CN201921659U - 超声振动液体乳化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可将不同液体或具体为油水混合燃料充分乳化的超声振动液体乳化装置。包括底座(1)，特别是底座(1)一端的通孔内设有扁平狭缝(2)的喷嘴(3)，底座(1)的另一端为具有一长条状的可通过液体的敞开槽(4)，敞开槽(4)内设有一在三维方向上可微小位移的楔形振子(5)，楔形振子(5)的尖端(6)正对喷嘴(3)的扁平狭缝(2)，一盖板(7)固定在敞开槽(4)的表面。本实用新型可将不同液体或具体为油水混合燃料充分乳化、并提高燃烧效率最终可使燃油节油率达到10％以上。

Description

超声振动液体乳化装置

技术领域：

本实用新型涉及一种将两种以上液体混合的装置，更具体是指一种可将不相溶的液体混合为乳化状的超声振动液体乳化装置。

背景技术：

两种或两种以上的液体的混合具有重要的意义，特别是不相溶的油与水的混合是长期以来的一个重点研究方向，例如燃料油与水混合成乳化油后进行燃烧是国内外长期在进行的重点。目前基本一致的观点是乳化油燃烧可节约一定燃料并可降低氮氧化合物的排放，专业书籍或专利文献多有披露。乳化油主要有两种制备方式，一种是在油水混合物中添加乳化剂制备乳化油，另一种是油水混合物一经乳化立即进入燃烧器；前者存在的主要缺点是乳化油的不稳定性，由于水的密度大于油，且由于水的凝聚作用，水在油内会自动下沉、凝聚、分层，直至最后破乳而使油、水分离，这种分离作用从乳化油一制成就已开始，因此乳化剂又是必不可少的，但乳化剂价值较高，且乳化或燃烧过程中仍存在很多未能完全解决的问题，均影响了乳化燃烧的使用；后者可称为在线乳化，即乳化后就使用，其可不必添加乳化剂，但一般还是有使用乳化剂，其燃油的节油率一般在4％左右，亦有在10％左右，其存在的问题是对燃烧机理没有实质性进展，只局限于一般性的实验结果的分析，且一般节油率不高，仅有实验性的使用，未见有规模的工业使用，实质是水油混合燃料的乳化程度将决定乳化燃料的燃烧效果。现对这一问题虽有认识，在实现水油混合燃料的乳化的技术上也有甚多研究和取得一定的进展，最常用的乳化方式是利用机械搅动方式实现油水的混合，例如常用的静态乳化器，或是模能器产生超声振动使油水混合乳化，或是在油水流动通道内设置一具有尖端的哨片，尖端的振动使油水混合。上述几种方法各有优缺点，但实验结果表明均不能使节油率提高，实质问题是油水的乳化效果还未达到最有利燃烧的程度。实际乳化效果不佳的关键因素是对燃油在乳化前后的实际环境条件没有完整的认识，对已有乳化手段也没有充分的了解，故乳化后的燃烧效率或节油率并不理想，如何提高乳化效果或明示乳化油水燃料的乳化条件并最终提高节油率是目前需要解决的重要课题，其有显著的经济与社会效益。

发明内容：

本实用新型的发明目的是公开一种可将不同液体或具体为油水混合燃料充分乳化、并提高燃烧效率最终可使燃油节油率达到10％以上的超声振动液体乳化装置。

实现本实用新型的技术解决方案如下：包括底座，底座一端的内设有扁平狭缝的喷嘴，底座的另一端为具有一长条状的可通过液体的敞开槽，敞开槽内设有一在三维方向上可微小位移的楔形振子，楔形振子的尖端正对喷嘴的扁平狭缝，一盖板固定在敞开槽的表面。

