CN102442772A - 石英玻璃燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石英玻璃燃烧器，该燃烧器能够在没有不必要地增加燃烧气体的流量的情况下提高火焰加工的加热功率，还可以提高将玻璃粒沉积在多孔玻璃预制体上的沉积效率。该石英玻璃燃烧器具有：大直径外管；和包围在该被外管内的多个小直径内管，在该外管的前端具有限定用于喷出燃烧气体的燃烧气体喷口的外形的端口限定构件，端口限定构件从外管的内周向中心轴线伸出，从而阻挡燃烧气体流路的包括形成内管排的多个内管的外周与外管的内周之间的区域的最外侧区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种石英玻璃燃烧器。
背景技术
已知石英玻璃燃烧器具有：多个小直径喷嘴，该小直径喷嘴由较小直径内管制成，并喷出诸如氧气等燃烧辅助气体；和大直径喷嘴，该大直径喷嘴由包围这些小直径喷嘴的较大直径管制成，并喷出诸如氢气等燃烧气体。通过经由小直径喷嘴流出燃烧辅助气体，经由包围小直径喷嘴的大直径喷嘴流出燃烧气体以使其燃烧，石英玻璃燃烧器被用于各种火焰加工。另外，通过经由置于燃烧器中心的中心管流出玻璃原料气体、经由小直径喷嘴流出燃烧辅助气体、并经由大直径喷嘴流出燃烧气体以采用火焰水解反应产生玻璃粒，这种石英玻璃燃烧器被用于将玻璃粒沉积于多孔玻璃预制体。
传统地，为了提高火焰加工的加热功率，或为了提高将玻璃粒沉积在多孔玻璃预制体上的沉积效率，各种研究均集中于这种石英玻璃燃烧器中用于流入燃烧辅助气体的喷嘴的数量和配置。日本特开2003-206154号公报限定了喷嘴的配置和数量，日本特开2003-165737号公报限定了喷嘴的直径和线速度。然而，为了提高火焰加工效率和沉积的效率，重要的是不仅要考虑优化从小直径喷嘴供给的燃烧辅助气体，而且要考虑调整从大直径喷嘴供给的燃烧气体。
在外管内同心地配置有一排以上的小直径喷嘴。典型地，从位于最外周的排的小直径喷嘴中喷出的燃烧气体扩散到周围气氛中并在不与燃烧辅助气体发生反应的情况下燃烧。因此，在最外周的排的小直径喷嘴外侧的燃烧气体喷入的区域越宽，使得对目标的加热作出贡献的燃烧气体的比率越低，并且加热效率越低。
此外，增加小直径喷嘴的数量以提高加热功率将导致包围这些小直径喷嘴的大直径喷嘴增大。因此，燃烧气体喷口的直径的增大致使从位于最外周的排的小直径喷嘴到外管的外部流动区的进一步增大，导致有效地对目标的加热作出贡献的燃烧气体的比例的降低。因此，为了提高加热功率，燃烧气体的增加量必须比燃烧辅助气体的增加量大，以便增大加热功率。
发明内容
本发明提供一种用于在没有不必要地增加燃烧气体的流量的情况下提高火焰加工的加热功率的石英玻璃燃烧器。本发明还提供一种能够提高将玻璃粒沉积在多孔玻璃预制体上的沉积效率的石英玻璃燃烧器。
根据本发明的石英玻璃燃烧器包括：
较大直径的外管，其由石英玻璃形成；
多个较小直径的内管，其由石英玻璃形成并被包围在所述外管中，所述多个内管中的每一个内管均限定燃烧辅助气体的流路并且均具有限定燃烧辅助气体喷出用的喷口的前端开口，所述多个内管沿圆心在所述外管的中心轴线上的圆的圆周配置，从而形成内管排，所述多个内管的外周与所述外管的内周一起限定燃烧气体的燃烧气体流路；以及
端口限定构件，其被布置在所述外管的前端并限定喷出燃烧气体的燃烧气体喷口的外形，所述端口限定构件从所述外管的内周侧向所述中心轴线所在侧伸出，从而阻挡所述燃烧气体流路的径向最外侧区域。
根据本发明，端口限定构件阻挡燃烧气体流路的最外侧区域可以使流路的截面面积变窄，并且限制不对燃烧作出贡献的燃烧气体的体积并提高火焰加工的加热功率。另外，根据本发明，火焰加工的加热功率的提高也提高了在形成多孔玻璃预制体时玻璃粒的沉积效率。
本发明的进一步特征可以从对下面的示例性实施方式的说明(参照附图)中明显得出。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施方式的石英玻璃燃烧器的示意性主视图；
图2示出了图1中的燃烧器沿燃烧器的II-II方向的端视图；
图3示出了不具有端口限定构件的石英玻璃燃烧器的示意性主视图；
图4示出了图3中的燃烧器沿燃烧器的IV-IV方向的端视图；
图5示出了根据本发明的另一实施方式的石英玻璃燃烧器的示意性主视图；
图6示出了图5中的燃烧器沿燃烧器的VI-VI方向的端视图；
图7示出了用于制造光纤预制体的设备的一个实施例；
