专利名称：用水混合燃料的方法、实施该方法的设备和燃料-水乳液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用水混合燃料，包括柴油或其它热推进剂，从而获得燃料乳液的方法，其中水对于燃料量的体积比范围为5%到35%，燃料和水以此范围比率被注入到一个封闭空间，并强烈运动以获得物理混合。本发明也涉及一种燃料-水乳液，其中通过机械混合方法将水微滴精细地分布在燃料中，最后，本发明还涉及到提供这种乳液的设备。
很长时间以来，人们已经知道，在柴油或其它加热燃料中加入少量水可以减少柴油机和加热系统中废气的有害成分。关于制造燃料和水之乳液，用以在柴油机中替代纯柴油燃料，在加热系统中替代纯加热燃料的方法，提出了许多种设想。一种解决方案涉及到使用一种可以获得稳定乳液的特定乳化剂。但到目前为止，这种乳液未能得到广泛应用，主要是由于其造价过高和一些局限性。
另一种解决方案是不使用任何乳化剂而使两种成分物理混合，主要问题在于水和燃料不易混合，而且制成这种乳液需要很高的能量。国际专利公开号Wo83/01210涉及了一种高能量乳化剂，其中被混合的成分在非常高的压力作用下，通过一个小孔而汽化。这种方法能量损耗极大。
美国专利4，087，862涉及另一种混合装置，其中被混合的成分成圆锥形地旋转通过锥形室和膨胀室。
在柴油燃料中使用一定的水可以降低发动机的操作温度，也可以减少一定的有害废气。但人们同时还已知道，这些成分的减少是以增加其它不利的成分作为代价的，所以使用这种乳液的好处，不能补偿其造价过高以及与之应用有关的问题。这也是之所以到目前为止这些乳液没有能够得到广泛应用的原因。
本发明的主要目的在于提供一种燃料-水乳液，它在内燃机或加热系统中使用，能够提高效率，减少废气的有害成分，而且不是明显地以增加其它成分作为代价。
本发明进一步的目的在于提供一种生产这种乳液的方法。
本发明进一步的目的还在于提供一种实施此种方法的设备。
根据本发明，提出了一种获得燃料乳液的方法，其中水对于燃料量的体积比范围为5%到35%，燃料和水以此范围内之比率被送入一封闭空间强烈混合，并在一封闭环路中再循环，其中还提供了一个反应空间，液体流在此反应空间内被强制绕反应空间旋转轴线旋转、并沿其轴线方向旋转前进，反应空间液体流动方向末端的剖面为锥形，因而沿轴线和指向轴的径向的压力都连续减小，使得绕轴线旋转的液体流在离开反应空间时逐渐被制动结束第一次旋转运动，而绕与该第一个轴线成某一角度的第二个轴线旋转，再循环液体部分以这样的流束方式流出环路，即平均所有流体粒子在其离开环路之前，至少完成了十整周运动，由此形成一种乳液，其中水微滴获得均匀粒径分布，燃料发生结构上的变化。
最好是使第二个轴线垂直于第一个轴线。
在第一个实施方案中，从反应空间流出的液体流切向流入涡旋室，形成绕涡旋室轴线的涡旋流。
在第二个实施方案中，从反应空间流出的液体流被导向绕第二轴线设置的螺旋通道。
本发明提供的燃料-水乳液，包括其体积占5%到35%的水，由原燃料和水通过机械混合而制成，乳液中燃料成分的结构与原燃料不同，它比原燃料具有更高的热值。
乳液的进一步特征在于水具有均匀的粒径分布，平均粒径在3至6微米之间。
还提供了用于混合燃料和水的设备，它包括一个再循环泵，泵的输出端和输入端之间的再循环路径，安插在此路径中起静电混合器作用的反应室，在此路径上提供燃料和水混合液的装置和提供乳液的输出口，其中反应室的形状为围绕第一个轴线旋转对称，而且最好是其剖面轮廓近似于心形，在反应室的前部，绕其周沿带有若干切向进料孔，与围绕此周沿确定的环道连通，从泵处得到原料供应，反应室具有与输出口相连的锥形部分，还提供了一个其中心轴线垂直于反应室轴线的螺旋通道，输出口与螺旋通道的周沿部分连通，与再循环路径相连的螺旋通道的中心部分处确定了一个镗孔。
最好是在再循环路径上插入一个偏压回转阀。
如果渐细锥形部分具有指数轮廓，则可以获得最佳效果。
