JP4190564B2 - 加熱炉用の燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、炉内にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、
その燃料噴出部のガス燃料噴出箇所とは異なる箇所に設けられた酸素含有ガス供給口から、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とが設けられ、
前記燃料噴出部が、外筒状体と内筒状体とを同軸心状に備えて、前記内筒状体の筒内にて中央噴出路を形成し且つ前記内筒状体と前記外筒状体との間に環状の周囲噴出路を形成するように構成された加熱炉用の燃焼装置に関する。

かかる加熱炉用の燃焼装置（以下、単に燃焼装置と称する場合がある）は、燃料噴出部により、炉内にガス燃料を噴出し、その燃料噴出部のガス燃料噴出箇所とは異なる箇所の酸素含有ガス供給口から、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に燃焼用酸素含有ガスを供給することにより、炉内でガス燃料と酸素含有ガスとを接触させて火炎を形成して燃焼させるようにしたものであり、例えば、ガラス原料を溶解させる溶解槽の上方に火炎を形成して、溶解槽を加熱する用途で用いられる。

又、かかる燃焼装置は、燃料噴出部を、外筒状体と内筒状体とを同軸心状に備えて、内筒状体の筒内にて中央噴出路を形成し且つ内筒状体と外筒状体との間に環状の周囲噴出路を形成するように構成して、中央噴出路から噴出されるガス燃料の周囲を覆う状態で、周囲噴出路からガス燃料を噴出させることにより、中央噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合を緩慢に行わせて、炭素粒を発生させながらガス燃料を燃焼させることにより、輝炎を形成するものである。

ところで、このような燃焼装置において、中央噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合を緩慢に行わせて、輝炎を形成するようにするには、周囲噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合が速くなり過ぎないようにして、周囲噴出路から噴出されるガス燃料の燃焼が速くなり過ぎないようにする必要がある。
そして、周囲噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合が速くなり過ぎないようにするには、周囲噴出路から噴出されるガス燃料の流速を遅くして、周囲噴出路から噴出されたガス燃料により燃焼用酸素含有ガスを巻き込むエジェクタ作用が強くなり過ぎないようにすることになる。

そこで、このような燃焼装置において、従来は、長尺状の外筒状体を、長尺状の内筒状体における外周部にその内筒状体の長手方向の略全長にわたって設けて、長尺状の燃料噴出部を、その長手方向の略全長にわたって外筒状体と内筒状体とを同軸心状に備えるように構成し、燃料噴出部にガス燃料を供給する燃料供給路を周囲噴出路向けと中央噴出路向けとに分岐して、その燃料供給路の周囲噴出路向けの分岐路を周囲噴出路における後端側の部分にその長手方向に直交する状態で接続し、燃料供給路の中央噴出路向けの分岐路を中央噴出路における後端側の部分にその長手方向に直交する状態で接続していた（例えば、特許文献１参照。）。

そして、周囲噴出路に対してガス燃料をその周囲噴出路の長手方向に直交する方向に供給して、通流方向を周囲噴出路の長手方向に直交する方向からその長手方向に沿う方向に変更させる形態で周囲噴出路を通してガス燃料を通流させると共に、その周囲噴出路の長さを長くすることにより、周囲噴出路を通流するガス燃料の動圧を弱めて、周囲噴出路から噴出されるガス燃料の流速を遅くして、周囲噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合が速くなり過ぎないようにしていた。

特開２００４−２９４０４２号公報

しかしながら、従来の燃焼装置では、長尺状の燃料噴出部をその長手方向の略全長にわたって外筒状体と内筒状体とを同軸心状に備えるように構成していたことから、燃料噴出部が太くなって大型化すると共に、その燃料噴出部の重量が増大し、延いては、燃焼装置が大型化すると共に、燃焼装置の重量が増大するという問題があった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型軽量化を図りながら、輝炎を形成する状態でガス燃料を燃焼し得る加熱炉用の燃焼装置を提供することにある。

本発明の加熱炉用の燃焼装置は、炉内にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、
その燃料噴出部のガス燃料噴出箇所とは異なる箇所に設けられた酸素含有ガス供給口から、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とが設けられ、
前記燃料噴出部が、外筒状体と内筒状体とを同軸心状に備えて、前記内筒状体の筒内にて中央噴出路を形成し且つ前記内筒状体と前記外筒状体との間に環状の周囲噴出路を形成するように構成されたものであって、
第１特徴構成は、前記燃料噴出部にガス燃料を供給する燃料供給部が、前記中央噴出路にガス燃料を供給するように設けられ、
前記内筒状体が長尺状であり、
前記外筒状体が、前記内筒状体における先端側部分の外周部に設けられ、
前記内筒状体における前記外筒状体内に位置する部分に、前記中央噴出路に供給されたガス燃料の一部を前記周囲噴出路に供給するように連通孔が設けられ、
前記中央噴出路内における前記連通孔よりもガス燃料通流方向下流側で且つ先端の中央噴出口よりもガス燃料通流方向上流側の箇所に、ガス燃料の通過を制限する通過孔を備えた通過制限体が設けられている点を特徴とする。

即ち、燃料供給部から中央噴出路に供給されたガス燃料の一部が、連通孔を周囲噴出路の長手方向に直交する方向に通過して周囲噴出路に供給されて、その周囲噴出路の長手方向に沿う方向に向きを変更してその周囲噴出路を通流して、中央噴出路から噴出されるガス燃料の周囲を覆う状態で、周囲噴出路からガス燃料が噴出される。

つまり、外筒状体が、長尺状の内筒状体における先端側部分の外周部に設けられていて、燃料噴出部としては長尺状に構成しながらも、その燃料噴出部における先端側部分においてのみ、外筒状体と内筒状体とを同軸心状に備えることになるので、燃料噴出部の小型軽量化を図ることができるようになり、延いては、燃焼装置の小型軽量化を図ることができるようになる。

