(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴長方向に延びる円筒管状に形成され、前記胴長方向の一端が開放した排出口を形成し、前記胴長方向の他端が閉塞した燃焼室と、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズルと、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズルとを備えた管状火炎バーナにおいて、
前記燃焼室は、前記胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、前記胴長方向の中間部分から前記胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、前記小径部から前記大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備え、
前記燃焼室の小径部に、前記燃料ガス用ノズル及び前記酸素含有ガス用ノズルを設置すると共に、
前記燃焼室の大径部に、前記燃焼室の大径部内に該大径部の接線方向に希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置し、
前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面矩形形状のスリットとされており、該スリットの短辺方向の厚さをｔとし、前記小径部の内径をＤ１とし、前記大径部の内径をＤ２とした場合に、前記小径部の内径Ｄ１及び前記大径部の内径Ｄ２について、次の（１）式が成立することを特徴とする請求項１記載の管状火炎バーナ。
Ｄ２−Ｄ１≧ｔ…（１）
【請求項２】
胴長方向に延びる円筒管状に形成され、前記胴長方向の一端が開放した排出口を形成し、前記胴長方向の他端が閉塞した燃焼室と、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズルと、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズルとを備えた管状火炎バーナにおいて、
前記燃焼室は、前記胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、前記胴長方向の中間部分から前記胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、前記小径部から前記大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備え、
前記燃焼室の小径部に、前記燃料ガス用ノズル及び前記酸素含有ガス用ノズルを設置すると共に、
前記燃焼室の大径部に、前記燃焼室の大径部内に該大径部の接線方向に希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置し、
前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面円形状の丸孔とされており、該丸孔の直径をｄとし、前記小径部の内径をＤ１とし、前記大径部の内径をＤ２とした場合に、前記小径部の内径Ｄ１及び前記大径部の内径Ｄ２について、次の（２）式が成立することを特徴とする管状火炎バーナ。
Ｄ２−Ｄ１≧ｄ…（２）
【請求項３】
前記燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速をＶｂ、前記燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速をＶａとした場合に、次の（３）式が成立するように、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の管状火炎バーナ。
Ｖｂ＝０．９Ｖａ〜１．１Ｖａ…（３）
ここで、Ｖｂ＝ＤＩｂ／｛（πＤ２２／４）−（πＤ１２／４）｝
Ｖａ＝ＤＩａ／（πＤ１２）
但し、ＤＩｂは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分における最大の希釈温度調整ガスの流量、ＤＩａは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分における最大の燃料ガス及び酸素含有ガスの流量である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉や燃焼器に備えられる管状火炎バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業的に用いられる炉や燃焼器に備えられるガスバーナは、燃料ガスと酸素含有ガスの混合法によって、拡散燃焼方式（外部混合）のものと、予混合燃焼方式（内部混合）のものとに大別される。これら型式のバーナのうち、予混合燃焼方式のものは、比較的短い火炎を形成させることができる等の利点を有するため、炉や燃焼器に多く用いられている。
従来、この種の予混合燃焼方式のガスバーナとして、例えば、図９に示す管状火炎バーナが知られている（特許文献１参照）。図９は、従来例の管状火炎バーナの制御システム構成図である。
【０００３】
