JPS6029309B2

JPS6029309B2 - 火炎噴流方法及び装置

Info

Publication number: JPS6029309B2
Application number: JP15225181A
Authority: JP
Inventors: ジエ−ムズ・エイ・ブロウニング
Original assignee: BURAUNINGU ENG CORP
Current assignee: BURAUNINGU ENG CORP
Priority date: 1980-10-09
Filing date: 1981-09-28
Publication date: 1985-07-10
Also published as: JPS5794360A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は超高速溶融金属又はセラミック噴流システムに
関し、特に、非常な超音速において液体状の粒子の火炎
噴流を放射するための溶融噴流の温度と速度を増加する
ための方法及び装置に関するものである。

超高速火炎噴流を作り出すべく作動する内部バーナーを
有する火炎噴出装置を提供することが試みられてきた。

あるこのような超音速火炎噴出装置は１９６１年７月４
日に発行している。“処理すべき表面に高速流の衝突さ
れるための方法及び装置”と名付けられた本発明者の先
の米国特許第２９９０６５３号に示されている。この装
置は空冷の２重又は３重壁の円筒状の内部バーナーを有
し、この内側の空洞の形状が円筒状の燃焼室を形成する
。内側で燃焼する点の下流では、この燃焼室は直径が減
少する火炎噴出ノズルにより閉じている。このような金
属に対する超高速火炎噴流装置を提供する、さらに別の
試みとしては、手に負えないような金属を、高速火炎噴
流に粉体状あるいは小径の棒状にした固体で導き熱いガ
ス状の比較的低い運動量の噴流の主流を利用し、この主
流を温度より低い非常に高い運動量を有する第２のガス
状の噴流の中に溶融粒子を混合しかつ放出する装置が発
明された。

このタイプの装置及び方法は１９８位王５月２３日に出
願した本発明者の同時係属の米国特許出願第１５２９６
６号に示されており、“超高速２重流金属火炎噴流のた
めの方法及び装置”と名付けられている。本発明者のこ
の方法及び装置のさらに最近の米国特許出願では第１の
流れに酸素燃料火炎又は電気アーク発生プラズマを用い
る一方、第２の流れでは内部バーナー装置による高圧で
反応する空気燃料炎により発生する火炎流を用いている
。これらの２つの流れ合わせるにあたって、望ましくは
溶融粒子を第１の流れにより比較的低い速度ではあるが
比較的高温で運び、一方、超高速で被看される表面に対
して移動される溶融粒子に衝突する超高速噴流は内部バ
ーナーの燃焼室より排出される。この燃焼室では燃焼が
比較的高圧で行われている。第２の流れは主流を取り囲
む環状のノズルを通って導びかれる。さらに第１の流れ
と第２の流れはノズル構造を通って、加熱ガスによる第
２噴流により与えられた加速の下で超高速で飛遊する液
体粒子により被着さるべき基材に対する衝撃点へ放出さ
れる。本発明は酸素燃料による内部バーナーを用いるユ
ニークな方法とこれに対する装置に関し、金属、セラミ
ック物質及び加速溶融粒子を超高速で溶かすようにした
ものである。

特に本発明は内部バーナーで生ずる火炎の中に粉体や棒
状をした物質を導入する特別な方法や、被着されるべき
基材に対して細長いノズルの端において超高速で当てる
金属又はセラミック粒子の非常に長い流路を使用するも
のである。さらに、この物質は最大ノズルいまり部又は
のど部の前方の点で、ガス流に導入され、かくしてノズ
ル孔の中心を通る小径の円筒状心部に粒子流を閉じ込め
る。本発明の方法及び装置においては、液体金属又はセ
ラミックの小滴の流れはノズルいまり部の直径より１Ｍ
音以上の流路長をもつ小径ノズルを通すようにする。最
大粒子速度は酸素燃料による金属内部バーナーにより達
成される。前記バーナーは高圧で燃料を酸化剤と共に燃
焼する上流側の内部燃焼室と蓮適するノズルを有する。
熱い燃焼室生成ガスはこのノズルを通って排出する。金
属又は他の固体物質、例えばセラミック物質の棒状又は
粒状の流れはその後に溶融及び加速するため、熱いガス
の中に導びかれる。改良点は固体物質の導入点を延長さ
れたノズルのど部に又はのど部のすぐ上流に位置させた
点にある。小径の棒状をした固体物質はノズルのど部と
一直線上にあるノズルケーシング内のホールよりガス流
へ導入される。