所述的振子的侧壁有四个盲孔，经敞开槽侧壁的螺纹顶子的顶置而使振子位于敞开槽的中心位置。

所述的楔形振子的两端为尖端状且为对称设置，楔形振子的表面为微小粗糙面。

所述的楔形振子正对扁平狭缝的一端为尖端，另一端为平面状或流线形曲面段或与一尖端为不对称结构的尖端状，楔形振子的表面为微小粗糙面。

所述的楔形振子的微小粗糙表面为与振子长度方向垂直的多条微小凸条构成，或为多个微小凹坑构成。

所述的楔形振子的厚度大于1.5mm并小于敞开槽的高度，楔形振子表面与敞开槽对应壁面之间的间隙与扁平狭缝的宽度相适配。

所述的楔形振子的楔形尖端的长度与楔形振子的厚度之比为2～4倍。

本实用新型公开的超声振动乳化装置的振子5在敞开槽4内的液体流动或喷嘴3喷出的液体作用下，在上下、左右和前后三个方向上均可能或会产生高频率的往复运动，该往复运动使喷嘴3中喷射出的混合液体受到多向的复杂的作用力，进一步增加了混合液体的流动紊乱性和作用力的复杂性。正是由于上述的紊乱性和复杂性使不同液体之间产生巨大的流体形变和存在相互的作用力使不同液体不断破碎和提高相互混合度，即提高了混合液体的乳化程度，进而提高燃料燃烧时的燃烧效率，最终提高节油率。经各种燃烧装置的实际试验表明，本实用新型的一般节油率可达10～15％左右，最高可达20％以上，完全突破了现有认知的上限，更为重要的是在实际的各种燃油装置的长时间的实际运行试验中均取得较高的节油率和减小污染排放的效果。

附图说明：

图1为本实用新型的一个实施例的剖视结构示意图。

图2为图1的外观立体结构示意图。

图3为图1的仰视结构示意图。

图4为图1的底座的局部剖视结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为振子的结构示意图。

图7为图6所示振子的俯视局部剖视图。

具体实施方式：

请参见图1～图7，图1～图7给出的是本实用新型的一个具体的实施例，但本实用新型的技术保护范围不应受图1～图7所示的限制。

本实用新型的具体实施方式如下：包括底座1，底座1一端的内设有扁平狭缝2的喷嘴3，底座1的另一端为具有一长条状的可通过液体的敞开槽4，敞开槽4内设有一在三维方向上可微小位移的楔形振子5，楔形振子5的尖端6正对喷嘴3的扁平狭缝2，一盖板7固定在敞开槽4的表面；前期已经机械混合的液体经喷嘴3的扁平狭缝2高速喷射出来，进入正对喷嘴3的敞开槽4，喷射出来的瞬间为液体的一次混合，在敞开槽4内设有一个在三维方向上可微小位移的具楔形尖端的振子5，高速运动的混合液体正面撞击振子5的楔形尖端6，使混合液体进一步破碎的同时对振子5施加一个作用力，该作用力将使振子5在三维方向上振荡，且振子5的两表面与敞开槽4之间形成混合液体流动的乳化通道，振子5的振荡又对混合液体施加多方向的作用力并进一步破碎混合液体的颗粒，使混合液体由大量的微小水颗粒混合于油液中，或可认为混合后的乳化状的燃油是大量的油包水的微小颗粒构成；上述的可在三维方向上振荡的振子5使混合液体的混合过程在微观上相当复杂，存在多方向的作用力施加在流动的混合液体上，而且这种多方向的作用力在流体流过振子5的所有表面的过程中均施加于混合液体，故可使混合液体达到很高的乳化程度。

为使上述的振子5在敞开槽4内在三维方向上作微小的位移，在振子5的侧壁有四个盲孔8，经敞开槽4侧壁的螺纹顶子9的顶置而使振子5位于敞开槽4的中心位置，螺纹顶子9的端部与振子5侧壁的盲孔的内表面之间有一微小间隙，该间隙的存在使振子5在三维方向上均可有一微小的位移空间，相当于振子5可悬置于四个螺纹顶子的端部的约束中；除上述的结构，在振子5具有一定的厚度时，振子5有两个通孔贯穿两侧壁，经底座1的对应的通孔，两固定轴(图中未示出)穿过振子5的通孔后与底座1固定连接，振子5置于敞开槽4的中心位置，固定轴的直径略小于底座1的通孔的直径，则振子5可在上述的两直径差构成的间隙内在三维方向上位移；上述两种可使振子5在三维方向上作位移机构仅是本发明的具体实施方式的例举，但不局限或不应限制为仅此两种结构。上述的间隙大小是可以调节的，前一种结构只需调节螺纹顶子9即可，后一种结构通过更换不同直径的固定轴或更换具不同直径的通孔的振子5，就可调节上述的间隙的大小；间隙大小的不同，则振子5在流动冲击下的振幅不同，作用在混合流体上的反作用力的大小也不同，进而达到调节液体乳化的程度；在上述的两种振子5的位移结构中，当流体的流速提高时，振子5的振荡频率提高，振荡频率的提高，相应的乳化程度亦提高。上述的敞开槽4的截面形状为长方形或圆形，当敞开槽4的截面形状为长方形时，其结构是喷嘴3正对一长方形截面的敞开槽，其上设有一可固定的盖板7，则敞开槽4构成了液体的乳化通道；上述的敞开槽4的截面形状还可为圆形，则只需将喷嘴3正对一圆形截面的通道；前述的通过螺纹顶子9设置振子5适用于长方形截面的敞开槽4，通过固定轴设置振子5适用于圆形截面的敞开槽4。