図９における管状火炎バーナ１００は、胴長方向（図９における左右方向）に延びる円筒管状の燃焼室１１０を備えている。この燃焼室１１０の胴長方向の一端は開放され、燃焼ガスの排出口１１１となっている。一方、燃焼室１１０の胴長方向の他端は閉塞され、その他端近傍には、胴長方向に沿って延びるスリット１１２が形成されている。このスリット１１２には、ノズル１１３が接続されている。ノズル１１３は、燃料ガスと酸素含有ガスよりなる予混合気をスリット１１２を介して燃焼室１１０内に吹き込む。
【０００４】
ノズル１１３は、燃焼室１１０の内壁面の接線方向に向けて設けられ、予混合気の吹き込みによって燃焼室１１０内に旋回流が形成されるようになっている。また、燃焼室１１２の胴長方向の他端近傍には、点火プラグ１１４が設けられている。
更に、燃焼室１１０には、燃焼室１１０の一端側端部である下流側端部の内壁の温度を測定するための温度計１１５が設けられ、この温度計１１５で検出された値の信号が演算・制御器１１７へ送られるようになっている。また、予混合気を吹き込むノズル１１３に接続された配管には、流量調節計１１６が接続され、この流量調節計１１６で検出された流量値の信号が演算・制御器１１７へ送られると共に、演算・制御器１１７から流量調節計１１６へ制御信号が送られるようになっている。
【０００５】
そして、図９に示した管状火炎バーナ１００において、ノズル１１３から吹き込まれて旋回流が形成された予混合気に点火プラグ１１４により点火すると、燃焼室１１０内には管状の火炎１２０が生成される。そして、燃焼室１１０内のガスは旋回しながら下流側へ流れるが、その間、内壁側のガスが順次燃焼して軸心側へ移動し、排出口１１１から排出される。
【０００６】
この図９に示した管状火炎バーナ１００によれば、管状火炎バーナ１００内に火炎が形成されるので、バーナ１００の前方に燃焼用の空間が必要ではなく、燃焼設備の小型化を図ることができる。また、燃焼ガスの温度のバラツキが小さく、局所的な高温領域が形成されない上に、酸素供給比を下げることができるので、ＮＯXなどの有害ガスの発生が極めて少なく、ススの発生もほとんどなく、未燃焼のまま排出されるガスもほとんどなく、排ガスの低公害化を達成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８１０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図９に示した管状火炎バーナ１００などの炉や燃焼器に備えられる管状火炎バーナは、燃焼室の排出口から排出される熱風（排ガス）を利用し、熱風発生装置として使用される場合がある。この場合、例えば、空気、窒素等の大量の希釈温度調整ガスを用いて排ガスを希釈し、熱風の温度調整を行う要望がある。
しかしながら、図９に示した管状火炎バーナ１００においては、バーナ単体を熱風発生装置として使用する場合の、排ガスを希釈する方法については全く記載がない。具体的に述べると、管状の火炎１２０を形成する上で重要な部分である燃焼室１１０の胴長方向中間部からの希釈温度調整ガスを吹き込む場合の燃焼室１１０の形状や吹き込み方法に関する記載が全くない。また、燃焼室１１０の排出口１１１において、希釈温度調整ガスで排ガスを希釈し、熱風の温度を調整する方法について全く記載がない。
【０００９】
一方、燃焼室１１０においてノズル１１３の胴長方向下流側に単純に希釈温度調整ガスを円筒管状の燃焼室１１０の接線方向に投入しても、火炎の直径が減少し、一定量以上の希釈温度調整ガスを投入したら失火してしまうという問題点があった。投入する希釈温度調整ガスの量が多ければその分だけ熱風の温度を低下させることができるが、失火してしまうとその目的を達成し得ない。
従って、本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、安定した火炎の形成ができて良好な燃焼性を確保できるとともに、一定量以上の希釈温度調整ガスを投入しても失火せずに、熱風の温度を適切に低下させることができる管状火炎バーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係る管状火炎バーナは、胴長方向に延びる円筒管状に形成され、前記胴長方向の一端が開放した排出口を形成し、前記胴長方向の他端が閉塞した燃焼室と、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズルと、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズルとを備えた管状火炎バーナにおいて、前記燃焼室は、前記胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、前記胴長方向の中間部分から前記胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、前記小径部から前記大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備え、前記燃焼室の小径部に、前記燃料ガス用ノズル及び前記酸素含有ガス用ノズルを設置すると共に、前記燃焼室の大径部に、前記燃焼室の大径部内に該大径部の接線方向に希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置し、前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面矩形形状のスリットとされており、該スリットの短辺方向の厚さをｔとし、前記小径部の内径をＤ１とし、前記大径部の内径をＤ２とした場合に、前記小径部の内径Ｄ１及び前記大径部の内径Ｄ２について、次の（１）式が成立することを特徴としている。
