TW461950B - Method for changing the length of a coherent jet - Google Patents

Description

46 1 95 0 A7 _ B7 五、發明說明（1 ) 發明夕镅域 本發明一般係關於一種共聚噴射之技術。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 先前枝術說明 近年來在氣體動力學之重大發展爲，在共聚噴射技術之 發展，它可產生一種雷射狀氣體噴射，其可移動很長距離 但是仍可維持其最初速度，並且其噴射柱直徑亦增加很少 。此共聚噴射技術之一種很重要用途爲，可將氣體導入如 熔融金屬之液體中，從而氣體噴射器可與液面隔開一個大 的距離，使操作較安全，並且達成更有效之操作，因爲與 習知技術應用上很多氣體偏離液面而且不進入液體中比 較起來，本發明可使更多氣體進入液體中。 在某些情況下，希望改變共聚噴射之長度，如從氣體噴 射器到液面之長度。此可由改變氣體噴射器之高度，即使 它更靠近或更遠離液面，但是此過程很麻煩並且很費時間 。亦可改變氣體噴射器噴嘴尺寸而改變共聚噴射之長度 ，但是此亦很不方便。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再者，改變共聚噴射之氣體流量時，亦可改變共聚噴射 之長度。但是，此應用不太被使用，因爲它潛在地會對使 用共聚噴射技術之整個程序，例如對金屬煉解造成負面影 響。 從而，本發明之一個目的在提供一個改變共聚噴射長度 之方法，不須要改變用來產生共聚噴射之設備，並且亦不 須改變其他任何方面，例如共聚噴射之氣體流量。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） 五、發明說明（1) 發明之扼要說明 上述及其他目的可由熟於此技術者閱讀本發明揭示之技 術後了解之，其中： 一個用來改變共聚噴射長度之方法，包括： (A)提供一個主氣流中之主氣體流量’以第一氣體燃料流 量提供氣體燃料，並且使氣體燃料與氧化劑燃燒，以 形成與主氣流共軸之火燄包封，以形成具有第一長度 之共聚噴射；隨後 (B )提供一個主氣流中之主氣體流量，以不同於該第—氣 體燃料流量之第二氣體燃料流量提供氣體燃料，並且 使氣體燃料與氧化劑燃燒，以形成與主氣流共軸之火· 燄包封，以形成不同於該第一長度而具有第二長度之 共聚噴射。 在此所用之術語「共聚噴射」意即一種氣體噴射，從噴 嘴噴射後到下游一段相當距離之速度曲線，與剛從噴嘴噴 射時之速度曲線相同。 在此所用之術語「環狀」意即爲環之形狀。 在此所用之術語「火燄包封」意即與主氣流共軸之環狀 燃燒流。 在此所用之術語被稱爲共聚氣體噴射之r長度」，意即 從噴嘴噴射到共聚氣體噴射之欲撞擊點之距離，_者到氣 體噴射停止共聚之距離。 . Γ附圖之簡單說明】 -4 - — Λ ,!^----------訂------------線. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 461950 A7 B7 五、發明說明（3 ) 第1圖是被使用做爲本發明氣體噴射器之噴槍尖端一個 實施例之橫剖面圖； 第2圖是被使用做爲本發明氣體噴射器之噴槍尖端一個 實施例之俯視圖； 第3及4圖是顯示本發明之操作’使共聚噴射長度被改 變之說明圖； 第5圖是顯示本發明操作之試驗結果的曲線圖形。 【本發明較佳眚施例之詳細說明】 本發明將參照附圖詳細說明° 參照第1及2圖，主氣體通過共聚噴槍1之中央通道2 ’然後通過細腰噴嘴 50 (convergent/divergent nozzle) ，然後通過噴嘴開口 1 1以形成一個主氣流。一般，主氣 流速度在1 0 0到8 0 0 0呎/秒（f P s )之範圍內，並且主氣流 之流量在1 0,000到20,000立方呎/小時（CFH)之範圍內。 在本發明應用中，任何有效的氣體均可做爲主氣體。可 做爲這種主氣體者，如氧氣、氮氣、氬氣、二氧化碳、氫 氣、氦氣、蒸汽及碳氫化物氣體。