CN1766414B - 在线活化燃油的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种在线活化燃油的方法及其设备，A.将燃油由油箱输送至燃油供应系统中；B.通过活化能发生装置对燃油供应系统输出的燃油施以高能物理作用，加速燃油分子的运动，从而产生自由基分子；C.由燃油供应系统将燃油送入燃烧器中燃烧；还包括将燃烧器回油引导到通过活化能发生装置的入口，进行重复处理。所述步骤B前还有添加辅助液的步骤。本发明采用上述技术，使燃油燃烧更加充分，节约能源以及减少对环境的污染。
Description
技术领域 本发明涉及燃烧设备的燃油供应，特别涉及用于在线合成活化油的方法及设备。
背景技术 现有燃油技术要求燃油在使用前不得存在“自由基”，否则将破坏燃油的“安定性”，目的是防止燃油在使用前氧化变质。但是“自由基”又是燃油燃烧不可或缺的前提条件，并且伴随着燃烧始终。以内燃机为例，所有燃烧器都是通过对已经雾化的燃油进行瞬间加热(点燃或压燃)的方式产生“自由基”，由于时间和空间限制，阻碍了自由基的形成和发展，结果造成了在一个冲程结束时燃油氧化燃烧不够完全，并产生了大量不完全燃烧产物——一氧化碳、氮氧化合物、碳微粒等等，由于这些都是吸热反应的产物，因此不仅降低了燃烧效率，而且造成排放污染。如何令燃油在燃烧前变成带有自由基的“活化油”且保证未参与燃烧的燃油不因为“活化”而变质，即实现“活化油”的在线生产，成为提高燃烧效率、减少环境污染的有效手段。
发明内容 本发明采用将燃油在进入燃烧器之前进行预先活化的技术，解决现有技术中燃烧效率低下以及对环境污染大的技术问题。本发明采用添加辅助液技术，进一步加强自由基的产生以及强化燃烧的技术问题。
本发明的技术方案如下：一种在线活化燃油的方法，包括以下步骤：
A.将燃油由油箱输送至燃油供应系统中；
C.由燃油供应系统将燃油送入燃烧器中燃烧；
其特征在于：在步骤A和步骤C之间插入
步骤B：通过活化能发生装置对燃油供应系统输出的燃油施以高能物理作用，加速燃油分子的运动，从而产生自由基分子；
在步骤C中还包括将燃烧器回油引导到活化能发生装置的入口，进行重复处理。
各种燃油都是碳链长的烃类混合物，分子量大，尤其是重油。它们的理化性质虽然各有不同，但是在常规条件下是稳定的。它们在燃烧时的表现也不同。但是有一点是共同的，就是无论处于内燃或外燃条件下，都属于“蒸发燃烧”，依靠液滴表面蒸发与空气中的氧气结合成可燃混合气再进行燃烧。分子量越大的燃油，粘度越大，化学性质越不活泼，也越难蒸发。目前提高蒸发速度的方法主要有；A、加温降粘。燃油的黏度在一定压力下，将随着温度升高而降低。B、改善燃油的雾化，通过令雾化后的液滴更细微更均匀，增加体表面积，进而扩大与氧气的接触面积，快速形成可燃混合气。C、改变燃烧室内气体流动速度，使“层流火焰”变为“紊流火焰”。因为紊流传播速度是层流速度的25-50倍，增加可燃气的紊流速度，可大大提高燃烧强度，提高内燃机的效率。D、掺水乳化。通过物理和化学方式将燃油、水和乳化剂按照设定比例制成比较稳定的成品油，乙醇汽油也属乳化油，不过是将乙醇替代水而已。掺水乳化油主要是利用“微爆”作用促进完全燃烧。以上方法都是从燃油物理层面改善燃烧条件，的确起到积极作用，效果也十分明显。
其实，燃油燃烧从本质上说，是碳和氢的高温氧化过程，属化学放热反应。其化学反应式是：
C+O2＝CO2+395672kJ/mol
H+1/2O2＝H2O(蒸汽)+242124kJ/mol
燃油的主要成分是烃类，其分子比较复杂。燃油都属于饱和分子，“安定性”好，便于储运和使用。
燃油在高温气相条件下的氧化反应很复杂，因为构成燃油的烃类的构造多种多样，在高温反应时氧化极快，许多中间产物又极不稳定，要想确定各种中间物的存在和作用也较难。许多学者在大量实践基础上形成的现代燃烧理论认为：烃类的氧化过程本质上是一系列通过自由基的链反应过程。
“蒸发”并且形成可燃混合气然后点燃或压燃，这些只是燃油燃烧的外部条件——外因，而“通过自由基形成链反应”则是燃油燃烧的内部依据——内因！外因只有通过内因才能起作用。所以，在同等外因条件下，关键是要解决内因的问题，只有如此，才能从根本上解决好完全燃烧的理论和实际问题。
