用于改变维持在燃烧器上的预混火焰的噪声特性的方法、系统和装置

申请号 CN200880126465.4 申请日 2008-12-09 公开(公告)号 CN101946127B 公开(公告)日 2013-03-27
申请人 3M创新有限公司; 发明人 马克·A·斯特罗贝尔; 迈克尔·J·乌尔斯; 梅尔文·C·布朗什; 多明戈·梅迪纳; 詹姆斯·佩祖托;
摘要 本 发明 涉及通过对 燃烧器 通道进行加热来改变维持在燃烧器上的预混火焰的噪声特性的方法、系统和装置,加热量为能削减由预混火焰产生的 燃烧噪声 的量。作为另外的选择,通过控制相对于预混火焰的第一点与至少在引发火焰的 燃料 / 氧 化剂混合物的未燃烧部分中的第二点之间的温差实现消减。
权利要求

1.一种控制维持在燃烧器的一个或多个口上的火焰的噪声特性的方法,所述方法包括:控制第一位置与第二位置之间的温差,其中所述第一位置在火焰中或紧邻所述火焰的前缘,和所述第二位置在产生所述火焰的燃料/化剂混合物的未燃烧部分中,由此通过控制所述温差来改变火焰的噪声特性。
2.根据权利要求1所述的方法,其中通过对所述第二位置施加热来缩小所述温差。
3.根据权利要求2所述的方法,其中施加的热是被动的热。
4.根据权利要求3所述的方法,其中通过一处或多处预混火焰产生所述被动的热。
5.根据权利要求3所述的方法,其中通过维持在相应一个所述口上的预混火焰的反向传送性加热产生所述被动的热。
6.根据权利要求2所述的方法,其中所述施加热的步骤是主动进行的。
7.一种消减预混火焰的噪声的方法,所述方法包括:控制维持在燃烧器的至少一个口上的预混火焰的温差,其中所述温差是在第一位置与第二位置之间确定的,其中所述第一位置在预混火焰中或紧邻所述火焰的前缘,和所述第二位置在产生所述预混火焰的燃料/氧化剂混合物的未燃烧部分中,从而缩小所述第一与第二位置之间的温差,由此削减维持在所述口上的预混火焰的噪声。
8.根据权利要求7所述的方法,其中通过对所述第二位置施加热来缩小所述温差。
9.根据权利要求8所述的方法,其中施加的热是被动的热。
10.根据权利要求9所述的方法,其中通过一处或多处预混火焰产生所述被动的热。
11.根据权利要求9所述的方法,其中通过维持在相应一个所述口上的预混火焰的反向传送性加热产生所述被动的热。
12.一种消减预混火焰的燃烧噪声的方法,所述方法包括:从燃烧器口产生预混火焰,所述燃烧器口由燃烧器本体中的一个或多个通道中的每一个所限定;将选定的一些通道加热到能使所述预混火焰的燃烧噪声被削减的程度。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述加热是通过由加热元件供热来主动进行的。
14.一种纠正来自一个或多个燃烧器口的预混火焰所存在的讨厌噪声的方法,所述燃烧器口由燃烧器本体中的一个或多个通道中的每一个所限定,所述方法包括:确定所述预混火焰的噪声平;确定与噪声水平相关的所述通道中选定的那些通道的温度;以及,将所述选定的通道的温度调节到能使所述预混火焰的燃烧噪声水平被削减的程度。
15.一种用于控制预混火焰的噪声特性的装置,所述装置包括:具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流向其上维持火焰的口,所述燃烧器本体包括至少一个元件,所述至少一个元件改变混合物的未燃烧部分相对于所述燃料混合物的已燃烧部分的温度,从而改变未燃烧与已燃烧部分之间的温差,由此改变火焰的噪声特性。
16.根据权利要求15所限定的装置,其中所述燃烧器本体包括至少一个元件,所述至少一个元件提高所述混合物的未燃烧部分相对于所述燃料/氧化剂混合物的已燃烧部分的温度,以降低在所述未燃烧部分和燃烧部分之间的温度差。
17.一种用于消减预混火焰的燃烧噪声的装置,所述装置包括:具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流到其上维持预混火焰的口;所述燃烧器本体包括至少一个元件,该至少一个元件由如下材料构成,所述材料具有导热性和限定所述至少一个通道长度的部分,使得通过至少所述预混火焰产生的被动的热将所述至少一个通道加热到能消减预混火焰的燃烧噪声的程度。
