CN102527284B

CN102527284B - 一种油水乳化装置

Info

Publication number: CN102527284B
Application number: CN201110000220.0A
Authority: CN
Inventors: 彭燕; 沙次文; 刘保林
Original assignee: SHENZHEN SHENWEIDEQUN ENERGY TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN SHENWEIDEQUN ENERGY TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-01-04
Also published as: CN102527284A

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装置。包括进油管(1)和进水管(2)接预混合器(3)后再接静态混合器(4)，关键是静态混合器(4)接稳压器(5)，稳压器(5)接油泵(6)后再接对混合液体进行振荡乳化的振荡器(7)，振荡器(7)的出口接一个三通(8)，三通(8)的一出口为出液口(9)，另一出口接回流管(10)再接稳压器(5)，经回流管(10)流回稳压器(5)的乳化液量为油泵(6)输出的液量的50～80％。本发明乳化后的混合燃料至少二至三次通过振荡器，使混合液体的乳化效果远远好于现有技术的超声乳化的效果。

Description

一种油水乳化装置

技术领域：

本发明涉及一种将不相溶液体混合的装置，具体是指将至少两种不相溶的油、水混合乳化的装置。

背景技术：

石化燃料是现有各种车辆、船舶、锅炉和加热装置等设备最为常用的燃料，石化燃料的大量使用造成了环境的污染，如油田的土壤、水源的污染，运输过程中的污染，最为严重的是燃烧过程造成的空气污染已成为大中城市空气污染的主要污染源，并且石化燃料即将走向枯竭期。因此可再生能源得到重视，但可再生能源由于技术问题、成本问题等在可预见的时期内还无法代替石化燃料，故提高现有石化燃料的燃烧效率或降低耗油率的同时，降低燃烧造成的排放污染仍具有重要意义，且是目前众多国家乃至众多企业的研究重点。为降低耗油率和污染排放，从技术上有多种途径，例如在燃油中添加酒精或水，但由于油/水或油/酒精之间的不相溶性，往往还需添加化学乳化剂，这一方法增加了成本，另一方面又增加了若干不可避免的问题，如乳化分层问题、腐蚀问题和燃烧变化等问题。现在亦有即时乳化即时燃烧的方案提出，这可以不用添加乳化剂，但现在对燃料乳化后立即进入燃烧腔燃烧机理没有一种明确的理论解释，且目前一般认为节油率最高只能达到4％左右，亦有声称可达到10％左右，而且目前只是实验室的效果。能否实现工业化？是否还能提高节油率？节油率提高的关键因素是什么？这一系列问题均需解决，如能解决则具有很高的经济价值与社会效益。

发明内容：

本发明的发明目的是公开一种将不相溶的液体很好乳化的装置，对燃油和水进行乳化后立即进入燃烧室(或腔)燃烧，可使节油率达到10％以上，且降低燃烧排放的污染物。

实现本发明的技术解决方案如下：包括进油管和进水管接预混合器后再接静态混合器，关键是静态混合器接稳压器，稳压器接油泵后再接对混合液体进行振荡乳化的振荡器，振荡器的出口接一个三通，三通的一出口为出液口，另一出口接回流管再接稳压器，经回流管流回稳压器的乳化液量为油泵输出的液量的50～80％。

所述的振荡器有一外壳体，外壳体的内孔的一端设有一可通过混合液体的喷嘴，喷嘴有一狭缝状喷口，狭缝状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。

所述的油泵的输出压力为10～25kg/cm²，且经回流管流回稳压器的乳化液量为油输出的液量的65～75％。

所述的进水管上设有水表、水路电磁阀和调节阀，在回流管上设有压力单向阀。

所述的稳压器上还设有一用户回流管。

所述的油泵后接一个前四通，三通前端接一个后四通，前四通的二出口分别接一振荡器后再接后四通的二入口，前四通的另一出口直接与后四通的一入口连接。

所述的油泵输出压力为18～20kg/cm²，经回流管流回稳压器的乳化液量为油泵输出的液量的68～70％。

本发明的不同液体或油水乳化装置较一般的即时(或称在线)使用的已有技术略为复杂，但油水混合燃料的乳化效果特别好，油水颗粒度的均匀度好，水颗粒的直径绝大部分为10μm左右，其油水混合燃料乳化效果好的关键是在装置中设有一可对混合液体(燃料)进行振荡的振荡器。该振荡器中的振子可在三维方向上进行振荡，且振子的振荡频率随着管道内压力的增加而增加，三维方向的振荡使振荡器中的混合液体的流动状态十分复杂，并且流动液体受到多种力的作用，使水颗粒更易破裂为小尺寸颗粒，并且乳化后的混合燃料至少二至三次通过振荡器，使混合液体的乳化效果远远好于现有技术的超声乳化的效果。

