ 燃焼バーナ
３１ 第１支燃性気体供給路
３１ａ 第1支燃性気体噴出口
３２ 第1燃料供給路
３２ａ 第1燃料噴出口
３３ 第１対象物供給路
３３ａ 第１対象物噴出口
３４ 第２燃料供給路
３４ａ 第２燃料噴出口
３５ 第２対象物供給路
３５ａ 第２対象物噴出口
３６ 第３燃料供給路
３６ａ 第３燃料噴出口
３７ 第２支燃性気体供給路
３７ａ 第２支燃性気体噴出口
３８ 冷却水供給路
４１ 先端
４１ａ 先端面
Ｄ 中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼バーナ、主に粉体及び／又は液滴を加熱する燃焼バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼バーナは、鉄などの金属溶融、ガラス製造、ごみ焼却など多様な用途がある。その燃焼バーナを用いた、金属、ガラス、ごみなどの対象物を加熱する方法として、火炎の輻射や対流で加熱する方法と、火炎を対象物に当てて直接的に加熱する方法がある。
【０００３】
直接的に対象物を加熱する方法はエネルギー利用効率もよいため、製鋼用電気炉の冷鉄の加熱などに利用されている（特許文献１）。
【０００４】
さらに、加熱したい対象物が粉体あるいは液滴であれば、体積あたりの表面積が大きいため、火炎あるいは火炎付近の高温領域（以下、「火炎領域」という。）を通過させることにより、より効率よく対象物を加熱できることが期待される。実際、粉体あるいは液滴の噴出口を燃焼バーナやその付近に設置し、噴出と同時に火炎領域に直接投入し、加熱する燃焼バーナや燃焼方法が知られている（特許文献２〜５）。
【０００５】
また、溶融対象の粉体の噴出口を、支燃性の気体と燃料との混合噴出口で挟み込むことにより、粉体の溶融性を向上させる技術が知られている（特許文献６，７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３９３６２号公報
【特許文献２】特開２０１０−３７１３４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９６１１７号公報
【特許文献４】特開２００９−９２２５４号公報
【特許文献５】特許第３６８８９４４号公報
【特許文献６】特許第２９５５８０８号公報
【特許文献７】特開２００９−１９８０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、火炎領域に対象物を投入する従来の燃焼バーナや燃焼方法では、対象物である粉体あるいは液滴が噴出後に散逸するものや火炎領域で十分加熱されないものの割合が高く、エネルギー利用効率がよくなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みて為されたものであり、加熱対象物である粉体及び／又は液滴を散逸させることなく、火炎領域に十分な時間滞留させて、効率よく着熱させることを可能とする多重管の燃焼バーナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討を行なった結果、バーナ中心軸方向に対して、対象物の噴出口の内側及び外側に挟むように燃料噴出口が配置される構成とすることにより、対象物が噴出するとともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱されることを見いだして本発明を完成させた。
また、特許文献６、７のように予混合火炎を用いていないため、対象物と燃料とが一体化した火炎が形成され、火炎領域での対象物の滞留時間が飛躍的に向上することも見いだした。
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給路と、燃料を供給する燃料供給路とを同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置するように備える燃焼バーナであって、各供給路の先端には噴出口がそれぞれ設けられていることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃焼バーナにおいて、前記最も内側の燃料供給路の内側に配置され、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路を同心状にさらに備えることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２のいずれかに記載の燃焼バーナにおいて、前記最も外側の燃料供給路の外側に配置され、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路を同心状にさらに備えることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃焼バーナにおいて、前記の各供給路の噴出口はバーナ中心軸に対して平行に、又は、バーナ中心軸に対して対象物供給路側に±１０°以内に傾斜して形成されていると共に、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられていることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃焼バーナにおいて、前記対象物供給路が複数あることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃焼バーナにおいて、前記対象物供給路が対象物供給源と気体を供給する気体供給源とに接続されていることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃焼バーナにおいて、前記対象物供給路が対象物供給源と第３の支燃性気体を供給する第３支燃性気体供給源とに接続されていることを特徴とする燃焼バーナである。
【００１７】
本発明の対象物である粉体及び／又は液滴とは、加熱を必要とする、粒径が１０ｍｍ以下の固体、液体、あるいはそれらが組み合わさったものである。粉じん、ミスト、ヒュームと呼ばれるものも含む。例えば、金属やその化合物、セラミック、ゴミ、ガラス、微粉炭、固体燃料、小麦粉などの食料粉、それらが溶融したもの、水、水溶液、有機溶媒、液体燃料、それらが固化したもの、それらの原料粉あるいは原料液滴、それらの生成物、あるいはそれらを複数組み合わせたものを含む。また、加熱により、燃焼、酸化、還元、化学反応、溶融、蒸発、昇華などにより様態が変化するものも含まれる。
【００１８】
