CN102099627A - 气体燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体燃烧器，它特别适合具有大表面的基片的火焰处理，例如，用于通过燃烧化学气相沉积(CCVD)工艺对所述表面进行涂覆，包括具有气体输送接头(2)和喷嘴板(3)的燃烧器主体(1)，其中，所述燃烧器主体(1)和所述喷嘴板(3)共同构成了气体风室，所述喷嘴板(3)构成了的所述风室穿孔壁部分，所述喷嘴板(3)包括大量的从所述喷嘴板的风室侧(5)延伸到火焰侧(6)的喷嘴(4)，喷嘴板由多个片材(10)组成，这些片材是叠放排列的，并且大体上垂直于或大体上平行于所述喷嘴的延伸方向。所述片材(10)包括通孔，其中，所有片材的通孔至少是彼此部分对齐的，或者它们具有梳子状形状。所述燃烧器的喷嘴板(3)可以通过简单方法生产，例如，用可通过商业渠道获得的多孔的金属片材生产，不取决于所述燃烧器的尺寸和需要的所述喷嘴的纵横比，它可以方便地适应有关喷嘴尺寸或密度的不同要求，并且可以方便地清洗。

Description

气体燃烧器
技术领域
本发明涉及如独立权利要求部分所述的气体燃烧器。所述气体燃烧器适用于形成一系列火焰，其特征在于它适用于，例如，用在用于基片表面的火焰处理，特别是用于大型基片表面的火焰处理的装置中，例如，通过所谓燃烧化学气相沉积(CCVD)工艺，用于所述表面的活化或用于涂覆所述表面。
背景技术
用于大表面的基片，例如，聚合物膜，纸板，金属箔，挤出的熔体帘的准无限的板材或其组合的火焰处理的设施通常装配有气体燃烧器或多个气体燃烧器，并且具有用于输送所述基片使其穿过或从旁边经过由所述气体燃烧器产生的火焰阵列的装置(例如，滚筒)。所述火焰阵列通常具有横跨垂直于所述基片移动方向的基片宽度的火焰带形式。例如，这种设施披露于专利公开号WO 2007/051340中。
通过在所述类型的设施中实施的所述火焰处理工艺可以获得的处理质量在相当程度上取决于所述火焰带的均匀性，特别是在其长度上，即，垂直于所述基片的移动方向的均匀性，并且取决于该均匀性的瞬时稳定性。为了获得该均匀性，需要具有较高密度火焰的火焰阵列，其中，所述火焰必须是尽可能的相同，并且必须能够以高稳定性燃烧尽可能长的时间。
用于形成火焰阵列的现有气体燃烧器一般包括气体风室，该气体风室具有气体输送接头，并且在其一侧具有穿孔壁部分，其中，输送的气体通过所述多孔壁排出所述风室，以便在该壁的外侧燃烧。为了获得高密度火焰，所述多孔的风室壁包括，例如，一组叠放的瓦楞铁条板，多孔耐火元件或一组多个多孔耐火板，例如参见专利公开文件US2003/044342。采用这种多孔的风室壁部分，可以获得具有足够长度的高密度小喷嘴。不过，所述喷嘴截面和所述喷嘴长度在截面和长度范围内大体上随机变化，这被证实在极高的质量水平上对于表面处理来说是不够的。
能够满足上述条件、适合高质量火焰处理的现有燃烧器包括一体式金属喷嘴板作为所述气体风室的穿孔壁部分，例如，它是用黄铜制成的。不过，这种喷嘴板需要高密度的、具有较高长度和直径间比例的小喷嘴，为了获得必要的精度，所述喷嘴必须通过钻孔成型。所述钻孔作业对所述长度和直径间比例提出了上限，并且与高的机器和/或劳动力成本组合在一起。
公开的专利文献WO 01/57438披露了一种气体燃烧器，它包括管状燃烧器主体，具有多个并排排列的裂缝状通孔。另外，在燃烧器主体上安装有防护罩，它同样包括通孔，通孔的位置和形状适应所述燃烧器主体的通孔。所述防护罩用于保护所述燃烧器主体免受过高热量。
