(57)【要約】【課題】  縦煙道の早期劣化を回避した上で、縦煙道を構成している耐火物の溶出に起因する生成物がその内壁面の広い面積に亘って堆積固化することを可及的に抑制すると共に、縦煙道内の温度を効果的に降温させる。【解決手段】  酸素燃焼式の溶解室２で発生した燃焼排ガスを下方に流下させる縦煙道３を備えると共に、この縦煙道３の流路面積を、燃焼排ガスの流下途中位置でその下流側を拡大させる。好ましくは、縦煙道３の流路面積は、燃焼排ガスの熱により縦煙道３の内壁面が溶出して生成された生成物が固化する位置よりも上流側の位置で拡大させる。また、縦煙道３の内壁面が、生成物が固化する温度よりも１００〜２００℃高い温度となる位置で、縦煙道３の流路面積を拡大させる。更に、縦煙道３の流路面積が、２．５倍以上となるように拡大させる。場合によっては、縦煙道３の流路面積を、複数箇所で段階的に拡大させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素燃焼式の溶解室で発生した燃焼排ガスを下方に流下させる縦煙道を備えたガラス溶融炉において、
前記縦煙道の流路面積を、燃焼排ガスの流下途中位置でその下流側を拡大させたことを特徴とするガラス溶融炉。
【請求項２】
前記縦煙道の流路面積を、燃焼排ガスの熱により前記縦煙道の内壁面が溶出して生成された生成物が固化する位置よりも上流側の位置で拡大させたことを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融炉。
【請求項３】
前記縦煙道の内壁面が、前記生成物が固化する温度よりも１００〜２００℃高い温度となる位置で、前記縦煙道の流路面積を拡大させたことを特徴とする請求項２に記載のガラス溶融炉。
【請求項４】
前記縦煙道の流路面積が、２．５倍以上となるように拡大させたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のガラス溶融炉。
【請求項５】
前記縦煙道の流路面積を、複数箇所で段階的に拡大させたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のガラス溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶融炉に係り、詳しくは、酸素燃焼式の溶解室で発生した排ガスを下方に流下させる縦煙道を備えたガラス溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、陰極線管や液晶ディスプレイに用いられるガラス物品、電子レンジのトレーに代表される耐熱ガラス物品、或いは管ガラス等を製造する工程においては、溶融ガラスの供給源となるガラス溶融炉として、重油または天然ガス等の燃料と純酸素とを混合して燃焼させる酸素燃焼バーナーを用いたいわゆる酸素燃焼式の溶融炉が実用化されるに至っている。
【０００３】
この酸素燃焼式の溶融炉は、その一例として、図５に示すように、ガラスを加熱溶融する溶解室２ｘで発生した燃焼排ガスを、上流端が溶解室２ｘに通じて垂直方向に延びる縦煙道３ｘを流下させ、吸引力を利用して排ガス処理設備に引き込む方式を採用したものが公知となっている。そして、この種の溶融炉の縦煙道は、その流路面積が入口から出口まで略同一とされるのが通例であり、またその流路を流下誘導される燃焼排ガスの温度は、例えば、入口付近が１６００℃程度で、出口付近が９００℃程度であることも一般に知られている。
【０００４】
また、酸素燃焼式の溶融炉としては、例えば下記の特許文献１に開示されているように、溶解室に通じる縦煙道を、燃焼排ガスの入口部分から上方と下方とに延設すると共に、燃焼排ガスについては、煙突効果により縦煙道内を上昇させて排ガス処理装置に誘導し、ダストについては、縦煙道内を降下させて下端のダスト溜に落下させる形式のものも公知となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３７６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前者のように縦煙道３ｘ内を燃焼排ガスが吸引力により流下する形式のものでは、縦煙道３ｘの上流側における燃焼排ガスの温度が、縦煙道３ｘの内壁部を構成している耐火レンガ等の耐火物成分の溶出温度よりも高いために、例えば主成分であるＡｌ2Ｏ3とＺｒＯ2とが溶出する。この結果、縦煙道３ｘ内には、その溶出物と、燃焼排ガス成分と、飛散原料とが反応することにより、例えば、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、ＺｒＯ2・ＳｉＯ２の結晶部とガラス相とからなる生成物が生成される。