18.一种用于消减预混火焰的燃烧噪声的装置,所述装置包括:具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流到从其中发出预混火焰的口;
所述燃烧器本体包括至少一个元件,可操作所述至少一个元件将所述至少一个通道主动加热到使所述预混火焰的燃烧噪声被削减的程度。
19.一种用于对膜进行火焰穿孔的装置,所述装置包括:机架;附接于所述机架的支承表面,其用于支承要被穿孔的膜;对着所述支承表面的附接于所述机架的燃烧器,其中所述燃烧器维持由燃料/氧化剂混合物的燃烧产生的预混火焰;与所述燃烧器连接的燃烧器管道;和连接于所述燃烧器管道的燃料/氧化剂混合物源;所述燃烧器包括具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流到其上维持预混火焰的口;所述燃烧器本体包括至少一个元件,该至少一个元件由如下材料构成,所述材料具有导热性和限定所述至少一个通道长度的部分,使得通过至少所述预混火焰产生的被动的热将所述至少一个通道加热到能消减预混火焰的燃烧噪声的程度。

说明书全文

用于改变维持在燃烧器上的预混火焰的噪声特性的方法、

系统和装置

背景技术

[0001] 本发明通常涉及用于改变噪声特性的方法、系统和装置,更具体的是涉及通过消减来自预混火焰的燃烧噪声来改变噪声特性的方法、系统和装置。
[0002] 由燃烧造成的波动是通常发生于预混火焰中的燃烧不稳定性的一种形式。这种不稳定性通常表现为噪声的形式,如振鸣。振鸣通常被认为是难以承受的噪声,通常表现出的范围是100-1000Hz,强度可高达约120dB。
[0003] 振鸣可以是短促的或连续的。通常情况下,短促的振鸣发生于火焰的点火,在相对短暂的时间(例如几秒钟或几分钟)后消失。可以认为短促的振鸣是难以承受的。相比之下,只要燃烧器在运转,连续的振鸣就可能持续。连续的振鸣被认为是更难以承受的。解释造成振鸣的燃烧波动类型(特别是在工业用带型燃烧器当中)的已知理论很少。
[0004] 已知有多种操作条件可能促进了振鸣的形成。例如,任何具体的燃烧器构造可具有一系列能发生燃烧波动的操作条件,这种燃烧波动产生振鸣。在这方面,可以对这一系列操作条件有影响的一些重要变量是火焰功率(即燃料类型及其流速)和燃烧器到背衬辊的间距(即“燃烧器间隔”)。遗憾的是,对于某些燃烧器来说,可能会发生燃烧波动的操作条件是能提供最佳燃烧器性能时的操作条件。
[0005] 正如所述,火焰稳定性控制燃烧噪声的形成。较稳定的火焰产生成声的波动的倾向性较小。对进入燃烧器口的可燃混合物进行预热往 往能稳定火焰在所述带上的附着点处的火焰。火焰对所述带的附着的波动引发能够形成燃烧噪声的压波。另一方面,火焰对冷却辊表面的冲击起到增强压力波的作用,因此提高了形成燃烧噪声的倾向性和/或燃烧噪声的强度。此外,在富火焰的情况下,层流火焰速度和火焰温度得以大大提高,因此增大了振鸣的可能性。因而富氧火焰代表了在使用带状燃烧器的情况下要消除燃烧不稳定性时所遇到的最为困难的条件。
[0006] 如果无法对与操作燃烧器(如带状燃烧器)相关的难以承受的噪声进行控制,那么可能就不会有健康和愉快的工作环境。虽然已经采用了一些已知的方法通过改善燃烧器的火焰稳定性来削减燃烧噪声,然而仍在继续进行着努力以在已知技术的基础上进行改进。

发明内容

[0007] 在本发明一示例性实施方案中提供一种控制维持在燃烧器的一个或多个口上的火焰的噪声特性的方法。所述方法包括:控制第一位置与第二位置之间的温差,其中所述第一位置在火焰中或邻近火焰的前缘,第二位置在产生火焰的燃料/氧化剂混合物的未燃烧部分中,由此通过控制所述温差来改变火焰的噪声特性。
[0008] 本发明的另一示例性实施方案提供一种消减预混火焰噪声的方法。所述方法包括:控制维持在燃烧器的至少一个口上的预混火焰的温差,其中所述温差是在第一位置与第二位置之间测定的,其中第一位置在预混火焰中或紧邻火焰的前缘,第二位置在产生预混火焰的燃料/氧化剂混合物的未燃烧部分中,以便使第一与第二位置之间的温差缩小,由此消减维持在所述一个口上的预混火焰的噪声。
