CN102527278A - 一种混合液体乳化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可将不同液体或具体为油水混合燃料充分乳化的混合液体乳化器。包括外壳体，外壳体的内通孔的一端内设有一可通过液体的喷嘴(1)，特别是喷嘴(1)有一狭缝状喷口(2)，喷口(2)正对一乳化通道(3)，乳化通道(3)内设有在三维方向上可微小位移的具楔形尖端的振子(4)。本发明可将不同液体或具体为油水混合燃料充分乳化、并提高燃烧效率最终可使燃油节油率达到10％以上。

Description

一种混合液体乳化器

技术领域：

本发明涉及一种应用广泛的将两种以上液体混合的装置，更具体是指一种可将不相溶的液体混合为乳化状的乳化器。

背景技术：

两种或两种以上的液体的混合具有重要的意义，特别是不相溶的油与水的混合是长期以来的一个重点研究方向，例如燃料油与水混合成乳化油后进行燃烧是国内外长期在进行的重点。目前基本一致的观点是乳化油燃烧可节约一定燃料并可降低氮氧化合物的排放，专业书籍或专利文献多有披露。乳化油主要有两种制备方式，一种是在油水混合物中添加乳化剂制备乳化油，另一种是油水混合物一经乳化立即进入燃烧器；前者存在的主要缺点是乳化油的不稳定性，由于水的密度大于油，且由于水的凝聚作用，水在油内会自动下沉、凝聚、分层，直至最后破乳而使油、水分离，这种分离作用从乳化油一制成就已开始，因此乳化剂又是必不可少的，但乳化剂价值较高，且乳化或燃烧过程中仍存在很多未能完全解决的问题，均影响了乳化燃烧的使用；后者可称为在线乳化，即乳化后就使用，其可不必添加乳化剂，但一般还是有使用乳化剂，其燃油的节油率一般在4％左右，亦有在10％左右，其存在的问题是对燃烧机理没有实质性进展，只局限于一般性的实验结果的分析，且一般节油率不高，仅有实验性的使用，未见有规模的工业使用，实质是水油混合燃料的乳化程度将决定乳化燃料的燃烧效果。现对这一问题虽有认识，在实现水油混合燃料的乳化的技术上也有甚多研究和取得一定的进展，最常用的乳化方式是利用机械搅动方式实现油水的混合，例如常用的静态乳化器，或是换能器产生超声振动使油水混合乳化，或是在油水流动通道内设置一具有尖端的固定的哨片，尖端的振动使油水混合。上述几种方法各有优缺点，但实验结果表明均不能使节油率提高，实质问题是油水的乳化效果还未达到最有利燃烧的程度。实际乳化效果不佳的关键因素是对燃油在乳化前后的实际环境条件没有完整的认识，对已有乳化手段也没有充分的了解，故乳化后的燃烧效率或节油率并不理想，如何提高乳化效果或明示乳化油水燃料的乳化条件并最终提高节油率是目前需要解决的重要课题，其有显著的经济与社会效益。

发明内容：

本发明的发明目的是公开一种可将不同液体或具体为油水混合燃料充分乳化、并提高燃烧效率最终可使燃油节油率达到10％以上的混合液体乳化器。

实现本发明的技术解决方案如下：包括外壳体，外壳体的内通孔的一端内设有一可通过液体的喷嘴，特别是喷嘴有一狭缝状喷口，喷口正对一乳化通道，乳化通道内设有在三维方向上可微小位移的具楔形尖端的振子。