また、本発明に係る燃焼バーナとは、それらの粉体及び／又は液滴を加熱することを目的とし、燃料を燃焼させて火炎を形成する装置のことである。さらに本発明に係る多重管の燃焼バーナは、バーナ内部に、燃料、支燃性気体、加熱対象物などの供給路を持ち、それらがバーナ中心軸方向から、全体として同心円状に配置されており、バーナ先端にはそれぞれの供給路の先端として噴出口が備わった燃焼バーナである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃焼バーナによれば、粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給路と、燃料を供給する燃料供給路とを同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置するように備える構成を採用したので、対象物の噴流と火炎の一体化が促進され、対象物の火炎領域での滞留時間が大幅に向上すると共に、噴出される対象物が散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱することができる。また、対象物が噴出とともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、対象物を効率よく加熱することができる。
【００２０】
本発明の燃焼バーナによれば、最も内側の燃料供給路の内側に配置され、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路を同心状にさらに備える構成を採用することにより、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。なお、燃焼バーナの最も内側に燃料噴出口を配置すると、中心付近の火炎温度が上がらず、火炎領域が縮退し、その結果、対象物の火炎領域での滞留時間が低下してしまう。
【００２１】
本発明の燃焼バーナによれば、最も外側の燃料供給路の外側に配置され、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路を同心状にさらに備える構成を採用することにより、火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。なお、最も外側に燃料噴出口を配置すると、火炎が上方向に遊離しやすく、火炎形状が安定せず、対象物の火炎領域への投下も困難になる。
【００２２】
本発明の燃焼バーナによれば、各供給路の噴出口はバーナ中心軸に対して平行に、又は、バーナ中心軸に対して対象物供給路側に±１０°以内に傾斜して形成されていると共に、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられている構成を採用することにより、同一平面上に噴出することにより、バーナ先端部分から太い火炎が形成され、かつ、火炎と対象物の噴流が一体化して対象物の軌跡に沿って火炎長が大きく延伸するので、対象物を効率よく加熱することができる。さらに、噴流を同一方向に向かせることにより、旋廻流の発生を抑えることにより、対象物の散乱も抑えられ、歩留まりが向上する。
【００２３】
本発明の燃焼バーナによれば、対象物供給路が複数ある構成を採用することにより、対象物の噴流と火炎とが接する領域が増大するため、多量の対象物をより効果的に火炎領域へ投入でき、その結果、対象物の時間あたりの投入量を増加させることが可能となり、エネルギーの効率がさらに向上する。
【００２４】
本発明の燃焼バーナによれば、対象物供給路が対象物供給源と気体を供給する気体供給源とに接続された構成を採用することにより、対象物をより効果的に火炎領域への投入でき、滞留時間も向上し、対象物を効率よく加熱することができる。なお、噴出に気体を伴うことにより、対象物が散逸してしまい、火炎領域への通過が阻害される可能性もあるが、本発明では、対象物は噴出直後から火炎で包み込まれるため、適度に分散する方がかえって火炎領域での滞留時間が向上し、火炎から対象物への着熱も促進する。
【００２５】
本発明の燃焼バーナによれば、対象物供給路が対象物供給源と第３の支燃性気体を供給する第３支燃性気体供給源とに接続された構成を採用することにより、対象物をさらに効果的に火炎領域へ投入でき、火炎領域での滞留時間も向上し、効率よく加熱することができる。これは、支燃性気体を伴うことにより、その支燃性の気体と隣接する燃料噴出口から噴出される燃料とが反応し、対象物がより確実に火炎に包まれるためである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。（ｂ）図１（ａ）に示す燃焼バーナをその先端側から眺めた側面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）本発明の第３の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。（ｂ）図１（ａ）に示す燃焼バーナをその先端側から眺めた側面図である。
【図４】燃料噴出口及び支燃性気体噴出口のバーナ中心軸方向に対する傾斜角度に対するエネルギー効率を測定した結果を示すグラフである。
【図５】燃料流量及び酸素流量に対するエネルギー効率を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明について、図を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す燃焼バーナをその先端側から眺めた側面図である。
燃焼バーナ１０は、バーナ中心軸から順に、第１支燃性気体供給路１と、第1燃料供給路２と、対象物供給路３と、第２燃料供給路４と、第２支燃性気体供給路５と、冷却水供給路６とを備える。
燃焼バーナ１０は、第1燃料供給路２、対象物供給路３、第２燃料供給路４の順に同心状に配置することにより、対象物供給路と燃料供給路とが同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置する構成とされている。なお、最も内側に配置する燃料供給路は第1燃料供給路２であり、最も外側に配置する燃料供給路は第２燃料供給路４である。
【００２９】
また、燃焼バーナ１０は、最も内側の燃料供給路である第1燃料供給路２の内側に、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路１を同心状に備えており、最も外側の燃料供給路である第２燃料供給路４の外側に、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路５を同心状に備えている。
【００３０】
