JP2001311505A

JP2001311505A - 酸素燃料の燃焼形状及び方法

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Publication number: JP2001311505A
Application number: JP2001099692A
Authority: JP
Inventors: Mahendra L Joshi; マヘンドラ・エル・ジョシ; Harley Borders; ハーレー・ボーダーズ; Olivier Charon; オリビエ・シャロン
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2001-11-09
Also published as: EP1139022A1; DE60119820T2; ID29738A; BR0101252A; US6398547B1; ATE327475T1; CA2342499A1; DE60119820D1; ES2265402T3; EP1139022B1; PT1139022E

Abstract

(57)【要約】【課題】酸素燃料の燃焼形状及び方法【解決手段】酸素燃料の燃焼形状、方法、及び装置は酸
素燃料燃焼工程での酸素及び燃料の消費を減少させるこ
とができる。本発明に従う方法は振動弁及びコントロー
ラを制御する自動化ロジック制御装置の操作を含む。弁
及びコントローラを用いて炉内の個々のバーナへ供給さ
れた燃料および酸素を振動させる。周波数、振幅、デュ
ーティサイクル、及び個々のバーナとそれらの化学量論
比との間の相差のような振動パラメータを設定して、そ
の炉での好ましい酸素の燃焼を開始させる。炉内の選択
的バーナ配置は極めて強力な加熱及び完全な燃焼を与え
得るデフラグレーション地域の形成を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は酸素燃料の燃焼制御
に関し、より詳細には炉での酸素燃料の燃焼を制御する
システム及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】過去においてＮＯｘの放出を減少させる
ための振動燃焼（ＯＣ）が提案された。参照文献：Ｓｈ
ａｍｐ，Ｄ．ら，“ＩｍｐｒｏｖｉｎｇＯｘｙ−ｆｕ
ｅｌＦｕｒｎａｃｅＯｐｅｒａｔｉｎｇＥｆｆｉｃ
ｉｅｎｃｙ：ＡｎＯｐｅｒａｔｏｒ’ｓＰｅｒｓｐ
ｅｃｔｉｖｅ”，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｔｔｈｅ５
９^ｔｈＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＧｌａｓｓＰ
ｒｏｂｌｅｍｓ，ＯｈｉｏＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒ
ｓｉｔｙ，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ，Ｏｃｔｏｂｅｒ
２７−２８，２９９８；Ｗａｇｎｅｒ，Ｊ．ら，“Ｏｓ
ｃｉｌｌａｔｉｎｇＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＩｎｃｒ
ｅａｓｅｓＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄＤｅ
ｃｒｅａｓｅｓＮＯｘｅｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏ
ｍｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｆｕｒｎａｃｅｓ”，１９
９８Ａｍｅｒｉｃａｎ−ＪａｐａｎｅｓｅＦｌａｍ
ｅＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｍｍｉｔｔｅｅｓＩｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｍａｕ
ｉ，Ｈａｗａｉｉ，Ｏｃｔｏｂｅｒ１１−１５，１９
９８；Ｃｈａｒｏｎ，Ｏ．ら，“ＰｕｌｓａｔｅｄＯ１
／Ｆｕｅｌｆｌａｍｅａｓａｎｅｗｔｅｃｈ
ｎｉｑｕｅｆｏｒｌｏｗＮＯｘｅｍｉｓｓｉｏ
ｎｓ”，ＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎ
ｄＴｅｃｈ．，Ｖｏｌ．９０，ｐｐ．１−１（１９９
３）；および米国特許第４，８４６，６６５号及び第
５，３０２，１１１号．振動燃焼理論（例えば、米国特許第４，８４６，６６５
号の図１及び図２を参照）は、炎のある長さの中及びそ
れに沿って連続した、一酸化窒素の遅延、燃料豊富かつ
燃料希薄のゾーンの生成を含んでいる。この技術はバー
ナへの燃料の流速の強制振動を含むものである。ゾーン
が混合して炎温度の全体のピークを減少させる前にゾー
ンから熱を除去し、従って、ＮＯｘの形成を減少させ
る。

【０００３】従来の振動燃焼技術は振動弁に依存してお
り、流れにおける望ましい燃料豊富および燃料振動を導
くために使用された。上述のＳｈａｍｐらの研究におい
て、米国特許第５，２２２，７１３合に記載されるよう
な、またＣｅｒａｍＰｈｙｓｉｃｓ社から入手可能な弁
が使用された。

【０００４】Ｓｈａｍｐらの研究はＮＯｘの放出を減少
させる目的でなされた。しかしながら、Ｓｈａｍｐの研
究で使用された弁コントローラは望ましいバーナ燃焼形
状を提供するメカニズムを提供することなく、また個々
のバーナの振動周波数、振幅およびデューティサイクル
などの弁振動パラメータを制御または偏向するメカニズ
ムをも提供しなかった。

【０００５】酸素燃焼炉における燃料効率を改善する既
知の燃焼技術あるいは燃焼改良はない。多くの酸素燃料
の燃焼プロセスは燃料と酸素との両方に別になった通路
を含む標準のノズル混合の酸素燃料バーナを用いてい
る。燃料とオキシダントとは一般的にそれらの夫々のノ
ズル端部で混合して、点火されたとき混合及び炎を作り
出す。

【０００６】全て炎の長さに沿って安定した燃料及び酸
素の拡散を用いて炎が作り出される。多くの拡散プロセ
スは混合について必ずしも１００％効率的であるとは限
らず、それゆえ過剰の酸素（即ち、理論的に正しい量の
もの）を必要とする。それゆえ、約５％乃至約１０％の
過剰の酸素をバーナへ供給することが典型的なやり方に
なった。これらの量の過剰の酸素を供給することをしな
かった場合は過去には不完全な全体的燃焼及び望ましく
ないＣＯ及び／又は不燃の炭化水素（ＨＣ）を生成し
た。

【０００７】米国特許第５，５４５，０３１号及び第
５，５７５，６３７号には、より大きい炎の表面積、従
って負荷に対して改善された放射を提供することができ
る平坦炎酸素バーナを用いることが提案された。しか
し、これらの平坦炎バーナは伝統的な円筒形炎バーナよ
りも燃料効率が改善されたものを達成した。例えば、米
国特許第５，１９９，８６６号及び米国特許第５，６２
０，３１６号では、３％乃至４％程度のものに過ぎな
い。燃料流れ計測器の正確さがあまり大きくないため
に、これらの平坦炎燃料の効率の改善はせいぜい限界の
ものであった。

【０００８】酸素燃料炉での酸素消費を減少させる他の
提案された技術は、酸素／燃料及び／又は原材料を予備
加熱する廃ガスを用いた熱回復を含むものである。これ
らの技術は資本投資を必要とし、そして熱回復を行うた
めの装置のコストは、これらの技術が効果的であるため
には、エネルギー節約の点で合理的な払い戻し、即ち実
現することが困難であると証明される払い戻しを提供す
るものでなければならない。

