JPH1073211A - 酸素燃料バーナー - Google Patents

酸素燃料バーナー

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JPH1073211A
JPH1073211A JP9210553A JP21055397A JPH1073211A JP H1073211 A JPH1073211 A JP H1073211A JP 9210553 A JP9210553 A JP 9210553A JP 21055397 A JP21055397 A JP 21055397A JP H1073211 A JPH1073211 A JP H1073211A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的短い火炎長を有するバーナーを製造す
る。 【解決手段】 バーナー（１０）は、燃料噴霧器（１
８）を受容するためにその裏側に形成された凹所を有す
るバーナーブロック（２２）と、前記噴霧器（１８）か
ら噴出している燃料と相交わらせるために酸素の収束円
錐をつくり出すための複数の酸素入口（４４，４６）と
を備えている。また、前記の配置によって、バーナーが
晒される苛酷な環境から噴霧器（１８）を防護するため
の防護壁（４０）も提供され、また酸素供給装置も単純
化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バーナーに関する
ものであり、詳しくは、非限定的に、比較的短い長さの
火炎を有するバーナーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＷＯ第８９／０２０５１号では、酸素・
燃料バーナー及び酸化炎を発生させる方法が開示されて
いる。前記バーナーは、中心酸素ノズルと少なくとも一
つの燃料ノズルとを有する中心部分（central body）、
前記中心部分を取り囲んでいるケーシング、前記燃料ノ
ズルの半径方向外側に存在している少なくとも一つの外
周酸素ノズル、及び前記中心部分の外側に存在している
酸素室を含み、また前記すべてのノズルは少なくとも実
質的に並列している。各ノズルに対して異なる圧力で酸
素を送達することができるように、中心酸素ノズル及び
外周酸素ノズルは、異なる酸素源と接続されている。前
記の配列によって、十分に混合されず、その結果とし
て、所望よりも幾分長い火炎を生成するやや層流の燃料
及び酸素の流れがつくり出される。それは、いくつかの
状況では、すなわちバーナー口金の防護が望ましい場合
には有利で有り得るが、このバーナーは、バーナー口金
に比較的近いポイントで完全に発生した火炎をつくり出
すことが望ましい状況では使用には適さない。
【０００３】燃料噴霧器をバーナー本体中の中心に配置
し、酸素を用いて、燃料油を噴霧し、燃料噴霧器の下流
に指向し、燃焼前に更なる酸素流と混合させる上記バー
ナーの改良も知られている。前記の配置では、比較的高
価な噴霧器が、バーナーが配置されている用途と関連の
ある悪環境に晒される。その悪環境とは、金属が溶解さ
れていて、溶融金属が、噴霧器にしばしば跳ね返って、
噴霧器に損傷を与え、その効率を低下させる環境であ
る。前記の噴霧器は、いったん損傷すると、比較的不効
率となり、バーナーを取り除くことによってのみ達成可
能な取り替えが必要となる。明確に、そのことは、極め
て望ましくないことであり、特に、バーナーを連続法で
用いるときには望ましくない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記設計と関係のある問
題を少なくし且つおそらくは排除する酸素・燃料バーナ
ーを提供することは本発明の目的である。
【０００５】
【発明の実施の形態】したがって、酸素・燃料バーナー
は：第一入口末端、燃焼火炎噴射のための第二出口末
端、及び軸線Ｘを有する燃焼室；前記燃焼室へと燃料流
を導入するための燃料供給手段；燃焼室へと空気及び／
又は酸素を導入するための酸素供給手段、及び前記の燃
料及び酸素及び／又は空気を受容するための且つ燃料及
び酸素及び／又は空気をその下流へと指向するためのバ
ーナーブロックを含む。前記バーナーブロックの後部表
面は、燃料噴霧ノズルが配置されている凹所を含み、及
び前記バーナーブロックの前部表面は、中心軸線Ｘ上又
は中心軸線Ｘ近傍に配置されていて、且つそこを通って
噴霧器燃料が指向される中心燃料出口を含む、更に該バ
ーナーブロックは、酸素の第一流を該燃料流の半径方向
外側の位置へと供給するための複数の第一酸素出口を含
み、該第一酸素出口は軸線Ｘに関して角度θで内側に向
けられていて、それによって、中心燃料出口からの燃料
流との交点に関して酸素の概略収束流をつくり出す。
