发明名称 用以制造高速粒子流之方法及装置
摘要 一种于各个阶段使用不同介质经由多阶段式加速而以低成本产生高速粒子流之方法及装置,该等粒子使用低成本之气体一次或多次喷射加速至低于音速速度(相对于空气中之因素),然后又使用水喷射加热至较高速度。此外,为了增进粒子加速,产生涡旋运动,粒子被引进处于涡旋运动之流体内,因而促进粒子输送至目标。
申请公布号 TW403691 申请公布日期 2000.09.01
申请号 TW087111242 申请日期 1998.08.29
申请人 表面防护公司 发明人 Y.H.麦克鲍;彼得L.麦当纳;罗斯T.寇根
分类号 B24C3/00;B24C5/00 主分类号 B24C3/00
代理机构 代理人 恽轶群 台北巿南京东路三段二四八号七楼;陈文郎 台北巿南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种于腔室内产生以高速运动之粒子流之方法, 包含下列步骤: (i)使用一或多种气体喷射加速粒子至低于音速速 度;随后 (ii)经由流以斜角于腔室内部接触一或多次超高压 水喷射而使用一或多次液体喷射加速加速 粒子至更高速。2.如申请专利范围第1项之方法,其 包含额外步骤: 经由下游注入一或多次流体喷射而对粒子诱生径 向运动。3.如申请专利范围第1项之方法,其又包含 额外步骤: 经由使腔室之内部半径缩窄而放大粒子之径向运 动。4.如申请专利范围第1项之方法,其又包含额外 步骤: 经由使腔室之内部半径缩窄而对粒子诱生径向运 动。5.如申请专利范围第1项之方法,其又包含额外 步骤: 于高速流体流增高具有比周围流体更高密度之粒 子浓度,其又包含下列步骤: (i)将粒子引进具有径向流之流体流内;随后 (ii)该等粒子接触高速流体流。6.如申请专利范围 第5项之方法,其又包含额外步骤: 使用可变半径腔室放大径向流流入流体流。7.一 种产生于腔室内以高速移动之粒子流之方法,包含 下列步骤: (i)使用一或多次气体喷射加速粒子至低于音速速 度;随后 (ii)经由流以斜角于腔室内接触一或多次超高压水 喷射而使用一或多次液体喷射加速粒子; 及 (iii)经由导入一或多次流体喷射而对粒子诱生径 向运动。8.如申请专利范围第7项之方法,其中该径 向运动系由上游注入一或多次流体喷射诱生。9. 如申请专利范围第7项之方法,其中该径向运动系 由下游注入一或多次流体喷射诱生。10.如申请专 利范围第7项之方法,其中该引进一或多次流体喷 射系藉注入加压流体进行。11.如申请专利范围第7 项之方法,其中该引进一或多次流体喷射系藉被动 抽取流体进行。12.如申请专利范围第7项之方法, 其中该流体为空气。13.一种产生于腔室内以高速 移动之粒子流之方法,包含下列步骤: (i)使用一或多次气体喷射加速粒子至低于音速速 度;随后 (ii)经由流于腔室内接触一或多次超高压水喷射而 使用一或多次液体喷射加速粒子;及 (iii)经由导入一或多次流体喷射而对粒子诱生径 向运动。14.一种产生于腔室内以高速移动之粒子 流之方法,包含下列步骤: (i)使用一或多次气体喷射加速粒子至低于音速速 度;随后 (ii)经由流以斜角于腔室内接触一或多次超高压水 喷射而使用一或多次液体喷射加速粒子; 随后 (iii)经由操控腔室内部组态而对粒子诱生径向运 动。15.如申请专利范围第14项之方法,其中该径向 运动系由设置于腔室内壁之复数叶片诱生。16.如 申请专利范围第14项之方法,其中该径向运动系由 设置于腔室内壁之复数切槽诱生。