(57)【要約】【課題】振動燃焼や付着火炎の発生が抑制された酸素富化燃焼管状火炎バーナを提供する。【解決手段】燃焼室Ｒに導入される総括の酸素の濃度が６０％以上の状態で燃料ガスを燃焼させて管状の火炎を形成する酸素富化燃焼管状火炎バーナであって、酸化剤ガス導入口３１は、燃焼室Ｒの中心軸である筒軸Ｃに平行な方向に延びるスリット状の開口であり、筒軸Ｃに平行な方向に関して閉塞端が位置する側を上流側（−Ｘ側）、開口端が位置する側を下流側（＋Ｘ側）とし、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕが、酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕよりも下流側に位置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が閉塞端であり他端が開口端である円筒状の燃焼室と、
前記燃焼室の内壁に設けられた開口であって、酸素を含む酸化剤ガスを前記燃焼室の内面の接線方向に向けて前記燃焼室に導入する酸化剤ガス導入口と、
前記燃焼室の内壁に設けられた開口であって、燃料を含む燃料ガスを前記燃焼室の内面の接線方向に向けて前記燃焼室に導入する燃料ガス導入口とを有し、
前記燃焼室に導入される総括の酸素の濃度が６０％以上の状態で前記燃料ガスを燃焼させて管状の火炎を形成する酸素富化燃焼管状火炎バーナであって、
前記酸化剤ガス導入口は、前記燃焼室の中心軸である筒軸に平行な方向に延びるスリット状の開口であり、
前記筒軸に平行な方向に関して前記閉塞端が位置する側を上流側、前記開口端が位置する側を下流側とし、前記燃料ガス導入口の上流側の端部が、前記酸化剤ガス導入口の上流側の端部よりも下流側に位置する酸素富化燃焼管状火炎バーナ。
【請求項２】
前記酸化剤ガス導入口を含む面における、前記筒軸に直交する方向の前記酸化剤ガス導入口の開口幅に対する、前記筒軸に平行な方向の前記酸化剤ガス導入口の開口幅の比率を第１縦横比とし、
前記燃料ガス導入口を含む面における、前記筒軸に直交する方向の前記燃料ガス導入口の開口幅に対する、前記筒軸に平行な方向の前記燃料ガス導入口の開口幅の比率を第２縦横比とし、
前記第２縦横比よりも前記第１縦横比の方が大きい請求項１に記載の酸素富化燃焼管状火炎バーナ。
【請求項３】
前記筒軸に平行な方向に関して、前記燃料ガス導入口の上流側の端部が、前記酸化剤ガス導入口の下流側の端部よりも下流側に位置する請求項１または２に記載の酸素富化燃焼管状火炎バーナ。
【請求項４】
前記筒軸に平行な方向に関して、前記燃料ガス導入口の上流側の端部と、前記酸化剤ガス導入口の下流側の端部との距離が、前記燃料ガス導入口の前記筒軸に平行な方向の開口幅以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸素富化燃焼管状火炎バーナ。
【請求項５】
前記筒軸に平行な方向に関して、前記燃料ガス導入口の上流側の端部と、前記酸化剤ガス導入口の下流側の端部との距離が、前記燃料ガス導入口の前記筒軸に平行な方向の開口幅の３倍以上４倍以下の範囲内である請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸素富化燃焼管状火炎バーナ。
【請求項６】
複数の前記酸化剤ガス導入口と複数の前記燃料ガス導入口とを有し、前記燃焼室の周方向に沿って前記酸化剤ガス導入口と前記燃料ガス導入口とが交互に配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸素富化燃焼管状火炎バーナ。
【請求項７】
前記燃焼室の前記閉塞端に設けられ、酸素を含む酸化剤ガスを前記筒軸に平行な方向に前記開口端に向けて前記燃焼室に導入する軸流導入口を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸素富化燃焼管状火炎バーナ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の酸素富化燃焼管状火炎バーナを有し、前記燃焼室の前記閉塞端から被加熱材料が供給され、前記被加熱材料が前記酸素富化燃焼管状火炎バーナにより形成された管状の火炎により加熱される材料加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に導入される酸化剤ガスにおける酸素の濃度が６０％以上の状態で燃料ガスを燃焼させて管状の火炎を形成する酸素富化燃焼管状火炎バーナ、および酸素富化燃焼管状火炎バーナにより形成された管状の火炎により被加熱材料を加熱する材料加熱装置に関する。
【０００２】
断熱火炎温度に近い高温場を形成できる燃焼方法として管状火炎がある。管状火炎とは、円筒状の燃焼室に接線方向から燃料と酸化剤を供給することで形成される、管状の火炎である。管状火炎の内側は高温の燃焼ガスとなっており、また管状火炎の外側は未燃の混合気に覆われている。これにより管状火炎は高い断熱性を持ち、断熱火炎温度に近い高温場を形成することが可能である。また管状火炎はその高い断熱性から、火炎内部が高温となっても火炎によるバーナの過熱は抑えられるため、実用的にも優れているといえる。管状火炎は、例えばガラスの製造（特許文献１）などに利用することが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２１７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火炎温度のさらなる上昇のため、管状火炎バーナにおいて酸素富化空気または純酸素にて燃焼を行うと、振動燃焼が発生したり、火炎がバーナの内壁に付着したりする場合がある。振動燃焼が発生すると、大きな騒音や振動が発生し、バーナや関連設備が破損する場合がある。火炎の付着については、一般の燃焼器・バーナにおいては正常な挙動であり何ら問題になることはない。しかし管状火炎バーナの場合には、火炎がバーナの内部（燃焼室）に形成されるため、火炎が付着するとバーナの内壁が過熱されてしまう。この場合も、バーナの破損に繋がる虞があり問題となる。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動燃焼や付着火炎の発生が抑制された酸素富化燃焼管状火炎バーナ、および酸素富化燃焼管状火炎バーナを用いた材料加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る酸素富化燃焼管状火炎バーナの特徴構成は、
一端が閉塞端であり他端が開口端である円筒状の燃焼室と、
前記燃焼室の内壁に設けられた開口であって、酸素を含む酸化剤ガスを前記燃焼室の内壁の接線方向に向けて前記燃焼室に導入する酸化剤ガス導入口と、
前記燃焼室の内壁に設けられた開口であって、燃料を含む燃料ガスを前記燃焼室の内壁の接線方向に向けて前記燃焼室に導入する燃料ガス導入口とを有し、
