專利名稱：高濕空氣制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高濕空氣制造裝置的改進(jìn)，其目的在于降低鍋爐或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗，以及減少有害廢氣(氧化氮?dú)怏w、一氧化碳?xì)怏w、碳化氫氣體、黑煙等)的排放。
以前，為了降低鍋爐或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗，以及減少有害廢氣(氧化氮?dú)怏w、一氧化碳?xì)怏w、碳化氫氣體、黑煙等)的排放為目的，曾提出過向內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管(即將燃料空氣混合氣體送入燃燒室的管)內(nèi)提供“高濕空氣”的方案。
可是，“高濕空氣”談起來似乎容易，但實(shí)際上，效果好的“高濕空氣”，只有用非常有限的方法及裝置才能獲得。本申請(qǐng)發(fā)明人之一的小倉崇以前曾發(fā)明過這種效果好的“高濕空氣”的制造裝置(以下叫做基本發(fā)明)，并向美國及日本提出了專利申請(qǐng)。
美國專利第4，479，907號(hào)(1984年10月30日授予專利)以及昭和57年(1982年)日本專利申請(qǐng)第143，865號(hào)(申請(qǐng)日1982年8月19日
公開日1984年2月24日、特開昭第59-34470號(hào))就是這項(xiàng)基本發(fā)明。
該基本發(fā)明在日本申請(qǐng)時(shí)專利公報(bào)中公開的制造裝置主要部分，系由貯水容器、氣化細(xì)管4(相當(dāng)于本說明書中第1細(xì)管1)、空氣細(xì)管14(相當(dāng)于本說明書中第2細(xì)管2)、合流球5(相當(dāng)于本說明書中合流部5)以及吸入細(xì)管(相當(dāng)于本說明書中第3細(xì)管3)構(gòu)成;氣化細(xì)管4設(shè)有向容器的水中開口的極細(xì)的水分入口，水從該入口經(jīng)減壓吸水而形成水霧;空氣細(xì)管14設(shè)有向大氣開口的空氣入口;合流球5設(shè)有大致呈倒Y形的流路，流經(jīng)氣化細(xì)管的霧和流經(jīng)空氣細(xì)管的空氣合流之后導(dǎo)向上方;吸入細(xì)管大體上呈垂直設(shè)置，它使在上述合流球處合流的空氣上升，并從排出用噴管排出。
該基本發(fā)明的重要內(nèi)容有下列幾點(diǎn)。第一點(diǎn)是，氣化細(xì)管的吸入嘴3(相當(dāng)于本說明書中水分入口)的孔徑非常細(xì)。由于孔徑約為0.3mm，非常細(xì)，并使氣化細(xì)管內(nèi)部減壓(靠發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)壓，約為200～700mmHg)，因此水通過吸入嘴3流入時(shí)，水容易霧化。
第2點(diǎn)是關(guān)于流經(jīng)氣化細(xì)管的霧與由空氣細(xì)管進(jìn)入的空氣流在合流球中合流和碰撞時(shí)的角度。在基本發(fā)明中，該角度(相當(dāng)于本發(fā)明說明書中的開腳角度)為銳角。若不是銳角，合流后流速降低，當(dāng)流速降低時(shí)，既不能混合均勻，又不能使比較大的水塊細(xì)化成小塊或分子。這將會(huì)降低旨在改善燃料消耗和減少有害廢氣的發(fā)明效果。
第3點(diǎn)是在合流點(diǎn)沒有設(shè)置過大的空間，以導(dǎo)致減壓(減速)。因此，兩股流均以原有的壓力和速度合流、碰撞，將比較大的水塊分解成小塊或分子，其結(jié)果使發(fā)明的效果得到明顯提高。
與此相反，在基本發(fā)明的日本申請(qǐng)的審查過程中，審查員所引用的特公昭52-28179號(hào)公報(bào)圖3所示的合流裝置，在合流點(diǎn)設(shè)有構(gòu)成過大空間的差壓室18，該裝置內(nèi)，流經(jīng)氣化細(xì)管的霧和流經(jīng)空氣細(xì)管的空氣在合流點(diǎn)減壓、減速。因此，霧受到空氣的碰撞較弱，從而改善燃料消耗以及降低有害廢氣的效果明顯變差。
第4點(diǎn)是吸入細(xì)管大致垂直。與此相反，上述特公昭52-28179號(hào)公報(bào)圖3所示的合流裝置中，相當(dāng)于吸入細(xì)管的細(xì)孔7傾斜到比水平還向下的程度。因此，合流的“含有水分的空氣流”分離為以自重沿壁面流動(dòng)的水和幾乎不含水分的空氣，因此，改善(燃料消耗)以及減少有害廢氣的效果明顯變差。
可是，基本發(fā)明說明書中具體公開的合流角度(開腳角度α)為10度，此后經(jīng)本發(fā)明者們的研究表明，這樣的角度對(duì)于獲得改善燃料消耗和抑制有害廢氣的效果是不夠的。