17.如申请专利 范围第14项之方法,其中该径向运动系经由改变腔 室之内部几何诱生。18.如申请专利范围第14项之 方法,其包含额外步骤: 藉缩窄腔室内部半径放大径向运动。19.如申请专 利范围第14项之方法,其包含额外步骤: 经由下游加宽腔室内部半径诱生流之展开。20.如 申请专利范围第14项之方法,其中该磨蚀粒子流被 加速至大于约600尺/秒速度。21.一种于高速流体流 提高具有比其周围流体更高密度之粒子浓度之方 法,包含下列步骤: (i)将粒子引进具有径向流之流体流内;及 (ii)使粒子接触高速流体流。22.如申请专利范围第 21项之方法,其包含粒子通过半径缩窄之腔室之额 外步骤。23.如申请专利范围第21项之方法,其包含 使粒子通过半径减小之腔室及随后粒子通过半径 增加之腔室之额外步骤。24.一种于流体母质产生 磨蚀粒子体喷射流之装置,包含: (i)一个混合腔室; (ii)一个空气/粒子进入装置位于混合腔室一端供 输送空气/粒子流以低于音速速度输送入 混合腔室内; (iii)一或多个超高压水进入装置,其系以流体方式 啮合混合腔室供加速空气粒子流至较高 速度;及 (iv)一或多个空气进入装置,住于水进入装置上游 、该处或下游且以流体方式啮合混合腔室 供诱生或放大流体之径向流。25.一种于流体母质 产生磨蚀粒子流体喷射流之装置,包含: (i)一个混合腔室; (ii)一个空气/粒子进入装置位于混合腔室一端供 输送空气/粒子流以低于音速速度输送入 混合腔室内; (iii)一或多个超高压水进入装置,其系以流体斜向 方式啮合混合腔室供加速空气粒子流至 较高速度;及 (iv)诱生或放大径向流至流体流之装置。26.如申请 专利范围第25项之装置,其中该诱生或放大径向流 之装置为置于混合腔室内壁之 叶片。27.如申请专利范围第25项之装置,其中该诱 生或放大径向流之装置为置于混合腔室内壁之 切槽。28.如申请专利范围第25项之装置,其中该混 合腔室包含会聚部及发散部。29.如申请专利范围 第25项之装置,其中该混合腔室包含会聚部。30.如 申请专利范围第25项之装置,其中该混合腔室包含 发散部。31.如申请专利范围第25项之装置,其中该 混合腔室包含发散部及聚焦管。32.如申请专利范 围第25项之装置,其中: 该混合腔室包含第一阶段及第二阶段,各该阶段具 有内部直径及长度; 该第一阶段及第二阶段接合形成接合角及歪斜角, 及又其中功率输入施加至第一及第二阶段 ,而加速粒子通过各该阶段; 空气功率输入而推进空气通过空气进入装置; 该空气进入装置系由复数空气喷射口组成,各空气 喷射口设置成各自具有内部直径及其位置 系由涡旋推拔包含角及涡旋空气进入歪斜角界定; 及 该超高压进入装置包含一或多个喷射口,各自具有 内部直径及其位置系由轨道交叉点界定。33.如申 请专利范围第32项之装置,其中该第一阶段之内部 直径对第二阶段之内部直径比为 约1至约4。34.如申请专利范围第32项之装置,其中 该第一阶段之内部直径对第二阶段之内部直径比 为 约2.3。35.如申请专利范围第32项之装置,其中该第 二阶段长度对第一阶段内部长度之比大于约5。36. 如申请专利范围第32项之装置,其中该第二阶段长 度对第一阶段内部长度之比大于约23 。37.如申请专利范围第32项之装置,其中该接合角 为0度至约30度。38.如申请专利范围第32项之装置, 其中该接合角为0度。39.如申请专利范围第32项之 装置,其中该接合角为15度。40.