“活化油”就是具有自由基的燃油；本发明基于提高燃油燃烧效率的目的，采用这种在线合成活化油的方法，既满足了储存在油箱中的燃油对安定性的需要，又使燃油在进入燃烧器前就得到“活化”。当燃油进入活化能发生装置，在活化能发生装置的作用下，燃油分子的运动加速，相互间的碰撞加强，燃油分子层甚至是原子层产生共振和能量跃迁，使燃油分子的化学键产生断裂而激活大量“自由基”，自由基固有的特性又在燃油大分子中造成链式反应形成更多的自由基，然后将含大量自由基的燃油输送到燃烧器中燃烧，使燃烧更加充分，燃烧效率高，而多余的活化油不回油箱，而是被引导到活化能发生装置的入口，参与下一循环的燃油活化，实现了在线活化燃油的目的。
所述步骤B前还有添加辅助液的步骤，该步骤包括从储存容器内将辅助液输入燃油供应系统中，在一个与燃油共用的混合装置内将两者混合，然后对该混合液进行高能物理作用，所述辅助液是水、醇类液体之中的一种或两者的混合液。这种“活化油”的成分是由纯油和水或醇类液体按一定比例组成的二元或多元混合液，外观具有乳化液的性质，但是与掺水乳化油和乙醇(甲醇)汽油或其他乳化油有本质区别，其最显著的特点就是具有大量的自由基，当这种活化油在进入燃烧器后就比纯油燃烧得更充分，因此更加节油和环保，而且成本更加低廉，使用更加方便，也更容易普及。
一种实现上述方法的装置，包括储存燃油的油箱，将燃油由油箱输送到燃烧器的燃油供应系统；所述燃烧器与燃油供应系统之间还设置有活化能发生装置，燃烧器的回油管连接活化能发生装置的入口。该装置还包括添加辅助液的系统，该系统包括辅助液储存箱，所述燃油和辅助液均通过活化能发生装置中的分配器进入活化能发生装置，分配器将辅助液与燃油按比例混合。本发明主要由分配器、活化能发生装置、内循环管路和电子控制器等部分组成，可以对二元或多元液体按设定比例进行分配并进行预混合，然后将其在线活化，形成具有大量自由基的活化油并供应燃烧器，多余的活化油将在特定的管路中内循环，内循环的活化油不断得到活化并利用压力反馈控制分配器开闭，从而将活化油与母液隔离；电子控制器除控制本系统外，还可以实现活化油与燃烧器原供油系统任意无缝切换。同理，活化油也适用于其他使用燃油的燃烧器。
本发明采用上述技术，使燃油燃烧更加充分，节约能源以及减少对环境的污染。下面是本发明的对照表：
表1活化燃料与燃油性能比较表
表2深圳市环保监测站对HS活化油进行现场检测的报告(2003年9月15日编号WWQ2003/2198)
总之，通过实施上述技术方案，都可以令本发明在线合成活化油的方法成立。其最本质的特点，是通过外部向特定容器内的燃油或燃油的混合液施加活化能，令燃油或燃油的混合液瞬间得到活化，产生自由基，这种“活化油”的比例由分配器控制，活化油一旦生成就与母液隔离，活化油在线生产并供应燃烧器，多余部分将以内循环方式得到反复活化，活化油比传统燃油更节油更环保更低廉。在线合成活化油的方法及其装置可以与所有燃烧器30配套使用，并且因此改变传统燃料的结构和使用习惯。
附图说明
图1是本发明所述燃油活化方法的流程图。
图2是本发明所述燃油活化装置的工作原理示意图。
具体实施方式：以下结合附图进一步说明本发明的具体实施方法。
由图1中可知，一种在线活化燃油的方法，包括以下步骤：
A.将燃油由油箱输送至燃油供应系统中；
C.由燃油供应系统将燃油送入燃烧器中燃烧；
在步骤A和步骤C之间插入
步骤B：通过活化能发生装置对燃油供应系统输出的燃油施以高能物理作用，加速燃油分子的运动，从而产生自由基分子；
在步骤C中还包括将燃烧器回油引导到通过活化能发生装置的入口，进行重复处理。
当燃油进入活化能发生装置，在活化能发生装置的作用下，燃油分子的运动加速，相互间的碰撞加强，燃油分子层甚至是原子层产生共振和能量跃迁，使燃油分子的化学键产生断裂而激活大量“自由基”，自由基固有的特性又在燃油大分子中造成链式反应形成更多的自由基，然后将含大量自由基的燃油输送到燃烧器中燃烧，使燃烧更加充分，燃烧效率高，而多余的活化油不回油箱，而是被引导到活化能发生装置的入口，参与下一循环的燃油活化，实现了在线活化燃油的目的.
