用于高温燃烧应用的方法和装置的制作方法

专利名称：用于高温燃烧应用的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高温燃烧。特别是，本发明涉及使用在高温应用中的装置和其 方法，例如、炉子、发电站、瓷窑以及切割和焊接焊炬。尽管不是限制，本发 明发现对于手持切割和焊接焊炬特别有用，该切割和焊接焊炬由可燃烧气体提 供燃料。
背景技术：
在整个说明书中，除非相反表述，在引用或者讨论一篇文件、动作或者知 识的片段时，该对比文件或者讨论并不是承认，在优先权日，该文件、动作或 者知识的片段或者其任意组合是公开可获得的、对公众是已知的、作为^^知通 用知识的一部分、或者已知与试图解决该文件所关心的任何问题相关联。
用于气炬的现有装置主要是在室温简单混合氧化剂(通常是空气(或者氧 气))和然后将被点燃的燃料气体。对于相对低温应用(例如，用于从表面软
化和移除漆的热枪)，例如丙烷、丁烷的低分子重量碳氢气体被用作燃料；当 在例如切割金属(特别是钢)中需要更高的温度，前述的低分子重量碳氢化合 物并没有在足够高的温度上燃烧，且这样选择的燃料典型地是乙炔，该乙炔与 氧气而不是空气混合。
例如乙炔的高温燃料的缺点包括(i)其制造且这样购买就相对昂贵； (ii)在相对的高压下容纳该气体直到使用的该点就非常不便；以及(iii)在 使用中任何逃逸的未燃烧燃料对环境都是不友好的，因为该气体在空气中是起 反应的。
此外，由于这些燃料气体(低温或者高温)在压力下存储，燃料气体的连 续相对高的密度导致这些气体与氧化剂(空气或者氧气)在使用的临界点上的 不充分混合，且因此不能最大化从现有的装置可获得的最大燃烧温度。
这样，这将是有利的，如果通过使用更便宜、更环境友好的、低分子重量 碳氢化合物(例如丙烷和丁烷)可以获得所需的更高的温度。试图实现该优点的一个现有技术是在英国专利No.l,141,461中描述的装 置。用于焊接或者切割的该装置将预热的丙烷(或者丙烯)和氧气的混合物通 过燃烧器喷嘴的主体部分内的管道；用于预热的热^J然烧的燃冲+混合物所产生 的火焰来获得，该燃料混合物从沿着喷嘴的主体往回运行的喷嘴释放，该热量 由根据所需的温度要求各种镍涂层的主体部分的成分来确定。
但是，现有技术的装置存在这样的缺点，包括(a)需要确定镍涂层的合 适厚度，结果导致需要一系列的喷嘴来覆盖各种应用使用；(b)需要车加工来 产生中心孔、周向纵向通道和该装置的各种部件的向内弯曲的孔；(c)与燃料 气体结合，需要使用氧气而不是简单的空气；以及(d)燃烧过程发生在燃料 气体/氧化剂混合物从所述装置的排放点处，且这样由那燃烧过程所产生的显 著部分的热能耗散到外部环境，外部环境限制可获得的热能回返到室的内部， 以预热进入的燃料气体/氧化剂混合物，结果可以从燃料气体/氧化剂混合物可 获得的最大温度仍然受限。

发明内容
这样，本发明的总体目的在于克服、或者至少减轻该现有^^支术的一个或者 更多个缺点。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种这样类型的燃烧过程，其中燃 料气体与氧化剂气体混合，以形成后续点燃用于例如炉子、发电站、瓷窑以及
切割和焊接焊炬的高温应用中所使用的可燃混合物，其特征在于，从燃烧室之 内这样点燃的混合物的 一部分的燃点处所产生的热能被用于升高后续点燃的 所述混合物的燃烧温度。
在本发明的第一实施例中，所述可燃混合物设置在单流中。在该实施例中， 所述热能被传递给另一所述单流的预点燃所述混合物。
在本发明的第二实施例中，所述可燃混合物设置在多个流中。在该实施例
中，来自所述流中的一个的所述热能被传递给另 一所述流的预点燃所述混合物。
所述热能可以传递给所述燃料气体或者传递给所述氧化剂气体或者传递 给其组合。
优选地，所述燃料气体是低分子重量的碳氢化合物。
优选地，所述低分子重量的碳氬化合物选自包括丙烷和丁烷的组。可选地，所述燃料气体和/或所述氧化剂气体从加压源供给。 尽管不希望受理论限制，可以认为，在点燃之前，通过将热能传递给燃烧 室内的燃料气体和/或者氧化剂气体、特别是在所述气体中的一个或者二者从 加压源供给给燃烧室时，恰在点燃之前的后续混合物的密度被降低，这导致成 分气体的更均勻的混合，反过来，这也导致更有效的燃烧，且这样导致更高的 燃烧温度。
