(57)【要約】【課題】旋回流調整手段による第２流体の旋回流の旋回速度を調整する構成によって、火炎の長さ及び燃焼量を目標値に容易に設定することができるバーナを提供する。【解決手段】バーナ１は、第１流体としての燃料ガスＦを噴出させる中心ノズル２、中心ノズル２の中心軸線Ｏの周りに第２流体としての燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１を噴出させる外周ノズル３、及び外周ノズル３に形成されて、旋回流Ａ１の、外周ノズル３の周方向Ｃへの旋回速度を調整可能な旋回流調整手段４を備える。旋回流調整手段４は、燃焼用空気Ａの噴出流量を維持した、第１流体Ｆ及び燃焼用空気Ａの燃焼によって形成する火炎Ｈの長さの調整が可能であるとともに、火炎Ｈの長さを維持した、燃焼用空気Ａの噴出流量の調整が可能である。【選択図】図１
2020041723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炎を形成するための第１流体を噴出させる中心ノズルと、
前記中心ノズルの外周側に配置され、前記中心ノズルの中心軸線の周りに、火炎を形成するための第２流体の旋回流を噴出させる環状の外周ノズルと、
前記外周ノズルに形成され、前記旋回流の、前記外周ノズルの周方向への旋回速度を調整可能な旋回流調整手段と、を備え、
前記旋回流調整手段は、前記第２流体の噴出流量を維持した、前記第１流体及び前記第２流体の燃焼によって形成する火炎の長さの調整が可能であるとともに、前記火炎の長さを維持した、前記第２流体の噴出流量の調整が可能である、バーナ。
【請求項２】
前記旋回流調整手段は、
前記外周ノズルの周方向に並ぶ状態で配置され、前記外周ノズルの周方向に交差する回動軸を中心に回動して、前記中心ノズルの中心軸線との間の傾倒角度を変更可能な複数の動翼と、
前記中心ノズルに接続された第１配管と、
前記第１配管内に設けられ、前記中心ノズルから噴出される前記第１流体の噴出流量を調整するための第１流量調整弁と、
前記外周ノズルに接続された第２配管と、
前記第２配管内に設けられ、前記外周ノズルから噴出される前記第２流体の噴出流量を調整するための第２流量調整弁と、を用いて構成されており、
かつ、複数の前記動翼の前記傾倒角度を大きくするほど、前記旋回流の前記旋回速度を速くするとともに、前記火炎の長さを短くすることが可能であるとともに、前記第２流体の噴出流量を多くするほど、前記火炎の長さを長くすることが可能である、請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
複数の前記動翼の前記回動軸は、前記外周ノズルの径方向に沿って設けられており、
複数の前記動翼は、前記外周ノズルの周方向へ傾倒するよう構成されている、請求項２に記載のバーナ。
【請求項４】
複数の前記動翼は、駆動源によって駆動されて、同時に回動して同じ傾倒角度に変更可能であり、
前記第１流量調整弁、前記第２流量調整弁及び前記駆動源の動作は、制御装置によって制御されるよう構成されており、
前記制御装置においては、前記第１流量調整弁による前記第１流体の噴出流量、前記第２流量調整弁による前記第２流体の噴出流量、及び前記駆動源による複数の前記動翼の傾倒角度の各調整によって、前記第２流体の噴出流量と、前記火炎の長さとを変更可能な調整範囲が設定されている、請求項２又は３に記載のバーナ。
【請求項５】
複数の前記動翼は、個別に、又は所定数ごとに回動して、別々の傾倒角度に変更可能である、請求項２又は３に記載のバーナ。
【請求項６】
前記火炎の温度、加熱対象物の温度、又は加熱炉内の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記温度測定手段によって測定される温度に応じて、前記駆動源の制御によって複数の前記動翼の傾倒角度を調整して、前記火炎の長さを変更可能である、請求項４に記載のバーナ。
【請求項７】
前記旋回流調整手段は、
前記中心ノズルに接続された配管と、
前記配管内に設けられ、前記中心ノズルから噴出される前記第１流体の噴出流量を調整するための流量調整弁と、
前記外周ノズルに形成されて前記旋回流を形成するための旋回室と、
前記旋回室の周方向に向けて前記第２流体としての旋回用第２流体を流入させるための旋回用配管と、
前記旋回用配管内に設けられ、前記旋回室内に流入させる前記旋回用第２流体の供給流量を調整するための旋回用流量調整弁と、
前記旋回室の中心軸線の方向に向けて前記第２流体としての直進用第２流体を流入させるための直進用配管と、
前記直進用配管内に設けられ、前記旋回室内に流入させる前記直進用第２流体の供給流量を調整するための直進用流量調整弁と、を用いて構成されており、
かつ、前記旋回室内への前記旋回用第２流体及び前記直進用第２流体の合計供給流量における、前記旋回室内への前記旋回用第２流体の供給流量の割合を多くするほど、前記旋回流の前記旋回速度を速くするとともに、前記火炎の長さを短くすることが可能である、請求項１に記載のバーナ。
【請求項８】
前記流量調整弁、前記旋回用流量調整弁及び前記直進用流量調整弁の動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置においては、前記流量調整弁による前記第１流体の噴出流量、前記旋回用流量調整弁による前記旋回用第２流体の噴出流量、及び前記直進用流量調整弁による前記直進用第２流体の噴出流量の各調整によって、前記旋回用第２流体と前記直進用第２流体とを合わせた前記第２流体の噴出流量と、前記火炎の長さとを変更可能な調整範囲が設定されている、請求項７に記載のバーナ。
【請求項９】
前記火炎の温度、加熱対象物の温度、又は加熱炉内の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記温度測定手段によって測定される温度に応じて、前記旋回用流量調整弁及び前記直進用流量調整弁の動作の制御を受けて、前記旋回室内への前記旋回用第２流体及び前記直進用第２流体の合計供給流量における、前記旋回室内への前記旋回用第２流体の供給流量の割合を調整して、前記火炎の長さを変更可能である、請求項８に記載のバーナ。
【請求項１０】
前記第１流体は、燃料としての燃料ガス又は燃料の噴霧液滴であり、
前記第２流体は、前記燃料と燃焼させる燃焼用空気である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバーナ。
【請求項１１】
前記第２流体は、燃料としての燃料ガス又は燃料の噴霧液滴であり、
前記第１流体は、前記燃料と燃焼させる燃焼用空気である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバーナ。
【請求項１２】