所述的振子的侧壁有四个盲孔，经外壳体壁的对应的通孔的螺纹顶子的端部顶入上述盲孔使振子置于乳化通道的中心位置。

所述的振子有两个通孔贯穿两侧壁，经外壳体壁的对应的通孔，两固定轴穿过振子的通孔后与外壳体固定连接，振子置于乳化通道的中心位置。

所述的乳化通道的截面形状为长方形或圆形。

所述的振子的一端为楔形尖端，另一端为与上述的楔形尖端对称的结构，或另一端为平面状或为流线形曲面状或为与上述的楔形尖端不对称的尖端状。

所述的振子的表面为粗糙面，该粗糙面为与振子长度方向垂直的多条微小凸条构成，或为多个微小的凹坑构成。

所述的振子的楔形尖端的长度与振子的厚度之比为2～4。

所述的振子的厚度大于1.5mm并小于乳化通道的高度，且与乳化通道的内壁之间形成间隙。

所述的外壳体内的喷嘴的端部设有一压紧螺母。

所述的外壳体还设有一与螺纹顶子呈近似垂直状的防松螺钉顶置于螺纹顶子的侧壁。

本发明公开的乳化器内的振子4在乳化通道3内的液体流动或喷口2喷出的液体作用下，在上下、左右和前后三个方向上均可能或会产生高频率的往复运动，该往复运动使喷口2中喷射出的混合液体受到多向的复杂的作用力，进一步增加了混合液体的流动紊乱性和作用力的复杂性。正是由于上述的紊乱性和复杂性使不同液体之间产生巨大的流体形变和存在相互的作用力使不同液体不断破碎和提高相互混合度，即提高了混合液体的乳化程度，进而提高燃料燃烧时的燃烧效率，最终提高节油率。经各种燃烧装置的实际试验表明，本发明的一般节油率可达10～15％左右，最高可达20％以上，完全突破了现有认知的上限，更为重要的是在实际的各种燃油装置的长时间的实际运行试验中均取得较高的节油率和减小污染排放的效果。

附图说明：

图1为本发明的一个实施例的剖视结构示意图。

图2为图1的外观立体结构示意图。

图3为图1的仰视结构示意图。

图4为图1的底座的局部剖视结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为振子的结构示意图。

图7为图6所示振子的俯视局部剖视图。

具体实施方式：

请参见图1～图7，图1～图7给出的是本发明的一个具体的实施例，但本发明的技术保护范围不应受图1～图7所示的限制。

本发明的具体实施方式如下：包括外壳体，外壳体的内通孔的一端内设有一可通过液体的喷嘴1，喷嘴1有一狭缝状喷口2，前期已经机械混合的液体经狭缝状喷口2高速喷射出来，进入一正对喷口2的乳化通道3，喷射出来的瞬间为液体的一次混合，在乳化通道3内设有一个在三维方向上可微小位移的具楔形尖端的振子4，高速运动的混合液体正面撞击振子4的楔形尖端部分，使混合液体进一步破碎的同时对振子4施加一个作用力，该作用力将使振子4在三维方向上振荡，且振子4的两表面与乳化通道3之间形成混合液体流动的通道，振子4的振荡又对混合液体施加多方向的作用力并进一步破碎混合液体的颗粒，使混合液体由大量的微小水颗粒混合于油液中，或可认为混合后的乳化状的燃油是大量的油包水的微小颗粒构成；上述的可在三维方向上振荡的振子4使混合液体的混合过程在微观上相当复杂，存在多方向的作用力施加在流动的混合液体上，而且这种多方向的作用力在流体流过振子4的所有表面的过程中均施加于混合液体，故可使混合液体达到很高的乳化程度。

为使上述的振子4在乳化通道3内在三维方向上作微小的位移，在振子4的侧壁有四个盲孔9，经外壳体壁的对应的通孔的螺纹顶子5的端部顶入上述盲孔9使振子4置于乳化通道3的中心位置，螺纹顶子5的端部与振子4侧壁的盲孔9的内表面之间有一微小间隙，该间隙的存在使振子4在三维方向上均可有一微小的位移空间，相当于振子4可悬置于四个顶子5的端部的约束中；除上述的结构，在振子4具有一定的厚度时，振子4有两个通孔贯穿两侧壁，经外壳体壁的对应的通孔，两固定轴(图中未示出)穿过振子4的通孔后与外壳体固定连接，振子4置于乳化通道3的中心位置，固定轴的直径略小于外壳体壁的通孔的直径，则振子4可在上述的两直径差构成的间隙内在三维方向上位移；上述两种可使振子4在三维方向上作位移机构仅是本发明的具体实施方式的例举，但不局限或不应限制为仅此两种结构。上述的间隙大小是可以调节的，前一种结构只需调节螺纹顶子5即可，后一种结构通过更换不同直径的固定轴或更换具不同直径的通孔的振子4，就可调节上述的间隙的大小；间隙大小的不同，则振子4在流动冲击下的振幅不同，作用在混合流体上的反作用力的大小也不同，进而达到调节液体乳化的程度；在上述的两种振子4的位移结构中，当流体的流速提高时，振子4的振荡频率提高，振荡频率的提高，相应的乳化程度亦提高。上述的乳化通道3的截面形状为长方形或圆形，当乳化通道3的截面形状为长方形时，其结构是喷嘴1正对一长方形截面的开口槽，开口槽上设有一可固定的盖板8，则开口槽就构成乳化通道3；上述的乳化通道3的截面形状为圆形，则只需将喷嘴1正对一圆形截面的通道；前述的通过螺纹顶子5设置振子4适用于长方形截面的乳化通道3，通过固定轴设置振子4适用于圆形截面的乳化通道3。