本发明的此前所描述的方法使用在需要高温的炉子、发电站、瓷窑以及切 割和焊接焊炬和其他应用中。
因此，作为本发明的第二方面，提供了一种用于例如炉子、发电站、资窑 以及切割和焊接焊炬等的高温应用中所使用的装置，在所述高温应用中，燃料 气体与氧化剂气体混合以形成后续被点燃的可燃混合物，其中在从所述装置的 燃烧室之内的这样点燃的所述混合物的一部分的燃点上所产生的热能i^用于 升高后续点燃的所述混合物的燃烧温度。
已经确定，通过使用此前所描述的装置所获得的更高的温度接近、处于或 者超过典型金属的熔点，所述典型金属需要在建造、工程或者其他工艺期间被 切割。在这些更高的温度上，出现在围绕将被切割的金属的空气中的氧气可以 与金属化学结合，氧化所述金属，然后氧化的产品流出切割。这样的方法通常 在现有技术中称为"氧气切割"。但是，现有技术的方法需要从切割焊炬的出口 喷嘴(电极)至将被切割的表面通过空气形成电弧。本发明不需要该电弧。
相应地，作为本发明的第三方面，提供了一种切割金属的方法，所述方法 包括使用如前所述的装置。
优选地，所述切割金属的方法包括 提供如前所述的装置； 点燃所述可燃混合物；以及
接着沿着将被切割的所需的金属线引导所述装置，足以沿着所述所需要的 线氧化所述金属。


现在将参照附图来描述本发明的优选实施例，其中
图1是根据本发明所构造的装置的第一实施例的分解视图2是添加了可选特征的图1的装置的剖视6图3是根据本发明构造的装置的第二实施例的剖视图； 图4是根据本发明构造的装置的第三实施例的剖视图； 图5是根据本发明构造的装置的第四实施例的剖视图； 图6是根据本发明构造的装置的第五实施例的剖视图；以及 图7是根据本发明构造的装置的第六实施例的剖视图。
具体实施例方式
参照图1,气焊焊炬1包括分别同心嵌套的第一、第二和第三中空管状主 体8、 9、 10。第一主体8具有围绕其周边靠近其入口端2的大体等距定位的 四个孔7。具有中心孔14的第一垫圈型端盖6具有大体上等于第二主体9的 外径的外径。具有中心孔15的第二垫圈型端盖11的外径大体上等于第三主体 10的外径。第一主体8的端部2和第二主体9的端部16被熔接到第一端盖6 的下表面。第三主体10的端盖17和第一主体8的端盖18熔4妄到第二端盖11 的上表面。第一、第二和第三主体8、 9、 IO的尺寸是这样的， 一旦该组件被 配合在一起(图2)，第二主体9的端部19从第二端盖11的上表面分开；第 三主体10的长度和其端部20的外径是这样的，第一环形空间21 (从俯视图 中观察)围绕第一端盖6的周边形成；以及第二主体9与第一主体8分开以形 成第二环形空间(22)(从俯视图中观察)。第一端盖6的孔14被攻丝以容纳 完全互补的带螺紋连接件5，所述带螺紋连接件5接着连接到燃料气体源、例 如丙烷气体加压汽缸(未示出)。
可选地(图2),中空管23适于通过第一端盖6进入第一主体8的内部以 终止在第二端盖11的上表面之前的较短距离处。所述管23连接到空气源，所 述空气源根据装置1的使用可以进行加压或者不进行加压。
在使用中(图2),例如丙烷的燃料气体被供给到第一主体8的内部。气 流在主体8的内部产生低压区域，这样周围的空气13通过环形空间21被吸入 到组件1内(文氏效应)。然后，空气13流入环形空间22、且通过孔7进入 第一主体8的内部，在第一主体8的内部，其与进入的丙烷进行混合。在第一 主体8内点燃丙烷/空气混合物时，火焰接着离开将根据需要被用于焊接或者 切割的第二盖11的孔15。在点燃时，所获得的燃烧通过热传导持续加热进入 的空气13和丙烷气体至远高于环境温度的温度，该温度足以用于大多数焊接 类型的目的。当需要甚至更高的温度时，例如、切割钢时，加压空气通过所述管23进入主体8,该额外的加压空气也被在主体8之内发生的燃烧过程所加热。
现在参照图3，气焊焊炬装置1A与参照图1、2所描述的装置1非常相似， 除了主体8、 9、 10和所获得的空间21、 22从单块金属板车加工，但是仍然保 留单独的入口第一端盖6和连接器5。
