TW572791B - Method and apparatus for producing a coherent jet using liquid fuel flame shroud - Google Patents

Method and apparatus for producing a coherent jet using liquid fuel flame shroud Download PDF

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Description

572791 ____B7_ 五、發明説明（彳） 技術部份 本發明一般係有闞一致噴射技術。 發明背景 近來在氣體動力方面之一重大進步爲一致噴射技術之 發展，此產生雷射狀氣體噴射，此能移行長距離，而仍保 持大致其所有初速，且其噴射直徑甚小增加。一致噴氣技 術之一非常重要之商業使用爲用以引進氣體於液體，諸如 熔化之金屬中，從而，氣體噴槍可距液體表面一大距離， 俾可安全操作且更有效操作，因爲較之普通作法（在此， 氣體大多偏向離開液體表面，且不進入液體中），更多氣 體穿透進入液體中。 在一致氣體噴射系統中，一或更多氣體噴射由火焰包 或火焰套包圍，俾維持來自注射噴槍之氣體噴射在長距離 上之一致性。火焰套由燃燒氧化劑及氣體燃料，諸如甲烷 或天然氣產生。在一些情形，可能需要使用液體燃料取代 氣體燃料，以產生火焰套。例如，在氧體燃料並非恆可經 常供應之地區，及/或氣體燃料之成本高於液體燃料之地 區，液體燃料可較氣體燃料爲宜。 不幸，液體燃料之直截取代氣體燃料於一致氣體噴射 系統中在一致.噴射上並不產生滿意之結果。 故此，本發明之目的在提供一種系統，用以產生一致 之氣體噴射，此能有效使用液體燃料來產生所需之火焰套 0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) '" .4 - _裝-- I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 572791 A7 B7 五、發明説明（2) ~ " 發明槪要...... 精於本藝之人士於閱讀本說明後，可明瞭之以上及其 他目的由本發明達成，其一方面爲： 一種用以產生一致氣體噴射之方法包括： (A) 自至少一噴嘴輸送至少一氣體噴射於一注射容積 中，置於一噴槍中之噴嘴具有一噴槍面，並在噴槍面處與 注射容積相通； (B) 輸送液體燃料於噴槍面之一凹口中，凹口圍繞噴 嘴; (C) 輸送動力氣體於凹口中，製造一液體燃料流於凹 口內，霧化液體燃料，並輸送霧化之液體燃自凹口至注射 .容積中，環繞氣體噴射；及 (D) 輸送氧化劑於注射容積中，並燃燒氧化劑及霧化 之液體燃料，以產生一火焰套圍繞該氣體噴射。 本發明之另一方面爲： 一種一致噴射噴槍裝置包含： (A) —噴槍，具有一噴槍面，並具有至少一噴嘴具有 一開口在噴槍面上； (B) —凹口，在噴槍面上，圍繞噴嘴開口； (C) 用以提供液體燃料於凹口中之裝置，及用以提供 動力氣體於凹口中之裝置，以霧化凹口內之液體燃料；及 (D) 用以在凹口之徑向外側位置自噴槍輸送氧化劑之 裝置。 ^氏張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X29*7公釐） - 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 572791 A7 B7 五、發明説明（3) 如此處所用，"噴槍面"一辭意爲鄰接一注射容積之 噴槍表面。 如此處所用，” 一致噴射"意爲一氣體噴射，此由自 噴嘴噴出之氣體構成，且此沿至少20d之長度上具有一速 度及動量，在此，d爲噴嘴之出口直徑，此與自噴嘴噴射 時之其速度及動量輪廓相似。說明一致噴射之另一方式爲 一氣體噴射，此在至少20d之距離上其直徑甚小或無改變 〇 如此處所用，"長度”一辭當指一致氣體噴射時，意 爲自氣體噴出之噴嘴至一致氣體噴射之預定撞擊點或氣體 噴射停止一致處之距離。 附圖簡述 圖1爲噴槍面之較宜實施例之前視圖，及圖2爲 具有可用以實施本發明之此噴槍面之噴槍之一較宜實施例 之斷面圖。 圖3顯示圖1及2所示之本發明之實施例在操作 中。圖中之編號對同一元件相同。 主要元件對照表 2 噴嘴. 3 噴槍 4 噴嘴開口 5 一致氣體噴射流 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 572791 A7 _____B7 五、發明説明（4 ) 6 噴槍面 7 注射容積. 8 延伸件 9再循環區 10 凹口 11液體燃料 12 液體燃料通道 13動力氣體 14 動力氣體通道 15 火焰包 16 副氧化劑提供裝置 詳細說明 參考附圖，詳細說明本發明。 現參考圖1，2， 及3，如流動箭頭1所示之氣體 通過噴嘴2，宜爲收歛/發散噴嘴，及然後通過噴槍面 6之噴嘴開口 4流出噴槍3， 以形成一致氣體噴射流5 於注射容積7中。氣體流之速度普通在每秒自700至 3000呎（fps)之範圍內。當自噴槍面噴出形成時，氣體流 之速度宜爲超音速，並在至少20d之距離中保持超音速。 雖附圖顯示使用自噴槍通過僅一噴嘴噴射僅一一致氣體噴 射，但在本發明之實施上，可自噴槍通過各別噴嘴噴出一 個以上之一致氣體噴射。當使用自噴槍噴出一個以上一致 氣體噴射時，此一致氣體噴射之數在自2至6之範圍內 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