而且包含二或多種氣體 ，如空氣亦可做爲本發明之主氣體。本發明中可做爲主氣 體用之一種特別有用之氣體爲氣態氧，它可被定義爲具有 至少25克分子％濃度之流體。氣態氧亦可爲氧氣濃度超過 90克分子％者，並且亦可爲通常爲市販之純氧氣。 氣態燃料如甲烷，天然氣或如霧化燃油之霧化液體被供 應到在通道3或通道4中之噴槍1，每一個通道與中央通 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁') · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 461950 A7 ___ B7__ 五、發明說明（千） 道2徑向隔開’並且與中央通道2共軸。最好氣態燃料是 由通過更內側之共軸通道3的通道而供應。氣態燃料最好 經由與噴嘴開口 5〇齊平之噴槍面5處的噴嘴7或8，如第 1圖所示’而從噴槍1噴出。每一個噴嘴7及8之開口爲 圍著開口 11之環狀開口，或者最好，如第2圖所示，每 一個爲圍著噴嘴開口 1 1之環孔9及1 0。氣態燃料從噴槍1 噴出之速度最好比主氣體速度少，一般在100到l〇〇〇fps 之範圍內。 氣態燃料與氧化劑燃燒，而形成主氣流外圍並且沿著主 氣流，最好是沿著共聚噴射整個長度之火燄包封。氧化劑 可爲空氣，氧氣濃度超過空氣之富氧空氣，或者市販氧氣 濃度超過至少99克分子％之氧氣。最好氧化劑爲具有至少 25克分子％之氧氣濃度之流體。氧化劑可被提供用來與氣 態燃料以任何有效方式燃燒。一種較佳之配置顯示在第1 及2圖中，包括經由共軸通道，通道3或者通道4，提供 氧化劑，該些通道不是用來提供氣態燃料用的。此造成氣 態燃料與氧化劑相互作用，並且燃燒而在其個別從噴槍1 之噴射中形成火燄包封。在主氣流周圍之火燄包封對所要 長度之主氣流言，可防止外界氣體被拉入主氣流中，因而 可防止主氣流速度大幅降低，並且防止主氣流直徑大幅增 加，直到主氣流到達所要之撞擊點，如熔融金屬槽之表面 爲止。亦即，火燄包封對所要長度之主氣流言，用來使主 氣流被建立並且被維持做爲共聚噴射。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝·-------訂----------l· f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 461950 A7 _ B7___ 五、發明說明（S ) 本發明可使共聚噴射之長度被改變，而不須做任何設備 改變’如改變主氣體噴嘴，或改變噴槍尖端與所要之撞擊 點之間的距離’並且也不須改變主器體流量。在本發明中 ’當吾人欲從現有長度改變共聚噴射之長度時，亦即從第 一長度改變到第二長度時，所須做的是改變與第一長度相 關用來產生火燄包封之氣態燃料流量，亦即第一氣態燃料 流量到第二氣態燃料流量。氣態燃料流量從第一氣態燃料 流量增加到第二氣態燃料流量，會使共聚噴射長度從第一 長度增加到第二長度，並且氣態燃料流量從第一氣態燃料 流量降低到第二氣態燃料流量，會使共聚噴射長度從第一 長度減少到第二長度。 第3及4圖顯示本發明之操作，其中共聚噴射20有如第 3圖所示之第一長度，其超過如第4圖所示之第二長度。 一般，共聚噴射之長度約爲正比於氣態燃料流量之平方根 。第3及4圖亦顯示一個特別之較佳實施例，其中一個延 伸部被用來協助火燄包封之形成。延伸部21之長度一般 在0 . 5到6英吋之範圍，從噴槍端面5延伸而形成一個空 間22，使噴嘴輸出開口 1 1與環狀噴射裝置7及8可相通 ，並且在其中起初形成每一個氣體噴射及在共聚噴射20 周圍之火燄包封23。由延伸部2 1形成之空間22形成一* 個保護區，用來保護剛從噴槍尖端噴出之主氣流及燃料及 氧化劑，因而協助達成主氣體噴射之共聚性。保護區可引 導燃料及氧化劑在主氣體噴射四周之再循環。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 461950 A7 B7 "财產局員工消費合作社印製 五、發明說明（心） 下列之試驗結果被做爲本發明之例子及進一步顯示本發 明。