【０００６】上記バーナーは、速い速度を有する比較的
短い二段火炎を生成する。典型的には、ガスは、約１０
０ 〜 １５０m/sでバーナーノズルから噴射され、火炎
温度の上昇によって、音速（約３００m/s）まで又は音
速を超える速度まで加速される。
【０００７】有利には、そのバーナーブロックは更に複
数の第二酸素出口を含み、その第二酸素出口は、前記第
一酸素出口の放射状に外側に位置し、軸線Ｘに関して角
度φで内側に曲がっており、そしてその第二酸素出口
は、第一酸素流が該燃料流と相交わるポイントの軸方向
下流の位置において、燃料流と交わるため酸素のほぼ収
束第二酸素流をつくり出すように、角度φは角度θに比
べて小さい角度である。
【０００８】好ましくは、第二酸素出口は、軸線Ｘに関
して０°〜 １０°の角度φをなす。
【０００９】有利には、バーナーは、バーナーブロック
を軸線Ｘに沿って軸方向に動かし、それによって、前記
バーナーから噴射している火炎の火炎長を変化させるた
めの軸移動手段（translation means）を含む。
【００１０】好ましくは、上記軸移動手段は、燃焼室に
沿って延びていて且つ噴霧器に対して燃料を送達するよ
うに配置されている燃料供給ダクトと、前記燃料供給ダ
クト及びバーナーブロックを軸線Ｘに沿って軸方向に移
動させるための作動器とを含む。
【００１１】好ましくは、バーナーは、噴霧器内におけ
る噴霧圧力を変化させ、それによって、該バーナーから
噴射している火炎の火炎長を変化させるための手段を含
む。
【００１２】都合良くは、燃料噴霧ノズルは、噴霧流体
として天然空気を受容するための手段を含む。
【００１３】別法として、噴霧ノズルは、噴霧流体とし
て酸素を受容するための手段を含む。
【００１４】都合良くは、噴霧酸素と、酸素出口に対し
て供給される酸素とは、同じ供給源を含む。
【００１５】好ましくは、中心燃料出口は、燃料が前記
出口を出るときに、燃料が噴霧される凹所に比べて、よ
り小さい直径の出口を含む。
【００１６】都合良くは、中心燃料出口は、概略末広横
断面形態を有する出口を含む。
【００１７】以下の図面：すなわち図１は、本発明を具
体化している酸素・燃料バーナーを部分的に切断した透
視図であり；図２は、図１に示したバーナーブロック及
び噴霧ノズルの横断面図であり；図３は、図２の矢印Ａ
の方向からのバーナーブロックの端面図であるを参照し
ながら、ほんの一例として、本発明を更に詳細に説明す
る。
【００１８】図１参照。バーナー１０は、第一入口末端
１２ａ、燃焼火炎を噴射するための第二出口末端１２
ｂ、及び軸線Ｘを有する概略円筒形のジャケット１２を
含む。例えばダクト１４の形態の燃料供給手段は、ジャ
ケット１２を通って延び、バーナーブロック２２の後部
表面にある凹所１８の中に配置されている噴霧器１６の
ところで終わっている。前記のすべての配置は図２にお
いて最も分かりやすく見られる。バーナーブロックは、
例えば INCO ALLOY のような金属を含む。燃料ダクト１
４の遠位末端の方向に配置されたモーター２４及びラッ
ク伝動装置２６，２８によって、室１２の中を軸線Ｘに
沿って軸方向に移動する、燃料供給ダクト１４及びバー
ナーブロック２２が取り付けられている。バーナーブロ
ック２２は、バーナー１０の出口末端１２ｂから約５０
ｍｍ 〜 ７５ｍｍの凹所に配置されていて、軸方向に約
１００ 〜 １５０ｍｍ移動することができる。
【００１９】図２参照。噴霧器１６は、従来の形態であ
るので、本明細書では詳しく説明しない。しかしなが
ら、そのような噴霧器は、一般的に、中心燃料供給出口
１６ａ及び例えば天然空気又は酸素のような噴霧流体を
供給するための複数の円周に沿って間隔を置いて配置さ
れている開口部１６ｂを含む。図２の装置では、燃料供
給ダクト１４は、前記供給ダクトの周囲に配置され且つ
出口１６ｂに対して噴霧流体を供給するために造形され
た環状空気／酸素供給ダクト３２を更に含む。しかしな
がら、当業者には他の装置も考えられる。噴霧器１６の
下流末端は、適当な向かい合っている面３６を備えてい
て、且つ従来の噴霧器の外部ケーシングの効果的な代わ
りとなるバーナーブロックそれ自体によって形成され
る。更に、バーナーブロック２２は、凹所１８に比べて
小さい直径の中心燃料出口３８を含み、またバーナーが
配置されている環境から前記噴霧器を防護するように働
く、噴霧器の周囲を取り囲んでいる金属壁４０を形成す
る。特に、壁４０は、金属溶融液の跳ね返りが噴霧器１
６の表面と接触するのを防止して、前記表面の損傷を防
ぐ。中心燃料出口３８には、所望の噴霧パターンが完全
に得られるように造形された概略収束表面３８ａが備わ
っている。便宜のために、ノズル１６は、バーナーブロ
ック２２に対して４５において装着可能なように嵌合さ