572791 Μ _ Β7_ 五、發明説明（5) 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 可使用任何有效之氣體作爲形成本發明實施中之一致 氣體噴射。此等氣體可爲氧，氮，，二氧化碳，氫，氦 ，蒸汽，及碳氫化物氣體。而且，可使用包含二或更多氣 體之混合物，例如空氣作爲實施本發明之此氣體。 如顯示於附圖，噴槍3宜具有一延伸件8自噴槍3 伸出，以形成再循環區9於注射容積7內，用以接收來 自噴槍3之液體燃料及氣體。自噴槍3提供氣體沿軸向 進入再循環區9，以形成一致氣體噴射5。在圖3所示 之本發明之實施例中，提供氣體絕對對齊噴槍3之中心線 或主軸線。噴槍3之中心線或主軸線可由延伸氣體流箭頭 1於噴槍3之整個軸向長度上表示。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一凹口 10置於噴槍面上，圍繞噴嘴開口 4,如圖1 •所示，宜爲一圓完全包圍噴嘴開口 4。 液體燃料11，諸 如瀝青，焦油，任何及所有等級之燃料油，煤油，及噴射 燃料由至少一液體燃料通道12提供於凹口或槽10中。 通常使用1至16燃料通道，以提供液體燃料11於凹 口 10中。液體燃料通道可等間隔圍繞凹口 10。液體燃 料 Π大體以自每小時5至150加侖（gps)之範圍內 之總流率自通道1 2提供於凹口 10中。液體燃料可在大 致平行於噴槍.面之方向上自通道12提供於凹口 10中。 其中，大致平行意爲在絕對平行之正至負30度之範圍內。 然而，液體燃料可以任何有效之角度提供於凹口 1 〇中。 噴槍面6大體朝向大致垂直於噴槍3之中心軸線或主軸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -8 - 572791 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6) 線。 動力氣體13通過一或更多動力氣體通道14進入i 口 10中，如使用一個以上之動力氣體通道14，則此等 宜在凹口 10周圍等間隔處。動力氣體宜以充分之角度 提供於凹口中，以引起液體燃料在凹口內旋流。旋流用以 分佈液體燃料，並保持凹口無碳積聚。動力氣體亦用以霧 化液體燃料。動力氣體13普通自通道14以對凹口 10 之底壁之垂直線成0至60度範圍內之角度提供於凹口 10中。動力氣體13自通道以大體自每小時200至 4000 標準立方呎（scfh)之範圍內之總流率提供於凹口 10中。 雖可使用任何有效之氣體作爲本發明實施之動力氣體，但 該動力氣體宜爲氧化劑，諸如空氣，具有氧濃度超過空氣 之富氧空氣，或具有氧濃度至少爲90克分子百分率之商 業氧氣。動力氣體最宜爲具有氧濃度至少爲25克分子百 分率之氧化劑。其他氣體，諸如氮及蒸汽可用作動力氣體 。提供於凹口中之動力氣體之速度最宜爲音速。 由動力氣體提供於凹口中之角度所引起之液體燃料之 旋流宜用以霧化及大致均勻分佈液體燃料於凹口內。此加 強其後形成於氣體噴射周圍之火焰套或火焰包之完整性， 並用以減少或消除槽或凹口 10內之碳積聚，此積聚會降 低凹口之效力.。槽或凹口 10之深度普通在 0.25至 2 吋之範圍內。 液體燃料及動力氣體通過而進入注射容積7中，宜進 入注射容積7之再循環區9中，環繞，即圍繞氣體噴射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-9- 572791 A7 B7_ 五、發明説明（7) 5。在圖3所示之本發明之較宜實施例中，動力氣體爲 氧化劑，液體燃料及氧化劑動力氣體在再循環區9中燃燒 ，以形成火焰包15圍繞氣體噴射5。 噴槍延伸件8( 此普通自噴槍面6伸出1至10吋，以形成再循環區9) 之使用促進霧化液體燃料之氣化，及由氣化之液體燃料之 燃燒所形成之火焰包之穩定。 可爲空氣，富氧空氣，或商業氧氣之副或罩氧化劑通 過噴槍3上在凹口之徑向外側所設置之一或更多副氧化劑 提供裝置，自噴槍3噴出而進入注射容積7中，宜進 入注射容積7之再循環區9中。當使用延伸件8時， 延伸件8設置於凹口 10之徑向外側，且亦在副氧化劑提 供裝置16之徑向外側。副氧化劑普通以500至10,000 scfh之範圍內之流率噴出。副氧化劑與注射空間7中之 霧化液體燃料混合並燃燒，以形成一火焰包1 5圍繞注射 容積7(此普通爲爐區）內之氣體噴射5。圍繞氣體流 5之火焰包15用以保持注射容積氣體被拉進氣體流5 中，從而在至少20d之距離中，防氣體流5之速度大 幅降低，並防止氣體流5之直徑大幅增加。 使用與圖示相似之裝置，執行一連串測試。提出測試 條件及結果供圖解之用，且非意在限制。在每一測試中， 主氣體爲具有.99.5克分子.量百分率純度之商業氧氣，並 自收歛/發散噴嘴提供於再循環區中，噴嘴具有喉孔直徑 0.61吋及出口直徑0.81吋，流率爲36000scfh及速度爲 1 600fps。液體燃料爲2號燃料油，並通過8液體燃料通 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - -1, ί --- - m Γ 11 I I- I I * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 572791 A7 B7 五、發明説明（8) 道以35gph之流率提供於凹口中。動力氣體爲商業氧氣 ， 並經由與垂直線成3 〇度角度之8軌力氣體通道， 以1000至2000scfh之流率提供於凹口中。副氧化劑爲 商業氧氣，並經由噴槍面上35/16吋直徑圓上之16孔 以 1000至 6000scfh之流率提供於注射容積中。延伸件 具有內直徑爲3.5吋，並自噴槍面伸出6吋。在此等條 件下，所建立之一致噴射約爲45吋長度，此相當於使用 已知結構及相似條件，但使用天然氣來形成火焰包所建立 之一致噴射之長度。 雖已參考較宜實施例，詳細說明本發明，但精於本藝 之人士知道在申請專利之精神及範圍內，有其他本發明實 施例。 I------*---------丁 (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -11 -

