CN1815083A - 制造光纤预制棒的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于制造光纤预制棒的燃烧器。所述燃烧器包括：燃烧器壳体；形成有多个喷射端口的第一主体；以及沿第一主体的长度方向对准的第二主体。第一主体的至少一部分被容纳在燃烧器壳体中。第二主体的至少一部分被容纳在燃烧器壳体中。氧化剂沿着第二主体的外周表面被输送到第二主体中，燃料沿着第一主体的内周表面被输送到第二主体中。氧化剂在第一主体中与燃料均匀混合，它们的混合物通过喷射端口被排出至外部。燃料和氧化剂被分别地输送到燃烧器中，并且在燃烧器中彼此混合，从而防止逆火现象。由于燃料和氧化剂的混合物在燃料已经在燃烧器中与氧化剂充分混合之后被喷射至外部，因此能够获得混合气体的完全燃烧。

Description

制造光纤预制棒的燃烧器
技术领域
本发明涉及光纤。更具体地，本发明涉及用于制造诸如光纤预制棒等二氧化硅玻璃的装置。
背景技术
一般来说，使用气相沉积方法或溶胶-凝胶方法制造光纤预制棒。根据溶胶-凝胶方法，液相原料被输入模具。模具被加热，使得液相原料转变为凝胶相材料。然后，凝胶相材料被烧结成形，制成二氧化硅玻璃。在低温气氛下实施溶胶-凝胶方法，能够减小二氧化硅玻璃的制造成本。另外，还能够使二氧化硅玻璃的成分容易地被调整。
气相沉积方法包括改进的化学气相沉积(MCVD)方法、气相轴向沉积(VAD)方法以及外部气相沉积(OVD)方法。根据气相沉积方法，在大约1800摄氏度的高温气氛下，通过气相反应制造固体光纤预制棒。气相沉积方法需要昂贵的制造设备来制造光纤预制棒，同时生产率低。然而，气相沉积方法能够获得高质量的光纤预制棒。当实施气相沉积方法时，燃烧器被使用，以便促进被蒸发的原料的沉积。
如图1和2所示，传统的用于制造光纤预制棒的燃烧器10和20包括：形成有多个喷射端口12和22的燃烧单元11和21，所述喷射端口以预定的图案对准。传统的燃烧器10和20还包括至少一对导管13、15、23和25，所述导管连接至燃烧单元11和21，以便将燃料和氧化剂输送到燃烧单元11和21中。导管13、15、23和25连接至燃料储存罐和氧化剂储存罐(未示出)，并且在燃烧器10和20的预定位置处合成一体。在导管的一体部分中形成混合区域17和27，以在燃料和氧化剂被输送到燃烧单元11和21中之前，使燃料和氧化剂混合。由于燃料和氧化剂在被输送到燃烧单元11和21中之前均匀地混合，因此，燃烧器10和20能够在相对较高的高温下获得完全的燃烧。
然而，如果混合物的温度超过燃烧点，或者如果通过点火源产生点火，则传统的燃烧器10和20可能在燃料和氧化剂的混合物被输送到燃烧单元中之前，在混合区域中产生爆炸或燃烧。这种现象被称为“逆火”。为了防止逆火，建议采用的一种方法是抑制混合区域中发生的任何温度升高，并且控制关断燃烧器时燃料和氧化剂的切断次序，但是仍然存在逆火问题。
图3示出用于制造光纤预制棒的另一个传统燃烧器30。如图3所示，传统的燃烧器30包括形成有燃料注射端口33和氧化剂注射端口35的燃烧单元31。燃料和氧化剂通过燃料注射端口33和氧化剂注射端口35被注射到燃烧单元31中。在这种状态下，燃料通过形成在燃烧单元31中心处的排出端口32被排出，氧化剂在燃料周围被排出。燃料在形成在燃烧单元31端部处的混合区域37中与氧化剂混合，以便燃料和氧化剂的混合物在混合区域37中燃烧。
这种传统的燃烧器被称为“分散燃烧器”。根据分散燃烧器，燃料和氧化剂从燃烧单元分别被排出，并且在燃烧单元端部处彼此混合，这样爆炸很少发生。然而，由于即使燃料没有与氧化剂充分地混合，燃料和氧化剂也可能燃烧，因此混合气体的密度不规则地形成在从传统燃烧器排出的火焰中。这产生不稳定的火焰以及不完全的燃烧。
发明内容
