專利名稱：超聲振動液體乳化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種將兩種以上液體混合的裝置，更具體是指一種可將不相溶的 液體混合為乳化狀的超聲振動液體乳化裝置。
技術(shù)背景兩種或兩種以上的液體的混合具有重要的意義，特別是不相溶的油與水的混合是 長期以來的一個重點研究方向，例如燃料油與水混合成乳化油后進(jìn)行燃燒是國內(nèi)外長期在 進(jìn)行的重點。目前基本一致的觀點是乳化油燃燒可節(jié)約一定燃料并可降低氮氧化合物的 排放，專業(yè)書籍或?qū)＠墨I(xiàn)多有披露。乳化油主要有兩種制備方式，一種是在油水混合物 中添加乳化劑制備乳化油，另一種是油水混合物一經(jīng)乳化立即進(jìn)入燃燒器；前者存在的主 要缺點是乳化油的不穩(wěn)定性，由于水的密度大于油，且由于水的凝聚作用，水在油內(nèi)會自動 下沉、凝聚、分層，直至最后破乳而使油、水分離，這種分離作用從乳化油一制成就已開始， 因此乳化劑又是必不可少的，但乳化劑價值較高，且乳化或燃燒過程中仍存在很多未能完 全解決的問題，均影響了乳化燃燒的使用；后者可稱為在線乳化，即乳化后就使用，其可不 必添加乳化劑，但一般還是有使用乳化劑，其燃油的節(jié)油率一般在4%左右，亦有在10%左 右，其存在的問題是對燃燒機理沒有實質(zhì)性進(jìn)展，只局限于一般性的實驗結(jié)果的分析，且一 般節(jié)油率不高，僅有實驗性的使用，未見有規(guī)模的工業(yè)使用，實質(zhì)是水油混合燃料的乳化程 度將決定乳化燃料的燃燒效果?，F(xiàn)對這一問題雖有認(rèn)識，在實現(xiàn)水油混合燃料的乳化的技 術(shù)上也有甚多研究和取得一定的進(jìn)展，最常用的乳化方式是利用機械攪動方式實現(xiàn)油水的 混合，例如常用的靜態(tài)乳化器，或是模能器產(chǎn)生超聲振動使油水混合乳化，或是在油水流動 通道內(nèi)設(shè)置一具有尖端的哨片，尖端的振動使油水混合。上述幾種方法各有優(yōu)缺點，但實驗 結(jié)果表明均不能使節(jié)油率提高，實質(zhì)問題是油水的乳化效果還未達(dá)到最有利燃燒的程度。 實際乳化效果不佳的關(guān)鍵因素是對燃油在乳化前后的實際環(huán)境條件沒有完整的認(rèn)識，對已 有乳化手段也沒有充分的了解，故乳化后的燃燒效率或節(jié)油率并不理想，如何提高乳化效 果或明示乳化油水燃料的乳化條件并最終提高節(jié)油率是目前需要解決的重要課題，其有顯 著的經(jīng)濟與社會效益。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的是公開一種可將不同液體或具體為油水混合燃料充分乳 化、并提高燃燒效率最終可使燃油節(jié)油率達(dá)到10%以上的超聲振動液體乳化裝置。實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)解決方案如下包括底座，底座一端的內(nèi)設(shè)有扁平狹縫的 噴嘴，底座的另一端為具有一長條狀的可通過液體的敞開槽，敞開槽內(nèi)設(shè)有一在三維方向 上可微小位移的楔形振子，楔形振子的尖端正對噴嘴的扁平狹縫，一蓋板固定在敞開槽的 表面。所述的振子的側(cè)壁有四個盲孔，經(jīng)敞開槽側(cè)壁的螺紋頂子的頂置而使振子位于敞 開槽的中心位置。[0006]所述的楔形振子的兩端為尖端狀且為對稱設(shè)置，楔形振子的表面為微小粗糙面。