CN104748144A - 一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，燃料电晕充电室中放置一个与燃料电晕充电室共轴心线的针状电晕充电电极，燃料电晕充电室的右端连接共轴心线的雾化旋流器和喷嘴体，喷嘴体的右端连接共轴心线的气体旋流器；喷嘴体的正中间开有左、右两个共轴心线且相互连通的锥孔；喷嘴体的左侧锥孔中紧密套有锥形的雾化旋流器；在喷嘴体上开有连通进气管路和喷嘴体的右侧锥孔的多个气体冲击孔，在气体旋流器上开有连通进气管路和外界的多个气体旋流扁孔；对液态燃料电晕放电，带电后的液态燃料在静电力、离心力的作用下产生雾化，利用气流对液态燃料进一步冲击式辅助雾化，雾化后的雾滴离开喷嘴后与同轴喷射的空气相互作用，提高燃烧效率。

Description

一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴

技术领域

本发明涉及液体燃料的静电雾化技术，具体是一种非导电性液态燃料的静电雾化喷嘴，可以雾化形成稳定的气液喷雾。

背景技术

液体燃料的静电雾化是一种依赖于静电力的液态燃料雾化技术与方法，雾化产生的燃料液滴具有粒径细小、单分散均匀分布、状态稳定、液滴尺寸分布范围窄等诸多优点，能够显著增加气液接触面积，提高液态燃料的燃烧效率，降低CO、NO以及细微颗粒物的排放。

中国专利申请号为200920047470.8、名称为“一种应用于农药喷洒的气液两相同轴入流静电雾化喷嘴”所公开的喷嘴结构主要解决农业植保机械上的高效安全施药问题，它简单地采用气液同轴方式，在混合室内形成气液混流状态，混合液通过具有液流孔的旋流片形成喷雾。由于农药溶液一般均具有导电性，因此药液喷雾的荷电方式是感应荷电，通过感应荷电以提高雾化效果和雾滴的活性。但是由于液态燃料均为电导率极低的极性介质，通过感应荷电无法带电，只能通过接触荷电与电晕荷电的方式使其荷电，因此该喷嘴的喷雾效率并不高。

中国专利申请号为2014100853625、名称为“一种等离子和气体辅助雾化燃烧的双燃料喷嘴”所公开的喷嘴是将液态燃料通过油过滤组件后沿径向进入到等离子放电组件的环形放电间隙中，通过介质阻挡放电，燃料发生部分裂解，形成等离子微团，掺混于燃料内部，利用等离子微团在喷嘴出口处的瞬间爆破及其易燃性，加强雾化；气态燃料由入口经包围于外电极外部的环形气腔一部分进入到气体辅助旋流喷嘴组件，对液态燃料进行冲击辅助雾化，另一部分经由气体导流板旋流而出，对液态燃料产生剪切作用，使液滴深度雾化。该双燃料喷嘴采用介质阻挡放电的方式形成粒子团，气体燃料与液体燃料的双料雾化，可以很好地实现燃料深度雾化和稳定旋流，提高了燃烧稳定、完全性。但是由于该双燃料喷嘴结构的复杂性，制造较为复杂，成本较高，并且喷嘴内部绝缘的陶瓷管不利于离子团的形成。

目前，采用静电技术实现水等导电介质的有效雾化的装置较多，但采用静电雾化实现非导电性液态燃料雾化的装置未见报道。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，采用静电雾化实现非导电性液态燃料雾化，改善燃料的雾化性能，提高燃烧效率。

本发明所采用的技术方案是：本发明具有一个圆柱形的燃料电晕充电室，燃料电晕充电室中放置一个与燃料电晕充电室共轴心线的针状电晕充电电极，针状电晕充电电极的右端为尖端且靠近燃料电晕充电室的右端，针状电晕充电电极的左端折弯后伸出燃料电晕充电室的侧壁外连接高压静电发生装置；燃料电晕充电室的左端设进油孔、右端连接共轴心线的雾化旋流器和喷嘴体，喷嘴体的右端连接共轴心线的气体旋流器；喷嘴体的正中间开有左、右两个共轴心线且相互连通的锥孔，左、右两个锥孔在小端处相连接，右侧锥孔连通外界；喷嘴体的左侧锥孔中紧密套有锥形的雾化旋流器；在雾化旋流器的外壁上开有多个螺旋形的燃料旋流槽，燃料电晕充电室通过燃料旋流槽与喷嘴体的右侧锥孔相通；气体旋流器同时连接于进气管路；在喷嘴体上开有连通进气管路和喷嘴体的右侧锥孔的多个气体冲击孔，在气体旋流器上开有连通进气管路和外界的多个气体旋流扁孔。

