專利名稱：高效燃油噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃油起動(dòng)(fired)燃燒器領(lǐng)域，并具體地涉及用于以霧化流體霧化燃油的噴射器噴嘴。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種具有新型結(jié)構(gòu)的噴射器噴嘴，其包括制造經(jīng)濟(jì)的噴射器尖端，其中燃油和流體有效并高效地彼此接觸。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)情況由1994年11月29日授權(quán)的美國(guó)專利5,368,280的教導(dǎo)內(nèi)容并由J.Inst.Fuel，1974年(12月)，第47卷，第251-261頁(yè)中P.J.Mullinger等人撰寫的名稱為“內(nèi)部混合多射流雙流體噴射器的結(jié)構(gòu)和性能”示例性給出。然而，盡管過(guò)去在燃油霧化領(lǐng)域作出很多改進(jìn)，仍存在諸多問(wèn)題。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，一直在探索工作效率方面的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高效液體燃料噴射器，其降低工作及維護(hù)成本并減少不理想的排放。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噴嘴的原始成本也很低。根據(jù)本發(fā)明的概念和原理，噴嘴的實(shí)施例可以被構(gòu)造成包括一細(xì)長(zhǎng)大致管狀元件，該元件確定了一液體燃料預(yù)霧化腔室。該管狀元件優(yōu)選地可以具有至少局部圍繞所述腔室延伸的外壁、適于連接到液體燃料源上的上游端、以及下游燃料供給出口。噴嘴也可以優(yōu)選地包括確定一大致環(huán)形加壓霧化流體供給導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，其以相對(duì)預(yù)霧化腔室成環(huán)繞關(guān)系而設(shè)置。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括用于連接到加壓霧化流體源的導(dǎo)管入口，以及下游加壓霧化流體供給出口。管狀元件的外壁具有至少一個(gè)穿過(guò)它的孔，該孔定位成使腔室和導(dǎo)管連通，以允許加壓霧化流體進(jìn)入腔室內(nèi)，且在該處?kù)F化流體作用為至少局部霧化燃料并在所述腔室內(nèi)產(chǎn)生第一霧化流體和燃料的混合物。噴嘴也可包括霧化尖端，其至少具有一個(gè)內(nèi)部混合口結(jié)構(gòu)，其與燃料和流體供給出口連通，以用于在其內(nèi)接收并混合來(lái)自所述腔室的流體和燃料的第一混合物和來(lái)自導(dǎo)管的另外的加壓霧化流體，以便進(jìn)一步霧化液體燃料并產(chǎn)生流體和燃料的第二混合物。
在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提供了一種高效液體燃料噴射器，其包括確定液體燃料預(yù)加熱腔室的細(xì)長(zhǎng)大致管狀元件。該管狀元件具有至少局部圍繞所述腔室延伸的外壁、適于連接到液體燃料源上的上游端，以及下游燃料供給出口。在本發(fā)明這種形式中，噴嘴可以包括確定大致環(huán)形加壓霧化流體供給導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，其相對(duì)于腔室以圍繞關(guān)系設(shè)置。這種結(jié)構(gòu)可優(yōu)選包括適于連接到加熱加壓霧化流體源的導(dǎo)管入口和下游加壓霧化流體供給出口。該噴嘴可構(gòu)造成至少管狀元件外壁的一部分由導(dǎo)熱材料制成。該部分可以具有定位成與腔室內(nèi)的液體燃料相接觸的內(nèi)表面和定位成被導(dǎo)管內(nèi)加熱加壓霧化流體接觸的外表面，從而燃料通過(guò)從加熱的流體通過(guò)該部分的導(dǎo)熱材料到達(dá)燃料這樣的傳導(dǎo)而加熱。噴嘴也可以包括霧化尖端，該尖端包括至少一個(gè)混合口結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與供給出口流體連通，用于接收和混合來(lái)自腔室的被加熱液體燃料和來(lái)自導(dǎo)管的霧化流體，從而霧化被加熱的液體燃料。
進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明的概念和原理，可以通過(guò)外壁設(shè)置一孔。該孔可以連通腔室和導(dǎo)管，以便允許加熱加壓流體進(jìn)入腔室，并至少局部地霧化其中的所述液體燃料。
