JP2017503991A - 燃焼および材料合成のための装置および方法 - Google Patents

燃焼および材料合成のための装置および方法 Download PDF

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Abstract

とりわけ、流体の混合、火炎安定性、および材料（たとえばナノ粒子）の合成を促進するように構成されたような燃焼装置（たとえばバーナー）および方法。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2013年12月4日に出願された米国特許仮出願第61/911,572号への優先権を主張する。この出願は全体として参照により本明細書に組み入れられる。
1.発明の分野
本発明は、概して、燃焼装置（たとえばバーナー）および方法に関し、より具体的には、ただし非限定的に、とりわけ流体の混合、火炎安定性および材料（たとえばナノ粒子）の合成を促進するように構成された燃焼装置および方法に関する。
2.関連技術の説明
燃焼装置および方法の例が、たとえば、韓国特許登録第1002257500000号（特許文献1）、欧州特許第1889810号（特許文献2）および米国特許第2,836,234号（特許文献3）に開示されている。
韓国特許登録第1002257500000号 欧州特許第1889810号 米国特許第2,836,234号
概要
本開示は、たとえば、とりわけ流体の混合、火炎安定性および材料（たとえばナノ粒子）の合成を促進するように構成された燃焼装置（たとえばバーナー）および方法の態様を含む。開示される燃焼装置および方法は、一部にはコアンダ（Coanda）効果を利用することにより、火炎安定性を高め、装置の中を通過する流体乱流を増し、ブローオフ速度を高め、火炎高さを減らし、装置を出る流体の混合を増すことができる。そのような効果は、装置を出る流体（たとえば前駆物質、燃料など）の揮発の増加および材料合成の増大を招くことができる。さらに、本装置および方法は、温度、流体タイプおよび量（たとえば燃料・酸化剤比）ならびに流体負荷率（たとえば前駆物質負荷率、燃料負荷率、酸化剤負荷率など）のようなパラメータの変更を可能にし、それもまた、揮発を増し、材料（たとえばナノ粒子）生産効率を高め、様々なタイプの材料（たとえばナノ粒子）の製造を可能にし、製造材料（たとえばナノ粒子）の均一性を高めることができる。
本燃焼装置のいくつかの態様は、ベースと；縦軸を有し、ベースに結合された、少なくとも一部分が実質的に円柱形であるボディ；ボディと一体である、少なくとも一部分が実質的に半球形であるチップ；および中心部材の縦軸と同心的である、ボディおよびチップの中を通って延びる内腔を含む中心部材と；ベースに結合されたボディ；ボディと一体であるチップ（中心部材のチップの少なくとも一部分が外側部材のチップよりもベースから遠い）；および中心部材の縦軸と同心的である内腔を含み；外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置されている外側部材とを含み；流体が中心部材の内腔の中を通って移動して中心部材のチップから出ることを可能にし；かつ、流体が流路の中を通って移動して外側部材のチップから出ることを可能にするように構成されている。いくつかの態様において、中心部材の内腔は2〜10ミリメートルの直径を含む。いくつかの態様において、中心部材の内腔は6ミリメートルの直径を含む。いくつかの態様において、外側部材の内腔は30〜50ミリメートルの直径を含む。いくつかの態様において、外側部材の内腔の少なくとも一部分は38ミリメートルの直径を含む。いくつかの態様において、外側部材は30〜100ミリメートルの直径を含む。いくつかの態様において、中心部材は30〜45ミリメートルの直径を含む。いくつかの態様において、中心部材のチップは第一端および第二端を有し、チップの第二端は実質的に凹状である。いくつかの態様において、装置はさらに、中心部材の内腔の中に配置されたスプレーインジェクタを含み、流体が中心部材の内腔の中を通って移動するとき、スプレーインジェクタが流体の噴霧化を支援する。いくつかの態様において、外側部材は、流体を流路に対して実質的に垂直に流路に導入することができるように構成されている。いくつかの態様において、装置はさらに、中心部材の内腔の中を通って移動する流体が攪乱されるように、中心部材の内腔の中に配置された渦流式羽根を含む。いくつかの態様において、装置はさらに、流路の中を通って移動する流体が攪乱されるように、流路の中に配置された渦流式羽根を含む。いくつかの態様において、流路の少なくとも一部分の幅が変化することができるように中心部材は外側部材に対して調節可能である。いくつかの態様において、流路の少なくとも一部分の幅が変化することができるように外側部材は中心部材に対して調節可能である。
