(57)【要約】【課題】粒子の肥大化を防いで目標とする粒径の球状の粒子を効率よく得る。【解決手段】筒状部材１の端部で環状に形成されて環状の燃焼ガスを噴射する環状バーナ１０、３０と、環状バーナの内周に配置されて、筒状部材１の端部１Ａ近傍で開口する筒状の原料供給管２は、環状バーナ１０、３０の内周で同軸的に配置された円筒状の部材で形成され、原料供給管２が開口する端部２Ａには、内部を通過する無機質粉体原料の上流から下流に向けて流路断面積を徐々に縮小する円錐状のコーン４が配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状部材の端部で環状に形成されて環状の燃焼ガスを噴射する環状バーナと、
前記バーナの内周に配置されて、前記筒状部材の端部近傍で開口する筒状の原料供給管と、を備えて、前記環状バーナから噴射される燃焼ガスへ向けて前記原料供給管から無機質粉体原料を噴射する無機質球状化粒子製造用バーナ装置において、
前記原料供給管は、
前記環状バーナの内周で同軸的に配置された円筒状の部材で形成され、
前記原料供給管が開口する端部には、内部を通過する無機質粉体原料の上流から下流に向けて流路断面積を徐々に縮小する円錐状のコーンが配置されたことを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナ装置。
【請求項２】
前記コーンは、前記原料供給管の内周の軸心に配置されたシャフトに取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ装置。
【請求項３】
前記原料供給管は一端に封止部材を有し、前記シャフトは前記封止部材に支持されたことを特徴とする請求項２に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ装置。
【請求項４】
前記シャフトは、所定の位置で外周から前記原料供給管の内周と当接可能な支持板を、周方向に複数突設したことを特徴とする請求項３に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ装置。
【請求項５】
前記シャフトは、前記原料供給管の所定の位置で、直径方向に配置したピンと係合する貫通孔と、
前記シャフトの外周から前記原料供給管の内周と当接可能な支持板を、周方向に複数突設し、
前記ピンでシャフトの軸方向位置を決定するとともに、前記複数の支持板でシャフトと原料供給管を同時期位置に位置決めすることを特徴とする請求項２に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを燃焼させて球状の無機物質粒子を製造するバーナ装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリカ等の無機質粉体原料を、原料供給管内からバーナの火炎中を通過させ、一旦原料を融解させた後に冷却することで無機質球状化粒子を製造する装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この装置では、無機質粉体原料を加圧空気により圧送する原料供給管の外周に、燃料ガス及び酸素を供給する管路を設けて環状のバーナを形成し、環状のバーナから燃料ガス及び酸素を噴射して燃焼させて、この燃焼ガス内に原料供給管の端部から噴射した無機質粉体原料を通過させている。
【特許文献１】特開２０００−２０５５２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例では、内周側に設けた供給管から外周の燃料ガスへ向けて無機質粉体原料を分散させるために、原料供給管の端部を末広がりのデフューザ状としている。