(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端から燃料ガスを噴射する燃料ガス用噴射管と、先端から不燃性ガスを噴射する不燃性ガス用噴射管と、先端から燃焼ガスを噴射する燃焼ガス用噴射管とが、各管の管軸を略同一方向に揃えて複合され、
複合された前記噴射管の中央側に配置した前記燃料ガス用噴射管あるいは燃焼ガス用噴射管の外側に、前記燃料ガス用噴射管あるいは燃焼ガス用噴射管を囲むように前記不燃性ガス用噴射管が配置され、前記不燃性ガス用噴射管の外側に該不燃性ガス用噴射管を囲むように前記燃焼ガス用噴射管あるいは燃料ガス用噴射管が配置され、
前記不燃性ガス用噴射管の先端部に該先端部からの不燃性ガスの噴射方向を噴射方向に沿って内側寄りまたは外側寄りに、前記燃料ガスあるいは燃焼ガスの噴射方向と交わるように変更するガス流発生部材が設けられたバーナー。
【請求項２】
前記燃料ガス及び燃焼ガスの噴射方向が略平行である請求項１に記載のバーナー。
【請求項３】
前記燃料ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管のいずれかに原料粒子の供給源が接続され、前記燃料ガス用噴射管から燃料ガスとともに原料粒子が、あるいは、前記燃焼ガス用供給管から燃焼ガスとともに原料粒子が噴射される請求項１または２に記載のバーナー。
【請求項４】
前記燃料ガス用噴射管が中央部に、その周囲に前記不燃性ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管が順次配置され、前記不燃性ガス用噴射管の先端部に、該先端部から噴射される不燃性ガスを内側向き斜め方向と、外側向き斜め方向と、内側向き直角方向のいずれかに変更するガス流発生部材が設けられた請求項１または２に記載のバーナー。
【請求項５】
前記燃焼ガス用噴射管が中央部に、その周囲に前記不燃性ガス用噴射管と前記燃料ガス用噴射管が順次配置され、前記不燃性ガス用噴射管の先端部に、該先端部から噴射される不燃性ガスを内側向き斜め方向と、外側に向き斜め方向と、内側向き直角方向のいずれかに変更するガス流発生部材が設けられた請求項１または２に記載のバーナー。
【請求項６】
前記不燃性ガス用噴射管から噴射される不燃性ガスを旋回流とするガス流発生部材が設けられた請求項３乃至５のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバーナーが備えられ、前記燃料ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管のいずれかにガラス原料粒子の供給源が接続され、前記燃料ガス用噴射管から燃料ガスとともにガラス原料粒子が、あるいは、前記燃焼ガス用供給管から燃焼ガスとともにガラス原料粒子が噴射自在とされ、前記ガラス原料粒子を前記燃料ガスの燃焼により生成する加熱気相雰囲気中において溶融する気中溶融バーナー。
【請求項８】
溶融ガラスを収容する炉体と、前記炉体の上部に下向きに配置され、前記炉体の内側にガラス原料粒子を加熱溶融して溶融ガラス粒子とする加熱気相雰囲気を形成し、かつ、前記加熱気相雰囲気に前記ガラス原料粒子を供給する請求項７に記載の気中溶融バーナーとを備えるガラス溶融炉。
【請求項９】
先端から燃料ガスを噴射する燃料ガス用噴射管と、先端から不燃性ガスを噴射する不燃性ガス用噴射管と、先端から燃焼ガスを噴射する燃焼ガス用噴射管とが複合されたバーナーを用いて燃焼炎を生成する方法であり、
前記不燃性ガス用噴射管の先端からの不燃性ガスの噴射方向を前記噴射方向に沿って内側よりまたは外側よりに向けて方向変更し、前記不燃性ガス用噴射管の先端から噴射させた不燃性ガスのガス流により、前記燃料ガス用噴射管の先端から噴射させた燃料ガスと前記燃焼ガス用噴射管の先端から噴射させた燃焼ガスとの前記噴射管先端近傍における混合を抑制し、前記噴射管先端近傍から離れた位置において前記燃料ガスと前記燃焼ガスを混合させて燃焼炎を生成する燃焼炎の生成方法。
【請求項１０】
前記不燃性ガス用噴射管から不燃性ガスを噴射する方向に関し、前記噴射方向に沿って斜め内側向きと、前記噴射方向に沿って斜め外側向きと、前記噴射方向に直角内側向きのいずれかの方向とする請求項９に記載の燃焼炎の生成方法。
【請求項１１】
前記不燃性ガスを内側向き直角方向に変更する場合、前記燃料ガス用噴射管から噴射される燃料ガスの噴射速度を前記不燃性ガスおよび前記燃焼ガスの噴射速度よりも大きくする請求項９または１０に記載の燃焼炎の生成方法。
【請求項１２】
前記不燃性ガスを外側に向けて斜め方向に変更する場合、前記燃焼ガス用噴射管から噴射される燃焼ガスの噴射速度を前記不燃性ガスおよび燃料ガスの速度よりも大きくする請求項９または１０に記載の燃焼炎の生成方法。
【請求項１３】
前記不燃性ガス用噴射管から不燃性ガスを噴射する際、不燃性ガスを旋回流として噴射する請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の燃焼炎の生成方法。
【請求項１４】
前記燃料ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管のいずれかから原料粒子を供給する請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の燃焼炎の生成方法。
【請求項１５】
請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の燃焼炎の生成方法により生成した燃焼炎に対し、前記燃料ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管のいずれかからガラス原料粒子を供給し、前記燃焼炎によりガラス粒子を溶融させて溶融ガラス粒子を生成する溶融ガラスの製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程を含むガラス物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと燃焼ガスと不燃性ガスを噴射するバーナーと、該バーナーを備えたガラス溶融炉、燃焼炎の生成方法、溶融ガラスの製造方法およびガラス物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、板ガラス、瓶ガラス、繊維ガラスを始めとして表示装置用ガラスに至るまで、量産規模のガラスの多くはガラス原料をガラス溶融炉（以下、単に溶融炉とも呼ぶ。）にて溶融するシーメンス型の溶融炉に基づき生産されている。シーメンス型溶融炉による溶融法では、粉末状ガラス原料の混合物を溶融炉で先に溶融したガラス融液面上に投入し、それが塊（バッチともいう。）となったものをバーナーにより加熱してその表面から融解を進行させ、徐々にガラス融液とする。このとき、融液上のバッチは、反応あるいは溶融しやすい物質から順次溶け出るため、原料層内に難溶融性物質が形成されやすい。
また、同様の理由で、融液形成の初期状態においては、局所的に見るとバッチと組成が異なったガラス融液が生じ、融液の不均一化が生じやすいため、シーメンス型溶融炉ではガラス融液を長時間攪拌して組成の均一化を図る必要がある。
さらに、シーメンス型溶融炉は大量のエネルギーを必要とするため、溶融炉の消費エネルギー削減が望まれている。
【０００３】
このような背景から、省エネルギー型のガラス製造技術の一例として、ガラス原料の混合物からなる微細粒子（造粒体）を高温の加熱気相雰囲気中で溶融させて溶融ガラス粒子とし、次いで溶融ガラス粒子を集積して液体相（ガラス融液）を形成する気中溶融法と呼ばれるガラス物品の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
この気中溶融法によれば、従来のシーメンス型溶融炉による溶融法と比較し、ガラス溶融工程の消費エネルギーを１／３程度まで低減できると言われており、短時間で溶融が可能になり、溶融炉の小型化、蓄熱室の省略、品質の向上、ＣＯ２の削減、ガラス品種の変更時間の短縮化を図ることができる技術として注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２９７２３９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９０９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１３は特許文献１に記載の溶融炉を示す断面模式図である。特許文献１に記載の溶融炉１００は、高温の加熱気相雰囲気Ｋ１００を形成する加熱手段として、複数本のアーク電極１０２と酸素燃焼バーナー１０３を炉体１０１に備えている。これら複数のアーク電極１０２が形成する熱プラズマアークまたは酸素燃焼バーナー１０３による酸素燃焼炎（フレーム）Ｆ１００によって炉体１０１内に約１６００℃以上の高温の加熱気相雰囲気Ｋ１００を形成する。この高温の加熱気相雰囲気Ｋ１００中に、ガラス原料粒子Ｒ１００を投入することにより、高温の加熱気相雰囲気Ｋ１００内でガラス原料粒子Ｒ１００を溶融して溶融ガラス粒子Ｕ１００に変化させる。この液状ガラス粒子Ｕ１００は落下して炉体１０１の炉底部１０１Ａに溜まり、ガラス融液Ｇ１００を生成できる。