进一步地，喷嘴体的左侧锥孔的锥角是35～40度、右侧锥孔的锥角是45～50度。

更进一步地，多个气体冲击孔沿圆周方向均匀布置，每个气体冲击孔均是锥形通孔且向喷嘴体的轴心线倾斜，气体冲击孔的锥角是6～8度，每个气体冲击孔的中心线与喷嘴体的轴心线之间的夹角是40～45度。

本发明采用上述技术方案后具有的优点是：

1、通过针状电极的尖端对液态燃料进行电晕放电，然后带电后的液态燃料在静电力、离心力的作用下产生雾化；在喷嘴出口处利用具有一定压力的气流对液态燃料进一步进行冲击式辅助雾化。雾化后的雾滴离开喷嘴后与同轴喷射的空气进一步相互作用，使液态燃料液滴发生二次破碎，空气与液滴高度均匀混合，从而达到充分燃烧，有效减小污染物的排放，特别是控制PM2.5的排放的目的。

2、本发明采用空气或氧气与燃料混合，采用静电技术使液体破碎，对液体燃料采用针状电晕电极的静电雾化，使液体燃料破碎成细小的带电雾滴群，增大了燃料与空气的接触总面积，从而提高了燃烧效率。

3、本发明采用气体实现对雾化射流的两次冲击式辅助雾化，实现雾滴粒径进一步减小，有助于提高雾滴总体表面积，提高燃烧效率。

4、本发明采用静电雾化、离心雾化与气体冲击式雾化综合作用，显著增大了喷雾的贯穿距离、增加了燃烧火焰的稳定性。

5、本发明采用空气实现燃料雾滴与空气的同轴喷射，实现雾滴与气体介质的均匀混合，有助于燃料的燃烧效率。

6、本发明对液体燃料采用静电雾化技术，可以明显改善液体燃料的喷雾流场和射流雾化效果，减少了碳氢化合物生成，降低了污染排放的作用。

7、本发明通过合理设计喷嘴体结构，使得雾滴不会落在喷嘴体的锥孔下壁上，提高燃烧效率。

附图说明

图1是本发明一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴结构示意图；

图2是图1中雾化旋流器的左视图；

图3是图1中气体旋流器的左视图；

图中：1.进油孔；2.锁紧螺母；3.绝缘陶瓷内衬；4.金属壳体；5.燃料电晕充电室；6.进气管路；7.进气孔；8.雾化旋流器；9.气体冲击孔；10.气体旋流器；11.喷嘴体；12.针状电晕充电电极；13.电源连接螺母；14.弹簧；15.绝缘陶瓷套；16.滤油网；17.燃料旋流槽；18.气体旋流扁孔。

具体实施方式

参见图1，本发明设有一个圆柱形的燃料电晕充电室5，燃料电晕充电室5的内壁是绝缘陶瓷内衬3，绝缘陶瓷内衬3的外侧壁固定贴在圆柱形的金属壳体4的内侧壁上, 金属壳体4既作为燃料电晕充电室5的外壳同时又作为接地极使用。燃料电晕充电室5的左端通过锁紧螺母2旋紧将绝缘陶瓷内衬3固定在金属壳体4中，保证了喷嘴整体的牢固性。在金属壳体4外的右端外套有进气管路6，形成套筒结构，在金属壳体4和进气管路6的接触处作密封处理。进气管路6套在金属壳体4的右端外，进气管路6由进气孔7向右端单侧进气。

在燃料电晕充电室5中放置一个针状电晕充电电极12，针状电晕充电电极12的中心轴与燃料电晕充电室5的轴心共线。针状电晕充电电极12的右端为尖端，靠近燃料电晕充电室5的右端。针状电晕充电电极12的左端折弯后伸出燃料电晕充电室5的侧壁外并连接高压静电发生装置（图中省略了高压静电发生装）。在针状电晕充电电极12与燃料电晕充电室5的侧壁之间安装绝缘陶瓷套15，针状电晕充电电极12与高压静电发生装置之间安装弹簧14和电源连接螺母13，针状电晕充电电极12通过弹簧14与电源连接螺母13相接，电源连接螺母13再外接高压静电发生装置。高压静电发生装置给针状电晕充电电极12供电，当电压超过设定的特定值U ₀时，针状电晕充电电极12向燃料电晕充电室5内的液态燃料进行电晕放电，使液态燃料强制荷电。

