JP2006213555A

JP2006213555A - ガラス母材製造用バーナ

Info

Publication number: JP2006213555A
Application number: JP2005026951A
Authority: JP
Inventors: Hideo Shibuya; 英雄渋谷; Norito Hasegawa; 範人長谷川
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】ノズル損傷を防止して長寿命化を図ったガラス母材製造用バーナを提供する。
【解決手段】燃料ガス用ノズル２２内に助燃ガス用ノズル２３を同心円状で少なくとも二重構造に配置させてなるガラス母材製造用バーナにおいて、少なくとも二重構造の内側の助燃ガス用ノズル２３に対して、外側の助燃ガス用ノズル２３を、内側の助燃ガス用ノズルとバーナ中心を結ぶ中心線の延長線Ｌ_hr上から適宜ずらして配置させたガラス母材製造用バーナ２０にあり、これにより、内外側の助燃ガス用ノズルの離間距離が大きくなり、ノズル損傷を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多孔質ガラス母材を製造するにおいて有用なガラス母材製造用バーナに関するものである。

多孔質ガラス母材を製造するには、種々の構造のバーナが用いられているが、比較的構造が簡単なバーナとして、例えば図２〜図３に示すような、バーナ１０Ａ、１０Ｂが提案されている（特許文献１、特許文献２など）。これらのバーナ１０Ａ、１０Ｂでは、中心に原料ガス用ノズル１１があって、この原料ガス用ノズル１１を中心にして、比較的内径の大きい水素ガスなどの燃料ガス用ノズル１２を配置される一方、この燃料ガス用ノズル１２内に、複数の酸素ガスなどの助燃ガス用ノズル１３・・・を、同心円状で二重構造に配置させてある。
特開平０６−２４７７２２号特開平１１−０７９７７４号

これらのバーナ１０Ａ、１０Ｂの場合、原料ガス用ノズル１１にはＳｉＣｌ4 ＋Ｏ2 などの原料ガスを供給する一方、燃料ガス用ノズル１２には水素ガスを供給し、かつ、助燃ガス用ノズル１３・・・には酸素ガスを供給して、燃焼させている。この燃焼による火炎（酸水素火炎）で原料ガスを火炎加水分解させ、目的とするガラス微粒子を得ている。このときの燃焼温度は、約１０００℃程度となり、各ノズルは相当な高温下に曝されることになる。

各ノズルは、通常石英ガラスなどの耐熱性に富む部材により作られているが、特に助燃ガス用ノズルの場合、上記したように、同心円状で二重構造に配置させているため、隣接するノズル同士の距離（間隔）が近くやり易く、また、ノズル内径も通常約１．５ｍｍ程度と細く（小さく）、部材の肉厚も０．６５ｍｍ程度と薄いことから（外径＝約２．８ｍｍ程度）、使用中熱的ストレスを受けて、先端肉壁が削れて、損傷を受けるという問題があった。つまり、ノズル先端が過熱により溶けて、内部のガス通過（流動）により肉壁素材が飛ばされてしまう現象が起こるのである。

このようにして、複数の助燃ガス用ノズル群の一部であっても損傷すると、損傷ノズル部分では、当然その形状変化が起こるため、供給ガス流量も変化するようになる。そうすると、環状の助燃ガス用ノズル群によるノズル全体の火炎温度分布が変化するため、所望の火炎加水分解反応が得られなくなるという重大な事態に至る。勿論、結果として、所望の形状や密度などの多孔質ガラス母材が得られなくなる。つまり、ガラス母材の品質低下が避けられない。さらに、一度損傷が始まると、ガス流量が増加してより一層過熱されるため、損傷が急速に促進されることにより、悪循環が加速されることになる。

このため、この種のバーナを用いガラス母材製造炉では、細心の注意を払って保守（メンテナンス）する必要がある。また、損傷によりバーナ寿命が短くなると、その分バーナ交換の回数が増え、交換手数が掛かること、交換作業時、当然ガラス母材製造炉の稼働を停止させなければならないことなどのため、コスト上昇となる。

そこで、本発明者等は、この種のバーナについて鋭意検討したところ、次のような点を見い出した。つまり、上記図２〜図３のバーナ１０Ａ、１０Ｂの場合、内外側の助燃ガス用ノズル１３・・・の配置において、ノズル損傷という観点があまり配慮されていないのか、図中、バーナ中心を通る水平方向の延長線Ｌ_hr上に、内外側の助燃ガス用ノズル１３・・・が直列に配置されているため、二重構造の左右の部分において、隣接するノズル同士の離間距離（間隔）が、特に近くなっていることが分かった。