图4显示了气焊焊炬装置1B的第三实施例，由此，再次地，所述组件主 要从单块金属板制造，前述实施例的单独的第一端盖6被材料的一端中的一系 列孔23所代替，连接器5也在另一端处嵌入在所述材料板之内，并保留单独 的第二端盖11。
图5显示了气焊焊炬装置1C的第四实施例。燃料气体99被供给到第一主 体38内，且主要是环境温度下的空气13被供给通过内第二主体39，所述内 第二主体39通过所述主体38的相当的长度，以与燃料气体99混合，由此其 可以被点燃。当火焰98燃烧时，热能通过主体38之内的内壁37通入另外进 入的空气13。
图6显示了气焊焊炬装置1D的第五实施例，由此第一主体40被熔接到 第二主体41。燃料气体的第一流被供给到第一主体40内，且空气、主要是室 温的空气被供给通过内第一、第二主体42、沿着第一主体40的相当的长度通 过，以与燃料气体99混合，由此其可以被点燃。燃料气体99的第二流,皮供给 到第二主体41中，且空气13、也主要是室温的空气被供给通过内第二、第二 主体42、沿着第二主体41的相当的长度通过，以与燃料气体99混合，由此 其可以一皮点燃。
该第五实施例的各种部件的构造是这样的通过在第一主体40之内的火 焰燃烧98所产生的一些热能通过传导至它们的共用壁45而^皮通入到其第二主 体42之内的后续进入的空气13中，这样升高了后续进入的空气13的温度。 通过第一主体40之内的火焰98燃烧所产生的另外的热能^皮通入进入的空气 13，且这样通过传导通过它们的共用壁44而升高了其在主体41的第二主体 43之内的温度，这样升高了后续进入的空气13的温度。
图7显示了气焊焊炬装置1E的第六实施例。燃料气体99和空气在室52 中被燃烧。燃烧的热通至第二室51,额外的空气、主要是室温的额外的空气 被吸入，这样加热该额外的空气13。这样加热的空气13通至第三室50,燃料 气体99被供给到第三室50中，并接着被点燃。
8在所有的上述实施例中，将看到，来自至少一个燃烧过程的至少一些热能 被牺牲于传递给恰在第二燃烧过程被点燃之前的可燃混合物，增加了第二燃烧 过程的效率，且这样升高了气焊焊炬的操作温度。
气焊焊炬(I-IE)的部件可以从任何合适的材料制造，例如金属、合金、 陶瓷、复合物或者任何其合成物，该材料可以忍受高温而不变形或者分解。一 个这样的适合材料是镍合金。通过适当地选择材料、尺寸和配置，可以实现更
高显著的温度(在大约3000度)，以通过氧化反应有效地切割金属，而不需要
弧氧切割或空气弧切割。
本发明的装置及这样的其潜在的使用方法提供了多个优点，包括 提供便宜、有效构造的加热、焊接和切割组件；
利用燃料气体的初始内燃来接着预热空气/氧气和/或者燃料气体至远高于 环境温度的温度，这样不需要现有技术的要求来使用"特殊的"燃料气体，用于 这些更高的温度；
只需要便宜的、低环境冲击、低压的燃料，例如丙烷气体和空气，用于所 有的加热和士刀割应用；以及
消除需要对金属的弧氧切割或者弧空气切割。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多 种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
1、一种燃烧方法，其中燃料气体与氧化剂气体混合，以形成后续点燃用于例如炉子、发电站、瓷窑以及切割和焊接焊炬的高温应用中所使用的可燃混合物，其特征在于，从燃烧室之内点燃的混合物的一部分的燃点处所产生的热能被用于升高后续点燃的混合物的燃烧温度。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中所述可燃混合物设置在单流中。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中所述热能被传递给另一所述单流的 预点燃所述混合物。
4、 根据权利要求1所述的方法，其中所述可燃混合物设置在多个流中。
5、 根据权利要求4所述的方法，其中来自所述流中的一个的所述热能被 传递给另 一所述流的预点燃所述混合物。