在一最佳实施方案中，用于提供燃料和水混合液的装置包括，一个具有轴向往复运动杆的电磁体，分离的燃料泵和水泵的活塞分别安装在活动杆上，各泵分别具有输入和输出阀门，输出阀的液体输出口与连接于再循环路径的乳液通道连通。
可取的是，水泵上具有一个由弹簧偏拉的活塞部件以便使其与活动杆能够依照乳液通道中的主向压力的变化联动，即在通道中压力增加到超出预定限值的时候，减少或停止泵水。
一个较好的使用情况是，液体输出口通过回送管实现与柴油机燃料喷油泵的耦合，回送管另一端反馈到再循环路径。本设备包括根据乳液中水含量调节发动机的燃料供应，以补偿能量之损失的装置。
本发明提供的技术方案导致了一种独特新颖的乳液出现，就有效地减少废气中的有害成分而言，它具有优异性能，明显地优于已知乳液，其生产不需要很高的能量，它能用于柴油机或者作为供热系统的热推进剂。
现在结合附图和最佳实施例来描述本发明，在图中
图1表示本发明设备的上部分，图2.表示图1所示设备的下部分，图3.是图1中涡旋罩6沿纵轴9的一法线平面切开的剖视图，图4.是图1中沿第一单元1内赤道平面切开的剖视图，图5.表示第二个实施例中的再循环泵，图6.表示该实施例的反应室部分，图7.表示燃料和水泵部分，图8.表示螺旋通道53的顶视图，图9.是活塞部件77的放大剖视图，图10.表示燃料流率控制的传动示意图，图11.表示抽样液滴粒径分布情况，图1-4表示本发明的混合设备的第一个实施例，其上部由第一单元或主金属单元1、第二单元2和第三盒式单元3组成。第三单元3通过螺栓穿过第二单元2连接到第一单元1的右侧，这三个单元形成了一个刚性机械整体。第三单元3有一个大中心圆柱形空腔4，其边缘顶端中部有一圆形套孔5。涡旋罩6通过拧入套孔5的双头螺栓7和嵌入第二单元2圆形凹槽的凸缘8安装在空腔4内。
涡旋罩6是一个具有水平旋转轴9的长形对称旋转机件。涡旋罩6的外轮廓线是大致与空腔4形状一致的轴向曲面，从而围绕涡旋罩6形成了一个环形压力室。涡旋罩6确定了一个椭球形涡旋室10，它具有一个渐细的颈部11，此颈部形成在第二单元2上。颈部11的轮廓是一反弯曲面，其开口12在第二单元2的左表面上，在颈部11和椭球体中部之间处的涡旋罩6罩壁上提供了八个分布均匀的进料口13(如图3所示)。每一进料口13都由其轴线略朝椭球体端头轴向倾斜的喷油口14和与相应喷油口14连通的埋头孔15组成。轴向倾斜角约为15～20°。如图3所示，喷油口14的轴线也倾斜于轴9的法线平面，相对于相应半径的倾斜角约为15°，埋头孔15的轴线大致垂直于涡旋罩6的罩表面。
第一单元1确定了第二个涡旋室16，其形状类似于汽球，具有垂直旋转轴线17。第二涡旋室16有一个大致为球体的上部18、形状为旋转双曲线面且向下渐细的中部19和一个短圆柱颈20。
输出口21设计在球体部分18的赤道面上，其轴线与第一涡旋室10的轴线9为一条直线。输出口21通向第一单元1的左面壁，输出管(图中未示出)的端口可以插入其中。空气排放孔22做在第一单元1的上壁，使第二涡旋室16能够排气。第三单元3的上壁也有一个空气排放孔23，以供腔体4排气。
在第一单元1中，提供了一个倾斜圆锥形输送管24，延伸在第一涡旋室10的开口12和第二涡旋室16之间。如图4所示，管24的轴线25与第二涡旋室16赤道面上确定的水平轴线26大约成20°角。向内渐细的管24之锥角亦约为20°。管24外口27的直径大于第一涡旋室10的开口12，开口12在口27的中心部分，二者同心。管24在两个涡旋室10和16之间，提供了一个准切向通路。
图2表示图1的设备之下部。在第一单元1内的第二个涡旋室16开口颈20的延长区域中，形成了一个竖向的圆形镗孔30，镗孔30在底部开口，通过此口，回送管可以与未用的(多余的)燃料-水混合液相通。在第一单元1内设有一输入孔31与镗孔30连通。输入孔31有一个管道连接装置，通过它可以与预混合柴油燃料和水的进料管相连接。
