(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中燃焼溶融炉用のバーナーにおいて、
密封された遠位端部を有する第１の管と、
前記第１の管を受け入れるための開口部を備えた部分的に密封された遠位端部を有する、該第１の管と同心の第２の管であって、前記第１の管と該第２の管との間に実質的に環状の空間が画成された、第２の管と、
第１のガスを供給する、前記第１の管の密封された遠位端部の第１のガス・ポートと、
第２のガスを前記実質的に環状の空間に供給する、前記第２の管の遠位端部の第２のガス・ポートと、
Ｎ個の第１のガス出口及びＭ個の第２のガス出口を有する、前記第１の管及び前記第２の管の近位端部のノズルと、
を備え、
前記ノズルは、前記第１のガス出口及び前記第２のガス出口への経路のため前記第１の管の長手方向の軸について傾斜された部分を有し、
前記Ｎ個の第１のガス出口によって、前記第１のガス又は前記第２のガスが前記バーナーの外部の溶融ガラス環境中に供給され、
前記Ｍ個の第２のガス出口によって、前記第２のガス又は前記第１のガスが前記バーナーの外部の前記溶融ガラス環境中に供給されることによって、該溶融ガラス環境中において、前記第１のガスと前記第２のガスとが混合燃焼されることを特徴とするバーナー。
【請求項２】
Ｎ＝Ｍであることを特徴とする請求項１記載のバーナー。
【請求項３】
Ｎ及びＭの各々が１、２、３、４、５、６、７、及び８から成る群の整数から選択されることを特徴とする請求項１記載のバーナー。
【請求項４】
前記第１のガスが燃料であり、前記第２のガスが酸化剤であることを特徴とする請求項１記載のバーナー。
【請求項５】
前記第１のガス出口が、前記第１の管の長手方向の軸から２０°〜８０°傾斜して成ることを特徴とする請求項１記載のバーナー。
【請求項６】
前記第２のガス出口が、前記第１の管の長手方向の軸から１０°〜７０°傾斜して成ることを特徴とする請求項１記載のバーナー。
【請求項７】
前記第２のガス出口が、前記第１の管の長手方向の軸から１０°〜７０°傾斜して成り、前記第１のガス出口と前記第２のガス出口との双方に向かう、若しくは双方から離れる集束角度が０°〜６０°であることを特徴とする請求項６記載のバーナー。
【請求項８】
前記供給された第１のガスの略中心線と前記供給された第２のガスの略中心線とを加重平均した中心線が、前記第１の管の長手方向の軸から少なくとも２０°傾斜して成ることを特徴とする請求項１記載のバーナー。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１３年６月１３日出願の米国特許出願第６１／８３４５８１号の優先権を主張するものであって、参照により、全内容を本明細書に援用するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は液中燃焼溶融に関するものである。より具体的には、本開示は外側に広がる火炎を生成するノズルを採用した、液中燃焼溶融用バーナーに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来のガラス溶融炉においては、溶融炉内のガラス材料（例えば、ガラス・バッチ材料であって、その後の溶融ガラス材料、又は総称して“ガラス融液”）の表面の上方にバーナーが配置され、ガラス融液の上面に向かって下方に向けられている。液中燃焼溶融又は液中燃焼溶融炉（ＳＣＭ）と呼ばれる方法や装置において、ガラス溶融炉の熱効率を向上させることを目的として、ガラス融液の表面より下方にバーナーを配置し、上部のガラス融液内に向けて点火することもできる。
【０００４】
図１はガラス融液の溶融池７４を含む溶融室７２を有する従来のＳＣＭ装置７１の概略図である。図１において、溶融室７２は、ホッパー７５からガラス・バッチ材料を溶融室７２に供給するための供給ポート７６を備えている。バッチ材料は液状、顆粒状、あるいは粉末状で供給することができる。溶融室７２は、溶融室７２から排気ガスを通過させて排出することができる排気ポート７８も備えている。溶融装置７１は出口又は流路８２によって溶融室７２に接続されている調整室８０も備えている。溶融池７４からの溶融材料が流路８２を通して溶融室７２から調整室８０に流入し、その後溶融装置７１から流出する。バーナー１０によってガラス融液の溶融池７４に火炎が注入される１つ以上の開口部を溶融室７２の底壁８８に形成することができる。別の構成において、溶融室７２の１つ以上の側壁９０に開口部８６を設けると共に／又は溶融室７２の壁に対し垂直又は傾斜させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＳＣＭ装置において、火炎及び燃焼生成物（数例を挙げれば、例えば、二酸化炭素と水）がガラス融液中を移動して直接接触し、ガラス融液に熱を直接伝達する結果、ガラス融液に対し、従来のガラス溶融炉よりも効率的に熱が伝達される。ＳＣＭ装置は、従来のガラス溶融炉よりも多くの燃焼エネルギーをガラス融液に伝達することができる。更に、ＳＣＭ装置において、ガラス融液中を移動する火炎及び燃焼生成物によってガラス融液が撹拌混合されるため、従来のガラス溶融炉において一般的に必要とされる機械的な混合器を使用しなくてもガラス融液を混合することができる。従来のガラス溶融炉におけるガラス融液は、バーナー及び火炎がガラス材料表面の上方にあるため、混合羽根等の機械的な混合器の支援がないと十分に撹拌されない。従来のガラス溶融炉において、このような機械的な混合器を使用することには問題がある。例えば、ガラス融液が高温度であると共に腐食性であるため、ガラス溶融炉の機械的な混合器の寿命が短くその交換には費用がかかる。従来のガラス溶融炉において、機械的な混合器が劣化するにつれ、混合器の材料によってガラス融液が汚染される可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一部の実施の形態は液中燃焼溶融炉用のバーナーを備えている。本バーナーは密封された遠位端部を有する第１の管と、第１の管を受け入れるための開口部を備えた部分的に密封された遠位端部を有し、第１の管と環状の空間を画成する、第１の管と同心の第２の管とを備えることができる。本バーナーは、第１のガスを供給する第１のガス・ポートを第１の管の密封された遠位端部に、第２のガスを環状の空間に供給する第２のガス・ポートを第２の管の遠位端部に、またノズルを第１の管及び第２の管の近位端部に更に備えることができる。本ノズルはＮ個の第１のガス出口及びＭ個の第２のガス出口を有することができ、Ｎ個の第１のガス出口によって、第１のガス又は第２のガスがバーナーの外部の溶融ガラス環境中に供給され、Ｍ個の第２のガス出口によって、第２のガス又は第１のガスがバーナーの外部の溶融ガラス環境中に供給されることによって、溶融ガラス環境中において、第１のガスと第２のガスとが混合燃焼されるものである。
【０００７】
本開示の別の実施の形態は液中燃焼溶融炉用の別のバーナーを備えている。本バーナーは密封された遠位端部を有する第１の管と、第１の管を受け入れるための開口部を備えた部分的に密封された遠位端部を有し、第１の管と環状の空間を画成する、第１の管と同心の第２の管とを備えることができる。本バーナーは、第１のガスを供給する第１のガス・ポートを第１の管の密封された遠位端部に、第２のガスを環状の空間に供給する第２のガス・ポートを第２の管の遠位端部に、またノズルを第１の管及び第２の管の近位端部に更に備えることができる。例示的なノズルは、溶融環境中に燃料を供給する１つ以上のガス出口及び１つ以上の第２のガス出口を有することができ、少なくとも１つの第１のガス出口又は第２のガス出口が、第１の管の長手方向の軸から３０°を超える角度で傾斜して成るものである。