本方法のいくつかの態様は、縦軸を有する中心部材の内腔に第一の流体を導入する工程であって、中心部材が、ベースに結合された、少なくとも一部分が実質的に円柱形であるボディ；およびボディと一体である、少なくとも一部分が実質的に半球形であるチップを含み；中心部材の内腔が中心部材の縦軸と同心的であり、ボディおよびチップの中を通って延びる、工程；中心部材および外側部材によって画定される流路に第二の流体を導入する工程であって、外側部材が、ベースに結合されたボディ；およびボディと一体であるチップ（中心部材のチップの少なくとも一部分が外側部材のチップよりもベースから遠い）を含む、工程；第二の流体を中心部材のチップの上に流し、第一の流体と混合させる工程；および第一の流体と第二の流体との混合物に点火する工程を含む。いくつかの態様において、第一の流体は前駆物質であり、第二の流体は燃料と酸化剤との混合物である。いくつかの態様において、前駆物質は、溶媒に溶解した金属硝酸塩を含む。いくつかの態様において、第一の流体は燃料であり、第二の流体は酸化剤である。いくつかの態様において、スプレーインジェクタが中心部材の内腔の中に配置され、方法はさらに、第一の流体を噴霧化する工程を含む。いくつかの態様において、第一の流体は液体である。いくつかの態様において、方法はさらに、第二の流体が噴霧化されるように分散ガスを中心部材の内腔に導入する工程を含む。いくつかの態様において、方法はさらに、流路に対して実質的に垂直に第二の流体を流路に導入する工程を含む。いくつかの態様において、方法は、外側部材のチップと中心部材のチップとの間の流路の少なくとも一部分の幅が変化するように中心部材を外側部材に対して調節する工程を含む。いくつかの態様において、方法は、外側部材のチップと中心部材のチップとの間の流路の少なくとも一部分の幅が変化するように外側部材を中心部材に対して調節する工程を含む。
語「結合された」とは、必ずしも直接的または必ずしも機械的ではないが、接続されていることと定義される。二つの物品は、互いに結合されることができるならば、「結合可能」である。文脈がそうでないことを明示的に要求しない限り、結合可能である物品は分断可能でもあり、分断可能である物品は結合可能でもある。第一の構造が第二の構造に結合可能である一つの非限定的な方法は、第一の構造が第二の構造に結合されるように構成される（または結合可能であるように構成される）ことである。本開示がそうでないことを明示的に要求しない限り、「a」および「an」は一つまたは複数と定義される。語「実質的に」とは、当業者によって理解されるように、必ずしも完全ではないが、概ね指定されたとおりである（かつ、指定されたとおりを含む。たとえば、実質的に90°は90°を含み、実質的に平行は平行を含む）と定義される。開示される任意の態様において、語「実質的に」、「概ね」および「約」は、指定されたもの「の何％以内」と置き換えられ得、％は0.1、1、5および10％を含む。
語「含む（comprise）」（およびcompriseの任意の活用形、たとえば「comprises」および「comprising」）、「有する（have）」（およびhaveの任意の活用形、たとえば「has」および「having」）、「含む（include）」（およびincludeの任意の活用形、たとえば「includes」および「including」）、および「包含する（contain）」（およびcontainの任意の活用形、たとえば「contains」および「containing」）は非限定的な連結動詞である。その結果、一つまたは複数の要素または特徴を「含む（comprise）」、「有する」、「含む（include）」または「包含する」装置または装置の部品は、それら一つまたは複数の要素または特徴を所有するが、それら一つまたは複数の要素または特徴のみを所有することに限定されない。同様に、一つまたは複数の工程を「含む（comprise）」、「有する」、「含む（include）」または「包含する」方法は、それら一つまたは複数の工程を所有するが、それらの工程のみを所有することに限定されない。加えて、「第一の」および「第二の」のような語は、構造または特徴を区別するために使用されるだけであり、様々な構造または特徴を特定の順序に限定するために使用されるものではない。
本発明の燃焼装置および方法のいずれかの任意の態様は、記載された要素および／または特徴のいずれかからなる、またはそれらから本質的になることができる（含む（comprise）／含む（include）／包含する／有するではなく）。したがって、請求項のいずれかにおいて、語「〜からなる」または「〜から本質的になる」は、所与の請求の範囲を、非限定的な連結動詞を使用した場合の範囲から変更するために、上記非限定的な連結動詞のいずれかに代えて用いられ得る。
本開示または態様の性質によって明白に禁じられない限り、一つの態様の特徴は、たとえ記載または例示されない他の態様にも適用され得る。
