JP3989984B2 - 燃料およびオキシダント流の分離噴射を含む燃焼方法およびその燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉の燃焼室（チャンバ）に燃料とオキシダント（過酸化物質）と流れを分離して導くための分離形のインジェクション（噴射・噴霧）を含む燃焼プロセスおよびその装置に関し、例えば、オキシダントと共に燃料が広い範囲の輝炎で燃焼する際にこのオキシダントと燃料の燃焼により窒素酸化物（ＮＯx）の量を削減する燃焼方法およびその燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工業上の高温プロセス、例えば、ガラス又はフリット(窯ゆう薬)の融解や、鉄金属や非鉄金属材の融解は、様々の自然そのままな原料を、高温溶融産物（ホット・モルテンプロダクト）に変えるために多くのエネルギを使っていた。そして、部材を包囲するケースに蓄積され成形されるか、又は、この工業上のプロセスの更なるステージ工程に供給される。この様な運用は通常、大型の加熱炉において行われ、１日におけるモルテンプロダクトが毎日５００トンほど生成される。化石燃料、例えば、天然ガスや、アトマイズ、例えば、噴霧された燃料オイルや、プロパン又はそれらに類するものの燃焼においては、酸素を混入する好適な方法がエネルギー供給の方法として有る。それらの内の幾つかの場合、燃焼は電気的な加熱の助けにより行われる。
【０００３】
通常、燃料およびオキシダントは、炎を生成するためにバーナーを通過して加熱炉に導かれる。炎からのエネルギーの金属／非金属材への伝搬は、その材料表面における対流との組合せでその溶融を結果的に生じさせると共に、もし仮にその部材が輻射に対して透過であれば、その表面またはその内部への放射・輻射が行われる。炎は極めて高い放射・輻射源である（だたし通常は、輝炎として生ずる）。よって、これらの炎はその高い熱伝搬を提供してくれるので、更に高い燃焼効率で好適に利用される。
【０００４】
炎の加熱のためには、金属／非金属材の表面の上部に供給された炎からのエネルギーであっても保有することが勿論極めて重要である。しかしながら、加熱炉には熱い部位と冷たい部位が混在するが、これは望ましいことではない。このような状態の加熱炉内で融解された材料を伴う産物の品質はしばしば劣悪なものとなる。例えば、モルテンガラスの浴槽においては、冷たい部位にガラス石が在り、一方、熱い部位にはガラスの促進された揮発物が在るとする。また、広い幅の炎は勿論、ガラス浴槽全体を良好な熱状態に保つために必要とされる。
【０００５】
多数の国、特に米国では、ＮＯxの発生に鑑がみてその排出制限が益々厳しくされてきた。よって、ＮＯxの構成(フォーメーション)が制限されるような燃焼技術の開発が重要である。極めて高温なプロセスにおいては、ＮＯxの構成が炎や加熱炉の高温部における酸素と窒素の分子の長い滞留時間によって促進される。オキシダントの気体として、実質的に純粋な酸素（９０％のＯ₂、またはそれ以上）を代用することは、９０％程度のＮＯx発散の削減に極めて有効であることが証明されている。これはすべての窒素分が無くなるからである。しかし、実質的に純粋な酸素による気体の代用は火炎温度の上昇をもたらす。よって、この気体との燃焼により全体として減少しても、加熱炉内に酸素を伴う窒素の活性化された高温部を生じる。勿論、加熱炉からすべての窒素を排除することは実際上は可能である。なぜならば、工業用は気密性はあまく、燃料は常に窒素を含み、酸素は非冷却の資源、例えば、Vacuum Swing Adsorption plant（VSA）で生成された酸素が供給される。
【０００６】
加熱炉のための燃料及び酸素の従来の燃焼方法は、いわゆる「オキシーフュエル」混合バーナーを用いている。この従来のバーナーは金属製であり、燃料とオキシダントの入口を備えて酸素分子を集中的に供給している。また、このバーナーのチップに配されたマルチプル・インジェクタへ続く分離した同軸なチャネル（溝）で燃料等の流れを搬送する手段を有する。
【０００７】
これらバーナーの１つの欠点は、その先端の狭いペンシル形状で加熱炉内に高温の炎を生成する結果、加熱炉が融解する高温に達しないように冷却する必要がある。例えば、水を循環させて冷却する方式の装置が英国特許１,２１５,９２５号に開示されている。しかし、加熱炉の大気に蓄積する蒸気が含まれる場合は、冷却用のジャケットには分離・腐食の問題が生ずる。
【０００８】
ガス冷式バーナーは水冷式バーナーを改良したものであり、バーナー本体は、例えば、耐火レンガを用いた耐火ブロックで放射熱が防がれる。この形状は、加熱炉の向きに開口された実質的に円柱形を成している。バーナーは加熱炉の後ろに登載され、キャビティに配された燃料とオキシダント用の集中型のインジェクタが加熱炉内壁から引っ込んだ状態に含まれている。これらのレンガやバーナーは周辺を環流するガス流によって冷却される。この様なバーナーについては、例えば、米国特許(USP)５,３４６,３９０号および米国特許(USP)５,２６７,８５０号に開示されている。このタイプのバーナーによれば、加熱炉に達する前に燃焼が開始する。つまり、火炎はこの中に閉じ込められ細い軸対称のジェット流になって、加熱炉中の融解対象物を不十分に包囲する。これらの炎は高温であり多量のＮＯxを発生する。この理由の１つは、燃料と酸素が希釈されること無く直接的に結合することに起因する。
【０００９】
バーナーを冷却するこれらのガスの他の欠点は、火炎が過熱して加熱炉壁面に損傷を与えることである。この原因は炎がこの壁自体から始まる故である。この炎の基での再循環領域は、勿論、この加熱炉の大気と壁材とが化学反応する際に、この耐火構造体自体を加熱する結果、加熱炉の耐用年数を減ずる。
【００１０】
英国特許番号１,０７９,８２６号および、米国特許番号５,２９９,９２９号は、フラッタ(平坦)炎を得るために、酸素と燃料用の多数のインジェクタを平行に含むバーナーの例を開示している。確かにこれは融解物の包囲する事に関しての改良をもたらすが、なお多くのＮＯxを発生する。これらのバーナーの他の欠点は平坦な炎を得るためには、装置が機械的に複雑であることである。
【００１１】
また、分離して離間するインジェクタから燃料とオキシダントを燃焼室に流出させて、耐火構造体に狙いを定めて、炉壁から離れた処から火炎を生成することも知られている。例えば、燃料とオキシダントのジェット流がある角度で加熱炉内に噴射されるような装置の一例が米国特許番号５,３０２,１１２号に開示され、燃焼効率の向上と炎の短縮化が図られた。しかしながら、このバーナーの炎は高温で多量の窒素酸化物が炉内に作られる。そこで、この高温度を低下させ、ＮＯxの生成を減少させるための、米国特許番号４,３７８,２０５号が開示されており、燃料および／またはオキシダのジェット流を高速化し、これらの分離に用いて実際の燃焼以前に希釈している。しかしながら、このバーナーで生成された炎のほとんどは不可視火炎である事が、コラム９，５８〜６５行に述べられている。よって、燃焼領域の位置を決定および／または制御することは、この炉のオペレータには極めて困難であると共に危険である。また、このバーナーの他の欠点は、燃焼の液滴同伴(エントレイメント)が炉内を再循環するガスの流れを生み出すことにあり、加熱炉の耐火壁へガスを強力に高圧力で供給できるようにすることである。
【００１２】
また、高速のオキシダントジェット流を用いることは当然、高圧のオキシダントの供給が必要となり、これはオキシダントガスの高圧生成または供給を意味する（但し、燃料は通常は高圧である）。オキシダントガス、例えば低圧酸素ガスは、前述のＶＳＡユニットによって供給されるので、加熱炉内に入る前に再度圧縮しなければならない。
【００１３】
今日、通常使用されているバーナーは、液体燃料のスプレーによるガス状気体燃料または液体燃料を使用するように設計されているが、これらを同時または、容易に切り替えて使用することはできない。
【００１４】
液体燃料には、燃焼技工のそれ自体の問題がある。液体燃料は通常、アトマイズ（例えば、微小滴化）されるが、このアトマイズ処理のためには異なる数種の技術が存在する。これらは液体燃料流動体の微小滴（「スプレー」とも呼ぶ）のジェット流を生成することが目的である。
【００１５】
液体燃料は液体の状態にあるが特に引火性ではない。つまり、ガス状気体の場合のみ、酸化作用によって迅速な火炎の発生を提供できる。もし、燃料によって安定な炎を求める際、その大気温度において、液体または粘性は基本的な難しさとして、火炎内部において酸化作用を促すため「鋭敏な状態」における迅速な気化を行うことである。
【００１６】
この「鋭敏な状態」を達成するのに一時的に用いられた方法は、燃料のアトマイジングで微小滴の形態に構成されている。すなわち、与えられた燃料の量に関しては、液体燃料の液体表面の量を実質的に増加させることが可能になる。（すなわち、滴が微小になるに従って、界面蒸発の場所が大きくなる）。
【００１７】
簡単には、液体のアトマイゼーションを達成するための３つの主要な手法が存在する。
【００１８】
１． 動く機械要素のエアーと(共に)、流動体を細断すること、を含む、ローテーティング・カップ・アトマイゼーション。
【００１９】
２． 化学的なアトマイゼーションにおいては、燃料が極めて高圧（１５〜３０bars）に圧縮され、それを高い運動エネルギーにする。
【００２０】
このエネルギーは、その液体が外気に接触し分離して、その結果、微小滴が形成される。
【００２１】
３． ガス状流動体に施されるアトマイゼーションは、セーブした高圧（２〜６bars）で達成されると同様な結果を達成するのに利用できる。
【００２２】
つまり、これを単純化すると、ガス状流動体に対するアトマイゼーションは２つのタイプに分類できる。すなわち、液体燃料と微小滴化された流動体とがアトマイザヘッドの内側または外側の何れに接触しているか否かに基づいて分類できる。これらのタイプは「内側アトマイゼーション」および「外側アトマイゼーション」と称して参照できる。
【００２３】
この「内側アトマイゼーション」は、エマルジョン・チャンバ内に液体燃料とアトマイジング流動体とを閉じ込めることが特徴である。この２つの流動体のチャンバへの導入モードは様々に変更可能であるが、このチャンバから出るエマルジョンの特性には直接的な影響を与える。同様に、このチャンバの内部形状（例えば、全容積、生成回転のための遠心ファン、入口や出口の個数と直径、等）もまた、燃やされる前の燃料／アトマイジング流動体の混合体の特性に影響を与える。
【００２４】
アトマイジングのこのモードは、良好なアトマイゼーションの質を生じさせる。つまり、極小の粒子から成るエマルジョンが狭い小径に極小サイズで分布する。与えられた燃料の供給レートにおいては、このエマルジョンの質は、そのアトマイジング流動体の供給レートおよび、アトマイジング・チャンバの内部の圧力レベルの関数となる。
