JP6253377B2 - 管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法及び管状の火炎を形成するバーナ - Google Patents

Description

本発明は、一端が閉塞されかつ他端が開口された円筒状の燃焼室の側面部に当該燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する導入口から燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを側部導入気体として前記燃焼室の内部に導入し、且つ、前記燃焼室の閉塞側の端部から前記燃焼室の筒軸心方向に沿って、酸素、又は、酸素と希釈剤とを端部導入気体として前記燃焼室の筒軸心部に導入して管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法、及び、その燃焼方法を実施して管状の火炎を形成するバーナに関する。

かかる管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法は、燃焼室の側面部に開口する導入口から燃焼室内面の接線方向に向けて、側部導入気体を燃焼室の内部に導入することによって、燃焼室の内面部に沿って未燃焼ガスが流動する未燃ガス層を形成しながら、その未燃ガス層の内方側（筒軸心部側）に、側部導入気体に含まれる酸素や燃焼室の閉塞側の端部から導入される端部導入気体に含まれる酸素を用いて燃焼する火炎を形成するものであり、その火炎の火炎帯が、燃焼室の内面から浮上した管状の火炎となるものである。

側部導入気体として、酸素と燃料とを燃焼室に導入する形態としては、一般には、酸素と燃料とを各別に導入して、燃焼室内にて混合させる形態を採用するが、酸素と燃料とを予め混合させた状態で導入する形態を採用することができ、また、側部導入気体として、酸素及び燃料と希釈剤とを導入する形態としては、一般には、酸素と燃料とを各別に導入しかつそれらの少なくとも一方に希釈剤を混合する形態を採用するが、酸素、燃料、希釈剤を予め混合させた状態で導入する形態を採用することもできる。

管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法に類似する燃焼方法の例として、燃料として天然ガスを用いて、側部導入気体に含まれる燃料量を、側部導入気体に含まれる酸素量に対して、量論比と過濃燃焼限界の算術平均濃度よりも濃くなる量に設定し、側部導入気体と端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量が、側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量の０．９５〜１．０５倍になるように、端部導入気体の導入量を定めるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

尚、側部導入気体に含まれる燃料量を、側部導入気体に含まれる酸素量に対して、量論比と過濃燃焼限界の算術平均濃度よりも濃くなる量に設定するとは、換言すれば、側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、理論酸素量に対応する量論比（１．０）と燃料が燃焼可能な下限（例えば、０．３）との平均値よりも下限側に寄った値（例えば、０．６）に設定することを意味することになる。
つまり、特許文献１の燃焼方法は、未燃ガス層の未燃焼ガスが、側部導入気体に含まれる酸素によって燃焼可能な状態であり、端部導入気体に含まれる酸素が、未燃焼ガスの燃焼が完結するのを助ける酸素として用いられる、いわゆる予混合燃焼であるため、管状火炎を形成するバーナの燃焼方法である。

ちなみに、特許文献１に開示された管状火炎を形成するバーナにおいては、被加熱用の粉粒体としてのガラス原料粉末を供給するガラス原料供給部が、端部導入気体に伴ってガラス原料粉末を燃焼室に供給するように設けられて、ガラス原料粉末を燃焼室内にて加熱して溶解するように構成されている。

特開２０１２−１９３８７８号公報

特許文献１の管状火炎を形成するバーナの燃焼方法においては、燃焼室の内面から浮上した管状火炎を的確に形成できない虞があった。

すなわち、特許文献１の管状火炎を形成するバーナの燃焼方法においては、側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、理論酸素量に対応する量論比と燃料が燃焼可能な下限との平均値よりも下限側に寄った燃料が燃焼可能な値に設定するものであるから、側部導入気体の酸素比は、理論酸素量に対応する量論比よりも低いものの、燃料が燃焼し得る値であるため、燃焼室に導入された側部導入気体が、燃焼室の内面部に沿った未燃ガス層を形成することなく、導入口に付着する付着火炎を形成する状態で燃焼する虞があり、その結果、燃焼室の内面から浮上した管状火炎を的確に形成できない虞があった。

つまり、燃料を燃焼させるための酸化剤として酸素を用いる場合には、酸化剤として空気を用いる場合に較べて、燃焼速度が上昇し、可燃範囲が拡大し、しかも、窒素が含まれないだけ導入口から燃焼室に吹き出される側部導入気体の吹き出し流速が減少するため、従来の管状火炎を形成するバーナの燃焼方法においては、燃焼室の内面から浮上した管状火炎が形成されることなく、導入口に付着した付着火炎が形成される虞があった。

ちなみに、特許文献１に開示された管状火炎を形成するバーナにおいては、被加熱用の粉粒体としてのガラス原料粉末を燃焼室に供給して、ガラス原料粉末を燃焼室内にて加熱して溶解するように構成されているが、この場合には、ガラス原料粉末を導入するために燃焼室の径が大きくなることになり、このように燃焼室の径が大きくなると、燃焼室内を流動する燃料や酸素の旋回速度が低下し易い（スワール数が小さくなる）ことに起因して、未燃ガス層が形成されるよりも早く拡散燃焼が始まって、燃焼室の内面部に沿った未燃ガス層が形成され難くなるため、この点からも、燃焼室の内面から浮上した管状火炎が形成されることなく、導入口に付着した付着火炎が形成され易い傾向となる。

そして、導入口に付着した付着火炎が形成されると、付着火炎によって燃焼室が高温に加熱されることになるため、燃焼室の内面に対する断熱材（バーナタイル）の設置や、燃焼室を冷却する水冷装置を装備することになるが、この場合、燃焼室の内面に断熱材（バーナタイル）を設置することにより、コスト上昇及び寸法精度の低下を招き、また、水冷装置を装備することにより、コスト上昇及び熱損失を招くものとなる。

したがって、燃焼室の内面に断熱材（バーナタイル）を設置することによるコスト上昇や寸法精度の低下を抑制し、また、水冷装置を装備することによるコスト上昇や熱損失を抑制するために、燃焼室の内面から浮上した状態の管状の火炎を的確に形成することによって、燃焼室が高温に加熱されることを回避する管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法、及び、その燃焼方法を実施する管状の火炎を形成するバーナが望まれるものとなる。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、燃焼室の内面から浮上した管状の火炎を的確に形成することができる管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法を提供する点にある。
また、本発明の別の目的は、燃焼室の内面から浮上した管状の火炎を的確に形成することができる管状の火炎を形成するバーナを提供する点にある。

本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法は、一端が閉塞されかつ他端が開口された円筒状の燃焼室の側面部に当該燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する導入口から燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを側部導入気体として前記燃焼室の内部に導入し、且つ、前記燃焼室の閉塞側の端部から前記燃焼室の筒軸心方向に沿って、酸素、又は、酸素と希釈剤とを端部導入気体として前記燃焼室の筒軸心部に導入して燃焼させる方法であって、その第１特徴構成は、
前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、燃料が燃焼可能な下限よりも低い、前記下限に相当する、又は、前記下限よりも設定小量だけ高い燃焼制限用酸素比に設定し、且つ、
前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記側部導入気体と前記端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量の割合を示す酸素比が前記燃焼制限用酸素比よりも高い燃焼用酸素比となるように、前記端部導入気体の導入量を定めることを特徴とする。

尚、「燃料」とは、燃焼室に供給可能な燃料を意味し、いわゆる気体状の燃料ガスの他、液体燃料（燃焼室への導入前に予蒸発させて燃料ガスとして燃焼室に導入するもの、及び、液体のまま燃焼室に噴霧した後蒸発して燃料ガスとなるもの）を含む。

すなわち、側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、燃料が燃焼可能な下限よりも低い、下限に相当する、又は、下限よりも設定小量だけ高い燃焼制限用酸素比に設定して、側部導入気体を、外部から酸素が補充されない状態では、燃焼しない又は安定して燃焼が継続しないようにするから、燃焼室の側面部に開口する導入口から燃焼室内面の接線方向に向けて、側部導入気体を燃焼室の内部に導入することによっては着火せず、燃焼室の内面部に沿って未燃焼ガスが流動する未燃ガス層を的確に形成できることになる。