【０００９】更にまた別の提案された方法は酸素・空気
・燃料の燃焼を用いるものを含む。これは、（窒素を含
む）周囲の又は予備加熱された空気の利用のために、産
業酸素消費が少ない、単純な富化された空気燃焼法を含
むものである。しかし、燃料消費及びＮＯｘ放射は、酸
素富化のレベルにより、１００％酸素燃料消費に比較し
て大幅に高くなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、酸素
燃料の燃焼制御に関し、より詳細には炉での酸素燃料の
燃焼を制御するシステム及び方法を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の例示的実施形態に
よれば、熱を用いる材料を処理するのに有用なシステム
は、内部スペース、側壁、及び排ガス出口を持った炉、
燃料及びオキシダントが少なくとも一つのバーナへ供給
されたとき、炉の内部スペース内に炎を向けるように位
置決めされた、少なくとも一つのバーナ、少なくとも一
つのバーナと流体連通がある少なくとも一つの弁を備
え、該少なくとも一つの弁は開放状態及び閉止状態を有
しており、該少なくとも一つの弁は、該少なくとも一つ
の弁が開放状態にあるとき、及び燃料のソースに流動的
に接続されたときには該少なくとも一つのバーナに燃料
を通し、該少なくとも一つの弁は開放と閉止の状態の間
で可動であるもの、及び該少なくとも一つの弁に作動的
に接続されて少なくとも一つの弁を開放及び閉止するよ
うになった、自動化ロジック制御装置であり、該自動化
ロジック制御装置は、少なくとも一つの弁が開放及び閉
止する少なくとも一つの周波数、少なくとも一つの弁の
デューティサイクル、及び該少なくとも一つの弁の流速
振幅を制御するように構成されたロジックを含んでい
る。

【００１２】第２の例示的実施形態によれば、炉内で少
なくとも一つのバーナを制御する方法で、該少なくとも
一つのバーナは少なくとも一つの弁から燃料を受け入
れ、またオキシダントのソースからオキシダントを受け
入れるものは、弁デューティサイクル、弁振動周波数、
及び弁を通る燃料の流れ振幅を測定し、そしてデューテ
ィサイクル、振動周波数、及び燃料流れ振幅に従って弁
を通ってバーナへの燃料の流れを振動させる工程、から
成る。

【００１３】

【発明の実施の形態】更に本発明のその他の目的、特
徴、及び付随する利点は、それに従って構成された実施
形態の下記の詳細な説明を添付の図面に関連して読むこ
とにより、当業者にとって明らかとなるであろう。

【００１４】図面を参照すると、同様の参照番号は幾つ
かの図を通じて同一の又は対応する要素を示す。

【００１５】本発明による新規な酸素燃焼形状、方法、
及び装置は酸素燃料燃焼工程での酸素及び燃料の消費を
減少させることができる。本発明に従う方法は振動弁及
びコントローラを制御する自動化ロジック制御装置の操
作を含む。弁及びコントローラを用いて炉内の個々のバ
ーナへ供給される燃料および／または酸素を振動させ
る。周波数、振幅、デューティサイクル、及び個々のバ
ーナとそれらの化学量論（燃料に対するオキシダント、
すなわち化学量論比：ＳＲ）との間の相差などの振動パ
ラメータを設定して、その炉での好ましい酸素の燃焼を
開始させる。

【００１６】酸素燃料バーナの配置、振動パラメータ、
個々のバーナの化学量論、及び所望の煙突ガス組成を選
択することによって、得られる燃焼は全体の酸素及び燃
料の消費を節減して、より低い耐火温度（より長い寿命
をもたらす）、改善された製品品質、及び所定の炉内の
低下したＮＯｘの放射を与える。本発明によれば、炉内
の予め選択されたバーナの位置によって、振動している
炎の周波数で生じている周期的デフラグレーションプロ
セスを持った炉内に特別のゾーンを作り出すことができ
る。この周期的デフラグレーションは熱の活発な混合及
び発出を起こし、それによってより高い炎速度を与える
ことができる。より高い炎速度、より高い可燃性限界、
及び酸素燃料デフラグレーションプロセスにより燃料と
酸素の混合物を予備加熱することができて、それによっ
て全体の燃焼プロセスで必要とする過剰のオキシダント
を少量又は不要として燃焼させる。振動する炎もまた、
より高い負荷包括ゾーンのために負荷への増大した熱移
転を改善させ、それゆえより高い燃料効率を与える。振
動する弁及び独特のコントローラの自動化ロジック制御
により酸素・燃焼内部炉の内部を最適化する。

【００１７】次に、図面を参照すると、図１は本発明に
従う第１の例示的実施形態を概略的に示すものである。
図１に示したように、炉１００は炉壁１０２、開放内部
スペース１０４、材料１０を炉内部スペースへ加えるか
又は導入することができるエントランス１０６、加工し
た材料１２を炉内部から出すか又は取除くことができる
材料出口１０８、及び排気ガス１４を炉から出すことが
できるようにする排気煙突又は出口１１０を含む。通常
の当業者によって容易に認められるように、炉１００に
は、炎１６を炉の内部へ向けるように方向付けされた少
なくとも一つの、好ましくは複数の、バーナ１１２を設
けてある。

【００１８】図１は二つのバーナ１１２を示し、またバ
ーナは互いから反れているが、二つ以上のバーナを持っ
た炉、並びに互いに対して直接対向になったバーナを持
った炉、及び直接対向したバーナの組とそれたバーナの
組との組合せ、もまた本発明の精神及び範囲内に入る。
炉の長さ方向に沿って互いから反れたバーナを配置する
と、バーナの燃焼中、炎の衝突を減少させるか又は除去
する。対向になったバーナの中心線の間に選択された距
離は全体の炉の長さ、個々のバーナの燃焼能力、及びバ
ーナの全体の数に依存し、そして好ましくは３フィート
から１０フィートまでの間で変わって良い。

【００１９】図１は各バーナの炎１６に直接対向する炉
内部１０４の領域又はゾーン１８を示す。ゾーン１８は
燃料及びオキシダントの燃焼が炉内部の強烈な温度及び
不燃になった燃料及び燃焼ができるに十分なオキシダン
トの存在の結果達成できる、炉内の区域である。この燃
焼はデフラグレーションと定義することができ、そして
それゆえゾーン１８をデフラグレーションゾーンと定義
することができる。この型の燃焼はまた自動点火又は爆
発と定義することもできる。燃焼がデフラグレーショ
ン、自動点火、爆発、又は他の用語で定義されるかどう
かに関わらず、それは、ゾーン内のガスの潜在温度以外
の炎又は点火原の必要性無しに、ゾーン内で利用できる
燃料及びオキシダントの極めて早くかつ殆ど又は全く完
全な燃焼ということを特徴とする。

【００２０】炉１００はまた、炉のバーナ１１２の各々
への燃料の流れを制御する自動化ロジック制御装置１１
８を含む。自動化ロジック制御装置１１８はコントロー
ラ１１６と制御連通をしており、これはそれを通って燃
料２０をバーナ１１２へ流す弁１１４の作動を制御す
る。弁１１４は開放、閉止、及び中間位置の間を振動さ
せて弁を通る流体の流れを制御することができる適当な
弁であれば良い。多くのそのような弁がそれゆえ本発明
において使用可能であるが、ひとつの適当な弁がＣｅｒ
ａｍＰｈｙｓｉｃｓ社から入手可能で、モデル＃７、固
体プロポーショニング弁と言い、これは５００ｋＷ
（１．７ｍｍＢｔｕ／時）の公称燃焼速度能力の定格
となっている。選択的には、各々の弁１１４には、弁の
出口で燃料圧力を監視してこの圧力を示すデータ信号を
発生させる圧力変換器を設けることができる。こうし
て、各弁の機能が監視される。加えて、各弁の圧力変換
器からのデータ信号をマルチチャンネル・オシロスコー
プのような中央監視装置へフィードバックでき、弁作動
のため（以下により詳細に論じる）自動化ロジック制御
装置１１８へフィードバックして自動フィードバック制
御をするか、又は両方をすることができる。

