專利名稱：液體催化劑的輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及將催化劑輸送到燃燒反應(yīng)火焰區(qū)，如燃料燃燒室內(nèi)的系統(tǒng)。更具體點說，本發(fā)明的實施例包括一個產(chǎn)生含有催化劑的氣溶膠、蒸氣或霧化氣體的催化劑儲罐和一個將催化劑輸送到火焰區(qū)的催化劑輸送系統(tǒng)。本發(fā)明的具體實施例可包括一個真空源，用來將含有催化劑的氣體吸入火焰區(qū)內(nèi)和一個增濃回路，用來當(dāng)需要增加的催化劑濃度時將催化劑增量吸入到火焰區(qū)內(nèi)。
2.背景技術(shù)在燃燒反應(yīng)技術(shù)中，霧化氣體、催化劑蒸氣和氣溶膠曾被用來增加燃料燃燒系統(tǒng)的能量輸出。在傳統(tǒng)的噴霧氣體輸送系統(tǒng)中，使容器內(nèi)一池子液體的上面形成真空，將空氣吸入到容器內(nèi)液面之下的一個位置。一般情況，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中的液體包括一個載體液體和浮在其頂上的油或其他催化劑，或者在更近一些時候，使用催化劑溶液，其中包括基本載體和可溶的催化劑。在液體之上造成的真空，使氣泡上升通過液體進(jìn)入到液體之上的空氣內(nèi)，有一部分液體粘附在氣泡的表面上。在液面之上的某些點，氣泡爆裂，在氣泡表面上的一部分催化劑仍留在液體上面的空氣內(nèi)。這個過程通常稱為霧化(sparging)，而造成的含有催化劑的氣體被稱為“霧化氣體”。從而以霧化氣體形式被真空抽走的催化劑微?？杀还?yīng)到燃燒系統(tǒng)引入的空氣內(nèi)影響燃燒反應(yīng)。
但在傳統(tǒng)的霧化過程中，催化劑容器被這樣設(shè)計使當(dāng)氣泡上升到液體頂面會與固體障礙物接觸。這個接觸減少能粘附到氣泡表面的液體數(shù)量。傳統(tǒng)的系統(tǒng)還在爆裂氣泡的緊上方設(shè)有霧化氣體流出口。采用這個配置，催化劑溶液可從爆裂氣泡直接噴濺到霧化氣體流出口內(nèi)并以液體形式而不是以霧化氣體的形式行進(jìn)到火焰區(qū)內(nèi)，然后以不可控制的速率迅速消耗催化劑溶液。這個不必要的和不可控制的消耗使系統(tǒng)變成不起作用的和沒有效率的。傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)另一個不合適之處為，在容器內(nèi)的液體的上方，除了真空的負(fù)壓以外，有可能發(fā)生正壓，這時液體會被迫通過空氣引入道從系統(tǒng)溢出。這個現(xiàn)象通常被稱為滲濾(percolation)。傳統(tǒng)的霧化氣體催化劑輸送系統(tǒng)有一個特別的限制是，系統(tǒng)的催化劑輸送率要么是固定的，要么是燃燒系統(tǒng)的真空率成正比，它不能隨著需求的增加自動增加。
本發(fā)明公開的內(nèi)容本發(fā)明涉及一種液體催化劑輸送系統(tǒng)，它包括一個液體催化劑容器和一個催化劑輸送系統(tǒng)用來將含有霧化氣體的催化劑輸送到燃燒反應(yīng)的火焰區(qū)內(nèi)。本發(fā)明的實施例包括一個空氣引入道，可將空氣釋放到催化劑容器內(nèi)，使氣泡從空氣引入道釋出，這樣這些氣泡流動通過催化劑溶液時就可不與固體表面接觸；還包括一個在空氣引入道上的非限制性的止回閥和一個與催化劑容器主體鄰近的室，該室有一孔，其直徑小于室體的直徑以有助于只讓霧化氣體通到火焰區(qū)。還包括能有助于將容器安裝到室體上的增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)元件。