そして、燃焼室の閉塞側の端部から燃焼室の筒軸心方向に沿って、端部導入気体を燃焼室の筒軸心部に導入することによって、側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体と端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量の割合を示す酸素比が燃焼制限用酸素比よりも高い燃焼用酸素比となるから、燃焼室の内面部に沿って形成された未燃ガス層の内方側（筒軸心部側）に、側部導入気体に含まれる酸素及び燃焼室の閉塞側の端部から導入される端部導入気体に含まれる酸素を用いて燃焼する火炎が形成されることになり、この火炎は、側部導入気体のみでは燃焼できない、即ち火炎伝播性がないので、未燃混合気層内に燃え広がることができず、燃焼室の内面から浮上した管状の火炎が的確に形成されることになる。

つまり、本発明の発明者は、鋭意研究によって、側部導入気体の酸素比を燃料が燃焼可能な下限の近傍又は燃料が燃焼可能な下限よりも低い値にすれば、側部導入気体は安定して燃焼が継続しない状態（燃焼し難い状態）又は消炎する状態（燃焼しない状態）であるから、燃焼室の内面部に沿った未燃ガス層を的確に形成することができ、そして、未燃ガス層が安定して燃焼が継続しない状態（燃焼し難い状態）又は消炎する状態（燃焼しない状態）であっても、端部導入気体を、燃焼室の閉塞側の端部から燃焼室の筒軸心方向に沿って、燃焼室の筒軸心部に導入することにより、端部導入気体に含まれる酸素を未燃ガス層の未燃焼ガスと反応させながら、燃焼室の内面部に沿って形成された未燃ガス層の内方側（筒軸心部側）に、端部導入気体に含まれる酸素や側部導入気体に含まれる酸素によって単に燃焼するにとどまらず、その火炎形状が管状となり、燃焼室の内面から的確に浮上して形成されることを見出したのである。

ちなみに、従来の特許文献１の管状火炎を形成するバーナの燃焼方法は、未燃ガス層の未燃焼ガスが、側部導入気体に含まれる酸素によって燃焼可能な状態であり、側部導入気体に含まれる酸素が、未燃焼ガスの燃焼を完結する酸素として用いられる、いわゆる（部分）予混合燃焼であるのに対して、本第１特徴構成の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法は、未燃ガス層の未燃焼ガスが、端部導入気体に含まれる酸素を、燃焼のために必須となる酸素として用いて、混合が部分的にでも燃焼に適する濃度になると同時に燃焼する、いわゆる拡散燃焼であり、両者は火炎構造が異なるものであるが、本第１特徴構成の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法にて形成される管状の火炎は、特許文献１の管状火炎を形成するバーナの燃焼方法にて形成される管状火炎と似た形状を呈するため、同様の火炎として用いることができるものである。

要するに、本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第１特徴構成によれば、燃焼室の内面から浮上した管状の火炎を的確に形成することができる管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法を提供できる。

本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
両端が開口しかつ前記燃焼室の径と同じ径又はその径よりも大きな径となるように形成された下流側燃焼室が、前記燃焼室の開口側の端部に連通接続される形態で設けられ、
前記下流側燃焼室の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量から前記側部導入気体に含まれる酸素量を減算した不足酸素量又はその不足酸素量に設定余剰量を加えた設定酸素量に相当する酸素又はその酸素と希釈剤とを下流部導入酸素として前記下流側燃焼室の内部に導入する点を特徴とする。

すなわち、燃焼室の開口側の端部に連通接続される下流側燃焼室を設けて、その下流側燃焼室の側面部に開口した下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、下流部導入酸素を下流側燃焼室の内部に導入するから、上流側の燃焼室にて未燃焼ガスが発生しても、その未燃焼ガスを下流側燃焼室にて適切に燃焼させることができる。

そして、下流部導入酸素として、側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量から側部導入気体に含まれる酸素量を減算した不足酸素量又はその不足酸素量に設定余剰量を加えた設定酸素量に相当する酸素が導入されるものとなるから、燃焼室にて発生した未燃焼ガスを、下流側燃焼室にて酸素過剰状態の希薄燃焼状態で燃焼させることになる。上流側の燃焼室及び下流側燃焼室での燃焼形態がいずれも拡散燃焼になるため、予混合燃焼に比べて、振動燃焼の発生を抑制できるものとなる。

尚、下流部導入酸素を導入するにあたり、二酸化炭素等の希釈剤を酸素に混合して導入してもよく、この場合にも、燃焼強度が抑えられて振動燃焼の発生を抑制できる。

ちなみに、燃焼室の閉塞側の端部から導入する端部導入気体の導入量を、燃焼用酸素比が量論比（１.０）よりも十分に低い値（例えば、０．５〜０．７）となる量に設定しておけば、燃焼室における燃焼状態を、燃料が過濃な濃燃焼状態とすることができ、この場合にも、量論付近での高い燃焼強度が抑えられることにより、燃焼室での振動燃焼の発生を抑制できるものとなる。

尚、下流側燃焼室が、上流側の燃焼室の径と同じ径又はそれよりも大きな径となるように形成されているから、燃焼室からの燃焼ガスが下流側燃焼室に流入しても、筒軸心方向に流動する燃焼ガスの速度が速くなり過ぎるのを抑制でき、また、加熱処理する粉粒体を燃焼室に導入したときに、燃焼室から下流側燃焼室に流動する粉粒体が燃焼室と下流側燃焼室との接続部等に付着する等の不都合を発生するのを回避し易いものとなる。また、二段に構成することで、バーナ全体の軸方向長さを長くすることができ、粉粒体の加熱に要する時間を長くとることにも寄与する。

要するに、本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第２特徴構成は、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、振動燃焼の発生を抑制した状態で適切に燃焼させることができる管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法を提供できる。

本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第３特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
両端が開口しかつ前記燃焼室の径と同じ径又はその径よりも大きな径となるように形成された下流側燃焼室が、前記燃焼室の開口側の端部に連通接続される形態で設けられ、
前記下流側燃焼室の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを下流部導入気体として前記下流側燃焼室の内部に導入し、
前記側部導入気体と前記下流部導入気体とを合わせた全導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記全導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比が量論比又はその量論比よりも高い全導入気体用酸素比となるように、前記下流部導入気体に含まれる酸素量を定めることを特徴とする。

すなわち、燃焼室の開口側の端部に連通接続される下流側燃焼室を設けて、その下流側燃焼室の側面部に開口した下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを下流部導入気体として下流側燃焼室の内部に導入するから、上述と同様の理由で振動燃焼の発生を抑制することができ、また、燃焼室にて未燃焼ガスが発生しても、その未燃焼ガスを下流側燃焼室にて振動燃焼の発生を抑制しながら適切に燃焼させることができる。それに加えて、燃焼室寸法を変えることで、燃焼振動の周波数を違えることができ、これによっても燃焼振動の抑制が期待できる。

つまり、側部導入気体の酸素比が、燃料が燃焼可能な下限よりも低い、下限に相当する、又は、下限よりも設定小量だけ高い燃焼制限用酸素でありながらも、下流部導入気体に含まれる酸素量が、側部導入気体と下流部導入気体とを合わせた全導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して全導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比が量論比又はその量論比よりも高い全導入気体用酸素比となるように定められるから、下流部導入気体に含まれる酸素量は、下流部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量よりも十分に過剰なものとなる。

したがって、下流部導入気体に含まれる燃料を、下流側燃焼室にて酸素過剰状態の希薄燃焼状態で燃焼させることにより、量論近傍で起こりやすい振動燃焼の発生を抑制できるものとなり、同様に、燃焼室にて発生した未燃焼ガスを、下流側燃焼室にて酸素過剰状態の希薄燃焼状態で燃焼させて、不完全燃焼の発生を抑制できるものとなる。

ちなみに、燃焼室の閉塞側の端部から導入する端部導入気体の導入量を、燃焼用酸素比が量論比（１.０）よりも十分に低い値（例えば、０．５〜０．７）となる量に設定しておけば、燃焼室における燃焼状態を、燃料が過濃な濃燃焼状態とすることができ、この場合には燃焼室での振動燃焼の発生を抑制できるものとなる。

