JP6031591B2 - 燃焼バーナ - Google Patents

Description

本発明は、火炎中で鉄・非鉄金属の溶解処理、セラミックスの溶解処理、ガラスの溶解処理、廃棄物処理等を行う燃焼バーナに関する。

燃焼バーナは、鉄等の金属溶解、ガラスの製造、ごみの焼却等に使用されている。燃焼バーナを用いて、金属、ガラス、ごみ等の対象物を加熱または溶解する方法としては、火炎を対象物に直接当てて加熱または溶解する方法と、火炎の輻射熱により間接的に対象物を加熱または溶解する方法とがある。
火炎を対象物に直接当てて加熱または溶解する方法は、火炎の輻射熱により間接的に対象物を加熱または溶解する方法と比較して、エネルギーの利用効率が高いというメリットを有する。

ところで、加熱または溶解したい対象物が粉体（原料粉体）の場合、対象物の体積あたりの表面積が大きいため、火炎及び／または火炎付近の高温領域（火炎領域）を通過させることにより、高効率で対象物を加熱または溶解することが可能となる。

特許文献１〜４には、粉体が噴出される粉体噴出口を燃焼バーナや燃焼バーナの付近に設置し、粉体の噴出と同時に火炎領域に粉体を直接投入し、加熱または溶解する燃焼バーナや燃焼方法が開示されている。

特許文献１、および２に開示された燃焼バーナは、燃焼バーナの先端の中心に配置され、原料粉体を噴出する原料粉体噴出口と、原料粉体噴出口の周囲に配置され、燃料を噴出する燃料噴出口と、原料粉体噴出口の周囲に配置され、酸素を噴出する酸素噴出口とを有する構造を有する。

特許文献３に開示された燃焼バーナは、燃焼バーナの先端の中心に原料粉体を分散させるための分散ガスを噴出する分散ガス噴出口と、分散ガス噴出口の周りに配置され、原料粉体を噴出する原料粉体噴出口とを有する構造を有する。

特許文献４に開示された燃焼バーナは、先端面におけるノズルが、中心部から外周部に向かって燃料供給ノズル、一次燃焼用ガス供給ノズル、被処理物供給ノズル及び二次燃焼用ガス供給ノズルの順で全体として同心円状に配列されており、一次燃焼用ガス供給ノズルの先端を、燃料供給ノズルの先端開口部を包囲する円環状に開口させた構造を具備し、一次燃焼用ガス及び二次燃焼用ガスとして酸素濃度を富化したガスを用い、被処理物として焼却飛灰単独あるいは焼却飛灰と塩基度調整用のガラスとの混合物を用いている。

特開２０１０−３７１３４号公報 特開２０１０−１９６１１７号公報 特開２００９−９２２５４号公報 特許第３６８８９４４号公報

しかしながら、特許文献１、および２に開示された燃焼バーナを用いた場合、火炎領域において、原料粉体噴出口から火炎中に投入された原料粉体の分散が不十分になるため、加熱または溶解が不足する原料粉体の割合が高く、加熱効率が悪いという問題があった。

特許文献３に開示された燃焼バーナを用いた場合、原料粉体の分散性を高めるために分散用ガスを高速で吹き込ませると、原料粉体の流速が速くなり、火炎中における原料粉体の滞留時間が短くなるため、原料粉体を十分に加熱または溶解することが困難となる。
また、特許文献３に開示された燃焼バーナを用いて、分散用ガスの流量を増加させると、燃焼バーナの中心軸上での温度低下を招くため、原料粉体を効率良く加熱または溶解することが困難であった。

特許文献４に開示された燃焼バーナは、燃焼バーナの先端の中心に火炎を形成し、その周りから原料粉体を火炎に向かって噴出させるため、特許文献１、および２に開示された燃焼バーナ同様に、火炎中に原料粉体を十分に分散させることが出来ず、原料粉体を効率良く加熱または溶解することが困難であった。
また、特許文献４に開示された燃焼バーナを用いた場合、火炎中に分散されなかった原料粉体が炉内で回収されず、燃焼排ガスとともに排気されるため、処理後の原料粉体の回収率が低下してしまう。

そこで、本発明は、原料粉体を分散させることで、原料粉体を効率良く加熱または溶解させることが可能で、かつ加熱または溶解された原料粉体の回収率を向上させることの可能な燃焼バーナを提供することを目的とする。

上記目的は、下記（１）〜（１０）により達成される。
（１）火炎を形成する燃焼バーナであって、前記火炎に原料粉体を噴出する原料粉体噴出口と、前記原料粉体噴出口よりも内側に配置され、第１の燃料を噴出する複数の第１の燃料噴出口と、前記原料粉体噴出口よりも内側に配置され、第１の酸化剤を噴出する複数の第１の酸化剤噴出口と、前記原料粉体噴出口よりも外側に配置され、第２の燃料を噴出する複数の第２の燃料噴出口と、前記原料粉体噴出口よりも外側に配置され、第２の酸化剤を噴出する複数の第２の酸化剤噴出口と、前記原料粉体噴出口に設けられ、前記原料粉体噴出口に供給される前記原料粉体と衝突することで、該原料粉体を分散させる分散部材と、を備え、前記原料粉体噴出口の形状は、第１の環状部材の先端と、該第１の環状部材の外側に配置された第２の環状部材の先端とで区画されたリング状であり、前記分散部材は、燃焼バーナの先端面に向かうにつれて前記燃焼バーナの中心軸に対して近づく方向に前記原料粉体を分散させる第１の傾斜面と、燃焼バーナの先端面に向かうにつれて前記燃焼バーナの中心軸から離間する方向に前記原料粉体を分散させる第２の傾斜面と、を有することを特徴とする燃焼バーナ。

