CN1367762A - 用火焰水解法制造玻璃预制品的装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种用火焰水解法生产玻璃预制品的装置。该装置包括一个主沉积燃烧器,该燃烧器构造成成将两个或多个形成烟气的反应物气流和一个火焰气流朝着旋转的支撑芯杆的方向引入沉积室内,以便用火焰水解法在该芯杆上形成一玻璃预制品。还可包括一对或多对辅助燃烧器,以将另外的火焰气流而不是将形成烟气的反应物气流从主沉积燃烧器的相对的侧边引向该玻璃预制品,从而当预制品已达到预定的尺寸时提供附加的热量以提高效率。主沉积燃烧器构造成使两个或多个形成烟气的反应物气流与芯杆准切向地碰撞,并且将火焰气流倾斜地向内引向两个或多个形成烟气的反应物气流中,以使沿一个或两个正交轴方向上的火焰宽度变窄。

Description

用火焰水解法制造玻璃预制品的装置

发明背景

这是1999年9月3日提交的美国临时申请US60/152,293的一部分内容的继续申请。

本申请一般涉及用于火焰水解法制造玻璃预制品的装置，具体涉及以高沉积速度和改善的效率生产玻璃预制品的装置。

在过去的20年中，用于制造光纤的圆圆柱形玻璃预制品一直是通过利用火焰水解和烧结的烟气沉积的两步法制造合成的透明石英来生产的。用火焰水解法制造光学纤维的两种主要的方法被称为外部汽相沉积(OVD)和汽相轴沉积(VAD)。另外两种市售的光学纤维的生产方法，它们不用火焰水解法，被称为改进的化学汽相沉积(MCVD)和等离子化学汽相轴沉积(PCVD)。

火焰水解法的基本工艺是50多年前发明的。首先商业化的是一步沉积工艺，其中将沉积温度保持足够高以使沉积材料的成为非常致密的透明玻璃。随着光纤的出现，后来，多孔预制品首先在非常低的温度下首先沉积、然后烧结成透明玻璃的两步沉积法也实现了商业化。该两步法也已适用于其它的应用，因为它可生产包括极少氢氧离子的材料。

在这种火焰水解法中，各种含硅的先质材料先被汽化，然后与反应汽一起通入位于沉积室内可产生氧-氢或氧气-天然气火焰的燃烧器中。在火焰内的反7产生石英的石英亚微型烟气颗粒，沿在圆柱形芯杆上确定的圆柱形沉积面的长度方向上收集该颗粒。当芯杆旋转时，在燃烧器和沉积面之间产生轴向相对运动。烟气颗粒通过称为热移动的现象聚集在沉积面上，它使以热梯度存在的颗粒运动较冷表面上。

沉积速度和烟气收集效率是影响工艺经济性的两个关键的参数。这些参数在很大程度上受燃烧器和沉积室构形的控制。在设计这些部件时，必须意识到沉积可发生在各种形状内，其中之一是圆柱杆形。在圆柱形沉积中，起始芯杆的直径可小于1cm，而最后的直径可大于40cm。而且，将沉积表面的温度保持足够高以提供高的烟气密度并且防止破裂是非常重要的，但不要太高以致于产生部分烧结，这会在烧结的玻璃中产生气泡。沉积材料的直径必须均一，沉积材料的端部必须保持在足够高的的温度下以防止剥落。

上面简述的火焰水解工艺的效率取决于许多因素，它包括反应物的选择、火焰气体的选择、沉积材料的起始直径和最终直径的选择、燃烧器的设计和沉积室的设计。

用于光纤工业的许多燃烧器的构形已历经多年的发展，最常用的是同心管燃烧器和小孔管燃烧器。这些燃烧器的示意图分别如图1和图2所示。用于熔融石英玻璃制品工业的另一种常见类型的燃烧器将同心管燃烧器和小孔管燃烧器的某些特征组合在一起。这种燃烧器的正视图如图3所示。这些燃烧器用氧-氢或氧气-天然气火焰，它们用作表面混合和预混合的燃烧器。这些燃烧器通常用熔融石英玻璃或金属，如铝或不锈钢来构建。