そして、外筒状体が長尺状の内筒状体における先端側部分の外周部に設けられて、周囲噴出路の長さが短くなっているものの、ガス燃料が、中央噴出路から通流面積が狭まった連通孔を通して周囲噴出路の長手方向に直交する方向に向けて周囲噴出路に供給されることにより、動圧が弱まり、更に、ガス燃料の通流方向が周囲噴出路の長手方向に直交する方向からその周囲噴出路の長手方向に沿う方向に変わることにより、動圧が更に弱まるので、周囲噴出路から噴出されるガス燃料の流速を遅くして、中央噴出路から噴出されるガス燃料を緩慢燃焼させるのに好都合な流速にすることができる。
そのように、周囲噴出路から噴出されるガス燃料の流速を遅くすることができることにより、周囲噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合が速くなり過ぎないようにして、中央噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合を緩慢に行わせることができるようになり、中央噴出路から噴出されるガス燃料を輝炎を形成する状態で燃焼させることができるようになる。
従って、小型軽量化を図りながら、輝炎を形成する状態でガス燃料を燃焼し得る加熱炉用の燃焼装置を提供することができるようになった。
又、ガス燃料は、中央噴出路を、通流面積の広い部分から通流面積が狭まった通過制限体の通過孔を通過した後、通流面積の広い部分を通流する形態で通流する。
つまり、ガス燃料は、通過制限体の通過孔を通過した後、通流面積の広い部分を通流することにより、動圧が弱められて、中央噴出路の長手方向に直交する面における流速分布が小さくなるので、中央噴出路から噴出されるガス燃料の乱流化が抑制されて層流化が促進して、中央噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合をより一層緩慢化することができる。
そして、そのように、中央噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合をより一層緩慢化することができることにより、燃料噴出部へのガス燃料の供給量を多くして燃焼量を大きくしても、輝炎を適切に形成する状態でガス燃料を燃焼させることが可能となる。
従って、輝炎を形成する状態でガス燃料を燃焼させることができながら、ターンダウン比を大きくすることができるようになった。

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記通過制限体が、前記内筒状体の内径よりも小径で且つ先端が閉じられた筒状部と、その筒状部の基端部と前記内筒状体との間に位置する環状部とを備えて構成され、
前記通過孔が、前記通過制限体における前記筒状部の周壁に、その周方向に分散する状態で複数設けられている点を特徴とする。

即ち、ガス燃料は、通過制限体の筒状部から、その筒状部の周壁にその周方向に分散する状態で設けられた複数の通過孔を中央噴出路の長手方向に直交する方向に向かって通過した後、中央噴出路の長手方向に沿う方向に向きを変える形態で通流する。

つまり、ガス燃料は、筒状部の周壁の周方向に分散する複数の通過孔を中央噴出路の長手方向に直交する方向に向かって通過した後、中央噴出路の長手方向に沿う方向に向きを変える形態で通流することにより、動圧がより一層弱められて、中央噴出路の長手方向に直交する面における流速分布がより一層小さくなるので、中央噴出路から噴出されるガス燃料の層流化がより一層促進して、中央噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合を更に緩慢化することができる。
そして、中央噴出路から噴出されるガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとの混合を更に緩慢化することができることにより、燃料噴出部へのガス燃料の供給量を更に多くして燃焼量を更に大きくしても、輝炎を適切に形成する状態でガス燃料を燃焼させることが可能となる。
従って、輝炎を形成する状態でガス燃料を燃焼させることができながら、ターンダウン比を更に大きくすることができるようになった。

第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成のいずれかに加えて、
前記外筒状体の先端噴出口が横長状である点を特徴とする。

即ち、周囲噴出路からのガス燃料が、外筒状体の横長状の先端噴出口から、中央噴出路から噴出されるガス燃料の周囲を覆う状態で横幅方向に広い広幅状に噴出されるので、横幅方向に広い広幅状の火炎を形成することができる。
そして、中央噴出路から噴出されるガス燃料を緩慢燃焼させて、火炎の長さを長くすることができることに加えて、火炎の横幅を広くすることができるので、例えば、溶解槽に貯留されるガラス等の加熱対象物の上面に沿わせて火炎を広く形成することが可能となり、加熱対象物を良好に加熱することが可能となる。
従って、加熱対象物を良好に加熱することが可能な加熱炉用の燃焼装置を得ることができる。

〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明をガラス溶解炉用の燃焼装置に適用した場合の第１実施形態を説明する。
先ず、燃焼装置を設ける加熱炉の一例であるガラス溶解炉について説明する。
図１及び図２に示すように、ガラス溶解炉は、平面視で矩形状の溶解槽２を下部に備えると共にアーチ型の天井を備えた炉本体１を中央に設け、溶解槽２の一側縁を区画する炉壁４に設けた投入口４ｉからガラス原料を投入し、その投入口４ｉを設けた炉壁４に対向する炉壁４に形成した取り出し孔４ｅから溶融ガラスを取り出すように構成してある。
そして、投入口４ｉから取り出し孔４ｅへ向かう原料移送方向に対して、炉本体１の左右夫々に、蓄熱室３を原料移送方向に沿って延びるように設け、炉本体１の左右の炉壁４の上部に、複数の空気口（所謂ポート）５を原料移送方向に沿って並設し、蓄熱室３と各空気口５とを空気供給路６にて連通させて、所謂サイドポート式に構成してある。
つまり、空気供給路６は、溶解炉横側部の空気口５（酸素含有ガス供給口に相当する）から炉内７に空気を燃焼用酸素含有ガスとして供給するように構成してあり、酸素含有ガス供給部に相当する。