【００２１】こうして、自動化ロジック制御装置１１８
は燃料２０の炉１００内への流速を制御する。自動化ロ
ジック制御装置１１８はまた、同時に又は択一的に、オ
キシダント２２、例えば産業用酸素、酸素富化空気、酸
素富化（非空気）ガス、又は空気の、本発明の精神及び
範囲内でのバーナ１１２の各々への流れを制御すること
ができる。自動化ロジック制御装置１１８はそれゆえバ
ーナ１１２の各々に対する、また全体として炉１００に
対する、ＳＲを制御する。デフラグレーション及び最小
放出に対する好ましいＳＲは約１．８５と約２．０５の
間で変化する。より好ましくは、ＳＲは約１０００Ｂｔ
ｕ／ｃｆＨＨＶの天然ガス及び１００％純酸素に対して
約１．９５である。

【００２２】自動化ロジック制御装置１１８は通常の当
業者によって容易に認識されるように多数の方法のうち
のいずれか一つに達成されることができる。例えば、自
動化ロジック制御装置１１８は、アナログ、デジタル、
又はハイブリッドのアナログ／デジタル形態のプログラ
ム可能ロジックコントローラ（ＰＬＣ）、記憶装置に記
憶されたソフトウエアで実施されたロジックを含む一般
的目的のコンピュータ、又は通常の当業者に容易に明ら
かとなるような他の設定とすることができる。それゆ
え、例示の実施形態を下記するが、それは自動化ロジッ
ク制御装置１１８の単なる例であって、本発明の或る特
徴を説明するために記述されるものである。

【００２３】各弁１１２の振動パラメータ（流れの振
幅、周波数、及びデューティサイクルなど、以下により
詳細に論じる）及び煙突ガス組成は、デフラグレーショ
ン型の酸素燃料燃焼用の幾つかのゾーン１８が作り出さ
れるように調整される。ゾーン１８では、周期的デフラ
グレーションプロセスが得られる。デフラグレーション
ゾーン１８では、（バーナの振動サイクルの燃料豊富な
部分の間に注入された）燃料のポケットが次のサイクル
の過剰な酸素のポケットと合って動的な炎フロントを作
り出す。このデフラグレーションプロセスは全ての又は
殆ど全ての利用できる酸素の分子を極めて能率的に消費
する。このプロセスは、高い炎速度、予備加熱された燃
料及び予備過熱された酸素の体積の存在、より高い温度
炉環境（典型的には２６００°Ｆ（１４２７°Ｃ）から
３０００°Ｆ（１６４９°Ｃ））によって極めて早く、
また振動する炎によって作り出される圧力パルスによっ
て良好な混合を発生する。

【００２４】デフラグレーションプロセスは能率的であ
って、多くの安定した拡散炎において必要とするような
過剰の酸素分子を必要としない。熱はデフラグレーショ
ンのために急速な爆発から殆ど瞬間的に開放される。燃
焼効率は理論的に正しい量の酸素を用いて完全燃焼に達
することができる。そのような完全燃焼は典型的なノズ
ル混合バーナを用いる標準の燃焼プロセスでは可能でな
い。その上、本発明によるバーナ配置では、産業オキシ
ダント、例えば炉に供給される酸素の量を減少させるこ
とができる。

【００２５】図１に示したように、バーナ１１２は、連
続的な振動サイクル（燃料豊富と燃料希薄のサイクル）
の間、燃料と酸素の体積の蓄積のために充分なスペース
又はゾーンが取れるように、食い違いになっている。ガ
ラス溶融炉のような、高温炉は、滞留時間（振動周波
数）及びこれらのゾーンにある燃料及び酸素の実際の量
に依存して急速な燃焼又はデフラグレーションのために
殆ど理想的な状態を提供する。図２を参照して以下に記
すように、燃料流れの振幅（流れ量）及び周波数（ガス
の集積のための滞留時間）のような、バーナの振動パラ
メータを選択してこのデフラグレーションプロセスを高
めるようにする。

【００２６】図２を参照して以下に記述したように、振
動の周波数、流れ振幅、デューティサイクル、及び個々
のバーナの化学量論のような、個々のバーナに対する振
動パラメータは、デフラグレーションゾーンの作動を仕
立てるように選択する。慎重に最適化されたデフラグレ
ーションゾーンは、プロセスでの最小の酸素の使用で完
全な燃焼を与えることができる。同時に、デフラグレー
ションからの熱解除によって製品品質及び炉の生産性を
改良させることになる。炉内の効率的なデフラグレーシ
ョンゾーン１８の確立の他の方策もまた本発明の範囲内
に入るのであるが、全体的なＣＯの生産を最小にして排
気煙突ガスのＯ_２を最大にすることは炉内で燃料とオキ
シダントとを効率的に燃焼させる確立されたデフラグレ
ーションゾーンを有する一つの方法である。

【００２７】本発明による方法及びシステムはまた、バ
ーナのデューティサイクル及び周波数を変えることによ
って炉内に酸素のステージングをできるようにし、デュ
ーティサイクルを変えることによって厳密な耐火温度制
御ができるようにし、デューティサイクルの変化によっ
て炎が減少しているか又は酸化しているかというよう
な、種々の炎の状態を制御することができるようにす
る。他の進歩事項は、燃料の流れの振幅の制御によって
種々の炎の長さが作り出せること、周波数変化による可
変の加熱制御、周波数制御による高められた炎の安定性
（オキシダント富化された空気燃焼の場合）を含む。そ
の上、本発明はリアルタイムでの効率的な炉作動のため
に種々のパラメータを変える簡単な人間マシンインタフ
ェースを提供する。

【００２８】図２は自動化ロジック制御装置１１８とし
て用いることができるシステム１３０の例示的な実施形
態を図式的に示す。システム１３０はメモリ記憶装置１
４２（ＨＤＤ）及び１４４（ＦＤＤ）を含む汎用コンピ
ュータ１３２を含み、また更に、通常の当業者によって
容易に認識されるように、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュ・
メモリなどの追加のメモリ保存装置１４２を含んでもよ
い。デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１３４はコン
ピュータ１３２と通信して制御信号を受ける。ＤＡＣ１
３４はバーナ１１２につき少なくとも一つの増幅器と通
信している。適当な増幅器は、Ｕｌｔｒａｖｏｌｔ型＃
１／８Ａ２４Ｐ１２５を含むがこれに必ず限定される
ものではない。図２に例示した実施形態では、本実施形
態の１０個の増幅器の内の僅か２つの増幅器１３６、１
３８を、各バーナについては一つの増幅器を示した。各
々の増幅器１３６、１３８は、各弁コントローラ１１６
と連通しているアナログ高電圧／電流出力部１４６、１
４８、１５０、１５２を含む。コンピュータ１３２は好
ましくはコンピュータがそれ自身のメモリ装置以外のソ
ースからデータ又はロジック指示を受けることができる
ようにする、直列、並列、ＦＥＥ−４８８バス、又は他
の入力チャンネルのような入力チャンネル１５４を含
む。

【００２９】システム１３０の一つの例示的な実行は、
システムへの入力ポート、例えばＲＳ−２３２シリアル
・ポートを含むものである。コンピュータ１３２は、燃
料流速波形のデジタル表示に対する振動周波数、増幅
度、デューティサイクル、及び相のような、各バーナの
振動変数の関数をマップする、例えばソフトウエア・ア
プリケーションのような、指示のロジックセット組を含
む。次に、コンピュータ１３２は、デジタル波形信号を
ＤＡＣ１３４へ通信する。ＤＡＣ１３４は、入力振動パ
ラメータを具体化する、デジタル波形信号を同等のアナ
ログ（電圧又は電流）波形信号に変換する。ＤＡＣ１３
４は好ましくは炉内のバーナの各々につき一つの、複数
の出力チャンネルを含むので、各バーナに対するアナロ
グ燃料流れ波形は夫々の増幅器へ出力される。代わり
に、増幅器１３６、１３８はデジタル型のコンピュータ
１３２に従って高電圧又は電流の波形を発生させる。