内部バーナー燃焼室よりノズルのど部へ熱いガスの入口
流を供給するための手段が設けられている。このノズル
のど部は入口流の速度の半径方向の入口成分を有してお
り、この入口成分は粒子物質が使用されるとき粒子群よ
り成る柱の直径を制限する傾向があり、または固体物質
が小径の榛又は形態である場合、棒の周辺部への熱伝達
を最大にする。望ましくは、ノズル孔の長さは少なくと
もノズル孔の最４・直径の５倍が良い。加えて燃焼室内
の圧力は７印ＳＩＧ（約５．２７ｋ９ｗ／の）又はそれ
以上に維持すべきである。第１図から第３図を参照すれ
ば、断面図形式で少々図式的に、一つの実施例として本
発明の改良した火炎噴流装置の主要な要素が描かれてい
る。１で示された装置は、金属火炎噴流“銃”の形状を
取っており、１１で示されるねじ山をつけた円筒状の金
属ノズル挿入部材を有する本体１０より成っている。

この点に関して、縦断面図でＬ型形状をした本体１川ま
一端より内側に円筒状の孔４を有しており、この一端は
横断壁５の孔の端で終わっている。孔４の部分に４ａの
ようにねじ山をつける。さらに、断面がＴ型状をし半径
方向に拡大されたフランジ１１ａを有する挿入部材１１
は本体１０のねじ山４ａに合うように、１１ｂにねじ山
をつけ、そこで組み立てたときにかみ合せる。挿入部材
１１の端面１１ｃは火炎暖流を被覆されている基材に面
する。一方、反対側の端面１１ｄは第２図に明示する如
く孔の端面５に隣鼓する。本体１０はさらにノズル挿入
部材１１を有する部分に対して直角をなした部分内に円
筒状の空洞部を具え、この空洞部は細長い円筒状の高圧
燃焼室１２を形成しており、この燃焼室１２を夫々矢印
３１，３２で示されるように燃焼室に圧力供給される酸
素と燃料の高圧燃焼のための決められた容積を有してい
る。酸素供給管又はライン１４を本体１０の端１０ａ内
で円筒状のホール７の中に突入する。傾斜した酸素用通
路２３もあり、この通路は一端では燃焼室１２の内側に
閉口しており、池端では酸素供給管１４を有するホール
７に閉口している。第２のやや小径の燃料供給管１３は
酸素供給管１４に隣接する。前記供給管１３の端は円筒
状のホール６の中に密封してささえられる。燃料は燃流
入口管１３から燃焼室１２へ導びく小径の燃料通路２４
を通って送られる。通路２４は通路２３に対して反対向
きに鏡斜し、酸素供給通路２３の一端に隣接する燃焼室
の内側に開口する。燃料は液体か気体のどちらかの形態
であり、もし気体ならば燃料は相当な圧力のもとで燃焼
室１２へ供Ｖ給される酸素の中に吸い込まれ、それゆえ
粒子形態の燃料と空気との混合物を形成する。

燃焼は燃焼室１２内で点火手段例えば点火プラグ（図示
せず）により行なわれ、燃焼が燃料と空気の放出点すな
わち、第１図の燃焼室１２の上端で開始する。１５，１
６，１７，１８のような環状の通路は“銃”本体１０の
冷却を行なう、すなわち水や他の冷却媒体を種々の環状
の通路を通して循環させるのである。

さらに、２７，２８のような環状の通路をノズル挿入部
材の冷却のためノズル挿入部材の中に具える。火炎噴流
装置の外部温度を効果的に減ずるため通常図示しない環
状ループには上に示したように全ての通路に水を供給す
る。第３図に明示する如く、１９のような多くの煩斜し
たホール（図示の実施例では４つ）を本体１０の内に有
する。

孔４はノズル挿入部材１１を受入れ、前記ホールは端壁
５の下流の一点に向って収数している。これらのホール
１９は壁の５のロー９ａで開いている。上方の２つの傾
斜ホール１！９は直接燃焼室１２の下端に開いており、
一方、上向いかつ内側に傾斜する下方のホール１９はそ
の上流の端で一対の垂直孔２０により燃焼室１２に開い
ている。この孔２０は比較的小蚤の金属又はセラミック
粉供給孔２１より離れて両側に位置する。この供給孔２
１は孔４の端整５に開き、かつ粉体供給孔２１の開口を
取り囲む口１９ａの中心に開いている。この粉供給孔２
１は２８で端ぐりされ、さらに２９で端ぐりされた小径
の孔により形成される。端ぐり孔２９は粉体供給管２２
の突出端を受入れる。この粉体供給管２２は粉体供給孔
２１と端ぐり２８とを一直線をなして本体１０‘こ密封
して固定する。粉状の金属又はセラミック物質Ｍを粉体
供給孔２１に供給する手段（図示せず）を具える。ノズ
ル挿入部材１１は夫々収鍬部分２５ａと拡散部分２５ｂ
を具え、端１１ｄから端１１ｃまではどの部又はいまり
部２５ｃを有するベンチュリ型のノズル通路を形成する
。