第1支燃性気体供給路１の先端には、第1支燃性気体噴出口１ａを有する。第1燃料供給路２の先端には、第1燃料噴出口２ａを有する。対象物供給路３の先端には、対象物噴出口３ａを有する。第２燃料供給路４の先端には、第２燃料噴出口４ａを有する。第２支燃性気体供給路５の先端には、第２支燃性気体噴出口５ａを有する。
第1支燃性気体噴出口１ａ、第1燃料噴出口２ａ、対象物噴出口３ａ、第２燃料噴出口４ａ及び第２支燃性気体噴出口５ａは、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられている。
また、各噴出口の断面の径はそれぞれの供給路の断面の径と同じであり、各噴出口は燃焼バーナ１０の延在方向（バーナ中心軸方向）に平行に配置されている。
【００３１】
各噴出口の形状は図１で示したものに限定されず、幅を持ったスリット、円形、楕円形、多角形、あるいはそれらが一列や、同心円状に並んだもの等でもよい。
【００３２】
燃焼バーナ１０の先端１１は、円柱状とされており、火炎が形成される先端面１１ａを有する。
燃焼バーナ１０の先端面１１ａは、燃焼バーナ１０の延在方向に対して直交する平坦な面とされている。従って、各噴出口の先端は燃焼バーナ１０の延在方向に対して直交する同一平面上に並んで配置する。
燃焼バーナ１０の先端面１１ａは、円形面とされている。
【００３３】
第1支燃性気体供給路１は、燃焼バーナ１０の中心軸Ｄ上に１本、その周囲に中心軸Ｄに対して対称に配置する６本の計７本の円筒形状の支燃性気体供給路から構成され、燃焼バーナ１０の延在方向に延在している。第1支燃性気体供給路１は、支燃性気体供給源（図示せず）から供給された支燃性気体を輸送する流路として機能する。
第1支燃性気体供給路１の先端に配置する第1支燃性気体噴出口１ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００３４】
第1燃料供給路２は、第1支燃性気体供給路１の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ１０の延在方向に延在するように設けられている。第1燃料供給路２は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第1燃料供給路２の先端に配置する第1燃料噴出口２ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００３５】
対象物供給路３は、第1燃料供給路２の外側に燃焼バーナ１０の先端側から見てリング状に設けれ、燃焼バーナ１０の延在方向に延在する構成とされている。対象物供給路３は、対象物である粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
対象物供給路３の先端に配置する対象物噴出口３ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００３６】
対象物供給路３は、対象物の物性等に起因して投入前の酸化などを嫌う場合は、気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該気体（例えば、窒素、アルゴン等の不活性の気体やプロパン、都市ガス、メタン等の可燃性の気体又はそれらの混合気体）を供給することができる。
【００３７】
また、対象物供給路３は、特に対象物の物性などの制限がない場合、第３の支燃性気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該第３の支燃性気体（例えば、酸素）を供給することができる。
【００３８】
対象物供給路３の対象物噴出口３ａは、対象物の最大粒径の２倍未満であれば、噴出口や供給路が閉塞する割合が増大するため、噴出口の幅が対象物の最大粒径の２倍以上になるように形成されているのが好ましく、噴出口の幅が対象物の最大粒径の５倍以上になるように形成されているのがより好ましい。
【００３９】
第２燃料供給路４は、対象物供給路３の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ１０の延在方向に延在するように設けられている。第２燃料供給路４は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第２燃料供給路４の先端に配置する第２燃料噴出口４ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００４０】
第２燃料供給路４の先端に配置する第２燃料噴出口４ａは、第1燃料供給路２の先端に配置する第１燃料噴出口２ａと併せて、対象物供給路３の先端に配置する対象物噴出口３ａを挟み込むように配置する構成を採用することにより、対象物噴出口３ａから対象物が噴出するとともに、隣接して配置する第１燃料噴出口２ａ及び第２燃料噴出口４ａから形成された火炎に対象物が包まれ、散逸することなく対象物が火炎領域を通過する。
【００４１】
各燃料供給路の各面積はそれぞれの燃料噴出口に供給される燃料流量の比率に等しくなるように設計されていることが好ましい。ただし、比率に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるよう設計されていても構わない。燃料流量の調整が容易になり、より効率的な燃料流量で加熱が可能となるからである。
【００４２】
各燃料噴出口からの燃料の噴出速度は等速、あるいはほぼ等速であれば、火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上するので、流量の比率に掛ける値が、０．８〜１．２に収まる範囲であることが好ましく、０．９〜１．１に収まる範囲であることはより好ましい。
【００４３】
第１燃料供給路２に流す燃料の流量は、第２燃料供給路４に流す燃料とあわせた流量の２０〜８０％となるように調整することが好ましく、３０〜７０％となるように調整することがより好ましい。火炎長が長くなり、対象物の火炎領域での滞留時間が向上して対象物を効率よく加熱できるからであり、また、回収率、エネルギー効率が向上するからである。
【００４４】
第２支燃性気体供給路５は、第２燃料供給路４の外側の円周上に等間隔で配置する複数の支燃性気体供給路から構成されている。各支燃性気体供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ１０の延在方向に延在するように設けられている。第２支燃性気体供給路５は、支燃性気体供給源（図示せず）から供給された支燃性気体を輸送する流路として機能する。