原料供給管の内部を圧送される無機質粉体原料のうち、供給管の内壁側の原料はデフューザにより拡散されてバーナの火炎内に拡散するが、供給管の中心部の原料はそのまま直進する傾向が強いため、原料粒子の分散が不十分となり、粒子同士が付着して肥大化し、目標とする粒径の粒子を効率よく生産するのが難しく、また球状の粒子を得ることが難しいという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、粒子の肥大化を防いで目標とする粒径の球状粒子を効率よく得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、筒状部材の端部で環状に形成されて環状の燃焼ガスを噴射する環状バーナと、前記バーナの内周に配置されて、前記筒状部材の端部近傍で開口する筒状の原料供給管と、を備えて、前記バーナから噴射される燃焼ガスへ向けて前記原料供給管から無機質粉体原料を噴射する無機質球状化粒子製造用バーナ装置において、
前記原料供給管は、前記環状バーナの内周で同軸的に配置された円筒状の部材で形成され、前記原料供給管が開口する端部には、内部を通過する無機質粉体原料の上流から下流に向けて流路断面積を徐々に縮小する円錐状のコーンが配置される。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明によれば、原料供給管から噴射される無機質粉体原料は、開口部のコーンによって外周へ向けて拡散されるので、噴射後の無機質粉体原料は周囲の燃焼ガス流に等しく分散させることができ、前記従来例のように分散不足のために粒子同士が付着して肥大化するのを確実に防ぎ、目標とする粒径の粒子を効率よく生産し、また球状の粒子を得ることが可能となるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１、図２は、無機質の粉体原料を燃焼ガス内を通過させて、球状の無機物質粒子を製造するバーナ装置に本発明を適用した一例を示す。
【００１０】
バーナ装置は、一端（図中下端）を開口した円筒状部材を主体に形成されており、最外周の円筒部材１の中心には円筒状の原料供給管２が同軸的に配置される。そして、原料供給管２の外周と円筒部材１の内周の間には、複数の燃料ガス供給管３が円筒部材１と同軸的に配置される。なお、燃料ガス供給管３は、図２に示すように、周方向で所定の間隔に配置され、かつ、円筒部材１の内周及び原料供給管２の外周から所定の間隙を設けている。
【００１１】
また、原料供給管２の外周と円筒部材１の内周の間は、燃料ガスを燃焼させるための酸素供給路１０が画成され、燃料ガス供給管２は酸素供給路１０に囲まれる構成となっている。なお、複数の燃料ガス供給管３の内周は燃料ガス流路３０であり、原料供給管２の内周は無機質粉体原料が酸素または酸素富化空気で圧送される原料流路２０である。
【００１２】
円筒部材１の上端は筐体５の図中下部に結合されており、円筒部材１の内周に挿通された原料供給管２は筐体５を貫通して、外周に設けたフランジ部２１により筐体５の上部と結合して支持される。
【００１３】
上記酸素供給路１０、原料流路２０、燃料ガス流路３０は、円筒部材１の下端１Ａで開口している。そして、原料流路２０が開口する原料供給管２の下端２Ａでは、原料流路２０を取り囲むように酸素供給路１０と燃料ガス流路３０が環状に配置され、これら酸素供給路１０と燃料ガス流路３０を形成する円筒部材１の下端１Ａ及び燃料ガス供給管３の下端３Ａが環状のバーナを構成する。つまり、環状バーナは図２において、燃料ガス流路３０と酸素供給路１０の領域から構成される。
【００１４】
筐体５の下部側方には接続口１１が形成され、円筒部材１の内周の酸素供給路１０と連通する。そして、この接続口１１は、図示しない酸素供給源と連通して、酸素供給路１０へ酸素を供給し、円筒部材１の下端１Ａから酸素を噴射する。
【００１５】
筐体５の上部側方には接続口３１が形成され、円筒部材１の内周に設けた燃料ガス流路３０と連通する。そして、この接続口３１は、図示しない燃料ガス供給源と連通して、燃料ガス流路３０へ燃料ガス（例えば、ＬＰガスなど）を供給し、燃料ガス供給管３の下端３Ａから噴射する。そして、下端３Ａから噴射された燃料ガスは、下端１Ａから噴射された周囲の酸素により燃焼する。
【００１６】