また、図２〜図３のバーナ１０Ａ、１０Ｂでは、内外のノズル数が、内側の６本に対して外側が８本（図２のバーナ１０Ａ）、内側の８本に対して外側が１２本（図３のバーナ１０Ｂ）と、外側のノズル数が多いため、上記水平方向の延長線Ｌ_hr上に位置する以外の内外のノズルにあっても、離間距離が近接し易い配置になっていることも分かった。

ここで、本発明者等は、ノズル同士の距離が近い分だけ、熱的ストレスが大きいものと考え、試作として、内外の隣接するノズル同士を、上記水平方向の延長線Ｌ_hr上から（つまり、内側の助燃ガス用ノズルとバーナ中心を結ぶ中心線の延長線上から）、適当にずらして配置させ、離間距離を大きくしたところ、ノズル損傷が大幅に改善されることを突き止めたのである。

本発明は、このような着想によりなされたものであり、基本的には、同心円状で少なくとも二重構造に配置される内外側の助燃ガス用ノズルの離間距離を大きくして、ノズル損傷を抑制するようにしたガラス母材製造用バーナを提供するものである。

請求項１記載の本発明は、燃料ガス用ノズル内に助燃ガス用ノズルを同心円状で少なくとも二重構造に配置させてなるガラス母材製造用バーナにおいて、
前記少なくとも二重構造の内側の助燃ガス用ノズルに対して、外側の助燃ガス用ノズルを、前記内側の助燃ガス用ノズルとバーナ中心を結ぶ中心線の延長線上から適宜ずらして配置させたことを特徴とするガラス母材製造用バーナにある。

請求項２記載の本発明は、前記内外側の助燃ガス用ノズル数を同数とすることを特徴とする請求項１記載のガラス母材製造用バーナにある。

請求項３記載の本発明は、前記ガラス母材製造用バーナが多孔質ガラス母材用であることを特徴とする請求項１又は２記載のガラス母材製造用バーナにある。

本発明に係るガラス母材製造用バーナによると、少なくとも二重構造の内側の助燃ガス用ノズルに対して、外側の助燃ガス用ノズルを、内側の助燃ガス用ノズルとバーナ中心を結ぶ中心線の延長線上から適宜ずらして配置させてあるため、内外側の助燃ガス用ノズルの離間距離（間隔）が大きくなり、ノズル損傷が効果的に抑制される。

従って、このノズル損傷の抑制効果により、バーナ寿命が長くなることが期待できる。このため、ガラス母材製造炉の保守も容易になる。また、バーナ寿命の長寿化により、バーナ交換回数の低減、ガラス母材製造炉の稼働停止回数の低減などの効果が得られ、コストダウンが可能となる。

また、内外側の助燃ガス用ノズル数を同数とすることで、上記内外側の助燃ガス用ノズルのずらし配置との併用により、外側の助燃ガス用ノズル群同士は勿論のこと、内外側の助燃ガス用ノズルの離間距離を容易に大きく設定することができる。

多孔質ガラス母材製造時には、上記したように、燃焼温度が約１０００℃程度と相当な高温となるため、上記ずらし配置やノズル数の同数配置は、ノズル損傷の抑制効果を得るにおいて、極めて重要となる。

図１は、本発明に係るガラス母材製造用バーナの一態様を示したものである。
このガラス母材製造用バーナ２０において、２１はＳｉＣｌ₄ ＋Ｏ₂ などの原料ガスを供給する中心の原料ガス用ノズル、２２は比較的内径の大きい水素ガスなどの燃料ガスを供給する燃料ガス用ノズル、２３・・・は燃料ガス用ノズル２２内に、同心円状で二重構造に配置させて酸素ガスなどを供給する複数の助燃ガス用ノズルである。

上記燃料ガス用ノズル２３・・・の場合、内外側も共に同数の６本とし、かつ、二重構造の内側の助燃ガス用ノズルに対して、外側の助燃ガス用ノズルを、内側の助燃ガス用ノズルとバーナ中心を結ぶ中心線の延長線上から適宜ずらして配置させてある。

例えば、内側の助燃ガス用ノズルとバーナ中心を通る水平方向の延長線Ｌhrを例に取って説明すると、この延長線Ｌ_hrに対して、一定の角度θ（中心角）を持ってずらしたバーナ中心を通る角度付き延長線Ｌ_grと、外側の同心円線Ｌ_outとの交わる点に、外側の助燃ガス用ノズルを位置させてある。

