MX2009002520A - Sistema y proceso de entrega y tratamiento de liquido ultrasonico. - Google Patents

Sistema y proceso de entrega y tratamiento de liquido ultrasonico.

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MX2009002520A
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Thomas David Ehlert
Patrick Sean Mcnichols
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Abstract

En un sistema de proceso para ultrasónicamente prepare un líquido y entregar el líquido como un rociado de gotas de líquido, el líquido es dirigido para fluir a lo largo de una trayectoria de flujo sobre una primera guía de onda ultrasónica, con la primera guía de onda ultrasónica teniendo por lo menos un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la misma y adentro de la trayectoria de flujo. La primera guía de onda ultrasónica y el miembro ó miembros de agitación son excitados para agitar el líquido al fluir el líquido a lo largo de la trayectoria de flujo. EL líquido es además dirigido para fluir a lo largo de la trayectoria de flujo sobre una segunda guía de onda, con la segunda guía de onda teniendo un extremo terminal adyacente a una salida de la trayectoria de flujo. La segunda guía de onda ultrasónica es excitada ultrasónicamente por lo menos en su extremo terminal para energizar ultrasónicamente el líquido justo antes de que el líquido salga de la trayectoria de flujo de manera que el líquido sale de la trayectoria de flujo como un rociado de gotas de líquido.

Description

SISTEMA Y PROCESO DE ENTREGA Y TRATAMIENTO DE LÍQUIDO ULTRASÓNICO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere generalmente a sistemas de entrega y tratamiento de liquido para tratar y subsecuentemente entregar un rociado de liquido atomizado, y más particularmente a un sistema de tratamiento y entrega de liquido ultrasónico en el cual la energía ultrasónica es aplicada al líquido por el sistema antes de que el líquido salga del sistema.
ANTECEDENTES Los dispositivos de entrega de líquido ultrasónicos son usados en varios campos para dar energía al líquido para el propósito de atomizar el líquido para proporcionar un rociado o neblina fina del líquido. Por ejemplo, tales dispositivos son usados como nebulizadores y otros dispositivos de entrega de drogas, equipo de moldeado, humedecedores , sistema de inyección de combustible para motores, sistemas de inyección de combustible para motores, sistemas de rociado de pintura, sistemas de entrega de tinta, sistemas de mezclado, sistemas de homogeni zación, y similares. Tales dispositivos de entrega típicamente comprenden una caja que tiene una trayectoria de flujo a través de la cual fluye el liquido en un estadio presurizado a por lo menos una y algunas veces una pluralidad de lumbreras u orificios de expulsión de la caja. El liquido presurizado es forzado para salir de la caja en la lumbrera o lumbreras de expulsión. En algunas construcciones, el dispositivo puede incluir un miembro de válvula para controlar el flujo de liquido desde el dispositivo .
En algunos dispositivos de entrega de liquido ultrasónicos convencionales, un miembro de excitación ultrasónico es típicamente incorporado en el dispositivo, y las formas más particularmente la parte de la caja que define la lumbrera o lumbreras de expulsión. El miembro de excitación es vibrado ultrasónicamente al salir el líquido de la lumbrera o lumbreras de expulsión para energizar e impartir energía ultrasónica al líquido que sale. La energía ultrasónica tiende a atomizar el líquido de manera que un rociado de gotas de líquido es entregado desde la lumbrera o lumbreras de expulsión. Como un ejemplo, la patente de los Estados Unidos de América No. 5,330,100 (Malinowski) describe un sistema de inyección de combustible en el cual una boquilla (por ejemplo parte de la caja) del inyector de combustible es en sí mismo construido para vibrar ultrasónicamente de manera que la energía ultrasónica es impartida al combustible al fluid el combustible hacia afuera a través de un orificio de salida del inyector. En tal configuración, hay un riesgo de que el hacer vibrar la boquilla misma resultará en una erosión de cavitación (por ejemplo, debido a la cavitación del combustible dentro de orificio de salida) de la boquilla en el orificio de salida.
En otros dispositivos de entrega de liquido ultrasónicos el miembro de excitación ultrasónica puede estar colocado en la trayectoria de flujo a través de la cual el liquido fluye dentro de la caja hacia arriba de la lumbrera o lumbreras de expulsión. Los ejemplos de tal dispositivo están descritos en las patentes de los Estados Unidos de América relacionadas Nos. 5,803,106 otorgada a Cohén y otros, 5,868,153 otorgada a Cohén y otros; 6,053,424 otorgada a Gipson y otros; y 6,380,264 otorgada a Jameson y otros, cuya descripción se incorpora aquí por referencia. Estas referencias describen generalmente un dispositivo para aumentar la tasa de flujo un liquido presurizado a través de un orificio mediante el aplicar energía ultrasónica al líquido presurizado. En particular, el líquido presurizado s entregado adentro de la cámara de una caja teniendo una punta de matriz que incluye un orificio de salida (u orificios de salida) a través del cual sale el líquido presurizado de la cámara.
Un cuerno ultrasónico se extiende longitudinalmente en parte dentro de la cámara y en parte hacia afuera de la cámara y tiene un diámetro que disminuye hacia la punta colocado a un lado del orificio de salida para amplificar la vibración ultrasónica en el cuerno en su punta. Un transductor está unido al extremo exterior del cuerno para hacer vibrar el cuerno ultrasónicamente. Una desventaja potencial de tal dispositivo es que la exposición de los varios componentes al ambiente de alta presión imparte una tensión sustancial sobre los componentes. En particular, debido a que parte del cuerno ultrasónico está sumergida en la cámara y una otra parte no lo está, hay una diferencia de presión sustancial impartida a diferentes segmentos del cuerno, resultando en una tensión adicional al cuerno. Además, tal aparato no puede acomodar fácilmente un miembro de válvula de operación, el cual está comúnmente en algunos dispositivos de entrega de liquido ultrasónicos para controlar la entrega del liquido desde el dispositivo .
En aún otros dispositivos de entrega de liquido, y en particular aquellos que incluyen un miembro de válvula de operación para controlar el flujo de liquido desde el dispositivo, se conoce el excitar ultrasónicamente el miembro de válvula mismo al salir el liquido del dispositivo. Por ejemplo, la patente de los Estados Unidos de América No. 6,543,700 de Jameson y otros, la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia, se describe un inyector de combustible en el cual una aguja de válvula del inyector es formada por lo menos en parte de un material magnetorestrictivo que responde a los campos magnéticos cambiando a frecuencias ultrasónicas. Cuando la aguja de válvula está colocada para permitir al combustible el ser expulsado desde el cuerpo de válvula (por ejemplo la caja), es aplicado un campo magnético cambiando a frecuencias ultrasónicas a la parte magnetorestrictiva de la aguja de válvula. Por tanto, la aguja de válvula es excitada ultrasónicamente para impartir energía ultrasónica al combustible al salir éste del inyector a través de los orificios de salida.
Como se mencionó anteriormente, los dispositivos de entrega de líquido ultrasónicos son usados en varios campos para energizar varios líquidos. Algunos de éstos líquidos son líquidos de multifases o de componentes múltiples (por ejemplo, soluciones acuosas) que pueden separarse en forma indeseable. En un ejemplo, los aceites de combustible pueden separarse antes de ser entregados a la cámara de combustión, lo cual puede disminuir significativamente la eficiencia de la cámara, por tanto, sería ventajoso el mezclar el aceite de combustible justo antes de que este sea entregado a la cámara de combustión. Otras aplicaciones además de la entrega de aceites de combustible sufren de esta misma desventaja. Además, algunas aplicaciones requieren que los dispositivos de entrega de líquido ultrasónico se extiendan por una distancia predeterminada para colocar el orificio de salida en la ubicación adecuada. Como un resultado, sería deseable el tener una guía de onda ultrasónica que pueda acomodar extensiones relativamente grandes.
SÍNTESIS En una incorporación, el sistema de tratamiento de entrega de liquido ultrasónico generalmente comprende un dispositivo de tratamiento ultrasónico que comprende a su vez generalmente una caja que tiene una cámara interna y una entrada en comunicación de fluido como en la cámara interna de la caja por lo que el liquido entra en la cámara interna y una salida en comunicación de fluido con la cámara interna de la caja a través de la cual sale el liquido del dispositivo de tratamiento ultrasónico. Una guia de onda ultrasónica está colocada por lo menos en parte dentro de la cámara interna de la caja para energizar ultrasónicamente el liquido dentro de la cámara interna antes de que el liquido sea expulsado desde la caja a través de la salida. La guia de onda ultrasónica tiene un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la guia de onda ultrasónica dentro de la cámara interna de la caja en medio de la entrada y la salida. El miembro de agitación y la guia de onda ultrasónica son construidos y arreglados para un movimiento dinámico del miembro de agitación en relación a la guia de onda ultrasónica con la vibración ultrasónica de la guia de onda ultrasónica. Un dispositivo de excitación es operado para excitar ultrasónicamente la guia de onda ultrasónica y el miembro de agitación.
El sistema también incluye un dispositivo de entrega ultrasónico en comunicación de fluido con el dispositivo de tratamiento ultrasónico para recibir el liquido desde el dispositivo de tratamiento ultrasónico después del tratamiento del liquido por un dispositivo de tratamiento. El dispositivo de entrega ultrasónico generalmente comprende una caja teniendo una cámara interna, una salida para recibir el liquido desde el dispositivo de tratamiento adentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega y por lo menos una lumbrera de expulsión en comunicación de fluido con la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega por lo que el liquido dentro de la cámara interna sale de la caja del dispositivo de entrega en dicha por lo menos una lumbrera de expulsión. Una guia de onda ultrasónica está separada de la caja del dispositivo de entrega y colocada por lo menos en parte dentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega para energizar ultrasónicamente el liquido dentro de la cámara interna antes de que el liquido sea expulsado de la caja a través de por lo menos una lumbrera de expulsión. Un dispositivo de excitación es operado para excitar ultrasónicamente la guia de onda ultrasónica del dispositivo de entrega.
En otra incorporación, el sistema de tratamiento y entrega de liquido ultrasónico generalmente comprende un dispositivo de tratamiento ultrasónico que incluye una caja que tiene una entrada para recibir el liquido adentro de la caja, una salida a través de la cual el liquido sale de la caja del dispositivo de tratamiento, y una trayectoria de flujo interno en comunicación de fluido con la entrada y la salida para dirigir el flujo de liquido dentro de la caja desde la entrada a la salida. Una guia de onda ultrasónica está separada de la caja y está colocada por lo menos en parte dentro de la trayectoria de flujo para energizar ultrasónicamente el liquido dentro de la trayectoria de flujo. La guia de onda ultrasónica tiene un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la guia de onda ultrasónica dentro de la trayectoria de flujo, con el miembro de agitación y la guia de onda ultrasónica estando construidas y arregladas para un movimiento dinámico del miembro de agitación en relación a la guia de onda ultrasónica con la vibración ultrasónica de la guia de onda ultrasónica. Un dispositivo de excitación es operado para excitar ultrasónicamente la guia de onda ultrasónica y el miembro de agitación.
El sistema también incluye un dispositivo de entrega ultrasónica en comunicación de fluido con el dispositivo de tratamiento ultrasónico para recibir el liquido desde el dispositivo de tratamiento ultrasónico después del tratamiento de liquido por el dispositivo de tratamiento. El dispositivo de entrega ultrasónico generalmente comprende una caja que tiene una cámara interna, una entrada para recibir el liquido desde el dispositivo de tratamiento adentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega y por lo menos una lumbrera de expulsión en comunicación de fluido con la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega por lo que el liquido dentro de la cámara interna sale de la caja del dispositivo de entrega en por lo menos una lumbrera de expulsión. Una guia de onda ultrasónica está separada de la caja del dispositivo de entrega y está colocada por lo menos en parte dentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega para energizar ultrasónicamente el liquido dentro de la cámara interna antes de que el liquido sea expulsado de la caja a través de por lo menos una lumbrera de expulsión. Un dispositivo de excitación es operado para excitar ultrasónicamente la guia de onda ultrasónica del dispositivo de entrega .
En una incorporación, un proceso para tratar ultrasónicamente un liquido y entrega el liquido como un rociado de gotas de liquido generalmente comprende el dirigir el liquido para fluir a lo largo de una trayectoria de flujo sobre una primera guia de onda ultrasónica, con la primera guia de onda ultrasónica teniendo por lo menos un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la misma y adentro de la trayectoria de flujo para el contacto con el liquido que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo. La primera guia de onda ultrasónica y el por lo menos un miembro de agitación son excitados para agitar el liquido al fluir el liquido sobre la guia de onda ultrasónica y el miembro de agitación. El liquido es además dirigido para fluir a lo largo de la trayectoria de flujo sobre una segunda guia de onda, con la segunda guia de onda teniendo un extremo terminal subyacente a una salida de la trayectoria de flujo de manera que el liquido fluya a lo largo de la trayectoria de flujo y fluye sobre el extremo terminal de la segunda guia de onda antes de que el liquido salga de la trayectoria de flujo. La segunda guia de onda ultrasónica está excitada ultrasónicamente por lo menos en su extremo terminal para energizar ultrasónicamente el liquido justo antes de que el liquido salga de la trayectoria de flujo de manera que el liquido sale de la trayectoria de flujo como un rociado de gotas de liquido.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una sección transversal longitudinal de una incorporación de un dispositivo de entrega de liquido ultrasónico de la presente invención ilustrado en la forma de un inyector de combustible para entregar combustible a un motor de combustión interna.
La Figura 2 es una sección transversal longitudinal del inyector de combustible de la figura 1 tomada a una posición angular diferente de aquella a la cual está tomada la sección transversal de la figura 1.
La Figura 3 es una vista expandida de una primera porción de la sección transversal de la figura 1.
La Figura 4 es una vista expandida de una segunda porción de la sección transversal de la figura 1.
La Figura 5 es una vista expandida de una tercera porción de la sección transversal de la figura 2.
La Figura 6 es una vista expandida de una cuarta porción de la sección transversal de la figura 1.
La Figura 6a es una vista expandida de una porción central de la sección transversal de la figura 1.
La Figura 7 es una vista expandida de una quinta porción de la sección transversal de la figura 1.
La Figura 8 es una vista fragmentada y amplificada de la sección transversal de la figura 1.
La Figura 9 es una vista en perspectiva de un conjunto de guia de onda y de otros componentes internos del inyector de combustible de la figura 1.
La Figura 10 es una sección transversal fragmentada de una parte de una caja de inyector de combustible de la figura 1, con los componentes internos del inyector de combustible omitidos para revelar la construcción de la caja.
La Figura 11 es una sección transversal longitudinal de un dispositivo de entrega de liquido ultrasónico de acuerdo a una segunda incorporación de la presente invención.
La Figura 12 es una sección transversal longitudinal de un dispositivo de entrega de liquido ultrasónico de acuerdo a una tercera incorporación de la presente invención.
La Figura 13 es una sección transversal longitudinal de un dispositivo de entrega de liquido ultrasónico de acuerdo a una cuarta incorporación de la presente invención.
La Figura 14 es una sección transversal longitudinal de un dispositivo de entrega de liquido ultrasónico de acuerdo a una quinta incorporación de la presente invención.
La Figura 15 es un esquema de una incorporación de un dispositivo de tratamiento y entrega de liquido ultrasónico .
Los caracteres de referencia correspondientes indican partes correspondientes a través de los dibujos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA Con una referencia ahora a los dibujos y en particular a la figura 1, está ilustrado un dispositivo de entrega de liquido ultrasónico de acuerdo a una incorporación de la presente invención en la forma de un inyector de combustible ultrasónico para usarse con un motor de combustión interna (no mostrado) y está designado generalmente con el número 21. Se entiende, sin embargo, que los conceptos descritos aquí en relación al inyector de combustible 21 son aplicables a otros dispositivos de entrega de liquido ultrasónicos incluyendo, sin limitación, los nebulizadores y otros dispositivos de entrega de drogas, equipo de moldeado, humedecedores , sistemas de rociado de pintura, sistemas de entrega de tinta, sistemas de mezclado, sistemas de homogenización, y similares.
El término "liquido" como se usó aquí se refiere a una forma amorfa (no cristalina) de la materia en medio de los gases y sólidos en los cuales las moléculas están mucho más altamente concentradas que en los gases, pero mucho menos concentradas que en los sólidos. El liquido puede comprender un componente único o puede comprender componentes múltiples. Por ejemplo, la característica de los líquidos es su capacidad para fluir como un resultado de una fuerza aplicada. Los líquidos que fluyen inmediatamente con la aplicación de la fuerza y para lo cual la tasa de flujo es directamente proporcional a la fuerza aplicada son generalmente mencionados como líquidos Newtonianos. Otros líquidos adecuados tienen una respuesta de flujo anormal cuando la fuerza es aplicada y no exhiben propiedades de flujo Newtonianas.
Como ejemplos, el dispositivo de entrega de líquido ultrasónico de la presente invención puede ser usado para entregar líquidos tal como, sin limitación, bitumenes fundidos, pinturas viscosas, adhesivos fundidos calientes, materiales termoplásticos que se suavizan a una forma que fluye cuando se exponen al calor y regresan a una condición relativamente asentada o endurecida con el enfriamiento (por ejemplo, el hule crudo, la cera, las poliolefinas y similares) jarabes, aceites pesados, tintas, combustibles, medicamento líquido, emulsión, soluciones, suspensiones y combinaciones de los mismos.
El inyector de combustible 21 ilustrado en la figura 1 puede ser usado con vehículos de tierra, de aire y marinos, generadores de energía eléctrica y otros dispositivos que emplean un motor operado con combustible. En particular, el inyector de combustible 21 es adecuado para usarse con motores que usan combustible diesel. Sin embargo, se entiende que el inyector de combustible es útil con los motores que usan otros tipos de combustible. Por tanto, el término combustible como se usó aquí se intenta que signifique cualquier combustible usado en la operación de un motor y no se limita a un combustible diesel.