（２）前記第１の傾斜面は、前記燃焼バーナの周方向において、異なる角度で傾斜した複数の傾斜面を有し、前記第２の傾斜面は、前記燃焼バーナの周方向において、異なる角度で傾斜した複数の傾斜面を有することを特徴とする（１）記載の燃焼バーナ。

（３）前記原料粉体噴出口は、前記第１の環状部材の先端と前記第１の傾斜面とで区画された第１の原料粉体噴出口と、前記第２の環状部材の先端と前記第２の傾斜面とで区画された第２の原料粉体噴出口とを有することを特徴とする（１）または（２）記載の燃焼バーナ。

（４）前記第１の原料粉体噴出口に前記原料粉体を供給する第１の原料粉体供給ラインと、前記第２の原料粉体噴出口に前記原料粉体を供給する第２の原料粉体供給ラインとを有することを特徴とする（３）記載の燃焼バーナ。

（５）前記分散部材は、前記第１の傾斜面を有し、かつ前記第２の環状部材の内面に設けられた第１の分散部材と、前記第２の傾斜面を有し、かつ前記第１の環状部材の内面に設けられ、前記第１の分散部材とは別体とされた第２の分散部材とを有することを特徴とする（１）または（２）記載の燃焼バーナ。

（６）前記第１及び第２の傾斜面は、それぞれ異なる角度で傾斜した複数の傾斜面を有することを特徴とする（５）記載の燃焼バーナ。

（７）前記第１及び第２の分散部材を、前記燃焼バーナの周方向に複数配置することを特徴とする（５）または（６）記載の燃焼バーナ。

（８）前記第１の傾斜面と前記燃焼バーナの中心軸に対して平行な仮想平面とが成す角度が０度以上３０度以下のとき、前記第２の傾斜面と前記燃焼バーナの中心軸に対して平行な仮想平面とが成す角度は、５度以上３０度以下の範囲内であることを特徴とする（１）ないし（７）のうちいずれかに記載の燃焼バーナ。

（９）前記第２の傾斜面と前記燃焼バーナの中心軸に対して平行な仮想平面とが成す角度が０度以上３０度以下のとき、前記第１の傾斜面と前記燃焼バーナの中心軸に対して平行な仮想平面とが成す角度は、５度以上３０度以下の範囲内であることを特徴とする（１）ないし（７）のうちいずれかに記載の燃焼バーナ。

（１０）前記原料粉体噴出口、前記複数の第１の燃料噴出口、前記複数の第１の酸化剤噴出口、前記複数の第２の燃料噴出口、及び前記複数の第２の酸化剤噴出口は、前記燃焼バーナの中心軸に対して同心円状に配置することを特徴とする（１）ないし（９）のうちいずれかに記載の燃焼バーナ。

本発明の燃焼バーナによれば、原料粉体噴出口に、原料粉体噴出口に供給される原料粉体と衝突することで、原料粉体を分散させる分散部材を有することで、火炎及び／または火炎付近の高温領域（火炎領域）に分散された原料粉体を噴出させることが可能となるので、火炎領域において、原料粉体を効率良く加熱または溶解することができる。

また、分散部材を有することで、原料粉体が分散されていない状態（凝集した状態）で、火炎及び／または該火炎の近傍に噴出されることがなくなるため、分散部材が無い場合と比較して、加熱または溶解された原料粉体（製品）の回収率を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る燃焼バーナの先端の正面図である。 図１に示す燃焼バーナのＡ−Ａ線方向の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃焼バーナの先端の正面図である。 図３に示す燃焼バーナのＤ−Ｄ線方向の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る燃焼バーナの先端の正面図である。 図５に示す燃焼バーナのＥ−Ｅ線方向の断面図である。 図５に示す燃焼バーナのＦ−Ｆ線方向の断面図である。 図５に示す燃焼バーナのＧ−Ｇ線方向の断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る燃焼バーナの先端の正面図である。 図９に示す燃焼バーナのＨ−Ｈ線方向の断面図である。 図９に示す燃焼バーナのＩ−Ｉ線方向の断面図である。 図１及び図２に示す燃焼バーナの角度θ_１を０度に固定し、角度θ_２を０〜４５度の範囲内で変化させた場合の原料粉体への溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率の結果を示す図である。 図１及び図２に示す燃焼バーナの角度θ_２を０度に固定し、角度θ_１を０〜４５度の範囲内で変化させた場合の原料粉体への溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の燃焼バーナの寸法関係とは異なる場合がある。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃焼バーナの先端の正面図である。図２は、図１に示す燃焼バーナのＡ−Ａ線方向の断面図である。図２において、図１に示す燃焼バーナ１０と同一構成部分には、同一符号を付す。

図１及び図２を参照するに、第１の実施の形態の燃焼バーナ１０は、バーナ本体１１と、分散部材１２と、冷却部１３とを有する。
バーナ本体１１は、火炎が形成される先端面１１Ａを具備し、第１の酸化剤供給部材１５と、第１の燃料供給部材１８と、原料粉体供給部材１６（第１の環状部材）と、第２の燃料供給部材１７（第２の環状部材）と、第２の酸化剤供給部材１９とから構成されている。これにより、第１の燃料供給ライン２７と、第１の燃料噴出口２７Ａと、原料粉体供給ライン２９と、原料粉体噴出口２９Ａと、第２の燃料供給ライン３１と、第２の燃料噴出口３１Ａと、第２の酸化剤供給ライン３２と、第２の酸化剤噴出口３２Ａとが形成される。これらについて以下に詳細に説明する。