因此，本發(fā)明者們又進(jìn)一步進(jìn)行專心研究，其結(jié)果表明，若將開腳角度α設(shè)為55～65度，則可以觀察到最好的效果，乃至形成本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種高濕空氣制造裝置，其由貯水容器、第1細(xì)管、第2細(xì)管、合流部和第3細(xì)管構(gòu)成;第1細(xì)管設(shè)有向容器的水中開口的極細(xì)的水分入口，通過從該入口經(jīng)減壓吸入水而形成水霧;第2細(xì)管設(shè)有向大氣開口的空氣入口;合流部設(shè)有大致呈倒Y形的流路，將流經(jīng)第1細(xì)管的霧和流經(jīng)第2細(xì)管的空氣合流后導(dǎo)向上方;第3細(xì)管大體上呈垂直設(shè)置，它使在上述合流部合流的空氣上升，并從排出用噴管排出;該高濕空氣制造裝置的特征在于上述Y字形流路的開腳角度α為55～65度。
為什么本發(fā)明裝置的開腳角度α＝55～65度，能帶來顯著的高效果，其理由是不清楚的?？墒?，后述的實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了這一點(diǎn)。
由本發(fā)明的高濕空氣制造裝置生成的高濕空氣是指，使水分子的氫原子和氧原子間的結(jié)合力減弱的氣態(tài)不穩(wěn)定結(jié)合的水分子。使普通的水分子熱分解時(shí)，需要2000℃以上的高溫;可是，高濕空氣由于水分子的結(jié)合處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，用通常能量的大約1/3(700℃～800℃的溫度)就能使其熱分解。高濕空氣的這一特性有助于降低燃料消耗以及減少有害廢氣。
將本發(fā)明裝置所生成的高濕空氣提供給鍋爐或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)時(shí)的燃燒機(jī)理如下。
(1)鍋爐高濕空氣在用于燃燒的吸氣的誘導(dǎo)下，從與燃燒噴嘴相同位置流入油霧噴射區(qū)內(nèi)并被混合。由于高濕空氣在700℃～800℃的溫度下產(chǎn)生分解，所以，被燃燒用大氣誘導(dǎo)來的高濕空氣，在靠近火焰層附近獲得分解所需的熱量而分離成氫和氧。分離出來的氫立即發(fā)生高溫、高熱量的燃燒，將熱影響涉及到周圍的燃油微粒。而氧則和可燃元素依次發(fā)生連鎖式的氧化反應(yīng)。
另一方面，鍋爐在通常的燃燒下則會(huì)按下述方式發(fā)生熱損失和廢氣。往燃燒室內(nèi)引入的燃燒用大氣，其構(gòu)成的成份為氮79%、氧21%，因而需要往燃燒室內(nèi)引入大量的含氮的空氣，氮的體積約為燃燒所需氧的4倍。吸入燃燒室內(nèi)的大量的氮，在吸收熱量的同時(shí)還使體積變大。體積變大的氮向煙道流動(dòng)的流速加快，帶著爐內(nèi)的熱量排出去。這個(gè)過程中爐壁溫度降低，等待氧化反應(yīng)機(jī)會(huì)的浮游可燃元素也同時(shí)被排出去。另外，火焰流速也變快，因此從火焰?zhèn)鲗?dǎo)到傳熱面的熱量變少，熱效率變差。這樣便產(chǎn)生熱損失。并且，往燃燒室內(nèi)大量引入的空氣中，氮約占4/5，因此，產(chǎn)生大量的NOX氣體。
然而，由本發(fā)明裝置生成的高濕空氣供給鍋爐時(shí)，如上所述分離的氧有助于燃燒，因此可以使必需從空氣中取得用于燃燒的氧氣量減少，并可減少引入鍋爐的空氣量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，與通常鍋爐中的燃燒相比，引入燃燒室內(nèi)的空氣量減少30%。因此，如前所述，在通常鍋爐燃爐中，由于有燃燒室內(nèi)大量引入的空氣和占其體積4/5的氮?dú)獾拇嬖诙a(chǎn)生的熱損失以及所生成的NOx氣體可以大幅度地減少。
(2)內(nèi)燃機(jī)從進(jìn)氣歧管向吸入燃燒室內(nèi)的空氣流供給高濕空氣。供給的高濕空氣由氣態(tài)物質(zhì)和未分解水滴構(gòu)成。該未分解水滴在接觸燃燒室內(nèi)高溫的同時(shí)，立即成為潛熱，傳熱給從外部吸收的空氣，使燃燒室內(nèi)熱量均勻，形成良好的熱環(huán)境，將熱影響波及給燃料噴霧微粒，有助于形成良好的化學(xué)反應(yīng)和燃燒區(qū)。另一方面，氣態(tài)的高濕空氣因點(diǎn)火而容易(在700℃～800℃的溫度下)發(fā)生熱分解反應(yīng)，分離成氧和氫。分離的氧爆發(fā)力大，因此，起著往燃燒室內(nèi)噴射的燃料以外的燃料的作用。實(shí)驗(yàn)表明，供給高濕空氣的情況下，即使往燃燒室內(nèi)少噴射10%左右燃料，也能夠得到同樣功率力。這樣，呈爆炸性燃燒的氫所產(chǎn)生的高溫、高熱量，對(duì)燃料微粒的燃燒具有良好的影響。另外，分離的氧與燃料微粒結(jié)合促進(jìn)燃燒，因此，可以使必需從空氣中取得用于燃燒的氧氣量變少，起著使引入燃燒室的空氣量(含氮約4/5)減少的作用。若是通常的內(nèi)燃機(jī)，為了形成爆炸壓力，需要使空氣充滿燃燒室，該空氣中4/5是氮?dú)?，因此，NOx作為廢氣大量產(chǎn)生?？墒牵紵覂?nèi)供給氣態(tài)高濕空氣時(shí)，可以減少高濕空氣所占有的體積那部分的空氣吸入量。因此，氮?dú)饬魅肓恳沧兩?，從而減少NOx的發(fā)生。另外，由于大氣吸入量的減少，流入的氧氣量也理應(yīng)減少，但是高濕空氣分離出來的氧能使氧的減少得到充分地補(bǔ)充。
