CN1143080C - 用于吸入气体并使之混入燃料流中的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于吸入空气并使之与在流管中流动的液体燃料混合的装置。该装置包括液体输入管(3)和液体输出管(4)以及节流阀部分(1),节流阀部分(1)为液流形成了显著减小的流动截面积。用于流动液体燃料的节流阀部分具有至少一个节流管(6a、6b),所述节流管从最靠近气体供给口(21)的位置处以与流动截面积基本相同的形式延伸,延伸距离为下游长度(L2),下游长度(L2)最小等于节流管的流动截面积(A2a、A2b)的平均直径。节流阀部分具有横切的气体导管(2),气体导管(2)在穿过节流管中心线(8)的平面的第一侧上与节流管(6a、6b)相通,并且气体导管(2)与连接导管(7)相通,连接导管(7)形成在节流管的外部,并延伸到所述平面的相对一侧,且进一步延伸到气体/气体混合物供给源(20)。
Description
本发明涉及一种用于吸入气体或气体混合物并使之与液体燃料混合的装置,所述液体燃料在设有壁的流管中流动,该装置包括:液体输入管和液体输出管,这些管具有第一流动截面积;在液体输入管和液体输出管之间的节流阀部分,该节流阀部分包括至少一个用于流动的液体燃料的细长节流管;以及至少一个与节流管的中心线垂直的气体导管,所述气体导管开口作为与节流管相通的气体供给口,所述节流管形成了液体流的第二流动截面积,第二流动截面积远小于所述第一流动截面积,并且所述节流管从所述气体供给口的位置处在液体流下游侧上以流动截面积基本上不变的方式延伸一定距离。
公开文献EP-0 417 776和EP-0 607 166描述了这样的装置,其中在用于流动介质的流管中具有插塞,所述插塞能够大大地减小流动截面积,从而如人们所知,增大了流速并且在快速流动的位置处产生压降。所述插塞是空心的,其壁具有和在插塞与位于液体流下游侧上的流管之间的间隙最狭窄的位置处有一定距离的一个小孔,从而利用插塞的空心内部和小孔为添加剂提供了供给通道。上述在快速流动位置处的压降通过小孔将添加剂吸入到流动的介质中。其目的能够使一种添加剂还可被引入到一种高粘度的介质(诸如凝胶)中,以及能够使一种添加剂还可被引入到一种具有高放电电阻的介质中。在这些公开文献中所述的装置能够在上述条件下以一些形式工作,但是当流动介质为液体燃料(诸如柴油、燃油、煤油等),其流速能够在较宽的范围内变化并且还可突然地发生另外的变化,以及添加剂为气体(诸如空气或氧)时,会遇到相当大的问题。首先,如果这些公开文献所涉及的装置被校准以将适量的气体供给到较少的液体流中,该装置将不能在液体流速较高的情况下将足量的气体吸入到液体中。尽管液体流速增大会略微增大压降,这样,气体量被吸收,气体量不能增大到足够的程度。当液体流量增大并且其流速增大时,会遇到另一个问题,即,液体的泡沫化,液体燃料具有泡沫化的趋势并且当压降在截面积减小的位置处降至足够低时会出现液体泡沫化的情况,而与是否有足量的气体进入到液流中无关。公开文献EP-0 607 166还描述了在添加剂导管中具有阀,所述阀可用于控制添加剂的量。但是,这是一种装有直阀盘的单向阀,并且这种阀不能用于控制气体量,这是由于它仅有两个位置,即,打开和关闭。在诸如这样的一种结构中,当该装置用于液体燃料流中时,在介质的稳定流动中产生紊流(诸如其突然减少)是正常的或普通的,从而导致介质流回到添加剂导管中并且直至单向阀的情况。从而会使添加剂导管和/或单向阀堵塞。
公开文献WO-96/15848和DE-295 14973 U1描述了与上述用于将添加剂(诸如空气)引入到柴油或燃油中的构造相同的构造。在这些公开文献中,所述装置在液体导管区域中的结构是正好也是在前面段落中所述的那种类型,但是它们还具有用于使被供给的空气干燥以降低空气的相对湿度的部件。降低空气的湿度不会对解决在前面段落中所述的问题提供丝毫帮助。
公开文献WO-93/12385描述了用于加热锅炉的燃料供给中的装置,该装置能够将空气喷射到液体燃料中以在其中形成大量的小气泡。为此,该装置包括气泡部件,在该气泡部件的实施例中具有喷射泵(扩散泵)、文氏管以及设有节流阀部分的流管。在被节流的流管中,输入部分的截面积约等于输出部分的截面积,并且在它们之间流过的截面积大大小于输入部分/输出部分的截面积,最小的截面积在一定的距离内是不变的,它是相应的直径的倍数。从附图中可以看出,空气导管直接与节流管相通,并且该装置中没有能够在一定压力下打开的单向阀。气泡的目的是提高燃料在油燃烧器中的气化性能。当该装置用于加热锅炉油燃烧器中时,这样的气泡可以在该公开文献中所述的方式进行实际工作,在加热锅炉油燃烧器中,燃烧器喷嘴在大气压力下或微小的压降作用下将燃料供给到炉中。在这种情况下,仅需要燃料泵产生较小的压力即可,在这种情况下,存在于液体燃料中的气泡可能不会对泵的操作带来严重干扰。另外,在所述应用中,液体燃料流在燃烧过程中总是不变的,即,在加热锅炉中控制总是所谓的两点控制,即,或者是以全功率工作-在这种情况下,燃料流的流量总是数量恒定的-或是完全不工作-在这种情况下,没有液体流。当涉及内燃机(诸如柴油机)时,必须在非常短的时间内以变化的燃料流速并且是在很高的压力下供给燃料,在这种情况下,气泡被压缩,使燃料供给中产生不可控制的变化并且破坏发动机的工作。另外,在一种内燃机中,剧烈变化的液体流会使燃料回流并且由于在空气导管中产生毛细效应会使燃料堵塞小导管,并且由于毛细作用力,在节流管中的由液体流导致的压降不足以将液体燃料从气体导管中清除,因此阻碍了该装置的进一步工作。该公开文献所涉及的结构不能解决这个问题。
