CN103026016B - 内含式涡流装置 - Google Patents

Abstract

一种内含式涡流装置允许空气或气体流入和流出该装置。在气体移动通过该装置的过程中，在该装置中会产生一种涡流，这种涡流允许将较重的物质分离出来、使任何颗粒的大小减小、并且将与进入该装置时相比大小要显著更小的颗粒排出。

Description

内含式涡流装置

在本说明书中对该装置进行了说明。

本申请要求于2010年6月3日提交的美国实用专利申请序列号12/802,273的优先权。

技术领域

本发明涉及一种内含式涡流装置。

背景技术

大多数在腔室内引发涡流的现有技术装置使用的是螺旋桨或者叶轮来产生涡流。2008年6月3日颁发给Arlasky的美国专利7,380,639是使用螺旋桨的最好的例子。

发明内容

本发明是一种容器装置，该装置允许空气或气体流入和流出。在气体移动通过该装置的过程中，在该装置中会产生一种涡流，这种涡流允许将较重的物质分离出来、使任何颗粒的大小减小、并且将与进入该装置时相比大小要显著更小的颗粒排出。

本发明将接受空气或气体的流入、并且将由于该壳体壁内部的进口长度与直径之间的关系为1比3的比率而自身产生涡流。壳体的内侧底部配备了一个弹头形凸起，该凸起有助于返回的涡流，从而使进入的涡流反向并迫使空气或气体穿过出口。弹头的长度与圆柱形壳体的总长度也存在关系并且这个比率也是1:3。弹头的顶点处的区域创造了一个低压区，而该弹头周围的区域则捕捉较重的物质并且使之在弹头周围的回路中再循环，直到这些颗粒被减小到与进入壳体时相比更细的粒度为止，从而允许这些颗粒在朝外的涡流中并且通过出口离开。

本发明是一种内含式涡流装置，该装置包括一个封闭的圆柱形壳体，该壳体具有一个活端和一个死端、一个内部侧表面、一个死端内表面、以及一个活端内表面。该装置还包括一个进口、一个出口和一个弹头形凸起。

该进气管通过一个第一开口从该圆柱形壳体的侧面并靠近这个活端而进入。该出气管从该圆柱形壳体的活端中的一个中央开口离开。该弹头形凸起是在这个死端的内表面的中心并附接在该内表面上。该进气管的从该内部侧壁表面起的长度与该出气管的从这个活端内表面起的长度之比是大约1:3并且其中该弹头形凸起的从这个死端内表面起的长度与该封闭的圆柱形壳体的总长度之比是大约1:3，由此产生了涡流。

附图说明

图1是该装置的内部视图。

图2是该装置用作一个消声器的内部视图，该消声器带有一个颗粒收集器和一个穿过该弹头或凸起的空气流动开口。

图3是该装置用作一个消声器的内部视图，该消声器带有一个颗粒收集器和一个穿过该弹头或凸起的空气流动开口。

图4是该装置用作消声器的一个分段的外部视图。

图5是另一个消声器实施方案的内部视图。

图6是出口的另一个实施方案，其特点是用于该进口的一个偏转器。

图7是一个气体流动图。

图8是该装置的另一个实施方案，其特点是一个用以再循环未用燃料的回收出口。

图9是该装置的另一个实施方案，其特点是一个用以再循环未用燃料的回收出口。

具体实施方式

图1是装置2的一个内部视图。举例而言，当装置2被附接至车辆排气系统上时，该装置允许排放气体通过位于远端6处的进口8流入。该气体流入装置2中并且立即开始在沿着内壁16流动的涡流中旋转，直到它到达该凸起或弹头12。当在涡流中流动的气体与凸起12相接触时，它会产生反向的文丘里效应从而以一种向上的方式改变该涡流的行程，引导更轻的气体流向出口10并从装置2中排出。当气体与凸起12相接触时，在刚好离开凸起12末端的地方形成一个低压区18。该气体被朝向内壁16向外引导，从而产生一个环形涡流42而促使该气体加速撞向内壁16。较轻的颗粒移动进入正在排放该气体的涡流中并且较重的颗粒落下。在这个区域下方并沿着弹头12侧边产生一种循环，该循环捕捉较大较重的颗粒，并且这些颗粒保持被夹带直到它们被减小到更小的粒度。这个区域被称为循环回路20。在此这些颗粒沿着弹头上升到它们被再次送到抵靠该壁的位置。这些颗粒将保持在这个回路中，直到它们足够小而能移出。当这些颗粒变得足够小，即足够轻，而能离开该循环回路20时，它们穿过该低压区18并被捕获到将这些颗粒从装置2中移出的涡流中。

这些颗粒在循环回路20中通过被反复地推向装置2的内壁16而减小。久而久之，这些反复的撞击能够减小粒度并且然后将它们释放穿过低压区18而进入用于使气体通过出口10排出的涡流中。