【０００８】
本開示の別の実施の形態は液中燃焼溶融炉用の更に別のバーナーを備えている。本バーナーは密封された遠位端部を有する第１の管と、第１の管を受け入れるための開口部を備えた部分的に密封された遠位端部を有し、第１の管と環状の空間を画成する、第１の管と同心の第２の管とを備えることができる。本バーナーは、第１のガスを供給する第１のガス・ポートを第１の管の密封された遠位端部に、第２のガスを環状の空間に供給する第２のガス・ポートを第２の管の遠位端部に、またノズルを第１の管及び第２の管の近位端部に更に備えることができる。本ノズルは、溶融ガラス環境中に燃料を供給する第１の複数のガス出口と、溶融ガラス環境中に酸化剤を供給する第２の複数のガス出口とを有することができ、第１の複数のガス出口の各々が第１の管の長手方向の軸から３０°を超える角度で傾斜し、第２の複数のガス出口の各々が第１の管の長手方向の軸から３０°を超える角度で傾斜して成るものである。
【０００９】
本開示の更に別の実施の形態によって液中燃焼溶融炉システムが提供される。本システムは、ガラス融液の溶融池を有する溶融室と、ガラス材料を溶融室に供給するための供給ポートと、溶融室から排気ガスを通過させて排出することができる排気ポートと、出口通路によって溶融室に作動可能に接続され、溶融池からの溶融材料が出口通路を通して溶融室から流入し、その後溶融装置から流出する調整室と、溶融室の壁に拘束され、ガラス融液の溶融池に火炎を注入する１つ以上のバーナーとを備えることができる。例示的なバーナーは密封された遠位端部を有する第１の管、第１の管を受け入れるための開口部を備えた部分的に密封された遠位端部を有し、第１の管と環状の空間を画成する、第１の管と同心の第２の管とを有することができる。本バーナーは、第１のガスを供給する第１のガス・ポートを第１の管の密封された遠位端部に、第２のガスを環状の空間に供給する第２のガス・ポートを第２の管の遠位端部に、またノズルを第１の管及び第２の管の近位端部に更に備えることができる。例示的なノズルは、第１の複数のガス出口と第２の複数のガス出口とを有することができ、複数の第１のガス出口によって第１のガス又は第２のガスが供給され、複数の第２のガス出口によって第２のガス又は第１のガスが供給されることによって、第１のガスと第２のガスとが混合され、複数の第１のガス出口又は複数の第２のガス出口の少なくとも１つが、第１の管の長手方向の軸から３０°を超える角度で傾斜して成るものである。
【００１０】
本開示の１つの実施の形態によって、垂直に対し傾斜して穿設された、燃料を放出する一連の穴を有する液中燃焼溶融システム用のバーナー機構又は装置が提供される。本バーナーは、酸素流が各々の燃料ガス流に衝突することによって、燃料と酸素との混合が促進されるように穿設された別の一連の穴も有することができる。
【００１１】
本開示の別の実施の形態によって、内部より表面において実質的に大きくした穴を有する液中燃焼溶融システム用のバーナー機構又は装置が提供される。例示的な実施の形態において、これらの小さな穴によってガス（燃料又は酸素）の流量を制限することができ、ガスが大きな穴に到達したとき速度が低下する。
【００１２】
本開示の別の実施の形態において、例示的なバーナー機構の燃料穴及び酸素穴を、そこから流出するガスがバーナーの表面に到達する前に衝突混合されるように穿設することによって、燃料と酸素との混合を更に促進することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の実施の形態による例示的な液中燃焼溶融装置は、従来の機械的な混合器を使用せずに、ガラス融液を従来のガラス溶融炉よりも少量且つ短時間で溶融し均質化することができる。このようなＳＣＭ装置の熱伝達の向上及び小型化によって、従来のガラス溶融炉と比較して、エネルギー消費と資本コストを低下させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の液中燃焼溶融システムの概略図。
【図２】本開示の実施の形態による液中燃焼溶融炉用の例示的なバーナーの断面図。
【図３】本開示の更に別の実施の形態による液中燃焼溶融炉用の例示的なバーナーの断面図。
【図４】図３のバーナーのノズルの斜視図。
【図５】図４のノズルの上面図。
【図６】図５のノズルのＡ−Ａ線断面図。
【図７】本開示の更に別の実施の形態による例示的なノズルの斜視図。
【図８】図７のノズルの上面図。
【図９】図８のノズルのＢ−Ｂ線断面図。
【図１０】本主題の更に別の実施の形態による例示的なノズルの斜視図。
【図１１】図１０のノズルの上面図。
【図１２】図１１のノズルのＣ−Ｃ線断面図。
【図１３】本開示の更に別の実施の形態による例示的なノズルの斜視図。
【図１４】図１３のノズルの側面図。
【図１５】図１４のノズルのＤ−Ｄ線断面図。
【図１６】図１５のノズルのＥ−Ｅ線断面図。
【図１７】本開示の更に別の実施の形態による例示的なノズルの上面図。
【図１８】図１７のノズルのＦ−Ｆ線断面図。
【図１９】本開示の更に別の実施の形態による例示的なノズルの斜視図。
【図２０】図１９のノズルの側面図。
【図２１】図２０のノズルのＧ−Ｇ線断面図。
【図２２】図２１のノズルのＨ−Ｈ線断面図。
【図２３】図２１のノズルのＩ−Ｉ線断面図。
【図２４】図２１のノズルのＪ−Ｊ線断面図。
【図２５】本開示の更に別の実施の形態による例示的なノズルの斜視図。
【図２６】図２５のノズルの側面図。
【図２７】図２６のノズルのＫ−Ｋ線断面図。
【図２８】図２７のノズルのＬ−Ｌ線断面図。
【図２９】図２７のノズルのＭ−Ｍ線断面図。
【図３０】図２７のノズルのＮ−Ｎ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示の理解を容易にするため、同様の要素には同じ数字符号を付した図面を参照しながら、液中燃焼溶融炉及びそのバーナーの様々な実施の形態について説明する。
【００１６】
本開示の以下の説明は、本開示の実施可能な教示内容及び現在知られているその最良の実施の形態として用意されたものである。本開示の有益な結果を引き続き得ながら、本明細書に記載の実施の形態に対し、様々な変更が可能であることが当業者に認識されるものと思われる。本開示の所望の利益の一部が、他の機能を使用せずに、本開示の一部の機能を選択することによって得られることも明らかである。従って、本開示を改良したり適応させたりすることが可能であると共に、特定の状況においては、それが望ましいことであり、本開示の一部であることが当業者に認識されるものと思われる。従って、以下の説明は本開示の原理の例示であって本開示を限定するものではない。
【００１７】
本開示の精神及び範囲を逸脱せずに、本明細書に記載の例示的な実施の形態に対し、多くの改良が可能であることが当業者は理解できるものと思われる。従って、本説明は以下の例に限定することを意図したものではなく、又そのように解釈されるべきものでもなく、添付の特許請求の範囲及びその均等物に与えられるすべての保護が付与されるべきものである。更に、他の機能を対応して使用せずに、本開示の一部の機能を使用することができる。従って、前述の例示的又は例証的な実施の形態の説明は、本開示の原理を説明するためのものであって、本開示を限定するものではなく、本開示に対する改良及び変形を含むことができる。
【００１８】