前記第１流体及び前記第２流体は、燃料としての燃料ガス又は燃料の噴霧液滴である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炎を形成する長さを変更可能なバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料と燃焼用空気との燃焼を行って火炎を形成するバーナは、例えば、雰囲気加熱炉、熱処理炉等の工業炉に用いられる。バーナにおいては、燃料及び燃焼用空気の流量を調整することによって形成する火炎の長さを調整している。また、燃料と燃焼用空気との混合の促進、燃焼の安定化、火炎の形成長さの安定化等を図る目的で、燃料又は燃焼用空気の旋回流を形成することが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１の高速噴流型拡散燃焼式バーナにおいては、燃料供給管から炉内に噴出させる燃料ガスを、一次空気流路から炉内に噴出させる一次空気に向けて拡散させることが記載されている。また、燃料供給管から噴出させる燃料ガス又は一次空気流路から噴出させる一次空気を旋回させることにより、燃料ガスと一次空気とが混合されやすくすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９９９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バーナによって加熱対象物を適切に加熱するためには、バーナによって形成する火炎と加熱対象物との距離を適切にすることが必要であることが分かった。特許文献１のバーナにおいては、燃焼によって形成する火炎の長さを調整する工夫はなされていない。火炎の形成長さを調整するためには、バーナへの燃料及び燃焼用空気の供給量を調整することが考えられる。また、バーナのノズルに旋回羽根等を設け、旋回羽根等によって燃料又は燃焼用空気の旋回流を形成することも考えられる。
【０００６】
特許文献１等に記載された従来のバーナにおいては、形成される火炎の長さを調整するためには、燃料又は燃焼用空気の流量を変更する必要がある。しかし、燃料又は燃焼用空気の流量を変更する場合には、形成される火炎の長さが変化するだけでなく、燃料と燃焼用空気との燃焼量（発熱量）も変化するといった課題がある。また、従来の旋回羽根の傾倒角度は固定されており、形成される火炎の長さを変更することはできない。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、旋回流調整手段による第２流体の旋回流の旋回速度（旋回強さ）を調整する構成によって、火炎の長さ及び燃焼量を目標値に容易に設定することができるバーナを提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、火炎を形成するための第１流体を噴出させる中心ノズルと、
前記中心ノズルの外周側に配置され、前記中心ノズルの中心軸線の周りに、火炎を形成するための第２流体の旋回流を噴出させる環状の外周ノズルと、
前記外周ノズルに形成され、前記旋回流の、前記外周ノズルの周方向への旋回速度を調整可能な旋回流調整手段と、を備え、
前記旋回流調整手段は、前記第２流体の噴出流量を維持した、前記第１流体及び前記第２流体の燃焼によって形成する火炎の長さの調整が可能であるとともに、前記火炎の長さを維持した、前記第２流体の噴出流量の調整が可能である、バーナにある。
【発明の効果】
【０００９】
前記一態様のバーナは、中心ノズルの外周側に配置された外周ノズルに、外周ノズルから噴出される第２流体の旋回流の周方向への旋回速度（旋回強さ）を調整可能な旋回流調整手段を備える。そして、旋回流調整手段による第２流体の旋回流の旋回速度の調整を利用することにより、バーナによって形成する火炎の長さを適切に設定することができる。
【００１０】
火炎によって加熱対象物を直接加熱するバーナにおいて、加熱対象物を加熱する温度等は、バーナによって形成される火炎と加熱対象物との距離、及びバーナにおける、火炎を形成する際の燃焼量等によって決まる。前記一態様のバーナにおいては、第２流体の旋回流の旋回速度を調整できることにより、火炎の長さと燃焼量とを必要に応じた大きさに設定することができる。
【００１１】
具体的には、バーナにおいては、旋回流調整手段を用いることによって、第２流体の噴出流量を維持した、火炎の長さの調整が可能であるとともに、火炎の長さを維持した、第２流体の噴出流量の調整が可能である。第２流体の噴出流量は、第２流体が燃料又は燃焼用空気のいずれである場合においても、バーナにおける燃焼量を確保するために決定される。バーナにおける、燃料と燃焼用空気との混合割合を示す空気過剰率又は空気比は、決められた目標値に制御されることがほとんどである。そのため、バーナにおける燃焼量は、第２流体の噴出流量の調整に応じて調整されることとする。
【００１２】
旋回流調整手段による第２流体の旋回流の旋回速度を速くする場合には、第２流体が外周ノズルの周方向に噴出されやすく、第２流体が中心ノズルの中心軸線の方向に噴出される速さが遅くなる。これにより、バーナによって形成される火炎の長さが短くなる。
【００１３】
一方、旋回流調整手段による第２流体の旋回流の旋回速度を遅くする場合には、第２流体が中心軸線の方向に噴出されやすく、第２流体が中心ノズルの中心軸線の方向に噴出される速さが速くなる。これにより、バーナによって形成される火炎の長さが長くなる。
【００１４】
そして、旋回流調整手段による第２流体の旋回流の旋回速度を調整することによって、第２流体の噴出流量を維持した、火炎の長さの調整を行うことができる。この場合、第１流体の噴出流量及び第２流体の噴出流量を変化させないことにより、バーナにおける燃焼量を維持したまま、火炎の長さを変更することができる。これにより、例えば、加熱対象物の変更により、バーナと加熱対象物との距離が変化した場合でも、火炎の長さを変更することによって、バーナの火炎から加熱対象物までの距離を適切に維持することができる。
【００１５】
また、旋回流調整手段による第２流体の旋回流の旋回速度を調整することによって、火炎の長さを維持した、第２流体の噴出流量の調整を行うことができる。この場合、第２流体の旋回流の旋回速度を維持したまま、第２流体の噴出流量を減らすと、火炎が長く形成される。一方、第２流体の旋回流の旋回速度を維持したまま、第２流体の噴出流量を増やすと、火炎が短く形成される。
【００１６】
そこで、バーナにおける燃焼量を減らすために第２流体の噴出流量を減らすときには、第２流体の旋回流の旋回速度を速くすることができる。これにより、第２流体が外周ノズルの周方向に噴出されやすくなり、火炎が長く形成されることを抑制することができる。その結果、火炎の長さを維持したままバーナにおける燃焼量を減らすことができる。
【００１７】
