(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解室の前後に原料投入部と清澄室とをそれぞれ連設し、前記原料投入部から投入されたガラス原料やカレットを、前記溶解室の前記原料投入部側から前記清澄室側に至る両側壁に前記バーナーを複数本それぞれ設置し、該複数のバーナーの燃焼火炎からの輻射伝熱及び燃焼火炎によって加熱された炉内壁からの輻射伝熱によって加熱溶解して、前記清澄室にて均質化して取り出されるガラスの溶解方法において、前記複数のバーナーのうち、原料投入部側に設置したバーナーの燃焼火炎中に、ガラス原料又はカレット又はこれらの混合原料の少なくとも一部を含む粉粒体をキャリアガスによって供給して、燃焼火炎で加熱された前記粉粒体からの固体放射で前記溶解室内を加熱することを特徴とするガラスの溶解方法。
【請求項２】
溶解室の前後に、原料投入部と清澄室とをそれぞれ連設するとともに、バーナーの燃焼火炎からの輻射伝熱及び燃焼火炎によって加熱された炉内壁からの輻射伝熱によって、前記原料投入部から投入されたガラス原料やカレットを加熱溶解するための燃焼火炎を生成する複数本のバーナーを、前記溶解室の前記原料投入部側から前記清澄室側に至る両側壁にそれぞれ設置したガラスの溶解装置において、前記複数のバーナーのうち、ガラス原料又はカレット又はこれらの混合原料の少なくとも一部を含む粉粒体をキャリアガスによって燃焼火炎中に供給するガラス原料供給手段を設けて、燃焼火炎で加熱された前記粉粒体からの固体放射で前記溶解室内を加熱するバーナーを、原料投入部側に少なくとも一つ設置したことを特徴とするガラスの溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスの溶解方法及び装置に関し、詳しくは、バーナーの燃焼火炎を熱源としてガラスやセラミックスを加熱溶解するための溶解炉における熱効率を向上させる方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ガラス製造業界では、ガラス溶解炉の省エネルギー化の達成に向けて各種の対策を実施し、一応の成果を収めてきている。例えば、溶解炉の保温・断熱性の向上や侵入空気の低減、排熱回収率を高めるための蓄熱室の大型化やチェッカー煉瓦の材質・形状の改善、原料へのカレット添加率の増加等が行われ、これらによってエネルギー原単位を従来に比べて約２０％低減させている。さらに、現在では、排ガスでガラス原料を予熱することによって熱回収効率を更に向上させようとしており、また、バーナーとして従来の空気バーナーに代えて酸素バーナーを使用することにより、排ガス熱損の低減，窒素酸化物（ＮＯＸ）の低減，火炎温度の上昇による溶解効率の向上等を図ることも実用化されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガラス溶解炉では、主に、バーナーの燃焼火炎からの輻射伝熱及び燃焼火炎によって加熱された炉内壁からの輻射伝熱によってガラス原料を加熱溶解しているため、他の工業炉に比較して熱効率が低く、燃焼火炎の放射率の大小が、熱効率の優劣に大きな影響を及ぼしている。特に、天然ガス等のガス燃料を用いた場合は、液体燃料を用いた場合と比較して火炎の放射率が低いという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、ガス燃料を使用した場合でも燃焼火炎の放射率を高めることができ、熱効率の向上を図ることができるガラスの溶解方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のガラスの溶解方法は、溶解室の前後に原料投入部と清澄室とをそれぞれ連設し、前記原料投入部から投入されたガラス原料やカレットを、前記溶解室の前記原料投入部側から前記清澄室側に至る両側壁に前記バーナーを複数本それぞれ設置し、該複数のバーナーの燃焼火炎からの輻射伝熱及び燃焼火炎によって加熱された炉内壁からの輻射伝熱によって加熱溶解して、前記清澄室にて均質化して取り出されるガラスの溶解方法において、前記複数のバーナーのうち、原料投入部側に設置したバーナーの燃焼火炎中に、ガラス原料又はカレット又はこれらの混合原料の少なくとも一部を含む粉粒体をキャリアガスによって供給して、燃焼火炎で加熱された前記粉粒体からの固体放射で前記溶解室内を加熱することを特徴としている。