這樣便能達(dá)到燃燒效率提高、燃料消耗下降的同時(shí)，減少NOx等廢氣。
本發(fā)明的高濕空氣制造裝置的第1細(xì)管1長度約為10～50mm、內(nèi)徑約為1～5mm是合適的，其水分入口直徑d0約為0.1～0.5mm是合適的。該水分入口直徑d0較大時(shí)對(duì)于減少NOx有效，在大型柴油機(jī)用裝置中，允許其直徑最大約為1.5mm。
另外，使高濕空氣排出用噴管的通孔直徑d2與上述水分入口的直徑d0相等的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到下面結(jié)果。即，廢氣中所含的碳化氫氣體，在d0＝d2為0.1mm～0.5mm的條件下濃度最低，NOX氣體，在d0＝d2小于約1.5mm的情況下，直徑越大，濃度越低。如與不使用本發(fā)明裝置的情況相比，碳化氫氣體濃度隨著d0＝d2的值從0.05mm逐漸變大而降低，在0.1mm～0.5mm的范圍內(nèi)濃度最小，此后隨著直徑變大碳化氫氣體濃度也逐漸變高，可是一直到d0＝d2小于約1.5mm以前時(shí)，仍一直比不使用本發(fā)明裝置時(shí)的值低。因此，與不使用本發(fā)明裝置時(shí)相比，至少能降低碳化氫氣體濃度，并且，在希望盡量降低NOx氣體濃度時(shí)，即使將d0＝d2加大至小于約1.5mm也仍然有效。
另外，本發(fā)明的高濕空氣制造裝置中設(shè)有略呈倒Y字形流路的合流部5，其流路的直徑在1mm～3mm的范圍是適宜的。
第2細(xì)管2的長度沒有特別限定，其內(nèi)徑在1～5mm的范圍是適宜的。
第3細(xì)管3是為了使在合流部合流的流經(jīng)第1細(xì)管的霧與來自第2細(xì)管的空氣的合流空氣進(jìn)一步均勻地混合并上升而設(shè)置的。
這時(shí)，第3細(xì)管3大致呈垂直豎立狀態(tài)設(shè)置是重要的。垂直是最理想的，可是，即使相對(duì)于垂直線有+19～-19度范圍的傾斜也是允許的，根據(jù)情況的不同，也可以相對(duì)于垂直線有+20～-20度的傾斜。若傾斜度超過了上述允許值時(shí)，流經(jīng)其中的合流空氣-“含水分的空氣流”中比較重的水塊(團(tuán))靠自重容易與管壁接觸，結(jié)果，塊逐漸變大，終于成為液體沿管壁流落。就是說，“含水分的空氣流”分離成沿管壁流落的水和幾乎不含水分的空氣，其結(jié)果是，改善燃料消耗以及減少有害氣體的效果明顯降低，這一點(diǎn)通過本發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)得到證實(shí)。
第3細(xì)管3的長度約為80～180mm、內(nèi)徑約為1～5mm是適宜的。
如上所述，合流部5的流路直徑在1mm至3mm的范圍是適宜的;第1細(xì)管1、第2細(xì)管2和第3細(xì)管3的直徑分別為1mm～5mm是適宜的，其理由如下。即，為了防止水中存在的二氧化硅和鈣等在管中形成泥渣狀堆積的缺陷，而采用上述直徑是適宜的。在形成泥渣堆積時(shí)，會(huì)發(fā)生高濕空氣的壓力不穩(wěn)定，或不能得到穩(wěn)定燃燒等等不理想狀態(tài)，不能長期使用達(dá)15年以上。本發(fā)明的發(fā)明人通過長年實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在采用上述直徑，燃燒狀態(tài)最好，依靠常規(guī)維修就可以長期使用達(dá)15年以上。
按照本發(fā)明，若將高濕空氣制造裝置的開腳角度α定為55～65度，將所制造的高濕空氣供給內(nèi)燃機(jī)或鍋爐時(shí)，可使燃燒室內(nèi)的燃燒接近于完全燃燒。其結(jié)果是，焰芯溫度變高，廢氣中的CO氣體濃度、HC氣體濃度、NOx氣體濃度均降低，燃料消耗得到改善。
附圖是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例涉及的高濕空氣制造裝置的垂直剖面概略圖;
圖2是水入口7的垂直剖面概略圖;
圖3是空氣入口8的垂直剖面概略圖;
圖4是合流部5的垂直剖面概略圖;
圖5是高濕空氣排出口9的垂直剖面概略圖;
圖6是表示廢氣中的氧分子濃度的曲線圖;
圖7是表示圖6中實(shí)施例的廢氣中的氧化氮?dú)怏w濃度的曲線圖。
