浸没燃烧熔化器和用于其的燃烧器的制造方法
【专利说明】浸没燃烧膝化器和用于其的燃烧器
[0001] 本申请要求2013年6月13日提交的美国申请第61/834581号的优先权，其全文通过 引用结合于此。 技术背景
[0002] 在常规玻璃烙化器中，燃烧器位于烙化器中的玻璃材料(例如，玻璃批料材料和之 后烙化的玻璃材料，或者统称为"玻璃烙体"）的表面的上方，并且燃烧器被向下导向到玻璃 烙体的顶表面。为了增加玻璃烙化器的热效率，燃烧器还可位于玻璃烙体的表面的下方，并 且生火进入玻璃烙体中，在运种情况下，被称作浸没燃烧烙化或者浸没燃烧烙化器(SCM)。
[0003] 图1是常规SCM设备71的示意图，其具有含玻璃烙体的烙池74的烙化室72。参见图 1，烙化室72包括进料端口 76，用于将玻璃批料材料从漏斗75进料到烙化室72中。提供的批 料材料可W是液态、粒状或者粉末形式。烙化室72还包括排出端口 78,废气可W通过该排出 端口 78离开烙化室72。烙化设备71还可包括通过出口或者流动通道82与烙化室72相连的调 理室80。来自烙池74的烙融材料从烙化室72经由流动通道82流到调理室80,然后离开烙化 设备71。可W在烙化室72的底部壁88中形成一个或多个孔口86,由此燃烧器10可W将火焰 注入到玻璃烙体的烙池74中。在替代布置中，可W在烙化室72的一个或多个侧壁90中提供 孔口 86，和/或孔口 86可W相对于烙化室72的壁是垂直或者倾斜的。
[0004] 在SCM设备中，火焰和燃烧产物(例如，二氧化碳和水，仅举例而言）移动通过玻璃 烙体并与玻璃烙体直接接触，将热量直接转移到玻璃烙体，导致比常规玻璃烙体更为有效 的热传导到玻璃烙体。相比于常规玻璃烙化器，在SCM设备中，可W将来自燃烧的更多能量 传输到玻璃烙体。此外，在SCM设备中，移动通过玻璃烙体的火焰W及燃烧产物还可对玻璃 烙体进行揽动和混合，从而能够在不使用常规玻璃烙化器中通常需要的机械混合器的情况 下对玻璃烙体进行混合。在没有机械混合器(例如混合叶片）的帮助下，玻璃材料表面上存 在的燃烧器和火焰也不会使得常规玻璃烙化器中的玻璃烙体发生明显揽拌。在常规玻璃烙 化器中使用此类机械混合器是有问题的。例如，由于玻璃烙体的高溫和腐蚀特性的结果，玻 璃烙化器中的机械混合器具有短的使用寿命，并且其替换是昂贵的。随着常规玻璃烙化器 中的机械混合器的劣化，来自混合器的材料可能对玻璃烙体造成污染。
【发明内容】
[0005] 本发明一般地设及浸没燃烧烙化。更具体地，本发明设及用于浸没燃烧烙化的燃 烧器，其采用了产生炬状火焰的喷嘴。相比于不使用常规机械混合器的常规玻璃烙化器，根 据本发明的实施方式，示例性浸没燃烧烙化设备能够使得玻璃烙体在更小体积和更短时间 内发生烙化和均匀化。相比于常规玻璃烙化器，此类SCM设备的改善的热传输和较小的尺寸 还可降低能耗和资本成本。
[0006] -些实施方式包括用于浸没燃烧烙化器的燃烧器。燃烧器可W包括第一管和与第 一管同轴的第二管，所述第一管具有密封远端，所述第二管具有部分密封的远端，其具有开 口来接纳第一管，其中，在第一管和第二管之间限定了环状空间。燃烧器在第一管的密封远 端中还可包括第一气体端口（第一气体端口供给第一气体），燃烧器在第二管的远端中还可 包括第二气体端口（第二气体端口向环状空间供给第二气体），并且燃烧器在第一管和第二 管的近端包括喷嘴。喷嘴可W具有N个第一气体出口和Μ个第二气体出口，从而N个第一气体 出口将第一气体或第二气体供给进入到燃烧器外部的烙融玻璃环境，W及Μ个第二气体出 口将第二气体或第一气体供给进入到燃烧器外部的烙融玻璃环境，从而使得第一气体和第 二气体在烙融玻璃环境中混合在一起并燃烧。