仍進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方面，在噴嘴尖端內(nèi)的口結(jié)構(gòu)可以為Y形的，并被構(gòu)造成包括第一細(xì)長(zhǎng)口，其具有與燃料供給開口流體連通的上游端和下游端；以及第二細(xì)長(zhǎng)口，其具有與流體供給出口流體連通的上游端和下游端。第一口和第二口可優(yōu)選傾斜設(shè)置，并定位成第一口的下游端與第二口在后者各端部之間的位置相交。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，穿過(guò)第一口的至少局部霧化的燃料在第二口與穿過(guò)第二口的霧化流體混合。從而霧化流體進(jìn)一步霧化燃料，且被霧化燃料和霧化流體的混合物從噴嘴尖端通過(guò)第二口的下游端排出。同樣，通過(guò)這種口的配置，穿過(guò)第一口的被加熱燃料可以在第二口與穿過(guò)所述第二口的霧化流體混合并霧化，從而被霧化燃料和被加熱的霧化流體的混合物通過(guò)第二口的下游端排出。另外，當(dāng)采用這種口配置時(shí)，穿過(guò)第一口的被加熱并至少局部霧化的燃料可以在第二口與穿過(guò)第二口的霧化流體混合，并進(jìn)一步霧化，從而被霧化燃料和被加熱霧化流體的混合物可以接著通過(guò)第二口的下游端排出。
在本發(fā)明特別優(yōu)選形式中，來(lái)自第一口的燃料可以作為一錐形薄層而引入第二口中，該薄層定位成被流過(guò)第二口的霧化流體刺穿。來(lái)自第一口的燃料可以至少被局部霧化和/或加熱。
本發(fā)明也提供了一種用于霧化液體燃料的高效方法。在本發(fā)明優(yōu)選形式中，該方法可包括提供液體燃料并使其流入并穿過(guò)預(yù)霧化腔室。該方法還可包括將加壓霧化流體的第一部分注入流過(guò)所述腔室的液體燃料中，以便至少局部地霧化所述燃料，并提供含有被霧化燃料和霧化流體的第一混合物。根據(jù)本發(fā)明，第一混合物接著從腔室傳送，使其流入并通過(guò)霧化尖端內(nèi)連接到所述腔室上的第一細(xì)長(zhǎng)口。加壓霧化流體的第二部分可以被引入在尖端內(nèi)的第二細(xì)長(zhǎng)口中，并使其流過(guò)第二口。來(lái)自第一口的第一混合物被引入第二口中，并使其與加壓霧化流體的第二部分緊密混合，以便進(jìn)一步霧化燃料，并提供含有被霧化的燃料和霧化流體的第二混合物。第二混合物然后可以從尖端排出。根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的方面，液體燃料可以在腔室內(nèi)加熱。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，腔室可以為細(xì)長(zhǎng)的大致管狀形狀，而可以使霧化流體以圍繞腔室外壁的關(guān)系流入環(huán)形流動(dòng)路徑中。在本發(fā)明的這種形式中，流體向腔室內(nèi)的注入可以經(jīng)由設(shè)置在所述壁內(nèi)的開口實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方面，第一混合物作為錐形薄層而被引入第二口，該薄層被流過(guò)第二口的霧化流體刺穿。根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選方面，各口成角度設(shè)置，第二口具有入口端和出口端，而第一口被定位成與第二口在其各端之間的位置相交。根據(jù)本發(fā)明的原理和概念，所述腔室優(yōu)選地為細(xì)長(zhǎng)的大致管狀形狀，并且霧化流體可以為蒸汽。優(yōu)選地使該蒸汽流入相對(duì)腔室外壁為圍繞關(guān)系的環(huán)形流動(dòng)路徑中，且其注入經(jīng)由設(shè)置在該壁內(nèi)的開口實(shí)現(xiàn)。加熱通過(guò)蒸汽與腔室內(nèi)的液體燃料混合以及通過(guò)該壁的熱傳導(dǎo)二者實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明另外的優(yōu)選方面，設(shè)置了另一用于霧化液體燃料的高效方法。在本發(fā)明該形式中，該方法包括提供液體燃料并使其流入且通過(guò)預(yù)加熱腔室；在腔室內(nèi)加熱液體燃料；從腔室傳送加熱的燃料并使該燃料流入且通過(guò)在霧化尖端內(nèi)與腔室相連的第一細(xì)長(zhǎng)口；引導(dǎo)加壓霧化流體進(jìn)入在尖端內(nèi)的第二細(xì)長(zhǎng)口，并使該流體流過(guò)第二口；引導(dǎo)來(lái)自第一口的被加熱燃料進(jìn)入第二口，并使其與加壓霧化流體緊密混合，以便霧化被加熱的燃料，并提供包括被霧化燃料和霧化流體的混合物；以及將該混合物從尖端排出。
優(yōu)選地是，根據(jù)本發(fā)明的概念和原理，該腔室為細(xì)長(zhǎng)的大致管狀形狀，而霧化流體為蒸汽?？梢允拐羝魅胂鄬?duì)腔室外壁成圍繞關(guān)系的環(huán)形流動(dòng)路徑中，而加熱可以由通過(guò)該壁的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，上述本發(fā)明的兩個(gè)或多個(gè)方面可以結(jié)合到一個(gè)的噴射器中以獲得優(yōu)化的工作效果。