尚、下流側燃焼室が、上流側の燃焼室の径と同じ径又はそれよりも大きな径となるように形成されているから、燃焼室からの燃焼ガスが下流側燃焼室に流入しても、筒軸心方向に流動する燃焼ガスの速度が速くなり過ぎるのを抑制でき、また、加熱処理する粉粒体を燃焼室に導入したときに、燃焼室から下流側燃焼室に流動する粉粒体が燃焼室と下流側燃焼室との接続部等に付着する等の不都合を発生するのを回避し易いものとなる。

要するに、本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第３特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、振動燃焼の発生を抑制した状態で適切に燃焼させることができる管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法を提供できる。

本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
被加熱用の粉粒体を、前記端部導入気体に伴って前記燃焼室に供給する点を特徴とする。

すなわち、被加熱用の粉粒体を、燃焼室に供給して、加熱処理することができる。
例えば、被加熱用の粉粒体が、溶解対象のガラス原料粉末や溶解対象の金属粉末である場合には、そのガラス原料粉末や金属粉末を加熱して溶解させることができ、また、被加熱用の粉粒体が、球状化処理するセラミックやガラスを砕いた不定形の粉末である場合には、その不定形の粉末を加熱（溶融）して、球状にすることができる等、被加熱用の粉粒体を加熱処理することができる。さらには、粉粒体や添加剤の物質や形状を選ぶことで、高温での化学反応（いわゆる燃焼合成）を行わせることも可能である。

尚、端部導入気体が、酸素である場合、換言すれば、端部導入気体に、希釈剤として不活性ガスであるアルゴンや二酸化炭素が含まれていない場合には、端部導入気体としての酸素が燃焼反応に使用されるため、端部導入気体に希釈剤が含まれている場合よりも、火炎温度の低下を回避できるため、加熱において有利である。

そして、被加熱用の粉粒体を、端部導入気体に伴って、燃焼室に供給するものであるから、端部導入気体を、被加熱用の粉粒体を燃焼室内に搬送する搬送用気体として利用しながら、被加熱用の粉粒体を燃焼室に供給できるため、被加熱用の粉粒体を燃焼室に供給するための構成の簡素化を図ることができる。

要するに、本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第４特徴構成によれば、上記第１〜第３特徴構成のいずれかによる作用効果に加えて、被加熱用の粉粒体を燃焼室に供給するための構成の簡素化を図りながら、被加熱用の粉粒体を加熱処理することができる管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法を提供できる。

本発明の管状の火炎を形成するバーナは、一端が閉塞されかつ他端が開口された円筒状の燃焼室の側面部に当該燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する導入口から燃焼室面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを側部導入気体として前記燃焼室の内部に導入し、且つ、前記燃焼室の閉塞側の端部から前記燃焼室の筒軸心方向に沿って、酸素、又は、酸素と希釈剤とを端部導入気体として前記燃焼室の筒軸心部に導入して管状の火炎を形成するバーナであって、その第１特徴構成は、
前記側部導入気体を供給する側部供給手段が、前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、燃料が燃焼可能な下限よりも低い、前記下限に相当する、又は、前記下限よりも少し高い燃焼制限用酸素比に設定するように構成され、
前記端部導入気体を供給する端部供給手段が、前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記側部導入気体と前記端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量の割合を示す酸素比が前記燃焼制限用酸素比よりも高い燃焼用酸素比となるように、前記端部導入気体の導入量を定めるように構成されていることを特徴とする。

すなわち、本発明の管状の火炎を形成するバーナの第１特徴構成は、上述した管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第１特徴構成を実施するための構成を備えるものであるから、上述した管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第１特徴構成の欄で記載の作用効果と同様な作用効果を奏することになる。

つまり、側部供給手段により、燃焼室の側面部に開口する導入口から燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素比を燃焼制限用酸素比に設定した側部導入気体を燃焼室の内部に導入することによって、燃焼室の内面部に沿って未燃焼ガスが流動する未燃ガス層を的確に形成しながら、端部供給手段により、総括酸素量の割合を示す酸素比が燃焼制限用酸素比よりも高い燃焼用酸素比となるように、燃焼室の閉塞側の端部から燃焼室の筒軸心方向に沿って、端部導入気体を燃焼室の筒軸心部に導入することによって、燃焼室の内面部に沿って形成された未燃ガス層の内方側（筒軸心部側）に、側部導入気体に含まれる酸素及び燃焼室の閉塞側の端部から導入される端部導入気体に含まれる酸素を用いて燃焼する火炎を形成して、燃焼室の内面から的確に浮上した管状の火炎を形成するのである。

要するに、本発明の管状の火炎を形成するバーナの第１特徴構成によれば、燃焼室の内面から浮上した管状の火炎を的確に形成することができる管状の火炎を形成するバーナを提供できる。

本発明の管状の火炎を形成するバーナの第２特徴構成は、上記管状の火炎を形成するバーナの第１特徴構成に加えて、
両端が開口しかつ前記燃焼室の径と同じ径又はその径よりも大きな径となるように形成された下流側燃焼室が、前記燃焼室の開口側の端部に連通接続される形態で設けられ、
前記下流側燃焼室の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて下流部導入酸素として前記下流側燃焼室の内部に導入する下流部酸素導入手段が、前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量から前記側部導入気体に含まれる酸素量を減算した不足酸素量又はその不足酸素量に設定余剰量を加えた設定酸素量に相当する酸素又はその酸素と希釈剤とを前記下流部導入酸素として導入するように構成されている点を特徴とする。

すなわち、本発明の管状の火炎を形成するバーナの第２特徴構成は、上述した管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第２特徴構成を実施するための構成を備えるものであるから、上述した管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第２特徴構成の欄で記載の作用効果と同様な作用効果を奏することになる。

つまり、下流部酸素導入手段によって、燃焼室の開口側の端部に連通接続された下流側燃焼室の側面部に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、下流部導入酸素を下流側燃焼室の内部に導入することにより、燃焼室にて未燃焼ガスが発生しても、その未燃焼ガスを、下流側燃焼室にて酸素過剰状態の希薄燃焼状態で燃焼させることにより、上流側及び下流側の燃焼室での燃焼形態がいずれも拡散燃焼になるため、振動燃焼の発生を抑制しながら適切に燃焼させることができるのである。

要するに、本発明の管状の火炎を形成するバーナの第２特徴構成によれば、上記管状の火炎を形成するバーナの第１特徴構成による作用効果に加えて、振動燃焼の発生を抑制しながら適切に燃焼させることができる管状の火炎を形成するバーナを提供できる。

本発明の管状の火炎を形成するバーナの第３特徴構成は、上記管状の火炎を形成するバーナの第１特徴構成に加えて、
両端が開口しかつ前記燃焼室の径と同じ径又はその径よりも大きな径となるように形成された下流側燃焼室が、前記燃焼室の開口側の端部に連通接続される形態で設けられ、
前記下流側燃焼室の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを下流部導入気体として前記下流部燃焼室の内部に導入する下流部供給手段が、前記側部導入気体と前記下流部導入気体とを合わせた全導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記全導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比が量論比又はその量論比よりも高い全導入気体用酸素比となるように、前記下流部導入気体に含まれる酸素量を定めるように構成されている点を特徴とする。

すなわち、本発明の管状の火炎を形成するバーナの第３特徴構成は、上述した管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第３特徴構成を実施するための構成を備えるものであるから、上述した管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第３特徴構成の欄で記載の作用効果と同様な作用効果を奏することになる。

つまり、下流部供給手段によって、燃焼室の開口側の端部に連通接続された下流側燃焼室の側面部に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、下流部導入気体を下流側燃焼室の内部に導入することにより、燃焼室にて燃料を燃焼させることに加えて、下流側燃焼室にても燃料を燃焼させ、また、燃焼室にて未燃焼ガスを下流側燃焼室にて適切に燃焼させるである。
そして、下流部導入気体に含まれる燃料を、下流側燃焼室にて酸素過剰状態の希薄燃焼状態で燃焼させることにより、上流側及び下流側の燃焼室での燃焼形態がいずれも拡散燃焼になるため、振動燃焼の発生を抑制できるである。