[0007] 本发明的额外实施方式包括用于浸没燃烧烙化器的另一个燃烧器。燃烧器可W具 有第一管和与第一管同轴的第二管，所述第一管具有密封远端，所述第二管具有部分密封 的远端，其具有开口来接纳第一管，其中，在第一管和第二管之间限定了环状空间。燃烧器 在第一管的密封远端中还可包括第一气体端口（第一气体端口供给第一气体），燃烧器在第 二管的远端中还可包括第二气体端口（第二气体端口向环状空间供给第二气体），并且燃烧 器在第一管和第二管的近端包括喷嘴。示例性喷嘴可W包括一个或多个第一气体出口（用 于将燃料传递到烙融玻璃环境）W及一个或多个第二气体出口（用于将氧化剂传递到烙融 玻璃环境），其中，第一或第二气体出口中的至少一个相对于第一管的纵轴倾斜超过30°。
[0008] 本发明的其他实施方式包括用于浸没燃烧烙化器的额外燃烧器。该燃烧器可W包 括第一管和与第一管同轴的第二管，所述第一管具有密封远端，所述第二管具有部分密封 的远端，其具有开口来接纳第一管，其中，在第一管和第二管之间限定了环状空间。燃烧器 在第一管的密封远端中还可具有第一气体端口（第一气体端口供给第一气体），燃烧器在第 二管的远端中还可具有第二气体端口（第二气体端口向环状空间供给第二气体），并且燃烧 器在第一管和第二管的近端具有喷嘴。喷嘴可W具有第一组多个气体出口（用于将燃料传 递到烙融玻璃环境）W及第二组多个气体出口（用于将氧化剂传递到烙融玻璃环境），其中， 所述第一组多个气体出口中的每一个相对于第一管的纵轴倾斜超过30%并且所述第二组 多个气体出口中的每一个相对于第一管的纵轴倾斜超过30°。
[0009] 本发明的另一个实施方式提供浸没燃烧烙化器系统。系统可W包括烙化室(其具 有玻璃烙体的烙池）、用于将玻璃材料进料到烙化室中的进料端口、排出端口（废气可W通 过该排出端口离开烙化室）、通过出口通道与烙化室可操作地连接的调理室(从而来自烙池 的烙融材料从烙化室经由出口通道流到调理室，然后离开烙化设备及一个或多个燃烧 器(其限定在烙化室的壁中，将火焰注入到玻璃烙体的烙池中）。示例性燃烧器可W包括第 一管和与第一管同轴的第二管，所述第一管具有密封远端，所述第二管具有部分密封的远 端，其具有开口来接纳第一管，其中，在第一管和第二管之间限定了环状空间。燃烧器在第 一管的密封远端中还可包括第一气体端口（第一气体端口供给第一气体），燃烧器在第二管 的远端中还可包括第二气体端口（第二气体端口向环状空间供给第二气体），并且燃烧器在 第一管和第二管的近端包括喷嘴。示例性喷嘴可W包括第一组多个第一气体出口和第二组 多个第二气体出口，其中，所述多个第一气体出口供给第一或第二气体，所述多个第二气体 出口供给第二或第一气体，从而将第一和第二气体混合在一起，并且所述多个第一气体出 口或者多个第二气体出口中的至少一个相对于第一管的纵轴倾斜超过30°。
[0010] 本发明的一个实施方式提供用于浸没燃烧烙化系统的燃烧器机制或设备，所述浸 没燃烧烙化系统具有一系列发射燃料的孔，所述孔相对于竖直方向W-定的角度钻孔。燃 烧器还可包括另一组钻孔，使得氧气流撞击每一个燃料气体流，从而增强燃料与氧气的混 厶 1=1 ο
[0011] 本发明的额外实施方式提供了用于浸没燃烧烙化系统的燃烧器机制或设备，所述 浸没燃烧烙化系统具有孔，所述孔在表面处明显大于燃烧器内部的孔。在示例性实施方式 中，运些较小的孔可W限制气体(燃料或氧气）的流动，从而当气体抵达较大孔时，降低了其 速度。
[0012] 在本发明的另一个实施方式中，示例性燃烧器机制中的燃料和氧气孔可W被钻孔 成使得从其离开的气体发生撞击并汇聚，之后抵达燃烧器的表面，从而进一步增强燃料和 氧气的混合。