圖1是示出實(shí)施本發(fā)明的原理和概念的噴射器的局部剖視圖；圖2是作為圖1中噴射器一部分的噴射器噴嘴尖端的放大平面圖；圖3是噴射器噴嘴尖端的放大視圖；圖4是沿圖2的線4-4截取的噴射器噴嘴尖端的放大剖視圖；圖5是作為圖1中噴射器一部分的中心供油管的放大端視圖；圖6是大致沿圖5的線6-6截取的圖5的供給管的橫截面圖；圖7是沿圖1的線7-7截取的噴射器的橫截面圖；以及圖8是經(jīng)過(guò)本發(fā)明的Y形口陣列的流體作用的示意性說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施本發(fā)明原理和概念的高效燃油噴射器噴嘴示于附圖中，其中它總體上由附圖標(biāo)記10標(biāo)識(shí)。如圖所示，噴射器噴嘴10被設(shè)計(jì)成采用Y形噴射霧化(Y-jet atomization)原理；然而，本發(fā)明也存在幾個(gè)不必采用Y形噴射噴嘴尖端的方面。參照?qǐng)D1，噴射器噴嘴10包括主體部分12、中間結(jié)構(gòu)部分14、霧化尖端16、以及尖端護(hù)罩部分18。
如圖所示，噴嘴10的主體部分12包括同心管20和22。內(nèi)部管22為細(xì)長(zhǎng)大致管狀元件形式，其優(yōu)選地具有上游區(qū)段24，其包括適于以傳統(tǒng)方式連接到液體燃料源上的上游端；和下游區(qū)段26。燃油被傳送過(guò)管22，同時(shí)蒸汽或其它霧化流體，如加壓空氣被傳送過(guò)呈現(xiàn)為圍繞管22的細(xì)長(zhǎng)、大致管狀的壓力霧化流體供給導(dǎo)管28的外部管20。導(dǎo)管28的上游端也適于以傳統(tǒng)方式連接到加壓霧化流體源上。在上述連接中，燃油噴嘴領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在燃料為重燃油時(shí)，蒸汽可以是優(yōu)選的霧化流體。另一方面，當(dāng)所選擇的燃油為較輕、更易揮發(fā)的油時(shí)，加壓空氣可能是優(yōu)選的霧化流體。
如本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所公知的，燃油可以在其導(dǎo)入下游區(qū)段26之前穿過(guò)小孔(未示出)。這種小孔用于控制燃油的流動(dòng)。另外，由于已通過(guò)這種小孔，所以燃油可以被部分霧化。
可以在管22下游區(qū)段26的壁32內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)小孔30。這些孔30與導(dǎo)管28和設(shè)置在區(qū)段26內(nèi)側(cè)的腔室34互連，并從而允許在導(dǎo)管28內(nèi)流動(dòng)的蒸汽或其它霧化流體的一部分分流到腔室34內(nèi)，在該處它們與燃油混合并起作用使燃油霧化。為了利于這種流動(dòng)，理想的是，霧化流體應(yīng)具有比區(qū)段26內(nèi)的油壓高的壓力，優(yōu)選地是高10到20psi。流過(guò)孔30的蒸汽或其它霧化流體與腔室34內(nèi)的燃油互相混合并霧化或進(jìn)一步霧化燃油。從而，腔室34可稱為預(yù)霧化腔室。從而，預(yù)霧化腔室34的功能為利于燃油預(yù)霧化并利于燃油和噴射器流體預(yù)混合。
噴射器10的中間部分14可以包括多個(gè)經(jīng)由環(huán)形室37與導(dǎo)管28進(jìn)行流體連通的孔或管36，如圖所示。雖然本發(fā)明的噴射器示出具有四個(gè)孔(見(jiàn)圖7)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到，孔36的實(shí)際數(shù)量可以根據(jù)噴嘴尖端16內(nèi)霧化燃料所需蒸汽量而改變。根據(jù)本發(fā)明的概念和原理，在一些情況下，噴射器10可以在部分14內(nèi)具有多至十個(gè)或更多的孔36。一般地講，孔36優(yōu)選地圍繞噴射器10的縱軸74均勻分隔。無(wú)論其數(shù)量多少，孔36的下游端39設(shè)置成開口于設(shè)置在部分14內(nèi)的環(huán)形槽38中。
區(qū)段26的下游端40容放在部分14內(nèi)的開口41內(nèi)，且在端部40和開口41之間的接合處優(yōu)選地由一系列迷宮槽(labyrinth grooves)42密封，如圖所示。在這方面也應(yīng)指出的是，區(qū)段26內(nèi)的腔室34在端部40被具有一減小直徑的孔44的環(huán)形部分43封閉?？?4經(jīng)由開口41的未被端部40填充的部分與區(qū)段26內(nèi)的腔室34和部分14內(nèi)的腔室46互通。
噴射器噴嘴10的霧化尖端16在附圖的圖2、3和4中清晰示出。尖端16優(yōu)選包括內(nèi)腔56和混合口結(jié)構(gòu)，后者優(yōu)選為延伸穿過(guò)尖端16的多個(gè)大致Y形口陣列48形式。如圖所示，尖端16具有這些Y形口陣列48中的四個(gè)，然而，實(shí)際數(shù)量可以根據(jù)其內(nèi)使用噴射器噴嘴10的理想工作特性而改變。根據(jù)本發(fā)明的廣義方面應(yīng)指出的是，關(guān)于尖端，混合口的精確結(jié)構(gòu)并不是關(guān)鍵，只要該尖端作用于將霧化流體與液體燃油緊密接觸以使液體燃料霧化即可。
即使尖端16可以包括多個(gè)Y形口陣列48，這些口陣列為大致相同結(jié)構(gòu)。于是，為了描述本發(fā)明的目的，將參照?qǐng)D2、3和4只描述一個(gè)口陣列48。每個(gè)口陣列48可優(yōu)選包括設(shè)置成經(jīng)由孔44、腔室46和腔室56與腔室34流體連通的燃油口50；霧化流體口51，其包括設(shè)置成經(jīng)由槽38、管36和腔室37與導(dǎo)管28流體連通的進(jìn)入部分52；以及與口50和進(jìn)入部分52都流體連通的排出口部分54。如圖4中清晰可見(jiàn)，排出口部分54和霧化流體進(jìn)入口部分52基本對(duì)齊。從圖1中也可看到，內(nèi)部腔室56與中間部分14中的腔室46對(duì)齊并與之流體連通。燃油口50開口于腔室56內(nèi)并與之流體連通，如圖所示。進(jìn)入部分52相對(duì)部分54具有減小的直徑，并開口于環(huán)形槽38內(nèi)并與后者流體連通。