【００３０】図３はバーナを通る燃料の流速（Ｒ）対時
間（ｔ）のグラフ又はチャートを示す。両変数とも、本
発明に従うバーナ制御の理解を助ける、任意の単位を持
っている。本発明によれば、自動化ロジック制御装置１
１８は炉１１０の少なくとも一つのバーナ、好ましくは
全てのバーナを制御して、バーナを通る燃料の流速が時
間と共に変化するように、例えば振動するようにする。
図３は、純粋に正弦波ではない燃料流速と時間との振動
関数関係を示すが、それもまた、燃料流速の純粋に正弦
波の、方形波の、そして鋸歯振動を与える本発明の範囲
内のものである。より好ましくは、方形波振動が本発明
において利用される。

【００３１】図３に示したように、Ｒとｔとの関係は幾
つかの変数をもって部分的に以下のように特徴づけられ
る：Ｒ_ＡＶＥ＝サイクル当たりの平均燃料流速Ｄ＝デューティサイクル、全サイクルと比較して、Ｒ＞
Ｒ_ＡＶＥであるサイクル当たりのパーセント時間Ｔ＝１サイクルの時間＝１／ｆｆ＝サイクル周波数＝１／ＴＡ＝Ｒ_ＡＶＥ超の、パーセントでの、最大流速振幅 θ＝何れか特定のバーナのサイクルの他のバーナからの
相移動Ｄは下記によって合計時間Ｔのパーセンテージとして表
すことができる：（Ｄ／Ｔ）・１００ θは度か半径かで表すか、又は秒単位の時間に変換する
かする。そして、先ずマスターバーナとして全てのバー
ナから一つのバーナを選択し、次に各バーナに対するＲ
対ｔグラフ又は関数上の対応する点の間で時間の差を測
定することによって、定められる。

【００３２】上に簡単に論じたように、図３の例示グラ
フのＤは５０％より大きく、燃料豊富なバーナ・サイク
ルを示している。異なった記述をすれば、バーナが作動
しているサイクル当たりの時間の５０％以上に亘って、
バーナは燃料豊富な、オキシダントの少ないモードで作
動するが、サイクル当たりの時間の５０％未満に対して
は、バーナは燃料の少ない、オキシダントの豊富なモー
ドで作動する。それゆえ、Ｄ＞５０％はまた、バーナは
局部還元雰囲気を作り出すことを意味し、そしてＤ＜５
０％は、バーナは局部酸化雰囲気を作り出すことを意味
する。デューティサイクルＤ、流速振幅Ａ、及び周波数
ｆ（又は特徴時間Ｔ）を調整することによって、どの特
定のバーナでも広い範囲の化学量論的比に亘って作動さ
せることができ、そして過剰の燃料、オキシダントの存
在、及び炉１００内の両者も制御することができる。

【００３３】好ましくは、Ｄは約３０％と約７０％の
間、Ａは約３０％と約８０％の間、ｆは約０．２Ｈｚと
約２Ｈｚの間、そしてθは約１８０度である。更に、５
Ｒは約１．９５と約２．０５の間とするのが好ましい。

【００３４】システム１１８に設けられたロジックによ
って、使用者は標準入力装置、例えばキーボード、指示
装置（例えばマウス）、タッチスクリーンなど（一般
に、ＨＭＩ）を用いて一組のバーナ操作変数に入力する
ことができて、それによりロジックが作動して特定のバ
ーナ又はバーナセットに対する燃料流れ波形に変換す
る。例えば、ユーザ入力はキーボードからの命令と同様
に簡単であり、或いはロジックが解釈することができる
所定の構文に従う、入力ポートを通って遠隔操作でコン
ピュータ１３２へ送られる。例示のために、限定のため
ではなく、ロジックはユーザが個々のチャンネル（バー
ナ）をプログラムし、現在の操作パラメータ、チャンネ
ル（バーナ）を表示し、そしてどのプログラムされたチ
ャンネルからでも最も最近の電圧及び電流のデータを表
示することができるように形作られる。ロジックには、
また更に任意に、当業者にとって容易に明白となるよう
に、立ち上がりの際に、また正常の作動時に、用いられ
るシステム試験及びエラーチェッキングを設けることも
できる。

【００３５】また、例示のために、限定のためではな
く、コンピュータ１３２のロジックへの簡単な入力に
は、その操作が変更されるチャンネル／バーナ；最大燃
料流速；最小燃料流速；デューティサイクル；周波数；
特定のバーナが別のバーナと同期されるべきかどうか；
特定のバーナが同期されるべきバーナの数又はチャンネ
ル；及び特定のバーナがマスターバーナに対してどれだ
け相が入り又は出ているかの値を含めることができる。
通常の当業者にとって容易に明白となるように、追加の
作動パラメータは、「全てオフ」及び「全てオン」命
令、構成部品の機能不良に対する不良コードの発生など
のように、コンピュータ１３２に存在しているロジック
の日常の形態によるユーザ入力によって制御することが
できる。一つの好ましい実施形態によれば、コンピュー
タ１３２は、標準のキーボードと、上記の機能を実行す
るようにコードされたコンピュータのメモリに含まれ
る、ソフトウエア説明書のロジックセットを含むモニタ
ーとを含む、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）に基づくＡＴ
−プラットフォームパーソナルコンピュータである。

【００３６】表１は本発明に従った振動燃焼システムを
備えたガラス炉を用いた比較試験から得られたデータを
表している。バーナの配置は図１に示したように配置さ
れている。上記のように１０個の酸素−バーナが振動す
るように調整された。表１は使用した振動パラメータ、
燃料及び酸素の消費、電気によるエネルギー投入、及び
炉の放射、並びに酸素バーナの標準の、非振動操作と比
較したＮＯｘ減少を示す。

【００３７】

【表１】表１に詳細に述べたように、酸素供給の１０％削減及び
燃料消費の５％減少が、本発明の振動燃焼によって達成
された。ガラス炉オペレータに対しては、これは運転コ
ストの大きな節約を表す。更に、これらの酸素と燃料の
節約は炉に対するベースラインの非振動ＮＯｘ放射と比
較して４５％以上のＮＯｘ削減で達成された。

【００３８】図４は対向した対：２１２、２１４；２１
６，２１８；２２０，２２２；２２４，２２６；及び２
２８，２３０に配置された１０個のバーナを含む炉２０
０の例示的実施形態を示す。上に記述したように、各バ
ーナの対は二つの方法、即ちオフセットと，直接対向さ
せたものとのいずれか一つで並べることができる。図４
に示した実施形態では，バーナの対は互いにからオフセ
ットされている、即ち、バーナ２１２の中心線軸２４０
はバーナ２１４の中心線軸２４２から長手方向にオフセ
ットされている。残りの対のバーナの中心線軸も同様に
反れている。図１に関して上に記述したように、一対の
バーナのバーナをオフセットすると、デフラグレーショ
ンゾーン２３４、２３８のようにデフラグレーションゾ
ーンの形成及び存在を容易に受け入れる。何故ならバー
ナ２１２、２１４の炎２３２、２３６は夫々反れるの
で、それらは対向するバーナのゾーンを壊すことはない
からである。