如申请专利范围第 32项之装置,其中该斜角为0度至约30度。41.如申请 专利范围第32项之装置,其中该斜角为0度。42.如申 请专利范围第32项之装置,其中该施加于第二阶段 之功率输入比施加于第一阶段之 功率输入之比为约0.5至约5.0。43.如申请专利范围 第32项之装置,其中该施加于第二阶段之功率输入 比施加于第一阶段之 功率输入之比为约1.2至约1.7。44.如申请专利范围 第32项之装置,其中该空气功率输入对第一阶段之 功率输入之比为约 0.05至约1。45.如申请专利范围第32项之装置,其中 该空气功率输入对第一阶段之功率输入之比为约 0.17。46.如申请专利范围第32项之装置,其中该空气 进入装置系由1至约20个空气喷射口组成。47.如申 请专利范围第32项之装置,其中该空气进入装置系 由4至约6个空气喷射口组成。48.如申请专利范围 第32项之装置,其中该涡旋推拔包含角藉于约-30度 至约+30度。49.如申请专利范围第32项之装置,其中 该涡旋推拔包含角藉于约15度。50.如申请专利范 围第32项之装置,其中该涡旋空气进入歪斜角为0度 至约30度。51.如申请专利范围第32项之装置,其中 该涡旋空气进入歪斜角为约15度。52.如申请专利 范围第32项之装置,其中该轨道交叉点测量値为第 二阶段内部直径之约+10倍 至约第二阶段直径至约-10倍间。53.如申请专利范 围第32项之装置,其中该轨道交叉测量値为约第二 阶段内部直径値。54.如申请专利范围第32项之装 置,其中该超高压入口装置包含约1至约10个注入口 。55.如申请专利范围第32项之装置,其中该超高压 入口装置包含约3至约6个注入口。56.如申请专利 范围第32项之装置,其中该超高压入口装置包含负 数注入口,各该注入口之 内部直径为约0.008至0.040寸。57.如申请专利范围第 32项之装置,其中该超高压入口装置包含负数注入 口,各该注入口之 内部直径为约0.007至0.013寸。58.如申请专利范围第 32项之装置,其中该超高压入口装置包含负数注入 口,其中该由喷射 发射之水形成水喷射包含角及水喷射歪斜角。59. 如申请专利范围第32项之装置,其中该水喷射包含 角为0度至约30度。60.如申请专利范围第32项之装 置,其中该水喷射包含角为15度。61.如申请专利范 围第32项之装置,其中该水喷射歪斜角为0度至约30 度。62.如申请专利范围第32项之装置,其中该水喷 射歪斜角为0度至约6度。63.如申请专利范围第32项 之装置,其中: 该第一阶段内部直径对第二阶段内部直径之比为 约2至约3; 该第二阶段长度对第一阶段内部直径之比为约15 至约25; 该接合角为0度至约15度; 该歪斜角为0度至约15度; 施加于第二阶段之功率输入对施加于第一阶段之 功率输入之比为约1至约2; 空气功率输入对输入第一阶段之功率输入之比为 约0.1至约0.2; 空气进入装置包含1至10个空气喷射口; 涡旋推拔包含角为约-15度至约+15度; 涡旋空气进入歪斜角为约-15度至约+15度; 轨道交叉测量値为约第二阶段内部直径之+2倍至 第二阶段该直径之-2倍间; 该超高压入口装置包含1至6个喷射口; 各该注入口之内部直径为约0.008至0.04寸; 水喷射包含角为约-15度至约+15度;及 水喷射歪斜角为约-15度至约+15度。64.