【００２５】
一方、「外側アトマイゼーション」は、閉込みエンクロージャの外部に生ずる２つのフェーズ、すなわち２相の接触する処において、エマルジョンは主に、そのアトマイジング流動体によって液体燃料のジェット流が分割されるこで生成される。これら２つの流動体の為の出口の形状は、そのアトマイジングの質を決定的に影響し、微小滴のサイズは広い直径の分布・分散に表れる。（小さい粒子と大きい粒子の同時期における共存）。
【００２６】
液体燃料のアトマイゼーションの分野においては、発明の為に重要な要旨が欧州特許番号０６８７８５８ Ａ１に出版されている。これは、非常に狭い角度（１５°以下）の外部アトマイゼーションデバイスについての権利を請求している。この件では特に、アトマイジング流動体と液体燃料との間の角度は５°〜３０°であれば良好であることを請求している。
【００２７】
また、液体燃料のアトマイゼーションデバイスに関する他の開示は、欧州特許番号０３３５７２８ Ａ３にみられる。これは、メインのコンジットから数本に分岐したコンジットの促進部を通って流動体を燃焼室へ誘導する装置を開示している。低圧て運用されるバーナーの必要性が１つあり、特に、オキシダントガスのためのもので、広くて平坦で且つ、ＮＯxの発散が削減された輝炎を生成することであり、加熱炉に使われる炎の長さを制御できるようなものである。
【００２８】
また、従来技術においても同様なニーズはあり、例えば、ガス状燃料や液体燃料が同時または交代に燃焼可能な特性を有するバーナーが求められていた。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来からこの分野には運用上において不具合となるまだ解決されない多くの課題が存在している。
【００３０】
そこで本発明の目的は、上述したような従来技術の不具合を最少化し、またはそれらを解消することのできる改良された燃焼方法とその燃焼装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、次のような手段を講ずる。
【００３２】
すなわち、本発明の１つの態様によれば、
［１］ 燃料をオキシダント（酸化物質）と共に燃焼させる燃焼方法は、
ａ） オキシダント流動体の流れの供給を提供するステップと、ｂ） 前記オキシダント流動体の流れを、燃焼チャンバ内に噴射して少なくとも１つのオキシダント流動体の流れを生成するステップと、ｃ） １つの燃料流動体の流れを提供するステップと、ｄ） 前記燃料流動体の流れを、前記燃焼チャンバ内に噴射して少なくとも２つの燃料流動体の流れを生成するステップと、ｅ） 前記燃焼チャンバ内において、少なくとも２つの噴射された燃料流動体の流れにより実質的に平坦なシート状の幕体を第１平面として生成し、少なくとも２つの噴射されたオキシダント流動体の流れで、実質的に第１の燃料流動体の流れ平面（第１平面）に供給するステップと、ｆ） 前記燃焼チャンバ内において、前記オキシダント流動体の流れを第２平面として生成し、前記燃料流動体の流れのシート状の幕体（第１平面）と交差するステップと、ｇ） 前記燃焼チャンバ内において、前記オキシダント流動体と前記燃料流動体を燃焼させるステップと、から成ることを特徴とする燃料およびオキシダント流の分離噴射を含む燃焼方法を提供する。
【００３３】
また、本発明のその他の態様により次の手段を講じる。
【００３４】
［１７］ 耐火ブロックは、オキシダントおよび燃料の資源に接続する流れに接合されて成り、前記耐火ブロックは、燃料およびオキシダントのそれぞれの入口端部と、出口端部とを有し、前記耐火ブロックは更に、複数の燃料キャビティと、第１平面を定義する少なくとも２つの燃料キャビティと、第２平面を定義する複数のオキシダントキャビティを有し、前記燃料キャビティは前記オキシダントキャビティよりも多数在って成り、改善された炎長および炎形状の制御を有することを特徴とするバーナー・アセンブリを提供する。
【００３５】
［２５］ 耐火ブロックは、この下方位置に燃料を加熱炉の燃焼チャンバに噴射するための３つのキャビティを有し、この上方位置には加熱炉の燃焼チャンバに前記オキシダントを噴射するための２つのキャビティを有していることを特徴とするバーナー・アセンブリを提供する。
【００３６】
［４９］ 改善された炎長および炎形状制御を有するバーナー・アセンブリであって、耐火ブロックは、燃料およびオキシダントのそれぞれの入口端部と、出口端部とを有し、耐火ブロックは更に、単一の燃料キャビティと、複数のオキシダントを有し、オキシダントキャビティは、第１オキシダント平面を定義し、２つの燃料キャビティと、第２オキシダント平面を定義する複数のオキシダントキャビティを有し、耐火ブロックの上方部であり、燃料キャビティの上方に配設されて成ることを特徴とするバーナー・アセンブリを提供する。
【００３７】
［５０］ 改善された炎長および炎形状制御を有するバーナー・アセンブリであって、耐火ブロックは、燃料およびオキシダントのそれぞれの入口端部と、出口端部とを有し、耐火ブロックは更に、複数の燃料キャビティと、複数のオキシダントキャビティを有し、オキシダントキャビティの少なくとも２つは、１つのオキシダント平面（即ち、第１オキシダント平面）を定義して耐火ブロックの上部に配設され、燃料キャビティの上にあり、１つの燃料平面（即ち、第１燃料平面）を定義し、ここには、少なくとも複数の燃料キャビティが、１つの第２オキシダント平面を定義する複数のオキシダントキャビティを有し、第２オキシダント平面における少なくとも１つの前記オキシダントキャビティの１つは、対応するオキシダントキャビティの直径よりも小さい口径を有する１つの燃料インジェクタをその中に有することを特徴とするバーナー・アセンブリを提供する。
【００３８】
［５２］ オキシダントキャビティが１つの「非円形」出口を有することを特徴とするバーナー・アセンブリを提供する。
【００３９】
［１２］ 隣接するオキシダント流動体の流れは、最終的な発散角度が１５°よりも小さいことを特徴とする燃焼方法を提供する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【００４１】
Ｉ． 概要：
本発明の一態様によれば、燃焼プロセスおよびそのための装置は、例えば、真空スイング吸着酸素生成装置のように、低圧のオキシダント供給圧力で運用するために提供される。この低圧のオキシダントとは、１０５０００〜１７００００ Pa(絶対圧力)（５０m bar 〜 ０．７bar/相対圧力）程度の圧力を意味する。
【００４２】
本発明によれば、燃料およびオキシダントが、バーナーアセンブリ内の分離したキャビティを通って加熱炉に導かれる。ここでの「燃料」とは、本発明によれば例えば、メタン、天然ガス、液化天然ガス、プロパン、噴霧オイルまたは、これに類するものであり、ガス状または液状で常温（２５℃）又は予め加熱された形態のもののいずれかである。また、ここでの「オキシダント」とは、本発明によれば例えば、少なくとも５０％の酸素モル濃度を伴う１種類のガスを意味し、少なくとも５０％vol.の酸素・濃縮のエアーや、酸素、例えば「工業用」純粋酸素（９９．５％）を含む気体である。
【００４３】
なお、この純粋酸素は、低温エアー分離プラント又は、前述の真空スイング吸着プロセス（８８％vol.Ｏ₂又はそれ以上）により生成された非純粋な酸素、又は、エアーや他のソース・資源から例えば、ろ過、吸着、薄膜分離、またはこれらに類する手法によって常温か予め加熱された形態で余熱され生成された「非純粋」な酸素である。
【００４４】
ここで定義した「キャビティ」とは、セラミックブロック又は加熱炉の隔壁を通る通路であり、好適には円筒形状の断面を有している。なお、この他の形状でも使用される。例えば、方形、三角形、楕円体、楕円形等でもよい。また、インジェクタは、その対応するキャビティに添った外形状を有する中空部材としてここでは定義され、これは、溶解・溶融バーナーブロックの使用に伴い延長して対応するキャビティに配されている。インジェクタは、金属チューブ、セラミック製終端材を伴う金属チューブ又はパイプ、セラミックチューブ、又はそれらの組合せから成る。このインジェクタのチューブの為に適するセラミック材は、アリミナ、ジルコニア、イットリア、シリコンカーバイトおよびこれに類する材料である。なお、このインジェクタが金属である場合は各種のステンレス鋼も利用できる。金属インジェクタは熱防御用の耐火コーティングが施され、例えば、セラミックインジェクタの為の前述の材料も利用できる。
【００４５】
なお、このようなインジェクタは絶対的に必要なものではない。例えば、セラミックやその他の高温に耐え、しかもガスがブロックを通過しようとする浸透を防ぐ材料によって、このキャビティがカバーまたはコーティングされていれば上述の様なインジェクタは不要であろう。
【００４６】
これらのインジェクタは、加熱炉を通ってキャビティ内に開口されインストールされているか、耐火またはセラミックブリックが加熱炉の隔壁にマウントされている。数種の実施例においては、このインジェクタの長さは、バーナーブロック内のキャビティ自体の長さに対応するに十分な長さに延長され作られている。即ち、この長さは、燃料又はオキシダントの流れがインジェクタからキャビティ内へ達し、次にこのキャビティから加熱炉の燃焼チャンバまでの長さである。
【００４７】
このように、本発明の数種の実施例では、キャビティの幾何形状によって伝搬されるガスの流れの方向の変化が生ずる以前にその流れを止める。
【００４８】
一方、他の実施例においては、このインジェクタは、耐火ブロックの外部に突出してもよく、その燃焼チャンバ内に在ってもよい。また、その他の実施例ではインジェクタがまったく存在しなくともよい。
【００４９】
燃料のインジェクション、即ち噴射は、少なくとも２つ、好適には単独な１つで形成されており、キャビティはその軸を好ましくは同一な平面になるように配し、更にこれを「第１平面（燃料面）」と呼び、参照している。燃料およびオキシダントのアウトレット(出口)は物理的に分離され、幾何学的に配置されており、これら燃料流動体の流れおよびオキシダント流動体の流れを、それぞれ燃料流動体の流れとオキシダント流動体の流れとが成す「角度」および「速度」が、その燃料の燃焼状態において安定的に、広くかつ輝く炎（以下、輝炎と称す）になるように、それらの流れを伝搬させるため配設されている。
【００５０】