尖端16優(yōu)選具有平坦表面80，其優(yōu)選與部分14區(qū)段58的平面環(huán)形表面82和84(見(jiàn)圖7)密封接合，如圖所示?？梢酝ㄟ^(guò)螺紋、焊接或其它方式連接到中間部分14的減小直徑區(qū)段58上的尖端護(hù)罩18簡(jiǎn)單地將尖端16和中間部分14固定到一起，如圖1所示，且表面80與表面82和84密封接觸。
在工作中，利用過(guò)熱蒸汽作為霧化流體，并參照附圖所示實(shí)施例，蒸汽經(jīng)由孔30而注入腔室34內(nèi)，并與腔室34內(nèi)的霧化油至少部分地混合。然后，燃油和蒸汽的混合物流出預(yù)霧化腔室34，通過(guò)孔44，通過(guò)腔室46和56，進(jìn)入口50中。該預(yù)霧化的燃油和蒸汽混合物從而被分成和噴射器尖端16內(nèi)的口陣列48數(shù)量那么多的流束。
穿過(guò)每個(gè)口50的流束傾斜地射入相應(yīng)的排出口部分54，如圖4和8清晰所示。已經(jīng)得以確定的是，穿過(guò)口50的流束由此沿排出口部分54的內(nèi)壁形成燃油/蒸汽混合物的圓錐形薄層，該流束包括燃油和蒸汽的預(yù)霧化混合物而且傾斜地射入排出口部分54。該圓錐形薄層在圖8中示意性示出，在圖中以附圖標(biāo)記70標(biāo)識(shí)。
來(lái)自導(dǎo)管28的蒸汽穿過(guò)孔36并收集在環(huán)形槽38中。由于口51的進(jìn)入部分52與槽38流體連通，因此蒸汽也可以被分成如噴射器尖端16內(nèi)口陣列48數(shù)量那么多的流束。蒸汽從槽38通過(guò)部分52流動(dòng)，并與來(lái)自口50的射入口部分54的燃油-蒸汽混合物匯合。來(lái)自口部分52的蒸汽，其優(yōu)選以聲速流動(dòng)刺穿圓錐形薄層，如圖8中箭頭72示意性示出的，并與來(lái)自口50的蒸汽-燃油混合物緊密混合，從而在排出部分54進(jìn)一步霧化。從而，排出部分54作為最終混合室，用于最終燃油-蒸汽混合。在后一方面，應(yīng)指出的是，在部分54內(nèi)，燃料抵靠著部分54的內(nèi)壁被推出，在該處形成中空的環(huán)形流。霧化流體在中空中心，從而霧化流體和燃料之間的接觸面積被最大化。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方面，通過(guò)孔30注入腔室34內(nèi)的霧化流體量可以從霧化流體總流量的約15％到約75％變化。當(dāng)然，剩余量將通過(guò)口部分52注入口51內(nèi)。然而，在這方面也應(yīng)意識(shí)到的是，如果霧化流體被加熱，諸如其若為蒸汽一樣，即便未提供孔，效率也將獲得一定的提高，而且100％的霧化流體經(jīng)過(guò)口51引入。在這種情況下，管20、22作用為熱交換器，以使管22內(nèi)的燃料變熱。其結(jié)果為燃料黏度減小，并從而利于其在噴嘴尖端16發(fā)生霧化。
特別應(yīng)指出的是，根據(jù)本發(fā)明，蒸汽在其進(jìn)入到部分52后以直線運(yùn)行，從而利于提高蒸汽速度(優(yōu)選為聲速)，直到蒸汽遇到混合有從口50排出的蒸汽的燃油的圓錐形薄層70時(shí)為止。這種高速蒸汽向由從口50排出并傾斜地射入部分54的蒸汽-燃油混合物形成的圓錐形薄層70施加非常高的剪切力。這種相互作用有利于將燃油霧化成微細(xì)的霧。
當(dāng)燃油在腔室34內(nèi)與霧化流體一部分預(yù)混合時(shí)，如上所述，Y形口陣列48的燃油口50優(yōu)選擴(kuò)大，以便攜帶更大量的流體，從而減小并最小化結(jié)渣。此外，尤其是當(dāng)霧化流體被加熱時(shí)，諸如蒸汽用作霧化流體的情況，燃油黏度減小，從而增大霧化過(guò)程的總效率。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方面，每個(gè)口50的橫截面流通面積(cross-sectional flow area)與每個(gè)相應(yīng)口部分52的橫截面流通面積的比率可優(yōu)選在約1.2到約3的范圍內(nèi)，這取決于在預(yù)混合和霧化之間的霧化介質(zhì)的分流(split)。也應(yīng)指出的是，口54要比口50或52的橫截面流通面積大，這是由于它必須足夠大以攜帶燃料和霧化流體總量。優(yōu)選地是，每個(gè)口54的流通面積可以為相應(yīng)口50和口部分52流通面積總和的約1到約1.7倍范圍。但應(yīng)指出的是，口的大小可以根據(jù)要得到的后果、總霧化流體對(duì)燃料的比率和經(jīng)由孔30注入腔室34的霧化流體的相對(duì)量而改變。如燃燒器領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知的，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為火焰長(zhǎng)度和NOx排放。長(zhǎng)火焰將減少NOx排放，而短火焰正相反。于是，需要設(shè)計(jì)者來(lái)確定對(duì)于給定應(yīng)用場(chǎng)合哪種折衷是理想的。