图8示出了不具有端口限定构件的石英玻璃燃烧器的示意性主视图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的多种实施方式。注意，本发明并不限于这些实施方式。
第一实施方式
图1是根据本发明的实施方式的用于处理石英玻璃的石英玻璃燃烧器的示意性主视图，图2表示图1中沿II-II方向的端视图。
根据本实施方式的石英玻璃燃烧器用于合成的石英玻璃的火焰加工。石英玻璃燃烧器具有：多个由石英玻璃制成的较小直径的内管10；由石英玻璃制成的包围多个(共31个)内管10的大直径的外管20；和被安装于外管20前端的端口限定构件30。
多个内管10中的每一个均限定：诸如氧气等燃烧辅助气体流过的流路；以及具有用于喷出燃烧辅助气体的前端开口的燃烧辅助气体喷口。另外，多个内管10中的一个被配置在外管20的中心，而其他内管沿半径各不相同的、圆心在外管20的中心轴线上的三个同心圆的圆周配置，从而构成三个内管排。
例如，外管20的内周21和内管10的外周共同限定诸如氢气等燃烧气体所流过的燃烧气体流路。也就是说，从外管20的后端导入的燃烧气体在外管20的内周21和多个内管10的外周之间形成的空间中流动。
端口限定构件30由环形石英玻璃板制成，其被固定在外管20的前端，并限定喷出诸如氢气等燃烧气体的燃烧气体喷口31P的外形。端口限定构件30的前端面30f被配置成与多个内管10的各前端在同一平面中。注意，燃烧气体喷口31P是由端口限定构件30的内周和多个内管10的外周限定的。端口限定构件30从外管20的内周21向中心轴线侧突出，从而阻挡包括形成最外侧内管排的多个内管10的外周和外管20的内周21的最外侧区域。另外，端口限定构件30具有多个凹部31，多个凹部31用于与形成最外侧内管排的多个内管10中的每一个形成间隙Gp。凹部31被形成为弧形，使得间隙Gp在内管10的周向上具有大致恒定的形状。此外，内管10和对应的凹部31之间的间隙Gp的具有相同的尺寸。注意，间隙Gp可以被形成为使得间隙在内管10的周向上是变化的。另外，这些凹部31的间隙Gp可以彼此不同。此外，尽管在本实施方式中凹部31的形状为弧形，但是凹部31也可以形成为其他形状。
根据本实施方式，通过使用端口限定构件30阻挡燃烧气体流路的最外侧区域，可以使燃烧气体流路的最外侧区域的横截面变窄，由此控制很可能发生在最外侧区域的不对燃烧作出贡献的燃烧气体的增加。结果，在没有不必要地增加燃烧气体的流量情况下，能够提高火焰加工的加热功率。
下面将描述图1和图2所示的石英玻璃燃烧器的实施例。
间隙Gp的尺寸为0.5mm。小直径喷嘴10采用外径为4.0mm、内径为0.9mm的石英玻璃管。用流率为250L/min的燃烧气体、流率为100L/min的燃烧辅助气体加热直径为
的石英玻璃模型棒(dummy rod)，并记录下棒的最高温度。
另外，用图3和图4所示的燃烧器在相同条件下加热石英玻璃模型棒，并记录下棒的最高温度。图3和图4所示的石英玻璃燃烧器分别是端口限定构件30被移除的图1和图2中的石英玻璃燃烧器。
实施例1
表1示出了本实施例的燃烧器在最高温度升至2130摄氏度时的测量结果，该最高温度比传统燃烧器的最高温度高70摄氏度。这是因为端口限定构件30起着使燃烧气体被同心地供应到燃烧器的中心侧，高效地有助于模型棒的加热。
表1
实施例2
调节供给到本实施方式的燃烧器的气流，使得燃烧器的最高温度与图3和图4所示的不具有端口限定构件30的燃烧器的最高温度相同，为2060摄氏度，结果，燃烧气体减少了14％。
第二实施方式
图5示出了根据本发明的其他实施方式的石英玻璃燃烧器的示意性主视图，图6示出了图5中的燃烧器沿燃烧器的VI-VI方向的端视图。在图5和图6中，与图1和图2中相似的元件采用相似的附图标记。根据本实施方式的石英玻璃燃烧器用于制造多孔玻璃预制体。
石英玻璃预制体包括：外管20中心的原料气体管40，该原料气体管限定玻璃材料气体MG所流过的流路和喷口，该喷口从其前端开口喷出玻璃材料气体MG；和同心地配置在管40的外侧的密封气体管50。密封气体SG所流过的流路被限定在管40和管50之间。管40和管50的前端限定喷出密封气体SG的密封气体喷口。
沿半径各不相同的、圆心在外管20的中心轴线上的两个同心圆的圆周配置多个(共16个)内管10，这构成两个内管排。另外，端口限定构件30A由环状石英玻璃板制成并具有多个凹部31A，多个凹部31A用于与形成最外侧内管排的多个内管10中的每一个形成间隙Gp。凹部31A与第一实施方式一样，被形成为弧形。