所述的楔形振子正對扁平狹縫的一端為尖端，另一端為平面狀或流線形曲面段或 與一尖端為不對稱結(jié)構(gòu)的尖端狀，楔形振子的表面為微小粗糙面。所述的楔形振子的微小粗糙表面為與振子長度方向垂直的多條微小凸條構(gòu)成，或 為多個微小凹坑構(gòu)成。所述的楔形振子的厚度大于1. 5mm并小于敞開槽的高度，楔形振子表面與敞開槽 對應(yīng)壁面之間的間隙與扁平狹縫的寬度相適配。所述的楔形振子的楔形尖端的長度與楔形振子的厚度之比為2 4倍。本實用新型公開的超聲振動乳化裝置的振子5在敞開槽4內(nèi)的液體流動或噴嘴3 噴出的液體作用下，在上下、左右和前后三個方向上均可能或會產(chǎn)生高頻率的往復(fù)運動，該 往復(fù)運動使噴嘴3中噴射出的混合液體受到多向的復(fù)雜的作用力，進(jìn)一步增加了混合液體 的流動紊亂性和作用力的復(fù)雜性。正是由于上述的紊亂性和復(fù)雜性使不同液體之間產(chǎn)生巨 大的流體形變和存在相互的作用力使不同液體不斷破碎和提高相互混合度，即提高了混合 液體的乳化程度，進(jìn)而提高燃料燃燒時的燃燒效率，最終提高節(jié)油率。經(jīng)各種燃燒裝置的實 際試驗表明，本實用新型的一般節(jié)油率可達(dá)10 15%左右，最高可達(dá)20%以上，完全突破 了現(xiàn)有認(rèn)知的上限，更為重要的是在實際的各種燃油裝置的長時間的實際運行試驗中均取 得較高的節(jié)油率和減小污染排放的效果。

圖1為本實用新型的一個實施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的外觀立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖1的底座的局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4的俯視圖。圖6為振子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖6所示振子的俯視局部剖視圖。
具體實施方式
請參見圖1 圖7，圖1 圖7給出的是本實用新型的一個具體的實施例，但本實 用新型的技術(shù)保護(hù)范圍不應(yīng)受圖1 圖7所示的限制。本實用新型的具體實施方式
如下包括底座1，底座1 一端的內(nèi)設(shè)有扁平狹縫2的 噴嘴3，底座1的另一端為具有一長條狀的可通過液體的敞開槽4，敞開槽4內(nèi)設(shè)有一在三 維方向上可微小位移的楔形振子5，楔形振子5的尖端6正對噴嘴3的扁平狹縫2，一蓋板 7固定在敞開槽4的表面；前期已經(jīng)機械混合的液體經(jīng)噴嘴3的扁平狹縫2高速噴射出來， 進(jìn)入正對噴嘴3的敞開槽4，噴射出來的瞬間為液體的一次混合，在敞開槽4內(nèi)設(shè)有一個在 三維方向上可微小位移的具楔形尖端的振子5，高速運動的混合液體正面撞擊振子5的楔 形尖端6，使混合液體進(jìn)一步破碎的同時對振子5施加一個作用力，該作用力將使振子5在 三維方向上振蕩，且振子5的兩表面與敞開槽4之間形成混合液體流動的乳化通道，振子5 的振蕩又對混合液體施加多方向的作用力并進(jìn)一步破碎混合液體的顆粒，使混合液體由大量的微小水顆?；旌嫌谟鸵褐?，或可認(rèn)為混合后的乳化狀的燃油是大量的油包水的微小顆 粒構(gòu)成；上述的可在三維方向上振蕩的振子5使混合液體的混合過程在微觀上相當(dāng)復(fù)雜， 存在多方向的作用力施加在流動的混合液體上，而且這種多方向的作用力在流體流過振子 5的所有表面的過程中均施加于混合液體，故可使混合液體達(dá)到很高的乳化程度。