【０００６】
気中溶融法において、加熱手段として酸素燃焼バーナー１０３を用いる場合、図１３に示すように、酸素燃焼バーナーが生成する酸素燃焼炎Ｆ１００中にガラス原料粒子Ｒ１００を投入し、酸素燃焼炎Ｆ１００中で溶融ガラス粒子Ｕ１００を形成している。そのため、ガラス原料粒子Ｒ１００を供給する原料供給路と、燃焼ガス及び燃料ガスをそれぞれ供給するガス供給路を備える酸素燃焼バーナーが使用されている。
例えば、特許文献２に記載の溶融炉は、溶融炉の天井壁に下向きに取り付けられた酸素燃焼バーナーを備えており、この酸素燃焼バーナーには、酸素を含む燃焼ガスと燃料ガスを供給するガス供給系と、ガラス原料粒子を供給する原料供給系とが接続されている。この溶融炉では、酸素燃焼バーナーを燃焼させて下向きに酸素燃焼炎を形成し、酸素燃焼バーナーからガラス原料粒子をその酸素燃焼炎中に下向きに供給し、酸素燃焼炎中で溶融ガラス粒子を生成させ、生成した溶融ガラス粒子を酸素燃焼炎直下の炉底部に集積させてガラス融液を形成している。
【０００７】
上述の酸素燃焼バーナーを用いてガラス融液を製造する場合、連続運転が必要となるが、酸素燃焼バーナーを連続運転すると、酸素燃焼炎の方向が完全な下向きではなく、斜め方向や他の方向に乱れることが判明した。この問題について本発明者らが研究したところ、直径数１０μｍ程度の微細なガラス原料粒子が、酸素燃焼バーナー先端部の原料の吐出口付近に部分的に滞留し、バーナー先端部に付着することが原因であると判明した。
即ち、バーナーの先端部にガラス原料粒子が付着して徐々に肥大化してつらら状物を生成すると、酸素燃焼炎が不安定になるだけでなく、ガラス原料粒子の吐出口が徐々に閉塞し、酸素燃焼炎の方向が斜め向きに変化する問題が明らかとなった。このつらら状物がバーナー先端部に形成されると、前述の酸素燃焼炎の不安定化や吐出口の閉塞を引き起こすだけでなく、肥大化したつらら状物がバーナー下方のガラス融液へと落下するおそれがある。その結果、落下したつらら状物とガラス融液との組成差に起因し、製造される溶融ガラスが不均質になり、目的とするガラス物品の品質が低下するおそれがある。
【０００８】
なお、本発明者は、このつらら状物の生成について熱泳動現象による粒子移動が原因になっていると推定している。熱泳動現象とは、図１４に示すように１つの粒子１１０の一側に温度の高い気体分子１１１が存在し、他側に温度の低い気体分子１１２が存在する場合、粒子１１０が低温側に泳動する現象として知られている。この現象は、高温側の気体分子１１１と低温側の気体分子１１２から粒子１１０が受ける運動量に差異が生じる結果、粒子１１０に対し温度の高い気体分子側から温度の低い気体分子側に移動しようとする駆動力が発生することによっている。また、この効果は、クヌーセン数Ｋｎ（＝（分子の平均自由工程）÷（粒子半径））が大きいほど、影響が大きいとされている。
この熱泳動現象において一般に、ＵＴ＝Ｋｔｈ（ν∇Ｔ／Ｔｍ）の関係式（Waldmannの式）が成立すると知られている（ただし、この関係式において、ＵＴ：熱泳動による粒子の移動速度[ｍｍ／ｓ]、Ｋｔｈ：熱泳動係数、ν：気体の動粘性係数[ｍｍ２／Ｓ]、∇Ｔ：温度勾配[Ｋ／ｍｍ]、Ｔｍ＝粒子周囲の気体の平均温度[Ｋ]）。
【０００９】
酸素燃焼バーナーの先端部周囲の熱泳動現象について考察すると、図１４に示す温度の低い気体分子１１２が存在するのは、バーナーの先端部が水冷構造などにより冷却されていることによる。例えば、水冷構造とされるバーナーの先端側は位置によって５０−６００℃程度に冷却されているので、１６００℃以上の高温となる酸素燃焼炎との温度差が大きく、バーナーの先端部が低温壁１１３として存在することになるので、低温壁１１３に近い気体は温度の低い気体分子１１２として存在する。
このため、熱泳動現象によって酸素燃焼バーナー１０３の先端部の低温壁１１３側に粒子１１０が引き寄せられ、バーナー１０３を連続運転する間に図１５に示すように引き寄せられた粒子１１０が先端部に堆積して付着物１１４となり、この付着物１１４が成長してつらら状物１１５が生成し、成長することとなる。
本発明者は上述の熱泳動現象に鑑み、酸素燃焼バーナーの先端部につらら状物が生成する現象を解消し、酸素燃焼バーナーを連続運転しても付着物が付き難く、安定した酸素燃焼炎を長時間保持できる技術の改良を図り、本発明に到達した。
【００１０】
なお、ガラス原料粒子を酸素燃焼バーナーの燃焼炎に投入してガラス融液を製造する場合の他に、酸素燃焼バーナーに各種の原料を投入して原料の溶融現象を利用し、目的の物品を製造する技術は種々方面で利用されているが、いずれにおいてもバーナー先端部に原料の目詰まりや付着物を生じることがあるので、これら原料の目詰まりや付着物を解消できる技術の登場が求められている。
本発明は、上記背景に鑑みなされたもので、バーナー先端部への粒子付着、溶融物付着を抑制し、バーナーの連続運転時の問題を解消する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、先端から燃料ガスを噴射する燃料ガス用噴射管と、先端から不燃性ガスを噴射する不燃性ガス用噴射管と、先端から燃焼ガスを噴射する燃焼ガス用噴射管とが、各管の管軸を略同一方向に揃えて複合され、複合された前記噴射管の中央側に配置した前記燃料ガス用噴射管あるいは燃焼ガス用噴射管の外側に、前記燃料ガス用噴射管あるいは燃焼ガス用噴射管を囲むように前記不燃性ガス用噴射管が配置され、前記不燃性ガス用噴射管の外側に該不燃性ガス用噴射管を囲むように前記燃焼ガス用噴射管あるいは燃料ガス用噴射管が配置され、前記不燃性ガス用噴射管の先端部に該先端部からの不燃性ガスの噴射方向を噴射方向に沿って内側寄りまたは外側寄りに、前記燃料ガスあるいは燃焼ガスの噴射方向と交わるように変更するガス流発生部材が設けられたバーナーに関する。
本発明のバーナーにおいて、燃料ガスおよび燃焼ガスの噴射方向を略平行にできる。
【００１２】
本発明のバーナーは、前記燃料ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管のいずれかに原料粒子の供給源が接続され、前記燃料ガス用噴射管から燃料ガスとともに原料粒子が、あるいは、前記燃焼ガス用供給管から燃焼ガスとともに原料粒子が噴射される構成にできる。
本発明のバーナーは、前記燃料ガス用噴射管が中央部に、その周囲に前記不燃性ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管が順次配置され、前記不燃性ガス用噴射管の先端部に、該先端部から噴射される不燃性ガスを内側向き斜め方向と、外側向き斜め方向と、内側向き直角方向のいずれかに変更するガス流発生部材が設けられた構成でもよい。
本発明のバーナーは、前記燃焼ガス用噴射管が中央部に、その周囲に前記不燃性ガス用噴射管と前記燃料ガス用噴射管が順次配置され、前記不燃性ガス用噴射管の先端部に、該先端部から噴射される不燃性ガスを内側向き斜め方向と、外側に向き斜め方向と、内側向き直角方向のいずれかに変更するガス流発生部材が設けられた構成でもよい。
【００１３】
本発明のバーナーは、前記不燃性ガス用噴射管から噴射される不燃性ガスを旋回流とするガス流発生部材が設けられた構成にできる。
【００１４】
本発明の気中溶融バーナーは、先のいずれかに記載のバーナーが備えられ、前記燃料ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管のいずれかにガラス原料粒子の供給源が接続され、前記燃料ガス用噴射管から燃料ガスとともにガラス原料粒子が、あるいは、前記燃焼ガス用供給管から燃焼ガスとともにガラス原料粒子が噴射自在とされ、前記ガラス原料粒子を前記燃料ガスの燃焼により生成する加熱気相雰囲気中において溶融する構成にできる。
本発明のガラス溶融炉は、溶融ガラスを収容する炉体と、前記炉体の上部に下向きに配置され、前記炉体の内側にガラス原料粒子を加熱溶融して溶融ガラス粒子とする加熱気相雰囲気を形成し、かつ、前記加熱気相雰囲気に前記ガラス原料粒子を供給する先に記載の気中溶融バーナーを備える。
【００１５】
本発明に係る燃焼炎の生成方法は、先端から燃料ガスを噴射する燃料ガス用噴射管と、先端から不燃性ガスを噴射する不燃性ガス用噴射管と、先端から燃焼ガスを噴射する燃焼ガス用噴射管とが複合されたバーナーを用いて燃焼炎を生成する方法であり、前記不燃性ガス用噴射管の先端からの不燃性ガスの噴射方向を前記噴射方向に沿って内側よりまたは外側よりに向けて方向変更し、前記不燃性ガス用噴射管の先端から噴射させた不燃性ガスのガス流により、前記燃料ガス用噴射管の先端から噴射させた燃料ガスと前記燃焼ガス用噴射管の先端から噴射させた燃焼ガスとの前記噴射管先端近傍における混合を抑制し、前記噴射管先端近傍から離れた位置において前記燃料ガスと前記燃焼ガスを混合させて燃焼炎を生成する方法に関する。