口51優(yōu)選地相對(duì)燃油噴射器10的縱軸74傾斜定位。該角度優(yōu)選地在從約2°到約30°的范圍內(nèi)，這取決于優(yōu)化整個(gè)用途所需要的。如燃燒器領(lǐng)域中的技術(shù)人員所理解的，理想的噴射角度從一種用途到另一種用途會(huì)有所變化?？?0相對(duì)口51的角度也可以改變，這取決于口51相對(duì)縱軸74的角度和噴嘴尖端16的相對(duì)尺寸。優(yōu)選的是，口50和51之間的這個(gè)角度可以在約15°到約70°的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的燃油噴射器10提供了許多現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)先前未公知的益處。這些益處包括但不必局限于(1)用于燃油和霧化流體的同心管20、22利于霧化流體經(jīng)由諸如孔30的孔注入燃料中，以及利于燃料的加熱，(2)在噴嘴尖端16內(nèi)的Y形口陣列48的結(jié)構(gòu)為蒸汽提供了直線路徑，并為進(jìn)入最終混合室內(nèi)的燃油提供了傾斜入口，(3)噴嘴尖端16的整體結(jié)構(gòu)提供了改善的效率和經(jīng)濟(jì)性，(4)燃油在其排入燃燒器之前的霧化由于首先在預(yù)霧化腔室并其次在Y形口陣列內(nèi)進(jìn)行的兩次霧化而得以改善，(5)在預(yù)霧化腔室內(nèi)的燃油和蒸汽混合物利于在Y形口陣列中利用較大的油口，從而使結(jié)渣最小化，并由于結(jié)渣經(jīng)常發(fā)生在低燃油流速噴嘴內(nèi)，因此本發(fā)明涵蓋了更大范圍的燃燒器容量，(6)由于和上述相同原因，燃油噴射的燃燒調(diào)節(jié)比有所改善，(7)在同心管內(nèi)圍繞燃油路徑的蒸汽有助于保持燃油黏度減小，并從而節(jié)省能量，(8)在預(yù)霧化腔室內(nèi)，油和蒸汽的混合導(dǎo)致燃油黏度減小，并增強(qiáng)霧化效率和效果，以及(9)在Y形口陣列內(nèi)提供的直線蒸汽通道和總體結(jié)構(gòu)保持蒸汽動(dòng)量，并使燃油成形(shape)，以便當(dāng)蒸汽和燃油在最終混合室54內(nèi)撞擊時(shí)，經(jīng)歷較高的剪切力和較大的剪切接觸表面，從而優(yōu)化霧化作用并減少蒸汽消耗。
通過(guò)使用同心管20、22，熱量輕易地從外管22內(nèi)的蒸汽傳導(dǎo)到中心管20內(nèi)的燃油，從而加熱燃油并減小其黏度。當(dāng)燃油黏度低時(shí)利于霧化。另外，通過(guò)該同心管20、22，提供一個(gè)或多個(gè)通道30以用于預(yù)霧化將蒸汽引入腔室34內(nèi)的燃油中是簡(jiǎn)單的事情。
Y形口陣列48的結(jié)構(gòu)為蒸汽提供了直線運(yùn)行路徑，而為燃油提供了傾斜運(yùn)行路徑，并確保了當(dāng)蒸汽遇到射入設(shè)置在口部分54內(nèi)的混合室中的燃油的圓錐形薄層70時(shí)剪切力最大。直線霧化流體射流72比被迫使轉(zhuǎn)彎的霧化流體射流含有更大的動(dòng)量。另一方面，來(lái)自口50的燃油-蒸汽混合物的傾斜噴射產(chǎn)生圓錐形薄層70。圓錐形薄層70不僅減少大量液體的特征厚度，并且也增大了高動(dòng)量霧化流體遇到的接觸表面。這兩個(gè)方面，即，直線霧化流體流動(dòng)和圓錐形混合物薄層，極大地改善了霧化過(guò)程。從而，節(jié)省了霧化流體能量，并由此增大了霧化過(guò)程的效率。
權(quán)利要求
1.一種高效液體燃料噴射器，包括確定液體燃料預(yù)霧化腔室的細(xì)長(zhǎng)大致管狀元件，所述元件具有至少局部地圍繞所述腔室延伸的外壁，適于連接到液體燃料源上的上游端和下游燃料供給出口確定大致環(huán)形加壓霧化流體供給導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，其以相對(duì)所述腔室成圍繞關(guān)系設(shè)置，所述結(jié)構(gòu)包括適于連接到加壓霧化流體源上的導(dǎo)管入口和下流加壓霧化流體供應(yīng)出口，所述外壁具有至少一個(gè)穿過(guò)其連通所述腔室和所述導(dǎo)管的孔，以允許加壓霧化流體進(jìn)入所述腔室并至少局部地霧化其中的液體燃料；以及霧化尖端，其包括至少一個(gè)混合口結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與所述出口流體連通，用于接收并混合來(lái)自所述腔室的至少部分霧化的液體燃料和來(lái)自所述導(dǎo)管的加壓霧化流體，從而進(jìn)一步霧化所述液體燃料。
2.一種高效液體燃料噴射器，包括確定液體燃料預(yù)加熱腔室的細(xì)長(zhǎng)大致管狀元件，所述元件具有至少局部地圍繞所述腔室延伸的外壁，適于連接到液體燃料源上的上游端和下游燃料供給出口確定大致環(huán)形加壓霧化流體供給導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，其以相對(duì)所述腔室成圍繞關(guān)系設(shè)置，所述結(jié)構(gòu)包括適于連接到加熱加壓霧化流體源上的導(dǎo)管入口和下流加壓霧化流體供應(yīng)出口，所述外壁至少一部分由導(dǎo)熱材料制成，所述部分具有定位成用于被所述腔室內(nèi)的液體燃料接觸的內(nèi)表面和定位成用于被在所述導(dǎo)管內(nèi)的加熱加壓霧化流體接觸的外表面，從而通過(guò)從所述加熱的流體到所述燃料這樣的傳導(dǎo)加熱所述燃料；以及霧化尖端，其包括至少一個(gè)混合口結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與所述出口流體連通，用于接收并混合來(lái)自所述腔室的被加熱的液體燃料和來(lái)自所述導(dǎo)管的霧化流體，從而霧化所述被加熱的液體燃料。