第１の酸化剤供給部材１５は、その外形が円柱形状とされた部材である。第１の酸化剤供給部材１５は、第１の酸化剤供給ライン２４、２５と、第１の酸化剤噴出口２４Ａ、２５Ａとを有する。
第１の酸化剤供給ライン２４は、円筒状の空間であり、その中心軸が燃焼バーナ１０の中心軸Ｂと一致するように配置されている。第１の酸化剤供給ライン２５は、第１の酸化剤供給ライン２４の外側にリング状に複数配置されている。第１の酸化剤供給ライン２５は、円筒状の空間である。
第１の酸化剤供給ライン２４、２５は、第１の酸化剤を第１の酸化剤噴出口２４Ａ、２５Ａに供給する。第１の酸化剤としては、例えば、純酸素を用いることができる。
第１の酸化剤に含まれる酸素濃度は、原料粉体の材質や加熱温度に応じて、空気組成の２１〜１００ｖｏl％の範囲内とすることができる。

第１の酸化剤噴出口２４Ａは、第１の酸化剤供給部材１５の先端に配置されており、第１の酸化剤供給ライン２４と一体となっている。第１の酸化剤噴出口２５Ａは、第１の酸化剤供給部材１５の先端に配置されており、第１の酸化剤供給ライン２５と一体となっている。

第１の酸化剤噴出口２４Ａ、２５Ａは、原料粉体噴出口２９Ａよりも内側に配置されており、第１の酸化剤供給ライン２４、２５により供給された第１の酸化剤をバーナ本体１１の先端面１１Ａ側に噴出させる。

第１の燃料供給部材１８は、外形が円筒形状とされた部材であり、その中心軸が燃焼バーナ１０の中心軸Ｂと一致するように、第１の酸化剤供給部材１５の外側に配置されている。
原料粉体供給部材１６は、外形が円筒形状とされた部材であり、その中心軸が燃焼バーナ１０の中心軸Ｂと一致するように、第１の燃料供給部材１８の外側に配置されている。
第２の燃料供給部材１７は、外形が円筒形状とされた部材であり、その中心軸が燃焼バーナ１０の中心軸Ｂと一致するように、原料供給部材１６の外側に配置されている。

第２の酸化剤供給部材１９は、外形が円筒形状とされた部材であり、その中心軸が燃焼バーナ１０の中心軸Ｂと一致するように、第２の燃料供給部材１７の外側に配置されている。

第１の燃料供給ライン２７は、第１の燃料供給部材１８と原料供給部材１６との間に形成された筒状空間である。第１の燃料供給ライン２７は、複数の第１の燃料噴出口２７Ａに第１の燃料（例えば、ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ））を供給する。

第１の燃料噴出口２７Ａは、第１の燃料供給部材１８の先端に複数配置されている。複数の第１の燃料噴出口２７Ａは、原料粉体噴出口２９Ａよりも内側に配置されている。複数の第１の燃料噴出口２７Ａは、第１の燃料供給ライン２７と一体となっている。
複数の第１の燃料噴出口２７Ａは、第１の燃料供給ライン２７により輸送された第１の燃料をバーナ本体１１の先端面１１Ａ側に噴出させる。

原料粉体供給ライン２９は、原料供給部材１６と第２の燃料供給部材１７との間に形成された筒状空間である。原料粉体供給ライン２９は、原料粉体噴出口２９Ａに原料粉体を供給する。
原料粉体としては、例えば、粒径が１０ｍｍ以下とされた金属、金属化合物、セラミックス、ガラス、廃棄物、固体燃料、これらの混合物等を用いることができる。

原料粉体噴出口２９Ａは、原料供給部材１６（第１の環状部材）の先端と、第２の燃料供給部材１７（第２の環状部材）の先端とで区画されており、リング状になっている。原料粉体噴出口２９Ａは、原料粉体供給ライン２９と一体となっている。
原料粉体噴出口２９Ａは、分散部材１２により、第１の原料粉体噴出口２９Ａ−１と、第２の原料粉体噴出口２９Ａ−２とに分割されている。第１及び第２の原料粉体噴出口２９Ａ−１、２９Ａ−２は、原料粉体供給ライン２９と一体となっている。

第１及び第２の原料粉体噴出口２９Ａ−１、２９Ａ−２は、リング状とされており、複数の第１の燃料噴出口２７Ａの外側に配置されている。第２の原料粉体噴出口２９Ａ−２は、第１の原料粉体噴出口２９Ａ−１の外側に配置されている。
第１及び第２の原料粉体噴出口２９Ａ−１、２９Ａ−２は、バーナ本体１１の先端面１１Ａに形成された火炎に向けて、分散部材１２により分散された原料分体を噴出させる。

第２の燃料供給ライン３１は、第２の燃料供給部材１７と第２の酸化剤供給部材１９との間に形成された筒状空間である。第２の燃料供給ライン３１は、複数の第２の燃料噴出口３１Ａに第２の燃料（例えば、ＬＮＧ）を供給する。