公开文献EP-0 814 254 A1披露了用于将空气引入到燃油中的混合装置。该装置具有输入管和节流阀以及与节流阀相通的空气输出口,但是直接在下游侧上特别具有一个与节流阀部分相连的扩展部分,并且没有任何不变的部分。节流阀部分的截面积的最佳值被限定为2.5-3.8平方毫米,并且空气导管的截面积的最佳值被限定为0.013-0.025平方毫米。与输入管/输出管成比例的节流阀部分的大小,即,所需的压降没有在该公开文献中限定。该公开文献的目的特别是利用将节流阀部分的截面积与空气导管的截面积之间的比率设定为100∶1-290∶1来使燃油达到泡沫化的效果。下游侧的所述扩展部分增大了这种泡沫化的效果。导管扩展部分总是打开的,并且在利用一个空气导管的情况下直接从与外部获得空气的同一侧将空气引入到节流阀部分中。该公开文献还披露了具有多个空气导管的实施例,但是在其内的空气从其所有侧面被供给到节流阀部分中。该公开文献的目的以及由此所获得的泡沫状液体燃料不能在内燃机中工作,原因与上述相对于公开文献WO93/12385所述的相同。
因此,本发明的一个目的在于,以这样一种方式提供一种用于吸入气体或气体混合物并使之与液体燃料混合的装置,所述液体燃料在设有壁的流管中流动,即,至少在流速具有很大改变时,能够以可实现的精度在液体燃料中获得在已知情况下所需的相同气体含量,并且与液体燃料的流速无关。本发明的另一个目的在于,提供这种类型的装置,即,不会使在其中流动的液体燃料中产生泡沫,或者至少这种泡沫化趋势是最小的。本发明的第三个目的在于,提供这样一种装置,其中在节流阀部分内被引入到液体燃料中的气体将不会随后与液体燃料分离,或者至少这种分离趋势达到最小。本发明的第四个目的在于,提供这样一种装置,其中液体燃料在气体或气体混合物的供给导管中的流动在所有与引擎或燃烧器或利用液体燃料的其它装置相连的操作情况下达到最小。本发明的另一个目的在于,提供这样一种装置,其结构简单并且无需利用与液体燃料流分开的控制动力源来操作。
利用本发明所涉及的装置可消除上述缺点并且能够实现上述目的,该装置的特征在于,该装置包括:液体输入管(3)和液体输出管(4),这些管具有第一流动截面积(A1a、A1b);在液体输入管和液体输出管之间的节流阀部分(1),该节流阀部分包括至少一个用于流动液体燃料的细长节流管(6);以及至少一个与节流管的中心线(8)横切的气体导管(2),所述气体导管通过气体供给口(21)与节流管相通,所述节流管为液流形成了第二流动截面积(A2),第二流动截面积(A2)远小于所述第一流动截面积,并且所述节流管从所述气体供给口的位置处在液体流下游侧上以流动截面积基本上不变的方式延伸,延伸距离为下游长度(L2),其中,所述节流阀部分(1)还包括:
-在输出管(4)中的一单向阀(24),所述单向阀(24)能够在一压力值(P2)作用下打开;以及
-所述至少一个气体导管(2)在穿过节流管(6;6a、6b、6c)中心线(8)的平面(T;T1、T2、T3)的第一侧上以至少占气体供给口的总截面积的70%的量通过一个或多个气体供给口(21)与节流管(6;6a、6b、6c)相通,并且气体导管(2)与连接导管(7)相通,连接导管(7)形成在节流管(6;6a、6b、6c)的外部并延伸到所述平面的相对一侧,并进一步延伸到气体/气体混合物供给源(20)。
本发明所涉及的装置具有下列优点。不会在该装置中流经的液体燃料中产生泡沫,从而避免了在进入其燃烧室中的液体燃料供给中出现素流。另外,在该装置中,液体燃料将不会以一种非预定的方式流入到气体或气体混合物的供给导管中,从而可避免在气体/气体混合物的流动中产生紊流,这是由于气体或气体混合物的供给导管与现有技术中已知所涉及的装置中的相比,其中的液体燃料保持更清洁。利用本发明所涉及的装置,被引入到液体燃料中的特定量的气体或气体混合物将被保留在液体燃料中并且不会与液体燃料分离,当然其中存在气体/气体混合物在液体燃料中的溶解度的限制因素。在现有技术中已知的装置中,即使应该使一定量的气体/气体混合物溶于液体燃料中但是也会出现气体/气体混合物的分离。因此,利用本发明所涉及的装置,可使空气溶于液体燃料中,并且液体燃料仍保持液态,而且在任何情况下都不会转变为泡沫或气态。可根据本发明容易地对本发明所涉及的装置进行补充和校准,以便在燃料流速因操作过程中的改变而大不相同的情况下也能够使被供给的气体/气体混合物的量非常精确地等于在液体燃料中的所需浓度。另外,所述装置具有的另一个优点是,该装置仅能够在液体燃料流动的情况下工作,在这种情况下,无需其它的电驱动或气动或液压控制装置。
现将参照附图对本发明进行详细地描述。
图1完整地示出了本发明所涉及的装置的一个实施例,该图是穿过图2中的I-I平面的一个纵向截面图。
图2是表示图1中所示装置中在一个气体导管系统的区域中直接与液体燃料流接触的这些部件的截面图,该图是穿过图1中的II-II平面的截面图。
图3是表示图1中所示装置中在另一个气体导管系统的区域中直接与液体燃料流接触的这些部件的一个截面图,该图是穿过图1中的III-III平面的截面图。
图4示出了本发明的另一个实施例中的直接与液体燃料流接触的这些部件,该图是穿过图5中的IV-IV平面的一个纵向截面图。
图5是表示图4中所示装置在气体导管的区域中的部分的一个截面图,该图是穿过图4中的V-V平面的截面图。
图6示出了本发明的第三实施例中的直接与液体燃料流接触的这些部件,该图是穿过图7中的VI-VI平面的一个纵向截面图。
图7是表示图6中所示装置从节流导管的上游端所看到的这些部件的一个截面图,该图是穿过图6中的VII-VII平面的截面图。
图8示出了本发明的第四实施例中的直接与液体燃料流接触的这些部件,该图是穿过图9中的VIII-VIII平面的一个纵向截面图。
图9是表示图8中所示装置中部分的一个截面图,该图是穿过该图中的IX-IX平面的截面图。
