JP5461520B2 - ｑｕａｒｌブロックとインジェクタとを具備した燃焼ツール、前記ツールのアセンブリおよび前記ツールを備えた炉 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼ツール、たとえばｑｕａｒｌブロック（bloc ouvreau）および少なくとも１つのインジェクタを具備したバーナーと、揮発物質および／または浮遊物質に富んだ雰囲気を収容した炉内で使用することのできる、このような燃焼ツールのアセンブリとに関する。

この文脈では、用語「燃焼ツール」は、燃料および／または酸化剤を外部から一般に金属製のパイプまたは部品からなる本体を経由して燃焼チャンバ内へ運ぶためのツールを意味すると理解される。この本体の端部には、１つ以上のインジェクタがあり、その目的は、一方ではｑｕａｒｌブロックに接続すること、他方では燃料および／または酸化剤のジェットに所望の仕様を有する火炎を得るのに必要な空気力学特性を伝えることにある。

用語「バーナー」は、燃料と酸化剤とを運んで混合するのに使用される「燃焼ツール」を意味すると理解される。

また、インジェクタは、第１に精度に関する制約および金属本体への接続のために、第２に費用に関して耐火セラミック部品が高価であるために、一般に金属材料で作られている。

非金属材料の場合における用語「耐火性」は、この非金属材料を１５００℃を上回るまたは少なくとも等しい温度で使用できることを特徴付ける。

ｑｕａｒｌブロックは一般に１種以上の非金属耐火材料で作られている。その機能は燃焼ツールまたはバーナーの金属部分を燃焼チャンバからの輻射から保護すること、更にツールまたはバーナーとその中で炎が拡がるエンクロージャの壁とを接続することにある。このエンクロージャを以後「燃焼チャンバ」と呼ぶ。

このようなバーナーとガラス調整フィーダーでのその使用は特にWO 99/39833により知られている。

加熱プロセスでの１つ以上のインジェクタの使用は、多くの場合、前記インジェクタの整備または交換に関する制約を課す。

これは、ツールまたはバーナーが使用されているときに、
−ｑｕａｒｌブロックの排出口の温度が一般に燃焼チャンバ内部の温度に非常に近く、
−インジェクタの温度が一般にｑｕａｒｌブロックの温度を下回り、さらに、インジェクタを構成する材料の最大動作温度も下回るからである。この温度がｑｕａｒｌブロックの温度より低いのは、インジェクタ内を流れる、気体または液体の何れかの流体のためである。

したがって、インジェクタ内での流体の流れは、前記インジェクタを冷やして、その温度をそれを構成する材料の特徴によって課される限界値よりも低く維持する。不十分な冷却の結果は、材料およびそれによる注入の比較的早い劣化／老化、たとえば材料の酸化または溶融である。また、インジェクタの不十分な冷却は煤煙の形成という結果をもたらす場合があり、その結果、特に流体が燃料である場合、燃焼または分解反応が前記流体の排出口領域で開始するので、炭素がインジェクタ上に堆積し、前記排出口領域を塞ぐ。そのため、注入された流体でインジェクタを冷却することでインジェクタを保護する。

しかし、インジェクタの冷却は、たとえば、特にインジェクタの先端上に材料が堆積する現象などの問題を更に引き起こす場合がある。この堆積物は揮発性材料または他の浮遊物質に由来するものであり、これらの物質は、多くの場合、燃焼チャンバのおよび／またはｑｕａｒｌブロックの雰囲気中に存在しており、（図１に示したように）特にインジェクタの付近での燃焼ガス再循環の影響に促されてインジェクタに入る。

具体的には、インジェクタの温度はｑｕａｒｌブロックの温度よりも、さらに燃焼チャンバ内の温度よりも低いので、揮発性物質はインジェクタの冷却壁上で凝縮する傾向がある。この凝縮物は流体の排出口に近い領域に侵入して、流体の正確な注入を妨害するまたは更にそれをさせないだけでなく、ｑｕａｒｌブロックに侵入してそれにダメージを与えるおそれがある、および／またはその整備を行うためまたはインジェクタを交換するためにインジェクタをｑｕａｒｌブロックから取り外すのを難しくするまたは更にそれを不可能にするおそれがある。

この凝縮現象は特に溶融炉、たとえばガラス溶融炉内で起き、これは特にたとえばガラス繊維製造プロセスの場合などでのガラスを調整するための炉フィーダー（前炉とも呼ばれる）において観察されてきた。

実際、堆積物はバーナーのインジェクタ上で認められていた。これら堆積物の分析から、それらが、一方ではインジェクタのその端部に近いところに堆積した溶融ガラスと、他方ではこのインジェクタの端部の上流での硫黄含有成分とを含んでいることがわかった。

この凝縮現象によって被る追加の整備費用に加えて、インジェクタおよび／またはｑｕａｒｌブロックにダメージを与えるおそれが著しく増大する。これは、この設備をより頻繁に交換することを必要とする場合があり、さらに使用するツールまたはバーナーの数が数百に達する場合のあるガラス調整の場合に特に相当額となり得る超過の金銭的費用を被る場合がある。