经大量的试验得出，混合液体的乳化程度与混合液体在乳化通道3中的流动状态有关，流体的流动状态愈复杂，乳化程度愈好。因此，所述的振子4的一端为楔形尖端，该楔形尖端为扁平状，尖端部分正对上述的喷口2，振子4的另一端为与上述的楔形尖端对称的结构，两个楔形尖端部分之间为一矩形截面的平板状连接段(图6、图7所示)，振子4则形成两个表面，该两个表面与乳化通道3的表面之间形成液体的流动的上、下通道，流体在通过乳化通道3时，首先撞击在正对喷口2的楔形尖端部分，然后被振子4主要分为上、下两部分通过振子4的两个表面而流动，在振子4的另一端的尾部汇合后流出乳化器。按流体力学的理论，振子4远离喷口2的一端的形状对流体的混合有重要作用，如上述的振子4的两端的楔形尖端为对称结构时，流体的流动比较稳定，在层流的情况下会在尾端形成局部的紊流；如振子4的尾端为不对称的楔形，该不对称的楔形如短于前端(正对喷口2的一端称为前端)的楔形，则尾端的紊流更为强烈；如尾端为流线形曲面，则尾端的紊流相对缓和；如尾端为平面状，则尾端的紊流最为强烈。上述的振子4的前端和尾端楔形尖端的结构的相同或不同，可以适应不同的混合液体的乳化。

除了上述振子4的整体结构的相同或不同以适应不同的混合液体的流动乳化，增加混合液体在通过振子4两侧的全过程的流动复杂化，也有助于在流动过程中流体受到更多的作用力以增加液体颗粒的破碎。为达到上述的目的，使振子4的表面为粗糙面，该粗糙面为与振子4长度方向垂直的多条微小凸条构成，或为多个微小的凹坑构成，或为多个微小的凸起构成；当流体通过粗糙表面时，流体阻力增加，即附面层增加，在流体与振子4表面形成不同流速的梯度区，增加了流体内的相互作用力，可进一步增加流体内不同液体颗粒的破碎程度，使混合液体的乳化度增加；上述的由微小凸条或微小凹坑或微小凸起构成的振子4粗糙表面可由常规的加工技术形成，或粗糙表面可单独因素构成或可多因素构成，或可由上述三种因素之外的其它因素构成，但根本原因均是增加流体流动阻力或在振子4表面形成多个微小紊流区以增加混合液体内部的相互作用力，最终增加混合液体的乳化程度；当然还可在乳化通道3的内表面形成粗糙面，乳化通道3的内表面亦可用微小凸条或凹槽或凹坑等构成，亦可达到增加混合液体的乳化程度的效果；更进一步，振子4的表面和乳化通道3的内表面同时均为粗糙面，可进一步提高混合液体的乳化程度。