图10示出了本发明的第五实施例中的直接与液体燃料流接触的这些部件,该图是穿过图11中的X-X平面的一个纵向截面图。
图11是表示图10中所示装置中部分的一个截面图,该图是穿过图中的XI-XI平面的截面图。
图1基本上示出了一种用于吸入诸如氧气的气体或诸如空气的气体混合物并且使之与诸如燃油的液体燃料F混合的装置,所述液体燃料F在设有壁的流管中流动,并且所述液体燃料F在燃烧器(未在附图中示出)或引擎(未在附图中示出)中燃烧。在这里,所述液体燃料指的是至少在燃料供给时一定为液体的燃料,并且液体燃料流用F*表示。燃油例如可是加热油重燃油、柴油、煤油、汽油等。这样,本发明不涉及将气体或气体混合物引入到例如原则上为固态的粉状燃料中,以及不涉及将气体或气体混合物引入到气态燃料中。在本发明所涉及的装置中液体燃料F稍后进行的气化或者为了燃烧而被气化是不一样的情况。本发明的目的特别是为了获得含有溶于其中的氧或空气的液体燃料,以使这样的富含氧的液体燃料能够在封闭的管道中被进一步地处理。溶于液体燃料F中的气体或气体混合物G在任何进一步地输送液体的过程中决不能被分离出来。这样,本发明决不涉及大致上稍后进行的或者在实际燃烧过程中进行的燃料气化。另外,本发明不涉及将气体或气体混合物引入到稳定的和/或相对于外部环境具有开放表面的液体中。这样,本发明涉及关于可燃液体F的这些情况,例如使可燃液体F流入到燃烧器或引擎或具有其它特定用途的装置,还必须能够使可燃液体F与周围环境(诸如可能使可燃液体F有被点燃风险的引擎部分)隔离和/分离,以及必须使可燃液体F不能泄漏到外界环境中。这样,燃料F必须相对于外界环境以密闭的方式在管道(诸如导管或软管)中流动。
为此,该装置具有作为基本部件的框架部分31以及设置在框架部分31中的用于液体燃料F的输入管3和输出管4,输入管3和输出管4分别具有第一流动截面积A1a和A1b。输入管3与液体燃料容器(未在附图中示出)相连,液体燃料容器可是任何已知类型或过去所用类型的容器。输出管4的一部分与燃烧器、引擎或相应的驱动装置相连。在框架部分31的内部具有位于输入管3和输出管4之间的节流阀部分1,所形成的节流阀部分1用于液体燃料F的液体燃料流F*,节流阀部分1具有第二流动截面积A2,第二流动截面积A2远小于第一流动截面积A1a和A1b。第一流动截面积A1a和A1b在大小上通常是相等的或近似相等的,但是它们之间也可具有很大的差别,根据目前的知识,这对于本发明来说几乎没有什么意义。节流阀部分1具有至少一个与其相通的气体供给口2 1,氧气或空气G通过气体供给口21以气流G*的形式被供给到液体燃料流F*中。通常将外界空气G(即外界大气)用作供氧源20,在这种情况下,空气G通过空气过滤器40被吸入到封闭的导管或软管中作为在本发明所涉及的混合装置中的气流G*。
本发明所涉及的节流阀部分1首先包括至少一个用于流动的液体燃料的细长节流管6,如在图4至图5中所示实施例中的一个节流管6,或如在图1至图3中所示实施例中的两个节流管6a和6b,或者多个节流管6a、6b和6c。两个或多个节流管6a、6b等是以平行于液体流F*的形式被连接的。每一个节流管6、6a、6b、6c或者它们的组合以这样一种方式形成了所述第二流动截面积A2;A2a、A2b、A2c,即这些第二流动截面积的总和远小于第一流动截面积,即,A2<<A1a和A1b,以及∑(A2a+A2b+A2c+...)<<A1a和A1b。至少一个气体导管2通过至少一个气体供给口21与每一个节流管相通。特别是,节流管6、6a、6b、6c从气体供给口21的位置处在液体流F*向下游流动的方向上以流动截面积基本上不变的方式延伸,延伸距离为下游长度L2,下游长度L2至少等于被节流的流动截面积A2;A2a、A2b、A2c的平均直径。当所涉及的节流管具有几个气体供给口时,从最靠近节流管的下游端16b的气体供给口21测量下游长度L2。节流管的所述第二流动截面积A2;A2a、A2b、A2c最好以流动截面积基本上相同的方式延伸,延伸距离为下游长度L1,下游长度L1至少为被节流的流动截面积的平均直径的2倍,通常为5倍。目前已知,节流能够使流动加速并且降低在节流位置处的压力。在节流管6、6a、6b、6c中的被节流的压力,即,压降PΔ会使空气或其它气体或气体混合物G从气体/气体混合物供给源20(诸如外界大气)经过气体导管2和连接导管7被吸入(下面将对其进行详细描述)并且经过气体供给口21被进一步吸入到在节流管中以较高流速流动的液体燃料F中。由于节流管在足够长的下游长度L2上的截面积保持不变,因此能够使被吸入到液体燃料中的空气G或类似位物质保留在液体燃料中并且即使在迟些时候也不会从液体中分离出来。这样,能够使至少几乎所有理论上在相关温度下可溶于相关液体燃料中的气体G的量溶于液体燃料F中。这里所述的“流动截面积基本不变”一词指的是节流管的流动截面积A2;A2a、A2b、A2c在液体流F*的方向上从气体供给口21的位置处到下游侧的下游长度L2的端部在下游长度L2上的改变最大为30%,最大为20%更好,通常最大为10%。节流管在下游长度L2上的流动截面积通常在正常机械加工(诸如钻孔)的精度范围内保持不变。