好適実施例においては、燃料キャビティは初期的角度において偏向し、次にこの初期の発散角度は、この燃料が最終的な発散角度まで至って燃焼チャンバに入る直前まで徐々に増加する。ただしこの最終的な発散角度は、初期の発散角度よりもわずかに２〜３°だけ大きい。なお、隣接する２つのキャビティ間の好ましい最終的な発散角度は３〜１０°の間にある。また、燃料が加熱炉内に入る時の、キャビティの肢の間隔ｌは、第１平面における各燃料インジェクタの内径ｄの４〜１０倍であることが好ましい。この第１平面は、融解表面に対して必ずしも平行である必要はない。例えば、燃料インジェクタ又はキャビティが円形でない場合は、この値「ｄ」はその断面の領域を表す等価な値である。燃料キャビティからの燃料噴射（ジェット流）は１つの燃料「シート」（即ち、薄膜）を形成する。燃料から成るこの「シート」によれば、燃料が実質的に連続して形成された霧幕(即ち雲)（但し、液体の場合）または、燃料ガスであることを意味し、第１平面の角度が最大で１２０°、好ましくは２０°〜６０°であり、そして好ましくは、燃料キャビティの長手方向の軸に対して対称である。また、この燃料ガスのキャビティ中における速度は、好ましくは少なくとも１５ｍ／ｓである。
【００５１】
本発明の１つの好適実施例によれば、燃料流動体の「シート」が加熱されるべきその表面の上部に生成されるとき、１つのプロセスが提供される。なお、この加熱は、例えば、１つの最終的な発散角度が１５°よりも小さい少なくとも２つの燃料キャビティの手段により行われ、この燃料キャビティは第１平面に内に在り、オキシダント流動体は燃料流動体の速度よりも遅い速度、（好ましくは、加熱されるべきその表面の上部に生成されるときに６０ｍ／ｓを超過しない速度）を有し、好ましくは、少なくとも２つの酸素キャビティと、最終的な発散角度が１５°よりも小さくなるような２つの隣接する酸素キャビティとを伴っている。
【００５２】
これらのキャビテチィは、好ましくは第２平面内に配され、この面は燃焼チャンバ内における第１平面に集中し且つ交差する。この燃料シートと交差する低速度のオキシダント流動体ジェット流は、その燃料シートに沿って燃料の流れを引きずり、このシートに沿って延長された１つの燃焼ゾーンを形成する。したがって、燃焼チャンバの燃焼ゾーンの先頭においては、燃料が豊富な部分が、その燃料の霧幕の下方に形成され、この部分は極めて多量のススが生成される。このススおよび燃料は次に、オキシダントにより累進的に酸化処理され、この燃焼ゾーンに沿って発散される。
【００５３】
例えば、次のように実施する。すなわち、燃料をオキシダントと共に燃焼させる燃焼方法を、ａ） オキシダント流動体の流れの供給を提供するステップと、ｂ） 前記オキシダント流動体の流れを、燃焼チャンバ内に噴射して少なくとも１つのオキシダント流動体の流れを生成するステップと、ｃ） １つの燃料流動体の流れを提供するステップと、ｄ） 前記燃料流動体の流れを、前記燃焼チャンバ内に噴射して少なくとも２つの燃料流動体の流れを生成するステップと、ｅ） 前記燃焼チャンバ内において、少なくとも２つの噴射された燃料流動体の流れにより実質的に平坦なシート状の幕体を第１平面として生成し、少なくとも２つの噴射されたオキシダント流動体の流れで、実質的に第１の燃料流動体の流れ平面（第１平面）に供給するステップと、ｆ） 前記燃焼チャンバ内において、前記オキシダント流動体の流れを第２平面として生成し、前記燃料流動体の流れのシート状の幕体（第１平面）と交差するステップと、ｇ） 前記燃焼チャンバ内において、前記オキシダント流動体と前記燃料流動体を燃焼させるステップと、から構成した燃料およびオキシダント流の分離噴射を含む燃焼方法を実施する。
【００５４】
さらに、本発明は、燃料および／又はオキシダントの軸方向の噴射を伴う、 炎のスタビライゼーション（即ち、安定化）も提供する。
【００５５】
本発明の他の実施例によれば、更なる燃料キャビティを有することも可能であり、例えばこれは第２の燃料平面に配され、そして第１燃料平面の下方でありしかも、その平面に平行かわずかにその第１燃料平面に集中するように配されてもよい。また、オキシダント流動体の噴射は少なくとも２つ作られ、好ましくは、単独で、キャビティの軸は同様ないわゆる「第１オキシダント平面」と呼ぶ面に配されている。なお、オキシダントキャビティの先端（ここでオキシダントの流れが炉の燃焼チャンバの中に入る）の間の軸間隔Ｌは、第２平面における各オキシダントキャビテイの内径Ｄの２〜１０倍（又は、先に「ｄ」と定義した値と同一の直径）であることが好適である。これらの２つの隣接するオキシダントキャビティは、最終的な発散角度が（その流れの方向において）０〜１５°、好ましくは、０〜７°である。これらのキャビティにおけるオキシダントの速度は、第１オキシダント平面のキャビティにおける燃料の速度よりは遅く、例えば好ましくは、６０(ｍ／ｓ)よりは遅い。また、本発明の数種の実施例では、オキシダントキャビティは、通称「スワーラー」と呼ばれる「うず流(渦流)」を含み、そのオキシダント・スワーリングモーション（即ち、渦流動作）をそのオキシダントの流れに与えて、燃焼ゾーン内のオキシダントの流の発散を増加させ、オキシダントと燃料との間の更なる混合を図るものである。最適な渦流は、金属性フィンまたは、ツイストされた金属製のツイスト帯を、そのキャビティまたはインジェクタに配置されている。
【００５６】
この燃焼システムにより使用される燃料とオキシダントの総量は、燃料の流れの完全燃焼をもたらすために必要な酸素の理論上の化学量論の流れとして、０．９５〜１．０５の範囲にある。
【００５７】
また、この記述の他の表現としては、０．９５〜１．０５の範囲の「燃焼レシオ」であるとも言う。
【００５８】
第１燃料平面と第２（オキシダント）平面との間の角度αは、０〜２０°であり、第１燃料平面と第２（オキシダント）平面は、燃焼チャンバに向かうに従って集中している。また、第１燃料平面と第２（オキシダント）平面との間の距離ｈは、そのキャビティの出口における鉛直面における直径Ｄの少なくとも２倍に等しい。なお、ここでは第１燃料平面が実質的に水平であると仮定した場合である。
【００５９】
また、次のように実施する。すなわち、少なくとも２つの燃料流動体キャビティと、少なくとも１つのオキシダント流動体キャビティと、少なくとも１つの噴射出口面を有し、この面では、燃料流動体キャビティの少なくとも１つ、又は、前記オキシダント流動体キャビティの少なくとも１つ、又はこれら流動体の両方が共に集束するようにして燃焼させるバーナー・アセンブリであって、
ａ） オキシダント流動体の流れを供給する手段と、ｂ） 少なくとも１つのオキシダント流動体の流れを生成するため、前記オキシダント流動体の流れを少なくとも１つのオキシダント流動体キャビティに噴射する手段と、ｃ） １つの燃料流動体の流れを供給する手段と、ｄ） 前記燃料流動体の流れを、少なくとも２つの燃料流動体の流れとして生成するため、少なくとも２つの燃料流動体チャネル（狭溝）に噴射する手段と、ｅ） 前記オキシダント流動体の流れおよび前記燃料流動体の流れの方向は、実質的に燃焼領域において集中および交差し、少なくとも２つの隣接する燃料流動体チャネルの方向は分岐して構成することを特徴とするバーナー・アセンブリを実施する。
【００６０】
図１には、上述の２つの平面の配置構成が図示されている。本発明の燃焼バーナーアセンブリの第１の溶融ブロック要素５が、図１に示され、（第１平面２の中に）３つの燃料流動体キャビティ１ａ，１ｂ，１ｃおよび、第２平面４の中に２つのオキシダント流動体キャビティ３ａ，３ｂを有している。この第１および第２平面（２および４）は、角度αを成す。また、３つの燃料流動体キャビティ１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれ隣接する同士の間で同じ角度βを成している。好ましくは、中央の燃料キャビティ１ｂの軸は、溶融ブロック５の出口面１０に対して垂直である。
【００６１】
図２は、図１のブロック５の正面図を示している。図示の如く、ｄは、出口（ガズ噴出面）１０における燃料キャビティｌａ，ｌｂ，ｌｃの直径を表し、ｌは、出口１０における当該燃料キャビティに対応する軸間隔を表し、Ｄは、出口１０におけるオキシダントキャビティ３ａ，３ｂの直径を表し、Ｌは、出口１０における当該オキシダントキャビティに対応する軸間隔を表し、”ｈ”は、出口１０における当該第１平面２と第２平面４との間隔を表している。なお、ここに図２を参照して記述されたすべてのディメンジョンは、使用される燃料の種類に基づいて変更されてもよいことがわかる。例えば、燃料オイルが用いられる場合は、間隔ｈは、燃料として天然ガスが用いられた場合に比べて大きく設定され得る。
【００６２】
図３には、図１又は図２に示すような設定の燃焼システムの運用を側断面図で示し、図４には、図１〜図３のシステムを斜視図で示している。図３を参照すると、燃料「シート」または「霧幕」と呼ぶものが、第１平面２（燃料面）における燃料キャビティから噴出する燃料流動体によって形成される。また、オキシダント６のジェット流が第２平面４（オキシダント面）のキャビティから噴出し、加熱炉の燃焼チャンバ７０内の燃料シートと交差する。このオキシダントの交差を伴う燃料の燃焼は互いに交わって融解体の上方に炎８を生成する。燃焼プロセスの初期の段階では、この炎の下部は濃い燃料の状態であり、これは、カーボン粒子（即ち、スス）の構成を生み出してその炎の輝きを強調する。これは本発明の１つの特徴である。すなわち、一平面に燃料を散布し、そして、溶解又は融解部位の全体に対して実質的に平行な平面または「シート」状の面を作り、そして、この「シート」の方向へ酸素を上方から指向させ、続いて、この燃料流動体とオキシダント流動体とが互いに交差する所の間で所望する燃焼が起こる。これら２平面の交差する以前には、それらのフロー（流れ）はまっすぐに成層され、その炎（但し、溶融部に近い炎）の下部は特に燃料が濃縮であり、よって、燃料過剰であるのでその高温の炎によりそれがクラックされる故にその付近でススが生成される。このススはまた、それらの平面が交差する所より先方にガス状の気体によって再度利用されて、益々明るく輝く炎でさらに再燃(reburned)される。
【００６３】
図１〜図３に示された配置構成は、試験的な寸法（幅１m × 長さ２．５m）の方形または矩形の加熱炉でテストされた。この加熱炉は、補助的な酸素・天然ガスバーナーの助けによって８２０℃（１５００゜Ｆ）以上に加熱された。加熱炉の温度が充分に高い状態になると、本発明の燃焼システムは始動され、一方、補助的なバーナーは止められた。観測ポートを有する加熱炉の側面から炎が観測された。図１に示した耐火ブロックを含むこのバーナーアセンブリは、（例えば、９０度）回されて、観測ポートからその炎の状態が見やすくなるように調整される。経験したすべてにおいては、天然ガスキャビティの第１平面は、加熱炉の壁（側壁または底壁）の１つに平行であった。
【００６４】