前記取り出し孔４ｅを形成した炉壁４の外部に、その取り出し孔４ｅにて前記溶解槽２と連通する状態で作業槽８を設けて、前記投入口４ｉから投入したガラス原料を、溶解槽２にて溶融させて作業槽８に向かって流動させて、取り出し孔４ｅを通じて清浄な溶融ガラスを作業槽８に導くように構成してある。

図３にも示すように、前記炉本体１の左右の炉壁４における前記複数の空気口５夫々の下方に、燃料噴出部装着孔４ｓを設け、炉内７にガス燃料を噴出する長尺状の燃料噴出部Ｂを、複数の燃料噴出部装着孔４ｓ夫々に、先端が炉壁４の内面よりも後退した状態で設けてある。
前記空気供給路６は、燃焼用空気Ａを前記空気口５から斜め下方に向けて、燃料噴出部Ｂから噴出されるガス燃料Ｇの燃焼域に供給するように構成してある。

燃料噴出部Ｂの設置構成について説明を加えると、図３に示すように、各燃料噴出部装着孔４ｓにおける炉内側の部分の内周面は、炉内側ほど大径となる先広がり状に形成してある。
そして、各燃料噴出部装着孔４ｓに、燃料噴出部Ｂをその先端を前記先広がり状の内周面部分よりも後退させた状態で挿通して設けてある。

つまり、本発明の燃焼装置は、上述のように前記左右夫々の炉壁４に設けた複数の燃料噴出部Ｂと、各燃料噴出部Ｂの上方に設けた空気口５から、各燃料噴出部Ｂから噴出されるガス燃料Ｇの燃焼域に燃焼用空気Ａを供給するように夫々設けた複数の空気供給路６とを備えて、所謂アンダーポート式に構成してある。

左右の燃料噴出部Ｂは、一定時間（例えば、約１５〜３０分）毎に交互に、ガス燃料Ｇの噴出と噴出停止を繰り返し、ガス燃料Ｇを噴出している燃料噴出部Ｂの側の空気口５からは、蓄熱室３を通って高温（１０００〜１２００°Ｃ程度）に予熱された燃焼用空気Ａが炉内７に供給され、ガス燃料Ｇの噴出を停止している燃料噴出部Ｂの側の空気口５からは炉内７の燃焼ガスＥを排出させるようにして、左右の燃料噴出部Ｂにて交互に燃焼させる、所謂交番燃焼を行わせるようにしてある。尚、図１ないし図３は、左側の燃料噴出部Ｂにて燃焼させている状態を示している。

燃料噴出部Ｂから噴出されたガス燃料Ｇの周囲に、その噴出方向に沿って、そのガス燃料Ｇを噴出している燃料噴出部Ｂに対応する空気口５から燃焼用空気Ａが供給されて、ガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａとが接触して拡散燃焼して、所謂、緩慢燃焼し、高輝度の輝炎を含む火炎Ｆが形成され、その火炎の輻射熱により、溶解槽２内のガラス原料を溶解する。炉本体１のアーチ状の天井は、燃焼炎の輻射熱を反射させる。
炉内７の燃焼ガスＥは、ガス燃料Ｇの噴出を停止している燃料噴出部Ｂの側の空気口５から、蓄熱室３に流入し、蓄熱材を通過して、蓄熱材に排熱が回収された後、排気される。

以下、図４ないし図８に基づいて、燃焼装置について説明を加える。
尚、図６は、図５におけるロ−ロ矢視図であり、図７は、図５におけるハ−ハ矢視図である。
図４ないし図７に示すように、前記燃料噴出部Ｂは、外筒状体１０と内筒状体２０とを外筒状体１０の先端が内筒状体２０の先端よりも突出する状態で同軸心状に備えて、内筒状体２０の筒内にて中央噴出路３１を形成し且つ内筒状体２０と外筒状体１０との間に環状の周囲噴出路３２を形成するように構成してある。尚、外筒状体１０と内筒状体２０とは同軸心状であるので、以下では、外筒状体１０及び内筒状体２０夫々の軸心を統一して噴出部軸心Ｐと称する場合がある。

図４に示すように、前記燃料噴出部Ｂにガス燃料を供給する燃料供給部としての燃料供給路３３を、前記中央噴出路３１にガス燃料を供給するように、前記内筒状体２０の後端に接続する状態で設け、その燃料供給路３３には、前記燃料噴出部Ｂへのガス燃料の供給を断続する燃料断続弁３７、及び、前記燃料噴出部Ｂへのガス燃料の供給量を調節する燃料供給量調節弁３８を設けてある。

図４ないし図７に示すように、前記内筒状体２０は、長尺円筒状の内筒本体部２１と、その内筒本体部２１の先端に着脱自在に接続される円筒状の内筒ノズル部２２とを備えて長尺状に構成し、前記外筒状体１０は、円筒状の外筒本体部１１と、その外筒本体部１１の先端に着脱自在に接続される円筒状の外筒キャップ部１２とを備えて構成して、その外筒状体１０を、前記長尺状の内筒状体２０における先端側部分の外周部に設けてある。

前記内筒状体２０の内筒本体部２１における前記外筒状体１０内に位置する部分に、前記中央噴出路３１に供給されたガス燃料の一部を前記周囲噴出路３２に供給するように連通孔３４を設けてある。

この第１実施形態では、中央噴出路３１内における前記連通孔３２よりもガス燃料通流方向下流側の箇所に、ガス燃料の通過を制限する通過孔４０ｈを備えた通過制限体４０を設けてある。