3.如權(quán)利要求2所述的高效燃油噴射器，其特征在于，所述外壁具有至少一個(gè)通過(guò)其連通所述腔室和所述導(dǎo)管的孔，以允許所述加熱加壓霧化流體進(jìn)入所述腔室內(nèi)并在其內(nèi)至少局部地霧化所述液體燃料。
4.如權(quán)利要求1所述的高效燃油噴射器，其特征在于，所述口結(jié)構(gòu)包括Y形陣列，其包括具有與所述燃料供給出口流體連通的上游端和下游端的第一細(xì)長(zhǎng)口，以及具有與所述流體供給出口流體連通的上游端和下游端的第二細(xì)長(zhǎng)口，所述各口成角度設(shè)置，所述第一口定位成其下游端與所述第二口在后者各端之間的位置相交，從而穿過(guò)所述第一口的至少局部霧化的燃料在所述第二口內(nèi)與穿過(guò)所述第二口的霧化流體混合并進(jìn)一步霧化，從而，被霧化的燃料和霧化流體的混合物通過(guò)第二口的下游端排出。
5.如權(quán)利要求2所述的高效燃油噴射器，其特征在于，所述口結(jié)構(gòu)包括Y形陣列，其包括具有與所述燃料供給出口流體連通的上游端和下游端的第一細(xì)長(zhǎng)口，以及具有與所述流體供給出口流體連通的上游端和下游端的第二細(xì)長(zhǎng)口，所述各口成角度設(shè)置，所述第一口定位成其下游端與所述第二口在后者各端之間的位置相交，從而穿過(guò)所述第一口的被加熱的燃料在所述第二口內(nèi)與穿過(guò)所述第二口的霧化流體混合并霧化，從而，被霧化的燃料和被加熱的霧化流體的混合物通過(guò)第二口的下游端排出。
6.如權(quán)利要求3所述的高效燃油噴射器，其特征在于，所述口結(jié)構(gòu)包括Y形陣列，其包括具有與所述燃料供給出口流體連通的上游端和下游端的第一細(xì)長(zhǎng)口，以及具有與所述流體供給出口流體連通的上游端和下游端的第二細(xì)長(zhǎng)口，所述各口成角度設(shè)置，所述第一口定位成其下游端與所述第二口在后者各端之間的位置相交，從而穿過(guò)所述第一口的被加熱并至少局部被霧化的燃料在所述第二口內(nèi)與穿過(guò)所述第二口的霧化流體混合并進(jìn)一步霧化，從而，被霧化的燃料和被加熱的霧化流體的混合物通過(guò)第二口的下游端排出。
7.如權(quán)利要求4所述的高效燃油噴射器，其特征在于，來(lái)自所述第一口的所述至少局部霧化的液體燃料作為錐形薄層被引入所述第二口內(nèi)，該薄層被流過(guò)第二口的霧化流體刺穿。
8.如權(quán)利要求5所述的高效燃油噴射器，其特征在于，來(lái)自所述第一口的所述至少局部霧化的液體燃料作為錐形薄層被引入所述第二口內(nèi)，該薄層被流過(guò)第二口的霧化流體刺穿。
9.如權(quán)利要求6所述的高效燃油噴射器，其特征在于，來(lái)自所述第一口的所述至少局部霧化的液體燃料作為錐形薄層被引入所述第二口內(nèi)，該薄層被流過(guò)第二口的霧化流體刺穿。
10.一種用于霧化液體燃料的高效方法，包括提供液體燃料并使其流入且通過(guò)預(yù)霧化腔室；注入加壓霧化流體的第一部分到流過(guò)所述腔室的液體燃料內(nèi)，以便至少部分地霧化所述燃料并提供含有被霧化的燃料和霧化流體的第一混合物；從所述腔室供應(yīng)所述第一混合物，并使其流入并通過(guò)在霧化尖端內(nèi)連接到所述腔室上的第一細(xì)長(zhǎng)口；將加壓霧化流體的第二部分引入在所述尖端內(nèi)的第二細(xì)長(zhǎng)口，并使所述第二部分流過(guò)所述第二口；將來(lái)自所述第一口的所述第一混合物引入所述第二口內(nèi)，并使其與加壓霧化流體的所述第二部分緊密混合，以便進(jìn)一步霧化所述燃料，并提供含有被霧化的燃料和霧化流體的第二混合物；以及從所述尖端排出所述第二混合物。
11.如權(quán)利要求10所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述液體燃料在所述腔室內(nèi)加熱。
12.如權(quán)利要求10所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述腔室是細(xì)長(zhǎng)的大致管狀形狀，且使所述霧化流體流入與所述腔室外壁成圍繞關(guān)系的環(huán)形流動(dòng)路徑中，所述注入經(jīng)由設(shè)置在所述壁內(nèi)的開口實(shí)現(xiàn)。
13.如權(quán)利要求10所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述第一混合物作為錐形薄層被引入所述第二口內(nèi)，該薄層被流過(guò)第二口的霧化流體刺穿。
14.如權(quán)利要求10所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述各口成角度設(shè)置，且所述第二口具有入口端和出口端，所述第一口定位成與所述第二口在所述各端之間的位置相交。