テストされた燃焼システムは、燃料流動体として３２nm³/hr（１２００scfh）の天然ガス流および、オキシダント流動体として６５nm³/hr（２４００scfh）の純粋酸素流が使用され、この加熱炉上において１００m barの圧力の基で行われた。これは「燃焼レシオ」が１であることを表す。また、酸素キャビティ間の間隔Ｌは１５cmであり、その天然ガスキャビティ間の角度は５度であった。第１平面と第２平面との間隔ｈは２．５cm 〜 １０cmで変更することも許される。さらに、２つの酸素キャビティに関する角度も０〜５度で変更できる。このキャビティは、セラミック窯(ムライト)チューブ製のインジェクタを含む。なお、ステンレススチール・チューブも既にテストされた。すべてのキャビティは、耐火部材（これは例えば、耐火ブロック５として参照される部材）に貫通して配されていた。この天然ガスキャビティの直径は、０．９２５cm 〜 １．５８cm （０．３６４ および ０．６２２インチ）で変更され、流動体の速度が４４m/s，２６m/s，１６m/sになるように設定された。また、酸素キャビティの直径は、１．９cm 〜 ２．６６cm（０．７５および１０．４９インチ）で変更され、酸素流動体の速度が１６m/s，２７m/s ，３１m/sになるように設定された。燃料ガス中のＣＯ、Ｏ₂、ＣＯ₂およびＮＯxは、継続的にモニタされた。過剰な酸素を伴う同様な条件および、加熱炉のリーク（即ち、漏れやエアー入来）は、全テスト期間中にわたって、様々な組成からのＮＯxの発散が比較され得るように調整された。加熱炉の平均温度は、全テストにおいて１４５０℃であった。また、サンプリング・プローブは加熱炉の中に挿入され、ブロック５からの２メーターの距離で、炎の中のローカルなＣＯの集中が測定するために設けられた。このサンプリングプローブにより低い値に測定されたＣＯの集中は、短い炎を表している。この加熱炉のための短い炎によって表される他の事項としては、相対的に低い温度の炉筒ガスの存在である。
【００６５】
勿論、試験的なこの加熱炉においてテストされたものには、ポストミックスタイプの酸素−天然ガスバーナーがあり、類似概念の「チューブの中にチューブが在る」デザインのもの、すなわち、環状の酸素システムによって包囲された天然ガスのインジェクションである。このバーナーは１つのレファレンスとして使用されたものである。またこのバーナーは加熱炉の壁に取り付けられ、炉筒ガス中に５００ ppmのＮＯxを生成する。
【００６６】
本発明によるシステムのためには、例えば、間隔ｈが２．５cmに等しい場合、および、２つの平面の成す角度が０度に等しい場合には、１つの安定した炎が生成され、そのバーナーブロックから取り外(detached)される。なお、燃料ジェットと酸素ジェットとの極めて良好な混合の生成が在った。炎長は、特に燃料速度が酸素速度の２〜４倍である場合に、短い値（例えば１．５ ｍ）を示した。また、ＮＯxの集中は４００ ppmである。その炎は、わずかにレファレンスの炎に比べて広いように示された。
【００６７】
間隔ｈが増加した場合（まだα＝０°に保持されている場合）、天然ガスと酸素との混合が遅延し、その炎の中に幾らかのススが形成された。ｈ＝８cmの場合には、炎は極めてそのボリュームを増すと共に、非常に長くなった。ススは、バーナーがインストールされたブロックから２メーター離れた所に設けられた水冷のサンプリングプローブには、多量のススが発生した。その炎は目に見えたが、炎の明るさ等の程度は、その炎の状態が不安定であったので定義することは困難だった。加熱炉の圧力は、この不安定度により、重要な圧力変動(フラクチュエーション)であることを呈した。ＮＯxの発散は６０ ppmまでに劇的に削減された。しかし、燃焼の質的要素は相対的に劣化するように見えるたが、燃料ガス中にはＣＯの残留が無かった。
【００６８】
また、ｈ＝８cmの場合に、第１平面と第２平面との成す角度が ５°，１０°および２０°である場合に、その炎の安定性の改善が得られた。角度α＝２０°がベストな安定性を与えてくれた。一方、この２０°を超過して増加する角度においては、発生するススの量および炎の輝きの改善は見られず、また炎の幅の減少も無かった。しかし、炉筒ガス中のＮＯxの集中が増大すると共に、炎の長さを減少させた。勿論、酸素の衝突ジェットが角度２０°で燃料シート上に噴射し、例え、酸素速度が減少したり、この「シート」の形状が変更された場合であっても、第１平面に対して平行な壁に向かってそのジェットを偏向し、それが不可欠であることが認識された。その炎は、例えば、角度が５°〜１５°の場合には、その状態が「安定」又は「極めて安定」（ｈ＝８cmの場合）であると考えられる。
【００６９】
与えられたコンフィギュレーション（構成配置の設定）において、酸素速度に対する天然ガス速度のレシオが増加することは、生成される炎の安定性を確実なものにする。例えば、コンフィギュレーションにおいてα＝１０°でｈ＝８cmに設定された場合には、燃料速度が７０m/sでかつ酸素速度が１６m/sである場合には炎も安定する。しかしながら、この安定性の作用効果は炎の長さおよびその輝きに対しては有害な関係にある。さらに大きな天然ガスの速度は、天然ガスのすべてがその２つのガスキャビティの出口（噴出口）から流出されるように、第１平面の中央に在る天然ガス・インジェクタを閉じていくことにより得られる。
【００７０】
この図５には、本発明のバーナー組立の耐火ブロック要素の第２の実施例を概念図で示している。
【００７１】
なお、期待しないで得られた事項があるが、これは、炎の輝度やその長さに影響すること無くその炎の安定性が得られたことであり、これは、１つの天然ガスインジェクタが、図５に示されたように、例えば、第２平面の２つの酸素キャビティの間に配設された場合である。好ましくは、第１平面２の１つの天然ガスインジェクタ２１が第２平面４に移動されるか、または、そのインジェクタを閉じ、酸素インジェクタ２３，２４のそれぞれから実質的に等しい距離に設けられた場合である。なお、その他の２つの燃料キャビティ２０，２２は同じ位置を維持している。最も好適な例としては、３つのガスキャビティ２０，２１，２２および２つの酸素キャビティ２３，２４が提供され、第１平面２には２つの天然ガスキャビティ２０，２２が、一方、第２平面４には２つの酸素キャビティ２３，２４が配設され、第３の天然ガスキャビティ２１が 第２平面４上またはそれに近い位置に配設されている場合であり、好ましくは、燃料キャビティからは実質的に等しい距離に配され、その距離は２つの酸素キャビティからの距離よりも近いかほぼ等しいかのいずれかであることが望まれる。炎の安定を図るために、例えば、第１平面２からのガスの約１／３が分離されてもよい。また、燃焼安定化領域（スタビライゼーション・ゾーン）が第１平面２と第２平面４との間に設けられ、メイン燃料シートの上部での燃焼を始動する。安定化したジェット流の好ましい配置位置は、酸素キャビティ間にある中間平面が望ましい。条件としては、天然ガス速度４４m/s、酸素速度１６m/s、間隔ｈは８cmであり、角度αは１０°である。その結果、天然ガスキャビティが酸素キャビティ間に配設され場合に、低いＮＯxの発生（６３ppm）が得られた。そして、この天然ガスキャビティがこれらの何れかの酸素キャビティの近くに配された場合にもＮＯxの発生（７４ppm）が得られた。しかし、これら両方の場合のＮＯxの発生は共に低いものであった。
【００７２】
角度αの変更は、第１平面方向の隔壁への熱の伝搬を増加させるために利用できる。角度αが０°から１０°に増加することにより、第１平面近傍の隔壁とその反対側の隔壁との温度差が０℃〜２７℃だけ異なることが観られた。また、α＝２０°においては、この温度差は３２℃であった。
【００７３】
このように、本発明の燃焼システムによれば、熱伝搬の効率を増加させると共に、加熱炉のクラウン（頭頂部）の温度上昇を減少させることができる。
【００７４】
本発明の他の実施例によると、図６に示す例の如く、炎の安定化の改善が得られ、これは、図示の燃料キャビティ２０，２２の第１平面２に酸素インジェクタ２５がインストールされた場合に可能である。（なお、この例は図５で開示したのと同じ相対的な位置関係である。）この配置設定においては、第２平面４に２つの酸素キャビティが在り、第１平面２には２つの燃料キャビティ２０，２２および１つの酸素インジェクタ２５が在る。
【００７５】
上記の燃焼システムの運用操作の記述から明かなことは、炎の長さの調節は酸素キャビティの第２平面４と燃料キャビティの第１平面２とが成す角度αを変化させることにより可能である。また、この炎の安定性は、酸素キャビティの近傍での燃料の噴射によって適合された炎の長さに関して促進および修正される。また、２つの炎の間の角度の変更は、加熱炉の火路方向への伝搬を増加させるためにも利用できる。ガラス製の加熱炉においては、その加熱炉のどこかに対しての付加的な熱伝搬も便利であり、融解ガラスの対流循環を促進したり、かつ／または、ガラスの品質に関わる加熱炉内の融解ガラスの滞留時間を増やすために有効である。
【００７６】
本発明の燃焼システムは、例えば、既存の加熱炉のエアー・燃料の燃焼システムに代わるものか、又は、新しい加熱炉内のメインソースとして使用されることを目指している。
【００７７】
また、本発明の他の実施例によれば、オキシダントの出口（噴出口）を有するバーナーが示され、これらの出口はわずかに側面側に曲がっており、通常それらは等高で、好ましくは先端部（即ち、出口面１０）にラウンド（曲率Ｒ）が施されている。驚くべき事項として、これらの曲げられて成る出口は酸素流を許容し、よって、炎をより幅広くすると共に、燃えないで残留する燃料をなくする効果を発揮した。さらに、これらのラウンドが施された先端部は、乱流が無いので、炎の形状に関しての良好な制御を与える。
【００７８】
実際、適正な炎形状を得ることは最も重要なことであり、利用者が求めるものに合致するように炎を調整することができることは極めて有利なことである。
【００７９】
続いて、本発明のその他の内容として、図７〜図１２を参照しながら以下に説明する。
【００８０】
図７に示す本発明の好適なバーナーアセンブリの一例は、次の主要な要素から構成されている。すなわち、１）耐火ブロック５と； ２）登載ブラケットアセンブリ７２と； ３）前記ブラケットアセンブリの下部に配された燃料ディストリビュータ７４と； ４）前記ブラケットアセンブリの上部に配された酸素ディストリビュータ７６と；から主に構成されている。燃料はインレット７８を通って供給され、オキシダントはインレット８０を通ってバーナーアセンブリに供給される。
【００８１】
