CN114269482A - 移动的流体排出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明包括用于排出流体的设备和方法，流体包括蒸气和液体喷雾。喷雾通过出口阀(8)从加热腔室(1)中高速排出。该腔室包括引导和控制流体沿非线性路径(13)从入口孔(2)到出口孔的流动的装置。这防止了在设备移动时液体在腔室内以波浪运动进行移动。

Description

移动的流体排出装置
技术领域
本发明涉及用于流体排出的设备和方法。特别是一种用于流体排出的装置，即使在腔室移动时，该装置也能够将流体快速地从腔室中排出并排出相对较长的距离。
背景技术
存在能够高速排出流体的装置，流体包括蒸气和液体喷雾。例如，这些装置可用于灭火系统、喷墨打印机、发动机和医疗装置。
通常，它们包括被布置为容纳液体的储存器、被布置为将一些液体转移到腔室中的入口阀和被布置为控制材料从腔室中排出的出口或出口阀。腔室可以被称为喷射腔室。排出材料的喷射速度和行进距离(也被称为“射程”)受许多变量的影响，包括被排出的流体、腔室中的温度和压力、阀定时、腔室的尺寸、出口阀孔尺寸和待喷射流体的粘度。
利兹大学的EP2343104B1描述了一种用于以提高的喷射速度和提高的喷射的液体和液体蒸气行进的距离喷射材料的设备。腔室内的材料被加热到超过液体在环境压力下的饱和点。在加热期间保持入口阀和出口阀关闭，使得腔室内的压力增加。然后通过出口阀释放液体，在这种情况下压力突然下降导致液体快速膨胀和蒸气爆炸。
然而，发现如果在使用时装置移动或取向改变，则已知装置不能可靠地提供相同的射程特性。发现取向的改变甚至诸如装置的摇摆的细微移动都会影响流体从出口阀的推进力和射程。喷射的雾的液滴尺寸也受到腔室移动的影响。本发明着手解决这个问题。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于排出流体的设备，包括：用于储存流体的储存器；腔室；腔室的入口孔；入口阀；腔室的出口孔；出口阀；至少一个加热装置，其加热腔室内的流体，使得在入口阀和出口阀关闭时使流体的温度和压力升高，从而导致腔室内的至少一部分流体改变状态；引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置，由此在使用中，流体通过蒸气爆炸过程从腔室的出口孔排出。
进入腔室的流体可以是液体或液体和气体的混合物，例如泡沫，但优选是液体。在流体是液体或泡沫的情况下，它还可以包括悬浮的夹带颗粒固体。流体可以朝向腔室泵送，或者它可以在压差下进行供应，或者可以使用重力馈送进行供应。提供一些例子，流体可以是液体(例如水)或碳氢化合物燃料(例如，石油、煤油或汽油)。流体也可以是包含溶剂和溶质的溶液。
腔室包括出口孔，该出口孔设置在腔室中与入口孔分开的不同位置处。随着腔室内温度和压力的升高，腔室内的液体改变状态变为气体。在此过程中，还形成泡沫。已发现，优选在出口孔处存在泡沫，因为这减小了从出口孔产生的喷雾的液滴尺寸。
优选地，入口阀和出口阀各自包括致动器和座。致动器可以控制阀的打开和关闭。致动器可以是螺线管。阀座可以提供密封表面，从而能够关闭阀并且能够对腔室加压。
将流体从储存器供应到腔室中，该流体在腔室中被加热和加压。腔室将由能够承受显著的温度变化和压力差的材料制成。它可以具有大体圆柱形的形状。该腔室也可以被称为压力容器。它可以由诸如钢、铜或铝的金属或聚合物形成。替代地，腔室可由缠绕在金属衬里上的复合材料形成为复合材料外包裹的压力容器的形式。腔室可以衬有另一种金属、陶瓷或聚合物。腔室的尺寸和形状可以根据所需的应用而变化。
用于引导和控制流体从入口孔到出口孔的流动的装置定位在腔室内并且是引导流体遵循非线性路径的装置。用于引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置可以引发和辅助腔室内的泡沫形成，并有助于确保腔室内在出口孔处存在泡沫。如果没有用于引导和控制流体沿非线性路径流动的装置，在腔室移动或取向改变时，液体移动，这可能使已经积聚在出口孔附近的泡沫破碎和/或破坏。液体打破泡沫并将泡沫分离成其液体和气体的组成部分。应当理解，泡沫的破坏程度将取决于腔室内液体的移动量以及移动速度。在一些应用中，腔室可能会进行倾斜移动，而在其他应用中，腔室可能会进行更大幅度的移动，包括倒置。液体在出口孔附近的积聚可能会明显阻碍流体从出口孔的有效排出。