图2是该装置作为一个消声器的内部视图，该消声器具有一个颗粒收集器22以及一个穿过凸起或弹头12的空气流动开口14。装置2被附接至车辆排气，从而允许该排放气体通过位于远端6处的进口8流入。该气体流入装置2中并且立即开始在沿着内壁16流动的一个涡流中旋转，直到它到达该凸起或弹头12。当流入该装置2中的气体与凸起12相接触时，它产生反向的文丘里效应从而以一种向上的方式改变了该涡流的行程，引导更轻的气体流向出口10并从装置2中流出。当该气体与凸起12接触时，在刚好离开凸起12末端的地方形成一个低压区18。该气体被向外引导而形成一个环形涡流42，从而迫使该气体加速撞向内壁16。较轻的颗粒移动进入正在排放该气体的涡流中并且较重的颗粒落下。在这个区域下方并且沿着弹头12侧边形成了一种循环，该循环捕捉较大较重的颗粒，其中这些颗粒保持被夹带，直到它们被减小到更小的粒度。这个区域被称为循环回路20。在此这些颗粒沿着弹头上升到它们再次被送至抵靠该壁的位置。这些颗粒将会一直位于这个循环中，直到它们足够小而能移出。当这些颗粒变得足够小而能离开该循环回路20时，它们穿过低压区18并被捕获到将这些颗粒从装置2中移出的涡流中。

本实施方案具有一个开口14，这个开口穿过近端4、穿过收集器22及其近端32、然后继续穿过弹头14而进入。这个开口14允许将各种物质引入该低压区18并进入装置2的涡流中。被引入该装置中的一种材料的实例是冷空气，用于减少发动机排气所产生的热量。

另外，可以存在一个收集器22。该收集器22的目的是收集那些大的并仍处于循环回路20中的颗粒。这些颗粒将最终脱离而通过位于该收集器22的远端30中的开口进入到收集器22中。在其他实施方案中，收集器22是可移除的并且充当一个过滤器。在其他实施方案中，收集器22是带挡板的以产生共振作用或者是简单地被用作一个共振器24。还应注意的是，若没有开口，这些颗粒将会保留在循环回路20中，直到它们已经减小到足够小而能穿过低压区18进入涡流中、继而到达出口10。

图3是该装置2作为一个消声器的内部视图，该消声器具有一个颗粒收集器22和一个穿过该弹头或凸起12的空气流动开口14。这个视图允许更清楚地看到收集器22的远端30。收集器22中的这些开口允许更大更重的颗粒掉下或落下直到进入收集器22中。

图4是该装置2作为一个消声器的一个分段的外部视图。该进口8和出口10都穿过了侧表面34。二者都靠近该装置2的远端6。该装置2是完全自含式的，其中所有的操作都在装置2的内部。弹头12的末端和穿过该弹头的开口14都是可见。这个视图允许更好地了解弹头12周围的区域。围绕弹头的这个区域是循环回路20所在的区域。较重的颗粒在这里被捕捉或夹带。它们将在这里进行再循环，直到它们被减小或者落入收集器22中。

图5是另一个消声器实施方案的内部视图。在这个实施方案中，该装置2被一个外壳26包围。这个外壳可以是为了美学价值或者可以被结合作为一个更大的谐振器空腔。

图6是出口10的另一个实施方案，其特定是用于进口8的一个偏转器38。这个实施方案在装置2中更快地引起涡流。这个偏转器对涡流的形成不是必须的、但是将会更快地引发涡流。这个偏转器38被附接至该出气管10上并靠近该进气管8。进入的气体会碰撞该偏转器并立即旋转形成涡流。

图7是一个气体流动图。排气流入并围绕内壁16向下进行循环。当它到达弹头形12的顶端时，产生一个低压区18。较轻的颗粒沿涡流向上移动，而较重的颗粒从环圈形的涡流42中被推出。这些较重的颗粒碰撞到内壁16而其尺寸减小。这些较重的颗粒被夹带在该循环回路20之中、并且沿着内壁16和底部向下移动然后沿着弹头12的外壁46向上移动以便被重新引入该环圈形的涡流42之中，或者它们作为较小颗粒离开。那些太大的颗粒将留在回路20中直到它们的尺寸被减小到足以穿过低压区18并排出到装置2外。

图8是装置2的另一个实施方案，该装置的特点是一个用以再循环未用燃料或烃的回收出口44。这个实施方案用作柴油发动机的消声器是很理想的，因为它具有一个再循环回路。循环回路20中的较重颗粒被抽出并被重新引入燃烧循环中再次燃烧。这将改善排放物并且增加里程。

图9是该装置的另一个实施方案，该装置的特点是一个用以再循环未用燃料的回收出口44。在这个实施方案中，该回收出口就是凸起12中的开口14。这些较重颗粒通过弹头12中的开口14被抽出并且被重新引入燃烧循环中。