本发明的一方面涉及一种用于制造光纤预制棒的燃烧器，所述燃烧器能够防止逆火现象。
本发明的另一方面涉及一种用于制造光纤预制棒的燃烧器，所述燃烧器通过使燃料与氧化剂充分混合而获得稳定的火焰和完全的燃烧。
本发明的一个实施例涉及一种用于制造光纤预制棒的燃烧器。燃烧器包括：燃烧器壳体；形成有多个喷射端口的第一主体，第一主体的至少一部分被容纳在燃烧器壳体中；以及沿第一主体的长度方向对准的第二主体，第二主体的至少一部分被容纳在燃烧器壳体中，氧化剂沿着第二主体的外周表面被输送到第二主体中，燃料沿着第一主体的内周表面被输送到第一主体中。氧化剂在第一主体中与燃料均匀混合，它们的混合物通过喷射端口被排出至外部。
附图说明
通过结合附图的以下详细描述，本发明的上述和其他方面、特征和实施例将变得更明显，其中：
图1是用于制造光纤预制棒的传统燃烧器的侧剖视图；
图2是用于制造光纤预制棒的另一个传统燃烧器的侧剖视图；
图3是用于制造光纤预制棒的另一个传统燃烧器的侧剖视图；
图4是根据本发明第一实施例的用于制造光纤预制棒的燃烧器的侧剖视图；
图5是图4所示燃烧器的平面图；
图6是根据本发明第二实施例的用于制造光纤预制棒的燃烧器的侧剖视图；以及
图7是图6所示燃烧器的平面图。
具体实施方式
以下，将参考附图描述本发明的实施例。为了清楚和简化，这里包括的已知功能和构造的详细描述将被省略，因为对它们的详细描述可能会使本发明的主题变得不清楚。
图4是根据本发明第一实施例的用于制造光纤预制棒的燃烧器10的侧剖视图，图5是图4所示燃烧器100的平面图。
如图4和5所示，燃烧器100包括燃烧器壳体101、第一主体102、第二主体103和中心插塞104。
燃烧器壳体101将第一和第二主体102和103容纳在其中，并且包括在侧壁处的至少一对注射端口113和115。燃料和氧化剂通过注射端口113和115被输送到燃烧器壳体101中。
第一主体102的一端形成有多个喷射端口121。第一主体102的内部形成有具有预定尺寸的腔，所述腔连接至喷射端口121。
第二主体103被容纳在燃烧器壳体101中，同时沿第一主体102的长度方向被对准。第一主体102与第二主体103间隔开预定的距离，以便在两者之间形成氧化剂端口123。氧化剂端口123沿着第二主体103的外圆周部分被形成。第二主体103的外周表面和燃烧器壳体101的内周表面之间形成有通道，以便使注射端口113和115中的一个与氧化剂端口123连接。氧化剂通过注射端口之一被输送到燃烧器100中。然后，氧化剂沿着第二主体103的外周表面移动，并且通过氧化剂端口123流入第一主体102。连接至氧化剂端口123的注射端口113被称为“氧化剂注射端口”。氧化剂端口123朝向第一主体102倾斜。
另一个注射端口115延伸入第二主体103中，以使燃料注射到第二主体103中。另一个注射端口115被称为“燃料注射端口”。通过燃料注射端口115注射到第二主体103中的燃料通过第二主体103被输送到第一主体102中。
中心插塞104插入第二主体103中，以便第二主体103的一端被中心插塞104封闭。中心插塞104在其外周部分处形成有具有预定尺寸的槽，以便在中心插塞104已经被容纳在第二主体103中时，腔141形成在中心插塞104与第二主体103之间。腔141连接至燃料注射端口115，这样燃料能够通过腔141被输送到第一主体102中。燃料排出端口143形成在腔141与第二主体103的端部之间。排出端口143与第二主体103的端部间隔开。