図２は本開示の実施の形態による液中燃焼溶融炉（ＳＣＭ）用のバーナーの断面図である。例示的なＳＣＭは、図１に示すガラス融液の溶融池を有する溶融室７２を備えることができる。本溶融室７２は、ホッパーからガラス・バッチ材料を溶融室に供給するための供給ポートを備えることができる。溶融室７２は、溶融室から排気ガスを通過させて排出することができる排気ポートも備えることができる。ＳＣＭ内には、図１に示す出口又は流路によって溶融室７２に接続された調整室を設けることができ、溶融池からの溶融材料が流路を通して溶融室７２から調整室に流入し、その後溶融装置から流出する。溶融室７２の底壁及び／又は側壁に１つ以上の開口部を形成することによって、例示的なバーナーがガラス融液の溶融池に火炎を注入することができる。図２において、例示的なＳＣＭバーナー１０が、２つの同心の管、例えば、中央管１２と外側管１４とを備えることができる。中央管１２はノズル１８に燃料ガスＧを供給することができ、外側管１４はノズルから流出する燃料ガスＧを燃焼させる酸素Ｏをバーナーに供給することができる。外側管１４は中央管１２及び外側管１４を囲む冷却ジャケット１３の一部を構成することができる。ノズル１８は中央ガス出口２２と中央ガス出口２２の周囲に配置された複数の外側ガス出口２４（例えば、６つの穴等）を有することができる。外側ガス出口２４に通じる通路は中央管１２の長手方向の中心軸からガス流出角度又はエグレス角度Ａで外側に傾斜することができる。例示的なエグレス角度は約２５°〜約６５°とすることができるが、これに限定されない。次いで、外側管１４の内側表面と中央管１２の外側表面とによって形成された環状酸素出口２６を通し、バーナーから酸素が流出することができる。外側ガス出口２４から流出する燃料ガスＧが、ガス出射角度Ａに沿って酸素出口２６から流出する酸素Ｏに向けられ、混合されるため、ガスが燃焼し、垂直上方に燃え立ち、ガラス融液（図示せす）中を通過する火炎（図示せず）が生成される。燃料ガスＧがバーナーの上端に到達する前に酸素Ｏと混合されるように、ノズル１８及び中央管１２の頂部を外側管の頂部と同一平面又は外側管１４（及びバーナーの上端２８）から約１．５インチ（約３．８１センチメートル）陥没させてバーナー１０を動作させることができる。次に、冷却流体Ｆを冷却ジャケット１３に循環させてバーナーを冷却することができる。
【００１９】
このようなＳＣＭにおいて、ガラス融液を通してバーナー１０から縦方向に移動する火炎が大量のガラス融液を同伴し、溶融炉（図示せず）の側面に噴霧する可能性がある。同伴されたガラス融液の一部が溶融炉の排気システムにも噴霧されることもある。次に、同伴されたガラス融液が固着し、観察窓、センサー位置、排気ダクト等を含む溶融炉及び排気システムの上部壁を覆う可能性がある。また、同伴された溶融ガラス材料が、公害軽減システム（バッグ・ハウス、フィルター等）のフィルター・システムの内部及び表面に集まり、フィルター・システムを汚損する可能性がある。加えて、燃焼生成物が、大きな“げっぷ”となってガラス融液の表面を突破し、ガラス融液の一部を放り上げて未溶融及び／又は混合不足の溶融ガラス材料を溶融炉のガラス出口又は“タップ”（図示せず）に向けて、その近傍に、あるいはその上に堆積させる可能性がある。時折このような未溶融又は混合不足のガラス融液の一部が、完全に溶融混合された望ましいガラス融液と共にタップから流出するという望ましくないことが起きることがある。一般的なＳＣＭバーナーにおいて、燃焼生成物の速度が速いことによって、融液中に多数のガス泡が生じる可能性もある。多くの用途では、これ等のガス泡を“清澄”段階において除去する必要がある。清澄時には、ガス泡がガラス融液中を上昇して除去されるように、ガラスを十分高温度に保持する必要がありエネルギー需要が高まる。このようなＳＣＭバーナーは、特定のガラス組成物の処理において、非常に大きな甲高い音が生じ、雑音レベルが約９０ｄＢ〜１００ｄＢ、あるいはそれ以上に達することがあり、操作者の聴力にとって脅威となる。
【００２０】
図３は本開示の更に別の実施の形態による液中燃焼溶融炉用のバーナーの断面図である。図３において、例示的なＳＣＭ用の別のバーナー１００は、中空第１の管又は中央管１１２と、中空第２の管又は外側管１１４とを備えることができる。中央管１１２と外側管１１４とによって環状空間１１６を画成することができる。一部の実施の形態において、中央管１１２と外側管１１４とを同心とすることができる。中央管１１２は遠位端部を密封する第１の閉塞底部又は遠位端部１１３を有し、外側管１１４は中央管１１２を受け入れるための開口部を備えた部分的に閉塞した底部又は遠位端部１１８を有することができる。従って、外側管１１４の部分的に閉塞した底部又は遠位端１１８が外側管１１４と中央管１１２との間に延びることによって、環状空間１１６の遠位端部を密封することができる。図３の実施の形態において、中央管１１２の底部が外側管１１４の遠位端１１８の下方に延びることができる。一部の実施の形態において、中央管１１２が外側管１１４の遠位端１１８の開口部に対しスライドすることができ、外側管１１４の縦方向の位置に対し、中央管１１４の縦方向の位置を調整することができる。中央管１１２の遠位端１１３における第１のガス・ポート１１７は中央管の内部と連通することができる。外側管１１４も外側管１１４の内部、例えば、中央管１１２と外側管１１４との間の環状空間１１６と連通している第２のガス・ポート１１９を備えることができる。冷却を目的とする冷却ジャケット２１３をバーナー１００に備え、冷却流体Ｆを冷却ジャケット２１３に供給することができる。
【００２１】
一部の実施の形態において、中央管１１２及び／又は外側管１１４の頂部若しくは近位端部にノズル１２０を取り付けるか、あるいは形成することができる。図４は図３のバーナーのノズルの斜視図、図５は図４のノズルの上面図、また図６は図５のノズルのＡ−Ａ線断面図である。図３〜６において、例示的なノズル１２０は、ノズル１２０内の複数の上部穴又はチャンネルによって構成される複数“ｎ”個の上部ガス出口１２２（例えば、ｎ＝１、２、３、４、５、６、７、８、等の出口）を有することができる。上部ガス出口１２２は、中央管１１２の長手方向の中心軸の周囲に配置することができる。一部の実施の形態において、中央管１１２の長手方向の軸を中心に上部ガス出口１２２を同心に配置することができる。別の実施の形態において、長手方向の軸を中心に上部ガス出口１２２をそれぞれ高さが異なる１つ以上のリング状に配置することができる（図示せず）。これに替わる実施の形態において、上部ガス出口の配置をランダムとすることができる。例示的なノズル１２０の第１の中央供給チャンネル又は中央供給穴１２３によって、上部ガス出口１２２と中央管１１２の内部とを連通させることができる。複数“ｍ”個の下部ガス出口１２４（例えば、ｍ＝１、２、３、４、５、６、７、８、等の出口）がノズル内の複数の下部穴又はチャンネルによって構成することができる。一部の実施の形態において、ｍ＝ｎである。別の実施の形態においては、ｍ≠ｎ、ｍ≦ｎ、ｍ≧ｎである。下部ガス出口１２４も中央管１１２の長手方向の中心軸の周囲に配置することができる。一部の実施の形態において、中央管１１２の長手方向の軸を中心に、下部ガス出口１２４を同心に配置することができる。別の実施の形態において、長手方向の軸を中心に、下部ガス出口１２４をそれぞれ高さが異なる１つ以上のリングに配置することができる（図示せず）。これに替わる実施の形態において、下部ガス出口の配置をランダムとすることができる。更に別の実施の形態において、中央管１１２の長手方向の軸の周囲に、上部ガス出口１２２及び下部ガス出口１２４を隣接及び／又は交互のリングに配置することができる。１つ以上の第２の穴又は外側供給穴、又はチャンネル１２５によって下部ガス出口１２４と外側管１１４の環状空間１１６とを連通させることができる。
【００２２】