更に、図４、図５及び図７に示すように、前記内筒ノズル部２２の外周面には、複数の羽根体３６ｗを周方向に間隔を隔てて並べた状態で溶接にて取り付けて、それら複数の羽根体３６ｗにより、周囲噴出路３２から噴出されるガス燃料を旋回させる旋回羽根３６を構成してある。
その旋回羽根３６の羽根体３６ｗ夫々は、内筒ノズル部２２の径方向視にてその内筒ノズル部２２の軸心、即ち、噴出部軸心Ｐに対してその周方向一方側に傾斜するように設けて、周囲噴出路３２から噴出されるガス燃料Ｇを旋回させる構成としてある。

ちなみに、内筒ノズル部２２の径方向視にて、羽根体３６ｗが噴出部軸心Ｐに対して傾斜する角度（以下、旋回角度と記載する場合がある）を、例えば、１５°〜４５°の範囲に設定する。

前記外筒状体１０、前記内筒状体２０及び前記通過制限体４０について、更に説明を加える。
図４及び図５に示すように、前記外筒本体部１１の後端開口部にリング状の蓋板１３を溶接にて取り付け、前記内筒本体部２１の先端部を蓋板１３の孔に挿通した状態で、その内筒本体部２１を蓋板１３に溶接にて固定して、外筒本体部１１と内筒本体部２１とを同軸心状に一体的に組み付けてある。
以下、このように外筒本体部１１と内筒本体部２１とを同軸心状に一体的に組み付けたものを、燃料噴出部本体Ｂｍと称する場合がある。

図５に示すように、前記外筒本体部１１の先端には、雄ネジ部１１ｓを形成し、前記外筒キャップ部１２の後端には、外筒本体部２１の雄ネジ部１１ｓに螺合自在な雌ねじ部１２ｓを形成して、外筒本体部１１の雄ネジ部１１ｓに外筒キャップ部１２の雌ねじ部１２ｓを螺合することにより、外筒キャップ部１２を外筒本体部１１の先端に着脱自在に接続可能なように構成してある。

前記外筒状体１０を構成する前記外筒キャップ部１２の内周面は、噴出部軸心Ｐに沿う方向に等径状に延びる等径状主内周面部分１２ａと、その等径状主内周面部１２ａの先端に連なり且つ先端側ほど小径となる先細り状の収束用内周面部分１２ｂと、その収束用内周面部分１２ｂの先端から等径状に延びる等径状の案内用内周面部分１２ｃとを備えるように構成され、そして、外筒状体１０の先端噴出口１０ａが、外筒キャップ部１２の先端の内周縁部により、円形状の噴出口として形成されている。

図５に示すように、内筒ノズル部２２を、外周面及び内周面とも噴出部軸心Ｐに沿う方向に略等径状の大等径状部分２２Ａと、その大等径状部分２２Ａの先端から、外周面及び内周面とも先端側ほど小径となる状態で延びる先細り状部分２２Ｂと、その先細り状部２２Ｂの先端から等径状に延びる小等径状部分２２Ｃとを備えるように構成してある。
更に、図８にも示すように、前記内筒ノズル部２２の大等径状部分２２Ａの内周面における後端部分に、先端側の部分よりも大径の大径内周面部分２２ａを形成してある。

図５及び図８に示すように、前記連通孔３４は、前記内筒本体部２１における前記外筒本体部１１への挿通部分に、周方向に分散する状態で並ぶ連通孔列が噴出部軸心Ｐに沿う方向に２列並び且つ隣り合う列同士で千鳥状になる形態で複数形成してある。

又、前記内筒本体部２１の先端には、雄ネジ部２１ｓを形成し、前記内筒ノズル部２２の大径内周面部分２２ａには、内筒本体部２１の雄ネジ部２１ｓに螺合自在な雌ねじ部２２ｓを形成して、内筒本体部２１の雄ネジ部２１ｓに内筒ノズル部２２の雌ねじ部２２ｓを螺合することにより、内筒ノズル部２２を内筒本体部２１の先端に着脱自在に接続可能なように構成してある。

図４ないし図８に示すように、この第１実施形態では、前記通過制限体４０を、前記内筒状体の内径よりも小径で且つ先端が閉じられた筒状部４１Ａと、その筒状部４１Ａの基端部と前記内筒状体２０との間に位置する環状部としての鍔状部４１Ｂとを備えるハット状に形成したハット状通過制限体４１にて構成し、前記通過孔４０ｈを、そのハット状通過制限体４１における前記筒状部４１Ａの周壁に、その周方向に分散する状態で複数設けてある。

そのハット状通過制限体４１としては、前記複数の通過孔４０ｈの開口面積を合計した総通過孔面積が前記内筒ノズル部２２の横断面積よりも小さい状態で異なる複数種を備えてある。
例えば、図５ないし図８に示すように、複数種のハット状通過制限体４１のうちの１種として、２４個の通過孔４０ｈを、周方向全周にわたって分散する状態で１２個並ぶ列が噴出部軸心Ｐに沿う方向に２列並び且つ隣り合う列同士で千鳥状になる形態で前記筒状部４１Ａの周壁に設けたもの備えてある。
ちなみに、各通過孔４０ｈの開口面積、前記筒状部４１Ａの周方向に並ぶ個数、又は、噴出部軸心Ｐに沿う方向に並ぶ列数を異ならせることにより、総通過孔面積が異なる複数種のハット状通過制限体４１を備えてある。