当氧化剂被输送到燃烧器100中时，氧化剂通过氧化剂端口123在产生高速流体通量的同时被引入第一主体102中。通过将氧化剂引入第一主体102而产生的这种高速流体通量可以在燃料排出端口143与第二主体103的端部之间形成低压区域131。由于该低压区域，设置在腔141中的燃料通过燃料排出端口143被输送到第一主体102中。由于低压区域131与腔141之间的压力差，燃料通过燃料排出端口143和低压区域131被输送到第一主体102中。氧化剂在形成在第一主体102中的混合区域129中与燃料混合。当氧化剂和燃料连续输送到燃料器100中时，混合区域129的压力可能升高，从而由于混合区域129与外部之间的压力差，使混合气体被排出至外部。
燃烧器100的内部形成有混合区域129，在所述混合区域129中燃料与氧化剂混合。燃料和氧化剂的混合物通过喷射端口121喷射到外部，这样逆火现象不会发生。此外，由于燃料与氧化剂在被排出燃烧器100之前在燃料器100中充分地混合，因此能够获得稳定的火焰和完全的燃烧。
图6是根据本发明第二实施例的用于制造光纤预制棒的燃烧器200的侧剖视图，图7是图6所示的燃烧器200的平面图。
如图6和7所示，燃烧器200包括燃烧器壳体201、第一主体202、第二主体203、中心插塞204以及引导壳体205。
燃烧器壳体201将第一和第二主体102和103容纳在其中，并且包括在侧壁上的至少一对注射端口113和115。氧化剂通过注射端口213被引入燃烧器壳体201中。注射端口213被称为“第一氧化剂注射端口”。
多个喷射端口221a和221b形成在第一主体202的一端处，它们与燃烧器壳体201连接。第一主体202在其内部包括具有预定尺寸的腔，其中喷射端口221a和221b与所述腔连通。与第一主体102的一端封闭的第一实施例相反，在第二实施例中，第一主体202的一端被沿着燃烧器壳体201在纵长方向延伸的中心插塞204封闭。喷射端口221a和221b形成在中心插塞204的端部处。此外，形成在第一主体202中的腔位于第一主体202的内周表面与中心插塞204的外周表面之间。
第二主体203在沿第一主体202的长度方向被对准的同时被插入燃烧器壳体201中。第一主体202与第二主体203间隔开预定的距离，以便在两者之间形成氧化剂端口223。氧化剂端口223沿着第二主体103的外圆周部分被形成。第二主体203的外周表面和燃烧器壳体201的内周表面之间形成有通道，以便使第一氧化剂注射端口213与氧化剂端口223连接。氧化剂通过第一氧化剂注射端口213被输送到燃烧器200中，然后，氧化剂沿着第二主体203的外周表面移动，并且通过氧化剂端口223流入第一主体202。氧化剂端口223向着第一主体202倾斜。
第一燃料注射端口215形成在第二主体203的外周表面上，并且连接至第二主体203的内部。通过第一燃料注射端口215引入第二主体203中的燃料通过第二主体203被输送到第一主体202中。
中心插塞204插入第二主体203中，以便封闭第二主体203的一个端部。中心插塞204的外周表面上设有凸肋，所述凸肋沿中心插塞204的圆周方向延伸。当中心插塞204已经被插入第二主体203中时，腔241形成在中心插塞204与第二主体203之间。腔241与第一燃料注射端口215连接，从而燃料通过腔241被输送到第一主体202中。燃料排出端口243形成在腔241与第二主体203的端部之间，其中燃料排出端口243与第二主体203的端部间隔开。
如上所述，中心插塞204沿着燃烧器壳体201在纵长方向上延伸，并且中心插塞204的端部封闭第一主体202的端部。此外，多个喷射端口221a和221b形成在中心插塞204的端部处，以使形成在第一主体202中的腔连接至外部。
此外，喷射端口221a和221b之一沿着中心插塞204的中心线性地延伸，使得该喷射端口(这里为喷射端口221b)对准多个注射端口的中心。形成在中心插塞204的中心处的喷射端口221b连接至形成在中心插塞204的外周表面处的第二燃料注射端口245。