图1-3的基本燃烧器的构形有共同的圆形对称的设计特点。在每一种情况下，反应的化学物品由燃烧器的中心以气流喷射，保护气流包围着化学物品气流，以保护它远离周围的火焰。这样，反应的发生远离燃烧器表面，这本身又抑制了反应物在燃烧器表面上不希望的堆积，堆积对性能有不利的影响。所有的这些燃烧器都构造成喷射出气体和化学物品的表面实质上是平面的。燃烧器的构形相互之间的区别有几种方式，包括它们的热轮廓、每一种最佳操作时的雷诺数、发生反应的表面的距离和火焰的长度。本领域的技术人员将意识到在沉积过程中这些参数的重要性。

附图中没有绘出的其它燃烧器的构形包括：1)有多个化学物品流动喷口和非圆形火焰构形的带状燃烧器，2)偏置的化学物品管燃烧器，和3)构造成可在不同的平面处提供离开燃烧器的火焰的多火焰燃烧器。

大多数的光纤预制品生产者用形成玻璃的材料的氯化物作反应物，反应的产物之一是盐酸。而且，不是所有的形成玻璃的氧化物颗粒或烟气都堆积在沉积表面上。因此，需要密闭沉积室，并且需要处理废气以中和酸以及除去未沉积的烟气颗粒。

图4绘出了一个用于沉积圆柱形物的沉积室的简单形式。该绘出的沉积室包括位于该室的一侧的静止的燃烧器和位于相对侧的排气口。一个卡盘装置支撑着芯杆，烟气在该芯杆上沉积以在垂直方向形成杆。位于卡盘装置上的一个马达使该芯杆旋转，整个装置安装在横动装置上，从而允许该杆的整个长度沿火焰和燃烧器产生的烟气颗粒气流上下移动。该杆每横过燃烧器火焰一次，便在杆上沉积一层烟气，该过程继续进行直至沉积了所需要量的玻璃。

另一种设计中，该杆可以是水平方向，燃烧器可沿该静止的而不是旋转的杆作横向移动以便一层层地沉积烟气。在该结构中，排气口可以是静止的或与燃烧器作同步的横向运动。燃烧器的方向可以是水平或垂直的。

上面简述的燃烧器的一个缺陷是它们都必须构造成具有三个特殊功能：(1)产生烟气，(2)提供一热动的驱动力，用于有效地沉积烟气，和(3)为控制沉积的烟气密度而供热。这限制了仅用单个燃烧器可实现的沉积速度。另外，认为包括多个燃烧器的系统需要过份复杂的控制方案并且燃烧器设计的精确度程度须非常高。

仅用单个燃烧器来既产生烟气又提供热动驱动力会限制可有效地产生的沉积表面的尺寸。仅当烟气气流限制在火焰包迹和沉积表面之间时才存在热动驱动力。因此，火焰的长度必须足以完全包围沉积基体，如图5所示。

在圆柱形杆上热动沉积的过程中，给定燃烧器的沉积速度通常应与杆的直径成正比。从而可实现大直径预制品的高的平均沉积速度。如图6所示，沉积表面直径在5-12cm范围内，与理论预测的一样，常规的燃烧器的沉积速度，随着直径的增加而线性增加。但是，在杆的直径达到一个特定值，如约12cm后，这种燃烧器的沉积速度不能继续增加。

缺乏线性度的一个理由是，对于大的杆直径，燃烧器的火焰长度不足以在杆的整个周围提供热动驱动力。随着基体直径的增加，线性表面速度也相应的增加，从基体损失热的速度也增加了。因此，只能通过提供额外的热或更高的气流来维持沉积温度。另外，增加火焰长度需要增加送入燃烧器的反应物的量，但这增加了沉积区的湍流，这会降低沉积效率并且减小沉积速度。随着基体的增长，从基体移出燃烧器可减小湍流，但不足的火焰长度可减少从火焰传递到基体的热量，这使得维持烟气的密度更困难。最折衷的设计的整体烟气收集效率仅为50％。

如果火焰取向为使其沿旋转轴以一定的角度与沉积表面碰撞，可控制沉积区的湍流。这可将烟气收集效率提高至约70％，但它将燃烧器的数量限定为仅一个。而且，单个燃烧器的火焰长度限制预制品的直径。