筐体５の上部から突出した原料供給管２の上端は、封止部材２２が結合して塞がれている。そして、原料供給管２の上部側方には接続口２３が形成され、接続口２３と原料流路２０が連通する。この接続口２３は図示しない原料供給源と接続され、気体により無機質粉体原料が原料流路２０へ圧送され、原料供給管２内を図１の上方から下方へ流れて原料供給管２の下端２Ａから噴射される。
【００１７】
ここで、各流路の開口端における軸方向の位置関係を説明する。図１において、燃料ガス供給管３の下端３Ａは、円筒部材１の開口端である下端１Ａよりも所定量だけ筐体５側で開口する。そして、原料供給管２の下端２Ａは、燃料ガス供給管３の下端３Ａよりも所定量だけ筐体５側で開口する。したがって、酸素供給路１０が最も手前で開口し、その奥に燃料ガス流路３０が開口して、原料流路２０は最も奥で開口するように設定される。
【００１８】
次に、原料供給管２の上端を封止する封止部材２２には、原料供給管２の軸心を通るシャフト２４が締結される。シャフト２４は、金属（例えば、ステンレス）製の棒状部材であり、外周にはアルミナの薄膜を形成したものである。アルミナなどの薄膜を形成することにより、圧送される無機質粉体原料との摩擦による損耗を低減できる。
【００１９】
シャフト２４は、原料供給管２の下端２Ａの手前まで延設される。そして、シャフト２４の先端には円錐状のコーン４が締結される。
【００２０】
コーン４は、図中上方（筐体５側）から下方（下端１Ａ）に向けて徐々に外径を増大するように形成される。すなわち、原料供給管２内では、図１の上方から下方へ向けて無機質粉体原料が流れ、この原料供給管２の開口部では、上流から下流に向けて流路断面積を徐々に縮小するようにコーン４が配置される。そして、コーン４の最大外径は原料供給管２の内径よりも小さく、また、コーン４の底部４０（最大外径部）は原料供給管２の下端２Ａから突出した位置に設定され、この突き出し量は、装置の性能に応じて適宜設定されるものである。また、無機質粉体原料を円滑に拡散するように、コーン４の側面は所定の曲率Ｒを備えていてもよい。
【００２１】
また、コーン４は、圧送される無機質粉体原料との摩擦に耐え得るように、耐摩耗性のある素材で形成するか、表面を耐摩耗性素材で被覆することが好ましく、例えば外周表面にタングステンカーバイドを溶射して薄膜を形成させたものを用いることができる。
【００２２】
次に、作用について説明する。
【００２３】
図１において、接続口１１から酸素を供給するとともに、接続口３１から燃料ガスを供給し、酸素供給路１０と燃料ガス流路３０の端部から酸素と燃料ガスを噴射し、図示しない着火手段により着火させる。図２で示したように、環状バーナから燃焼ガスが噴射される。この燃料ガスは、図１において、下端１Ａから環状のガス流として下方に流れる。
【００２４】
そして、図１に示した、接続口２３より酸素や酸素富化空気とともに無機質粉体原料を原料流路２０へ圧送する。原料供給管２内の原料流路２０では、接続口２３より流入した無機質粉体原料がシャフト２４に沿って、図１の下方へほぼ均質に流れた後、原料供給管２の下端２Ａから下方へ無機質粉体原料が噴射される。
【００２５】
このとき、原料供給管２の下端２Ａには、図中下方へ向かうにつれて原料流路２０の延長上となる流路断面積を縮小するため、シャフト２４に沿って流れてきた無機質粉体原料は、環状のガス流へ向けて拡散する。つまり、原料流路２０の開口部（下端２Ａ）では、原料流路２０の中心部の無機質粉体原料はコーン４によって、外周の環状のガス流へ向けて拡散する。このため、原料流路２０の外周部の無機質粉体原料も、中心部の無機質粉体原料が外周へ拡散することにより、外周の環状のガス流へ向けて拡散する。
【００２６】
したがって、原料流路２０から噴射された無機質粉体原料は、原料流路２０の外周部及び中心部（内周側）が共に外周の燃焼ガス流へ向けて確実に拡散される。これにより、原料流路２０へ投入した無機質粉体原料は、均質に外周の燃焼ガス流中に分散して火炎中で加熱され、溶融する。一旦融解させた無機質粉体原料は、火炎中を通過後に、大気または冷風により冷却されて無機質球状化粒子となる。
【００２７】