本発明の目的はｑｕａｒｌブロックに取り付けたインジェクタ上で揮発性物質または浮遊物質が凝縮するこの現象を少なくすることまたは更にこの現象をなくすることにある。

本発明は特に、ｑｕａｒｌブロックおよびインジェクタを具備した燃焼ツールであって、特にバーナーであり得るツールに関する。

ｑｕａｒｌブロックは非金属耐火材料で作られたブロックである。これは、燃料および／または酸化剤のための入口面と、この入口面の反対側にある出口面とを有する。このブロックは、出口面に開いたｑｕａｒｌ出口と、入口面と出口面との間にあるダクトとを規定している。ダクトは実質的に環状または円筒状の排出セクションを有しており、このセクションは入口面内にまたは入口面に向かう注入口と、この注入口の反対側にあり、ｑｕａｒｌ出口に開いた排出口とを有する。

インジェクタは燃料および／または酸化剤をこのブロックの入口面からｑｕａｒｌ出口に向けて運ぶのに使用される。インジェクタは、ダクトを通り抜けており、ｑｕａｒｌ出口に開いた注入開口部で終端する先端を有する。

本発明によれば、燃焼ツールはシースを更に含んでおり、このシースは少なくともダクトの排出セクションにおいてインジェクタを囲う実質的に円筒状のスリーブを具備している。このシースはｑｕａｒｌ出口に開く下流端を有する。

本発明によれば、ブロック、インジェクタおよびシースのスリーブは、以下のようなものである：
１）ダクトの排出セクションの内径Ｄｂである一方と、シースの実質的に円筒状のスリーブの外径Ｄｅである他方との差Ｄｂ−Ｄｅが、０．４ｍｍ以上で１．０ｍｍ以下であり（０．４ｍｍ≦Ｄｂ−Ｄｅ≦１．０ｍｍ）；
２）シースの実質的に円筒状のスリーブとインジェクタとの間に０．２ｍｍないし０．４ｍｍの間隙ΔＤがあり；および
３）ダクトの排出セクションの注入口とシースの下流端との間でのこのシースの実質的に円筒状のスリーブの長さＬｆは、ダクトの排出セクションの注入口とインジェクタの注入開口部との間でのインジェクタの長さＬｉｎｊ以下であるが、インジェクタのこの長さＬｉｎｊの０．８倍以上であり（０．８×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊ）、好ましくは０．９×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊである。

ｑｕａｒｌブロックは典型的には耐火セラミック材料で作られている。

ｑｕａｒｌブロックは非金属の耐火材料製の１つの部品から構成されていてもよいし、いくつかの部品から構成されていてもよい。

有利には、ダクトの排出セクションは実質的に円筒状である。

一般に、インジェクタは金属製インジェクタである。その幾何構造は一般に実質的に円筒状である。

インジェクタは１つの燃料および／または酸化剤注入管を具備した単管式インジェクタでもよいし、いくつかの注入管を具備した複管式インジェクタ、たとえば「パイプインパイプ」インジェクタでもよい。

複管式インジェクタの場合、シースのスリーブは少なくともダクトの排出領域内においてこのインジェクタの外側にある注入管を囲っている。

シースのスリーブの長さＬｆは有利にはインジェクタの長さＬｉｎｊに等しい。

燃焼ツールまたはバーナーがいくつかの燃料および／または酸化剤インジェクタとこれらに対応するダクトとを具備している場合、前記ダクトのうちのいくつか、または前記ダクトの全ては、シースおよびインジェクタを以下に説明するように備えていてもよい。

シースの実質的に円筒状のスリーブとインジェクタとの間で、このスリーブの内表面またはこのインジェクタの外表面に、通常、インジェクタをスリーブの内部で支持して心出しし、それによりスリーブとインジェクタとの間の直接的な接触を制限する突出した支持／心出し領域が設けられている。

こうして、シースの実質的に円筒状のスリーブの内表面に、実質的に円筒状のスリーブとインジェクタとの間に突出した支持／心出し領域が設けられている場合、前記支持／心出し領域は有利にはスリーブの内面積の２０％未満、好ましくは１５％未満、更により好ましくは１０％を覆う。

同様に、インジェクタの外表面に、インジェクタとスリーブとの間に突出した支持／心出し領域を備えている場合、前記領域はインジェクタの外面積の２０％未満、好ましくは１５％未満、更により好ましくは１０％を覆う。

実際には、支持／心出し領域はインジェクタの外表面に位置していることが好ましい。

支持／心出し領域は様々な形状を有していてもよい。たとえば、それらは、軸が実質的に円筒状のスリーブの軸またはインジェクタの軸と一致する、突出した環状の領域でもよい。また、この支持領域は切妻壁の形態をとってもよいし、シースのスリーブの中でインジェクタを支持して心出しするのに適した任意の他の形状をとってもよい。

支持／心出し領域は好ましくは厚さｄが１．０ｍｍないし４．０ｍｍ、好ましくは２．０ｍｍないし３．０ｍｍであり、この厚さはスリーブの／インジェクタの長軸に関して半径方向に沿って測定したものである。なお、支持／心出し領域の厚さはスリーブとインジェクタとの間の間隙ΔＤの一部を形成するものではないことに留意されたい。

スリーブは鋼スリーブでもよい。

スリーブは高温、典型的には燃焼チャンバの温度よりも約３００Ｋ下回る温度に耐えなければならない。

したがって、スリーブは有利には耐火セラミックまたは耐火金属で作られている。

金属の場合の用語「耐火性」は、この金属を９００℃を上回る温度または少なくともこの温度に等しい温度で使用できることを特徴付けるものである。

耐火鋼製スリーブが好ましい。

有利には、インジェクタの膨張係数Ｃｄｉｎｊはシースのスリーブの膨張係数Ｃｄｆに近い。こうして、０．８０×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦１．０５×Ｃｄｆであることが望ましく、好ましくは０．８０×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦Ｃｄｆであり、より好ましくは０．９０×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦Ｃｄｆである。

好ましくは、スリーブはダクトの排出セクションの注入口に対してスリーブの位置を固定する１つ以上のアンカー手段を更に含んでいる。

たとえば、スリーブは、特に排出セクションの注入口がｑｕａｒｌブロックの入口面に位置している場合、この面に支持されているフランジまたはフィンを具備していてもよい。

ｑｕａｒｌブロックのダクトは、排出セクションの上流にある、この排出セクションよりも大きな径を有する第２セクションを更に有していてもよく、それにより排出セクションの注入口がこの径の大きな第２セクションとダクトの実質的に環状または円筒状の排出セクションとの間に位置していてもよい。この場合、シースを、このシースのスリーブの上流に位置する部分であって、ダクトの排出セクションの上流に位置するダクトのこの第２セクションに取り付けられた部分に固定してもよい。このとき、このシースは典型的には、外径がスリーブの径よりも大きい、スリーブの上流に位置する部分を含む。

また、本発明は燃焼室の周囲に設けられた複数の壁を有する炉に関し、前記炉は上で説明した態様の何れか１つに係る少なくとも１つの燃焼ツールまたは特に少なくとも１つのバーナーを具備しており、この少なくとも１つの燃焼ツールまたはバーナーはｑｕａｒｌ出口が燃焼室に開くように前記壁の少なくとも１つに取り付けられている。本発明に係る燃焼ツールまたはバーナーは典型的には耐火材料で作られた炉壁に据え付けられている。

特に、この炉はガラス溶融炉であってもよいしガラス調整炉であってもよい。燃焼ツールまたはバーナーは特にガラス繊維製造用のガラス溶融炉に据え付けられていてもよいしガラス調整炉フィーダーに据え付けられていてもよい。

また、本発明は燃焼ツール、たとえばバーナーを組み立てる方法に関する。前記燃焼ツールまたはバーナーは注入開口部で終端する先端を有する燃料および／または酸化剤インジェクタを含む。このツールを燃料および／または酸化剤のための入口面とこの入口面の反対側にある出口面とを有する非金属耐火材料で作られたｑｕａｒｌブロックに取り付け、前記ｑｕａｒｌブロックは出口面に開いたｑｕａｒｌ出口と入口面とｑｕａｒｌ出口との間にあるダクトとを規定しており、前記ダクトは実質的に環状または円筒状の排出セクションを有しており、このセクションは入口面にあるまたはこの面に向かう注入口と、注入口の反対側にあり、ｑｕａｒｌ出口に開いた排出口とを有する。

本発明によれば、実質的に円筒状であり下流端を有するスリーブを具備したシースを、このシースの実質的に円筒状のスリーブがダクトの排出セクションに入り、スリーブの下流端がｑｕａｒｌ出口に開くように、ブロックのダクトに取り付ける。

したがって、インジェクタは：
１）インジェクタが流路に沿って延び；
２）注入開口部がｑｕａｒｌ出口に開き；および
３）シースのスリーブが少なくともダクトの出力セクションにおいてインジェクタを囲う
ようにｑｕａｒｌブロックのダクトに取り付ける。

本発明に係るツールに関して既に上で述べたように、バーナーは：
１）０．４ｍｍ≦Ｄｂ−Ｄｅ≦１．０ｍｍであり；
２）シースの実質的に円筒状のスリーブとインジェクタとの間に０．２ｍｍないし０．４ｍｍの間隙ΔＤがあり；
３）０．８×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊ、好ましくは０．９×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊである
ように組み立てられる。

典型的には、ｑｕａｒｌブロックは耐火セラミックで作られている。

有利には、ダクトの排出セクションは実質的に円筒状である。

一般に、インジェクタは金属製である。

有利には、シースのスリーブの長さＬｆはインジェクタの長さＬｉｎｊに実質的に等しい。

ツールを作動させるために、インジェクタは、場合に応じて燃料供給源もしくは酸化剤供給源の何れか、または、インジェクタが燃料および酸化剤の両方を注入するように意図されている場合には、酸化剤供給源および燃料供給源に接続される。この接続は典型的には、上で説明したように、インジェクタをダクトに据え付けた後になされる。

本発明によれば、ツールを、ｑｕａｒｌブロックを炉燃焼チャンバの壁に据え付けるときに組み立ててもよい。

ｑｕａｒｌブロックを特にガラス溶融炉の壁および特にガラス調整フィーダーの壁に設置してもよい。

このように前記組み立て方法は、上で説明したようなシースを有しておらず、そのためインジェクタ上での堆積の問題が起こりがちな燃焼チャンバの／炉の既存のツール、たとえばバーナーを、壁に設けられたｑｕａｒｌブロックを改造することも交換することも必要なく、本発明に係るツールまたはバーナーに改造することを可能にする。

既に示したように、シースの実質的に円筒状のスリーブの内表面に実質的に円筒状のスリーブとインジェクタとの間に突出した支持／心出し領域が設けられていてもよい。この場合、前記支持／心出し領域は有利には実質的に円筒状のスリーブの内面積の２０％未満、好ましくは１５％未満および更により好ましくは１０％未満を覆う。