下面，通過實(shí)施例來更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于這個(gè)實(shí)施例。
圖1是本實(shí)施例涉及的高濕空氣制造裝置的垂直剖面概略圖。
本裝置的主要部分安裝在不銹鋼制圓筒形容器4和聚乙烯制薄壁內(nèi)部容器(內(nèi)套管)4a中;容器4是裝置的一部分，其內(nèi)徑100mm，高200mm，內(nèi)部容器4a裝于其內(nèi)。設(shè)置內(nèi)部容器4a的目的一是為了與外界絕熱，防止其中的水的凍結(jié)，二是為了在將不銹鋼制容器4固定在外部裝置上時(shí)，容易清掃容器內(nèi)部。在容器4a上一處形成縱槽(從上看為V字形)，以便裝配時(shí)空氣通過縱槽逸散到外部，因此容器4a的內(nèi)裝工作變得容易。
容器4是用于貯存水的，水多時(shí)，若一振動(dòng)，水就會(huì)起浪，因此，為防止這種情況發(fā)生，使質(zhì)輕的中蓋6浮在水表面。中蓋6也起著水少時(shí)防止第1細(xì)管1的水入口7從水中浮出的作用。中蓋6是硬質(zhì)氯乙烯樹脂制的圓板(厚2mm)，其上開有許多通孔。
容器4的上部開口部有不銹鋼制上蓋4b，通過一次操作環(huán)(未圖示)，能將其合適地安裝、卸下。容器4與上蓋4b的接觸部有橡膠密封墊(未圖示)，使二者貼緊。因此，通過上蓋4b，能將容器4內(nèi)部密封起來，即使容器4傾斜到水平狀態(tài)，內(nèi)部的水也不會(huì)泄漏。
第1細(xì)管1是一根耐熱耐壓乙烯樹脂制的透明管(內(nèi)徑2.7mm、長30mm)，用于吸取容器4內(nèi)的水，并使其氣化，在此管下端安裝有向容器4內(nèi)的水開口的水入口7，此管上端與合流部5連接。
水入口7，如圖2所示，系由與第1細(xì)管1連接的磷青銅制的噴管外體7a、嵌在噴管外體內(nèi)部的長度10mm、外徑8.5mm、內(nèi)徑d0為0.3mm的噴管內(nèi)體7b、位于噴管前方的防臟物侵入的不銹鋼網(wǎng)濾7c以及為將網(wǎng)濾安裝在噴管外體上的筒形塑料框架7d所組成。
噴管內(nèi)體7b用特殊樹脂的超高分子聚乙烯制成，以防止水中含有的微量二氧化硅沉積吸附，在其中心，沿縱向貫通一個(gè)直徑d0＝0.3mm的細(xì)孔。
第1細(xì)管1的內(nèi)部因靠發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)壓而呈減壓狀態(tài)(200～700mm汞程度)，因此，水通過該細(xì)孔被減吸引至內(nèi)部，從而容易氣化，產(chǎn)生水霧。
第2細(xì)管2是，用于吸入空氣，在本實(shí)施例中大致呈“J”字形(見圖1)，是用耐熱耐壓乙烯樹脂制的透明管(內(nèi)徑2.7mm、長度160mm)構(gòu)成。第2細(xì)管2的上端有向大氣開口的空氣入口8，下端(彎曲部分頂端)與合流部5連接。
空氣入口8安裝在上蓋4b上，如圖3所示，系由與第2細(xì)管2連接的黃銅制的噴管8a、嵌插在噴管內(nèi)部、長度為10mm、外徑8.5mm的空氣調(diào)節(jié)過濾器8b、包覆住8b的塑料制的防塵用濾清器8c(栗田工業(yè)株式會(huì)社制)以及濾清器8c的安裝架8d所構(gòu)成。
空氣調(diào)節(jié)過濾器8b用連續(xù)氣泡(形成空洞連續(xù)的彎曲通道)的多孔質(zhì)塑料構(gòu)成，如在實(shí)驗(yàn)例4中所說明的那樣，起調(diào)節(jié)所制造高濕空氣的“水/空氣比”的作用。只用噴管的話，調(diào)節(jié)該比率的作用小。
合流部5是為了在使流經(jīng)第1細(xì)管1的霧和流經(jīng)第2細(xì)管2的空氣合流、碰撞后，將其導(dǎo)向上方(第3細(xì)管3的方向)，其本體外形呈厚8mm、直徑20mm的圓盤形。
材料為超高分子聚乙烯。使用該種材料的理由如下。即，合流部5的內(nèi)部，如圖4所示，流路大致呈倒Y形(不管哪條流路，其內(nèi)徑均為2mm)。該大致呈倒Y形流路的合流點(diǎn)的楔形的頂點(diǎn)，由于流經(jīng)第1細(xì)管1的霧和流經(jīng)第2細(xì)管2的空氣之間的碰撞、合流，容易磨損?？墒?，若使用這種材料，則難以磨損。并且，若使用這種材料，則水中含有的二氧化硅就難以沉積吸附。假如楔形的頂點(diǎn)磨損變圓，那么就不能制取對(duì)改善燃料消耗及減少有害廢氣有效果的高濕空氣。
合流部5的流路的內(nèi)徑最好不要太粗，以1～3mm為好。
在流路的出入口處，從圓盤本體上突出有連接管，這些連接管分別與第1～第3細(xì)管嵌合，使合流部5能與各細(xì)管連接起來。