第２の燃料噴出口３１Ａは、第２の燃料供給部材１７の先端に複数配置されている。複数の第２の燃料噴出口３１Ａは、第２の原料粉体噴出口２９Ａ−２の外側に設けられている。複数の第２の燃料噴出口３１Ａは、第２の燃料供給ライン３１と一体となっている。
複数の第２の燃料噴出口３１Ａは、第２の燃料供給ライン３１により供給された第２の燃料をバーナ本体１１の先端面１１Ａ側に噴出させる。

第２の酸化剤供給ライン３２は、第２の酸化剤供給部材１９と冷却部１３との間に形成された筒状空間である。第２の酸化剤供給ライン３２は、複数の第２の酸化剤噴出口３２Ａに第２の酸化剤（例えば、純酸素）を供給する。
第２の酸化剤に含まれる酸素濃度は、原料粉体の材質や加熱温度に応じて、空気組成の２１〜１００ｖｏl％の範囲内とすることができる。

第２の酸化剤噴出口３２Ａは、第２の酸化剤供給部材１９の先端に複数配置されている。複数の第２の酸化剤噴出口３２Ａは、複数の第２の燃料噴出口３１Ａの外側に設けられている。複数の第２の酸化剤噴出口３２Ａは、第２の酸化剤供給ライン３２により供給された第２の酸化剤をバーナ本体１１の先端面１１Ａ側に噴出させる。

上記説明した第１の酸化剤噴出口２４Ａ、複数の第１の酸化剤噴出口２５Ａ、複数の第１の燃料噴出口２７Ａ、第１の原料粉体噴出口２９Ａ−１、第２の原料粉体噴出口２９Ａ−２、複数の第２の燃料噴出口３１Ａ、複数の第２の酸化剤噴出口３２Ａは、燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して、同心円状に配置されている。

分散部材１２は、原料粉体噴出口２９Ａに設けられており、原料粉体噴出口２９Ａに供給される原料粉体と衝突することで、原料粉体を分散させる。
分散部材１２は、原料粉体噴出口２９Ａを第１の原料粉体噴出口２９Ａ−１と第２の原料粉体噴出口２９Ａ−２とに分割するように配置されている。

分散部材１２は、燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して近づく方向に原料粉体を分散させる第１の傾斜面１２Ａと、燃焼バーナ１０の中心軸Ｂから離間する方向に原料粉体を分散させる第２の傾斜面１２Ｂとを有する。

第１の傾斜面１２Ａは、先端面１１Ａに向かうにつれて、燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して近づく方向に傾斜した状態で、原料供給部材１６の外面と対向している。第２の傾斜面１２Ｂは、先端面１１Ａに向かうにつれて燃焼バーナ１０の中心軸Ｂから離間する方向に傾斜した状態で、第２の燃料供給部材１７の内面と対向している。

第１の傾斜面１２Ａと燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_１が０度以上３０度以下のとき、第２の傾斜面１２Ｂと燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_２は、例えば、５度以上３０度以下の範囲内とすることができる。
また、第２の傾斜面１２Ｂと燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_２が０度以上３０度以下のとき、第１の傾斜面１２Ａと燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_１は、例えば、５度以上３０度以下の範囲内とすることができる。

角度θ_１、θ_２がともに５度よりも小さい場合、原料粉体を効率良く分散させることができない。角度θ_１、θ_２がともに３０度以上の場合、溶解させた原料粉体の回収率が低下してしまう。

好ましくは、角度θ_１、θ_２は、例えば、１０度以上１５度以下にするとよい。角度θ_１、θ_２を１０度以上１５度以下にすることで、さらなる原料粉体の溶解効率の向上と、溶解された原料粉体（製品）の回収率の向上とを実現させることができる。

このように、原料粉体噴出口２９Ａに、先端面１１Ａに向かうにつれて、燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して近づく方向に原料粉体を分散させる第１の傾斜面１２Ａと、先端面１１Ａに向かうにつれて、燃焼バーナ１０の中心軸Ｂから離間する方向に原料粉体を分散させる第２の傾斜面１２Ｂとを有する分散部材１２を設けることで、火炎及び／または火炎付近の高温領域（以下「火炎領域」という）に分散された原料粉体を噴出させることが可能となるので、火炎領域において、原料粉体を効率良く加熱または溶解することができる。

また、分散部材１２を有することで、原料粉体が分散されていない状態（凝集した状態）で、火炎領域に噴出されることがなくなるため、分散部材１２が無い場合と比較して、加熱または溶解された原料粉体（製品）の回収率を向上させることができる。

冷却部１３は、筒状の部材であり、第２の酸化剤供給部材１９の外側に配置されている。冷却部１３は、冷却水が循環される冷却水路１３Ａを有する。冷却部１３は、バーナ本体１１の先端部を冷却するための部材である。

第１の実施の形態の燃焼バーナによれば、原料粉体噴出口２９Ａに、先端面１１Ａに向かうにつれて、燃焼バーナ１０の中心軸Ｂに対して近づく方向に原料粉体を分散させる第１の傾斜面１２Ａと、先端面１１Ａに向かうにつれて、燃焼バーナ１０の中心軸Ｂから離間する方向に原料粉体を分散させる第２の傾斜面１２Ｂとを有する分散部材１２を設けることで、火炎領域に分散された原料粉体を噴出させることが可能となるので、火炎領域において、原料粉体を効率良く加熱または溶解することができる。

また、分散部材１２を有することで、原料粉体が分散されていない状態（凝集した状態）で、火炎領域に噴出されることがなくなるため、分散部材１２が無い場合と比較して、加熱または溶解された原料粉体（製品）の回収率を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼バーナの先端の正面図である。図４は、図３に示す燃焼バーナのＤ−Ｄ線方向の断面図である。図３及び図４において、図１及び図２に示す第１の実施の形態の燃焼バーナ１０と同一構成部分には、同一符号を付す。