第２支燃性気体供給路５の先端に配置する第２支燃性気体噴出口５ａは、燃焼バーナ１０の先端面１１ａから露出している。
【００４５】
各支燃性気体供給路の各面積はそれぞれの支燃性気体噴出口に供給される燃料流量の比率に等しくなるように設計されていることが好ましい。ただし、比率に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるよう設計されていても構わない。ただし、粉体及び／又は液滴の噴出口はこの条件で設計する必要はない。
【００４６】
第１支燃性気体供給路１及び第２支燃性気体供給路５に流す支燃性気体の流量比率は、燃料の流量比率と同じく、２０〜８０％になるように調整することが好ましく、３０〜７０％になるように調整することがより好ましい。
これにより、対象物噴出口の内側、外側により確実に火炎領域が形成され、対象物がより確実に火炎領域へ投入され、また対象物の火炎領域での滞留時間が向上するからである。
【００４７】
各支燃性気体噴出口からの支燃性気体の噴出速度は等速、あるいはほぼ等速であれば、火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上するので、流量の比率に掛ける値が０．８〜１．２に収まる範囲であることが好ましく、０．９〜１．１に収まる範囲であることがより好ましい。
なお、対象物の噴出口から噴出する気体はこの条件を満たさなくともよい。
【００４８】
各燃料噴出口からの燃料の噴出速度と各支燃性気体噴出口からの支燃性気体の噴出速度は等速、あるいはほぼ等速であれば、より火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上するので、噴出速度が平均の０．８〜１．２に収まる範囲であることが好ましく、０．９〜１．１に収まる範囲であることがより好ましい。
なお、対象物の噴出口から噴出する気体はこの条件を満たさなくともよい。
【００４９】
燃料噴出口及び支燃性気体噴出口の面積は、噴出する燃料および支燃性気体の噴出速度が等しくなるように設計されているのが好ましい。
【００５０】
本発明に係る燃焼バーナは鉛直下向きに設置するのが好ましい。対象物の噴出方向と落下方向と燃料の噴出方向が一致するため、前記対象物と一体化した火炎の火炎長がさらに延伸し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上して対象物を効率よく加熱できるからである。
【００５１】
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、対象物供給路３が第1燃料供給路２と第２燃料供給路４とに挟まれるように配置し、その結果、対象物噴出口３ａが第1燃料噴出口２ａと第２燃料噴出口４ａに挟まれるため、対象物が対象物噴出口３ａから噴出するとともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱する。
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、対象物噴出口３ａと燃料噴出口２ａ、４ａとが交互に配置するため、対象物の噴流と火炎の一体化が促進され、対象物の火炎領域での滞留時間が大幅に向上し、効率よく加熱する。
【００５２】
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1燃料供給路２の内側に第１支燃性気体供給路１を同心状に備えるため、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第２燃料供給路４の外側に第２支燃性気体供給路５を同心状に備えるため、火炎の形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1支燃性気体噴出口１ａ、第1燃料噴出口２ａ、対象物噴出口３ａ、第２燃料噴出口４ａ及び第２支燃性気体噴出口５ａがバーナ中心軸に対して平行に形成され、かつ、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられているため、燃料と対象物の噴出口とが同一平面上に噴出することにより、バーナ先端部分から太い火炎が形成される。また、それぞれの噴出口から噴流がバーナ中心軸に対して平行に噴出され、このように噴出方向をバーナ中心軸方向に揃えることにより、火炎と対象物の噴流が一体化し、対象物の軌跡に沿って火炎長が大きく延伸する。その結果、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。また、噴流を同一方向に向かせることにより、旋廻流の発生を抑えることにより、対象物の散乱も抑えられ、歩留まりが向上する。
【００５５】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。
燃焼バーナ２０は、バーナ中心軸から順に、第1支燃性気体供給路２１と、第1燃料供給路２２と、対象物供給路２３と、第２燃料供給路２４と、第２支燃性気体供給路２５と、冷却水供給路２６とを備える。
燃焼バーナ２０は、第1燃料供給路２２、対象物供給路２３、第２燃料供給路２４の順に同心状に配置することにより、対象物供給路と燃料供給路とが同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置する構成とされている。なお、最も内側に配置する燃料供給路は第1燃料供給路２２であり、最も外側に配置する燃料供給路は第２燃料供給路２４である。
【００５６】
また、燃焼バーナ２０は、最も内側の燃料供給路である第1燃料供給路２２の内側に、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路２１を同心状に備えており、最も外側の燃料供給路である第２燃料供給路２４の外側に、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路２５を同心状に備えている。
【００５７】
第1支燃性気体供給路２１の先端には、第1支燃性気体噴出口２１ａを有する。第1燃料供給路２２の先端には、第1燃料噴出口２２ａを有する。対象物供給路２３の先端には、対象物噴出口２３ａを有する。第２燃料供給路２４の先端には、第２燃料噴出口２４ａを有する。第２支燃性気体供給路２５の先端には、第２支燃性気体噴出口２５ａを有する。
第1支燃性気体噴出口２１ａ、第1燃料噴出口２２ａ、対象物噴出口２３ａ、第２燃料噴出口２４ａ及び第２支燃性気体噴出口２５ａは、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられている。