【００１６】
本発明に係る燃焼炎の生成方法において、前記不燃性ガス用噴射管から不燃性ガスを噴射する方向に関し、前記噴射方向に沿って斜め内側向きと、前記噴射方向に沿って斜め外側向きと、前記噴射方向に直角内側向きのいずれかの方向にできる。
本発明に係る燃焼炎の生成方法において、前記不燃性ガスを内側向き直角方向に変更する場合、前記燃料ガス用噴射管から噴射される燃料ガスの噴射速度を前記不燃性ガスおよび前記燃焼ガスの噴射速度よりも大きくできる。
本発明に係る燃焼炎の生成方法は、前記不燃性ガスを外側に向けて斜め方向に変更する場合、前記燃焼ガス用噴射管から噴射される燃焼ガスの噴射速度を前記不燃性ガスおよび燃料ガスの速度よりも大きくできる。
【００１７】
本発明に係る燃焼炎の生成方法は、前記不燃性ガス用噴射管から不燃性ガスを噴射する際、不燃性ガスを旋回流として噴射できる。
本発明に係る燃焼炎の生成方法は、前記燃料ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管のいずれかから原料粒子を供給できる。
本発明に係る溶融ガラスの製造方法は、先のいずれか一項に記載の燃焼炎の生成方法により生成した燃焼炎に対し、前記燃料ガス用噴射管と前記燃焼ガス用噴射管のいずれかからガラス原料粒子を供給し、前記燃焼炎によりガラス粒子を溶融させて溶融ガラス粒子を生成できる。
本発明に係るガラス物品の製造方法は、先に記載の溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程を含むことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、各噴射管の先端から燃料ガスと燃焼ガスと不燃性ガスを噴射して燃焼炎を生じさせるバーナーにおいて、噴射管の先端から噴出させた不燃性ガスを噴射方向に沿って内側向きあるいは外側向きに噴射方向と交わる向きとし、燃料ガスと燃焼ガスの間にこれらの混合を抑制する不燃性ガスのガス流を生じさせ、噴射管の先端から噴出させた燃料ガスと燃焼ガスの混合のタイミングを遅延させるので、燃焼炎発生位置までの距離を従来構造のバーナーより大きくできる。従って、原料粒子を噴射管から噴射して燃焼炎により原料粒子を溶融する場合、噴射した原料粒子を噴射管の先端部側に熱泳動現象により戻すおそれを少なくし、噴射管の先端部側に原料溶融物の付着を生じ難いバーナーを提供できる。
また、本発明は、原料溶融物の付着が生じ難いバーナーを用いた気中溶融バーナーを提供できる。更に、本発明は、原料溶融物の付着が生じ難い、安定した燃焼炎を発生できるバーナーを用いてガラスを生産できるガラス溶融炉と溶融ガラスの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明に係る第１実施形態のバーナーの先端部分を示す部分断面図。
【図２】図２は同バーナーとガス流を示すもので、図２（ａ）はバーナーの全体構成図、図２（ｂ）はシールドガス流の斜視図。
【図３】図３は同バーナーの先端部から噴出されている燃焼炎の状態を示す説明図。
【図４】図４は本発明に係る第２実施形態のバーナーを示す断面図。
【図５】図５は本発明に係る第３実施形態のバーナーを示す断面図。
【図６】図６は本発明に係る第４実施形態のバーナーを示すもので、図６（ａ）は全体構成を示す図、図６（ｂ）はノズル部を示す図。
【図７】図７は本発明に係る第５実施形態のバーナーを示すもので、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は底面図、図７（ｃ）は部分断面図。
【図８】図８は本発明に係る第６実施形態のバーナーを示す断面図。
【図９】図９は本発明に係るバーナーを備えたガラス溶融炉の第１の例を示す構成図。
【図１０】図１０は本発明に係るガラス原料の溶融方法を用いてガラス物品を製造する方法の一例を示すフロー図である。
【図１１】図１１は本発明に係るバーナーを備えたガラス溶融炉の第２の例を示す構成図。
【図１２】図１２は本発明に係るバーナーを備えたガラス溶融炉の第３の例を示す構成図。
【図１３】図１３は従来の気中溶融バーナーを備えたガラス溶融炉の一例を示す断面図。
【図１４】図１４は熱泳動により粒子が移動する状態の一例を示す説明図。
【図１５】図１５は酸素燃焼ノズルの先端部における熱泳動による原料粒子の挙動を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係るバーナーからなる気中溶融バーナーとそれを備えたガラス溶融炉、バーナーの燃焼炎の生成方法、ガラス物品の製造方法、ガラス物品の製造装置の一実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。また、以下に示す各図において各構成要素の縮尺については図示した場合に把握し易いように簡略化して示す。
図１は本発明に係るバーナーを気中溶融バーナーに適用した第１実施形態を模式的に示す図であり、図２は同気中溶融バーナーを備えたバーナー装置の構成図である。
図１と図２に示す気中溶融バーナー１０は、中央に配置された燃料ガス用噴射管１１と、この燃料ガス用噴射管１１を間隔をあけて取り囲むように順次外部側に配置された不燃性ガス用噴射管１２と、燃焼ガス用噴射管１３とから構成されている。燃料ガス用噴射管１１と不燃性ガス用噴射管１２と燃焼ガス用噴射管１３はこの順に順次径が大きくなる直管型に形成されている。気中溶融バーナー１０は、これら噴射管１１、１２、１３の管軸Ｓを一致させて、それらを同心円状に配置した多重管構造とされ、一例として図２（ａ）に示すように鉛直下向きに配置されている。
燃料ガス用噴射管１１の内部にガラス原料粒子ＧＭと燃料ガスＦＧを通過させるための燃料ガス供給路１１Ａが形成され、燃料ガス用噴射管１１と不燃性ガス用噴射管１２との間に不燃性ガスＩＧを通過させるための不燃性ガス供給路１２Ａが形成されている。不燃性ガス用噴射管１２と燃焼ガス用噴射管１３との間に酸素を含む燃焼ガスＢＧを通過させるための燃焼ガス供給路１３Ａが形成されている。
【００２１】
前記気中溶融バーナー１０において、燃料ガス用噴射管１１の先端が燃料ガスの噴射部１１Ｂとされ、不燃性ガス用噴射管１２の先端が不燃性ガスの噴射部１２Ｂとされ、燃焼ガス用噴射管１３の先端が燃焼ガスの噴射部１３Ｂとされている。
また、不燃性ガス用噴射管１２の先端開口内周縁部に内向きの横断面三角形状の突部からなる内向きノズル（ガス流発生部材）１２Ｃが一体に形成されている。この内向きノズル１２Ｃは不燃性ガス用噴射管１２の先端開口内周縁の全周に均一の大きさで内側に突出するように形成され、内向きノズル１２Ｃの内周側に不燃性ガス用噴射管１２の先端開口部を全周に渡り均一に絞る傾斜面１２Ｄが形成されている。この傾斜面１２Ｄは気中溶融バーナー１０の管軸Ｓに対し所定の角度αだけ傾斜配置されているので、不燃性ガス用噴射管１２を通過してその先端から先方に噴射するガスの流れ方向を不燃性ガス用噴射管１２の前方内側向き（図２では管軸Ｓに近づく下側内向き）に変更する。この傾斜面１２Ｄに沿って不燃性ガス用噴射管１２の先端開口部から下向きに噴出された不燃性ガスは不燃性ガス用噴射管１２の下方側に徐々に噴射経路を先窄まり状に絞る形態の図２（Ｂ）に示すシールドガス流ＳＧＲを生成するので、内向きノズル１２Ｃがガス流発生手段とされている。
前記傾斜面１２Ｄの傾斜角度αは、０゜を超え、９０゜未満であることが好ましい。また、内向きノズル１２Ｃの内側に位置する燃料ガス用噴射管１１の先端部の肉厚（リム幅）をｍと設定すると、燃料ガス用噴射管１１から噴射された燃料ガスが着火する際の最小着火点距離（燃料ガス用噴射管１１の先端と着火点との距離）Ｌは、Ｌ＝ｍ／ｔａｎαの関係式で示すことができる。
【００２２】
図２（ｂ）はシールドガス流ＳＧＲの一例を示すが、一例としてシールドガス流ＳＧＲは下向きの三角錘輪郭型とされる。なお、図２（ｂ）に示すシールドガス流ＳＧＲは、噴射部１２Ｂからのみ噴出されるガス流を模擬的に示している。実際の気中溶融バーナー１０において、燃料ガス用噴射管１１の噴射部１１Ｂと燃焼ガス用噴射管１３の噴射部１３Ｂからもそれぞれガスを噴射するので、図２（ｂ）に示す形状のシールドガス流ＳＧＲに他のガスの流れを混合したガス流が形成される。
【００２３】
以上構成の気中溶融バーナー１０に以下に説明する原料粒子供給源１５、燃料ガス供給源１６、不燃性ガス供給源１７、燃焼ガス供給源１８が接続されて気中溶融バーナー装置２０が構成されている。
気中溶融バーナー装置２０において燃料ガス用噴射管１１の基端側には供給管１５Ａを介しガラス原料粒子ＧＭを収容した原料供給器などの原料粒子供給源１５が接続され、供給管１５Ａの途中位置に供給管１６Ａを介し燃料ガスボンベ等の燃料ガス供給源１６が接続されている。前記不燃性ガス用噴射管１２の基端側には不燃性ガス供給源１７が接続され、燃焼ガス用噴射管１３の基端側には酸素あるいは酸素を含む混合ガスなどの燃焼ガス供給源１８が接続されている。