図３及び図４を参照するに、第２の実施の形態の燃焼バーナ４０は、第１の実施の形態の燃焼バーナ１０を構成するバーナ本体１１に替えて、バーナ本体４１を有すること以外は、燃焼バーナ１０と同様に構成される。

バーナ本体４１は、原料粉体供給ライン２９を第１及び第２の原料粉体供給ライン２９−１、２９−２に分割する環状部材４３を有すること以外は、第１の実施の形態で説明したバーナ本体１１と同様に構成される。

環状部材４３は、原料供給部材１６と第２の燃料供給部材１７との間であって、原料供給部材１６と第２の燃料供給部材１７との中間位置に設けられている。環状部材４３の一端は、分散部材１２の後端と接続されている。

第１の原料粉体供給ライン２９−１は、環状部材４３と原料粉体供給部材１６とで区画された筒状空間である。第１の原料粉体供給ライン２９−１は、第１の原料粉体噴出口２９Ａ−１に原料粉体を供給する。
第２の原料粉体供給ライン２９−２は、環状部材４３と第２の燃料供給部材１７とで区画された筒状空間である。第２の原料粉体供給ライン２９−２は、第２の原料粉体噴出口２９Ａ−２に原料粉体を供給する。

第２の実施の形態の燃焼バーナによれば、原料粉体噴出口２９Ａに配置された分散部材１２と、分散部材１２の後端と接続され、かつ原料粉体供給ライン２９を第１及び第２の原料粉体供給ライン２９−１、２９−２に分割する環状部材４３と、第１の原料粉体噴出口２９Ａ−１に原料粉体を供給する第１の原料粉体供給ライン２９−１と、第２の原料粉体噴出口２９Ａ−２に原料粉体を供給する第２の原料粉体供給ライン２９−２とを有することで、第１の実施の形態のバーナ１０と同様な効果を得ることができる。

また、第１及び第２の原料粉体供給ライン２９−１、２９−２を有することで、第１及び第２の原料粉体噴出口２９−１Ａ、２９−２Ａに異なる量の原料粉体を供給することができる。つまり、第１及び第２の原料粉体噴出口２９−１Ａ、２９−２Ａから噴出させる原料粉体の量を調節することができる。

（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る燃焼バーナの先端の正面図である。図６は、図５に示す燃焼バーナのＥ−Ｅ線方向の断面図である。図７は、図５に示す燃焼バーナのＦ−Ｆ線方向の断面図である。図８は、図５に示す燃焼バーナのＧ−Ｇ線方向の断面図である。
図５〜図８において、図１及び図２に示す第１の実施の形態の燃焼バーナ１０と同一構成部分には、同一符号を付す。

図５〜図８を参照するに、第３の実施の形態の燃焼バーナ５０は、第１の実施の形態の燃焼バーナ１０を構成するバーナ本体１１に替えて、バーナ本体５１を有すること以外は、燃焼バーナ１０と同様に構成される。

バーナ本体５１は、第１の実施の形態で説明したバーナ本体１１を構成する分散部材１２に替えて、分散部材５３を有すること以外は、バーナ本体１１と同様に構成される。
分散部材５３は、複数の第１の傾斜面である傾斜面５３Ａ、５３Ｃ（複数の傾斜面）と、複数の第２の傾斜面である傾斜面５３Ｂ、５３Ｄ（複数の傾斜面）と、平坦面５３Ｅ、５３Ｆとを有する。

傾斜面５３Ａ、５３Ｃは、先端面１１Ａに向かうにつれて、燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して近づく方向に傾斜した状態で、原料供給部材１６の外面と対向している。傾斜面５３Ａ、５３Ｃは、燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃに対して異なる角度で傾斜している。
傾斜面５３Ａ、５３Ｃは、燃焼バーナ５０の周方向に複数配置されている。複数の傾斜面５３Ａ、５３Ｃは、燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して近づく方向に原料粉体を分散させる機能を有する。

傾斜面５３Ｂと燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_４、及び傾斜面５３Ｄと燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_６が０度以上３０度以下のとき、傾斜面５３Ａと燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_３、及び傾斜面５３Ｃと燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_５は、例えば、５度以上３０度以下の範囲内とすることができる。
具体的には、角度θ_３、θ_５は、例えば、２０度とすることができる。

傾斜面５３Ｂ、５３Ｄは、先端面１１Ａに向かうにつれて、燃焼バーナ５０の中心軸Ｂから離間する方向に傾斜した状態で、第２の燃料供給部材１７の内面と対向している。傾斜面５３Ｂ、５３Ｄは、燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃに対して異なる角度で傾斜している。
傾斜面５３Ｂ、５３Ｄは、燃焼バーナ５０の周方向に複数配置されている。複数の傾斜面５３Ｂ、５３Ｄは、燃焼バーナ５０の中心軸Ｂから離間する方向に原料粉体を分散させる機能を有する。

傾斜面５３Ａと燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_３、及び傾斜面５３Ｃと燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_５が０度以上３０度以下のとき、傾斜面５３Ｂと燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_４、及び傾斜面５３Ｄと燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃとが成す角度θ_６は、例えば、５度以上３０度以下の範囲内とすることができる。
具体的には、角度θ_４、θ_６は、例えば、１０度とすることができる。