El inyector de combustible 21 comprende una caja indicada generalmente con el número 23, para recibir el combustible presurizado desde una fuente (no mostrada) de combustible y agregar un rociado atomizado de gotas de combustible al motor, tal como a una cámara de combustión del motor. En la incorporación ilustrada, la caja 23 comprende un cuerpo principal alargado 25, una boquilla 27 (algunas veces también mencionada como un cuerpo de válvula) y un miembro de retención 29 (por ejemplo una tuerca) sosteniendo el cuerpo principal, la boquilla y la tuerca en conjunto unos con otros. En particular, el extremo inferior 31 del cuerpo principal 25 se asienta en contra del extremo superior 33 de la boquilla 27. El miembro de retención 29 adecuadamente sujeta (por ejemplo, sujeta roscadamente) a la superficie exterior del cuerpo principal 25 para empujar los extremos que hacen juego 31 y 33 del cuerpo principal y de la boquilla 27 juntos.
Los términos "superior" y "inferior" son usados aquí de acuerdo con la orientación vertical del inyector de combustible 21 ilustrado en los varios dibujos y no se intenta que describan una orientación necesaria del inyector de combustible en el uso. Esto es, se entiende que el inyector de combustible 21 puede estar orientado en otra forma distinta a la orientación vertical ilustrada en los dibujos y permanecer dentro del alcance de ésta invención. Los términos biaxial y longitudinal se refieren direccionalmente aquí a la dirección en sentido longitudinal del inyector de combustible (por ejemplo dirección vertical en las incorporaciones ilustradas). Los términos transversal, lateral y radial se refieren aquí a una dirección normal a la dirección axial (por ejemplo, longitudinal). Los términos interior y exterior también son usados con referencia a una dirección transversal a la dirección axial del inyector de combustible, con el término interior refiriéndose a una dirección hacia el interior del inyector de combustible y el término exterior refiriéndose a una dirección hacia el exterior del inyector.
El cuerpo principal 25 tiene un orificio axial 35 que se extiende longitudinalmente a lo largo de su longitud. La dimensión en sección transversal del orificio 35 (por ejemplo, el diámetro del orificio circular ilustrado en la figura 1) varia a lo largo de los segmentos longitudinales discretos del orificio para propósitos los cuales se harán evidentes. En particular, con referencia a la figura 3, en un extremo superior 37 del cuerpo principal 25 la dimensión en sección transversal del orificio 35 está escalonada para formar un asiento 39 para asentar una válvula de solenoide convencional (no mostrada) sobre el cuerpo principal con una parte de la válvula de solenoide extendiéndose hacia abajo dentro del orificio central del cuerpo principal. El inyector de combustible 21 y la válvula de solenoide son mantenidos juntos en ensamble por un conector adecuado (no mostrado) . La construcción y la operación de las válvulas de solenoide adecuadas son conocidas por aquellos expertos en el arte y están por tanto no descritos aquí adicionalmente excepto en la extensión necesaria. Los ejemplos de las válvulas de solenoide adecuadas están descritas en las patentes de los Estados Unidos de América Nos. 6,688,579 intitulada "Válvula de Solenoide para Controlar un Inyector de Combustible de un Motor de Combustión Interna", 6,827,332 intitulada "Válvula de Solenoide" y 6,874,706 intitulada "Válvula de Solenoide que Comprende una Conexión Giratoria/de Enchufe". Otras válvulas de solenoide adecuadas también pueden ser usadas.
La dimensión en sección transversal del orificio central 35 está escalonada además hacia adentro al extenderse abajo del asiento de válvula de solenoide para definir un hombro 45 el cual asienta un soporte de perno 47 que se extiende longitudinalmente (y coaxialmente en la incorporación ilustrada) dentro del orificio central. Como se ilustró en la figura 4, el orificio 35 del cuerpo principal 25 además se estrecha en sección transversal al extenderse longitudinalmente abajo del segmento del orificio en el cual el soporte de perno 47 se extiende, y define por lo menos en parte una cámara de baja presión 49 del inyector 21.
Longitudinalmente abajo de la cámara de baja presión 49, el orificio central 35 del cuerpo principal 25 se estrecha aún además para definir un segmento de canal de guia 51 (y sellamiento de alta presión) (figuras 4 y 5) del orificio para por lo menos en parte localizar adecuadamente una aguja de válvula 53 (ampliamente un miembro de válvula) del inyector 21 dentro del orificio como se describió posteriormente aquí. Con referencia a la figura 8, la dimensión en sección transversal del orificio 35 entonces aumenta al extenderse el orificio longitudinalmente abajo del segmento de canal de quia 51 al extremo inferior abierto 31 del cuerpo principal 25 para en parte (por ejemplo, junto con la boquilla 27 como se describirá) definir una cámara de alta presión 55 (ampliamente una cámara de combustible interna y aún más ampliamente una cámara de liquido interna) de la caja del inyector 23.
Una entrada de combustible 57 (figuras 1 y 4) está formada en el lado del cuerpo principal 25 en medio de los extremos superior e inferior 37 y 31 del mismo y se comunica con los canales de distribución superior e inferior divergentes 59 y 61 que se extienden dentro del cuerpo principal. En particular, el canal de distribución superior 59 se extiende desde la entrada de combustible 57 hacia arriba dentro del cuerpo principal 25 y se abre adentro del orificio 35 generalmente adyacente al soporte de perno 47 asegurado dentro del orificio, y más particularmente justo abajo del hombro 45 sobre el cual está asentado el soporte de perno. El canal de distribución inferior 61 se extiende desde la entrada de combustible 57 hacia abajo dentro del cuerpo principal 25 y se abre adentro del orificio central 35 generalmente en la cámara de alta presión 55. Un tubo de entrega 63 se extiende hacia adentro a través del cuerpo principal 25 en la entrada de combustible 57 y se mantiene en ensamble con el cuerpo principal por un manguito adecuado 65 y un accesorio roscado 67. Se entiende que el combustible de entrada 57 puede estar localizado en otra parte que en la ilustrada en las figuras 1 y 4 sin departir del alcance de la invención. También se entiende que el combustible puede ser entregado solamente a la cámara de alta presión 55 de la caja 23 y permanecer dentro del alcance de ésta invención.
El cuerpo principal 25 también tiene una salida 69 (figuras 1 y 4) formada en su lado a través de la cual es expulsado el combustible de baja presión desde el inyector 21 para la entrega a un sistema de retorno de combustible adecuado (no mostrado) . Un primer canal de retorno 71 está formado en el cuerpo principal 25 y proporciona una comunicación de fluido entre la salida 69 y la cámara de baja presión 49 del orificio central 35 del cuerpo principal. Un segundo canal de retorno 73 está formado en el cuerpo principal 25 para proporcionar una comunicación de fluido entre la salida 69 y el extremo superior abierto 37 del cuerpo principal. Se entiende, sin embargo, que uno o ambos de los canales de retorno 71 y 73 pueden ser omitidos del inyector de combustible 21 sin departir del alcance de ésta invención.
Con referencia particular ahora a las figuras 6-8, la boquilla ilustrada 27 es generalmente alargada y está alineada coaxialmente con el cuerpo principal 25 de la caja del inyector de combustible 23. En particular, la boquilla 27 tiene un orificio axial 75 alineado axialmente con el orificio axial 35 del cuerpo principal 25, particularmente en el extremo inferior 31 del cuerpo principal, de manera que el cuerpo principal y la boquilla juntos definen la cámara de alta presión 55 de la caja del inyector de combustible 23. La dimensión en sección transversal del orificio de boquilla 75 está escalonada hacia afuera en el extremo superior 33 de la boquilla 27 para definir un hombro 77 para asentar un miembro de montaje 79 en la caja del inyector de combustible 23. El extremo inferior (también mencionado como una punta 81) de la boquilla 27 es generalmente cónico.
En medio de su punta 81 y del extremo superior 33 la dimensión en sección transversal (por ejemplo, el diámetro en la incorporación ilustrada) del orificio de boquilla 75 es generalmente uniforme a lo largo de la longitud de la boquilla como se ilustró en la figura 8. Una o más lumbreras de expulsión 83 (dos son visibles en la sección transversal de la figura 7 mientras que las lumbreras adicionales son visibles en la sección transversal de la figura 10) están formadas en la boquilla 27, tal como en la punta 81 de la boquilla en la incorporación ilustrada, a través de la cual es expulsado el combustible a alta presión desde la caja 23 para la entrega al motor. Como un ejemplo, en una incorporación adecuada la boquilla 27 puede tener ocho lumbreras de expulsión 83, con cada lumbrera de expulsión teniendo un diámetro de alrededor de 0.006 pulgadas (0.15 milímetros). Sin embargo, se entiende que el número de lumbreras de expulsión y el diámetro de las mismas puede variar sin departir del alcance de ésta invención. El canal de distribución inferior 61 y la cámara de alta presión 55 juntas ampliamente definen aquí una trayectoria de flujo dentro de la caja 23 a lo largo de la cual fluye el combustible de alta presión desde la entrada de combustible 57 a las lumbreras de expulsión 83 de la boquilla 27.
Refiriéndonos ahora a las figuras 1 y 3, el soporte de perno 47 comprende un cuerpo tubular alargado 85 y una cabeza 87 formados integral mente con el extremo superior del cuerpo tubular y dimensionados en sección transversal mayor que el cuerpo tubular para localizar el soporte de perno sobre el hombro 45 del cuerpo principal 25 dentro del orificio central 35 del mismo. En la incorporación ilustrada el soporte de perno 47 esta alineado coaxialmente con el orificio axial 35 del cuerpo principal 25, con el cuerpo tubular 85 del soporte de perno estando dimensionado para un contacto generalmente de sellamiento dentro del cuerpo principal dentro del orificio axial del cuerpo principal. El cuerpo tubular 85 del soporte de perno 47 define un canal interno que se extiende longitudinalmente 91 del soporte de perno para recibir deslizablemente un perno alargado 93 adentro del soporte de perno .
La cabeza 87 del soporte de perno 47 tiene un rebaje generalmente cóncavo o de forma de plato 95 formado centralmente en su superficie superior, y un orificio 97 que se extiende longitudinalmente desde el centro de este rebaje hasta el canal interno 91 del soporte de perno. Como se ilustró en la figura 3, una separación anular 99 está formada entre la pared lateral del soporte de perno 47 y la superficie interior del cuerpo principal 25 en la parte superior del orificio 35 del cuerpo principal. Un canal de alimentación 101 se extiende transversalmente a través de la parte lateral del cuerpo tubular 85 del soporte de perno 47 al canal interno 91 generalmente del extremo superior del canal, con el canal de alimentación 101 estando abierto en su extremo exterior transversal a la separación anular 99. El canal de suministro 101 está en comunicación de fluido con el canal de distribución superior 59 en el cuerpo principal 25 a través de la separación anular 99 para recibir el combustible a alta presión adentro del canal de alimentación, el canal interno del cuerpo tubular 85 arriba del perno 93 y el orificio 97 que se extiende longitudinalmente dentro de la cabeza 87 del soporte de perno 47.
El perno 93 es alargado y adecuadamente se extiende en forma coaxial dentro del canal de soporte de perno 91 y el orificio axial 35 del cuerpo principal 25. Un segmento superior del perno 93 es recibido deslizablemente dentro del canal interno 91 del soporte de perno 47 en una relación cercanamente espaciada con el mismo mientras que el resto del perno se extiende longitudinalmente hacia afuera desde el soporte de perno hacia abajo adentro de la cámara de presión baja 49 del orificio 35 del cuerpo principal 25. Como se ilustró en la figura 3, un extremo superior 103 del perno 93 (por ejemplo en la parte superior del canal interno 101 del soporte de perno 47) está ahusado para permitir que un combustible de alta presión sea recibido dentro del canal interno del soporte de perno arriba del extremo superior del perno .
También están colocados dentro de la cámara de presión baja 49 del orificio de cuerpo principal 35 un manguito tubular 107 (figura 4) que rodea el perno 93 justo abajo del soporte de perno 47 (por ejemplo a tope en contra del fondo del soporte de perno) y define un asiento de resorte, un martillo 109 a tope en contra del extremo inferior del perno en relación coaxial con el perno y teniendo un extremo superior que define un asiento de resorte opuesto, y un resorte de bobina 111 retenido entre el martillo y el manguito de resorte con el perno pasando longitudinalmente a través del resorte.
La aguja de válvula 53 (ampliamente el miembro de válvula) está alargado y se extiende coaxialmente dentro del orificio 35 y el cuerpo principal 25 desde un extremo superior 113 (figura 2) de la aguja de válvula a tope con el fondo del martillo 109, hacia abajo a través del segmento de canal de guia 51 (figura 8) del orificio de cuerpo principal, y además hacia abajo a través de la cámara de alta presión 55 a un extremo terminal 115 de la aguja de válvula colocada en proximidad cercana a la punta 81 de la boquilla 27 dentro de la cámara de alta presión. Como se ilustró mejor en las figuras 4 y 8, la aguja de válvula 53 está dimensionada en sección transversal para una relación cercanamente espaciada con el cuerpo principal 25 en el segmento de canal de guia 51 del orificio axial 35 para mantener la alineación adecuada de la aguja de válvula en relación a la boquilla 27.
Refiriéndonos particularmente a la figura 7, el extremo terminal 115 de la aguja de válvula ilustrada 53 es generalmente cónico de acuerdo con la forma cónica de la punta 81 de la boquilla 27 y define una superficie de cierre 117 adaptada para sellar generalmente en contra de la superficie interior de la punta de boquilla en una posición cerrada (no mostrada) de la aguja de válvula. En particular, en la posición cerrada de la aguja de válvula 53 la superficie de cierre 117 de la aguja de válvula sella en contra de la superficie interior de la punta de boquilla 81 sobre las lumbreras de expulsión 83 para sellar la boquilla (y más ampliamente la caja de inyector de combustible 23) en contra del combustible que esta siendo expulsado desde la boquilla a través de las lumbreras de expulsión. En una posición abierta de la aguja de válvula (ilustrada en la figura 7), la superficie de cierre 117 de la aguja de válvula 53 está espaciada de la superficie interior de la punta de boquilla 81 para permitir al combustible en la cámara de alta presión 55 el fluir entre la aguja de válvula 53 y la punta de boquilla 81 a las lumbreras de expulsión 83 para la expulsión desde el inyector de combustible 21.
En general, el espaciamiento entre la superficie de cierre 117 del extremo terminal de aguja de válvula 115 y la superficie opuesta de la punta de boquilla 81 en la posición abierta de la aguja de válvula está adecuadamente en el rango de alrededor de 0.002 pulgadas (0.051 milímetros) a alrededor de 0.025 pulgadas (0.64 milímetros) . Sin embargo, se entiende que el espaciamiento puede ser mayor o menor que el rango especificado arriba sin departir del alcance de ésta invención.
Está contemplado que la boquilla 27, y más particularmente la punta 81, pueden ser configuradas alternativamente de manera que las lumbreras de expulsión 83 están colocadas de otra manera que en la superficie interior de boquilla que asienta la superficie de cierre 117 de la aguja de válvula 53 en la posición cerrada de la aguja de válvula. Por ejemplo, las lumbreras de expulsión 83 pueden estar colocadas hacia abajo (en la dirección en la cual el combustible fluye hacia las lumbreras de expulsión) de la superficie de boquilla que asienta la superficie de cierre 117 de la aguja de válvula 53 y permanecer dentro del alcance de esta invención. Un ejemplo adecuado de tal arreglo de aguja de válvula, punta de boquilla y de lumbrera de expulsión está descrito en la patente de los Estados Unidos de América No. 6,543,700, cuya descripción se incorpora aquí por referencia en la extensión en que es consistente con la misma.
Se entenderá que el perno 93, el martillo 109 y la aguja de válvula 53 son por tanto movidas conjuntamente en forma longitudinal sobre un eje común dentro de la caja de inyector de combustible 23 entre la posición cerrada y la posición abierta de la aguja de válvula. El resorte 111 colocado entre el manguito 107 y el martillo 109 adecuadamente presionan el martillo, y por tanto la aguja de válvula 53 hacia la posición cerrada de la aguja de válvula. Se entiende que otras configuraciones de válvula adecuadas son posibles para controlar el flujo de combustible desde el inyector para la entrega al motor sin departir del alcance de esta invención. Por ejemplo, la boquilla 27 (ampliamente la caja 23) puede tener una abertura a través de la cual se extiende la aguja de válvula 53 hacia afuera de la boquilla y a través de la cual sale el combustible de la boquilla para la entrega al motor. En tal incorporación el extremo terminal 115 de la aguja de válvula 53 sellará en contra de la boquilla 27 exterior de la misma en la posición cerrada de la aguja de válvula. También se entiende que la operación de la aguja de válvula 53 puede ser controlada de otra manera que mediante una válvula de solenoide permanecer dentro del alcance de ésta invención. Además se entiende que la aguja de válvula 53 u otro arreglo de válvula puede ser omitido del todo del inyector de combustible 21 sin departir del alcance de esta invención.
Con una referencia particular ahora a las figuras 8 y 9, una guia de onda ultrasónica 121 está formada separada de la aguja de válvula 53 y de la caja de inyector de combustible 23 y se extiende longitudinalmente dentro de la cámara de alta presión 55 de la caja a un extremo terminal 123 de la guia de onda colocada justo arriba de la punta 81 de la boquilla 27 para energizar ultrasónicamente el combustible en la cámara de combustible justo antes de que el combustible salga del inyector 21 a través de las lumbreras de expulsión 83 formadas en la boquilla. La guia de onda ilustrada 121 es adecuadamente alargada y tubular, teniendo una pared lateral 125 que define un conducto interno 127 que se extiende a lo largo de su longitud entre los extremos superior e inferior longitudinalmente opuestos (el extremo superior estando indicado en el punto 129) de la guia de onda. El extremo inferior de la guia de onda 121 define el extremo terminal 123 de la guia de onda. La guia de onda ilustrada 121 tiene una sección transversal generalmente anular (por ejemplo circular) . Sin embargo, se entiende que la guia de onda 121 puede ser conformada en sección transversal distinta al anular sin departir del alcance de esta invención. También se contempla que la guia de onda 121 puede ser tubular a lo largo de menos que su longitud completa y puede aún ser generalmente sólida a lo largo de su longitud. En otras incorporaciones, se contempla que la aguja de válvula puede ser generalmente tubular y la guia de onda colocada por lo menos en parte dentro del interior de la aguja de válvula.