気中溶融バーナー１０において、燃料ガスＦＧが燃料ガス供給源１６から供給管１６Ａを介し燃料ガス供給路１１Ａに導入され、ガラス原料粒子ＧＭが原料供給源１５から供給管１５Ａを介し燃料ガスＦＧとともに燃料ガス供給路１１Ａに供給される。また、不燃性ガスＩＧが不燃性ガス供給源１７から供給管１７Ａを介し不燃性ガス供給路１２Ａに供給され、酸素を含む燃焼ガスＢＧが燃焼ガス供給源１８から供給管１８Ａを介し燃焼ガス供給路１３Ａに導入される。
以上の構成により、気中溶融バーナー１０の先端から原料粒子ＧＭを含む燃料ガスＦＧを噴出し、その周囲に不燃性ガスのシールドガス流ＳＧＲを生じさせ、更にその周囲に燃焼ガス流を噴出できるようになっている。
【００２４】
気中溶融バーナー１０の各噴射管１１、１２、１３を構成する材料は、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ３０８、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３０９Ｃｂ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｃｂ、ＳＵＳ３１０Ｍｏ等の耐熱性オーステナイト系ステンレス鋼、Ｆｅ基耐熱合金、Ｃｏ基耐熱合金、Ｎｉ基耐熱合金等の超耐熱合金、Ｃｒ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷとの高融点金属との合金、または石英ガラスであることが好ましい。
燃料ガスＦＧとして、メタン、プロパン、ブタン、ＬＰＧ（液化石油ガス）などのアルカンＣｎＣ２ｎ＋２（ｎは１以上の整数を表す。）を使用することができる。燃焼ガスＢＧとして、酸素や酸素富化ガスなど、あるいは、酸素を含有するガスであればいかなるガスも使用することができ、空気を用いることもできる。
不燃性ガスＩＧとして、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガスのいずれかの不活性ガスあるいは不活性ガスを含めたＣＯ２ガス、排ガス等の不燃性のガスを用いることができる。なお、不燃性ガスＩＧとして、周囲のガスの熱をできるだけ奪わないように比熱の小さいガス種を選択することが望ましい。
【００２５】
本実施形態において、ガラス原料粒子ＧＭとは、最終目的とするガラスの組成比に合わせて、ガラスの原料、たとえば目的のガラスの各成分の粒子状の原料粉末、あるいはそれらの原料粉末を混合して集合させた造粒体、あるいは原料粉末と造粒体が混合されたものである。また、これらにはガラス原料として、ガラスカレット片を含んでもよい。
なお、本実施形態の気中溶融バーナー１０においてはガラス原料粒子ＧＭを原料粒子として用いているが、製造する目的物の原料粒子として種々の原料粒子を用いることができるので、ガラス原料に特定するものではなく、目的とする物品に合わせて他の溶融合成する原料を適宜用いることができる。
【００２６】
基本的に気中溶融法は、複数（通常３成分以上）の成分から成るガラスを製造するためにガラス原料造粒体を溶融してガラスを製造する方法であるが、本実施形態において、ガラス原料粒子ＧＭはガラス原料造粒体である場合に限定されず、造粒されていなくてもよい。ガラス原料粒子ＧＭは、酸素燃焼炎が生成する加熱気相雰囲気中で、ガラス原料の熱分解（たとえば、金属炭酸塩から金属酸化物への熱分解など）、ガラス化反応と呼ばれるガラスとなる成分の反応と融解、などの化学反応により液状ガラス粒子（溶融ガラス粒子）となる。気中溶融バーナー１０から噴射されたガラス原料粒子ＧＭは、高温の加熱気相雰囲気を通過する間に溶融されて溶融ガラス粒子となる。ガラス原料粒子ＧＭが造粒体からなる場合は、その一粒一粒が溶融されて溶融ガラス粒子となるが、造粒体の中には、溶融が終了しないで落下するものが一部あってもよい。また、造粒体の中には、造粒体が溶融ガラス粒子になる前に崩れたものが一部あってもよい。
【００２７】
前述の気中溶融バーナー１０を用いて酸素燃焼炎を発生させるには、燃料ガス用噴射管１１からメタンガスやＬＰＧガス等の燃料ガスＦＧを噴射し、不燃性ガス用噴射管１２からアルゴンガス等の不燃性ガスを噴射し、燃焼ガス用噴射管１３から酸素ガス等の燃焼ガスを噴射する。そして、燃料ガスに点火することにより図３に示すように酸素燃焼炎Ｆを発生させる。
本実施形態の気中溶融バーナー１０において、内向きノズル１２Ｃを設けているので、不燃性ガス用噴射管１２の噴射部１２Ｂから噴射されたシールドガス流ＳＧＲの流れは図２（ｂ）に示すように下向きの三角錘輪郭型に窄まるように流れる。すなわち、噴射方向に沿って内側向きに窄まるように流れる。そして、シールドガス流ＳＧＲの内側を下向きに燃料ガスＦＧが流れ、シールドガス流ＳＧＲの外側を下向きに燃焼ガスＢＧが流れる。このため、燃料ガスＦＧは下向きの三角錘輪郭型のシールドガス流ＳＧＲに囲まれている間は燃焼ガスＢＧに混合されないが、下向きの三角錘輪郭型のシールドガス流ＳＧＲの下端側あるいはそれよりも下方側において燃焼ガスＢＧと混合されるので、この混合後の燃料ガスＦＧに着火されることで酸素燃焼炎が発生する。
なお、不燃性ガスＩＧは不活性ガスなどを用いた場合、ガス種によって高価なガスとなるので、使用量を削減できることが望ましい。この点において、不燃性ガスＩＧを真下向きに単純に噴射する場合より、噴射方向に沿って内側に向けて逆三角錘輪郭型に噴出する方が使用する不燃性ガスＩＧの体積を削減でき、不燃性ガスＩＧの有効利用の面で望ましい。
【００２８】
上述のようにシールドガス流ＳＧＲを発生させるので、酸素燃焼炎の着火点を気中溶融バーナー１０の先端から若干離れた位置に遠ざけることができる。また、燃料ガスＦＧとともに噴出されるガラス原料粒子ＧＭの溶融開始点を気中溶融バーナー１０の先端から遠ざけることができるので、熱泳動現象によりガラス原料粒子ＧＭが気中溶融バーナー１０の先端側に泳動する現象を抑制できる。この結果、気中溶融バーナー１０の先端側に溶着する溶融粒子を抑制できるので、溶融ガラス粒子を連続生産した場合であっても、気中溶融バーナー１０の先端側につらら状物を生成させることなく、溶融ガラス粒子の製造ができる。
なお、本実施形態において、不燃性ガスＩＧを内側向きに絞ることなくそのまま下方に直進させた場合、燃料ガスＦＧと燃焼ガスＢＧとの混合が満足になされなくなり、着火・保炎に支障を来す場合が考えられるので、内向きに噴射している。
【００２９】
上述のように燃料ガスＦＧの着火点を気中溶融バーナー１０の先端から離す場合、一例として、図３に示すように、気中溶融ノズル１０の先端部の温度を５００℃、酸素燃焼炎Ｆの温度を２０００℃、室温において１ｍ／ｓでガラス原料粒子ＧＭを投入する場合を想定する。気体の動粘性係数ν（平均値）＝２００、粒子周囲の気体の平均温度Ｔｍ＝（２０００＋５００）／２＝１２５０となる。着火のための最低限必要な距離をＬとすると、∇Ｔ／Ｔｍ＝（２０００−５００）／Ｌ／１２５０＝１．２／Ｌより、先の熱泳動の関係式「ＵＴ＝Ｋｔｈ（ν∇Ｔ／Ｔｍ）」に代入する。
この関係式で、想定されるＫｔｈを０．５５として代入した計算結果は、０．５５×２００×１．２／Ｌ×１０−３＜１の関係からＬ＞０．１３２ｍ＝１３２ｍｍとなる。
ここで熱泳動速度ＵＴ＜粒子投入速度νであるならば、ガラス原料粒子ＧＭは気中溶融バーナー１０の先端側には付着しない。
これに対し、不燃性ガスＩＧのシールドガス流ＳＧＲが無い状態で気中溶融バーナー１０の先端側で直ちに複数のガスが混合し始めると仮定すると、上記関係式の∇Ｔ／Ｔｍ＝１．２÷０≒∞（無限大）となるので、ＵＴ≒∞となり、気中溶融バーナー１０の先端側にガラス粒子はほぼ間違いなく付着する。
【００３０】
以上説明のようにシールドガス流ＳＧＲで燃料ガスＦＧの周囲を覆っている間に燃料ガスＦＧへの着火を防止し、燃焼炎Ｆの着火開始点を気中溶融バーナー１０の先端から遠ざけることにより、ガラス原料粒子ＧＭの付着を防止しつつ溶融ガラス粒子を製造できる。また、気中溶融バーナー１０の先端に付着物を生じさせないので、酸素燃焼炎Ｆが不安定になることがなく、また、つらら状物で気中溶融バーナー１０の吐出口を閉塞させることもない。
【００３１】
＜第２実施形態＞
図４は本発明に係るバーナーを気中溶融バーナーに適用した第２実施形態を模式的に示す図である。
図４に示す気中溶融バーナー３０は、中央に上下向きに配置された燃料ガス用噴射管３１と、この燃料ガス用噴射管３１を間隔をあけて取り囲むように順次配置された不燃性ガス用噴射管３２と、燃焼ガス用噴射管３３とから構成され、これらの噴射管３１、３２、３３が同心円状に配置された多重管構造にされている。