このように、本発明によれば、原料流路２０の内周（中心部）及び外周部から噴射された無機質粉体原料が均質に火炎中に分散することができるので、前記従来例のように分散不足のため、粒子同士が付着して肥大化するのを確実に防ぐことができ、目標とする粒径の粒子を効率よく生産することができ、また球状の粒子を得ることが可能となるのである。
＜実施例１〜４及び比較例１〜４＞
【００２８】
以下に、上記第１の実施形態の具体例について説明する。
【００２９】
上記原料供給管２、コーン４及びシャフト２４の寸法を、図３及び下記に示す通りとした。
【００３０】
コーン４の最大直径    Ｄ１  ＝  ２４[mm]
原料供給管２の内径    Ｄ２  ＝  ２８[mm]
シャフト２４の外径    Ｄ３  ＝    ６[mm]
コーン４の突き出し量  Ｌ１  ＝    ６[mm]：（突き出し量は、原料供給管２の下端２Ａからコーン４の底部４０までの距離）
コーン４の全長        Ｌ２  ＝  １６．６[mm]：（全長は、コーン４の上端から底部４０までの距離）
以上の諸元を備えるバーナ装置により、無機質粉体原料としてシリカゲルと珪石をそれぞれ下記の表に示す条件で燃焼させた。なお、シリカゲル、珪石は、それぞれ平均粒径の異なる２つのサンプルで行った。また、下記表１に示すフィード量や流量は、装置全体についての値である。
【００３１】
【表１】
2006076826.tif 000003
【００３２】
上記表１の条件により、サンプル１〜４を燃焼して得られた無機質球状化粒子の物性を表２に示す。使用する燃料ガス供給管３の本数（バーナ本数）は、適宜設定した。
【００３３】
【表２】
2006076826.tif 000004
【００３４】
上記表２のうち、実施例１についての粒度分布を図４に示す。なお、図４は、横軸が粒径[μｍ]を示し、左側の縦軸が棒グラフに対応する頻度[％]を、右側の縦軸が線グラフに対応する累積[％]を示す。
【００３５】
次に、前記図１、図３において、コーン４及びシャフト２４を取り外した状態で、上記表１の条件で各サンプル１〜４を燃焼して得られた無機質球状化粒子の物性を表３に示す。なお、表中比較例１〜４が、コーン４を付けない場合のサンプル１〜４の試験結果である。
【００３６】
【表３】
2006076826.tif 000005
【００３７】
上記表３のうち、比較例１についての粒度分布を図５に示す。なお、図５は、図４と同様に、横軸が粒径[μｍ]を示し、左側の縦軸が棒グラフに対応する頻度[％]を、右側の縦軸が線グラフに対応する累積[％]を示す。
【００３８】
上記表２と表３を比較すると、本発明のようにコーン４を付けた場合の試験結果の方が、各サンプルとも平均粒径が小さくなっており、また平均円形度が高くなっている。これに対して、コーン４を付けない表３では、平均粒径が大きくなっており、また平均円形度が低い。
【００３９】
次に、実施例１及び比較例１（シリカゲル、平均粒径＝７．１μｍ）で得られた無機質球状化粒子について、コーン４の有無による粒径分布を図４、図５から比較する。
【００４０】
コーン４を使用した図４では、シャープな粒径分布のピークが１０μｍ近傍に現れ、無機質粉体原料の分散がほぼ均質に行われたことを示している。
【００４１】
コーン４を使用しない図５では、粒径分布のピークが分散してしまい、かつ、最大粒径は、図４に比して極めて大きくなることが分かる。
【００４２】
これらより、実施例１〜４は、無機質粉体原料が均質に分散されてバーナの火炎中に導入されるため、平均粒径が小さく平均円形度の大きい粒子が得られることがわかる。一方、比較例１〜４は、無機質粉体原料が分散不足のまま、粒子同士が付着して肥大化し、平均粒径が大きく平均円形度の小さい粒子が得られたことを示している。
【００４３】
＜第２実施形態＞
図６は、第２の実施形態を示し、前記第１実施形態のシャフト２４の全長を短縮して原料供給管２の途中で支持するようにし（また封止部材２２の代わりに原料導入用接続口２３を原料流路２０の上部に設け）たものである。その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００４４】