そして、図５及び図８に示すように、前記ハット状通過制限体４１を、その鍔状部４１Ｂを前記内筒ノズル部２２の大径内周面部分２２ａに内嵌した状態で、その内筒ノズル部２２の雌ねじ部２２ｓを前記内筒本体部２１の雄ネジ部２１ｓに羅合することにより、内筒ノズル部２２の内周面の段部と前記内筒本体部２１の先端面との間に挟持する形態で、前記内筒状体２０に着脱自在に保持するように構成してある。
つまり、中央噴出路３１内に設けるハット状通過制限体４１を、複数の通過孔４０ｈの総通過孔面積が異なるものに変更自在なように構成してある。

上述のように前記ハット状通過制限体４１を前記中央噴出路３１に設けることにより、そのハット状通過制限体４１により前記中央噴出路３１を通流するガス燃料Ｇに抵抗を与えて、前記燃料供給路３３から供給されて中央噴出路３１を通流するガス燃料Ｇの一部を前記複数の連通孔３４を通過させて前記周囲噴出路３２に流入させることにより、燃料供給路３３により前記中央噴出路３１に供給されたガス燃料Ｇを前記周囲噴出路３２に分配するように構成してある。

そして、前記複数の通過孔４０ｈの総通過孔面積と前記複数の連通孔３４の開口面積を合計した総連通孔面積との比率により、前記燃料供給路３３により前記中央噴出路３１に供給されたガス燃料Ｇを前記複数の連通孔３４を通して周囲噴出路３２に分配するガス燃料分配比率が設定されることになるので、中央噴出路３１内に設けるハット状通過制限体４１を総通過孔面積が異なるものに変更することにより、前記中央噴出路３１を通流するガス燃料Ｇの通流抵抗を変更して、前記ガス燃料分配比率を変更自在なように構成してある。

上述のように、前記ガス燃料分配比率が、前記複数の通過孔４０ｈの総通過孔面積と前記複数の連通孔３４の総連通孔面積との比率により決まることから、複数の通過孔４０ｈの総通過孔面積が異なる複数種のハット状通過制限体４１として、例えば、中央噴出路３１からのガス燃料の噴出量と周囲噴出路３２からのガス燃料の噴出量との比を１：１０〜５：３の範囲で変更するように備えてある。

前記燃料噴出部本体Ｂｍの前記内筒本体部２１の先端に、前記ハット状通過制限体４１を大径内周面部分２２ａに内嵌した状態の内筒ノズル部２２を取り付け、燃料噴出部本体Ｂｍの外筒本体部１１の先端に外筒キャップ部１２を取り付けると、上述のように、外筒状体１０と内筒状体２０とが外筒状体１０の先端が内筒状体２０の先端よりも突出する状態で噴出部軸心Ｐにて同軸心状に備えられて、内筒状体２０の筒内にて中央噴出路３１が形成され且つ内筒状体２０と外筒状体１０との間に環状の周囲噴出路３２が形成され、その環状の周囲噴出路３２に、その周囲噴出路３２から噴出されるガス燃料Ｇを旋回させる旋回羽根３６が設けられ、更に、前記ハット状通過制限体４１が前記中央噴出路３１内における前記連通孔３２よりもガス燃料通流方向下流側の箇所に設けられることになる。

ちなみに、上述のように前記燃料噴出部本体Ｂｍに前記内筒ノズル部２２及び前記外筒キャップ部１２を取り付けることにより燃料噴出部Ｂを組み付けた状態では、前記内筒状体２０の先端が、噴出部軸心Ｐに沿う方向において、前記外筒状体１０の外筒キャップ部１２における収束用内周面部分１２ｂと案内用内周面部分１２ｃとの境界部分に位置するように構成してある。

そして、内筒状体２０の先端の開口部が、中央噴出路３１からガス燃料が噴出される中央噴出口３１ｎとなり、内筒状体２０の先端の外周縁と外筒状体１０の内周面とにより、環状の周囲噴出路３２からガス燃料が噴出される環状の周囲噴出口３２ｎが形成される。
又、外筒状体１０における前記内筒状体２０からの突出部分の内周面が、等径状の案内用内周面部分１２ｃにて構成されることになる。

そして、中央噴出路３１から周囲噴出路３２へのガス燃料分配比率を変更するときは、前記外筒キャップ部１２を燃料噴出部本体Ｂｍの外筒本体部１１から取り外し、続いて、内筒ノズル部２２を燃料噴出部本体Ｂｍの前記内筒本体部２１から取り外す。そして、前記ハット状通過制限体４１を総通過孔面積が異なるものに交換し、そのハット状通過制限体４１を内筒ノズル部２２の大径内周面部分２２ａに内嵌して、その内筒ノズル部２２を再び前記燃料噴出部本体Ｂｍの前記内筒本体部２１の先端に取り付け、更に、外筒キャップ部１２を再び燃料噴出部本体Ｂｍの外筒本体部１１の先端に取り付けることになる。

次に、上述のように構成した燃焼装置によるガス燃料の燃焼形態について説明する。
図５に示すように、燃料供給路３３から中央噴出路３１に供給されたガス燃料Ｇは、所定の分配比率にて複数の連通孔３４を通して周囲噴出路３２に分配される。
そして、中央噴出路３１を通流するガス燃料Ｇは、ハット状通過制限体４１の複数の通過孔４０ｈを内筒状体２０の径方向に向かって通過した後、内筒状体２０の長手方向に沿う方向に向きを変える形態で通流することにより、動圧が弱まって層流化が促進された状態で、内筒ノズル部２２の小等径状部分２２Ｃにて直進するように案内されて、中央噴出口３１ｎから噴出部軸心方向に直進状に噴出される。
一方、複数の連通孔３４を通して周囲噴出路３２に分配されるガス燃料Ｇは、中央噴出路３１から通流面積が狭まった連通孔３４を通して周囲噴出路３２の長手方向に直交する方向に向けて周囲噴出路３２に供給されることにより、動圧が弱まり、更に、ガス燃料Ｇの通流方向が周囲噴出路３２の長手方向に直交する方向からその周囲噴出路３２の長手方向に沿う方向に変わることにより、動圧が更に弱まり、そして、旋回羽根３６を通過することから、流速が低下し且つ旋回する状態で、中央噴出口３１ｎから噴出されるガス燃料Ｇの周囲を覆うように、環状の周囲噴出口３２ｎから噴出される。つまり、周囲噴出路３２から噴出されるガス燃料Ｇの流速を遅くして、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇを緩慢燃焼させるのに好都合な流速にすることができる。