為使上述的振子5在敞開槽4內(nèi)在三維方向上作微小的位移，在振子5的側(cè)壁有 四個盲孔8，經(jīng)敞開槽4側(cè)壁的螺紋頂子9的頂置而使振子5位于敞開槽4的中心位置，螺 紋頂子9的端部與振子5側(cè)壁的盲孔的內(nèi)表面之間有一微小間隙，該間隙的存在使振子5 在三維方向上均可有一微小的位移空間，相當(dāng)于振子5可懸置于四個螺紋頂子的端部的約 束中；除上述的結(jié)構(gòu)，在振子5具有一定的厚度時，振子5有兩個通孔貫穿兩側(cè)壁，經(jīng)底座1 的對應(yīng)的通孔，兩固定軸(圖中未示出)穿過振子5的通孔后與底座1固定連接，振子5置 于敞開槽4的中心位置，固定軸的直徑略小于底座1的通孔的直徑，則振子5可在上述的兩 直徑差構(gòu)成的間隙內(nèi)在三維方向上位移；上述兩種可使振子5在三維方向上作位移機構(gòu)僅 是本發(fā)明的具體實施方式
的例舉，但不局限或不應(yīng)限制為僅此兩種結(jié)構(gòu)。上述的間隙大小 是可以調(diào)節(jié)的，前一種結(jié)構(gòu)只需調(diào)節(jié)螺紋頂子9即可，后一種結(jié)構(gòu)通過更換不同直徑的固 定軸或更換具不同直徑的通孔的振子5，就可調(diào)節(jié)上述的間隙的大??；間隙大小的不同，則 振子5在流動沖擊下的振幅不同，作用在混合流體上的反作用力的大小也不同，進(jìn)而達(dá)到 調(diào)節(jié)液體乳化的程度；在上述的兩種振子5的位移結(jié)構(gòu)中，當(dāng)流體的流速提高時，振子5的 振蕩頻率提高，振蕩頻率的提高，相應(yīng)的乳化程度亦提高。上述的敞開槽4的截面形狀為長 方形或圓形，當(dāng)敞開槽4的截面形狀為長方形時，其結(jié)構(gòu)是噴嘴3正對一長方形截面的敞開 槽，其上設(shè)有一可固定的蓋板7，則敞開槽4構(gòu)成了液體的乳化通道；上述的敞開槽4的截 面形狀還可為圓形，則只需將噴嘴3正對一圓形截面的通道；前述的通過螺紋頂子9設(shè)置振 子5適用于長方形截面的敞開槽4，通過固定軸設(shè)置振子5適用于圓形截面的敞開槽4。經(jīng)大量的試驗得出，混合液體的乳化程度與混合液體在敞開槽4中的流動狀態(tài)有 關(guān)，流體的流動狀態(tài)愈復(fù)雜，乳化程度愈好。因此，所述的振子5兩端為尖端狀且為對稱設(shè) 置，楔形振子的表面為微小粗糙面；振子5的一端為楔形尖端6，該楔形尖端為扁平狀，尖端 6正對上述的噴嘴3，振子5的另一端為與上述的楔形尖端對稱的結(jié)構(gòu)，兩個楔形尖端部分 之間為一矩形截面的平板狀連接段(圖6、圖7所示)，振子5則形成兩個表面，該兩個表面 與敞開槽4的表面之間形成液體的流動的上、下通道，流體在通過敞開槽4時，首先撞擊在 正對噴嘴3的振子5的楔形尖端6，然后被振子5主要分為上、下兩部分通過振子5的兩個 表面而流動，在振子5的另一端的尾部匯合后流出乳化器。所述的楔形振子5正對扁平狹縫 2的一端為尖端，另一端為平面狀或流線形曲面段或與一尖端為不對稱結(jié)構(gòu)的尖端狀，楔形 振子的表面為微小粗糙面；按流體力學(xué)的理論，振子5遠(yuǎn)離噴嘴3的一端的形狀對流體的混 合有重要作用，如上述的振子5的兩端的楔形尖端為對稱結(jié)構(gòu)時，流體的流動比較穩(wěn)定，在 層流的情況下會在尾端形成局部的紊流；如振子5的尾端為不對稱的楔形，該不對稱的楔 形如短于前端(正對噴嘴3的一端稱為前端)的楔形，則尾端的紊流更為強烈；如尾端為流 線形曲面，則尾端的紊流相對緩和；如尾端為平面狀，則尾端的紊流最為強烈。上述的振子 5的前端和尾端楔形尖端的結(jié)構(gòu)的相同或不同，可以適應(yīng)不同的混合液體的乳化。除了上述振子5的整體結(jié)構(gòu)的相同或不同以適應(yīng)不同的混合液體的流動乳化，增 加混合液體在通過振子5兩側(cè)的全過程的流動復(fù)雜化，也有助于在流動過程中流體受到更