【００３９】図４と図５とは、炉が、より詳細には、炉
のバーナアレイが、本発明の一つの実施形態に従ってど
のように操作できるかを示している。図４と図５とに示
したように、バーナの全てはθ＝０で操作される、即
ち、夫々のバーナの燃料流れ速度サイクルの全てはイン
・フェイズであって、各々は他のバーナと同時にその最
大Ｒ_ＭＡＸに達し（図４参照）、また同時にその最小Ｒ
_ＭＩＮに達する（図５参照）。更に選択的には、バーナ
の燃料流れ速度サイクルは同一である、即ち、それらは
全て同一の波形を持つことができるのである。それゆ
え、炉内の材料の負荷は周期的に異なった熱伝送率に曝
されることができて、それが恩恵的に向上した炉の性能
をもたらす結果となる。

【００４０】図６及び７図は本発明に従う炉２５０を示
している。炉２５０はまた、炉の一方の側のバーナが対
向するバーナと相外１８０度で制御されて作動すること
を除いて、炉２００と同一ともなる。こうして、バーナ
２１２をマスターバーナとして割り当てると、バーナ２
１４と各炉の同じ側のものとがθ＝１８０度で作動さ
れ，一方、バーナ２１２と各炉の同じ側のものとがθ＝
０度で作動される。こうして、バーナ２１２、２１４の
炎２３２、２３６は炉の幅を横切って側方に往復振動す
る。

【００４１】図８は本発明による更に別の実施形態を説
明する。炉２６０は、バーナが異なった方法で制御され
作動することを除いて、炉２００、２５０と同一であ
る。図８に示したように、バーナ２１２、２１６、２２
０はバーナ２１４、２１８、２２２と同期して作動す
る、即ち、バーナ２１４、２１８、２２２は、炉２５０
のバーナの作動と同様にバーナ２１２、２１６、２２０
と１８０度相が外れている。バーナ２２４、２２８はバ
ーナ２２６、２３０と相外れで作動し、またバーナ２１
２、２１６、２２０と相外れで作動する。こうして、炉
２６０の異なった長さ方向の部分は製品品質に恩恵的な
効果を持ち得る異なった方法で加熱される。

【００４２】一つのグループのバーナ対別のグループの
バーナの相内又は相外れ点火の利点は、負荷に対する熱
解除を最適化すること、耐火煉瓦の熱点を最小にするこ
と、ガラス上の一定の型の泡を不安定化する理想的な条
件を作り出すこと、ＮＯｘとＣＯの最適化放出を減少さ
せること、及び全体の酸素及び燃料の消費を減少させる
こと、を含む。

【００４３】本発明の一つの別の例示的な実施形態はガ
ラス炉の振動燃焼の使用に関する。ガラス炉では、ガラ
ス表面上の炎を脈動低減させることは硫酸塩型のガラス
の化学組成に大きく影響を与える。泡は溶融プロセスの
間にガラスバッチの分解から生ずる天然の生成物であ
る。泡は極めて貧しい熱伝導性を持っており、また泡の
厚さを下げることによって熱のより大きい割合のものを
ガラス溶融物へ移すことができるので、ガラスのメーカ
ーにとっては泡の層の急速な腐食が望ましい。

【００４４】泡の形成は主として温度に依存する。ガラ
ス表面を例えばバーナからのように過度に局在化した加
熱をすると、泡の形成を促進することがある。より低い
炎の温度及び従来の炎と比較して大きい炎の包括面積を
持った、本発明の脈動炎を用いると、ガラス表面上によ
り低い温度署名をもたらす。このより低い温度によって
泡の形成が少なくなる。更に、泡沫の不安定化の促進が
還元雰囲気に生じる。（Ｌａｉｍｂｏｃｋ，Ｐ．Ｒ．，
“ＦｏａｍｉｎｇｏｆＧｌａｓｓＭｅｌｔｓ”，
Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，ＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓＵｎｉ
ｖｅｒｓｉｔｅｉｔＥｉｎｄｈｏｖｅｎ，１９９８，
ｐｐ．４１−５１）しかし、減圧雰囲気中で作られたガ
ラスは望ましくない色変化を起こし易い。本発明に従っ
て炎を脈動させることによって、ガラス表面に亘って局
在した、かつ一時的な還元雰囲気をガラス表面に樹立す
ることができて、しかも全体としての炉内の全体の化学
量論は依然として酸化の状態にあるので、ガラスの色に
影響を及ぼさない泡不安定化プロセスを高めることがで
きる。

【００４５】本発明の別の例示的実施形態は、鋼の再加
熱炉での振動燃焼に関するものである。本発明によれ
ば、鋼の再加熱炉の加熱ゾーンは互いに対して相外にな
った一群のバーナで作動させることができる。加熱ゾー
ンのバーナは振動をして大いに高い点火速度で点火でき
て、比較的冷たい負荷へ効果的な熱移転を与える。この
形態でもまた、（長い炎長さ及びデフラグレーション熱
移転による）増大した負荷包括度をとることができ、ま
た非振動のバーナ加熱でするよりもより均質な熱プロフ
ィルが得られる。高められた熱移転によって、鋼製品は
再加熱炉の加熱部分で少ない時間を費やすことができ
る。下流の浸漬ゾーンのバーナは非常に低い点火速度で
比較的安定した点火で（極めて長いか又は無振動で）作
動している一群のバーナを持って、負荷に一定の（最終
製品）温度プロフィルを維持させることができる。

【００４６】そのような再加熱炉の鋼ビレット上のスケ
ールの形成は再加熱プロセスの望ましくない結果であ
る。鋼表面のスケールの発生は放物線の法則に従う。

【００４７】ＤＸ^２ _ｏｘ／ｄｔ＝２ｋ_ｏｘ速度定数ｋ_ｏｘは下の式によって与えられる：Ｌｏｇ_１０（１．８７７ｋ_ｏｘ）＝−８８６８／Ｔ
（Ｋ）＋０．９７７（Ｓｈｅａｂｙ，Ｊ．Ｓ．ら，“Ｓ
ｃａｌｅｇｒｏｗｔｈｏｎｓｔｅｅｌｓａｔ
１２００Ｃ；Ｒａｔｉｏｎａｌｅｏｆｒｅａｔｅ
ａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ”，ＭｅｔａｌＳｃ
ｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．１８，ｐｐ１２７−１３６，Ｍ
ａｒｃｈ１９８４．）スケールの形成は温度の作用であることが多いが、製品
がプロセス温度に達する速さが早いほど，形成するスケ
ールは少なくなる。本発明に従って加熱ゾーンのバーナ
を脈動させることによって、向上した熱移転を発生させ
ることができて、スケール形成の少ない製品が得られ
る。

【００４８】更に、還元性の化学量論を持った振動炎は
鋼再加熱炉のスケール形成プロセスに影響することがあ
る。燃焼雰囲気の分圧はスケール形成の化学反応に寄与
する。（引用文献：Ｏｒｍｅｒｏｄ，Ｒ．Ｃ．ら，“Ｅ
ｆｆｅｃｔｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓｖａｒｉａｂｌ
ｅｓｏｎｓｃａｌｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｓ
ｔｅｅｌｒｅｈｅａｔｉｎｇ”，ＴｈｅＣａｎａｄ
ｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．７５，ｐｐ．４０１−
４１３（１９７７））関連の主化学種は酸素、二酸化炭
素、及び水である。反応経路及び力学は各々の種によっ
て異なるが、これらの種の全ては全体のスケール形成プ
ロセスに寄与する。上記のように、本発明に従ってバー
ナを脈動させると、化学量論的条件の近く又はそこで完
全燃焼を達成することができる。５％過剰の酸素での従
来の連続（非振動の）点火バーナ操作と比較して、本発
明の振動バーナは減少した酸素の状態で、例えば、＜２
％過剰の酸素で、作動できる。振動炎及び低い全体の炎
温度によって発生させた還元性の化学量論的雰囲気はス
ケール形成率を下げることができるので、スケールの厚
さも下げることができる。通常の当業者によって容易に
認識されるように、製品に亘ってスケール層があるため
により良好な鋼の品質と少ない廃棄物とが得られること
は、本発明に属する利点である。

