TW497991B - A method and apparatus for establishing a single coherent jet from a plurality of gas streams - Google Patents

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497991 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（I ) 發明之領域 本發明一般係關於一種氣體流動。本發明使超過一種之 氣流從單一噴槍流出，而使氣流會聚並且形成單一內聚性 的之噴射。 先前技術說明 經常希望能建立一種氣體流動。例如，因爲一或多種理 由，氣體流動須要被噴入液體中。反應性氣體可被噴入液 體中，以跟液體中之一或多種成分反應。例如，氧氣噴入 熔融之鐵中與碳反應，而使鐵去碳，並且提供熱到熔融之 鐵中。爲了精鍊目的，氧氣可被噴入其它之熔融金屬中如 銅，鉛及鋅，或者噴入水性液體或碳氫液體中，以進行氧 化作用。非氧化氣體，如惰性氣體亦可被噴入液體中以攪 動液體，例如可促進較佳之溫度分布，或者促進液體中較 佳之成分分配。 經常希望在一種操作中使用超過一種之氣流。例如，如 氧氣之氧化劑氣流，以及一種如天然氣之燃料氣流，可被 提供到反應空間中或進入液體中，其中它們可燃燒而產生 熱。雖然氧化劑及燃料可由一個單一混合氣流之提供裝置 所提供，但是一般爲了安全理由較不被採用。 多種氣流可聚集並且相互反應。特別是氣流形成一種如 上述之情況中之可燃燒混合物，所希望者爲它們從提供裝 置通過一段相當之距離之後。再者，假如從多種氣流之氣 體在液體，如熔融金屬或水性液體中相互反應，所希望者 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --·---------裝--------訂---------線 (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 497991 A7 一 B7 五、發明說明（\) 爲氣體穿入液體中很深，以增進其相互反應之效果。 從而，本發明之一個目的在提供一種系統，使多種氣流 之氣體可從該多種氣流被提供之裝置上通過一個長的距 離。 本發明之另一目的在在提供一種系統，使多.種氣流之氣 體在從該多種氣流被提供之裝置被通過一個長的距離之 後，有效地進入一種液體中。 發明之扼要說明 上述及其他目的在熟於此技術者可很明顯地了解，可由 本發明達成，本發明之一個方面爲： 從多種氣流建立單一內聚性的氣體噴射之方法，包括： (A) 提供一種噴槍，它具有一個軸心，並且有一個末端具 有多個噴嘴，每一個該噴嘴有一個輸出開口供氣體從噴 嘴通過； (B) 使每一個噴嘴輸出開口之噴射中之氣體通過，並且形 成多個最初內聚性的氣體噴射，每一個從噴嘴輸出開口 流出之最初內聚性的氣體噴射，是以對噴槍軸心成內向 角而流出；. (C) 使從噴槍末端出來之至少一種氣流中之燃料及氧化劑 通過，並且使該燃料及該氧化劑燃燒，以從多個最初內 聚性的氣體噴射周圍形成一火焰層； (D )使多個最初內聚性的氣體噴射流在一起，並且從多個 最初內聚性的氣體噴射形成單一內聚性的氣體噴射； -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝---I---—訂 --------線 (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 497991 A7 B7 五、發明說明（2> ) (E)使火焰層從最初內聚性的氣體噴射周圍延伸’而到單 一內聚性的氣體噴射周圍。 本發明之另一方面爲： 從多種氣流建立單一內聚性的氣體噴射之裝置’該裝置 包括有一種噴槍，它具有一個軸心’並且有一個末端具有 多個噴嘴，每一個該噴嘴之軸心對噴槍軸心成內向角，以 及使燃料及氧化劑中至少一個從噴槍周圍通過到該多個 噴嘴之裝置。 在此所用之術語”annul a r”（環狀）其意爲環（ring)之形 狀。 在此所用之術語”火焰層”意指同軸地在至少一個其他氣 流周圍之燃燒流。