5多的作用力以增加液體顆粒的破碎。為達(dá)到上述的目的，使振子5的表面為粗糙面，該粗糙 面為與振子5長度方向垂直的多條微小凸條構(gòu)成，或為多個微小的凹坑構(gòu)成；當(dāng)流體通過 粗糙表面時，流體阻力增加，即附面層增加，在流體與振子5表面形成不同流速的梯度區(qū)， 增加了流體內(nèi)的相互作用力，可進(jìn)一步增加流體內(nèi)不同液體顆粒的破碎程度，使混合液體 的乳化度增加；上述的由多條微小凸條或多個微小凹坑構(gòu)成的振子5粗糙表面可由常規(guī)的 加工技術(shù)形成，或粗糙表面可單獨因素構(gòu)成或可多因素構(gòu)成，或可由上述兩種因素之外的 其它因素構(gòu)成，但根本原因均是增加流體流動阻力或在振子5表面形成多個微小紊流區(qū)以 增加混合液體內(nèi)部的相互作用力，最終增加混合液體的乳化程度；當(dāng)然還可在敞開槽4的 內(nèi)表面形成粗糙面，敞開槽4的內(nèi)表面亦可用多條微小凸條或或多個微小凹坑或多個微小 凸起等構(gòu)成，亦可達(dá)到增加混合液體的乳化程度的效果；更進(jìn)一步，振子5的表面和敞開槽 4的內(nèi)表面同時均為粗糙面，可進(jìn)一步提高混合液體的乳化程度。由于混合液體的乳化程度決定于多種因素，例如各液體的分子的極性或大小、液 體的表面張力、各液體之間的相互作用力、混合液體受到的外界施加的作用力及其大小、液 體流動的形態(tài)等多種因素。在本實用新型中，混合液體受到一定的壓力后由噴嘴3的扁平 狹縫2以扁平狀噴射入敞開槽4后，直接與振子5的對應(yīng)的楔形尖端6撞擊，振子5在撞擊 力的作用下振蕩，混合液體在反作用力下多方向運動后最終在楔形尖端的限制下，在振子5 的兩表面流動，混合液體又受到振蕩的振子5的作用力，還受到前述的振子5表面的摩擦力 以及形成的紊流的內(nèi)部作用力，最終在振子5的尾端流體的流動進(jìn)一步紊亂，在一系列的 流體流動和多作用力下，混合流體可達(dá)到較高的乳化程度；為促進(jìn)上述的流體的流動過程 和作用力的產(chǎn)生，振子5的楔形尖端的長度與振子5的厚度之比為2 4倍，優(yōu)選為2. 5 3. 2倍，當(dāng)楔形尖端在上述的長度與厚度比范圍內(nèi)時，混合流體對楔形尖端有較好的正面撞 擊，楔形尖端又具有較佳的剛度還對混合流體有適當(dāng)?shù)姆至髯饔?，利于混合流體流入振子5 的兩側(cè)的通道或間隙。楔形振子5的厚度大于1. 5mm并小于敞開槽4的高度，楔形振子5表面與敞開槽 4對應(yīng)壁面之間的間隙與扁平狹縫的寬度相適配；上述振子5的厚度要求可確保振子5具 有一定的剛性、重量，同時又使混合流體受到一定面積(即振子5的斷面的面積)的阻力， 并使振子5兩表面的流速得到一定的提高，上述的這幾方面的因素均有利于混合液體的乳 化。本實用新型在實際使用時，需施加一定壓力于混合液體后由噴嘴3噴射入敞開槽 4，則噴射出的于混合液體具有相應(yīng)的速度后撞擊在振子5上，撞擊力使振子5振蕩，并產(chǎn)生 前述的一系列的復(fù)雜的流動狀態(tài)和作用力，施加于混合液體的壓力愈大，噴射出的液體流 速愈大，最終振子5的三維方向的振蕩頻率愈高，導(dǎo)致通過敞開槽4后的混合液體乳化程度 愈高。