公开的专利文献DE 26 05 954披露了一种气体燃烧器，其喷嘴板是由多个折叠的片材元件构成，这些元件是以缠绕方式安装的。这样，形成了用于气体的喷嘴。用于使用了折叠的片材，可能发生所述片材的表面不是彼此完全倚靠在一起的情况，使得所述气体以不确定的方式流过所述片材之间的间隙。另外，所述孔不是贯通的，不过所述气体流过所述片材元件的拐角。因此，不能获得准确并且稳定的燃烧条件。
发明内容
本发明的目的是创造一种用于形成火焰阵列的气体燃烧器，其中，所述火焰阵列至少与上述包括一体式金属喷嘴板的现有燃烧器一样适合大型基片表面的最高质量的火焰处理，不过，其中，所述燃烧器能够以相对简单的方法生产，并且具有完全相同的高精度。另外，所述燃烧器的生产不限制所述喷嘴的长度和直径间比例。
这一目的是通过独立权利要求中限定的气体燃烧器实现的。
与用于相同目的的现有燃烧器类似，其中，本发明的气体燃烧器包括具有气体输送接头和喷嘴板的燃烧器主体，所述燃烧器主体和所述喷嘴板构成了气体风室，所述喷嘴板构成了所述气体风室的穿孔壁部分。本发明气体燃烧器的喷嘴板具有类叠放排列的多个片材，其中，所述片材是以叠放形式形成和安装的，因此所述叠放物包括从所述喷嘴板的风室侧延伸到火焰侧的多个喷嘴。所述喷嘴板优选是独立于所述燃烧器主体形成的元件。即，所述喷嘴板能够独立于所述燃烧器主体用需要数量的片材生产，然后可以连接到所述燃烧器主体上。在固定所述喷嘴板的部位，所述燃烧器主体可以开口或形成具有通孔的壁，用于输送气体。
通过若干片材，特别是至少三个片材的组合，所形成的喷嘴孔优选具有这样的直径：它在沿纵向上的直径小于其沿气体流出方向的长度。
所述片材可以大体上垂直于所述喷嘴长度方向延伸，并且包括确定的通孔(与多孔板的随机通孔相反)，其中，所述叠放物中所有片材的通孔彼此至少是部分对齐的，以便构成所述喷嘴。在保持所述喷嘴的开口宽度(直径)同样时，通过增加片材的数量，可以方便地延长所述喷嘴长度。所述片材还可以大体上平行于所述喷嘴长度延伸，其中，所述片材的至少一部分具有带锯齿状边缘的梳子状形状，它朝向所述喷嘴板的火焰侧。片材上的所述梳子状排列的齿之间的缺口与相邻的片材共同构成了喷嘴。因此，所述喷嘴能够轻易地生产，具有较高的长度和直径的比例。特别是，所述喷嘴可以通过穿孔用片材生产。这一点与穿过一体式的厚的喷嘴板的钻孔方法相反，正如在开始部分提到的，后者要在所有侧面界定所述喷嘴。
本发明燃烧器的喷嘴板通常具有矩形形状，具有若干厘米(例如，3-20cm)的宽度(在所述处理装置中沿平行于材料输送的方向延伸)，高达几米(例如，1-3m)的长度和5-20mm的厚度。从风室侧到火焰侧穿过所述喷嘴板的喷嘴优选具有这样的截面，其大小在0.5-2mm范围内，并且，彼此距离大体相同。这使得当喷嘴密度为，例如，0.25或0.5喷嘴/mm2时的喷嘴的长度和直径间比例为大约2.5-40。
例如，所述片材由金属，优选钢铁(例如，碳钢或抗氧化钢铁)、黄铜或青铜组成。其厚度典型为0.5-2mm(优选为0.8-1.5mm，更优选1mm)。所述金属片材可从市场上购买甚至构建成适合所述目的的具有确定的开口图案(多孔金属片材)。所述片材材料可以切割成一定尺寸，并且可以配备通孔或锯齿状边缘，例如，借助于激光切割、通过射流切割或通过铣削。它们优选是使用冲孔工具通过冲孔形成的，所述工具能够对一个完整的片材同时进行冲孔或通过对所述片材材料的准环形条进行连续的冲孔生产片材。