これにより、例えば、図１中左側部分を見ると、隣接する内側の助燃ガス用ノズルとの離間距離Ｄ１は、水平方向の延長線Ｌ_hr上と、外側の同心円線Ｌ_out との交わる点に、外側の助燃ガス用ノズルを位置させたと想定した場合の離間距離Ｄ２に比較して、大きくなることは明らかである。この関係は、他の内外側の助燃ガス用ノズルについても同様である。また、角度付き延長線Ｌ_grの角度θ＝３０°として、丁度この延長線Ｌ_grが、内側の同心円線Ｌ_in上に位置する２個の内側の助燃ガス用ノズル２３、２３の中間を通るように設定すれば、上側に位置する内側の助燃ガス用ノズル２３とも、上記と同様の離間距離Ｄ１が得られる。

このように、隣接する内外側のノズル同士の離間距離Ｄ１が大きくなるため、バーナ使用時における熱的ストレスは、低減されることになる。

しかし、実際のガラス母材製造用バーナにあっては、各ノズルが高密度で配置され、特に内外側の助燃ガス用ノズル２３・・・にあっては、燃料ガス用ノズル２２内に、同心円状で、かつ、二重構造として近接した状態で配置させているため、実際の使用によって、期待したようなノズル損傷防止効果が得られるのか、以下の試験を行って見た。

〈実施例、比較例〉
先ず、実施例として、図１と同構造からなる本発明のガラス母材製造用バーナを用いて多孔質ガラス母材を製造した。ここで、中心の原料ガス用ノズルの内径は約２．８ｍｍ、燃料ガス用ノズルの内径は約４２ｍｍ、助燃ガス用ノズルの本数は内外とも６本、各ノズルの構成材料は石英ガラス、その内径は約１．５ｍｍ、この助燃ガス用ノズルの配置される内側の同心円の内径は約２０ｍｍ、その外側の同心円の内径は約３３ｍｍ、ずらす角θ〔水平方向の延長線Ｌ_hrと角度付き延長線Ｌ_grとのなす挟角（中心角）〕は３０°とした。

一方、比較例として、上記図１の実施例と同構造で、ずらす角θを０°としたガラス母材製造用バーナを用いて多孔質ガラス母材を製造した。なお、ここで、ずらす角θ以外の構成、即ち、中心の原料ガス用ノズルの内径、燃料ガス用ノズルの内径、助燃ガス用ノズルの内外の本数、各ノズルの構成材料は石英ガラス、その内径、この助燃ガス用ノズルの配置される内側の同心円の内径、その外側の同心円の内径は、すべて図１の実施例のものと同一である。

これらの多孔質ガラス母材の製造において、実施例では、継続して４４００時間使用したところ、助燃ガス用ノズルの一部に損傷が見られた。これに対して、上記比較例では、継続して２４００時間使用したところ、助燃ガス用ノズルの一部に損傷が見られた。つまり、本発明の場合、従来の比較例に比べて、１．８３倍の長寿命化を図ることができることが分かった。

なお、上記説明では、多孔質ガラス母材の製造についてであったが、本発明のガラス母材製造用バーナは、これに限定されない。例えば、ガラス母材の研磨や脱水時にあっても、燃料ガス用ノズル内に助燃ガス用ノズルを同心円状で少なくとも二重構造に配置させた構造のバーナを用いる場合、やはりかなりの高温下で行われるため、この際のバーナにも適用することができる。

本発明に係るガラス母材製造用バーナの一つの実施の形態になる縦断端面図である。従来のガラス母材製造用バーナの一例になる縦断端面図である。従来のガラス母材製造用バーナの他の例になる縦断端面図である。

符号の説明

２０・・・ガラス母材製造用バーナ、２１・・・中心の原料ガス用ノズル、２２・・・燃料ガス用ノズル、２３・・・助燃ガス用ノズル、Ｌ_hr・・・水平方向の延長線、Ｌ_gr・・・角度付き延長線

Claims

燃料ガス用ノズル内に助燃ガス用ノズルを同心円状で少なくとも二重構造に配置させてなるガラス母材製造用バーナにおいて、
前記少なくとも二重構造の内側の助燃ガス用ノズルに対して、外側の助燃ガス用ノズルを、前記内側の助燃ガス用ノズルとバーナ中心を結ぶ中心線の延長線上から適宜ずらして配置させたことを特徴とするガラス母材製造用バーナ。
前記内外側の助燃ガス用ノズル数を同数とすることを特徴とする請求項１記載のガラス母材製造用バーナ。
前記ガラス母材製造用バーナが多孔質ガラス母材用であることを特徴とする請求項１又は２記載のガラス母材製造用バーナ。