插入用于引导和控制流体在腔室内沿非线性路径的流动的装置会在腔室内造成阻塞，从而在腔室或装置的取向改变时防止液体自由地流过腔室。因此，阻塞使流体减慢速度，从而对泡沫的动量或冲击更小，并且无论腔室的移动如何，泡沫都在很大程度上受到保护而不会被破坏。流体沿非线性路径的方向确保不会在出口孔上积聚大量液体，因此能够实现装置的高效和有效操作。
理想的是在腔室的出口孔附近具有高泡沫浓度，因为已经发现当泡沫而不是液体从出口孔中排出时，所产生的喷雾的液滴尺寸更小。当流体通过蒸气爆炸的方式通过出口孔排出时，泡沫进一步破裂。
用于引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置有助于确保在出口孔处存在泡沫，而无论装置的取向如何。沿非线性路径引导流体的目的是确保腔室中的液体良好地转化为泡沫并确保在出口孔附近存在泡沫。因此，即使装置移动或取向改变，从出口孔排出的喷雾的特性也基本不受影响。这提高了在给定的一组条件下实现的喷雾特性的再现性，这反过来也提高了设备在任何给定应用中的可靠性。
优选地，将100％的流体沿非线性路径从入口孔引导至出口孔。
加热前，关闭出口阀和入口阀以防止流体的漏出。加热腔室中的流体引起腔室内的压力增加，因此也引起流体的沸腾温度降低。在流体为泡沫的大多数情况下，流体的饱和点或沸点将基于液相的沸腾温度。液体被加热到远高于在大气压力下的沸点/沸腾温度的温度，这导致液体改变状态。优选地，腔室中的液体被加热到等于或高于液体在大气压力下的饱和点的温度，或者等于或高于流体在等于腔室的出口阀下游压力的压力下的饱和点的温度。温度可以由一个或多个温度传感器监测。
流体加热装置可以被布置为使流体的温度升高到等于或高于流体在环境压力下的饱和温度的值。流体加热装置可以是位于腔室内或腔室附近的用于加热流体的加热元件。例如，加热装置可以是围绕或部分围绕腔室的加热夹套。
替代地，加热方式可以通过化学组分产生。例如，可以组合两种化学物质，当它们混合时会发生放热反应，其中产生的热量足以将流体加热到超过流体的饱和温度的温度。
由于液体、泡沫和/或蒸气的快速膨胀，流体离开出口孔时压力的突然释放会导致蒸气爆炸。蒸气爆炸的效果是，材料从腔室中非常迅速地喷出，并且喷出比以其他方式可获得的距离更远的距离。蒸气和细小喷雾的混合物从出口孔喷出，其可以高速行进并行进相当长的距离。
例如，根据本发明的实施方式的液体和蒸气爆炸的射程可以是对应的腔室长度的大约200至300倍或更多倍。这是由于腔室中获得的高流体压力以及腔室内流体的动力学造成的。
该装置的另外的特征是它可以连续非常快速地不断发出蒸气爆炸。可以对阀定时进行编程，以使出口阀每几毫秒打开一次。
允许打开出口阀的温度可以被称为触发温度。触发温度可以设置在腔室内的一种或多种液体的沸点以上，以确保液体从腔室的最大爆炸。触发温度可设置在高于液体的沸点10℃至200℃的范围内。优选地，触发温度设置在高于液体沸点20℃至90℃的范围内。必要的触发温度与排出喷雾被注入的环境(即在出口孔处的腔室外部的周围环境)的环境压力有关。如果环境压力较高，则需要提高腔室内的温度和压力，并且触发温度值将处于温标的较高端。在选择较高的触发温度时，可以改变液体与蒸气的比率。如果需要，这可以完全消除液相。这样，可以通过改变与腔室相关联的一个或多个参数来控制液体和蒸气的比例。已经发现，如果触发温度不是比液体的沸腾温度至少高10℃，则液滴尺寸较大。
替代地，可以监测腔室内的压力来代替监测温度，并且可以在达到预定的压力值时打开出口阀。选择性地改变一个或多个参数(例如液体的温度、压力或粘度)可用于选择性地控制在所产生的喷雾中实现的液滴尺寸。
出口孔的尺寸可以根据所需的喷雾特性而变化。腔室的出口孔可以连接至喷嘴(未被示出)以改变喷雾的分散特性。喷嘴可用于产生具有较宽分散区域的喷雾，或较窄、更集中的喷雾。也可以使用喷嘴来进一步减小喷雾中液体的液滴尺寸，从而产生更细的喷雾。
引导流体所沿的非线性路径可引起流体的行进方向发生最少90°的改变。所需的改变程度将取决于设备的应用或最终用途。非线性路径可引起流体的行进方向发生最少180°、270°或360°的改变。
根据应用，可能需要增加改变的程度以保护腔室内的泡沫层免受流体移动的影响。对于设备可能受到更大程度的移动的作用的应用，优选将流体沿更复杂或更曲折的路径引导，从而最少存在180°的改变。