尚、前記ハット状通過制限体４１の複数の通過孔４０ｈの総通過孔面積を中央噴出路３１における通流面積が最も狭い部分、つまり、内筒ノズル部２２の小等径状部分２２Ｃにおける筒内の横断面積よりも小さくしてあることから、前記ハット状通過制限体４１の複数の通過孔４０ｈにて律速となって中央噴出路３１を通流するガス燃料の流速が決まるので、中央噴出路３１から噴出されたガス燃料の層流状態が乱れるのを防止することができる。

そして、そのように環状の周囲噴出口３２ｎから流速が低下し且つ旋回する状態で噴出されたガス燃料Ｇは、中央噴出口３１ｎから噴出部軸心方向に直進状に噴出されたガス燃料Ｇを覆う状態で、収束用内周面部分１２ｂの先端から延びる等径状の案内用内周面部分１２ｃによる案内により、旋回しつつ噴出部軸心方向に進むように外筒状体１０の先端噴出口１０ａから噴出されるので、ガス燃料Ｇが燃料噴出部Ｂから噴出方向が安定した状態で噴出される。

そして、図３に示すように、燃料噴出部Ｂから噴出方向が安定した状態で噴出されるガス燃料Ｇの燃焼域に空気口５から燃焼用空気Ａが供給されて、ガス燃料Ｇが燃焼するので、炉内７の雰囲気に煽られ難い火腰の強い火炎Ｆを形成することができる。
又、周囲噴出路３２から噴出される旋回状のガス燃料流Ｇにて、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇの周囲を覆い、しかも、周囲噴出路３２から噴出されるガス燃料Ｇの流速が遅くて、そのガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａとの混合が速くなり過ぎないようにすることができると共に、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇは層流状態で通流するので、その中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａとの混合を緩慢化することができるものとなり、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇを炭素粒を効率良く発生させながら燃焼させることができて、輝炎の発生率をより一層向上させることができる。
更に、環状の周囲噴出路３２からガス燃料Ｇが旋回する状態で噴出されるので、火炎Ｆの幅を広くすることができる。

そして、燃料噴出部Ｂに設けるハット状通過制限体４１を総通過孔面積が異なるものに交換して、前記中央噴出路３１からのガス燃料の噴出量と前記周囲噴出路３２からのガス燃料の噴出量との比率を調節することにより、図１ないし図３において、実線及び一点鎖線にて示すように、火炎Ｆの形状を変更することができる。

中央噴出路３１からのガス燃料の噴出量と周囲噴出路３２からのガス燃料の噴出量との比率を中央噴出路３１からのガス燃料の噴出量の比率が小さくなるように変更すると、火炎Ｆの形状を、例えば、図１ないし図３において実線にて示す如き形状から、長さを長く且つ幅を狭くして、図１ないし図３において一点鎖線にて示す如き形状に変更することができる。

ちなみに、燃料供給量調節弁３８により、前記燃料噴出部Ｂ全体へのガス燃料の供給量を調節することにより、燃焼量を調節することになる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、この第２実施形態においては、燃料噴出部Ｂの構成が異なる以外は、第１実施形態と同様に構成してあるので、燃料噴出部Ｂの構成について説明する。
そして、図９に示すように、この第２実施形態においては、前記通過制限体４０の構成が上記の第１実施形態と異なる以外は、燃料噴出部Ｂを上記の第１実施形態と同様に構成してあるので、主として、前記通過制限体４０について説明する。

前記通過制限体４０は、前記通過孔４０ｈを１個設けた円板状に構成した円板状通過制限体４２にて構成してある。
その円板状通過制限体４２としては、通過孔４０ｈの開口面積が前記内筒ノズル部２２の横断面積よりも小さい状態で異なる複数種を備えてある。

前記外筒状体１０及び前記内筒状体２０を上記の第１実施形態と同様に構成して、前記円板状通過制限体４２を、内筒ノズル部２２の内周面の段部と前記内筒本体部２１の先端面との間に挟持する形態で、前記内筒状体２０に着脱自在に保持するように構成してある。
つまり、中央噴出路３１内に設ける円板状通過制限体４２を、通過孔４０ｈの開口面積が異なるものに変更自在なように構成してある。

そして、前記通過孔４０ｈの開口面積と前記複数の連通孔３４の総連通孔面積との比率により、前記燃料供給路３３により前記中央噴出路３１に供給されたガス燃料Ｇを前記複数の連通孔３４を通して周囲噴出路３２に分配するガス燃料分配比率が設定されることになるので、中央噴出路３１内に設ける円板状通過制限体４２を開口面積が異なるものに変更することにより、前記ガス燃料分配比率を変更自在なように構成してある。

上述のように、前記ガス燃料分配比率が、前記通過孔４０ｈの開口面積と前記複数の連通孔３４の総連通孔面積との比率により決まることから、通過孔４０ｈの開口面積が異なる複数種の円板状通過制限体４２として、例えば、中央噴出路３１からのガス燃料の噴出量と周囲噴出路３２からのガス燃料の噴出量との比を１：１０〜５：３の範囲で変更するように備えてある。