【００４９】本発明の更に別の実施形態によれば、炉１
００、２００、２５０、及び２６０にはオキシダント・
ランス３００を設けてよく、これらは好ましくは炉の長
手方向の軸に対して例えば３０度で、炉の中心線の方へ
向ける。ランス３００はオキシダントのソース，例え
ば，酸素、酸素富化した空気、酸素富化した（非空気
の）ガス、及び／又は空気（図示せず）と、炉の内部ス
ペースを持って、流動的に連通する。ランス３００はス
テージに載せた，振動する燃焼で，上記の炉のいずれか
を作動させるように用いることができる。

【００５０】本発明による振動燃焼はステージ化燃焼プ
ロセスでＮＯｘ放射を下げるようにして更に選択的に用
いることができる。本発明によれば、酸素炉を利用した
振動燃焼；デューティサイクル変化，及びオキシダント
・ランシングを利用した酸素炉でのステージ化燃焼を含
む少なくとも二つの実施形態がある。

【００５１】本発明によれば、炉内のバーナのデューテ
ィサイクルは変化させることができる。より詳細には、
少なくとも一つの、好ましくは整列した酸素バーナで，
好ましくは炉の排気部から離れた位置にあるものを、よ
り高いデューティサイクルで（例えば、Ｄ＞５０％）又
は燃料富化条件（ＳＲ＜２．００）下で操作し、また残
りのオキシバーナ又は整列したオキシバーナで、好まし
くは炉排気口の近くで、より低いデューティサイクル
（例えば、Ｄ＜５０％）で、作動させることができる。
高いデューティサイクル又は燃料富化した酸素バーナ
は、より低い炎温度条件のために、ＮＯｘを下げること
ができる。燃料富化した酸素バーナは過剰なＣＯの放出
を生じることがあるが、低デューティサイクルの、又は
排気場所の近くの燃料の乏しいオキシバーナは、それら
のより低いデューティサイクルによって、過剰な酸素を
与えることができ、それは高いデューティサイクルのバ
ーナによって作られたＣＯの大部分又は全部を燃焼させ
ることができる。

【００５２】本発明に従った炉からの全体のＮＯｘの低
減は、顕著なＣＯ生成無しに６０％の高さとなり得る。
通常の当業者によって容易に認識されるように、より低
いデューティサイクル下で作動しているバーナの数、及
びより高いデューティサイクル下で作動しているバーナ
の数は、個々の点火速度及び必要とするＮＯｘ低減を含
む、炉の特定の必要性に従って選択することができる。
バーナの化学量論的比を手動で調整するか、又は好まし
くは装置１１８のような、自動化ロジック制御装置を用
いて煙突ガス組成の測定に基づいてオキシバーナの作動
を制御することにより、炉性能及び能率を先行技術に対
して向上させることができる。再び例示のためであっ
て、限定のためではなく、７０％のデューティサイクル
で作動している（少なくとも一つのバーナを含む）バー
ナの列と、３０％のデューティサイクルで作動している
（少なくとも一つのバーナを含む）バーナの列との組合
せにより向上した性能を得ることができる。

【００５３】本発明の前記の実施形態に加えて、一つ又
はそれ以上のオキシダント・ランス３００を本発明の炉
内に組み込むことができる。上に簡単に記したように、
少なくとも一つのオキシバーナを、より高いデューティ
サイクル（Ｄ＞５０％又はＳＲ＜２．００）で、作動さ
せ、また少なくとも一つのオキシダント・ランスを炉の
排出口に隣接して位置させる。オキシダントを炉の内部
に注入すると、オキシバーナによって作られたＣＯの大
部分、好ましくはその全部を、焼きつくすことができ
る。こうして、本発明はまた燃料豊富な状態下で低い目
の炎温度にも関わらずＮＯｘを減少させることができる
のである。

【００５４】図４に示したように、オキシダント注入ラ
ンス３００を炉の排気口の近くに位置させて燃料豊富な
オキシバーナ燃焼中に生成したＣＯ、不燃の燃料、又は
他の炭化水素を燃焼させる。炉内への適当なオキシダン
ト流速を保つことは本発明の範囲内のことであるが、オ
キシ炉の大きさにより、オキシダント流速は約２０００
ｓｃｆｈから約３０，０００ｓｃｆｈまでの間であって
よい。全体の炉の化学量論のパーセントとして、ランス
３００を通って注入される酸素の量は２％から１５％ま
での間であってよい。全体の化学量論の５％に近い量は
オキシダント注入には最適である。非振動の酸素／燃料
燃焼用の全体のＳＲは典型的に約２．１０と約２．１５
の間、典型的には煙突内で約５％から約７％過剰の酸素
になるようにする。

【００５５】対照的に、本発明によるオキシ燃料ガラス
溶融炉の全体の酸素消費は炉の大きさ（ガラス１０トン
／日から６００トン／日までの間）により、約５，００
０ｓｃｆｈ（５トン／日）と約３００，０００ｓｃｆｈ
（３００トン／日）の間である。オキシダント・ランス
３００はステージ投入された燃焼酸素として炉に用いら
れる合計オキシダントの約５％と約１０％の間のものを
好ましくは注入する。オキシダント・ランス３００はま
た、オキシバーナの全部よりも少ないものが振動燃焼で
作動させられる炉内に入れることもできる。これによっ
てある程度のＮＯｘの低減及びある程度のＣＯの生成
（より高いデューティサイクル又は燃料豊富な作動によ
る）が得られるであろう。

【００５６】バーナ振動周波数、流れ振幅、デューティ
サイクル、及び相差などの振動パラメータを、個々のバ
ーナ点火速度、個々のバーナＳＲ、及び炉の体積に基づ
いて決定することができる。本発明による、炉を含む、
炉温度の測定、ガス組成の測定、及び炉によって作られ
た生成物は、通常の当業者によって良く理解されること
であるので、ここでは詳細説明しない。モデル負荷又は
実際の負荷で本発明に従って炉を作動させ、前記の炉の
出力を評価し、そして好ましくは本発明に従って自動化
ロジック制御装置で、バーナ配列の作動を変更し、また
炉の出力をフィードバックしてその作動を更に調整する
ことによって、本発明の一つ又はそれ以上の特典を達成
することができる。

【００５７】その結果を表１に詳細に示す前記の実施例
から、本発明に従ってガラス炉を下記の条件で作動させ
た。

【００５８】振動の周波数（ｆ）：０．５Ｈｚ流れの振幅（Ａ）：９０％（Ｒ_ＭＡＸ−Ｒ_ＭＩＮのパー
センテージとして、Ｒ _ＡＶＥを超えるＡの反れ）デューティサイクル（Ｄ）：５０％同期：相外の対向するバーナ（第６及び７図参照）排気ガス組成（乾燥）を、下記の構成要素について測定
した：過剰Ｏ_２（％）ＣＯ（ｐｐｍ，ｖｏｌ．）ＮＯｘ（ｐｐｍ，ｖｏｌ．）ＣＯ２（％）ベースライン（非振動）と振動燃焼との双方に対して約
３％の過剰の酸素及び１００ｐｐｍ（ｖｏｌ．）未満の
ＣＯを維持した。