上記態様および他の態様に関する詳細を以下に提示する。
以下の図面は例を示すものであり、限定ではない。簡潔かつ明確に示すために、所与の構造のすべての特徴が、その構造が見られる各図面の中で常に標識されているわけではない。同一の参照番号が必ずしも同一の構造を示すわけではない。むしろ、非同一な参照番号で示してもよいような、類似した特徴または類似した機能性を有する特徴を示すために同じ参照番号が使用される場合もある。図面の少なくともいくつかは、当業者によって理解される図記号またはグラフ表示を示す。
ベース、内腔を有する中心部材、および外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置された外側部材を含む燃焼装置の態様を示す。図1の燃焼装置およびその部品は原寸に比例して描かれている。図1に示す寸法は、燃焼装置に可能な寸法の非限定的な例である。 内腔を有する中心部材を含み、外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置された外側部材をさらに含む、燃焼装置の一部分の態様を示す。 内腔を有する中心部材を含み、外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置された外側部材をさらに含み、中心部材のチップが第一端および第二端を有し、チップの第二端が実質的に凹状である、燃焼装置の一部分のもう一つの態様を示す。 内腔および内腔中に配置されたスプレーインジェクタを有する中心部材を含み、外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置された外側部材をさらに含む、燃焼装置の一部分のもう一つの態様を示す。 内腔を有する中心部材を含み、外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置された外側部材をさらに含み、流体を流路に対して実質的に垂直に流路に導入することができる、燃焼装置の一部分のもう一つの態様を示す。 内腔を有する中心部材、外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置された外側部材、および中心部材の内腔中に配置された渦流式羽根を含む、燃焼装置の一部分のもう一つの態様を示す。 内腔を有する中心部材、外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置された外側部材、および流路中に配置された渦流式羽根を含む、燃焼装置の一部分のもう一つの態様を示す。 内腔を有する中心部材を含み、外側部材と中心部材との間に流路が画定されるように配置された外側部材をさらに含み、流路の少なくとも一部分の幅が変化することができるように外側部材および／または中心部材が調節可能である、燃焼装置の一部分のもう一つの態様を示す。
例示的態様の詳細な説明
図面、特に図1を参照すると、ベース14を含む燃焼装置10が示されている。ベース14は、たとえば燃焼装置10を安定化する、燃焼装置10に流体を提供する、などのように構成された任意の数の部材を含むことができる。たとえば、図1に示す態様において、ベース14は、下部縦部材22に結合された下部横部材18を含む。図示する態様において、下部横部材18はスクリュー26によって下部縦部材22に結合されているが；他の態様において、下部横部材18は、任意の適当な方法（たとえばボルト、釘、接着剤、溶接など）で下部縦部材22に結合されることができる。さらに他の態様において、下部横部材18と下部縦部材22とは一体である（たとえば、同じ材料片で形成されている）ことができる。図1に示す態様において、ベース14はさらに、中間縦部材34に結合された中間横部材30を含む。上記のように、中間横部材30は、中間縦部材34に結合されることもできるし（たとえばスクリュー、ボルト、釘、接着剤、溶接などで）、またはそれと一体であることもできる。同様に、中間横部材30および／または中間縦部材34は、下部横部材18および／または下部縦部材22に結合されることもできるし（たとえばスクリュー、ボルト、釘、接着剤、溶接などで）、またはそれと一体であることもできる。さらに、図1に示す態様において、装置10は、ベース14の上に配置され、ベース14の中間横部材30に結合された上部部材38を含む。上記のように、上部部材38は、ベース14（たとえば、図示する態様においては中間横部材30）に結合されることもできるし（たとえばスクリュー、ボルト、釘、接着剤、溶接などで）、またはそれと一体であることもできる。