En general la guia de onda puede ser construida de un metal teniendo propiedades acústicas y mecánicas adecuadas. Los ejemplos de los metales adecuados para la construcción de la guia de onda incluyen sin limitación, aluminio, monel, titanio, y algunas aleaciones de acero. También se contempla que todo o parte de la guia de onda puede ser recubierta con otro metal. La guia de onda ultrasónica 121 está asegurada dentro de la caja de inyector de combustible 23, y más adecuadamente en la cámara de alta presión 55 como en la incorporación ilustrada, mediante el miembro de montaje 79. El miembro de montaje 79, localizado longitudinalmente entre los extremos 123 y 129 de la guia de onda 121, generalmente define un segmento superior 131 de la guia de onda que se extiende longitudinalmente hacia arriba (en la incorporación ilustrada) desde el miembro y montaje 79 al extremo superior 129 de la guia de onda y un segmento inferior 133 que se extiende longitudinalmente hacia abajo desde el miembro de montaje al extremo terminal 123 de la guia de onda.
Aún cuando la incorporación ilustrada la guia de onda 121 (por ejemplo ambos los segmentos superior e inferior de la misma) está colocada completamente dentro de la cámara de alta presión 55 de la caja, está contemplado que sólo una parte de la guia de onda puede estar colocada dentro de la cámara de alta presión sin departir del alcance de ésta invención. Por ejemplo, solo el segmento inferior 133 de la guia de onda 121, incluyendo el extremo terminal 123 de la misma, puede ser colocado dentro de la cámara de alta presión 55 mientras que el segmento superior 131 de la guia de onda está colocado exterior de la cámara de presión alta, y puede o no ser sometido al combustible de alta presión dentro de la caja de inyector 23.
La dimensión en sección transversal interior (por ejemplo el diámetro interior en la incorporación ilustrada) de la guia de onda 121 (por ejemplo la dimensión en sección transversal del conducto interior 127 del mismo) es generalmente uniforme a lo largo de la longitud de la guia de onda y está adecuadamente dimensionada para acomodar la aguja de válvula 53, la cual se extiende coaxialmente dentro del conducto interior de la guia de onda a lo largo de la longitud completa de la guia de onda (y arriba de la guia de onda a tope con el martillo 109 en la incorporación ilustrada) . Se entendió sin embargo, que la aguja de válvula 53 puede extenderse solamente a lo largo de una parte del conducto interior 127 de la guia de onda 121 sin departir del alcance de esta invención. También se entiende que la dimensión en sección transversal interior de la guia de onda 121 puede ser distinta de la uniforme a lo largo de la longitud de la guia de onda. En la incorporación ilustrada, el extremo terminal 115 de la aguja de válvula 53, y más adecuadamente la superficie de cierre 117 de la aguja de válvula, está colocado longitudinalmente hacia afuera del extremo terminal 123 de la guia de onda 121 en ambas posiciones abierta y cerrada de la aguja de válvula. Se entiende, sin embargo, que la superficie de cierre 117 del extremo terminal 115 de la aguja de válvula 53 requiere solo extenderse hacia afuera del extremo terminal 123 de la guia de onda 121 en la posición cerrada de la aguja de válvula y puede colocarse completamente o parcialmente dentro del conducto interior 127 de la guia de onda en la posición abierta de la aguja de válvula.
Como se ilustró mejor en la figura 7, la dimensión en sección transversal (por ejemplo, el diámetro en la incorporación ilustrada) de la parte de la aguja de válvula 53 extendiéndose dentro del conducto interior 127 de la guia de onda 121 esta dimensionada ligeramente menor que la dimensión en sección transversal del conducto interior de la guia de onda para definir en parte la trayectoria de flujo para el combustible a alta presión dentro de la caja, y más adecuadamente definir una parte de la trayectoria de flujo que se extiende entre la superficie interior de la pared lateral de guia de onda 125 y la aguja de válvula a lo largo de la longitud de la aguja de válvula. Por ejemplo, en una incorporación, la aguja de válvula 53 está espaciada transversalmente (por ejemplo, radialmente espaciada en la incorporación ilustrada) desde la superficie interior de la pared lateral de la guia de onda 125 dentro del conducto interior 127 de la guia de onda en el rango de alrededor de 0.005 pulgadas (0.013 milímetros) a alrededor de 0.0025 pulgadas (0.064 milímetros) .
A lo largo de un par de segmentos longitudinalmente espaciados (por ejemplo, un segmento 137 (figura 7) estando adyacente al extremo terminal 1234 de la guía de onda 121 y el otro segmento 139 (figura 6a) estando adyacente y justo arriba del miembro de montaje 79) de la aguja de válvula 53 dentro del conducto 127, la dimensión en sección transversal de la aguja de válvula 53 es aumentada de manera que la aguja de válvula está en una relación de contacto más cercanamente espaciada o aún deslizante con la guía de onda dentro del conducto para facilitar la alineación adecuada ahí y para inhibir el movimiento transversal de la aguja de válvula dentro del conducto. La superficie exterior de la aguja de válvula 53 en estos segmentos tiene uno o más planos (no mostrados) formados ahí para en parte definir la porción de la trayectoria de flujo que se extiende dentro del conducto interior 127 de la guía de onda 121. Alternativamente, la superficie exterior de la aguja de válvula 53 puede estar acanalada longitudinalmente en estos segmentos para permitir al combustible el fluir dentro del conducto interior 127 de la guia de onda 121 más allá de tales segmentos.
Con referencia particular a la figura 7, la superficie exterior de la pared lateral de la guia de onda 125 está espaciada transversalmente del cuerpo principal 25 y de la boquilla 27 para definir además la trayectoria de flujo a lo largo de la cual el combustible de alta presión fluye desde la entrada de combustible 57 a las lumbreras de expulsión 83, y más adecuadamente forma una parte de la trayectoria de flujo exterior, o hacia afuera de la guia de onda 121. En general, la dimensión en sección transversal exterior (por ejemplo, el diámetro exterior en la incorporación ilustrada) de la pared lateral de la guia de onda 125 es uniforme a lo largo de un tramo de la misma en medio de una parte alargada 195 de la guia de onda colocada longitudinalmente en y/o adyacente al extremo terminal 123 de la guia de onda 121, y otra parte agrandada 153 colocada a longitudinalmente adyacente al extremo superior 129 de la guia de onda. Como un ejemplo, el espaciamiento transversal (por ejemplo, radial en la incorporación ilustrada) entre la pared lateral de guia de onda 125 y la boquilla 27 hacia arriba (por ejemplo en relación a la dirección en la cual fluye el combustible desde el extremo superior 33 de la boquilla a las lumbreras de expulsión 83) del extremo terminal 123 de la guia de onda está adecuadamente en el rango de alrededor de 0.001 pulgadas (0.025 milímetros) a alrededor de 0.021 pulgadas (0.533 milímetros) . Sin embargo, el espaciamiento puede ser menos que o mayor que sin departir del alcance de esta invención.
La dimensión en sección transversal exterior de la parte 195 del segmento inferior 133 de la guia de onda 121 adecuadamente aumenta, y más adecuadamente está ahusada o se acampana transversalmente hacia afuera a un lado de o más adecuadamente en el extremo terminal 123 de la guia de onda. Por ejemplo, la dimensión en sección transversal de esta parte agrandada 195 del segmento inferior 133 de la guia de onda 121 está dimensionada para una relación cercanamente espaciada o aún de contacto deslizante con la boquilla 27 dentro del orificio central 75 de la misma para mantener la alineación axial adecuada de la guia de onda (y por tanto la aguja de válvula 53) dentro de la cámara de alta presión 55.
Como un resultado, la parte de la trayectoria de flujo entre la guia de onda 121 y la boquilla 27 es generalmente más estrecha a un lado de o en el extremo terminal 123 de la guia de onda en relación a la trayectoria de flujo inmediatamente hacia arriba del extremo terminal de la guia de onda para restringir generalmente el flujo del combustible más allá del extremo terminal de la guia de onda a las lumbreras de expulsión 83. La parte amplificada 195 del segmento inferior 133 de la guia de onda 121 también proporciona un área de superficie excitada ultrasónicamente incrementada a la cual es expuesto el combustible que fluye más allá del extremo terminal 123 de la guia de onda. Uno o más planos 197 (figura 9) están formados en la superficie exterior de la parte agrandada 195 del segmento inferior 133 para facilitar el flujo del combustible a lo largo de la trayectoria de flujo más allá del extremo terminal 123 de la guia de onda 121 para fluir a las lumbreras de expulsión 83 de la boquilla 27. Se entiende que la parte amplificada 195 de la pared lateral de quia de onda 1115 puede ser detenida hacia afuera en vez de ahusada o acampanada. También está contemplado que las superficies inferior y superior de la parte agrandada 195 pueden estar contorneadas en vez de ser rectas y permanecer dentro del alcance de esta invención.
En un ejemplo, la parte agrandada 195 del segmento inferior de guia de onda 133, por ejemplo, en y/o a un lado del extremo terminal 123 de la guia de onda, tiene una dimensión en sección transversal exterior máxima (por ejemplo, diámetro exterior en la incorporación ilustrada) de alrededor de 0.2105 pulgadas (5.35 milímetros), mientras que la dimensión en sección transversal exterior máxima de la guía de onda inmediatamente hacia arriba de la parte agrandada puede estar en el rango de alrededor de 0.16 pulgadas (4.06 milímetros) a ligeramente menos de alrededor de 0.2105 pulgadas (5.35 milímetros ) .
El espaciamiento transversal entre el extremo terminal 123 de la guía de onda 121 y la boquilla 27 definen un área abierta a través de la cual el combustible fluye a lo largo de la trayectoria de flujo más allá del extremo terminal de la guia de onda. La una o más lumbreras de expulsión 83 definen un área abierta a través de la cual sale el combustible de la caja 23. Por ejemplo, en donde se proporciona una lumbrera de expulsión el área abierta a través de la cual sale el combustible de la caja 23 es definida como el área en sección transversal de la lumbrera de expulsión (por ejemplo, en donde el combustible entra en la lumbrera de expulsión) y en donde las múltiples lumbreras de expulsión 83 están presentes el área abierta a través de la cual sale el combustible de la caja se define como la suma del área en sección transversal de cada lumbrera de expulsión. En una incorporación, una proporción del área abierta en el extremo terminal 123 de la guia de onda 121 y de la boquilla 27 al área abierta a través de la cual sale el combustible de la caja 23 (por ejemplo, en las lumbreras de expulsión 83) está adecuadamente en el rango de alrededor de 4:1 a alrededor de 20:1.
Se entiende que en otras incorporaciones adecuadas el segmento inferior 133 de la guia de onda 121 puede tener una dimensión en sección transversal exterior generalmente uniforme a lo largo de su longitud completa (por ejemplo de manera que no sea formada una parte agrandada 195) o puede disminuir en la dimensión en sección transversal exterior (por ejemplo, esencialmente estrecharse a su extremo terminal 123) sin departir del alcance de la invención.
Refiriéndonos de nuevo a las figuras 8 y 9, un dispositivo de excitación adaptado para energizar la guia de onda 121 para hacer vibrar mecánicamente en forma ultrasónica esta adecuadamente colocado dentro de completamente la cámara de presión alta 55 junto con la guia de onda y está generalmente indicada con el número 145. En una incorporación, el dispositivo de excitación 145 responde adecuadamente a la corriente eléctrica de alta frecuencia (por ejemplo frecuencia ultrasónica) para hacer vibrar ultrasónicamente la guia de onda. Como un ejemplo, el dispositivo de excitación 145 puede adecuadamente recibir la corriente eléctrica de alta frecuencia desde un sistema de generación adecuado (no mostrado) que es operado para entregar la corriente alternante de alta frecuencia al dispositivo de excitación. El término "ultrasónico" como se usó aquí se toma para significar que tiene una frecuencia en el rango de alrededor de 15 kilohertz a alrededor de 100 kilohertz. Como un ejemplo, en una incorporación el sistema de generación puede adecuadamente entregar corriente alternante al dispositivo de excitación a una frecuencia ultrasónica en el rango de alrededor de 15 kilohertz a alrededor de 100 kilohertz, más adecuadamente en el rango de alrededor de 15 kilohertz a alrededor de 60 kilohertz, y aún más adecuadamente en el rango de alrededor de 20 kilohertz a alrededor de 40 kilohertz. Tales sistemas de generación son muy conocidos para aquellos expertos en el arte y no requieren describirse adicionalmente aquí.
En la incorporación ilustrada el dispositivo de excitación 145 comprende un dispositivo piezoeléctrico, y más adecuadamente una pluralidad de anillos piezoeléctricos apilados 147 (por ejemplo, por lo menos dos en la incorporación ilustrada cuatro) rodeando el segmento superior 131 de la guia de onda 121 y asentado sobre un hombro 149 formado por el miembro de montaje 79. Un collar anular 151 rodea el segmento superior 131 de la guia de onda 121 arriba de los anillos piezoeléctricos 147 y yace en contra del anillo más superior. Adecuadamente, el collar 151 está construido de un material de alta densidad. Por ejemplo, un material adecuado del cual puede construirse el collar 151 el tungsteno. Se entiende, sin embargo, que el collar 151 puede ser construido de otros materiales adecuados y permanecer dentro del alcance de esta invención. La parte agrandada 153 a un lado del extremo superior 129 de la guia de onda 121 tiene una dimensión en sección transversal exterior incrementada (por ejemplo, un diámetro exterior incrementado en la incorporación ilustrada) y roscada a lo largo de este segmento. El collar 151 está roscado internamente para sujetar roscadamente el collar sobre la guia de onda 121. El collar 151 está adecuadamente apretado en contra de la pila de anillos piezoeléctricos 147 para comprimir los anillos entre el collar y el hombro 149 del miembro de montaje 79.
La guia de onda 121 y el dispositivo de excitación 145 de la incorporación ilustrada definen juntos ampliamente un conjunto de guia de onda, indicado generalmente con el número 150, para energizar ultrasónicamente el combustible en la cámara de alta presión 55. Por tanto, el conjunto de guia de onda completo 150 está colocado completamente dentro de la cámara de combustible de alta presión 55 del inyector de combustible 21 y es por tanto generalmente expuesto uniformemente al ambiente de alta presión dentro del inyector de combustible. Como un ejemplo, el conjunto de guia de onda ilustrado es particularmente construido para actuar como ambos un cuerno ultrasónico y un transductor para hacer vibrar ultrasónicamente el cuerno ultrasónico. En particular, el segmento inferior 133 de la guia de onda 121 como se ilustró en la figura 8 generalmente actúa en la manera de un cuerno ultrasónico mientras que el segmento superior 131 de la guia de onda, y más adecuadamente la parte del segmento superior que se extiende generalmente desde el miembro de montaje 79 a la ubicación en la cual el anillo 151 sujeta al segmento superior de la guia de onda junto con el dispositivo de excitación (por ejemplo, los anillos piezoeléctricos ) actúan en la manera de un transductor.
Con la entrega de la corriente eléctrica (por ejemplo, la corriente alternante entregada a una frecuencia ultrasónica) a los anillos piezoeléctricos 147 de la incorporación ilustrada los anillos piezoeléctricos se expanden y contraen (particularmente en la dirección longitudinal del inyector de combustible 21) a la frecuencia ultrasónica a la cual es entregada la corriente a los anillos. Debido a los anillos 147 son comprimidos entre el collar 151 (el cual está sujetado al segmento superior 131 de la guia de onda 21) y el miembro de montaje 79, la expansión y concentración de los anillos hace que el segmento superior de la guia de onda se alargue y contraiga ultrasónicamente (por ejemplo, generalmente a la frecuencia a la que los anillos piezoeléctricos se expanden y contraen) tal como en la manera de un transductor. El alargamiento y la contracción del segmento superior 131 de la guia de onda 121 en esta manera excita la frecuencia resonante de la guia de onda, y en particular a lo largo del segmento inferior 133 de la guia de onda, resultando en la vibración ultrasónica de la guia de onda a lo largo del segmento inferior, por ejemplo, en la manera del cuerno ultrasónico .
Como un ejemplo, en una incorporación de desplazamiento del segmento inferior 133 de la guia de onda 121 resultando de la excitación ultrasónica de la misma puede ser de hasta alrededor de seis veces el desplazamiento de los anillos piezoeléctricos y el segmento superior de la guia de onda. Se entiende sin embargo, que el desplazamiento del segmento inferior 133 puede ser amplificado a más de seis veces, o que este puede no ser amplificado del todo, y permanecer dentro del alcance de esta invención.
Esta contemplado que una parte de la guia de onda 121 (por ejemplo, la parte del segmento superior 131 de la guia de onda) pueda ser construida alternativamente de un material magnetorestrictivo que responde a los cambios magnéticos que cambian a las frecuencias ultrasónicas. En tal incorporación (no mostrada) el dispositivo de excitación puede comprender un generador de campo magnético colocado en todo o en parte dentro de la caja 23 y que opera en respuesta a recibir la corriente eléctrica para aplicar un campo magnético al material magnetorestrictivo en donde el campo magnético cambia a frecuencias ultrasónicas (por ejemplo, desde su encendido a apagado, de una magnitud a otra, y/o un cambio en dirección) .
Por ejemplo un generador adecuado puede comprender una bobina eléctrica conectada al sistema de generación el cual entrega corriente a la bobina a frecuencias ultrasónicas. La parte magnetorestrictiva de la guia de onda y el generador de campo magnético de tal incorporación por tanto actúan juntos como un transductor mientras que el segmento inferior 133 de la guia de onda 121 de nuevo actúa como un cuerno ultrasónico. Un ejemplo de un material magnetorestrictivo adecuado y de un generador de campo magnético está descrito en la patente de los Estados Unidos de América No. 6,543,700, cuya descripción de la cual se incorpora aquí por referencia en la extensión en que esta es consistente con la misma.