下端にコーン４を取り付けたシャフト２４Ａは、原料供給管２’の下部から途中までの所定の長さに形成される。そして、シャフト２４Ａの先端には球状部２４０が形成されて、無機質粉体原料の流れを円滑にする。
【００４５】
シャフト２４の途中には、軸方向に所定の間隔で、直径方向の貫通孔２４１が複数形成され、いずれかひとつの貫通孔２４１にピン２４２が挿通される。ピン２４２は、原料供給管２’の所定の位置で直径方向に形成された貫通孔２０１に挿通され、シャフト２４Ａを原料供給管２’の軸方向で支持する。なお、ピン２４２と貫通孔２０１の結合は、図示はしないがボルト及びナットによる締結や、Ｅリング（スナップリング）などによる抜け止め、あるいは嵌合などにより適宜結合すればよい。
【００４６】
シャフト２４Ａの下部には、半径方向に複数の支持板２４３が複数突設される。支持板２４３の先端は原料供給管２’を貫通して外周に達し、ボルトなどにより原料供給管２’の外周に締結され、シャフト２４Ａを原料供給管２’の同軸位置（軸心）に位置決めする。
【００４７】
上記のように、第２実施形態では、貫通孔２４１とピン２４２でシャフト２４Ａの軸方向位置を決め、支持板２４３で原料供給管２’内のシャフト２４Ａの位置（同軸位置）を決定する。
【００４８】
そして、軸方向位置を決める貫通孔２４１は、軸方向に複数形成したので、所望の貫通孔２４１にピン２４２を挿通することで、コーン４の突き出し量を変更することができる。ピン２４２、支持板２４３、コーン４及びシャフト２４Ａは耐摩耗性素材で形成するか、または表面処理により耐摩耗性部材とすることが望ましい。
【００４９】
噴射された無機質粉体原料は、上記第１実施形態と同様にして、原料供給管２’を取り囲む環状バーナの燃焼ガス流へ向けて均一に分散することができ、上記第１実施形態と同様に、目標とする粒径の粒子を効率よく生産することが可能となる。
【００５０】
なお、上記各実施形態においては、無機質粉体原料としてシリカゲル、珪石を開示したが、これらに限定されることはなく、所望の無機質粉体原料を加熱して球状化することができる。
【００５１】
また、上記第１実施形態において、原料供給管２と筒状部材１の間に形成した酸素供給路１０と、酸素供給路１０内に燃料ガス供給管３を配置した例を示したが、原料供給管２の外周に環状のバーナがある構造であれ、すべて適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明によれば無機質粉体原料を円滑に拡散できるので、無機質粉体原料を融解させた後に冷却して無機質球状化粒子を製造するバーナ装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態を示すバーナ装置の断面図である。
【図２】円筒部材の開口部から見た正面図。
【図３】バーナ装置の諸元を示す断面図。
【図４】本発明のバーナ装置で製造した無機質球状化粒子の粒度分布示し、横軸が粒径[mm]を示し、左側の縦軸が棒グラフに対応する頻度[％]を、右側の縦軸が線グラフに対応する累積[％]を示す。
【図５】コーンを用いないバーナ装置で製造した無機質球状化粒子の粒度分布示し、横軸が粒径[μｍ]を示し、左側の縦軸が棒グラフに対応する頻度[％]を、右側の縦軸が線グラフに対応する累積[％]を示す。
【図６】第２の実施形態を示し、原料供給管とシャフト及びコーンの断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１  円筒部材
２  原料供給管
３  燃料ガス供給管
４  コーン
２４  シャフト
【図１】
2006076826.tif 000006
【図２】
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【図３】
2006076826.tif 000008
【図４】
2006076826.tif 000009
【図５】
2006076826.tif 000010
【図６】
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