泵马达32安装在第三单元3上，它有一个水平杆33，插入并密封于第二单元2的一个孔中。泵轮34装在杆33的内端。在第一单元1和第二单元2之间提供了一个圆柱形空腔35，轮34安装于其中。在轮34中心部分的前端，腔体35与竖向孔30的扩宽部分连通。径向于上述腔体35，在第2单元2和第三单元3中提供了一个水平通道36，通向涡旋罩6外围的环形空腔4。
本设备较好的使用情况是，将柴油机或加热器燃烧室的燃料给进输送管线引入本设备中。在第一种情况下，输出开口21可与喷油泵的燃料输入口相连接。根据本发明的设备所产生的乳液。其流出速率是相对稳定的，而柴油机的燃料消耗量却是变化的，过量的燃料乳液可以回收。喷油泵的回送管与竖向孔30的底端口(此端口打开)相连接。过量乳液回送到循环流之中，进一步改善了乳液的均匀度。
这种操作需要压敏材料作为燃料和水给入装置，以保证乳液流出速率总是与回和供料速率的总和相等。在泵速率为3000l/h，并带有回送管的典型实施例中，系统内压力分布如下泵轮34的进料端为1.1巴，压力调节空腔4中为3.3巴，第二涡旋室16的赤道面周围上为2.2巴。
根据本发明之混合设备的第二个实施例在图5至8中以这样的方式表示，即将此设备分为紧接的三部分37、38、39。中间部分38示于图6，左部分37示于图5，右部分39示于图7。此设备具有一个金属结构外罩40，在外罩40的上下端都装有冷却肋帮助散热。主通道41沿外罩40底部平行延伸，但在附图平面中是分开示出的。箭头41a、41b、41c及41d表示通道41中流体的方向。中间部分38由3个金属块42、43、44组成。块42和43确定了反应室45，其轮廓类似于心型符号且绕轴46旋转对称。反应室45有前部或称进料部分47和与流出口49相连的指数性衰减部分48。围绕前部47一周有一个环道50，二者由若干切向进料孔51连接起来。进料孔51位置和方向的设计与第一个实施例中的进料孔13相同，所以图3也表示了第二个实施例。
在块42中，提供了一个进流通道52，它与环道50连通，压缩乳液则通过它流向环道。第三块44包括螺旋通道53，其顶视图如图8所示。螺旋通道53沿反应室的轴线46平面水平延伸，宽度均匀，螺旋通道53在其中心部分与一个其轴54垂直于螺旋通道平面的竖向孔连通。如图8所示，反应室45的流出口49沿螺旋通道53径向延伸。沿垂直于图6所示平面延伸的乳液流出管道55与螺旋通道53连通，用于最终引导乳液至燃料喷油泵或油料燃烧室供其使用。如图8所示，管道55沿螺旋通道切向延伸。另一替换实施例中，反应室到通道的输入口可以设计为沿切线方向，乳液输出管道则可以从通道52分支而出。绕垂直轴54延伸的竖向孔之下底端，与弹簧承载型回转阀56相连接，当来自孔方向作用于其上的压力至少为1.2巴时，阀门开启。回转阀56的另一端与主通道41连通。
两个排气部件57和58分别安装在中间部分上(图6)，以便在操作开始之前，排除掉腔体内的空气。
图5所示的左面部分37，大体上是一个再循环泵，如箭头41d所示，该泵从主通道41吸进乳液，并将乳液抽回到中间部分38进流通道52。再循环泵60包括由电动马达驱动，以预定速度旋转的叶轮61。典型地、泵60的流率为3000l/h。主通道41的端口，在再循环泵60的进料口端与竖向孔62连通。提供了一个进料管道63用以接纳来自喷油泵的回送管，它与竖向孔62连通。
示于图7的右面部分39是燃料供应泵65，用来将柴油燃料和水的混合液输送到主通道41内，并保持两种成分的比率在一预定值。泵65包括振荡频率在3HZ至7HZ之间的电磁体66和振幅约为5mm的轴向往复移动的活动杆67。
柴油进料通道68，提供在39的左面，与燃料进料管道连通。形成燃料抽压泵的包括两对弹簧承载阀门，一对是弹簧承载进料阀门69，70，其偏压约为0.9巴，进料端与通道68相连，输出端与汽缸腔体71连通，由安装在活动杆67上的活塞72分开;另一对是弹簧承载输出阀门73，74，其偏压为1.5巴，在汽缸71压力增加的作用下开启。输出阀门的流出端与连接于主通道41的乳液通道75连通。