れている。しかしながら、嵌合の他の方法も考えられ
る。当業者は、図２に示した様式で噴霧器１６を防護す
ることと関連する利点を容易に評価し、またバーナー火
炎パターンを、噴霧器１６それ自体を変えることによっ
て（各噴霧器はそれと関連のある異なる噴射パターンを
有している）変化させることができることも評価する。
【００２０】図２及び図３参照。更に、バーナーブロッ
ク２２は、中心燃料出口３８を出る燃料流の半径方向外
側の位置に対して、第一酸素流を供給するための複数の
第一酸素出口４４を含む。第一酸素出口は、出口３８の
周囲に円周に沿って間隔を置いて配置されていて、且つ
軸線Ｘに対して角度θで内側に向けられていて、それに
よって出口３８からの燃料流と相交わらせるための酸素
の概略収束流をつくり出す。第一酸素出口４４（最も角
度のあるホール）の角度θは、火炎長を変化又は変動さ
せる主たるパラメーターであり、その角度は、ストレー
トホールを有するノズルと比較して、最大約５０％まで
火炎長を短くする０°〜 ２０°の角度であっても良
い。典型的には、０°で約３ｍの火炎長となり、２０°
で約１．３ｍの火炎長となる。複数の第二酸素出口４６
は、第一酸素出口４４の半径方向外側に提供されてい
て、軸線Ｘに関して角度φで内側に向けられている。第
二酸素出口４６によって、前記第一酸素流が前記燃料流
と相交わるポイントの軸方向下流の位置において、該燃
料流と相交わる概略収束酸素流がつくり出されるよう
に、角度φは角度θに比べて小さい。第二酸素出口４６
は、火炎の最終形状及び最終温度分布に関係がある。典
型的には、角度φが１０°のとき、火炎は細くなり、ま
たストレートホール、すなわちノズルの角度が０°のと
きと比較して、火炎の温度が上昇してバーナー口金とよ
り近い温度になる。結果として、特有の要求条件に適合
するように、火炎の「ホットスポット」を変化及び／又
は移動させることができる。例えば、離れたホットスポ
ットは、しばしば、回転炉では望ましい。
【００２１】本発明の特有な配置では、酸素が、バーナ
ープレート２２の背面２０に衝突して、酸素出口４４，
４６から噴射される前に、前記酸素出口４４，４６に入
るように、酸素は、ポンプ５０を介して、室１２と燃料
供給ダクト１４との間に形成される環状ダクト５２の中
に供給される。前記の配置によって、比較的に高価で且
つそれぞれの及びすべての酸素出口へと通ずる複雑な独
立管に関する必要性が回避される。再び図１参照。ポン
プ５４及びポンプ５６は、燃料及び噴霧流体をそれぞれ
ノズル１６へと供給するために備えられており、各ポン
プは、制御装置５８によって独立に調節して、前記ノズ
ル１６への前記流体の供給速度及び供給圧力を変化させ
ることができ、それによって、該バーナーから噴射され
ている火炎の火炎長を変化させることができる。特に便
利な配置では、噴霧流体は、ポンプ５０へと供給される
のと同じ供給源からの酸素を含むことが理解されるが、
比較的高価な酸素よりもむしろ天然の空気を用いること
ができる。結果として、燃料の噴霧を、バーナーそれ自
体の熱効率又は性能を損なわずに、比較的低コストで達
成することができる。
【００２２】運転時、バーナーは、末端１２ｂから約１
〜 ２インチかそこらで始まり、前記末端から１．３ｍ
程度延びる二段火炎を提供する。本発明のバーナーブロ
ック配置２２を組み込んでいるバーナーの火炎長は、現
在までに知られている装置と比較して、約２５％短い。
更に、第一酸素出口４４及び第二酸素出口４６を提供す
ること及びそれらに角度をつけることによって、前記の
バーナーと関係がある噴射を著しく縮小させる段燃焼法
（staged combustion process）を提供し易くなる。試
験によって、より多くの従来のバーナーと比較して、Ｎ
Ｏxレベルが４０％を超えるほど減少することが証明さ
れた。また、本発明のバーナーは、商品化のために酸素
と空気の双方を用いる軽燃料油によって優れた火炎特性
も提供する。重燃料油は、酸素を用いると、極めて良い
結果が得られ、噴霧空気を用いると、より速い点火速度
で、わずかに不安定な火炎を生成することがある。これ
は、おそらくは、空気の量が増加することによって液体
燃料が冷却されて、液体燃料の粘度が変化するためであ
る。本発明バーナーの吸もどし（retraction）によっ
て、ジャケットは、当業者には公知の様式で火炎形状に
関して影響を及ぼすので、本明細書では説明していな
い。
【００２３】本発明のバーナーは、高速（３００m/s以
上）において、比較的短い二段火炎を生成するのに適し
ており、アーク炉及びか焼炉（石灰、アルミナなどを製
造する）に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化している酸素・燃料バーナーを