１つの実施の形態において、上部ガス出口１２２及び下部ガス出口を各々が上部ガス出口１２２と隣接する下部ガス出口１２４とを含む、複数のガス出口対（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、等の出口対）に配置することができる。別の実施の形態において、各対における上部出口と下部出口とを双方に向かう方向又は双方から離れる方向に傾斜させることができる。非限定的な実施例において、各上部下部ガス出口対を中央管１１２の長手方向の軸に平行な面内において互いに位置合わせすることができる。図４〜６に示す別の実施例において、各上部下部ガス出口対をノズル１２０及び中央管１１２の長手方向の軸からずれた、又はエグレス角度Ａ１で傾斜した面内において、互いに位置合わせすることができる。非限定的な実施例において、Ａ１を約６０°とすることができる。下部ガス出口１２２もノズル１２０及び中央管１１２の長手方向の軸から外側にエグレス角度Ａ２で傾斜させることができる。非限定的な実施例において、Ａ２を約４５°とすることができる。本開示の実施の形態においてエグレス角度Ａ１、Ａ２として任意の角度を想定しており、前述の角度は勿論単なる例示であって添付の特許請求の範囲を限定するものではない。しかし、上部ガス出口から流出するガスが、下部出口から流出するガスと収束角度Ｃ１で合流するようにＡ１及びＡ２を決定する必要があることに留意されたい。非限定的な実施例において、Ｃ１を約１５°とすることができる。本開示の実施の形態においては任意の集束角度を想定しており、勿論、前述のＣ１の角度は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲を限定するものではない。
【００２３】
動作において、第１のガス供給ライン又は導管（図示せず）によって、例えば、燃料ガス源、天然ガス源等の外部の加圧第１ガス源（図示せず）を第１のポート１１７に接続し、第１のガス流を中央管１１２に供給することができる。第２のガス供給管又は導管（図示せず）によって、例えば、酸化剤ガス、酸素等の外部加圧第２ガス源（図示せず）を第２のポート１１９に接続し、第２のガス流を外側管１１４に供給することができる。第１のガスＧの流れが各々の上部ガス出口１２２から第１のエグレス角度Ａ１に沿って流出することができ、第２のガスＯが各々の下部ガス出口１２４から第２のエグレス角度Ａ２に沿って流出することができる。従って、各々のガス出口対において、上部ガス出口１２２から流出する第１のガスＧの流れが、下部ガス出口１２４から流出する第２のガスＯの流れと合流混合することができる。次に、混合ガスに点火して燃焼させ、ノズル１２０から離間し上方に移動する火炎を形成することができる。一部の実施の形態において、このような火炎の方向を第１のエグレス角度Ａ１と第２のエグレス角度Ａ２との間の方向とすることができる。従って、ノズル１２０はノズルから外に広がる環状の火炎を生成することができる。この広がりによって、従来のＳＣＭバーナーと比較して、燃焼ガスをより水平にし、ガラス溶液中に拡散させ広げる勢いが生じ、ガラス融液中を移動する燃焼ガスの縦方向の速度及び勢いを低減することができる。従って、このガラス融液中を移動する燃焼ガスの縦方向の速度及び勢いの低減によって、前述のガラスの放り上げを低減することができる。一部の実施の形態において、短い幅広の火炎によっても、ノズル直上の溶融池におけるコールド・スポットの形成の低減又は排除が支援され、この点におけるガラス融液の凝固を回避することができる。一部の実施の形態において、燃料の入口と酸素の入口とを交換又は交代させることが望ましい、即ち、第２のポート１１９を酸素の代わりに燃料に使用し、同時に第１のポート１１７を燃料の代わりに酸素に使用することができる。
【００２４】
更に別の実施の形態において、上部ガス出口のエグレス角度Ａ１、下部ガス出口のエグレス角度Ａ２、及びその結果生じる第２のガス出口に対する第１のガス出口の集束角度Ｃ１も変更可能である。図７は、本開示の更に別の実施の形態によるノズルの斜視図、図８は図７のノズルの上面図、また図９は図８のノズルのＢ−Ｂ線断面図である。図４〜９において、例示的な上部ガス出口の第１のエグレス角度Ａ１、Ａ３を約２０°〜約８０°の範囲とすることができる。下部ガス出口の第２のエグレス角度Ａ２、Ａ４を約１０°〜約７０°の範囲とすることができる。前述のＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の範囲を用いると、上部ガス出口と下部ガス出口との集束角度Ｃ１、Ｃ２は約０°〜約６０°の範囲となる。好ましい実施の形態において、上部ガス出口と下部ガス出口との集束角度Ｃ１、Ｃ２は約１０°〜約４０°である。更に別の実施の形態において、上部ガス出口と下部ガス出口との集束角度Ｃ１、Ｃ２は約１５°〜約３５°である。第１のガス出口及び第２のガス出口は、ノズルの長手方向の軸から横方向の角度、例えば、放出されるガスの推進力の垂直方向の成分を低減する水平方向の成分も有することができる。例えば、上部ガス出口と下部ガス出口のエグレス角度の横方向の双方からの又は双方に向かう角度を約１０°とすることができる。
【００２５】
本開示の一部の実施の形態において、上部ガス出口及び／又は下部ガス出口の大きさを変更することができる。一部の実施の形態において、利用可能な燃料及び酸素のガス圧力と併せ、バーナーの発熱予定量に基づいて出口の大きさを選択することができる。本明細書に記載のバーナーの発熱量は、かなり広い範囲に及ぶことができ、例えば、最低と最高の実用的な単位発熱量との間が２倍であり、１０〜２０ｐｓｉｇ（約６８．９〜１３７．９ｋＰａ（Ｇ））の天然ガス圧力、及び１５〜３５ｐｓｉｇ（約１０３．４〜約２４１．３ｋＰａ（Ｇ））の酸素圧力で、１５０〜４５０ＫＷ（例えば、約５００，０００〜１，５００，０００ＢＴＵ／時）を発熱することができる。動作において、燃料を完全に酸化させるために、酸素を約１５％多く用いることができる。例えば、図４〜６に示すノズル１２０は、各々の直径が約０．０９９５インチ（約２．５３ミリメートル）の上部ガス出口１２２及び下部ガス出口１２４を有することができ、それによって約２５０ＫＷ有余の熱を発するバーナーが得られる。別の実施例において、図７〜９に示すノズル１３０は、直径約０．１５４インチ（約３．９１ミリメートル）の上部ガス出口１３２及び直径約０．１３６インチ（約３．４５ミリメートル）の下部ガス出口１３４を有することができ、それによって約３５０ＫＷ有余を発熱するバーナーが得られる。
【００２６】
図１０は本主題の更に別の実施の形態によるノズルの斜視図、図１１は図１０のノズルの上面図、また図１２は図１１のノズルのＣ−Ｃ線断面図である。図１０〜１２には、直径約０．１５４インチ（約３．９１ミリメートル）の上部ガス出口１４２及び直径約０．１３６インチ（約３．４５ミリメートル）の下部ガス出口１４４を備えたノズル１４０を有し、それによって４５０ＫＷ有余を発熱するバーナーが示されている。一部の実施の形態において、図４〜１２に示す上部ガス出口１２２、１３２、及び１４２とこれ等の図に示す下部ガス出口１２４、１３４、及び１４４の断面を比較的小さくして、それから流出する第１のガスＧ及び／又は第２のガスＯの流速を高めることができる。別の非限定的な実施の形態において、上部ガス出口及び下部ガス出口１２２、１２４、１３２、１３４、１４２、１４４のうちの任意の１つ、若しくは幾つかの直径を個々の出口の長さを通して可変とすることができる。例えば、ノズルの長手方向の中心線に近いほど出口の直径を大きくし、長手方向の中心線から遠ざかるにつれて徐々に小さくして、そこから流出する任意のガスの速度を高めることができる。非限定的な実施例において、上部ガス出口及び下部ガス出口を直径約０．０３インチ（約０．７６ミリメートル）〜約０．３インチ（約７．６２ミリメートル）の範囲で形成することによって、中央管及び外側管にガス（Ｏ又はＧ）を約５ｐｓｉｇ〜５０ｐｓｉｇ（約３４．５ｋＰａ（Ｇ）〜約３４４．７ｋＰａ（Ｇ））で供給したとき、約８０ｍ／ｓ〜約３３０ｍ／ｓのおおよその範囲のガス流出速度を得ることができる。勿論、例示的なガス出口の大きさ、数、直径、角度等はバーナーの望ましいエネルギー出力に応じて大きく変更することができ、本明細書に添付の特許請求の範囲は、そのように請求していない限り、特定の大きさ、数、直径、角度等に限定されるものではない。