燃料ガス用噴射管３１の内部にガラス原料粒子ＧＭと燃料ガスＦＧを通過させるための燃料ガス供給路３１Ａが形成され、燃料ガス用噴射管３１と不燃性ガス用噴射管３２との間に不燃性ガスＩＧを通過させるための不燃性ガス供給路３２Ａが形成され、不燃性ガス用噴射管３２と燃焼ガス用噴射管３３との間に酸素を含む燃焼ガスＢＧを通過させるための燃焼ガス供給路３３Ａが形成されている。
【００３２】
前記気中溶融バーナー３０において、燃料ガス用噴射管３１の先端が燃料ガスの噴射部３１Ｂとされ、不燃性ガス用噴射管３２の先端が不燃性ガスの噴射部３２Ｂとされ、燃焼ガス用噴射管３３の先端が燃焼ガスの噴射部３３Ｂとされている。
この実施形態の構造において燃料ガス用噴射管３１と燃焼ガス用噴射管３３はいずれも直管型構造とされ、それらの先端を下向きとしているが、不燃性ガス用噴射管３２の先端部は折曲構造とされ、先端開口面を内側向きとしている。この不燃性ガス用噴射管３２の先端開口内周縁部の全周に９０゜内向きのノズル部（ガス流発生部材）３２Ｃが一体に形成されている。このノズル部３２Ｃは不燃性ガス用噴射管３２の先端内周縁の全周に均一の開口高さで内向きに突出し、直管構造の燃料ガス用噴射管３１の先端開口面に対し９０゜傾斜して内向きとなる開口部３２Ｄを燃焼ガス用噴射管３１の下端開口面周縁直下に有している。
【００３３】
以上構成の気中溶融バーナー３０に対し、先に説明した気中溶融バーナー装置２０の構成と同様に原料粒子供給源１５、燃料ガス供給源１６、不燃性ガス供給源１７、燃焼ガス供給源１８が接続されて気中溶融バーナー装置３５が構成されている。
気中溶融バーナー３０において、ガラス原料粒子ＧＭとともに燃料ガスＦＧを燃料ガス用噴射管３１の下端開口部から下向きに噴射し、不燃性ガスＩＧを不燃性ガス用噴射管３２の開口部３２Ｄから水平内向きに噴射し、燃焼ガスＢＧを燃焼ガス用噴射管３３の下端開口部から下向きに噴射できる。
【００３４】
また、気中溶融バーナー３０において燃料ガス用噴射管３１の下端開口部から下向きに噴射する燃料ガスＦＧの速度は、不燃性ガス用噴射管３２の開口部３２Ｄから水平内向きに噴射する不燃性ガスＩＧの速度と、燃焼ガス用噴射管３３の下端開口部から下向きに噴射する燃焼ガスの速度のいずれよりも十分に大きく設定されている。
【００３５】
前述の構成の気中溶融バーナー３０を用いて原料粒子ＧＭを溶融するには、燃料ガス用噴射管３１の下端開口からＬＰＧガス等の燃料ガスを噴射し、不燃性ガス用噴射管３２からアルゴンガス等の不燃性ガスを噴射し、燃焼ガス用噴射管３３の下端開口から酸素等の燃焼ガスを噴射し、燃料ガスに点火して酸素燃焼炎を発生させる。
本実施形態の気中溶融バーナー３０において、不燃性ガス用噴射管３２の下端部に内側水平向きの開口部３２Ｄを有しているので、この開口部３２Ｄから水平内向きの不燃性ガス流が噴射される。燃料ガスＦＧの下向きの流速が水平内向きの不燃性ガスＩＧの流速よりも十分に大きいので、燃料ガスＳＧは下向きに噴射され、その周囲を不燃性ガスが覆うようにシールドガス流ＳＧＲ２となって流れる。また、燃焼ガス用噴射管３３の下端から下向きに噴射された燃焼ガスＢＧは内側向きのノズル部３２Ｃの幅の分、燃料ガスＦＧおよびシールドガス流ＳＧＲ２から離れているので、これらのガス流の存在により内側に吸引する力が作用し、若干内側向きかつ下向きに噴出する。
【００３６】
以上説明のようにシールドガス流ＳＧＲ２で燃料ガスＦＧを覆っている間に燃料ガスＦＧへの着火を抑制し、燃料ガスＦＧが酸素燃焼炎となる場合の着火点を気中溶融バーナー３０の先端から遠ざけることができる。このため、燃料ガスＦＧとともに噴出されるガラス原料粒子ＧＭの溶融開始点を気中溶融バーナー３０の先端から遠ざけることができ、ガラス原料粒子ＧＭが気中溶融バーナー３０の先端側に泳動する現象を抑制できる。この結果、気中溶融バーナー３０の先端側に溶着する溶融粒子を抑制できるので、溶融ガラス粒子を連続生産した場合であっても、気中溶融バーナー３０の先端側につらら状物を生成させることなく、溶融ガラス粒子の製造ができる。
また、気中溶融バーナー３０の先端に付着物を生じさせないので、酸素燃焼炎が不安定になることがなく、また、つらら状物で気中溶融バーナー３０の先端部を閉塞させることもない。
【００３７】
＜第３実施形態＞
図５は本発明に係るバーナーを気中溶融バーナーに適用した第３実施形態を模式的に示す部分断面図である。
図５に示す気中溶融バーナー４０は、中央に上下向きに配置された燃料ガス用噴射管４１と、この燃料ガス用噴射管４１を間隔をあけて取り囲むように順次配置された不燃性ガス用噴射管４２と、燃焼ガス用噴射管４３とから構成され、これらの噴射管４１、４２、４３が同心円状に配置された多重管構造にされている。
燃料ガス用噴射管４１の内部にガラス原料粒子ＧＭと燃料ガスＦＧを通過させるための燃料ガス供給路４１Ａが形成され、燃料ガス用噴射管４１と不燃性ガス用噴射管４２との間に不燃性ガスＩＧを通過させるための不燃性ガス供給路４２Ａが形成されている。不燃性ガス用噴射管４２と燃焼ガス用噴射管４３との間に酸素を含む燃焼ガスＢＧを通過させるための燃焼ガス供給路４３Ａが形成されている。
【００３８】
前記気中溶融バーナー４０において、燃料ガス用噴射管４１の先端が燃料ガスの噴射部４１Ｂとされ、不燃性ガス用噴射管４２の先端が不燃性ガスの噴射部４２Ｂとされ、燃焼ガス用噴射管４３の先端が燃焼ガスの噴射部４３Ｂとされている。
この実施形態の構造において燃料ガス用噴射管４１と不燃性ガス用噴射管４２と燃焼ガス用噴射管４３はいずれも直管型構造とされているが、燃料ガス用噴射管４１の先端開口外周縁部に外向きの横断面三角形状の突出部からなる外向きノズル（ガス流発生部材）４２Ｃが一体に形成されている。この外向きノズル４２Ｃは燃料ガス用噴射管４１の先端開口外周縁の全周に均一の大きさで外方に突出するように形成され、外向きノズル４２Ｃの外周側に不燃性ガス用噴射管４２の先端開口部を絞る傾斜面４２Ｄが形成されている。この傾斜面４２Ｄは、図５に示すように不燃性ガス用噴射管４２の側壁と燃焼ガス用噴射管４３の側壁との中心位置を上下に通過する中心線Ｓ２０に対し所定の角度βだけ傾斜されている。このため、不燃性ガス用噴射管４２を通過してその下端から下方に噴射するガスの流れ方向を不燃性ガス用噴射管４２の下方外側向き（中心線Ｓ２０に近づく方向）に方向変更できる。この傾斜面４２Ｄに沿って不燃性ガス用噴射管４２の下端開口から噴出された不燃性ガスＩＧは不燃性ガス用噴射管４２の下方側に徐々に噴射経路を先拡がり状に拡散する形態のシールドガス流ＳＧＲ３を生成するので、外向きノズル４２Ｃがシールドガス流ＳＧＲ３の発生部材とされている。
前記傾斜面４２Ｄの傾斜角度βは、０゜を超え、９０゜未満である必要があり、１５゜未満であることが好ましい。また、外向きノズル４２Ｃの外側に位置する燃焼ガス用噴射管４３の先端部の肉厚（リム幅）をｍ２とすると、燃料ガスの最小着火点位置（不燃性ガス用噴射管４２の先端と着火点との距離）Ｌ２は、Ｌ２＝ｍ２／ｔａｎβの関係式で示すことができる。
前記傾斜角度を１５゜以上とすると、必要以上に燃焼ガスＢＧを外側に広げて燃焼炎の生成を阻害するおそれがある。
【００３９】
以上構成の気中溶融バーナー４０に以下に説明する原料粒子供給源１５、燃料ガス供給源１６、不燃性ガス供給源１７、燃焼ガス供給源１８が先の実施形態の気中溶融バーナー装置２０と同様に接続されて気中溶融バーナー装置４５が構成されている。
気中溶融バーナー装置４５において、ガラス原料粒子ＧＭとともに燃料ガスＦＧを燃料ガス用噴射管４１の下端から下向きに噴射し、不燃性ガスＩＧを不燃性ガス用噴射管４２の下端から下向き、かつ、斜め外側向きに噴射し、燃焼ガスＢＧを燃焼ガス用噴射管４３の下端から下向きに噴射できる。
【００４０】
気中溶融バーナー４０において、燃料ガスＦＧが燃料ガス供給源１６から供給管１６Ａを介し燃料ガス供給路４１Ａに導入され、ガラス原料粒子ＧＭが原料供給源１５から供給管４５Ａを介し燃料ガスＦＧとともに燃料ガス供給路４１Ａに供給される。また、不燃性ガスＩＧが不燃性ガス供給源１７から供給管１７Ａを介し不燃性ガス供給路４２Ａに供給され、酸素を含む燃焼ガスＢＧが燃焼ガス供給源１８から供給管１８Ａを介し燃焼ガス供給路４３Ａに導入される。
以上の構成により、気中溶融バーナー４０の燃料ガス用噴射管４１の先端から原料粒子ＧＭを含む燃料ガスＦＧを噴射し、その周囲に外向きに広がりつつ下向きに噴射される不燃性ガスのシールドガス流ＳＧＲ３を生じさせ、更にその周囲に燃焼ガス流ＢＧを噴射できる。
気中溶融バーナー４０において燃焼ガス用噴射管４３の噴射部４３Ｂから下向きに噴射する燃焼ガスの速度は、燃料ガス用噴射管４１の噴射部４１Ｂから下向きに噴射する燃料ガスＦＧの速度より大きく、かつ、不燃性ガス用噴射管４２の噴射部４２Ｂから下向きに噴射する不燃性ガスＩＧの速度よりも大きく設定されている。
【００４１】