Ｄ２−Ｄ１≧ｔ…（１）
【００１２】
また、本発明のうち請求項２に係る管状火炎バーナは、胴長方向に延びる円筒管状に形成され、前記胴長方向の一端が開放した排出口を形成し、前記胴長方向の他端が閉塞した燃焼室と、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズルと、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズルとを備えた管状火炎バーナにおいて、前記燃焼室は、前記胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、前記胴長方向の中間部分から前記胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、前記小径部から前記大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備え、前記燃焼室の小径部に、前記燃料ガス用ノズル及び前記酸素含有ガス用ノズルを設置すると共に、前記燃焼室の大径部に、前記燃焼室の大径部内に該大径部の接線方向に希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置し、前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面円形状の丸孔とされており、該丸孔の直径をｄとし、前記小径部の内径をＤ１とし、前記大径部の内径をＤ２とした場合に、前記小径部の内径Ｄ１及び前記大径部の内径Ｄ２について、次の（２）式が成立することを特徴としている。
Ｄ２−Ｄ１≧ｄ…（２）
【００１３】
また、本発明のうち請求項３に係る管状火炎バーナによれば、請求項１又は２記載の管状火炎バーナにおいて、前記燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速をＶｂ、前記燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速をＶａとした場合に、次の（３）式が成立するように、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整する制御手段を備えたことを特徴としている。
Ｖｂ＝０．９Ｖａ〜１．１Ｖａ…（３）
ここで、Ｖｂ＝ＤＩｂ／｛（πＤ２２／４）−（πＤ１２／４）｝
Ｖａ＝ＤＩａ／（πＤ１２）
但し、ＤＩｂは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分における最大の希釈温度調整ガスの流量、ＤＩａは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分における最大の燃料ガス及び酸素含有ガスの流量である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のうち請求項１に係る管状火炎バーナによれば、燃焼室は、胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、胴長方向の中間部分から胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、小径部から大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備えているので、燃焼室の小径部内に円量ガス及び酸素含有ガスを吹き込んで点火すると、火炎は、小径部において径が小さくテーパ部で徐々に径が大きくなり、大径部において径が最大となる。そして、燃焼室の大径部に、燃焼室の大径部内に大径部の接線方向に希釈ガス温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置したので、希釈温度調整ガス用ノズルから希釈温度調整ガスを大径部内に吹き込むと、排出口からの熱風の温度が低下すると共に、希釈温度調整ガス用ノズルから希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より胴長方向下流側の火炎（径が大きくなった火炎）の径が縮小するように作用し、火炎が燃焼室の排出口近傍まで延びる。一方、希釈温度調整ガス用ノズルから希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より胴長方向上流側の火炎の径、すなわち、燃焼反応面積（火炎の表面積）は維持される。この結果、適切な燃焼反応を維持できて良好な燃焼性を確保できるとともに、一定量以上の希釈温度調整ガスを希釈温度調整ガス用ノズルから燃焼室内に投入しても失火することはなく、熱風の温度を適切に低下させることができる。
【００１５】
また、前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面矩形形状のスリットとされており、該スリットの短辺方向の厚さをｔとし、前記小径部の内径をＤ１とし、前記大径部の内径をＤ２とした場合に、前記小径部の内径Ｄ１及び前記大径部の内径Ｄ２について、次の（１）式が成立する。