こののど部又はいまり部２５ｃは、収鍬部分と拡散部分
２５ａ，２５ｂとが交叉して定められるような流路の最
も小さい部分である。第２図で矢印Ｊにより示される収
叙するガス噴流は、孔１９よりノズル１１に近づくにつ
れて、ノズル１１の最もいまられた部分又はのど部２５
ｃで半径方向内方の収数する単一の流れに結合する。粉
体供給孔の口又は端２１ａから出る粉体Ｍは半径方向内
方に吹き寄せられるか、すくなくとも粉体Ｍはノズル挿
入部材１１すなわちノズル挿入部材１１の収鰍部分２５
ａのベンチュリノズルの中を通っている高速ガスに入り
込むために拡がることはできない。このように粉体は孔
が最も小さい径の部分でも、すなわち、しぼり部２５ｃ
でもまた孔２５の他の部分でも孔２５の壁に触れること
はない。一つの試験としては、いまり部２５ｃの直径は
５／１６インチ（約７．９４側）であり孔２５の長さは
４インチ（約１０１．６脚）であった。ノズル挿入部材
にねじ山をつけることにより、かつ本体１０より離した
都材として形成することにより、損傷したときや、使用
中に磨滅したときや、金属火炎噴流“銃”のノズル部の
形状及び特性を変えるときに、ノズル挿入部材を交換す
ることができる。目視の観察によって、ノズル孔２５の
中心を通りかつ孔２５の表面より離れている高速噴流の
実質的に円筒状の心部２６が存在することが鱗った。こ
の円筒状の心部は直径がほぼ１／８インチ（約３．１８
肋）である。アルミニウムからタングステン一カーバイ
トーコバルト混合物までの範囲の粉体を用いた多くの広
範囲の作業の後でも、孔壁上に堆積物を作る粉体移動の
形跡は確認することができなかつた。特定の粉体を導び
〈技術を有する新しい方法及び装置による集中又は所謂
“フオーカシング”効果は直接、ガス流量に関するもの
として現われる。

このガス流量は、与えられたノズル挿入部材にとって燃
焼室１２で維持された圧力により表される。ノズル排出
口２５ｅの下流の基材（図示せず）上の噴流の彼着する
付着物の詳細な顕微鏡写真の研究は、燃焼室圧の加圧の
増加につれて密着度と彼着層の厚みの増加を示している
。燃焼室１２が約２０岬ＳＩＧ（約１４．０６ｋ９ｗ／
の）以上の圧力の場合この被着層は本発明による酸素燃
料内部バーナーに対するものよりほとんど１ケタ大きな
温度のガスにより作動するプラズマ噴流銃により被着さ
れた彼着層より優れている。このことにより、酸素燃料
システムで得られる大きな速度はより低い加熱ユニット
の小さな熱強度に打ち勝つのに充分な大きさ以上である
ことが角至る。２６で示す粒子を低い温度のガス中で溶
融させるために粒子の滞在時間を充分ならしめるために
は比較的長いノズル孔の経路長さが必要である。

必然的に、本発明による方法の下で操作する装置は粉体
であろうとも固体であろうとも被着する材料が燃焼生成
物がノズルの最も狭いいまり部を通る前に燃焼生成物の
収放流の中に導びかれることが必要である。

被着されている表面に対する超音速粒子衝撃速度を達成
するにはガス速度は極端に高くなければならない。この
検討のための超音速は周囲大気において毎秒約１２００
フィート（約３６５．７６の）である。

燃焼室では圧力は２００＄ＩＧ（約１４．０６ｋ９ｗ／
の）以上で、粒子は毎秒約２０００フィート（約６０９
．６ｍ）の速度で飛びまわっており、燃焼室１２の圧力
が５０位ＳＩＣ（約３５．１５ｋ９ｗ／地）では速度は
毎秒３０００フィート（約９１４．６ｍ）以上に上昇す
る。この速度は従来本発明者が達成した最も速い噴流衝
撃速度に関する経験の爆発式銃による噴流により記録さ
れた速度より速いものである。次に第４図に示す本発明
による第２実施例は第１図から第３図の粉体による実施
例とは異なり、火炎噴流されるべき固体物質の高速高温
燃焼生成物に供給される代替物質を含む。

しかしながら、本発明の第１実施例の主要な原理は榛や
線形の物質の霧吹きにも同様に作用する。簡略化して描
いた実施例において、図式的な“銃”４０は１つの脚部
の内に孔５２を具えた本体４１を有する。この孔は、い
まり部４８で孔の径の最も小さい部分の夫々下流と上流
に拡散部分４７ａと収鍬部分４７ｂを含む４７で示すベ
ンチユーＪノズル型の孔を有する円筒状のノズル挿入部
村４２を具える。本体４１もまた燃焼室４３を有し、こ
の燃焼室はほぼ垂直な本体部分を充分な高さに伸びてい
る。この円筒状燃焼室の底部の内に、本体４１は燃焼室
の軸線に対して直角をなした円錐状の突起４６を具える
。突起４６の中心に小径の孔５３を形成し、この円錐状
の突起４６はノズル挿入部材４２と同軸に一直線上に整
列する。円錐状の突起４６の頂点はノズル挿入部材４２
の内側の端４２ａから少し上流側で終了する。小径の孔
５３は細長い被着物質の綾または線を摺動可能に支持し
、この榛または線は、樺または線を間に挟んで対向する
モータ駆動ローラ４５によりベンチュリノズル４７に向
って確実に鞠給され、榛の端４４ａは充分ノズル孔の中
に突入している。ノズルの拡散部分４７ａは、溶けたと
きに榛または線４４の鋭く尖った終端４４ａから出る溶
けた薄膜を微細に噴霧化するために延在している。本発
明による第２実施例の操作は第１実施例と同じである。