催化劑輸送系統(tǒng)的實施例可以簡單到只是一根簡單的管子，或者較為復(fù)雜的，可包括泵、控制器、報警器、傳感器和增濃回路。泵可以是連續(xù)的或根據(jù)燃燒過程的需要由控制器控制的。增濃回路也可以是連續(xù)的，具有預(yù)定的閾值以便將增添的催化劑提供給該系統(tǒng)，或者可根據(jù)燃燒過程的需要由控制器控制。報警器和定時回路可被用來傳送關(guān)于該過程、系統(tǒng)、或與該系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的傳感器的信息。在該系統(tǒng)內(nèi)也可設(shè)有遠(yuǎn)程指示器以便獲悉催化劑容器補(bǔ)充內(nèi)含物或復(fù)合物的組分的需要。振動源如泵可被添加到該系統(tǒng)內(nèi)，這時可將容器安裝在與振動源結(jié)合的安裝板上。環(huán)境的振動可用類似方法抑制，可將容器安裝在一個能緩沖環(huán)境影響的裝置上如在設(shè)有緩沖墊的裝置上。
本發(fā)明的上述這些和其他一些特點和優(yōu)點在閱讀下面用圖示出的本發(fā)明具體實施例的較詳細(xì)的說明后當(dāng)可明了。
附圖的簡要說明

圖1為按照本發(fā)明的一個實施例的液體催化劑容器在按圖4中的1-1線切開后的剖視圖；圖2為按照本發(fā)明的一個實施例的空氣流入道蓋的底視圖；圖3為按照本發(fā)明的一個實施例的具有兩個突起接頭的室蓋的底視圖；圖4為圖1中容器的頂視圖；圖5為圖1中容器的前視圖，但其室蓋只有一個突起接頭；圖6為按照本發(fā)明的一個實施例的催化劑輸送系統(tǒng)的方塊圖；圖7為按照本發(fā)明的一個實施例的、供往復(fù)式發(fā)動機(jī)用的、具有增濃回路的催化劑輸送系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；圖8和9是同一個具有增濃回路的催化劑輸送系統(tǒng)中的催化劑輸送系統(tǒng)的實施例，圖8所示為在低催化劑要求下的流動，而圖9所示為在高催化劑要求條件下的流動。
本發(fā)明實施例的詳細(xì)說明如上所述，本發(fā)明的實施例涉及燃燒反應(yīng)用的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其時催化劑以霧化氣體的形式被輸送到燃燒反應(yīng)的火焰區(qū)內(nèi)，本文所用“火焰區(qū)”一詞指燃燒反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域。當(dāng)燃燒反應(yīng)被封閉在燃燒室內(nèi)如在往復(fù)式活塞發(fā)動機(jī)的活塞室內(nèi)時，火焰區(qū)就是燃燒室內(nèi)的空間。在其他情況下，當(dāng)燃燒反應(yīng)不是在燃燒室內(nèi)，而是向周圍環(huán)境敞開，如同許多敞開火焰的應(yīng)用場合時，火焰區(qū)為任何一種燃料可能產(chǎn)生燃燒的區(qū)域。
圖1示出可用于本發(fā)明的催化劑輸送系統(tǒng)的液體催化劑容器2，容器2含有催化劑混合物4。關(guān)于一般使用的載體液體、催化劑和催化劑混合物的例子，和通過起泡的使用將催化劑轉(zhuǎn)變成氣溶膠的一般操作的說明曾在美國專利4,295,816(1981.10.20授予Robinson)、4,475,483號(1984.10.9授予Robinson)、和5,085,841號(1992.02.04授予Robinson)中被一般地公開，相關(guān)的公開內(nèi)容被本文參考引用。在一般的操作中，由于在催化劑混合物4上方的空氣區(qū)域內(nèi)形成的真空，空氣通過引入道8被吸入到容器2內(nèi)。吸入容器2內(nèi)的空氣以氣泡的形式上升通過混合物4，氣泡在液體上方的空氣區(qū)域10內(nèi)爆裂，氣泡的爆裂將催化劑微粒釋放到空氣區(qū)域10內(nèi)，該催化劑的一部分成為含有催化劑微粒的霧化氣體被真空抽吸到容器的頂部外。這個操作的進(jìn)一步論述將在下面結(jié)合圖6-9論述。