非线性路径的目的是防止液体在腔室内以波浪运动进行快速的移动。对液体流动的破坏越大，液体在接触泡沫时所具有的动能就越小，这反过来又导致更大部分的泡沫得以保存。例如，如果腔室受到沿单轴的摇摆运动的作用，则非线性路径可能足以引导流体进行最少90°的改变。例如，腔室内的挡板或屏障可以将流体的行进方向改变90°，以绕过挡板。在实践中，如果腔室仅受到摇摆运动的作用，则可以将挡板布置为使得液体保持在挡板的一侧，其中只有泡沫或气体会容易地通过挡板。这取决于挡板的相对高度和布置。挡板将需要引起流体的方向改变至少90°来实现所需的效果。通过以这种方式布置挡板，尽管腔室移动，也可以防止挡板的第一侧的液体使可能存在于挡板的第二侧的泡沫破坏或破裂。
对于腔室受到可能沿多于一个轴的更大程度的运动的作用的应用，将需要在非线性路径的方向上具有更大程度的变化来防止泡沫的破坏。对于某些应用，最少需要180°的变化，而对于其他应用，则需要最少360°的变化。
用于引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置可以包括至少一条非线性通道并且可以包括多条非线性通道。一般而言，如果流体是粘性的，则单条通道是优选的。
用于引导和控制流体从入口孔到出口孔的流动的装置可以包括具有引起流体多次改变方向的一系列弯折部的至少一条通道。可以沿着包括许多不同角度的弯折部的曲折路径引导流体。
用于引导和控制流体从入口孔到出口孔的流动的装置可以包括至少一条螺旋形或螺旋式通道。由于该通道，可以沿着摆动或扭曲的路径引导流体。
用于引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置可以包括被布置为引起流体改变方向的至少一个挡板。可选地，它可以包括被布置为引起流体多次改变方向的一系列挡板。挡板将被布置在腔室内以防止流体遵循入口孔和出口孔之间的线性路径流动。
至少一个流体加热装置可以在腔室外部。例如，加热装置可以是围绕或部分围绕腔室的加热夹套。其可以单独使用或与另一个加热装置(例如，位于腔室内的加热装置)结合使用。
至少一个流体加热装置可以在腔室内部，其中引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置可以靠近至少一个加热装置定位。
可选地，至少一个流体加热装置可以在腔室内部，其中引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置可以在加热装置的外部。换言之，用于沿非线性路径引导流体的装置可以定位在加热元件周围。例如，可以在中心圆柱形的加热元件周围形成螺旋形通道。
作为另一个选择，至少一个流体加热装置可以在腔室内部，并且引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置可以定位在该加热装置内，其中流体的流动与加热装置流体隔离。例如，加热线圈可以被配置为使得其与腔室的内壁相邻，并且该加热线圈可以填充有成形元件，该成形元件确保从入口孔到出口孔沿非线性路径引导流体的流动，其中流体的流动与加热装置流体隔离。
加热元件本身可以构成用于形成用于流体从入口阀行进到出口阀的非线性路径的装置的一部分。在这种配置中，至少一个流体加热装置被布置为使得它也是引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置。例如，可以有加热元件，该加热元件形成为迫使流体在腔室内改变方向的形状。
可以使用两个或更多个加热器。例如，内部加热元件可以与外部加热夹套结合使用。腔室可以位于热的环境中，并且能够从周围吸收热量。例如，如果该装置用于发动机的燃烧腔室，则使燃料达到指定温度所需的热量可以部分或全部从发动机产生的热量中获得。使用时，发动机会非常热，而腔室可以被设计为从环境中吸收所需的热量。热量或热能可以通过喷射器的腔室壁、通过进入腔室的热交换器或这两种技术的组合来获得。另外，入口管道可以被布置为使得其在发动机主体的热部分附近穿过或经过，从而使进入入口阀的流体在进入腔室之前被加热到更接近指定温度。然而，优选将流体的温度保持在燃料中最轻组分的饱和温度以下，以避免在管道中出现不利的气穴现象。
该设备还可以包括用于将流体从储存器供应到腔室的泵。
入口阀和出口阀可以与入口孔和出口孔分开布置。这允许阀的位置不同于入口孔和出口孔的位置，这对于某些应用来说是合乎需要的，例如，当通过出口阀离开的材料处于可能损坏阀的如此高的温度时。