前記燃焼室に導入される総括の酸素の濃度が６０％以上の状態で前記燃料ガスを燃焼させて管状の火炎を形成する酸素富化燃焼管状火炎バーナであって、
前記酸化剤ガス導入口は、前記燃焼室の中心軸である筒軸に平行な方向に延びるスリット状の開口であり、
前記筒軸に平行な方向に関して前記閉塞端が位置する側を上流側、前記開口端が位置する側を下流側とし、前記燃料ガス導入口の上流側の端部が、前記酸化剤ガス導入口の上流側の端部よりも下流側に位置する点にある。
【０００７】
発明者らは鋭意検討の末、振動燃焼および付着火炎の発生が、酸化剤ガス導入口と燃料ガス導入口との位置関係・大小関係と相関があり、これらを工夫することで振動燃焼・付着火炎の発生を抑制して管状火炎を適切に形成できることを実験的に明らかにした。そのメカニズムは必ずしも明らかでないが、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を遅らせて、拡散燃焼的に燃焼させることにより、火炎の付着と振動燃焼が抑制されたと考えられる。従来の急速混合型の管状火炎は予混合火炎に近いものであるから、本発明に係る火炎とは燃焼形態が異なっていると予想される。
【０００８】
すなわち上記の特徴構成によれば、酸化剤ガス導入口を燃焼室の中心軸である筒軸に平行な方向に延びるスリット状の開口とし、燃料ガス導入口の上流側の端部が酸化剤ガス導入口の上流側の端部よりも下流側に位置するよう構成することで、振動燃焼と付着火炎の発生を抑制して管状火炎を形成することができる。
【０００９】
本発明に係る酸素富化燃焼管状火炎バーナの別の特徴構成は、前記酸化剤ガス導入口を含む面における、前記筒軸に直交する方向の前記酸化剤ガス導入口の開口幅に対する、前記筒軸に平行な方向の前記酸化剤ガス導入口の開口幅の比率を第１縦横比とし、前記燃料ガス導入口を含む面における、前記筒軸に直交する方向の前記燃料ガス導入口の開口幅に対する、前記筒軸に平行な方向の前記燃料ガス導入口の開口幅の比率を第２縦横比とし、前記第２縦横比よりも前記第１縦横比の方が大きい点にある。
【００１０】
上記の特徴構成によれば、燃料ガス導入口に係る第２縦横比よりも酸化剤ガス導入口に係る第１縦横比の方を大きくすることで、振動燃焼と付着火炎の発生をより適切に抑制することができる。
【００１１】
本発明に係る酸素富化燃焼管状火炎バーナの別の特徴構成は、前記筒軸に平行な方向に関して、前記燃料ガス導入口の上流側の端部が、前記酸化剤ガス導入口の下流側の端部よりも下流側に位置する点にある。
【００１２】
上記の特徴構成によれば、燃料ガス導入口の上流側の端部が酸化剤ガス導入口の下流側の端部よりも下流側に位置するから、燃料ガス導入口の全体が酸化剤ガス導入口よりも下流側に位置することになる。従って酸化剤ガスと燃料ガスとの混合がさらに遅れるので、これにより振動燃焼と付着火炎の発生をさらに抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る酸素富化燃焼管状火炎バーナの別の特徴構成は、前記筒軸に平行な方向に関して、前記燃料ガス導入口の上流側の端部と、前記酸化剤ガス導入口の下流側の端部との距離が、前記燃料ガス導入口の前記筒軸に平行な方向の開口幅以上である点にある。
【００１４】
上記の特徴構成によれば、燃料ガス導入口の上流側の端部と酸化剤ガス導入口の下流側の端部との距離が、燃料ガス導入口の筒軸に平行な方向の開口幅以上であることにより、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合がさらに遅れ、もって振動燃焼と付着火炎の発生をさらに抑制することができる。
【００１５】
本発明に係る酸素富化燃焼管状火炎バーナの別の特徴構成は、前記筒軸に平行な方向に関して、前記燃料ガス導入口の上流側の端部と、前記酸化剤ガス導入口の下流側の端部との距離が、前記燃料ガス導入口の前記筒軸に平行な方向の開口幅の３倍以上４倍以下の範囲内である点にある。
【００１６】
上記の特徴構成によれば、燃料ガス導入口の上流側の端部と、酸化剤ガス導入口の下流側の端部との距離が、燃料ガス導入口の筒軸に平行な方向の開口幅の３倍以上４倍以下の範囲内であることにより、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合がさらに遅れ、もって振動燃焼と付着火炎の発生をさらに抑制することができる。
【００１７】
本発明に係る酸素富化燃焼管状火炎バーナの別の特徴構成は、複数の前記酸化剤ガス導入口と複数の前記燃料ガス導入口とを有し、前記燃焼室の周方向に沿って前記酸化剤ガス導入口と前記燃料ガス導入口とが交互に配置される点にある。
【００１８】
上記の特徴構成によれば、燃焼室の周方向に沿って前記酸化剤ガス導入口と前記燃料ガス導入口とが交互に配置されるので、酸化剤ガスと燃料ガスとが燃焼室において適切に混合され好適である。
【００１９】
本発明に係る酸素富化燃焼管状火炎バーナの別の特徴構成は、前記燃焼室の前記閉塞端に設けられ、酸素を含む酸化剤ガスを前記筒軸に平行な方向に前記開口端に向けて前記燃焼室に導入する軸流導入口を有する点にある。
【００２０】
上記の特徴構成によれば、燃焼室の閉塞端に設けられ、酸素を含む酸化剤ガスを筒軸に平行な方向に開口端に向けて燃焼室に導入する軸流導入口を有することにより、軸流導入口からの酸化剤ガスが、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合を更に遅らせて拡散燃焼的に燃焼させるため、振動燃焼と付着火炎の発生がさらに抑制され、より高い酸素濃度にて管状火炎を形成することができる。
【００２１】
上記目的を達成するための本発明に係る材料加熱装置の特徴構成は、上述の酸素富化燃焼管状火炎バーナを有し、前記燃焼室の前記閉塞端から被加熱材料が供給され、前記被加熱材料が前記酸素富化燃焼管状火炎バーナにより形成された管状の火炎により加熱される点にある。
【００２２】
上記の特徴構成によれば、酸素富化燃焼管状火炎バーナの燃焼室の閉塞端から被加熱材料が供給され、被加熱材料が酸素富化燃焼管状火炎バーナにより形成された管状の火炎により加熱されるので、管状火炎の内部の高温場により被加熱材料を加熱することができ好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】管状火炎バーナの概略図
【図２】管状火炎バーナのＩＩ−ＩＩ断面図
【図３】管状火炎バーナにおいて形成される火炎の説明図
【図４】実験例１に係る管状火炎バーナのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図５】実験例１に係る火炎の形成状態を示すグラフ
【図６】実験例２に係る管状火炎バーナのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図７】実験例２に係る火炎の形成状態を示すグラフ