一方、バーナにおける燃焼量を増やすために第２流体の噴出流量を増やすときには、第２流体の旋回流の旋回速度を遅くすることができる。これにより、第２流体が中心軸線の方向に噴出されやすくなり、火炎が短く形成されることを抑制することができる。その結果、火炎の長さを維持したままバーナにおける燃焼量を増やすことができる。
【００１８】
このように、前記一態様のバーナにおいては、旋回流調整手段による第２流体の旋回流の旋回速度を調整する構成によって、火炎の長さ及び燃焼量を目標値に容易に設定することができる。
【００１９】
なお、第２流体の旋回流の旋回速度の調整によって火炎の長さを調整するためには、第２流体の噴出流量が所定値以上であることが前提条件となる。
【００２０】
また、第２流体の旋回流とは、外周ノズルから噴出される第２流体が、中心ノズルの中心軸線の周りの一方向に回転しながら噴出される流れのことをいう。換言すれば、第２流体の旋回流とは、外周ノズルから噴出される第２流体が、中心軸線の周りに螺旋状に捩じられて噴出される流れのことをいう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１にかかる、バーナの断面を示す説明図。
【図２】実施形態１にかかる、図１の一部を拡大して示す説明図。
【図３】実施形態１にかかる、バーナの側面を示す説明図。
【図４】実施形態１にかかる、バーナの断面を示す図で、図１のIV−IV断面を示す説明図。
【図５】実施形態１にかかる、バーナの断面を示す図で、図１のV−V断面を示す説明図。
【図６】実施形態１にかかる、バーナが配置された加熱炉の断面を示す説明図。
【図７】実施形態１にかかる、炉内燃焼を行う場合について、燃焼用空気の噴出流量と火炎の長さとの関係を示すグラフ。
【図８】実施形態１にかかる、炉外燃焼を行う場合について、燃焼用空気の噴出流量と火炎の長さとの関係を示すグラフ。
【図９】実施形態１にかかる、バーナが配置された他の加熱炉の断面を示す説明図。
【図１０】実施形態２にかかる、バーナの断面を示す説明図。
【図１１】実施形態２にかかる、バーナの断面を示す図で、図１０のXI−XI断面を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
前述したバーナにかかる好ましい実施の態様について説明する。
前記旋回流調整手段は、第２流体の旋回流の周方向への旋回速度を調整するために、中心ノズルの中心軸線との間の傾倒角度を変更可能な複数の動翼を用いる構成を採用することができる。また、前記旋回流調整手段は、第２流体の旋回流の周方向への旋回速度を調整するために、第２流体を直進させる流量と第２流体を旋回させる流量との割合を変更する構成を採用することもできる。
【００２３】
より具体的には、前記旋回流調整手段は、前記外周ノズルの周方向に並ぶ状態で配置され、前記外周ノズルの周方向に交差する回動軸を中心に回動して、前記中心ノズルの中心軸線との間の傾倒角度を変更可能な複数の動翼と、前記中心ノズルに接続された第１配管と、前記第１配管内に設けられ、前記中心ノズルから噴出される前記第１流体の噴出流量を調整するための第１流量調整弁と、前記外周ノズルに接続された第２配管と、前記第２配管内に設けられ、前記外周ノズルから噴出される前記第２流体の噴出流量を調整するための第２流量調整弁と、を用いて構成されており、かつ、複数の前記動翼の前記傾倒角度を大きくするほど、前記旋回流の前記旋回速度を速くするとともに、前記火炎の長さを短くすることが可能であるとともに、前記第２流体の噴出流量を多くするほど、前記火炎の長さを長くすることが可能であってもよい。
【００２４】
この場合には、複数の動翼を用いるとともに、第１流体の噴出流量及び第２流体の噴出流量を調整可能にすることにより、第２流体の噴出流量を維持した、形成する火炎の長さの調整を可能にするとともに、火炎の長さを維持した、第２流体の噴出流量の調整を可能にする具体的構成が提供される。第２流体の噴出流量を維持して、形成する火炎の長さを調整するときには、複数の動翼の傾倒角度を調整することができる。また、火炎の長さを維持して、第２流体の噴出流量を調整するときには、複数の動翼の傾倒角度を調整しながら、第２流体の噴出流量を調整することができる。
【００２５】
また、前記旋回流調整手段は、前記中心ノズルに接続された配管と、前記配管内に設けられ、前記中心ノズルから噴出される前記第１流体の噴出流量を調整するための流量調整弁と、前記外周ノズルに形成されて前記旋回流を形成するための旋回室と、前記旋回室の周方向に向けて前記第２流体としての旋回用第２流体を流入させるための旋回用配管と、前記旋回用配管内に設けられ、前記旋回室内に流入させる前記旋回用第２流体の供給流量を調整するための旋回用流量調整弁と、前記旋回室の中心軸線の方向に向けて前記第２流体としての直進用第２流体を流入させるための直進用配管と、前記直進用配管内に設けられ、前記旋回室内に流入させる前記直進用第２流体の供給流量を調整するための直進用流量調整弁と、を用いて構成されており、かつ、前記旋回室内への前記旋回用第２流体及び前記直進用第２流体の合計供給流量における、前記旋回室内への前記旋回用第２流体の供給流量の割合を多くするほど、前記旋回流の前記旋回速度を速くするとともに、前記火炎の長さを短くすることが可能であってもよい。
【００２６】
この場合には、旋回用第２流体の供給流量と直進用第２流体の供給流量との割合を調整可能にすることにより、第２流体の噴出流量を維持した、形成する火炎の長さの調整を可能にするとともに、火炎の長さを維持した、第２流体の噴出流量の調整を可能にする具体的構成が提供される。第２流体の噴出流量を維持して、形成する火炎の長さを調整するときには、旋回用第２流体の供給流量と直進用第２流体の供給流量との割合を調整することができる。また、火炎の長さを維持して、第２流体の噴出流量を調整するときには、旋回用第２流体の供給流量と直進用第２流体の供給流量との割合を調整しながら、旋回用第２流体及び直進用第２流体を合わせた第２流体の噴出流量を調整することができる。
【００２７】
前述したバーナにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のバーナ１は、図１〜図４に示すように、中心ノズル２、外周ノズル３及び旋回流調整手段４を備える。中心ノズル２は、火炎Ｈを形成するための第１流体としての燃料ガスＦを噴出させるよう構成されている。外周ノズル３は、中心ノズル２の外周側に円環状に配置されており、中心ノズル２の中心軸線Ｏの周りに、火炎Ｈを形成するための第２流体としての燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１を噴出させるよう構成されている。旋回流調整手段４は、外周ノズル３に形成されており、旋回流Ａ１の、外周ノズル３の周方向Ｃへの旋回速度（旋回強さ）を調整可能に構成されている。旋回流調整手段４は、燃焼用空気Ａの噴出流量を維持した、燃料ガスＦ及び燃焼用空気Ａの燃焼によって形成する火炎Ｈの長さの調整が可能であるとともに、火炎Ｈの長さを維持した、燃焼用空気Ａの噴出流量の調整が可能である。