圧力下において酸素を酸素供Ｖ給通路５３を通して燃焼
室４３に供Ｖ給し、一方、液体又はガス状の燃料は燃料
供給薄路５４を通って燃焼室に入る。酸素と燃料のなが
れは図のように矢印で示される。燃焼室４３内の圧力下
で、酸素及び燃料に点火する結果、高速燃焼生成物はノ
ズル孔のいまり部４８の上流側で線４４に接触する。

このことは熱伝達を最大限度にし、線の表面層が迅速に
溶融する。ノズルのど部又はいまり部４８と拡大された
ノズル孔４７の高い推進力は溶融薄膜が線の鋭くとがっ
た終端４４ａから出る時溶融薄膜の微細な贋霧化を確実
にする。４４で示す金属線のかわりにセラミック棒をま
ったく同様に用いて、同様に対向して設けたローラ４５
を駆動することにより供給してもよい。

金属線又はセラミック榛は細長いノズル孔の中でのど部
４８の上流側に円錐状の突起４６の小径の孔５３をこえ
て鋼線方向に突出しているが、この金属線又はセラミッ
ク棒がのど部４８の上流側で導入されること及び円錐状
の突起４６の存在及びこの突起がノズル孔４７の入口端
と一直線に整列していることによりガス噴流が収救する
ことに困って、超音速の高速ガス流中に浮遊した溶融粒
子は拡散部分４７ａの壁から充分離して維持され、金属
又はセラミックの溶融粒子は実質的に円筒状の心部５０
中のノズル挿入部の放出機から出ていく。これは第１図
から第３図の実施例の細長いノズル孔２５より出る溶融
粉体粒子に対応して直径を１／８インチ（約３．１８脚
）程度とすることができる。好適には、粉体や棒や固体
線の流れの導入点より先のノズル孔の長さは、少なくと
もノズル孔の最小直径の、すなわち、ノズル孔ののど部
又は最小いまり部の直径の５倍とすべきである。加えて
、燃焼室内の圧力は１５舵ＳＩＧ（約１０．５５ｋｇｗ
／ｃ虎）かまたは両実施例よりも高く維持する。次の第
５図に示す方向のさらに別の実施例においては、ノズル
６０で示される超音速火炎噴流装置の、これに隣接した
部分のみを示す。

この実施例では、燃焼室（図示しない）より放射する熱
いガス流の回転成分が、熱いガス流が火炎噴流装置６０
のノズル孔を高速で通過する金属粒子に接触する点で、
除かれるときに最適の条件が得られる第５図の実施例に
関しては、第１図、第２図及び第３図の実施例と同様な
要素は同様な符号を付ける。複数のホール１９は延長し
たノズル通路の閥線に沿って収轍し、このノズル通路は
ねじ山をつけた円筒状金属ノズル挿入部材により形成さ
れ、１１で示された噴流装置のため２５で示した孔を供
する。最適な性能のためホール１９は孔２５のノズル孔
の軸線に対して共選な平面上になければならない。この
結果、孔の轍線に対して半径方向の方向成分はない。ま
た、孔２５を通る全体の流れには、接線方向の渦巻く成
分がない。これらの条件の下で粒子がノズル壁に堆積す
ることなく／ズル長を最大にすることは可能である。９
インチ（約２２５．６雌）ノズル長ではまつすぐな孔（
ベンチュリ拡張部はない）を用いて、第１図〜第３図全
ての実施例で前述したように満足いくよう作動する。

孔２５については、収数する入口部分２５ａによって供
されるのど部の下流側の主要部分２５ｂの直径は５／１
６インチ（約７．９４柵）である。このようにほぼ３伍
対１である長さ対直径の比は第５図の実施例において得
られる。粒子はノズル部分２５ｂと２５ａの全長にわた
ってノズル孔の壁より離れて位置するという動作原理は
良く解るけれども、ある限界値までノズル長を増加する
ことは、本発明方法によって本発明装置を使用して得ら
れる超音速火炎噴流装置の効率を最高にするため非常に
重要である。

このようなパラメータおよびその批評はさらに第６図及
び第７図を参照することにより理解することができる。
第５図に示す延長した孔の長さを有するノズル挿入部材
を具えた典型的なノズルは収数部分２５ａを有する。