同时，引导壳体205将燃烧器壳体、第一主体、第二主体和中心插塞容纳在其中。引导壳体205形成有穿孔，所述穿孔连接至第一和第二燃料注射端口215和245以及第一氧化剂注射端口213。此外，引导壳体205具有第二氧化剂注射端口219。氧化剂能够通过第二氧化剂注射端口219被输送到燃烧器中，其中第二氧化剂注射端口219与第一氧化剂注射端口213分离开。通过第二氧化剂注射端口219输送到燃烧器中的氧化剂在沿着燃烧器壳体201的外周表面流动的同时被引入形成在燃烧器壳体201的内周表面与第一主体202的外周表面之间的腔中。第一主体202形成有多个引导孔221c，它们连接至形成在燃烧器壳体201与第一主体202之间的腔。参考图7，引导孔221c排成围绕喷射端口221a和221b的图案。在该实施例中，所述图案是圆形的。
当氧化剂通过第一氧化剂注射端口213被输送到燃烧器200中时，氧化剂通过氧化剂端口223在产生高速流体通量的同时被引入第一主体102中。通过引入到第一主体202中的氧化剂所产生的高速流体通量可以在燃料排出端口243与第二主体203的端部之间形成低压区域231。由于低压区域231，在腔241中提供的燃料通过燃料排出端口243被输送到第一主体202中。由于低压区域231与腔241之间的压力差，燃料通过燃料排出端口243以及低压区域231被输送到第一主体202中。氧化剂在形成在第一主体202中的混合区域229中与燃料混合。当氧化剂和燃料连续输送到燃烧器200中时，混合区域229的压力会增高，从而由于混合区域229与外部之间的压力差，混合气体被排出至外部。
燃烧器200的内部形成有混合区域229。燃料与氧化剂混合，并且燃料和氧化剂的混合物通过喷射端口221a和221b被喷射到外部，这样不会发生逆火现象。此外，由于燃料与氧化剂在排出燃烧器100之前在燃烧器200中充分混合，因此能够获得稳定的火焰和完全的燃烧。
此外，通过第二燃料注射端口245和第二氧化剂注射端口219被输送到燃烧器200中的燃料和氧化剂通过形成在第一主体202的中心处的喷射端口221b和引导孔221c被排出至外部。通过第二燃料注射端口245被输送到燃烧器200中的燃料在与形成在第一主体202中的混合气体一起燃烧的同时被排出第一主体202。此外，通过引导孔221c被排出至外部的氧化剂可以沿着混合气体的外围区域流动，以使混合气体稳定地燃烧。氧化剂的一部分能够与混合气体混合，以便调整混合气体的混合比。
如上所述，燃料和氧化剂被分别地输送到燃烧器中，并且在燃烧器中彼此混合，从而防止逆火现象。此外，由于就在混合气体从燃烧器喷射至外部之前，燃料在燃烧器中与氧化剂混合，因此逆火现象不会发生。并且，由于在燃料已经充分地与氧化剂在燃烧器中混合之后，燃料和氧化剂的混合物被喷射至外部，因此，能够获得混合气体的完全燃料。
尽管已经参考了本发明的特定实施例示出和描述了本发明，然而，本领域普通技术人员可以理解，在不偏离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。

Claims (17)

1.一种用于制造光纤预制棒的燃烧器，所述燃烧器包括：
燃烧器壳体；
形成有多个喷射端口的第一主体，第一主体的至少一部分被容纳在燃烧器壳体中；以及
沿第一主体的长度方向对准的第二主体，第二主体的至少一部分被容纳在燃烧器壳体中，
其中，氧化剂可沿着第二主体的外周表面被输送到第二主体中，燃料可沿着第一主体的内周表面被输送到第二主体中；以及
其中氧化剂在第一主体中与燃料均匀混合，它们的混合物通过多个喷射端口中的至少一个被排出至外部。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述氧化剂通过形成在第一主体的端部与第二主体的端部之间的注射端口被引入第一主体。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，氧化剂注射端口形成在燃烧器壳体的侧壁上，并且在燃烧器壳体的内周表面与第二主体的外周表面之间形成通道，以使氧化剂通过氧化剂注射端口被输送到第一主体中。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，还包括燃料注射端口，所述燃料注射端口形成用于将燃料朝向第二主体的内周表面输送的通路。