【００２８】
以下に、本形態のバーナ１について詳説する。
（バーナ１）
図６に示すように、本形態のバーナ１は、燃焼による火炎Ｈを形成し、火炎Ｈからの放射熱によって加熱対象を加熱するものである。本形態の第１流体は、燃料としての燃料ガスＦであり、本形態の第２流体は、燃料と燃焼させる燃焼用空気Ａである。そして、バーナ１においては、中心ノズル２から噴出された燃料ガスＦＧと、外周ノズル３から噴出された燃焼用空気Ａとの燃焼が行われ、火炎Ｈが形成される。換言すれば、バーナ１においては、主に、火炎Ｈの周囲から燃焼用空気Ａにおける酸素が拡散しながら供給される拡散燃焼が行われる。
【００２９】
（加熱対象物８）
バーナ１によって加熱する加熱対象物８は、加熱炉７内に配置された加熱対象物８であってもよく、大気中に配置された加熱対象物８であってもよい。バーナ１は、バーナヘッド１０を含むバーナ装置１１と、バーナ装置１１を電気的に制御する制御装置６とを備える。バーナヘッド１０は、中心ノズル２及び外周ノズル３を用いて構成されている。バーナ装置１１は、バーナヘッド１０及び旋回流調整手段４を用いて構成されている。
【００３０】
（旋回流調整手段４）
図１、図３及び図４に示すように、本形態の旋回流調整手段４は、外周ノズル３の周方向Ｃに並ぶ状態で配置された複数の動翼（旋回羽根）４１と、中心ノズル２に接続された第１配管５１と、第１配管５１内に設けられた第１流量調整弁５３と、外周ノズル３に接続された第２配管５２と、第２配管５２内に設けられた第２流量調整弁５４とを用いて構成されている。複数の動翼４１は、外周ノズル３の周方向Ｃに交差する回動軸４１１を中心に回動して、中心ノズル２の中心軸線Ｏとの間の傾倒角度θを変更可能である。第１流量調整弁５３は、中心ノズル２から噴出される燃料ガスＦの噴出流量を調整するためのものであり、第２流量調整弁５４は、外周ノズル３から噴出される燃焼用空気Ａの噴出流量を調整するためのものである。
【００３１】
（中心ノズル２）
図１に示すように、中心ノズル２は、第１配管５１に供給される燃料ガスＦを噴出させる部分である。中心ノズル２には、断面円形状の流路２１が形成されている。第１流量調整弁５３によって第１配管５１の開度が調整され、第１配管５１から中心ノズル２へ供給される燃料ガスＦの流量、換言すれば中心ノズル２から噴出される燃料ガスＦの流量が調整される。中心ノズル２から燃料ガスＦが噴出されることにより、燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとの燃焼によって形成される火炎Ｈの直進性が維持される。燃料ガスＦは、中心ノズル２の先端開口部２２から噴出される。
【００３２】
なお、中心ノズル２は、燃料ガスＦを噴出させる構成とする以外にも、液体燃料としての燃料の噴霧液滴を噴射させる構成とすることもできる。この場合には、第１流量調整弁５３は、中心ノズル２から噴出される液体燃料の量を調整することができる。
【００３３】
（外周ノズル３）
図１に示すように、外周ノズル３は、中心軸線Ｏの方向（以下、軸方向Ｚという。）の先端側Ｚ１に行くほど外径が縮小するテーパ形状に形成されている。外周ノズル３内においては、直進流としての燃焼用空気Ａ、又は複数の動翼４１によって旋回流Ａ１となった燃焼用空気Ａが通過する。外周ノズル３には、断面円環状の流路３１が形成されている。燃焼用空気Ａは、外周ノズル３の先端開口部３３から噴出される。
【００３４】
（動翼４１）
図１、図３及び図４に示すように、各動翼４１は、外周ノズル３の軸方向Ｚへ直進するように噴出される燃焼用空気Ａの流れを、中心軸線Ｏの周りに螺旋状に旋回する流れに変更するためのものである。各動翼４１の翼面が中心軸線Ｏに平行に配置されたとき、換言すれば、各動翼４１の傾倒角度θが０°となるときには、燃焼用空気Ａは直進流として外周ノズル３から噴出される。このとき、燃焼用空気Ａの速度ベクトルＶは軸方向Ｚを向き、速度ベクトルＶは、直進方向成分Ｖ１のみとなり、周方向成分Ｖ２はない。換言すれば、旋回流Ａ１の旋回速度はゼロとなる。
【００３５】
また、図３に示すように、各動翼４１の翼面が中心軸線Ｏに対して傾斜する状態に配置されたとき、換言すれば、各動翼４１が傾倒されるときには、燃焼用空気Ａは旋回流Ａ１として外周ノズル３から噴出される。このとき、燃焼用空気Ａの速度ベクトルＶは中心軸線Ｏに対して傾斜する方向を向き、速度ベクトルＶは、直進方向成分Ｖ１と周方向成分Ｖ２とが合わさったものとなる。また、各動翼４１の傾倒角度θが大きくなるに連れて、燃焼用空気Ａの速度ベクトルＶの周方向成分Ｖ２が大きくなる。
【００３６】
各動翼４１の翼面とは、動翼４１において表面積が最も大きな表面のことをいう。複数の動翼４１は、同じ形状に形成することができる。各動翼４１は、平板として形成することができ、曲面板等として形成することもできる。各動翼４１を回動させるときの回動軸４１１は、外周ノズル３の径方向Ｒに沿って設けられている。回動軸４１１は、中心軸線Ｏに対する動翼４１の傾倒角度θを調整することができれば、径方向Ｒに対して傾斜して設けられていてもよい。
【００３７】
各動翼４１は、回動軸４１１の周りに回動して、外周ノズル３の周方向Ｃへ傾倒するよう構成されている。動翼４１の傾倒角度θは、動翼４１を径方向Ｒから見たときの角度として捉えることができる。
【００３８】
複数の動翼４１は、各回動軸４１１の周りに同時に回動して、傾倒角度θを同時に変更できるよう構成されている。本形態においては、後述する動翼機構４０によって、複数の動翼４１を同時に回動させることが可能である。
【００３９】
バーナ１においては、複数の動翼４１の傾倒角度θを大きくするほど、外周ノズル３から噴出される燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度が速くなる（旋回強さが強くなる）とともに、火炎Ｈの長さが短くなる。また、バーナ１においては、燃焼用空気Ａの噴出流量を多くするほど、火炎Ｈの長さが長くなる。また、複数の動翼４１が傾倒している場合には、燃焼用空気Ａの噴出流量を多くするほど、外周ノズル３から噴出される燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度が速くなる。
【００４０】
（動翼機構４０）
図１及び図２に示すように、本形態の複数の動翼４１は、駆動源としてのシリンダー４５によって駆動されて、同時に回動して同じ傾倒角度θに変更可能である。複数の動翼４１の全体は、同じ方向に同じ傾倒角度θで回動する。シリンダー４５は、複数の動翼４１の全体に対して１つ設けることができ、複数の動翼４１のうちの所定数の動翼４１の組に対してそれぞれ設けることもできる。