【図８】実験例３に係る管状火炎バーナのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図９】実験例３に係る火炎の形成状態を示すグラフ
【図１０】実験例４に係る管状火炎バーナのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図１１】実験例４に係る火炎の形成状態を示すグラフ
【図１２】実験例５に係る管状火炎バーナのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図１３】実験例５に係る火炎の形成状態を示すグラフ
【図１４】実験例６に係る管状火炎バーナのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図１５】実験例６に係る火炎の形成状態を示すグラフ
【図１６】実験例７に係る管状火炎バーナのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図１７】実験例７に係る火炎の形成状態を示すグラフ
【図１８】材料加熱装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、酸素富化燃焼管状火炎バーナの一例としての管状火炎バーナ１について図１および図２を参照しながら説明する。管状火炎バーナ１は、燃焼室形成部材１０と、副室形成部材１３と、筒体１４と、軸流ガスポート１５と、燃焼筒１６と、制御部Ｈとを有する。加えて管状火炎バーナ１は、酸化剤ガスと燃料ガスの供給源として、酸素ボンベ２１と、希釈剤ボンベ２２と、燃料ボンベ２３と、酸素供給路Ｌ１およびＬ２と、希釈剤供給路Ｌ３およびＬ４と、燃料供給路Ｌ５と、酸化剤ガス供給路Ｌ６と、燃料ガス供給路Ｌ７とを有する。
【００２５】
燃焼室形成部材１０は、中空の円筒状の部材であって、その内部に円筒状の燃焼室Ｒが形成されている。燃焼室形成部材１０の一方の端部には、副室形成部材１３が接続され、他方の端部には、燃焼筒１６が接続されている。以下、燃焼室形成部材１０の中心軸（すなわち燃焼室Ｒの中心軸）を筒軸Ｃと呼び、筒軸Ｃに沿って燃焼室形成部材１０から燃焼筒１６へ向かう方向を＋Ｘ方向（＋Ｘ側）、筒軸Ｃに沿って燃焼室形成部材１０から副室形成部材１３へ向かう方向を−Ｘ方向（−Ｘ側）とする。副室形成部材１３と、筒体１４と、燃焼筒１６とは、各々の中心軸が筒軸Ｃと一致する状態で接続されている。
【００２６】
燃焼室形成部材１０には、２つの酸化剤ガス供給体１１と、２つの燃料ガス供給体１２とが設けられている。酸化剤ガス供給体１１と燃料ガス供給体１２とは、いずれも断面が長方形の角パイプ状の部材である。酸化剤ガス供給体１１と燃料ガス供給体１２とは、角パイプとしての中心軸が、円筒状である燃焼室Ｒの外周面の接線方向に平行となる姿勢にて、燃焼室形成部材１０の外側に接続されている。そして角パイプ状である酸化剤ガス供給体１１および燃料ガス供給体１２の内部空間は、燃焼室Ｒと連通している。
【００２７】
酸化剤ガス供給体１１の内部空間には、第１スリットアダプタ１１ａが挿入されている。第１スリットアダプタ１１ａは直方体の部材であって、酸化剤ガス供給体１１の内部空間と略同一形状である。第１スリットアダプタ１１ａの表面には、一方の端部から他方の端部まで延びる幅広の溝が形成されている。第１スリットアダプタ１１ａが酸化剤ガス供給体１１の内部空間に挿入されると、上述の溝は、燃焼室形成部材１０の外部から燃焼室Ｒまで延びる気体の流路となる。酸化剤ガス供給体１１には、後述する酸化剤ガス供給路Ｌ６が接続される。酸化剤ガス供給路Ｌ６から供給された酸化剤が当該流路を通り、当該流路の出口すなわち、燃焼室Ｒの内壁Ｒｗに設けられた開口である酸化剤ガス導入口３１から、燃焼室Ｒの内面（内壁Ｒｗ）の接線方向に向けて、燃焼室Ｒに導入される。
【００２８】
燃料ガス供給体１２の内部空間には、第２スリットアダプタ１２ａが挿入されている。第２スリットアダプタ１２ａは直方体の部材であって、燃料ガス供給体１２の内部空間と略同一形状である。第２スリットアダプタ１２ａの表面には、一方の端部から他方の端部まで延びる切欠きが形成されている。第２スリットアダプタ１２ａが燃料ガス供給体１２の内部空間に挿入されると、上述の切欠きは、燃焼室形成部材１０の外部から燃焼室Ｒまで延びる気体の流路となる。燃料ガス供給体１２には、後述する燃料ガス供給路Ｌ７が接続される。燃料ガス供給路Ｌ７から供給された燃料が当該流路を通り、当該流路の出口すなわち、燃焼室Ｒの内壁Ｒｗに設けられた開口である燃料ガス導入口３２から、燃焼室Ｒの内面（内壁Ｒｗ）の接線方向に向けて、燃焼室Ｒに導入される。
【００２９】
図２に示される様に、２つの酸化剤ガス供給体１１は、筒軸Ｃを挟んで対向する位置に配置されている。２つの燃料ガス供給体１２は、２つの酸化剤ガス供給体１１の中間の位置であって、筒軸Ｃを挟んで対向する位置に配置されている。つまり酸化剤ガス供給体１１と燃料ガス供給体１２は、筒軸Ｃに沿う方向から見て円形状である燃焼室形成部材１０に対して、等間隔すなわち９０°毎に交互に配置されている。よって、２つの酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２は、筒軸Ｃに沿う方向から見て円形状である燃焼室Ｒの内壁Ｒｗに対して、等間隔すなわち９０°毎に交互に配置されている。換言すれば、酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２とが、燃焼室Ｒの周方向に沿って交互に配置される。
【００３０】
副室形成部材１３は、中空の円筒状の部材であって、その内部に円筒状の副室Ｓが形成されている。副室Ｓの＋Ｘ側と、燃焼室Ｒの−Ｘ側とが連通しており、燃焼室Ｒの中心軸は筒軸Ｃに一致している。副室形成部材１３には、管状火炎バーナ１の点火装置としての点火プラグ（図示なし）が配置されており、点火プラグの先端は燃焼室Ｒの内部に配置されている。
【００３１】
筒体１４は、中空の円筒状の部材であって、−Ｘ側の端部は閉じられている。筒体１４の内部空間の＋Ｘ側と、副室Ｓの−Ｘ側とが連通しており、筒体１４の内部空間（円筒状）の中心軸は筒軸Ｃに一致している。筒体１４の−Ｘ側の端部には、管状火炎バーナ１の火炎検知器としてのＵＶセンサ（図示なし）が設置されている。ＵＶセンサは、管状火炎バーナ１の火炎を検知し、不着火や失火を制御部Ｈに報知する。
【００３２】
軸流ガスポート１５は、パイプ状の部材であって、その中心軸が筒軸Ｃに対して傾斜して交差する姿勢で、筒体１４に接続されている。軸流ガスポート１５の内部の空間は、筒体１４の内部の空間と連通している。軸流ガスポート１５には、後述する酸素供給路Ｌ２が接続されている。
【００３３】