步骤B中所述的高能物理作用是由声、光、电或微波中的一种或多种叠加使用的方法而产生的。
所述步骤B前还有添加辅助液的步骤，该步骤包括从储存容器内将辅助液输入燃油供应系统中，在一个与燃油共用的混合装置内将两者混合，然后对该混合液进行高能物理作用。
所述辅助液是水、醇类液体之中的一种或两者的混合液。
从上述说明中可知，本发明可以有多种方案选择，其中第一种方案是利用超声波作为活化能发生装置的在线合成活化油的方法，包括以下步骤：
A.将燃油和水或醇类液体引入活化能发生装置，按照设定比例进行预混合；
B.通过一个泵将以上混合的液体加压再注入流体动力式超声波发生器；
C.超声波的空化、激波等复合作用力将产生高压、高频震荡和局部高温，对燃油或混合液的分子进行“活化”并产生自由基；
D.活化油通过管路进入燃烧器，多余的活化油则分别经过内循环管路和外回流管回到分配器，因此产生的压力将驱动分配器动作，适度关闭母液进口，同时令回流的活化油优先进入活化能发生装置进行循环活化；
F.当活化能发生装置一旦停止工作，内部压力将消失，分配器将在弹簧作用下复位，燃烧器便自动恢复到原始供油状态。
G.装置的所有电气动作由电子控制，装置的压力由液压元件控制。
第二种方案是利用激光作为活化能发生装置的在线合成活化油的方法，包括以下步骤：
A.将燃油和水或醇类液体引入分配器，按照设定比例进行预混合；
B.通过一个泵将以上混合液体加压并进入装有激光发生装置的活化能发生装置，优选固体激光发生器；
C.以上预混合液体从一个狭缝中通过，该狭缝一侧是透明材料，其他面是反光材料，以便于激光透过并反射；
D.受到激光照射的混合液体吸收了大量的活化能，当这种活化能达到并超过一定值时，分子便会发生断裂并产生自由基；
E.活化油通过管路进入燃烧器，多余的活化油则分别经过内循环管路和外回流管回到分配器，因此产生的压力将驱动分配器动作，适度关闭母液进口，同时令回流的活化油优先进入活化能发生装置进行循环活化；
F.当活化能发生装置一旦停止工作，内部压力将消失，分配器将在弹簧作用下复位，燃烧器便自动恢复到原始供油状态；
G.装置的所有电气动作由电子控制，装置的压力由液压元件控制。
第三种方案是利用高压直流电作为活化源的在线合成活化油的方法，包括以下步骤：
A.将燃油和水或醇类液体引入分配器，按照设定比例进行预混合；
B.通过一个泵将以上混合液体加压再注入高压直流电活化能发生装置；
C.高压直流电将持续产生电弧并作用于燃油或混合液的分子，因此产生高压、高频震荡和局部高温等“活化能”，从而产生出活化油；
D.活化油通过管路进入燃烧器，多余的活化油则分别经过内循环管路和外回流管回到分配器，因此产生的压力将驱动分配器动作，适度关闭母液进口，同时令回流的活化油优先进入活化能发生装置进行循环活化；
F.当活化能发生装置一旦停止工作，内部压力将消失，分配器将在弹簧作用下复位，燃烧器便自动恢复到原始供油状态。
G.装置的所有电气动作由电子控制，装置的压力由液压元件控制。
第四种方案是利用微波作为活化源的在线合成活化油的方法，包括以下步骤：
A.将燃油和水或醇类液体引入分配器，按照设定比例进行预混合；
B.通过一个泵将以上混合液体加压再注入微波活化能发生装置；
C.微波将持续产生并作用于燃油或混合液的分子，因此产生高压、高频震荡和局部高温等“活化能”，从而产生出活化油；
D.活化油通过管路进入燃烧器，多余的活化油则分别经过内循环管路和外回流管回到分配器，因此产生的压力将驱动分配器动作，适度关闭母液进口，同时令回流的活化油优先进入活化能发生装置进行循环活化；
F.当活化能发生装置一旦停止工作，内部压力将消失，分配器将在弹簧作用下复位，燃烧器便自动恢复到原始供油状态。
G.装置的所有电气动作由电子控制，装置的压力由液压元件控制。
以上四种方案以第一种为优选方案，在燃油中掺水的比例为不大于15％，根据燃烧器的工况的不同，掺水率也随之变化，以5～12％的掺水率效果最好。对于醇类液体，以不大于40％为限，其掺和比例根据燃烧器工况的不同以控制在5～25％为最佳。