【００２７】
一部の実施の形態において、各ガス出口対の上部ガス出口と下部ガス出口とを実質的に隣接配置することによって、流出するガスが十分接近し素早く混合され、ノズルの近傍で確実に燃焼させることができる。従って、ノズルから流出した混合ガスに点火し、ガラス融液中においてノズルから離れる方向に移動し、中央管の長手方向の軸から離れる方向に広がる火炎を生成することができる。この火炎の広がりによって、従来のＳＣＭバーナーと比較して、燃焼ガスの勢いがより水平になり、ガラス溶液に拡散して広がることができる。また、この広がりによって、ガラス融液中を移動する燃焼ガスの縦方向の速度及び勢いも低減されるため、従来のＳＣＭバーナーと比較して、ガラスの放り上げを低減することができる。更に別の実施の形態において、短い幅広の火炎によっても溶融池におけるコールド・フィンガーの形成を低減又は排除することができ、火炎が注入される点におけるガラス融液の凝固を回避することができる。本開示の実施の形態において、流量調整器（図示せず）を用いて、それぞれの供給管路における第１のガス及び第２のガスの流量を制御することができる（例えば、圧力の選択等）。
【００２８】
例示的な中央管１１２、外側管１１４、及びノズル１２０は、３０４、３０９、３１６あるいはその他の高温ステンレス鋼等のステンレス鋼、インコネル（登録商標）等のオーステナイト系ニッケルークロムー鉄合金、石英ガラス等の高温ガラス、高温セラミック、あるいはＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）やポリイミド等の高温プラスチックを含みこれに限定されない、任意の適切な耐熱材料から成ることができる。別の実施の形態において、中央管１１２及び外側管１１４の側壁又は底壁に、第１のポート１１７及び第２のポート１１９を配置することができる。引き続き図４〜１２において、上部ガス出口及び下部ガス出口の１つ以上が配置された面を有する円錐台部１２６、１３６、１４６に配置された、上部ガス出口１２２、１３２、１４２、及び下部ガス出口１２４、１３４、１４４を備えた例示的なノズル１２０、１３０、１４０が示されている。別の実施の形態において、ノズルを中央管１１２の円筒の延長とし、上部ガス出口及び下部ガス出口をノズル周囲の円筒壁に配置することができる。
【００２９】
これまで、本開示及び図面は、ガス出口対を縦方向又は長手方向に位置合わせした対として説明し図示してきたが、各々のガス出口対は、上部ガス出口及び下部ガス出口をノズル周囲の同一リング又は円に配置した、ノズル及び中央管の長手方向の軸に対して垂直、傾斜、あるいは平行な平面に沿って位置合わせすることができることが理解されると思われる。各々のガス出口対はノズル及び中央管の長手方向の軸に対し、平行から垂直までの間の任意の角度の平面に沿って交互に位置合わせすることができる。更に、ガス出口対の数を変更することができる。例えば、図１０〜１２に示すノズル１４０は、８対の上部ガス出口１４２及び下部ガス出口１４４を有している点を除き、図４〜６のノズルと同じである。尚、図４〜１２に示すノズルの上部ガス出口及び下部ガス出口の対の数及び配置によって、本明細書に添付の特許請求の範囲が限定されるものではないことに留意すべきである。
【００３０】
図４〜１２に関連してこれまで説明してきたノズルを備えた各種のバーナーを例示的なＳＣＭにおいて試験した。試験したノズルのガス出口の寸法を下記表１に示す。
【００３１】
【表１】
0006431052.tif 000002
【００３２】
表１において、実験中、上部ガス出口を使用して酸素を流し、下部ガス出口を使用して天然ガスを流した。１５ｐｓｉｇ（約１０３．４ｋＰａ（Ｇ））の酸素供給圧力において、最も小さなガス出口を有するバーナー１の流量が１３００ＳＣＦＨ（約０．６５ｍ３/ｍｉｎ）に制限された。バーナー１を通した流量約６００ＳＣＦＨ（約０．３ｍ３/ｍｉｎ）の天然ガスによって１７５ＫＷの熱出力が得られた。これ等の条件下において、毎時約５０ポンド（約２２．６８キログラム）のアルミノ・シリケート・ガラス、高粘性のガラス、または他の適切なガラス材料を溶融した。バーナー１の構成を用いて、ガラス融液の非常に良好な温度均一性が達成され、相当量のガラスがＳＣＭ側部に放り投げられなかったという点において、ガラス融液の挙動が良好であったと特徴付けられた。バーナー１は概してあまり大きな音を発せず、ほとんどの条件下において、発せられた音は背景雑音以上には聞こえなかった。ＳＣＭにおいてバーナー３についても試験し、１６ｐｓｉｇ（約１１０．３ｋＰａ（Ｇ））の供給圧力において、上部ガス出口を通して１８００ＳＣＦＨ（約０．９ｍ３/ｍｉｎ）の酸素流量が達成された。下部ガス出口を通して約８００ＳＣＦＨ（約０．４ｍ３/ｍｉｎ）の天然ガス流量が達成された。この結果生じた火炎によって約２３５ＫＷの熱出力が得られた。これ等の条件下において、毎時約７５ポンド（約３４．０キログラム）のガラスを溶融した。中央管の内部と上部ガス出口とを連通する穴の大きさが比較的小さいため、酸素の流量が幾分制限された。バーナー３も静かであり、ＳＣＭの周囲にガラスが投げ付けられることがなかった。炉のタップから放出されたガラス融液が均一に溶融され、バーナー３によってもたらされたガラス融液の温度の均一性は他の多くのバーナーと同様であった。バーナー３は、バーナー１より大きな穴のガス出口を有しているため、所定の圧力においてより多くの酸素を通過させることができるが、バーナーから流出する酸素の速度は、１８００ＳＣＦＨ（約０．９ｍ３/ｍｉｎ）において、僅か約１９６ｍ／ｓであり、これは１３００ＳＣＦＨ（約０．６５ｍ３/ｍｉｎ）においてバーナー１から流出する酸素の３３０ｍ／ｓより小さい。バーナー１からのより速い酸素の速度が、恐らくより良好なガラスの混合に貢献したものと考えられ、その結果、より良好な温度の均一性が得られた。中央管の内部と上部ガス出口とを連通する穴がもっと大きく形成されていれば、バーナー３はより多くの最大酸素流量を通過させることができ、より速い酸素速度を有することができたものと考えられる。
【００３３】
１つの驚くべき結果は、バーナー１及び３には目立った問題が無かったことである。従来の常識からすれば、バーナー１及び３によって、バーナーの上端にガラスが堆積し、ノズル中央に垂直方向上方に流出させるガス出口を持たないバーナーが詰まる可能性があると予想されていた。このような縦型ガス出口を有すると、縦型ガス出口を通るガスの垂直流がガラス融液中を素早く移動して効率的な熱伝達が行われず、バーナーによってガラス融液及びバッチがＳＣＭ内において上方に投げ上げられる原因となる可能性があり、不利である。
【００３４】
中間の大きさのガス出口を有するバーナー２は、上部ガス出口を中央管の内部に連通させるそれぞれの中央供給穴を恐らく、０．３９７インチ（約１センチメートル）の内径を有する管を挿入することができる直径０．４３７インチ（約１．１センチメートル）に拡大することによって最適化することができる。この通路寸法を更に大きくするためにはバーナーの先端全体の外径を大きくする必要がある。表１に示すように、バーナー４は直径が比較的大きく、バーナー３に似た８対のガス出口を有している。バーナー４の試験は行わなかったが、計算によれば、このようなノズルは、１６ｐｓｉｇ（約１１０．３ｋＰａ（Ｇ））の酸素供給圧力において、３２０ＫＷを超える能力が得られ、３５ｐｓｉｇ（約２４１．３ｋＰａ（Ｇ））の酸素供給圧力において、４５０ＫＷを超える能力が得られる。