圖1所示實施例的空氣引入道8包括一個沿著容器2一側(cè)12延伸并進(jìn)入到接近容器2的底部14的引入管道。引入管道包括一個垂直部分和一個從垂直部分到容器2底部成一角度傾斜的部分。有一位在靠近容器2底部的水平的空氣進(jìn)入口16，它與引入管道的垂直部分之間被傾斜部分隔開?；蛘呖諝庖氲?可延伸到通過容器2的中心，或與容器2隔開。雖然空氣進(jìn)入容器的口子可在容器2的任何位置上被制成，但由于氣泡通過混合物4的上升對本發(fā)明的效益有顯著影響，最好將空氣進(jìn)入口16設(shè)置在容器2底部14鄰近。不管空氣引入道8和空氣進(jìn)入口16設(shè)置在什么地方，空氣引入道8的開口18應(yīng)位在空氣引入道8內(nèi)液面水平之上。供氣泡通過而上升到達(dá)空氣區(qū)域的液體深度可以是任何深度，但要工作得較好，深度宜為約2英寸或更深，更好宜在約3到約4英寸之間。雖然對于本發(fā)明的特殊用途，在某些實施例中，較淺的液深已經(jīng)夠用，但液深約為2英寸或更深可使混合物內(nèi)的微粒有時間粘附到氣泡的表面上，從而將催化劑轉(zhuǎn)移到空氣區(qū)域10內(nèi)。液體越深，釋放到混合物內(nèi)的氣泡越大。容器2的容積確定可被存儲用于起泡過程的催化劑混合物4的數(shù)量，而該數(shù)量又確定催化劑在被消耗掉之前可在起泡過程的操作中使用多少小時。對給定用途合適的容器容積將取決于用途而變化，業(yè)內(nèi)行家可根據(jù)所需操作時間、起泡率和催化劑混合物粘度立即確定。
圖1中實施例的空氣進(jìn)入口16被這樣定位和取向使氣泡在被釋放到混合物內(nèi)后可上升到混合物4的表面而不會接觸任何固體表面。在本實施例中，這一點是這樣做到的，將空氣引入道8在接近容器2的底部14時做成傾斜使空氣進(jìn)入口16不直接鄰近容器2的垂直壁12。而在傳統(tǒng)的用于起泡催化劑的容器2中，空氣進(jìn)入口或是直接靠近容器的垂直壁，或是在垂直延伸到液體內(nèi)的管子的底部如管子本身或一個連結(jié)在管子上的浮體，這些對氣泡來說都是垂直的固體障礙物。這些固體障礙物靠近上升氣泡的結(jié)果是，氣泡會碰撞或粘附在障礙物上，當(dāng)氣泡接觸障礙物時，氣泡上升的速度會放慢，液體粘附在氣泡表面的一致性會受影響，造成起泡率減少和較少的催化劑混合物被轉(zhuǎn)移到空氣區(qū)域10內(nèi)。當(dāng)氣泡粘附在障礙物上時，起泡率被減少，隨后的氣泡還可被阻攔或與已粘附到障礙物上的氣泡結(jié)合。這會造成不均勻的氣泡大小、催化劑較不有效地轉(zhuǎn)移到空氣區(qū)域10，和較不有效的系統(tǒng)。
為了使氣泡不容易與容器2內(nèi)的垂直的或其他固體的障礙物接觸，在圖1的實施例中，空氣進(jìn)入口16與壁被間隔開，空氣進(jìn)入口被設(shè)置在離開垂直壁1/2英寸遠(yuǎn)，并且對于起泡率為每秒鐘有2到15個氣泡走過約2到約4英寸，承諾氣泡在上升到液體表面時可不與垂直壁12接觸。其他較大和較小的距離曾設(shè)想過，如約1/4英寸或更多，并且預(yù)期與垂直壁12和其他固體障礙物的任何程度的隔離都會比傳統(tǒng)的系統(tǒng)有所改進(jìn)。進(jìn)入口16設(shè)置得離壁越遠(yuǎn)，在進(jìn)入口16形成的氣泡越大，這是由于在空氣引入道8上有較大的液體重量需要被真空位移，因此需要有較大的真空負(fù)壓來抽吸空氣使它通過進(jìn)入口16。在霧化氣體催化劑輸送系統(tǒng)技術(shù)方面的行家能容易地確定所需的離壁距離，在該距離下將可形成對特定用途所需的氣泡大小，而可使氣泡在到達(dá)液體表面之前不會與固體物件接觸。