要するに、本発明の管状の火炎を形成するバーナの第３構成によれば、上述した管状の火炎を形成するバーナの第１特徴構成による作用効果に加えて、振動燃焼の発生を抑制した状態で燃焼させることができる管状の火炎を形成するバーナを提供できる。

本発明の管状の火炎を形成するバーナの第４特徴構成は、上記管状の火炎を形成するバーナの第１〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
被加熱用の粉粒体を供給する粉粒体供給手段が、前記端部導入気体に伴って前記粉粒体を前記燃焼室に供給するように構成されている点を特徴とする。

すなわち、本発明の管状の火炎を形成するバーナの第４特徴構成は、上述した管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第４特徴構成を実施するための構成を備えるものであるから、上述した管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法の第４特徴構成の欄で記載の作用効果と同様な作用効果を奏することになる。

つまり、粉粒体供給手段が、端部導入気体を、被加熱用の粉粒体を燃焼室内に搬送する搬送用気体として利用しながら、被加熱用の粉粒体を燃焼室に供給するため、被加熱用の粉粒体を燃焼室に供給するための構成の簡素化を図ることができる。

要するに、本発明の管状の火炎を形成するバーナの第４特徴構成によれば、上記管状の火炎を形成するバーナの第１〜第３特徴構成のいずれかによる作用効果に加えて、被加熱用の粉粒体を燃焼室に供給するための構成の簡素化を図りながら、被加熱用の粉粒体を加熱処理することができる管状の火炎を形成するバーナを提供できる。

管状の火炎を形成するバーナの模式図 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図 管状の火炎を形成するバーナの各部の寸法を示す表 燃焼室に管状の火炎が形成された状態を示す断面図 燃焼室に付着火炎が形成された状態を示す断面図 第１燃焼方法を実施した場合の撮像画像を示す図 第２燃焼室を実施した場合の撮像画像を示す図 ガラス原料粉末を加熱処理する管状の火炎を形成するバーナの模式図

以下、本発明の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法を実施する管状の火炎を形成するバーナの実施形態を図面に基づいて説明する。
（管状の火炎を形成するバーナの全体構成）
図１〜図３に示すように、例示する管状の火炎を形成するバーナは、一段目バーナＢ１と二段目バーナＢ２とを装備する形態に構成されている。
一段目バーナＢ１が、一端が閉塞されかつ他端が開口された円筒状の燃焼室Ｎ１を形成する燃焼室形成部材１を備え、二段目バーナＢ２が、両端が開口しかつ燃焼室Ｎ１の径よりも大きな径となる下流側燃焼室Ｎ２を形成する下流側燃焼室形成部材２を備え、二段目バーナＢ２の下流側燃焼室形成部材２には、両端が開口しかつ下流側燃焼室Ｎ２の径と同じ径となるように形成された燃焼筒３が接続されている。

すなわち、下流側燃焼室形成部材２が、燃焼室形成部材１の開口側端部に接続されて、下流側燃焼室Ｎ２が燃焼室Ｎ１の開口側の端部に連通接続されるように構成され、燃焼筒３が、下流側燃焼室形成部材２の燃焼室形成部材１が接続される側とは反対側の端部に接続されて、燃焼筒３の内部空間が下流側燃焼室Ｎ２に連通接続されるように構成されている。

本実施形態の管状の火炎を形成するバーナは、酸素ボンベ４から供給される酸素（Ｏ２）、燃料ボンベ５から供給される燃料としての圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、希釈剤ボンベ６から供給される希釈剤としての二酸化炭素（ＣＯ２）を用いて燃焼させるものであって、後述する管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法を実施することにより、燃焼室Ｎ１の内部に、燃焼室Ｎ１の内面から浮き上がる管状の火炎Ｆｕ（図５参照）を形成する状態で燃焼させることができる。

ちなみに、燃焼室Ｎ１の内面から浮き上がる管状の火炎Ｆｕを的確に形成するための管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法として、本実施形態においては、一段目バーナＢ１にのみに圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給して燃焼させる第１燃焼方法と、一段目バーナＢ１及び二段目バーナＢ２の夫々に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給して燃焼させる第２燃焼方法とがある。
そして、これらの燃焼方法を適正通り実施しない場合には、燃焼室Ｎ１の内面に付着する付着火炎Ｆｔ（図６参照）が形成されることになるが、その詳細は後述する。

尚、本実施形態の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）は、都市ガス１３Ａに対応するものであり、その代表組成は、メタンが８８．９％、エタンが６．８％、プロパンが３．１％、ブタンが１．２％である。

（一段目バーナの構成）
一段目バーナＢ１は、図２に示すように、燃焼室Ｎ１の側面部に当該燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する導入口７から燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素、圧縮天然ガス及び二酸化炭素を側部導入気体として燃焼室Ｎ１の内部に導入し、かつ、燃焼室Ｎ１の閉塞側の端部に開口する噴出口８から燃焼室Ｎ１の筒軸心方向に沿って、酸素を端部導入気体として燃焼室Ｎ１の筒軸心部（中心部）に導入するように構成されている。

すなわち、燃焼室Ｎ１に、導入口７として、筒軸心方向に長い矩形のスリット状に形成される酸素用スリット７ｓ、及び、筒軸心方向に長い矩形のスリット状に形成される燃料用スリット７ｎが、それぞれ一対ずつ設けられている。
詳しくは、酸素用スリット７ｓと燃料用スリット７ｎとが、燃焼室Ｎ１の周方向に沿って交互に位置する状態で、９０度ずつ位相を異ならせる状態で設けられている。

そして、酸素を酸素用スリット７ｓから導入し、かつ、圧縮天然ガスを燃料用スリット７ｎに導入する形態で、酸素と圧縮天然ガスとを各別に燃焼室Ｎ１に導入するように構成されることになり、また、本実施形態においては、二酸化炭素を圧縮天然ガスに混合した状態で燃焼室Ｎ１に導入するように構成されている。

つまり、図１及び図２に示すように、酸素ボンベ４から供給される酸素を筒軸心方向に広がる帯状形態で流動させる酸素供給体９が、酸素用スリット７ｓに接続され、燃料ボンベ５から供給される圧縮天然ガスと希釈剤ボンベ６から供給される二酸化炭素とを合流させて混合した混合ガスを筒軸心方向に広がる帯状形態で流動させる燃料供給体１０が、燃料用スリット７ｎに接続されている。

図１に示すように、燃焼室Ｎ１の閉塞側の端部には、燃焼室Ｎ１の筒軸心部に対応する位置から筒軸心方向に沿って伸びる筒体１１が、上述の噴出口８に接続される状態で設けられ、酸素ボンベ４から供給される酸素を案内する酸素案内管１２が、燃焼室Ｎ１の筒軸心に対して傾斜する姿勢で筒体１１に接続されている。
したがって、端部導入気体としての酸素が、酸素案内管１２及び筒体１１を通して噴出口８に案内されて、噴出口８から燃焼室Ｎ１の筒軸心部に導入されるように構成されている。

尚、筒体１１は、燃焼室Ｎ１の内部を観察するサイトホール等の目的で使用されるものであって、通常は、筒体１１の先端部は、蓋体等にて閉じられることになる。また、筒体１１は、火炎センサー（紫外線光電管）を取付けるのに用いられることもある。
ちなみに、一段目バーナＢ１の各部の寸法は、図４に示す表に記載の通りである。

（二段目バーナの構成）
二段目バーナＢ２は、下流側燃焼室Ｎ２の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導入口１５（図３参照）から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素を下流部導入酸素として下流側燃焼室Ｎ２の内部に導入する状態と、下流側導入口１５から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素、圧縮天然ガス及び二酸化炭素を下流部導入気体として下流側燃焼室Ｎ２の内部に導入する状態とに切換えられるように構成されている。

つまり、上述の第１燃焼方法を実施する場合には、酸素が下流部導入酸素として下流側導入口１５から下流側燃焼室Ｎ２の内部に導入され、上述の第２燃焼方法を実施する場合には、酸素、圧縮天然ガス及び二酸化炭素が、下流部導入気体として下流側燃焼室Ｎ２の内部に導入されることになる。