可提供增加的火焰长度的一种方法是用多火焰燃烧器，它在化学管的周围同心地产生出两束或多束火焰。第一束火焰在化学物品从燃烧器离开的平面处开始，并且其它的火焰在较靠近沉积目标处开始。这种设计的一个问题是火焰的宽度增加了，这会使烟气颗粒在沉积前的运行路径更长。火焰长度的增加也受到了限制。

另一个办法是用沿目标杆轴向分开的多个燃烧器，其烟气流被垂直引向沉积表面。该方法中，燃烧器的轴向分开可增加易于不均一沉积表面端部的尺寸。可利用的烟气的有效收集效率降至仅约30％。

燃烧器置于目标杆周围的多燃烧器结构通常不增加沉积速度，因为来自第一燃烧器的火焰有效地抑制了来自其它的燃烧器的烟气在沉积表面的沉积。为了克服现有燃烧器的重要的限制，不得不研制非常复杂的多燃烧器沉积装置。

可以理解，需要一种用于用火焰水解法高效生产玻璃预制品的改进的沉积装置。本发明满足了这种需要并且提供了更进一步的相关优点。

发明概述

本发明属于一种提高效率的用火焰水解法生产玻璃预制品的沉积装置。该装置包括安装在沉积室内用于绕纵轴旋转的支撑芯杆，和一个主沉积燃烧器，该燃烧器构造成将形成烟气的反应物的气流和火焰气流引向该支撑芯杆，从而用火焰水解法在该芯杆上形成一玻璃预制品。一个或多个辅助燃烧器，构造成将火焰气体的气流而不是形成烟气的反应物气流引向玻璃预制品，以加热未被由主沉积燃烧器引入的火焰气流完全加热的那部分预制品。一个控制器，构造成当形成于支撑芯杆上的玻璃预制品达到预定的尺寸后，可控制地操作一个或多个辅助燃烧器。辅助燃烧器可位于主沉积燃烧器的相对两侧，围绕支撑芯杆在圆周上间隔开。

本发明更详细的特征是，主沉积燃烧器设置成将形成烟气的反应物流准切向地引向在支撑芯杆上形成的玻璃预制品。而且，该装置还可包括设置的一个支座以在预制品增长到一定尺寸后从玻璃预制品处撤回该主沉积燃烧器。这两个特征都可减少在预制品处形成烟气的反应物气流中的湍流，从而提高了烟气收集效率。

主沉积燃烧器包括一个与中心轴线成一直线的中心反应物喷口，以产生形成反应物的烟气流，并且它还包括多个同心地围绕在反应物喷口周围的火焰喷口，以产生同心地围绕在形成烟气的反应物气流周围的火焰。主沉积燃烧器还可包括第一个多个保护气喷口，设置成同心地围绕在反应物喷口周围在反应物喷口和多个火焰喷口之间，以在形成烟气的反应物气流和火焰之间形成内部保护气流，并且包括第二个多个保护气口，设置成同心地围绕在反应物喷口周围，在多个火焰喷口径向外面，以在火焰径向外形成外部保护气流。

多个火焰喷口可设置成将火焰倾斜地向内引向主沉积燃烧器的主轴线。这些火焰喷口可设置成不对称的，从而火焰的方向沿横轴倾斜地向里朝着主沉积燃烧器的中心轴线，但其方向基本上与该主轴线平行，沿一正交横轴。

本发明的一种形式中，主沉积燃烧器可以包括一个与该燃烧器的主轴线成一直线的中心反应物喷口，以产生形成烟气的反应物的中心气流，该气流基本上与在支撑芯杆上形成的玻璃预制品径向地碰撞，还可包括位于该中心反应物喷口相对两侧的一对辅助反应物喷口，以产生形成烟气的反应物的辅助气流，该气流与玻璃预制品准切向地碰撞。根据在支撑芯杆上形成的玻璃预制品的尺寸，一个阀可以控制反应气体向该中心喷口和该一对辅助喷口的输送。