但是它們並非用來限制用。在這些例子中，一個與第 3及4圖相同之噴槍被用來建立共聚噴射。主氣體之噴嘴 爲頸部直徑爲0 . 62英吋，且出口直徑爲0 · 8 1英吋之細腰 噴嘴。主氣體爲市販氧氣，並且從噴槍以3 6，000立方呎/ 小時（CFH )之流量，在輸送壓力爲1 〇〇磅/平方英吋錶壓 (P s i g )被噴射出。氣態燃料爲經由更內部通道而皱輸送的 天然氣，並且經由1 6個孔而從噴槍噴射出，每一個孔之 直徑爲0 . 1 54英吋，並且分佈在噴槍面上直徑，爲2英吋之 圓上。與氣態燃料燃燒而形成火燄包封之氧化劑，爲市販 氧氣，並且經由1 6個孔而從噴槍噴射出，每一個孔直徑 爲0.199英吋’並且分佈在噴槍面上直徑爲2.75英吋之 圓上。此氧氣之流量在試驗時保持恆定，因爲氣態燃料之 流量被改變。噴槍亦有2英吋長之延伸部在其周圍，氣體 從噴槍噴出時用來保護氣體。共聚噴射具有超音速約爲 1 600 f p s。 由上述參數所建立之共聚噴射長度，在某一個氣態燃料 流量下，被測定並且結果被記錄下來。然後氣態燃料流量 被改變’亦即被改變到第·二氣態燃料流量，以及新長度， 即共聚噴射之第二長度被測量及記錄。結果被顯示在第5 圖中爲曲線A。在第5圖中，共聚噴射長度被測量在垂直 軸上’並且氣態燃料流量被測量置於水平軸。如曲線A所 不 n人可以增加氣態燃料流量，而增加共聚噴射長度， 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ------------^--------訂——-I——線1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) =:'慧財產局員工消費合作社印製 4 6 195 0 A7 B7 五、發明說明（γ ) 並且吾人亦可由減少氣態燃料流量，而減少共聚噴射長度 〇 在從0增加到5000CFH天然氣時（第5圖），共聚噴射長 度之增加起初很陡，然後成爲漸緩。從〇到1 OOOCFH天然 氣時，共聚噴射長度從9增加到2 8英吋，增加了 1 9英吋 (超過200%)。另外增加4000CFH天然氣時（從1 000到 5000CFH天然氣），共聚噴射長度從28英吋增加到46英吋 ，增加了 18英吋（約65%以上）。 第5圖亦顯示以本發明較佳實施例所得之結果，它亦被 用來顯示本發明沒有預期到的本性。上述之過程被重覆， 除了當氣態燃料流量被減少到少於5000CFH，並且惰性氣 體在此例中爲氮氣，被加入燃料中，使整個氣態燃料及惰 性氣體之總流量等於5000CFH。這組試驗之結果被顯示在 第5圖中爲曲線B。如圖中可看出，具有惰性氣體組成之 本發明操作之結果，與當惰性氣體不被使用時之結果相同 。此證明了由控制氣態燃料流量而操控共聚噴射之長度 ，不只是單純由靠近主氣流之流體流動流量改變造成之 物理效應，因爲當靠近主氣流之流體流動流量爲常數（曲 線B )時，可得到相同的控制。 第5圖之曲線B所顯示之結果，不僅用來證明本發明沒 有預期到之本性，而且亦用來提供本發明較佳實施例。在 低的氣態燃料流量時，燃料被噴射所用之孔可能會被堵塞 。使用惰性氣體組成時，可保持一個高的氣態燃料及惰性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨—- --------------—------訂.-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 461950 A7 ______B7 _ 五、發明說明（e ) 氣體之總流量，以防止任何堵塞之潛在性，如第5圖之試 驗所顯示者，而不須犧牲任何共聚噴射長度的控制。 任何適當數目之共聚噴射可被使用在本發明之應用中。 當多於一個之共聚噴射被用在工業應用時，本發明之方法 可被用來改變一或任何數目之共聚噴射的長度。