[0009] 本发明的另一示例性实施方案提供一种消减预混火焰燃烧噪声的方法。所述方法包括:从燃烧器口产生预混火焰,所述燃烧器口由燃烧器本体中的一个或多个通道中的每一个所限定;将选定的一些通道 加热到能使预混火焰的燃烧噪声被削减的程度。 [0010] 本发明的另一示例性实施方案提供一种纠正来自一个或多个燃烧器口的预混火焰所存在的讨厌噪声的方法,所述燃烧器口由燃烧器本体中的一个或多个通道中的每一个所限定。所述方法包括:确定预混火焰的噪声平;确定与噪声水平相关的一个或多个通道中选定的那些通道的温度;以及将所述一个或多个通道的温度调节到能使预混火焰的燃烧噪声水平被削减的程度。
[0011] 本发明的另一示例性实施方案提供一种用于控制火焰噪声特性的装置。所述装置包括:具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流向其上维持火焰的口。燃烧器本体包括至少一个元件,所述至少一个元件改变混合物的未燃烧部分相对于燃料的已燃烧部分的温度,从而改变未燃烧与已燃烧部分之间的温差,由此改变火焰的噪声特性。
[0012] 本发明的另一示例性实施方案提供一种用于控制火焰噪声特性的装置。所述装置包括:具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流向其上维持火焰的口,燃烧器本体包括至少一个元件,所述至少一个元件提高混合物的未燃烧部分相对于燃料的已燃烧部分的温度,从而减小未燃烧与已燃烧部分之间的温差,由此降低火焰的噪声特性。
[0013] 本发明的另一示例性实施方案提供一种用于消减预混火焰的燃烧噪声的装置。所述装置包括:具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流到维持预混火焰的口;燃烧器本体包括至少一个由导热材料构成的元件和限定至少一个通道长度的部分,使得通过至少所述预混火焰产生的被动的热将所述一个通道加热到能消减预混火焰的燃烧噪声的程度。
[0014] 本发明的另一示例性实施方案提供一种用于消减预混火焰的燃烧噪声的装置。所述装置包括:具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流到维持预混火焰的口;燃烧器本体包括至少一个元件,可操作所述至少一个元件将所述一个通道主动加热到使预混火焰的燃烧噪声被削减的程度。
[0015] 本发明的另一示例性实施方案提供一种用于对膜进行火焰穿孔的装置。所述装置包括:机架;附接于机架的支承表面,用于支承要被穿孔的膜;对着支承表面的附接于机架的燃烧器,其中燃烧器维持由燃料/氧化剂混合物的燃烧产生的预混火焰;与燃烧器连接的燃烧器管道;连接于燃烧器管道的燃料/氧化剂混合物源;燃烧器包括具有至少一个通道的燃烧器本体,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流到其上维持预混火焰的口;燃烧器本体包括至少一个由导热材料构成的元件和限定至少一个通道长度的部分,使得通过至少所述预混火焰产生的被动的热将所述一个通道加热到能消减预混火焰的燃烧噪声的程度。
[0016] 本发明的另一示例性实施方案提供一种带状气体燃烧器,所述带状气体燃烧器包括限定了多排口的许多基本上平行且为波纹状的带,其中的改进包括,限定了多排口的带具有约1.5cm或以上的厚度。
[0017] 本发明的另一示例性实施方案提供在装置中对制品施加热的方法的改进,用以通过由至少预混火焰产生的热对所述制品执行某种功能,所述预混火焰由连接于所述装置的带状燃烧器提供,其中带状燃烧器包括至少一个通道,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流向维持预混火焰的口,其中的改进包括:将所述一个通道加热到使预混火焰的燃烧噪声被削减的程度。
[0018] 在另一示例性实施方案中,对制品执行的功能选自加热、处理、干燥、穿孔、压印、清理、退火、密封、层合、消毒、烧灼、烘焙气化、打烙印、修饰材料的表面以及它们的任意组合。