为了用所述片材生产喷嘴板，将多个所述片材堆叠在一起，并且将堆叠中的片材彼此固定在一起，其中，所述固定装置可以是所述燃烧器主体的一部分或可以构成所述喷嘴板的额外部分。还可以沿其边缘的至少一部分将所述片材焊接在一起。为了形成堆叠，所述片材优选是平的和直的，即，在任何情况下它们都具有平面的上侧和下侧。在所述喷嘴板内，相邻片材的上侧和下侧平面地倚靠在一起，以便在接触部位优选没有气体可以通过。由于所述片材优选不是弯曲的，共同界定或限定喷嘴的相邻的层，可以彼此相对位移，因此，彼此可以准确地对齐。通过使所述片材彼此相对移动，所述喷嘴的截面开度可以根据规定变化。
由本发明的燃烧器产生的火焰阵列能够满足火焰处理质量的最高标准，并且，与现有一体式青铜喷嘴板相比对生产的要求明显更少。本发明燃烧器的另一个优点是喷嘴板的生产简单或喷嘴板能够适应不同的要求(不同处理，不同气体等)，其中，通过叠放不同数量的片材和/或不同类型的片材，仅用少量不同类型的片材就可以生产出大量不同的喷嘴板。另外，可以组合不同材料的片材，例如，用一个高度耐热耐氧化并因此昂贵的材料的片材构成所述喷嘴板的火焰侧，用多个耐性较差并因此不太昂贵的其他片材构成所述喷嘴板的风室侧。本发明燃烧器的另一个优点是这样的事实：将所述喷嘴板与所述燃烧器主体分开，并且将所述片材相互分开，使得能够方便并且彻底地清洗所述喷嘴，这使得所述喷嘴板具有长的使用寿命。
附图说明
将结合以下附图对本发明气体燃烧器做更详细地说明，其中：
图1表示本发明气体燃烧器的第一示例实施方案，其中，所述喷嘴板的片材是大体上垂直于所述喷嘴长度安装的；
图2-4以分解示意图的形式表示图1所示燃烧器实施方案的喷嘴板(图2)，从火焰侧观察(图3)，和从风室侧观察(图4)；
图5表示本发明气体燃烧器的第二示例实施方案，其中，所述喷嘴板的片材是大体上平行于所述喷嘴长度安装的；
图6和7以分解示意图形式表示图5所示燃烧器实施方案的喷嘴板的片材(图6)，并且叠放排列，观察所述喷嘴板的一部分(图7)；
图8是穿过本发明燃烧器的其他实施方案的剖视图。
具体实施方式
图1表示本发明气体燃烧器的第一示例实施方案，所述气体燃烧器包括具有气体输送接头2和喷嘴板3的燃烧器主体1，其中，所述燃烧器主体1和喷嘴板3共同构成了气体风室，所述喷嘴板3构成了所述风室的穿孔壁部分。所述喷嘴板3的喷嘴4从所述喷嘴板3的风室侧5延伸到火焰侧6。为了便于说明，图1所示燃烧器的尺寸之间的关系与真实燃烧器的相关关系不一致。具体讲，所述燃烧器主体通常比图中所示更长，所述喷嘴更小，并且彼此更接近。
喷嘴板3具有大体上垂直于所述喷嘴的长度方向延伸的多个片材10(例如，如图1所示，有6个片材)，所述片材具有确定的通孔，并且是叠放的，以便所述每一个片材的通孔与所述叠放的所有其他片材的通孔充分对齐，从而形成所述喷嘴。
例如，通过分布在所述燃烧器主体的整个长度上的相应的槽将片材10的叠放物固定在一起，并且相对所述燃烧器主体1位置固定。所述叠放物还可以通过贯穿穿过整个叠放物的相应的孔或穿过少数喷嘴的相应的铆钉或螺栓或通过沿片材边缘焊接连接进行额外稳定。
图2更详细的示出了图1所示燃烧器的喷嘴板3的6个片材10，这6个片材属于两种不同的片材类型。四个第一类片材10.1构成了所述喷嘴板3的火焰侧6，例如，具有圆形通孔(孔)的图案，其中，所述每一个通孔供给通过所述燃烧器产生的火焰阵列的一个火焰。例如，所述第一类片材10.1是由多孔的金属片材组成，该多孔的金属片材具有由沿平行于片材边缘的方向排列成行的孔组成的规则图案，其中，所述行中的一行孔与相邻行的孔之间的间隙对齐。所述多孔的钢铁片材材料可以从市场上购买。