【００５９】表１に詳述したように、本発明による炉
は、非振動燃焼性能と比較した場合、燃料節減（４％）
と酸素節減（１２％）とを達成した。その上、炉は、ホ
ットスポットの場所で、かつガラス底温度の低下無し
に、５０°Ｆ（２８°Ｃ）のクーラー耐火クラウン温度
で、作動した。

【００６０】前記の例では、振動炎はまたガラス表面上
で泡を不安定化するのを助けた。溶融したガラスの添加
物及びＳＯ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２などのガス及びガラス浴
組成物からの酸素の発生を含む一定の化学反応のため
に、一般に泡が種々の厚さで（１／２”乃至６”）存在
する。泡はガラスの溶融には望ましくない。何故ならば
それはバーナの炎及び耐火煉瓦のクラウンからの熱エネ
ルギーがガラス層内に浸透するのを遮断するからであ
る。表１の振動パラメータを選択することによって、オ
キシバーナによって注入された高い目のＣＯ濃度を含
む、燃料豊富なパルスが、この泡の層を実際に減少させ
たことが、前記の例での炉の作動中に観察された。特定
の理論に限定されることなく、振動パルスによって作り
出された局在化された還元条件は泡の層を不安定にし、
そしてそれゆえ、ガラス上の全体の泡の厚さを減少させ
たと信じられる。

【００６１】要約すれば、本発明は幾つかの様相を持っ
ている。炉内で酸素燃料バーナをオフセットすることに
よって、振動する酸素燃料バーナに対向する多数のデフ
ラグレーションゾーンを維持することができる。流れ振
幅、周波数、デューティサイクル、及び対向する側及び
／又は隣接するバーナの間の相差のようなバーナ振動パ
ラメータを選択して動力学的に制御してサイクル・デフ
ラグレーションプロセスの影響を最大化するようにする
ことができる。特典としては、燃料節減、酸素節減、よ
り低い耐火温度、改善された炉生産性、及び改良された
製品品質を含むことができる。

【００６２】化学量論比率及び煙突ガス組成などの炉作
動パラメータはまた変化させて炉から最小の放出物（Ｃ
Ｏ、ＣＯ_２、ＳＯｘ、及びＮＯｘ）を得る。ＣＯ_２の低
減は、デフラグレーションプロセスから生じる低下した
燃料及び酸素の消費による。低下したＮＯｘ及びＳＯｘ
の放出は振動する炎と低下した燃料消費に帰することが
できる。

【００６３】本発明はまた、ガラスメルター、金属熱処
理炉、鋼再加熱炉、などのような炉の形式、及び炉の幾
何学的なサイズに基づいて設定された新規な点火形態
（相内、相外、グループ相合わせ、グローバル相合わ
せ）に関する。自動化ロジック制御同期が、炉の作動の
ために更に利用される。デューティサイクルの変化によ
る炉内の酸素ステージングも組み込むことができ、その
場合はデューティサイクルを変えることによってステー
ジ化燃焼を得ることができる。燃料富化燃焼のためより
高いデューティサイクルに或るバーナを選択的に作動さ
せ、より低いデューティサイクルに残りのバーナを作動
させることによって、低いＮＯｘ放射及び低い炎温度、
そしてそれゆえより低い耐火温度を得ることができる。

【００６４】デューティサイクルの変化による耐火温度
の制御、デューティサイクルの変化による種々の炎状態
（還元、酸化）の発生、燃料流れ振幅、デューティサイ
クル、及び周波数制御による炎の長さの制御、周波数変
化による対流加熱制御、周波数制御による高められた炎
の安定化はまた本発明の態様である。自動化された、又
は自動化可能な、効率的な炉操作のため種々のパラメー
タを変えるロジック基礎のコントローラ及び人間マシン
インターフェース、並びにバーナ対の間で択一的に周波
数、振幅、相設定、及びデューティサイクルを変えて炉
負荷についての局在炉雰囲気を還元から酸化へと制御す
ること、もまた本発明の様相である。更に、バーナの対
向した対の化学量論的比も、開始及び終了の燃料流れ速
度を制御し、次に流れ速度を反対にすることによって定
期的に交互に変えることができ、それによって全体に均
衡のとれた炉の化学量論を持った酸化か還元かの条件の
局在するゾーンを設定することができる。

【００６５】本発明をその例示的な実施形態を参照して
詳細に記述したが、発明の範囲から外れることなく、種
々の変更を行うことができ、また同等物を使用すること
ができることは、当業者には明白なことであろう。上述
の特許及び文献書類の全てをそれらの各々に本書に参考
のため組み入れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う炉の第１の実施形態の概略上面図
を示す。

【図２】本発明に従うコントローラの第１の実施形態を
概略的に示す。

【図３】本発明に従う流速対時間の波形を概略的に示
す。

【図４】本発明に従う炉の別の実施形態の概略上平面図
を示す。

【図５】本発明に従って操作したときの図４に示した炉
の概略上平面図を示す。

【図６】本発明に従う炉の更に別の実施形態の概略上平
面図を示す。

【図７】本発明に従って操作したときの図６に示した炉
の概略上平面図を示す。

【図８】本発明に従う炉の更に別の実施形態の概略上平
面図を示す。

【符号の説明】

１０…原材料，１４…排ガス，１６…炎，２０…バーナ
への燃料，２２…産業オキシダント，１０２…炉壁，１
０８…材料アウト，１１２…オキシバーナ，１１４…振
動弁，１１６…コントローラ，１３２…ＣＰＵ波形剛性
および制御，１３４…デジタル／アナログ変換器，１３
６，１３８…増幅器，１５４…入力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ハーレー・ボーダーズアメリカ合衆国、イリノイ州 60148、ロンバード、イー・テイラー・ロード 244 (72)発明者オリビエ・シャロンアメリカ合衆国、イリノイ州 60611、シカゴ、イースト・オンタリオ 401