石英玻璃燃烧器被用于例如图7所示的用于制造多孔玻璃预制体的设备。在该设备中，模型棒2被焊接在石英玻璃制成的模型棒1的两端并被夹具和旋转机构4支撑。各机构4均安装在支撑构件7上，并且使棒1围绕其轴线旋转。上述石英玻璃燃烧器被用于燃烧器3，该燃烧器利用移动机构6沿棒1的长度方向前后移动并将合成的玻璃粒沉积在棒1上，从而围绕棒1形成多孔玻璃预制体。注意，排气罩5将室内产生的气体排到室外。
实施例3
现在描述图5和图6中示出的石英玻璃燃烧器的实施例。
间隙Gp的尺寸为0.5mm。小直径喷嘴10采用外径为3.0mm、内径为1.5mm的石英玻璃管。以15L/min的流率将玻璃材料气体MG和燃烧辅助气体供应到管40，以4L/min的流率将密封气体SG供给到管40和50之间的流路，以25L/min的流率将燃烧辅助气体供给到喷嘴10，并以250L/min的流率将燃烧气体供给到包围上述组件的管20，从而将玻璃粒沉积在直径为
长1000mm的石英玻璃制成的模型棒上，直到达到50kg重。
另外，采用图8所示的燃烧器在相同条件下将玻璃粒沉积在玻璃模型棒上。图8所示的燃烧器是端口限定构件30A被移除的图5和图6所示的燃烧器。
表2示出了沉积效率升至69％时的沉积结果，该效率比采用图8所示的燃烧器的沉积效率高4％。
这是因为端口限定构件30A起着使燃烧气体被同心地供应到燃烧器的中心侧的作用，高效地有助于模型棒的加热、大线速度以及控制火焰的发散和湍流。
表2
实施例4
调节供给到本实施方式的燃烧器的气流，使得燃烧器的沉积效率与图8所示的传统燃烧器的沉积效率相同，结果，本实施方式的燃烧器在燃烧气体的消耗量上降低了16％。
尽管参照示例性实施方式对本发明进行了说明，但是应理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附的权利要求书的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有变型、等同结构和功能。
Claims (10)
1.一种石英玻璃燃烧器，其包括：
较大直径的外管，其由石英玻璃形成；
多个较小直径的内管，其由石英玻璃形成并被包围在所述外管中，所述多个内管中的每一个内管均限定燃烧辅助气体的流路并且均具有限定燃烧辅助气体喷出用的喷口的前端开口，所述多个内管沿圆心在所述外管的中心轴线上的圆的圆周配置，从而形成内管排，所述多个内管的外周与所述外管的内周一起限定燃烧气体的燃烧气体流路；以及
端口限定构件，其被布置在所述外管的前端并限定喷出燃烧气体的燃烧气体喷口的外形，所述端口限定构件从所述外管的内周侧向所述中心轴线所在侧伸出，从而阻挡所述燃烧气体流路的径向最外侧区域。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述端口限定构件具有多个凹部，所述多个凹部分别用于与形成所述内管排的所述多个内管形成间隙。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述多个凹部中的每一个凹部均具有弧形形状。
4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，形成于所述内管和相应的弧形凹部之间的间隙在所述内管的周向上具有大致恒定的形状。
5.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述内管与相应的弧形凹部之间的间隙具有大体相同的尺寸。
6.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述端口限定构件的前端面与所述多个内管的各前端被配置在相同的平面中。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述端口限定构件由环状板形成。
8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述端口限定构件由石英玻璃制成。
9.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器还包括在所述内管排的内侧、由多个内管形成的另一内管排。
10.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器还包括被布置于所述外管的中心区域的原料气体管，所述原料气体管限定玻璃原料气体的流路并具有限定所述玻璃原料气体喷出用的喷口的前端开口。
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