図示する態様において、燃焼装置10はさらに、縦軸を有する中心部材42を含む。中心部材42は、ベース14（たとえば中間横部材30）に結合されたボディ46を含む。図示する態様において、中心部材42のボディ46の少なくとも一部分は実質的に円柱形である。中心部材42はまた、ボディ46と一体であるチップ50を含む。図示する態様において、中心部材42のチップ50の少なくとも一部分は実質的に半球形である（たとえば、25ミリメートルの曲率半径を有する）。チップ50は、ベース14に近く、ボディ46と一体である第一端54と、ベース14から遠い第二端58とを含む。いくつかの態様において、中心部材42は30〜45ミリメートルの直径を含み；他の態様において、中心部材42の直径は、30ミリメートル未満（たとえば25、20、15ミリメートルまたはそれ未満）または45ミリメートル超である（たとえば50、55、60ミリメートルまたはそれよりも大きい）ことができる。図示する態様において、中心部材42はさらに、中心部材42の縦軸と同心的である内腔62を含む。内腔62はボディ54およびチップ50の中を通って延びる。装置10は、流体が中心部材42の内腔62の中を通って（たとえばボディ54およびチップ50の中を通って）移動し、中心部材42のチップ50から出ることを可能にするように構成されている。いくつかの態様において、中心部材42の内腔62は2〜10ミリメートル（たとえば6ミリメートル）の直径を含み；他の態様において、内腔62の直径は、2ミリメートル未満（1.5、1、0.5ミリメートルまたはそれ未満）または10ミリメートル超である（12、14、16ミリメートルまたはそれよりも大きい）ことができる。
図示する態様において、燃焼装置10はさらに、外側部材66を含む。外側部材66は、ベース14（たとえば中間横部材30）に結合されたボディ70を含む。図示する態様において、外側部材66のボディ70の少なくとも一部分は実質的に円柱形である。外側部材66はまた、ボディ70と一体であるチップ74を含む。図示する態様において、外側部材66のチップ74の少なくとも一部分は実質的に湾曲している。図示する態様において、中心部材42のチップ50の少なくとも一部分は、外側部材66のチップ74よりもベース14から遠い。たとえば、図1に示すように、中心部材42のチップ50の第二端58は外側部材66のチップ74よりも約8ミリメートルだけベース14から遠い。説明するように、中心部材42および外側部材66は調節可能であることができ、チップ50は、チップ74よりも8ミリメートル超（たとえば10、12、14ミリメールまたはそれよりも大きく）ベース14から遠くに、またはチップ74よりも8ミリメートル未満（たとえば6、4、2ミリメートルまたはそれ未満）ベース14から遠くにあることができる。いくつかの態様において、外側部材66は35〜100ミリメートルの直径を含み；他の態様において、外側部材66の直径は、30ミリメートル未満（たとえば25、20、15ミリメートルまたはそれ未満）または100ミリメートル超である（たとえば105、110、115ミリメートルまたはそれよりも大きい）ことができる。図示する態様において、外側部材66はさらに、中心部材42の縦軸と同心的である内腔78を含む。内腔78はボディ70およびチップ74の中を通って延びる。さらに、外側部材66は、外側部材66と中心部材42との間に流路82（内腔78の一部分）が画定されるように配置されている。装置10は、流体が流路82の中（たとえば、図示する態様においては、ボディ54とボディ70との間およびチップ50の少なくとも一部分とチップ74の少なくとも一部分との間）を通って移動し、外側部材66のチップ74から出ることを可能にするように構成されている。いくつかの態様において、外側部材66の内腔78は30〜50ミリメートル（たとえばチップ74で38ミリメートル）の直径を含み；他の態様において、内腔78の直径は、30ミリメートル未満（たとえば25、20、15ミリメートルまたはそれ未満）または50ミリメートル超である（たとえば55、60、65ミリメートルまたはそれよりも大きい）ことができる。
図2は、内腔62aを有する中心部材42aを含み、外側部材62aと中心部材42aとの間に流路82aが画定されるように配置された外側部材66aをさらに含む本燃焼装置10aの態様を示す。装置10aは、流体が中心部材42aの内腔62aの中を通って移動し、中心部材42aのチップ50aから出ることを可能にするように構成されている。装置10aはさらに、流体が流路82aの中を通って移動し、中心部材66aのチップ74aから出ることを可能にするように構成されている。たとえば、図示する態様においては、流体Aが中心部材42aの内腔62aの中を通って移動し、チップ50aから出ることができ、流体Bが流路82aの中を通って移動し、外側部材66aのチップ74aから出ることができ、流体Aと流体Bとが混合し、点火されるならば、燃焼することができるようになっている。