由图2中可看出，一种上述方法的装置，包括储存燃油的油箱10，将燃油由油箱10输送到燃烧器30的燃油供应系统20；所述燃烧器30与燃油供应系统20之间还设置有活化能发生装置40，燃烧器的回油管70连接活化能发生装置40的入口46。内循环管路令多余的活化油在燃烧器30和活化能发生装置40之间循环并且反复得到活化；同时阻断活化油向母液回流。
该装置还包括添加辅助液的系统，该系统包括辅助液储存箱50，所述燃油和辅助液均通过活化能发生装置40中的分配器45进入活化能发生装置40，分配器45将辅助液与燃油按比例混合，所述分配器45为被动式调节流体比例的机械旋转柱塞式分配器，所述辅助液是水、醇类液体中的一种或两者的混合液。分配器45采用被动式调节流体比例的装置，一旦二元或多元液体的比例确定，无论流量如何变化，都可以保持相对稳定；流量即供应量，流量与回流量成反比，回流量的多少决定分配器45的开度从而控制流量在最大至零之间调整，以适应燃烧器30工况需要。
所述活化能发生装置40的能量发生源41为激光发生装置、超声波发生装置、高压电或微波发生装置中的一种或多种的组合.活化能发生装置40的能量发生源41利用声、光、电或微波等高能物理作用对来自分配器45的混合液体进行连续照射，令混合液中的分子的化学键产生断裂并生成自由基，自由基又与相邻的其他分子争夺电子，从而引发链式反应，只要从外界获得的活化能量足够大，自由基就会持续产生，并且影响其他分子的化学结构.尽管自由基存在的时间比较短暂，但由于是在线生产，所以可以满足实际需要，燃油分子在进入燃烧室之前就做好了氧化的物理准备和化学准备，因此相对传统燃油而言，氧化得更快更完全，当然燃烧得就更彻底.
所述活化能发生装置40还包括有控制器42、设置于辅助液输送管路上受控制器42控制的电磁阀43以及分别设置于燃油和辅助液输送管路上的单向阀44。
系统控制由电子和液压两部分组成，电子控制一般的电气动作，液压控制则由增压泵及其他液压元器件组成。
本发明的技术方案主要包括以下4种，第一种利用超声波作为能量发生源41；优选流体动力式超声波发生器；当燃油与水或其他液体经过分配器45形成设定比例的混合液进入活化能发生装置40，在泵的作用下产生高压并注入流体动力式超声波发生器，超声波特有的空化等复合作用在混合液中产生高压、高频震荡和局部高温，令燃油或燃油混合液分子的化学键产生断裂并产生自由基，同时令燃油与水产生剧烈震荡形成油包水的活化油，外观类似一般的掺水乳化液；自由基固有的特性又在燃油大分子中造成链式反应形成更多的自由基；这种活化油通过管路直接进入燃烧器30；多余的活化油则分别经过内循环管路和外回流管回到分配器45，因此产生的压力将驱动分配器45动作，适度关闭母液进口，同时令回流的活化油优先进入活化能发生装置40进行循环活化；分配器45根据活化油的消耗情况自动补充新的混合液，并令其比例保持一致。
第二种方案是采用激光作为能量发生源41，优选固体激光发生器；当燃油或燃油混合液经过分配器45并且成薄膜状射流进入活化能发生装置40，内置的固体激光发生器将对其进行不间断的照射，从而产生瞬间高压和局部高温，令燃油或燃油混合液分子的化学键产生断裂并产生自由基，自由基固有的特性又在燃油大分子中造成链式反应形成更多的自由基，这种活化油通过管路直接进入燃烧器30，多余的活化油则分别经过内循环管路和外回流管回到分配器45，因此产生的压力将驱动分配器45动作，适度关闭母液进口，同时令回流的活化油优先进入活化能发生装置进行循环活化；分配器45根据活化油的消耗情况自动补充新的混合液，并令其比例保持一致。
第三种方案是采用高压直流电为能量发生源41；当燃油或燃油混合液经过分配器45并进入活化能发生装置40，将通过一个高压直流电放电区，电弧令燃油或燃油混合液内部产生高频震荡和瞬间局部高温，令燃油或燃油混合液分子的化学键产生断裂并产生自由基，自由基固有的特性又在燃油大分子中造成链式反应形成更多的自由基，这种活化油通过管路直接进入燃烧器30，多余的活化油则分别经过内循环管路和外回流管回到分配器45，因此产生的压力将驱动分配器45动作，适度关闭母液进口，同时令回流的活化油优先进入活化能发生装置进行循环活化；分配器45根据活化油的消耗情况自动补充新的混合液，并令其比例保持一致。
