JP5203715B2 - 調整された火炎の浸漬バーナー - Google Patents

Description

本発明は、バーナーを含む、詳しくはシリカを基礎材料とするガラスを製造するためのガラスバッチ材料を溶融させるのに適したもの、特に浸漬バーナーのようなもの、すなわち火炎を溶融ガラスバッチ内で生じさせるものを含む装置に関する。

浸漬バーナーには、特にそれらが溶融すべきバッチ材料中へ溶融エネルギーを直接投入して、それらを非常に効果的にする（熱損失を少なくする）ので、そしてまた変化させようとする材料を強く撹拌するので、ガラスを溶融させる上でいくつかの利点がある。これは更に、溶融の効果を増大させる。ガラスを溶融させるのに浸漬バーナーを用いることは、例えば、国際公開第９９／３５０９９号パンフレット、国際公開第９９／３７５９１号パンフレット、国際公開第００／４６１６１号パンフレット、国際公開第０３／０３１３５７号パンフレット及び国際公開第０３／０４５８５９号パンフレットに記載されている。

しかし、運転時には、溶融した材料又は変化させる材料がバーナーに入り、それによりそれらを消火させることがある。このような事態は、溶融処理全体の作業をかなりかき乱し、そしてこれをできる限り避けることが試みられている。

出願人は、この種の事態を回避する手段を発見した。本発明によれば、バーナーの周囲に追加のガス入口を配置する。これらの追加の入口は、それら自体は一般にバーナーではないが、特にこれらの追加の入口の一つが酸化用のガスを吹き込む場合には、バーナーの燃焼に寄与することができる。

出願人は、浸漬バーナーの火炎は、バーナーから時々、一般に１分当たり３０〜３００回の範囲の頻度で、離脱する気泡と同一視することができる、ということを発見した。この様子は、バーナーに供給する流体（ガスなど）の圧力を測定することにより発見された。実際のところサージングが観測され、これらに完全に規則的な周期数があった。次に述べる理論に縛られるわけではないが、バッチ材料は、気泡がバーナーを離れた直後にバーナーに入る傾向があった。本発明によれば、バーナー近くでのガスの少なくとも一つの流入が規則的な気泡の離脱を促進し、そしてバッチ材料がバーナーに入る頻度をかなり低減する。このガスの流入は、気泡の脱離の調整器として働くように見える。

バーナーには、一緒に反応して火炎を生じさせる酸化剤と燃料が供給される。酸化剤は酸素を含むことができ、そして例えば純粋な酸素、空気、あるいは酸素を富化した空気であることができる。燃料は、例えば天然ガス、メタン、ブタン又はプロパンでよい。酸化剤と燃料は一般に、バーナーへ同心円状に供給され、そして一般に、バーナーの出口の直ぐ上流に配置される室で混合される。

バーナーには液体燃料を供給することが可能である。

本発明は、ガラスのバッチ材料内で火炎を発生させる少なくとも１つの浸漬バーナーによりガラスのバッチ材料を溶融させるための方法と装置に関するものであり、バーナーと別の少なくとも１つのガス入口が火炎と相互に作用するためにバーナーに十分に近接している。バーナーに関してガスの追加の流入は、バーナーの方向と実質的に同じ方向でよく、すなわちこの追加して流入するガスは、バーナーに供給される酸素及び燃料の方向と平行の方向を有することができる。しかし、この追加して流入するガスは、好ましくは、バーナーによってガスの放出される方に向かって導かれる。一方において別のガス入口の軸線とバーナーの軸線との交点と、他方においてバーナーの出口の穴との距離は、例えば、０から無限大（平行流）までの範囲でよく、好ましくは０〜１５ｃｍの範囲である。別のガス入口がバーナーから離れなければならない距離は、状況、流量、温度などに依存し、そのためこの距離を与える正確な式を提示するのは困難である。重要な点は、ガスの流入は、火炎がバーナーから気泡のように離脱するのを促進するように、バーナーの火炎と相互作用するのに、すなわちその形状又は火炎の直ぐ近傍における液の流束に影響を及ぼすのに、十分バーナーに近くなければならないということである。一般には、別のガスの入口はバーナーから５０ｃｍ未満であることができる。

別の入口に供給されるガスは、酸素又は窒素又は空気を含むことができる。特にそれが酸素のような酸化用のガスを含む場合には、それはバーナーの燃焼に関与することができる。この場合には、それは酸化剤の追加の源となる。

一般に、１又は２以上の別々の入口を経由して別々に流入してくるガスの体積流量は、合計で（全ての別の入口の流量の総計で）、バーナーに供給される気体の酸化剤と気体の燃料（バーナーへの供給流体が気体である場合）の標準体積流量（標準体積とは標準の温度及び圧力条件に関して言うものである）の総計の２〜２０％、好ましくは５〜１０％に相当する。一般には、気体酸化剤と気体燃料の標準体積流量の総計は０．５Ｎｍ³／ｈ〜１５０Ｎｍ³／ｈの範囲である。

好ましくは、各バーナーについて、バーナーからの気泡状の火炎の放出に影響を及ぼすように、少なくとも２つの別のガス入口を設ける。より好ましくは、各バーナーについて、バーナーからの気泡状の火炎の放出に影響を及ぼすために少なくとも２つの別のガス入口を設ける。バーナーごとに４つの、あるいは５つの（又はそれより多くの）別の入口を用いることも可能である。