【００３５】
図１３は本開示の別の実施の形態によるノズルの斜視図、図１４は図１３のノズルの側面図、図１５は図１４のノズルのＤ−Ｄ線断面図、また図１６は図１５のノズルのＥ−Ｅ線断面図である。図１３〜１６において、実質的に円筒状のノズル１５０の実施の形態が示されている。図示のノズル１５０は、前述したように、ノズル１５０から離間する方向に広がる火炎を生成するための８対の上部ガス出口１５２及び下部ガス出口１５４を備えている。上部ガス出口１５２は、中央管１１２の長手方向の軸から９０°の第１のエグレス角度Ａ５に沿って形成することができる。下部ガス出口１５４は、上部ガス出口と下部ガス出口とが約３０°の収束角度で合流するように、ガス中央管１１２の長手方向の軸から６０°の第２のエグレス角度Ａ６に沿って形成することができる。勿論、前述のエグレス角度及び集束角度は単なる例示であって、本開示の実施の形態においてはエグレス角度Ａ５、Ａ６及び／又は集束角度について任意の角度を想定しており、本明細書に添付の特許請求の範囲を限定するものではない。上部ガス出口１５２及び下部ガス出口１５４は前述のノズルにおけるガス出口と同程度の直径／大きさを有しているが、図示のノズル１５０は円錐台部を有していない。むしろ、ノズル１５０における上部ガス出口及び下部ガス出口は、ノズルの円筒外面／壁に配置されている。別の実施の形態において、ノズル１５０はパイロット火炎を生成するための複数（この場合、１６）対の上部パイロット穴１５６及び下部パイロット穴１５８を有することができる。
【００３６】
例示的な実施の形態において、パイロット穴１５６、１５８は、長さに沿って実質的に同様の直径を有することができるが、上部出口及び下部出口と比較して小さくてもよい。別の実施の形態において、パイロット穴１５６、１５８のうちノズルの長手方向の軸に最も近いものを小さな直径とし、ノズルの表面において徐々に（若しくは、段階的に）大きくすることによって、ノズルのガス速度を遅くしパイロット火炎をより効果的にすることができる。例えば、上部パイロット穴１５６から流出する第１のガスの速度を遅くするために、比較的小さな直径の内側穴部分１５６ａと比較的大きな直径の外側穴部分１５６ｂ（図１５）とから上部パイロット穴１５６を構成することができる。内側穴部分１５６ａの近位端部がノズル１５０の中央ガス供給穴１５３に連通し、中央ガス供給穴１５３が中央管１１２の内部と連通している。外側穴部分１５６ｂの近位端部が内側穴部分１５６ａの遠位端部と連通し、外側穴部分１５６ｂの遠位端部によってノズル１５０から放出される。内側穴部分１５６ａの直径が比較的小さいため、上部パイロット穴１５６を通る第１のガス流が制限され、上部パイロット穴１５６から流出する第１のガスの速度を遅くすることによって、第１のガスが小さな直径の内側穴部分１５６ａから大きな直径の外側穴部分１５６ｂに移動する際、第１のガスの広がりを制限することができる。その結果、上部パイロット穴を通る第１のガスの速度が遅くなり、高流量の比較的高速の主火炎ガスより、パイロット火炎の方が吹消えに対する耐性が強い。ノズル１５０は第１のガス・トップ又は垂直パイロット出口１５７を更に有することができる。垂直パイロット出口１５７は、そこを通して、ＵＶセンサー（図示せず）がノズルから発せられる火炎のＵＶエネルギーを検出し、バーナーの動作を監視することができるポートとして機能することができる。
【００３７】
上述の実施の形態と同様に、上部ガス出口１５２のエグレス角度、下部ガス出口１５４のエグレス角度、及びその結果生じるガス出口双方の集束角度を変更することができる。非制限的な実施例において、上部ガス出口の第１のエグレス角度Ａ５を約４５°〜約９０°の範囲とすることができる。下部ガス出口の第２のエグレス角度Ａ６を約４０°〜約９０°の範囲とすることができる。上記Ａ５、Ａ６の範囲を用いると、上部ガス出口と下部ガス出口との集束角度は約０°〜約５０°の範囲となる。好ましい実施の形態において、上部ガス出口と下部ガス出口との集束角度を約１０°〜約４５°とすることができる。更に別の実施の形態において、上部ガス出口と下部ガス出口との集束角度を約１５°〜約４５°とすることができる。第１のガス出口及び第２のガス出口はノズルの長手方向の軸から横方向の角度、例えば、放出されるガスの推進力の垂直方向の成分を低減する水平方向の成分も有することができる。例えば、上部ガス出口と下部ガス出口のエグレス角度の横方向の双方からの若しくは双方に向けた角度を約１０°とすることができる。上述の実施の形態と同様に、上部ガス出口、下部ガス出口、上部パイロット穴、及び下部パイロット穴の大きさを変更することができ、本開示の実施の形態は任意の適切な数及び大きさのガス出口及びパイロット穴を想定している。
【００３８】
図１７は、本開示の更に別の実施の形態によるノズルの上面図、また図１８は図１７のノズルのＦ−Ｆ線断面図である。図１７及び１８において、図１３〜１６に示した前述の実施の形態のノズル１５０に類似した例示的なノズル１６０が示されているが、ノズル１６０は、上端又は端面の中心からずれた穴で構成される垂直パイロット穴１６７を更に有している。中央の第１のガス供給穴１６３によって、追加の垂直パイロット穴１６７が中央管１１２と連通している。ノズル１６０の第２のガス供給穴又はチャンネル１６９ａと連通している、ノズル１６０の上端又は端面の穴によって更に別の垂直パイロット穴１６９も構成することができる。第２のガス供給チャンネル１６９ａによって、追加の垂直パイロット穴１６９が外側管１１４内部の環状空間１１６と連通している。第１の垂直パイロット穴１６７から流出する第１のガス流が、第２の垂直パイロット穴１６９から流出する第２のガスと衝突混合し、燃焼してノズル１６０の上端、端部、あるいは面から流出するパイロット火炎を生成するように、第２のガス・トップ・パイロット穴１６９及び第１の垂直パイロット穴１６７を構成する穴を双方に向けて傾斜させることができる。垂直パイロット穴１６７はそこを通してＵＶセンサー（図示せず）がノズルから発せられる火炎のＵＶエネルギーを検出し、バーナーの動作を監視することができるポートとして機能することもできる。
【００３９】
図１９は本開示の別の実施の形態によるノズルの斜視図、また図２０は図１９のノズルの側面図である。図２１は図２０のノズルのＧ−Ｇ線断面図、図２２は図２１のノズルのＨ−Ｈ線断面図、図２３は図２１のノズルのＩ−Ｉ線断面図、また図２４は図２１のノズルのＪ−Ｊ線断面図である。図１９〜２４において、図１７〜１８に示したノズル１６０に類似した例示的なノズル１７０が示されているが、ノズル１７０は円筒ノズル１７０の外周面に８対の上部ガス出口１７２及び下部ガス出口１７４と７対の第１のガス・パイロット穴１７６及び第２のガス・パイロット穴１７８とを有している。図２３に示すように、第１のガス・パイロット穴１７６及び第２のガス・パイロット穴１７８を構成する穴がノズルの周辺／外側面において完全に交じわっている。本例示的な実施の形態を用いてノズル１７０に近接かつ外面に実質的に隣接して、第１及び第２のガスを混合燃焼させることができる。本開示の更に別の実施の形態において、第１のガス・パイロット穴１７７及び第２のガス・パイロット穴１７９を構成する穴が、そこからの第１及び第２のガスがバーナー内部、若しくは少なくとも前述の実施の形態よりもノズル１７０の外面の近くで素早く混合されるように、ノズル１７０外面のすぐ内側において交わっている（図２４）。このような実施の形態において、製造を容易にするために、第２のガス垂直パイロット穴１７９を構成する穴を縦穴１７７ａと横穴１７７ｂの２つの穴で構成することができる。プラグ１７７ｃを用いて水平穴１７７ｂの外側端部を密封することもできる。第１のガス垂直パイロット穴１７７から流出する第１のガスの速度を遅くするために、比較的直径の小さな穴部１７７ａと比較的直径の大きな穴部１７７ｂ（図２４）とによって、追加の第１のガス垂直パイロット穴１７７を構成することができる。内側から外側に向けて、穴径を適宜段階的若しくは徐々に大きくすることができる。同様に、第１の比較的径の小さな内側穴部分１７６ａと比較的径の大きな外側穴部分１７６ｂ（図２３）とによって、上部パイロット穴１７６を構成することができる。内側から外側に向けて、穴径を適宜段階的若しくは徐々に大きくすることができる。このような実施の形態によるパイロット火炎は吹消えに対する耐性を有し、再点火によって、主火炎が吹き消されることを確実に防止することができる。