使用傳統(tǒng)的系統(tǒng)，另一個會遭遇的問題是滲濾。當(dāng)容器的空氣區(qū)域10包括正壓力而不是真空所造成的通常的負(fù)壓力時滲濾便會發(fā)生。這樣催化劑混合物4便會被迫在空氣引入道8內(nèi)上升。如果壓力足夠大，那么催化劑混合物4便會被迫從容器2內(nèi)溢出到周圍環(huán)境內(nèi)。為了防止?jié)B濾，圖1所示本發(fā)明的實施例包括一個不受限制的流體止回閥和一個在空氣引入道蓋24上的密封墊22。止回閥在空氣引入道8的開口18附近設(shè)有一個浮動的擋止器20。密封墊22上有一開口，而在空氣引入道蓋24上也有一個開口26位在密封墊22的開口之內(nèi)，用來使空氣能被吸入到容器內(nèi)。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，流體止回閥不被使用，因為它們會限制空氣的引入，使過程中的氣泡大小發(fā)生變化，并需要較大的真空負(fù)壓。而在為本系統(tǒng)設(shè)計的流體止回閥內(nèi)，在空氣引入道蓋24內(nèi)的開口26有足夠大，可允許比按照合適速率供應(yīng)氣泡所需體積還要多的空氣引入，環(huán)繞浮動的擋止器20和通過空氣引入管道8的可供空氣流動的截面積也都足夠大，可不限制系統(tǒng)所期望的空氣流動。但空氣引入通蓋24內(nèi)的開口26又足夠小，如果發(fā)生滲濾。這個開口26可被浮動的擋止器20連同密封墊22堵塞。使用空氣引入道蓋24和開口26的另一個優(yōu)點是傳統(tǒng)的系統(tǒng)所沒有的，那就是可以防止通常與燃燒過程或與環(huán)繞傳統(tǒng)燃燒過程的環(huán)境關(guān)聯(lián)的許多灰塵、爐灰和其他外來垃圾進(jìn)入到小孔內(nèi)與混合物混合。
在標(biāo)準(zhǔn)的操作中，空氣通過在引入通蓋24內(nèi)的開口26，環(huán)繞浮動的擋止器20，流入到空氣引入道8內(nèi)，然后通過空氣進(jìn)入口16進(jìn)入到容器2內(nèi)。引入通蓋24設(shè)有內(nèi)螺紋28可配合在空氣引入道開口18的外螺紋29上。如果容器2內(nèi)發(fā)生正壓使液體升高到浮動的擋止器20便可使它浮起升向引入道蓋24。當(dāng)液體升高到足夠高度的停止水平，擋止器20便抵壓在引入密封墊22上，在引入道蓋開口26周圍造成密封，這樣便可防止液體滲濾到周圍環(huán)境內(nèi)。浮動的擋止器20可由任何一種能與密封墊造成液密密封的能浮材料如塑料球制成，而密封墊22可由彈性的或其他能與浮動擋止器20造成液密密封的材料如泡沫塑料、硅橡膠材料制成。除了浮動擋止器20和密封墊22以外，任何形式的能防止逸出的止回閥都可使用，但可能需要其他設(shè)計上的調(diào)整以資補(bǔ)償在空氣流內(nèi)的任何限制。其他形式的流體止回閥在本行業(yè)內(nèi)是大家都知道的。
在傳統(tǒng)的催化劑起泡系統(tǒng)中遇到的另一個問題是飛濺現(xiàn)象。當(dāng)在容器2的空氣區(qū)域10內(nèi)的氣泡爆裂時，氣泡表面上的催化劑混合物分散到容器2內(nèi)液體上方的空氣內(nèi)。理想的情況，爆裂的氣泡將只是把小分子均勻地分布在空氣中成為稀薄的霧化氣體，然后可被吸入到燃燒反應(yīng)的火焰區(qū)內(nèi)。但遺憾的是，爆裂的氣泡通常將大量的液體飛濺到空氣內(nèi)，或者在噴霧氣體被抽吸到燃燒反應(yīng)內(nèi)時將那些太大不能繼續(xù)懸浮在噴霧空氣內(nèi)的分子飛濺出去。以液體而不是以噴霧氣體形式輸送到火焰區(qū)內(nèi)的催化劑混合物可能會將催化劑混合物消耗得太快，因此是不合適的。