図８（Ａ）は本発明のバーナー組立の一例が示され（平面図）、図８（Ｂ）はその裏面図、図８（Ｃ）はその側面図である。図に示す如く、燃料キャビティおよびオキシダントキャビティは、耐火ブロック５を貫通するまっすぐな穴である。各オキシダントキャビティおよび各燃料キャビティのガス噴出口は、その反対側にある角ばったエッジ（角部）に対し、ラウンドが施されたエッジの形状を成している。これらのラウンド付きエッジは、ブロックからその周囲の大気中に排出されるガス流のグラジエント(gradient)を減速させ、またこれは、それらキャビティのアウトレットの周囲に形成される粒子又は揮発種がこの大気中に含まれることを防いでいる。この様なキャビティの形状は、逆に、キャビティの幾何学的な特徴にかわるものである。またこれは、特に天然ガスキャビティの場合には重要な特徴となる。その理由は、上記物質の形成プロセスは、天然ガスのサーマルクラッキングおよび、加熱炉から出る天然ガスにおける炭素付着のフォーメーションによって凝集されることが可能であり、またこれは、加熱炉内の流れを変化させることができる。
【００８２】
燃料用に使用される下部キャビティは、シート状のパターンにその燃料を散布するために発散角度βを形成する。例えば、図８（Ａ）に代表して示された角度βは５度である。角度の数値上のシミュレーションの結果から、天然ガスキャビティの角度が増加によって炎の幅を増幅することができることが解った。例えば、角度β＝７．５の場合の方が角度β＝５の場合よりも更に広い幅の炎を生じさせ、しかもその炎の長さを激減させることなしに達成できる。
【００８３】
図９（Ａ）（側面図）および図９（Ｂ）（平面図）に示された本発明のバーナーアセンブリの耐火ブロックは５本のキャビティを有し、その内の３つは加熱炉の燃料インジェクション用としてこのブロックの下部に設けられ、残る２つはオキシダントインジェクション用としてその上部に設けられている。図９（Ａ），（Ｂ）に示された耐火ブロック５は、好ましくは、多数のキャビティ又はこのブロック中を貫通する穴（スルーホール）を有した単一の耐熱性材料で（一体的に形成されている。これらの例としては、図示するオキシダント用のキャビティ９１，９２および、燃料用のキャビティ９４，９６，９８である。
【００８４】
図９（Ａ），（Ｂ）に例示された実施例においては、オキシダント用キャビティ９１，９２は（構造上の）初期的においては、燃料用キャビティと互いに平行である（即ち、部分９１ａ，９２ａ）。しかし、角度２Θの角度で左右に互いに離れていき、且つ、角度μで燃料キャビティに向かって偏向して形成されている。また、燃料用キャビティ９４，９８（ブロック５中の両側へ向かう２つ）は、好ましくは、角度Θで中心におる燃料キャビティからそれぞれ反対方向に離れていく。このデザインは、図８に示された実施例におけるデザインよりも、燃料キャビティの出口の配置が互いに近くに設定される可能性を許容している。
【００８５】
この様な燃料の出口は、その使用する燃料が燃料オイルである場合に有用であろう。
【００８６】
耐火ブロックのための適切な材料は、融解ジルコニア（ＺｒＯ₂）、融解キャストＡＺＳ（アルミナ・ジルコニア・シリカ）、再ボンデッド(reboned)アルミナ・ジルコニア・シリカまたは、融解キャストアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）である。最適な材料の選択は、ガラスタンク中で融かされるガラスの種類によって、他のパラメータを考慮して選ばれる。
【００８７】
図８に示された様ないわゆる「ストレートキャビティ」は、ガス用アウトレットが何らかの材料で閉塞（ブロック）された場合にそれをクリーニングするには容易な構造である。しかしながら、その燃料ガス流に対する１つの発散角度を添えるためには、これらキャビティの最後の２〜３センチに及ぶ部分の角度付けで充分である。
【００８８】
この様なキャビテチィのデザインは、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に例示され、（Ａ）は耐火ブロックのオキシダントキャビティのみを示す平断面図、（Ｂ）は燃料キャビティとオキシダントキャビティを示す平面図、（Ｃ）はその裏面図、（Ｄ）はその側面図をそれぞれ示している。
【００８９】
オキシダントキャビティ９１，９２は、２本のストレートな流通路（フローパス、即ち、部分９１ａ，９２ａ）から成り、その構造上の初期においては互いに平行で、その出口近傍でわずかに外側に偏向している。このわずかな角度で偏向させる目的は、オキシダント流を外側方向に指向させる為であり、前述の燃料ガスのジェット流の場合と同じ形態である。
【００９０】
実験および試験する分野においては、オキシダント（但し、酸素を使用した）キャビティの角度付けは、炎の更なる安定を提供すると共に、炎の著しい長さの減少も無くその幅を広げることにより、有益な効果が得られる。好適な設定としては、例えば、２つのオキシダントキャビティの各終端部で成す角度が、両側の２つの燃料ガスキャビティが成す角度と互いに等しい場合である。
【００９１】
図１１（Ａ）〜（Ｅ）に例示された実施例は、図１０に示された実施例に類似している。ただし、図１１（Ｅ）は、出口付近で外側にわずかに角度付けされた２つの両側の燃料インジェクタを例示している。つまり、オキシダントキャビティ９１ｂ，９２ｂの両方は、出口面１０の近傍で外側に曲がっているのみならず、燃料インジェクタ９４ｂ，９８ｂの両側の２つもその近傍で外側に曲がっている。
【００９２】
図８、図１０および図１１からは、酸素キャビティが、好ましくは天然ガスキャビティに向かって下方向に角度付けされていることが解る。この角度は図示によれば１０度である。所定の条件の基では、これより小さな角度（例えば、７．５度）が使える。またここでも、その酸素ジェット流と天然ガスのジェット流との間に施される分岐角度を添えるには、これらキャビティの最後の２〜３インチに及ぶ部分の角度付けで充分である。
【００９３】
図１２（Ａ）に示された本発明のバーナーアセンブリは、耐火ブロック５の上部と下部との両方に配された２つの部分から成る１つのマウントブラケットを含み、これは、プレートＰにねじ込まれたボルト３２で互いに締結されている。また、マウントブラケットアセンブリは、耐火ブロックの鉛直グルーブＧ1およびＧ2に滑入又は挿填し、ボルト６０および６１によりしっかりと取り付けられている。
【００９４】
図１２（Ｂ）のオキシダントディストリビュータ３０は、ボルト３２によってマウントブラケットアセンブリ上のプレート３４に取り付けられている。このオキシダントディストリビュータとブロックとの間はガスケット３６によって確実に封止されている。また、このディストリビュータ３０は、オキシダントインジェクタ４０，４１が溶接(welded)された上にある１枚のプレート３８を備えている。 これらのオキシダントインジェクタがバーナーの上に登載された場合、このブロック５のバーナー内にこのインジェクタが貫入し、そして、そのブロックの出口面１０から約１０cm（４インチ）だけ離れて止まる。ただしこれは、このオキシダントキャビティの幾何学的な特徴により分けられる流れの方向に何等の変化が無い以前の状態である。
【００９５】
一方、図１２（Ｃ）の燃料ガスディストリビュータ５０は、１枚のプレート５２の上にマウントされて、クイックコネクトクランプ５３ａ，５３ｂで取り付けられている。このプレート５２と耐火ブロック５との間はガスケット５６によって確実に封止されている。また、これら３つのガスインジェクタ５８ａ，５８ｂ，５８ｃは、このブロック５のバーナー内にこのインジェクタが貫入し、そして、そのブロックの出口面１０から約１０cm（４インチ）だけ離れて止まる。ただしこれも、この燃料キャビティの幾何学的な特徴により分けられる流れの方向に何等の変化が無い以前の状態であるとする。これらの燃料ガスキャビティのインレットの頭部は、このインジェクタ６０とプレート５２の間に囲まれる如くに挟持されている。燃料ガスインジェクタの取着されている「きつさ」は、その燃料ガスインジェクタのインレットの頭部のＯリング６２，６４によって確実に係止されている。なお、図１２（Ｄ）にはこのインジェクタのチューブに関するシーリングの詳しい拡大図が特に示されている。
【００９６】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）には、本発明のバーナーアセンブリの耐火ブロックが示されている。図１３（Ａ）は本発明の有用なブロック５の斜視図であり、２つのオキシダントキャビティ９１ａ，９１ｂと、３つの燃料ガスキャビティ９４ａ，９４ｂ，９４ｃおよび、１つの液体燃料キャビティ９５が描かれている。
【００９７】
図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の耐火ブロックに在る各ガス出口の間隔ｄ₁およびｄ₂を示し、ｄ₂は、２つのオキシダントキャビティ（９１ａ，９１ｂ）を含む平面（第２平面）と１つの液体燃料キャビティ９５との間隔を表し、ｄ₁はこの第２平面と３つの燃料ガスキャビティ（９４ａ〜９４ｃ）を含む第１平面との間隔を表している。（但し、ｄ₁は図２中のｈとしての間隔と等しい距離である。）
図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）の耐火ブロックのために設計されたガスの出口の他の側面図を示している。図示の如く、ガス状の燃料の出口が存在しない例を示しているが、ただ１つの液体燃料出口９７が存在している。（なお、２つのオキシダントガス出口は図１３（Ａ）に例示したと同様である）。
【００９８】
この発明のバーナーのパワーすなわち出力と、図２、図１３（Ｂ）、図２２に示された間隔ｄ₁＝ｈ，ｄ₂，ｄ，Ｄ，Ｌおよび２１には、何らかの相関関係があることが解った。すなわち、バーナーの酸素出口および天然ガス出口との距離が、間隔ｄ₁によって次のように表される。すなわち、
少なくとも１つの液体燃料インジェクタを、前記第１燃料平面の下方に配設し、次式で表される距離ｄ₂を満たし、
ｄ₂ ＝ ｄ₁ρ_FO／ρ_NG ［（Ｉ_FO ＋ Ｉ_AIR）／Ｉ_NG］（１０^-3）
但し、
Ｉ_FO ＝ キャビティ又はインジェクタ内の液体燃料の運動量、
Ｉ_AIR ＝ キャビティ又はインジェクタ内のアトマイジングエアーの運動量、
Ｉ_NG ＝ ガス状（気体）燃料の運動量、
ρ_FO ＝ 液体燃料の固有の重量、
ρ_NG ＝ ガス状（気体）燃料の重量、および、
第１平面および第２平面が次式で表される距離ｄ₁で離間され、
ｄ₁ ＝ Ａ（Ｐ／１０００）^1/2
但し、Ｐは、バーナーキャパシティ(kW)、
Ａは、５０００ mm ＜ Ａ ＜ １５０ mm
であるバーナー・アセンブリを実施する。
【００９９】
また、上記のバーナー・アセンブリは、
Ｉ_FO ＝ ０．０６ Ｎ
Ｉ_AIR ＝ １．７９ Ｎ
Ｉ_NG ＝ １．５６ Ｎ
ρ_FO ＝ ０．９ kg/dm³
ρ_NG ＝ ０．７４ kg/dm³
更に、次表に示された値では、
ｄは、ガス燃料の出口の直径、
Ｄは、オキシダントの出口の直径、
Ｌは、外部オキシダントの出口の間隔（距離）、
ｌは、燃料出口の２つの出口の間隔（距離）であるとすると、
［表１］ バーナー出力
【表２】

であることを特徴とするバーナー・アセンブリを実施する。