【００４０】
図２５は、本開示の更に別の実施の形態によるノズルの斜視図、図２６は図２５のノズルの側面図、図２７は図２６のノズルのＫ−Ｋ線断面図、図２８は図２７のノズルのＬ−Ｌ線断面図、図２９は図２７のノズルのＭ−Ｍ線断面図、また図３０は図２７ノズルのＮ−Ｎ線断面図である。図２５〜３０において、図１７〜１８に示したノズル１７０に類似した例示的なノズル１８０が示されているが、ノズル１８０は８対の上部ガス出口１８２及び下部ガス出口１８４と７対の第１のガス・パイロット穴１８６及び第２のガス・パイロット穴１８８とを有している。図２６及び２８に示すように、上部ガス出口１８２を構成する穴が、ノズル１８０の外面において、下部ガス出口１８４を構成する穴と部分的に交わっている。そのような実施の形態により、第１のガス及び第２のガスが素早く混合燃焼され、ノズル１８０の近傍において火炎が生成される。同様に、図２９に示すように、第１のガス・パイロット穴１８６を構成する穴が、ノズル１８０の側面において、第２のガス・パイロット穴１８８と完全に交じわっている。そのような実施の形態により、第１のガス及び第２のガスが素早く混合燃焼され、ノズル１８０の近傍において火炎が生成される。このような実施の形態は、再点火を通して、主火炎が吹き消されるのを確実に防止するパイロット火炎をもたらす。図３０に示すように、ノズル１８０の中央穴１８３と連通する、ノズル１８０の上端又は端面の中心からずれた位置に形成された穴によって、追加の第１のガス・トップ又はエンド・パイロット穴１８７を構成することができる。中央供給穴１８３によって、第１のガス・トップ・パイロット穴が中央管１１２と連通している。外側管１１４の内部と連通しているノズル１８０の供給チャンネル１８７と連通している、ノズル１８０の上端又は端面の中心の穴によって、追加の第２のガス・トップ・パイロット穴１８９を構成することができる。
【００４１】
前述のように、図１３〜３０の前述の実施の形態のガス出口及びパイロット穴の大きさを変更することができる。図１３〜３０のノズルのガス出口の例示的な直径及び構成を下記の表２に示す。図１３〜３０のノズルのパイロット穴の例示的な直径及び構成を下記の表３に示す。
【００４２】
【表２】
0006431052.tif 000003
【００４３】
【表３】
0006431052.tif 000004
【００４４】
例示的なノズルから流出する混合ガスに点火し、ガラス融液中においてノズルから離れ第１のエグレス角度と第２のエグレス角度との間の方向に移動し、中央管の長手方向の軸から広がる火炎を生成することができる。この広がりによって、従来のＳＣＭバーナーと比較して、燃焼ガスの勢いがより水平になり、ガラス融液中に拡散して広げることができるため、ガラス融液中を移動する燃焼ガスの縦方向の速度及び勢いが低減され、前述のガラスの放り上げも低減される。前述のように、ノズルに近接して火炎を生成するために、上部ガス出口、下部ガス出口、及びパイロット穴は、前述の任意実施の形態に用いることができると共に、ノズルの外面若しく外面のすぐ内側において重複若しくは交差するガス出口対及びパイロット穴対も前述の任意実施の形態に用いることができる。従って、図示した実施の形態は単なる例示であって、本明細書に添付の特許請求の範囲がそのように限定されるものではない。
【００４５】
本開示の一部の実施の形態は、液中燃焼溶融炉用のバーナーを備えている。バーナーは密封された遠位端部を有する第１の管と、第１の管を受け入れるための開口部を備えた部分的に密封された遠位端部を有し、第１の管と環状の空間を画成する、第１の管と同心の第２の管とを備えている。バーナーは、第１のガスを供給する第１のガス・ポートを第１の管の密封された遠位端部に、第２のガスを環状空間に供給する第２のガス・ポートを第２の管の遠位端部に、またノズルを第１の管及び第２の管の近位端部に更に備えることができる。例示的な第１のガスを燃料とし、例示的な第２のガスを酸化剤とすることができる。ノズルは円錐台形、円筒形、あるいはその他の適切な幾何学的形状を有することができる。前述のように、ノズルは内部に形成された１つ以上のパイロット穴を有することもできる。第１のガスは第２のガスと異なる流量若しくは同じ流量で供給することができる。
【００４６】
ノズルはＮ個の第１のガス出口とＭ個の第２のガス出口とを有することができ、Ｎ個の第１のガス出口によって、第１のガス又は第２のガスがバーナー外部の溶融ガラス環境中に供給され、Ｍ個の第２のガス出口によって、第２のガス又は第１のガスがバーナー外部の溶融ガラス環境中に供給されることによって、溶融ガラス環境中において、第１のガスと第２のガスとが混合燃焼される。一部の実施の形態において、ＮはＭに等しくても異なっていてもよい。Ｎ及びＭの例示的な整数には１、２、３、４、５、６、７、及び８が含まれるが、これに限定されない。別の実施の形態において、第１のガス出口と第２のガス出口とを、各々が第１のガス出口と第１のガス出口の遠位近傍の第２のガス出口とを含む複数のガス出口対に配置することができる。第１のガス出口を第１の管の長手方向の軸から約２０°〜約８０°傾斜させることができると共に／又は第２のガス出口を第１の管の長手方向の軸から約１０°〜約７０°傾斜させることができる。更に、第１のガス出口と第２のガス出口との双方に向かう、若しくは双方から離れる集束角度を約０°〜約６０°とすることができる。前述のように、例示的なＮ個の第１のガス出口及びＭ個の第２のガス出口はノズルを貫通したそれぞれの穴によって構成することができ、少なくとも１つの穴の遠位端部が同じ穴の近位端部と異なる直径を有している。更に、前述したように、第１の管の長手方向の軸を中心に、第１のガス出口と第１のガス出口の遠位の第２のガス出口とを同心に配置することができる。一部の実施の形態において、Ｎ個の第１のガス出口の幾つかの直径がそれぞれ異なると共に／又はＭ個の第２のガス出口の幾つかの直径がそれぞれ異なっている。別の実施の形態において、Ｍ個の第２のガス出口の幾つかの直径がＮ個の第１のガス出口の直径と異なっている。更に別の実施の形態において、供給された第１のガスの略中心線と供給された第２のガスの略中心線とを加重平均した中心線が、第１の管の長手方向の軸から少なくとも２０°、４０°、あるいは６０°傾斜している。
【００４７】
本開示の別の実施の形態は、液中燃焼溶融炉用の別のバーナーを備えている。バーナーは密封された遠位端部を有する第１の管と、第１の管を受け入れるための開口を備えた部分的に密封された遠位端部を有し、第１の管と環状空間を画成する、第１の管と同心の第２の管とを有している。バーナーは、第１のガスを供給する第１のガス・ポートを第１の管の密封遠位端部に、第２のガスを環状空間に供給する第２のガス・ポートを第２の管の遠位端部に、またノズルを第１の管及び第２の管の近位端部に更に備えることができる。一部の実施の形態において、酸化剤と異なる流量で燃料を供給することができる。別の実施の形態において、供給された燃料の略中心線と供給された酸素の略中心線とを加重平均した中心線が、第１の管の長手方向の軸から少なくとも２０°傾斜している。