燃焼筒１６は、中空の円筒状の部材である。燃焼筒１６の−Ｘ側は燃焼室形成部材１０に接続されている。燃焼筒１６の内部空間は、−Ｘ側が燃焼室Ｒに接続され、＋Ｘ側が開放されている。すなわち管状火炎バーナ１は全体として、−Ｘ側は閉塞されており、＋Ｘ側は開放されている。よって、燃焼室形成部材１０の内部空間である燃焼室Ｒに関し、−Ｘ側の端部は、筒体１４の端部が閉塞されていることから閉塞端であるといえる。そして＋Ｘ側の端部は、燃焼筒１６の端部が開放されていることから開口端であるといえる。以下、燃焼室Ｒの−Ｘ側の端部を閉塞端Ｒｕといい、＋Ｘ側の端部を開口端Ｒｄという。そして燃焼室Ｒにおいて、−Ｘ側すなわち筒軸Ｃに平行な方向に関して閉塞端Ｒｕが位置する側を上流側、開口端Ｒｄが位置する側を下流側という。
【００３４】
ここで軸流ガスポート１５に再度言及すると、酸素供給路Ｌ２から供給された酸素は、軸流ガスポート１５の内部空間および筒体１４の内部空間を通って副室Ｓに流れ込み、燃焼室Ｒへ供給される。すなわち管状火炎バーナ１は、燃焼室Ｒの閉塞端Ｒｕに設けられ、酸素を筒軸Ｃに平行な方向に開口端Ｒｄに向けて燃焼室Ｒに導入する軸流導入口３３を有している。なお本実施形態では、軸流導入口３３から酸素を導入する例を説明するが、酸素を含む酸化剤ガスを軸流導入口３３から導入する形態も可能である。
【００３５】
酸素ボンベ２１には純粋な酸素が貯留されており、接続された酸素供給路Ｌ１およびＬ２を通じて管状火炎バーナ１に酸素を供給する。酸素供給路Ｌ１の酸素の流量は、流量計Ｍ１を通じて制御部Ｈに検知され、制御部Ｈに制御された調節弁Ｖ１により調節される。酸素供給路Ｌ２の酸素の流量は、流量計Ｍ２を通じて制御部Ｈに検知され、制御部Ｈに制御された調節弁Ｖ２により調節される。
【００３６】
希釈剤ボンベ２２には希釈剤としての二酸化炭素が貯留されており、接続された希釈剤供給路Ｌ３およびＬ４を通じて管状火炎バーナ１に希釈剤を供給する。希釈剤供給路Ｌ３の希釈剤の流量は、流量計Ｍ３を通じて制御部Ｈに検知され、制御部Ｈに制御された調節弁Ｖ３により調節される。希釈剤供給路Ｌ４の希釈剤の流量は、流量計Ｍ４を通じて制御部Ｈに検知され、制御部Ｈに制御された調節弁Ｖ４により調節される。なお希釈剤は、酸素濃度の調整のために用いられているが、燃焼反応に直接関与しない不活性ガスである必要がある。
【００３７】
燃料ボンベ２３には燃料としてのＣＮＧ（圧縮天然ガス）が貯留されており、接続された燃料供給路Ｌ５を通じて管状火炎バーナ１に燃料を供給する。燃料供給路Ｌ５の燃料の流量は、流量計Ｍ５を通じて制御部Ｈに検知され、制御部Ｈに制御された調節弁Ｖ５により調節される。
【００３８】
酸素供給路Ｌ１と希釈剤供給路Ｌ３とが酸化剤ガス供給路Ｌ６に接続されており、酸化剤ガス供給路Ｌ６は上述の通り酸化剤ガス供給体１１に接続されている。よって、酸素供給路Ｌ１を流れる酸素と希釈剤供給路Ｌ３を流れる希釈剤とが混合されて、酸素を含む酸化剤ガスとなり、酸化剤ガス供給体１１すなわち酸化剤ガス導入口３１へと供給される。酸素供給路Ｌ２は軸流ガスポート１５に接続されているから、酸素供給路Ｌ２を流れる酸素が軸流導入口３３へ供給される。
【００３９】
制御部Ｈは、酸素供給路Ｌ１を流れる酸素の流量と、希釈剤供給路Ｌ３を流れる希釈剤の流量とを制御して、酸化剤ガス導入口３１に供給される酸化剤ガスの流量と酸素濃度とを制御する。また制御部Ｈは、酸素供給路Ｌ２を流れる酸素の流量を制御して、軸流導入口３３に供給される酸素の流量を制御する。
【００４０】
希釈剤供給路Ｌ４と燃料供給路Ｌ５とが燃料ガス供給路Ｌ７に接続されており、燃料ガス供給路Ｌ７は上述の通り燃料ガス供給体１２に接続されている。よって、希釈剤供給路Ｌ４を流れる希釈剤と燃料供給路Ｌ５を流れる燃料とが混合されて、燃料ガスとなり、燃料ガス供給体１２すなわち燃料ガス導入口３２へと供給される。制御部Ｈは、希釈剤供給路Ｌ４を流れる希釈剤の流量と、燃料供給路Ｌ５を流れる燃料の流量とを制御して、燃料ガス導入口３２に供給される燃料ガスの流量と濃度とを制御する。
【００４１】
すなわち制御部Ｈは、酸素供給路Ｌ１およびＬ２を流れる酸素の流量と、希釈剤供給路Ｌ３およびＬ４を流れる希釈剤の流量とを制御している。これにより制御部Ｈは、燃焼室Ｒに導入される酸素の総量と希釈剤の総量とを制御し、もって燃焼室Ｒに導入される総括の酸素の濃度を制御している。
【００４２】
制御部Ｈが調節弁Ｖ１〜Ｖ５を制御して、酸化剤ガス導入口３１から酸化剤ガスを、燃料ガス導入口３２から燃料ガスを各々噴出させると、燃焼室Ｒに導入された酸化剤ガスと燃料ガスは、図２に示すように筒軸Ｃの周りに旋回する。そして点火プラグ（図示なし）により点火すると、燃焼室Ｒ内に管状の火炎が生成される。
【００４３】
＜管状火炎の生成実験＞
発明者は、様々な形状の溝・切欠きを有する複数の第１スリットアダプタ１１ａおよび第２スリットアダプタ１２ａを用意して、酸化剤ガス導入口３１および燃料ガス導入口３２の大きさ・位置を様々に変更し、また燃焼室Ｒに導入される酸化剤ガスにおける酸素の濃度（以下「酸素濃度」という。）と、軸流導入口３３から導入される酸素の流量（以下「軸方向酸素流量」という。）とを変化させて、管状火炎の生成状況を調べた。以下、実験例１〜７について説明する。
【００４４】
まず、燃焼室Ｒに生成する火炎の種別について図３を用いて説明する。燃焼筒１６の下流側にカメラＣｍを設置し、燃焼室Ｒに形成される火炎を撮影した。撮影された火炎の画像の例を図３に示す。
【００４５】
図３（ａ）は、酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方において付着火炎が発生していない、理想的な管状火炎の画像である。なお酸化剤ガス導入口３１は、画像中のＯ2で示される矢印の先端に位置し、燃料ガス導入口３２は、画像中ＮＧで示される矢印の先端に位置している。以降示すグラフにおいて、この火炎の形成を「○」印で表す。
【００４６】
図３（ｂ）は、燃料ガス導入口３２に火炎が付着した状態、すなわち燃料ガス導入口３２において付着火炎が発生した状態の管状火炎の画像である。酸化剤ガス導入口３１では付着火炎は発生せず、火炎はきれいな円弧状となっている。以降示すグラフにおいて、この火炎の形成を「△」印で表す。
【００４７】
図３（ｃ）は、酸化剤ガス導入口３１に火炎が付着した状態、すなわち酸化剤ガス導入口３１において付着火炎が発生した状態の管状火炎の画像である。燃料ガス導入口３２では付着火炎は発生せず、火炎はきれいな円弧状となっている。以降示すグラフにおいて、この火炎の形成を「□」印で表す。
【００４８】
図３（ｄ）は、酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着した状態、すなわち酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方にて付着火炎が発生した状態の管状火炎の画像である。以降示すグラフにおいて、この火炎の形成を「▲」印で表す。
【００４９】
＜実験例１：実施例＞
図４は、実験例１に係る酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の大きさ、形状、位置関係を示したものである。図中、酸化剤ガス導入口３１を含む面における、筒軸Ｃに直行する方向の酸化剤ガス導入口３１の開口幅がＷｏｃとして、筒軸Ｃに平行な方向の酸化剤ガス導入口３１の開口幅がＷｏａとして示されている。