【０１００】
図１４には、耐火ブロックの無いバーナー・アセンブリの側断面が示されており、本発明のバーナーアセンブリの実施例に従って、オキシダントインジェクタ１０２および燃料インジェクタ１０４だけが加熱炉又はガラス融解タンクの隔壁を通ってしっかりと装着されている。オキシダントインジェクタは、まっすぐな状態で描かれており、角度の変化は無いが、勿論、このオキシダンインジェクタは、燃料インジェクタに最初平行で、続いて向きを変えて、燃料とオキシダントの混合気体を燃焼チャンバの中に供給している。この実施例は、燃料が液体燃料の場合にも使用できる。この様なアレンジメントのみならず図１７に示された実施例は、その燃焼チャンバ内で燃える燃料により、その燃料とオキシダントの組合せにおいては有効となり得ると共に、その燃料の燃焼効率を増大させる。
【０１０１】
図１５は耐火ブロックの平面図であり、キャビティ（オキシダント用又は燃料用）９１ａ，９１ｂが示されている。図１６は、図１５の耐火ブロックを示す平面図であり、キャビティ内部に短いインジェクタ１０２ａ，１０２ｂを有する一実施例が描かれている。また、図１７には、図１５の耐火ブロックを示す平面図であり、キャビティの外部に突出して成る長いインジェクタ１０２ａ，１０２ｂを有する一実施例が描かれている。
【０１０２】
II． 液体燃料のアトマイゼーション(噴霧・微粒化)のための仕様：
図１８は、本発明において有用な液体燃料アトマイザ（噴霧器）２００を示す断面図である。
【０１０３】
発明の背景として前述のように、本発明の内容・要旨は、液体燃料の噴霧または微粒化に関し第三のモードに到達する。すなわち、これは、ここに述べるようなバーナーアセンブルの様に例えば、ガス状流動体を使用する液体燃料の噴霧・微粒化を制御できる完成されたデバイスである。
【０１０４】
本発明においては、流動体の導入部材の形状が幾何学的に同じであるとしても、燃焼ゾーンに流入する流動体の導入形態には、アトマイゼーションガスの２相（フェーズ）混合および、液体燃料の微小滴である。さらに、本発明の詳しい特徴は、アトマイゼーションがノズルの外側において行われること（即ち、外部アトマイゼーション）であり、また、相対的に大きな角度（５°〜３０°）を有して明らかに異なるスプレージェット流の形成を可能にすることに在る。
【０１０５】
高温（１４００℃〜１７００℃）の燃焼ゾーンにおける液体燃料用アトマイザの運用を行う際の基本的な強制条件には、耐久・持続性がある。さらに、このインジェクタのアウトレット（出口）で発生する炎は、オキシ（即ち、酸素）炎であり、これは、より高い温度（＞２２００℃）でも存続する。これらの高い温度は、本デバイスを構成する要素に何等のダメージを与える様な環境条件であってはならない。本デバイスは、これらの条件下で継続的にしかも月単位の周期の観察においても正常に機能すべきである。
【０１０６】
本発明の液体燃料アトマイザは、単一の火炎の生成と、単一な長い炎または、それと同時に短い炎も生成することが確実なものである。
【０１０７】
本発明のアトマイザにおける主要な内容は、外部のアトマイゼーションに適合するものである。この選択は、第三世代のバーナー（分離型のインジェクタを伴うセルフ冷却化バーナー等）に使用される際、インジェクタの温度に対する抵抗力およびメンテナンスの強制力によって必ず課せられるものであった。その効果においては、このタイプのバーナーの燃料インジェクタによって潜在的に達する温度レベルは、第一世代および第二世代のバーナーと組み合わされたものの場合に比較して極めて高い値に達する。
【０１０８】
よって、これらの温度レベルは、燃料スプレーと高温の金属部材との間の直接的な接触は許さない。この接触は、インジェクタの先端部において（不具合な）コークスの生成を招き、この先端部のプラグ締めは短い期間でしか使えない。
【０１０９】
外部のアトマイゼーションは、この困難性を取り除けるようなアトマイゼーションのモードだけが適用可能であり、これによって、一ケ月単位のサービス周期のインジェクタを確実なものにできる。また、効果においても、このアトマイゼーションはインジェクタの外部のスプレーのフォーメーションによって特徴付けられ、スプレーと金属部材との間の接触がすべて除去されている。
【０１１０】
さらに、デバイスの記述から解るように、液体燃料はアトマイジング流動体によって継続的に「シース」即ちサヤのように包囲保護され、これは、所望により加熱されて、インジェクタに伝達されるヒートフラックスが除去される。冷却のための熱伝搬流動体の役割を用いることで、このアトマイジング流動体はコークスの生成のきっかけをつくる過熱状態からこの液体燃料を守る。
【０１１１】
Ａ． 液体アトマイゼーション・デバイスについての記述（参照：図１８）：本発明のアトマイゼーション・デバイスは、液体燃料インジェクタ、および、このインジェクタを完全に包囲して成る外部ノズルが特徴的である。
【０１１２】
アトマイゼーション・デバイスのクリーニングに備えるため、このノズルは２つの対称形状を成すカウル（通気帽）から構成され、これらが互いに対面した場合には、この燃料インジェクタを完全に取り囲んで、外部ノズルを形成する。
【０１１３】
図１８〜図１９にそのレファレンスを示す。図１８には液体燃料用のアトマイザの一例が示され、液体燃料インジェクタ２００は、内径Ｄ_OIおよび外径Ｄ_OEが中空の基本的なコンジットＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃に達する所定の数値を有した中空シリンダから構成されている。液体燃料は、内径Ｄ_OIのシリンダ内に供給され、次にすべての中空のコンジット(導管)の内部に供給された後、この液体燃料インジェクタ（但し、燃焼チャンバ側）の外部に抜け出る。これら基本的なコンジットの数は２〜５（通常、２又は３）本である。すべての基本的コンジットの軸は同一な平面（「スプレー平面」と称す）の上に在る。なお、この平面は中空シリンダ（Ｄ_OI；Ｄ_OE）の軸を含んでいる。
【０１１４】
図１８およびそれに付随した記述において、シンボル”ｉ”で表すものは、良好なポジションでこのアトマイゼーションデバイスと共に配された「基本的アトマイザｉ」のように参照され、このｉは、基本的インジェクタの個数によって例えば１，２，３，４または５と等しい値である。
【０１１５】
中空のコンジット(導管)のそれぞれは、内径Ｄⁱ ₁（この内部を液体燃料が流れる）および、外径Ｄⁱ ₂を有する。このコンジットの外形状は円柱形である必要は無い。すなわち、矩形の部分を有して平行であってもよい。この場合、Ｄⁱ ₂はこの矩形（正方形）の一辺であり「スプレー平面」に平行である。
【０１１６】
これらコンジットのそれぞれは中空シリンダ（Ｄ_OI；Ｄ_OE）の軸に対する所定の取付け角度αⁱ ₁を有し、この角度は「スプレー平面」にある。
【０１１７】
これらの各コンジットの長さ（即ち、シリンダ（Ｄ_OI；Ｄ_OE）とコンジットの終端部との距離）はＬⁱ ₁である。
【０１１８】
Ｂ． 外部ノズルについての記述（参照：図１９（Ａ），（Ｂ））：
外部ノズルは中空のシリンダ（内径Ｄ_FIおよび外径Ｄ_FE）で形成され、１つの拡張部分によって広げられている。直径Ｄ_FEのシリンダを含むチャネル（狭溝）によってこの拡張されたノズルの一部分は穴開けされ、このチャネルと交わっている。チャネルの数は、本発明の液体燃料インジェクタの数と等しい。すべてのチャネルの軸は「スプレー平面」にあり、この平面は中空シリンダ（Ｄ_FI；Ｄ_FE）の軸を含んでいる。
【０１１９】
これらチャネルは、長さＬⁱ ₂ および 直径Ｄⁱ ₃ を有する。チャネルの形状は燃料インジェクタの基本的コンジットのものと同等である。すなわち、円柱形または平行管(parallelepipedal)でもよく、矩形の部分（前者ではＤⁱ ₃がシリンダの直径）を有し、後者ではＤⁱ ₃がこの矩形（正方形）の一辺であり「スプレー平面」に平行である。
【０１２０】
これらチャネルのそれぞれは、中空シリンダ（Ｄ_FI；Ｄ_FE）の軸に対する所定の取付け角度αⁱ ₂を有し、この角度は「スプレー平面」にある。
【０１２１】
中空シリンダ（Ｄ_OI；Ｄ_OE）の軸は、中空シリンダ（Ｄ_FI；Ｄ_FE）の軸に一致する。また、アトマイジング流動体は、外部ノズルの内部に供給され、液体燃料インジェクタに達する。
【０１２２】
Ｃ．「エレメンタリ・アトマイザ（基本的噴霧器）」についての詳細（参照：図１８）：
このエレメンタリ・アトマイザは主に次の要素により構成されている。
【０１２３】
・ 液体燃料が流れる中空なコンジットの内部。
【０１２４】
このコンジットの外部は、円柱形または矩形部分伴う平行管であり、このコンジットの幾何学的内部形状は円柱形である。
【０１２５】
・ 中空コンジットがアレンジされた切削チャネル（狭溝）。
【０１２６】
このチャネルの幾何学的形状は、中空コンジットの外部的形状と同じである。
アトマイジング流動体はこのチャネルを循環してコンジットの全体に廻る。
【０１２７】
液体燃料の外部的アトマイゼーション（霧状・粒子化）を提供するために、アトマイジング流動体によって、本発明のアトマイゼションデバイスを構成するすべての基本的なアトマイザには特有な技術基準を適合させる。
【０１２８】
なお、シンボル”ｉ”で表すものは、良好なポジションでこのアトマイゼーションデバイスと共に配された「基本的アトマイザｉ」で参照され、このｉは、基本的インジェクタの個数によって例えば１，２，３，４または５と等しい。
【０１２９】
本発明のアトマイゼーションデバイスは、次のように適用される。
【０１３０】
１． 液体燃料が循環する場合、中空コンジットのプラギング（栓締め）を避けるためには、
Ｄⁱ ₁ ≧ ０．５ mm および 通常、Ｄⁱ ₁ ＝ ２ mm
２． 中空コンジットの厚さは可能な限り薄くなければならず、その外縁（外周）に沿って流れるアトマイジング流動体により、このコンジットから出るように、液体燃料のジェット流の迅速な分配を可能にする。すなわち、燃料とアトマイジング流動体とを分離する部材の厚さが薄ければ薄いほど、これら２つの流動体は迅速に送出され、よって、効果的な２つのジェットのシャリングが行える。さらに、このコンジットの厚さの削減は、角度の狭いスプレーの配置構成を可能にする。
【０１３１】
３． この厚さの減少はまた、燃焼チャンバからの熱放出を起こす部材の量を削減する。すなわち、コンジットの厚さが薄くなれば、このコンジットにより得られた熱量も制限される。その結果、コンジットの温度は低減される。
【０１３２】
それに反して、この厚さは、そのアトマイゼーションデバイスの操作中に起きるショックに対する機械的耐久性を充分に与えるべきである。
【０１３３】
Ｄⁱ ₂ − Ｄⁱ ₁ ≦ ６ mm および 好適には、
Ｄⁱ ₂ − Ｄⁱ ₁ ＝ １ mm である。