【００５８】
図２で示す第２の実施形態では、各噴出口（第1支燃性気体供給路２１を構成する供給路のうち、燃焼バーナ２０の中心軸Ｄ上に配置する供給路の噴出口を除く）は燃焼バーナ２０の延在方向（バーナ中心軸方向）に対して傾斜して配置されている点が第１の実施形態と相違する。
なお、中心軸Ｄ上に配置する供給路の噴出口を除く各噴出口はバーナ中心軸方向に対して傾斜して設けられ、中心軸Ｄ上に配置する供給路の噴出口はバーナ中心軸方向に平行に設けられており、第２の実施形態は、各供給路の噴出口はバーナ中心軸に対して平行に、又は、バーナ中心軸に対して対象物供給路側に傾斜して形成されている構成となっている。
【００５９】
燃焼バーナ２０の先端２１は、円柱状とされており、火炎が形成される先端面２１ａを有する。
燃焼バーナ２０の先端面２１ａは、燃焼バーナ２０の延在方向に対して直交する平坦な面とされている。燃焼バーナ２０の先端面１１ａは、円形面とされている。
【００６０】
対象物供給路以外の各供給路の噴出口のバーナ中心軸に対する傾斜の角度は、対象物供給路側に±１０°以内であることが好ましい。
ここで、傾斜の角度が“＋”とは、噴出口の先端口が対象物供給路に近づく方に傾斜していることを意味し、傾斜の角度が“−”とは、噴出口の先端口が対象物供給路から遠ざかる方に傾斜していることを意味する。
図２で示す第２の実施形態では、傾斜の角度は＋１０°である。
なお、第1支燃性気体供給路２１を構成する燃焼バーナ２０の中心軸Ｄ上に配置する供給路の噴出口についても例えば、噴出口を２つ設けて、それらの噴出口を互いに反対の方向に傾斜して設ける構成とすることによって、２つの噴出口の先端口を対象物供給路に近づけること、又は、対象物供給路から遠ざけることが可能となる。
【００６１】
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1支燃性気体噴出口２１ａ、第1燃料噴出口２２ａ、第２燃料噴出口２４ａ及び第２支燃性気体噴出口２５ａがバーナ中心軸に対して１０°傾斜して対象物噴出口２３ａに近づくように形成され、かつ、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられているため、燃料と対象物の噴出口とが同一平面上に噴出することにより、バーナ先端部分から太い火炎が形成される。また、それぞれの噴出口から噴流がバーナ中心軸に対して略平行に噴出され、このように噴出方向をバーナ中心軸方向に揃えることにより、火炎と対象物の噴流が一体化し、対象物の軌跡に沿って火炎長が大きく延伸する。その結果、対象物の火炎領域での滞留時間が向上し、対象物を効率よく加熱することができる。また、噴流を略同一方向に向かせることにより、旋廻流の発生を抑えることにより、対象物の散乱も抑えられ、歩留まりが向上する。
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1の実施形態に係る燃焼バーナで得られる他の効果も同様に得られる。
【００６２】
（第３の実施形態）
図３（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る燃焼バーナの概略構成を示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す燃焼バーナをその先端側から眺めた側面図である。
燃焼バーナ３０は、バーナ中心軸から順に、第1支燃性気体供給路３１と、第1燃料供給路３２と、第1対象物供給路３３と、第２燃料供給路３４と、第２対象物供給路３５と、第３燃料供給路３６と、第２支燃性気体供給路３７と、冷却水供給路３８とを備える。
燃焼バーナ３０は、第1燃料供給路３２、第1対象物供給路３３、第２燃料供給路３４、第２対象物供給路３５、第３燃料供給路３６、の順に同心状に配置することにより、対象物供給路と燃料供給路とが同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置する構成とされている。なお、最も内側に配置する燃料供給路は第1燃料供給路３２であり、最も外側に配置する燃料供給路は第３燃料供給路３６である。
【００６３】
対象物の時間あたりの投入量を増やしたい場合は、第１の実施形態に係る燃焼バーナより、第３の実施形態に係る燃焼バーナを用いるのが好ましい。
【００６４】
また、燃焼バーナ３０は、最も内側の燃料供給路である第1燃料供給路３２の内側に、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路３１を同心状に備えており、最も外側の燃料供給路である第３燃料供給路３６の外側に、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路３７を同心状に備えている。
【００６５】
第1支燃性気体供給路３１の先端には、第1支燃性気体噴出口３１ａを有する。第1燃料供給路３２の先端には、第1燃料噴出口３２ａを有する。第1対象物供給路３３の先端には、第1対象物噴出口３３ａを有する。第２燃料供給路３４の先端には、第２燃料噴出口３４ａを有する。第２対象物供給路３５の先端には、第1対象物噴出口３５ａを有する。第３燃料供給路３６の先端には、第３燃料噴出口３６ａを有する。第２支燃性気体供給路３７の先端には、第２支燃性気体噴出口３７ａを有する。
図３で示す第３の実施形態では、各噴出口の断面の径はそれぞれの供給路の断面の径と同じであり、各噴出口は燃焼バーナ３０の延在方向（バーナ中心軸方向）に平行に配置されている。
【００６６】
燃焼バーナ３０の先端４１は、円柱状とされており、火炎が形成される先端面４１ａを有する。
燃焼バーナ３０の先端面４１ａは、燃焼バーナ３０の延在方向に対して直交する平坦な面とされている。燃焼バーナ３０の先端面４１ａは、円形面とされている。
【００６７】
第1支燃性気体供給路３１は、燃焼バーナ３０の中心軸Ｄ上に１本、その周囲に中心軸ＤＤに対して対称に配置する６本の計７本の円筒形状の支燃性気体供給路から構成され、燃焼バーナ３０の延在方向に延在している。第1支燃性気体供給路３１は、支燃性気体供給源（図示せず）から供給された支燃性気体を輸送する流路として機能する。
第1支燃性気体供給路３１の先端に配置する第1支燃性気体噴出口３１ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００６８】