Ｄ２−Ｄ１≧ｔ…（１）
【００１６】
このため、スリットの短辺方向の厚さｔが小さいので、スリットから吹き込まれた希釈温度調整ガスによって火炎が干渉されにくく、良好な火炎を形成することができる。
また、本発明のうち請求項２に係る管状火炎バーナによれば、胴長方向に延びる円筒管状に形成され、前記胴長方向の一端が開放した排出口を形成し、前記胴長方向の他端が閉塞した燃焼室と、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズルと、該燃焼室の胴長方向の他端近傍に設置され、前記燃焼室内に該燃焼室の接線方向に酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズルとを備えた管状火炎バーナにおいて、前記燃焼室は、前記胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部と、前記胴長方向の中間部分から前記胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部と、前記小径部から前記大径部に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部とを備え、前記燃焼室の小径部に、前記燃料ガス用ノズル及び前記酸素含有ガス用ノズルを設置すると共に、前記燃焼室の大径部に、前記燃焼室の大径部内に該大径部の接線方向に希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズルを設置し、前記希釈温度調整ガス用ノズルにおける前記大径部内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面円形状の丸孔とされており、該丸孔の直径をｄとし、前記小径部の内径をＤ１とし、前記大径部の内径をＤ２とした場合に、前記小径部の内径Ｄ１及び前記大径部の内径Ｄ２について、次の（２）式が成立する。
Ｄ２−Ｄ１≧ｄ…（２）
【００１７】
このため、丸孔の直径ｄが小さいので、丸孔から吹き込まれた希釈温度調整ガスによって火炎が干渉されにくく、良好な火炎を形成することができる。
また、本発明のうち請求項３に係る管状火炎バーナによれば、請求項１又は２記載の管状火炎バーナにおいて、燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速をＶｂ、燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速をＶａとした場合に、次の（３）式が成立するように、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整する制御手段を備えている。
Ｖｂ＝０．９Ｖａ〜１．１Ｖａ…（３）
【００１８】
これにより、希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速Ｖｂが、燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速Ｖａとほぼ等しくなり、希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より上流側の火炎が希釈温度調整ガスに干渉されるおそれがなくなり、失火を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る管状火炎バーナの実施形態の制御システム構成図である。
【図２】希釈温度調整ガスが吹き込まれていない状態の管状火炎バーナの実施形態を示す断面模式図である。
【図３】図２の管状火炎バーナを示し、（Ａ）は図２における３Ａ−３Ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は図２における３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】希釈温度調整ガスが吹き込まれた状態の管状火炎バーナの実施形態を示す断面模式図である。
【図５】円筒管状の燃焼室において胴長方向の下流側に単純に希釈温度調整ガス用ノズルを設置して希釈温度調整ガスを燃焼室内に吹き込む例の管状火炎バーナにおいて、希釈温度調整ガスが吹き込まれていない状態の断面模式図である。
【図６】図５の管状火炎バーナを示し、（Ａ）は図５における６Ａ−６Ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は図５における６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】円筒管状の燃焼室において胴長方向の下流側に単純に希釈温度調整ガス用ノズルを設置して希釈温度調整ガスを燃焼室内に吹き込む例の管状火炎バーナにおいて、希釈温度調整ガスが吹き込まれた状態の断面模式図である。
【図８】希釈温度調整ガスとして空気を吹き込んだ場合の当該空気の流量と排出口における熱風温度との関係を示すグラフである。