15.如權(quán)利要求11所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述腔室為細(xì)長(zhǎng)的大致管狀形狀，且所述霧化流體為蒸汽，使所述蒸汽流入與所述腔室外壁成圍繞關(guān)系的環(huán)形流動(dòng)路徑中，所述注入經(jīng)由設(shè)置在所述壁內(nèi)的開口實(shí)現(xiàn)，而且所述加熱由在所述腔室內(nèi)蒸汽與液體燃料混合及由通過(guò)所述壁的熱傳導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)。
16.如權(quán)利要求15所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述第一混合物作為錐形薄層被引入所述第二口內(nèi)，該薄層被流過(guò)第二口的霧化流體刺穿。
17.如權(quán)利要求15所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述各口成角度設(shè)置，且所述第二口具有入口端和出口端，所述第一口定位成與所述第二口在所述各端之間的位置相交。
18.一種用于霧化液體燃料的高效方法，包括提供液體燃料并使其流入并通過(guò)預(yù)加熱腔室；在所述腔室內(nèi)加熱所述液體燃料；從所述腔室供應(yīng)被加熱的燃料，并使其流入并通過(guò)在霧化尖端內(nèi)連接到所述腔室上的第一細(xì)長(zhǎng)口；將加壓霧化流體引入在所述尖端內(nèi)的第二細(xì)長(zhǎng)口，并使所述流體流過(guò)所述第二口；將來(lái)自所述第一口的所述被加熱的燃料引入所述第二口內(nèi)，并使其與所述加壓霧化流體緊密混合，以霧化所述被加熱的燃料，并提供含有被霧化的燃料和霧化流體的混合物；以及從所述尖端排出所述混合物。
19.如權(quán)利要求18所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述腔室為細(xì)長(zhǎng)的大致管狀形狀，且所述霧化流體為蒸汽，使所述蒸汽流入與所述腔室外壁成圍繞關(guān)系的環(huán)形流動(dòng)路徑中，所述加熱由通過(guò)所述壁的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。
20.如權(quán)利要求19所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述第一混合物作為錐形薄層被引入所述第二口內(nèi)，該薄層被流過(guò)第二口的霧化流體刺穿。
21.如權(quán)利要求19所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述各口成角度設(shè)置，且所述第二口具有入口端和出口端，所述第一口定位成與所述第二口在所述各端之間的位置相交。
22.一種高效、一體霧化噴嘴尖端，用于將液體燃料與加壓霧化流體混合，以霧化液體燃料，所述噴嘴尖端包括整體金屬的噴嘴尖端主體；在所述主體內(nèi)的Y形口結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括具有上游端和下游端的基本直的第一細(xì)長(zhǎng)燃料口、以及具有上游端和下游端的基本直的第二細(xì)長(zhǎng)霧化流體口，所述各口具有基本環(huán)形橫截面的流通面積，并相對(duì)彼此傾斜設(shè)置，所述第一口定位成其下游端與所述第二口在后者所述各端之間的位置相交，從而，穿過(guò)所述第一口的燃料在所述第二口內(nèi)與穿過(guò)所述第二口的霧化流體混合，且被霧化的燃料和霧化流體的混合物通過(guò)第二口的下游端排出。
23.如權(quán)利要求22所述的高效、一體霧化噴嘴尖端，其特征在于，鄰接所述第二口上游端的第二口的第一部分具有比第二口的第二部分小的直徑，其中所述第二部分從所述位置向第二口的所述下游端延伸。
24.如權(quán)利要求22所述的高效、一體霧化噴嘴尖端，其特征在于，第一口的橫截面流通面積與第二口的第一部分的橫截面流通面積的比率范圍為1.2到3。
25.如權(quán)利要求23所述的高效、一體霧化噴嘴尖端，其特征在于，第二口第二部分的橫截面流通面積與第一口和第二口第一部分的總橫截面流通面積的比率范圍為1到1.7。
26.如權(quán)利要求24所述的高效、一體霧化噴嘴尖端，其特征在于，第二口第二部分的橫截面流通面積與第一口和第二口第一部分的總橫截面流通面積的比率范圍為1到1.7。
27.如權(quán)利要求4所述的高效燃油噴射器，其特征在于，鄰接所述第二口上游端的第二口第一部分具有比第二口第二部分小的直徑，其中所述第二部分從所述位置向第二口的所述下游端延伸。
28.如權(quán)利要求27所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第一口的橫截面流通面積與第二口第一部分的橫截面流通面積的比率范圍為1.2到3。
29.如權(quán)利要求27所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口第二部分的橫截面流通面積與第一口和第二口第一部分的總橫截面流通面積的比率范圍為1到1.7。