この収鉄部分は円錐状で、孔２５の延長部分２５ｂとノ
ズル孔ののど部を形成する直径の一定な部分と交叉する
。収鉄部分の壁２５ａは火炎オリフイス又はホール１９
を有する部分の外壁部に形成された円周から始まってい
る。図示したように、キャリャガス流中の粉体はのど部
上流側に開□しかつ前記孔と同軸の中心通路２１を経て
／ズル孔の収敏部分に入る。第６図はガスの温度の履歴
を線６２で、そして夫々ノズルを通ってくる鉄粒子、ア
ルミニウム粒子の場合には線６４，６６で描いてある。

すなわち線６２で熱いガスの温度を示し、夫々線６４と
６６で夫々鉄とアルミニウムの粒子温度を示す。プロパ
ン酸素火炎では燃焼生成物はノズル孔２５の入口でほぼ
５４０００Ｆ（約２７４６．がｏ）である。ノズル孔に
沿ってこれらのガスの温度勾配は最初は解離した成分の
再結合のため低い。充分再結合すると、前記勾配は増加
する。火炎ガスからの熱はノズル本体の壁と低い温度の
粒子に伝わる。一例としては、鉄粒子はノズル孔に約７
ぴＦ（約２ｕ℃）で入る。

最初鉄粒子の温度は強烈な解離域内で急激に増大する。
粒子の温度が融解点ＡＦＥに達した時粒子はその温度を
一定に２８０２０Ｆ（約１５３８．９ｑｏ）に維持する
。この一定温度は粒子が点ＢＦ８で溶融するまで生ずる
。ＢＦＥをこせば、溶融金属は再び実線により描かれる
ように温度を上げる。従ってＢＦ８は鉄の溶融点である
。点線６６は点ＡＡ，とＢ＾，とを含み、より低い溶融
温度粒子、例えばアルミニウムの場合に得られる重要な
温度の違いを示す。一旦粒子がその溶融点に到達すると
、最初の一定温度が得られ、その溶融点は粒子が完全に
溶融するまで続く。粒子がノズル孔を進むにつれて、粒
子の温度はほとんど増加する。夫々鉄とアルミニウムに
ついての実線及び点線で示す曲線は類似した形である。
次に第７図に関しては、第６図が温度対距離の関係の線
図であるのに対し、第７図は速度対距離の関係の線図で
ある。

第７図中線６８は高温ガス速度を示し、線７０は粒子速
度を示す。第７図は線６８において、ノズル孔を通る粒
子にとってガス速度が温度の損失と共に一様な減少を示
している。点から点への速度の値は、特定の温度のガス
においては音速の値である。不足膨張枕態でノズルを出
れば、大気へのガスの自由膨脹が速度を非常に急激に増
大せしめる。粒子を加速する目的の場合、最的条件はノ
ズルのど部にあり、５図の場合、この条件は長い一定直
径の孔部分２５ｂ全体に備わっている。

それゆえ長いまつすぐなノズルは線７０で見られるよう
に、ガス速度を最大とするよう設計された拡散ノズルよ
りもっと遠く粒子を加速する。一方、拡散ノズルは粒子
が壁に到達するように進まなければならないように通路
の半径方向長さを増大させる。明らかな如く、まつすぐ
な又は一定の直径の孔のノズルはまつ先に“語る”だろ
う。第５図の粒子により包まれた心部２６は長い／ズル
を通る粒子通路の１つの理論を示している。

勿論粒子に対して半径方向の速度を与える粒子速度にお
いては、局部的な乱れが生じるであろう。もし藤線方向
の速度がその半径方向の成分より充分大きいならば、そ
の粒子はノズル孔半径に相当する半径方向運動をする前
に、ノズル通路より流出することができるだろう。それ
ゆえ粒子が通路又は孔２１から出てノズル挿入部材１１
の収数する孔部分２５ａに入る粒子の移動中に、孔壁は
衝撃を受けないだろう。この仮説は大多数の粒子にとっ
ては正しいかもしれない。

しかし、いくらかの粒子が孔部２５ｂ内でノズル壁に到
達することは可能である。衝突角度は軸線方向の速度が
大きいため、非常に小さいので、これら粒子はくつ付か
ない（従って栓を作り上げない）。加えて少なくとも第
６図の点ＢＦＥ及びＢ＾，範囲まで明らかな如く、これ
らの点はノズル挿入部材１１の孔２５の縦方向に対応し
て書かれており、特に粒子は、孔すなわち通路２１の端
から燃焼室より出る高温ガスまで固体粒子で導入される
場合には、可塑状態にある。すなわち、粒子は柔らかく
加熱されるが、液化に近いけれども液化されない。この
ように柔らかく加熱した、すなわち可塑性粒子は金属表
面に接触したとき金属表面から簡単にはね返る。分離し
た０部の流れであろうとも、粒子のはね返りの制御であ
ろうとも、実際には同様の結果が起こる。