燃料ガス導入口３２を含む面における、筒軸Ｃに直行する方向の燃料ガス導入口３２の開口幅がＷｆｃとして、筒軸Ｃに平行な方向の燃料ガス導入口３２の開口幅がＷｆａとして示されている。酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕおよび下流側の端部３１ｄと、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕおよび下流側の端部３２ｄとが、図中に示されている。そして筒軸Ｃに平行な方向に関して、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕと、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄとの距離Ｄが図中に示されている。
【００５０】
実験例１では、酸化剤ガス導入口３１は第１スリットアダプタ１１ａの中央に設けられ、Ｗｏａ＝１５ｍｍ、Ｗｏｃ＝２ｍｍとされている。燃料ガス導入口３２は第２スリットアダプタ１２ａの下流側の端に設けられ、Ｗｆａ＝２．５ｍｍ、Ｗｆｃ＝２．５ｍｍとされている。筒軸Ｃに平行な方向に関して第１スリットアダプタ１１ａの長さが５０ｍｍ、第２スリットアダプタ１２ａの長さが４０ｍｍであることから、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕと、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄとの距離Ｄは１０ｍｍとなっている。
【００５１】
以上説明した構成の管状火炎バーナ１にて、酸素濃度および軸方向酸素流量を様々に変更して、燃焼室Ｒに形成される火炎の状態を調べた。なお酸素濃度は、燃焼室Ｒに導入される総括の酸素の濃度である。つまり酸素濃度は、以下の式で計算される。
（酸素濃度）＝
（［Ｏ2］31＋［Ｏ2］33）／（［Ｏ2］31＋［ＣＯ2］31＋［ＣＯ2］32＋［Ｏ2］33）
［Ｏ2］31：酸化剤ガス導入口３１から燃焼室Ｒに供給される酸素の流量
（＝酸素供給路Ｌ１から供給される酸素の流量）
［Ｏ2］33：軸流導入口３３から燃焼室Ｒに供給される酸素の流量
（＝酸素供給路Ｌ２から供給される酸素の流量）
［ＣＯ2］31：酸化剤ガス導入口３１から燃焼室Ｒに供給される希釈剤の流量
（＝希釈剤供給路Ｌ３から供給される二酸化炭素の流量）
［ＣＯ2］32：燃料ガス導入口３２から燃焼室Ｒに供給される希釈剤の流量
（＝希釈剤供給路Ｌ４から供給される二酸化炭素の流量）
管状火炎バーナ１における燃焼の条件としては、酸素濃度０．６（６０％）以上、燃焼量２０ｋＷ、酸素比１．１である。この条件は、以降の実験例・比較例においても同様である。
【００５２】
図５は、実験例１の実験結果を示すグラフである。軸方向酸素流量がゼロのとき、酸素濃度０．７〜０．８で付着火炎は発生せず、理想的な管状火炎が形成された（○印）。軸方向酸素流量５〜１５Ｌ／ｍｉｎでは、酸素濃度１．０（１００％）を含む全ての酸素濃度条件において、付着火炎のない完全な管状火炎が形成された。実験例１では、振動燃焼は発生せず、また酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着する状態（▲印）も発生しなかった。
【００５３】
実験例１について検討するに、図４に示される通り酸化剤ガス導入口３１は、燃焼室Ｒの中心軸である筒軸Ｃに平行な方向に延びるスリット状の開口となっている。そして燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕが、酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕよりも下流側に位置している。
【００５４】
酸化剤ガス導入口３１を含む面における、筒軸Ｃに直行する方向の酸化剤ガス導入口３１の開口幅Ｗｏｃに対する、筒軸Ｃに平行な方向の酸化剤ガス導入口３１の開口幅Ｗｏａの比率を、第１縦横比Ａｏとする。燃料ガス導入口３２を含む面における、筒軸Ｃに直行する方向の燃料ガス導入口３２の開口幅Ｗｆｃに対する、筒軸Ｃに平行な方向の燃料ガス導入口３２の開口幅Ｗｆａの比率を、第２縦横比Ａｆとする。酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏは、Ａｏ＝Ｗｏａ／Ｗｏｃ＝７．５と計算され、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆは、Ａｆ＝Ｗｆａ／Ｗｆｃ＝１と計算される。実験例１では、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆ＝１よりも酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏ＝７．５の方が大きい。
【００５５】
筒軸Ｃに平行な方向に関して、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄよりも下流側に位置している。そして、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕと、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄとの距離Ｄ＝１０ｍｍは、燃料ガス導入口３２の筒軸Ｃに平行な方向の開口幅Ｗｆａ＝２．５ｍｍの４倍の距離となっている。
【００５６】
これらの構成により実験例１は、振動燃焼と付着火炎の発生が抑制され、上述した通りの良好な管状火炎の形成が実現したものと考えられる。
【００５７】
＜実験例２：実施例＞
図６は、実験例２に係る酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の大きさ、形状、位置関係を示したものである。なお図中に用いられているＷｏａ、Ｗｏｃ、Ｗｆａ、Ｗｆｃ、Ｄの符号、および第１縦横比Ａｏ、第２縦横比Ａｆ、開口の面積（Ｓｏ、Ｓｆ）の意義は実験例１と同様であり、以降説明を省略する。
【００５８】
実験例２では、酸化剤ガス導入口３１は第１スリットアダプタ１１ａの中央に設けられ、Ｗｏａ＝３０ｍｍ、Ｗｏｃ＝１ｍｍとされている。燃料ガス導入口３２は第２スリットアダプタ１２ａの下流側の端に設けられ、Ｗｆａ＝２．５ｍｍ、Ｗｆｃ＝２．５ｍｍとされている。端部３２ｕと端部３１ｄとの距離Ｄは２．５ｍｍとなっている。
【００５９】
図７は、実験例２の実験結果を示すグラフである。軸方向酸素流量がゼロのとき、酸素濃度０．６〜０．７および０．９で付着火炎は発生せず、理想的な管状火炎が形成された（○印）。軸方向酸素流量１０〜３０Ｌ／ｍｉｎで、低めの酸素濃度（０．６〜０．７）および純酸素（１．０）の酸素濃度条件において、付着火炎のない完全な管状火炎が形成された。実験例２においても、振動燃焼は発生せず、また酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着する状態（▲印）も発生しなかった。