より有利には、インジェクタの外表面にインジェクタと実質的に円筒状のスリーブとの間に突出した支持／心出し領域が設けられ、前記支持／心出し領域はより具体的にはインジェクタの外面積の２０％未満、好ましくは１５％未満、更により好ましくは１０％未満を覆う。

有利には、支持／心出し領域は厚さｄが１．０ｍｍないし４．０ｍｍ、好ましくは典型的に２．０ｍｍないし３．０ｍｍである。

スリーブは鋼、耐火セラミックまたは耐火金属で作られていてもよい。耐火鋼製スリーブが好ましい。

シースの材料は通常０．８０×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦１．０５×Ｃｄｆ、好ましくは０．８０×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦Ｃｄｆ、より好ましくは０．９０×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦Ｃｄｆになるように選択される。

上で説明したように、シースはアンカー要素を備えていてもよい。

また、本発明はインジェクタ開口部を末端とする先端を有する燃料および／または酸化剤のインジェクタを取り付ける方法に関する。

この方法によれば、インジェクタを非金属耐火材料からなるｑｕａｒｌブロックを含むアセンブリに取り付け、このブロックは燃料および／または酸化剤のための入口面とこの入口面の反対側にある出口面とを有する。ｑｕａｒｌブロックは出口面に開いたｑｕａｒｌ出口と、入口面とｑｕａｒｌ出口との間にあるダクトとを規定している。ダクトは実質的に環状または円筒状の排出セクションを有し、入口面内のまたは入口面に向いた注入口と、この注入口の反対側にあり、ｑｕａｒｌ出口に開いた排出口とを有する。

このアセンブリは更に下流端を有する実質的に円筒状のスリーブを具備したシースを含み：
１）ダクトの排出セクションがこのシースのスリーブを囲い；
２）スリーブの下流端がｑｕａｒｌ出口に開き；および
３）０．４ｍｍ≦Ｄｂ−Ｄｅ≦１．０ｍｍである
ようになっている。

本発明に係る取り付け方法によれば、インジェクタを、このインジェクタがダクトに沿って延び、ｑｕａｒｌ出口に開き、シースのスリーブが少なくともダクトの排出セクションにおいてこのインジェクタを囲うようにｑｕａｒｌブロックのダクトに取り付け、このインジェクタおよびシースが：
１）シースのスリーブとインジェクタとの間に０．２ｍｍないし０．４ｍｍの間隙ΔＤがあり；
２）０．８×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊ、好ましくは０．９×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊである
ようになっている。

有利には、ダクトの排出セクションは実質的には円筒状である。

ｑｕａｒｌブロックは典型的には耐火セラミックで作られている。

インジェクタは一般に金属で作られている。

シースのスリーブの長さＬｆは有利にはインジェクタの長さＬｉｎｊに等しい。

このようにして得られたツールを作動させるために、場合により、インジェクタを燃料供給源および／または酸化剤供給源に接続する。

このｑｕａｒｌブロックが燃焼チャンバの壁または炉、たとえばガラス溶融炉の壁に既に設けられている場合に、特にインジェクタを取り付けてｑｕａｒｌブロックおよびシースを具備したアセンブリにし、その後ブロックの入口面を燃焼チャンバに向けてもよい。より具体的には、ブロックをガラス調整フィーダーの壁に設置してもよい。

したがって、この取り付け方法は特に、たとえば炉を整備するまたは欠陥のあるインジェクタを交換する状況において、炉の燃焼チャンバに既に据え付けられている本発明に係るツールに存在するインジェクタを交換することに関する。この場合、まず先にあるインジェクタをｑｕａｒｌブロックのダクトから取り外してから新たなインジェクタを取り付ける。実際、ツールのインジェクタの交換は、多くの場合、加熱または溶融プロセスを中断させることなく行われる。したがって、インジェクタを迅速かつ正確に取り付けると共にこのインジェクタを用いてｑｕａｒｌブロックに適切に心出しすることが重要である。

シースの実質的に円筒状のスリーブの内表面に、このスリーブとインジェクタとの間に突出した支持／心出し領域が設けられている場合、前記支持領域は好ましくはこのスリーブの内面積の２０％未満、好ましくは１５％未満、より好ましくは１０％未満を覆う。

同様に、インジェクタの外表面に、突出した支持／心出し領域が設けられている場合、これらの支持領域は有利にはこのインジェクタの外面積の２０％未満、好ましくは１５％未満、より好ましくは１０％未満を覆う。

支持／心出し領域は、通常、厚さｄが１．０ｍｍないし４．０ｍｍであり、好ましくは２．０ｍｍないし３．０ｍｍである。

スリーブは鋼、耐火セラミックまたは耐火金属で作られていてもよく、好ましくは耐火鋼で作られている。

上で説明したように、シースはアンカー手段を含んでいてもよい。

有利には、インジェクタは０．８×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦１．０５×Ｃｄｆ、好ましくは０．８×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦Ｃｄｆ、より好ましくは０．９０×Ｃｄｆ≦Ｃｄｉｎｊ≦Ｃｄｆである材料で作られている。

本発明に係るツール、特にバーナーは、多くの利点を与える。

第１に、一方でｑｕａｒｌブロックの幾何構造および特にそのダクトの幾何構造に整合し、他方でインジェクタの幾何構造に整合するシースの使用は、インジェクタの大部分をｑｕａｒｌ出口における雰囲気から隔離することを可能にする。シースはインジェクタを流れる燃料および／または酸化剤によって冷却されないので、その温度はｑｕａｒｌ出口の始点でのブロックの温度に近く、流体の正確な流れを妨害しがちなインジェクタ上で材料が凝縮する現象が著しく低減されるかまたは更にこれがなくなる。一般に、いかなる冷却手段もシースに設ける必要はない。