经大量的试验得出，混合液体的乳化程度与混合液体在敞开槽4中的流动状态有关，流体的流动状态愈复杂，乳化程度愈好。因此，所述的振子5两端为尖端状且为对称设置，楔形振子的表面为微小粗糙面；振子5的一端为楔形尖端6，该楔形尖端为扁平状，尖端6正对上述的喷嘴3，振子5的另一端为与上述的楔形尖端对称的结构，两个楔形尖端部分之间为一矩形截面的平板状连接段(图6、图7所示)，振子5则形成两个表面，该两个表面与敞开槽4的表面之间形成液体的流动的上、下通道，流体在通过敞开槽4时，首先撞击在正对喷嘴3的振子5的楔形尖端6，然后被振子5主要分为上、下两部分通过振子5的两个表面而流动，在振子5的另一端的尾部汇合后流出乳化器。所述的楔形振子5正对扁平狭缝2的一端为尖端，另一端为平面状或流线形曲面段或与一尖端为不对称结构的尖端状，楔形振子的表面为微小粗糙面；按流体力学的理论，振子5远离喷嘴3的一端的形状对流体的混合有重要作用，如上述的振子5的两端的楔形尖端为对称结构时，流体的流动比较稳定，在层流的情况下会在尾端形成局部的紊流；如振子5的尾端为不对称的楔形，该不对称的楔形如短于前端(正对喷嘴3的一端称为前端)的楔形，则尾端的紊流更为强烈；如尾端为流线形曲面，则尾端的紊流相对缓和；如尾端为平面状，则尾端的紊流最为强烈。上述的振子5的前端和尾端楔形尖端的结构的相同或不同，可以适应不同的混合液体的乳化。

除了上述振子5的整体结构的相同或不同以适应不同的混合液体的流动乳化，增加混合液体在通过振子5两侧的全过程的流动复杂化，也有助于在流动过程中流体受到更多的作用力以增加液体颗粒的破碎。为达到上述的目的，使振子5的表面为粗糙面，该粗糙面为与振子5长度方向垂直的多条微小凸条构成，或为多个微小的凹坑构成；当流体通过粗糙表面时，流体阻力增加，即附面层增加，在流体与振子5表面形成不同流速的梯度区，增加了流体内的相互作用力，可进一步增加流体内不同液体颗粒的破碎程度，使混合液体的乳化度增加；上述的由多条微小凸条或多个微小凹坑构成的振子5粗糙表面可由常规的加工技术形成，或粗糙表面可单独因素构成或可多因素构成，或可由上述两种因素之外的其它因素构成，但根本原因均是增加流体流动阻力或在振子5表面形成多个微小紊流区以增加混合液体内部的相互作用力，最终增加混合液体的乳化程度；当然还可在敞开槽4的内表面形成粗糙面，敞开槽4的内表面亦可用多条微小凸条或或多个微小凹坑或多个微小凸起等构成，亦可达到增加混合液体的乳化程度的效果；更进一步，振子5的表面和敞开槽4的内表面同时均为粗糙面，可进一步提高混合液体的乳化程度。