部分的に切断した透視図である。
【図２】図１に示したバーナーブロック及び噴霧ノズル
の横断面図である。
【図３】図２の矢印Ａの方向からのバーナーブロックの
端面図である。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一入口末端、燃焼火炎噴射のための第
    二出口末端、及び軸線Ｘを有する外部ジャケット；室へ
    と燃料流を導入するための燃料供給手段；前記室へと空
    気及び／又は酸素を導入するための酸素供給手段、及び
    前記の燃料及び酸素及び／又は空気を受容するための且
    つ燃料及び酸素及び／又は空気をその下流へと指向する
    ためのバーナーブロック、前記バーナーブロックの後部
    表面は、燃料噴霧器のノズルが配置されている凹所を含
    み、及び前記バーナーブロックの前部表面は、中心軸線
    Ｘ上又は中心軸線Ｘ近傍に配置されていて、且つそこを
    通って噴霧器燃料が指向される中心燃料出口を含む、更
    に前記バーナーブロックは、酸素の第一流を前記燃料流
    の半径方向外側の位置へと供給するための複数の第一酸
    素出口を含み、前記第一酸素出口は軸線Ｘに関して角度
    θで内側に向けられていて、それによって、前記中心燃
    料出口からの燃料流との交点に関して酸素の概略収束流
    をつくり出すを含む酸素・燃料バーナー。
  2. 【請求項２】 そのバーナーブロックは更に複数の第二
    酸素出口を含み、その第二酸素出口は、前記第一酸素出
    口の放射状に外側に位置し、軸線Ｘに関して角度φで内
    側に曲がっており、そしてその第二酸素出口は、第一酸
    素流が該燃料流と相交わるポイントの軸方向下流の位置
    において、燃料流と交わるために酸素のほぼ収束第二酸
    素流をつくり出すように、角度φは角度θに比べて小さ
    い角度である請求項１記載の酸素・燃料バーナー。
  3. 【請求項３】 該第一酸素出口が、軸線Ｘに関して０°
    〜 ２０°の角度θをなしている請求項１又は２記載の
    酸素・燃料バーナー。
  4. 【請求項４】 該第二酸素出口が、軸線Ｘに関して０°
    〜 １０°の角度φをなしている請求項２又は３記載の
    酸素・燃料バーナー。
  5. 【請求項５】 燃料噴霧ノズルに関して軸線Ｘに沿って
    軸方向に、該バーナーブロックを動かし、それによっ
    て、該バーナーから噴射している火炎の火炎長を変化さ
    せるための軸移動手段を含む請求項１ 〜 ４のいずれか
    一つに記載の酸素・燃料バーナー。
  6. 【請求項６】 該軸移動手段が、該室に沿って延びてい
    て且つ該噴霧器に対して燃料を送達するように配置され
    ている燃料供給ダクトと、前記燃料供給ダクト及び該バ
    ーナーブロックを軸線Ｘに沿って軸方向に移動させるた
    めの作動器とを含む請求項５記載の酸素・燃料バーナ
    ー。
  7. 【請求項７】 該燃料噴霧器中の噴霧圧力を変化させ、
    それによって、該バーナーから噴射している火炎の火炎
    長を変化させるための手段を含む請求項１〜 ６のいず
    れか一つに記載の酸素・燃料バーナー。
  8. 【請求項８】 該燃料噴霧ノズルが、噴霧流体として天
    然空気を受容するための手段を含む請求項１ 〜 ７のい
    ずれか一つに記載の酸素・燃料バーナー。
  9. 【請求項９】 該噴霧ノズルが、噴霧流体として酸素を
    受容するための手段を含む請求項１ 〜 ８のいずれか一
    つに記載の酸素・燃料バーナー。
  10. 【請求項１０】 噴霧酸素、及び酸素出口に対する酸素
    供給器が、同じ供給源を含む請求項９記載の酸素・燃料
    バーナー。
  11. 【請求項１１】 該中心燃料出口が、前記出口を出ると
    きに燃料が噴霧される凹所に比べて小さい直径を有する
    出口を含む請求項１ 〜 １０のいずれか一つに記載の酸
    素・燃料バーナー。
  12. 【請求項１２】 該中心燃料出口が、概略収束横断面形
    態を有する出口を含む請求項１ 〜 １１のいずれか一つ
    に記載の酸素・燃料バーナー。
  13. 【請求項１３】 実質的に、添付の図面の図１ 〜 ３に
    関して本明細書で説明している及び図１ 〜 ３に図示し
    てある酸素・燃料バーナー。
JP21055397A 1996-08-05 1997-08-05 酸素燃料バーナー Expired - Fee Related JP3927287B2 (ja)

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