【図９】従来例の管状火炎バーナの制御システム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る管状火炎バーナの実施形態の制御システム構成図である。図２は、希釈ガスが吹き込まれていない状態の管状火炎バーナの実施形態を示す断面模式図である。図３は、図２の管状火炎バーナを示し、（Ａ）は図２における３Ａ−３Ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は図２における３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。図４は、希釈温度調整ガスが吹き込まれた状態の管状火炎バーナの実施形態を示す断面模式図である。
【００２１】
図１乃至図４に示す管状火炎バーナ１は、胴長方向（図１、図２及び図４における左右方向）に延びる円筒管状の燃焼室１０を備えている。この燃焼室１０の胴長方向の一端（図１、図２、及び図４における左端）は開放され、燃焼ガスの排出口１１となっている。一方、燃焼室１０の胴長方向の他端は閉塞部１２によって閉塞されている。
【００２２】
ここで、燃焼室１０は、図１乃至４に示すように、胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部１３と、胴長方向の中間部分から胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部１４と、小径部１３から大径部１４に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部１５とを備えている。このため、燃焼室１０において、内径及び外径の小さな小径部１３から内径及び外径の大きな大径部１４にかけてテーパ部１５により滑らかに径が大きくなるように設定される。
【００２３】
そして、燃焼室１０の胴長方向の他端近傍、即ち小径部１３には、１対の燃料ガス用ノズル１６及び１対の酸素含有ガス用ノズル１７が設置されている。１対の燃料ガス用ノズル１６は、図３（Ａ）に示すように、小径部１３の上下両側に対角を成すように対向配置されている。各燃料ガス用ノズル１６は、小径部１３に胴長方向に沿って形成された接続用開口１３Ａに接続される。各燃料ガス用ノズル１６は、小径部１３内に小径部１３内壁面の接線方向に沿って燃料ガスを吹き込むようになっている。また、１対の酸素含有ガス用ノズル１７は、図３（Ａ）に示すように、小径部１３の左右両側に対角を成すように対向配置されている。各酸素含有ガス用ノズル１７は、小径部１３の左右両側に胴長方向に沿って形成された接続用開口１３Ｂに接続される。各酸素含有ガス用ノズル１７は、小径部１３内に小径部１３内壁面の接線方向に沿って酸素含有ガスを吹き込むようになっている。
【００２４】
また、燃焼室１０の胴長方向の他端近傍、即ち小径部１３には、点火プラグ１９も設置されている。
更に、燃焼室１０の大径部１４には、１対の希釈温度調整ガス用ノズル１８が設置されている。１対の希釈温度調整ガス用ノズル１８は、図３（Ｂ）に示すように、大径部１４の左右両側に対角を成すように対向配置されている。各希釈温度調整ガス用ノズル１８は、大径部１４に胴長方向に沿って形成された接続用開口１４Ａに接続される。各希釈温度調整ガス用ノズル１８は、大径部１４内に大径部１４内壁面の接線方向に沿って希釈温度調整ガスを吹き込むようになっている。希釈温度調整ガスは、排出口１１からの熱風の温度を低下させるためのものであって、熱風の温度を低下できるものであれば、空気、窒素などの不活性ガス、酸素含有ガス、あるいは燃料ガスなどのいずれであってもよい。
【００２５】
そして、希釈温度調整ガス用ノズル１８における大径部１４内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、図３（Ｂ）に示すように、断面矩形形状のスリット１８Ａとされている。ここで、スリット１８Ａの短辺方向の厚さはｔとされている。また、図２に示すように、小径部１３の内径はＤ１とされるとともに、大径部１４の内径はＤ２とされている。そして、小径部１３の内径Ｄ１及び大径部１４の内径Ｄ２について、次の（１）式が成立するようになっている。
Ｄ２−Ｄ１≧ｔ…（１）
【００２６】
なお、希釈温度調整ガス用ノズル１８における大径部１４内に希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分は、断面円形状の直径ｄの丸孔としてもよい。この場合、小径部１３の内径Ｄ１及び大径部１４の内径Ｄ２について、次の（２）式が成立するようにする。
Ｄ２−Ｄ１≧ｄ…（２）
更に、酸素含有ガスを吹き込む酸素含有ガス用ノズル１７に接続された配管には、流量調節計２０が接続され、燃料ガスを吹き込む燃料ガス用ノズル１６に接続された配管には、流量調節計２１が接続されている。更に、希釈温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズル１８に接続された配管にも、流量調節計２２が接続されている。そして、これら流量調節計２０、２１、２２で検出された流量値の信号が演算・制御器２３へ送られると共に、演算・制御器２３から流量調節計２０、２１、２２へ制御信号が送られるようになっている。
【００２７】
