CN1018575B - 燃烧加水液体燃料的超声波燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种燃烧加水液体燃料的超声波燃烧装置，其主要部分中有带冷却套6的汽化器1和一个燃烧器4，各雾化部分中安装筒式供水槽及燃料供应槽，一个鼓风机26通过支管接头18，向雾化器及冷却套分配空气、水和燃料借助相应雾化器中的振荡器进行雾化，以某一角度倾斜地将其喷射到汽化器内，从而在燃烧器4中获得最佳燃烧混合物。加水在燃烧过程中有增湿作用。

Description

本发明有关燃烧加水液体燃料的燃烧装置，尤其与一种燃烧加水液体燃料的超声波燃烧装置有关，它用于加热***使燃料完全燃烧，并在燃烧中对燃料起增湿作用。

在液体燃料中加水有改进燃料的物理和化学作用。物理作用为当油滴及水滴从超声波雾化器中通过时，向一个汽化器喷入，初始的燃烧热使水滴迅速膨胀，造成油滴破裂，分解为细粒。这现象称为“微***”或“二次雾化”。进一步雾化的燃料颗粒大大地增加了燃料和空气接触的表面，因而改善可燃性，减少一氧化碳及油烟，即减少不完全燃烧的燃料，从而提高燃料的效率。

而氮氧化物和油烟被抑制

反应为吸热型，因此，燃烧初始阶段中因局部加热产生的氮氧化物受抑制，而且所产生的一氧化碳和不完全燃烧的燃料反应，进一步抑制氮氧化物的产生。

燃烧时水的变化如下：

一氧化碳变化如下：

式（b）中的反应最常见，而式（c）的反应极慢而罕见，可予忽视。式（a）反应产生羟基团，使式（b）反应加速，从而抑制一氧化碳的产生。反应（a）产生的羟基团防止油烟晶粒的发生，并抑制烃的聚合作用，和碳核生成，从而减少油烟微粒的生成。

在一氧化碳转变为二氧化碳的过程中产生的热量，大于HO还原所需的热量，从而火焰温度高于仅燃烧普通燃料的火焰温度。此外，当向蒸发器中供给空气时，雾化的水颗粒加一次空气跟雾化的燃料颗粒加二次空气互相冲撞相互扩散，提高它们之间的混合效果，从而使燃料达到稳定而完全的燃烧，节约能源。

美国专利说明书US4165961公开了一种带有超声波振荡器燃烧液体燃料的燃烧装置，在其中心部位设有振荡器，振荡器的前端设有雾化表面，鼓风机通过由内外壳构成的二次通风道提供二次风，并通过内壳上的小孔提供一次风，外壳端面连接有燃烧汽缸等。该燃烧装置由Langevin型，即包含晶体振荡振子的超声波振荡器构成，其发明任务是使液体燃料燃烧时喷雾稳定，以提高其燃烧效率。该装置的液体燃料是借助于螺杆泵供给超声波振荡器的，使其微粒化后与燃烧用的空气一起喷射到燃烧室内，最后由电极棒点火燃烧。

本发明的任务在于对上述类型燃烧装置作进一步发展，从而提出一种燃烧加水液体燃料的超声波燃烧装置，该装置用超声波 振荡器分别将液体燃料和水雾化成微粒，连同燃烧用空气一起喷射到汽化器内形成“二次雾化”，使其混合成油滴+燃烧用空气和水滴+燃烧用空气，然后在其内进行燃烧。加水有助于提高燃烧效率和减少废气中的有害物质，这方面已在开始时作了详述。

解决上述任务的技术措施是，使该装置包括一个主要部分，其中有一个汽化器、一个安装在该汽化器顶部的燃烧器，汽化器围有一个冷却套，还包括一个用二次供气管与冷却套连接的鼓风机，在主要部分和鼓风机之间配置并连接雾化器，鼓风机的供气管和支管接头连接，该接头有三个进口，其上分别设有气流控制螺旋调节器，其中一个进口和空气管连接，又和冷却套连接，两个进口分别和一次供气管连接，分别向水及燃料雾化器供给空气，和筒式供水槽及燃料供给槽的连接均设置成可拆卸结构，通过供给管和喷嘴连接，喷嘴以中心线夹角和下倾角以及阶梯高度装在汽化器的壁上，向汽化器供给雾化水及雾化燃料。

现在借助于附图所示的实施例对本发明作进一步的说明。其中：

图1为本发明整体结构的概略剖视图，

图2（ka）为本发明汽化器的俯视水平剖视图，

图2（na）及（da）为要发明汽化器的垂直剖视图，

图3为本发明支管接头的详图。

由图1可知，一个绕有预热电元件2的汽化器1的顶部，安装一个燃烧器4，和一个导直板5，在其下侧设置一个检测预热温度并保持预定温度的热敏电阻9，在两侧设置有超声波雾化器21及22的相应喷嘴8及10。汽化器1还有一个围绕其外周壁的套6，其上 安装点火塞3，一个进口接头7从壁中穿过，与二次供气管14连接。分别用于水和液体燃料的超声波雾化器部分21，22，其结构是设置成将一个有预定容积的筒式供给槽11，12可拆卸地安装在其上，相应的雾化器部分的底部设有保护柱管19，24，分别安放将经柱管19，24下侧上的孔进入的水和液体燃料雾化的超声波振荡器20，23。

雾化器部分的收集腔在其底板上分别设有突出部21a，22a通过将它们安装在适当的位置来和供给槽11，12的出口阀顶撞。收集腔还分别有橡胶安装件16，其上端牢固地安装着供给槽，设有空气通道，使空气从外部进入。