第1燃料供給路３２は、第1支燃性気体供給路３１の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ３０の延在方向に延在するように設けられている。第1燃料供給路３２は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第1燃料供給路３２の先端に配置する第1燃料噴出口３２ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００６９】
第1対象物供給路３３は、第1燃料供給路３２の外側に燃焼バーナ３０の先端側から見てリング状に設けれ、燃焼バーナ３０の延在方向に延在する構成とされている。対象物供給路３３は、対象物である粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第1対象物供給路３３の先端に配置する第1対象物噴出口３３ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００７０】
対象物供給路３３は、対象物の物性等に起因して投入前の酸化などを嫌う場合は、気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該気体（例えば、不活性の気体や可燃性の気体）を供給することができる。
【００７１】
また、対象物供給路３３は、特に対象物の物性などの制限がない場合、第３の支燃性気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該第３の支燃性気体（例えば、酸素）を供給することができる。
【００７２】
対象物供給路３３の対象物噴出口３３ａは、対象物の最大粒径の２倍未満であれば、噴出口や供給路が閉塞する割合が増大するため、噴出口の幅が対象物の最大粒径の２倍以上になるように形成されているのが好ましく、噴出口の幅が対象物の最大粒径の５倍以上になるように形成されているのがより好ましい。
【００７３】
第２燃料供給路３４は、第1対象物供給路３３の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ３０の延在方向に延在するように設けられている。第２燃料供給路３４は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第２燃料供給路３４の先端に配置する第２燃料噴出口３４ａは、第1燃料供給路３２の先端に配置する第１燃料噴出口３２ａと併せて、第1対象物供給路３３の先端に配置する第１対象物噴出口３３ａを挟み込むように配置する構成を採用することにより、第１対象物噴出口３３ａから対象物が噴出するとともに、隣接して配置する第１燃料噴出口３２ａ及び第２燃料噴出口３４ａから形成された火炎に対象物が包まれ、散逸することなく対象物が火炎領域を通過する。
【００７４】
第２対象物供給路３５は、第２燃料供給路３４の外側に燃焼バーナ３０の先端側から見てリング状に設けれ、燃焼バーナ３０の延在方向に延在する構成とされている。第２対象物供給路３５は、対象物である粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第２対象物供給路３５の先端に配置する第２対象物噴出口３５ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００７５】
対象物供給路３５は、対象物の物性等に起因して投入前の酸化などを嫌う場合は、気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該気体（例えば、不活性の気体や可燃性の気体）を供給することができる。
【００７６】
また、対象物供給路３５は、特に対象物の物性などの制限がない場合、第３の支燃性気体供給源（図示せず）に接続して、対象物と併せて当該第３の支燃性気体（例えば、酸素）を供給することができる。
【００７７】
対象物供給路３５の対象物噴出口３５ａは、対象物の最大粒径の２倍未満であれば、噴出口や供給路が閉塞する割合が増大するため、噴出口の幅が対象物の最大粒径の２倍以上になるように形成されているのが好ましく、噴出口の幅が対象物の最大粒径の５倍以上になるように形成されているのがより好ましい。
【００７８】
第３燃料供給路３６は、第２対象物供給路３５の外側の円周上に等間隔で配置する複数の燃料供給路から構成されている。各燃料供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ３０の延在方向に延在するように設けられている。第３燃料供給路３６は、燃料供給源（図示せず）から供給された燃料を輸送する流路として機能する。
第３燃料供給路３６の先端に配置する第３燃料噴出口３６ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００７９】
第３燃料供給路３６の先端に配置する第３燃料噴出口３６ａは、第２燃料供給路３４の先端に配置する第２燃料噴出口３４ａと併せて、第２対象物供給路３５の先端に配置する第２対象物噴出口３５ａを挟み込むように配置する構成を採用することにより、第２対象物噴出口３５ａから対象物が噴出するとともに、隣接して配置する第２燃料噴出口３４ａ及び第３燃料噴出口３６ａから形成された火炎に対象物が包まれ、散逸することなく対象物が火炎領域を通過する。
【００８０】
各燃料供給路の各面積はそれぞれの燃料噴出口に供給される燃料流量の比率に等しくなるように設計されていることが好ましい。ただし、比率に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるよう設計されていても構わない。燃料流量の調整が容易になり、より効率的な燃料流量で加熱が可能となるからである。また、火炎形状が安定し、対象物の火炎領域での滞留時間が向上するからである。
【００８１】
各燃料供給路を流す燃料のそれぞれの流量は等量に０．４〜１．６を掛けた範囲になるように調整することが好ましく、等量に０．６〜１．４を掛けた範囲になるように調整することがより好ましい。火炎長が長くなり、対象物の火炎領域での滞留時間が向上して対象物を効率よく加熱できるからであり、また、回収率、エネルギー効率が向上するからである。
【００８２】
第２支燃性気体供給路３７は、第３燃料供給路３６の外側の円周上に等間隔で配置する複数の支燃性気体供給路から構成されている。各支燃性気体供給路は、円筒形状とされており、燃焼バーナ３０の延在方向に延在するように設けられている。第２支燃性気体供給路３７は、支燃性気体供給源（図示せず）から供給された支燃性気体を輸送する流路として機能する。
第２支燃性気体供給路３７の先端に配置する第２支燃性気体噴出口３７ａは、燃焼バーナ３０の先端面４１ａから露出している。
【００８３】