そして、演算・制御器２３は、燃焼室１０の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速をＶｂ、燃焼室１０の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速をＶａとした場合に、次の（３）式が成立するように、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整する。
Ｖｂ＝０．９Ｖａ〜１．１Ｖａ…（３）
ここで、Ｖｂ＝ＤＩb／｛（πＤ２2／４）−（πＤ１2／４）｝
Ｖａ＝ＤＩa／（πＤ１2）
但し、ＤＩbは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分における最大の希釈温度調整ガスの流量、ＤＩaは、温度圧力補正が済んだ、燃焼室の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分における最大の燃料ガス及び酸素含有ガスの流量である。
【００２８】
具体的には、流量調節計２０で検出された酸素含有ガスの流量値、流量検出計２１で検出された燃料ガスの流量値が演算・制御器２３に送られ、演算・制御器２３は、これらの値を所定期間取得し、燃焼室１０の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分における最大の燃料ガス及び酸素含有ガスの流量値を演算する。そして、当該燃焼室１０の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分における最大の燃料ガス及び酸素含有ガスの流量値について、温度圧力補正を行い、ＤＩaを算出する。この算出されたＤＩaから燃焼室１０の燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速Ｖａ＝ＤＩa／（πＤ１2）を算出する。
【００２９】
その一方、流量調節計２２で検出された希釈温度調整ガスの流量値が演算・制御器２３に送られ、演算・制御器２３は、この値を所定期間取得し、燃焼室１０の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分における最大の希釈温度調整ガスの流量値を演算する。そして、当該燃焼室１０の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分における最大の希釈温度調整ガスの流量値について、温度圧力補正を行い、ＤＩbを算出する。この算出されたＤＩbから燃焼室１０の希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速Ｖｂ＝ＤＩb／｛（πＤ２2／４）−（πＤ１2／４）｝を算出する。
そして、演算・制御器２３は、算出されたＶａ、Ｖｂに基づいて、Ｖｂ＝０．９Ｖａ〜１．１Ｖａとなるように、流量調節計２０、２１、２２へ制御信号を送り、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整する。演算・制御器２３が、請求項４に規定する「制御手段」を構成する。
【００３０】
次に、管状火炎バーナ１の動作について説明する。
管状火炎バーナ１において、燃料ガス用ノズル１６から燃料ガスが、酸素含有ガス用ノズル１７から酸素含有ガスが燃焼室１０内に吹き込まれると、燃料ガス及び酸素含有ガスが旋回流となって混合し、点火プラグ１９により点火される。すると、燃焼室１０内には、図２に示すように、管状の火炎３０が生成される。そして、燃焼室１０内のガスは旋回しながら下流側へ流れるが、その間、内壁側のガスが順次燃焼して軸心側へ移動し、排出口１１から排出される。
【００３１】
ここで、図２及び図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、希釈温度調整ガス用ノズル１８から希釈温度調整ガスが燃焼室１０内に吹き込まれていない場合には、火炎３０は、小径部１３、テーパ部１５及び大径部１４にかけてそれら火炎３０は、小径部１３、テーパ部１５及び大径部１４の内径に沿うように広がる。つまり、火炎３０は、小径部１３において径が小さくテーパ部１５で徐々に径が大きくなり、大径部１４において径が最大となる。
【００３２】
そして、希釈温度調整ガス用ノズル１８から希釈温度調整ガスを燃焼室１０内に吹き込むと、排出口１１からの熱風の温度が低下すると共に、図４に示すように、希釈温度調整ガス用ノズル１８から希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より胴長方向下流側の火炎３０（径が大きくなった火炎）の径が縮小するように作用し、火炎３０が燃焼室１０の排出口１１近傍まで延びる。一方、希釈温度調整ガス用ノズル１８から希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より胴長方向上流側の火炎３０の径、すなわち、燃焼反応面積（火炎の表面積）は維持される。この結果、適切な燃焼反応を維持できて良好な燃焼性を確保できるとともに、一定量以上の希釈温度調整ガスを希釈温度調整ガス用ノズル１８から燃焼室１０内に投入しても失火することはなく、熱風の温度を適切に低下させることができる。
【００３３】