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部スペース、側壁、及び排気ガス出口
を持った炉；燃料及びオキシダントが少なくとも一つの
バーナへ供給されたとき、炉の内部スペース内に炎を向
けるように位置決めされた少なくとも一つのバーナ；少
なくとも一つのバーナと液の流通がある少なくとも一つ
の弁であって、前記少なくとも一つの弁は開放状態及び
閉止状態を持っており、前記少なくとも一つの弁は、少
なくとも一つの弁が開放状態にあるときには前記少なく
とも一つのバーナに燃料を通し、また燃料のソースに流
動的に接続されたときには前記少なくとも一つの弁は開
放と閉止の状態の間で可動であるもの；及び少なくとも
一つの弁に作動可能に接続されて少なくとも一つの弁を
開放及び閉止するようになった、自動化ロジック制御装
置で、自動化ロジック制御装置は、少なくとも一つの弁
が開放及び閉止する少なくとも一つの周波数、少なくと
も一つの弁のデューティサイクル、及び前記少なくとも
一つの弁の流速振幅を制御するように形造られたロジッ
クを含むもの；から成る、熱を用いた材料を処理するの
に有用なシステム。
【請求項２】前記少なくとも一つのバーナは第１のバ
ーナと第２のバーナとから成り、また少なくとも一つの
弁は夫々前記第１のバーナ及び前記第２のバーナと流体
連通している第１の弁と第２の弁とから成る、請求項１
記載のシステム。
【請求項３】炉は炉内部スペースと流体連通している
排気煙突を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】自動化ロジック制御装置がメモリを有す
る汎用コンピュータで、ロジックがメモリ内にあるも
の；コンピュータと連通しているマルチチャンネルのデ
ジタル／アナログ変換器；デジタル／アナログ変換器と
連通している少なくとも一つの増幅器；及び少なくとも
一つの弁コントローラの各々が少なくとも一つの弁の一
つと連通している、少なくとも一つの弁コントローラか
ら成る、請求項１記載のシステム。
【請求項５】コンピュータが入力部を含み、そしてロ
ジックが入力部からデータを受け入れてデータを少なく
とも一つの弁の各々の一つに対する波形のデジタル化表
示に変換するように構成された、請求項４記載のシステ
ム。
【請求項６】コンピュータとロジックとは波形の各々
のデジタル化表示をデジタル／アナログ変換器と連通す
るように構成されており、デジタル／アナログ変換器は
各波形をデジタルからアナログへの形に変換する、請求
項５記載のシステム。
【請求項７】デジタル／アナログ変換器は各々のアナ
ログ波形を別の増幅器へ連通する、請求項６記載のシス
テム。
【請求項８】ロジックが、波形のデジタル化表示が所
定の値からの相差を制御するように構成された、請求項
１記載のシステム。
【請求項９】自動化ロジック制御装置がプログラム可
能なロジックコントローラから成る、請求項１記載のシ
ステム。
【請求項１０】炉の側壁が互いに対面した第１と第２
の長さ方向に延びる部分から成り、前記少なくとも一つ
のバーナが第１のバーナアレイと第２のバーナアレイと
から成り、前記第１のバーナアレイは炉の側壁の第１の
長手方向に延びた部分に沿って位置決めされ、前記第２
のバーナアレイは炉の側壁の第２の長手方向に延びた部
分に沿って位置決めされた、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】第１のバーナアレイは第１の中心軸を
持ったバーナを含み、前記第２のバーナアレイは第２の
中心軸を持ったバーナを含み、前記第１の中心軸と前記
第２の中心軸とは長手方向にオフセットされている、請
求項１０記載のシステム。
【請求項１２】第１のバーナアレイは複数の等間隔を
おいて離れたバーナを含み、前記第２のバーナアレイは
複数の等間隔をおいて離れたバーナを含む、請求項１０
記載のシステム。
【請求項１３】更に炉の内部スペースと連通し、かつ
排気ガス出口に隣接して位置した、少なくとも一つのオ
キシダントから成る、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】炉内で少なくとも一つのバーナを制御
する方法であって、前記少なくとも一つのバーナは少な
くとも一つの弁から燃料を受け入れ、またオキシダント
のソースからオキシダントを受け入れるようになったも
ので、弁デューティサイクル、弁振動周波数、及び弁を通る燃
料の流れ振幅を測定し、そしてデューティサイクル、振
動周波数、及び燃料流れ振幅に従って弁を通ってバーナ
への燃料の流れを振動させる工程、から成る方法。
【請求項１５】更に所定の値からの弁振動の相移動を
測定することから成り、そして少なくとも一つの弁を通
る燃料の流れを振動させる工程が更に弁振動の相移動に
従って振動させることから成る、請求項１４記載の方
法。
【請求項１６】前記測定工程が弁デューティサイク
ル、弁振動周波数、及び燃料流れ振幅から波形のデジタ
ル表示を形成することから成る、請求項１４記載の方
法。
【請求項１７】前記形成工程が更に波形相移動から波
形のデジタル表示を形成することから成る、請求項１６
記載の方法。
【請求項１８】更に波形のデジタル表示をアナログ波
形に変換することから成る、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】更に、アナログ波形を増幅すること，
及び増幅したアナログ波形で弁を制御することから成
る、請求項１４記載の方法。
【請求項２０】前記少なくとも一つのバーナは炉の第
１の長手方向に延びる部分に位置する第１のバーナアレ
イと、第１の部分に面する炉の第２の長手方向に延びる
部分に位置する第２のバーナアレイとから成り、各バー
ナアレイは少なくとも一つのバーナを含み、各アレイの
各バーナは燃料流れ弁と連通しており、また測定工程
が、各弁に対して、弁デューティサイクル、弁振動周波
数、及び弁を通る燃料流れ振幅を測定することから成
り、また振動工程が、前記バーナに対するデューティサ
イクル、振動周波数、及び燃料流れ振幅に従って各バー
ナに対して各弁を通って燃料の流れを振動させることか
ら成る、請求項１４記載の方法。
【請求項２１】更に、各弁に対して所定の値からの弁
振動相移動を測定することから成り、各弁を通る燃料の
流れを振動させる工程が、更に各弁の弁振動相移動に従
って振動させることから成る、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】振動工程が、第１のバーナアレイのバ
ーナに対して同一の相移動で各弁を振動させることから
成る、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】振動工程が、第２のバーナアレイのバ
ーナに対して同一の相移動で各弁を振動させることから
成る、請求項２０記載の方法。
【請求項２４】振動工程が、第１のバーナアレイのバ
ーナに対して同一の相移動で各弁を振動させ、第２のバ
ーナアレイのバーナに対して同一の相移動で各弁を振動
させることから成り、また第１の相移動と第２の相移動
とは異なる、請求項２０記載の方法。
【請求項２５】振動工程が、第１のバーナアレイのバ
ーナに対する各弁を、第２のバーナアレイのバーナに対
する各弁から１８０度の相移動で振動させることから成
る、請求項２０記載の方法。
【請求項２６】バーナの第１のアレイがバーナの第１
と第２のサブセットを含み、バーナの第２のアレイがバ
ーナの第３と第４のサブセットを含み、そして振動工程
が相の第１と第３のサブ工程を振動させ、また相の第２
と第４のサブ工程を振動させることから成る、請求項２
０記載の方法。
【請求項２７】振動工程が、第２と第４のサブ工程と
は相が外れた第１と第３のサブ工程を振動させることか
ら成る、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】更に、少なくとも一つのバーナから離
れた炉の内部へオキシダントを注入することから成る、
請求項１４記載の方法。
【請求項２９】振動工程が、燃料豊富な化学量論比で
燃料の流れを振動させることから成る、請求項１４記載
の方法。
【請求項３０】炉から出るより前に炉内の過剰の一酸
化炭素を燃焼し尽くすことから更に成る、請求項１４記
載の方法。
【請求項３１】前記少なくとも一つのバーナが第１と
第２のバーナから成り、また振動工程が、第１のバーナ
への燃料の流れを５０％より大きいデューティサイクル
で振動させ、第２のバーナへの燃料の流れを５０％未満
のデューティサイクルで振動させる、請求項１４記載の
方法。
【請求項３２】前記少なくとも一つのバーナが第１と
第２のバーナから成り、また振動工程が、第１のバーナ
への燃料の流れを燃料豊富な化学量論比で振動させ、第
２のバーナへの燃料の流れを燃料希薄な化学量論比で振
動させる、請求項１４記載の方法。
【請求項３３】第１と第２のバーナが炉の長さに沿っ
て反れて位置した、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】振動工程が、炉の一部に還元雰囲気を
作り出すように燃料の流れを振動させることから成る、
請求項１４記載の方法。
【請求項３５】振動工程が、炉の一部に酸化雰囲気を
作り出すように燃料の流れを振動させることから成る、
請求項３４記載の方法。