図3は、内腔62bを有する中心部材42bを含み、外側部材62bと中心部材42bとの間に流路82bが画定されるように配置された外側部材66bをさらに含む本燃焼装置の態様10bを示す。図示する態様において、チップ50bの第二端58bは実質的に凹状である。たとえば、チップ50bの第二端58bは、10〜40ミリメートル（たとえば25ミリメートル）の曲率半径を含むことができる。装置10bは、流体が中心部材42bの内腔62bの中を通って移動し、中心部材42bのチップ50bから出ることを可能にするように構成されている。装置10bはさらに、流体が流路82bの中を通って移動し、外側部材66aのチップ74bから出ることを可能にするように構成されている。たとえば、図示する態様においては、流体Aが中心部材42bの内腔62bの中を通って移動し、チップ50bから出ることができ、流体Bが流路82bの中を通って移動し、外側部材66bのチップ74bから出ることができ、流体Aと流体Bとが混合し、点火されるならば、燃焼することができるようになっている。チップ50bの第二端58bの凹状形態は、一部には、チップ50bの第二端58bの近くの再循環のためのより大きな空間量のおかげで流体（たとえば流体Aおよび流体B）の再循環を促進することにより、火炎安定性を高めることができる。
図4は、内腔62cを有する中心部材42cを含み、外側部材62cと中心部材42cとの間に流路82cが画定されるように配置された外側部材66cをさらに含む本燃焼装置の態様10cを示す。図示する態様において、中心部材42cの内腔62cの少なくとも一部分は一定の直径を有しない（たとえば、内腔62cの直径はチップ50cの第一端54cから第二端58cまで減少する（たとえば一定の率で））。装置10cは、流体が中心部材42cの内腔62cの中を通って移動し、中心部材42cのチップ50cから出ることを可能にするように構成されている。装置10cはさらに、流体が流路82cの中を通って移動し、外側部材66cのチップ74cから出ることを可能にするように構成されている。たとえば、図示する態様においては、流体Aが中心部材42cの内腔62cの中を通って移動し、チップ50cから出ることができ、流体Bが流路82cの中を通って移動し、外側部材66cのチップ74cから出ることができ、流体Aと流体Bとが混合し、点火されるならば、燃焼することができるようになっている。装置10cはさらに、中心部材42cの内腔62c中に配置されたスプレーインジェクタ86cを含み、流体（たとえば流体A）が中心部材42cの内腔62cの中を通って移動するとき、スプレーインジェクタ86cが流体の噴霧化を支援するようになっている。一つの態様において、態様10cは、スプレーインジェクタ86cのための別個のスロット／開口を含む。たとえば、流体A（たとえば液体）および流体C（たとえば分散ガス）が中心部材42cの内腔62cの中を通ってスプレーインジェクタ86cに向かって移動することができ、スプレーインジェクタ86cおよび流体Cが流体Aを噴霧化することができる。流体（たとえば流体A）の噴霧化が、たとえば、別の流体（たとえば流体B）との混合および燃焼ののち、ナノ粒子形成をもたらすことができる。
図5は、内腔62dを有する中心部材42dを含み、外側部材62dと中心部材42dとの間に流路82dが画定されるように配置された外側部材66dをさらに含む本燃焼装置の態様10dを示す。装置10dは、流体が中心部材42dの内腔62dの中を通って移動し、中心部材42dのチップ50dから出ることを可能にするように構成されている。装置10dはさらに、流体が流路82dの中を通って移動し、外側部材66dのチップ74dから出ることを可能にするように構成されている。たとえば、図示する態様においては、流体Aが中心部材42dの内腔62dの中を通って移動し、チップ50dから出ることができ、流体Bが流路82dの中を通って移動し、外側部材66dのチップ74dから出ることができ、流体Aと流体Bとが混合し、点火されるならば、燃焼することができるようになっている。図5に示す態様において、外側部材66dは、たとえば、流路82dの中を通る流れがチップ74dに正接する速度成分を有するように流体を流路82dに対して実質的に垂直に流路82dに導入することができるように構成されている。このような構成は渦流を促進することができ、それが、たとえば、流体の混合（たとえば、チップ50dの第二端58dの近くでの流体Aと流体Bとの混合）を促進することができる。