【０００７】
この生成物は、約１１００℃以上で流動性があるため、縦煙道３ｘの入口付近からその内壁面を伝って生成物が流れ落ちるのに対して、縦煙道３ｘ内の燃焼排ガス温度は下方に移行するに連れて低温となる。このため、生成物が縦煙道３ｘの内壁面を伝って流下することにより、生成物の温度が約１１００℃まで降温した時点で、生成物は固化すると共に、この固化物は、時間経過に伴って堆積し、この堆積物１１ｘが縦煙道３ｘの流路を閉塞する。そして、このように縦煙道３ｘの流路が閉塞された場合には、溶解室２ｘの内圧が変動し、溶解室２ｘ内の溶融ガラスを原料とするガラス成形品或いはガラス製品の品質に悪影響を及ぼすという不具合が生じる。
【０００８】
更に、縦煙道３ｘを構成する耐火物の内壁面と、上述の生成物とは、両者の接触面で反応するため、生成物が耐火物の内壁面を伝って流れ落ちることにより、耐火物が広範囲に亘って侵食されると共に、生成物が固化して堆積した状態の下では、耐火物の内壁面の広い面積に亘って堆積物１１ｘが強固に貼り付いた状態となる。そのため、堆積物の除去或いは清掃に多大な労苦を要するという問題が生じる。
【０００９】
一方、後者（特許文献１）のように煙突効果を利用して縦煙道内を燃焼排ガスが上昇する形式のものでは、前者のように燃焼排ガスを下方に向かって吸引する形式のものとは異なり、縦煙道の上端出口付近でも燃焼排ガス温度が１２００℃程度まで降温するに過ぎない。このため、縦煙道を構成している耐火物が、入口付近から出口付近までの広い領域に亘って溶出するという事態を招く。そして、この溶出物が原因となって生成される生成物は、縦煙道の下端のダスト溜まで流下するために閉塞の問題は生じないものの、縦煙道の内部は生成物の流動性を阻止する温度（約１１００℃）を超えているために、耐火物の内壁面の侵食が著しく、縦煙道の早期劣化ひいては短寿命化を招くという問題が生じる。
【００１０】
更に、前者及び後者の双方共に、縦煙道を通過する燃焼排ガスの温度を好適に低下させて縦煙道内の高温に伴う種々の問題を回避するための工夫は何ら講じられていないのが実情であって、またそのような工夫としてどのような手段を採用すれば良いかが問題となる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、縦煙道の早期劣化を回避した上で、縦煙道を構成している耐火物の溶出に起因する生成物がその内壁面の広い面積に亘って堆積固化することを可及的に抑制すると共に、縦煙道内の温度を効果的に降温させることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記技術的課題を解決するためになされた本発明は、酸素燃焼式の溶解室で発生した燃焼排ガスを下方に流下させる縦煙道を備えたガラス溶融炉において、前記縦煙道の流路面積を、燃焼排ガスの流下途中位置でその下流側を拡大させたことを特徴とするものである。この場合、縦煙道の下流端は、吸引機能を有する電気集塵機等の排ガス処理設備に接続されていることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、縦煙道を構成している耐火物の内壁面が、高温の燃焼排ガスの熱により溶出されて生成する生成物（耐火物の溶出物と燃焼排ガス成分と飛散原料とが反応することにより得られる例えばＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、ＺｒＯ2・ＳｉＯ２の結晶部とガラス相とからなる生成物）が、縦煙道の非拡大部の内壁面を伝って流下するが、この生成物は、縦煙道の非拡大部の下端（拡大部の手前）に達した時点で、その下端からそのままの状態で垂直下方に向かって流下しようとする。この場合、非拡大部から拡大部に燃焼排ガスが流入した場合には、燃焼排ガス温度は断熱膨張によって大幅に低下している。