可将主沉积燃烧器构造成燃烧氧气和天然气的混合物或氧气和氢气的混合物。

结合附图和以举例方式公开本发明的原理的下面描述的优选实施例，可明显看出本发明的其它特点和优点

附图简述

图1是现有技术同心管燃烧器的透视简图。

图2是现有技术小孔燃烧器的透视简图。

图3是现有技术中小孔/同心管组合的燃烧器的正视简图。

图4是现有技术火焰水解法生产圆柱形玻璃预制品的沉积系统的示意图。

图5是图4的现有技术沉积系统的端视图，它示出了火焰包围在圆柱形预制品的周围。

图6绘出了典型的现有技术中单个火焰燃烧器沉积系统的目标直径和沉积速度之间的关系图。

图7是根据本发明火焰水解法生产圆柱形玻璃预制品的沉积系统的一个实施例的简图。

图8是根据本发明燃烧器部件的第一个实施例的正面图。

图9是图8中燃烧器部件的截面图，它大体上从图8的箭头9-9所示方向上给出的。

图10是根据本发明燃烧器部件的第二个实施例的正面图，该实施例与图8和9的实施例的区别在于火焰向内引向燃烧器的中心轴线。

图11是图10中燃烧器部件的截面图，它大体上从图10的箭头11-11所示方向上给出的。

图12是根据本发明燃烧器部件的第三个实施例的正面图，该实施例与图8-11的实施例的区别在于火焰仅沿目标杆的轴线方向向内引向燃烧器的中心轴线。

图13是图12中燃烧器部件的截面图，它大体上从图12的箭头13-13所示方向上给出的。

图14是图12中燃烧器部件的截面图，它大体上从图12的箭头14-14所示方向上给出的。

图15是根据本发明燃烧器部件的第四个实施例的正面图。

图16是根据本发明燃烧器部件的第五个实施例的正面图。

具体实施方式

现在参考附图，具体参考图7，图7示出了本发明用火焰水解法生产圆柱形玻璃预制品20的一个系统。预制品形成在一个起始芯杆或起始杆22上，该杆旋转地安装成在沉积室内。一个主沉积燃烧器26将一束烟气颗粒28的气流和一束环绕火焰30都引向该旋转杆。通过热动现象使烟气颗粒从火焰移向该旋转杆，以在杆上沉积一薄层。主燃烧器通过一滑座部件(图中未示出)相对于旋转杆轴向移动。从而玻璃预制品一层接一层地增加形成圆柱形。

尽管杆22被描述成绕水平轴旋转，并且主沉积燃烧器26被描述成将烟气28向上引向该杆，但可以理解，也可利用其它的方向。未沉积的烟气颗粒和火焰30的废气通过位于该杆的侧面与主燃烧器相对的废气口32排出沉积室24。

由于预制品20的直径一层层地增加，它最终将达到这样的直径，此时来自主沉积燃烧器24的火焰30的长度不足以包围该预制品的整个周长。由于限制了未被火焰包围的部分烟气28的热泳作用，这对沉积效率有不利影响。为了避免这个问题，该系统还可以包括附加的辅助燃烧器对34a、34b和36a、36b，它们在主燃烧器的对面，位于该杆22和预制品20的周围，在圆周上间隔开。控制这些辅助燃烧器以使预制品增长至预定尺寸后将火焰38引向该预制品。

辅助火焰38确保了基体的整个周长都被火焰包围，即使是该预制品基体20接近其最终直径亦如此。而且，辅助火焰倾斜地碰撞该预制品，控制火焰的速度，从而使预制品沉积表面上的湍流减至最小。应当明白，可选择利用附加的(或更少的)辅助燃烧器，可对辅助燃烧器的位置作相应的调整，这取决于各种因素，包括火焰的长度和所期望的预制品的直径。

现在参考图8和图9，主沉积燃烧器26包括三个反应物进料管40a、b、c，它们产生三个烟气流42a、b、c。中心进料管40b的取向为相对于旋转杆22和预制品20的径向。当预制品的直径相对小时，大多数的反应物通过中心管40b送入，用于产生烟气42b。但是，随着预制品直径的增加，大多数的化学物品通过侧面的进料管40a、c送入。一个阀44控制反应物输送至进料管。侧面的进料管产生的侧面的烟气流42a、c准切向地与沉积基体碰撞，以减少预制品沉积表面的湍流。