[0019] 本发明的另一示例性实施方案提供对一种系统的改进,所述系统包括:具有加热室的装置,所述加热室用于通过由至少预混火焰产生的热对制品执行某种功能:和连接于加热装置的带状燃烧器,其中带状燃烧器包括至少一个通道,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流向维持预混火焰的口;其中的改进包括:带状燃烧器中的发热元件,用于将所述通道加热到使预混火焰的燃烧噪声被削减的程度。
[0020] 术语振鸣表示自持的燃烧不稳定性或波动,表现为100-1000Hz的噪声,强度可高达120dB。
[0021] 明火焰是涉及环境条件当中而非封闭在里面的火焰的术语。
[0022] 预混火焰指的是由在燃烧之前紧密或完全混合的燃料/氧化剂混合物燃烧产生的火焰。
[0023] 火焰功率是每单位时间燃烧的燃料体积与燃料的热函的乘积。
[0024] 燃烧器间隔是火焰处理器、穿孔器或其它喷火装置中的燃烧器面到背衬辊的分开间隔。
[0025] 火焰当量比指的是化学计量的氧化剂-燃料比除以实际的氧化剂:燃料比,其中化学计量比是氧化剂与完全燃烧所需燃料的确切比值。附图说明
[0026] 图1是包括本发明各方面在内的火焰穿孔装置的侧视图。
[0027] 图2是图1的火焰穿孔装置的前正视图,为清楚起见,略去两个惰辊和电机,背衬辊如虚线所示。
[0028] 图3是图2中所示的火焰穿孔装置的燃烧器带的放大图。
[0029] 图4是图1装置的侧视图,包括沿所述装置中膜路径上的膜。
[0030] 图5示出根据本发明用于减小噪声的带状燃烧器的示意图。

具体实施方式

[0031] 图1-5示出可以实施本发明方法、系统和装置的火焰穿孔装置10。应当理解的是,本发明不局限于火焰穿孔装置10的情况。更确切地说,本发明广泛地包括燃烧噪声的控制,包括消减预混火焰的燃烧噪声,这在以下的描述中是显而易见的。控制预混火焰的燃烧噪声在许多情况下可以是有利的,例如(但不限于)修饰包括塑料的制品表面、加热、处理、干燥、穿孔、压印、清理、退火、密封、层合、消毒、烧灼、烘焙、气化、打烙印以及它们的任意组合。
[0032] 火焰穿孔装置10用于操作形成以人字形模式布置的穿孔(未显示),以便在纵长方向或曰纵向(MD)和交叉方向或曰横向(TD)上对塑料膜提供相仿的撕裂特性。本文中仅描述图1-5中示出的火焰穿孔装置10的那些方面。为了更完整地描述火焰穿孔装置10,参考授予本申请的一些发明人的美国专利No.7,037,100,该专利的内容全文并入本文。应当理解的是,本文中将描述最后提到的专利中配合本发明的那些方面。图5是根据本发明的方法、系统和装置的图示,其可以减小或消除来自燃烧的噪声。
[0033] 图1-5是作为本发明实施方案用于制备火焰穿孔膜的一个优选装置的图示。图1示出火焰穿孔装置10的侧视图。图2示出火焰穿孔装置的前视图,背衬辊14如虚线所示,为了清楚起见,略去惰辊55、38和电机16。
[0034] 图1和2示出,火焰穿孔装置10包括机架12.。机架12包括上部12a和下部12b。火焰穿孔装置10包括具有外膜支承表面15的支承装置或辊14。膜支承表面15通常包括虚线所示的低部90的图案。这些低部90与膜支承表面15在低部90之间的部分共同构成背衬辊14的 膜支承表面115。低部90形成膜支承表面15中的缩进图案。低部90可以是许多凹下或凹进的部分或沿膜支承表面15的许多凹陷。这些低部90通常是蚀刻到支承表面15上的。作为另外的选择,低部90的图案可以是钻、烧蚀或雕刻到膜支承表面15上的。
[0035] 通常情况下,相对于火焰穿孔装置10周围的环境温度来说,背衬辊14的膜支承表面15是温度受控的。通常情况下,背衬辊14的膜支承表面15的冷却方式是,向空心轴56的进口部分56a提供冷却水进入背衬辊14并从空心轴56的出口部分56b流出。背衬辊14绕其轴线13转动。火焰穿孔装置10包括附着于机架下部12b的电机16。