更に、インジェクタの周囲に設けられたスリーブの存在は大きさの異なるｑｕａｒｌブロックに対して同じタイプのインジェクタを使用することを可能にする。当該ｑｕａｒｌブロックのダクトの外径を整合させるには、シースのスリーブの外径を変更するだけでよいであろう。インジェクタの費用と比べてシースの費用が低いと仮定すると、インジェクタを標準化できるという事実は、ツールまたはバーナーの費用を著しく削減することを可能にする。

また、インジェクタ上の材料堆積物を減らすまたはなくすことは、インジェクタをツールから取り外すことをより容易にするという利点を有する。したがって、インジェクタ上での堆積物の減少または更にないことは、インジェクタを取り外すときまたはこれを挿入するときにｑｕａｒｌブロックを傷つけるおそれを低減させる。

更に、シースの存在はインジェクタの整備または交換段階の間にインジェクタとｑｕａｒｌブロックとの間の摩擦を最小にする。こうして、ｑｕａｒｌブロックの寿命が延びる。

加えて、本発明によれば、インジェクタを交換しなければならないとき、シースはｑｕａｒｌブロック中に留まることができ、その結果、新たなインジェクタは、それがｑｕａｒｌブロックに取り付ける最初の１回から、正確に心出しされる。これは、多大な時間を節約し、さらに特に調整フィーダーで使用されるツールまたはバーナーの数が一般に数百に達するガラス調整の場合、財務上のかなりの利点を達成することを可能にする。

実際、鉄鋼、耐火鋼または耐火セラミックで作られ得るシースのスリーブの特定の材料は、高温で使用されるシースのスリーブを作る材料の熱膨張が、一方でｑｕａｒｌブロックを作る材料の熱膨張に、他方でインジェクタを作る材料の熱膨張に一致し、適合するように選択される。スリーブを製造するために使用できる耐火鋼の中では、ある種のステンレス鋼およびニッケル系材料、たとえばインコネル（登録商標）が特に特筆されるであろう。

上で確立された設計ルールは以下のことを可能にする：
−インジェクタとシースのスリーブとの間での焼け付きを防ぐこと；
−たとえばインジェクタを交換するために、２つの部材を容易に分離すること；
−シースのスリーブをｑｕａｒｌブロックのダクトの中に据え付けて、後者を傷付けることなく、スリーブを用いてダクト内で正確に心出しすることを容易にすること；
−インジェクタがシースのスリーブ内で、したがってダクト内で適切に心出しされることを確実にし、その結果、火炎がｑｕａｒｌ出口内で中心にくることを確実にして、ｑｕａｒｌ出口にダメージを与えるおそれを低減させること；および
−ｑｕａｒｌブロックの壁に過度に高い機械的応力がかかり、結果として後者を弱くするかまたは更にダメージを与えることを防ぐこと。

図１ないし５を参照して以下に説明する例を考慮すれば、本発明はより十分に理解されるであろう。

図１は、従来技術に係るバーナーの概略断面図である。 図２は、本発明に係るバーナーの概略断面図である。 図３は、インジェクタの外表面に支持／心出し領域が設けられた本発明に係るバーナーの概略断面図である。 図４は、互いに異なるアンカー手段（幾何構造Ａおよび幾何構造Ｂ）が設けられた本発明に係る２つのバーナーの概略断面図である。 図５は、互いに異なるアンカー手段（幾何構造Ａおよび幾何構造Ｂ）が設けられた本発明に係る２つのバーナーの概略断面図である。

図１は従来技術に係るバーナーのインジェクタ上での堆積物の再循環および凝縮を示している。これらの堆積物は流体の正確な注入を妨げ、特に火炎の形状および向きを変えるおそれがあるだけでなく、それらはインジェクタの交換を困難にし、更にインジェクタの交換の際にダクト内のｑｕａｒｌブロックにダメージを与え得ることに留意されたい。

インジェクタ上の堆積物は、図２に図示した本発明に係る酸化剤または燃料のインジェクタまたはバーナーを使用することによって、低減され得るか、更になくなり得る。

この図に示したように、ｑｕａｒｌブロック１は出口面１３（図２には示していない）に開いたｑｕａｒｌ出口１１を規定している。

また、ｑｕａｒｌブロックはｑｕａｒｌブロックの入口面１２とｑｕａｒｌ出口１１との間でダクトを規定している。

このダクトは、Ｘ−Ｘ平面にある注入口１５と、Ｙ−Ｙ平面にありｑｕａｒｌ出口１１に開いた排出口１６とを持つ、実質的に円筒状の排出セクション１４を具備している（図２に示した場合には、このセクションからなる）。

図２において、排出セクション１４の注入口１５はｑｕａｒｌブロックの入口面１２にある。

酸化剤および／または燃料のインジェクタ２はダクトに沿って延びている。インジェクタは酸化剤および／または燃料をｑｕａｒｌ出口１１へと注入するための開口部２２で終端する先端を有する。

また、本発明に係るバーナーはシース３を含んでいる。このシースは実質的に円筒状のスリーブ３１を具備しており、このスリーブ３１はダクトの排出セクション１４においてインジェクタを囲んでいる。シース３の下流端３２は、したがってスリーブ３１の下流端も、ｑｕａｒｌ出口１１に開いている。