主沉积燃烧器26通过将氧气和天然气的混合物或氧气和氢气的混合物引入与进料管40a、b、c的中心同心的环状气室46产生火焰30。气体混合物通过许多在进料管周围形成环状的喷口48排出气室。与气室同心的是环状的内保护室50和环状的外保护室52，它们接收氮保护气并且分别通过出口54和56引导该保护气。这在反应物流42a、b、c和火焰之间形成一内环状保护气流，和在火焰径外向向外形成一外环状保护气流。形成这两个保护气流的口这样取向，使气流遵从基本上与燃烧器的主轴线平行的非会聚路径。

为了进一步减小预制品20沉积表面处的湍流，主沉积燃烧器26安装在一个支架58上，当预制品20的直径继续增长时可以从该预制品往后撤退。应当懂得，如果该开始杆直径足够大，中心送料管40b可以免去，只留下侧面送料管40a、c，用于产生两个准切向烟气气流。

根据本发明，图10和11绘出了主沉积燃烧器26′的另一个实施例。该燃烧器与图8和图9中的燃烧器26的区别在于，产生火焰30′的喷口48′和产生外环状保护气流的喷口56′取向成使两气流向中心烟气流42b会聚。这种构形提供了宽度减小的火焰。它作为有多个沿旋转轴和沉积燃基体轴向间隔设置的沉积燃烧器的沉积装置的一部分时尤其有用。

根据本发明，图12-14绘出了本发明主沉积燃烧器26″的另一个实施例。该燃烧器与图8和图9中的燃烧器26和图10-图11中的燃烧器26′的区别在于它是不对称的。用于火焰气体的喷口48″这样取向，使火焰30″仅沿其两个正交轴之一，即图13中的轴线向燃烧器的烟气气流42b会聚。通常该轴线与旋转杆和沉积基体的轴线平行成一直线，从而减小了火焰沿该轴线的宽度。火焰沿正交轴(图14)不会聚，反而与燃烧器的表面大体垂直。这便于沿沉积基体的周围准切向地流动。该燃烧器的构形尤其适用于在大直径的基体上沉积烟气。

辅助燃烧器34a、b和36a、b可以有与现有技术的同心管燃烧器或小孔燃烧器相同的构形，但没有中心化学物品气流。

对于接受氧气/天然气混合物的燃烧器，优选的燃烧器结构是图8和9的小孔燃烧器26，它由合适的金属材料制成。表面混合的燃烧器也是适用的，并且本发明所有的特征都可设计成表面混合的燃烧器。对于接受氧气/氢气混合物的燃烧器，优选的燃烧器结构是由玻璃管制成的同心管燃烧器。本领域的技术人员很容易设计出具有本发明结构的合适的同心管燃烧器。

从本发明沉积装置下面的三个举例的实施方式更详细公开的内容，可以更好的理解本发明。

实例1

根据本发明，图15绘出了主沉积燃烧器60的第四个优选的实施例的正视图。如图12-14中的燃烧器26″一样，该燃烧器的主视图是非对称的；但是，与图12-14中的燃烧器不同的是，该燃烧器60不包括形成外保护气流的喷口。该燃烧器是化学管小孔型，它尤其适合于燃烧氧气/天然气预混合气。下面提出的参数被认为适合于包含如图15所示的燃烧器60的沉积装置。

沉积燃烧器结构：

化学管：   中心管的ID(内径)：6mm

           中心管的OD(外径)：8mm

           准切向管的ID(内径)：8mm

           准切向管的OD(外径)：10mm

           准切向管的角度：10°

内保护：   非对称室：短轴-15mm

                     长轴-35mm

           孔数：10-20

           孔ID(内径)-1mm

预混氧气/天然气：轴斜度：15°

                 短轴宽度：35mm

            长轴宽度：55mm

            孔环数：2

            孔数：30-90

外保护：    未推荐，因此未作规定

气流：      火焰：氧气/天然气

            内保护：氩气

            化学管：氧气/四氯化硅汽(SiCl₄)

流速：      氧气/天然气：40slpm(常数)