[0036] 火焰穿孔装置10包括燃烧器36及其相关的燃烧器管道38。燃烧器36和燃烧器管道38通过燃烧器支承件35附着于机架12的上部12a。燃烧器支承件35可以通过致动器48绕枢轴点37转动,使燃烧器36相对于背衬辊14的膜支承表面15移动。支承件35可以通过致动器48绕枢轴转动,从而将燃烧器36定位于邻近或远离背衬辊14的膜支承表面15的所需距离上,下面根据图4和5有更详细的解释。燃烧器36在每一端部上包括气体管道部分38,用于对燃烧器36提供气体。
[0037] 在本发明的一个示例性实施方案中,火焰穿孔装置10包括附接于机架12的下部12b的预热辊20。预热辊20包括外辊层22。外辊层22包括外表面24。通常情况下预热辊20是压料辊,其可以对靠着背衬辊14设置,用以压轧压料辊20与背衬辊14之间的膜。
压料辊20绕其轴60自由转动,并且被安装到辊支承件62上。
[0038] 火焰穿孔装置10可以包括温度受控的罩26,所述罩通过托架66附接于压料辊20,从而形成一个组件。温度受控的罩26通常包括许多水冷式管道28。通常情况下温度受控的罩26设置在燃烧器36与压料辊20之间。在此位置上,罩26保护压料辊20免受燃烧器36产生的一些热量的影响,因此可用于控制压料辊20的外表面24的温度。火 焰穿孔装置10还包括附接于机架12下部12b的第一惰辊54、第二惰辊55和第三惰辊58。各惰辊54、55、58包括其自身的轴,并且惰辊可以绕其轴自由转动。
[0039] 图3示出适用于形成图1的装置10中的加热系统的燃烧器36的一部分的详细纵向视图,目的是为了当燃烧器对膜70执行穿孔功能之时,消减归因于维持在燃烧器上的预混火焰的火焰不稳定性的噪声。如根据图5更详细描述的那样,燃烧器36包括类似于商购自纽约州新罗谢尔的Flynn Burner公司那类的带状燃烧器机头组件500。如根据图5更全面描述的那样,已经按照本发明的教导对带状燃烧器机头组件500进行了改进。基本上来说,带状燃烧器头组件500包括许多细长且连续的波纹状不锈带502,所述波纹状不锈钢带具有相同的构形,适于接合到一起(例如焊接)并且夹在板503之间。带状燃烧器机头组件500往往协助限定内充气室504(图5),加压的燃烧空气和气体燃料的混合物供入该内充气室。在空气与气体燃料进入充气室504之前,混合器(未显示)将所述气体混合。此混合物从多个口510a-n(合称510)排出。所述口5100位于由叠置带502形成的相应通道512a-n(合称512)的一端。通过引燃排出的混合物,从各个口510射出强度基本上均匀的预混火焰520。带状燃烧器机头组件500可以形成多种尺寸,例如从单排口到多层排,如所谓的8口(即8排)燃烧器。在火焰穿孔装置10中可以使用8口燃烧器。带状燃烧器机头组件的长度可有所不同,这取决于膜70的宽度或待处理的制品。在此实施方案中,带状燃烧器机头组件500长约30cm(12英寸)。对于此类型的燃烧器,以字母“A”(图5)表示带状燃烧器机头组件500的厚度。可以改变厚度以控制通道中的热量,并从而控制声音的消减。因此应当理解的是,通道512的长度由带状燃烧器机头组件的厚度确定。这样,通道长度基本上是相等的。
[0040] 在此实施方案中,聚合物膜的火焰穿孔通常使用带状燃烧器,但也可以使用其它类型的燃烧器,如钻口或狭槽式燃烧器。燃烧器可以 对制品执行多种功能,包括(但不限于)修饰包括塑料的制品表面、处理、干燥、穿孔、压印、清理、退火、密封、层合、消毒、烧灼、烘焙、气化、打烙印以及它们的任意组合。
[0041] 图4示出膜穿过火焰穿孔装置10的路径以及对膜进行火焰穿孔的一个示例方法。膜70包括第一侧面72和作为第一侧面72背面的第二侧面74。膜移入装置10并绕第一惰辊54。可以通过经由轴56流过背衬辊14的水的温度来控制背衬辊14的外膜支承表面15的温度。可以根据外膜支承表面15与由火焰产生大量热的燃烧器36的接近程度改变其温度。此外,膜支承表面15的温度将取决于膜支承表面15的材料。正如所述,本发明的火焰穿孔方法更完整地描述在美国专利No.7,037,100中。
[0042] 在预热辊20与背衬辊14之间的位置上,在膜与燃烧器的火焰相接触之前,预热辊对膜70的第一侧面72进行预热。预热辊20的温度有助于在火焰穿孔步骤时消除膜上的褶皱或其它缺陷