但由于上述的較高的壓力，設(shè)于底座1的噴嘴3易于松動，則在底座1內(nèi)的噴嘴3的 端部設(shè)有一壓緊螺母10，壓緊螺母10將噴嘴3壓緊在底座1內(nèi)，避免噴嘴3的松動而影響 液體的噴射效果。同理，底座1設(shè)有的螺紋頂子9亦可能在振子5的振蕩過程中出現(xiàn)松動， 螺紋頂子9松動亦會影響振子5的振蕩，故在底座1上還設(shè)有一與螺紋頂子9呈近似垂直 狀的防松螺釘11頂置于螺紋頂子9的側(cè)壁，由圖4所示的側(cè)孔置入防松螺釘11就可防止 螺紋頂子9的松動。
權(quán)利要求1.一種超聲振動液體乳化裝置，包括底座(1)，其特征在于底座(1) 一端的通孔內(nèi)設(shè) 具有扁平狹縫O)的噴嘴(3)，底座(1)的另一端為具有一長條狀的可通過液體的敞開槽 G)，敞開槽內(nèi)設(shè)有一在三維方向上可微小位移的楔形振子(5)，楔形振子(5)的尖端 (6)正對噴嘴(3)的扁平狹縫(2)，一蓋板(7)固定在敞開槽的表面。
2.按權(quán)利要求1所述的超聲振動液體乳化裝置，其特征在于所述的振子(5)的側(cè)壁有 四個盲孔(8)，經(jīng)敞開槽(4)側(cè)壁的螺紋頂子(9)的頂置而使振子(5)位于敞開槽(4)的中 心位置。
3.按權(quán)利要求1或2所述的超聲振動液體乳化裝置，其特征在于所述的楔形振子(5) 的兩端為尖端狀且為對稱設(shè)置，楔形振子(5)的表面為微小粗糙面。
4.按權(quán)利要求1或2所述的超聲振動液體乳化裝置，其特征在于所述的楔形振子(5) 正對扁平狹縫O)的一端為尖端，另一端為平面狀或流線形曲面段或與一尖端為不對稱結(jié) 構(gòu)的尖端狀，楔形振子(5)的表面為微小粗糙面。
5.按權(quán)利要求3所述的超聲振動液體乳化裝置，其特征在于所述的楔形振子(5)的微 小粗糙表面為與振子(5)長度方向垂直的多條微小凸條構(gòu)成，或為多個微小凹坑構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求4所述的超聲振動液體乳化裝置，其特征在于所述的楔形振子(5)的微 小粗糙表面為與振子(5)長度方向垂直的多條微小凸條構(gòu)成，或為多個微小凹坑構(gòu)成。
7.按權(quán)利要求5或6所述的超聲振動液體乳化裝置，其特征在于所述的楔形振子(5) 的厚度大于1.5mm并小于敞開槽的高度，楔形振子(5)表面與敞開槽(4)對應(yīng)壁面之 間的間隙與扁平狹縫O)的寬度相適配。
8.按權(quán)利要求5或6所述的超聲振動液體乳化裝置，其特征在于所述的楔形振子(5) 的楔形尖端的長度與楔形振子(5)的厚度之比為2 4倍。
專利摘要本實用新型公開了一種可將不同液體或具體為油水混合燃料充分乳化的超聲振動液體乳化裝置。包括底座(1)，特別是底座(1)一端的通孔內(nèi)設(shè)有扁平狹縫(2)的噴嘴(3)，底座(1)的另一端為具有一長條狀的可通過液體的敞開槽(4)，敞開槽(4)內(nèi)設(shè)有一在三維方向上可微小位移的楔形振子(5)，楔形振子(5)的尖端(6)正對噴嘴(3)的扁平狹縫(2)，一蓋板(7)固定在敞開槽(4)的表面。本實用新型可將不同液體或具體為油水混合燃料充分乳化、并提高燃燒效率最終可使燃油節(jié)油率達(dá)到10％以上。
文檔編號B01F11/02GK201921659SQ201120000388
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者劉保林, 彭燕, 沙次文 申請人:深圳市神威得群能源科技發(fā)展有限公司