由于混合液体的乳化程度决定于多种因素，例如各液体的分子的极性或大小、液体的表面张力、各液体之间的相互作用力、混合液体受到的外界施加的作用力及其大小、液体流动的形态等多种因素。在本实用新型中，混合液体受到一定的压力后由喷嘴3的扁平狭缝2以扁平状喷射入敞开槽4后，直接与振子5的对应的楔形尖端6撞击，振子5在撞击力的作用下振荡，混合液体在反作用力下多方向运动后最终在楔形尖端的限制下，在振子5的两表面流动，混合液体又受到振荡的振子5的作用力，还受到前述的振子5表面的摩擦力以及形成的紊流的内部作用力，最终在振子5的尾端流体的流动进一步紊乱，在一系列的流体流动和多作用力下，混合流体可达到较高的乳化程度；为促进上述的流体的流动过程和作用力的产生，振子5的楔形尖端的长度与振子5的厚度之比为2～4倍，优选为2.5～3.2倍，当楔形尖端在上述的长度与厚度比范围内时，混合流体对楔形尖端有较好的正面撞击，楔形尖端又具有较佳的刚度还对混合流体有适当的分流作用，利于混合流体流入振子5的两侧的通道或间隙。

楔形振子5的厚度大于1.5mm并小于敞开槽4的高度，楔形振子5表面与敞开槽4对应壁面之间的间隙与扁平狭缝的宽度相适配；上述振子5的厚度要求可确保振子5具有一定的刚性、重量，同时又使混合流体受到一定面积(即振子5的断面的面积)的阻力，并使振子5两表面的流速得到一定的提高，上述的这几方面的因素均有利于混合液体的乳化。

本实用新型在实际使用时，需施加一定压力于混合液体后由喷嘴3喷射入敞开槽4，则喷射出的于混合液体具有相应的速度后撞击在振子5上，撞击力使振子5振荡，并产生前述的一系列的复杂的流动状态和作用力，施加于混合液体的压力愈大，喷射出的液体流速愈大，最终振子5的三维方向的振荡频率愈高，导致通过敞开槽4后的混合液体乳化程度愈高。但由于上述的较高的压力，设于底座1的喷嘴3易于松动，则在底座1内的喷嘴3的端部设有一压紧螺母10，压紧螺母10将喷嘴3压紧在底座1内，避免喷嘴3的松动而影响液体的喷射效果。同理，底座1设有的螺纹顶子9亦可能在振子5的振荡过程中出现松动，螺纹顶子9松动亦会影响振子5的振荡，故在底座1上还设有一与螺纹顶子9呈近似垂直状的防松螺钉11顶置于螺纹顶子9的侧壁，由图4所示的侧孔置入防松螺钉11就可防止螺纹顶子9的松动。

Claims (8)

1.一种超声振动液体乳化装置，包括底座(1)，其特征在于底座(1)一端的通孔内设具有扁平狭缝(2)的喷嘴(3)，底座(1)的另一端为具有一长条状的可通过液体的敞开槽(4)，敞开槽(4)内设有一在三维方向上可微小位移的楔形振子(5)，楔形振子(5)的尖端(6)正对喷嘴(3)的扁平狭缝(2)，一盖板(7)固定在敞开槽(4)的表面。

2.按权利要求1所述的超声振动液体乳化装置，其特征在于所述的振子(5)的侧壁有四个盲孔(8)，经敞开槽(4)侧壁的螺纹顶子(9)的顶置而使振子(5)位于敞开槽(4)的中心位置。

3.按权利要求1或2所述的超声振动液体乳化装置，其特征在于所述的楔形振子(5)的两端为尖端状且为对称设置，楔形振子(5)的表面为微小粗糙面。

4.按权利要求1或2所述的超声振动液体乳化装置，其特征在于所述的楔形振子(5)正对扁平狭缝(2)的一端为尖端，另一端为平面状或流线形曲面段或与一尖端为不对称结构的尖端状，楔形振子(5)的表面为微小粗糙面。

5.按权利要求3所述的超声振动液体乳化装置，其特征在于所述的楔形振子(5)的微小粗糙表面为与振子(5)长度方向垂直的多条微小凸条构成，或为多个微小凹坑构成。

6.按权利要求4所述的超声振动液体乳化装置，其特征在于所述的楔形振子(5)的微小粗糙表面为与振子(5)长度方向垂直的多条微小凸条构成，或为多个微小凹坑构成。

7.按权利要求5或6所述的超声振动液体乳化装置，其特征在于所述的楔形振子(5)的厚度大于1.5mm并小于敞开槽(4)的高度，楔形振子(5)表面与敞开槽(4)对应壁面之间的间隙与扁平狭缝(2)的宽度相适配。

8.按权利要求5或6所述的超声振动液体乳化装置，其特征在于所述的楔形振子(5)的楔形尖端的长度与楔形振子(5)的厚度之比为2～4倍。

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