[0043] 在火焰穿孔过程中,背衬辊14持续转动,使膜70在燃烧器36与背衬辊14之间移动。这一具体步骤也示于图5以及图4。当膜70接触到燃烧器36的火焰时,直接由冷却的金属支承表面所支承的膜部分不被穿孔,因为火焰的热量穿过膜材料并立即被背衬辊14的冷金属从膜中导出,这是由于所述金属具有优良的导热率。然而,覆盖冷却的支承材料的蚀刻凹陷部或低部90的膜材料部分的后面截留了空气团。截留在凹陷中的空气的导热率比周围金属的导热率小得多,因此热量没有被从膜中导出。于是覆盖凹陷的膜部分融化并被穿孔。因此,形成在膜70上的穿孔通常与低部90的形状相关。
[0044] 在燃烧器36已经对膜完成火焰穿孔之后,背衬辊14继续转动,直到膜70最后通过惰辊55从背衬辊14的膜支承表面15上脱离。从那里,火焰穿孔的膜70绕惰轮58被另一从动辊(未显示)拉动。
[0045] 图5示意地示出火焰穿孔装置10的其它方面,其中使用了本发明经改进的燃烧器。图5示出在火焰穿孔步骤期间预混火焰520相对于背衬辊14的膜支承表面15的配置。在图5中,燃烧器36相对于背衬辊14隔开一定的距离,但可以设置成更靠近背衬辊14。可以通过燃烧器支承件35和致动器48来调节燃烧器36与背衬辊14之间的相对距离,如上述美国专利No.7,037,100中所述。各火焰为由燃烧器维持的发光锥体,可以用本领域中已知的方法从起点到尖端进行测量。带状燃烧器36可以具有多处火焰,并且通常所有的尖端相对于燃烧器壳体处于同样的位置,通常是长度均匀的。然而火焰尖端可以有所不同,例如这取决于带状构形的不均匀性或气体向带中流入的不均匀性。为图示目的,所述多处火焰以多个火焰520表示。
[0046] 在图5中,火焰520的位置远离背衬辊14,因此不冲击背衬辊上的膜70,被称为“未冲击的火焰”。在这个位置上,本发明相关领域的技术人员可以很容易地在可用空间中对火焰进行测量。
[0047] 通常情况下,膜70是聚合物基材。聚合物基材可以具有容许通过火焰穿孔的任意形状,包括例如膜、片、多孔材料和泡沫。典型的聚合物基材描述在最后面提到的专利中。 [0048] 现在回来参考示出带状燃烧器36的图5,其中包括本发明改进的带状燃烧器机头组件500。正如将要描述的那样,本发明提供一种减小维持在带状燃烧器的一个或多个口510每个上的一处或多处火焰520的噪声特性的方法。在一个示例性实施方案中,本发明实际上显著地将带状燃烧器机头组件500的通道512加长到超过通常使用的长度。I已经确定的是,这样的长度增加使通道512中可燃混合物发热量增多。如此,通道热量的增多提高了预混火焰燃烧噪声的削减程度。这可能部分地起因于火焰稳定性的强化。虽然增加口的长度或厚度看起来提高了通道中的这种预热温度,但也已经确定的是,在预热充气室504 之前预热燃料/氧化剂混合物并未实质上改善火焰稳定性。本发明还确定的是,通过提高所述带相对于不锈钢带的导热率值可以被动地增加通道的热量,不锈钢带是在所谓的标准带状燃烧器机头组件中通常使用的。具有增大的导热率值的这些材料当中示例性的那些或其组合包括和金。抑制或削减预混火焰噪声所需的热量取决于所使用的带状燃烧器和所述燃烧器的其它操作条件。可以通过由预混火焰的反向热传导实现通道的被动加热。
通过所述燃烧器的其它预混火焰的对流加热也可以形成被动加热。本发明设想可以例如通过外部受控的加热元件(如位于或邻近通道512的加热线圈550)主动加热通道。可以采取其它外部受控的加热方法。
[0049] 实例
[0050] 下表1-4示出以下的实验数据。这些实例显示增加通道长度、从而升高带状燃烧器机头组件500,的通道温度对减小火焰噪声特性的显著效果。需指出的是,表2-4中评价的燃烧器的不同之处主要在于,带状燃烧器机头组件每个口具有不同的深度(即通道长度)。用在表2-4中的标记值的含义如下表1,其中左栏中的数值对应于各种凭经验导出的噪声水平,然而术语“超出”(Out)指的是燃烧器灼烧空气而不是冲击背衬辊:
[0051] 表1
[0052]超出 表示燃烧器灼烧空气而不是冲击背衬辊。