Aún cuando el conjunto de guia de onda completo 150 está ilustrado como siendo colocado dentro de la cámara de presión alta 55 de la caja de inyector de combustible 23, se entiende que uno o más componentes del conjunto de guia de onda pueden ser colocados total o parcialmente afuera de la cámara de presión alta, y aún pueden estar colocados afuera de la caja, sin departir del alcance de esta invención. Por ejemplo, en donde es usado un material magnetorestrictivo, el generador de campo magnético (ampliamente el dispositivo de excitación) puede ser colocado en el campo principal 25 u otro componente de la caja de inyector de combustible 23 y solo ser expuesto parcialmente a o completamente sellado fuera de la cámara de presión alta 55. En otra incorporación, el segmento superior 131 de la guia de onda 121 y los anillos piezoeléctricos 147 (y el collar 151) pueden juntos estar localizados afuera de la cámara de alta presión 55 sin departir del alcance de la invención siempre que el extremo terminal 123 de la guia de onda este colocado dentro de la cámara de alta presión.
Mediante el colocar los anillos piezoeléctricos 147 y el collar 151 alrededor del segmento superior 131 de la guia de onda 121, el conjunto de guia de onda completo 150 no requiere ser más grande que la guia de onda misma (por ejemplo, en oposición a la longitud de un conjunto en el cual un transductor y un cuerno ultrasónico están arreglados en un arreglo de extremo-a-extremo o "apilado" convencional) . Como un ejemplo, el conjunto de guía de onda general 150 puede adecuadamente tener una longitud igual alrededor de una mitad de la longitud de onda resonante (de otra manera comúnmente mencionada como una longitud de una mitad) de la guía de onda. En particular, el conjunto de guía de onda 150 esta adecuadamente configurado para resonar a una frecuencia ultrasónica en el rango de alrededor de 15 kilohertz a alrededor de 100 kilohertz, más adecuadamente en el rango de alrededor de 15 kilohertz a alrededor de 60 kilohertz, y aún más adecuadamente en el rango de alrededor de 20 kilohertz a alrededor de 40 kilohertz. El conjunto de guía de onda de longitud de onda de una mitad 150 operando a tales frecuencias tiene una longitud global respectivo (correspondiendo a una longitud de onda de una mitad) en el rango de alrededor de 133 milímetros a alrededor de 20 milímetros, más adecuadamente en el rango de alrededor de 133 milímetros a alrededor de 37.5 milímetros, y aún más adecuadamente en el rango de alrededor de 100 milímetros a alrededor de 50 milímetros. Como un ejemplo particular, el conjunto de guía de onda 150 ilustrado en las figuras 8 y 9 está configurado para operar a una frecuencia de alrededor de 40 kilohertz y tiene una longitud global de alrededor de 50 milímetros. Se entiende, sin embargo, que la caja 23 puede ser dimensionada suficientemente para permitir a un conjunto de guía de onda teniendo una longitud de onda completa el estar colocado ahí. Se entiende también que en tal arreglo el conjunto de guía de onda puede comprender un cuerno ultrasónico y un transductor en una configuración apilada.
Un manguito eléctricamente no conductivo 155 (el cual es cilindrico en la incorporación ilustrada puede ser conformado de otra manera) esta asentado sobre el extremo superior del collar 151 y se extiende hacia arriba desde el collar al extremo superior de la cámara de alta presión 55. El manguito 155 también esta construido adecuadamente de un material generalmente flexible. Como un ejemplo, un material adecuado del cual el manguito 155 puede ser construido es un material de poliéter amida termoplástico amorfo disponible de General Electric Company, Estados Unidos de América bajo la marca ULTEM. Sin embargo, otros materiales eléctricamente no conductores adecuados, tal como los materiales de cerámica pueden ser usados para construir el manguito 55 y permanecer dentro del alcance de esta invención. El extremo superior del manguito 155 tiene una brida anular formada integralmente 157 que se extiende radialmente hacia afuera desde el mismo, y un juego de cuatro ranuras que se extienden longitudinalmente 159 que definen cuatro apéndices generalmente flexibles 161 en el extremo superior del manguito. Una segunda brida anular 163 está formada integralmente con el manguito 155 y se extiende radialmente hacia afuera desde el manguito justo abajo de las ranuras que se extienden longitudinalmente 159, por ejemplo, en la relación longitudinalmente espaciada con la brida anular 157 colocada en el extremo superior del manguito.
Un anillo de contacto 165 construido de un material eléctricamente conductor circunscribe el manguito 155 en medio de las bridas anulares longitudinalmente espaciadas 157 y 163 del manguito. En una incorporación, el anillo de contacto 165 está adecuadamente construido de bronce. Se entiende, sin embargo, que el anillo de contacto 165 puede ser construido de bronce. Se entiende, sin embargo, que el anillo de contacto 165 puede ser construido de otros materiales eléctricamente conductores sin departir del alcance de esta invención. También se entiende que un dispositivo de contacto distinto a un anillo, tal como un dispositivo de contacto de punto único, un apéndice flexible y/o cargado por resorte u otro dispositivo eléctricamente conductor adecuado, puede ser usado sin departir del alcance de la invención. En la incorporación ilustrada, la dimensión en sección transversal interior (por ejemplo el diámetro) del anillo de contacto 165 está dimensionado y ligeramente más pequeño que la dimensión en sección transversal exterior del segmento longitudinal del manguito 155 que se extiende entre las bridas anulares 157 y 163.
El anillo de contacto 165 es insertado en el manquito 155 mediante el empujar el anillo de contacto telescópicamente hacia abajo sobre el extremo superior del manguito. La fuerza del anillo 165 en contra de la brida anular 157 en el extremo superior del manguito 155 empuja los apéndices 161 para flexionar (por ejemplo doblar) radialmente hacia adentro para permitir al anillo el deslizarse hacia abajo más allá de la brida anular formada en el extremo superior del manguito y para asentar el anillo sobre la segunda brida anular 163. Los apéndices 161 mueven elásticamente de ida y de regreso hacia su posición inicial, proporcionando un contacto friccional entre el anillo de contacto 165 y el manguito 155 y retener el anillo de contacto entre las bridas anulares 157 y 163 del manguito.
Un anillo de guia 167 construido de un material eléctricamente no conductor circunscribe y aisla eléctricamente el anillo de contacto 165. Como un ejemplo, el anillo de guia 167 puede (pero no necesariamente necesita) ser construido del mismo material que el manguito 163. En una incorporación, el anillo de guia 167 es adecuadamente retenido sobre el manguito, y más adecuadamente sobre el anillo de contacto 165, por una abrazadera o un ajuste friccional del anillo de guia sobre el anillo de contacto. Por ejemplo, el anillo de guia 167 puede ser un anillo no continuo roto a lo largo de una ranura como se ilustró en la figura 9. El anillo de guia 167 es por tanto circunferencialmente expandido a la ranura para ajusfar al anillo de guia sobre el anillo de contacto 165 y con la liberación subsecuente cierra elásticamente y seguramente alrededor del anillo de contacto.
En una incorporación particular adecuada, una protuberancia de localización anular 169 se extiende radialmente hacia adentro desde el anillo de guia 167 y puede recibirse en una ranura anular 171 formada en el anillo de contacto 165 para localizar adecuadamente el anillo de guia sobre el anillo de contacto. Se entiende, sin embargo, que el anillo de contacto 165 y el anillo de guia 167 pueden estar montados sobre el manguito 155 en una manera diferente que la ilustrada en las figuras 8 y 9 sin departir del alcance de esta invención. Por lo menos una y más adecuadamente una pluralidad de aberturas ahusadas o conformadas frustocónicamente 173 están formadas radialmente a través del anillo de guia 167 para permitir el acceso al anillo de contacto 165 para entregar la corriente eléctrica al anillo de contacto.
Como se ve mejor en la figura 5, un manguito aislante 175 construido de un material eléctricamente no conductor adecuado se extiende a través de una abertura en el lado del cuerpo principal 25 y tiene un extremo terminal generalmente conformado cónicamente 167 configurado para asentar dentro de una de las aberturas 173 del anillo de guia 167. El manguito aislante 175 es mantenido en el lugar por un accesorio adecuado 179 que sujeta riscadamente al cuerpo principal 25 dentro de la abertura 173 y tiene una abertura central a través de la cual se extiende el manguito aislante. El alambrado eléctrico adecuado 181 se extiende a través del manguito aislante 175 adentro del contacto eléctrico con el anillo de contacto 165 en un extremo del alambre y está en comunicación eléctrica en su extremo opuesto (no mostrado) con una fuente (no mostrada) de corriente eléctrica.
El alambrado eléctrico adicional 183 se extiende desde el anillo de contacto 165 hacia abajo a lo largo del exterior del manguito 155 dentro de la cámara a alta presión 55 y adentro de la comunicación eléctrica con un electrodo (no mostrado) colocado entre el anillo piezoeléctrico más superior 147 y el siguiente anillo piezoeléctrico inferior. Un alambre separado 184 conecta eléctricamente el electrodo a otro electrodo (no mostrado) colocado entre el anillo piezoeléctrico más inferior 147 y el anillo justo arriba de este. El miembro de montaje 79 y/o la guia de onda 121 proporcionan la tierra para la corriente entregada a los anillos piezoeléctricos 147. En particular, un alambre de tierra 185 está conectado al miembro de montaje 79 y se extiende hacia arriba entre la mitad de dos anillos piezoeléctricos 147 en contacto con un electrodo (no mostrado) colocado entre los mismos. Opcionalmente, un segundo alambre a tierra (no mostrado) puede extenderse desde entre la mitad de los dos anillos piezoeléctricos 147 a un contacto con otro electrodo (no mostrado) entre el anillo piezoeléctrico más superior y el collar 151.
Con una referencia particular ahora las figuras 6, 6a, 8 y 9, el miembro de montaje 79 está conectado adecuadamente a la guia de onda 121 en medio de los extremos 123 y 129 de la guia de onda. Más adecuadamente, el mimbro de montaje 79 está conectado a la guia de onda 121 en la región nodal de la guia de onda. Como se usó aquí, la "región nodal" de la guia de onda 121 se refiere a una región o segmento longitudinal de la guia de onda a lo largo de la cual muy poco (o ninguno) desplazamiento longitudinal ocurre durante la vibración ultrasónica de la guia de onda y el desplazamiento transversal (por ejemplo radial en la incorporación ilustrada) es generalmente maximizado. El desplazamiento transversal de la guia de onda 121 adecuadamente comprende la expansión transversal de la guia de onda pero también incluye el movimiento transversal (por ejemplo doblado) de la guia de onda .
En la incorporación ilustrada, la configuración de la guia de onda 121 es tal que el plano nodal (por ejemplo, un plano transversal a la guia de onda la cual no ocurre un desplazamiento longitudinal mientras que el desplazamiento transversal es generalmente maximizado) no esta presente. Más bien, la región nodal de la guia de onda ilustrada 121 es generalmente de forma de domo de manera que en cualquier ubicación longitudinal dada adentro de la región nodal algún desplazamiento longitudinal puede aún estar presente mientras que el desplazamiento primario de la guia de onda es un desplazamiento transversal.
Se entiende sin embargo, que la guia de onda 121 puede adecuadamente ser configurada para tener un plano nodal (o punto nodal como algunas veces se conoce) y que el plano nodal de tal guía de onda se considera que está dentro del significado de región nodal como se define aquí. También Se contempla que el miembro de montaje 79 puede estar colocado longitudinalmente arriba o debajo de la región nodal de la guía de onda 121 sin departir del alcance de la invención.
El miembro de montaje 79 está configurado y arreglado adecuadamente en el inyector de combustible 21 para aislar vibracionalmente la guía de onda 121 de la caja de inyector de inyector de combustible 23. Esto es, el miembro de montaje 25 inhibe la transferencia longitudinal y transversal (por ejemplo radial) de la vibración mecánica de la guía de onda 121 a la caja del inyector de combustible 23 mientras que se mantiene la posición transversal deseada de la guía de onda dentro de la cámara de alta presión 55 y permitiendo el desplazamiento longitudinal de la guía de onda dentro de la caja de inyector de combustible. Como un ejemplo, el miembro de montaje 79 de la incorporación ilustrada generalmente comprende un segmento interior anular 187 que se extiende transversalmente (por ejemplo radialmente en la incorporación ilustrada) hacia fuera de la guía de onda 121, un segmento exterior anular 189 que se extiende transversal a la guía de onda en una relación transversalmente espaciada con el segmento interior, y un tejido de interconexión anular 191 que se extiende transversalmente entre e interconectando los segmentos interior y exterior. Aún cuando los segmentos interior y exterior 187 y 189 y el tejido de interconexión 191 se extiende continuamente alrededor de la circunferencia de la guia de onda 121, se entiende que uno o más de estos elementos puede ser discontinuo alrededor de la guia de onda tal como en la manera de los radios de ruedas, sin departir del alcance de esta invención .
En la incorporación ilustrada 6a, el segmento interior 187 del miembro de montaje 79 tiene una superficie superior generalmente plana que define el hombro 149 sobre el cual está asentado el dispositivo de excitación 145, por ejemplo, los anillos piezoeléctricos 147. Una superficie inferior 193 del segmento interior 187 está adecuadamente contorneada al extenderse desde a un lado de la guia de onda 121 a su conexión con el tejido de interconexión 191, y más adecuadamente tiene un contorno de radio mezclado. En particular, el contorno de la superficie inferior 193 en la junta del tejido 191 del segmento interior 187 del miembro de montaje 79 es adecuadamente un contorno de radio más pequeño (por ejemplo más apilado, menos ahusado o más de tipo de esquina) para facilitar la dispersión de tejidos durante la vibración de la guia de onda 121. El contorno de la superficie interior 193 en la junta del segmento interior 187 del miembro de montaje 79 y de la guia de onda 121 es adecuadamente un contorno de radio relativamente más grande (por ejemplo, más ahusado o liso) para reducir la tensión en el segmento interior del miembro de montaje con la distorsión del tejido de interconexión 191 durante la vibración de la guia de onda.
El segmento interior 189 del miembro de montaje 79 está configurado para asentar en contra del hombro formado por la boquilla 27 generalmente a un lado del extremo superior 33 de la boquilla. Como se ve mejor en la figura 6, la dimensión en sección transversal interna (por ejemplo, el diámetro interno) de la boquilla 27 está escolado hacia adentro a un lado del extremo superior 33 de la boquilla, por ejemplo, longitudinalmente abajo del miembro de montaje 79, de manera que la boquilla está longitudinalmente espaciada de la superficie inferior contorneada 193 del segmento interior 187 y el tejido de interconexión 191 del miembro de montaje para permitir el desplazamiento del miembro de montaje durante la vibración ultrasónica de la guia de onda 121. El miembro de montaje 79 está adecuadamente dimensionado en sección transversal de manera que por lo menos un margen de orilla exterior del segmento exterior 189 está colocado multitudinalmente entre el hombro de la boquilla 27 y el extremo inferior 31 del cuerpo principal 25 de la caja de inyector de combustible 23 (por ejemplo la superficie del cuerpo principal que asienta en contra del extremo superior 33 de la boquilla) . El miembro de retención 29 del inyector de combustible 21 empuja a la boquilla 27 y el cuerpo principal 25 juntos para asegurar el margen de orilla del segmento interior del miembro de montaje 189 entre los mismos.
El tejido de interconexión 191 está construido para ser relativamente más delgado que los segmentos interior y exterior 189 y 189 del miembro de montaje 79 para facilitar la flexión y/o doblado del tejido en respuesta a la vibración ultrasónica de la guia de onda 121. Como un ejemplo, en una incorporación, el grosor del tejido de interconexión 191 del miembro de montaje 79 puede estar en el rango de alrededor de 0.2 milímetros a alrededor de 1 milímetros y más adecuadamente alrededor de 0.4 milímetros. El tejido de interconexión 191 del miembro de montaje 79 adecuadamente comprende por lo menos un componente axial 192 y por lo menos un componente transversal 194 (por ejemplo, radial en la incorporación ilustrada) . En dicha incorporación ilustrada, el tejido de interconexión 191 tiene un par de componentes axiales transversalmente espaciadas 192 conectados por el componente transversal 194 de manera que el tejido es generalmente de forma de U en sección transversal.
Se entiende, sin embargo, que las otras configuraciones que tienen por lo menos un componente axial 192 y por lo menos un componente transversal 194 son adecuados, tal como la forma de L, la forma de H, la forma de I, la forma de U invertida, la forma de L invertida y similares sin departir del alcance de esta inversión. Los ejemplos adicionales de las configuraciones del tejido de interconexión adecuados 191 están ilustradas y descritas en la patente de los Estados Unidos de América número 6,676,003, cuya descripción se incorpora aquí por referencia en la extensión en que esta es consistente con la misma.
Los componentes axiales 192 del tejido 191 dependen de los segmentos interiores y exteriores 187 y 189 del miembro de montaje y están generalmente voladizos al componente transversal 194. Por tanto, el componente axial 192 es capaz de doblar y/o deflexionar dinámicamente en relación al segmento exterior 189 del miembro de montaje en respuesta al desplazamiento vibratorio transversal del segmento interior 187 del miembro de montaje para aislar por tanto la caja 23 del desplazamiento transversal de la guia de onda. El componente transversal 194 del tejido 191 es voladizo a los componentes axiales 192 de manera que el componente transversal es capaz de doblar y flexionar dinámicamente en relación a los componentes axiales (y por tanto en relación al segmento exterior 189 del miembro de montaje) en respuesta al desplazamiento vibratorio axial del segmento interior 187 para por tanto aislar la caja 23 del desplazamiento axial de la guia de onda.