すなわち、図３に示すように、下流側燃焼室Ｎ２に、下流側導入口１５として、筒軸心方向に長い矩形のスリット状に形成される下流側酸素用スリット１５ｓ、及び、筒軸心方向に長い矩形のスリット状に形成される下流側燃料用スリット１５ｎが、それぞれ一対ずつ設けられている。
詳しくは、下流側酸素用スリット１５ｓと下流側燃料用スリット１５ｎとが、下流側燃焼室Ｎ２の周方向に沿って交互に位置する状態で、９０度ずつ位相を異ならせる状態で設けられている。

そして、第１燃焼方法を実施方法を実施する場合には、下流側酸素供給体１６を通して供給される酸素を下流側酸素用スリット１５ｓから下流側燃焼室Ｎ２に導入するように構成されることになり、かつ、圧縮天然ガスや希釈剤の下流側燃焼室Ｎ２への導入は停止される。

また、第２燃焼方法を実施する場合には、酸素を下流側酸素用スリット１５ｓから導入し、かつ、圧縮天然ガスを下流側燃料用スリット１５ｎに導入する形態で、酸素と圧縮天然ガスとを各別に下流側燃焼室Ｎ２に導入するように構成され、また、本実施形態においては、二酸化炭素を圧縮天然ガスに混合した状態で下流側燃焼室Ｎ２に導入するように構成されている。

つまり、図１及び図３に示すように、酸素ボンベ４から供給される酸素を筒軸心方向に広がる帯状形態で流動させる下流側酸素供給体１６が、下流側酸素用スリット１５ｓに接続され、燃料ボンベ５から供給される圧縮天然ガスと希釈剤ボンベ６から供給される二酸化炭素とを合流させて混合した混合ガスを筒軸心方向に広がる帯状形態で流動させる下流側燃料供給体１７が、下流側燃料用スリット１５ｎに接続されている。

ちなみに、二段目バーナＢ２の各部の寸法、及び、二段目バーナＢ２に接続される燃焼筒３の寸法は、図４に示す表に記載の通りである。

（燃焼制御構成）
図１に示すように、酸素ボンベ４には、一段目バーナＢ１の酸素供給体９に対して酸素を供給する第１酸素供給路４Ａ、二段目バーナＢ２の下流側酸素供給体１６に対して酸素を供給する第２酸素供給路４Ｂ、及び、一段目バーナＢ１の酸素案内管１２に酸素を供給する第３酸素供給路４Ｃが接続されている。

第１酸素供給路４Ａには、酸素の供給量を調節する第１酸素調節弁２０Ａ及び酸素の供給量を測定する第１酸素供給センサ２１Ａが設けられ、同様に、第２酸素供給路４Ｂには、酸素の供給量を調節する第２酸素調節弁２０Ｂ及び酸素の供給量を測定する第２酸素供給センサ２１Ｂが設けられ、また、第３酸素供給路４Ｃには、酸素の供給量を調節する第３酸素調節弁２０Ｃ及び酸素の供給量を測定する第３酸素供給センサ２１Ｃが設けられている。

また、燃料ボンベ５には、一段目バーナＢ１の燃料供給体１０に対して圧縮天然ガスを供給する第１燃料供給路５Ａ、及び、二段目バーナＢ２の下流側燃料供給体１７に対して圧縮天然ガスを供給する第２燃料供給路５Ｂが接続されている。
第１燃料供給路５Ａには、圧縮天然ガスの供給量を調節する第１燃料調節弁２２Ａ及び圧縮天然ガスの供給量を測定する第１燃料供給センサ２３Ａが設けられ、同様に、第２燃料供給路５Ｂには、圧縮天然ガスの供給量を調節する第２燃料調節弁２２Ｂ及び圧縮天然ガスの供給量を測定する第２燃料供給センサ２３Ｂが設けられている。

また、希釈剤ボンベ６には、第１燃料供給路５Ａに合流する状態に接続される第１希釈剤供給路６Ａ、及び、第２燃料供給路５Ｂに合流する状態に接続される第２希釈剤供給路６Ｂが接続されている。
第１希釈剤供給路６Ａには、二酸化炭素の供給量を調節する第１希釈剤調節弁２４Ａ及び二酸化炭素の供給量を測定する第１希釈剤供給センサ２５Ａが設けられ、同様に、第２希釈剤供給路６Ｂには、二酸化炭素の供給量を調節する第２希釈剤調節弁２４Ｂ及び二酸化炭素の供給量を測定する第２希釈剤供給センサ２５Ｂが設けられている。

図１に示すように、管状の火炎を形成するバーナの燃焼を制御する制御部Ｈが、操作指令部Ｍの指令情報、及び、第１酸素供給センサ２１Ａにて検出される酸素供給量等の供給量情報に基づいて、第１酸素調節弁２０Ａ等の弁類を制御して、管状の火炎を形成するバーナの燃焼を制御するように構成されている。

すなわち、操作指令部Ｍが、燃焼開始の指令情報、燃焼停止の指令情報、上述の第１燃焼方法の燃焼指令情報、上述の第２燃焼方法の燃焼指令情報、及び、第１燃焼方法や第２燃焼方法における燃料供給量、酸素供給量、希釈剤供給量等の各種指令情報を指令するように構成されている。
そして、制御部Ｈが、操作指令部Ｍからの指令情報、及び、測定される酸素供給量、測定される燃料供給量、測定される希釈剤供給量等の測定情報に基づいて、一段目バーナＢ１及び二段目バーナＢ２についての燃料供給量、酸素供給量、希釈剤供給量を制御すべく、第１酸素調節弁２０Ａ等の弁類を制御するように構成されている。

尚、一段目バーナＢ１及び二段目バーナＢ２に対応して、点火プラグ等の点火栓やフレームロッド等の火炎検知器が装備されて、制御部Ｈは、燃焼を開始する際には点火栓を作動させ、かつ、火炎検知器の検出情報に基づいて着火を検出する等、点火栓や火炎検知器を用いて燃焼開始処理を実行することになるが、その制御内容は周知であるので、本実施形態ではその詳細な説明は省略する。

ちなみに、本実施形態においては、酸素、圧縮天然ガス及び二酸化炭素を側部導入気体として燃焼室Ｎ１供給する側部供給手段Ｄ１が、酸素ボンベ４、燃料ボンベ５、希釈剤ボンベ６、第１酸素調節弁２０Ａ、第１燃料調節弁２２Ａ、第１希釈剤調節弁２４Ａ及び制御部Ｈを主要部として構成され、酸素を端部導入気体として燃焼室Ｎ１供給する端部供給手段Ｄ２が、酸素ボンベ４、第３酸素調節弁２０Ｃ及び制御部Ｈを主要部として構成されることになる。

また、本実施形態においては、酸素を下流部導入酸素として下流側燃焼室Ｎ２の内部に導入する下流部酸素導入手段Ｅ１が、酸素ボンベ４、第２酸素調節弁２０Ｂ及び制御部Ｈを主要部として構成され、酸素、圧縮天然ガス及び二酸化炭素を下流部導入気体として下流側燃焼室Ｎ２の内部に導入する下流部供給手段Ｅ２が、酸素ボンベ４、燃料ボンベ５、希釈剤ボンベ６、第２酸素調節弁２０Ｂ、第２燃料調節弁２２Ｂ、第２希釈剤調節弁２４Ｂ及び制御部Ｈを主要部として構成されることになる。

（第１燃焼方法）
次に、一段目バーナＢ１のみに燃料としての圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給して燃焼させる第１燃焼方法について説明する。
この第１燃焼方法においては、側部導入気体を供給する側部供給手段Ｄ１が、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、燃料が燃焼可能な下限よりも低い、下限に相当する、又は、下限よりも設定小量だけ高い燃焼制限用酸素比に設定するように構成されている。

本実施形態では、燃焼制限用酸素比を、０.２〜０．４の間に設定するように構成されている。
ちなみに、燃料が燃焼可能な下限は、０．３程度であり、燃焼制限用酸素比を、０．４に設定する場合とは、下限よりも設定小量だけ高い比に設定する場合に相当するものであり、設定小量だけ高いとは、０．１程度高いことを意味することになる。