【００４１】
バーナ１においては、シリンダー４５によって複数の動翼４１を同時に回動させる動翼機構４０が形成されている。動翼機構４０は、複数の動翼４１の回動軸４１１にそれぞれ設けられた複数の回転板４２と、シリンダー４５による軸方向Ｚへの推力を受けて、外周ノズル３の外周を軸方向Ｚにスライドするスライドベース４３と、スライドベース４３と各回転板４２とを連結する複数のリンク４４とを有する。
【００４２】
スライドベース４３は、シリンダー４５の往復動作を受けて軸方向Ｚにスライド可能である。スライドベース４３がスライドする動作は、各リンク４４を介して、各回転板４２が回動する動作に変換される。そして、回動軸４１１を介して各回転板４２に連結された各動翼４１が回動する。こうして、各動翼４１は、スライドベース４３の往復動作を受けて、傾倒角度θを大きくする方向と小さくする方向とのいずれにも回動可能である。
【００４３】
駆動源は、シリンダー４５以外にも、例えば、モータ等によって構成することができる。また、動翼機構４０は、例えば、各動翼４１の回動軸４１１に設けられた複数の回転板４２と、外周ノズル３の周りを回動するリングと、リングと各回転板４２とを連結する複数のリンクとによって構成することもできる。動翼機構４０は、複数の動翼４１を同時に回動させる種々の構成とすることができる。
【００４４】
（制御装置６）
図１及び図３に示すように、本形態のバーナ１は、制御装置６による制御を受けて、複数の動翼４１の傾倒角度θ、第１流量調整弁５３による燃料ガスＦの噴出流量、及び第２流量調整弁５４による燃焼用空気Ａの噴出流量の各調整が可能である。制御装置６は、第１流量調整弁５３による第１配管５１の開度の調整、第２流量調整弁５４による第２配管５２の開度の調整、及びシリンダー４５の往復動作を制御するよう構成されている。第１流量調整弁５３及び第２流量調整弁５４は、コントロールバルブとして構成されている。
【００４５】
制御装置６がシリンダー４５を動作させたときには、外周ノズル３に対してスライドベース４３が軸方向Ｚにスライドする。そして、スライドベース４３のスライドを受けて、各リンク４４が各回転板４２を回動させ、各回転板４２に回動軸４１１を介して連結された各動翼４１が回動する。こうして、複数の動翼４１の傾倒角度θが同時に変更される。
【００４６】
本形態のバーナ１は、旋回流調整手段４によって、燃料ガスＦ及び燃焼用空気Ａの噴出流量、並びに燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を調整可能である。そして、この旋回流調整手段４の構成によって、バーナ１によって形成する火炎Ｈの長さと、バーナ１における燃焼用空気Ａの噴出流量、又はバーナ１における燃焼量（発熱量）との関係を適宜設定することができる。
【００４７】
制御装置６においては、第１流量調整弁５３による燃料ガスＦの噴出流量、第２流量調整弁５４による燃焼用空気Ａの噴出流量、及びシリンダー４５による複数の動翼４１の傾倒角度θの各調整によって、燃焼用空気Ａの噴出流量と、火炎Ｈの長さとを任意に変更可能な調整範囲Ｘが設定されている。
【００４８】
図７には、バーナ１によって加熱炉７内に火炎を形成する場合（炉内燃焼を行う場合）について、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度をパラメータ（媒介変数）として、第２燃料としての燃焼用空気Ａの噴出流量と、形成される火炎Ｈの長さとの関係を示す。この場合には、空気比（燃料ガスＦを完全燃焼させるときの理論空気量に対して実際に供給した空気量）が一定になるようにした。換言すれば、燃料ガスＦの供給量と燃焼用空気Ａの供給量との比である空燃比が一定になるようにした。そして、燃焼用空気Ａの噴出流量を増加させるときには、燃料ガスＦの噴出流量も増加させるようにした。
【００４９】
空気比が一定になるようにしたバーナ１によって炉内燃焼を行う場合には、火炎Ｈの長さは、燃焼用空気Ａの噴出流量が所定の流量にあるときに最も長くなる性質がある。また、旋回流Ａ１の旋回速度が速くなるほど、火炎の長さが短くなる性質がある。
【００５０】
そして、旋回流Ａ１の旋回速度が変化したときの燃焼用空気Ａの噴出流量と火炎Ｈの長さとの関係においては、燃焼用空気Ａの噴出流量を維持した、火炎Ｈの長さの調整が可能であるとともに、火炎Ｈの長さを維持した、燃焼用空気Ａの噴出流量の調整が可能である調整範囲Ｘが定められる。調整範囲Ｘは、図７においてハッチングを行った領域であって、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度が、調整できる範囲内で最も速いときの燃焼用空気Ａの噴出流量と火炎Ｈの長さとの関係曲線Ｋ１と、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度が、調整できる範囲内で最も遅いときの燃焼用空気Ａの噴出流量と火炎Ｈの長さとの関係曲線Ｋ２との間に挟まれた領域として表される。なお、旋回流Ａ１の旋回速度が最も遅いときは、旋回速度がゼロではない所定の速度となるときとする。
【００５１】
図７に示すように、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度をパラメータとした、燃焼用空気Ａの噴出流量と火炎Ｈの長さとの関係を示す関係曲線範囲（調整範囲）Ｘにおいて、燃焼用空気Ａの噴出流量を一定にした縦方向のラインＬ１は、燃焼用空気Ａの噴出流量を維持して、火炎Ｈの長さの調整が可能であることを示す。また、関係曲線範囲Ｘにおいて、形成する火炎Ｈの長さを一定にした横方向のラインＬ２は、火炎Ｈの長さを維持して、燃焼用空気Ａの噴出流量の調整が可能であることを示す。
【００５２】
また、図８には、バーナ１によって大気に開放された火炎を形成する場合（炉外燃焼を行う場合）について、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度をパラメータ（媒介変数）として、第２燃料としての燃焼用空気Ａの噴出流量と、形成される火炎Ｈの長さとの関係を示す。この場合には、燃焼用空気Ａの噴出流量の変更に拘わらず燃料ガスＦの噴出流量は一定とし、空気比が適宜変化する。また、燃焼用空気Ａの噴出流量が少なくなる場合には、火炎の周辺から大気が火炎に供給される。
【００５３】
空気比が変化するバーナ１によって炉外燃焼を行う場合には、火炎Ｈの長さは、燃焼用空気Ａの噴出流量が増加するほど短くなり、燃焼用空気Ａの噴出流量が増加する過程において急激に火炎Ｈの長さが短くなる性質がある。また、燃焼用空気Ａの噴出流量が所定値に満たない場合には、旋回流Ａ１の旋回速度の変化によって火炎Ｈの長さにあまり変化は生じない。一方、燃焼用空気Ａの噴出流量が所定値以上である場合には、旋回流Ａ１の旋回速度が速くなるほど、火炎Ｈの長さが短くなる。