En la incorporación ilustrada, la guia de onda 121 se expande radialmente asi como que se desplaza ligeramente en forma axial en la región nodal (por ejemplo, en donde el miembro de montaje 79 está conectado a la guia de onda) con la excitación ultrasónica de la guia de onda. En respuesta, un miembro de interconexión de forma de U 191 (por ejemplo, los componentes axial y transversal 192 y 194 de los mismos) generalmente se dobla y flexiona, y más particularmente rueda en relación al segmento exterior fijo 189 del miembro de montaje 79, por ejemplo, similar a la manera en la cual la cabeza de émbolo de montaje rueda con el desplazamiento axial de la manija de émbolo. Por tanto, el tejido de interconexión 79 aisla la caja inyectora de combustible 23 de la vibración ultrasónica de la guia de onda 121, y en la incorporación ilustrada aisla más particularmente el segmento exterior 189 del miembro de montaje del desplazamiento vibratorio del segmento interior 187 del mismo. Tal configuración del miembro de montaje también proporciona un ancho de banda suficiente para compensar por los cambios de región nodal que pueden ocurrir durante la operación ordinaria. En particular, el miembro de montaje 79 puede compensar por los cambios en la ubicación de tiempo real de la región nodal que surge durante la transferencia actual de la energía ultrasónica a través de la guía de onda 121. Tales cambios o movimientos pueden ocurrir, por ejemplo, debido a los cambios en la temperatura y/u otras condiciones ambientales dentro de la cámara de alta presión 55.
Aún cuando en la incorporación ilustrada los segmentos interior y exterior 187 y 189 del miembro de montaje 79 están colocados generalmente en la misma ubicación longitudinal en relación a la guía de onda, se entiende que los segmentos interior y exterior pueden estar descentrados longitudinalmente unos de otros sin departir del alcance de esta invención. También se contempla que el tejido de interconexión 191 puede comprender solo uno o más componentes axiales 192 (por ejemplo, el componente transversal 194 puede ser omitido) y permanecer dentro del alcance de esta invención. Por ejemplo, en donde la guia de onda 121 tiene un plano nodal el miembro de montaje 79 está localizado sobre el plano nodal, el plano de montaje requiere solo ser configurado para aislar el desplazamiento transversal de la guia de onda. En una incorporación alterna (no mostrada) , se contempla que el miembro de montaje puede estar colocado en o a un lado de la región antinodal de la guia de onda, tal como en uno de los extremos opuestos 123 y 129 de la guia de onda. En tal incorporación, el tejido de interconexión 191 puede comprender solo uno o más componentes transversales 194 para aislar el desplazamiento axial de la guia de onda (por ejemplo, muy poco o ningún desplazamiento transversal ocurre en la región antinodal ) .
En una incorporación adecuada particularmente, el miembro de montaje 79 es una construcción de una pieza única. Aún más adecuadamente, el miembro de montaje 79 puede ser formado integralmente por la guia de onda 121 como se ilustró en la figura 6. Sin embargo, se entiende que el miembro de montaje 79 puede ser construido separado de la guia de onda 121 y permanecer dentro del alcance de esta invención. También se entiende que uno o más componentes del miembro de montaje 79 pueden ser construidos separadamente y conectados adecuadamente y de otra manera ensamblados juntos.
En una incorporación adecuada, el miembro de montaje 79 está además construido para ser generalmente rígido (por ejemplo, resistente al desplazamiento estático bajo carga) como para sostener la guía de onda 121 (y por tanto la aguja de válvula 53) en una alineación adecuada dentro de la cámara de alta presión 55. Por ejemplo, el miembro de montaje rígido en una incorporación puede ser construido de un material no elastomérico, más adecuadamente de metal, y aún más adecuadamente del mismo metal del cual está construida la guía de onda. El término "rígido" no es, sin embargo intentado para significar que el miembro de montaje es incapaz de una flexión y/o doblado dinámico en respuesta a la vibración ultrasónica de la guía de onda. En otras incorporaciones, el miembro de montaje rígido puede ser construido de un material elastomérico que es suficientemente resistente al desplazamiento estático bajo carga pero que es de otra manera capaz de flexionar y/o doblar dinámicamente en respuesta a la vibración ultrasónica de la guía de onda. Aún cuando el miembro de montaje 79 ilustrado en la figura 6, está construido de un metal, y más adecuadamente construido del mismo metal que la guía de onda 121, se contempla que el miembro de montaje puede ser construido de otros materiales generalmente rígidos adecuados sin departir del alcance de esta invención Con referencia de nuevo a las figuras 6 y 8, la trayectoria de flujo a lo largo de la cual fluye el combustible dentro de la cámara de alta presión 55 de la caja de inyector de combustible 23 se define en parte por el espaciamiento transversal entre la superficie interior de la boquilla 27 y la superficie exterior del segmento inferior 133 de la guia de onda 121 (por ejemplo abajo del miembro de montaje 79) y entre la superficie interior del cuerpo principal 25 y las superficies exteriores del dispositivo de excitación 145, del anillo 151 y del manguito 155 (por ejemplo arriba del miembro de montaje) . La trayectoria de flujo de combustible está en comunicación de fluido con la entrada de combustible 57 del cuerpo principal 25 de la caja de inyector 23 generalmente en el manguito 155 de manera que el combustible de alta presión que entra en la trayectoria de flujo desde la entrada de combustible fluye hacia abajo (en la incorporación ilustrada) a lo largo de la trayectoria de flujo hacia la punta de boquilla 81 para la expulsión desde la boquilla 27 a través de las lumbreras de expulsión 83. Como se describió previamente, el combustible a alta presión adicional fluye desde el conducto interior 127 de la guia de onda 121 entre la guia de onda y la aguja de válvula 53.
Debido a que el miembro de montaje 79 se extiende transversal a la guia de onda 121 dentro de la cámara de alta presión 55, el extremo inferior 31 del cuerpo principal 25 y el extremo superior 33 de la boquilla 27 están configurados adecuadamente para permitir a la trayectoria de flujo de combustible desviarse generalmente alrededor del miembro de montaje que al fluir el combustible dentro de la cámara de alta presión. Por ejemplo, como se ilustró mejor en la figura 10, los canales adecuados 199 están formados en el extremo inferior 31 del cuerpo principal 25 en comunicación de fluido con la trayectoria de flujo hacia arriba del miembro de montaje 79 y están alineados con los canales respectivos 201 formados en el extremo superior 33 de la boquilla 27 en comunicación de fluido con la trayectoria de flujo hacia abajo del miembro de montaje. Por tanto, el combustible a alta presión que fluye desde la entrada de combustible 57 hacia abajo a lo largo de la trayectoria de flujo hacia arriba del miembro de montaje 79 (por ejemplo, entre el cuerpo principal 25 y el manguito 155/anillo 151/anillos piezoeléctricos 147) está dirigido a través de los canales 199 en el cuerpo principal alrededor del miembro de montaje y a través de los canales 201 en la boquilla 27 a la trayectoria de flujo hacia abajo del miembro de montaje (por ejemplo, entre la boquilla y la guia de onda 121) .
En una incorporación, el inyector de combustible es operado por un sistema de control adecuado (no mostrado) para controlar la operación de la válvula de solenoide y la operación del dispositivo de excitación 145. Tales sistemas de control son conocidos por aquellos expertos en el arte y no requieren ser descritos adicionalmente aquí excepto en la extensión necesaria. A menos que ocurra una operación de inyección, la aguja de válvula 53 es presionada por el resorte 111 en el orificio 35 del cuerpo principal 25 a su posición cerrada con el extremo terminal 115 de la aguja de válvula en un contacto de sellamiento con la punta de boquilla 81 para cerrar las lumbreras de expulsión 83. La válvula de solenoide proporciona un cierre en el rebaje 95 formado en la cabeza 87 del soporte de perno 47 para cerrar el orifico 97 que se extiende longitudinalmente a través del soporte de perno. Ninguna corriente es suministrada por el sistema de control al conjunto de guia de onda en la posición cerrad de la aguja de válvula 53.
El combustible a alta presión fluye desde una fuente de combustible (no mostrada) adentro del inyector de combustible 21 en la entrada de combustible 57 de la caja 23. Los sistemas de entrega de combustible adecuados para la entrega de combustible presurizado desde la fuente de combustible al inyector de combustible 21 son conocidos en el arte y no requieren ser descritos adicionalmente aquí. En una incorporación, el combustible a alta presión puede ser entregado al inyector de combustible 21 a una presión en el rango de 8,000 libras por pulgada cuadrada (550 bar) a alrededor de 30,000 libras por pulgada cuadrada (2,070 bar) . El combustible de alta presión fluye a través del canal de distribución superior 59 del cuerpo principal 25 a la separación anular 99 entre el cuerpo principal y el soporte de perno 47, y a través del canal de combustible 101 del soporte de perno adentro del canal interno 91 del soporte de perno arriba del perno 93 y arriba a través del orificio 97 en el soporte de perno. El combustible a alta presión también fluye a través de la trayectoria de flujo a alta presión, por ejemplo a través del canal de distribución más bajo 61 del cuerpo principal 25 a la cámara de alta presión 55 para llenar la cámara de alta presión ambos hacia fuera de la guia de onda 121 y adentro del conducto interior 127 de la guia de onda. En esta condición el combustible a alta presión arriba del perno 93, junto con la presión del resorte 111, inhiben que el combustible de alta presión en la cámara de alta presión 55 empuje en contra de la aguja de válvula 53 a su posición abierta .
Cuando el sistema de control de inyector determina que una inyección de combustible es necesaria para el motor de combustión, la válvula de solenoide es energizada por el sistema de control para abrir el orificio de soporte de perno 97 de manera que el combustible de alta presión fluya afuera del soporte de perno hasta el canal de retorno de combustible 71 en el extremo superior 37 del cuerpo principal 25 como combustible de presión más baja, disminuyendo por tanto la presión de combustible detrás (por ejemplo arriba) del perno 93 dentro del soporte de perno. Por tanto, el combustible de alta presión en la cámara de alta presión 55 es ahora capaz de empujar la aguja de válvula 53 en contra de la presión del resorte 111 a la posición abierta de la aguja de válvula. En la posición abierta de la aguja de válvula 53, el extremo terminal 115 de la aguja de válvula está suficientemente espaciado de la punta de boquilla 81 en las lumbreras de expulsión 83 para permitir al combustible en la cámara de alta presión 55 ser expulsado a través de las lumbreras de expulsión.
Con la energización de la válvula de solenoide para permitir a la aguja de válvula 53 moverse a su posición abierta, tal como aproximadamente en forma concurrente con la misma, el sistema de control también dirige el generador de corriente eléctrica de alta frecuencia para entregar corriente al dispositivo de excitación 145, por ejemplo, los anillos piezoeléctricos 147 en la incorporación ilustrada, a través del anillo de contacto 165 y el alambrado adecuado 183 que conecta eléctricamente el anillo de contacto a los anillos piezoeléctricos. Como se describió previamente, los anillos piezoeléctricos 147 se hace que se expandan y contraigan (particularmente en la dirección longitudinal del inyector de combustible 21) generalmente a la frecuencia ultrasónica a la cual la corriente es entregada al dispositivo de excitación 145.
La expansión y contracción de los anillos 147 hace que el segmento superior 131 de la guia de onda 121 se alargue y contraiga ultrasónicamente (por ejemplo generalmente a la misma frecuencia que se expanden y contraen los anillos piezoeléctricos). El alargamiento y contracción del segmento superior 131 de la guia de onda 121 en esta manera excita la guia de onda (por ejemplo adecuadamente a la frecuencia resonante de la guia de onda y en particular a lo largo del segmento inferior 133 de la guia de onda, resultando en la vibración ultrasónica de la guia de onda a lo largo del segmento inferior y en particular en la parte expandida 195 del segmento inferior en el extremo terminal 123 del mismo.
Con la aguja de válvula 53 en su posición abierta, el combustible a alta presión en la cámara de alta presión 55 fluye a lo largo de la trayectoria de flujo, y en particular más allá del extremo terminal ultrasónicamente vibratorio 123 de la guia de onda 121, a las lumbreras de expulsión 83 de la punta de boquilla 81. La energía ultrasónica es aplicada por el extremo terminal 123 de la guía de onda 121 al combustible de alta presión justo hacia arriba (a lo largo de la trayectoria de flujo) de las lumbreras de expulsión 83 para generalmente atomizar el combustible (por ejemplo, para disminuir el tamaño de gota y estrechar la distribución del tamaño de gota del combustible que sale del inyector 21) . La energización ultrasónica del combustible antes de que salga de las lumbreras de expulsión 83 produce una pulsación, generalmente un rociado de forma de cono del combustible líquido atomatizado entregado en la cámara de combustión servida por el inyector de combustible 21.
En la incorporación ilustrada de las figuras 1-10 y como se describió previamente aquí, la operación del perno 93, y por tanto de la aguja de válvula 53, está controlada por la válvula de solenoide (no mostrada) . Se entiende, sin embargo, que otros dispositivos tal como sin limitación, los dispositivos accionados por leva, los dispositivos operados piezoeléctricos o magneto-restrictivos, los dispositivos operados hidráulicamente u otros dispositivos mecánicos adecuados, con o sin válvulas de amplificación de fluido, pueden ser usados para controlar la operación de la aguja de válvula sin departir del alcance de esta invención.
La figura 11 ilustra una segunda incorporación de un dispositivo de entrega de liquido ultrasónico, generalmente indicado con el número 421, de la presente invención. El dispositivo 421 de esta segunda incorporación está ampliamente descrito aquí con referencia a cualquier dispositivo impulsado ultrasónicamente en el cual un rociado presurizado del liquido es expulsado desde el dispositivo después de la aplicación de la energía ultrasónica al líquido, contemplándose que tal dispositivo puede tener una aplicación en el aparato, tal como sin limitación, nebulizadores y otros dispositivos de entrega de drogas, equipo de moldeado, humedecedores , aparatos de inyección de combustible para motores, sistemas de rociado de pintura, sistemas de entrega de tinta, sistemas de mezclado, sistemas de homogenización, sistemas de secado por rociado, sistemas de enfriado y otras aplicaciones en las cuales es utilizado un rociado de liquido generado ultrasónicamente.
El dispositivo ilustrado 421 comprende una caja, designada generalmente con el número 423, teniendo una entrada 457 para recibir el liquido adentro de la caja. El liquido es adecuadamente presurizado en el rango de ligeramente arriba de 0.0 libras por pulgada cuadrada (0.0 bar) a alrededor de 50,000 libras por pulgada cuadrada (3,450 bar). En la incorporación ilustrada, la caja 423 está compuesta por lo menos en parte de un miembro de caja superior (con respecto a la orientación vertical del dispositivo 421 ilustrado en la figura 11) 425 y un miembro de caja inferior. El extremo inferior 431 del miembro de caja superior 425 asienta en contra en contra del extremo superior 433 del miembro de caja inferior 427 y los miembros de caja están asegurados juntos por un conector roscado de 429. Los miembros de caja superior e inferior 425 y 427 juntos definen una cámara interna 455, en comunicación de fluido con la entrada 457. El miembro de caja inferior 427 tiene un orificio roscado que se extiende axialmente 480 formado en su fondo para recibir roscadamente un insertado 482 ahí de manera que el inserto además define la caja 423 del dispositivo 421. Una lumbrera de expulsión 483 se extiende axialmente a través del inserto 482 para definir ampliamente una lumbrera de expulsión de la caja 423 a través de la cual es expulsado del liquido desde la caja.
Aún cuando el inserto 482 ilustrado en la figura 11 tiene una lumbrera de expulsión única 483, se contempla que el inserto puede comprender más de una lumbrera de expulsión. También, se contempla que el inserto 482 puede ser omitido del todo y el fondo del miembro de caja inferior 427 generalmente ser cerrado con una o más lumbreras de expulsión formadas ahí. La caja 423 de la incorporación ilustrada es generalmente cilindrica pero puede adecuadamente ser de cualquier forma, y puede estar dimensionada dependiendo por lo menos en parte de la cantidad deseada de liquido para ser colocado dentro de la caja desde la entrega, el número y tamaño de las lumbreras de expulsión, y la frecuencia de operación a la cual opera el dispositivo. También está contemplado que el miembro de caja inferir 427 puede ser configurado en forma similar a la boquilla 27 de la incorporación de las figuras 1-10 con una o más lumbreras de expulsión 83 formadas en la punta 81 de la boquilla .
La entrada de liquido 457 se extiende transversalmente a través de la pared lateral 52 del miembro de caja inferior 427 adentro de la comunicación de fluido con la cámara interna 455 de la caja 423. Está contemplado, sin embargo, que la entrada de liquido 457 puede ser colocada esencialmente en cualquier parte a lo largo del lado del miembro de caja inferior 427, o a lo largo del lado del miembro de caja superior 425, o aún extenderse axialmente a través de la parte superior del miembro de caja superior y permanecer dentro del alcance de esta invención. Por tanto, la cámara interna 455 ilustrada en la figura 11 ampliamente define una trayectoria de flujo del liquido a lo largo de la cual fluye el liquido dentro de la caja 423 hasta la lumbrera de expulsión 483 para la expulsión del liquido desde la caja.
El dispositivo 423 ilustrado en la figura 11 carece de un miembro de válvula (por ejemplo un miembro de válvula similar a la aguja de válvula 53 de la incorporación de las figuras 1-10) u otro componente colocado dentro de la caja para el control del flujo de liquido a la lumbrera de expulsión 483. Más bien, en esta segunda incorporación, el liquido puede fluir continuamente dentro de la cámara interna 455 hasta la lumbrera de expulsión 483. Se entiende, sin embargo, que un sistema de control adecuado (no mostrado) externo de la caja 423 puede controlar el flujo de liquido a la entrada de caja 457 para por tanto controlar la entrega de liquido a la lumbrera de expulsión 483 sin departir del alcance de esta invención .