            内保护：与氧气/天然气相同

            SiCl₄：第一次通过1gm/m

                   升到10-20gm/m至直径为5cm

                   升到20-120gm/m至达到最终直径

                   化学管中的氧气量：1slpm(选择性

                   的)

沉积室和杆：

杆的旋转速度：60rpm

火焰方向：垂直向上

结构材料：316不锈钢

燃烧器保护：石英管从燃烧器的表面向上突出50mm

燃烧器横动程：30cm/m

燃烧器与沉积表面的距离：开始至5cm的直径是15cm

                        直径是5cm至最后升到20cm

辅助燃烧器：燃烧器数量：2

            方向：垂直向上

            距起始杆表面的距离：15cm

            燃烧器轴之间的距离：10cm

            火焰宽度：25mm(近似)

            气流：氧气/天然气

            流速：按照控制密度的需要

中心化学物品气流的流速可能超过2000雷诺数，并且在燃烧器60的表面的流动可能是湍流。当它流向沉积表面时，其速度可能会减小，只要当气流到达表面时变成层流，该工艺就是有效的。只有当预制品的直径达到预定值后，才操作辅助燃烧器，并且它们产生的热量应随着预制品直径的增加而逐渐增加。

实例2

根据本发明，图16绘出了主沉积燃烧器62的第五个优选的实施例的正视图。如图15的燃烧器60一样，该燃烧器是非对称的，但是它是石英管型的。它尤其适合于燃烧氧气/氢气混合物。下面提出的参数被认为适合于包含如图16所示的燃烧器62的沉积装置。

沉积燃烧器设置：

化学管：    中心管的ID(内径)：6mm

            中心管的OD(外径)：8mm

            准切向管的ID(内径)：8mm

            准切向管的OD(外径)：10mm

            准切向管的角度：10°

内保护：    非对称室

            短轴的ID：12mm

            壁厚：1mm

            长轴：大于管部件长度2mm

火焰氢气管：轴向斜角：15°

            具有1-3mm间隙的短轴

            壁厚：1mm

            具有1-3mm间隙的长轴

            壁厚：1mm

火焰氧气管：轴向斜角：15°

            具有1-3mm间隙的短轴

            壁厚：1mm

            具有1-3mm间隙的长轴

            壁厚：1mm

            雷诺数：1500

气流：    火焰氢气：60slpm(常数)

          火焰氧气：40slpm(常数)

          内保护：按需要，以防止燃烧器的堆积

          SiCl₄：第一次通过1gm/m

                 升到10-20gm/m至直径为5cm

                 升到20-120gm/m至达到最终直径

          化学管中的氧气量：1slpm(选择性的)

沉积室和杆：

     杆的旋转速度：60rpm

     火焰方向：垂直向上

     结构材料：熔融石英

     燃烧器保护：石英管从燃烧器的表面向上突出50mm

     燃烧器横动程：30cm/m

     燃烧器与沉积表面的距离：开始至5cm的直径是15cm

                             直径是5cm至最后升到20cm

     辅助燃烧器：燃烧器数量：2

                 方向：垂直向上

                 距起始杆表面的距离：15cm

                 燃烧器轴之间的距离：10cm

                 火焰宽度：25mm(近似)

                 气流：火焰氢气和火焰氧气

                 流速：按照需要，密度控制

中心化学气流的流速可能超过2000雷诺数，并且在燃烧器62表面的流动可能是湍流。当气流流向沉积表面时，其速度可能会减小，只要当气流到达表面时变成层流，该工艺就是有效的。只有当预制品的直径达到预定值后，才操作辅助燃烧器，并且它们产生的热量随着预制品直径的增加而逐渐增加。

实例3

本发明的另一个沉积系统的优选的实施例采用了一个对称的主沉积燃烧器，如图8和9中的燃烧器26。它是石英管型的，只有两个化学管，每个都设置成产生与目标杆有一倾斜角的反应物气流。该燃烧器尤其适用于燃烧氧气/氢气混合物。其目的是直接覆盖汽相轴沉积(VAD)中心。下面提出的参数被认为适合于包含该燃烧器的沉积装置。