分立的水泵在活动杆的下底端提供，由偏置压力为0.28巴的弹簧承载。进水阀76，汽缸活塞部件77，第二个汽缸78，偏压为1.5巴的弹簧承载输出阀79组成。进水阀76的进水端与水输入通道80连通，输出阀79的流出口与乳液通道75连通。可以根据所需要的燃料与水之比例，通过选用其它不同直径的部件替代活塞部件77来改变燃料和水的比例。
在另一水泵替换实施例中，可以较好地做到，如果发动机空载，则不向柴油燃料中加更多的水，甚至可以减少加水量。由于伴随于发动机空载状态的是喷油泵输入端口压力的增加，因而能够基于这一实际压力值的变化实现控制。喷油泵输入端口是与本设备的乳液输出管55(图8)相连的，相应于发动机满负载时此端口的典型压力为2.2巴，空载压力为2.7巴。如果，比如在往复活动杆67的低端与活塞部件77之间建立某种特定联系，如图9所示，这种控制就能够实现。活塞部件77中心的圆柱孔，由一个螺纹封密环在外端锁闭。圆盘81在圆柱孔中介高度内连于活动杆上，盘簧82，83分别压在圆盘81的两侧。如果绕活塞部件77周围水容器的压力与发动机正常运转时一致，盘簧82，83所提供的压力足够高到可以保证活塞部件77与活动杆67之间的牢固连接。当发动机空载时，乳液通道75的压力值大约增加到2.7巴。如果内部压力能够打开水输出阀门79，则供水可以进行，而这只有当作用于活塞部件77上的压力足够高时才能做到。可以将盘簧82，83的偏置压力调整到这样一个值，即使得这时活塞部件77不能随活动杆67往复运动，取而代之的是圆盘81在固定不动的活塞部件77内上下运动。此种设计能够有效地在空载条件下切断供水。还可以做到当发动机接近空载条件时，逐渐降低活塞部件的运动，相应减少供水量。
图10是描述当水体积含量超出10%时，如何增加燃料供应，以防止其能量因为水成分的增加而降低的示意图。
柴油机机车的油门踏板，通过联动装置84与轴向运动的控制杆85相连接。控制杆85通过一定的耦合部件与控制齿轮传动装置86相连接，传动装置86调整发动机喷油泵燃料供应速率。如果预置水量的极限值为，比如，20%，且与负载无关，则能够通过预定控制杆85向前位移量获得补偿。如果在标准柴油工作情况下，燃料供应空转时为16mm3/s，最大负荷时为56mm3/s，则将导致相当于增加量为8mm3/s的线性增加位移，即分别增加至24mm3/s和64mm3/s。诚然，同样可能的是若控制杆85的位置决定了水量的增加，则根据乳液中水对于燃料的实际比值可以相对于标准供料增加燃料供应。这一条件可以由，例如齿轮传动装置86的非线性设计获得。
图1至4所示的根据本发明设备的第一个实施例的操作过程如下。
预混合柴油燃料或加热推进剂和预定比例的水，通过进料孔31提供给系统。在正常操作开始以前，须排出腔体内之空气。这可以通过两个排气孔22、23来完成。首先假设没有回送管连到竖向孔30的底端且此底端暂时封闭。泵马达32开始运转，泵在一封闭回路内循环混合液。泵轮34的抽吸端连在竖直孔30处，压出端连在通道36处。泵所提供的流率约为1100至3300l/h，较好约为3000l/h，轮34两端之间的压差约为1至3巴，在流率为3000l/h时，约为2.1巴。
液体将充满涡旋罩6周围的环形腔体4，通过进料孔13的切向喷油口14产生一个强力流。由于喷油口14和第一个涡旋室10的特定的尾部形状及切向性，在其中便产生了一个如第一个涡旋室10内的螺旋箭头28所表征的涡旋流。旋转液体流的边缘区域流向椭球体空间的闭塞顶端，在围绕轴9的中心区域又被从顶端向渐细的颈部11反射。在中心区域围绕轴9出现了强烈旋转，压力减小，在开口12的区域达到最小，此处液体流速最大。