気中溶融バーナー４０において、燃焼ガス用噴射管４３の噴射部４３Ｂから下向きに噴射する燃焼ガスＢＧの速度が大きいので、不燃性ガス用噴射管４２の噴射部４２Ｂから下向きかつ外側に広がるように噴射される不燃性ガスＩＧが燃焼ガスＢＧに沿って移動し、これらの間に燃料ガス用噴射管４１の下端から噴射された燃料ガスＦＧは他のガス流により外側に引っ張られつつ合流するので、燃料ガスＦＧが酸素燃焼炎となる場合の着火点を気中溶融バーナー４０の先端から遠ざけることができる。このため、燃料ガスＦＧとともに噴出されるガラス原料粒子ＧＭの溶融開始点を気中溶融バーナー４０の先端から遠ざけることができ、ガラス原料粒子ＧＭが気中溶融バーナー４０の先端側に泳動する現象を抑制できる。
この結果、気中溶融バーナー４０の先端側に溶着する溶融粒子を抑制できるので、溶融ガラス粒子を連続生産した場合であっても、気中溶融バーナー４０の先端側につらら状物を生成させることなく、溶融ガラス粒子の製造ができる。
また、気中溶融バーナー４０の先端に付着物を生じさせないので、酸素燃焼炎が不安定になることがなく、また、つらら状物で気中溶融バーナー４０の先端部を閉塞させることもない。
【００４２】
＜第４実施形態＞
図６は本発明に係るバーナーを気中溶融バーナーに適用した第４実施形態を模式的に示す部分断面図である。
図６に示す気中溶融バーナー５０は、中央に上下向きに配置された燃料ガス用噴射管５１と、この燃料ガス用噴射管５１を間隔をあけて取り囲むように順次配置された不燃性ガス用噴射管５２と、燃焼ガス用噴射管５３とから構成され、これらの噴射管５１、５２、５３が同心円状に配置された多重管構造にされている。
燃料ガス用噴射管５１の内部にガラス原料粒子ＧＭと燃料ガスＦＧを通過させるための燃料ガス供給路５１Ａが形成され、燃料ガス用噴射管５１と不燃性ガス用噴射管５２との間に不燃性ガスＩＧを通過させるための不燃性ガス供給路５２Ａが形成されている。不燃性ガス用噴射管５２と燃焼ガス用噴射管５３との間に酸素を含む燃焼ガスＢＧを通過させるための燃焼ガス供給路５３Ａが形成されている。
【００４３】
前記気中溶融バーナー５０において、燃料ガス用噴射管５１の先端開口部が燃料ガスの噴射部５１Ｂとされ、不燃性ガス用噴射管５２の先端開口部が不燃性ガスの噴射部５２Ｂとされ、燃焼ガス用噴射管５３の先端開口部が燃焼ガスの噴射部５３Ｂとされている。
この実施形態において燃料ガス用噴射管５１と燃焼ガス用噴射管５３はいずれも直管型構造とされ、開口面を下向きとしているが、不燃性ガス用噴射管５２の先端部は折曲構造とされ、開口面を内向きとしている。
この不燃性ガス用噴射管５２の先端開口内周縁部の全周に９０゜内向きのノズル部（ガス流発生部材）５２Ｃが一体に形成されている。このノズル部５２Ｃは先の第２実施形態のノズル部３２Ｃと略同等構造であるが、異なっているのは、ノズル部５２Ｃの内周側に開口部５２Ｄが２カ所以上（図６の形態では４カ所）、間欠的に放射状、かつ、斜め内側に向くように形成されている点である。これらの斜め内側に放射状に形成された開口部５２Ｄから不燃性ガス流を内側向きに噴射し、開口部５２Ｄから下方に不燃性ガスの旋回流となるシールドガス流ＳＧＲ４を生成できるように構成されている。なお、これら開口部５２Ｄの形成位置を図６（Ｂ）に示すように底面から見た場合、各開口部５２Ｄの向き、換言すると各開口部５２Ｄから噴射される不燃性ガスの噴射方向は、矢印５２Ｅに示す方向となる。これらの開口部５２Ｄからの噴射方向は、図６（Ｂ）に示すように底面視状態において、開口部５２Ｄの吹出中心と燃料ガス用噴射管５１の中心とを結ぶ直線５２Ｇと、矢印５２Ｅのなす角度β２が１５゜を超え、６０゜未満の範囲が望ましい。
【００４４】
本実施形態の気中溶融バーナー５０において、先の実施形態と同様、原料粒子供給源１５、燃料ガス供給源１６、不燃性ガス供給源１７、燃焼ガス供給源１８が接続されて気中溶融バーナー装置５５が構成されている。
気中溶融バーナー５０は、ガラス原料粒子ＧＭとともに燃料ガスＦＧを燃料ガス用噴射管５１の下端から下向きに噴射するとともに、不燃性ガスＩＧを不燃性ガス用噴射管５２の４つの開口部５２Ｄから水平斜め内向きの旋回流として噴射し、さらに燃焼ガスＢＧを燃焼ガス用噴射管５３の下端から下向きに噴射できるようになっている。
【００４５】
本実施形態の気中溶融バーナー５０において、不燃性ガス用噴射管５２から噴射された不燃性ガスが旋回流となり、燃料ガス用噴射管５１の下端から下向きに噴出された燃料ガスＦＧの周囲を覆って噴射後短時間、燃料ガスＦＧと燃焼ガスＢＧとの接触を強力に抑制するので、燃料ガスＦＧが燃焼炎となる場合の着火点を気中溶融バーナー５０の先端から遠ざけることができる。このため、燃料ガスＦＧとともに噴出されるガラス原料粒子ＧＭの溶融開始点を気中溶融バーナー５０の先端から遠ざけることができる。従って、先の各実施形態のバーナー１０、３０、４０と同様の作用効果を奏する。すなわち、気中溶融バーナー５０の先端側に熱泳動により移動して溶着する溶融粒子を抑制できるので、溶融ガラス粒子を連続生産した場合であっても、気中溶融バーナー５０の先端側につらら状物を生成させることなく、溶融ガラス粒子の製造ができる。
また、気中溶融バーナー５０の先端に付着物を生じさせないので、酸素燃焼炎が不安定になることがなく、また、つらら状物で気中溶融バーナー５０の先端部を閉塞させることもない。
なお、本実施形態の構造において、不燃性ガス用噴射管５２から噴射された不燃性ガスが生じる旋回流は、コリオリの力を有効利用するために、地球の自転方向と同じ方向に旋回流を生じさせることが好ましい。
【００４６】
＜第５実施形態＞
図７は本発明に係るバーナーを気中溶融バーナーに適用した第５実施形態を模式的に示す部分断面図である。
図７に示す気中溶融バーナー６０は、中央に配置された燃料ガス用噴射管６１と、この燃料ガス用噴射管６１を間隔をあけて取り囲むように順次配置された不燃性ガス用噴射管６２と、燃焼ガス用噴射管６３とから構成され、これらの噴射管６１、６２、６３が同心円状に配置された多重管構造にされている。
燃料ガス用噴射管６１の内部にガラス原料粒子ＧＭと燃料ガスＦＧを通過させるための燃料ガス供給路６１Ａが形成され、燃料ガス用噴射管６１と不燃性ガス用噴射管６２との間に不燃性ガスＩＧを通過させるための不燃性ガス供給路６２Ａが形成されている。不燃性ガス用噴射管６２と燃焼ガス用噴射管６３との間に酸素を含む燃焼ガスＢＧを通過させるための燃焼ガス供給路６３Ａが形成されている。
【００４７】
本実施形態の構造において、燃料ガス用噴射管６１の先端部（噴射部）６１Ｂが先窄まり形状とされ、その外周側に形成されている不燃性ガス用噴射管６２の先端部に先の先端部６１Ｂを囲むようにヘッド部（噴射部）６２Ｂが形成されている。ヘッド部６２Ｂの開口部６２Ｄに旋回流発生用の羽根部材（ガス流発生部材）６２Ｃが形成されている。
【００４８】
前記羽根部材６２Ｃは、図７（ａ）に示すようにヘッド部６２Ｂの各々の開口部６２Ｄの周方向に沿って複数、互いの端部同士を接近させて相互の位置をずらすように斜めに配列されている。より詳細には、開口部６２Ｄの周方向に沿う各羽根部材６２Ｃの両端部を隣接配置されている他の羽根部材６２Ｃの端部と若干の隙間をあけてオーバーラップするように交互に配列されている。更に、個々の羽根部材６２Ｃは開口部６２Ｄの周方向に沿う両端部のうち、一方の端部６２ｅを開口部６２Ｄの内周側よりに傾斜配置されている。なお、前記複数の羽根部材６２Ｃは、ガスの流路方向（噴射管６１の長さ方向）に対し平行ではなく、個々に先端をガスの流路方向に対し直角方向に５〜１０゜程度傾斜させて配置されている。このため、羽根部材６２Ｃを通過する際に羽根部材６２Ｃにガスが衝突することでガスには旋回方向に初期速度を少しだけ与える構造とされ、羽根部材６２Ｃを通過するガスに旋回流が生成される。
以上のように開口部６２Ｄに複数の羽根部材６２Ｃが配列されることで開口部６２Ｄを通過して外部に噴射されるガスは旋回流となって外部に噴射される。
【００４９】
以上構成の羽根部材６２Ｃを備えた気中溶融バーナー６０は、先の実施形態の気中溶融バーナーと同様に、ガラス原料粒子ＧＭとともに燃料ガスＦＧを燃料ガス用噴射管６１から下向きに噴射することができる。また、不燃性ガスＩＧを不燃性ガス用噴射管６２の開口部６２Ｄから旋回流として噴射し、さらに燃焼ガスＢＧを燃焼ガス用噴射管５３の開口部から下向きに旋回流として噴射することができる。
本実施形態の気中溶融バーナー６０において、不燃性ガスが旋回流となり、燃料ガス用噴射管６１から下向きに噴出された燃料ガスＦＧの周囲を覆って噴射後短時間、燃料ガスＦＧと燃焼ガスＢＧとの接触を強力に抑制するので、燃料ガスＦＧが燃焼炎となる場合の着火点を気中溶融バーナー６０の先端から遠ざけることができる。このため、燃料ガスＦＧとともに噴出されるガラス原料粒子ＧＭの溶融開始点を気中溶融バーナー６０の先端から遠ざけることができる。
【００５０】
従って、先の実施形態の各バーナーと同様の作用効果を奏する。すなわち、気中溶融バーナー６０の先端側に熱泳動により移動して溶着する溶融粒子を抑制できるので、溶融ガラス粒子を連続生産した場合であっても、気中溶融バーナー６０の先端側につらら状物を生成させることなく、溶融ガラス粒子の製造ができる。