【０００６】
また、本発明のガラスの溶解装置は、溶解室の前後に、原料投入部と清澄室とをそれぞれ連設するとともに、バーナーの燃焼火炎からの輻射伝熱及び燃焼火炎によって加熱された炉内壁からの輻射伝熱によって、前記原料投入部から投入されたガラス原料やカレットを加熱溶解するための燃焼火炎を生成する複数本のバーナーを、前記溶解室の前記原料投入部側から前記清澄室側に至る両側壁にそれぞれ設置したガラスの溶解装置において、前記複数のバーナーのうち、ガラス原料又はカレット又はこれらの混合原料の少なくとも一部を含む粉粒体をキャリアガスによって燃焼火炎中に供給するガラス原料供給手段を設けて、燃焼火炎で加熱された前記粉粒体からの固体放射で前記溶解室内を加熱するバーナーを、原料投入部側に少なくとも一つ設置したことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の一形態例を示すもので、図１はガラス溶解炉の横断面図、図２は同じく縦断面図である。このガラス溶解炉は、５本のバーナー１ａ〜１ｅを備えた溶解室２と、該溶解室２の前後に連設した原料投入部３と清澄室４とからなるもので、原料投入部３から投入されたガラス原料やカレットは、溶解室２においてバーナー１ａ〜１ｅの燃焼火炎からの輻射伝熱及び燃焼火炎によって加熱された炉内壁からの輻射伝熱によって加熱溶解された後、清澄室４で均質化されて取出される。
【０００８】
前記５本のバーナー１ａ〜１ｅの内、原料投入部３に近い側に設置されている２本のバーナー１ａ，１ｂには、プロパンガスや重油等を供給する燃料供給路５と、酸素や空気を供給する支燃性ガス供給路６と、ガラス原料又はカレット又はこれらの混合原料の少なくとも一部を含む粉粒体を供給する原料粉粒体供給路７とが設けられており、清澄室４側の３本のバーナー１ｃ〜１ｅには、燃料供給路５と支燃性ガス供給路６とが設けられている。
【０００９】
すなわち、原料投入部側のバーナー１ａ，１ｂには、燃料供給路５からの燃料と支燃性ガス供給路６からの支燃性ガスとの燃焼により生成する火炎中に、ガラス原料からなる粉粒体を供給するガラス原料供給手段である原料粉粒体供給路７が設けられており、原料粉粒体供給路７から燃焼火炎中に供給した粉粒体を、燃焼火炎からの輻射伝熱と対流伝熱とにより加熱できるように形成している。
【００１０】
このように、ガラス原料の一部を粉粒体として燃焼火炎中で加熱することにより、加熱されたガラス原料からの固体放射を利用して火炎の放射率を向上させることができ、炉内を効率よく加熱することができる。これにより、ガラスの溶解効率を大幅に向上させることが可能となり、溶解炉単位受熱面積当たりのガラス溶解量が向上し、生産性の向上が図れる。また、純酸素を支燃性ガスとして用いた場合は、従来に比べて窒素酸化物（ＮＯＸ）の発生量の低減も図れる。
【００１１】
さらに、抜熱量が大きい原料投入部側のバーナー１ａ，１ｂに原料粉粒体を供給することにより、加熱効率の向上効果を大きくすることができる。一方、ガラスが溶解した状態の清澄室側には、原料粉粒体供給路７を持たない通常のバーナー１ｃ〜１ｅを設けたことにより、ガラスの清澄効果に悪影響を及ぼすことがなくなる。
【００１２】
