JP4241952B2 - テクニカルガラス製造プロセス及び該プロセス用バーナー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス燃料、特に天然ガス用のバーナーに関する。
【0002】
【従来の技術】
ほとんどの工業的炉、例えばガラス製造用の炉においては、放射による熱の伝播が主要な役割をはたす。しかしながらこの熱伝播は、一方では燃焼放射パワーに基づき、他方では空間的な分布・分配に基づくものである。
ガラス製造業においては、炉内である種類のガラス、例えば液晶(LCD)などのテクニカルガラスを作ることにおいて観られるものであるが、これはおよそ1mmの厚さを要求する。すなわちその炉を加熱する炎(フレーム)に関しては極めて適正な特性を必要とするものである。
【0003】
これらの特性においては、一方では、好適に例えばすすの粒子などのスペシーズ( 核種) を実質的に削減しないような1つの炎を有し、そして他方では、その放出レンジが約2μm〜5μmの波長帯域における所謂「ブルーフレーム( 青炎) 」であることが認識されている。
ブルーフレームはこれら2つの条件を満たすものである。即ちそれら条件はまず、すすが生成しないこと、そして、そのすすの放出(エミッション)はそのすべての部分において起こり、一方では、2.2μm〜2.8μmの放出レンジが良いとされる水蒸気から放出され、他方では、2.8μm〜3μmのみならず4μm〜5μmの放出レンジにおける炭素の二酸化化合物からの放出であることにある。
【0004】
最後に、1つの炎からの熱伝播はその運動量(モメンタム)と密接に関係することが判っている。つまり、炎の運動量が大きければ大きいほど、この炎からの熱伝播が縦の下方流にシフトされる。
また、前述したテクニカルガラスの製造のためには、その炎はある制限された(又は低い)運動量をもっていることもまた要求される事項であることが明らかであり、即ちこれは「ノン・ハード」である炎であり、好ましくは、そのバーナーに面する耐火性の炉壁を過剰に加熱しないようなソフトなものである必要がある。
【0005】
例えば、出願人としての会社名で開示したFR−A−1441671には、ハイドロカーボンガス、特に天然ガスのためのバリアブルフレーム(可変炎)バーナーが例示されている。これは、1つの中央ダクトと中間環状ダクトおよび周縁環状ダクトを形成するように集中的に配された複数の管部材をもつバーナーとして知られている。この中央ダクトはオキシダント( 酸化体) で満たされ、周縁環状ダクトは燃料で満たされる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仮に1つのブルーフレームを得るためにこのバーナーの炎を調整することが可能であったとしても、この炎は1つの高い運動量を有する複数の炎によってのみ得られるものであり、これはすなわち「ハード・フレーム」であると言える。
そこで本発明の目的は、前述した種類のバーナーを改良して、そのバーナーが低い運動量を伴なう1つの「ブルー」フレームを生成できるようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の現状に鑑みて成されたものであり、上記問題を解決し目的を達成するために次のような手段を講じている。すなわち、
本発明のバーナーは、ガス燃料、特に天然ガス用のバーナーに係わるものであり、燃焼空間内にガスを供給するための3つの同軸のダクトを有し、それぞれ名付けて、オキシダントの供給のための中央ダクトと、燃料の供給のための中間環状ダクトと、オキシダントの供給のための周縁環状ダクトから構成された構造のバーナーとしている。
【0008】
また、トータルなオキシダント・フローレート(流量率)Qo TOT は、次式によって定義されている。すなわち、
【数3】
Qc は、バーナーの名目の燃料消費量を表わす。R0 は、燃料とオキシダントとの間の化学量的レシオ。ΔRは、化学量的な度合い(量) であり、低運動量を有するブルーフレームを得るためには、3つのダクト(管) は次式を満足する。
【0009】
【数4】
D1 は、中央ダクトの直径であり、
D2 は、中間環状ダクトの内径であり、
D3 は、中間環状ダクトの外径であり、
D4 は、周縁環状ダクトの内径であり、
D5 は、周縁環状ダクトの外径であり、
中央ダクトは、そのバーナーの軸について20°〜45°の間の角度、好ましくは40°の角度を成すフレアー(広がり)がついた壁端を有している。
【0010】
本発明は次に示す特徴のうちの1つ又はそれ以上を含んでいてもよい。すなわち、中間環状ダクトは1つの内壁終端をもち、これはバーナーの軸方向においてある角度を有し、例えばこの軸について5°〜30°の間の角度、好ましくは25°の角度を成す。