図6は、内腔62eを有する中心部材42eを含み、外側部材62eと中心部材42eとの間に流路82eが画定されるように配置された外側部材66eをさらに含む本燃焼装置の態様10eを示す。装置10eは、流体が中心部材42eの内腔62eの中を通って移動し、中心部材42eのチップ50eから出ることを可能にするように構成されている。装置10eはさらに、流体が流路82eの中を通って移動し、外側部材66eのチップ74eから出ることを可能にするように構成されている。たとえば、図示する態様においては、流体Aが中心部材42eの内腔62eの中を通って移動し、チップ50eから出ることができ、流体Bが流路82eの中を通って移動し、外側部材66eのチップ74eから出ることができ、流体Aと流体Bとが混合し、点火されるならば、燃焼することができるようになっている。図6に示す態様において、装置10eはさらに、渦流式羽根90eを含み、そのそれぞれは、たとえばチップ74eの近くで流路82eに挿入されることができ、そのそれぞれは、流路82e中に配置されることができ、流路82eの中を通って移動する流体（たとえば流体B）が攪乱されるようになっている。このような構成は渦流を促進することができ、それが、たとえば、流体の混合（たとえば、チップ50eの第二端58eの近くでの流体Aと流体Bとの混合）を促進することができる。
図7は、内腔62fを有する中心部材42fを含み、外側部材62fと中心部材42fとの間に流路82fが画定されるように配置された外側部材66fをさらに含む本燃焼装置の態様10fを示す。装置10fは、流体が中心部材42fの内腔62fの中を通って移動し、中心部材42fのチップ50fから出ることを可能にするように構成されている。装置10fはさらに、流体が流路82fの中を通って移動し、外側部材66fのチップ74fから出ることを可能にするように構成されている。たとえば、図示する態様においては、流体Aが中心部材42fの内腔62fの中を通って移動し、チップ50fから出ることができ、流体Bが流路82fの中を通って移動し、外側部材66fのチップ74fから出ることができ、流体Aと流体Bとが混合し、点火されるならば、燃焼することができるようになっている。図7に示す態様において、装置10fはさらに、中心部材42fの内腔62f中に配置された渦流式羽根90fを含み、中心部材42fの内腔62fの中を通って移動する流体（たとえば流体A）が攪乱されるようになっている。このような構成は渦流を促進することができ、それが、たとえば、流体の混合（たとえば、チップ50fの第二端58fの近くでの流体Aと流体Bとの混合）を促進することができる。
図8は、内腔62gを有する中心部材42gを含み、外側部材62gと中心部材42gとの間に流路82gが画定されるように配置された外側部材66gをさらに含む本燃焼装置の態様10gを示す。装置10gは、流体が中心部材42gの内腔62gの中を通って移動し、中心部材42gのチップ50gから出ることを可能にするように構成されている。装置10gはさらに、流体が流路82gの中を通って移動し、外側部材66gのチップ74gから出ることを可能にするように構成されている。たとえば、図示する態様においては、流体Aが中心部材42gの内腔62gの中を通って移動し、チップ50gから出ることができ、流体Bが流路82gの中を通って移動し、外側部材66gのチップ74gから出ることができ、流体Aと流体Bとが混合し、点火されるならば、燃焼することができるようになっている。図8に示す態様において、中心部材42gおよび／または外側部材66gは、流路82gの少なくとも一部分（たとえば、チップ50gおよびチップ74gに近い流路82gの一部分）の幅が変化するように、他方に対して（または、図1に関して一例が記載されているベースに対して）調節可能（たとえば中心部材42gの縦軸に沿って）であることができる。たとえば、中心部材42gが調節可能であり、外側部材66aが固定であるならば、流路82gの少なくとも一部分の幅が減るように中心部材42gを調節する（たとえば縦方向に）ことができる。もう一つの例として、中心部材42gが固定であり、外側部材66gが調節可能であるならば、流路82gの少なくとも一部分の幅が増すように外側部材66gを調節する（たとえば縦方向に）ことができる。いくつかの態様においては、中心部材42gおよび外側部材66gの両方が調節可能である。中心部材42gおよび／または外側部材66gは、流路82g（たとえば、チップ50gおよびチップ74gに近い流路82gの一部分）の所望の幅、たとえば0.1ミリメートル〜0.15ミリメートルの幅が得られるように調節することができる。調節可能な中心部材（たとえば中心部材42g）および／または調節可能な外側部材（たとえば外側部材66g）は、たとえば、火炎速度および火炎安定性の制御を高めることができる。