Un conjunto de guia de onda ultrasónica alargado generalmente indicado con el número 550, se extiende axialmente de la caja 423 (por ejemplo en la dirección longitudinal o vertical de la caja ilustrada en la figura 11) y está colocada completamente dentro de la cámara interna 455 de la caja. En particular, el conjunto de guia de onda 550 puede adecuadamente ser construido en esencialmente la misma manera que el conjunto de guia de onda 150 del inyector de combustible 21 de la incorporación de las figuras 1-10. El extremo termina 523 de la guia de onda 521 del conjunto 550 está adecuadamente colocado próximo a la lumbrera de expulsión 483. El término "próximo" es usado aquí en un sentido cualitativo solo para significar que la energía ultrasónica es impartida por el extremo terminal 523 a la guía de onda 521 al líquido en la cámara interna 455 justo antes de que el líquido entre en la lumbrera de expulsión 483, y no se intenta referirse a un espaciamiento específico entre la lumbrera de expulsión y el extremo terminal de la guía de onda .
Como se ilustró en la figura 11, la dimensión en sección transversal interior de la pared lateral 555 del miembro de caja inferior 427 disminuye hacia el extremo inferior 481 del miembro de caja inferior. La parte agrandada 695 en y/o adyacente al extremo terminal 523 de la guía de onda 521 está por tanto cercanamente espaciada o aún en una relación de contacto deslizante con la pared lateral 552 hacia el extremo inferior 481 del miembro de caja inferior 427, por ejemplo, justo hacia arriba (en relación a la dirección en la cual fluye el líquido presurizado dentro de la cámara interna 455 hasta la lumbrera de expulsión 483) de la lumbrera de expulsión de manera que la trayectoria de flujo de líquido dentro de la caja es estrecha en y/o a un lado del extremo terminal de la guía de onda.
Se entiende, sin embargo, que el extremo terminal 523 de la guia de onda 521 (u otro segmento del mismo) no requiere estar en una relación cercanamente espaciada con la pared lateral 552 del miembro de caja inferior 427 para permanecer dentro del alcance de esta invención. Por ejemplo, la dimensión en sección transversal exterior de la guia de onda 521 puede ser esencialmente uniforme a lo largo de su longitud en vez de tener la parte agrandada 695 o esta puede estar hacia el extremo terminal 523 de la guia de onda. Alternativamente, o adicionalmente , la dimensión en sección transversal interior de la pared lateral 552 del miembro de caja inferior 427 puede no disminuir hacia el extremo inferior 481 del miembro de caja inferior .
La guia de onda 521 está interconectada adecuadamente a la caja 423 dentro de la cámara interna 455 por un miembro de montaje que se extiende transversal 479 construido esencialmente en forma similar al miembro de montaje 79 de la incorporación de las figuras 1-10. Por tanto, el miembro de montaje 479 aisla vibracionalmente la caja 423 de la vibración mecánica de la guia de onda 521. El segmento exterior 689 del miembro de montaje 479 está asegurado entre el extremo inferior 431 del miembro de caja superior 425 y el extremo superior 433 del miembro de caja inferior 427.
Las lumbreras adecuadas (no mostradas) pero similares a la lumbreras 199 y 201 ilustradas en las incorporaciones de las figuras 1-10) pueden ser formadas en los miembros de caja superior e inferior 425 y 427 en donde el segmento exterior 689 del miembro de montaje 479 está asegurado entre los mismos para permitir al liquido fluir longitudinalmente dentro de la cámara interna más allá del miembro de montaje.
El conjunto de guia de onda 550 también comprende el dispositivo de excitación 545 (por ejemplo, los anillos piezoeléctricos 547 en una incorporación ilustrada), el cual es comprimido en contra del miembro de montaje 479 por el anillo 551 sujetado roscadamente al segmento superior 531 de la guia de onda 521. La corriente eléctrica es suministrada al dispositivo de excitación 545 por un alambrado adecuado (no mostrado pero similar al alambrado 181 y 183 de la incorporación de las figuras 1-10), extendiéndose a través del lado de la caja 423 y conectado eléctricamente al anillo de contacto 683 dentro de la cámara interna 455.
En operación, el liquido es entregado a la entrada de liquido 457 de la caja 423 para fluir a lo largo de la trayectoria de flujo, por ejemplo, dentro de la cámara interna 455, hasta la lumbrera de expulsión 483. Al fluir el liquido presurizado más allá del extremo terminal 423 de la guía de onda 521 hasta la lumbrera de expulsión 483, el conjunto de guía de onda 450 es operado en esencialmente la misma manera que el conjunto de guía de onda 150 del inyector de combustible 21 de las figuras 1-10 para hacer vibrar ultrasónicamente el extremo terminal de la guía de onda, tal como en la manera de un cuerno ultrasónico. La energía ultrasónica es por tanto impartida por el extremo terminal 523 de la guía de onda 521 al líquido justo antes de que el líquido entre en la lumbrera de expulsión 483 para generalmente atomizar el líquido (por ejemplo, para disminuir el tamaño de gota y estrechar la distribución de tamaño de gota del líquido que sale del dispositivo 421. La energización ultrasónica del líquido antes de que salga de la lumbrera de expulsión 483 generalmente produce una pulsación, generalmente un rociado de forma de cola de líquido atomizado entregado desde el dispositivo 421.
La figura 12 ilustra un dispositivo de entrega de líquido ultrasónico, generalmente indicado con el número 821, de acuerdo a una tercera incorporación de la presente invención. El dispositivo 821 de esta tercera incorporación es similar a aquel de la segunda incorporación excepto porque el conjunto de guía de onda 950 de esta tercera incorporación está ilustrado como estando solo parcialmente colocado dentro de la cámara interna 855 de la caja 823. La caja 823 de esta tercera incorporación comprende un miembro de caja 825 que define la cámara interna 855, y un cierre 826 (por ejemplo un cierre anular en la incorporación ilustrada) sujetado roscadamente sobre un extremo superior abierto 837 del miembro de caja para además definir la caja y para asegurar el segmento exterior 1089 del miembro de montaje 879 entre el cierre y el miembro de montaje para por tanto asegurar el miembro de montaje (y por tanto el conjunto de guia de onda 850) en su lugar. El miembro de montaje 879 por tanto aisla vibracionalmente la caja 823 de la vibración mecánica de la guia de onda 921 como se describió previamente en conexión con las incorporaciones primera y segunda. El inserto 882 de esta tercera incorporación está ilustrando como teniendo una pluralidad de lumbreras de expulsión 883.
En la incorporación ilustrada en la figura 12, el segmento inferior 933 de la guia de onda 921 se extiende completamente dentro de la cámara interna 855, mientras que el segmento superior 931 de la guia de onda se extiende hacia arriba desde el miembro de montaje 879 axialmente hacia fuera de la caja 823. El dispositivo de excitación 945, por ejemplo, los anillos piezoeléctricos 947, son colocados por tanto afuera de la caja 823 junto con el collar 951 que comprime los anillos en contra de la superficie superior del miembro de montaje 879. La corriente eléctrica puede ser entregada al dispositivo de excitación 945 por un alambrado adecuado (no mostrado) sin la necesidad de que el manguito 155, el anillo de contacto 165 y el anillo de guia 167 asociado con el inyector de combustible 21 ilustrado en las figuras 1-10. Sin embargo, se entiende que tal manguito, anillo de contacto y anillo de guia pueden ser incorporados en el dispositivo 821 ilustrado en la figura 12 sin departir del alcance de esta invención.
La figura 13 ilustra una cuarta incorporación de un dispositivo de entrega de liquido ultrasónico, generalmente indicado con el número 1021. El dispositivo 1021 de esta cuarta incorporación está ampliamente descrito aquí con referencia a cualquier dispositivo impulsado ultrasónicamente en el cual un rociado presurizado del liquido es expulsado desde el dispositivo después de la aplicación de la energía ultrasónica líquida, contemplándose que tal dispositivo puede tener aplicación en un aparato tal como, sin limitación, nebulizadores , y otros dispositivos de entrega de drogas, equipo de moldeado, humedecedores , aparatos de inyección de combustible para motores, sistemas de rociado de pintura, sistemas de entrega de tinta, sistemas de mezclado, sistemas de homogenización, sistemas de secado de rociado, sistemas de enfriamiento y otras aplicaciones en las cuales es utilizado un rociado de líquido generado ultrasónicamente.
El dispositivo ilustrado 1021 comprende una caja alargada designada generalmente con el número 1023 teniendo un miembro de caja superior 1025 (con respecto a la orientación vertical del dispositivo ilustrado en la figura 13), un miembro de caja intermedio 1026, y un miembro de caja inferior 1027. El miembro de caja superior 1025 incluye un extremo superior cerrado 1025A y un extremo inferior abierto 1025B. El miembro de caja intermedio 1026 está abierto en sus extremos longitudinales 1026A y 1026B. El miembro de caja inferior 1027 incluye un extremo superior abierto 1027A y un extremo inferior 1027B. El extremo inferior 1025B del miembro de caja superior 1025 asienta en contra del extremo superior 1026A del miembro de caja intermedio 1026 y los miembros de caja son asegurados juntos por el conector roscado adecuadamente 1029. El extremo inferior 1026B del miembro de caja intermedio 1026 conecta (por ejemplo una conexión roscada, de ajuste de presión u otra conexión adecuada) al extremo superior 1027A del miembro de caja inferior 1027. Como resultado, los miembros de caja superior, intermedio e inferior 1025, 1026 y 1027 juntos definen una cámara interna 1055 de la caja 1023. Se contempla que la caja puede alternativamente ser construida de menos de tres piezas además de tres piezas, dentro del alcance de esta invención .
En una incorporación del dispositivo 1021 ilustrada en la figura 13, el miembro de caja intermedio 1026 tiene una longitud que es significativamente mayor que las longitudes de los miembros de caja superior e inferior 1025 y 1027. Se entiende, sin embargo, que las longitudes relativas de cada uno de estos miembros de caja pueden variar. Por ejemplo, los miembros de caja superior, intermedio e inferior 1025, 1026 y 1027 pueden ser iguales en longitud, el miembro superior puede tener una longitud mayor que los miembros de caja intermedio e inferior, o el miembro de caja inferior puede tener una longitud mayor que los miembros de caja superior e intermedio .
Una abertura 1057 en la pared lateral 1152 del miembro de caja intermedio 1026 a un lado del extremo superior 1026A define una entrada 1057 para recibir el liquido adentro de la cámara interna 1055 de la caja 1023. Se contempla, sin embargo, que la entrada 1057 puede ser colocada esencialmente en cualquier parte a lo largo del lado del miembro de caja inferior 1027, a lo largo del lado del miembro de caja intermedio 1026, o a lo largo del lado del miembro de caja 1025 o extenderse a través del extremo cerrado 1025A del miembro de caja superior y permanecer dentro del alcance de esta invención .
El extremo inferior 1027B del miembro de caja inferior 1027 tiene un orificio roscado que se extiende axialmente 1080 para recibir roscadamente un inserto 1082 ahí de manera que el inserto además define la caja 1023 del dispositivo 1021. Una lumbrera de expulsión 1083 se extiende axialmente a través del inserto 1082 para definir ampliamente una lumbrera de expulsión (o salida) de la caja 1023 a través de la cual el liquido es expulsado desde la caja. Aún cuando el inserto 1082 ilustrado en la figura 13 tiene una lumbrera de expulsión única 1083, se contempla que el inserto puede comprender más de una lumbrera de expulsión. También está contemplado que el inserto 1082 puede ser omitido del todo y el extremo inferior 1027B del miembro de caja inferior 1027 puede ser formado con una o más lumbreras de expulsión 1083 ahi.
La cámara interna 1055 de la caja 1023 ampliamente define una trayectoria de flujo de liquido a lo largo de la cual el liquido puede fluir dentro de la caja 1023 desde la entrada 1057 a la lumbrera de expulsión 1083 para expulsar el liquido desde la cámara interna de la caja. Aún cuando el dispositivo 1021 ilustrado en la figura 13 tiene una entrada única 1057 y una lumbrera de expulsión única 1083, se contempla que el dispositivo puede comprender más de una entrada y/o más de una lumbrera de expulsión. La caja 1023 de la incorporación ilustrada es generalmente cilindrica pero puede adecuadamente ser de cualquier forma, y puede ser dimensionada dependiendo por lo menos en parte de la cantidad deseada de liquido que va a ser colocada dentro de la caja antes de la entrega, el número y tamaño de las entradas y lumbreras de expulsión, y la frecuencia de operación a la cual opera el dispositivo.
Un conjunto de guia de onda ultrasónico alargado, generalmente indicado en el 1150, se extiende axialmente de la caja 1123 (por ejemplo, en la dirección longitudinal o vertical de la caja ilustrada en la figura 13) . El conjunto de guia de onda ultrasónico comprende una guia de onda ultrasónica 1121 y un dispositivo de excitación 1145 mantenido en conjunto en la manera descrita en relación con la incorporación de las figuras 1-10. Como se ilustró en la figura 13, por lo menos una parte de la guia de onda 1121 está colocada dentro de la cámara interna 1055 de la caja 1023, y más específicamente, en la trayectoria de flujo del líquido desde la entrada a la lumbrera de expulsión de manera que el líquido fluye desde la entrada 1057 a la lumbrera de expulsión 1083 está en un contacto de fluido directo con la guía de onda.
En una incorporación adecuada, el conjunto de guía de onda ultrasónica completo 1150 está colocado dentro de la cámara interna 1055 de la caja 1023. En un arreglo, como se ilustró en la figura 13, el dispositivo de excitación 1145 está colocado dentro de la cámara interna 1055 pero está aislado de la trayectoria de flujo de líquido. Como resultado, el líquido que pasa a través de la cámara interna 1055 de la caja 1023 no hace contacto con el dispositivo de excitación 1145. SE entiende, sin embargo, que el dispositivo de excitación 1145 puede estar dentro de la trayectoria de flujo de líquido, por ejemplo, si la entrada 1057 está localizada en el extremo superior 1025A del miembro de caja superior 1025.
La guía de onda ultrasónica 1121 de esta incorporación comprende un cuerpo generalmente cilindrico y alargado que tiene una superficie exterior 1122. La guía de onda ultrasónica 1121 adecuadamente incluye una pluralidad de segmentos de longitud de onda de una mitad alineados axialmente de manera que la guía de onda tiene una o más regiones nodales y dos o más regiones antinodales. La guía de onda ilustrada 1121, por ejemplo, tiene cinco segmentos de longitud de onda de una mitad definiendo cinco regiones nodales y seis regiones antinodales. Se contempla, sin embargo, que la guía de onda ultrasónica 1121 puede tener más o menos segmentos de longitud de onda de una mitad que cinco incluyendo un segmento de longitud de onda de una mitad única. Un segmento de longitud de onda de una mitad único puede tener una región nodal y dos regiones antinodales. En una incorporación, los segmentos de longitud de onda de una mitad son formados separados uno de otro y conectados de extremo a extremo (por ejemplo, por una conexión roscada u otra conexión adecuada) para formar la guía de onda. Se entiende, sin embargo, que la guía de onda puede ser de una construcción de pieza única sin departir del alcance de esta invención.
Como se usó aquí, la "región antinodal" de la guía de onda ultrasónica 1121 se refiere a una región longitudinal o segmento de la guía de onda ultrasónica a lo largo de la cual ocurre muy poco (o ningún) desplazamiento transversal durante la vibración ultrasónica de la guía de onda ultrasónica y el desplazamiento longitudinal (por ejemplo axial en la incorporación ilustrada) de la guía de onda ultrasónica es generalmente maximizado. En la incorporación ilustrada, la guía de onda ultrasónica 1121 es tal que la región antinodal que está particularmente definida por un plano antinodal (por ejemplo un plano transversal a la guia de onda ultrasónica a la cual no ocurre un desplazamiento transversal mientras que el desplazamiento longitudinal está generalmente maximizado) está presente. Este plano es también a veces mencionado como el punto antinodal.
El dispositivo de excitación 1145 (por ejemplo, los anillos piezoeléctricos 1147 en la incorporación ilustrada) está en contacto directo con un segmento superior 1031 de la guia de onda ultrasónica 1121. La corriente eléctrica es suministrada al dispositivo de excitación 1145 por un alambrado adecuado (no mostrado pero similar al alambrado 181 y 183 de la incorporación de las figuras 1-10) extendiéndose a través del lado de la caja 1023 y conectado eléctricamente al anillo de contacto (similar al anillo de contacto 165 de la incorporación de las figuras 1-10) dentro de la cámara interna 1055.
Como se ilustró en la figura 13, por lo menos un miembro de agitación 1124 se extiende por lo menos en parte transversalmente hacia fuera desde el superficie exterior 1122 de la guia de onda ultrasónica 1121. En la incorporación ilustrada, está ilustrada una pluralidad de miembros de agitación 1124 en la forma de cuatro anillos de forma de rondana que se extienden continuamente alrededor de la circunferencia de la guia de onda ultrasónica 1121 en una relación espaciada longitudinalmente unos con otros y transversalmente (por ejemplo, radialmente en la incorporación ilustrada) desde la superficie exterior 1122 de la guia de onda ultrasónica. En esta manera, el desplazamiento vibracional de cada uno de los anillos en relación a la guia de onda ultrasónica 1121 es relativamente uniforme alrededor de la circunferencia de la guia de onda ultrasónica. Cada uno de los miembros de agitación 1124 está colocado en la cámara interna 1055 de la caja 1023 y específicamente dentro de la trayectoria de flujo del líquido entre la entrada 1057 y la lumbrera de expulsión 1083. Como resultado, el líquido que fluye a través de la trayectoria de flujo desde la entrada 1057 a la lumbrera de expulsión 1083 pasa cada uno de los miembros de agitación 1124. Se entiende, sin embargo, que los miembros de agitación 1124 no requieren cada uno ser continuos alrededor de la circunferencia de la guía de onda ultrasónica 1122. Por ejemplo, los miembros de agitación 1124 pueden en vez de esto estar en la forma de radios, cuchillas, aletas u otros miembros estructuras discretos que se extienden transversalmente hacia fuera desde la superficie exterior 1122 de la guía de onda ultrasónica 1121. Se entiende que el número de miembros de agitación 1124 (por ejemplo los anillos en la incorporación ilustrada) pueden ser menos que o más de cuatro sin departir del alcance de esta invención. También se entiende que el espaciamiento longitudinal entre los miembros de agitación 1124 puede ser otro que como se ilustró en la figura 13 (por ejemplo, ya sea más cerca o espaciados y separados) . Mientras que los miembros de agitación 1124 ilustrados en la figura 13 están igualmente espaciados longitudinalmente unos de otros, se contempla que en donde más de dos miembros de agitación están presentes el espaciamiento entre los miembros de agitación longitudinalmente consecutivos no requiere ser uniforme para permanecer dentro del alcance de esta invención.