周縁環状ダクトは1つの中間壁端をもち、これはバーナーの軸の方向においてある角度を有し、例えばこの軸について5°〜30°の間の角度、好ましくは25°の角度を成す。
中央ダクトの出口端は、その周縁ダクトの出口端に対応して0〜1.5D1 、例えば、好ましくはD1 に等しい距離hによりセットバックされている。
【0011】
また本発明は、テクニカルガラスの製造のためのプロセスにも関連し、例えば、液晶ディスプレイスクリーン用のカラスに関係するそのガラスバス( 槽) は、少なくとも1つの炎によって熱っせられ、少なくともその1つの炎は青色をしたノン・ハード・フレームであり、所謂、1つのエミッション( 放出)スペクトラムを有し、本質的には2μm〜5μmの長さに置かれていることを特徴とするものであり、実質的には核種を含まず、そして特にすすは含まないものである。
【0012】
なお、本発明の他の特徴および作用効果は、添付する図面を参照しながら以下に記載した説明から明らかとなるであろう。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバーナーについての複数の実施形態例および、それらの変形例を挙げて詳しく説明する。
図1には、本発明に基づく1つのバーナー1を例示している。このバーナー1は、燃焼空間9の中にガスを供給するための3本のダクト3,5及び7を具備している。即ちこれら3本のダクト3,5及び7は、バーナー1のX−X軸の廻りに集中的に配されている。
【0014】
ダクト3は、そのガス取入れ口端部11によって、オキシダント、例えば酸素のフローレートを制御するための構成部材13と接続されている。
中間環状ダクト5は、燃料、例えば天然ガスのフローレートを制御するための構成部材21に接続する取入れ口端部15を具備している。
【0015】
また、周縁環状ダクト7は、オキシダントのための取入れ口端部19を有してしている。このダクト7は、オキシダント、例えば酸素のフローレートを制御するための構成部材19によって酸素が供給される。
図1に示される如く、バーナー1はパッセージ(経路)23に導かれ、これはガラス製造業におけるタップホールとして参照される耐火性ブロック25のものである。このブロック25のパッセージ23は、燃焼空間9の方向に開口して成るフレアードパッセージ27に開いている。
【0016】
図1および図2に見られる如く、このバーナーの出口終端は、その一方ではブロック25でできたパッセージ23によって形成され、その他方では中央チューブ29および中間チューブ31という2本の管部材によって形成されており、これらは、燃焼プロセスで発生する熱に耐えられるように耐熱スチールで作られている。
また図2に示されるように、中央ダクト3は直径D1 を有している。中間環状ダクト5は内径D2 と外径D3 を有している。周縁環状ダクト7は内径D4 と外径D5 を有している。
【0017】
流入ガスによる希薄の欠如においては、燃料とオキシダントとが極めて迅速に、そしてできるだけ均一に混合されるという状態でのみ、すすの無い炎を生成することが可能である。
この目的を達成するため、および「ブルー」フレームの生成のためにその炎の運動量を削減するためには、チューブ29と31の終端が機械加工がきく(即ち可削性をもつ)ものである。つまり、中央ダクト3は1つのフレアードウォール(拡張壁)の端部41を有し、中間環状ダクト5は1つの内壁終端42をもち、バーナー1の軸X−X方向においてある角度α2 を有し、例えばこの軸について5°〜30°の間の角度、好ましくは25°の角度を成している。
【0018】
また、周縁環状ダクト7は1つの中間壁終端をもち、バーナー1の軸X−Xの方向においてある角度α3 を有し、例えばこの軸について5°〜30°の間の角度、好ましくは25°の角度を成していることを特徴とする。
前述の中央ダクトの出口終端45は、その周縁環状ダクト7の出口終端に対応して0〜1.5D1 、例えば、好ましくはD1 に等しい距離hによりセットバックされて成ることを特徴としている。
【0019】
さらに、周縁環状ダクト7の出口終端は、耐火性のブロック25内において、タップホール23の壁と、フレアードパッセージ(拡張経路)27の壁との間の交差によって規定される平面P内に配設されている。中央ダクト3の出口終端を規定している内部チューブ29の終端45は、この平面Pに対応する距離hによってセットバックされている。
【0020】
このバーナー1はある通常のパワーのためにデザインされており、これはこのバーナーの通常の燃料消費Qc が組み合わされる。この通常の流量率Qc に対応して、D1 〜D5 が示すバーナーの各部位の寸法が固定化される。
【0021】