该设备可以包括与入口阀和出口阀连接的至少一个控制器，使得入口阀和出口阀的打开和关闭是电子控制的。可以对控制器进行编程，使得其在达到关闭压力或设定温度时关闭出口阀，并且使得其再次打开入口阀以将新流体引入腔室。该系统可以在将新流体引入腔室和从出口孔排出流体之间循环(例如，入口阀和出口阀打开的1:1的阀定时)。替代地，阀定时可以发生偏移，使得腔室充满流体，然后出口阀发射一系列短促的快速爆裂，直到腔室被清空。控制器可以被编程为根据时序打开阀，其中只要已经达到或超过腔室内的预定(或设定)的压力或温度，就将阀打开和关闭预定时间。预定温度可以与腔室内流体在大气压力下的饱和温度对应。
可以通过一个或多个温度传感器监测温度，该温度传感器可以装配在腔室内或腔室附近，例如在入口流中，或在腔室的壁上。该设备还可以包括在腔室内的至少一个压力传感器。其可以是压力转换器。
随着流体从腔室中排出，腔室内的压力下降。出口阀可以被布置为在压力已经回落到环境压力或第二预定压力时关闭，该压力可以被称为关闭压力。替代地，出口阀可以被布置为在经过预选的时间量之后关闭。
可以包括从腔室到储存器的再循环回路(未被示出)。再循环回路将被设计为当打开入口阀以在腔室中补充流体时允许腔室中的一些流体返回到储存器。再循环管线允许一些流体从腔室流回储存器。新鲜的流体通过入口阀从储存器供应到腔室。再循环的流体将比储存器中的流体更热；使得再循环的流体有助于升高储存器中流体的温度。这可以加速腔室中的流体的加热。
仅举几个例子，要求保护的用于快速排出流体的设备可用于灭火系统、喷墨打印机、发动机的燃料喷射系统、气体点火器和诸如喷雾器的医疗装置。
还提供了一种用于从腔室中排出流体的方法，包括：通过打开腔室的入口阀，经由入口孔将流体从储存器供应到腔室；引导腔室内的流体经由出口阀通过非线性路径流向出口孔；在流体在腔室内并且入口阀和出口阀关闭时，将流体加热到等于或高于流体在大气压力下的饱和点的温度，使得至少一部分流体改变状态；打开出口阀，使得流体通过蒸气爆炸过程从出口孔排出。
上面提供的关于设备的描述同样适用于排出方法。在腔室中，在流体从入口孔向出口孔移动时，用于引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置有助于保持已经在腔室中形成的任何泡沫并防止泡沫被液体移动破坏。用于沿非线性路径引导流体的装置有助于确保在出口孔附近存在高浓度的泡沫，而无论装置的取向如何。因此，即使装置移动或取向改变，从出口孔排出的喷雾的特性也基本不受影响。这提高了装置的可靠性，以及在即使装置的取向改变的情况下在给定的一组条件下实现的喷雾特性的再现性。
用于引导和控制流体沿非线性路径流动的装置可以使流体的行进方向发生最少90°的改变。
腔室中流体温度的预选值可以等于或大于流体在大气或环境压力下的饱和温度。可以通过布置在腔室中或腔室附近的加热装置加热流体。
在出口孔附近的高浓度泡沫提高了从出口孔产生的喷雾并增加了装置的可靠性。
可选地，流体可以通过与出口孔连接的喷嘴排出。喷嘴可用于改变和控制喷雾的特性。
可以通过至少一条非线性通道或者替代地通过多条非线性通道将流体从入口孔引导到出口孔。可以通过具有引起流体多次改变方向的一系列弯折部的至少一条通道将流体从入口孔引导到出口孔。这可以通过至少一条螺旋形或螺旋式通道实现。
可以将流体从非线性通道的入口孔引导至出口孔，该非线性通道可以靠近加热元件定位。
优选地，可以通过泵将流体从储存器供应到腔室。可以通过至少一个传感器监测腔室中的温度。可以使用至少一个传感器来测量腔室中的压力。
可选地，来自腔室的一部分流体可以通过再循环回路返回到储存器。
入口阀和出口阀的打开和关闭可以通过控制器进行电子控制。这可以基于腔室中的压力来执行，其中压力由一个或多个压力传感器测量。
附图说明
现在将参照附图通过举例的方式描述本发明：
图1是根据本发明的流体排出装置的例子的剖视图。
图2是根据本发明的流体排出装置的另一个例子的剖视图。
图3是根据本发明的流体排出装置的另一个例子的剖视图。
图1中提供了流体排出装置的例子的剖视图。当通过入口阀致动器4打开入口阀3时，流体沿箭头方向经由入口孔2流向腔室1。
图2中提供了流体排出装置的例子的剖视图。当通过入口阀致动器4打开入口阀3时，流体沿箭头方向经由入口孔2流向腔室1。
图3中提供了流体排出装置的例子的剖视图。当入口阀打开时，流体沿箭头方向经由入口孔2流向腔室1。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的流体排出装置的一个实施方式。流体从储存器(未被示出)经由入口孔2供应到腔室1中。通过入口供应的流体优选是液体。液体或泡沫还可以包括悬浮的夹带颗粒固体。液体可以是包含溶剂和溶质的溶液。优选地，将流体从储存器泵送到腔室1。