また、気中溶融バーナー６０の先端に付着物を生じさせないので、酸素燃焼炎が不安定になることがなく、また、つらら状物で気中溶融バーナー６０の先端部を閉塞させることもない。
なお、本実施形態の構造において開口部６２Ｄの向きを斜め内側向きとして旋回流を生じさせる場合、コリオリの力を有効利用して旋回流を生じさせるためには、地球の自転方向と同じ方向に旋回流を生じさせることが好ましい。
【００５１】
＜第７実施形態＞
図８は本発明に係るバーナーを気中溶融バーナーに適用した第６実施形態を模式的に示す部分断面図である。
図８に示す気中溶融バーナー８０は、中央に上下向きに配置された第一の燃料ガス用噴射管８１と、この燃料ガス用噴射管８１を間隔をあけて取り囲むように順次配置された不燃性ガス用噴射管８２と第一の燃焼ガス用噴射管８３と第二の燃料ガス用噴射管８４と第二の燃焼ガス用噴射管８５とから構成されている。これらの噴射管８１、８２、８３、８４、８５が同心円状に配置された多重管構造にされている。
第一の燃料ガス用噴射管８１の内部に燃料ガスＦＧ１を通過させるための燃料ガス供給路８１Ａが形成され、燃料ガス用噴射管８１と不燃性ガス用噴射管８２の間に不燃性ガスＩＧを通過させるための不燃性ガス供給路８２Ａが形成されている。不燃性ガス用噴射管８２と第一の燃焼ガス用噴射管８３の間に第一の燃焼ガスＢＧ１を通過させるための第一の燃焼ガス供給路８３Ａが形成され、第一の燃焼ガス用噴射管８３と第二の燃料ガス用噴射管８４との間に第二の燃料ガスＦＧ２を通過させるための第二の燃料ガス供給路８４Ａが形成されている。また、第二の燃料ガス用噴射管８４と第二の燃焼ガス用噴射管８５の間に第二の燃焼ガスＢＧ２を通過させるための第二の燃焼ガス供給路８５Ａが形成されている。
【００５２】
前記気中溶融バーナー８０において、第一の燃料ガス用噴射管８１の先端開口部が燃料ガスＦＧ１の噴射部８１Ｂとされ、不燃性ガス用噴射管８２の先端開口部が不燃性ガスＩＧの噴射部８２Ｂとされ、第一の燃焼ガス用噴射管８３の先端開口部が第一の燃焼ガスＢＧ１の噴射部８３Ｂとされ、第二の燃料ガス用噴射管８４の先端開口部が第二の燃焼ガスＦＧ２の噴射部８４Ｂとされ、第二の燃焼ガス用噴射管８５の先端開口部が第二の燃焼ガスＢＧ２の噴射部８５Ｂとされている。
この実施形態の構造において第一の燃料ガス用噴射管８１と第一の燃焼ガス用噴射管８３と第二の燃料ガス用噴射管８４と第二の燃焼ガス用噴射管８５はいずれも直管型構造とされ、開口面を下向きとしているが、不燃性ガス用噴射管８２の先端部は折曲構造とされている。すなわち、不燃性ガス用噴射管８２の先端開口内周縁部に内向きの横断面三角形状の内向きノズル（ガス流発生部材）８２Ｃが一体に形成されている。この内向きノズル８２Ｃは不燃性ガス用噴射管８２の先端開口内周縁の全周に均一の大きさで内側に突出するように形成され、内向きノズル８２Ｃの内周側に不燃性ガス用噴射管８２の先端開口部を絞る傾斜面８２Ｄが形成されている。
【００５３】
本実施形態の気中溶融バーナー８０は、第一の燃料ガス用噴射管８１の先端から第一の燃料ガスＦＧ１を噴射し、このガス流を傾斜面８２Ｄにより内側向きに絞られたシールドガス流ＳＧＲ７で覆いつつ下方に噴出でき、同時に第二の燃料ガスＦＧ２を原料粒子ＧＭとともに第二の燃料ガス用噴射管８４の先端から噴射でき、第二の燃焼ガスＢＧ２を第二の燃焼ガス用噴射管８５の先端から噴射できる。
気中溶融バーナー８０において、第一の燃料ガス用噴射管８１の基端側には供給管１６Ａを介し燃料ガス供給源１６が接続され、不燃性ガス用噴射管８２の基端側には供給管１７Ａを介し不燃性ガス供給源１７が接続されている。また、第一の燃焼ガス用噴射管８３の基端側に第一の燃焼ガス供給源８６が接続され、第二の燃料ガス用噴射管８４の基端側に第二の燃料ガス供給源８７が接続され、第二の燃焼ガス用噴射管８５の基端側に第二の燃焼ガス供給源８８が接続され、気中溶融バーナー装置８９が形成されている。
【００５４】
図８に示す気中溶融バーナー８０であれば、気中溶融バーナー８０の下方側において第一の燃料ガスＦＧ１の流れに対し、内向きに絞られつつ噴射された不燃性ガスＩＧからなるシールドガス流ＳＧＲ７が第一の燃料ガスＦＧ１と燃焼ガスＢＧ１、ＢＧ２との接触を抑制する。
このため、先の実施形態と同様に、燃焼炎の着火点を気中溶融バーナー８０の先端から若干離れた位置に遠ざけることができる。このため、燃料ガスＦＧとともに噴出されるガラス原料粒子ＧＭの溶融開始点を気中溶融バーナー８０の先端から遠ざけることができるので、ガラス原料粒子ＧＭが気中溶融バーナー８０の先端側に泳動する現象を抑制できる。この結果、気中溶融バーナー８０の先端側に溶着する溶融粒子を抑制できるので、溶融ガラス粒子を連続生産した場合であっても、気中溶融バーナー８０の先端側につらら状物を生成させることなく、溶融ガラス粒子の製造ができる。
また、気中溶融バーナー８０の先端に付着物を生じさせないので、酸素燃焼炎が不安定になることがなく、また、つらら状物で気中溶融バーナー８０の先端部を閉塞させることもない。
【００５５】
以上、本発明に係る気中溶融バーナーについて説明したが、本発明の気中溶融バーナーは前記した気中溶融バーナー１０、３０、４０、５０、６０、７０、８０に限定されない。
例えば、原料供給管、燃料ガス供給管、燃焼ガス供給管の配置は適宜変更可能である。また、気中溶融バーナーを構成する供給管が全て同心円状に配置された多重管構造でなくてもよく、たとえば、図１に示す気中溶融バーナー１０の場合、燃焼ガス供給管１３を、不燃性ガス供給管１２の外側に小径の供給管を円周上に複数配置することにより形成してもよい。すなわち、本発明の気中溶融バーナーにおいて、複数の供給管が同心円状に配置された多重管構造と、小径の供給管が複数配置された構造を組み合わせた複合構造とすることもできる。
【００５６】
図９は本発明に係るガラス溶融炉の第一実施形態を模式的に示す断面図である。図９に示すガラス溶融炉は、本発明に係る溶融ガラスの製造方法及びガラス物品の製造方法に用いられる。
図９に示すガラス溶融炉１４０は、中空箱型の炉体１４１と、ガラス原料粒子ＧＭを噴出するとともに酸素燃焼炎Ｆを形成するために炉体１４１の上部の天井部１４１Ａを貫通して下向きに配置された前述の気中溶融バーナー１０と、炉体１４１の底部に形成された溶融ガラスＧの貯留部１４１Ｂとを備え、気中溶融バーナー１０の噴射方向先端側（図９では下方側）に加熱気相雰囲気Ｋを形成できる。以下、本発明に係るガラス溶融炉が前述の気中溶融バーナー１０を備える場合について説明するが、本発明に係るガラス溶融炉は、先のいずれか記載の気中溶融バーナー３０、４０、５０、６０、７０、８０のいずれを備えていてもよい。また、以下に示す例では、図２に示す気中溶融バーナー装置２０と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一要素の説明は省略する。
【００５７】
本発明において、炉体１４１の上部とは、炉体１４１の天井部１４１Ａ及び側壁１４１Ｃの上部を含む範囲を意味する。
なお、炉体１４１の形状は図９に示す箱型の直方体形状に限定されるものではなく、円筒状であってもよい。また、気中溶融バーナー１０を鉛直下向きに設置しているが、これに限らず、下向きであれば傾斜して設置してもよい。さらに、炉体１４１の天井部１４１Ａをフラットな形状としたが、これに限らず、アーチ形状、ドーム形状等の形状であってもよい。
加熱気相雰囲気Ｋは、気中溶融バーナー１０から噴射される酸素燃焼炎Ｆ及び該酸素燃焼炎Ｆ近傍の高温部から構成される。
【００５８】
炉体１４１の底部側は溶融ガラスＧの貯留部１４１Ｂとされており、炉体１４１の側壁底部側に形成された排出口１４４を介して炉体１４１から溶融ガラスＧを外部に排出できるように構成されている。なお、本実施形態のガラス溶融炉１４０を備えてガラス物品の製造装置を構成する場合は、炉体１４１の排出口１４４から溶融ガラスＧを排出する方向の下流側に、一例として、成形装置１４５などが接続され、形成した溶融ガラスＧを成形装置１４５により目的の形状に成形してガラス物品を得ることができるように構成されている。
炉体１４１は耐火レンガなどの耐火材からなり、高温の溶融ガラスＧを貯留できるように構成されている。炉体１４１の下部の貯留部１４１Ｂには図示していないが加熱ヒータが設置され、必要に応じて貯留部１４１Ｂに貯留されている溶融ガラスＧを目的の温度（たとえば１４００℃程度）に溶融状態で保持できるように構成されている。貯留部１４１Ｂの側壁部に排気口１４２及び排気管１４２ａを介し排ガス処理装置１４３が接続されている。
【００５９】
本実施形態のガラス溶融炉１４０により溶融ガラスＧを製造するには、まず、気中溶融バーナー１０を作動させて酸素燃焼炎Ｆを噴出させ、気中溶融バーナー１０の下方に加熱気相雰囲気Ｋを形成する。そして、酸素燃焼炎Ｆに気中溶融バーナー１０からガラス原料粒子ＧＭを供給する。これにより、ガラス原料粒子ＧＭは、気中溶融バーナー１０から噴射された酸素燃焼炎Ｆにより形成される加熱気相雰囲気Ｋ中を通過し、加熱され、溶融ガラス粒子Ｕを形成し、貯留部１４１Ｂに貯留する溶融ガラスＧ上に降下する。