【００５４】
そして、図８の炉外燃焼を行う場合にも、図７の炉内燃焼を行う場合と同様に、燃焼用空気Ａの噴出流量を維持した、火炎Ｈの長さの調整が可能であるとともに、火炎Ｈの長さを維持した、燃焼用空気Ａの噴出流量の調整が可能である調整範囲Ｘが定められる。これらの調整は、調整範囲Ｘ内において、図７の場合と同様に、縦方向のラインＬ１及び横方向のラインＬ２によって表される。また、関係曲線Ｋ１，Ｋ２についても、図７の場合と同様に表される。
【００５５】
（燃焼システム１２）
図６に示すように、本形態のバーナ１は、加熱炉７の壁部に設けられており、加熱炉７内に配置された加熱対象物８を加熱するよう構成されている。加熱炉７には、加熱炉７内の加熱対象物８の温度を測定する温度測定手段７１が配置されている。そして、バーナ１は、加熱対象物８の温度のフィードバックを受けて、加熱対象物８の適宜箇所の温度が目標温度になるよう燃焼を制御する燃焼システム１２として形成されている。
【００５６】
本形態のバーナ１は、加熱炉７の底壁に配置されて、加熱炉７内の縦方向（鉛直方向）に火炎Ｈを形成するよう構成されている。そして、バーナ１の火炎Ｈからの放射熱によって、加熱炉７内に配置された加熱対象物８が加熱される。このとき、バーナ１の火炎Ｈが加熱対象物８に接触しないようにし、加熱対象物８が火炎Ｈによって悪影響を受けないようにする。
【００５７】
図６に示すように、加熱炉７の天井壁又は側壁には、横方向に並ぶ状態で複数の温度測定手段７１が配置されている。各温度測定手段７１は、加熱対象物８から放射される赤外線を検出し、加熱対象物８の熱分布を測定可能なサーモグラフィによって構成されている。各温度測定手段７１においては、加熱対象物８の各部の温度が測定される。そして、制御装置６は、各温度測定手段７１の検出信号によって、加熱対象物８における温度分布を観測することができる。
【００５８】
各温度測定手段７１によって測定された温度は、制御装置６に送信される。制御装置６は、燃焼システム１２の制御装置６として、各温度測定手段７１から測定温度の信号を受け、バーナ１によって形成される火炎Ｈの長さを監視することができる。そして、制御装置６は、各温度測定手段７１によって測定される温度に応じて、シリンダー４５の動作の制御によって複数の動翼４１の傾倒角度θを調整して、火炎Ｈの長さを変更可能である。
【００５９】
また、図９に示すように、バーナ１は、加熱炉７の側壁に配置し、加熱炉７内の横方向（水平方向）に火炎Ｈを形成するよう構成することもできる。各温度測定手段７１においては、加熱炉７内の温度を測定し、各温度測定手段７１に対向する位置にバーナ１による火炎Ｈが形成されたか否かを検出することができる。そして、制御装置６は、各温度測定手段７１の検出信号によって、バーナ１において形成された火炎Ｈの長さを観測することができる。
【００６０】
また、温度測定手段７１は、サーモグラフィによって構成する以外にも、例えば、熱電対等によって構成することもできる。また、温度測定手段７１は、火炎Ｈの温度等を測定するよう構成することができる。
【００６１】
また、バーナ１は、加熱炉７の外部、つまり大気中に配置して、加熱対象物８を加熱する構成とすることもできる。
【００６２】
また、複数の動翼４１は、個別に、又は所定数ごとに回動して、別々の傾倒角度θに変更可能にすることもできる。例えば、各動翼４１は、別々の駆動源によって回動させることができる。また、所定数の動翼４１の組ごとに駆動源を設けて、所定数の動翼４１ごとに傾倒角度θを変更することもできる。また、各動翼４１は、制御装置６によらず、手動によって傾倒角度θを変更する構成としてもよい。
【００６３】
（バーナ１の動作）
本形態のバーナ１を動作させる際には、第１配管５１に燃料ガスＦが供給され、第２配管５２に燃焼用空気Ａが供給される。そして、第１流量調整弁５３によって中心ノズル２から噴出される燃料ガスＦの噴出流量が調整され、第２流量調整弁５４によって外周ノズル３から噴出される燃焼用空気Ａの噴出流量が調整される。このとき、バーナ１において燃焼を行う際の空気比（空気過剰率）は一定値に定められ、バーナ１から噴出される、燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとの混合比率（混合割合）は一定値に定められる。
【００６４】
加熱炉７内に配置される加熱対象物８が決定されたときには、バーナ１によって加熱対象物８を加熱する際の火炎Ｈの長さ及び燃焼量（発熱量）が決定される。そして、バーナ１の制御装置６においては、バーナ１における燃焼量を確保するための燃料ガスＦの噴出流量及び燃焼用空気Ａの噴出流量が決定される。また、バーナ１によって形成する火炎Ｈの長さも決定される。
【００６５】
燃料ガスＦの噴出流量及び燃焼用空気Ａの噴出流量が決定されたとき、旋回流Ａ１の旋回速度の調整がなされなければ、形成される火炎Ｈの長さは必然的に決まってしまう。本形態のバーナ１においては、バーナ１における燃焼量が決められている場合であっても、複数の動翼４１の傾倒角度θを調整することによって、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を調整し、バーナ１において形成する火炎Ｈの長さを目標とする長さに設定することができる。
【００６６】
また、バーナ１においては、第１配管５１から供給されて中心ノズル２から噴出された燃料ガスＦと、第２配管５２から供給されて外周ノズル３から噴出された燃焼用空気Ａとが混合され、この混合気が、バーナ１に設けられた着火源によって着火されて燃焼する。このとき、中心ノズル２から直進して噴出される燃料ガスＦと、外周ノズル３から旋回して噴出される燃焼用空気Ａとによって、バーナ１の軸方向Ｚの先端側Ｚ１に延びる火炎Ｈが適切に形成される。
【００６７】
（作用効果）
本形態のバーナ１は、中心ノズル２の外周側に配置された外周ノズル３に、外周ノズル３から噴出される燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の周方向Ｃへの旋回速度（旋回強さ）を調整可能な旋回流調整手段４を備える。そして、旋回流調整手段４による燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度の調整を利用することにより、バーナ１によって形成する火炎Ｈの長さを適切に設定することができる。旋回流調整手段４は、複数の動翼４１、第１流量調整弁５３及び第２流量調整弁５４を用いて構成されている。
【００６８】
火炎Ｈによって加熱対象物８を直接加熱するバーナ１において、加熱対象物８を加熱する温度等は、バーナ１によって形成される火炎Ｈと加熱対象物８との距離、及びバーナ１における、火炎Ｈを形成する際の燃焼量等によって決まる。本形態のバーナ１においては、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を調整できることにより、火炎Ｈの長さと燃焼量とを必要に応じた大きさに設定することができる。