另外,本发明所涉及的节流阀部分1包括至少一个与每一个节流管的中心线横切的气体导管2,气体导管至少基本上在穿过节流管6;6a、6b、6c中心线的平面T;T1、T2、T3的第一侧上通过气体供给口21与节流管6;6a、6b、6c相通。气体导管2与连接导管7相通,连接导管7形成在节流管6;6a、6b、6c的外部并延伸到所述平面T;T1、T2、T3的相对一侧以及进一步延伸到气体/气体混合物供给源。这就是指,一个或多个气体导管2与一个或多个连接导管7的结合形成了一个在节流管外部并围绕节流管的曲线形管路,从而使在所述曲线形管路的第一侧上的气体导管2在穿过节流管中心线8的平面的一侧上指向节流管并且通过供给口21与节流管相通,以及使在所述曲线形管路的另一侧上的连接导管7向着所述平面的相对一侧延伸,在这种情况下,连接导管7的指向可基本上与在所述曲线形管路的所述第一侧上的供给口21的指向相同。如果节流阀部分1具有几个节流管6;6a、6b、6c,那么上述穿过它们中心线的平面T;T1、T2、T3都是平行的或者至少基本平行。在这种情况下,可能采用的几个连接导管7必须延伸到彼此之间设置得最远的平面的另一侧,即,在图6和图7中延伸到平面T3的上方,而在图1-3中延伸到平面T2的上方。但是,从图7中可以清楚地看出,每一个与节流管相连的气体导管2必须仅在其自身的平面的第一侧上。上述从节流管的一侧到另一侧的气流循环能够防止液体燃料沿着一种非预定的方向流动,并且即使当所述装置不工作(即没有液体流F*)时也能够使这些导管(即至少是连接导管7)内液体燃料F保持清洁。在不采用本发明的设计形式,那么液体燃料可能会在连接导管中流动并且使它们或者其中任意组件堵塞。
对于上述装置的机械构造,例如可包括在框架部分31中设置凹进部分50,凹进部分50设有内螺纹49,在这种情况下,节流阀部分1包括相应的外螺纹49。根据本发明的一个实施原理,节流阀部分1可由致密且坚固的材料制成,诸如一种适合的塑料或金属。在这种情况下,如图1-3和图6-7中所示,节流管6;6a、6b、6c是被机加钻孔成平行于螺纹49,或者也可与螺纹49之间形成一定的斜度。但是,节流管6;6a、6b、6c必须贯穿节流阀部分1以使节流管的上游端16a与液体输入管3相通并且使下游端16b与液体输出管4相通。另外,诸如这样的节流阀部分具有一个或多个平行于圆周的沟槽,所述沟槽围绕着整个节流阀部分延伸,并且形成了一个环形连接导管7或者分别形成多个环形连接导管7。从图1-3和图6-7中可以清楚地看出,在该环形连接导管7的区域中,在与节流管长度L1横切的方向上形成(例如以机加工的方式)有一个或多个气体导管2,所述气体导管通常与一个节流管相连以及与在该节流管的上述平面T、T1、T2、T3的一侧上的一个连接导管相连。可在框架部分中的适当位置处将诸如这样的节流阀部分容易地拧到适当的深度,因此能够使环形连接导管7被设置在适当的位置处,环形连接导管7在此处与连接导管7的延伸部分17对准,延伸部分17设置在框架部分31中并且与节流管垂直。在此,应该注意的是,对于每一个环形连接导管7和其延伸部分17,都具有一个或多个延伸到节流管6;6a、6b、6c的气体导管2(如图1-3和图6-7中所示)或者多个气体导管(如图8-9中所示)。对于制造技术,上述选择是简单的。连接导管7也可被制成在框架部分31中的环形导管的形式。在图10-11中所示的实施例中,节流阀件整体是由多孔材料36构成的,其中示出了这样一种结构,其中连接导管延伸到在节流阀部分1位于穿过节流管6中心线8的平面T的上述一侧上的圆周中。如果节流阀件不是由多孔材料构成的,而是由上述致密材料构成并且其中具有以上述方式限定形成的气体导管2,那么即使在这种选择实施形式时,所述连接导管也可在整个圆周上延伸。
在图4-5中所示的实施例中,不是具有一种分离式节流部件(即,分开制作的),节流部件1而是由框架部分31的一部分构成的。在这种情况下,一个或多个节流管6也是通过对作为框架部分中的一个结构部分的节流部件1进行直接机加工而形成的,气体导管2和连接导管7也是如此。例如通过以这样一种方式在框架部分中钻孔形成连接导管7和气体导管2,即,使它/它们相互交叉并且使一个或多个气体导管一直延伸到一个或多个节流管6。利用堵头19或类似元件封闭在框架部分表面上的孔的开口端。对于其它方面,以如前面所述的方式对该实施例中的节流管、气体导管和连接导管进行设置和校准。
根据本发明,无论气体导管2是在节流阀部分中以机械切削/机加工的方式制成的或者由在一种多孔材料36中的多排孔构成的,气体导管2都可径向地或平行地、或者以其组合形式或中间形式、或者以孔的随机组合形式指向一个或多个节流管6、6a、6b、6c。在本发明的一个实施例中,气体导管2的气体供给口21与完全在穿过节流管6;6a、6b、6c中心线的平面T;T1、T2、T3的第一侧上的节流管6;6a、6b、6c相通,并且这些气体供给口在一个扇区内与节流管相通,所述扇区的边相对于所述平面T;T1、T2、T3形成角度K1、K2,角度K1、K2至少为10°或至少为30°。在本发明的另一种选择中,其中多个气体导管是由在多孔材料36中的多排开孔构成的,多个气体导管2的多个气体供给口21与每一个节流管6;6a、6b、6c相通,所述多个气体供给口21位于节流管长度L1和圆周的部分区域A6内,并且一部分这些气体导管的多个气体输入孔22与一个或多个连接导管7相通。围绕一个或多个节流管6;6a、6b、6c的节流阀部分1完全或部分地由所述多孔材料36构成。至少在节流阀部分完全由相对较软或具有弹性的多孔材料36构成的情况下,即,一个或多个节流管的壁完全被所述多孔材料36包围的情况下,一个或多个连接导管7是以上述方式设置在框架部分31中并包围所述节流阀部分1。另外,可根据要求和制造技术将连接导管7设置在框架部分31中和/或节流阀部分1中。在连接导管的气体输入孔22中,即,在由多排孔的组合所形成的一个或多个气体导管的端部中,仅在穿过节流管中心线的平面T;T1、T2、T3的所述第一侧上具有开口部分,这些端部的开口部分的指向为离开节流管的方向。圆周的所述部分区域A6终止于距离节流管的下游端16b至少为L2的位置处,同样当节流管完全由一种多孔材料制成时,形成部分圆周的连接导管7终止于距离节流管的下游端16b至少为L2的位置处。一个或多个连接导管7基本上在穿过节流管中心线的平面(T;T1、T2、T3)的所述第一侧上包围多孔材料36的。