Las ubicaciones de los miembros de agitación 1124 sobre la guia de onda ultrasónica 1121 son por lo menos en parte una función del desplazamiento vibratorio intentado de los miembros de agitación con la vibración de la guia de onda ultrasónica. En una incorporación adecuada, cada uno de los miembros de agitación 1124 está colocado en una región antinodal respectiva de la guia de onda ultrasónica 1121 para maximizar el movimiento longitudinal de los miembros de agitación a lo largo de la trayectoria de flujo mientras que se minimiza su movimiento transversal. Se entiende que los miembros de agitación 1124 pueden estar espaciados de la región antinodal de la guia de onda ultrasónica 1121 sin departir del alcance de esta invención. Se entiende además que para las incorporaciones que incluyen dos ó más miembros de agitación 1124, los miembros de agitación 1124 pueden estar localizados en ambas la región antinodal y la región nodal de la guia de onda ultrasónica.
Los miembros de agitación 1124 están suficientemente construidos (por ejemplo en material y/o dimensión de manera que el grosor y longitud transversal, la cual es la distancia a la que se extiende el miembro de agitación transversalmente hacia afuera desde la superficie exterior 1122 de la guía de onda ultrasónica 1121) para facilitar el movimiento dinámico, y en particular la flexión/doblado dinámicos de los miembros de agitación 1124 en respuesta a la vibración ultrasónica de la guía de onda ultrasónica. Aún cuando los miembros de agitación 1124 (por ejemplo los anillos) ilustrados en la figura 13 son relativamente planos, por ejemplo relativamente rectangulares en sección transversal, se entiende que los anillos pueden tener una sección transversal que es distinta de otra rectangular sin departir del alcance de esta invención. El término sección transversal es usado en este caso para referirse a la sección transversal tomada a lo largo de una dirección transversal (por ejemplo radialmente en la incorporación ilustrada) en relación a la superficie exterior 1122 de la guía de onda ultrasónica 1121) . Adicionalmente , aún cuando los miembros de agitación 1124 (por ejemplo los anillos) ilustrados en la figura 13 están construidos solo para tener un componente transversal, se contempla que el uno ó más de los miembros de agitación pueden tener por lo menos un componente longitudinal (por ejemplo axial) para tomar ventaja del desplazamiento vibracional transversal de la guía de onda ultrasónica 1121 (por ejemplo en y cerca de la región nodal de la guía de onda ultrasónica ilustrada en la figura 13) durante la vibración ultrasónica del conjunto de guía de onda ultrasónico 1150. Por ejemplo, uno ó más de los miembros de agitación 1124 puede ser formado con una sección transversal generalmente de forma de T, una sección transversal de forma de L, una sección transversal de forma de cruz u otra sección transversal adecuada.
El conjunto de guia de onda 1150 está interconectado adecuadamente a la caja 1023 dentro de la cámara interna 1055 por un miembro de montaje que se extiende t ransversalmente 1079A (ampliamente, "un primer miembro aislante") construido esencialmente en forma similar al miembro de montaje 79 de la incorporación de las figuras 1-10. El miembro de montaje aisla vibracionalmente la caja 1023 de la vibración mecánica de la guia de onda 1121. Se entiende que más de un miembro de montaje puede ser proporcionado. Como se ilustró en la figura 13, el miembro de montaje 1079A está formado como una pieza con el conjunto de guia de onda 1150 pero se contempla que el miembro de montaje puede ser formado como una pieza separada.
En la incorporación ilustrada, el miembro de montaje 1079A está fijo a la caja 1023 en la junta de los miembros de caja superior e intermedio 1025 y 1026 el cual está alineado con una de la región nodal de la guia de onda ultrasónica 1121. Como un resultado, el miembro de montaje 1079 inhibe el movimiento transversal del conjunto de guia de onda 1150. Está contemplado que el miembro de montaje 1079A puede tener ubicaciones diferentes a lo largo de la longitud de la guia de onda ultrasónica 1121 incluyendo en la región antinodal sin departir del alcance de esta invención El conjunto de guía de onda 1150 está axialmente soportado dentro de la cámara interna 1055 de la caja 1023 por un miembro estabilizante 1079B (ampliamente "un segundo miembro aislante") espaciado longitudinalmente del miembro de montaje. El miembro estabilizante 1079 incluye un componente radial 1088A y un componente axial 1088B como se describió en la patente de los Estados Unidos de América número 6,676,003 cuya descripción se incorpora aquí por referencia a la extensión de que es consistente con la misma. El miembro estabilizante 1079B coopera con el miembro de montaje 1079A para aislar vibracionalmente la caja 1023 de la vibración mecánica de la guía de onda 1121.
En una incorporación adecuada, el miembro estabilizante 1079B está colocado en la región nodal de la guía de onda ultrasónica 1121 para inhibir el movimiento transversal del conjunto de guía de onda 1150. Esta contemplado que el miembro estabilizante 1079B puede tener diferentes ubicaciones a lo largo de la longitud de la guía de onda ultrasónica 1121 incluyendo en la región antinodal sin departir del alcance de esta invención. Como se ilustró en la figura 13, el miembro estabilizante 1079B está colocado dentro de la cámara interna 1055 de la caja 1023 en medio de la entrada 1057 y de la lumbrera de expulsión 1083 de manera que el miembro estabilizante está colocado dentro de la trayectoria de flujo. Como un resultado, el miembro estabilizante 1079B incluye las aberturas (no mostradas) para permitir al liquido el pasar el miembro estabilizante al fluir éste desde la entrada 1057 a la lumbrera de expulsión 1083.
El miembro estabilizante 1079B está dimensionado y conformado en relación a la caja 1023 de manera que éste tiene un ajuste de fricción con la caja. Más específicamente, el componente radial 1088A del miembro estabilizante 1079B hace contacto con la superficie interior de la caja 1023 con una resistencia friccional suficiente de manera que durante el desplazamiento dinámico de la guía de onda ultrasónica 1121, el componente radial 1088A permanece estacionario con respecto a la caja. El componente axial 1088B del miembro estabilizante 1079B dobla/flexiona durante el desplazamiento dinámico de la guía de onda ultrasónica 1121 de manera que la guía de onda ultrasónica puede ser movida sin mover el componente radial 1088A. El miembro estabilizante 1079B, sin embargo, es capaz de un movimiento deslizante en relación a la caja 1023 en la dirección axial (longitudinal) de manera que la guía de onda ultrasónica pueda ser insertada dentro y removida de la cámara interna 1055 de la caja 1023. Se entiende que más de uno de los miembros estabilizantes puede ser proporcionado. Como se ilustró en la figura 13, el miembro estabilizante 1079B está formado como una pieza con el conjunto de guía de onda 1150 pero se contempla que el miembro estabilizante puede ser formado como una pieza separada.
En operación, el líquido es entregado a la entrada de líquido 1057 de la caja 1023 para el flujo a lo largo de la trayectoria de flujo por ejemplo dentro de la cámara interna 1055, a la lumbrera de expulsión 1083. Al fluir el líquido presurizado a lo largo de la guía de onda 1121 hacia la lumbrera de expulsión 1083, el conjunto de guía de onda 1050 es operado en esencialmente la misma manera que el conjunto de guía de onda 150 del inyector de combustible 21 de las figuras 1-10 para hacer vibrar ultrasónicamente la guía de onda. La energía ultrasónica es por tanto impartida por la guía de onda ultrasónica 1121 al líquido antes de que el líquido salga de la trayectoria de flujo a través de la lumbrera de expulsión 1083 para generalmente atomizar el líquido (por ejemplo para disminuir el tamaño de gota y estrechar la distribución de tamaño de gota del líquido que sale del dispositivo 1021) . La energización ultrasónica de líquido antes de que éste salga de la lumbrera de expulsión 1083 generalmente produce una pulsación, generalmente un rociado de forma de cono del líquido atomizado entregado desde el dispositivo 1021. Además, los miembros de agitación 1124 mezclan el líquido al fluir éste a través de la trayectoria de flujo. Ciertos líquidos (por ejemplo soluciones) pueden separarse indeseablemente en varias fases. Los miembros de agitación 1124 agitan el líquido durante la operación de la guía de onda ultrasónica 1121 al pasar el líquido por los miembros de agitación para por tanto mantener el líquido en un estado mezclado. Más específicamente, los miembros de agitación 1124 son dinámicamente desplazados longitudinalmente en relación a la caja 1023 dentro de la trayectoria de flujo de liquido debido a su colocación dentro de la región antinodal de la guia de onda ultrasónica 1121.
La figura 14 ilustra un dispositivo de entra de liquido ultrasónico, generalmente indicado con el número 1221, de acuerdo a una quinta incorporación de la presente invención. El dispositivo 1221 de esta quinta incorporación es similar a aquélla de la cuarta incorporación excepto porque el conjunto de guia de onda 1350 de esta quinta incorporación está ilustrado como estando solo parcialmente colocado dentro de la cámara interna 1255 de una caja 1223. La caja 1223 de esta quinta incorporación comprende una cámara interna 1255, y un cierre (por ejemplo un primer miembro de montaje 1279A en la incorporación ilustrada) que cierra un extremo superior abierto 1226A de un miembro de caja superior 1226 para además definir la cámara interna. En la incorporación ilustrada de la figura 14, un segmento inferior de la guia de onda ultrasónica 1321 se extiende completamente dentro de la cámara interna 1255 mientras que un segmento superior de la guia de onda ultrasónica se extiende desde el primer miembro de montaje 1279A axialmente hacia afuera de la caja 1223. El dispositivo de excitación 1345 está colocado por tanto exterior a la caja 1223. La corriente eléctrica puede ser entregada al dispositivo de excitación 1345 por un alambrado adecuado (no mostrado) sin la necesidad del manguito, el anillo de contacto y el anillo de guia asociados con el inyector de combustible 21 ilustrados en las figuras 1-10. Sin embargo, se entiende que tal anillo de contacto, manguito y anillo de guia pueden ser incorporados en el dispositivo 1221 ilustrado en la figura 14 sin departir del alcance de esta invención. La incorporación ilustrada en la figura 14 es muy adecuada para los usos teniendo liquido que es demasiado caliente para el dispositivo de agitación 1345. No solo esta incorporación aisla el dispositivo de excitación 1345 del liquido que pasa a través de la cámara interna 1255 de la caja 1223 sino que también permite al aire de enfriamiento el ser suministrado al dispositivo de excitación para mantener el dispositivo de excitación dentro de un rango aceptable.
Cada una de las incorporaciones establecidas en las figuras 13 y 14 también definen ampliamente las incorporaciones respectivas de un tratamiento de liquido ultrasónico y de un sistema de entrega en el cual un liquido es tratado ultrasónicamente como para agitar ó mezclar el liquido y después energizar ultrasónicamente adicionalmente justo antes de la salida del sistema para generar el rociado del liquido desde el sistema. Por ejemplo, con referencia a la incorporación de la figura 12, la guia de onda ultrasónica 1121 ampliamente incluye una primera guia de onda ultrasónica (por ejemplo esa parte de la guia de onda 1121 que incluye los miembros de agitación 1124) y una segunda guia de onda ultrasónica (por ejemplo aquélla parte de la guia de onda 1121 que se extiende abajo del miembro de agitación más inferior 1124 hasta el extremo terminal de la guia de onda) conectadas de extremo-a-extremo una a otra.
De acuerdo con un proceso para tratar ultrasónicamente y entregar un liquido, (por ejemplo combustible) desde tal sistema (por ejemplo en donde el liquido es combustible, para entregar el combustible a un motor de combustión interna en la forma de un rociado de gotas de combustible) , el liquido fluye a lo largo de la trayectoria de flujo del sistema desde la entrada 1057 de la caja 1023 a la salida, ó lumbrera de expulsión 1083. El liquido es por tanto dirigido para fluir a lo largo de la trayectoria de flujo sobre la primera guia de onda ultrasónica (por ejemplo la parte de la guia de onda 1121) que incluye por lo menos uno y en la incorporación ilustrada la pluralidad de miembros de agitación 1124). El dispositivo de excitación 1145 excita la primera guia de onda ultrasónica y los miembros de agitación 1124 para agitar ó mezclar el liquido al fluir éste a lo largo de la trayectoria de flujo. Por ejemplo, en donde el liquido es combustible, el combustible es agitado por los miembros de agitación para inhibir la separación de fase (y/o facilitar la homogenización) de los componentes de combustible.
El liquido es además dirigido a lo largo de la trayectoria de flujo para fluir sobre la segunda guia de onda ultrasónica (por ejemplo la porción de la guia de onda 1121 desde el miembro de agitación más inferior 1124 al extremo terminal de la guia de onda) hacia la lumbrera de expulsión 1083. La segunda guia de onda ultrasónica es excitada ultrasónicamente, por ejemplo, por el dispositivo de excitación 1145, para energizar ultrasónicamente el liquido justo antes de que el liquido salga del sistema (por ejemplo para atomizar ó reducir el tamaño de gota y estrechar la distribución de gota de liquido) a través de la lumbrera de expulsión 1083 para procesar adicionalmente (por ejemplo en donde el liquido es combustible, para la entrega a un motor en la forma de un rociado de gotas) .
La figura 15 ilustra otra incorporación de un tratamiento de liquido ultrasónico y de un sistema de entrega, generalmente indicado en el número 1501, en el cual las guias de onda ultrasónica primera y segunda 1503 y 121, respectivamente, están separados una de otra. En particular, el sistema 1501 de la figura 15 comprende un dispositivo de tratamiento ultrasónico, generalmente indicado con el número 1521 y un dispositivo de entrega ultrasónica separado generalmente indicado con el número 21. El dispositivo de tratamiento ultrasónico 1521 es esencialmente similar a aquél descrito en la solicitud de patente de los Estados Unidos de América también pendiente número 11/530,311 presentada el 8 de Septiembre de 2006, cuya descripción se incorpora aquí por referencia .
En particular, el dispositivo de tratamiento 1521 comprende una caja 1525 teniendo una cámara interna 1527, una entrada 1529 en comunicación de fluido con la cámara interna para recibir uno ó más líquidos y otros componentes adentro de la cámara, y una salida 1531 en comunicación de fluido con la cámara interna y a través de la cual sale el líquido de la caja. Un conjunto de guía de onda ultrasónico, generalmente indicado con el número 1533, se extiende longitudinalmente por lo menos en parte dentro de la cámara interna 1527 para energizar ultrasónicamente el líquido (y cualesquier otros componentes) que fluyen a través de la cámara interna. En particular, el conjunto de guía de onda ultrasónico 1533 de la incorporación ilustrada se extiende longitudinalmente desde el extremo inferior ó de entrada 1529 de la cámara 1527 hacia arriba del extremo de salida 1531 de la cámara a un extremo terminal 1535 de conjunto de guía de onda. Más adecuadamente, el conjunto de guía de onda 1543 está montado, ya sea directamente ó indirectamente en la caja 1525.
El conjunto de guía de onda ultrasónico 1535 adecuadamente comprende una guía de onda ultrasónica 1503 (por ejemplo un cuerno ultrasónico, ampliamente definiendo la primera guía de onda ultrasónica) colocada completamente dentro de la cámara interna 1527 de la caja 1525 para una inmersión completa dentro del líquido que está siendo tratado dentro de la cámara, y más adecuadamente está alineada coaxialmente con la pared lateral de la cámara 1537. La guía de onda ultrasónica 1503 tiene una superficie exterior que junto con la superficie interior de la pared lateral 1537 define una trayectoria de flujo dentro de la cámara interna 1527 a lo largo de la cual el liquido y otros componentes de flujo pasen la guia de onda dentro de la cámara. El conjunto de guia de onda 1535 de la incorporación ilustrada también comprende un mejorador 1539 coaxialmente alineado con y conectado a un extremo superior de la misma a un extremo inferior de la guia de onda 1503. Se entiende, sin embargo, que el conjunto de guia de onda 1535 puede comprender solo la guia de onda 1503 y permanecer dentro del alcance de esta invención. También se contempla que el mejorador 1539 puede estar colocado completamente afuera de la caja 1525, con la guia de onda 1503 montada en la caja, sin departir del alcance de esta invención.
El conjunto de guia de onda ultrasónico 1535, y más particularmente el mejorador 1539 en la incorporación ilustrada de la figura 15 está adecuadamente montado en la caja 1527 por un miembro de montaje (no mostrado) que está configurado para aislar vibracionalmente el conjunto de guia de onda (el cual vibra ultrasónicamente durante la operación del mismo) desde la caja del dispositivo de tratamiento ultrasónico 1525. Esto es, el miembro de montaje inhibe la transferencia de la vibración mecánica longitudinal y transversal del conjunto de guia de onda 1535 a la caja 1525 mientras que se mantiene la posición transversal deseada del conjunto de guia de onda (y en particular la guia de onda 1503) dentro de la cámara interna 1527 y se permite a ambos el desplazamiento longitudinal y transversal de la guia de onda dentro de la caj a .