沉积燃烧器设置：

化学管：    准切向管的ID(内径)：6mm

            准切向管的OD(外径)：8mm

            准切向管的角度：5°

内保护：    室直径：25mm

火焰氢气：  圆柱形的，直径相对于合适的速度作调整

火焰氧气：  圆柱形的，直径相对于合适的速度作调整

外保护：    未推荐，因此未作规定

气流：      火焰氢气：60slpm

            火焰氧气：30slpm

            内保护：按需要，以防止燃烧器的堆积

            SiCl₄：为想要的t/a比作调整

沉积室和杆：

     杆的旋转速度：如常规的VAD所实用的

     火焰方向：从水平方向向上倾斜15°

     结构材料：熔融石英

     燃烧器保护：熔融石英从燃烧器的表面向上突出至少

                 50mm

     燃烧器与沉积表面的距离：15cm

     辅助燃烧器：燃烧器数量：2

                 方向：向上倾斜15°

                 距起始杆表面的距离：15cm

                 燃烧器轴之间的距离：10cm

                 火焰宽度：25mm(近似)

                 气流：火焰氢气和氧气

              流速：按照需要，密度控制

从上述内容可以理解本发明提供用火焰水解法生产玻璃预制品的改进的装置和相关的方法。该装置包括一个主沉积燃烧器，该燃烧器设置成将形成烟气的反应物和火焰气体气流沿旋转的支撑芯杆的方向上引入沉积室内，从而用火焰水解法在芯杆上形成玻璃预制品。另外，它还包括一对辅助燃烧器，它从主沉积燃烧器的侧对面将火焰气流而不是形成烟气的反应物引向玻璃预制品；当预制品达到一定的尺寸后提供附加的热量以提高效率。

尽管仅参考优选的实施例详细描述了本发明，本领域的技术人员将会明白可以做出不背离本发明的各种修整。因此，本发明的范围仅由权利要求书限定。

Claims (23)

1.用火焰水解法生产玻璃预制品的装置，它包括：

一个构成沉积室的外壳；

一个安装在沉积室内绕纵轴旋转的支撑芯杆；和

一个主沉积燃烧器，该燃烧器构造成将两个或多个形成烟气的反应物气流和一束火焰气气流引向该支撑芯杆，以便用火焰水解法在芯杆上形成一玻璃预制品，其中该燃烧器构造成引导两个形成烟气的反应物气流在纵轴的相对两侧准切向地碰撞玻璃预制品，以减少在预制品处气流中的湍流。

2.如权利要求1所限定的装置，还进一步包括：

一个或多个辅助燃烧器，构造成将一个或多个火焰气气流，而不是形成烟气的反应物气流，引向该玻璃预制品，以加热未被由主沉积燃烧器引导的火焰气气流完全加热的预制品部分；和

一个控制器，构造成当形成于支撑芯杆上的玻璃预制品达到预定的尺寸后，可控制地操作一个或多个辅助燃烧器。

3.如权利要求2所限定的装置，其中该装置包括一对或多对辅助燃烧器，位于主沉积燃烧器相对两侧并且在支撑芯杆的周围圆周地间隔设置。

4.如权利要求1所限定的装置，还进一步包括设置的一个支架，构造成在预制品增长到一定尺寸后从该玻璃预制品处撤回该主沉积燃烧器，以减少在预制品处的一个或多个形成烟气的反应物气流中的湍流。

5.如权利要求1所限定的装置，其中主沉积燃烧器有一个中心轴线并且包括：

与中心轴线成一直线的反应物喷口，以产生一个或多个形成烟气的反应物气流；和

多个在反应物喷口周围同心设置的火焰喷口，以在一个或多个形成烟气的反应物气流的周围同心地形成火焰。

6.如权利要求5所限定的装置，其中该主沉积燃烧器还包括在反应物喷口周围和在反应物喷口和多个火焰喷口之间同心设置的第一个多个保护气喷口，以在形成烟气的两个或多个反应物气流和火焰之间形成内部保护气气流。

7.如权利要求6所限定的装置，其中主沉积燃烧器还包括在反应物喷口周围、在多个火焰喷口径向外面同心设置的第二个多个保护气喷口，以在火焰境内外向外面形成外部保护气流。