因此,即使由于材料的结构而不能准确地分辨单个气体导管的路径,那么也可采用如文中前面所述的本发明的基本原理。在所述多孔材料36仅形成了一个或多个节流管6、6a、6b、6c的部分管壁的情况下,根据本发明,可使用一个位于节流管6;6a、6b、6c和连接导管之间并且在穿过节流管中心线8的平面T;T1、T2、T3的所述第一侧上的部件。所述多孔材料可是一种金属、金属合金、陶瓷材料或适合的塑料,只要它是一种在化学性能方面能够承受燃料F和本发明所涉及装置的工作温度并且在工作中不会损及其主要性能的材料即可。所述陶瓷材料例如为多孔玻璃,所述塑料材料例如为多孔聚四氟乙烯。所述孔为开孔,即,它们相互之间是相通的并且与外部相通,在这种情况下可使一种气体(例如空气)通过这些孔被吸入到燃料中,从而使这些孔形成了本发明所涉及的气体导管2和气体供给口21;在这种情况下具有大量的气体导管2和气体供给口21。如果需要的话,可利用端板41a对形成朝向输入管3的气体供给口的这种多孔材料的表面进行保护,从而可防止输入的燃料渗透到多孔材料36中,在图10中的虚线表示端板41a。特别是在不能利用压接或螺纹连接将多孔材料连接到框架部分上的情况下,例如为了防止在多孔材料36和框架部分31之间形成旁流,多孔材料36也可被设置在两个端板41a和41b之间。
根据本发明的一种优选实施例,至少两个气体导管2与每一个节流管6;6a、6b、6c相通,所述气体导管2相互之间的平行于节流管下游长度L2的距离为L3和/或所述气体导管2之间的平行于节流管圆周的距离为C。这样几个气体导管与一个或最好几个连接导管7相通。在本发明的一个实施例中,在具有几个连接导管7的情况下,在一个或多个气体供给口21和气体/气体混合物G的供给源20之间存在用于每一个连接导管7的阀组件30;30a、30b、30c,所述阀组件仅由控制阀29构成或者是由单向阀28和控制阀29组合而成的。根据本发明的另一个实施例,无论两个或多个连接导管7与一个或多个节流管相连,这些连接导管7都可互连在一起以吸入气体/气体混合物G,在这种情况下,这些连接导管7都与阀组件连接在一起,所述阀组件对于它们是共用的。在本发明所涉及的装置中,可具有一个或多个阀组件。单向阀28是以这样一种取向连接的,即,单向阀28能够使气体/气体混合物G的气流G*从其供给源20流向节流管。在本发明的另一个实施例中,一个或多个气体导管2与每一个节流管6;6a、6b、6c相通,所述气体导管2相互之间的平行于节流管下游长度L2的距离为L3和/或所述气体导管2之间的平行于节流管圆周的距离为C,但是所有通向节流管6;6a、6b、6c气体导管都与公共连接导管7相连。在这种情况下,在气体供给口21和用于气体/气体混合物G的供给源20之间存在单独的阀组件30a、30b,阀组件30a、30b是由单向阀28和控制阀29组合而成的。这些阀组件是以这样的方式设置的,即,使它们在节流管的下游端16b处受到不同于其它部分的压降的预定压降PΔ作用下处于打开状态,下面将对其进行详细描述。这样,在本发明的上述实施例中,一个或几个常开的节流管与几个气体导管2相通,当超过一定的压降PΔ的数值时,每一个气体导管2又将开始将气体供给到燃料F中。当驱动装置(诸如燃烧器或引擎)在以较低的功率工作时,在这种情况下,液体流F*较少,例如仅一个气体导管的气体供给口21在吸入作用下供给气体。当驱动装置的功率增大时,液体流F*会加速流动,从而使压降PΔ增大,后续的气体导管的气体供给口21在吸入作用下以每次一个的方式将更多的气体供给到燃料F的液流中。在这种选择中,所有节流管是常开的,并且被供给的气体G的量在吸入作用下随着液流F*加速流动而增加,因此每单位体积的液体燃料被供给的气体量会略微增加。应该理解的是,当驱动装置的功率增大时,压降PΔ减小,并且被供给的气体/气体混合物G的量将逐渐减少。与驱动装置的功率的增大相比,这是一个逆过程。
在本发明的另一个优选实施例中,其中具有至少两个节流管6、6a、6b、6c,一个节流管6b是常开的,但是另一个节流管6a和其它节流管6c在液体流F*的上游端16a和/或下游端16b包括单向阀35a和/或35b,各个节流管6a和6c的单向阀35a、35b是以这样一种方式设置,即,使它们在节流管的下游端16b处受到不同于其它部分(即不同于其它各种阀组件)的压降的压降PΔ作用下处于打开状态。单向阀35a、35b是以这样一种取向连接的,即,单向阀35a、35b能够液体燃料F沿着F*方向从燃料容器流向驱动装置。这里应该说明的是,在本发明的实施例中,当超过一定的压降PΔ的数值时,节流管将打开并且每一个节流管又开始使液体燃料F流经。当驱动装置(诸如燃烧器或引擎)在以较低的功率工作时,在这种情况下,液体流F*较少,例如仅节流管的一个气体导管的气体供给口21在吸入作用下将气体/气体混合物G供给到该节流管的液体燃料中。当驱动装置的功率增大时,液体流F*会加速流动,从而使压降PΔ增大,后续的节流管以每次一个的形式开始打开并且受到在节流管中所产生的压降PΔ的作用,因此,这些节流管的气体供给口21在吸入作用下将更多的气体供给到燃料F的液流中。因此,在这种选择中,节流管可根据液流F*的强度被打开或关闭,并且在吸入作用下被供给的气体G的量会随着液流F*的总量增大而增大,但是由于打开的节流管的数量增加,即,它们的总截面积∑A2a、b、c增加,因此每单位体积的液体燃料被供给的气体量基本上保持相等。由于节流管是逐步打开的,并且它们的数量是有限的,因此每单位体积的液体燃料F被供给的气体/气体混合物G的量在理论上不是持续且精确相等的,而是在一定的范围内变化的。但是,在实施过程中,这种变化可被认为是微小的,以致于当选择合适的用于打开单向阀35a、35b等的压力差数值时,每单位体积的液体燃料的气体/气体混合物的量可被设定为一个非常接近于最佳值数值的数值。该最佳数值是溶于所述液体燃料中的气体浓度。应该理解的是,当驱动装置的功率降低时,压降PΔ减小,因此单向阀35a、35b等将逐步关闭并且被供给的气体/气体混合物G的量逐步减少。与驱动装置的功率的增大相比,这是一个逆过程。