30.如權(quán)利要求28所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口第二部分的橫截面流通面積與第一口和第二口第一部分的總橫截面流通面積的比率范圍為1到1.7。
31.如權(quán)利要求5所述的高效燃油噴射器，其特征在于，鄰接所述第二口下游端的第二口第一部分具有比第二口第二部分小的直徑，其中所述第二部分從所述位置向第二口的所述下游端延伸。
32.如權(quán)利要求31所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第一口的橫截面流通面積與第二口第一部分的橫截面流通面積的比率范圍為1.2到3。
33.如權(quán)利要求31所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口第二部分的橫截面流通面積與第一口和第二口第一部分的總橫截面流通面積的比率范圍為1到1.7。
34.如權(quán)利要求32所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口第二部分的橫截面流通面積與第一口和第二口第一部分的總橫截面流通面積的比率范圍為1到1.7。
35.如權(quán)利要求6所述的高效燃油噴射器，其特征在于，鄰接所述第二口上游端的第二口第一部分具有比第二口第二部分小的直徑，其中所述第二部分從所述位置向第二口的所述下游端延伸。
36.如權(quán)利要求35所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第一口的橫截面流通面積與第二口第一部分的橫截面流通面積的比率范圍為1.2到3。
37.如權(quán)利要求35所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口第二部分的橫截面流通面積與第一口和第二口第一部分的總橫截面流通面積的比率范圍為1到1.7。
38.如權(quán)利要求36所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口的第二部分的橫截面流通面積與第一口和第二口第一部分的總的橫截面流通面積的比率范圍為1到1.7。
39.如權(quán)利要求22所述的高效、一體霧化噴嘴尖端，其特征在于，第一口的縱軸和第二口的縱軸之間的角度范圍為15°到70°。
40.如權(quán)利要求4所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第一口的縱軸和第二口的縱軸之間的角度范圍為15°到70°。
41.如權(quán)利要求5所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第一口的縱軸和第二口的縱軸之間的角度范圍為15°到70°。
42.如權(quán)利要求6所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第一口的縱軸和第二口的縱軸之間的角度范圍為15°到70°。
43.如權(quán)利要求10所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，加壓霧化流體的所述第二部分包括合并的加壓霧化流體的所述第一部分和第二部分總和的15％到75％。
44.如權(quán)利要求11所述的用于霧化液體燃料的高效方法，其特征在于，所述加壓霧化流體包括合并的蒸汽的所述第一部分和第二部分總和的15％到75％。
45.如權(quán)利要求4所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口的縱軸和噴射器的縱軸之間的角度范圍為2°到30°。
46.如權(quán)利要求5所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口的縱軸和噴射器的縱軸之間的角度范圍為2°到30°。
47.如權(quán)利要求6所述的高效燃油噴射器，其特征在于，第二口的縱軸和噴射器的縱軸之間的角度范圍為2°到30°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效液體燃料噴射器,包括確定液體燃料預(yù)霧化腔室34的細(xì)長(zhǎng)大致管狀元件22。該管狀元件具有圍繞腔室延伸的外壁32、適于連接到液體燃料源上的上游端和下游燃料供給出口。該噴射器還包括較大直徑的外部管,其與管狀元件同心并確定大致管狀加壓霧化流體供給導(dǎo)管28,該導(dǎo)管以相對(duì)腔室成圍繞關(guān)系設(shè)置。外部管具有適于連接到加壓霧化流體源上的入口和下游加壓霧化流體供給出口。在管狀元件的外壁內(nèi)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)孔30,以便連通腔室和環(huán)形導(dǎo)管,以允許加壓霧化流體進(jìn)入腔室并至少局部地霧化其中的液體燃料。還公開了一種霧化尖端16,其包括用于進(jìn)一步霧化液體燃料的新型Y形口陣列。
文檔編號(hào)F23D11/38GK1358264SQ01800102
公開日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2001年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月25日
發(fā)明者鐘一萍, 克里斯托夫·斯特魯普 申請(qǐng)人:約翰·津克公司