次に、上述のように構成した燃焼装置によるガス燃料の燃焼形態について説明する。
図９に示すように、燃料供給路３３から中央噴出路３１に供給されたガス燃料Ｇは、所定の分配比率にて複数の連通孔３４を通して周囲噴出路３２に分配される。
そして、中央噴出路３１を通流するガス燃料Ｇは、通流面積が狭まった円板状通過制限体４２の通過孔４０ｈを通過した後に、通流面積の広い部分を通流する形態で通流することにより、動圧が抑制されて層流化が促進された状態で、内筒ノズル部２２の小等径状部分２２Ｃにて直進するように案内されて、中央噴出口３１ｎから噴出部軸心方向に直進状に噴出され、環状の周囲噴出路３２を通流するガス燃料Ｇは、上記の第１実施形態において説明したのと同様に通流して、外筒状体１０から噴出されることになる。つまり、周囲噴出路３２から噴出されるガス燃料Ｇの流速を遅くして、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇを緩慢燃焼させるのに好都合な流速にすることができる。
尚、前記円板状通過制限体４２の通過孔４０ｈの開口面積を中央噴出路３１における通流面積が最も狭い部分、つまり、内筒ノズル部２２の小等径状部分２２Ｃにおける筒内の横断面積よりも小さくしてあることから、前記円板状通過制限体４２の通過孔４０ｈにて律速となって中央噴出路３１を通流するガス燃料の流速が決まるので、中央噴出路３１から噴出されたガス燃料の層流状態が乱れるのを防止することができる。

従って、上記の第１実施形態において説明したのと同様に、炉内７の雰囲気に煽られ難い火腰の強い火炎Ｆを形成することができる。又、周囲噴出路３２から噴出される旋回状のガス燃料流Ｇにて、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇの周囲を覆い、しかも、周囲噴出路３２から噴出されるガス燃料Ｇの流速が遅くて、そのガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａとの混合が速くなり過ぎないようにすることができると共に、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇは層流状態で通流するので、その中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａとの混合を緩慢化することができるものとなり、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇを炭素粒を効率良く発生させながら燃焼させることができて、輝炎の発生率を向上させることができる。

そして、燃料噴出部Ｂに設ける円板状通過制限体４２を通過孔４０ｈの開口面積が異なるものに交換して、前記中央噴出路３１からのガス燃料の噴出量と前記周囲噴出路３２からのガス燃料の噴出量との比率を調節することにより、上記の第１実施形態において図１ないし図３を用いて説明したのと同様に、火炎Ｆの形状を変更することができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を説明するが、この第３実施形態においては、燃料噴出部Ｂの構成が異なる以外は、第１実施形態と同様に構成してあるので、燃料噴出部Ｂの構成について説明する。
そして、図１０及び図１１に示すように、この第３実施形態においては、前記外筒状体１０の先端噴出口１０ａが横長状である点以外は、燃料噴出部Ｂを上記の第１実施形態と同様に構成してあるので、主として、前記外筒状体１０について説明する。

上記の第１実施形態と同様に、前記外筒状体１０を、前記外筒本体部１１とその外筒本体部１１に螺合自在な前記外筒キャップ部１２とを備えて構成し、更に、その外筒キャップ部１２の内周面を、上記の第１実施形態と同様に、等径状主内周面部分１２ａと、その等径状主内周面部１２ａの先端に連なる収束用内周面部分１２ｂと、その収束用内周面部分１２ｂの先端に連なる案内用内周面部分１２ｃとを備えるように構成してある。

そして、この第３実施形態では、前記外筒キャップ部１２の内周面のうちの案内用内周面部分１２ｃを、上記の第１実施形態とは異なって、横断面形状が両側の半円形部分を２本の平行な直線部分で連結した形状（以下、横長円形状と称する場合がある）の横長状となり且つ横断面形状が長手方向に沿って一定になるように形成して、前記外筒状体１０の先端噴出口１０ａを横長円形状の横長状に形成してある。

この第３実施形態の燃料噴出部Ｂでは、周囲噴出路３２からのガス燃料Ｇが、外筒状体１０の横長状の先端噴出口１０ａにより、中央噴出路３１から噴出されるガス燃料Ｇの周囲を覆う状態で横幅方向に広い広幅状に噴出されるので、図１ないし図３において示す火炎Ｆを、横幅方向に広い広幅状に形成することができる。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。

（イ） 上記の第２実施形態において、外筒状体１０の先端噴出口１０ａを、上記の第３実施形態と同様の横長円形状の横長状に形成しても良い。
又、外筒状体１０の先端噴出口１０ａを横長状に形成する場合、その具体的な形状は上記の第３実施形態において例示した横長円形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形状や横方向に長い長方形状でも良い。

（ロ） 上記の第１〜第３の各実施形態において、旋回羽根３６を省略しても良い。

（ハ） 上記の第２実施形態において、前記通過孔４０ｈを円板状通過制限体４２に複数設けても良い。
この場合、前記通過孔４０ｈの個数又は各通過孔４０ｈの開口面積を異ならせることにより、前記ガス燃料分配比率を変更することになる。

（ニ） 本発明の燃焼装置は、上記の各実施形態において例示したサイドポート式のガラス溶解炉以外に、図１２及び図１３に示すように、所謂エンドポート式のガラス溶解炉の燃焼装置にも適用することができる。
以下、エンドポート式のガラス溶解炉について説明する。
炉体１の一側面を形成する炉壁４の外側に、左右一対の蓄熱室３を設けると共に、その炉壁４に、各蓄熱室３に対応させて空気口５を形成し、各蓄熱室３と各空気口５とを空気供給路６にて連通させてある。
そして、前記左右一対の空気口５を形成した炉壁４における前記左右一対の空気口５夫々の下方に、燃料噴出部装着孔４ｓを設け、各燃料噴出部装着孔４ｓに、第１実施形態と同様の燃料噴出部Ｂを第１実施形態と同様に設けて、左右の燃料噴出部Ｂを用いて交番燃焼を行わせるように構成してある。