また、側部供給手段Ｄ１が、燃焼速度あるいは噴出速度を適正状態に調整するために、設定量の二酸化炭素を圧縮天然ガス（ＣＮＧ）に混合させることになる。
すなわち、側部導入気体に含まれる酸素量と側部導入気体に含まれる二酸化炭素の量である二酸化炭素量とを加えた合計量に対して酸素量が含まれる濃度を示す酸素濃度が２０〜４０％となるように、二酸化炭素を圧縮天然ガス（ＣＮＧ）に混合させることになり、本実施形態では、例えば、酸素濃度が３０％になるように、二酸化炭素を圧縮天然ガス（ＣＮＧ）に混合させるように構成されている。

また、この第１燃焼方法においては、端部導入気体を供給する端部供給手段Ｄ２が、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体と端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量の割合を示す酸素比が燃焼制限用酸素比よりも高い燃焼用酸素比となるように、端部導入気体の導入量を定めるように構成されている。

本実施形態では、側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して端部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比が０．３３になるように、端部導入気体（酸素）の導入量を定めるように構成されている。したがって、本実施形態においては、燃焼用酸素比は、０．５３〜０．７３の範囲となる。

加えて、この第１燃焼方法においては、下流部酸素導入手段Ｅ１が、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量から側部導入気体に含まれる酸素量を減算した不足酸素量又はその不足酸素量に設定余剰量を加えた設定酸素量に相当する酸素を下流部導入酸素として、下流側酸素用スリット１５ｓから下流側燃焼室Ｎ２の内部に導入するように構成されている。

本実施形態においては、側部導入気体に含まれる酸素量と下流部導入酸素に含まれる酸素量を加えた合計酸素量が、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量の１．１倍となるように、換言すれば、理論酸素量に対して合計酸素量の割合を示す総括酸素比が１．１となるように、下流部導入酸素として酸素を導入するように構成されている。

すなわち、この第１燃焼法においては、燃焼制限用酸素比を、０.２〜０．４の間に設定し、且つ、酸素濃度を３０％に設定する状態で、側部導入気体を燃焼室Ｎ１に供給するように構成され、また、燃焼用酸素比を、０．５３〜０．７３の間に設定する状態で、端部導入気体を燃焼室Ｎ１に供給するように構成されている。
加えて、総括酸素比が１．１となるように、下流部導入酸素を下流側燃焼室Ｎ２に導入するように構成されている。

（第１燃焼方法の考察）
次に、第１燃焼方法の実験結果を説明する。
この実験は、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比（一段目バーナ酸素比）β１を、０．２、０．４、０．６、０．８の４段階に変化させる形態で燃焼させ、その燃焼状態を、燃焼筒３の開口部を通して、カメラＣｍ（図１参照）にて撮像したものであり、その撮像結果（撮像画像）を図７の表に示す。

ちなみに、この実験は、一段目バーナＢ１の燃焼量が１０ＫＷとなるように圧縮天然ガスを供給する状態で行ったものである。
そして、端部導入気体としての軸方向酸素を、１０Ｌ／ｍｉｎで導入して、側部導入気体に含まれる圧縮天然ガスを燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して端部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比βａｘが０．３３になるようにし、また、総括酸素比が１．１となるように、下流部導入酸素を下流側燃焼室Ｎ２に導入した。

図７の表の上段は、端部導入気体（軸方向酸素）を導入しない場合の結果を示し、下段は、端部導入気体（軸方向酸素）を導入した場合の結果を示すものである。
一段目バーナ酸素比β１を、燃焼用制限用酸素比である０．２や０．４に設定する状態で、端部導入気体（軸方向酸素）を導入した場合には、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１に、管状の火炎Ｆｕが形成されるものとなる。

これに対して、端部導入気体（軸方向酸素）を導入しない場合には、一段目バーナ酸素比β１を、０．２、０．４、０．６、０．８のいずれに設定しても、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１には、管状の火炎Ｆｕが形成されずに、付着火炎Ｆｔが形成されるものとなる。
ちなみに、一段目バーナ酸素比β１を、０．２に設定する場合には、一段目バーナＢ１には火炎が形成されずに消火状態となる。

また、端部導入気体（軸方向酸素）を導入する場合においても、一段目バーナ酸素比β１を、０．６、０．８に設定すると、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１には、管状の火炎Ｆｕが形成されずに、付着火炎Ｆｔが形成されるものとなる。
尚、図７の表に示される撮像画像には、径方向に伸びる線状や点状等の発光部分が存在するが、この発光部分は、加熱された状態にある点火栓や火炎検知器が発光することにより生じたものである。

以上の実験結果から、上述した第１燃焼方法を実施することにより、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１に、管状の火炎Ｆｕが形成されることが確認された。
ちなみに、二段目バーナＢ２の下流側燃焼室Ｎ２には、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１から流動する圧縮天然ガスの未燃成分が燃焼する火炎が形成されることになるが、この火炎は、下流側燃焼室Ｎ２の内面に付着する付着火炎Ｆｔとなる。

（第２燃焼方法）
次に、一段目バーナＢ１及び二段目バーナＢ２の夫々に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給して燃焼させる第２燃焼方法について説明する。
この第２燃焼方法においては、側部導入気体を供給する側部供給手段Ｄ１が、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、燃料が燃焼可能な下限よりも低い、下限に相当する、又は、下限よりも設定小量だけ高い燃焼制限用酸素比に設定するように構成されている。

本実施形態では、燃焼制限用酸素比を、０.２〜０．４の間に設定するように構成されている。
ちなみに、上述の第１燃焼方法の説明でも述べた如く、燃料が燃焼可能な下限は、０．３程度であり、燃焼制限用酸素比を、０．４に設定する場合とは、下限よりも設定小量だけ高い比に設定する場合に相当するものであり、設定小量だけ高いとは、０．１程度高いことを意味することになる。

また、この第２燃焼方法においては、端部導入気体を供給する端部供給手段Ｄ２が、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体と端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量の割合を示す酸素比が燃焼制限用酸素比よりも高い燃焼用酸素比となるように、端部導入気体の導入量を定めるように構成されている。

本実施形態では、側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して端部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比が０．３３になるように、端部導入気体（酸素）の導入量を定めるように構成されている。したがって、本実施形態においては、燃焼用酸素比は、０．５３〜０．７３の範囲となる。

加えて、第２燃焼方法においては、下流部導入気体を供給する下流部供給手段Ｅ２が、側部導入気体と下流部導入気体とを合わせた全導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して全導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比が量論比又はその量論比よりも高い全導入気体用酸素比となるように、下流部導入気体に含まれる酸素量を定めるように構成されている。

本実施形態においては、側部導入気体に含まれる酸素量と下流部導入気体に含まれる酸素量を加えた合計酸素量が、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）と下流部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）との合計燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量の１．１倍となるように、換言すれば、合計燃料の理論酸素量に対して合計酸素量の割合を示す総括酸素比が１．１となるように、下流部導入酸素として酸素を導入するように構成されている。

さらに、この第２燃焼方法においては、側部供給手段Ｄ１が、燃焼速度あるいは噴出速度を適正状態に調整するために、設定量の二酸化炭素を圧縮天然ガス（ＣＮＧ）に混合させ、且つ、下流部供給手段Ｅ２が、燃焼速度あるいは噴出速度を適正状態に調整するために、設定量の二酸化炭素を圧縮天然ガス（ＣＮＧ）に混合させることになる。

すなわち、側部導入気体に含まれる酸素量、側部導入気体に含まれる二酸化炭素の量である二酸化炭素量、下流部導入気体に含まれる酸素量、及び、下流部導入気体に含まれる二酸化炭素の量である二酸化炭素量を加えた気体合計量に対して、側部導入気体に含まれる酸素量と下流部導入気体に含まれる酸素量とを加えた合計酸素量の酸素濃度を示すバーナ全体の酸素濃度が設定濃度以下となるように、側部導入気体や下流部導入気体に含まれる圧縮天然ガス（ＣＮＧ）に二酸化炭素を混合させることになる。

本実施形態では、例えば、バーナ全体の酸素濃度が５０％以下になるように、側部導入気体や下流部導入気体に含まれる圧縮天然ガス（ＣＮＧ）に二酸化炭素を混合させるように構成されている。