由于混合液体的乳化程度决定于多种因素，例如各液体的分子的极性或大小、液体的表面张力、各液体之间的相互作用力、混合液体受到的外界施加的作用力及其大小、液体流动的形态等多种因素。在本发明中，混合液体受到一定的压力后由喷口2中以扁平状喷射入乳化通道3后，直接与振子4的对应的楔形尖端撞击，振子4在撞击力的作用下振荡，混合液体在反作用力下多方向运动后最终在楔形尖端的限制下，在振子4的两表面流动，混合液体又受到振荡的振子4的作用力，还受到前述的振子4表面的摩擦力以及形成的紊流的内部作用力，最终在振子4的尾端流体的流动进一步紊乱，在一系列的流体流动和多作用力下，混合流体可达到较高的乳化程度；为促进上述的流体的流动过程和作用力的产生，振子4的前端的楔形尖端的长度与振子4的厚度之比为2～4，优选为2.5～3.2，当楔形尖端在上述的长度与厚度比范围内时，混合流体对楔形尖端有较好的正面撞击，楔形尖端又具有较佳的刚度还对混合流体有适当的分流作用，利于混合流体流入振子4的两侧的通道或间隙。

振子4的厚度大于1.5mm并小于乳化通道3的高度或乳化通道3的最大尺寸，且与乳化通道3的内壁之间形成间隙；上述振子4的厚度要求可确保振子4具有一定的刚性、重量，同时又使混合流体受到一定面积(即振子4的断面的面积)的阻力，并使振子4两表面的流速得到一定的提高，上述的这几方面的因素均有利于混合液体的乳化。

实质上，本发明在实际使用时，需施加一定压力于混合液体后由喷口2喷射入乳化通道3，则喷射出的于混合液体具有相应的速度后撞击在振子4上，撞击力使振子4振荡，并产生前述的一系列的复杂的流动状态和作用力，施加于混合液体的压力愈大，喷射出的液体流速愈大，最终振子4的三维方向的振荡频率愈高，导致通过乳化通道3后的混合液体乳化程度愈高。但由于上述的较高的压力，设于外壳体内的喷嘴1易于松动，则在外壳体内的喷嘴1的端部设有一压紧螺母6，将喷嘴1压紧在外壳体内，避免喷嘴1的松动而影响液体的喷射效果。同理，外壳体上设有的螺纹顶子5亦可能在振子4的振荡过程中出现松动，螺纹顶子5松动亦会影响振子4的振荡，故在外壳体上还设有一与螺纹顶子5呈近似垂直状的防松螺钉7顶置于螺纹顶子5的侧壁，由图4所示的侧孔置入防松螺钉7就可防止螺纹顶子5的松动。

Claims (10)

1.一种混合液体乳化器，包括外壳体，外壳体的内通孔的一端内设有一可通过液体的喷嘴(1)，其特征在于喷嘴(1)有一狭缝状喷口(2)，喷口(2)正对一乳化通道(3)，乳化通道(3)内设有在三维方向上可微小位移的具楔形尖端的振子(4)。

2.按权利要求1所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的振子(4)的侧壁有四个盲孔(9)，经外壳体壁的对应的通孔的螺纹顶子(5)的端部顶入上述盲孔(9)使振子(4)置于乳化通道(3)的中心位置。

3.按权利要求1所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的振子(4)有两个通孔贯穿两侧壁，经外壳体壁的对应的通孔，两固定轴穿过振子(4)的通孔后与外壳体固定连接，振子(4)置于乳化通道(3)的中心位置。

4.按权利要求1或2或3所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的乳化通道(3)的截面形状为长方形或圆形。

5.按权利要求4所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的振子(4)的一端为楔形尖端，另一端为与上述的楔形尖端对称的结构，或另一端为平面状或为流线形曲面状或为与上述的楔形尖端不对称的尖端状。

6.按权利要求5所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的振子(4)的表面为粗糙面，该粗糙面为与振子(4)长度方向垂直的多条微小凸条构成，或为多个微小的凹坑构成。

7.按权利要求5或6所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的振子(4)的楔形尖端的长度与振子(4)的厚度之比为2～4。

8.按权利要求7所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的振子(4)的厚度大于1.5mm并小于乳化通道(3)的高度，且与乳化通道(3)的内壁之间形成间隙。

9.按权利要求8所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的外壳体内的喷嘴(1)的端部设有一压紧螺母(6)。

10.按权利要求9所述的混合液体乳化器，其特征在于所述的外壳体还设有一与螺纹顶子(5)呈近似垂直状的防松螺钉(7)顶置于螺纹顶子(5)的侧壁。

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