绝缘陶瓷内衬3和绝缘陶瓷套15可以防止针状电晕充电电极12直接对金属壳体4放电，造成击穿现象。

在燃料电晕充电室5的左端设进油孔1，进油孔1设在左端锁紧螺母2的中间，进油孔1中心轴与燃料电晕充电室5的轴心共线。外界具有一定压力的液态燃料通过进油孔1进入燃料电晕充电室5内。在进油孔1中装有滤油网16，可以过滤掉一些杂质，不易造成喷嘴的堵塞。

在燃料电晕充电室5的右端连接共轴心线的雾化旋流器8和喷嘴体11，喷嘴体11的右端连接同轴心线的气体旋流器10，喷嘴体11和气体旋流器10都位于进气管路6内。喷嘴体11的正中间开有左、右两个相互连通的锥孔，左、右两个锥孔的中心轴共轴心线并且与燃料电晕充电室5的轴心共线，左侧锥孔的大端在左、小端在右，右侧锥孔的小端在左、大端在右，也就是左、右两个锥孔在小端处相连接，右侧锥孔连通外界。在左侧锥孔中紧密套有共轴心线的锥形的雾化旋流器8，雾化旋流器8的外壁与左锥孔的内壁之间无空隙。雾化旋流器8的左端固定连接在燃料电晕充电室5右端处的金属壳体4和绝缘陶瓷内衬3上，并且在连接处作密封处理。喷嘴体11的左端固定连接雾化旋流器8的左端，在连接处也作密封处理。在雾化旋流器8的外壁上开有多个螺旋形的燃料旋流槽17，以便燃料在通过时形成螺旋流动产生有利于破碎的离心力。每个燃料旋流槽17既连通喷嘴体11的右侧锥孔又连通燃料电晕充电室5，也就是使燃料电晕充电室5通过燃料旋流槽17与喷嘴体11相通。

气体旋流器10为圆筒结构，同时连接于进气管路6和喷嘴体11的右端。气体旋流器10的外壁与进气管路6固定密封连接，气体旋流器10的内孔固定密封套在喷嘴体11上。在气体旋流器10上开有多个气体旋流扁孔18，气体旋流扁孔18与外界和进气管路6相通。在喷嘴体11上开有多个气体冲击孔9，气体冲击孔9同时连通进气管路6和喷嘴体11的右侧锥孔。

喷嘴体11的左侧锥孔的锥角控制在35～40度、右侧锥孔的锥角控制在45～50度。有6个气体冲击孔9沿圆周方向均匀布置，每个气体冲击孔9都向喷嘴体11的轴心线倾斜，每个气体冲击孔9的中心线与喷嘴体11的中心轴线之间的夹角为40～45度。气体冲击孔9本身为一锥度较小的锥形通孔，锥形气体冲击孔9大端在进气管路6侧，小端在喷嘴体11的右侧锥孔侧，气体冲击孔9锥角控制在6～8度之间。

参见图2，本发明采用六个燃料旋流槽17，六个燃料旋流槽17之间的距离适中，以便形成态燃料的螺旋流动，产生有利于破碎的离心力，改善雾化性能。

参见图3，本发明采用八个气体旋流扁孔18，气体旋流扁孔18为螺旋形扁缝，气体通过后有利于对喷嘴喷出的燃料液滴的冲击与混合。八个气体旋流孔18的中心线围绕喷嘴体11的轴线呈螺旋形分布。相邻两个气体旋流扁孔18之间距离相等。气体旋流孔18设计为螺旋形可形成螺旋形气流作用于喷雾，对液滴进行二次雾化，有利于雾滴与气体的均匀混合，使空气与液滴形成均匀的混合物。