尚、バーナ全体の酸素濃度が５０％以下になるように供給する二酸化炭素は、側部導入気体に含まれる圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と下流部導入気体に含まれる圧縮天然ガス（ＣＮＧ）とに分配されることになるが、その分配比率は、例えば、側部導入気体に含まれる酸素量と下流部導入気体に含まれる酸素量との比率に合わせた比率に定める等、適宜定めることができる。

すなわち、この第２燃焼法においては、燃焼制限用酸素比を、０.２〜０．４の間に設定する状態で、側部導入気体を燃焼室Ｎ１に供給するように構成され、また、燃焼用酸素比を、０．５３〜０．７３の間に設定する状態で、端部導入気体を燃焼室Ｎ１に供給するように構成されている。
加えて、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）と下流部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）との合計燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して、側部導入気体に含まれる酸素量と下流部導入気体に含まれる酸素量を加えた合計酸素量の割合を示す総括酸素比が１．１となるように、下流部導入酸素として酸素を導入するように構成されている。

さらに、バーナ全体の酸素濃度が５０％以下になるように、側部導入気体や下流部導入気体に含まれる圧縮天然ガス（ＣＮＧ）に二酸化炭素を混合させた状態で、側部導入気体を燃焼室Ｎ１に供給し、かつ、下流部導入気体を下流側燃焼室Ｎ２に供給するように構成されている。

（第２燃焼方法の考察）
次に、第２燃焼方法の実験結果を説明する。
この実験は、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比（一段目バーナ酸素比）β１を、燃焼制限用酸素比である０．２に設定した状態で、バーナ全体の酸素濃度を、４８％、５３％、５９％、６７％の４段階に変化させる形態で燃焼させ、その燃焼状態を、燃焼筒３の開口部を通して、カメラＣｍ（図１参照）にて撮像したものであり、その撮像結果を図８の表に示す。

ちなみに、この実験は、側部導入気体に含まれる圧縮天然ガスと下流部導入気体に含まれる圧縮天然ガスとの合計燃料の理論酸素量に対して、側部導入気体に含まれる酸素量と下流部導入気体に含まれる酸素量との合計酸素量の割合を示す総括酸素比が１．１となるように、下流部導入気体に含まれる酸素量を定めるようにした。
また、端部導入気体としての軸方向酸素を、１０Ｌ／ｍｉｎで導入した。

図８の表の上段は、一段目バーナＢ１にて１０ＫＷの圧縮天然ガスを燃焼させかつ二段目バーナＢ２にて５．５ＫＷを燃焼させる状態で、総括燃焼量が１５ＫＷとなる状態で燃焼させた場合の結果を示し、下段は、一段目バーナＢ１にて５．５ＫＷの圧縮天然ガスを燃焼させかつ二段目バーナＢ２にて１０ＫＷを燃焼させる状態で、総括燃焼量が１５ＫＷとなる状態で燃焼させた場合の結果を示すものである。

図８の表の上段及び下段のいずれにおいても、バーナ全体の酸素濃度が低くなるほど、付着火炎Ｆｔや輝炎の発生が消滅する傾向となり、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１に形成される火炎が管状の火炎Ｆｕに近づくことが分かり、バーナ全体の酸素濃度が５０％以下では、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１に管状の火炎Ｆｕが形成される。

尚、図８の表に示される画像には、図７の表に示される画像と同様に、径方向に伸びる線状や点状等の発光部分が存在するが、この発光部分は、上述の第１燃焼方法の実験結果の欄にて記載の如く、加熱された状態にある点火栓や火炎検知器が発光することにより生じるものである。

以上の実験結果から、上述した第２燃焼方法を実施することにより、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１に、管状の火炎Ｆｕが形成されることが確認された。
ちなみに、二段目バーナＢ２の下流側燃焼室Ｎ２には、一段目バーナＢ１の燃焼室Ｎ１から流動する未燃分の圧縮天然ガスや、供給される圧縮天然ガスが燃焼する火炎が形成されることになるが、この火炎は、下流側燃焼室Ｎ２の内面に付着する付着火炎となる。それでも、バーナ全体の酸素濃度を５０％未満（図８では４８％）とすれば、二段目バーナの火炎も、付着がほとんどなくなり管状の火炎に近づく。

（ガラス原料溶解方法）
図９に示すように、管状の火炎を形成するバーナが、一段目バーナＢ１、二段目バーナＢ２及び燃焼筒３を上方から下方に向けて並べる縦向き姿勢で加熱炉Ｒに設置され、被加熱用の粉粒体としてのガラス原料粉末Ｇｆを供給する粉粒体供給手段Ｋが、端部導入気体に伴ってガラス原料粉末Ｇｆを燃焼室Ｎ１に供給するように構成されている。

すなわち、粉粒体供給手段Ｋが、ガラス原料末Ｇｆを貯留するホッパー２６に、貯留されたガラス原料粉末Ｇｆを設定量ずつ繰出す繰出しロール２７を備える形態に構成されている。
本実施形態においては、ホッパー２６から繰り出したガラス原料粉末Ｇｆを、ベンチュリー式の混合器２８を用いて、酸素ボンベ４から供給される酸素に混合し、ガラス原料粉末Ｇｆが混合された酸素を酸素案内管１２に供給するように構成されている。
尚、図９においては、図面を簡略化するために、酸素ボンベ４と混合器２８との間に配設されることになる第３酸素調節弁２０Ｃ及び第３酸素供給センサ２１Ｃの記載を省略している。

したがって、被加熱用の粉粒体としてのガラス原料粉末Ｇｆが、端部導入気体としての酸素に伴って燃焼室Ｎ１に供給されて、加熱処理により、溶解されることになる。
また、管状の火炎を形成するバーナの下方側箇所には、加熱されて溶解された溶解ガラスＧｍを回収するガラス貯留槽２９が設けられて、一段目バーナＢ１及び二段目バーナＢ２の内部での加熱処理や燃焼炉Ｒの内部での加熱処理にて溶解されたガラス原料粉末Ｇｆが、溶解ガラスＧｍとしてガラス貯留槽２９に回収されることになる。

ちなみに、ガラス原料粉末Ｇｆを溶解処理する際には、管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法としては、上述した第１燃焼方法と第２燃焼方法とのうちのいずれをも利用できるものであるが、ガラス原料粉末Ｇｆの溶解には高温が要求されるため、第２燃焼方法が好ましいものである。

〔別実施形態〕
次に、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態においては、管状の火炎を形成するバーナが、一段目バーナＢ１に加えて、二段目バーナＢ２を備える場合を例示したが、二段目バーナＢ２を省略する形態で実施してもよい。
この場合、燃焼用酸素比、すなわち、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して側部導入気体と端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量の割合を示す酸素比を、例えば、０．９５〜１．２の範囲に設定して、側部導入気体に含まれる燃料（圧縮天然ガス）を、未燃分の発生を抑制した状態で燃焼させることになる。ちなみに、実験によって、端部供給酸素量を総括の酸素比が量論以上になるように増やしても管状の火炎ができることを確認している。

（２）上記実施形態においては、燃料として、圧縮天然ガスを例示したが、本発明の「燃料」とは燃焼室Ｎ１や下流側燃焼室Ｎ２に供給可能な燃料を意味し、いわゆる気体状の燃料ガスの他、液体燃料（燃焼室Ｎ１や下流側燃焼室Ｎ２への導入前に予蒸発させて燃料ガスとして燃焼室Ｎ１に導入するもの、及び、液体のまま燃焼室Ｎ１や下流側燃焼室Ｎ２に噴霧した後蒸発して燃料ガスとなるもの）を含む。

（３）上記実施形態においては、燃焼室Ｎ１に導入する側部導入気体として、燃料、酸素、及び、希釈剤を示したが、希釈剤を省略して、燃料及び酸素を側部導入気体として導入する形態で実施してもよい。
また、上記実施形態においては、下流側燃焼室Ｎ２に導入する下流部導入気体として、燃料、酸素、及び、希釈剤を示したが、希釈剤を省略して、燃料及び酸素を側部導入気体として導入する形態で実施してもよい。