_ 在此所用之術語”內聚性的氣體噴射”意即直徑實質上維 持恆定之氣流。 在此所用之術語”長度”，當指稱氣體噴射時，意指從氣 體噴射形成時，到氣體噴射所要之衝擊點之間的距離。 圖示之簡單說明 第1圖是使用在本發明應用中噴槍之末端或尖端部之一 個較佳實施例的橫剖面圖； 第2圖顯示在第1圖中操作的噴槍之末端的橫剖面圖； 第3圖顯示在第1圖中具有四個噴嘴成圓形配置的噴槍 之末端的頭部； 第4圖顯示在第1圖中具有二個噴嘴的噴槍之末端的頭 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） f I--------^---I!篇.^ --------^ AW (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 497991 A7 B7 五、發明說明（今） 部； 第5及6圖顯示從使用本發明所達成之試驗結果之圖形 表示圖。 圖中之符號對共用元件均相同。 本發明較佳實施例之詳細說明 本發明將參照附圖說明。噴槍1有一個末端或尖端部2 容納有多個噴嘴3。第1及2圖顯示本發明較佳實施例， 其中每一個噴嘴爲會聚/發散式之噴嘴。每一個噴嘴3有 輸入開口 4及輸出開口 5。最好如第1及2圖所示，噴嘴 .輸出開口與噴槍面齊平。最好噴嘴開口爲圓形，雖然可有 其他形狀，如橢圓形噴嘴開口可被使用。每一個輸入開口 4與一個氣體源相連通。第1圖所示之實施例中每一個輸 入開口 4與一個不同的氣體源相連通。例如，一個輸入開 口可與氧化劑源相連通，而另一個與燃料源相連通。或者 一或多個輸入開口 4與一個相同的氣體源相連通。使用在 本發明應用中從噴嘴噴射之氣體可爲空氣，氧氣，富含氧 空氣，氮，氬，二氧化碳，氫氣，氨氣，氣態碳氫化合物 ，其他氣態燃料及包括一或多種氣體之混合物。 如第1及2圖所示，噴嘴向著噴槍末端，其軸心或中心 線對噴槍之軸心或中心線成內向角A。角A可大到45度或 者更大’最好在0.5到2度之$e圍內。最好噴嘴之頸部直 徑從0.2到2 · 0英吋，並且輸出開口 5直徑在〇 . 3到3 . 〇 英吋。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） , ^rt--------訂---------線 (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 497991 A7 B7 五、發明說明（s) 氣體從每一個噴嘴輸出開口 5噴出’最好以超音速並且 在5 00到10，000英呎/秒（fPs )之範圍內，以形成多個氣 體噴射20 〇 噴槍末端亦有至少一個噴射裝置，最好爲一個環狀噴射 裝置，使至少一種氣流從噴嘴噴出，噴射裝置最好同心地 配置在多個氣體噴射之周圍。從噴射裝置出來的一或多個 氣流可爲任何有效之形狀。當環狀噴射裝置被使用時，同 心之氣流最好包括有燃料及氧化劑之混合物。本發明之一 個實施例中，噴射裝置可以僅提供燃料，而燃料燃燒以形 成火焰層所需之氧化劑，可從含在燃料氣流中之空氣而來 。最好，如第1及2圖所示，噴槍末端有第一環狀噴射裝 置8及第二環狀噴射裝置9用來個別地從兩個同心氣流中 之噴槍通過燃料及氧化劑。槍噴槍末端亦最好有一個延伸 部30在其周圍。燃料可爲任何流體燃料，如甲烷，丙烷 ，天然氣，氫氣，焦炭爐氣，或油。氧化劑可爲一種流體 ，其氧氣濃度超過空氣中之氧氣濃度。最好氧化劑爲一種 流體，其氧氣濃度至少爲30摩爾百分比（mole percent) ，最好爲至少50摩爾百分比。較佳爲，當氧氣是從至少 一個噴嘴噴出之一種氣體時，燃料經由第一環狀噴射裝置 ，而氧化劑經由第二環狀噴射裝置而提供。當惰性氣體從 噴嘴噴出時，較佳爲氧化劑經由第一環狀噴射裝置，而燃 料經由第二環狀噴射裝置而提供。雖然環狀噴射裝置之一 或二者可在噴槍面7上形成連續環狀開口，燃料及氧化劑 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------^--------訂---------線 (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 497991 A7 __B7___ 五、發明說明（t) 可從此噴出，最好如第3及4圖所示，第一環狀噴射裝置 及第二環狀噴射裝置兩者形成一連串之個別開口，例如圓 形孔，兩個燃料及氧化劑之同心流被噴出。