【０１３４】
なお、中空コンジットの外部とチャネルの内部（「火炎」）との間の空間は、アトマイジング流、即ち噴霧流動体（Ｖatomizing fluid）の流れの速度に比例するべきである。
【０１３５】
Mach ０．３ ≦ Ｖatomizing fluid ≦ Mach １．２
よって、アトマイズされようとする燃料の供給レートに従って次式が適用する。
【０１３６】
０．２ mm ≦ （Ｄⁱ ₃ − Ｄⁱ ₂） ≦ ６ mm
および、通常は、 （Ｄⁱ ₃ − Ｄⁱ ₂） ＝ １ mm である。
【０１３７】
基本的アトマイザのそれぞれの目的は、正確な方向に微小滴のスプレーを噴出させることである。その方向は、チャネルおよび液体燃料用の中空コンジットの軸方向である。
【０１３８】
スプレーされる微小滴の飛翔経路の正確な方位を確実にするには、チャネルと中空コンジットとの完全な同軸状態を有することが必要となる。そこで、この判定基準を次式に示す。
【０１３９】
αⁱ ₁ ＝ αⁱ ₂
さらに、中空コンジットとチャネルの長さは、対応するコンジットにおける２つの流動体の流れを確実に維持するに充分でなければならない。もし、２つの流動体が、速度ベクトルの座標成分の同一方位をもって流入することを所望する場合は、下式が示す条件が好ましい。
【０１４０】
Ｌⁱ ₁ ≧ ５ Ｄⁱ ₁ および、通常は、Ｌⁱ ₁ ＝ １０ Ｄⁱ ₁
Ｌⁱ ₂ ≧ ５ （Ｄⁱ ₃ − Ｄⁱ ₂） および、
通常は、Ｌⁱ ₂ ＝ １５ （Ｄⁱ ₃ − Ｄⁱ ₂）
Ｄ． 異なるエレメンタリ・アトマイザ間の流動体の分配・配給について：
このデバイスを形成する異なる基本的なコンジット間の液体燃料の適切な供給を確実にするためには、次式に示す判定条件が満たされる。
【０１４１】
Ｄ_OI ² ≧ １．３Σ_iＤⁱ ₁ ² および、通常、Ｄ_OI ＝ ４mm
さらに、コンジットの１つ１つの長さは可能な限り近似であるべきである。すなわち、ｉ，ｊを異なる２つの基本的なアトマイザと仮定すると、次式が満足される。 Ｌⁱ ₁ ＝ Ｌ^j ₁
それぞれの基本的コンジットに対し、異なる液体燃料供給レートで配給したいか否かに基づいて、各コンジットにＤⁱ ₁の値を選んでもよい。値Ｄⁱ ₁が大きくなれば、アトマイザｉによってより多量の燃料が運ばれる。
【０１４２】
また、このデバイスを形成する基本的なチャネルにアトマイジング流動体を適切に供給することを確実にするためには、次式に示す判定条件が満たされる。
【０１４３】
Ｄ_FP ² − Ｄ_OE ² ≧ １．３Σ_i（Ｄⁱ ₃ ² − Ｄⁱ ₂ ²）
さらに、コンジットの１つ１つの長さは可能な限り近似であるべきである。すなわち、ｉ，ｊを異なる２つの基本的なアトマイザと仮定すると、次式が満足される。 Ｌⁱ ₂ ＝ Ｌ^j ₂
Ｅ． 異なるエレメンタリ・アトマイザ間の関連する角度： 例えば３つのエレメンタリ・アトマイザを有するデバイスの例（図１８）：
異なる基本的アトマイザ間の角度は、そのアトマイゼーションデバイスを構成する基本的なアトマイザの個数の関数であり、炎の形態学的特徴は次式が得られることが期待される。
【０１４４】
０°≦ αⁱ ₁ ≦ ６０° および ０°≦ αⁱ ₂ ≦ ６０°
通常、基本的アトマイザの個数が多いほど、これら関連するアトマイザ間の角度は大きくなり、また、炎は幅広くそしてその長さがより長くなる。
【０１４５】
２つの基本的アトマイザを有するアトマイゼーションデバイスで、小さな角度（例えば、１０°オーダーで、α¹ ₁ ＝ α¹ ₂ ＝ ５°且つα² ₁ ＝ α² ₂ ＝ ５°）
では、長くてまっすぐな炎を生成する。
【０１４６】
また実例としては、ガラス加熱炉および試験的な加熱炉における工業上のテストにおいて、２つのアトマイゼーションデバイスを有し、それぞれが３つの基本的アトマイザをもっている場合では、燃料オイル供給レート＝１００kg/h； アトマイジングエアー供給レート＝２０kg/hの条件下では次のような結果が得られた。すなわち、
デバイスＡ（図１８）の場合：
α¹ ₁ ＝ α¹ ₂ ＝ １６°; α² ₁ ＝ α² ₂ ＝ ０°; α³ ₁ ＝ α³ ₂ ＝ １６°
Ｄ¹ ₁ ＝ Ｄ² ₁ ＝ Ｄ³ ₁ ＝ ２．０ mm
可視火炎の長さ ＝ ３．５ｍ、
可視火炎の幅 ＝ １．５ｍ。
【０１４７】
・デバイスＢ（図１８）の場合：
α¹ ₁ ＝ α¹ ₂ ＝ １２°; α² ₁ ＝ α² ₂ ＝ ０°; α³ ₁ ＝ α³ ₂ ＝ １２°
Ｄ¹ ₁ ＝ Ｄ² ₁ ＝ Ｄ³ ₁ ＝ ２．０ mm
可視火炎の長さ ＝ ４．５ｍ、
可視火炎の幅 ＝ ０．７ｍ。
【０１４８】
また、基本的アトマイザの角度や中空コンジットの直径に基づけば、各々のアトマイザからは分離した炎も得られる。
【０１４９】
次の例は前例と同じ燃料オイルとアトマイジングエアーの供給レートでの場合である。すなわち、
・デバイスＣ（図１８）の場合：
α¹ ₁ ＝ α¹ ₂ ＝ ２０°; α² ₁ ＝ α² ₂ ＝ ０°; α³ ₁ ＝ α³ ₂ ＝ ２０°
Ｄ¹ ₁ ＝ Ｄ² ₁ ＝ Ｄ³ ₁ ＝ ２．０ mm
３つの可視火炎の長さ ＝ ４．５ｍ、
３つの分離した可視火炎の幅 ＝ ０．７ｍ。
【０１５０】
Ｆ． ガラス加熱炉における、アトマイゼーション・デバイスの使用に関する、外部ノズルの更なる特徴について（図１９（Ａ）および図１９（Ｂ））：
図１９には、図１８に示す液体燃料アトマイザの部分が断面図で示されている。
【０１５１】
このデバイスをガラス加熱炉（温度が１５００℃〜１６７０℃の範囲で変化する燃焼チャンバ）に継続的に利用する場合において、本発明のアトマイゼーションデバイスは一ケ月の単位で安定した炎を生成することが確実でなければならない。
【０１５２】
アトマイゼーションの基本理念は、デバイスを構成する金属部材の温度を１１００℃に維持されるように選択される。よって、工業テスト中のそのデバイスの頭頂部で測定された温度は、ガラス加熱炉において１ケ月にわたり、１６００℃で、決して８００℃を越えない。
【０１５３】
これらの温度は、ガラス融解温度（〜１３５０℃）に比べれば決して高くはなく、加熱炉中に在るガラス質の材料によって堆積現象が生じる。
【０１５４】
外部ノズルの外側のガラス層の堆積層の形成を避けるためには、２つの対称形の穴が図１９（Ａ），（Ｂ）が示すノズルに設けられている。
【０１５５】
直径Ｄ_OR および高さＨ_ORは、この穴から噴出する霧状の流動体のジェット流がこの外部ノズルの終端の全面をカバーするように設定されている。これらは通常、 Ｄ_ORは１mmまたはそれ以内であり、Ｈ_ORは１０mmまたはそれ以内である。
【０１５６】
Ｇ． 固定的な幾何学的な炎の長さの制御について：
本発明のデバイスにおけるアトマイゼーションの与えられた幾何学形のためには、このデバイスに使用するバーナーによって生成された１つまたは複数の炎の例えば長さを変えることが可能である。一定の燃料供給率における炎の長さに関する事項のフレキシビリティ（自由度）は、このデバイスがレシオ１〜３（即ち、炎の長さが、３．７ 〜 １．２ m ）のガラス加熱炉が開発された時に決まる。
【０１５７】
この炎の長さの制御は、外部ノズルと液体燃料インジクタとの間を流れる霧状流動体の流れの供給率を増減することによって達成される。この供給率のバリエーションは、アトマイゼーションデバイスからの流動体の流れる圧力のバリエーションに直接的にリンクする。
【０１５８】
通常使用においては、このアトマイジング流動体の圧力は、相体的に１〜６である。つまり、この圧力が高いほどこの率も高くなり、一方、炎の長さが短い場合ほどこの率は「むずかしい」小さい値である。この現象は、スプレーを構成する液体燃料の微小滴の供給における変化に直接的に帰属する現象である。つまり、アトマイジング流動体の供給率の増加は、その微小滴の直径の減少に作用し、そして、この意味する値についての供給範囲を成す直径を狭くする。逆に、この流動体の供給率の減少は、その微小滴の直径を増加させ、供給範囲を広げる。
【０１５９】
液体燃料の燃焼メカニズムは３つの特徴的時間を示し、与えられたアトマイゼーション（霧状微粒子化）から得られる炎のタイプをすべて決定する。これらの３つの特徴的時間とは、「蒸発時間」「化学的時間」および「ハイドロダイナミック時間」である。極小な滴の直径の狭い範囲の供給を得ることは、その小滴の蒸発のための時間を減少させると共に、急激な爆燃(deflagration)を増加させる。何故ならば、化学的時間はほぼ一定であるからである。
【０１６０】
よって、このような供給即ち、高いアトマイジング流動体供給率によるスプレーは、急速な燃焼をするタイプの短い長さの炎を極めて局所的な空間に生成する。
【０１６１】
なお、好適な加圧されたアトマイザション流動体としては、例えば、エアー、スチーム、水蒸気およびそれらに類するものが採用される。
【０１６２】
III． 他のバーナー・アセンブリの実施例：
図２０（Ａ）は耐火ブロック５と燃料ガスキャビティ９４を同図中に表し、一方、図２０（Ｂ）は直径Ｄ’のキャビティスロートと、ガス噴出口の直径Ｄのインジェクタ又はキャビティを示している。燃料ガスのためには、ｌのレシオ（即ち、図２からわかる隣接するガスの噴出口間の距離間隔）およびＤ’（即ち、燃料キャビティ又はインジェクタスロートの直径）の範囲が１．５〜１０であり、好ましくは、１．５〜３で、２が最適である。図２０（Ａ）にはまた耐火ブロック内のキャビティも図示され、ガス流の方向において直径が変更されたものを有してもよいことを示している。そして、ガスの出口は通常、等しい高さにあり、それらの出口がプラグ（即ち差込み）されるようにはなっていない。
【０１６３】
図２１および図２２には、本発明の耐火ブロックのガスの出口終端部の実施例が示されている。また、オキシダントキャビティ９１ａ，９１ｂが示されている。
【０１６４】
図２１が示す実施例は燃料ガスキャビティ９４は、各キャビティにおいて同心のガスインジェクタを含んでもよく、例えば、低圧パワーでの運用で燃料が小さい直径の燃料ガスインジェクタ９４’にインジェクトされ、直径の大きい方の燃料ガスインジェクタ９４だけか、又は燃料ガスインジェクタ９４’の両方から高圧パワーでのバーナーの運用を行ってもよい。これらインジェクタ９４と９４’との間の燃料の流れに関する制御は、適切なバルブのアレンジによって制御されるか又は、インジェクタ９４と９４’の一方または両方の供給ラインにおける口穴の使用を通して行われてもよい。なお、液体燃料イジェクータ９５もまた図示されている。
【０１６５】
図２２は、本発明の耐火ブロックの極めて重要な一実施例を示し、外周のオキシダントインジェクタ９１ａ，９１ｂが図示の如く配置され、離された間隔Ｌが隣接する燃料インジェクタ間の間隔ｌの２倍の場合（即ち、Ｌ＞２ｌの場合）、炎の安定性が著しく高くなることがわかる。またこの傾向は、燃料とオキシダントがこれらのインジェクタだけを経由してインジェクトされる場合のほうが、耐火ブロックを使う場合よりも確実である。