第四种方案是采用微波为能量发生源41；当燃油或燃油混合液经过分配器45并进入活化能发生装置40，将通过一个微波照射区，令燃油或燃油混合液内部产生高频震荡和瞬间局部高温，令燃油或燃油混合液分子的化学键产生断裂并产生自由基，自由基固有的特性又在燃油大分子中造成链式反应形成更多的自由基，这种活化油通过管路直接进入燃烧器30，多余的活化油则分别经过内循环管路和外回流管回到分配器45，因此产生的压力将驱动分配器45动作，适度关闭母液进口，同时令回流的活化油优先进入活化能发生装置进行循环活化；分配器45根据活化油的消耗情况自动补充新的混合液，并令其比例保持一致.
以上方案中优选第一种。
本装置的所有电气动作由电子控制，装置的压力由液压元件控制，因此具有自动、高效、可靠的特点；当活化能发生装置一旦停止工作，内部压力将消失，分配器45将在弹簧作用下复位，燃烧器30便自动恢复到原始供油状态。
所述超声波能量发生源41的振动频率为18～60kHz。
Claims (10)
1.一种在线活化燃油的方法，包括以下步骤：
A.将燃油由油箱输送至燃油供应系统中；
C.由燃油供应系统将燃油送入燃烧器中燃烧；
其特征在于：在步骤A和步骤C之间插入
步骤B：通过活化能发生装置对燃油供应系统输出的燃油施以高能物理作用，加速燃油分子的运动，从而产生自由基分子；
在步骤C中还包括将燃烧器回油引导到活化能发生装置的入口，进行重复处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤B中所述的高能物理作用是由声、光、电或微波中的一种或多种叠加使用的方法而产生的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤B前还有添加辅助液的步骤，该步骤包括从储存容器内将辅助液输入燃油供应系统中，在一个与燃油共用的混合装置内将两者混合，然后对该混合液进行高能物理作用。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述辅助液是水、醇类液体之中的一种或两者的混合液。
5.一种实现权利要求1所述方法的装置，包括储存燃油的油箱(10)，将燃油由油箱(10)输送到燃烧器(30)的燃油供应系统(20)；
其特征在于：所述燃烧器(30)与燃油供应系统(20)之间还设置有活化能发生装置(40)，燃烧器的回油管(70)连接活化能发生装置(40)的入口(46)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：该装置还包括添加辅助液的系统，该系统包括辅助液储存箱(50)，所述燃油和辅助液均通过活化能发生装置(40)的分配器(45)进入活化能发生装置(40)，分配器(45)将辅助液与燃油按比例混合。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于：所述活化能发生装置(40)的能量发生源(41)为激光发生装置、超声波发生装置、高压电发生装置或微波发生器中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于：所述活化能发生装置(40)还包括有控制器(42)、设置于辅助液输送管路上受控制器(42)控制的电磁阀(43)以及分别设置于燃油和辅助液输送管路上的单向阀(44)。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述辅助液是水、醇类液体中的一种或两者的混合液。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述超声波能量发生源(41)的振动频率为18～60kHz。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100505 Termination date: 20190930 |