多様な流体を燃焼および／または材料合成のために本装置とともに使用することができる。たとえば、前駆物質を中心部材の内腔（たとえば中心部材42の内腔62）に導入することができ、予混合物（たとえば燃料および酸化剤）を中心部材と外側部材との間の流路（たとえば中心部材42と外側部材66との間の流路82）に導入することができる。前駆物質と予混合物とは混合し、点火されるならば、燃焼して、たとえばとりわけ前駆物質のタイプ、予混合物のタイプ、流路の幅、流体負荷率、燃料・酸化剤比および温度に依存して、材料（たとえばナノ粒子（たとえばカーボンブラック、ヒュームドSi02、Ti02など））を形成することができる。もう一つの例として、燃料を中心部材の内腔（たとえば中心部材42の内腔62）に導入することができ、酸化剤を中心部材と外側部材との間の流路（たとえば中心部材42と外側部材66との間の流路82）に導入することができる。燃料と酸化剤とは混合し、点火されるならば、燃焼することができる。例として、いくつかの態様において、燃料はエチレンを含むことができ、酸化剤は空気を含むことができ、当量比は0.8〜1.6であることができる。いくつかの態様において、前駆物質は、たとえば二酸化チタンナノ粒子を製造するためのチタンテトライソプロポキシド（TTIP）を含むことができる。いくつかの態様において、前駆物質は、たとえば二酸化ケイ素ナノ粒子を製造するためのヘキサメチルジシロキサン（HMDSO）を含むことができる。いくつかの態様において、選択される燃料、酸化剤および／または前駆物質に基づいて、他のナノ粒子および金属酸化物、たとえば酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化鉄、酸化亜鉛および／または酸化ジルコニウムを製造することができる。
本方法のいくつかの態様は、縦軸を有する中心部材（たとえば中心部材42）の内腔（たとえば内腔62）に第一の流体を導入する工程であって、中心部材が、ベース（たとえばベース14）に結合された、少なくとも一部分が実質的に円柱形であるボディ（たとえばボディ46）、およびボディと一体である、少なくとも一部分が実質的に半球形であるチップ（たとえばチップ50）を含み、中心部材の内腔が中心部材の縦軸と同心的であり、ボディおよびチップの中を通って延びる、工程；中心部材および外側部材（たとえば外側部材66）によって画定される流路（たとえば流路82）に第二の流体を導入する工程であって、外側部材が、ベースに結合されたボディ（たとえばボディ70）およびボディと一体であるチップ（たとえばチップ74）（中心部材のチップの少なくとも一部分がこのチップよりもベースから遠い）を含む、工程；第二の流体を中心部材のチップの上に流し、第一の流体と混合させる工程；および第一の流体と第二の流体との混合物に点火する工程を含む。いくつかの態様において、第一の流体は前駆物質であり、第二の流体は燃料と酸化剤との混合物である。いくつかの態様において、前駆物質は、溶媒に溶解した金属硝酸塩を含む。いくつかの態様において、第一の流体は燃料であり、第二の流体は酸化剤である。いくつかの態様において、スプレーインジェクタ（たとえばスプレーインジェクタ86c）が中心部材の内腔の中に配置され、方法はさらに、第一の流体を噴霧化する工程を含む。いくつかの態様において、第一の流体は液体である。いくつかの態様において、方法は、第二の流体が噴霧化されるように分散ガスを中心部材の内腔に導入する工程を含む。いくつかの態様において、方法は、流路に対して実質的に垂直に第二の流体を流路に導入する工程を含む。いくつかの態様において、方法は、外側部材のチップと中心部材のチップとの間の流路の少なくとも一部分の幅が変化するように中心部材を外側部材に対して調節する工程を含み；他の態様において、方法は、外側部材のチップと中心部材のチップとの間の流路の少なくとも一部分の幅が変化するように外側部材を中心部材に対して調節する工程を含む。
上記詳細な説明および例が例示的な態様の構造および使用の完全な説明を提供する。ある程度の具体性をもって、または一つまたは複数の個別の態様を参照しながら特定の態様を先に説明したが、当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく、開示された態様に対して数多くの変更を加えることもできる。そのようなものとして、本装置および方法の様々な例示的態様は、開示された特定の形態に限定されるとは解釈されない。むしろ、特許請求の範囲に入るすべての変形および代替を含み、示されたもの以外の態様が、示された態様の特徴のいくつかまたはすべてを含んでもよい。たとえば、部品が一体構造として組み合わされてもよいし、および／または接続が置き換えられてもよい。さらに、適切ならば、上記例のいずれかの局面を、記載された他の例のいずれかの局面と組み合わせて、匹敵しうる、または異なる性質を有し、かつ同じまたは異なる問題に対応するさらなる例を形成してもよい。同様に、上記恩典および利点は、一つの態様に関してもよいし、またはいくつかの態様に関してもよいことが理解されよう。
特許請求の範囲は、所与の請求項の中でそれぞれ句「ための手段」または「ための工程」を使用して明示的に述べられない限り、手段と機能または工程と機能の限定を含むことを意図せず、また、含むものと解釈されるべきではない。

Claims (24)

  1. ベースと；
    縦軸を有し、かつ
    該ベースに結合されたボディであって、該ボディの少なくとも一部分が実質的に円柱形である、ボディ；
    該ボディと一体であるチップであって、該チップの少なくとも一部分が実質的に半球形である、チップ；および