従って、流動性を有する生成物は、非拡大部の下端から垂直下方に向かって流れつつ固化して、所謂つらら状またはカーテン状に垂れ下がった状態となり、生成物が縦煙道の内壁面上を不当に長い距離に亘って下方に流下して堆積することが抑止される。これにより、従来のように、縦煙道の内壁面に、中心側に向かって凸状の生成物の堆積が生じることによる不具合、すなわち縦煙道の流路が閉塞されることに起因して、溶解室の内圧が変動し、溶解室内の溶融ガラスを原料とするガラス成形品の品質に悪影響を与えるという不具合が生じ難くなる。しかも、生成物の縦煙道内壁面に沿う流下は、非拡大部の下端で阻止でき、拡大部には至らないことから、生成物が広い領域に亘って縦煙道の内壁面を侵食することが抑制されると共に、生成物の固化物は縦煙道の非拡大部の下端縁にのみ貼り付いた状態となることから、その貼り付いている根元部分のみを剥離させれば生成物を除去できることになり、その除去作業や清掃作業の簡易化が図られる。加えて、燃焼排ガスが縦煙道の非拡大部から拡大部に流入した時点では、断熱膨張により燃焼排ガスの温度が低下するため、上記の生成物の固化が適正に促進されるばかりでなく、縦煙道自体の不当な高温化が抑制されて縦煙道の長寿命化に寄与することができる。
【００１４】
上記の構成において、縦煙道の流路面積は、燃焼排ガスの熱により縦煙道の内壁面が溶出して生成された生成物が固化する位置よりも上流側の位置で拡大されていることが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、縦煙道の内壁面の溶出に起因して生成された生成物が、その内壁面において固化する手前で、縦煙道の非拡大部の下端から垂直下方に向かって垂れ下がった状態となるため、生成物が縦煙道の内壁面で固化することによる縦煙道の流路の閉塞、及びこれに起因する既述の不具合を、より確実に回避することが可能となる。
【００１６】
以上の構成において、縦煙道の内壁面が、生成物が固化する温度よりも１００〜２００℃高い温度となる位置で、縦煙道の流路面積を拡大させることが好ましい。
【００１７】
このように、縦煙道の流路面積を拡大させる位置を、生成物が固化する温度よりも１００〜２００℃（好ましくは１５０度程度）高い温度になる位置としておけば、縦煙道の非拡大部を生成物が流下して、非拡大部の下端から垂直下方に向かって流れ落ちようとした時点で好適に固化させることが可能となる。すなわち、上記の温度が１００℃未満であると、縦煙道の非拡大部の下端周辺における内壁面に生成物が堆積してその流路を閉塞するおそれがあり、２００℃を超えると、生成物が固化することなく落下してしまい、その除去作業が困難になるおそれがある。従って、このような不具合が生じないようにするには、上記の温度が１００〜２００℃であることが好ましい。
【００１８】
以上の構成において、縦煙道の流路面積は、２．５倍以上となるように拡大されていること、換言すれば、縦煙道の拡大部の流路面積は、非拡大部の流路面積の２．５倍以上であることが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、燃焼排ガスが縦煙道の非拡大部から拡大部に流入した時点での断熱膨張に伴う温度低下が、非拡大部の下端からの生成物の垂れ下がり部を固化させる上で充分なものになると同時に、縦煙道の長寿命化を図る上でも充分なものになる。このような観点から、拡大部の流路面積は、非拡大部の流路面積の３倍以上であることが好ましく、また縦煙道に対する吸引力の増大等を考慮すれば、４．５倍以下であることが好ましい。
【００２０】
以上の構成において、縦煙道の流路面積は、複数箇所で段階的に拡大されていてもよい。
【００２１】
このようにすれば、生成物の垂れ下がり状の固化物が、複数の拡大箇所に分散されて生成されることになるため、その除去作業を行なう頻度を少なくすることができ、保守点検の簡略化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように本発明に係るガラス溶融炉によれば、縦煙道を構成している耐火物の溶出に起因する生成物が、縦煙道の非拡大部の内壁面を伝って流下し、その下端に達した時点で、そのまま垂直下方に向かって流動しつつ固化して、つらら状またはカーテン状に垂れ下がった状態となるため、生成物が縦煙道の内壁面上を不当に長い距離に亘って下方に流下して堆積することが抑止される。