各支燃性気体供給路の各面積はそれぞれの支燃性気体噴出口に供給される燃料流量の比率に等しくなるように設計されていることが好ましい。ただし、比率に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるよう設計されていても構わない。ただし、粉体及び／又は液滴の噴出口はこの条件で設計する必要はない。
【００８４】
燃料噴出口及び支燃性気体噴出口の面積は、噴出する燃料および支燃性気体の噴出速度が等しくなるように設計されているのが好ましい。ただし、各面積は前記条件で算出された値に０．８〜１．２を掛けた範囲に収まるように設計されていても構わない。
【００８５】
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1対象物供給路３３が第1燃料供給路３２と第２燃料供給路３４とに挟まれるように配置し、その結果、第１対象物噴出口３３ａが第１燃料噴出口３２ａと第２燃料噴出口３４ａに挟まれるように配置するため、対象物が第１対象物噴出口３３ａから噴出するとともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱する。
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第２対象物供給路３５が第２燃料供給路３４と第３燃料供給路３６とに挟まれるように配置し、その結果、第２対象物噴出口３５ａが第２燃料噴出口３４ａと第３燃料噴出口３６ａに挟まれるように配置するため、対象物が第２対象物噴出口３５ａから噴出するとともに隣接して形成された火炎に包まれ、散逸することなく火炎領域を通過し、効率よく加熱する。
また、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、対象物噴出口と燃料噴出口とが交互に配置するため、対象物の噴流と火炎の一体化が促進され、対象物の火炎領域での滞留時間が大幅に向上し、効率よく加熱する。
【００８６】
さらに、本実施形態に係る燃焼バーナによれば、対象物噴出口が２個、燃料噴出口が３個あるため、対象物の噴流と火炎と接する領域が増大するため、多量の対象物をより効果的に火炎領域へ投入できることを、見出した。これにより、対象物の時間あたりの投入量を増加させることが可能であり、エネルギーの効率がさらに向上する。
【００８７】
本実施形態に係る燃焼バーナによれば、第1の実施形態に係る燃焼バーナで得られる他の効果も同様に得られる。
【００８８】
第1の実施形態に係る燃焼バーナでは対象物供給路と燃料供給路はそれぞれ1本、２本であり、第３の実施形態に係る燃焼バーナでは対象物供給路と燃料供給路はそれぞれ２本、３本であるが、各本数をさらに増加した構成とすることもできる。さらに増加した構成は、対象物の時間辺りの投入量を増加したい場合に有効である。
【００８９】
本発明に係る燃焼バーナは、加熱炉体に設置する場合、鉛直下向きに設置することが好ましい。
【実施例】
【００９０】
以下、具体的な実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
【００９１】
（実施例１）
バーナＡは本発明の第1実施形態の構成を有する燃焼バーナである。バーナＣはバーナ中心軸から順に、対象物供給路、燃料供給路、支燃性気体供給路、対象物供給路、支燃性気体供給路を備えたバーナである（特許文献２の図１参照）。バーナＤはバーナ中心軸から順に、燃料供給路、支燃性気体供給路、対象物供給路、支燃性気体供給路を備えたバーナである（特許文献５の図１参照）。
バーナＡ、バーナＣ及びバーナＤを用い、粒径０．５mm未満のガラス粉体を加熱炉内に噴出させ、散逸せずに再回収できたガラス粉体の割合（回収率）と、火炎中で着熱し、溶融したガラス粉体の割合（溶解率）とを計測した。支燃性気体及び対象物に伴う気体として酸素を用いた。その結果を表1に示す。
【００９２】
【表１】
表1に示す通り、本発明のバーナＡは従来のバーナＣ及びバーナＤと比較して高い回収率を示した。これは、本発明のバーナＡは従来のバーナＣ及びバーナＤと比較して、散逸が少ないことを示すものである。
また、本発明のバーナＡは従来のバーナＣ及びバーナＤと比較して高い溶解率を示した。これは、本発明のバーナＡは従来のバーナＣ及びバーナＤと比較して、火炎領域に十分な時間滞留させることができたことを示すものである。
【００９３】
（実施例２）
バーナＥはバーナＡにおいて、第２燃料供給路４及び第２燃料噴出口４ａと、第２支燃性気体供給路５及び第２支燃性気体噴出口５ａとを閉止したバーナである。バーナＦはバーナＥにおいて、第1燃料供給路２及び第1燃料噴出口２ａと、第２支燃性気体供給路５及び第２支燃性気体噴出口５ａとを入れ替えたバーナである。
バーナＡ、バーナＥ及びバーナＦを用い、粒径０．５mm未満のガラス粉体を加熱炉内に噴出させ、投入した燃料の熱量に対して、実際にガラスの加熱に利用された熱量の割合（以下「エネルギー効率」）を測定した。支燃性気体及び対象物に伴う気体として酸素を用いた。その結果を表２に示す。
【００９４】
【表２】
表２に示す通り、本発明のバーナＡはバーナＥ及びバーナＦと比較して高いエネルギー効率を示した。これは、対象物噴出口を燃料噴出口で挟むように配置する構成にすると高いエネルギー効率が得られること示すものである。
【００９５】
（実施例３）
バーナＢは本発明の第２実施形態の構成を有する燃焼バーナである。
バーナＢの構成において、燃料噴出口及び支燃性気体噴出口のバーナ中心軸方向に対する傾斜角度を、それぞれ±５°、±１０°、±２０°、±３０°として、エネルギー効率を測定した。その結果を図３に示す。
【００９６】
図４に示す通り、±１０°以下の範囲でエネルギー効率が高いことがわかった。さらに、±５°以下の範囲ではよりエネルギー効率が高いことがわかった。
【００９７】
（実施例４）
バーナＡを用い、第1燃料供給路に流す燃料流量（「一次燃料流量」／「一次燃料流量+二次燃料流量」）及び第1支燃性気体供給路に流す酸素流量（「一次酸素流量」／「一次酸素流量+二次酸素流量」）をそれぞれ０％、３０％、５０％、７０％と調整し、実施例１と同様に、粒径０．５mm未満のガラス粉体を加熱炉内に噴出させて、エネルギー効率を測定した。また、バーナＥはこの値が１００％と同等であるので、図４に結果を併記した。
【００９８】
図５に示す通り、２０％から８０％で高いエネルギー効率であることがわかった。さらに、３０％から７０％ではより高いエネルギー効率であることがわかった。
【００９９】
（実施例５）