5.根据权利要求4所述的燃烧器，其中，还包括中心插塞，所述中心插塞插入第二主体中，使得连接至燃料注射端口的腔形成在第二主体与中心插塞之间，其中燃料排出端口形成在所述腔与第二主体的端部之间。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其中，当氧化剂被输送到第一主体中时，在燃料排出端口与第二主体的端部之间形成真空区域，使得所述腔中的燃料通过燃料排出端口被排放至真空区域中。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，还包括中心插塞，所述中心插塞插入第二主体中，并且沿着燃烧器壳体在纵长方向上延伸，其中，第一主体的端部被中心插塞的端部封闭，所述喷射端口形成在中心插塞的端部处。
8.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，还包括第二注射端口，用于通过喷射端口的中心将输送到中心插塞中的燃料排出至外部。
9.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，当氧化剂被输送到第一主体中时，真空区域形成在中心插塞的外周表面与第二主体的内周表面之间。
10.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，当氧化剂被输送到第一主体中时，氧化剂在形成在中心插塞的外周表面与第一主体的内周表面之间的区域中与燃料混合。
11.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，还包括用于将燃烧器壳体、第一主体和第二主体容纳在其中的引导壳体。
12.根据权利要求11所述的燃烧器，其中，还包括形成在引导壳体的侧壁处的第二氧化剂注射端口，其中，被引入引导壳体中的氧化剂通过形成在喷射端口周围的多个引导孔被排出至外部。
13.一种用于制造光纤预制棒的燃烧器，所述燃烧器包括：
燃烧器壳体；
包括多个喷射端口的第一主体，该第一主体的至少一部分被容纳在燃烧器壳体中；
沿第一主体的长度方向对准的第二主体，该第二主体的至少一部分被容纳在燃烧器壳体中，其中，第一主体与第二主体分隔开预定的距离，以便在两者之间形成氧化剂端口；以及
燃料注射端口，所述燃料注射端口延伸入第二主体中，以允许燃料通过第二主体被注射并被输送到第一主体中。
14.根据权利要求13所述的燃烧器，其中，氧化剂端口沿着第二主体的外圆周部分形成，从而，在第二主体的外周表面与燃烧器壳体的内周表面之间形成通道，以便将注射端口连接至氧化剂端口。
15.根据权利要求13所述的燃烧器，其中，还包括插入第二主体中的中心插塞，从而，连接至燃料注射端口的腔被形成在第二主体与中心插塞之间，其中，燃料排出端口形成在所述腔与第二主体的端部之间。
16.根据权利要求15所述的燃烧器，其中，当氧化剂被输送到第一主体中时，真空区域形成在燃料排出端口与第二主体的端部之间，使得提供到所述腔中的燃料通过燃料排出端口被排入真空区域中。
17.根据权利要求12所述的燃烧器，其中，还包括插入第二主体中的中心插塞，所述中心插塞沿燃烧器壳体在纵长方向上延伸，其中，第一主体的端部被中心插塞的端部封闭，喷射端口形成在中心插塞的端部处。
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