噴射裝置不須 要完全地在氣體噴射周圍提供燃料及氧化劑。 在噴槍端面之第一環狀噴射裝置形成一個環31在多個 噴嘴輸出開口，而在噴槍端面之第二環狀噴射裝置形成一 個環32在第一環狀噴射裝置。從第一及第二環狀噴射裝 置出來之燃料及氧化劑燃燒而形成一個火焰層21圍繞在 多個氣體噴射20周圍，然後會聚以形成單一內聚性的氣 體噴射35。最好氣體噴射35具有超音速，並且最好在整 個長度上均爲超音速。若燃料及氧化劑被噴入之環境不足 夠熱以自動將混合物點燃時，需要另外一個點火源來啓動 燃燒。最好火焰層以一個小於氣體噴射之速度移動，並且 一般以從300到1 000 fps範圍之速度移動。 試驗被執行，以使用圖中本發明之實施例來證明本發明 之有效性。對四個噴嘴之實施例而言，每一個噴嘴有一個 中心線與噴槍軸心成向內1 . 5度角，並且噴槍面上噴嘴之 間的距離爲1 . 5英吋。使用第3圖四個噴嘴之實施例的結 果顯示於第5圖，而使用第4圖二個噴嘴之實施例的結果 顯示於第6圖。對二個噴嘴之實施例，每一個噴嘴有一個 中心線與噴槍軸心成向內2度角，並且噴槍面上噴嘴之間 的距離爲0.75英吋。每一個噴嘴爲一個會聚/發散式之噴 嘴，其頸部直徑爲〇 . 27英吋，而其輸出或出口直徑爲0 . 39 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ---I--Awl in —---111---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 497991 A7 ____B7_ 五、發明說明（Γ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 英吋。氧氣經由每一個噴嘴以1〇，000立方英呎/小時（CFH) 之流量，在噴嘴上游爲150磅/平方英吋壓力計（psig)供 應壓力下被提供，以形成二或四個內聚性的氣體噴射，每 一個具有約1 700 fps之超音速。火焰層被從噴槍面上噴嘴 周圍之兩個孔環之流動之天然氣及氧氣所提供。天然氣在 5000 CFH之流量下經由內孔環（16孔，每一個孔直徑爲 0.154英吋，在四個噴嘴之實施例中爲在2.5英吋直徑之 圓上，在二個噴嘴之實施例爲2英吋直徑之圓上）而被供 應，並且氧氣在4000 CFH之流量下經由外孔環（16孔，每 一個孔直徑爲0.199英吋，在四個噴嘴之實施例中爲在3 英吋直徑之圓上，在二個噴嘴之實施例爲2.75英吋直徑 之圓上）而被供應。流量爲常溫常壓下以（CFH)立方英呎/ 小時表示。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對第3圖之實施例中從噴槍面算起21.25及36英吋，以 及對第4圖之實施例從噴槍面算起27英吋之速度曲線圖 形被顯示在第5圖中。曲線圖形是在軸心處垂直於噴槍面 之平面（在第3及4圖中爲AA)，以及垂直於噴槍面及平面 AA兩者之平面（顯示在第4圖爲BB)。當最初內聚性噴射 相互作用時，它們形成單一內聚性的氣體噴射。在四個噴 嘴之實施例中，顯示有從噴槍面算起21.25英吋各個內聚 性噴射，以及從噴槍面算起36英吋之單一內聚性噴射（第 5圖）。在二個噴嘴之實施例，從噴槍面算起27英吋之單 一噴射（第6圖）衡剖面主要爲圓形。從兩個會聚性噴射形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497991 A7 B7 五、發明說明（8) 成的單一噴射爲從噴槍面算起27英吋處之內聚，在噴射 核心處爲超音速。 本發明可被用來，如提供氧氣及天然氣用來有效地加熱 熔融浴。一或多個最初之噴射可爲天然氣，並且一或多個 最初之噴射可爲氧氣。噴射可合倂形成含有氧氣及天然氣 之單一內聚性的噴射。此單一內聚性的噴射會朝向一個熔 融浴。因爲在合倂之前及後，噴射均爲內聚性，從最初噴 射之氣體混合及燃燒爲很小，直到單一內聚性的噴射穿入 金屬浴爲止。