至少一个(图中示出了两个)第二类片材10.2构成了所述喷嘴板的风室侧5。这些片材10.2具有与第一类片材10.1相同通孔的图案的部分，并且取代该图案的其他部分，这些片材10.2具有大体上为矩形的通孔，所述通孔平行于所述片材长度延伸，并且其宽度例如对应于两排通孔的宽度。所述第二类片材10.2优选是由与所述第一类片材相同的多孔的金属片材制成，通过切割所述矩形通孔，以便去掉孔行的一部分。
图3和4示出了从火焰侧6观察(图3)和从风室侧5观察(图4)的图1所示燃烧器的喷嘴板3，所述第二类片材10.2的孔是沿所述行的方向位移的，孔的位移量d小于孔的直径，以便降低相应喷嘴的有效横截面。另一方面，与矩形通孔对齐的孔的喷嘴具有相当于所述孔直径的有效横截面。具有更大截面的喷嘴能够用于提供处理火焰，而具有较小截面的喷嘴用于提供较小的支持火焰，该火焰是维持较大处理火焰所必须的。
在图2-4中所示出的示例喷嘴板能产生包括两行处理火焰的两个带的火焰带，并且在每一侧和两个带之间各有一行支持火焰。通过叠放图2所示第一类片材10.1和第二类片材10.2其中第二类片材具有其它的、必要时在片材与片材之间的不同图案的孔和矩形通孔和/或孔图案的不同位移，由此可以产生具有不同大小的变化最大的火焰图案的火焰带，其中，喷嘴板3的生产基本上保持相同，并且总是非常简单。
当然，还可以将所述片材安装在所述燃烧器中，以便它们保持彼此之间可以位移，这样，例如，所述喷嘴至少一部分的喷嘴截面可以适应各种要求，而无需拆解所述燃烧器和所述喷嘴板。
除了利用具有相同截面的孔的位移来降低某些喷嘴的有效横截面之外，还可以利用具有较小孔的片材，并且安装这些片材，使得所述较小的孔与其他片材的较大的孔对齐。
很明显，还可以仅用第一类片材制成所述喷嘴板，其中，所有片材的所有孔彼此可以完全或部分对齐。通过提供具有不同的所述位移的片材选择，能够以简单的方式调整有效喷嘴截面，即，通过选择具有相应位移的片材，并且将它定位在所述喷嘴板的风室侧。
当然，对于上述任何情况来说，还可以将所述通孔或喷嘴分别设计成具有非圆形截面，不过，作为替代，例如，具有正方形，矩形或多边形截面。
图5表示本发明燃烧器的另一种示例实施方案。该燃烧器也包括燃烧器主体1和喷嘴板3，其中，构成所述喷嘴板3的片材10的方向大体上平行于所述喷嘴的延伸方向，并且优选平行于所述燃烧器主体的长度。
从图6和7中可以看到进一步放大的片材10，其中，图6以分解示意图的方式示出了某些片材10，图7示出了喷嘴板3的一部分，即，叠放的片材10。同样具有两种类型的片材(第三类片材10.3和第四类片材10.4)，它们是以交替方式叠放的。第三类片材10.3具有梳子状形状，具有朝向喷嘴板3的火焰侧6的锯齿状边缘，即，在该边缘部位包括位于，例如，矩形齿22之间的缺口21。第四类片材10.4大体上具有矩形形状，具有朝向所述喷嘴板的火焰侧的直的边缘，并且在叠放物中与第三类片材10.3的锯齿状边缘对齐。齿22之间的缺口21的深度大于第四类片材10.4的宽度，以便所述缺口21的底端构成侧喷嘴口23，使得气体可以从所述风室进入所述喷嘴。每一个喷嘴4通过一个第三类片材10.3的两个齿22并且通过两个相邻的第四类片材10.4被界定在所述喷嘴板的火焰侧，并且具有矩形或正方形截面。这意味着喷嘴4是成行设置的，其中，相邻行的喷嘴可以彼此对齐或彼此交错排列，图5-7中所示出的喷嘴板3就是这种交错排列情形。与公开的专利文献DE 2605 954公开的喷嘴板不同，所述喷嘴的限制壁是直的，即，在实际喷嘴内，气体流不会冲击突出的边缘。