入口孔2和入口阀3被布置为允许一部分流体经由相关联的入口管道、导管或通道从储存器进入腔室1。当入口阀3处于打开位置时，流体通过入口孔2。图1的入口阀3包括阀致动器4和阀座5。阀致动器4可以连接至控制器(未被示出)。在图1所示的实施方式中，由于使用将阀致动器4连接至阀座5的销或杆6，入口致动器4与入口孔2间隔开。打开入口阀3以允许流体进入腔室1，直到腔室1包含预定量的流体。当预定量的流体已经进入腔室时，通过入口阀致动器4关闭入口阀3。
在腔室1中的另一个位置设置单独的出口孔7。使用出口阀8打开或关闭出口孔7。打开阀8允许流体从腔室1中喷出，而关闭阀8允许流体被密封在腔室1中。出口阀8包括出口阀致动器9和阀座10。在图1所示的实施方式中，由于使用将阀致动器连接至阀座10的销11，出口致动器8与出口孔7间隔开。
腔室1还包括引导和控制流体沿非线性路径13从入口孔到出口孔的流动的装置12。引导和控制流体的流动的装置12是被布置为使流体在腔室1内的流动改道的部件，使得流体在入口孔2和出口孔7之间行进时被迫多次改变方向。
在图1中，引导和控制流体沿非线性路径13从入口孔2到出口孔7的流动的装置12是具有螺旋形状的元件，其迫使流体流向腔室1的外周。流体可以在来自元件的螺旋形突起之间的间隙中朝向腔室1的中心向内行进；并且可以朝向腔室1的外周向外行进。这可以形成相对于行进方向摆动的流动路径。替代地，可以使用一系列挡板代替螺旋形元件。由于元件在入口孔2和出口孔7处引起的阻塞，流体不能以线性方式从入口孔2行进到出口孔7。引导和控制流体流动的装置12通过防止腔室中的液体使泡沫破裂或破坏来增加出口孔7附近的泡沫浓度。
在入口阀3和出口阀8关闭的情况下，加热腔室1内的流体。加热装置13可以位于腔室内或者可以在腔室外。在图1所示的实施方式中，加热装置14是外部加热夹套，但如上所述，也可以使用替代装置。
关闭入口阀3和出口阀8可防止流体漏出。加热腔室中的流体导致腔室1内的压力增加并因此还导致进一步的温度升高。温度可以通过一个或多个温度传感器(未被示出)监测，该温度传感器可以装配在腔室1内部或腔室1附近，例如在入口流中，或在腔室1的壁上。
压力可以通过一个或多个压力传感器(未被示出)(例如压力转换器)监测，该压力传感器可位于腔室1中。出口阀8可被布置为在指定时间量后打开。出口阀8可以由控制器(未被示出)控制，使得在压力低于特定的预定压力时出口阀8不会打开。替代地，可以控制出口阀8，使得在温度低于特定的预定温度时出口阀8不会打开。
由于液体、泡沫和/或蒸气的快速膨胀，流体离开出口孔7时压力的突然释放会导致蒸气爆炸。出口孔7可以可选地连接至喷嘴(未被示出)，该喷嘴可用于改变喷雾的分散特性并进一步减小喷雾中液体的液滴尺寸。
该装置能够在短时突然爆炸内产生蒸气或雾气；释放的蒸气量对应于送入腔室1的流体量。随着流体从腔室1中排出，腔室1内的压力下降。出口阀8可以被布置为在压力已经回落到环境压力或第二预定压力时关闭，该压力可以被称为关闭压力。替代地，出口阀8可被布置为一旦温度恢复到预定温度就关闭。出口阀8可以被布置为在经过特定的时间量之后关闭。
可以对控制器进行编程，使得它在达到预定的关闭压力时关闭出口阀8，并再次打开入口阀3以将新流体引入腔室1。系统可以在将新流体引入腔室1和从出口孔7排出流体之间循环。控制器可以与阀致动器4、9结合使用，以控制排出流体和允许新流体进入腔室1的快速循环。替代地，控制器可以被编程为根据时序打开阀，其中只要已经达到或超过设定(预定)的压力或温度，就将阀3、8打开和关闭预定时间。可以使阀定时发生偏移，使得入口阀可以打开更长的时间，然后快速打开出口阀数次。为阀选择的时序将取决于装置的具体应用。
本发明的另外的实施方式在图2中示出。该实施方式类似于图1中所示的实施方式，只是阀不与入口孔和出口孔间隔开。上面针对图1提供的附图标记和描述适用于图2，唯一的区别是出口阀致动器位于腔室1的下游，并且靠近出口孔7。
在图3中，示出了本发明的一个实施方式，其中腔室受到沿单轴的移动的作用并且使用挡板15来引起流体从挡板的第一侧15a到挡板的第二侧15b的流动方向的180°改变。如果腔室是圆柱形的，则挡板可以是同心的。
在图3的实施方式中，入口孔和出口孔(2，7)是偏离的。流体流过入口阀3并进入腔室1。入口阀3包括阀致动器4和阀座5。在图3所示的实施方式中，入口阀致动器4通过销6与阀座5间隔开。一旦在腔室1内，流体必须经过180°的变化才能通过挡板15。即使腔室1受到移动的作用，在挡板的第二侧15b形成的任何泡沫也都受到保护以免受到挡板的第一侧15a的液体移动的影响。这使在出口孔7处存在泡沫的可能性最大化。将腔室1内的流体加压并加热到超过流体在大气压力或环境压力下的饱和温度。然后，在出口阀8打开时，通过蒸气爆炸过程通过出口孔7快速排出流体。出口阀8包括出口阀致动器9和出口阀座10。