Un sistema de impulsión ultrasónico adecuado 1541 (mostrado esquemáticamente en la figura 15 y definiendo ampliamente un dispositivo de excitación) incluye por lo menos un excitador (no mostrado) y una fuente de energía (no mostrado) está colocada afuera de la caja 1525 y conectada operativamente al mejorador 1539 (y más ampliamente al conjunto de guía de onda 1535) para energizar el conjunto de guía de onda para hacer vibrar mecánicamente ultrasónicamente. Los ejemplos de los sistemas de impulsión ultrasónica adecuados 1541 incluyen un sistema modelo 20A3000 disponible de Dukane Ultrasonics de St. Charles, Illinois, y un sistema modelo 2000CS disponible de Herrmann Ultrasonics de Schaumberg, Illinois. En una incorporación, el sistema de impulsión 1539 es capaz de operar el conjunto de guía de onda 1535 a una frecuencia en el rango de alrededor de 15 kilohertz a alrededor de 100 kilohertz, más adecuadamente en el rango de alrededor de 15 kilohertz a alrededor de 60 kilohertz, y aún más adecuadamente en el rango de alrededor de 20 kilohertz a alrededor de 40 kilohertz. Tales sistemas de impulsión ultrasónica 1539 son muy conocidos por aquéllos expertos en el arte y no tienen que ser descritos adicionalmente aquí.
Por lo menos una y más adecuadamente una pluralidad de miembros de agitación 1543 están conectados a la guia de onda ultrasónica 1503 y se extienden por lo menos en parte transversalmente hacia afuera desde la superficie exterior de la guia de onda en una relación longitudinalmente espaciada unos con otros. El tamaño, la construcción, la configuración, el arreglo y la operación de uno ó más miembros de agitación 1543 está adecuadamente de acuerdo con los miembros de agitación 1124, 1324 descritos previamente e ilustrados en las figuras 13 y 14 y en la solicitud de patente de los Estados Unidos de América previamente presentada número 11/530, 311.
El dispositivo de entrega ultrasónico 21 ilustrado en la figura 15 es esencialmente similar al dispositivo de entrega de la figura 1 incluyendo una caja 23 que tiene una cámara interna 55, una entrada 57, una lumbrera de salida ó de expulsión (no mostrada en la figura 15 pero idéntica a la lumbrera de expulsión 83 de la figura 7) , una guia de onda ultrasónica 121 (ampliamente la segunda guia de onda ultrasónica), un miembro de válvula 53 y un dispositivo de excitación 145. La entrada 57 a la caja del dispositivo de entrega ultrasónica 23 está en comunicación de fluido ó de flujo con la salida 1531 de la caja del dispositivo de tratamiento 1525, como tal mediante un conducto adecuado 1551, de manera que el liquido que sale del dispositivo de tratamiento fluye adentro de la cámara interna 55 del dispositivo de entrega ultrasónico a través de la entrada de la caja del dispositivo de entrega.
En otra incorporación adecuada, el dispositivo de entrega ultrasónico puede en vez de esto ser un dispositivo de flujo continuo tal como aquél ilustrado en cualquiera de las incorporaciones de las figuras 11 y 12.
En operación de acuerdo a un proceso para tratar ultrasónicamente y entregar un liquido, tal como combustible, el liquido es dirigido para fluir adentro de la caja 1525 del dispositivo de tratamiento ultrasónico 1521 y para además fluir a lo largo de la trayectoria de flujo ahí sobre la guia de onda 1503 y de los miembros de agitación 1543. El sistema de impulsión 1541 ultrasónicamente excita la guia de onda 1503 y los miembros de agitación 1543 para por tanto agitar ó mezclar el liquido. El liquido entonces fluye afuera del dispositivo de tratamiento 1521 a través de la salida 1531 de la misma y fluye a lo largo de una trayectoria de flujo a través del conducto 1551 hasta la entrada 57 del dispositivo de entrega ultrasónico 21. El liquido entonces fluye a lo largo de la trayectoria de flujo dentro de la caja del dispositivo de entrega 23 sobre el extremo terminal de la guia de onda ultrasónica 121 dentro de la caja.
El dispositivo de excitación 145 opera para excitar ultrasónicamente la guia de onda 121 dentro de la caja del dispositivo de entrega 23 para energizar ultrasónicamente el liquido justo antes de que el liquido salga de la caja del dispositivo de entrega. Por ejemplo, en donde el liquido es combustible, el combustible es energizado al fluir éste sobre el extremo terminal de la guia de onda 121 y a la lumbrera de expulsión para generalmente atomizar el combustible (por ejemplo para disminuir el tamaño de gota y estrechar la distribución del tamaño de gota del combustible que sale del dispositivo) . En la incorporación ilustrada en la figura 15 en donde el dispositivo 21 incluye el miembro de válvula 53, el dispositivo de excitación .145 es operado adecuadamente en la posición abierta del miembro de válvula para excitar ultrasónicamente la guia de onda del dispositivo de entrega 121.
Se contempla que un liquido distinto al combustible puede ser tratado y entregado usando el sistema descrito arriba sin departir del alcance de esta invención. Por ejemplo, sin limitación, los bitumenes derretidos, las pinturas viscosas, los adhesivos fundidos calientes, los materiales termoplásticos que se suavizan a una forma fluible cuando se exponen al calor y regresan a una condición relativamente asentada ó endurecida con el enfriamiento (por ejemplo el hule crudo, la cera, las poliolefinas y similares), los jarabes, los aceites pesados, las tintas, los medicamentos líquidos, emulsiones, soluciones, suspensiones y combinaciones de las mismas para tratarse y entregarse por el sistema descrito anteriormente.
Cuando se introducen los elementos de la presente invención ó de las incorporaciones preferidas de la misma, los artículos son, "una", "el" y "dicho" se intenta que signifiquen que hay uno ó más de los elementos. Los términos "comprendiendo", "incluyendo" y "teniendo" se intenta que sean inclusivos y signifique que pueda haber elementos adicionales distintos a los elementos listados.
Como pueden hacerse varios cambios en las construcciones y métodos anteriores sin departir del alcance de la invención, se intenta que toda la materia contenida de la descripción anterior y mostrada en los dibujos acompañantes sea interpretada como ilustrativa y no en un sentido limitante.

Claims (18)

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. Un sistema de tratamiento y de entrega de liquido ultrasónico que comprende: un dispositivo de tratamiento ultrasónico que comprende : una caja que tiene una cámara interna y una entrada en comunicación de fluido con la cámara interna de la caja por lo que el liquido entra en la cámara interna y una salida en comunicación de fluido con la cámara interna de la caja a través de la cual sale el liquido del dispositivo de tratamiento ultrasónico; una guia de onda ultrasónica colocada por lo menos en parte dentro de la cámara interna de la caja para energizar ultrasónicamente el liquido dentro de la cámara interna antes de que dicho liquido sea expulsado desde la caja a través de la salida, la guia de onda ultrasónica teniendo un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la guia de onda ultrasónica dentro de la cámara interna de la caja en medio de la entrada y la salida, el miembro de agitación y la guia de onda ultrasónica estando construidos y arreglados para un movimiento dinámico del miembro de agitación en relación a la guia de onda ultrasónica con la vibración ultrasónica de la guia de onda ultrasónica; y un dispositivo de excitación que opera para excitar ultrasónicamente dicha guia de onda ultrasónica y el miembro de agitación; y un dispositivo de entrega ultrasónico en comunicación de fluido con el dispositivo de tratamiento ultrasónico para recibir el liquido desde el dispositivo de tratamiento ultrasónico después del tratamiento de liquido por dicho dispositivo de tratamiento, el dispositivo de entrega ultrasónico comprende: una caja que tiene una cámara interna, una entrada para recibir el liquido desde el dispositivo de tratamiento adentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega y por lo menos una lumbrera de expulsión en comunicación de fluido con la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega por lo que el liquido dentro de dicha cámara interna sale de la caja del dispositivo de entrega en dicha por lo menos una lumbrera de expulsión; una guia de onda ultrasónica separada de la caja del dispositivo de entrega, dicha guia de onda estando colocada por lo menos en parte dentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega para energizar ultrasónicamente el liquido dentro de dicha cámara interna antes de que el liquido sea expulsado de dicha caja a través de por lo menos una lumbrera de expulsión; y un dispositivo de excitación que opera para excitar ultrasónicamente dicha guia de onda ultrasónica de dicho dispositivo de entrega.
2. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el dispositivo de entrega ultrasónico además comprende un miembro de válvula que puede moverse en relación a la caja entre una posición cerrada en la cual el liquido dentro de la cámara interna de dicho dispositivo se inhibe en contra de la expulsión desde la caja del dispositivo de entrega a través de por lo menos una lumbrera de expulsión, y una posición abierta en la cual el liquido es expulsado desde la caja del dispositivo de entrega a través de por lo menos una lumbrera de expulsión, el dispositivo de excitación es operado en la posición abierta del miembro de válvula para excitar ultrasónicamente dicha guia de onda ultrasónica de dicho dispositivo de entrega.
3. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque la pluralidad de miembros de agitación se extienden hacia afuera desde la guia de onda ultrasónica del dispositivo de tratamiento en una relación espaciada longitudinalmente unos con otros dentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de tratamiento.
4. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el miembro de agitación y la guia de onda ultrasónica del dispositivo de tratamiento ultrasónico están construidos y arreglados para amplificar el desplazamiento del miembro de agitación en relación al desplazamiento de la guia de onda ultrasónica de dicho dispositivo de tratamiento con la vibración ultrasónica de dicha guia de onda ultrasónica.
5. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 4, caracterizado porque la guia de onda ultrasónica del dispositivo de tratamiento tiene una región nodal y una región antinodal, el miembro de agitación se extiende transversalmente hacia afuera desde la guia de onda ultrasónica en la región antinodal.
6. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 5, caracterizado porque el miembro de agitación comprende un anillo que se extiende circunferencialmente alrededor de dicha guia de onda ultrasónica.
7. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque la guia de onda ultrasónica del dispositivo de entrega ultrasónico es generalmente tubular a lo largo de por lo menos una parte del mismo, dicha parte tubular teniendo un extremo terminal colocado dentro de la cámara interna de la caja de dicho dispositivo de entrega.
8. Un sistema de tratamiento y entrega de liquido ultrasónico que comprende: un dispositivo de tratamiento ultrasónico que comprende : una caja teniendo una entrada para recibir el liquido dentro de la caja, una salida a través de la cual sale el liquido de la caja del dispositivo de tratamiento, y una trayectoria de flujo interna en comunicación de fluido con la entrada y la salida para dirigir el flujo de liquido dentro de la caja desde dicha entrada a dicha salida; una guia de onda ultrasónica separada de la caja, dicha guia de onda ultrasónica siendo alargada y estando colocada por lo menos en parte dentro de la trayectoria de flujo para energizar ultrasónicamente el liquido dentro de la trayectoria de flujo, la guia de onda ultrasónica teniendo un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la guia de onda ultrasónica dentro de la trayectoria de flujo, el miembro de agitación y la guia de onda ultrasónica siendo construida y arreglada para un movimiento dinámico del miembro de agitación en relación a la guia de onda ultrasónica con la vibración ultrasónica de la guia de onda ultrasónica; y un dispositivo de excitación que opera para excitar ultrasónicamente dicha guia de onda ultrasónica y el miembro de agitación; y un dispositivo de entrega ultrasónico en comunicación de fluido con el dispositivo de tratamiento ultrasónico para recibir un liquido desde el dispositivo de tratamiento ultrasónico después del tratamiento de liquido por dicho dispositivo de tratamiento, el dispositivo de entrega ultrasónico comprende: una caja teniendo una cámara interna, una entrada para recibir el liquido desde el dispositivo de tratamiento dentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega y por lo menos una lumbrera de expulsión en comunicación de fluido con la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega por lo que el liquido dentro de la cámara interna sale de la caja del dispositivo de entrega en dicho por lo menos una lumbrera de expulsión; una guia de onda ultrasónica separada de la caja del dispositivo de entrega, dicha guia de onda estando colocada por lo menos en parte dentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de entrega para energizar ultrasónicamente el liquido adentro de dicha cámara interna antes de que el liquido sea expulsado desde la caja a través de por lo menos una lumbrera de expulsión; y un dispositivo de excitación que opera para excitar ultrasónicamente dicha guia de onda ultrasónica de dicho dispositivo de entrega.
9. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 8, caracterizado porque el dispositivo de entrega ultrasónico además comprende un miembro de válvula que puede moverse en relación a la caja entre una posición cerrada a la cual el liquido dentro de la cámara interna de dicho dispositivo es inhibido en contra de la expulsión desde la caja del dispositivo de entrega a través de por lo menos una lumbrera de expulsión, y una posición abierta en la cual el liquido es expulsado desde la caja del dispositivo de entrega a través de por lo menos una lumbrera de expulsión, el dispositivo de excitación de dicho dispositivo de entrega es operado en la posición abierta del miembro de válvula para excitar ultrasónicamente dicha guia de onda ultrasónica de dicho dispositivo de entrega.
10. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 8, caracterizado porque una pluralidad de miembros de agitación se extiende hacia afuera desde la guia de onda ultrasónica del dispositivo de tratamiento en una relación longitudinalmente espaciada unos con otros dentro de la cámara interna de la caja del dispositivo de tratamiento.
11. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 8, caracterizado porque el miembro de agitación y la guia de onda ultrasónica del dispositivo de tratamiento ultrasónico están construidos y arreglados para amplificar el desplazamiento del miembro de agitación en relación al desplazamiento de la guia de onda ultrasónica de dicho dispositivo de tratamiento con la vibración ultrasónica de dicha guia de onda ultrasónica.
12. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 11, caracterizado porque la guia de onda ultrasónica del dispositivo de tratamiento tiene una región nodal y una región antinodal, el miembro de agitación se extiende transversalmente hacia afuera desde la guia de onda ultrasónica en la región antinodal.
13. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque el miembro de agitación comprende un anillo que se extiende circunferencialmente a alrededor de dicha guia de onda ultrasónica.
14. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 8, caracterizado porque la guia de onda ultrasónica del dispositivo de entrega ultrasónica es generalmente tubular a lo largo de por lo menos una parte del mismo, dicha parte tubular teniendo un extremo terminal colocado dentro de la cámara interna de la caja de dicho dispositivo de entrega.
15. Un proceso para tratar ultrasónicamente un liquido y entregar el liquido como un rociado de gotas de liquido, dicho proceso comprende: dirigir el liquido para fluir a lo largo de una trayectoria de flujo sobre una primera guia de onda ultrasónica, dicha primera guia de onda ultrasónica teniendo por lo menos un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la misma y adentro de la trayectoria de flujo para el contacto con el liquido que fluye a lo largo de dicha trayectoria de flujo; excitar ultrasónicamente la primera de guia de onda ultrasónica y dicho miembro de agitación para agitar el liquido al fluir el liquido sobre la guia de onda ultrasónica y el miembro de agitación; además dirigir el liquido para fluir a lo largo de dicha trayectoria de flujo sobre una segunda guia de onda, dicha segunda guia de onda teniendo un extremo terminal adyacente a una salida de dicha trayectoria de flujo de manera que el liquido que fluye a lo largo de dicha trayectoria de flujo fluye sobre el extremo terminal de la segunda guia de onda antes de que el liquido salga de la trayectoria de flujo; excitar ultrasónicamente la segunda guia de onda ultrasónica por lo menos en dicho extremo terminal para energizar ultrasónicamente el liquido justo antes de que el liquido salga de la trayectoria de flujo de tal manera que el liquido salga de la trayectoria de flujo como un rociado de gotas de liquido.
16. El proceso tal y como se reivindica en la cláusula 15, caracterizado porque las guias de onda primera y segunda ultrasónicas están colocadas dentro de una caja común que tiene una cámara interna incluyendo una entrada, una salida y una trayectoria de flujo que se extiende desde dicha entrada a dicha salida de manera que la salida define la salida de la trayectoria de flujo, el extremo terminal de dicha segunda guia de onda ultrasónica estando colocado más cerca de dicha salida que dicho por lo menos un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la primera guia de onda ultrasónica.
17. El proceso tal y como se reivindica en la cláusula 16, caracterizado porque el paso de dirigir el liquido para fluir a lo largo de la trayectoria de flujo sobre una primera guia de onda ultrasónica comprende el dirigir el liquido para fluir a lo largo de la trayectoria de flujo sobre una primera guia de onda ultrasónica teniendo una pluralidad de miembros de agitación que se extienden hacia afuera desde la misma en una relación espaciada a lo largo de la trayectoria de flujo para el contacto con el liquido que fluye a lo largo de dicha trayectoria de flujo.
18. El proceso tal y como se reivindica en la cláusula 15, caracterizado porque la primera guia de onda ultrasónica está colocada dentro de la primera caja teniendo una cámara interna, una entrada a dicha cámara y una salida desde dicha cámara, dicha cámara interna define una parte de dicha trayectoria de flujo desde la entrada a dicha salida, y la segunda guia de onda ultrasónica está colocada dentro de una segunda caja separada de la primera caja y teniendo una cámara interna, una entrada en comunicación de fluido con la salida de la primera caja, y una salida, la cámara interna de la segunda caja además define dicha trayectoria de flujo de manera que la salida de dicha segunda caja define la salida de la trayectoria de flujo, el paso de dirigir además el liquido para fluir a lo largo de dicha trayectoria de flujo sobre una segunda guia de onda comprendiendo el dirigir el liquido que sale de la salida de la primera caja a la entrada de la segunda caja para fluir a través de la cámara interna de dicha segunda caja. R E S U M E En un sistema de proceso para ultrasónicamente prepare un liquido y entregar el liquido como un rociado de gotas de liquido, el liquido es dirigido para fluir a lo largo de una trayectoria de flujo sobre una primera guia de onda ultrasónica, con la primera guia de onda ultrasónica teniendo por lo menos un miembro de agitación que se extiende hacia afuera desde la misma y adentro de la trayectoria de flujo. La primera guia de onda ultrasónica y el miembro ó miembros de agitación son excitados para agitar el liquido al fluir el liquido a lo largo de la trayectoria de flujo. EL liquido es además dirigido para fluir a lo largo de la trayectoria de flujo sobre una segunda guia de onda, con la segunda guia de onda teniendo un extremo terminal adyacente a una salida de la trayectoria de flujo. La segunda guia de onda ultrasónica es excitada ultrasónicamente por lo menos en su extremo terminal para energizar ultrasónicamente el liquido justo antes de que el liquido salga de la trayectoria de flujo de manera que el liquido sale de la trayectoria de flujo como un rociado de gotas de liquido.
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