图5-7中所示出的交错的喷嘴可以通过包括相同的齿/缺口图案的多个梳子状片材10.3(第三类片材)实现，其中，第一个所述片材10.3’的齿/缺口图案是对称的，并且所述片材在两侧具有标记(例如，切口50)，其中，第二个所述片材10.3”的齿/缺口图案是相对第一片材10.3’位移的，因此是不对称的，并且，所述片材仅在一侧具有标记。在所述叠放物中，第三类片材(与第四类片材交替)是按照以下方式排列的：片材10.3”(在左侧标记)-片材10.3’-片材10.3”(在右侧标记)-依此类推。
图5-7所示叠放物的其他变化可以通过，例如，将每两个第四类片材10.4叠放在各个第三类片材10.3之间或者相反以便分别降低喷嘴密度或增加喷嘴截面而实现。采用不同的叠放方式还可以形成用于处理火焰的较大的喷嘴行，和用于支持火焰的较小的喷嘴行。这一目的还可以通过采用具有不同缺口/齿图案的第三类片材10.3实现。
除了叠放梳子状片材(第三类片材10.3)和矩形片材(第四类片材10.4)之外，还可以仅使用梳子状片材，该片材在齿22之间的缺口21的深度超过所示片材宽度的一半，并且这样安装所述梳子状片材，使其锯齿状边缘交替地朝向所述喷嘴板的火焰侧和朝向所述喷嘴板的风室侧，并且使所述缺口至少部分彼此对齐。
在图7所示叠放物中，为了对齐和固定所述片材10，所述片材包括例如，定位孔24，这些孔在片材正确叠放时彼此是对齐的，将铆钉或螺栓推入所述孔，并且相对所述片材叠放物固定。
图8是穿过本发明气体燃烧器的另一种示例实施方案的剖视图。该燃烧器也包括燃烧器主体1和喷嘴板3，其中，例如，所述喷嘴板3是由如图2所示的多个第一类片材10.1组成，因此包括相同喷嘴的图案。
所述燃烧器的风室被划分成中央室30.1和两个侧室30.2其中，所述室沿所述燃烧器的长度延伸，并且每一个室具有自身的气体输送接头(2.1，2.2)。其中，输送到风室部分30.1和30.2的气体G.1和G.2可以具有不同压力，以便来自不同室的火焰具有不同的大小，以便例如构成较大的处理火焰和较小的支持火焰。作为替代或补充，气体G.1和G.2还可以是不同气体或气体混合物。例如，气体G.2可以是可燃气体和氧气或空气的混合物，气体G.1还可以包括要沉积在所述基片表面的化合物的前体。当所述基片沿F方向移动通过或穿过由所述燃烧器产生的火焰带时，它首先接受预处理(例如，表面活化)，然后接受燃烧化学气相沉积处理，随后接受后处理(例如，沉积涂层的退火)。
当然，还可以提供为它输送包括不同前体的气体的风室，以便连续沉积不同的化合物。
另一种可能性是，风室G.1，G.2不是沿所述燃烧器主体的长度方向延伸，而是沿其宽度方向延伸的，即，沿所述燃烧器主体的长度方向或沿要处理的板材的宽度方向具有不同的腔室。如果为这些腔室提供加工气体，例如，如上文所述，可以在板材的宽度上进行不同的处理。

Claims (23)

1.用于形成一系列火焰的气体燃烧器，所述气体燃烧器包括具有气体输送接头(2)和喷嘴板(3)的燃烧器主体(1)，所述燃烧器主体(1)和所述喷嘴板(3)共同构成了气体风室，所述喷嘴板(3)构成了所述气体风室的穿孔壁部分，其中，所述喷嘴板(3)具有括多个从所述喷嘴板(3)的风室侧(5)延伸到火焰侧(6)的喷嘴(4)，其特征在于所述喷嘴板(3)具有多个片材(10)，所述片材具有确定的通孔或锯齿状边缘，并且是叠放排列的。
2.如权利要求1的气体燃烧器，其特征在于所述喷嘴板(3)是作为独立于所述燃烧器主体(1)的元件构成。
3.如权利要求1或2的气体燃烧器，其特征在于所述片材(10)分别具有平面的上侧和下侧，其中，所述相邻片材的上侧和下侧在所述喷嘴板(3)内彼此平面地相互倚靠。
4.如权利要求1或2的气体燃烧器，其特征在于所述片材(10)是大体上垂直于所述喷嘴的长度安装的，所有片材具有多个通孔，并且在所述堆叠中所述片材(10)的通孔的至少一部分是彼此充分对齐的，以便共同形成所述喷嘴(4)。