シース３はインジェクタを囲み、これを通して燃料および／または酸化剤が運ばれ、これによって前記燃料および／または前記酸化剤がｑｕａｒｌ出口へ注入される。

Ｄｂはダクトの排出セクション１４の内径である。Ｄｅはシースの実質的に円筒状のスリーブ３１の外径である。この２つの径の差は０．４ないし１．０ｍｍの範囲である。

また、シースの実質的に円筒状のスリーブ３１とインジェクタとの間には間隙があり、スリーブは内径Ｄｉを有し、インジェクタはスリーブ３１で外径Ｄｏを有する。

図示した場合にＤｉ−Ｄｏに対応するこの間隙は、０．２ｍｍないし０．４ｍｍの範囲である。

Ｌｆはダクトの排出セクション１４の注入口１５とシースの下流端３２との間でのシースの実質的に円筒状のスリーブ３１の長さである。同様に、Ｌｉｎｊは排出セクション１４の注入口１５とインジェクタの注入開口部２２との間でのインジェクタの長さである。

図２に示した態様では、ＬｆはＬｉｎｊよりもわずかに短い。

加熱プロセス中、インジェクタはそれが注入する流体（酸化剤および／または燃料）によって冷却される。燃料および／または酸化剤の供給源に接続されておらず、流体を運ぶのに寄与しないシース３は、この冷却を受けない。その結果、シース３のスリーブ３１はインジェクタよりも高い温度にあり、前記スリーブ３１は、ダクトの排出セクション１４の注入口１５から始まるインジェクタの全体またはほぼ全体を囲って、インジェクタの先端で堆積物が凝縮するのを防ぐ。

図３に示すように、支持／心出し領域をシース３のスリーブ３１の内表面かまたはスリーブ３１の位置でのインジェクタ２の外表面に設けることが通常は有用であり、これらの支持領域は有利には、図３に示すように、インジェクタの外表面上に設けられる。

図３は好ましい態様をより具体的に示しており、支持／心出し領域３３はインジェクタ２の外表面に設けられた突出した環状領域である。これらはこの表面の小部分のみを覆っている。

前記支持／心出し領域の厚さｄは１．０ｍｍおよび４．０の間にあり、好ましくは２．０および３．０ｍｍの間にある。これらの支持／心出し領域３３のおかげで、より冷たいインジェクタ２とより熱いスリーブ３１との間での直接的な接触が減少し、したがってこれらの間での熱交換が減少する。

もちろん、このような支持／心出し領域がスリーブとインジェクタとの間にあることは、これら２つの部材の間の間隙ΔＤを縮小する。その結果、前記領域３３の厚さはこの間隙ΔＤの一部を形成するものではない。したがって、この間隙をＤｉ−Ｄｏによって表現すれば、これらがスリーブの内表面に位置していれば、前記領域３３の位置でのスリーブのフリーな内径をスリーブの内径Ｄｉとみなすことが必要であり、または、図２に示した場合のように領域３３がインジェクタの外表面に設けられている場合には、前記領域におけるインジェクタの領域３３を含む外径をインジェクタの外径とみなす必要がある。

図３に示す場合、スリーブの長さＬｆはインジェクタの長さＬｉｎｊに等しいことに留意されたい。

図３および図４はシース３をｑｕａｒｌブロックに固定するためのシステムであって、ダクトが実質的に円筒状の排出セクション１４からなり、この排出セクションの注入口がｑｕａｒｌブロックの入口面にある態様に係るシステムを示している。このような態様はいわゆる「幾何構造Ａ」を有する。

より具体的には、シース３はフランジ３４を含み、このフランジはｑｕａｒｌブロックの入口面に押し当てられ、このシースをｑｕａｒｌブロックのこの側の定位置に固定し、シースが外れてｑｕａｒｌ出口に向けてまたは燃焼チャンバ内へ滑ることがないようにしている。

図５は、シース３をｑｕａｒｌブロックに固定するための他のシステムであって、ダクトが排出セクション１４の上流にある排出セクション１４よりも大きな径を有する第２セクション１７を含む態様に係るシステムを示している。このような態様はいわゆる「幾何構造Ｂ」を有する。

シース３は、それが、スリーブ３１の上流にありダクトのセクション１７に取り付けられた部分３５を含むように固定されている。この部分３５はダクトの排出セクションの内径よりも大きな外径を有するので、シースの位置はダクトの排出セクションの注入口に対して固定され、その結果シースが外れてｑｕａｒｌ出口に向けてまたは燃焼チャンバ内へ滑ることができない。

材料と寸法との関連性は１０ヶ月を超えて継続したパイロット試験および工業試験で実験的に確認された。

使用するバーナーの寸法は：
○インジェクタの注入開口部の径Ｄ：１６ｍｍ；
○スリーブでのインジェクタの外径Ｄｏ：１９ｍｍ；
○支持／心出し領域：インジェクタの外周全体に亘って同じ一定の厚さの２つのステンレス鋼の環状領域；
○シースのスリーブの内径Ｄｉ：１９．３ｍｍ；
○スリーブの外径Ｄｅ：２５．５ｍｍ；
○ダクトの排出セクションの内径Ｄｂ：２６．１ｍｍ；および
○シースのスリーブの長さＬｆ＝（ダクトの排出セクションの注入口から始まる）インジェクタの長さＬｉｎｊ：６５ｍｍ
であった。