【附图说明】
[0013] 图1是常规浸没燃烧烙化系统的示意图。
[0014] 图2是根据本发明的一个实施方式，用于浸没燃烧烙化器的示例性燃烧器的截面 图。
[0015] 图3是根据本发明的另一个实施方式，用于浸没燃烧烙化器的示例性燃烧器的截 面图。
[0016] 图4是图3的燃烧器的喷嘴的透视图。
[0017] 图5是图4的喷嘴的俯视图。
[0018] 图6是图5的喷嘴沿线Α-Α的截面图。
[0019] 图7是根据本发明的另一个实施方式的示例性喷嘴的透视图。
[0020] 图8是图7的喷嘴的俯视图。
[0021] 图9是图8的喷嘴沿线Β-Β的截面图。
[0022] 图10是根据本发明主题内容的额外实施方式的示例性喷嘴的透视图。
[0023] 图11是图10的喷嘴的俯视图。
[0024] 图12是图11的喷嘴沿线C-C的截面图。
[0025] 图13是根据本发明的另一个实施方式的示例性喷嘴的透视图。
[0026] 图14是图13的喷嘴的侧视图。
[0027] 图15是图14的喷嘴沿线D-D的截面图。
[0028] 图16是图15的喷嘴沿线Ε-Ε的截面图。
[0029] 图17是根据本发明的另一个实施方式的示例性喷嘴的俯视图。
[0030] 图18是图17的喷嘴沿线F-F的截面图。
[0031] 图19是根据本发明的额外实施方式的示例性喷嘴的透视图。
[0032] 图20是图19的喷嘴的侧视图。
[0033] 图21是图20的喷嘴沿线G-G的截面图。
[0034] 图22是图21的喷嘴沿线Η-哺勺截面图。
[0035] 图23是图21的喷嘴沿线Ι-Ι的截面图。
[0036] 图24是图21的喷嘴沿线J-J的截面图。
[0037] 图25是根据本发明的另一个实施方式的示例性喷嘴的透视图。
[0038] 图26是图25的喷嘴的侧视图。
[0039] 图27是图26的喷嘴沿线Κ-Κ的截面图。
[0040] 图28是图26的喷嘴沿线kL的截面图。
[0041] 图29是图26的喷嘴沿线M-M的截面图。
[0042] 图30是图26的喷嘴沿线N-N的截面图。
【具体实施方式】
[0043] 参见附图，其中，相同元件具有相同附图标记W帮助理解本发明，描述了浸没燃烧 烙化器和用于其的燃烧器的各个实施方式。
[0044] 提供W下对本发明的描述，作为按其目前已知实施方式来掲示本
【发明内容】
。本领 域技术人员将会认识到，可W对本文所述的实施方式做出许多改变，同时仍能获得本发明 的有益结果。还显而易见的是，本发明所需的有益结果中的一部分可W通过选择本发明的 一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术人员会认识到，对本发明的许多更 改和修改都是可能的，在某些情况下甚至可能是理想的，并且是本发明的一部分。因此，提 供W下描述作为对本发明原理的说明，不构成对本发明的限制。
[0045] 本领域技术人员应理解的是，本文所述的示例性实施方式可W具有各种改进而不 背离本发明的精神和范围。因此，描述并不旨在也不应理解为限制于给出的例子，而是应该 具有所附权利要求及其等价形式所提供的完全保护宽度。此外，还可使用本发明的一些特 征，而相应地不使用其它特征。因此，提供前述示例或示意实施方式的描述，来显示本发明 的原理，而不构成其限制，且可包括对本发明的修改和置换。
[0046] 图2是根据本发明的一个实施方式，用于浸没燃烧烙化器（SCM)的燃烧器的截面 图。如图1所示，示例性SCM可W包括烙化室72,其具有玻璃烙体的烙池。该烙化室72可W包 括进料端口，用于将玻璃批料材料从漏斗进料到