大致呈倒Y形流路的開腳角度α，在本實(shí)施例中為60°。在合流部5內(nèi)部，來自第1細(xì)管的流路出口與來自第2細(xì)管的流路出口無間隔地鄰接是重要的。假設(shè)二者間有間隔，那么在合流點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生過大空間，該空間是減壓(減速)的主要原因。
離開合流部5沿第3細(xì)管3上升的合流空氣為“含水分的空氣流”，用肉眼可觀察到呈白色霧狀。隨著沿第3細(xì)管3上升，白色逐漸地變淡，透明感增加。在第3細(xì)管3上部，可見比較大的水塊。
這種從白色霧狀向比較大的水塊的變化是重要的，引起這種變化的是第3細(xì)管3的作用。
第3細(xì)管3的長度以80mm至180mm為好。若其長度超過上述范圍時(shí)，就不會(huì)發(fā)生上述“從白色霧狀向比較大的水塊的變化”。
第3細(xì)管3是耐熱耐壓乙烯樹脂制的透明直管(內(nèi)徑2.7mm、長160mm)，呈垂直狀設(shè)置。細(xì)管3的上端與向容器4外開口的高濕空氣排出口9連接，下端與合流部連接。
高濕空氣的排出口9安裝在上蓋4b上，如圖5所示，該排出口9，系由形成殼體的磷青銅制成黃銅制噴管外體9a、設(shè)置在其內(nèi)部的負(fù)壓維持室9b(使直徑8mm、長10mm的圓筒置于水平位置的形狀)、嵌插在通向維持室9b的垂直導(dǎo)孔內(nèi)、高6mm、外徑2.7mm的預(yù)備噴管9c、螺紋固定在垂直導(dǎo)孔入口的連接管接頭9d、從負(fù)壓調(diào)整室9b通向外部的嵌插在水平排出孔內(nèi)的長8mm、外徑8mm的排出用噴管9e以及螺紋固定在水平排出口的連接管接頭9f組成。
連接管接頭9d下端與第3細(xì)管3連接。管接頭9d內(nèi)部沿垂直方向開有直徑2.7mm的通孔。“含水分的空氣流”經(jīng)此通孔上升。并且，空氣流通過預(yù)備噴管9c，進(jìn)入負(fù)壓維持室9b。
預(yù)備噴管9c用超高分子聚乙烯制成，其中心為一個(gè)直徑d1＝0.8mm的垂直通孔。
設(shè)置負(fù)壓維持室9b和預(yù)備噴管9c的理由如下。在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)中，吸入行程中產(chǎn)生負(fù)壓(減壓)，這成為本裝置第1細(xì)管1吸入水的原動(dòng)力，并且也是第2細(xì)管2吸引大氣中空氣的原動(dòng)力。但是，吸入行程與下一次吸入行程之間，沒有產(chǎn)生負(fù)壓。因此，負(fù)壓是脈動(dòng)的。沒有負(fù)壓時(shí)，吸引力就沒有了，因此，沿第3細(xì)管3上升的“含水分的空氣流”就落下。該氣流的落下，將“含水分的空氣”分離為沿管壁面流落的水和幾乎不含水分的空氣。可是，若設(shè)置負(fù)壓維持室9b和預(yù)備噴管9c時(shí)，當(dāng)來自發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)壓停止一瞬間時(shí)，維持室9b和預(yù)備噴管9c仍向第3細(xì)管3提供負(fù)壓，不讓吸引停止。因而，使“含水分的空氣流”在第3細(xì)管3內(nèi)不會(huì)停止和落下。
如鍋爐和柴油機(jī)那樣的負(fù)壓不發(fā)生或較弱的裝置中，采用另一種方法，準(zhǔn)備膜片式的電動(dòng)抽氣泵，將其接到鍋爐或發(fā)動(dòng)機(jī)與本裝置之間的連接軟管10的中間。這時(shí)，負(fù)壓即使脈動(dòng)也不會(huì)變?yōu)榱?，因此，也可以不要?fù)壓維持室9b。
“含水分的空氣流”從負(fù)壓調(diào)整室9b，最后通過排出用噴管9e，由本裝置向外排出。因而生成符合目的的高濕空氣。
排出用噴管9e用超高分子聚乙烯制成，中心是一個(gè)直徑d2＝0.3mm的水平通孔。直徑d2也可以約為0.1～0.5mm程度，尺寸大的對(duì)減少氧化氮的排放有效。在大型柴油機(jī)用的裝置中，直徑d2最大容許達(dá)到約1.5mm。d2最好與上述的貫穿水分入口7的噴管內(nèi)體7b的細(xì)孔直徑d0相等。
在負(fù)壓為零時(shí)，排出用噴管9e與空氣調(diào)節(jié)過濾器8b共同起作用，使第3細(xì)管3的內(nèi)部呈近似密封狀態(tài)，并使正在沿細(xì)管3內(nèi)上升的氣流不致落下。另外，該噴管9e對(duì)作為本發(fā)明的目的的制造高濕空氣有用。
在噴管9e的出口方向有連接管接頭9f，其內(nèi)部開有直徑2.7mm的水平通孔。
連接管接頭9f的出口處有連接軟管10，將本裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)或鍋爐連接起來。
連接軟管10為一根內(nèi)徑2.7mm的耐熱耐壓乙烯樹脂透明軟管。
連接軟管10的端部連接著發(fā)動(dòng)機(jī)或抽氣泵。因此，將脈動(dòng)的負(fù)壓通過排出用噴管9e供給本裝置。