使用した材料は、
○シース全体（スリーブを含む）：インコネル；
○インジェクタ：ステンレス鋼；および
○（幾何構造Ａの）ｑｕａｒｌブロック：ＡＺＳ（アルミナ−ジルコニア−シリカ）
であった。

工業試験を強化ガラス繊維の製造のための調整フィーダーにおいて行い、本明細書において説明した本発明の関連性を実証した。

これは、保護用のシースを有していないバーナーを数週間に亘って使用した後、比較的多量の材料がインジェクタ上に堆積しており、前記インジェクタを洗浄する必要があったことがわかったためである。対照的に、本発明に従ってインジェクタの周りにシースを設けると、同様のインジェクタを、同様の工業的な構成で、この現象が現れることなく数ヶ月に亘って使用することができた。

上述の例は本発明に係るバーナーに関するものであるが、上述した本発明の種々の態様はバーナー以外の本発明に係るツールにも等しく適用されることは明らかである。

Claims (15)

1. 燃焼ツールであって：
   ・燃料と酸化剤との一方もしくは両方のための入口面（１２）と前記入口面の反対側にある出口面（１３）とを有する非金属の耐火材料で作られたｑｕａｒｌブロック（１）であって、
   前記ｑｕａｒｌブロック（１）は、前記出口面（１３）で開口しているｑｕａｒｌ出口（１１）と、前記入口面（１２）と前記ｑｕａｒｌ出口（１１）との間にあるダクトとを規定しており、
   前記ダクトは、前記入口面（１２）内のまたは入口面に向かう注入口（１５）と、前記注入口（１５）の反対側にあり、前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に開いた排出口とを持つ環状または円筒状の排出セクション（１４）を有するｑｕａｒｌブロック（１）と；
   ・燃料と酸化剤との一方もしくは両方を前記ｑｕａｒｌブロック（１）の前記入口面（１２）から前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に向けて運ぶためのインジェクタであって、前記インジェクタは、前記ダクトを通り抜けており、前記ｑｕａｒｌ出口（１１）へと開いた注入開口部（２２）で終端する先端を有するインジェクタ（２）と；
   を具備しており、
   この燃料ツールは、シース（３）を更に含んでおり、このシース（３）は、前記ダクトの前記排出セクション（１４）において前記インジェクタ（２）を囲み前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に開いた下流端（３２）を有する円筒状のスリーブ（３１）を具備しており、
   前記シース(３)は、燃料と酸化剤との一方もしくは両方の供給源には接続されておらず、流体を運ぶのに寄与せず、
   ・０．４ｍｍ≦Ｄｂ−Ｄｅ≦１．０ｍｍ（Ｄｂは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の内径であり、Ｄｅは前記シース（３）の前記スリーブ（３１）の外径であり）であり；
   ・前記シース（３）の前記スリーブ（３１）と前記インジェクタ（２）との間に、０．２ｍｍないし０．４ｍｍの間隙ΔＤがあり；および
   ・０．８×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊ（Ｌｆは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の前記注入口（１５）と前記シースの下流端（３２）との間での前記シース（３）の前記スリーブ（３１）の長さであり、Ｌｉｎｊは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の注入口（１５）と前記インジェクタ（２）の前記注入開口部（２２）との間でのインジェクタ（２）の長さである）であることを特徴とする燃焼ツール。
2. 前記スリーブ（３１）の内表面に前記スリーブ（３１）と前記インジェクタ（２）との間に突出した支持／心出し領域が設けられており、前記支持／心出し領域は、前記円筒状のスリーブ（３１）の内面積の２０％未満を覆っている請求項１に記載の燃焼ツール。
3. 前記インジェクタ（２）の外表面に前記インジェクタ（２）と前記スリーブ（３１）との間に突出した支持／心出し領域（３３）が設けられており、前記支持／心出し領域は、前記インジェクタ（２）の外面積の２０％未満を覆っている請求項１に記載の燃焼ツール。
4. 前記シース（３）の前記スリーブ（３１）は、耐火セラミックまたは耐火金属で作られている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃焼ツール。
5. 前記シース（３）は、前記ダクトの前記排出セクション（１４）の前記注入口（１５）に対して前記シース（３）の位置を固定するアンカー手段（３４、３５）を含んでいる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃焼ツール。
6. 燃焼室の周囲に設けられた複数の壁と、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の少なくとも１つの燃焼ツールとを有する溶融炉であって、前記燃焼ツールは、前記ｑｕａｒｌ出口（１１）が前記燃焼室に開くように前記壁の少なくとも１つに据え付けられている溶融炉。
7. 前記炉は、ガラス溶融炉またはガラス調整フィーダーである請求項６に記載の溶融炉。
8. ツールを組み立てる方法であって、前記ツールは；
   ・注入開口部（２２）で終端する先端を有し、燃料と酸化剤との一方もしくは両方を注入するインジェクタ（２）と；
   ・燃料と酸化剤との一方もしくは両方のための入口面（１２）と前記入口面の反対側にある出口面（１３）とを有する非金属の耐火材料で作られたｑｕａｒｌブロック（１）であって、
   前記ｑｕａｒｌブロック（１）は、前記出口面（１３）に開いたｑｕａｒｌ出口（１１）と、前記入口面（１２）と前記ｑｕａｒｌ出口（１１）との間にあるダクトとを規定しており、前記ダクトは、前記入口面（１２）内のまたは入口面に向かう注入口（１５）と、前記注入口（１５）の反対側にあり、前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に開いた排出口（１６）とを持つ、環状または円筒状の排出セクション（１４）を有するｑｕａｒｌブロック（１）とを具備しており、