如申请专利 范围第32项之装置,其中: 该第一阶段内部直径对第二阶段内部直径之比为 约2.3; 该第二阶段长度对第一阶段内部直径之比为约23; 该接合角为0度; 该歪斜角为0度; 施加于第二阶段之功率输入对施加于第一阶段之 功率输入之比为约1.2至约1.7; 空气功率输入对输入第一阶段之功率输入之比为 约0.17; 空气进入装置包含4至6个空气喷射口; 涡旋推拔包含角为约15度; 涡旋空气进入歪斜角为约15度; 轨道交叉测量値为约第二阶段内部直径之+1.2倍至 第二阶段该直径之-1.2倍间; 该超高压入口装置包含3至6个喷射口; 各该注入口之内部直径为约0.007至0.013寸; 水喷射包含角为约15度;及 水喷射歪斜角为约0度至约6度。65.如申请专利范 围第25项之装置,其又包含: 第一阀偶联至空气/粒子进入装置及第二阀偶联至 超高压液体进入装置而许可操作员选择性 启动及停止混合腔室上游之粒子流及/或超高压液 体流。66.一种产生超高压流体磨蚀流之方法,包含 : 提供加压磨蚀粒子流及空气至喷嘴入口; 加速加压磨蚀粒子流至第一速度,该加压磨蚀粒子 流进入混合腔室; 将超高压液体喷射引进混合腔室内,超高压液体喷 射接触及加速加压磨蚀粒子流至第二速度 ,该速度系高于第一速度而产生超高压流体磨蚀流 ;及 经由出口孔口排放超高压流体磨蚀流。67.如申请 专利范围第66项之方法,其又包含: 选择性许可及可防止磨蚀粒子流经喷嘴入口。68. 如申请专利范围第66项之方法,其又包含: 选择性许可及防止混合腔室上游之超高压液体喷 射流。69.一种产生含磨蚀粒子之流体喷射之装置, 包含: 一藉气体加压之磨蚀粒子源并偶联至第一喷嘴入 口而提供加压磨蚀粒子流至第一喷嘴入口; 一混合腔室系与第一喷嘴出口做流体连通,该加压 磨蚀粒子流流过第一喷嘴且被第一喷嘴加 速及排放入混合腔室内; 一流体进入喷嘴偶联其与混合腔室及超高压液体 来源做流体连通,一超高压液体喷射系通过 流体进入喷嘴以足够速度排放而夹带其加速加压 磨蚀粒之流;及 一根出口管其入口系与混合腔室连通及一个出口 经出口排放含磨蚀粒之超高压流体喷射。70.如申 请专利范围第69项之装置,其中该混合腔室设置有 第一入口偶联至气体来源而供给 气体来源进入混合腔室俾改良超高压流体喷射至 磨蚀粒之部份。71.如申请专利范围第70项之装置, 其又包含: 一个第一阀偶联至第一喷嘴而选择性启动及中止 加压磨蚀粒子流进入第一喷嘴; 一个第二阀偶联至流体进入喷嘴而选择性启动及 中止超高压液体进入混合腔室流;及 第三阀偶联至第一入口而选择性启动及中止气体 进入混合腔室流。72.如申请专利范围第69项之装 置,其中该流体进入喷嘴包含一个孔口对正由孔口 至腔室开 口沿着超高压流体喷射进入混合腔室路径之通道 。73.如申请专利范围第69项之装置,其又包含一个 环形进料环系于负数流体进入喷嘴做流体 连通,流体进入喷嘴又与混合腔室做流体连通,一 定容积之超高压液体供给环形进料环,随 后通过复数流体进入喷嘴进入混合腔室内。74.如 申请专利范围第69项之装置,其中该混合腔室设置 有第二孔口与化学品来源做流体连 通。75.如申请专利范围第74项之装置,其中该化学 品来源包括腐蚀抑制剂。图式简单说明: 第一图为表示本发明之较佳具体例之喷嘴之剖面 图。 第二图为显示第一图喷嘴之内部特征之剖面图,但 示意强调喷嘴腔室几何及磨蚀粒子通 过喷嘴腔室路径。 第三图为显示本发明之另一较佳具体例之内部特 征之剖面图,也强调喷嘴腔室几何及磨 蚀粒子通过喷嘴腔室路径。 第四图为根据本发明之替代具体例之喷嘴之剖面 图。
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