／ズルに沿ってある距離だけ離れると、衝突する粒子の
堆積が結果として生ずる。このことは、衝突する粒子が
通路２１を通ってホール１９より放出する高速の収欽ガ
ス流の中への固体粒子の導入よりはむしろ固体榛の溶融
により生ずる場合には特に正しい。どちらの場合でもノ
ズル長さは堆積が起こる値よりも４・さし、値に制限さ
れねばならない。長いノズルを使うことの予想外の利益
は、噴射されるべき工作物に衝突する噴流ガスの温度を
低められたことである。

ノズルを長くするにつれ、この有害な加熱は少なくなる
。このことはこれらのガス解離点以下まで冷却される場
合には特に正しい。冷えた表面上で再結合する解離した
成分は巨大な熱源を与え、従って噴出点でかかる熱を散
らす手段を必要とする。上述の議論及び第６図と第７図
に示した図は与えられた物質と大きさの１つの粒子に関
するものである。

与えられた反応物質と流量については、最適なノズル長
さはテストにより決定するとよい。物質又は粒子サイズ
分布の変更は異なるノズル長さを必要とする。例えば第
６図のアルミニウミについて下方に描いた点線を参照す
ることにより、融点Ｂ＾，はノズル孔出口のはるか上流
側にくる。“詰まり”はこのように鉄及びその合金より
アルミニウムの方が早く起きる。アルミニウム用に長い
ノズル長が望まれる場合には、熱いガス温度曲線の減少
は溶融を遅らせる。

このことは酸素流に不活性ガスを希釈すること、例えば
流れ空気を加える等により達成される。より長いノズル
は孔の直径を増して使用しても可能である。同じ値の特
定の運動量を保つために、増加したりアクタンス流が孔
直径の増加を補償するのに重要である。加えて、溶融の
遅れは、孔２１を通して導入された物質が固体粒子形態
である場合には、平均粒子直径を増加することにより得
ることができる。要約すれば、本発明はノズル孔の長さ
対直径比を高くすることにより噴流粒子の加熱及び加速
を最大としている。

これらの比は、特に渦巻く成分を故意に最小とし又は除
去した場合に、円柱状の熱いガス流を用いることのみに
より可能である。高温セラミックを噴出するような場合
では、酸素燃料火炎は粒子を適当に溶融するのに十分熱
くないかもしれない。この場合、燃焼反応は流れガスを
電気的に加熱することにより置き換えなければならない
。粉体物質の代わりに線又は綾に用いるとき、すなわち
固体粒子形態で、第４図に描かれた形式及び方法の場合
、棒はその表面上に液化した薄膜が形成するまで温度上
昇を始める。

熱い高速ガスはノズル孔に沿って鱗線方向に縦に通って
いる棒の先端よりこの薄膜を吹き飛ばす。かくして、各
粒子はこの薄膜を粉砕し、溶融する。粒子が孔の壁に衝
突して堆積する仕方は粉体粒子の状態で生ずるような可
塑性の粒子よりも充分液化した物質の衝突である。この
ように線及び榛に対する最大ノズル長は熱い超音速ガス
流へ粉体物質を導入するときのノズル長より短か〈でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高濃縮超音速液体物質火炎噴流装
置の一実施例を示す縦断面図、第２図は第１図の装置の
ベンチュリノズルのど部の拡大図、第３図は線ｍ−ｍ上
で取った第１図の装置の部分横断面図、第４図は第１図
から第３図に示したものに類似した超音速液体物質火炎
噴流装置で、棒の供鎌舎を利用した本発明の第２実施例
の縦断面図、第５図は本発明によるさらに他の実施例の
超音速液体物質火炎噴流装置の一部を形成するノズルの
縦断面図、第６図は典型的な使用のもとで、第５図のノ
ズルの孔を通ってくるキャリヤガス、鉄、アルミニウム
粒子の熱いガスと金属粒子の温度対距離の関係を示す線
図、第７図は第５図の実施例のノズルを通過する間の距
離に対する熱いガス及び粒子速度の関係を示す線図であ
る。１・・・火炎噴流装置、４・・・孔、４ａ・・・ねじ山
、５・・・側壁及び端面、６，７，１９・・・ホール、
１０・・・本体、１０ａ・・・端、１１・・・ノズル挿
入部材、１１ａ…フランジ、１１ｂ…ねじ山、１１ｃ…
端面、１２・・・高圧燃焼室、１３・・・燃料供給管、
１４…酸素供給管又はライン、１５，１６，１７，１８
・・・環状の通路、１９ａ・・・口、２０・・・孔、２
１・・・粉体供給孔、２１ａ・・・口又は端、Ｍ・・・
供給又はセラミック物質、２２・・・粉体供給管、２３
・・・酸素供給通路、２４・・・燃料通路、２５・・・
孔、２５ａ・・・収数部分又は入口部分、２５ｂ・・・
拡散部分又は主要部分、２５ｃ・・・おど部又はいまり
部、２５ｃ・・・ノズル排出口、Ｊ・・・矢印、２７，
２８・・・環状の通路、２８，２９…端ぐり又は端ぐり
孔、３１，３２…矢印、４０・・・銃、４１・・・本体
、４２・・・ノズル挿入部材、４２ａ・・・端、４３・
・・燃焼室、４５・・・駆動ローラ、４６・・・円錐状
の突起、４７・・・ベンチュリノズル又はノズル孔、４
７ａ・・・拡散部分、４７ｂ・・・収数部分、４８・・
・いまり部又はのど部、５０・・・′○部、５２，５３
・・・孔、５３′・・・酸素供給通路、５４・・・燃料
供給通路、６０・・・超音速火炎噴流装置、６２・・・
熱いガスの温度を示す線、６４…鉄粒子の温度を示す線
、６６・・・アルミニウム粒子の温度を示す線、６８・
・・高温ガス速度を示す線、７０・・・粒子速度を示す
線。ＦＩＧ！ＦＩＧ２ＦＩＧ３ＦＩＧ４ＦＩＧ５ＦＩＧ６ＦＩＧ７