Claims (1)

  1. 572791 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍1 1. 一種用以產生一致氣體噴射之方法，包括： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (A) 自至少一噴嘴輸送至少一氣.體噴射於一注射容積 中，置於一噴槍中之噴嘴具有一噴槍面，並在噴槍面處與 注射容積相通； (B) 輸送液體燃料於噴槍面上之一凹口中，凹口圍繞 噴嘴； (C) 輸送動力氣體於凹口中，製造一液體燃料流於凹 口內，霧化液體燃料，並自凹口輸送霧化之液體燃料於注 射容積中，環繞該氣體噴射；及 (D) 輸送氧化劑於注射容積中，並燃燒氧化劑及霧化 之液體燃料，以產生一火焰套圍繞該氣體噴射。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，動力 氣體包含氧。 3·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，自一 噴嘴提供一氣體噴射於注射容積中。 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，液體 燃料包含燃料油。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，以超 音速提供氣體噴射於注射容積中。 6.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在凹 口內之液體燃料流爲旋渦流。 7·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，以大 致與噴槍面平行之方向輸送液體燃料於凹口中。 8·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，以與 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12 - 8 88 8 ABCD 572791 t、申請專利範圍2 凹口之底面之垂直線成高至60度之角度提供動力氣體於 凹口中。 9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，以音 速提供動力氣體於凹口中。 10. —種一致噴射噴槍裝置，包含： (A) —噴槍，具有一噴槍面，並具有至少一噴嘴具有 一開口在噴槍面上； (B) —凹口，在噴槍面上，圍繞噴嘴開口； (C) 用以提供液體燃料於凹口中之裝置，及用以提供 動力氣體於凹口中之裝置，以霧化凹口內之液體燃料；及 (D) 用以在凹口之徑向外側位置自噴槍輸送氧化劑之： 裝置。 11. 如申請專利範圍第1〇項所述之噴槍裝置，其中 ，凹口完全圍繞噴嘴開口。 12. 如申請專利範圍第10項所述之噴槍裝置，其中 ， 凹口具有深度在0.25至2.0吋範圍內。 13. 如申請專利範圍第10項所述之噴槍裝置，其中 ，動力氣體提供裝置以與凹口之底面之垂直線成高至60 度之角度提供動力氣體於凹口中。 14. 如申請專利範圍第10項所述之噴槍裝置，另包 含一延伸件自噴槍面伸出，並置於噴槍上，在凹口之徑向 外側。 15. 如申請專利範圍第10項所述之噴槍裝置，其中 ，用以提供液體燃料於凹口中之裝置以大致與噴槍面平行 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 13- 572791 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 之方向提供液體燃料於凹口中 (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 -
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