【００６９】
バーナ１においては、旋回流調整手段４を用いることによって、燃焼用空気Ａの噴出流量を維持した、火炎Ｈの長さの調整が可能であるとともに、火炎Ｈの長さを維持した、燃焼用空気Ａの噴出流量の調整が可能である。燃焼用空気Ａの噴出流量は、バーナ１における燃焼量を確保するために決定される。本形態のバーナ１における、燃料と燃焼用空気Ａとの混合割合を示す空気過剰率又は空気比は、決められた目標値に制御される。そのため、バーナ１における燃焼量は、燃焼用空気Ａの噴出流量の調整に応じて調整される。
【００７０】
燃焼用空気Ａの噴出流量が所定値以上であることを前提に、複数の動翼４１の傾倒角度θを大きくして燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を速くする場合には、燃焼用空気Ａが外周ノズル３の周方向Ｃに噴出されやすく、燃焼用空気Ａが中心ノズル２の軸方向Ｚに噴出される速さが遅くなる。換言すれば、この場合には、図２に示すように、螺旋状に噴出される燃焼用空気Ａの速度ベクトルＶの周方向成分Ｖ２の割合が多くなり、燃焼用空気Ａが中心ノズル２の軸方向Ｚに噴出される速さが遅くなる。これにより、バーナ１によって形成される火炎Ｈの長さが短くなる。
【００７１】
一方、燃焼用空気Ａの噴出流量が所定値以上であることを前提に、複数の動翼４１の傾倒角度θを小さくして燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を遅くする場合には、燃焼用空気Ａが軸方向Ｚに噴出されやすく、燃焼用空気Ａが中心ノズル２の軸方向Ｚに噴出される速さが速くなる。換言すれば、この場合には、図２に示すように、螺旋状に噴出される燃焼用空気Ａの速度ベクトルＶの周方向成分Ｖ２の割合が少なくなり、燃焼用空気Ａが中心ノズル２の軸方向Ｚに噴出される速さが速くなる。これにより、バーナ１によって形成される火炎Ｈの長さが長くなる。
【００７２】
そして、複数の動翼４１の傾倒角度θによる燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を調整することによって、燃焼用空気Ａの噴出流量を維持した、火炎Ｈの長さの調整を行うことができる。この場合、燃料ガスＦの噴出流量及び燃焼用空気Ａの噴出流量を変化させないことにより、図７及び図８の縦方向のラインＬ１に示されるように、バーナ１における燃焼量を維持したまま、火炎Ｈの長さを変更することができる。これにより、例えば、加熱対象物８の変更により、バーナ１と加熱対象物８との距離が変化した場合でも、火炎Ｈの長さを変更することによって、バーナ１の火炎Ｈから加熱対象物８までの距離を適切に維持することができる。
【００７３】
また、複数の動翼４１の傾倒角度θによる燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を調整することによって、火炎Ｈの長さを維持した、燃焼用空気Ａの噴出流量の調整を行うことができる。この場合、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を維持したまま、燃焼用空気Ａの噴出流量を減らすと、火炎Ｈが長く形成される。一方、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を維持したまま、燃焼用空気Ａの噴出流量を増やすと、火炎Ｈが短く形成される。
【００７４】
そこで、燃焼用空気Ａの噴出流量が所定値以上であることを前提に、バーナ１における燃焼量を減らすために燃焼用空気Ａの噴出流量を減らすときには、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を速くすることができる。これにより、燃焼用空気Ａが外周ノズル３の周方向Ｃに噴出されやすくなり、火炎Ｈが長く形成されることを抑制することができる。その結果、図７及び図８の横方向のラインＬ２に示されるように、火炎Ｈの長さを維持したままバーナ１における燃焼量を減らすことができる。
【００７５】
一方、燃焼用空気Ａの噴出流量が所定値以上であることを前提に、バーナ１における燃焼量を増やすために燃焼用空気Ａの噴出流量を増やすときには、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を遅くすることができる。これにより、燃焼用空気Ａが軸方向Ｚに噴出されやすくなり、火炎Ｈが短く形成されることを抑制することができる。その結果、図７及び図８の横方向のラインＬ２に示されるように、火炎Ｈの長さを維持したままバーナ１における燃焼量を増やすことができる。
【００７６】
このように、本形態のバーナ１においては、複数の動翼４１による燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度を調整する構成によって、火炎Ｈの長さ及び燃焼量を目標値に容易に設定することができる。
【００７７】
＜実施形態２＞
本形態のバーナ１は、図１０及び図１１に示すように、第２流体としての燃焼用空気Ａの、軸方向Ｚ（中心軸線Ｏの方向）への噴出流量と周方向Ｃへの噴出流量との割合を調整する旋回流調整手段４を備える。また、本形態の旋回流調整手段４は、旋回室４６において燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１を形成するサイクロン式のものである。
【００７８】
本形態の旋回流調整手段４は、配管５１Ａ、流量調整弁５３Ａ、旋回室４６、旋回用配管５２Ａ，５２１Ａ、旋回用流量調整弁５４Ａ、直進用配管５２Ｂ，５２１Ｂ及び直進用流量調整弁５４Ｂを用いて構成されている。流量調整弁５３Ａは、中心ノズル２に接続された配管５１Ａ内に設けられており、中心ノズル２から噴出される燃料ガスＦの噴出流量を調整するためのものである。配管５１Ａは、実施形態１の第１配管５１と同様であり、流量調整弁５３Ａは、実施形態１の第１流量調整弁５３と同様である。
【００７９】
図１０及び図１１に示すように、旋回室４６は、外周ノズル３に形成されて旋回流Ａ１を形成するためのものである。旋回室４６は、外周ノズル３の基端部において、円環状の空間として形成されている。旋回用配管５２Ａ，５２１Ａは、旋回室４６の周方向Ｃに向けて旋回用第２流体としての旋回燃焼用空気Ａ２を流入させるためのものである。旋回用配管５２Ａは、旋回室４６の外周部において、旋回室４６の周方向Ｃに沿って形成されている。本形態の旋回用配管５２Ａは、旋回室４６の周方向Ｃにおける複数箇所に設けられている。複数の旋回用配管５２Ａは、１つの旋回用配管５２１Ａから分岐している。旋回用流量調整弁５４Ａは、旋回用配管５２１Ａ内に設けられており、旋回室４６内に流入させる旋回燃焼用空気Ａ２の供給流量を調整するためのものである。旋回用流量調整弁５４Ａは、旋回用配管５２１Ａの開度を調整するよう構成されている。なお、旋回用配管５２Ａは、１つの配管として形成することもできる。