该装置还能够被用于具有任何发动机或会产生排气的过程的其他应用中。当被附接至这个过程所产生的排气时，该装置被用于燃煤发电过程中，并且气体将流入远端6的进口中，从而允许排放气体通过远端6处的进口8流入。气体流入装置2中并且立即开始在沿着内壁16流动的涡流中旋转，直到它到达弹头或凸起12。当流入装置2中的气体与该凸起12相接触时，它产生反向的文丘里效应，从而以一种上升的方式改变涡流的行程，引导较轻的气体朝向出口10并且流出该装置2。当气体与凸起12相接触时，在刚好离开凸起12末端的地方形成一个低压区18。气体被朝外引导，从而形成环圈形的涡流而迫使气体加速撞向内壁16。较轻的颗粒移动进入将气体排出的涡流中，并且较重的颗粒则会掉落。在这个区域下方并且沿着凸起12的侧面形成了一种循环，这种循环捕捉较大较重的颗粒，其中这些颗粒保持被夹带直到它们减小到更小的粒度颗。这个区域被称为叫循环回路20。在此这些颗粒沿着子该弹头向上移动到它们被再次送至抵靠该壁的位置。这些颗粒将保留在这个循环回路中直到它们足够小而能移出。当这些颗粒变得足够小而能离开该循环回路20时，它们穿过低压区18并且被捕获到将这些颗粒从装置2排出的涡流中。由于较重的颗粒按以上解释的方式被减小或去除，该排气因此变得干净。该装置2还适用于焚烧过程中。当该装置被附在一个焚化炉的排气装置上时，排气会通过远端6处的进口8流入。气体流入装置2中并立即开始在沿着内壁16流动的涡流中旋转，直到它到达弹头形凸起12。当流入装置2中的气体与凸起12相接触时，它产生了反向的文丘里效应，从而以一种向上的方式改变涡流的行程，引导较轻的气体朝向出口10并且流出装置2。当气体与凸起12相接触时，在刚好离开凸起12末端的地方形成了一个低压区18。该气体被向外引导，从而形成一个环圈形的涡流而迫使气体加速撞向内壁16。较轻的颗粒移动进入正排出气体的涡流中，并且较重的颗粒则掉落。在这个区域下方并且沿着凸起12的侧面形成了一种循环，这种循环捕捉较大较重的颗粒，这些颗粒保持被夹带在这个循环中直到它们被减小到更小的粒度。这个区域被称为循环回路20。这些颗粒在此沿着该弹头上升到它们被再次送至抵靠该壁的位置。这些颗粒将留在这个回路中直到它们足够小而能移出。当这些颗粒变得足够小而能离开该循环回路20时，它们穿过该低压区18并且被捕获到将这些颗粒从装置2去除的涡流中。由于较重的颗粒按以上解释的方式减小或移除，排气因此变得干净。也就是说，收集、减小或再循环，减少或消除了排放物。这在有害废物的焚烧中是尤其重要的。

存在一种关系以允许在装置2中形成涡流。进气管通过一个第一开口从该圆柱形壳体的侧面并靠近这个活端而进入。出气管从该圆柱形壳体的活端中的一个中央开口而离开。该弹头形凸起是在这个死端的内表面的中心并且附接在其上。该进气管的从该内部侧壁表面起的长度与该出气管的从这个活端内表面起的长度之比是大约1:3并且其中该弹头形凸起的从这个死端内表面起的长度与该封闭的圆柱形壳体的总长度之比是大约1:3，由此产生了涡流。

Claims (15)

1.一种内含式涡流装置，包括：

a.一个封闭的圆柱形壳体，该壳体具有一个活端和一个死端、一个内部侧表面、一个死端内表面，以及一个活端内表面；

b.一个进气管；

c.一个出气管；以及

d.一个弹头形凸起；

所述进气管通过一个第一开口从该圆柱形壳体的侧面进入；

所述出气管从该圆柱形壳体的活端中的一个中央开口离开；

所述弹头形凸起是在这个死端的内表面的中心并附接在这个死端的内表面上；并且

其中该第一开口被限定在该壳体的侧面上、在这个活端内表面与该出气管的末端之间，并且其中该弹头形凸起从这个死端内表面的内表面朝这个活端延伸；

并且其中所述进气管的从壳体的内部侧壁表面起的长度与所述出气管的从壳体的活端内表面起的长度之比是大约1:3。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置是一个消声器。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置是一个颗粒分离器。

4.如权利要求1所述的装置，进一步包括被安装在所述进气管的出口附近的一个偏转器。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述弹头形凸起为中空的。

6.如权利要求1所述的装置，进一步包括安装在所述弹头形凸起附近的收集区。

7.如权利要求1所述的装置，进一步包括用于通过所述弹头形凸起进行冷空气注入以用于将排放气体冷却的工具。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置被容纳在一个共振腔之中。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置被容纳在一个外腔室之中。

10.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个循环回路，该循环回路被设置用于使烃类再循环进入一个燃烧室中。

11.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个循环回路，该循环回路被设置用于使颗粒再循环进入一个燃烧室中。

12.如权利要求1所述的装置与燃烧处理设备的组合。

13.如权利要求1所述的装置与一个燃烧室的组合。

14.一种控制排放气体的方法，该方法包括配置如权利要求1所述的装置与排放源的组合以及允许任何排放气体从该排放源流过所述装置。

15.一种处理排放气体的方法，所述方法包括配置如权利要求1所述的装置与循环回路的组合，所述循环回路将排放气体从该装置输送到燃烧室，其中所述输送的排放气体被燃烧。