平坦面５３Ｅ、５３Ｆは、燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して平行な仮想平面Ｃに対して平行な面である。つまり、平坦面５３Ｅ、５３Ｆは、仮想平面Ｃに対して傾斜していない面（言い換えれば、仮想平面Ｃに対する傾斜角度が０度の面）である。

第３の実施の形態の燃焼バーナによれば、燃焼バーナ５０の周方向において、異なる角度θ_３、θ_５で傾斜し、かつ先端面１１Ａに向かうにつれて燃焼バーナ５０の中心軸Ｂに対して近づく方向に異なる角度で原料粉体を分散させる複数の傾斜面５３Ａ、５３Ｃを含む第１の傾斜面と、燃焼バーナ５０の周方向において、異なる角度θ_４、θ_６で傾斜し、かつ、先端面１１Ａに向かうにつれて燃焼バーナ５０の中心軸Ｂから離間する方向に異なる角度で原料粉体を分散させる複数の傾斜面５３Ｂ、５３Ｄを含む第２の傾斜面とを有する。このため、火炎領域に、より分散された原料粉体を噴出させることが可能となるので、火炎領域において、原料粉体をより効率良く加熱または溶解することができる。同時に、加熱または溶解された原料粉体（製品）の回収率をより向上させることができる。

（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態に係る燃焼バーナの先端の正面図である。図１０は、図９に示す燃焼バーナのＨ−Ｈ線方向の断面図である。図１１は、図９に示す燃焼バーナのＩ−Ｉ線方向の断面図である。
図９〜図１１において、図１及び図２に示す第１の実施の形態の燃焼バーナ１０と同一構成部分には、同一符号を付す。

図９〜図１１を参照するに、第４の実施の形態の燃焼バーナ６０は、第１の実施の形態の燃焼バーナ１０を構成するバーナ本体１１に替えて、バーナ本体６１を有すること以外は、燃焼バーナ１０と同様に構成される。

バーナ本体６１は、第１の実施の形態で説明したバーナ本体１１を構成する分散部材１２に替えて、分散部材６２を有し、かつ分散部材６２により原料粉体噴出口２９Ａが２つに分割されていないこと以外は、バーナ本体１１と同様に構成される。分散部材６２は、複数の第１及び第２の分散部材６３、６５により構成されている。

複数の第１の分散部材６３は、燃焼バーナ６０の周方向であって、第２の燃料供給部材１７の先端の内面に所定の間隔で配置されている。
第１の分散部材６３は、異なる角度で傾斜した傾斜面６３Ａ、６３Ｂを有する。傾斜面６３Ａ、６３Ｂは、先端面１１Ａに向かうにつれて燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに向かう方向に傾斜した状態で、原料供給部材１６の内面と対向している。

傾斜面６３Ｂと燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに平行な仮想平面Ｃ１とが成す角度θ_９が０度以上３０度以下のとき、傾斜面６３Ａと燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに平行な仮想平面Ｃ１とが成す角度θ_７は、例えば、５度以上３０度以下の範囲内とすることができる。
また、傾斜面６３Ａと燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに平行な仮想平面Ｃ１とが成す角度θ_７が０度以上３０度以下のとき、傾斜面６３Ｂと燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに平行な仮想平面Ｃ１とが成す角度θ_９は、例えば、５度以上３０度以下の範囲内とすることができる。
具体的には、角度θ_７は、例えば、２０度とすることができる。この場合、角度θ_９は、例えば、１０度とすることができる。

このように、燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに向かう方向に異なる角度で傾斜した状態で、原料供給部材１６の外面と対向する傾斜面６３Ａ、６３Ｂを含む第１の分散部材６３を有することで、燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに向かう方向に異なる角度で原料粉体を噴出させることが可能となる。

複数の第２の分散部材６５は、燃焼バーナ６０の周方向であって、原料供給部材１６の先端の外面に所定の間隔で配置されている。
第２の分散部材６５は、異なる角度で傾斜した傾斜面６５Ａ、６５Ｂを有する。傾斜面６５Ａ、６５Ｂは、先端面１１Ａに向かうにつれて燃焼バーナ６０の中心軸Ｂから離間する方向に傾斜した状態で、第２の燃料供給部材１７の内面と対向している。

傾斜面６５Ｂと燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに平行な仮想平面Ｃ２とが成す角度θ_１０が０度以上３０度以下のとき、傾斜面６５Ａと燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに平行な仮想平面Ｃ２とが成す角度θ_８は、例えば、５度以上３０度以下の範囲内とすることができる。
また、傾斜面６５Ａと燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに平行な仮想平面Ｃ２とが成す角度θ_８が０度以上３０度以下のとき、傾斜面６５Ｂと燃焼バーナ６０の中心軸Ｂに平行な仮想平面Ｃ２とが成す角度θ_１０は、例えば、５度以上３０度以下の範囲内とすることができる。
具体的には、角度θ_８は、例えば、２０度とすることができる。この場合、角度θ_１０は、例えば、１０度とすることができる。

このように、先端面１１Ａに向かうにつれて燃焼バーナ６０の中心軸Ｂから離間する方向に異なる角度で傾斜した状態で、第２の燃料供給部材１７の内面と対向する傾斜面６５Ａ、６５Ｂを含む第２の分散部材６５を有することで、燃焼バーナ６０の中心軸Ｂから離間する方向に異なる角度で原料粉体を噴出させることが可能となる。