6、 根据权利要求1-5任一所述的方法，其中所述热能可以传递给所述燃 料气体或者传递给所述氧化剂气体或者传递给其组合。
7、 根据权利要求l-6任一所述的方法，其中所述燃料气体和/或所述氧化 剂气体从加压源供给。
8、 根据权利要求1-7任一所述的方法，其中所述燃料气体是低分子重量 的碳氬化合物。
9、 根据权利要求1所述的方法，其中所述低分子重量的碳氢化合物选自 包括丙烷和丁烷的组。
10、 根据权利要求l-9任一所述的方法，其中所述氧化剂气体从包括空气 和氧气的组中选择。
11、 根据权利要求10所述的方法，其中所述氧化剂是空气。
12、 一种用于例如炉子、发电站、瓷窑以及切割和焊接焊炬等的高温应用 中所使用的装置，在所述高温应用中，燃料气体与氧化剂气体混合以形成后续 被点燃的可燃混合物，其中在从所述装置的燃烧室之内的这样点燃的所述混合 物的一部分的燃点上所产生的热能被用于升高后续点燃的所述混合物的燃烧温度。
13、 根据权利要求12所述的装置，包括 第一中空主体，所述第一中空主体在一端连接到第一端盖，并在其相对另 一端连接到第二端盖；所述第一端盖适于允许燃料气体进入所述第一主体的内 部，所述第二端盖适于允许所述燃料气体从所述第 一主体的所述内部离开；至少一个孔，所述至少一个孔在所述第 一端盖处或者靠近所述第 一端盖延 伸通过所述第一主体；第二中空主体，所述第二中空主体定位在所述第一主体之上、大体上与所 述第 一主体同心且与所述第 一主体分开，所述第二主体在一端连接到所述第一 端盖，并具有其相对的另一端与所述第二端盖分开；以及第三中空主体，所述第三中空主体定位在所述第二主体之上、大体上与所 述第二主体同心且与所述第二主体分开，所述第三主体在一端连接到所述第二端盖，并具有其相对的另一端与所述第一端盖分开。
14、 根据权利要求13所述的装置，其中所述第一主体包括四个所述孔， 围绕所述第 一主体的周边等距定位。
15、 根据权利要求13或14所述的装置，其中所有的部件单独制造。
16、 根据权利要求13或14所述的装置，其中除了所述第二端盖之外的所 有部件作为一个一体单元制造。
17、 根据权利要求13-16任一所述的装置，其中所述第一端盖进一步适于 容纳将气态流体传输到所述第 一主体的所述内部的管。
18、 根据权利要求17所述的装置，其中所述管终止在所述第二端盖处或 者靠近所述第二端盖。
19、 一种切割金属的方法，所述方法包括使用如权利要求12-18中任一 所述的装置。
20、 一种切割金属的方法，所述方法包括 提供如权利要求12-18任一所述的装置； 点燃所述可燃混合物；以及接着沿着将被切割的所需的金属线引导所述装置，足以沿着所述所需要的 线氧化所述金属。
全文摘要
描述了一种气焊焊炬组件及其使用方法，用于例如炉子、发电站、瓷窑以及切割和焊接焊炬的高温应用中，这只需要便宜的、低环境冲击、低压燃料(例如丙烷气体和空气)，利用燃料气体的初始内燃以接着将空气/氧气和/或者燃料气体预热到远高于环境温度的温度，且不需要弧氧切割金属或者弧空气切割金属。该组件(1)包括嵌套的同心第一、第二和第三中空管状主体(8，9，10)，四个孔(7)围绕靠近主体(8)的入口端(2)的周边大体上等距定位。第一主体(8)的端部(2)和第二主体(9)的端部(16)被熔接到第一端盖(6)。第三主体(10)的端部(17)和第一主体(8)的端部(18)被熔接到第二端盖(11)。第一、第二和第三主体(8，9，10)的尺寸是这样的，一旦该组件被构造，第二主体(9)的端部(19)从第二端盖(11)的上表面分开；第三主体(10)的长度和其端部(20)的外径是这样的，第一环形空间(21)围绕第一端盖(6)的周边形成；以及第二主体(9)与第一主体(8)分开以形成第二环形空间(22)。第一端盖(6)的孔(14)被攻丝以容纳完全互补的带螺纹连接件(5)，所述带螺纹连接件(5)接着连接到丙烷气体汽缸。
文档编号F23C7/00GK101680655SQ200880004574
公开日2010年3月24日 申请日期2008年2月11日 优先权日2007年2月9日
发明者克里斯托弗·威廉·约根森 申请人:帕特里克·克利福德·约根森;克里斯托弗·威廉·约根森