附图说明：

图1为本发明的一个实施例的整体结构示意图。

图2为本发明所用的振荡器的一种结构剖视示意图。

图3为图2所示的振荡器的立体视图。

图4为图2的仰视图。

图5为振荡器内使用的振子的一个实施例的结构示意图。

图6为振子的剖视示意图。

具体实施方式：

请参见图1～图6，本发明的具体实施例如下：进油管1和进水管2接预混合器3后再接静态混合器4，上述的预混合器3具有一腔体，在水压和油压的作用下初步进行混合；静态混合器4为常规使用的已有技术，其结构一般是其内有螺旋通道或有可旋转的叶片，预混合后的油水燃料在流体压力下流动状态复杂而使油水燃料初步乳化，之后静态混合器4接稳压器5，初步乳化的油水燃料进入稳压器5，稳压器5不仅是油水燃料的容积装置，其对系统管路中的液体量和压力起到一个衔接作用，使整个管路中的液体压力有一良好的压力过渡，保证混合燃料的连续供给；稳压器5接油泵6再接对混合液体进行振荡乳化的振荡器7，振荡器7的出口接一个三通8，三通8的一出口为出液口9，一部分乳化后的油水燃料经出液口9至燃烧设备，三通8的另一出口接回流管10再接稳压器5，一部分乳化后的油水燃料回流至稳压器5，在稳压器5中与新补充的初步乳化的油水燃料再一次进行乳化；经大量试验，控制经回流管10流回稳压器5的乳化液量为油泵6输出的液量的50～80％，这样大部分混合燃料至少经过振荡器7的两次乳化，部分混合燃料会被多次乳化；上述乳化后的燃料中的分散状的水颗粒的粒径可达10μm左右，并且均匀性好。

在上述的本发明中，振荡器7对混合燃料的乳化非常重要，所述的振荡器7有一外壳体11，外壳体11的内孔的一端设有一可通过混合燃料的喷嘴12，喷嘴12有一狭缝状喷口13，狭缝状喷口13正对一乳化通道14，乳化通道14内设有在三维方向上可微小位移的具楔形尖端的振子15；前期已经初步乳化混合的液体经狭缝状喷口13高速喷射出来，进入一正对喷口13的乳化通道14，喷射出来的瞬间为液体的一次混合，在乳化通道14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15，高速运动的混合液体正面撞击振子15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15在三维方向上振荡，且振子15的两表面与乳化通道14之间形成混合液体流动的通道，振子15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，使混合液体中的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15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15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15在乳化通道3内在三维方向上作微小的位移，在振子15的侧壁有四个盲孔16，经外壳体壁的对应的通孔的螺纹顶子17的端部顶入上述盲孔16使振子15置于乳化通道14的中心位置，螺纹顶子17的端部与振子15侧壁的盲孔的内表面之间有一微小间隙，该间隙的存在使振子15在三维方向上均可有一微小的位移空间，相当于振子15可悬置于四个顶子17的端部的约束中；除上述的结构，在振子15具有一定的厚度时，振子15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15的通孔后与外壳体固定连接，振子15置于乳化通道14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15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15在三维方向上作位移的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17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15，就可调节上述的间隙的大小；间隙大小的不同，则振子15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15的位移结构中，当流体的流速提高时，振子15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14的截面形状为长方形或圆形，当乳化通道14的截面形状为长方形时，其结构是喷嘴12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，则开口槽就构成乳化通道14；上述的乳化通道14的截面形状为圆形，则只需将喷嘴12正对一圆形截面的通道；前述的通过螺纹顶子17设置振子15适用于长方形截面的乳化通道14，通过固定轴设置振子15适用于圆形截面的乳化通道14。

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14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15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13，振子15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，振子15则形成两个表面，该两个表面与乳化通道14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14时，首先撞击在正对喷口13的楔形尖端部分，然后被振子15主要分为上、下两部分通过振子15的两个表面而流动，在振子15的另一端的尾部汇合后流出振荡器。按流体力学的理论，振子15远离喷口13的一端的形状对流体的混合有重要作用，如上述的振子15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15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13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15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15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15两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15的表面为粗糙面，该粗糙面为与振子15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15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15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15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14的内表面形成粗糙面，乳化通道14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15的表面和乳化通道14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13中以扁平状喷射入乳化通道14后，直接与振子15的对应的楔形尖端撞击，振子15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15的两表面流动，混合液体又受到振荡的振子15的作用力，还受到前述的振子15表面的摩擦力以及形成的紊流的内部作用力，最终在振子15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15的前端的楔形尖端的长度与振子15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15的两侧的通道或间隙。

振子15的厚度大于1.5mm并小于乳化通道14的高度或乳化通道14的最大尺寸，且与乳化通道14的内壁之间形成间隙；上述振子15的厚度要求可确保其具有一定的刚性、重量，同时又使混合流体受到一定面积(即振子15的断面的面积)的阻力，并使振子15两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。