這樣就能制造出作為本發(fā)明目的的高濕空氣，由于連接軟管10是透明的，故能了解內(nèi)部狀況。在連接到2000CC級(jí)汽車的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的實(shí)驗(yàn)例中觀察到在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下，直徑約為1.5～2.5mm的水珠，以大約20～40mm的間隔依次從軟管內(nèi)部飛去。在有負(fù)載的行駛狀態(tài)下，水珠速度加快，間隔變短。
實(shí)驗(yàn)例1(1)首先，準(zhǔn)備13種開腳角度α為10°～120°的合流部5，將它們分別與上述實(shí)施例裝置中的合流部5置換，制作種種實(shí)驗(yàn)裝置。
(2)準(zhǔn)備燃料(A重油)供給量為87l/小時(shí)、蒸氣發(fā)生量為1200Kg/小時(shí)的火筒煙管鍋爐(裝備有燃油噴霧式槍型噴燃器)，在噴燃器的旁邊設(shè)有感應(yīng)噴管，用連接軟管10將該感應(yīng)噴管與上述實(shí)驗(yàn)裝置連接起來。
并且，在連接軟管10中間設(shè)置膜片式的電動(dòng)抽氣泵，向?qū)嶒?yàn)裝置提供負(fù)壓進(jìn)行吸引的同時(shí)，將高濕空氣供給鍋爐。
(3)一邊驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，一邊使鍋爐工作，在這期間測定了焰心溫度和廢氣中的CO、CO2以及O2濃度。這時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置的水的消費(fèi)量是15CC/分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
表1(濃度單位PPm)
(4)從表1數(shù)據(jù)可以看出，開腳角度α為55～65度時(shí)，焰心溫度(越高越好)、CO氣體濃度(越低越好)、CO2氣體濃度(越高表示完全燃燒越好)以及O2濃度(越低表示完全燃燒越好)的綜合評(píng)價(jià)分最高。CO2氣體濃度高意味著燃料消耗低。
由此可見，本發(fā)明的高濕空氣制造裝置是一種多么卓越的裝置。
實(shí)驗(yàn)例2(1)首先，準(zhǔn)備水入口7的細(xì)孔直徑d0和排出用噴管9e的通孔直徑d2為0.1～1.0mm的8種的第1細(xì)管1和噴管9e，將它們分別置換上述實(shí)施例裝置中的第1細(xì)管1和噴管9e(d0＝d2)，制作種種實(shí)驗(yàn)裝置。
(2)接著，作為試驗(yàn)車，準(zhǔn)備1989年式豐田汽車株式會(huì)社制造的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)皇冠2000cc(行駛距離7500Km)。
卸下該車的排氣凈化裝置，使發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣直接從消音器排出，在排出口處安裝廢氣測定裝置的傳感器。
另外，在試驗(yàn)車的燃料系統(tǒng)中，安裝燃料消耗檢測器(安全汽車株式會(huì)社制)。
另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管中間，開一個(gè)直徑為8mm的孔，以突出在進(jìn)氣管內(nèi)的方式安裝一個(gè)內(nèi)徑為2.7mm的圓筒型噴管。噴管的側(cè)面開有許多直徑為2mm的通孔。這種噴管稱作吹笛式噴管。并且，將連接軟管10連接在該噴管上，將軟管10的另一端連接在與上述的實(shí)驗(yàn)裝置上。
(3)往本裝置的容器4內(nèi)盛入1200cc自來水，將試驗(yàn)車置于坊修社制底座示功器上，一邊在施加行駛負(fù)荷的狀態(tài)下，分別以60Km/小時(shí)、80Km/小時(shí)、100Km/小時(shí)不同速度驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使輪胎旋轉(zhuǎn)。
然后，在各種不同的速度下，測量容器4內(nèi)的水的消耗量(單位為相對(duì)于燃料消耗量的容量百分?jǐn)?shù))、燃料消耗量(cc/分)和廢氣濃度(ppm)。其結(jié)果列于表2。
表2(以80Km/小時(shí)的速度行駛時(shí))
表2(以100Km/小時(shí)的速度行駛時(shí))
從此實(shí)驗(yàn)中可以看出，關(guān)于燃料消耗方面，不管在哪種速度下，都是水入口7的細(xì)孔直徑d0與排出用噴管9e的通孔直徑d2相等，均為0.1mm～0.5mm時(shí)的結(jié)果(燃料消耗量少)。另外，關(guān)于廢氣濃度方面，碳化氫氣體與上述燃料消耗實(shí)驗(yàn)情況相同，在d0＝d2，為0.1mm～0.5mm時(shí)的排出量變少;而NOx氣體在d0＝d2越大，排出量越低。