Claims

【特許請求の範囲】１実質的に閉鎖された内部バーナー燃焼室内に入れら
れた酸素燃料混合物の連続した流れを圧力下で連続的に
燃焼し、熱い燃焼生成ガスを高速の熱いガス流として、
最小直径のノズル孔のど部に通じる収斂する入口部分を
もちかつノズル出口孔を通つて出るノズルを通して、燃
焼室から排出し、物質を高温熱軟化又は液化のために供
給しそしてノズルの排出端で前記ガス流の経路に置かれ
た表面に高速度で噴出する工程を具えた火炎噴流方法に
おいて、前記物質を供給する工程は、前記物質を固体形
態で前記燃焼室の外部に、燃焼室から出た後の熱い燃焼
生成ガスの収斂する流れ内に軸線方向に導入する共に、
ノズル孔のと部直径の少なくとも５倍の長さのノズル孔
を通して出すさめに前記ノズルの前記収斂分に入れて、
ノズル孔を通る粒子の柱の直径を制限し、ノズル孔壁上
の粒子物質の堆積を阻止すると共に、前記表面への衝突
前に超音速の流れの熱軟化又は溶融を確実ならしめるこ
とを特徴とする火炎噴流方法。２特許請求の範囲第１項記載の火炎噴流方法において
、熱い燃焼生成ガスを燃焼室から、最小直径のノズル孔
のど部に通じる収斂する入口部分をもちかつノズル出口
孔を通つて出るノズルを通して、高速ガス流として排出
する工程は流れ膨脹ノズル孔を通るガス流の渦巻き速度
成分を最小限とする工程を含むことを特徴とする火炎噴
流方法。３特許請求の範囲第１項記載の火炎噴流方法において
、熱い燃焼生成ガスを燃焼室から、最小直径のノズル孔
のど部に通じる収斂ずる入口部分をもちかつノズル出口
孔を通つて出るノズルを通して、高速ガス流として排出
する工程は、前記ガスをして、熱いガス流の温度がこの
ガス流の解離温度以下に減ずる程のノズル孔の長さにわ
たつて前記ノズル孔を通過せしめることを含むことを特
徴とする火炎噴流方法。４特許請求の範囲第１項記載の火炎噴流方法において
、熱い燃焼生成ガスを燃焼室から、最小直径のノズル孔
のど部に通じる収斂する入口部分をもちかつノズル出口
孔を通つて出るノズルを通して、高速ガス流として排出
する工程は、前記熱い燃焼生成ガスをしてノズルを通過
せしめ、前記ノズルの長さは排出された粒子がまだ可塑
状態にある如き長さとすることを特徴とする火炎噴流方
法。５特許請求の範囲第１項記載の火炎噴流方法において
、不活性ガスを燃焼温度を減ずるために反応物に加える
工程を含むことを特徴とする火炎噴流方法。６特許請求の範囲第１項記載の火炎噴流方法において
、燃焼温度を減ずるため、及びノズル孔の出口端の上流
でノズル孔上の熱軟化又は溶融物粒子によりノズル孔が
詰まるのを防ぐために、圧搾空気に含めた不活性ガスを
供給するため、圧搾空気を反応物に加える工程を含むこ
とを特徴とする火炎噴流方法。７特許請求の範囲第１項記載の火炎噴流方法において
、前記固体物質を熱いガス流中に供給する工程は、ノズ
ル上流でノズル孔の軸線と整列した孔からノズル孔のど
部への熱いガスの入口流が半径方向の速度成分を有する
点から前記固体物質を導入する工程を含み、前記速度成
分は前記固体物質が粒子形態であるとき粒子の桂の直径
を制限する傾向をもちかつ固体物質が棒状であつて前記
孔を通してノズル孔の軸線中に突出するときに熱いガス
と棒の表層間の熱伝達を最大となすものとすることを特
徴とする火炎噴流方法。８特許請求の範囲第１項記載の火炎噴流方法において
、燃焼室内の圧力は少なくとも７５ＰＳＩＧ（約５．２
７ｋｇｗ／ｃｍ＾２）に維持することを特徴とする火炎
噴流方法。９噴流銃本体と、前記本体内の高圧の実質的に閉鎖さ
れた燃焼室と、前記室内で添加のために前記燃焼室を通
して高圧下で酸素燃料混合物を連続的に流す手段とを含