上記構成とされた第４の実施の形態の燃焼バーナ６０は、第３の実施の形態の燃焼バーナ５０と同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、第３及び第４の実施の形態の燃焼バーナ５０、６０では、一例として、第１及び第２の傾斜面がそれぞれ２つの異なる角度で傾斜した傾斜面を２つ有する場合を例に挙げて説明したが、第１及び第２の傾斜面は、それぞれ異なる角度で傾斜した２つ以上の傾斜面を有してもよい。

（実験例１）
実験例１では、３つの燃焼バーナを用いて、原料粉体を溶解炉内で溶解し、原料粉体への溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率を測定し、評価を行なった。
具体的には、比較例１では特許文献１に開示されたバーナＡを用い、比較例２では特許文献４に開示されたバーナＢを用い、実施例１では図１及び図２に示す燃焼バーナ１０を用いた。

バーナＡ、バーナＢ、及び燃焼バーナ１０に供給する燃料及び酸化剤の供給量、及び原料粉体の供給量を表１に示す。原料粉体としては、粒径が０．５ｍｍ以下のガラス粉体を用いた。また、燃焼バーナ１０では、角度θ_１、θ_２を１０度とした。

表２に、比較例１、２及び実施例１のバーナを用いた際の原料粉体の溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率を示す。
なお、原料粉体の溶解効率は、原料粉体への伝熱量を燃料投入熱量で除した値である。
原料粉体の回収率とは、溶解され、かつ回収された原料粉体の量を原料粉体の投入量で除した値である。
燃料投入熱量とは、燃料の流量に燃料の低位発熱量を掛けた値をいう。また、低位発熱量とは、熱量計で測定された高位発熱量から水蒸気の凝縮潜熱に水蒸気量を乗じた値を差し引いたものであり、下記（１）式で算出することができる。（低位発熱量）＝（高位発熱量）−（水蒸気の凝縮潜熱）×（水蒸気量）…（１）

表２を参照するに、比較例１、２と比較して、実施例１では溶解効率及び回収率ともに、良好な結果が得られた。これにより、実施例１の燃焼バーナ１０は、従来のバーナＡ、Ｂよりも溶解効率及び回収率を向上させる効果があることが確認できた。

（実験例２）
実験例２では、図１及び図２に示す燃焼バーナ１０の角度θ_１、θ_２を変化させた場合の原料粉体への溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率を測定し、評価を行なった。
具体的には、角度θ_１を０度に固定し、角度θ_２を０〜４５度の範囲内で変化させた場合の原料粉体への溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率を測定した。この結果を図１２に示す。
また、角度θ_２を０度に固定し、角度θ_１を０〜４５度の範囲内で変化させた場合の原料粉体への溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率を測定した。この結果を図１３に示す。
なお、燃焼バーナ１０の角度θ_１、θ_２以外の条件は、実験例１と同じ条件を用いた。

図１２及び図１３に示すように、角度θ_１を０度で固定した場合、角度θ_２は、５度以上３０度以下の範囲内が原料粉体への溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率が良好であることが確認できた。
また、角度θ_２を０度で固定した場合、角度θ_１は、５度以上３０度以下の範囲内が原料粉体への溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率が良好であることが確認できた。
特に、角度θ_１、θ_２が１０度以上１５度以下の範囲内が良好であることが確認できた。

なお、角度θ_１を３０度に固定し、角度θ_２を０〜４５度の範囲内で変化させた場合も、角度θ_１を０度に固定した場合と同様に、角度θ_２が、５度以上３０度以下の範囲内で良好な結果を得ることができた。
また、角度θ_２を３０度に固定し、角度θ_１を０〜４５度の範囲内で変化させた場合も、角度θ_２を０度に固定した場合と同様に、角度θ_１が、５度以上３０度以下の範囲内で良好な結果を得られた。

（実験例３）
実験例３では、実施例２として、図５〜図８に示す第３の実施の形態の燃焼バーナ５０を用いて、原料粉体（粒径が０．５ｍｍ以下のガラス分体）を溶解炉内で溶解し、原料粉体の溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率を測定し、評価を行なった。

ここでは、燃焼バーナ５０の角度θ_３、θ_４を２０度、角度θ_５、θ_６を１０度、平坦面５３Ｅ、５３Ｆと仮想平面Ｃとが成す角度を０度とした。
これ以外の燃焼バーナ５０の条件（具体的には、第１及び第２の燃焼ガス、第１及び第２の酸化剤、及びキャリアガス等）は、実験例１で説明した実施例１と同じ条件を用いた。
この結果、原料粉体の溶解効率が６８．５％、溶解された原料粉体の回収率が９９．５％であり、良好な結果が得られた。

（実験例４）
実験例４では、実施例３として、図９〜図１１に示す第４の実施の形態の燃焼バーナ６０を用いて、原料粉体（粒径が０．５ｍｍ以下のガラス分体）を溶解炉内で溶解し、原料粉体の溶解効率、及び溶解された原料粉体の回収率を測定し、評価を行なった。

ここでは、燃焼バーナ６０の角度θ_７、θ_８を２０度、角度θ_９、θ_１０を１０度とした。これ以外の、燃焼バーナ６０の条件（具体的には、第１及び第２の燃焼ガス、第１及び第２の酸化剤、及びキャリアガス等）は、実験例１で説明した実施例１と同じ条件を用いた。
この結果、原料粉体の溶解効率が６７．３％、溶解された原料粉体の回収率が９９．６％であり、良好な結果が得られた。