实验结果
在该测试中，测试了在腔室中添加螺旋式插入件的影响。测量了不同取向对系统性能的影响。在该实验中，螺旋式插入件是用于引导和控制流体沿非线性路径从入口孔到出口孔的流动的装置。
使系统在恒定的功率设置(600W)和流速(1g/s)下运行，在运行系统的同时改变腔室(和出口孔)的取向，使得喷雾角度一次改变30°。在所有实验中，水都被用作工作流体。所有实验均使用相同的腔室压力(3.8bar)和温度(150℃)。除了螺旋件的插入和喷射角度之外的所有条件都保持不变。
从水平位置开始操作系统，使得喷水5分钟，测量其平均液滴尺寸。然后使系统沿顺时针方向旋转30度，从而改变腔室的取向，并且所产生的喷雾方向现在指向下方。再次，操作该系统使得喷水5分钟，测量其平均液滴尺寸。然后使系统沿顺时针方向进一步旋转30度，使得喷射方向现在指向向下60度的取向。从出口孔喷水5分钟，从收集的数据中确定平均液滴大小。以30°的旋转间隔重复相同的测量，直到系统回到原来的取向。
对腔室中带有和不带螺旋式插入件的系统进行相同的一组测量。下表显示了从每个系统获得的结果的比较。它还示出了在多个取向上喷射时使用插入的螺旋件获得的喷射质量的差异。
Figure BDA0003504359790000121
结果表明，当与不带插入件的相同系统相比时，在腔室中存在插入件的根据本发明的系统的喷雾性能更加一致。

Claims (28)

1.一种用于排出流体的设备，该设备包括；
-用于储存流体的储存器，
-腔室(1)，
-所述腔室(1)的入口孔(2)，
-入口阀(3)，
-所述腔室(1)的出口孔(7)，
-出口阀(8)，
-至少一个流体加热装置(14)，其加热所述腔室(1)内的流体，使得在所述入口阀(3)和所述出口阀(8)关闭时使所述流体的温度和压力升高，从而导致所述腔室(1)内的至少一部分所述流体改变状态，
-引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(10)，
-由此在使用中，流体通过蒸气爆炸过程从所述腔室(1)的所述出口孔(7)排出。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口阀(3)和所述出口阀(8)各自包括阀致动器(4、9)和阀座(5、10)。
3.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中所述流体加热装置(14)被布置为使所述流体的温度升高到等于或高于所述流体在环境压力下的饱和温度的值。
4.根据前述任一项权利要求所述的设备，其还包括布置在所述腔室(1)中或所述腔室(1)附近的用于加热所述腔室(1)中的所述流体的加热元件。
5.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)引起所述流体的行进方向发生最少90°的改变。
6.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)引起所述流体的行进方向发生最少270°的改变。
7.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)包括至少一条非线性通道。
8.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)包括多条非线性通道。
9.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)包括具有引起所述流体多次改变方向的一系列弯折部的至少一条通道。
10.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)包括被布置为引起所述流体改变方向的至少一个挡板。
11.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)包括被布置为引起所述流体多次改变方向的一系列挡板。
12.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中用于引导和控制流体从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)包括至少一条螺旋形或螺旋式通道。