【００６０】
実験例２について検討するに、図６に示される通り酸化剤ガス導入口３１は、燃焼室Ｒの中心軸である筒軸Ｃに平行な方向に延びるスリット状の開口となっている。そして燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕが、酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕよりも下流側に位置している。
【００６１】
酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏは、Ａｏ＝Ｗｏａ／Ｗｏｃ＝３０と計算され、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆは、Ａｆ＝Ｗｆａ／Ｗｆｃ＝１と計算される。実験例２では、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆ＝１よりも酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏ＝３０の方が大きい。
【００６２】
筒軸Ｃに平行な方向に関して、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄよりも下流側に位置している。そして、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕと、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄとの距離Ｄ＝２．５ｍｍは、燃料ガス導入口３２の筒軸Ｃに平行な方向の開口幅Ｗｆａ＝２．５ｍｍと等しくなっている。
【００６３】
これらの構成により実験例２は、振動燃焼と付着火炎の発生が抑制され、実験例１に対しては若干劣るものの、上述した通りの良好な管状火炎の形成が実現したものと考えられる。
【００６４】
＜実験例３：実施例＞
図８は、実験例３に係る酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の大きさ、形状、位置関係を示したものである。実験例３では、酸化剤ガス導入口３１は第１スリットアダプタ１１ａの中央に設けられ、Ｗｏａ＝２０ｍｍ、Ｗｏｃ＝１ｍｍとされている。燃料ガス導入口３２は第２スリットアダプタ１２ａの下流側の端に設けられ、Ｗｆａ＝２．５ｍｍ、Ｗｆｃ＝２．５ｍｍとされている。端部３２ｕと端部３１ｄとの距離Ｄは７．５ｍｍとなっている。
【００６５】
図９は、実験例３の実験結果を示すグラフである。軸方向酸素流量がゼロのとき、酸素濃度０．６〜０．８で付着火炎は発生せず、理想的な管状火炎が形成された（○印）。軸方向酸素流量１５〜２０Ｌ／ｍｉｎでは、酸素濃度１．０（１００％）を含む全ての酸素濃度条件において、付着火炎のない完全な管状火炎が形成された。実験例３においても、振動燃焼は発生せず、また酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着する状態（▲印）も発生しなかった。
【００６６】
実験例３について検討するに、図８に示される通り酸化剤ガス導入口３１は、燃焼室Ｒの中心軸である筒軸Ｃに平行な方向に延びるスリット状の開口となっている。そして燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕが、酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕよりも下流側に位置している。
【００６７】
酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏは、Ａｏ＝Ｗｏａ／Ｗｏｃ＝２０と計算され、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆは、Ａｆ＝Ｗｆａ／Ｗｆｃ＝１と計算される。実験例３では、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆ＝１よりも酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏ＝２０の方が大きい。
【００６８】
筒軸Ｃに平行な方向に関して、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄよりも下流側に位置している。そして、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕと、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄとの距離Ｄ＝７．５ｍｍは、燃料ガス導入口３２の筒軸Ｃに平行な方向の開口幅Ｗｆａ＝２．５ｍｍの３倍の距離となっている。
【００６９】
これらの構成により実験例３は、振動燃焼と付着火炎の発生が抑制され、実験例１と同等かそれ以上の、上述した通りの良好な管状火炎の形成が実現したものと考えられる。
【００７０】
＜実験例４：実施例＞
図１０は、実験例４に係る酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の大きさ、形状、位置関係を示したものである。実験例４では、酸化剤ガス導入口３１は第１スリットアダプタ１１ａの中央に設けられ、Ｗｏａ＝１５ｍｍ、Ｗｏｃ＝２ｍｍとされている。燃料ガス導入口３２は第２スリットアダプタ１２ａの中央に設けられ、Ｗｆａ＝２．５ｍｍ、Ｗｆｃ＝２．５ｍｍとされている。
【００７１】
図１１は、実験例４の実験結果を示すグラフである。軸方向酸素流量がゼロのとき、酸素濃度０．７で付着火炎は発生せず、理想的な管状火炎が形成された（○印）。軸方向酸素流量ゼロおよび５Ｌ／ｍｉｎでは、酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着する状態（▲印）の発生は無かった。一方、軸方向酸素流量が１０Ｌ／ｍｉｎ以上の条件では、一部に酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着する状態（▲印）が発生した。全ての燃焼条件において振動燃焼は発生しなかった。
【００７２】
実験例４について検討するに、図１０に示される通り酸化剤ガス導入口３１は、燃焼室Ｒの中心軸である筒軸Ｃに平行な方向に延びるスリット状の開口となっている。そして燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕが、酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕよりも下流側に位置している。