0 没有可检测出的燃烧器噪声。
1,2 可以接受的燃烧器“嘘声”,要不就是可以被看作是振鸣的弱燃烧共鸣。
3 不严重的典型振鸣,但并不过分刺激或令人讨厌。
4,5 难以承受的振鸣(在这种振鸣程度下无法正常谈话)。
6 甚至在有显著保护的情况下也令人讨厌的恶劣的大声振鸣。
[0053] 各评价通用的实验条件是:1)把12英寸长的带状燃烧器机头组件保持在水冷到12-14℃的壳体中;2)对着水冷的铬钢背衬辊使燃烧 器起火,所述背衬辊保持于25℃,并且以相当于50米/分钟的线速度转动(背衬辊的表面上没有聚合物膜);3)燃烧器间隔的测量是从铝燃烧器壳体的面到背衬辊表面(带的凹入表面与背衬辊之间的间距比这一测量的燃烧器间隔大3mm)。4)对于每个数据点,火焰当量比从0.90到1.05不等(当量比对燃烧器的振鸣趋势没有显著的影响);5)测量的氧浓度([O2])是在氧化剂流(由空气和添加的氧组成)中的分子O2的体积(摩尔)浓度,不是在还包含燃料的全部可燃混合物中的浓度。注意,8口带状燃烧器的正常最大容量是20,000BTU/小时-英寸的燃烧器长度(2300W/cm)。
[0054] 表2
[0055]
[0056] 表2的数据表示的是现有技术的比较例。表2显示使用具有带状燃烧器机头组件的Flynn 8口铝燃烧器的比较测试结果,所述带状燃烧器机头组件具有1.25cm的带厚度。此数据表示的是现有技术的比较 例。这种燃烧器通常用在包括对聚合物膜进行穿孔在内的许多应用当中。实验结果表明,用这种带状燃烧器机头组件时,在若干种情况下产生恶劣的大声振鸣(“6”)。通常情况下,当处于一些条件下时,例如当燃烧器面到辊间隔值为约
8至10mm、氧浓度较高(例如27%)和火焰功率范围在约12,500至15,000BTU/小时-英寸时,会产生恶劣的大声振鸣。难以承受的振鸣(“4和5”)还发生于高浓度(例如27%)氧和燃烧器面到辊间隔约15mm时。意外的是,与表2中的类似测试相比,当燃烧器面到辊间隔是“超出”时,燃烧器发出可接受的嘘声(“1”)。在氧浓度较高(例如27%)且同时火焰功率范围在约12,550BTU/小时-英寸至约20,000BTU/小时-英寸的情况下产生不严重的典型振鸣(“3”),但并不过分刺激或令人讨厌。
[0057] 表3
[0058]
[0059] 表3是由类似于表2中所用的Flynn 8口铝燃烧器得到的数据,主要的差别是带状燃烧器机头组件具有2.50cm的带厚度。这样增加了通道长度,因此使通道中的热增多。在其中把表3中的噪声特性视为难以承受或恶劣(即,“6”)的操作条件范围内,比较表3与表2的结果,2.50带厚度的噪声特性得到显著的改善(例如在“1”的范围内)。此外可以观察到,对于较短的通道,表2中18,300和20,000BTU/小时-英寸时的噪声水平明显较高(与表3相比)。此外可以注意到,当燃烧器面到辊间隔为“超出”(即没有火焰对背衬辊的冲击)时,在上述18,300和20,000BTU/小时-英寸值情况下的噪声得到显著的消弱。
因此,在较长通道中热的增加使由预混火焰所产生的噪声的衰减显著增大。
[0060] 表4
[0061]
[0062] 表4是对由类似于表2中所用的Flynn 8口铝燃烧器收集到的数据,主要差别是带厚度为3.50cm。此燃烧器不是由单个带状组件构成,而是由连在一起的两个带状组件构成。每个带状组件厚度约1.75cm。通过使1.75cm的带状燃烧器机头组件与1.75厘米厚度的带状燃烧器机头组件联合来增加口的厚度。表4中的噪声值显著优于表3和表2中的噪声值。另外,对于较长的通道,燃烧器面到辊间隔是“超出”时的噪声值明显更好。 [0063] 显而易见的是,当带状燃烧器的带状通道长度增加时,噪声消减的程度更大。结果改善的一种解释是使用了更厚的带。在燃料/空气气体穿过带状燃烧器机头组件时,较长的通道长度会增进可燃混合物的预热。照这样,因此有可能使维持在带状燃烧器上的火焰的稳定性得到改善。从上述值的比较可显而易见的是,趋势表明较长的通道是有利的,换句话说,所述结果意味着,在所有条件下较长/较厚的口均导致火焰更轻声,特别是对于富氧条件更是如此。据信在气体穿过所述带时,较长口的“长度”会增进可燃混合物的预热,从而强化维持在那些带上的火焰的稳定性。