13.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中至少一个流体加热装置(14)在所述腔室(1)的外部。
14.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中至少一个流体加热装置(14)在所述腔室(1)的内部，并且引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)靠近至少一个加热装置(14)定位。
15.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中至少一个流体加热装置(14)在所述腔室(1)的内部，并且引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)在所述加热装置(14)的外部。
16.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中至少一个流体加热装置(14)在所述腔室(1)的内部，并且引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)定位在所述加热装置(14)内，其中流体的流动与所述加热装置(14)流体隔离。
17.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中至少一个流体加热装置(14)被布置为使得它也是引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)。
18.一种用于从腔室(1)中排出流体的方法，该方法包括：
-通过打开所述腔室(1)的入口阀(3)，经由入口孔(2)将流体从储存器供应到所述腔室(1)；
-引导所述腔室(1)内的所述流体经由出口阀(8)通过非线性路径(13)流向出口孔(7)；
-在所述流体在所述腔室(1)内并且所述入口阀(3)和所述出口阀(8)关闭时，将所述流体加热到等于或高于所述流体在大气压力下的饱和点的温度，使得至少一部分所述流体改变状态；
-打开所述出口阀(8)，使得流体通过蒸气爆炸过程从所述出口孔(7)排出。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述入口阀(3)和所述出口阀(8)各自包括阀致动器(4、9)和阀座(9、10)。
20.根据权利要求18或19中任一项所述的方法，其中通过布置在所述腔室(1)中或所述腔室(1)附近的加热装置(14)加热所述流体。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)引起所述流体的行进方向发生最少90°的改变。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)引起所述流体的行进方向发生最少270°的改变。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中通过至少一条非线性通道将所述流体从所述入口孔(2)引导至所述出口孔(7)。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，其中通过多条非线性通道将所述流体从所述入口孔(2)引导至所述出口孔(7)。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，其中通过具有引起所述流体多次改变方向的一系列弯折部的至少一条通道将所述流体从所述入口孔(2)引导至所述出口孔(7)。
26.根据权利要求18至25中任一项所述的方法，其中通过至少一条螺旋形或螺旋式通道将所述流体从所述入口孔(2)引导至所述出口孔(7)。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的方法，其中用于引导和控制流体沿非线性路径(13)从所述入口孔(2)到所述出口孔(7)的流动的装置(12)包括被布置为引起所述流体改变方向的至少一个挡板。
28.根据权利要求18至27中任一项所述的方法，其中能够通过靠近加热元件定位的多条非线性通道将所述流体从所述入口孔(2)引导至所述出口孔(7)。
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