實(shí)驗(yàn)例3將實(shí)施例裝置(d0＝d2＝0.3mm)用于實(shí)驗(yàn)例2的試驗(yàn)車上，將第3細(xì)管3安裝成與垂直線成設(shè)定的β角度。并與實(shí)驗(yàn)例2一樣，使試驗(yàn)車分別以60Km/小時(shí)、80Km/小時(shí)速度作有負(fù)荷行駛，測定此時(shí)的水消耗量(單位為相對(duì)于燃料消耗量的容量%)和燃料消耗量(cc/分)。該項(xiàng)測定是在各種不同的β值下反復(fù)進(jìn)行的。
所得結(jié)果列于表3。由于水消耗量不管速度是60Km/小時(shí)、還是80Km/小時(shí)都是不變的，因此統(tǒng)一列表3。
表3
(實(shí)驗(yàn)No.1沒有安裝實(shí)施例的裝置)從此實(shí)驗(yàn)可以看出，第3細(xì)管3垂直豎立時(shí)(β＝0)，燃料消耗情況最佳(燃料消耗量少);第3細(xì)管3與垂直線之間的角度超過20°時(shí)，燃料消耗量迅速增加，表示燃料消耗狀況變壞。即，從燃料消耗好壞的角度來看，第3細(xì)管3垂直豎立時(shí)特別好;即使與垂直線成+20～-20度的角度有時(shí)也能獲得良好的燃料消耗狀態(tài)。
實(shí)驗(yàn)例4
(1)將實(shí)施例裝置(d0＝d2＝0.3mm)通過連接軟管10與廢氣采樣裝置(島津制作所制的CFP-301型)連接。
然后，用膜片式電動(dòng)抽氣泵，作為上述裝置的吸氣泵。利用該泵，實(shí)施例的裝置在負(fù)壓550mmHg下吸氣，制造高濕空氣。
在裝置內(nèi)部的吸入氣體導(dǎo)管的中間，設(shè)有冷卻器中心部分，高濕空氣在此被冷卻到-10℃，水分液化。上述泵將液化水與空氣的混合物吸入，并送入設(shè)在裝置內(nèi)部的排水容器中。
排水容器下部有積存的水，上部則有空氣。將該泵作了如下的設(shè)定。該空氣壓力-到1.3大氣壓(計(jì)入大氣壓)時(shí)，泵就自動(dòng)停止工作。通過設(shè)定成1.3大氣壓，就預(yù)先確定了實(shí)驗(yàn)2的試驗(yàn)車以80Km/小時(shí)的負(fù)荷行駛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生完全相同的負(fù)壓(約500mmHg)。該負(fù)壓施加于實(shí)施例裝置。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，外部空氣(周圍)溫度約為15℃，排水容器內(nèi)部空氣溫度為7℃。
排水容器上有刻度，能從外部讀取水的容量。因而，可以測定該水量(cc)和空氣量(7℃、1.3氣壓)。本說明書中將其稱作“水/空氣比”。
(2)這回將同一裝置(d0＝d2＝0.3mm)連接到實(shí)驗(yàn)例2的試驗(yàn)車上。
并且，使該車以80Km/小時(shí)的負(fù)荷行駛(負(fù)壓約550mmHg)，測定燃料消耗量(cc/分)。
這時(shí)，由于試驗(yàn)車和抽氣泵對(duì)實(shí)施例裝置施加了完全相同的負(fù)壓，因此，在與前項(xiàng)(1)相同條件下制造高濕空氣。
(3)因而，把空氣調(diào)節(jié)過濾器8b更換成各種不同的過濾器，反復(fù)進(jìn)行前項(xiàng)(1)、(2)中有關(guān)內(nèi)容的測定。將其結(jié)果列于表4。
表4〈
(注1空氣為7℃、1.3氣壓下的體積)(實(shí)驗(yàn)No.1沒有安裝實(shí)施例的裝置)從表4結(jié)果可以看出，水/空氣比為 1/17 ～ 1/21 時(shí)的高濕空氣最好，對(duì)燃料消耗有利(燃料消耗量少)。進(jìn)一步可以看出，使用能夠提供上述那種水/空氣比的空氣調(diào)節(jié)過濾器8b，對(duì)于改善燃料消耗是有利的。
實(shí)施例5將實(shí)施例裝置(d0＝d2＝0.3mm)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)(小松制作所制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、S6D125型，220KVA/60HZ)上，用在共同發(fā)生系統(tǒng)上，進(jìn)行性能驗(yàn)證試驗(yàn)。
另外，使用的發(fā)電機(jī)是電洋株式會(huì)社制造的DCA-220SPM(K)型。
在360A的負(fù)載下，對(duì)于安裝實(shí)施例裝置(實(shí)施例)和不安裝該裝置(通常運(yùn)轉(zhuǎn))二種狀態(tài)，進(jìn)行廢氣濃度的測定試驗(yàn)，得到表5以及圖6、圖7所示的結(jié)果(1990年10月5日實(shí)施)。