[0064] 本发明设想纠正一个或多个燃烧器口的预混火焰存在讨厌噪声的方法。在这方面,使用者可以确定预混火焰的噪声水平。这可以根据用户的经验来完成,或者根据测定声级的装置来完成。使用者然后可以确定与讨厌的噪声水平相关的一个或多个通道中选定的那些通道的温度。可以按任意合适的方式测量温度。本发明设想将所述一个或多个通道的加热调节到能使预混火焰的燃烧噪声水平被削减的程度。在另一示例性实施例中,可以通过加热元件550主动施加热。可以通过例如电阻加热的方式将热加到充气室中。作为另外的选择,可以增加通道长度,如增加另外的带状燃烧器机头组件。
[0065] 应当理解的是,本发明提供具有带状燃烧器机头组件的燃烧器,其中带状燃烧器机头组件包括多个叠置并为波纹状的带,所述带限定 以口结尾的至少一排通道,预混火焰从所述口发出,改进之处包括限定了多排口的带,使得每个通道的深度范围在约1.5cm至约4cm或以上。
[0066] 虽然本发明公开的是火焰穿孔装置中的改进的燃烧器,但应当理解的是,本发明广泛地涉及消减从燃烧器中产生的预混火焰的噪声,所述燃烧器具有维持预混火焰的口。 [0067] 据此广泛地公开了在装置中对制品施加热的方法,用以通过由至少预混火焰产生的热对所述制品执行某种功能,所述预混火焰由连接于所述装置的燃烧器提供,其中燃烧器包括至少一个通道,燃料/氧化剂混合物通过所述至少一个通道流向发出预混火焰的口,其中的改进包括:将所述一个通道加热到使预混火焰的燃烧噪声被削减的程度。正如所述,可以通过外部热源进行主动加热、通过延伸通道的长度或改变燃烧器机头组件的导热率来进行加热。本发明设想对制品执行多种功能,其中的功能选自修饰包括塑料的材料表面、处理、干燥、压印、穿孔、清理、退火、密封、层合、消毒、烧灼、烘焙、气化、打烙印以及它们的任意组合。
[0068] 本发明还提供控制由燃烧器的一个或多个口维持的火焰的噪声特性的方法。噪声消减效果的一种解释是,这种效果是通过控制第一位置T1与第二位置T2之间的温差(T1-T2)实现的。第一位置T1可以在预混火焰520(在热尾气中)的前缘(即尖端)或略微超过此前缘。如果在第一位置T1处是所述火焰,则这将视为是便于测量火焰温度的方便点。第二位置T2可以在产生预混火焰的燃料/氧化剂混合物的未燃烧部分中。在一个示例性实施例中,如图5中所示,第二位置T2理想的是应该紧邻火焰基部,例如在外壁540的外部并紧邻之。作为另外的选择,第二位置可以选在通道中的某些位置上,或者在充气室504中。 [0069] 明显地,本发明认为通过控制所述的第一与第二位置之间的温差 可改变火焰的噪声特性。可以通过利用已知技术(如适合高温的热电偶)实现在这些点上的温度测量。
更具体地说,已经确定的是可通过减小所述的温差实现噪声消减。据此通过对燃烧器进行加热,第二位置处的温度将上升。相应地,第一点与第二点之间的温差缩小。事实上,通过进一步缩小温差可以降低振鸣。在一个实例中,当测量的T1位置的温度为约2200°K;而测量的T2位置的温度为约500°K时存在振鸣噪声。当将T2位置的温度升到约550°K,而T1位置的温度保持基本不变时,振鸣减少或消除。可设想其它的温度范围。
[0070] 本发明的一个方面是提供用于控制火焰(特别是预混火焰)的噪声特性的方法、系统和装置。本发明的另一方面是提供用于消除或减少预混火焰的噪声特性的方法、系统和装置。本发明的另一方面是提供用于以简单、可靠和高效的方式实现前述内容的方法、系统和装置。本发明的又一方面是提供用于以非常经济的方式实现前述内容的方法、系统和装置。
[0071] 本文中所述的各方面仅仅是可以通过实施本发明实现的少数几个方面。其前面的描述并不意味着必须只能以特定的方式实施本发明才能实现前述各方面的内容。以上描述的实施例是按特定的顺序完成的,但应当理解的是,可以改变这种操作顺序,并且仍然处于本发明的范围之内。
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