众所周知，在先有技术中，柴油燃料具有一定的压缩系数，即燃料的体积随压力不同会有所变化。相对于燃料而言，水实际上是不可压缩的。由于涡旋混合液沿渐细颈口部分流动，所以其压力将减小，并在开口处变为最小。由于室壁的制动作用，指向轴9的径向压力减小。当液体离开开口12进入向前渐细锥形管24时，由于管24的横截面远大于开口12的横截面，所以此处压力增加。燃料的体积随压力的变化而有些微改变，而水的体积却保持不变。燃料弹性体积的增加和减少与绕轴9的强烈旋转一起有助于两种物质的特定混合的形成，这将在本说明书的后面解释。液体从管道24被沿切线方向在其赤道平面处喷射到第二个涡旋室16内，在此涡旋室内将完成双倍涡旋运动，因为喷射的流体绕其流向轴旋转，也由于第二个涡旋室的形状和切向输入，形成了围绕垂直轴17的旋转。泵的抽吸作用导致了旋转液体的竖向流动。
第二涡旋室16的渐细形状保证了旋转运动和在垂直轴17附近速率增大。这一速率之分布类似于旋风口处的分布情况。
混合液将被泵再次吸入，在下一周期内这一过程又被重复。燃料和水的再循环混合液，其分布将越来越均匀，即水微滴的粒径分布将变得均匀，到大约第十周期结束时，旋转乳液压力中的强度发生变化，相随力的作用可能引起燃料结构上的变化，这对乳液的燃料性能很有影响。
如果混合液最多以第十次再循环的流率离开系统，则可以连续获得性能独特的混合液。如果泵提供1500l/h的流体，则混合液的输出速率至多可以达到150l/h。可取的是，如果输出速率更小，比如60l/h，则意味着平均每一流体微粒在离开系统之前参考了25周循环。数值25是通过两速率相除而得到的即1500∶60＝25。当然如果流率增加到3000l/h，则其循环圈数值将增加至50。
液体从何处离开系统是相当关键的。液体的流出应不影响两个涡旋室内和其连接通路上的压力分布。图1至4所示的实施例中，最合适的地方是第二涡旋室16的赤道平面，在此处有一个液体输出开口21。
乳液的性能很大程度上不依赖于系统中绝对压力值的大小。在孔30内(泵抽吸端)的主向压力绝对值可以高达5巴。实验已证明，当压力增加到6巴以上时，乳液质量有所下降。泵所提供的压差更为关键。在附图所示的情况下，1到2.2巴的压力增加可能最适度，此差值可以高达3巴。本设备的外形和结构设计相对于绝对和相对压力值而言，均允许有一大公差范围。
图5至8所示的根据本发明的第二个实施例的操作过程如下。
在操作中，再循环泵60以大约为3000l/h的流体率向进流通道52(在图6的左上方部分)提供乳液。液体流进环道50，并且从此处切向流入反应室45的前端部分47。液体将绕轴46强烈旋转，并流向输出开口49。在渐细部48内，液体中的压力沿指向轴46的径向减小，旋转速度则沿相反方向减小，即旋转速度在室壁处最小。轴向速度沿输出开口49的方向增大，轴向流动分量沿背离轴线径向减小。可以证明，压力是沿轴向朝开口方向逐渐下降的，应该注意的是，指数衰减的形状很有用，因为这样沿轴向的压力下降及其基本流体分布与实际流率关系不大，指数造形的特性在声学领域内是已知的，在声学领域，利用指数曲线型喇叭可以在很宽的频率范围内提供一个非常均匀的声压。
可以相信，在流动的液体内，根据其内部之间不同的速度和压差会形成不同的液体层，这些层彼此之间将相对滑动，因而会产生分子切变力。这些力可以达到一个高于燃料中水微滴的表面张力的值。结果是水微滴被分裂，这些粒子与燃料分子进行碰撞。通常这些分子很长，包括一些相互之间存在低能级亲合力的区段。在反应中，较长的碳氢分子将发生部分分裂。
绕其轴强烈旋转的液体进入螺旋通道53后，在垂直于旋转平面方向上产生了一个加速度。这一纵向速度变化率和液体的旋转，导致了强烈混合的继续和液体微滴的分裂过程，从而获得了微滴尺寸分布极其均匀的乳液。
就这一点而言，图1至4所示的第一个实施例中，第一和第二涡旋室内也发生着类似的情况。
乳液从竖向孔通过主通道41被再循环到再循环泵60的抽吸端端，泵提高压力，使乳液再向反应室45流动。使用回转阀56是为了在泵60开动之前，防止液体循环。当泵60旋转时，其压力足够高到可以开启回转阀56。