5.如权利要求4的气体燃烧器，其特征在于所述喷嘴板(3)具有多个具有相同通孔图案的第一类片材(10.1)，所述片材之一构成了所述喷嘴板(4)的火焰侧(6)。
6.如权利要求5的气体燃烧器，其特征在于所述通孔具有圆形截面。
7.如权利要求5-6中任意一项的气体燃烧器，其特征在于所述喷嘴板(3)还包括至少一个第二类片材(10.2)，它构成了所述喷嘴板的风室侧(5)，并且，它具有与所述第一类片材(10.2)至少部分相同的通孔图案，其中，所述第二类片材(10.2)的通孔图案相对所述第一类片材(10.1)的通孔图案位移了，其中，所述位移(d)小于所述图案通孔的截面的相应尺寸。
8.如权利要求7的气体燃烧器，其特征在于所述第二类片材(10.2)还具有大于所述图案通孔的截面尺寸的其它通孔。
9.如权利要求4-8中任意一项的气体燃烧器，其特征在于所述片材(10)是彼此夹紧的，并且被夹紧在相对所述燃烧器主体(1)的预定位置。
10.如权利要求1-3中任意一项的气体燃烧器，其特征在于所述片材(10)是大体上平行于所述喷嘴的长度安装的，并且所述片材的至少一部分是梳子状第三类片材(10.3)，并且包括锯齿状边缘，该边缘具有齿(22)和位于所述齿之间的缺口(21)。
11.如权利要求10的气体燃烧器，其特征在于所述第三类片材(10.3)是与第四类片材(10.4)交替设置的，使它们的锯齿状边缘位于所述的喷嘴板(3)火焰侧(6)，所述第四类片材(10.4)的相应的边缘大体上是直的，并且，位于所述第三类片材(10.3)的齿(22)之间的缺口(21)的深度大于所述第四类片材(10.4)的相应的尺寸。
12.如权利要求10-11中任意一项的气体燃烧器，其特征在于所述第三类片材(10.3)具有规则图案的缺口(21)和齿(22)，并且各个第三类片材(10.3)上的图案是彼此相对位移的。
13.如权利要求1-9中任意一项的气体燃烧器，其中，所述片材(10)是用可通过商业渠道获得的多孔的金属片材制成的。
14.如权利要求1-12中任意一项的气体燃烧器，其中，所述片材(10)是通过冲孔，激光切割，射流切割或铣削定制的。
15.如权利要求1-14中任意一项的气体燃烧器，其特征在于所述片材(10)的厚度为0.5-2mm。
16.如权利要求1-15中任意一项的气体燃烧器，其特征在于所述片材(10)由钢铁、黄铜或青铜组成。
17.如权利要求1-16中任意一项的气体燃烧器，其特征在于所述片材(10)还包括定位孔(24)，并且通过贯穿所述定位孔(24)的螺栓或铆钉彼此固定在一起。
18.如权利要求1-17中任意一项的气体燃烧器，其特征在于所述风室包括多个风室(30.1，30.2)，其中，每一个所述风室包括独立的气体输送接头(2.1，2.2)。
19.如权利要求18的气体燃烧器，其特征在于所述喷嘴板(3)具有大体上矩形的形状，并且所述风室平行于所述喷嘴板(3)的长度或宽度方向延伸。
20.将如权利要求1-19中任意一项的气体燃烧器用在用于基片表面的火焰处理的装置上的用途。
21.如权利要求20的用途，其特征在于所述基片具有准环形板材的形状，并且是在滚筒上输送的，通过或穿过由所述燃烧器产生的火焰带。
22.如权利要求20-21中任意一项的用途，其特征在于所述火焰处理是燃烧化学气相沉积工艺。
23.如权利要求18或19的气体燃烧器的用途，其中，不同气体和/或具有不同压力的气体被输送到不同的风室。
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