（４）上記実施形態では、側部導入気体として、酸素、燃料及び希釈剤を燃焼室Ｎ１に導入する形態として、酸素と燃料とを各別に導入しかつ燃料に希釈剤を混合する形態を例示したが、酸素に希釈剤を混合させてもよく、また、酸素、燃料、希釈剤を予め混合させた状態で導入する形態を採用してもよい。ちなみに、火炎の付着を抑える目的には、希釈剤を燃料に加える方が有利である。
ちなみに、希釈剤を省略して、側部導入気体として、酸素と燃料とを燃焼室Ｎ１に導入する形態としては、酸素と燃料とを各別に導入して、燃焼室Ｎ１内にて混合させる形態や、酸素と燃料とを予め混合させた状態で導入する形態を採用することができる。

（５）上記実施形態では、下流部導入気体として、酸素、燃料及び希釈剤を下流側燃焼室Ｎ２に導入する形態として、酸素と燃料とを各別に導入しかつ燃料に希釈剤を混合する形態を例示したが、酸素に希釈剤を混合させてもよく、また、酸素、燃料、希釈剤を予め混合させた状態で導入する形態や、酸素、燃料、希釈剤を各別に導入する形態を採用してもよい。
ちなみに、希釈剤を省略して、下流部導入気体として、酸素と燃料とを下流側燃焼室Ｎ２に導入する形態としては、酸素と燃料とを各別に導入して、下流側燃焼室Ｎ２内にて混合させる形態や、酸素と燃料とを予め混合させた状態で導入する形態を採用することができる。

（６）上記実施形態では、端部導入気体として、酸素のみを導入する形態を例示したが、端部導入気体として、酸素と希釈剤とを導入させる形態で実施してもよい。
この場合、酸素と希釈剤とを各別に導入する形態や酸素と希釈剤とを予め混合させた状態で導入させる形態を採用できる。

（７）上記実施形態では、第１燃焼方法における下流部導入酸素として、酸素のみを導入する形態を例示したが、下流部導入気体として、酸素と希釈剤とを導入させる形態で実施してもよい。
この場合、酸素と希釈剤とを各別に導入する形態や酸素と希釈剤とを予め混合させた状態で導入させる形態を採用できる。
なお、燃焼合成を行う場合には、それに必要な原料を供給することになる。原料の一部が気体である場合には、それを搬送気体として利用することも可能である。

（８）上記実施形態では、下流側燃焼室Ｎ２が燃焼室Ｎ１よりも大径に形成される場合を例示したが、下流側燃焼室Ｎ２を燃焼室Ｎ１と同径に形成する形態で実施してもよい。

（９）上記実施形態では、希釈剤として、二酸化炭素を例示したが、他のガスを用いるようにしてもよい。
すなわち、希釈剤としては、不活性ガスを用いるのが適当であり、上記実施形態で記載した二酸化炭素やアルゴンがその代表であるが、窒素酸化物が問題にならない場合には、窒素を希釈剤として用いることもできる。

７ 導入口
１５ 下流側導入口
Ｄ１ 側部供給手段
Ｄ２ 端部供給手段
Ｅ１ 下流部酸素導入手段
Ｅ２ 下流部供給手段
Ｇｆ 加熱用の粉粒体
Ｋ 粉粒体供給手段
Ｎ１ 燃焼室
Ｎ２ 下流側燃焼室

Claims (8)

1. 一端が閉塞されかつ他端が開口された円筒状の燃焼室の側面部に当該燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する導入口から燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを側部導入気体として前記燃焼室の内部に導入し、且つ、前記燃焼室の閉塞側の端部から前記燃焼室の筒軸心方向に沿って、酸素、又は、酸素と希釈剤とを端部導入気体として前記燃焼室の筒軸心部に導入して管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法であって、
   前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、燃料が燃焼可能な下限よりも低い、前記下限に相当する、又は、前記下限よりも設定小量だけ高い燃焼制限用酸素比に設定し、且つ、
   前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記側部導入気体と前記端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量の割合を示す酸素比が前記燃焼制限用酸素比よりも高い燃焼用酸素比となるように、前記端部導入気体の導入量を定めることを特徴とする管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法。
2. 両端が開口しかつ前記燃焼室の径と同じ径又はその径よりも大きな径となるように形成された下流側燃焼室が、前記燃焼室の開口側の端部に連通接続される形態で設けられ、
   前記下流側燃焼室の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量から前記側部導入気体に含まれる酸素量を減算した不足酸素量又はその不足酸素量に設定余剰量を加えた設定酸素量に相当する酸素又はその酸素と希釈剤とを下流部導入酸素として前記下流側燃焼室の内部に導入する請求項１記載の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法。
3. 両端が開口しかつ前記燃焼室の径と同じ径又はその径よりも大きな径となるように形成された下流側燃焼室が、前記燃焼室の開口側の端部に連通接続される形態で設けられ、
   前記下流側燃焼室の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを下流部導入気体として前記下流側燃焼室の内部に導入し、
   前記側部導入気体と前記下流部導入気体とを合わせた全導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記全導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比が量論比又はその量論比よりも高い全導入気体用酸素比となるように、前記下流部導入気体に含まれる酸素量を定めることを特徴とする請求項１記載の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法。
4. 被加熱用の粉粒体を、前記端部導入気体に伴って前記燃焼室に供給する請求項１〜３のいずれか１項に記載の管状の火炎を形成するバーナの燃焼方法。
5. 一端が閉塞されかつ他端が開口された円筒状の燃焼室の側面部に当該燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する導入口から燃焼室面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを側部導入気体として前記燃焼室の内部に導入し、且つ、前記燃焼室の閉塞側の端部から前記燃焼室の筒軸心方向に沿って、酸素、又は、酸素と希釈剤とを端部導入気体として前記燃焼室の筒軸心部に導入して管状の火炎を形成するバーナであって、
   前記側部導入気体を供給する側部供給手段が、前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記側部導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比を、燃料が燃焼可能な下限よりも低い、前記下限に相当する、又は、前記下限よりも少し高い燃焼制限用酸素比に設定するように構成され、
   前記端部導入気体を供給する端部供給手段が、前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記側部導入気体と前記端部導入気体との夫々に含まれる酸素量を合わせた総括酸素量の割合を示す酸素比が前記燃焼制限用酸素比よりも高い燃焼用酸素比となるように、前記端部導入気体の導入量を定めるように構成されていることを特徴とする管状の火炎を形成するバーナ。
6. 両端が開口しかつ前記燃焼室の径と同じ径又はその径よりも大きな径となるように形成された下流側燃焼室が、前記燃焼室の開口側の端部に連通接続される形態で設けられ、
   前記下流側燃焼室の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導入口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて下流部導入酸素として前記下流側燃焼室の内部に導入する下流部酸素導入手段が、前記側部導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量から前記側部導入気体に含まれる酸素量を減算した不足酸素量又はその不足酸素量に設定余剰量を加えた設定酸素量に相当する酸素又はその酸素と希釈剤とを前記下流部導入酸素として導入するように構成されている請求項５に記載の管状の火炎を形成するバーナ。
7. 両端が開口しかつ前記燃焼室の径と同じ径又はその径よりも大きな径となるように形成された下流側燃焼室が、前記燃焼室の開口側の端部に連通接続される形態で設けられ、
   前記下流側燃焼室の側面部に当該下流側燃焼室の筒軸心方向に長いスリット状に開口する下流側導口から下流側燃焼室内面の接線方向に向けて、酸素及び燃料、又は、それらと希釈剤とを下流部導入気体として前記下流部燃焼室の内部に導入する下流部供給手段が、前記側部導入気体と前記下流部導入気体とを合わせた全導入気体に含まれる燃料を燃焼させるのに必要とする理論酸素量に対して前記全導入気体に含まれる酸素量の割合を示す酸素比が量論比又はその量論比よりも高い全導入気体用酸素比となるように、前記下流部導入気体に含まれる酸素量を定めるように構成されている請求項５に記載の管状の火炎を形成するバーナ。
8. 被加熱用の粉粒体を供給する粉粒体供給手段が、前記端部導入気体に伴って前記粉粒体を前記燃焼室に供給するように構成されている請求項５〜７のいずれか１項に記載の管状の火炎を形成するバーナ。

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