本発明は、火炎中で鉄・非鉄金属の溶解処理、セラミックスの溶解処理、ガラスの溶解処理、廃棄物処理等を行う燃焼バーナに適用可能である。

１０、４０、５０、６０…燃焼バーナ、１１、４１、５１、６１…バーナ本体、１１Ａ…先端面、１２、５３、６２…分散部材、１２Ａ…第１の傾斜面、１２Ｂ…第２の傾斜面、１３…冷却部、１３Ａ…冷却水路、１５…第１の酸化剤供給部材、１６…原料供給部材、１７…第２の燃料供給部材、１８・・・第１の燃料供給部材、１９…第２の酸化剤供給部材、２４、２５…第１の酸化剤供給ライン、２４Ａ、２５Ａ…第１の酸化剤噴出口、２７…第１の燃料供給ライン、２７Ａ…第１の燃料噴出口、２９…原料粉体供給ライン、２９Ａ…原料粉体噴出口、２９Ａ−１…第１の原料粉体噴出口、２９Ａ−２…第２の原料粉体噴出口、２９−１…第１の原料粉体供給ライン、２９−２…第２の原料粉体供給ライン、３１…第２の燃料供給ライン、３１Ａ…第２の燃料噴出口、３２…第２の酸化剤供給ライン、３２Ａ…第２の酸化剤噴出口、４３…環状部材、５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、６３Ａ、６３Ｂ、６５Ａ、６５Ｂ…傾斜面、５３Ｅ、５３Ｆ…平坦面、６３…第１の分散部材、６５…第２の分散部材、Ｂ…中心軸、Ｃ、Ｃ１、Ｃ２…仮想平面、θ_１〜θ_１０…角度

Claims (10)

1. 火炎を形成する燃焼バーナであって、
   前記火炎に原料粉体を噴出する原料粉体噴出口と、
   前記原料粉体噴出口よりも内側に配置され、第１の燃料を噴出する複数の第１の燃料噴出口と、
   前記原料粉体噴出口よりも内側に配置され、第１の酸化剤を噴出する複数の第１の酸化剤噴出口と、
   前記原料粉体噴出口よりも外側に配置され、第２の燃料を噴出する複数の第２の燃料噴出口と、
   前記原料粉体噴出口よりも外側に配置され、第２の酸化剤を噴出する複数の第２の酸化剤噴出口と、
   前記原料粉体噴出口に設けられ、前記原料粉体噴出口に供給される前記原料粉体と衝突することで、該原料粉体を分散させる分散部材と、
   を備え、
   前記原料粉体噴出口の形状は、第１の環状部材の先端と、該第１の環状部材の外側に配置された第２の環状部材の先端とで区画されたリング状であり、
   前記分散部材は、燃焼バーナの先端面に向かうにつれて前記燃焼バーナの中心軸に対して近づく方向に前記原料粉体を分散させる第１の傾斜面と、燃焼バーナの先端面に向かうにつれて前記燃焼バーナの中心軸から離間する方向に前記原料粉体を分散させる第２の傾斜面と、を有することを特徴とする燃焼バーナ。
2. 前記第１の傾斜面は、前記燃焼バーナの周方向において、異なる角度で傾斜した複数の傾斜面を有し、
   前記第２の傾斜面は、前記燃焼バーナの周方向において、異なる角度で傾斜した複数の傾斜面を有することを特徴とする請求項１記載の燃焼バーナ。
3. 前記原料粉体噴出口は、前記第１の環状部材の先端と前記第１の傾斜面とで区画された第１の原料粉体噴出口と、前記第２の環状部材の先端と前記第２の傾斜面とで区画された第２の原料粉体噴出口とを有することを特徴とする請求項１または２記載の燃焼バーナ。
4. 前記第１の原料粉体噴出口に前記原料粉体を供給する第１の原料粉体供給ラインと、
   前記第２の原料粉体噴出口に前記原料粉体を供給する第２の原料粉体供給ラインと、
   を有することを特徴とする請求項３記載の燃焼バーナ。
5. 前記分散部材は、前記第１の傾斜面を有し、かつ前記第２の環状部材の内面に設けられた第１の分散部材と、
   前記第２の傾斜面を有し、かつ前記第１の環状部材の内面に設けられ、前記第１の分散部材とは別体とされた第２の分散部材と、
   を有することを特徴とする請求項１または２記載の燃焼バーナ。
6. 前記第１及び第２の傾斜面は、それぞれ異なる角度で傾斜した複数の傾斜面を有することを特徴とする請求項５記載の燃焼バーナ。
7. 前記第１及び第２の分散部材を、前記燃焼バーナの周方向に複数配置することを特徴とする請求項５または６記載の燃焼バーナ。
8. 前記第１の傾斜面と前記燃焼バーナの中心軸に対して平行な仮想平面とが成す角度が０度以上３０度以下のとき、前記第２の傾斜面と前記燃焼バーナの中心軸に対して平行な仮想平面とが成す角度は、５度以上３０度以下の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項記載の燃焼バーナ。
9. 前記第２の傾斜面と前記燃焼バーナの中心軸に対して平行な仮想平面とが成す角度が０度以上３０度以下のとき、前記第１の傾斜面と前記燃焼バーナの中心軸に対して平行な仮想平面とが成す角度は、５度以上３０度以下の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項記載の燃焼バーナ。
10. 前記原料粉体噴出口、前記複数の第１の燃料噴出口、前記複数の第１の酸化剤噴出口、前記複数の第２の燃料噴出口、及び前記複数の第２の酸化剤噴出口は、前記燃焼バーナの中心軸に対して同心円状に配置することを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１項記載の燃焼バーナ。

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