これにより、縦煙道の内壁面に生成物の堆積が生じることによるその流路の閉塞、及びこれに起因する溶解室の内圧変動、更には溶解室内の溶融ガラスを原料とするガラス成形品の品質の悪化等が生じ難くなると共に、生成物が広い領域に亘って縦煙道の内壁面を侵食することが抑制される。また、生成物の固化物は縦煙道の非拡大部の下端縁にのみ貼り付いた状態となることから、その除去に要する労力が軽減されると共に、燃焼排ガスが拡大部に流入した時点で、断熱膨張により燃焼排ガスの温度が低下するため、生成物の固化が都合よく促進され、更には縦煙道の長寿命化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態に係るガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。同図に示すように、このガラス溶融炉１は、酸素燃焼バーナーを用いてガラスを加熱溶融させる酸素燃焼式の溶解室２を備え、この溶解室２の一側方（右側方）に、垂直方向に延びる縦煙道３が配設されている。詳述すると、溶解室２の一側方には、水平方向に延びる横煙道部分４の上流端が接続され、この横煙道部分４の下流端に、垂直方向に延びる縦煙道３の上端の入口５が通じている。また、この縦煙道３の下端の出口６は、水平方向に延びる横煙道部分７を介して、電気集塵機等の吸引機能を有する排ガス処理設備（図示略）に通じている。従って、縦煙道３の流路には、下方からの吸引力が作用している。また、この縦煙道３は、耐火レンガ等の耐火物で構築されている。なお、図示しないが、溶解室２の他側方（左側方）にも、同様にして、縦煙道が配設されている。
【００２５】
そして、この実施形態の特徴として、縦煙道３の流路面積は、燃焼排ガスの流下途中位置で、その下流側が拡大している。すなわち、縦煙道３の流路面積は、耐火物の溶出に起因する生成物が固化する温度（この実施形態では１１００℃）よりも１００〜２００℃好ましくは１５０℃高い温度となる位置を基準として、その上流側部位が非拡大部８とされ、その下流側部位が拡大部９とされている。ここで、生成物とは、縦煙道３を構成している耐火物が燃焼排ガスの熱によって溶出された溶出物と、燃焼排ガス成分と、飛散原料とが反応することにより得られる例えばＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、ＺｒＯ2・ＳｉＯ２の結晶部とガラス相とからなるものである。
【００２６】
この場合、縦煙道３の拡大部９の流路面積は、非拡大部８の流路面積の２．５倍以上、好ましくは３倍以上で４．５倍以下とされている。この実施形態では、拡大部９及び非拡大部８の流路断面は、双方共に矩形であるが、円形であっても差し支えなく、また非拡大部８の流路面積は、１．０ｍ2〜１．５ｍ2とされているのに対して、拡大部９の流路面積は、４．８ｍ2とされている。また、縦煙道３の非拡大部８と拡大部９とを連結する連結壁１０は、水平面に沿う平板状の壁であり、従って非拡大部８の周壁は連結壁１０に直角に連結されている。そして、非拡大部８の上端の入口５近傍における燃焼排ガスの温度は、約１６００℃であり、また燃焼排ガスの非拡大部８内での流速は、約０．３〜０．５ｍ／ｓである。なお、非拡大部８の流路面積は、従来の図５に示す縦煙道３ｘの流路面積と同一である。
【００２７】
この第１実施形態に係るガラス溶融炉１によれば、溶解室２で発生した燃焼排ガスは、矢印ａで示すように横煙道部分４を通過して縦煙道３の非拡大部８に流入した後、非拡大部８を流下するが、この間に非拡大部８の内壁面が燃焼排ガスの熱によって溶出し、既述の生成物が生成される。この生成物は、非拡大部８の内壁面を伝って流下するが、固化する前に非拡大部８の下端に達し、この下端からそのままの状態で垂直下方に向かって流動する。この場合、燃焼排ガスが非拡大部８から拡大部９に流入した時点で、燃焼排ガス温度は断熱膨張によって約１０００℃に低下していることから、非拡大部８の下端から垂直下方に向かって流動する生成物は適切に固化することになる。なお、燃焼排ガスは、拡大部９から矢印ｂで示すように、横煙道部分７を通過して出口６に至り、排ガス処理設備に引き込まれる。このような作用が長期間に亘って行なわれることにより、非拡大部８の下端に、垂直下方に向かって垂れ下がった所謂つらら状またはカーテン状の生成物の固化物１１が貼り付いた状態となる。この固化物１１は、成長しても非拡大部８の流路を閉塞することはないため、溶解室２の内圧を変動させて溶解室２内の溶融ガラスを原料とするガラス成形品の品質に悪影響を与える等の不具合が生じ難くなる。そして、この固化物１１は、拡大部９の周壁の上端部（周囲４面）に設けられた目穴１２を通じて、金属製の棒またはエアノッカー等でその根元部分を突付いて落下させることにより容易に除去することができる。