在本发明所涉及的同一种装置中,可以一种适当的方式使用和设置在上面两段中所述的结构选择。如果任何节流管6或6a或6b或6c的上游端16a和下游端16b具有单向阀35a和35b,并且仅利用一个连接导管7使气体/气体混合物G被供给到所述节流管中,最好连接导管仅具有一个控制阀29就足够了,下面将对其进行描述。如果一个节流管在上游端16a和下游端16b处具有单向阀35a和35b,但是仅利用两个或多个连接导管7使气体/气体混合物G被供给到所述节流管中,那么其中一个连接导管通常装有一个控制阀,而其它的连接导管装有由控制阀29和单向阀28组合而成的阀组件30a、30b。能够使这些阀组件的单向阀打开的压降PΔ必须大于能够使节流管的单向阀打开的压降PΔ,并且它们之间的差异程度最好是如下面两段中所述那样的。如果节流管6或6a或6b或6c没有单向阀,那么最好使所有用于将气体/气体混合物G供给到其中的连接导管7具有它们各自的由控制阀29和单向阀28组合而成的阀组件30a、30b。同样,在这种情况下,阀组件必须是这样的,即,使它们的阀组件在压降PΔ作用下打开/关闭,在下面两段中将对其进行描述。这样,根据本发明的最佳实施例,节流管在其端部处具有单向阀,或者与节流管相通的连接导管7具有阀组件,但总是其中一个或另一个具有阀组件。
在实际装置中,气体导管2的气体供给口21的截面积A3最大为0.2平方毫米,或者最大为0.07平方毫米更好。对于上述关于利用机加工(诸如钻孔)所形成的气体导管的数值,在这种情况下,使气体供给口21的截面积达到小于0.005-0.015平方毫米的程度是困难的。利用激光束对其进行加工,可获得较小的气体供给口。利用多孔材料36,可获得更小的气体导管,在这种情况下,孔的尺寸,即,气体供给口的截面积A3的直径的平均值通常最小为1微米,但通常最小为3微米,而其直径的平均值最大为1000微米,但通常最大为500微米,或者最大为200微米。通过实验可以看出,具有直径在3-35微米(=标称的孔的尺寸,在一个单独的工件中,孔的尺寸具有一些尺寸分配)范围内的孔的多孔部件能够以极佳的方式工作。这样,应该清楚的是,可利用不同的技术获得直径不同的气体导管。节流管6的流动截面积A2、开放式节流管的总流动截面积∑A2a、b、c以及开放式节流管和能够打开的节流管的总流动截面积∑A2a、b、c在燃料流增大时可以这样的方式被校准,即,在工作过程中,在节流管6、6a、6b、6c的下游端16b处具有至少为-10kPa(最小值)并且最大为-60kPa(最大值)或者更好最大为-50kPa(最大值)的压降PΔ。如果压降小于-10kPa,那么难以达到充分地吸入气体/气体混合物G和使气体有效地溶于液体燃料F中的效果。另一方面,如果压降大于-60kPa,燃料F会泡沫化,从而带来大量的问题。这些数值对于诸如柴油和燃油的液体燃料来说是适用的。对于煤油和汽油,可使用略低于最小值的压降PΔ,诸如-7kPa。对于重燃油,可使用最小值和最大值较高的压降PΔ,但是应该注意的是,它会受到燃油的温度和粘度的影响。上述数值是根据目前的知识得到的,因此它们不能被认为是对本发明的限制。另外,应该理解的是,在燃料中的各种添加剂也会对其流动性和泡沫化趋势造成影响,这样会改变上述的压降PΔ的最小值和最大值。压降PΔ的最小值和最大值实际上是根据需要由每一种燃料类型独立预定的,并且相应地对节流管的第二流动截面积A2、A2a、A2b、A2c以及它们与输入管/输出管3、4的第一流动截面积A1a、A1b的比率进行校准。
最好利用能够在一个很小的压降PΔ0下打开和相应关闭的(即当节流管中出现液体燃料流F*时)节流管的单向阀35a、35b或连接导管的阀组件30;30a、30b、30c(例如图6-7中所示的30b)的单向阀设置本发明所涉及的装置的节流管。该压降例如可在5-15kPa的范围内。因此,可基本上认为,在操作过程中它是常开的并且仅当液流F*基本上为0时它是关闭的。能够使节流管6a或6b或6c的一个或多个单向阀35b或35a中被第一次打开的那一个打开/关闭或者能够使与节流管相通的连接导管7的阀组件30a或30c;30a或30b中被第一次打开的那一个打开/关闭的在节流管的下游端16b处的压降PΔ1被校准在15-25kPa的范围内,然而,能够使节流管6a或6b或6c的一个或多个单向阀35a或相应的35b中能够被二次打开的那一个打开/关闭或者能够使与节流管相通的连接导管7的阀组件30a或30c;30a或30b中能够被二次打开的那一个打开/关闭的在节流管的下游端16b处的压降PΔ2被校准在30-40kPa的范围内。如果仅使用一个打开/关闭的节流管或连接导管,也可使用在一个这些数值之间的压降PΔ3,例如其大小为20-30kPa。这些压降与在前面段落中作为示例给出的情况相符,即,象柴油或燃油那样。能够使节流管6、6a、6b、6c或连接导管7中被第一次和第二次打开/关闭的那一个打开/关闭的压降PΔ1、PΔ2必须根据在前面段落中所描述的内容进行预定。
除了上述内容外,本发明所涉及的装置还包括为节流管6;6a、6b、6c共用的均衡室10,均衡室10设置在它们的下游端16b的侧面上并处于在输出管4之前的一个位置处,该室的流动截面积A4大于燃料输入管3或燃料输出管4的流动截面积A1a、A1b。如在前面已经清楚描述的,均衡室10与在最近的气体导管2之间的距离为节流管的下游长度L2。如果需要的话,也可以在图10中所示的形式在下游长度L2内使节流管形成分支,只要上述形式没有使截面积发生很大的改变即可。如果在最靠近均衡室的气体导管2与节流管的下游端16b之间的距离大于本发明所涉及的下游长度L2,在流管6;6a、6b、6c长度超过其的范围内,截面积可相对自由地扩大或减小。利用这样的方式,通过适当的组合和校准,可使含有被溶解的气体/气体混合物G的燃料F在均衡室中更均衡。在任何情况下,均衡室都是用于使燃料均衡的。