み、前記本体はその一端に燃焼排出通路手段の燃焼室生
成物を含み、前記本体はさらに前記燃焼室排出通路手段
の下流に細長いノズルを有し、前記ノズルはのど部に通
じる収斂する入口部分を含みかつ延長した長さの出口孔
部分をもち、前記孔は前記ノズル孔のど部の直径の少な
くとも５倍の長さをもち、前記燃焼室排出通路手段は燃
焼室からノズル入口孔部分の入口に出た後に排出する熱
い燃焼生成物の収斂する流れを運ぶ手段と、団体形態の
物質を燃焼室の外部で軸線方向に燃焼ガス内にその後の
軟化又は溶融及び加速のために導入する手段とを具え、
その際固体物質の導入点は前記ノズル孔の収斂する入口
部分への入口にあるかまたは前記入口部分内にあるもの
として、ノズル孔を通る粒子の柱の直径を制限しそして
ノズル孔壁上の粒子物質の堆積を阻止すると共に前記ガ
ス流内における粒子の滞在時間を十分ならしめてノズル
孔の排出端の下流で基体への粒子の衝突前に粒子の熱軟
化又は溶融を起こさせるようになしていることを特徴と
する高濃縮超音速物質火炎噴流装置。１０特許請求の範囲第９項記載の装置において、ノズ
ル孔の軸線と燃焼室の軸線はお互いにほぼ直角をなして
おり、前記燃焼室は端壁をもち、前記燃焼室排出通路手
段は複数の周囲方向で離隔した、傾斜した、前記燃焼室
端壁内の小直径の通路からなり、前記通路は一端がノズ
ル孔のど部の上流で前記ノズル孔の入口部分に開口した
他端が前記燃焼室に開口しており、固体物質を熱いガス
内に導入する手段は前記孔の軸線に向つて収斂する前記
周囲方向で離隔した、傾斜した通路内の中心に置かれた
前記本体内の小直径の物質供給通路からなり、前記物質
供給通路は前記ノズル孔と同軸であることを特徴とする
装置。１１特許請求の範囲第９項記載の装置において、前記
燃焼室は細長い円筒状燃焼室からなり、前記本体は前記
燃焼室の軸線とほぼ直角をなしかつ前記ノズル孔に向つ
て突出しかつそれと同軸になつている前記燃焼室内の円
錐状突出部を含み、前記円錐状突出部の先端は前記収斂
する入口部分で前記ノズルの端に隣接して終りかつ前記
ノズルと共に前記燃焼室排出通路手段を形成しており、
前記固体物質は細長いワイヤ又は棒からなり、前記円錐
状突出部は軸線方向に延在する小直径孔を含み、また前
記円錐状突出部の軸線方向孔を通して前記固体物質のワ
イヤ又は棒を確実に送る手段を含み、前記ワイヤ又は棒
は前記円錐状突出部の先端で前記ノズルのど部に開放し
ていることを特徴とする装置。１２特許請求の範囲第１０項記載の装置において、前
記複数の周囲方向で離隔した収斂する、燃焼室ガスをノ
ズル孔に供給する傾斜した小直径の通路はノズル孔を通
るガス流の渦巻き速度成分を最小限にするために前記ノ
ズル孔に入る接線方向の流れを除去する向きに向けられ
ていることを特徴とする装置。１３特許請求の範囲第１２項の記載の装置において、
前記複数の周囲方向で離隔した収斂する、傾斜した小直
径通路は前記ノズル孔の軸線と同平面であることを特徴
とする装置。１４特許請求の範囲第１３項記載の装置において、前
記ノズル孔の長さは粒子堆積が内部表面上に起こらない
如き最大長さとすることを特徴とする装置。１５特許請求の範囲第１３項記載の装置において、ノ
ズル孔は熱いガス流の温度がガス流の解離温度以下に減
ずる如き最小長さとすることを特徴とする装置。１６特許請求の範囲第１３項記載の装置において、ノ
ズル長は粒子速度がノズルの出口面で最大となるような
ノズル長とすることを特徴とする装置。１７特許請求の範囲第１３項記載の装置において、ノ
ズル長は粒子温度がノズルの出口面で最大となるような
ノズル長とすることを特徴とする装置。