【０１６６】
図２３〜３１は、本発明のバーナーアセンブルの正面に関する他の実施例を断面図でそれぞれ示している。
【０１６７】
まず図２３には、２つのオキシダントキャビティ９１ａ，９１ｂが矩形の出口を有すると共に、３つの燃料ガス出口９４および１つの液体燃料の出口９５を有する一実施例が示されている。
【０１６８】
図２４には、オキシダントが発散する２つのオキシダント出口９１ａ，９１ｂおよび、燃料出口９４’を取り巻く３つの同心部９１’を有する一実施例が示されている。
【０１６９】
図２５には、１つのオキシダント出口９１を有する例が示され、特にこれは幅がその高さに比べて著しく長い長方形を成している。この実施例では、このオキシダントキャビティの出口の幅と高さの比が、１：１〜４：１の範囲にある。
【０１７０】
図２６には、楕円形を成す出口をもつ２つのオキシダントキャビティ９１ａ，９１ｂを有すると共に、３つの燃料ガスの出口９４を有する一実施例が示されている。
【０１７１】
図２７には、図２６が示す実施例に類似し、円形の更なる液体燃料キャビティ９５を有する一実施例が示されている。
【０１７２】
図２８には、円形の３つの燃料ガスキャビティ９４と共に、楕円形の単一のオキシダント出口９１を有する一実施例が示されている。
【０１７３】
図２９には、図２８が示す実施例に類似し、円形の更なる液体燃料キャビティ９５を有する一実施例が示されている。
【０１７４】
図３０には、円形の２つの燃料ガスキャビティ９４と共に、楕円形の単一のオキシダント出口９１を有する一実施例が示されている。
【０１７５】
図３１には、図３０が示す実施例に類似し、円形の２つの燃料ガスキャビティ９４、及び円形の１つの液体燃料キャビティ９５と共に、楕円形の単一のオキシダント出口９１を有する一実施例が示されている。
【０１７６】
また、図３２および図３３は、燃料出口の上部および下部にはオキシダントが発散する１つ又はそれ以上の出口を有する複数の実施例を示している。これらの実施例において、燃料キャビティは、下部のオキシダントキャビティに平行であり、上部のオキシダント流動体が燃料流動体に集中し、下部のオキシダント流動体が燃焼チャンバ内に流入するように角度付け（アングルダウン）されている。
【０１７７】
図３２においては、１つの燃料キャビティ９４の上下にそれぞれオキシダント出口９１ａ，９１ｂが配置されている。
【０１７８】
また、図３３にはこれと類似する例が示されているが、特に、燃料出口９４の上下に２つのオキシダント出口９１ａ，９１ａ’および、９１ｂ，９１ｂ’が各々配置されている。また、２つ以上の燃料出口があってもよく、それに伴ってそれらの上下には対応するオキシダント出口が備えられてもよい。
【０１７９】
（その他の実施形態）
以上の内容を理解した当業者によれば、その他の実施形態も種々あり得る。
【０１８０】
なお、図８〜図１１に例示されたように、すべての実施例におけるオキシダントおよび燃料の出口は、好適には等しい高さに配置されていることに留意する必要がある。
【０１８１】
また、以上に説明した本発明は、この発明の要旨を著しく逸脱しない範囲で修正・変更して実施することも可能である。
【０１８２】
【発明の効果】
このように、本発明の燃焼方法および、バーナーアセンブリに代表される燃焼装置によれば、生成する炎の大きさおよびその炎の形状が用途に対して最適に制御できると共に、これに加熱炉を用いることでユーザーが所望するように安全・確実に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のバーナー組立の耐火ブロック要素の第１実施例を示す概念図であり、燃料「シート」は第１平面に在る３つの燃料インジェクタを使い形成され、オキシダントは第２平面に在る２つのインジェクタにより供給されることを示す。
【図２】 図１に示した配置の正面図。
【図３】 図１又は図２に示した配置設定を用いた場合の加熱炉で生ずる燃焼プロセスを示す側断面図。
【図４】 図３の燃焼プロセスを上方から示す斜視図。
【図５】 本発明のバーナー組立の耐火ブロック要素の第２実施例を示す概念図であり、燃料「シート」は第１平面に在る２つの燃料キャビティを用いて形成され、オキシダントは第２平面に在る２つのキャビティにより供給され、炎の安定化は第２平面の補助的な燃焼インジェクションにより提供されることを示す。
【図６】 本発明のバーナー組立の耐火ブロック要素の第３実施例を示す概念図であり、燃料「シート」は第１平面に在る２つの燃料キャビティを用いて形成され、オキシダントは第２平面に在る２つのキャビティにより供給され、炎はその燃料キャビティ間の第１平面に在る補助的なオキシダントキャビティによって安定化されることを示す。
【図７】 本発明のバーナー組立の一例を示す斜視図。
【図８】 本発明のバーナー組立の一例を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその裏面図、（Ｃ）はその側面図。
【図９】 本発明のバーナー組立の耐火ブロック要素を示し、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその平面図。
【図１０】 本発明のバーナー組立の耐火ブロック要素を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はその裏面図、（Ｄ）はその側面図。
【図１１】 本発明のその他のバーナー・ブロック組立要素、酸素ディストリビュータおよび燃料ディストリビュータを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はその側面図、（Ｄ）はその裏面図、（Ｅ）はその他の断面図。
【図１２】 本発明のバーナー組立要素を示し、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底断面図、（Ｄ）は特にチューブシーリングの詳細拡大図。
【図１３】 （Ａ）は本発明のバーナー・組立要素の耐火ブロックの斜視図を示し、（Ｂ）は図１３（Ａ）の耐火ブロックの側面図を示し、（Ｃ）は図１３（Ａ）の耐火ブロックの他の側面図を示す。
【図１４】 耐火ブロックが無いバーナー・組立要素の側断面図。
【図１５】 耐火ブロックを示す平面図であり、キャビティを描写している。
【図１６】 図１５の耐火ブロックを示す平面図であり、キャビティ内部に短いインジェクタを有する一実施例を描写している。
【図１７】 図１５の耐火ブロックを示す平面図であり、キャビティの外部に突出した長いインジェクタを有する一実施例を描写している。
【図１８】 本発明において有用な液体燃料アトマイザ(噴霧器)を示す側断面図。
【図１９】 図１８に示す液体燃料アトマイザの部分を示し、（Ａ）はこの断面図、（Ｂ）はこのフロントエンドの断面図。
【図２０】 耐火ブロックとキャビティを表し、（Ａ）はこのブロックとキャビティの断面図、（Ｂ）はスロートの直径とインジェクタ又はキャビティのためのガス噴出口の関係を示す断面図。
【図２１】 本発明の一実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図２２】 本発明の一実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図２３】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図２４】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図２５】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図２６】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図２７】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図２８】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図２９】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図３０】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図
【図３１】 本発明の他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図３２】 本発明のその他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【図３３】 本発明のその他の実施例を示す耐火ブロックの正面図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ…燃料キャビティ、
２…第１平面（燃料面）、
３ａ，３ｂ…オキシダントキャビティ、
４…第２平面（オキシダント面）、
５…耐火ブロック、
８…炎（火炎）、
９…溶融体、
１０…ガス出口面（噴出面）、
１１…，１２…ガラス溶解タンク、
２０，２１，２２…燃料キャビティ、
２１…天然ガスインジェクタ、
２３，２４…酸素インジェクタ、
７０…燃焼チャンバ（燃焼室）、
７２…ブラケットアセンブリ、
７４…燃料ディストリビュータ、
７６…酸素ディストリビュータ、
７８，８０…インレット（入口）、
９１，９２…酸素キャビティ、
９６…中央キャビティ、
９４，９８…燃料キャビティ、
２００…アトマイザ。

Claims (1)

1. 燃料をオキシダント(酸化物質)と共に燃焼させる燃焼方法であって、
   ａ） オキシダント流動体の流れを供給し、
   ｂ） 前記オキシダント流動体の流れを燃焼チャンバ内に噴射して、少なくとも１つの噴射されたオキシダント流動体の流れを生成し、
   ｃ） 燃料流動体の流れを供給し、
   ｄ） 前記燃料流動体の流れを前記燃焼チャンバ内に噴射して、少なくとも２つの噴射された燃料流動体の流れを生成し、
   ｅ） 前記少なくとも２つの噴射された燃料流動体の流れを前記燃焼チャンバ内に噴射することにより、燃料流動体の実質的に平面状のシートを、前記燃焼チャンバ内に生成し、ここで、前記噴射された燃料流動体の流れの内の少なくとも２つは、第１の燃料平面の中に実質的に位置しており、
   ｆ） 前記オキシダント流動体の流れを、燃料流動体の前記シートと、前記燃焼チャンバ内で交差させ、
   ｇ） 前記燃焼チャンバ内において、前記オキシダント流動体を前記燃料流動体と共に燃焼させること、
   を特徴とする燃焼方法。

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