【００７３】
酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏは、Ａｏ＝Ｗｏａ／Ｗｏｃ＝７．５と計算され、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆは、Ａｆ＝Ｗｆａ／Ｗｆｃ＝１と計算される。実験例４では、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆ＝１よりも酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏ＝７．５の方が大きい。
【００７４】
筒軸Ｃに平行な方向に関して、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄよりも上流側に位置している。
【００７５】
これらの構成により実験例４は、振動燃焼と付着火炎の発生がある程度抑制され、実験例１〜３には劣るものの、上述した通りの良好な管状火炎の形成が実現したものと考えられる。
【００７６】
＜実験例５：対比例＞
図１２は、実験例５に係る酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の大きさ、形状、位置関係を示したものである。実験例５では、酸化剤ガス導入口３１は第１スリットアダプタ１１ａの中央に設けられ、Ｗｏａ＝１５ｍｍ、Ｗｏｃ＝２ｍｍとされている。燃料ガス導入口３２は第２スリットアダプタ１２ａの中央に設けられ、Ｗｆａ＝１５ｍｍ、Ｗｆｃ＝１ｍｍとされている。
【００７７】
図１３は、実験例５の実験結果を示すグラフである。軸方向酸素流量がゼロのとき、酸素濃度０．６で付着火炎は発生せず、理想的な管状火炎が形成された（○印）。しかし振動燃焼が酸素濃度０．６〜０．７で発生した。軸方向酸素流量ゼロおよび５〜３０Ｌ／ｍｉｎでは、高い酸素濃度（０．７５以上）にて、酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着する状態（▲印）が発生した。また低い酸素濃度では振動燃焼が発生した。
【００７８】
実験例５について検討するに、図１２に示される通り酸化剤ガス導入口３１は、燃焼室Ｒの中心軸である筒軸Ｃに平行な方向に延びるスリット状の開口となっている。そして燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、筒軸Ｃに平行な方向に関して、酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕと同じ位置となっている。
【００７９】
酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏは、Ａｏ＝Ｗｏａ／Ｗｏｃ＝７．５と計算され、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆは、Ａｆ＝Ｗｆａ／Ｗｆｃ＝１５と計算される。実験例５では、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆ＝１５よりも酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏ＝７．５の方が小さい。
【００８０】
筒軸Ｃに平行な方向に関して、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄよりも上流側に位置している。
【００８１】
これらの構成により実験例５では、幅広い燃焼条件で振動燃焼と付着火炎が発生したものと考えられる。振動燃焼は抑制されているとはいえず、管状火炎の形成状況も実験例１〜４に比べて明らかに劣っている。
【００８２】
＜実験例６：対比例＞
図１４は、実験例６に係る酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の大きさ、形状、位置関係を示したものである。実験例６では、酸化剤ガス導入口３１は第１スリットアダプタ１１ａの中央に設けられ、Ｗｏａ＝３０ｍｍ、Ｗｏｃ＝１ｍｍとされている。燃料ガス導入口３２は第２スリットアダプタ１２ａの中央に設けられ、Ｗｆａ＝３０ｍｍ、Ｗｆｃ＝０．５ｍｍとされている。
【００８３】
図１５は、実験例６の実験結果を示すグラフである。軸方向酸素流量がゼロのとき、酸素濃度０．６で付着火炎は発生せず、理想的な管状火炎が形成された（○印）。しかし振動燃焼が酸素濃度０．６〜０．７で発生した。軸方向酸素流量ゼロおよび５〜３０Ｌ／ｍｉｎでは、高い酸素濃度（０．７以上）にて、酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着する状態（▲印）が発生した。また低い酸素濃度では振動燃焼が発生した。
【００８４】
実験例６について検討するに、図１４に示される通り酸化剤ガス導入口３１は、燃焼室Ｒの中心軸である筒軸Ｃに平行な方向に延びるスリット状の開口となっている。そして燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、筒軸Ｃに平行な方向に関して、酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕと同じ位置となっている。
【００８５】
酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏは、Ａｏ＝Ｗｏａ／Ｗｏｃ＝３０と計算され、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆは、Ａｆ＝Ｗｆａ／Ｗｆｃ＝６０と計算される。実験例６では、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆ＝６０よりも酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏ＝３０の方が小さい。
【００８６】
筒軸Ｃに平行な方向に関して、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄよりも上流側に位置している。
【００８７】
これらの構成により実験例６では、幅広い燃焼条件で振動燃焼と付着火炎が発生したものと考えられる。実験例５と同様、振動燃焼は抑制されているとはいえず、管状火炎の形成状況も実験例１〜４に比べて明らかに劣っている。
【００８８】
＜実験例７：対比例＞
図１６は、実験例７に係る酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の大きさ、形状、位置関係を示したものである。実験例７では、酸化剤ガス導入口３１は第１スリットアダプタ１１ａの中央に設けられ、Ｗｏａ＝２０ｍｍ、Ｗｏｃ＝１ｍｍとされている。燃料ガス導入口３２は第２スリットアダプタ１２ａの中央に設けられ、Ｗｆａ＝２０ｍｍ、Ｗｆｃ＝０．５ｍｍとされている。