在熔融金屬浴中，天然氣及氧氣會混合及燃 燒。這是將熔融金屬浴加熱的很有效方式。從燃燒釋出之 熱會在很靠近金屬浴處產生，使燃燒所傳遞到金屬之熱會 很有效。 本發明可被用來，如提供粉末到熔融金屬浴中，其中粉 末被噴射在噴槍面及軸心，並且被提供進入熔融金屬浴做 爲產生之單一內聚性噴射的一部份。 雖然本發明在此參照某種較佳實施例加以敘述，熟於此 技術者可知，在申請專利範圍的精神及範圍內有其他實施 例。 元件符號對照表 1 噴槍 2 尖端部 3 噴嘴 4 輸入開口 -1 0- 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) 裝 ----訂---------線1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497991 A7 _B7 五、發明說明（9 ) 5 .輸出開口 7 噴槍面 8 第一環狀噴射裝置 9 第二環狀噴射裝置 30 延伸部 3 1 環 32 環 20 氣體噴射 21 火焰層 35 單一內聚性氣體噴射 36 單一內聚性噴射 (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（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 497991 1 , n修正 斜一月i]日、… 六、申請專利範圍 第89121445號「從多種氣體建立單一內聚性的氣體噴射之方 法與裝置」專利案 （91年6月修正） 六申請專利範圍 1· 一種從多種氣體建立單一內聚性的氣體噴射之方法，包 括： (A) 提供一種噴槍，它具有一個軸心，並且有一個末端具 有多個噴嘴，每一個該噴嘴有一個輸出開口供氣體從 噴嘴通過； (B) 使每一個噴嘴輸出開口之噴射中之氣體通過，並且形 成多個最初內聚性的氣體噴射，每一個從噴嘴輸出開 口流出之最初內聚性的氣體噴射，是以對噴槍軸心成 內向角而流出； (C) 使從噴槍末端出來之至少一種氣流中之燃料及氧化劑 通過，並且使該燃料及該氧化劑燃燒，以從多個最初 內聚性的氣體噴射周圍形成一火焰層； (D) 使多個最初內聚性的氣體噴射流在一起，並且從多個 最初內聚性的氣體噴射形成單一內聚性的氣體噴射； (E) 使火焰層從最初內聚性的氣體噴射周圍延伸，而到單 一內聚性的氣體噴射周圍。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中燃料及氧化劑各從 噴槍在兩個同心氣流中通過，並且到多個最初內聚性的 氣體噴射周圍。 3.如申請專利範圍第1項之方法，其中每一個最初內聚性 的氣體噴射爲超音速。 六、申請專利範圍 4·如申請專利範圍第1項之方法，其中最終之單一內聚性 的氣體噴射爲超音速。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中至少多個最初內聚 性的氣體噴射中之一個包括有一種氣體，與包括至少多 個最初內聚性的氣體噴射中之另一個之氣體不同。 6· —種從多種氣體建立單一內聚性的氣體噴射之裝置，該 裝置包括有一種噴槍，它具有一個軸心，並且有一個末 端具有多個噴嘴，每一個該噴嘴之軸心對噴槍軸心成內 向角，以及使燃料及氧化劑中至少一個從噴槍周圍通過 到該多個噴嘴之裝置。 7_如申請專利範圍第6項之裝置，具有從二到四個噴嘴。 8. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中用來使燃料及氧化 劑從噴槍周圍通過到多個噴嘴之裝置，包括用來使燃料 流動用之第一孔環在噴槍面上之噴嘴周圍，以及用來使 氧化劑流動用之第二孔環在噴嘴面上之第一孔環周圍。 9. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中用來使燃料及氧化 劑從噴槍周圍通過到多個噴嘴之裝置，包括用來使氧化 劑流動用之第一孔環在噴槍面上之噴嘴周圍，以及用來 使燃料流動用之第二孔環在噴嘴面上之第一孔環周圍。 10. 如申請專利範圍第6·項之裝置，包含有用來使燃料及氧 化劑從噴槍周圍通過到多個噴嘴之裝置。