【００８０】
直進用配管５２Ｂ，５２１Ｂは、旋回室４６の軸方向Ｚに向けて直進用第２流体としての直進燃焼用空気Ａ３を流入させるためのものである。直進用配管５２Ｂは、旋回室４６の軸方向Ｚの基端側Ｚ２の部分において、旋回室４６の軸方向Ｚに沿って形成されている。本形態の直進用配管５２Ｂは、旋回室４６の軸方向Ｚの基端側Ｚ２の部分における複数箇所に設けられている。複数の直進用配管５２Ｂは、１つの直進用配管５２１Ｂから分岐している。直進用流量調整弁５４Ｂは、直進用配管５２１Ｂ内に設けられており、旋回室４６内に流入させる直進用第２流体としての直進燃焼用空気Ａ３の流量を調整するためのものである。直進用流量調整弁５４Ｂは、直進用配管５２１Ｂの開度を調整するよう構成されている。なお、直進用配管５２Ｂは、１つの配管として形成することもできる。
【００８１】
本形態のバーナ１は、旋回流調整手段４によって、旋回室４６内への旋回燃焼用空気Ａ２及び直進燃焼用空気Ａ３の合計供給流量における、旋回室４６内への旋回燃焼用空気Ａ２の供給流量の割合を多くするほど、旋回流Ａ１の旋回速度を速くするとともに、火炎Ｈの長さを短くすることが可能である。旋回燃焼用空気Ａ２及び直進燃焼用空気Ａ３の合計供給流量は、外周ノズル３から噴出される燃焼用空気Ａの噴出流量となる。旋回燃焼用空気Ａ２は、旋回室４６内を旋回しながら旋回室４６内を軸方向Ｚに通過する燃焼用空気Ａとなる。直進燃焼用空気Ａ３は、旋回室４６内をほとんど旋回せず、旋回室４６内を軸方向Ｚに直進して通過する燃焼用空気Ａとなる。
【００８２】
各旋回用配管５２Ａから旋回室４６内に流入する旋回燃焼用空気Ａ２と、各直進用配管５２Ｂから旋回室４６内に流入する直進燃焼用空気Ａ３とは、旋回室４６内において混合されて、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１を形成する。旋回用流量調整弁５４Ａ及び直進用流量調整弁５４Ｂの調整によって、旋回室４６内に各旋回用配管５２Ａから旋回燃焼用空気Ａ２が流入する一方、旋回室４６内に各直進用配管５２Ｂから直進燃焼用空気Ａ３が流入しない場合には、旋回室４６内において形成される燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度が最も速くなる。
【００８３】
また、旋回用流量調整弁５４Ａ及び直進用流量調整弁５４Ｂの調整によって、旋回室４６内に各旋回用配管５２Ａから旋回燃焼用空気Ａ２が流入しない一方、旋回室４６内に各直進用配管５２Ｂから直進燃焼用空気Ａ３が流入する場合には、外周ノズル３から直進する状態で燃焼用空気Ａが噴出され、旋回室４６内において形成される燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１の旋回速度はゼロとなる。そして、旋回用流量調整弁５４Ａ及び直進用流量調整弁５４Ｂの調整によって、旋回室４６内への旋回燃焼用空気Ａ２の供給流量と旋回室４６内への直進燃焼用空気Ａ３の供給流量との割合を調整して、旋回流Ａ１の旋回速度を調整することができる。
【００８４】
本形態のバーナ１の制御装置６は、流量調整弁５３Ａ、旋回用流量調整弁５４Ａ及び直進用流量調整弁５４Ｂの動作を制御するよう構成されている。制御装置６においては、流量調整弁５３Ａによる燃料ガスＦの噴出流量、旋回用流量調整弁５４Ａによる旋回燃焼用空気Ａ２の噴出流量、及び直進用流量調整弁５４Ｂによる直進燃焼用空気Ａ３の噴出流量の各調整によって、旋回燃焼用空気Ａ２と直進燃焼用空気Ａ３とを合わせた燃焼用空気Ａの噴出流量と、火炎Ｈの長さとを任意に変更可能な調整範囲Ｘが設定されている。調整範囲Ｘは、実施形態１に示したものと同様である。
【００８５】
本形態のバーナ１も、実施形態１に示した加熱炉７に配置して使用することができる。加熱炉７には、実施形態１の場合と同様に、加熱対象物８の温度を測定するための温度測定手段７１を配置することができる。制御装置６は、複数の温度測定手段７１によって測定される加熱対象物８の各部位の温度に応じて、旋回用流量調整弁５４Ａ及び直進用流量調整弁５４Ｂの動作の制御を受けて、旋回室４６内への旋回燃焼用空気Ａ２の供給流量の割合と旋回室４６内への直進燃焼用空気Ａ３の供給流量の割合とを調整して、火炎Ｈの長さを変更可能である。
【００８６】
本形態のバーナ１においては、サイクロン式の旋回室４６を利用することにより、燃焼用空気Ａの旋回流Ａ１を形成するための構造を簡単にすることができる。これに伴い、形成する火炎Ｈの長さを調整可能なバーナ１の構造を簡単にすることができる。
【００８７】
本形態のバーナ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
【００８８】
＜他の実施形態＞
なお、第１流体及び第２流体は、適宜変更することができる。例えば、第１流体には燃焼用空気Ａを用い、第２流体には燃料ガスＦを用いることができる。この場合には、燃料ガスＦの旋回流を形成し、燃料ガスＦの旋回流の旋回速度を調整することによって、形成される火炎Ｈの長さを調整することができる。
【００８９】
また、第１流体及び第２流体のいずれにも、燃料ガスＦを用いることができる。この場合には、バーナ１の外周ノズル３の外周側又は中心ノズル２の中心部に、燃焼用空気Ａが噴出される燃焼用空気ノズルを設けることができる。そして、燃料ガスＦの旋回流に、燃焼用空気ノズルから噴出される燃焼用空気Ａを混合させて燃焼させ、火炎Ｈを形成することができる。
【００９０】
その他、中心ノズル２及び外周ノズル３を備えるバーナ１の構造は、適宜変更することができる。本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。
【符号の説明】
【００９１】
１  バーナ
２  中心ノズル
３  外周ノズル
４  旋回流調整手段
４１  動翼
４１１  回動軸
４５  シリンダー（駆動源）
４６  旋回室
５１  第１配管
５１Ａ  配管
５２  第２配管
５２Ａ  旋回用配管
５２Ｂ  直進用配管
５３  第１流量調整弁
５３Ａ  流量調整弁
５４  第２流量調整弁
５４Ａ  旋回用流量調整弁
５４Ｂ  直進用流量調整弁
６  制御装置
７  加熱炉
７１  温度測定手段
８  加熱対象物
【図１】
2020041723.tif 000003
【図２】
2020041723.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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