バーナＡを鉛直下向きに設置して、粒径０．５mm未満のガラス粉体を加熱炉内に噴出させて、火炎長、回収率、エネルギー効率を測定した。その結果を表３に示す。
比較のために、バーナＧ及びバーナＨでも同様の測定をした。
バーナGはバーナＡにおいて、第２支燃性気体供給路５及び第２支燃性気体噴出口５ａを閉止したバーナである。バーナHはバーナＡにおいて、第１支燃性気体供給路１及び第１支燃性気体噴出口１ａを閉止したバーナである。
【０１００】
【表３】
表３に示す通り、本発明のバーナＡはバーナＧ及びバーナＨと比較して、最も長い火炎長、最も高い回収率、最も高いエネルギー効率を示した。
【０１０１】
また、バーナＡ、バーナＧ及びバーナＨとも、火炎と対象物が一体化する様子が目視にて確認でき、表３の結果の通り、ガラス粉体の投入後の方が投入前より大幅に火炎長が延伸していた。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、燃焼バーナ、主に粉体及び／又は液滴を加熱する燃焼バーナに適用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 第１支燃性気体供給路
１ａ 第1支燃性気体噴出口
２ 第1燃料供給路
２ａ 第1燃料噴出口
３ 対象物供給路
３ａ 対象物噴出口
４ 第２燃料供給路
４ａ 第２燃料噴出口
５ 第２支燃性気体供給路
５ａ 第２支燃性気体噴出口
６ 冷却水供給路
１０ 燃焼バーナ
１１ 先端
１１ａ 先端面
２０ 燃焼バーナ
２１ 第１支燃性気体供給路
２１ａ 第1支燃性気体噴出口
２２ 第1燃料供給路
２２ａ 第1燃料噴出口
２３ 対象物供給路
２３ａ 対象物噴出口
２４ 第２燃料供給路
２４ａ 第２燃料噴出口
２５ 第２支燃性気体供給路
２５ａ 第２支燃性気体噴出口
２６ 冷却水供給路
３０ 燃焼バーナ
３１ 第１支燃性気体供給路
３１ａ 第1支燃性気体噴出口
３２ 第1燃料供給路
３２ａ 第1燃料噴出口
３３ 第１対象物供給路
３３ａ 第１対象物噴出口
３４ 第２燃料供給路
３４ａ 第２燃料噴出口
３５ 第２対象物供給路
３５ａ 第２対象物噴出口
３６ 第３燃料供給路
３６ａ 第３燃料噴出口
３７ 第２支燃性気体供給路
３７ａ 第２支燃性気体噴出口
３８ 冷却水供給路
４１ 先端
４１ａ 先端面
Ｄ 中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給路と、燃料を供給する燃料供給路とを同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置するように備える燃焼バーナであって、各供給路の先端には噴出口がそれぞれ設けられていることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項２】
前記最も内側の燃料供給路の内側に配置され、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路を同心状にさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
【請求項３】
前記最も外側の燃料供給路の外側に配置され、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路を同心状にさらに備えることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の燃焼バーナ。
【請求項４】
前記の各供給路の噴出口はバーナ中心軸に対して平行に、又は、バーナ中心軸に対して対象物供給路側に±１０°以内に傾斜して形成されていると共に、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項５】
前記対象物供給路が複数あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項６】
前記対象物供給路が対象物供給源と気体を供給する気体供給源とに接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項７】
前記対象物供給路が対象物供給源と第３の支燃性気体を供給する第３支燃性気体供給源とに接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項１】
粉体及び／又は液滴を供給する対象物供給路と、燃料を供給する燃料供給路とを同心状に交互に、かつ、これらの供給路のうち、最も内側と最も外側には燃料供給路が配置するように備える燃焼バーナであって、各供給路の先端には噴出口がそれぞれ設けられていることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項２】
前記最も内側の燃料供給路の内側に配置され、第１の支燃性気体を供給する第１支燃性気体供給路を同心状にさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
【請求項３】
前記最も外側の燃料供給路の外側に配置され、第２の支燃性気体を供給する第２支燃性気体供給路を同心状にさらに備えることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の燃焼バーナ。
【請求項４】
前記の各供給路の噴出口はバーナ中心軸に対して平行に、又は、バーナ中心軸に対して対象物供給路側に±１０°以内に傾斜して形成されていると共に、バーナ中心軸に直交する同一平面上に開口するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項５】
前記対象物供給路が複数あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項６】
前記対象物供給路が対象物供給源と気体を供給する気体供給源とに接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項７】
前記対象物供給路が対象物供給源と第３の支燃性気体を供給する第３支燃性気体供給源とに接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０７８１７（Ｐ２０１２−２０７８１７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２０５８（Ｐ２０１１−７２０５８）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
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