通过乳液输出管道55流向喷油泵的乳液，其输出速率由喷油泵进料口的主向压力和图7所示的燃料和水供应泵提供的压敏供应速率一起调节。电磁体66引起杆67周期性上下运动，从而两个泵中的活塞分别交替运动，以预定比率向乳液通道75中输送燃料和水。如果系统中的压力增加，则作用于泵上的制动力将相应增加，电磁体的冲程将减小。通过适当的计算，可以使泵提供所需要的乳液量。如果供应量高于喷油泵的需要，则过剩的乳液能够通过进料管道63回送到系统中。图5至8所示的实施例，能够提供大约60l/h的乳液。其典型的再循环速率为3000l/h。
应该注意的是，需要用来保持再循环的能量，即再循环泵60和电磁体66所需要的能量与大多数已知的静电混合器所需的非常高的能量比较起来是非常少的。这一优点归功于乳液再循环路径上对流体的阻力相当小。
第二个实施例优于第一个实施例的长处在于大致上减小了再循环乳液的体积，从而缩短了在发动机起始阶段或者如果在发动机运转过程期间水成分变化时所需的响应时间。
在发动机典型负载情况下喷油泵进料口的压力为2.4巴，在此负载时，几个压力值如下-再循环泵66的压力端为3巴，-乳液输出管道55的出口处为2.4巴。
-回转阀56下半部分为1.8巴，这一压力在泵66的进料端和乳液通道75内持续。
混合液中水对于燃料的比率可以在很宽范围内变化。诚然，在通常使用的柴油发动机内，从水量的增加超过10%时起，马达的热效率明显下降。如果需要，这种能量损失能够通过重新调整喷油泵的柴油喷射量来加以补偿。这种再调整能够由图10提出的装置做到，使用它可以向发动机提供标准能量。水对于燃料最合适的百分比在大约10%到20%之间，而5%到10%之间和20%到25%之的范围也是较好的。低于或高于此极限值也可以接受，但它们不能象较好范围内时那样提供明显优势。当水成分在5%以下时，显示不出使用本装置对于改善废气成分方面的显著益处。
在各种型号和尺寸(大约从1800cc到14285cc)的包括自然进气和透平进气的实际柴油发动机上进行了一些初步测试。对于废气的分析表明，氧化氮(简示为NOx)的含量。在使用水含量为10%(体积)的柴油液体时，至少被减少15%，而在水含量增至体积的22%时，则这些成分减少高达40%。黑烟及油烟量，从水体积含量为10%时减少30%到水体积含量为22%时减少60%。粒子团块在水体积含量为10%时减少大约12%，在水体积含量为22%时约减少40%。这些值是通过进行标准ECER49测试周期用DNYD测量系统测定的。该系统由ECER49测试所规定的仪器组成。此处提到的减少值表示由几次测试。每次都使用ECER49周期的十三个步骤而获得结果的平均数。表1至3分别代表了用无水柴油燃料、水体积含量为15.83%和水体积含量为23.64%三种条件下进行的典型测试记录。
应当注意除表1-3的内容之外，还进行了其他的测试。在下表中各栏的标志符号不需要特殊解释。最后一栏“SZ”代表用Bosch方法进行的黑烟及油烟测量。
至于碳氢化合物，需要加以说明的是，与文献和用其它种类乳液的测试结果相反，根据本发明的设备能够在高旋转条件下减少烃的漏出，这是相当值得注意的。在全负载和2000Rpm的情况下，28%的HC和75%油烟的减少，将相当于50%的粒子减少。
表1至3中记录的是关于第一个实施例的测试，我们也曾对图5至8所示的第三个实施例进行过相当快速的测试，获得了类似或稍好些的结果。
为了证明根据本发明生产的乳液的独特性能;还进行了一些进一步的测试实验。包括用显微镜对预定其粒径及粒径分布的燃料中的水微滴进行分析。乳液是这样制成的，即用中性颜料将使用的水着为兰色，兰光可以防止在显微镜检测期间样品中微滴温度升高。在璃环板之间保持20微米的距离，以防止样品变形。在板上覆盖一层石蜡薄膜，从而消除微滴着敷于玻璃板上的可能。图11表示水体积含量15%的乳液中水微滴粒径分布情况。纵轴给出了样品中有关粒径时的微滴数。