圖6和圖7是從驗(yàn)證本發(fā)明裝置性能的實(shí)施例5獲得的曲線圖。圖6表示廢氣中O2的濃度，圖7表示廢氣中NOx的濃度。不管是O2濃度還是NOx濃度都隨著運(yùn)轉(zhuǎn)開始而增加，在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，濃度大致上保持不變，隨著停止運(yùn)轉(zhuǎn)，濃度減少。圖6狀態(tài)下，如表5所表示那樣，比起通常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來，實(shí)施例狀態(tài)下O2的濃度大。圖7的NOx的換算值是，將廢氣中NOx濃度的實(shí)測值換算成廢氣中O2濃度為13%時(shí)的值。
表5
(這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于CO2、CO、O2，是測定廢氣中所含的比例，而對(duì)NOx是測定廢氣中的濃度)從這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以知道，使用本申請(qǐng)所發(fā)明裝置時(shí)，廢氣中CO2、CO、NOx等等含有量減少，特別是NOx氣體的排放量得到了顯著的控制。
權(quán)利要求
1.一種高濕空氣制造裝置，由貯水容器(4)、第1細(xì)管(1)、第2細(xì)管(2)、合流部(5)和第3細(xì)管(3)構(gòu)成；第1細(xì)管(1)設(shè)有向容器(4)的水中開口的非常細(xì)的水入口，水通過從該入口減壓吸入，形成水霧；第2細(xì)管(2)設(shè)有向大氣開口的空氣入口；合流部(5)設(shè)有大致呈倒Y形的流路，使流經(jīng)第1細(xì)管的霧和流經(jīng)第2細(xì)管的空氣合流后導(dǎo)向上方；第3細(xì)管(3)基本上呈垂直設(shè)置，它使在上述合流部合流的空氣上升，并將其從排出用噴管排出；該高濕空氣制造裝置的特征在于上述Y字形流路的開腳角度α為55～65度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高濕空氣制造裝置，其特征在于上述合流部(5)的流路直徑為1～3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高濕空氣制造裝置，其特征在于上述第1細(xì)管(1)、第2細(xì)管(2)和第3細(xì)管(3)的直徑均為1～5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高濕空氣制造裝置，其特征在于上述第3細(xì)管(3)的長度為80～180mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高濕空氣制造裝置，其特征在于上述第3細(xì)管(3)設(shè)置成垂直的或者與垂線成+20～-20度角傾斜的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高濕空氣制造裝置，其特征在于上述合流部是用超高分子聚乙烯構(gòu)成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高濕空氣制造裝置，其特征在于上述貫穿水入口的細(xì)孔的直徑d0與上述貫穿排出用噴管的細(xì)孔的直徑d2相等，即d0＝d2為0.1mm～0.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高濕空氣制造裝置，其特征在于上述貫穿水分入口的細(xì)孔的直徑d0與上述貫穿排出用噴管的細(xì)孔的直徑d2相等，即d0＝d2為0.5mm～1.5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高濕空氣制造裝置，其特征在于向大氣開口的上述空氣入口的結(jié)構(gòu)，要使由上述水入口減壓吸入的水和由該空氣入口吸入的空氣在上述合流部(5)合流而產(chǎn)生的高濕空氣的水/空氣比為1/17～1/21。
全文摘要
本發(fā)明涉及高濕空氣制造裝置的改進(jìn)方案，其目的在于降低鍋爐和內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗以及減少NO本發(fā)明裝置中，經(jīng)減壓吸入而成為霧狀的水與從另一入口吸入的空氣，以55～65度的角度合流、碰撞而生成高濕空氣。
文檔編號(hào)F02B1/04GK1054293SQ9110060
公開日1991年9月4日 申請(qǐng)日期1991年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月2日
發(fā)明者小倉崇, 小倉好博 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本噴霧器