在燃料F的输入管3和输出管4之间,即在输入管中,具有单向阀23,以及在输出管4和节流管之间,即在输出管中具有单向阀24,这些阀在燃料流动方向*上是打开的并且相对于反向流动是关闭的。在输出管4上设置单向阀24是为了当液流被阻挡以及当其不工作时防止液流从驱动装置方向回流。使单向阀24打开的压力P2不是重要的,但是它可相当低。在输入管3上设置单向阀24是为了例如在重力从燃料容器进入到本发明所涉及的装置中的情况下防止燃料F流动。为此,单向阀23的打开压力P1是根据使用要求被校准的以使在本发明所涉及的装置以上的燃料压力不能将其打开,但是可仅利用由燃料泵(图中未示出)所产生的压降使其打开。
另外,所述装置例如包括在框架部分31中的旁流导管18,旁流导管18从节流管的上游端16a和燃料输入管3之间延伸到节流管的下游端16b和燃料输出管4之间,该旁流导管具有单向阀27,单向阀27在燃料流动方向F上受到预定压降PΔ4的作用被打开,压降PΔ4大于在连接导管7中的阀组件30、30a、30b、30c中的任何单向阀28的打开压力以及在节流管中的任何单向阀35a、35b的打开压力。在驱动装置出现异常负载情况的过程中,即,在功率减小的过程中,该旁流导管能够使必须添加的燃料越过本发明所涉及的混合装置的气体混合部分。在阀组件30、30a、30b、30c中的控制阀29最好为可调节的针阀,它们被设定为能够将气体G的合适气流G*供给到每一个连接导管7和节流管中。这样,除了可根据压降PΔ使辅助气流流动通道打开以外,还能够在该通道被打开后设定从每一个气流通道的气体/气体混合物的量。因此,能够提高控制能力的通用性。
尽管根据本发明,最好通过连接导管7间接地以图1-7中所示的形式利用实际贯通气体导管2形成气体供给口21或者以图8-11中所示的形式利用由孔有效地形成的气体导管作为气体供给口21,并且气体供给口21设置在穿过节流管6;6a、6b、6c中心线的所述平面T;T1、T2、T3的第一侧上,但是也可在所述平面的另一侧上形成一些气体供给口。但是,应该相信的是,必须使至少占气体供给口21的总截面积∑A3的70%的气体供给口在所述平面的所述第一侧上,最好至少占80%,通常至少占90%。
如上所述,本发明所涉及的用于吸入气体或气体混合物G并且将其与在设有管壁的流管中流动的液体燃料F混合在一起的装置在工作中是非常可靠的,带来这种优点的原因例如为,可利用在结构紧凑的装置(即,利用一定压力差进行操作的单向阀)中的机械控制对气体/气体混合物的吸入和供给进行控制。利用具有一定弹簧作用力的平衡弹簧在每一个单向阀中使单向阀的打开和关闭的压力固定。这样,可根据准确的弹簧作用力确定打开/关闭的压力差。当在不同的工作环境下供给适量的空并且将适量的氧供给到液体燃料中时,本发明所涉及的装置可降低燃料损耗,使燃烧更充分并且减少排放。
Claims (16)
1.一种用于吸入气体或气体混合物并使之与液体燃料混合的装置,所述液体燃料在设有壁的流管中流动,该装置包括:液体输入管(3)和液体输出管(4),这些管具有第一流动截面积(A1a、A1b);在液体输入管和液体输出管之间的节流阀部分(1),该节流阀部分包括至少一个用于流动液体燃料的细长节流管(6);以及至少一个与节流管的中心线(8)横切的气体导管(2),所述气体导管通过气体供给口(21)与节流管相通,所述节流管为液流形成了第二流动截面积(A2),第二流动截面积(A2)远小于所述第一流动截面积,并且所述节流管从所述气体供给口的位置处在液体流下游侧上以流动截面积基本上不变的方式延伸,延伸距离为下游长度(L2),其中,所述节流阀部分(1)还包括:
-在输出管(4)中的一单向阀(24),所述单向阀(24)能够在一压力值(P2)作用下打开;以及
-所述至少一个气体导管(2)在穿过节流管(6;6a、6b、6c)中心线(8)的平面(T;T1、T2、T3)的第一侧上以至少占气体供给口的总截面积的70%的量通过一个或多个气体供给口(21)与节流管(6;6a、6b、6c)相通,并且气体导管(2)与连接导管(7)相通,连接导管(7)形成在节流管(6;6a、6b、6c)的外部并延伸到所述平面的相对一侧,并进一步延伸到气体/气体混合物供给源(20)。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述装置包括至少两个具有第二流动截面积(A2a、A2b、A2c)的节流管(6a、6b、6c),所述第二流动截面积的总和小于第一流动截面积(A1a、A1b);以及所述几个节流管以相对于液流平行的形式被连接,并且至少一个与节流管中心线(8)横切的气体导管(2)通过至少一个气体供给口21与每一个节流管相通。
3.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,至少两个气体导管(2)与每一个节流管(6;6a、6b、6c)相通,所述气体导管(2)相互之间存在一个平行于节流管的下游长度(L2)和/或平行于节流管圆周的距离(L3和/或C),并且这几个气体导管与一个或几个连接导管(7)相通;所述连接导管(7)包括在一个或多个气体供给口和用于气体/气体混合物的供给源(20)之间的阀组件(30;30a、30b、30c),所述阀组件由控制阀(29)构成或者是由单向阀(28)和控制阀(29)组合而成的,这些阀组件是以这样的方式设置的,即,使它们在节流管的下游端(16b)处受到预定压降(PΔ)作用被打开和关闭。