前面已详细给出了振荡器7的结构与其作用，振荡器7的作用非常重要，但整个装置的多次乳化作用和混合液体的流动通畅同样起着重要作用，为保证上述的混合液体的高效流动，油泵6的输出压力为10～25kg/cm²为更好，油泵6可由电机25驱动，并且经回流管10流回稳压器5的乳化液量为油泵6输出的液量的65～75％，在此状态下，振荡器7内的液体的喷射速度可达到一个较高值，振子15的振荡频率也较高，液体至少被振荡器7乳化三次；或油泵6输出压力为18～20kg/cm²，经回流管10流回稳压器5的乳化液量为油泵6输出的液量的68～70％；为进一步保证整个装置内的液体的有效流动，在进水管2上设有水表18、水路电磁阀19和调节阀20，在回流管10上设有压力单向阀21，可以及时调节水油进量或进量比例。本发明使用的混合燃料中的水可在占总量的5～30％内进行调节，上述的所谓水占5～30％是指其燃烧是充分有效的；在实际使用中，乳化燃料一般是经一喷嘴将燃烧喷射入燃烧腔，这时的乳化燃料仍应是具有压力的和充足量，一般供给量大于实际喷入燃烧腔的量，多余的燃料则可经一与稳压器5连接的用户回流管22回流到稳压器5，则可保证整个装置在使用时的液体通畅；为预防可能出现的振荡器7在振荡过程中的损坏，在油泵6后接一个前四通23，三通8前端接一个后四通24，前四通23的二出口分别接一振荡器7后再接后四通24的二入口，前四通23的另一出口直接与后四通24的一入口连接，则实质上形成两条具有振荡器7的管路，当一个管路出现问题，另一管路则可启动，在前四通23和振荡器7之间设有球阀26，为随时调节整个装置中的流体压力，在前四通23内设有一压力表27以监视压力。

本发明的整个结构相对简单，但由于振荡器7的优良的振荡效果，使混合燃料乳化效果非常好，同时装置内流量的控制使乳化燃烧可至少经过二次乳化，故最终可使混合燃料中的水颗粒的直径在10μm左右，且大部分水颗粒可在5-7μm粒径，水颗粒在混合燃料中的分布非常均匀，故适应各种燃烧设备。本发明可适应各种大小设备、适应汽油机、柴油机、重油燃烧炉等，在节油率可达10-20％的情况下，还可大为降低排放的污染，是一种已可工业规模使用的乳化设备，具有十分重要的经济价值。

Claims

1.一种油水乳化装置，包括进油管(1)和进水管(2)接预混合器(3)后再接静态混合器(4)，其特征在于静态混合器(4)接稳压器(5)，稳压器(5)接油泵(6)后再接对混合液体进行振荡乳化的振荡器(7)，振荡器(7)的出口接一个三通(8)，三通(8)的一出口为出液口(9)，另一出口接回流管(10)再接稳压器(5)，经回流管(10)流回稳压器(5)的乳化液量为油泵(6)输出的液量的50～80％，所述的油泵(6)后接一个前四通(23)，三通(8)前端接一个后四通(24)，前四通(23)的二出口分别接一振荡器(7)后再接后四通(24)的二入口，前四通(23)的另一出口直接与后四通(24)的一入口连接。

2.按权利要求1所述的油水乳化装置，其特征在于所述的振荡器(7)有一外壳体(11)，外壳体(11)的内孔的一端设有一可通过混合液体的喷嘴(12)，喷嘴(12)有一狭缝状喷口(13)，狭缝状喷口(13)正对一乳化通道(14)，乳化通道(14)内设有在三维方向上可微小位移的具楔形尖端的振子(15)。

3.按权利要求2所述的油水乳化装置，其特征在于所述的振子(15)侧壁有四个盲孔(16)，经外壳体(11)壁的对应的通孔的螺纹顶子(17)的端部顶入上述盲孔(16)使振子(15)置于乳化通道(14)的中心位置。

4.按权利要求2所述的油水乳化装置，其特征在于所述的振子(15)有两个通孔贯穿两侧壁，经外壳体(11)壁的对应的通孔，两固定轴穿过振子(15)的通孔后与外壳体(11)固定连接，振子(15)置于乳化通道(14)的中心位置。

5.按权利要求1或2或3或4所述的油水乳化装置，其特征在于所述的油泵(6)的输出压力为10～25kg/cm²，且经回流管(10)流回稳压器(5)的乳化液量为油泵(6)输出的液量的65～75％。

6.按权利要求5所述的油水乳化装置，其特征在于所述的进水管(2)上设有水表(18)、水路电磁阀(19)和调节阀(20)，在回流管(10)上设有压力单向阀(21)。

7.按权利要求6所述的油水乳化装置，其特征在于所述的稳压器(5)上还设有一用户回流管(22)。

8.按权利要求1所述的油水乳化装置，其特征在于所述的油泵(6)输出压力为18～20kg/cm²，经回流管(10)流回稳压器(5)的乳化液量为油泵(6)输出的液量的68～70％。