本発明はまた、火炎がバーナーから気泡状に離脱する挙動を示し、この気泡の離脱を酸化剤及び／又は燃料の圧力の測定により検出する（サージングの検出）のが可能であり、バーナーと別の少なくとも１つのガス入口がその離脱の規則性を向上させる少なくとも１つの浸漬バーナーにより、ガラスのバッチ材料を溶融させる方法にも関する。脱離の頻度は一般に、１分当たり３０〜３００回の範囲である。

本発明はまた、バーナーと、このバーナーから５０ｃｍ未満の少なくとも１つのガス入口ノズルとを含む装置にも関する。この装置は、バーナーから５０ｃｍ未満の少なくとも２つのガス入口ノズルを含むのが好ましく、バーナーから５０ｃｍ未満の少なくとも３つのガス入口ノズルを含むのがより好ましい。

本発明はまた、本発明による装置を含んでいて、バーナーが溶融され又は変化させられるガラスバッチ中に入れられる、特にシリカを基礎材料とするガラス（すなわち一般に少なくとも３０重量％のシリカを含有しているガラス）の生産のための、ガラスバッチ溶融炉にも関する。

図１は、バーナーと３つの別のガス入口とを含む本発明による装置を上から見たところを示している。
図２は、側面から見た本発明による炉を示している。
これらの図には、バーナーに供給される燃料の流入と酸化剤の流入は示されていない。

図１は、耐熱材料（耐火性コンクリート、耐火性石材、モリブデン、あるいは溶融ガラスに対し耐久性のある任意の材料）で製作された支持体１、３つの別のガス入口に取り囲まれた中央部のバーナー２を含む、本発明による装置を上から見たところを示している。この装置は炉の床に配置することができ、バーナーが溶融した材料内に火炎を生じさせる。

図２は側面から見た炉を示している。この炉は、耐熱材料で製作された壁を含み、天井４と床５を含む。天井を通り抜ける開口部６により、バッチ材料（シリカ、シリカ融剤、流動増進剤など）を導入し及び／又は煙道ガスを排出する。溶融した材料の液面８より下方で炉に入る開口部７も、バッチ材料を導入するのに使用することができる。溶融した材料は流路１３を通って炉から出てゆく。この炉には、液面８より下方で、おのおのが溶融した材料内に火炎１１を生じさせる２つの浸漬バーナー９が装備されている。各バーナーの周囲に配置されているのが２つの別のガス入口１０であり、バーナーからの「気泡の放出」を調整するのに十分バーナーに接近している。

バーナーと３つの別のガス入口とを含む本発明による装置を上から見たところを示す図である。 側面から見た本発明による炉を示す図である。

Claims (16)

1. 溶融したガラスバッチ材料内で火炎を発生させる少なくとも１つの浸漬バーナーによりガラスバッチ材料を溶融させる方法であって、該バーナーと別の少なくとも１つのガス入口ノズルが該バーナーから５０ｃｍ未満であり且つ該火炎と相互作用するのに十分該バーナーに接近していることを特徴とするガラスバッチ材料溶融方法。
2. 前記別のガス入口の軸線と前記バーナーの軸線との交点と、前記バーナーの出口の穴との距離が、０〜１５ｃｍの範囲であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記バーナーに、一緒に反応して火炎を生じさせる酸化剤と燃料が供給されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 前記ガスが酸素又は窒素又は空気を含むことを特徴とする、請求項１から３までの一つに記載の方法。
5. 前記ガスが前記バーナーの燃焼に関与することを特徴とする、請求項１から４までの一つに記載の方法。
6. 別々に流入してくるガスの体積流量が前記バーナーに供給される気体の酸化剤と気体の燃料の標準体積流量の総計の２〜２０％に相当することを特徴とする、請求項１から５までの一つに記載の方法。
7. 別々に流入してくるガスの流量が前記バーナーに供給される気体の酸化剤と気体の燃料の標準体積流量の総計の５〜１０％に相当することを特徴とする、請求項６記載の方法。
8. 気体酸化剤と気体燃料の標準体積流量の総計が０．５Ｎｍ³／ｈ〜１５０Ｎｍ³／ｈの範囲であることを特徴とする、請求項１から７までの一つに記載の方法。
9. 少なくとも２つのガス入口を含むことを特徴とする、請求項１から８までの一つに記載の方法。
10. 少なくとも３つのガス入口を含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 前記火炎が前記バーナーから気泡状に離脱する挙動を示し、この離脱を前記酸化剤及び／又は燃料の圧力の測定により検出することができ、前記バーナーとは別の少なくとも１つのガス入口がその離脱の規則性を向上させることを特徴とする、請求項３記載の方法。
12. 前記脱離の頻度が１分当たり３０〜３００回の範囲であることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
13. ガラスバッチ中に浸漬されるバーナーを含む装置を含み、少なくとも１つのガス入口ノズルが前記バーナーから５０ｃｍ未満にある、ガラスバッチ溶融炉。
14. 前記装置が前記バーナーから５０ｃｍ未満の少なくとも２つのガス入口ノズルを含む、請求項１３記載のガラスバッチ溶融炉。
15. 前記装置が前記バーナーから５０ｃｍ未満の少なくとも３つのガス入口ノズルを含む、請求項１４記載のガラスバッチ溶融炉。
16. 請求項１から１５までの一つに記載の方法又は装置又は炉の、ガラスの溶融への利用。

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