本发明工作时，燃料电晕充电室5可水平放置，其中心轴水平，如图1所示水平向右喷射。燃料电晕充电室5也可以改为竖直向下喷射，具体喷射方向可以根据使用环境或条件的改变而选择。首先，具有一定压力的液态燃料经过进油孔1和滤油网16进入燃料电晕充电室5，与此同时电源连接螺母13接通电源，高压静电发生装置通过弹簧14对针状电晕充电电极12供电，针状电晕充电电极12与金属壳体4之间形成的电压超过电晕放电电压U ₀时，针状电晕充电电极12对燃料电晕充电室5内的液态燃料进行电晕放电，以强迫方式使液态燃料荷电，实现对液态燃料的电晕放电。强制荷电后的液态燃料在燃料电晕充电室5内压力作用下，经燃料旋流槽17进入雾化旋流器8，经过旋流产生的离心力和静电力的双重作用下产生破碎，破碎的液态燃料雾滴喷入喷嘴体11的右侧锥孔中。在向燃料电晕充电室5内供给燃料的同时，向喷嘴内供给气体介质，即通过进气孔7，经过进气管路6使具有一定压力的气体进入喷嘴内部。具有一定压力的气体一部分经过气体冲击孔9由喷嘴体11的右侧锥孔冲出，冲出时对已经发生初步的破碎的液态燃料雾滴进行冲击式辅助雾化，使燃料雾滴在气动剪切力的作用下进一步破碎为更为细小的雾滴；同时具有一定压力的另一部分气体经过气体旋流器10上的气体旋流扁孔18旋转冲出喷嘴，对喷嘴喷射产生的雾滴具有冲击和夹带作用，产生二次冲击式辅助雾化作用，并且使气体与雾化后的带电燃料雾滴形成高度均匀的混合性，并且雾滴群在气流夹带下其贯穿距增大，从而使液态燃料形成良好的雾化效果。

本发明中的液态燃料介质为燃油类、烃类等液态燃料介质或者各种液态介质的混合物，其导电率很低，可以近似看成非导电性绝缘介质处理。

Claims (8)

1.一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，具有一个圆柱形的燃料电晕充电室（5），其特征是：燃料电晕充电室（5）中放置一个与燃料电晕充电室（5）共轴心线的针状电晕充电电极（12），针状电晕充电电极（12）的右端为尖端且靠近燃料电晕充电室（5）的右端，针状电晕充电电极（12）的左端折弯后伸出燃料电晕充电室（5）的侧壁外连接高压静电发生装置；燃料电晕充电室（5）的左端设进油孔（1）、右端连接共轴心线的雾化旋流器（8）和喷嘴体（11），喷嘴体（11）的右端连接共轴心线的气体旋流器（10）；喷嘴体（11）的正中间开有左、右两个共轴心线且相互连通的锥孔，左、右两个锥孔在小端处相连接，右侧锥孔连通外界；喷嘴体（11）的左侧锥孔中紧密套有锥形的雾化旋流器（8）；在雾化旋流器（8）的外壁上开有多个螺旋形的燃料旋流槽（17），燃料电晕充电室（5）通过燃料旋流槽（17）与喷嘴体（11）的右侧锥孔相通；气体旋流器（10）同时连接于进气管路（6）；在喷嘴体（11）上开有连通进气管路（6）和喷嘴体（11）的右侧锥孔的多个气体冲击孔（9），在气体旋流器（10）上开有连通进气管路（6）和外界的多个气体旋流扁孔（18）。

2.根据权利要求1所述一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，其特征是：喷嘴体（11）的左侧锥孔的锥角是35～40度、右侧锥孔的锥角是45～50度。

3.根据权利要求2所述一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，其特征是：多个气体冲击孔（9）沿圆周方向均匀布置，每个气体冲击孔（9）均是锥形通孔且向喷嘴体（11）的轴心线倾斜，气体冲击孔（9）的锥角是6～8度，每个气体冲击孔（9）的中心线与喷嘴体（11）的轴心线之间的夹角是40～45度。

4.根据权利要求1所述一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，其特征是：气体旋流扁孔（18）为螺旋形扁缝，多个气体旋流孔（18）的中心线围绕喷嘴体（11）的轴心线呈螺旋形分布。

5.根据权利要求1所述一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，其特征是：燃料电晕充电室（5）的内壁是绝缘陶瓷内衬（3），绝缘陶瓷内衬（3）的外侧壁固定贴在圆柱形的金属壳体（4）的内侧壁上, 金属壳体（4）是燃料电晕充电室（5）的外壳又是接地极。

6.根据权利要求5所述一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，其特征是：进气管路（6）套在金属壳体（4）的右端外，进气管路（6）由进气孔（7）向右端单侧进气。

7.根据权利要求5所述一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，其特征是：进油孔（1）中心轴与燃料电晕充电室（5）的轴心共线，进油孔（1）中装有滤油网（16）。

8.根据权利要求5所述一种气液同轴喷射的液态燃料静电雾化喷嘴，其特征是：针状电晕充电电极（12）与燃料电晕充电室（5）的侧壁之间设绝缘陶瓷套（15），针状电晕充电电极（12）通过弹簧（14）与电源连接螺母（13）相接，电源连接螺母（13）再外接高压静电发生装置。