本実施形態のガラス溶融炉１４０は、前述した気中溶融バーナー１０を備えた構成であり、前述したようにその先端より離れた位置に酸素燃焼炎Ｆの着火点が生成し、気中溶融バーナー１０の先端部にガラス原料粒子ＧＭが付着しにくいので、付着物が肥大化したつらら状物の形成を抑止できる。したがって、気中溶融バーナー１０の火炎が不安定になることがなく、また、気中溶融バーナー１０の吐出口が閉塞することがない。さらに、つらら状物が形成されないので、つらら状物が気中溶融バーナー１０下方の溶融ガラスＧへと落下することがなく、落下したつらら状物とガラス融液との組成差によりガラスが不均質化することがなく、均一な組成の高品質の溶融ガラスＧ及びガラスを製造できる。
【００６０】
本実施形態のガラス溶融炉１４０を用いて製造する溶融ガラスＧは、気中溶融法により製造されるガラスである限り、組成的には制限されない。したがって、ソーダライムガラス、混合アルカリ系ガラス、ホウケイ酸ガラス、あるいは、無アルカリガラスのいずれであってもよい。また、製造されるガラス物品の用途は、建築用や車両用に限定されず、フラットパネルディスプレイ用、その他の各種用途が挙げられる。
たとえば、液晶ディスプレイ用または有機ＥＬディスプレイ用の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：３９〜７５％、Ａｌ２Ｏ３：３〜２７％、Ｂ２Ｏ３：０〜２０％、ＭｇＯ：０〜１３％、ＣａＯ：０〜１７％、ＳｒＯ：０〜２０％、ＢａＯ：０〜３０％、という組成を有することが好ましい。
【００６１】
上述した本実施形態のガラス溶融炉１４０を備えたガラス物品の製造装置においては、ガラス溶融炉１４０で製造したこの溶融ガラスＧを所定の速度で排出口１４４から排出し、必要に応じ脱泡装置に導入し、脱泡した後、成形装置１４５に移送して目的の形状に成形し、ガラス物品を製造できる。
以上のように製造されたガラス物品は、上述のように高品質の溶融ガラスＧにより形成されているため、高い品質のガラス物品を得ることができる。
【００６２】
図１０は本発明に係る気中溶融バーナーを備えたガラス溶融炉を用いてガラス物品を製造する方法の一例を示すフロー図である。
図１０に示す方法に従い、ガラス物品を製造するには、上述のガラス溶融炉１４０を用いた上述の溶融ガラスの製造方法によるガラス溶融工程Ｓ１により溶融ガラスＧを得たならば、溶融ガラスＧを成形装置１４５に送って目的の形状に成形する成形工程Ｓ２を経た後、徐冷工程Ｓ３にて徐冷し、切断工程Ｓ４において必要な長さに切断することでガラス物品Ｇ５を得ることができる。
なお、必要に応じて、成形後の溶融ガラスを研磨する工程を設けて、ガラス物品Ｇ５を製造できる。
【００６３】
本発明のガラス溶融炉は図９に示す例に限定されない。図１１に示すガラス溶融炉１４０Ｂのように、加熱気相雰囲気Ｋを形成する手段として、気中溶融バーナー１０に加えて、さらに、熱プラズマを発生させる、一対以上の電極１３１で構成される多相アークプラズマ発生装置を備えていてもよい。また、気中溶融バーナー１０の酸素燃焼炎Ｆ、熱プラズマにより形成される加熱気相雰囲気Ｋの温度は、ガラス原料粒子ＧＭに含まれる気体成分を迅速にガス化散逸させ、ガラス化反応を進行させるために、珪砂の溶融温度以上である１６００℃以上に設定することが好ましい。これにより、炉体１４１内に投下されたガラス原料粒子ＧＭは、酸素燃焼炎Ｆまたは、酸素燃焼炎Ｆ及び熱プラズマによって、迅速にガス化散逸されるとともに、高温で加熱されることにより液状の目的組成物の溶融ガラスＵとなって降下し、炉体１４１の底部１４１Ｂの溶融ガラスＧに着地し、溶融ガラスＧとして貯留される。
【００６４】
図１２は本発明に係る溶融ガラスの製造方法を用いてガラスビーズ（球状ガラス体）を製造する装置の一実施形態を示すもので、本実施形態のガラス溶融炉１５０は、収容部１５４と、収容部１５４の天井部１５４Ａを貫通するように酸素燃焼炎Ｆが下向きに噴射されるように配置された気中溶融バーナー１０とを備えて構成されている。図１２に示す製造装置１５０は、先の実施形態のガラス溶融炉１４０と類似の構造であり、先の装置の炉体１４１を収容部１４４に変更した点が異なる。その他の構成は図１１に示すガラス溶融炉１４０の構成と同等であり、同一の要素には同一の符号を付し、同一要素の説明は省略する。なお、気中溶融バーナーとしては、前述の気中溶融バーナーのいずれを備えていてもよい。
【００６５】
本実施形態の製造装置１５０において、収容部１５４の内部には、ステンレス鋼製のバケツ状の貯留部１５１を備えた搬送台車１５２が収容されている。また、図示されていないが収容部１５４の筐体表面は冷却水で冷却されている。さらに、収容部１５４の側壁部に排気管１５３を介し排ガス装置１５５が接続されている。
なお、図１２では略しているが、収容部１５４の側壁部には収容部１５４を密閉状態とすることが可能な開閉扉が形成されていて、搬送台車１５２は開閉扉を開けることで収容部１５４の外部に移動できるようになっている。
【００６６】
先に説明した実施形態の場合と同様に、ガラス原料粒子ＧＭを気中溶融バーナー１０の酸素燃焼炎Ｆからなる加熱気相雰囲気Ｋに投入することで、ガラス原料粒子ＧＭを加熱気相雰囲気Ｋ中で溶融させて溶融ガラス粒子Ｕとすることができ、この溶融ガラス粒子Ｕを貯留部１５１に落下させて冷却することで、ガラスビーズＧＢを得ることができる。
本実施形態の製造装置１５０において貯留部１５１は、溶融ガラス粒子Ｕを冷却してガラスビーズＧＢとし、ガラスビーズＢＧを集積する構成とされている。なお、本実施形態の製造装置１５０において、貯留部１５１と搬送台車１５２は必須ではなく、これらを略して収容部１５４の床部１５４Ｂにおいて溶融ガラス粒子を受ける構造としてもよく、その場合は収容部１５４の内部空間と床部１５４Ｂが溶融ガラス粒子を冷却するように構成する。
【００６７】
図１２に示す製造装置１５０は、前記した本発明に係る気中溶融バーナー１０を備える構成であるため、気中溶融バーナー１０の先端部にガラス原料粒子ＧＭが付着しにくく、付着物が肥大化してつらら状物が形成されることがなく、つらら状物を落下させることがないため、均一な品質のガラスビーズＧＢを製造できる。
このようにして得られたガラスビーズＧＢは、ガラスビーズとしてそのまま利用されたり、他の原料と混合されて利用されたり、その他の溶融炉の中に投入されてガラス物品の製造に利用される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の技術は、建築用ガラス、車両用ガラス、光学用ガラス、医療用ガラス、表示装置用ガラス、その他一般のガラス製品の製造あるいは原料粒子を溶融して製造する物品の製造に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
ＧＭ…ガラス原料粒子、ＦＧ、ＦＧ１…燃料ガス、ＩＧ…不燃性ガス、ＢＧ、ＢＧ１、ＢＧ２…燃焼ガス、Ｓ…管軸、Ｕ…溶融ガラス粒子、１０…気中溶融バーナー、１１…燃料ガス用噴射管、１１Ａ…燃料ガス供給路、１１Ｂ…噴射部、１２…不燃性ガス用噴射管、１２Ａ…不燃性ガス供給路、１２Ｂ…噴射部、１２Ｃ…内向きノズル（ガス流発生部材）、１２Ｄ…傾斜面、１３…燃焼ガス用噴射管、１３Ａ…燃焼ガス供給路、１３Ｂ…噴射部、１５…原料粒子供給源、１６…燃料ガス供給源、１７…不燃性ガス供給源、１８…燃焼ガス供給源、２０、３５、４５、５５…気中溶融バーナー装置、３０、４０、５０、６０、７０、８０…気中溶融バーナー、３１、４１、５１、６１、７２、８１…燃料ガス用噴射管、３１Ａ、４１Ａ、５１Ａ、６１Ａ、７２Ａ、８１Ａ…燃料ガス供給路、３１Ｂ、４１Ｂ、５１Ｂ、６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂ…噴射部、３２、４２、５２、６２、７３、８２…不燃性ガス用噴射管、３２Ａ、４２Ａ、５２Ａ、６２Ａ、７３Ａ、８２Ａ…不燃性ガス供給路、３２Ｂ、４２Ｂ、５２Ｂ、６２Ｂ、７２Ｂ、８２Ｂ…噴射部、３２Ｃ…ノズル部（ガス流発生部材）、３３、４３、５３、６３、７１、７４、８３、８４、８５…燃焼ガス用噴射管、３３Ａ、４３Ａ、５３Ａ、６３Ａ、７１Ａ、７４Ａ、８３Ａ、８４Ａ、８５Ａ…燃焼ガス供給路、３３Ｂ、４３Ｂ、５３Ｂ、６３Ｂ、７３Ｂ、８３Ｂ…噴射部、４２Ｃ…外向きノズル（ガス流発生部材）、４２Ｄ…傾斜面、５２Ｃ…内向きノズル（ガス流発生部材）、６３Ｃ…羽根部材（ガス流発生部材）、７３Ｃ、８２Ｃ…内向きノズル（ガス流発生部材）、７４…第二の燃焼ガス用噴射管、Ｇ…溶融ガラス、１４０、１４０Ｂ、１５０…ガラス溶融炉、Ｓ１…ガラス溶融工程、Ｓ２…成形工程、Ｓ３…徐冷工程、Ｓ４…切断工程、Ｇ５…ガラス物品。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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