从图11中可以看到，其分布近乎于一个平均粒径约为4.5微米的高斯曲线。其粒径分布不同于一般粒径均匀的情况，因为根据各种文献资料，此分布曲线差异相当大，常常有几个在不同粒径时的峰值。根据本发明生产的乳液有一个特点，即其颜色略微不透明，在浓淡程度上也与其所含燃料的颜色不同。
为了测定根据本发明的混合过程是否确实引起了燃料结构变化，进行了一个热值序列测试。作为第一步，首先做出了水体积含量为15%的乳液。用于制造乳液的水被着色为可鉴别的兰色。从用来制造乳液的柴油燃料中抽样。用离心法在3000kpm持续10分钟的条件下将水从乳液中分离出来。从乳液中所留下的燃料成分中提取样品。用作对比的柴油燃料也经过离心分离。
然后将原燃料和经过分离的燃料样品在一精密量热计中进行量热测试。试验材料和对比材料的热值，都被测量过三次。
测试值如下原柴油燃料从乳液中分离出的燃料热值(C.V.)(焦耳/克)热值(C.V)(焦耳/克)142，88643，070243，10743，028342，97843，061平均值42，99043，053从这些数据中可以看出，乳液中所含的燃料的热值比原燃料高出63焦耳/克。差别几乎为千分之1.5，如果我们认为轻质烃的热值仅仅比重质氢化碳的热值略高的话，则这个差别已经是很显著的值了。不过这种测量通常用于区分各种烃馏分，它是很可靠的。
如果假设水的分离不够理想，则残留水的存在，将导致测量值的下降，因此，与上述值相比，实际热值与之不同之处只能是其值更高。
这一结果表明，在掺水过程中燃料结构肯定发生了变化，这一不同的结构说明了为什么根据本发明生产的乳液情况下的废气成分与使用一般情况不同。换句话说，除此以外，对比和被测燃料之间在废气和热值两方面都存在的区别，没有其它别的解释可以给出。
权利要求
1.用水混合燃料获得燃料乳液的方法，在该乳液中，水量为燃料的5%至35%(体积)，在该方法中，燃料和水按照上述范围内的比率，被送入一个封闭空间内，并在一闭合回路中剧烈运动及循环，其特征在于，在上述闭合回路内提供了一个反应空间(10，45)，在此空间内，液体流被强迫绕此空间的旋转轴线(第一个轴线)(9，46)旋转，并沿该旋转轴向前运动，此空间的后部沿液体流动方向的剖面为渐细锥形，因而沿旋转轴方向和指向旋转轴的径向压力连续减小，当绕上述旋转轴旋转的液体离开该空间时，第一次旋转运动逐渐被制动和停止，并使得液体流绕与前述第一个轴成一定角度的第二个轴线(17，54)旋转，循环液体的一部分以这样的方式从回路中流出，即在离开回路之前，平均所有液体粒子都至少参与了十个整周期的运动，从而形成一种微滴粒径分布均匀，燃料内部结构发生变化的乳液。
2.根据权利要求1的方法，其中所述第二个轴线(17，54)垂直于第一个轴线(9，46)。
3.根据权利要求2的方法，其中从反应空间(10)流出的流体切向进入一个涡旋室(16)，绕第二个轴线形成涡旋流。
4.根据权利要求2的方法，其中从反应空间(45)流出的液体，被导向到绕所述第二个轴(54)设置的螺旋通道(53)。
5.根据权利要求1的方法，其中循环流的压力，通过安装在回路中的泵(60)，至少增强0.8巴，至多增强3巴。
6.根据权利要求1的方法，其中所述燃料的柴油，乳液流入柴油机的喷油泵，柴油机带有一个反馈到循环回路的回送管。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于所述回路中的一般压力保持在6巴以下。
8.一种燃料-水乳液该乳液包括5%～35%(体积)的水，它由原始燃料和水机械混合制成，其特征在于乳液中燃料成分的结构不同于原燃料，比原燃料具有更高的热值。
9.根据权利要求8的燃料-水乳液，其中所述水具有均匀粒径分布，且平均粒径在3至6微米之间。