【００４８】
例示的なノズルは、溶融ガラス環境に燃料を供給する１つ以上の第１のガス出口と溶融ガラス環境に酸化剤を供給する１つ以上の第２のガス出口とを有することができ、少なくとも１つの第１のガス出口又は第２のガス出口が第１の管の長手方向の軸から３０°を超える角度で傾斜している。一部の実施の形態において、第１のガス出口と第１のガス出口の遠位の第２のガス出口とを第１の管の長手方向の中心軸の周りに配置することができる。別の実施の形態において、第１のガス出口と第２のガス出口とを、各々が第１のガス出口と第１のガス出口の遠位近傍の第２のガス出口とを含む複数のガス出口対に配置することができる。第１のガス出口を第１の管の長手方向の軸から約２０°〜約８０°傾斜させることができると共に／又は第２のガス出口を第１の管の長手方向の軸から約１０°〜約７０°傾斜させることができる。更に、第１のガス出口と第２のガス出口との双方に向かう、若しくは双方から離れる集束角度を約０°〜約６０°とすることができる。別の実施の形態において、ガス出口対の第１のガス出口及び第２のガス出口は互いに約０．１インチ（２．５４ミリメートル）の範囲内にある。更に、一部の実施の形態において、燃料及び/又は酸化剤が、１００ｍ／ｓ、２００ｍ／ｓ、あるいは２５０ｍ／ｓの速度でそれぞれの第１ガス出口及び第２のガス出口から流出することができる。各々の第１のガス出口及び第２のガス出口はノズルを貫通したそれぞれの穴によって構成することができ、少なくとも１つの穴の遠位端部が同じ穴の近位端部と異なる直径を有している。
【００４９】
本開示の更に別の実施の形態は、液中燃焼溶融炉用の別のバーナーを備えている。本バーナーは密封された遠位端部を有する第１の管、第１の管を受け入れるための開口を備えた部分的に密封された遠位端部を有し、第１の管と環状の空間を画成する、第１の管と同心の第２の管とを備えることができる。バーナーは、第１のガスを供給する第１のガス・ポートを第１の管の密封遠位端部に、第２のガスを環状空間に供給する第２のガス・ポートを第２の管の遠位端部に、またノズルを第１の管及び第２の管の近位端部に更備えることができる。
【００５０】
ノズルは、溶融ガラス環境に燃料を供給する第１の複数のガス出口と溶融ガラス環境に酸化剤を供給する第２の複数のガス出口とを有することができ、第１の複数のガス出口の各々が第１の管の長手方向の軸から３０°を超える角度で傾斜し、第２の複数のガス出口の各々が第１の管の長手方向の軸から３０°を超える角度で傾斜している。一部の実施の形態において、第１の複数のガス出口及び第２の複数のガス出口の各々を、各々が第１の複数のガス出口からのガス出口と第２の複数のガス出口からのガス出口とを含むガス出口対に配置される。別の実施の形態において、酸化剤と異なる流量で燃料を供給することができる。更に、ガス出口対が異なる流量で燃料と酸化剤とを供給することができる。別の実施の形態において、各々の第１のガス出口及び第２のガス出口はノズルを貫通したそれぞれの穴によって構成することができ、少なくとも１つの穴の遠位端部が同じ穴の近位端部と異なる直径を有している。別の実施の形態において、バーナーがノズル上に火炎センサーを備えることができる。更に別の実施の形態において、供給された燃料の略中心線と供給された酸素の略中心線とを加重平均した中心線が、第１の管の長手方向の軸から少なくとも２０°傾斜している。
【００５１】
本開示の更に別の実施の形態により、液中燃焼溶融炉システムが供給される。システムはガラス融液の溶融池を有する溶融室と、ガラス材料を溶融室に供給する供給ポートと、溶融室から排気ガスを通過させて排出することができる排気ポートと、出口通路によって溶融室に動作可能に接続され、溶融池からの溶融材料が出口通路を通して溶融室から流入し、次いで溶融装置から流出する溶融室と、溶融室の壁に拘束され、ガラス融液の溶融池に火炎を注入する１つ以上のバーナーとを備えることができる。例示的なバーナーは密封された遠位端部を有する第１の管と、第１の管を受け入れるための開口を備えた部分的に密封された遠位端部を有し、第１の管と環状空間を画成する、第１の管と同心の第２の管とを有している。バーナーは、第１のガスを供給する第１のガス・ポートを第１の管の密封された遠位端部に、第２のガスを環状空間に供給する第２のガス・ポートを第２の管の遠位端部に、またノズルを第１の管と第２の管の近位端部に更に備えることができる。例示的なノズルは、第１の複数のガス出口と第２の複数のガス出口とを有することができ、複数の第１のガス出口によって第１のガス又は第２のガスが供給され、複数の第２のガス出口によって第２のガス又は第１のガスが供給されることによって、第１のガスと第２のガスとが混合され、複数の第１のガス出口又は複数の第２のガス出口の少なくとも１つが、第１の管の長手方向の軸から３０°を超える角度で傾斜している。
【００５２】
本説明には多くの詳細が含まれているが、これ等はその範囲に限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ特定の実施の形態に特有であると思われる機能の説明であると解釈されるべきものである。これまで別々の実施形態の文脈で説明してきた特定の機能を組み合わせて１つの実施の形態で実施することができる。反対に、１つの実施形態の文脈で説明した様々な機能を複数の実施の形態で別々に、又は任意に適切に小結合して実施することもできる。更に、機能を特定の組合せで動作させることができると上述し、当初そのように特許請求することができるが、場合により、特許請求した組合せにおける１つ以上の機能を組合せから削除して、特許請求した組合せを小組合せ若しくは小組合せの変形とすることができる。
【００５３】
同様に、動作が特定の順序で描画若しくは図示されているが、これは、所望の結果を得るためには、そのような動作が図示した特定の順序又は順番に実施する必要があると解釈されるべきではなく、又図示したすべての動作を行う必要があると解釈されるべきではない。特定の状況において、マルチタスク及び並列処理が有益であり得る。
【００５４】
図１〜３０に示す種々の構成および実施の形態に示したように、液中燃焼溶融炉及びそのバーナーの様々な実施の形態について説明してきた。
【００５５】
本開示の好ましい実施の形態について説明してきたが、これ等の実施の形態は単なる例示であって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ規定されると解釈されるべきであり、あらゆる均等が認められるとき、本明細書を熟読することによって、当然多くの変形及び修正が当業者に思い浮べられる。
【符号の説明】
【００５６】
１０、１００  バーナー
１２、１１２  中央管
１３、２１３  冷却ジャケット
１４、１１４  外側管
１８、１２０  ノズル
２２          中央ガス出口
２４          外側ガス出口
１１６        環状空間
１１７        第１のガス・ポート
１１９        第２のガス・ポート
１２２        上部ガス出口
１２３        中央供給穴
１２４        下部ガス出口
１２５        外側供給穴
１５６        上部パイロット穴
１５７、１６７第１の垂直パイロット穴
１５８        下部パイロット穴
１６９        第２の垂直パイロット穴
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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