8.如权利要求5所限定的装置，其中该多个火焰喷口可设置成将火焰倾斜地向内引向主沉积燃烧器的中心轴线。

9.如权利要求8所限定的装置，其中该多个火焰喷口的设置是不对称的，以便火焰的方向沿横轴倾斜地向内引向主沉积燃烧器的中心轴线，但其方向基本上与该中心轴线平行，分布于一正交横轴。

10.如权利要求1所限定的装置，其中主沉积燃烧器有一个中心轴线并且包括：

一个中心反应物喷口，它与中心轴线成一直线，以产生形成烟气的反应物的中心气流，该气流基上径向碰撞在支撑芯杆上形成的玻璃预制品；

一对位于该中心反应物喷口相对两侧的辅助反应物喷口，以产生形成烟气的反应物的辅助气流，该气流准切向地碰撞该玻璃预制品；和

多个在反应物喷口周围同心设置的火焰喷口，以产生同心地环绕在形成烟气的反应物周围的火焰。

11.如权利要求10所限定的装置，其中还包括一个阀，该阀根据在支撑芯杆上形成的玻璃预制品的尺寸来控制反应物气体向中心喷口和一对辅助喷口的输送。

12.如权利要求1所限定的装置，其中该主沉积燃烧器构造成燃烧氧气和天然气的混合物。

13.如权利要求1所限定的装置，其中主沉积燃烧器构造成燃烧氢气和氧气的混合物。

14.用火焰水解法生产玻璃预制品的装置，它包括：

一个构成沉积室的外壳；

一个安装在该沉积室内绕纵轴旋转的支撑芯杆；和

一个主沉积燃烧器，该燃烧器构造成将一个或多个形成烟气的反应物气流和一个或多个火焰气气流引向该支撑芯杆，以便用火焰水解法在芯杆上形成一玻璃预制品；

一个或多个辅助燃烧器，构造成将一个或多个火焰气气流，而不是将形成烟气的反应物气流，引向该玻璃预制品，以加热未被由主沉积燃烧器引导的火焰气流完全加热的预制品部分；和

一个控制器，构造成当形成于支撑芯杆上的玻璃预制品达到预定的尺寸后，可控制地操作一个或多个辅助燃烧器。

15.如权利要求14所限定的装置，其中该主沉积燃烧器构造成将一个或多个形成烟气的反应物气流准切向地引向在支撑芯杆上形成的玻璃预制品，以减少在预制品处气流中的湍流。

16.一种适合于用在用火焰水解法生产玻璃预制品的装置中的主沉积燃烧器，它包括：

一个中心反应物喷口，以产生一个沿中心轴线的形成烟气的反应物的中心气流；

一对位于该中心反应物喷口相对两侧的辅助反应物喷口，以产生偏离中心轴线的形成烟气的反应物的辅助气流；和

多个同心地设置在反应物碰口周围的火焰喷口，以产生同心地围绕在形成烟气的反应物气流周围的火焰。

17.如权利要求16所限定的沉积燃烧器，还进一步包括第一个多个保护气喷口，设置成同心地围绕在反应物喷口周围和在反应物喷口与多个火焰喷口之间，以在形成烟气的反应物和火焰之间形成一内保护气气流。

18.如权利要求17所限定的沉积燃烧器，还包括第二个多个保护气喷口，设置成同心地围绕在反应物喷口周围和在多个火焰喷口径向外面，以在火焰径向外面形成一外保护气气流。

19.如权利要求16所限定的沉积燃烧器，其中多个火焰喷口可构造成将火焰倾斜地向内引向中心轴线。

20.如权利要求18所限定的沉积燃烧器，其中多个火焰喷口是不对称地构造的，使火焰的方向沿一个横轴倾斜地向内引向主沉积燃烧器的中心轴线，但其方向基本上与该主轴线平行，分布于一正交横轴。

21.如权利要求20所限定的沉积燃烧器，还一个阀，该阀根据形成的玻璃预制品的尺寸来控制反应物向中心喷口和一对辅助喷口的输送。

22.如权利要求16所限定的沉积燃烧器，其中该该主沉积燃烧器构造成燃烧氧气和天然气的混合物。

23.如权利要求16所限定的装置，其中主沉积燃烧器构造成燃烧氢气和氧气的混合物。

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