なお、原料粉粒体供給路７を設けたバーナー１ａ，１ｂは、周知の粉体処理用のバーナーを用いることが可能であり、例えば、中心に粉粒体流路、その外側に燃料流路、最も外側に支燃性ガス流路を備えた三重管構造のバーナーを用いることができる。また、原料粉粒体供給路を持たない通常のバーナーノズルの近傍に、バーナーとは別に原料粉粒体を噴出するノズルを設け、該ノズルから燃焼火炎中に原料粉粒体を供給するようにしてもよい。原料粉粒体の搬送は、機械的な手段で行ってもよいが、適宜なキャリアガス、例えば酸素ガスや空気によって原料粉粒体を搬送することにより容易に行うことができる。また、バーナーに供給する燃料や支燃性ガスの種類は任意であり、支燃性ガスとしては、大気から純酸素まで適宜な酸素濃度のガスを用いることができる。
【００１３】
前記原料粉粒体としては、ガラス原料又はカレット又はこれらの混合原料を破砕機等で数ｍｍ以下、好ましくは、平均粒径１０μｍ〜１ｍｍ程度に破砕したものを用いることができる。このとき、粉粒体が大き過ぎると、燃焼火炎中への供給が困難となるだけでなく、重力による落下で燃焼火炎中での滞留時間が短くなって十分な温度まで加熱できないことがある。逆に粉粒体が小さすぎると、飛散してしまって放射率の向上効果が十分に得られないことがある。
【００１４】
図３及び図４は、従来から用いられている蓄熱室を備えたガラス溶解炉に本発明を適用した形態例を示すもので、図３は縦断面図、図４は横断面図である。蓄熱室１１ａ，１１ｂは、ガラス溶解炉の溶解室１２の両側に設置されており、内部には、煉瓦等の蓄熱材１３がそれぞれ充填されている。また、蓄熱室１１ａ，１１ｂと溶解室１２とは、複数の流路１４ａ，１４ｂを介して接続しており、該流路１４ａ，１４ｂの近傍に、燃料を噴出する燃料ノズル１５ａ，１５ｂがそれぞれ設けられている。さらに、原料投入部１６側の流路１４ａ，１４ｂの近傍には、原料粉粒体を噴出する粉粒体ノズル１７ａ，１７ｂが設けられている。
【００１５】
上記蓄熱室１１ａ，１１ｂは、一定時間、例えば１５〜２０分毎に供給側と排気側とに切り換えられる。例えば、図左側の蓄熱室１１ａが供給側の場合は、蓄熱材１３によって加熱された大気が流路１４ａから溶解室１２内に噴出するとともに、燃料ノズル１５ａから燃料が噴出して燃焼火炎が形成され、溶解室１２内の高温のガスは、他方の流路１４ｂから蓄熱室１１ｂ内に流入し、蓄熱材１３を加熱することにより熱回収される。同時に、供給側流路１４ａの近傍に設けた粉粒体ノズル１７ａから原料粉粒体を噴出させて燃焼火炎中に原料粉粒体を供給することにより、前記同様に、加熱された原料粉粒体からの固体放射によって燃焼火炎の放射率を向上させることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、火炎の放射率が向上して炉内を効率よく加熱することができるので、ガラスの溶解効率を大幅に向上させることが可能となり、溶解炉単位受熱面積当たりのガラス溶解量が向上し、生産性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一形態例を示すガラス溶解炉の横断面図である。
【図２】  同じく縦断面図である。
【図３】  本発明の他の形態例を示すガラス溶解炉の縦断面図である。
【図４】  同じく横断面図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｅ…バーナー、２…溶解室、３…原料投入部、４…清澄室、５…燃料供給路、６…支燃性ガス供給路、７…原料粉粒体供給路、１１ａ，１１ｂ…蓄熱室、１２…溶解室、１３…蓄熱材、１４ａ，１４ｂ…流路、１５ａ，１５ｂ…燃料ノズル、１６…原料投入部、１７ａ，１７ｂ…粉粒体ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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