   前記シース(３)は、燃料と酸化剤との一方もしくは両方の供給源には接続されておらず、流体を運ぶのに寄与せず、
   前記方法は、
   ・下流端（３２）を有する円筒状のスリーブ（３１）を具備したシース（３）を、前記スリーブ（３１）が前記ダクトの前記排出セクション（１４）に入り、前記下流端（３２）が前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に開くように前記ダクトに取り付け；
   ・前記インジェクタ（２）を、前記インジェクタ（２）が前記ダクトを通り抜けて前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に開くように、および前記シース（３）の前記スリーブ（３１）が前記ダクトの前記排出セクション（１４）において前記インジェクタ（２）を囲うように、前記ダクトに取り付け、
   ・０．４ｍｍ≦Ｄｂ−Ｄｅ≦１．０ｍｍ（Ｄｂは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の内径であり、Ｄｅは前記シース（３）の前記スリーブ（３１）の外径である）であり；
   ・前記シース（３）の前記スリーブ（３１）と前記インジェクタ（２）との間に、０．２ｍｍないし０．４ｍｍの間隙ΔＤがあり；および
   ・０．８×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊ（Ｌｆは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の前記注入口（１５）と前記シースの下流端（３２）との間での前記シース（３）の前記スリーブ（３１）の長さであり、Ｌｉｎｊは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の注入口（１５）と前記インジェクタ（２）の注入開口部（２２）との間でのインジェクタ（２）の長さである）であるようにすることを特徴とする方法。
9. 燃料インジェクタと酸化剤インジェクタとの一方もしくは両方を取り付ける方法であって、前記インジェクタは、注入開口部を末端とする先端を有しており、
   前記方法において、前記インジェクタを取り付けてアセンブリにし、このアセンブリは：
   ・燃料と酸化剤との一方もしくは両方のための入口面（１２）と前記入口面の反対側にある出口面（１３）とを有する非金属の耐火材料で作られたｑｕａｒｌブロック（１）であって、前記ｑｕａｒｌブロック（１）は、前記出口面（１３）に開いたｑｕａｒｌ出口（１１）と、前記入口面（１２）と前記ｑｕａｒｌ出口（１１）との間にあるダクトとを規定しており、前記ダクトは、前記入口面（１２）内のまたは入口面に向かう注入口（１５）と、前記注入口（１５）の反対側にあり、前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に開いた排出口（１６）とを持つ、環状または円筒状の排出セクション（１４）を有するｑｕａｒｌブロック（１）と；
   ・下流端（３２）を有する円筒状のスリーブ（３１）を具備したシース（３）とを具備し、
   −前記ダクトの前記排出セクション（１４）が前記シース（３）の前記スリーブ（３１）を囲い；
   −前記スリーブ（３１）の前記下流端（３２）が前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に開き；および
   −０．４ｍｍ≦Ｄｂ−Ｄｅ≦１．０ｍｍ（Ｄｂは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の内径であり、Ｄｅは前記シース（３）の前記スリーブ（３１）の外径である）であるようにし；
   前記インジェクタ（２）を、前記インジェクタ（２）が前記ダクトを通り抜けて前記ｑｕａｒｌ出口（１１）に開くように、および前記シース（３）の前記スリーブが少なくとも前記ダクトの前記排出セクション（１４）において前記インジェクタ（２）を囲うように、前記ｑｕａｒｌブロック（１）の前記ダクトに取り付け、前記シース(３)は、燃料と酸化剤との一方もしくは両方の供給源には接続されておらず、流体を運ぶのに寄与せず、
   前記インジェクタ（２）および前記シース（３）は：
   −前記シース（３）の前記スリーブ（３）と前記インジェクタ（２）との間に、０．２ｍｍないし０．４ｍｍの間隙ΔＤがあり；
   −０．８×Ｌｉｎｊ≦Ｌｆ≦Ｌｉｎｊ（Ｌｆは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の前記注入口と前記シース（３１）の前記下流端（３２）との間での前記シース（３）の前記スリーブ（３１）の長さであり、Ｌｉｎｊは前記ダクトの前記排出セクション（１４）の注入口（１５）と前記インジェクタ（２）の前記注入開口部（３２）との間での前記インジェクタ（２）の長さである）であるようになる方法。
10. 前記インジェクタ（２）は、燃料供給源と酸化剤供給源との一方もしくは両方に接続される請求項８または９に記載の方法。
11. 前記ｑｕａｒｌ出口（１）は、燃焼チャンバの壁に設置される請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記スリーブ（３１）の内表面に前記スリーブ（３１）と前記インジェクタ（２）との間に突出した支持／心出し領域が設けられ、前記支持／心出し領域は、前記スリーブ（３１）の内面積の２０％未満を覆っている請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記インジェクタ（２）の外表面に、前記インジェクタ（２）と前記スリーブ（３１）との間に突出した支持／心出し領域（３３）が設けられており、前記支持／心出し領域（３３）は、前記インジェクタ（２）の外面積の２０％未満を覆っている請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記シース（３）の前記スリーブ（３１）は、耐火セラミックまたは耐火金属で作られている請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記シース（３）は、前記ダクトの前記排出セクション（１４）の前記注入口（１５）に対して前記シース（３）の位置を固定するアンカー手段（３４、３５）を含んでいる請求項８ないし１４のいずれか１項に記載の方法。

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