4.如权利要求2所述的装置,其特征在于,与不同的节流管(6)相通的气体导管的每一个连接导管(7)包括在一个或多个气体供给口(21)和用于气体/气体混合物的供给源(20)之间的阀组件(30a、30b),所述阀组件是由单向阀(28)和控制阀(29)组合而成的;每一个阀组件(30a、30b)是以这样的方式设置的,即,使它们在节流管的下游端(16b)处受到不同于其它阀组件的压降的压降(PΔ)作用被打开和关闭。
5.如权利要求2所述的装置,其特征在于,第二和其它节流管(6a和6c)包括在其液流上游端(16a)和/或下游端(16b)处的单向阀(35a和/或35b);不同的节流管(6a和6c)的单向阀(35a和/或35b)是以这样的方式设置的,即,使它们在节流管的下游端(16b)处受到不同于其它阀组件的压降的压降(PΔ)作用被打开和关闭。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,气体导管(2)的气体供给口(21)的截面积(A3)在最小为0.005平方毫米和最大为0.2平方毫米的范围内或者在最小为0.015平方毫米和最大为0.7平方毫米的范围内;以及节流管(6)的流动截面积(A2)、开放式节流管的总流动截面积(∑A2a、b)以及开放式节流管和能够打开的节流管的总流动截面积(∑A2a、c)在燃料流增大时可以这样的方式被校准,即,在节流管(6)的下游端(16b)处具有最小为-10kPa并且最大为-60kPa或者最大为-50kPa的压降PΔ。
7.如权利要求2所述的装置,其特征在于,以这样的方式设置节流管(6a或6b或6c)的一个或多个单向阀(35b或35a)或者与节流管相通的连接导管的阀组件(30a或30c;30a或30b),即,使它们能够在节流管的下游端(16b处)受到在15-25kPa的范围内的(PΔ1)作用下被打开;以及以这样的方式设置其它节流管(6a或6b或6c)的一个或多个单向阀(35a或相应的35b)或者与节流管相通的连接导管的阀组件(30a或30c;30a或30b),即,使它们能够在节流管的下游端受到在30-40kPa的范围内的(PΔ2)作用被打开。
8.如权利要求1所述的装置,其特征在于,节流管的所述第二流动截面积(A2;A2a、A2b、A2c)以流动截面积基本上相同的方式延伸,延伸距离为下游长度(L2),下游长度(L2)最小等于被节流的流动截面积的平均直径或最小为被节流的流动截面积的平均直径的2倍或5倍;所述流动截面积(A2;A2a、A2b、A2c)在下游长度(L2)内的变化≤30%,优选为≤20%,典型地为≤10%;以及所述装置还包括为节流管(6;6a、6b、6c)共用的均衡室(10),均衡室设置在它们的下游端(16b)和输出管(4)之间,该室的流动截面积(A4)大于燃料输入管和燃料输出管的流动截面积(A1a、A1b)。
9.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述装置还包括旁流导管(18),旁流导管(18)从节流管的上游端(16a)和燃料输入管(3)之间延伸到节流管的下游端(16b)和燃料输出管(4)之间;并且该旁流导管具有单向阀(27),单向阀在燃料流动方向(F)上受到预定压降(PΔ)的作用被打开。
10.如权利要求1所述的装置,其特征在于,气体导管(2)的气体供给口(21)与完全在穿过节流管(6;6a、6b、6c)中心线的平面(T;T1、T2、T3)的第一侧上的节流管(6;6a、6b、6c)相通,并且这些气体供给口在一个扇区内与节流管相通,所述扇区的边相对于所述平面(T;T1、T2、T3)形成角度(K1、K2),角度(K1、K2)至少为10°或至少为30°,以及在燃料输入管(3)和输出管(4)之间以及在输出管(4)和节流管之间分别具有可在燃料流动方向上打开的单向阀。
11.如权利要求1所述的装置,其特征在于,多个气体导管(2)的多个气体供给口(21)与每一个节流管(6;6a、6b、6c)相通,所述多个气体供给口(21)位于节流管长度(L1)和部分圆周所形成的区域(A6)内,并且这些气体导管的多个气体输入孔(22)与一个或多个连接导管(7)相通,所述多个气体导管是由在多孔材料(36)中的多排开孔构成的。
12.如权利要求1所述的装置,其特征在于,围绕一个或多个节流管(6;6a、6b、6c)的节流阀部分(1)完全或部分地由所述多孔材料(36)构成,所述多孔材料(36)的开孔形成了所述气体供给口(21)。
13.如权利要求12所述的装置,其特征在于,当所述节流阀部分(1)完全由所述多孔材料(36)构成时,连接导管(7)仅在穿过节流管中心线的平面(T;T1、T2、T3)的所述第一侧上具有通向在所述多孔材料中的气体输入孔(22)的部分。
14.如权利要求12所述的装置,其特征在于,所述多孔材料(36)是这样一个部件,即:
-基本上在穿过节流管中心线的平面(T;T1、T2、T3)的所述第一侧上位于节流管(6;6a、6b、6c)和连接导管之间;或
-在每一侧上包围节流管(6;6a、6b、6c),在这种情况下,一个或多个连接导管(7)基本上在穿过节流管中心线的平面(T;T1、T2、T3)的所述第一侧上包围节流管(6;6a、6b、6c)。
15.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述装置还包括在所述输入管(3)中的第一单向阀(23),第一单向阀(23)能够在第一压力值(P1)的作用下被打开。
16.如权利要求12所述的装置,其特征在于,所述多孔材料(36)的开孔的平均直径最小为1微米并且最大为1000微米。
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