【００８９】
図１７は、実験例７の実験結果を示すグラフである。軸方向酸素流量がゼロのとき、酸素濃度０．６〜０．７で付着火炎は発生せず、理想的な管状火炎が形成された（○印）。しかし振動燃焼が酸素濃度０．６〜０．７で発生した。軸方向酸素流量ゼロおよび５〜３０Ｌ／ｍｉｎでは、高い酸素濃度（０．８以上）にて、酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の両方に火炎が付着する状態（▲印）が発生した。また低い酸素濃度では振動燃焼が発生した。
【００９０】
実験例７について検討するに、図１６に示される通り酸化剤ガス導入口３１は、燃焼室Ｒの中心軸である筒軸Ｃに平行な方向に延びるスリット状の開口となっている。そして燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、筒軸Ｃに平行な方向に関して、酸化剤ガス導入口３１の上流側の端部３１ｕと同じ位置となっている。
【００９１】
酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏは、Ａｏ＝Ｗｏａ／Ｗｏｃ＝２０と計算され、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆは、Ａｆ＝Ｗｆａ／Ｗｆｃ＝４０と計算される。実験例５では、燃料ガス導入口３２に係る第２縦横比Ａｆ＝４０よりも酸化剤ガス導入口３１に係る第１縦横比Ａｏ＝２０の方が小さい。
【００９２】
筒軸Ｃに平行な方向に関して、燃料ガス導入口３２の上流側の端部３２ｕは、酸化剤ガス導入口３１の下流側の端部３１ｄよりも上流側に位置している。
【００９３】
これらの構成により実験例７では、幅広い燃焼条件で振動燃焼と付着火炎が発生したものと考えられる。実験例５および６と同様、振動燃焼は抑制されているとはいえず、管状火炎の形成状況も実験例１〜４に比べて明らかに劣っている。
【００９４】
実験例１〜７について、酸化剤ガス導入口３１および燃料ガス導入口３２の大きさ・位置の特徴と、振動燃焼の発生の有無、および付着火炎の発生状態（▲印状態の有無）を、以下の表１に示す。酸化剤ガス導入口３１および燃料ガス導入口３２の大きさ・位置と、振動燃焼および付着火炎の発生の有無とに相関があることが実験的に明らかになっている。
【００９５】
【表１】
2017003220.tif 000003
【００９６】
＜材料加熱装置＞
以下、材料加熱装置２について図１８を参照しながら説明する。材料加熱装置２は、管状火炎バーナ１と、加熱炉２５と、ホッパ２６と、繰り出しロール２７と、材料投入器２８と、貯留容器２９とを有する。材料加熱装置２は、管状火炎バーナ１により形成された管状の火炎により被加熱材料ｍを加熱する。被加熱材料ｍとしては、例えばガラス原料粉末や酸化アルミニウム（アルミナ）の粉末が用いられる。
【００９７】
加熱炉２５は、円筒形の内部空間を有する炉であって、その中心軸を鉛直方向と一致させて設置される。加熱炉２５の上部に、燃焼筒１６の内部空間が加熱炉２５の内部空間と連通する状態にて、管状火炎バーナ１が設置される。
【００９８】
ホッパ２６は、内部に被加熱材料ｍを貯留し、内部に配置された繰り出しロール２７にて被加熱材料ｍを材料投入器２８へ供給する。材料投入器２８はベンチュリー方式によって、供給された被加熱材料ｍを搬送ガスである酸素に浮遊させ、管状火炎バーナ１の軸流ガスポート１５へ供給する。軸流導入口３３から酸素と共に導入された被加熱材料ｍは、管状火炎バーナ１により形成された管状火炎の旋回流中を飛翔しながら加熱され、加熱炉２５の下部に設置された貯留容器２９に貯留される。
【００９９】
＜他の実施形態＞
（１）上述の実施形態では、管状火炎バーナ１に２つの酸化剤ガス導入口３１と２つの燃料ガス導入口３２が設けられた。しかし酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２の数はこれに限らず、各々１つ以上であればよいし、酸化剤ガス導入口３１と燃料ガス導入口３２とで異なる数であってもよい。また酸化剤ガス導入口３１燃料ガス導入口３２の配置は、対称配置でなくてもよい。
【０１００】
（２）上述の実施形態では、酸化剤ガス供給体１１・燃料ガス供給体１２の内部空間に第１スリットアダプタ１１ａ・第２スリットアダプタ１２ａを挿入することにより、酸化剤ガス導入口３１・燃料ガス導入口３２を形成した。第１スリットアダプタ１１ａ・第２スリットアダプタ１２ａを用いずに、燃焼室Ｒの内壁Ｒｗに直接、酸化剤ガス導入口３１・燃料ガス導入口３２を形成してもよい。その場合、第１縦横比Ａｏおよび第２縦横比Ａｆの算出に係る、酸化剤ガス導入口３１を含む面および燃料ガス導入口３２を含む面は、燃焼室Ｒの内壁Ｒｗに沿った面となる。すなわち、これらの面は曲面となる場合がある。
【０１０１】
（３）上述の実施形態では、管状火炎バーナ１は軸流ガスポート１５を有し、軸流導入口３３から酸素を供給した。既に述べた様に、軸流導入口３３から酸素と希釈剤とを混合した酸化剤ガスを供給するよう構成してもよい。また実験結果から明らかなように、軸流導入口３３から酸素導入が無い場合でも管状火炎が生成しうる。従って、軸流導入口３３から酸素を導入せず、被加熱材料ｍを浮遊させて燃焼室Ｒに導く搬送ガスを軸流導入口３３から導入する形態も可能である。
【０１０２】
なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１        ：管状火炎バーナ
３１      ：酸化剤ガス導入口
３１ｄ    ：端部
３１ｕ    ：端部
３２      ：燃料ガス導入口
３２ｄ    ：端部
３２ｕ    ：端部
３３      ：軸流導入口
Ｃ        ：筒軸
Ｒ        ：燃焼室
Ｒｗ      ：内壁
【図１】
2017003220.tif 000004
【図２】
2017003220.tif 000005
【図４】
2017003220.tif 000006
【図５】
2017003220.tif 000007
【図６】
2017003220.tif 000008
【図７】
2017003220.tif 000009
【図８】
2017003220.tif 000010
【図９】
2017003220.tif 000011
【図１０】
2017003220.tif 000012
【図１１】
2017003220.tif 000013
【図１２】
2017003220.tif 000014
【図１３】
2017003220.tif 000015
【図１４】
2017003220.tif 000016
【図１５】
2017003220.tif 000017
【図１６】
2017003220.tif 000018
【図１７】
2017003220.tif 000019
【図１８】
2017003220.tif 000020
【図３】
2017003220.tif 000021