    中心部材の縦軸と同心的である、該ボディおよび該チップを通って延びる内腔
    を含む、中心部材と；
    該ベースに結合されたボディ；
    該ボディと一体であるチップであって、該中心部材のチップの少なくとも一部分が外側部材のチップよりも該ベースから遠い、チップ；および
    該中心部材の縦軸と同心的である内腔
    を含み、外側部材と該中心部材との間に流路が画定されるように配置されている、外側部材と
    を含む、燃焼装置であって；
    流体が該中心部材の該内腔を通って移動して該中心部材のチップから出ることを可能にし；かつ
    流体が該流路を通って移動して該外側部材のチップから出ることを可能にするように構成されている、
    燃焼装置。
  2. 中心部材の内腔が2〜10ミリメートルの直径を含む、請求項1記載の装置。
  3. 中心部材の内腔が6ミリメートルの直径を含む、請求項1記載の装置。
  4. 外側部材の内腔が30〜50ミリメートルの直径を含む、請求項1記載の装置。
  5. 外側部材の内腔の少なくとも一部分が38ミリメートルの直径を含む、請求項1記載の装置。
  6. 外側部材が30〜100ミリメートルの直径を含む、請求項1記載の装置。
  7. 中心部材が30〜45ミリメートルの直径を含む、請求項1記載の装置。
  8. 中心部材のチップが第一端および第二端を有し、かつチップの第二端が実質的に凹状である、請求項1記載の装置。
  9. 中心部材の内腔の中に配置されたスプレーインジェクタをさらに含み、流体が該中心部材の該内腔を通って移動するとき、該スプレーインジェクタが該流体の噴霧化を支援する、請求項1記載の装置。
  10. 外側部材が、流体を流路に対して実質的に垂直に該流路に導入することができるように構成されている、請求項1記載の装置。
  11. 中心部材の内腔を通って移動する流体が攪乱されるように、該中心部材の該内腔の中に配置された渦流式羽根をさらに含む、請求項1記載の装置。
  12. 流路を通って移動する流体が攪乱されるように、該流路の中に配置された渦流式羽根をさらに含む、請求項1記載の装置。
  13. 流路の少なくとも一部分の幅が変化することができるように、中心部材が外側部材に対して調節可能である、請求項1記載の装置。
  14. 流路の少なくとも一部分の幅が変化することができるように、外側部材が中心部材に対して調節可能である、請求項1記載の装置。
  15. 縦軸を有する中心部材の内腔に第一の流体を導入する工程であって、該中心部材が、
    ベースに結合されたボディであって、該ボディの少なくとも一部分が実質的に円柱形である、ボディ；および
    該ボディと一体であるチップであって、該チップの少なくとも一部分が実質的に半球形であるチップ
    を含み；該中心部材の該内腔が該中心部材の該縦軸と同心的であり、かつ該ボディおよび該チップを通って延びる、工程；
    該中心部材および外側部材によって画定される流路に第二の流体を導入する工程であって、該外側部材が、
    該ベースに結合されたボディ；および
    該ボディと一体であるチップであって、該中心部材のチップの少なくとも一部分が外側部材のチップよりも該ベースから遠い、チップを含む、工程；
    該第二の流体を該中心部材のチップの上に流し、該第一の流体と混合させる工程；および
    該第一の流体と該第二の流体との混合物に点火する工程
    を含む、燃焼方法。
  16. 第一の流体が前駆物質であり、かつ第二の流体が燃料と酸化剤との混合物である、請求項15記載の方法。
  17. 前駆物質が、溶媒に溶解した金属硝酸塩を含む、請求項16記載の方法。
  18. 第一の流体が燃料であり、かつ第二の流体が酸化剤である、請求項15記載の方法。
  19. 第一の流体を噴霧化する工程
    をさらに含み、スプレーインジェクタが中心部材の内腔の中に配置される、
    請求項15記載の方法。
  20. 第一の流体が液体である、請求項19記載の方法。
  21. 第二の流体が噴霧化されるように分散ガスを中心部材の内腔に導入する工程
    をさらに含む、請求項20記載の方法。
  22. 第二の流体を流路に対して実質的に垂直に流路に導入する工程
    をさらに含む、請求項15記載の方法。
  23. 外側部材のチップと中心部材のチップとの間の流路の少なくとも一部分の幅が変化するように、該中心部材を該外側部材に対して調節する工程
    をさらに含む、請求項15記載の方法。
  24. 外側部材のチップと中心部材のチップとの間の流路の少なくとも一部分の幅が変化するように、該外側部材を該中心部材に対して調節する工程
    をさらに含む、請求項15記載の方法。
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