[发明专利]具有碰撞射流的液体雾化喷嘴插入件

说明书

在一个实施方式中，提供了一种用于流体喷嘴的插入件。插入件包括以夹角定向的多个通道以在远离通道的出口的特定距离的一个或多个焦点出产生液体的碰撞射流(在一个实例中，液体的碰撞射流增加流体雾化并减小液体长度)。在一个实施方式中，喷嘴插入件是圆柱形的。插入件可以容纳、保持、限制在外喷嘴中或以其他方式在材料上与外喷嘴连接。液体的碰撞射流可以利用颗粒到颗粒的碰撞中携带的动能来改进液体破碎以便形成较小的颗粒(导致高汽化速度和较短的液体长度)。

技术领域

本公开总体上涉及用于产生雾化液体的设备和方法(液体可以是挥发性或非挥发性的)。在一个实施方式中，本公开涉及在液体输送行业中使用的流体喷雾喷嘴(或喷射器)。

背景技术

改进用于在流体输送系统中使用过的液体(例如，分别是挥发性或非挥发性的液体，诸如，水或某些涂层)的雾化是喷嘴设计的重要方面。关键方面是液体颗粒或液滴为了期望目的的液体应用而离开喷嘴时的液体颗粒尺寸或液滴的尺寸(诸如，应用到表面上的气流或细滴的雾化)。例如，水和/或醇的雾化对内燃(火花或压缩点火)引擎尤为重要。常规的单孔、多孔和“漩涡”型通用喷嘴(其可以是具有外部、内部和固定机构的单件式设计或多件式设计)提供了次优液体雾化(这些常规的设计通常使用气动剪切和/或漩涡型雾化机构)。公开的发明通过应用射流对射流碰撞几何学来提供雾化，同时使通用喷嘴(包括多件式和单件式喷嘴设计两者)保持简单的一体化。

实现液体的有效雾化(是否用于冷却、减少爆震、NOx还原和/或改进燃烧效率)是引擎设计和操作的重要方面并且为内燃引擎提供显著优势。

液体燃料和水两者通常被喷射到引擎中。燃料可为柴油型燃料、汽油(石油)、醇、及其混合物。醇包括与汽油共同混合在一起的乙醇和甲醇。还常常将水喷射到引擎中以提供内部冷却效果、爆震和/或NOx还原。由于液体水提供的大膨胀系数，所以具有在燃烧期间转换为蒸汽的优势。

现代引擎通常使用燃料喷射，以将燃料引入到引擎中。这种燃料喷射可为端口喷射或直接喷射。在端口喷射中，燃料喷射器位于汽缸之前的进气轨道中的某一点处，并且燃料被引入气流中(其通常接近正常吸气操作的气压并且高达压力感应应用的2-3atm)。喷射到引擎中的燃料及其他液体的雾化是重要的，这是因为只有燃料蒸汽可以参与燃烧。最佳地，在喷射的液体的流与引擎的任何内部表面接触之前，将任何喷射的液体雾化。如果液体在燃烧之前的任何时间接触表面，这种液体可以冲走润滑剂和/或积聚物或胶泥从而导致次优燃烧。在燃烧期间积累的燃料引起碳沉积、更大的排放以及更小的引擎功率。

水的均匀分布的喷雾对于热交换表面上的热传递(如在升压的高性能引擎应用中利用的)是重要的，其中，水被喷到热交换器上以增大传热效率并且提供附加冷却能力。汽车工业中的常见应用是利用增压空气热交换器的外部上的水或醇喷雾以在引入到燃烧室中之前进一步降低增压空气温度。

精细液滴尺寸和短液体长度对于例如进入到内燃引擎的进气轨道中的水和/或醇的喷雾是非常重要的，以便使从升压内燃引擎中的热空气传递到所喷射的水醇喷雾的热量最大化。过大的喷雾液滴可被携带到燃烧室中，但它们不良地参与燃烧，同时清洗燃烧室中的摩擦表面的引擎润滑剂(导致不期望的过早磨损或者部件可能的故障)。此外，冲击在内燃引擎的进气轨道的内部的表面上的具有长液体长度的喷雾可以积聚或聚结成大胶泥(其如果被引擎吸入则会引起显著损坏，并且在极端情况下引起引擎的液压锁定)。

除了内燃引擎之外，流体的雾化对于产生医疗气溶胶、医药或工业涂层、以及装置(诸如，加湿器)是极其重要的。

均匀分布且小的液滴尺寸对于涂层应用(包括粘合剂)也是重要的。精细颗粒尺寸允许均匀涂层厚度及均匀暴露于周围空气，从而允许涂层或粘合剂的均匀固化。

常用的燃料喷射器或喷雾器的喷雾配置通常包括从喷射器向外的一个或多个射流或流。然而，这种配置是受限的，并且经常导致进气歧管和进气端口壁上的液体冲击，从而形成膜，这在瞬态燃料计算中需要纳入考虑。