なお、希釈温度調整ガスを大量に吹き込むと、希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より胴長方向上流側の火炎３０が希釈温度調整ガスに干渉されて、良好な火炎の形成ができずに、失火してしまうおそれがある。これを回避するために、前述した（３）式が成立するように、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整することが好ましい。これにより、希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速Ｖｂが、燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速Ｖａとほぼ等しくなり、希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より胴長方向上流側の火炎３０が希釈温度調整ガスに干渉されるおそれがなくなり、失火を確実に防止することができる。
【００３４】
希釈温度調整ガスが吹き込まれる部分のガスの胴長方向の流速Ｖｂが、燃料ガス及び酸素含有ガスが吹き込まれる部分の胴長方向のガスの流速Ｖａよりも１０％超えて大きくなったり、１０％超えて小さくなるように、希釈温度調整ガス、燃料ガス、及び酸素含有ガスの流量を調整すると、希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より胴長方向上流側の火炎３０が希釈温度調整ガスに干渉されて、良好な火炎の形成ができずに、失火してしまうおそれがある。
【００３５】
また、燃焼室１０の小径部１３の内径Ｄ１及び大径部１４の内径Ｄ２について、希釈温度調整ガス用ノズル１８の希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分であるスリット１８Ａの短辺方向の厚さｔとの関係で、Ｄ２−Ｄ１≧ｔが成立している。このため、スリット１８Ａの短辺方向の厚さｔが小さいので、スリット１８Ａから吹き込まれた希釈温度調整ガスによって火炎３０が干渉されにくく、良好な火炎３０を形成することができる。また、希釈温度調整ガス用ノズル１８の希釈温度調整ガスを吹き込む開口部分を直径ｄの断面円形状の丸孔とし、Ｄ２−Ｄ１≧ｄとした場合も同様の効果を得ることができる。
【００３６】
次に、図５乃至図７を参照して、円筒管状の燃焼室において胴長方向の下流側に単純に希釈温度調整ガス用ノズルを設置して希釈温度調整ガスを燃焼室内に吹き込む例について説明する。図５は、円筒管状の燃焼室において胴長方向の下流側に単純に希釈温度調整ガス用ノズルを設置して希釈温度調整ガスを燃焼室内に吹き込む例の管状火炎バーナを示す断面模式図である。図６は、図５の管状火炎バーナを示し、（Ａ）は図５における６Ａ−６Ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は図５における６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。図７は、円筒管状の燃焼室において胴長方向の下流側に単純に希釈温度調整ガス用ノズルを設置して希釈温度調整ガスを燃焼室内に吹き込む例の管状火炎バーナにおいて、希釈温度調整ガスが吹き込まれた状態の断面模式図である。
【００３７】
図５乃至図７に示す管状火炎バーナ５１は、管状火炎バーナ１と同様に、胴長方向（図５における左右方向）に延びる円筒管状の燃焼室６０を備えている。この燃焼室６０の胴長方向の一端（図５における左端）は開放され、燃焼ガスの排出口６１となっている。一方、燃焼室６０の胴長方向の他端は閉塞部６２によって閉塞されている。
ここで、燃焼室６０は、管状火炎バーナ１における燃焼室１０と異なり、小径部１３及び大径部１４は存在せず、胴長方向において均一の外径及び内径を有する単純な円筒管形状に形成されている。
【００３８】
そして、燃焼室６０の胴長方向の他端近傍には、管状火炎バーナ１と同様に、１対の燃料ガス用ノズル６６及び１対の酸素含有ガス用ノズル６７が設置されている。１対の燃料ガス用ノズル６６は、図６（Ａ）に示すように、燃焼室６０の上下両側に対角を成すように対向配置されている。各燃料ガス用ノズル６６は、燃焼室６０内に燃焼室６０内壁面の接線方向に沿って燃料ガスを吹き込むようになっている。また、１対の酸素含有ガス用ノズル６７は、図６（Ａ）に示すように、燃焼室６０の左右両側に対角を成すように対向配置されている。各酸素含有ガス用ノズル６７は、燃焼室６０内に燃焼室６０内壁面の接線方向に沿って酸素含有ガスを吹き込むようになっている。
【００３９】
また、燃焼室６０の胴長方向の他端近傍には、管状火炎バーナ１と同様に、点火プラグ６９も設置されている。
更に、燃焼室６０の胴長方向の中央よりやや一端側、即ち下流側には、１対の希釈温度調整ガス用ノズル６８が設置されている。１対の希釈温度調整ガス用ノズル６８は、管状火炎バーナ１における希釈温度調整ガス用ノズル１８と同様に、図６（Ｂ）に示すように、燃焼室６０の左右両側に対角を成すように対向配置されている。各希釈温度調整ガス用ノズル６８は、燃焼室６０内に燃焼室６０内壁面の接線方向に沿って希釈温度調整ガスを吹き込むようになっている。
そして、図５及び図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、希釈温度調整ガス用ノズル６８から希釈温度調整ガスが燃焼室６０内に吹き込まれていない場合には、火炎８０は、燃焼室６０の内径に沿うように胴長方向下流側に向けて延びる。