燃料噴出部Ｂを設けた側面の一方に隣接する側面を形成する炉壁４における燃料噴出部Ｂの側の端部に、ガラス原料の投入口４ｉを設け、燃料噴出部Ｂを設けた側面に対向する側面を形成する炉壁４の外部に作業槽８を設けると共に、その作業槽８と溶解槽２との間の炉壁４には、溶解槽２と作業槽８とを連通させる取り出し孔４ｅを形成してある。
つまり、投入口４ｉからガラス原料を溶解槽２に投入して、そのガラス原料を、燃料噴出部Ｂを設けた側面側からそれに対向する側面側の取り出し孔４ｅに向けて、火炎Ｆの長手方向に沿って流動させながら溶融させ、取り出し孔４ｅを通じて、清浄な溶融ガラスを作業槽８に導くように構成してある。

（ホ） 外筒状体１０と内筒状体２０との配置形態としては、上記の各実施形態にて例示した配置形態、即ち、外筒状体１０の先端が内筒状体２０の先端よりも突出する配置形態に限定されるものではなく、外筒状体１０の先端と内筒状体２０の先端とが噴出部軸心方向において同位置に位置する配置形態や、外筒状体１０の先端が内筒状体２０の先端よりも後退する配置形態でも良い。

（ヘ） 内筒本体部２１の先端に付け換え自在な内筒ノズル部２２として、旋回羽根３６の旋回角度が異なる複数を用意して、内筒ノズル部２２を付け換えることにより、旋回羽根３６の旋回角度を変更可能なように構成しても良い。この場合、旋回羽根３６の旋回角度を変更することにより、燃料噴出部Ｂから噴出されるガス燃料の広がり程度を変更して、火炎の幅及び長さを変更することができる。

（ト） 空気口５から炉内７に供給する燃焼用酸素含有ガスとしては、上記の各実施形態において例示した空気以外に、空気に炉内７から排出した燃焼排ガスを混合したものや、酸素含有率を高くした酸素富化空気等、種々のものを用いることができる。

（チ） 本発明は、上記の各実施形態で例示したガラス溶解炉や、図１０及び図１１にて示す別実施形態で例示したガラス溶解炉以外にも、種々の加熱炉用の燃焼装置に適用することができる。

実施形態に係る加熱炉用の燃焼装置を設けたガラス溶解炉の縦断面図 図１のイ−イ矢視図 実施形態に係る加熱炉用の燃焼装置を設けたガラス溶解炉の要部の縦断面図 第１実施形態に係る加熱炉用の燃焼装置の燃料噴出部の縦断面図 第１実施形態に係る加熱炉用の燃焼装置の燃料噴出部の要部の縦断面図 図５のロ−ロ矢視図 図５のハ−ハ矢視図 第１実施形態に係る加熱炉用の燃焼装置の燃料噴出部の要部の縦断面図 第２実施形態に係る加熱炉用の燃焼装置の燃料噴出部の要部の縦断面図 第３実施形態に係る加熱炉用の燃焼装置の燃料噴出部の要部の縦断面図 図１０のニ−ニ矢視図 別実施形態に係るガラス溶解炉の縦断面図 図１２のホ−ホ矢視図

符号の説明

５ 酸素含有ガス供給口
６ 酸素含有ガス供給部
７ 炉内
１０ 外筒状体
１０ａ 先端噴出口
２０ 内筒状体
３１ 中央噴出路
３１ｎ 中央噴出口
３２ 周囲噴出路
３３ 燃料供給部
３４ 連通孔
４０ 通過制限体
４０ｈ 通過孔
４１Ａ 筒状部
４１Ｂ 環状部
Ｂ 燃料噴出部

Claims (3)

1. 炉内にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、
   その燃料噴出部のガス燃料噴出箇所とは異なる箇所に設けられた酸素含有ガス供給口から、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とが設けられ、
   前記燃料噴出部が、外筒状体と内筒状体とを同軸心状に備えて、前記内筒状体の筒内にて中央噴出路を形成し且つ前記内筒状体と前記外筒状体との間に環状の周囲噴出路を形成するように構成された加熱炉用の燃焼装置であって、
   前記燃料噴出部にガス燃料を供給する燃料供給部が、前記中央噴出路にガス燃料を供給するように設けられ、
   前記内筒状体が長尺状であり、
   前記外筒状体が、前記内筒状体における先端側部分の外周部に設けられ、
   前記内筒状体における前記外筒状体内に位置する部分に、前記中央噴出路に供給されたガス燃料の一部を前記周囲噴出路に供給するように連通孔が設けられ、
   前記中央噴出路内における前記連通孔よりもガス燃料通流方向下流側で且つ先端の中央噴出口よりもガス燃料通流方向上流側の箇所に、ガス燃料の通過を制限する通過孔を備えた通過制限体が設けられている加熱炉用の燃焼装置。
2. 前記通過制限体が、前記内筒状体の内径よりも小径で且つ先端が閉じられた筒状部と、その筒状部の基端部と前記内筒状体との間に位置する環状部とを備えて構成され、
   前記通過孔が、前記通過制限体における前記筒状部の周壁に、その周方向に分散する状態で複数設けられている請求項１記載の加熱炉用の燃焼装置。
3. 前記外筒状体の先端噴出口が横長状である請求項１又は２記載の加熱炉用の燃焼装置。

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