10.实施权利要求3之方法的设备，其特征在于循环回路包括一个泵，一个涡旋罩(6)，一个围绕在与泵之压出端相连的涡旋罩周围的压力调节室(4)，一个长椭球形且带有渐细颈部和纵向轴线(9)的第一涡旋室(10)，若干个在靠近涡旋室颈部一侧的涡旋罩边缘上所确定的切向进料孔(13)(进料孔13的轴线倾斜于椭园体与颈部相对的顶端口)，一个与颈部开口(12)连通的管道(24)，其旋转轴线(17)大致垂直于第一涡旋室轴线(9)的第二涡旋室(16)，第二涡旋室(16)具有球体形上部(18)，向下渐细的双曲面中部(20)和颈部(24)，管道(24)大致在球体部分(18)的赤道面上切向地连到第二涡旋室，一个将第二涡旋室颈口(20)连向泵抽吸端的通道(30)，水和燃料的输入通道与此通道连通，液体输出口(21)则设计在第二涡旋室壁上，大致位于球体部分的赤道面上。
11.根据权利要求10的装置，其中所说的压力调节室(4)是一个环绕涡旋罩(6)的环形腔体，每一进料孔(13)包括其轴线大致垂直于涡旋罩(16)的罩面的埋头孔和其轴线向第一涡旋室(10)的尾部切向倾斜的喷油口(14)。
12.根据权利要求10的装置，其特征在于输出开口(21)通过回送管与柴油机燃料喷油泵联结起来，回送管反馈到前述第二涡旋室颈口与泵抽吸端之连接通道(30)。
13.用于混合燃料和水的设备，包括一个再循环泵(60)，泵的进油口和出油口之间的循环路径、插入此路径中起静电混合器作用的反应室(48)，用于在路径上提供燃料和水混合液的装置和提供乳液的输出口，其特征在于，所述反应室(45)的形状绕第一个轴线(46)旋转对称，该反应室的前部(47)带有若干切向进料孔(51)，绕其外沿与一环道(50)连通，环道绕前述外沿形成并从循环泵(60)获得原料供给，反应室还具有一个带有输出开口(49)的渐细区域(48)，提供了一个其中心轴线(54)垂直于反应室(45)的轴线(46)的螺旋通道(53)，反应室的输出开口与螺旋通道(53)的外周沿部分连通，在与循环路径相连的螺旋通道(53)的中心部分处确定了一个镗孔。
14.根据权利要求12的设备，其中在循环路径上插入了一个偏压回转阀。
15.根据权利要求13的设备，其中所述反应室的渐细区域具有指数轮廓。
16.根据权利要求13的设备，其中用于提供燃料和水混合液的装置包括一个带有轴向往复运动杆(67)的电磁体(66)，分别具有活塞的燃料泵和水泵安装在此活动杆(67)上，各泵分别具有输入和输出阀门，输出阀门(73，74，79)的输出端口与连接于再循环路径的乳液通道(75)连通。
17.根据权利要求16的设备，其中水泵有一个由弹簧偏压的活塞部件(7)，以便使其与活动杆(51)连接能够依照乳液通道(75)内的主向压力来控制其运行，即在该通道(75)内的压力增加到大于预定阈限值时，减少或停止泵水。
18.根据权利要求13至17中任何权项的设备，其中输出开口(55)通过回送管与柴油机燃料喷油泵相结合，回送管另一端反馈到再循环路径，该设备包括用于根据乳液中水的含量调整发动机的燃料供应，以补偿其能量损失的装置。
19.根据权利要求13的设备，其中反应室(45)的剖面轮廓近似于心形。
全文摘要
用水混合液体燃料以获得一种燃料乳液，其中水对燃料的体积含量比为5％至35％，燃料和水被送入一封闭空间，并在闭合回路中剧烈运动并循环，液体流在反应室内被强迫绕反应室轴线(第一轴)旋转前进，反应室尾部沿流向剖面渐细，故沿轴向和向轴的径向压力连续减小。离开此空间的液体绕与第一轴成一角度的第二轴线旋转，在离开回路之前，平均所有的液体粒子至少参与了十整周期运动，乳液中燃料成分结构与原燃料不同，其热量值更高。
文档编号F02B3/06GK1033832SQ8810733
公开日1989年7月12日 申请日期1988年10月24日 优先权日1987年10月23日
发明者威尔纳·佐赫, 罗兰德·斯弟米尔, 皮特·考塔, 米歇尔·兰托斯, A.凯斯勒 申请人:哈里尔医学和技术设备销售有限公司