一次供气管30，32和水及燃料颗粒供给管13，15各有一端通过夹子与相应雾化器部分21，22的边侧及顶部连接，一次供气管30，32的另一端，和具有气流控制螺旋调节器17，17″的支管接头18的进口30′，32′连接，水及燃料管路13，15的另一端，分别和喷嘴8，10连接。

支管接头18的上端14′设有一个气流控制螺旋调节器17′，该端和二次供气管14连接，该管的另一端和冷却套6的进口7连接，支管接头18的下端，通过气管26′和鼓风机26连接，也可以在部位25处加设一个气流控制螺旋调节器。水及燃料的筒式供给槽11，12具有阀11a及12a，用弹簧力将相应的供给槽出口关闭，而将雾化器部分21，22的突出部21a，22a向上推时，出口打开。

下文叙述上述结构的操作。合上开关（未示）通电时，预热器2将汽化器1加热到230-240℃，这时通过控制热敏电阻9，保持汽化器的这一温度。预热结束后，鼓风机26起动（作预清洗）。预清 洗运转约10-20秒钟后，雾化器21及22和一个普通点火变压器（未示）通电，使已知火花塞点火器点火，燃烧开始。

鼓风机26从外部抽入的空气，经过滤清器27过滤，通过支管接头18分配，经一次供气管32，进入超声波燃料雾化器22，经一次供气管30进入超声波水雾化器21。经超声波振荡器20，23雾化的水滴加一次空气及燃料滴加一次空气分别经供给管13及15输送，并通过喷嘴8，10喷入汽化器1。

鼓风机26供给的一次空气，除供给雾化器21，22外，还通过二次供气管14及进口7进入冷却套6，以冷却汽化器1，在随废气排出前，对冷却套上侧的燃烧器4助燃。

当喷嘴8及10向某一平面中心定向，喷嘴中心线夹角在20至60度范围内，在图2（ka）中以Q1，Q2表示，并向下倾斜0至15度，在图2（da）中以角Q3，Q4表示，相对的阶梯高度关系如图2（na）中的h1＝h2或h1＝h2×1.1-1.25，则雾化水滴加一次空气和燃料滴加一次空气在汽化器1中由于碰撞和涡旋，混合最佳。当水喷嘴位置比燃料喷嘴低时，由于较易汽化的水滴的升力，阻止了未雾化的燃料滴落下，改善了燃料消耗。

这样取得的燃料、水和空气的混合物即刻汽化，造成前述的微***，通过导直板5送入燃烧器4中燃烧。在上述过程中伴随有一部分化学反应及物理效应。

支管接头18有呈分枝树干形，如图3所示，其上设有和供气管14，30，32相应的气流控制螺旋调节器17′，17，17″所安装的底座31，28，29，可以根据使用的燃料种类来调节供气。

借助转速检测器33检测鼓风机电动机的转速，按照运转中生 热的变化对总的供气进行调节。

为说明本发明的效果，采用超声波振荡器的超声波雾化器可取得尺寸为10微米的燃料滴与水滴的雾化，水加入燃料的容积比为0.1-0.4比1，以减少氮氧化物（NOx），油烟及一氧化碳，提高防空气污染效果，并提高燃料效率以节约能源。并且，喷嘴的位置和定向的安排，可取得雾化水及燃料跟在旋流中的空气较好混合和互相碰撞的效果。于是，随着燃料完全燃烧的燃烧稳定性增加，使燃料加水混合的作用有很大提高。此外，在燃烧过程中加水，有湿润作用，从而不必在燃烧***设置单独的增湿器。

如上所述，本发明用超声波将液体燃料和水雾化，并在预热汽化器中将其混合，用一个结构简单的装置改进热的产生和燃料完全燃烧，并取得湿润效果，这种装置便于使用和操纵，易于制造，并有节约能源的优点。

Claims (3)

1、一种燃烧加水液体燃料的超声波燃烧装置，包括一个超声波振荡器、一个燃烧室、一个液体燃料源及其供给管路、一个一次通风道、一个气源和一个二次通风道，其特征在于，该装置包括一个主要部分，其中有一个汽化器(1)、一个安装在该汽化烧器顶部的燃烧器(4)，汽化器围有一个冷却套(6)，还包括一个用二次供气管与冷却套连接的鼓风机(26)，在主要部分和鼓风机(26)之间配置并连接雾化器(21，22)，鼓风机(26)的供气管(26′)和支管接头(18)连接，该接头(18)有进口(4′，30′，32′)，其上分别设有气流控制螺旋调节器，进口(14′)和空气管(14)连接，又和冷却套(6)连接，进口(30′)及(32′)分别和一次供气管(30，32)连接，分别向水及燃料雾化器(21，22)供给空气，和筒式供水槽及燃料供给槽(11，12)的连接均设置成可拆卸结构，通过供给管(13，15)和喷嘴(8，10)连接，喷嘴(8，10)以中心线夹角(Q1，Q2)和下倾角(Q3，Q4)以及阶梯高度(h1，h2)装在汽化器(1)的壁上，向汽化器供给雾化水及雾化燃料。

2、如权利要求1中所述的装置，其特征在于，喷嘴（8，10）的中心线夹角（Q1，Q2）为20-60度，下倾角（Q3，Q4）为0-15度，其阶梯高度（h1，h2）为h1＝h2。

3、如权利要求1中所述的装置，其特征在于，喷嘴（8，10）的中心线夹角（Q1，Q2）为20-60度，下倾角（Q3，Q4）为0-15度，其阶梯高度（h1，h2）为h1＝h2×1.1-1.25。

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