【００４０】
そして、希釈温度調整ガス用ノズル６８から希釈温度調整ガスを燃焼室６０内に吹き込むと、排出口６１からの熱風の温度が低下するが、図７に示すように、燃焼室６０内の胴長方向全体の火炎８０の径が縮小するように作用し、火炎８０が燃焼室６０の排出口６１近傍まで延びる。この結果、希釈温度調整ガス用ノズル６８から希釈温度調整ガスを吹き込んだ部分より胴長方向上流側の火炎８０の径、すなわち、燃焼反応面積（火炎の表面積）も縮小する。この結果、ガスが未反応の状態で排出口６１へ行くことになり、一定量以上の希釈温度調整ガスを希釈温度調整ガス用ノズル６８から燃焼室６０内に投入すると、失火してしまうおそれがある。このため、熱風の温度を大きく低下させるために一定量以上の希釈温度調整ガスを投入することができないことになる。
【００４１】
従って、図１乃至図４に示した本実施形態に係る管状火炎バーナ１においては、燃焼室１０を、胴長方向の他端側から中間部分にかけて設けられた小径部１３と、胴長方向の中間部分から胴長方向の一端側にかけて設けられた大径部１４と、小径部１３から大径部１４に向けて徐々に径が太くなるよう設定されたテーパ部１５とで構成し、燃焼室１０の大径部１４に、燃焼室１０の大径部１４内に大径部１４の接線方向に希釈ガス温度調整ガスを吹き込む希釈温度調整ガス用ノズル１８を設置する。
【００４２】
なお、小径部１３と大径部１４とに間にテーパ部１５を設けないで、燃焼室１０を構成すると、点火プラグ１９により点火した際に、火炎３０は、小径部１３から大径部１４にかけて径が円滑に大きくならない。このため、小径部１３と大径部１４とに間にテーパ部１５を設け、火炎３０の径を、テーパ部１５の内径に沿って徐々に、即ち滑らかに大きくする必要がある。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、燃料ガス用ノズル１６及び酸素含有ガス用ノズル１７の設置個数及び配置の仕方は、それぞれ燃焼室１０内に燃料ガス、酸素含有ガスを吹き込めるようになっていれば、図示した例に限られない。
また、希釈温度調整ガス用ノズル１８の設置個数及び配置の仕方は、燃焼室１０の大径部１４内に該大径部１４の接線方向に希釈ガス温度調整ガスを吹き込むようになっていれば、図示した例に限られない。
【実施例】
【００４４】
本発明の効果を検証すべく、図２に示す管状火炎ガスバーナ１において、希釈温度調整ガスとして空気を吹き込んだ場合の当該空気の流量と排出口における熱風温度との関係を調査した。
この調査において、管状火炎バーナ１における寸法関係は下記の通りである。
燃焼室１０の小径部１３の内径Ｄ１；φ１７４ｍｍ
燃焼室１０の大径部１４の内径Ｄ２：φ２７０ｍｍ
燃料ガス用ノズル１６におけるスリットのサイズ：７５ｍｍ×１５ｍｍ
酸素含有ガス用ノズル１７におけるスリットのサイズ：７５ｍｍ×３０ｍｍ
希釈温度調整ガス用ノズル１８におけるスリットのサイズ：２００ｍｍ×３０ｍｍ
燃料ガス用ノズル１６及び酸素含有ガス用ノズル１７のスリットと希釈温度調整ガス用ノズル１８のスリットとの間の距離：８００ｍｍ
燃焼室１０の全長：１５００ｍｍ
この結果を表１及び図８に示す。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１において、燃料ガス用ノズル１６からは燃料ガスとしてのＬＰＧと希釈窒素とが吹き込まれ、それぞれ「メインバーナーＬＲＧ流量（Ｎｍ3／ｈｒ）」、「メインバーナー希釈窒素流量（Ｎｍ3／ｈｒ）」としてある。また、表１において、酸素含有ガス用ノズル１７からは酸素含有ガスとして空気が吹き込まれ、「メインバーナー燃焼空気流量（Ｎｍ3／ｈｒ）」としてある。また、表１において、希釈温度調整ガス用ノズル１８からは空気が吹き込まれ、「温度調整用空気流量（Ｎｍ3／ｈｒ）」としてある。
【００４７】
表１及び図８を参照すると、温度調整用空気流量を１８４．４（Ｎｍ3／ｈｒ）から４３４．４（Ｎｍ3／ｈｒ）まで増加させると、排出口における熱風温度が１００５（℃）から５９６（℃）まで低下していることがわかる。
一方、図５に示す管状火炎ガスバーナ５１において、希釈温度調整ガスとして空気を吹き込んだ場合には、温度調整用空気流量を３８４．４（Ｎｍ3／ｈｒ）以上にすると、失火してしまった。従って、排出口における熱風温度として６４８（℃）以下を得ることができなかった。
【符号の説明】
【００４８】
１  管状火炎バーナ
１０  燃焼室
１１  排出口
１２  閉塞部
１３  小径部
１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ  接続用開口
１４  大径部
１５  テーパ部
１６  燃料ガス用ノズル
１７  酸素含有ガス用ノズル
１８  希釈温度調整ガス用ノズル
１８Ａ  スリット
１９  点火プラグ
２０、２１、２２  流量調節計
２３  演算・制御器（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【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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