【００２８】
図２は、本発明の第２実施形態に係るガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。この第２実施形態に係るガラス溶融炉１が、上述の第１実施形態に係るガラス溶融炉１と相違しているところは、縦煙道３の非拡大部８と拡大部９とを連結している連結壁１０が、非拡大部８の周壁と鋭角に連結されている点である。このようにすれば、非拡大部８の下端まで流下した生成物が連結壁１０の内面を伝って拡大部９の周辺内面に至るという事態が確実に生じなくなる。その他の構成及び作用効果は、上述の第１実施形態に係るガラス溶融炉１と同一であるので、図２において、この両実施形態に共通の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
図３は、本発明の第３実施形態に係るガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。この第３実施形態に係るガラス溶融炉１が、上述の第１実施形態に係るガラス溶融炉１と相違しているところは、縦煙道３の非拡大部８を、拡大部９の上端よりも下方に突出させた点である。このようにすれば、同図に示すように、仮に非拡大部８と拡大部９とを連結している連結壁１０が、非拡大部８の周壁と鈍角に連結されていても、非拡大部８の下端まで流下した生成物が連結壁１０の内面を伝って拡大部９の周辺内面に至るという事態が確実に生じなくなる。その他の構成及び作用効果は、上述の第１実施形態に係るガラス溶融炉１と同一であるので、図３において、この両実施形態に共通の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
図４は、本発明の第４実施形態に係るガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。この第４実施形態に係るガラス溶融炉１が、上述の第１実施形態に係るガラス溶融炉１と相違しているところは、縦煙道３の拡大部９を、上流側の第１拡大部９ａと、それよりも流路面積の大きな下流側の第２拡大部９ｂとに区分し、下流側に移行するに連れて段階的に流路面積が大きくなるように構成した点である。このようにすれば、同図に示すように、先ず非拡大部８の下端に生成物の固化物１１ａが貼り付き、次に第１拡大部９ａの下端に生成物の固化物１１ｂが貼り付くことになる。従って、生成物の固化物１１ａ、１１ｂが二箇所に分散して形成されることになり、固化物１１ａ、１１ｂが許容範囲を超える大きさになるまでの時間が長期化されて、固化物１１ａ、１１ｂの除去作業を行なう頻度が減少し、保守が容易になる。その他の構成及び作用効果は、上述の第１実施形態に係るガラス溶融炉１と同一であるので、図４において、この両実施形態に共通の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略する。なお、この第４実施形態では、縦煙道３の拡大部９を二段階で拡大させたが、三段階以上で拡大させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。
【図５】従来のガラス溶融炉を示す概略縦断正面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ガラス溶融炉
２  溶解室
３  縦煙道
８  非拡大部
９  拡大部
９ａ  第１拡大部
９ｂ  第２拡大部
１１  固化物（生成物）
１１ａ  固化物（生成物）
１１ｂ  固化物（生成物）
【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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