例如，在 使用四個共聚噴射之基本氧氣爐中，所有噴槍之氣態燃料 流量可被改變，而同時地改變所有共聚噴射之長度。 使用本發明時，吾人可以很快且正確地改變共聚噴射長 度，而不須做任何設備改變，或改變組成共聚噴射之氣體 流量。雖然本發明在此參照某個較佳實施例而詳細說明， 熟於此技術者可了解，在申請專利範圍之精神及範圍內可 以有其他之實施例。例如，使用的氣態燃料爲一種霧化液 體時，亦可使用一種裝置以提供霧化氣體到燃料中。 元件符號說明 1 噴槍 2 中央通道 3,4 通道 5 噴槍面 7,8 噴嘴 9,10 環孔 11 噴嘴輸出開口 20 共聚噴射 21 延伸部 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------1 --------訂------I I I » (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 461950 A7 五、發明說明（9 ) 22 空間 23 火燄包封 50 噴嘴開口 - r ------------- 裝--------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇χ 297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 461950 夂、申請專利範圍 1 .—種用來改變共聚噴射長度之方法’包括： (A )提供一個主氣流中之主氣體流量’以第一氣體燃料 流量提供氣體燃料，並且使氣體燃料與氧化劑燃燒 ，以形成與主氣流共軸之火燄包封’以形成具有第 一長度之共聚噴射；隨後 (B)提供一個主氣流中之主氣體流量’以不同於該第一 氣體燃料流量之第二氣體燃料流量提供氣體燃料， 並且使氣體燃料與氧化劑燃燒，以形成與主氣流共 軸之火燄包封，以形成不同於該第一長度而具有第 二長度之共聚噴射。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中第二氣體燃料流量 大於第一氣體燃料流量，並且第二長度大於第一長度。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中第二氣體燃料流量 小於第一氣體燃料流量，並且第二長度小於第一長度。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中主氣體是氣態氧。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中惰性氣體被加入到 在第二氣體燃料流量下之氣態燃料中。 6 .如申請專利範圍第5項之方法，其中惰性氣體是氮氣。 7 .如申請專利範圍第5項之方法，其中惰性氣體是以一個 惰性氣體流量下被提供，使惰性氣體流量及第二氣體燃 料流量之總合實質上等於第一氣體燃料流量。 8 .如申請專利範圍第1項之方法，其中在第一惰性氣體流 量下之惰性氣體被加入到第一氣體燃料流量下之氣態 -1 2 - 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 經濟部智慧財/i^SK工消費合作杜印製 AB,CD

   461950 六、申請專利範圍 燃料中，並且在第二惰性氣體流量下之惰性氣體被加入 到第二氣體燃料流量下之氣態燃料中。 9.如申請專利範圍第丨項之方法’其中多個共聚噴射被使 用’並且每一個共聚噴射之氣體燃料流量被改變，而使 該每一個共聚噴射之長度被改變。 1 〇 .如申請專利範圍第1項之方法’其中與氣態燃料燃燒 而形成火燄包封用之氧化劑’在步驟（A )時以〜個流量 被提供，它實質上與在步驟（B )時被提供之流缰相同。 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 炉： 、11 線 經濟部智慧財"局员工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公嫠） -13-