「ブルー」フレームを生成するためには、燃焼空間に供給されたすべての燃料を燃やすために必要な化合物を生成する混合物の化学的量と等しいかそれよりも多くのオキシダントの供給が必要となる。トータルなこのオキシダントの流量率Qo TOT は次式によって定義される。すなわち、
【数5】
なお、Qc はバーナーの名目の燃料消費量を表わし、R0 は燃料とオキシダントとの間の化学量的レシオ。ΔRは化学量的な量であって、低運動量を有するブルーフレームを得るためにはそのバーナーが用いられるガラス製造アプリケーションによる進歩発展において規定される化学量的な超過値である。
【0022】
低い運動量を有するブルーフレームを生成するためには、出願人の会社は、次に示すD1 〜D5 の各寸法の関係を計算することにより決定した。即ち、
【数6】
【0023】
このバーナーは、その燃料およびオキシダントの流れによる他には何らの冷却も無い極めて高い温度(約1600℃)の環境において運用される。このバーナーを用いれば低運動量の「ブルー」フレームが得られ、よって、バーナーに対面する耐熱壁を過熱( オーバーヒート) することはない。
【0024】
(その他の変形例)
なお、本発明は前述した各実施形態例の他にも本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。本発明のバーナーにおける組合せや使用する材料等は例示したものに限らず任意に設定することができる。例えば、各部位の形状・寸法ならびに材質等は、作用効果のために必要に応じて種々の変更が可能であると共に、他の技術との適宜な組合せも可能である。
【0025】
【発明の効果】
以上、本発明の実施形態例および変形例に基づく説明の如く、本発明のガラス製造プロセスおよびそのためのバーナーによれば、バーナーを前述のように改良し制御することによって、低い運動量を伴なう1つのブルーフレームを生成できるようなバーナーを提供でき、これによってテクニカルガラスの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくバーナーの一部を断面で示す構造図。
【図2】図1中のバーナーの符号IIで示された箇所を詳しく示す拡大図。
【符号の説明】
1…バーナー、
3…中央ダクト、
5…中間環状ダクト、
7…周縁環状ダクト、
9…燃焼空間、
11…取入れ口(ガス用)、
19…取入れ口(オキシダント用)、
23…パッセージ(経路)、
25…ブロック、
27…拡張経路、
29…中間チューブ、
41…拡張壁。
Claims (4)
- ガラス槽は少なくとも1つの炎(フレーム)によって加熱され、炎(フレーム)の少なくとも1つは低い運動量をもっているブルーフレームであり、2μm〜5μmの間の波長帯域における放出レンジを有するブルーフレームである液晶ディスプレイ用ガラスの製造方法であって、
燃焼空間内にガスを供給するための3つの同軸のダクト(3、5、7)、
・オキシダントの供給のための中央ダクト(3)、
・ガス燃料の供給のための中間環状ダクト(5) 、及び
・オキシダントの供給のための周縁環状ダクト(7)
を有するバーナーにより、少なくとも1つのブルーフレームが生成されるものであり、
バーナーに対するトータルなオキシダント・フローレートQo TOT は次式によって定義されるものであり、
3つのダクトの寸法は次式を満足するものであり、
中央ダクト(3) は、バーナーの軸(X−X) に対して20°〜45°の間の角度(α1)を形成するフレアーがついた壁終端(41) を有していることを特徴とする、液晶ディスプレイ用ガラスの製造方法。 - 請求項1に記載の液晶ディスプレイ用ガラスの製造方法であって、中間環状ダクト(5) は1つの内壁終端(42) をもち、これはバーナーの軸(X−X) 方向において傾斜し、バーナーの軸(X−X) に対して5°〜30°の間の角度(α2)を成すことを特徴とする、請求項1に記載の液晶ディスプレイ用ガラスの製造方法。
- 請求項1及び請求項2の何れかの1項に記載の液晶ディスプレイ用ガラスの製造方法であって、周縁環状ダクト(7) は1つの中間壁終端(43)をもち、これはバーナーの軸(X−X) の方向において傾斜し、バーナーの軸(X−X)に対して5°〜30°の間の角度(α3)を成すことを特徴とする、請求項1及び請求項2の何れかの1項に記載の液晶ディスプレイ用ガラスの製造方法。
- 請求項1〜請求項3の何れかの1項に記載の液晶ディスプレイ用ガラスの製造方法であって、中央ダクト(3)は、その周縁環状ダクト(7) の出口終端に対して0〜1.5D1の距離(h)によりセットバックされて成る出口終端(45)をもつことを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れかの1項に記載の液晶ディスプレイ用ガラスの製造方法。
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