傳統(tǒng)的霧化氣體催化劑分布系統(tǒng)的容器包括一個在液體上方空氣區(qū)域內(nèi)的真空吸出口，這使液體能夠直接飛濺到真空吸出口內(nèi)，并使較大的液體分子能被吸入到真空吸出口內(nèi)凝結(jié)或被消耗。另外，如果傳統(tǒng)系統(tǒng)的容器被使用在象具有重型構(gòu)造設(shè)備那樣的環(huán)境內(nèi)，在那里容器內(nèi)的混合物容易發(fā)生大的振動或晃動，這時液體形式的催化劑混合物也容易與真空吸出口直接接觸，并被吸入到和消耗在燃燒過程內(nèi)。
為了減少液體催化劑飛濺到或凝結(jié)在真空吸入口內(nèi)的影響，圖1所示本發(fā)明的實施例包括一個與容器2鄰近并連通的室30。該室30包括一個室進(jìn)口32，室進(jìn)口32的部分由其寬度34限定的平面面積，比與它平行的室體最寬處部分由其寬度36限定的平面面積小。使用這種靠近容器的室30主要有兩個優(yōu)點。首先，由于將室30的真空吸出口設(shè)置得與液體上方空氣區(qū)域10的主體隔開，氣泡的飛濺較不容易直接打到真空吸出口上。其次，由于使用霧化氣體在飄行通過真空吸出口之前必須通過的室30，霧化氣體在飄行通過具有較小面積的室進(jìn)口32的速度比通過具有較大面積的室主體大。這種速度變化的一個結(jié)果是大的液體分子會從氣相內(nèi)掉出，在室30的壁上凝結(jié)并返回到容器2內(nèi)。使用與容器主體隔開的室30還可顯著地使催化劑混合物在以液體形式轉(zhuǎn)移到火焰區(qū)內(nèi)時不易發(fā)生大的振動或晃動，因為沿著容器2的壁通往室30的開口32較小，大部分催化劑會從室30和真空吸出口被容器壁折返。
通往室30的開口的準(zhǔn)確面積和尺寸并不固定，可以是任何小于室30最寬處的大小。對于圖1所示實施例，室30的圓形進(jìn)口的直徑為5/8英寸，圓形室30最寬處的直徑為1.5英寸，但這兩個直徑都可設(shè)想使用較大的數(shù)值。小到1/4英寸的較小的直徑也可使用，但在容器2內(nèi)灌注液體的過程將太緩慢。本行業(yè)的行家應(yīng)該清楚，如果室進(jìn)口32變得基本上與一滴液體一樣大小或更小，那么室30的使霧化氣體通往真空吸出口的目的將不能達(dá)到，因為那時凝結(jié)的液體會從室30滴回到容器2內(nèi)。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)將一個小而基本連續(xù)的振動施加在容器2上可減少基本液體的消耗并有助于破壞液體的表面張力，結(jié)果催化劑能較好地轉(zhuǎn)移到容器2的空氣區(qū)域10內(nèi)，并且氣泡能較好地以一致的速率分裂。為了完成這個振動，可將容器2或使用輸送系統(tǒng)殼體的實施例中的殼體裝在汽車的底盤上，或振動電機(jī)上如果情況允許的話。但若振動過大如將容器直接裝在柴油發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)體上，那么氣泡的分裂將被擾亂得太厲害，而催化劑的轉(zhuǎn)移將較不一致或者會一起停頓。這樣，振動的頻率和振幅雖然并不太關(guān)鍵，但肯定不應(yīng)使容器振動得太厲害，以致在其內(nèi)的催化劑混合物有過大的晃動和濺潑，因為這會增加催化劑混合物以液體形式從容器被抽吸的危險。當(dāng)將催化劑容器用在有劇烈振動的環(huán)境中時，容器可被裝在安裝板上，再將安裝板聯(lián)接到環(huán)境上，而安裝板可通過緩沖彈簧、橡膠隔離墊或其他本行業(yè)所知的抗振元件阻尼環(huán)境的振。在一特定的實施例中，容器2和一催化劑輸送系統(tǒng)(在圖6和7中示出)被聯(lián)接到一塊共用的安裝板上并被封閉在一殼體內(nèi)，安裝板與殼體間有緩沖設(shè)施來減少殼體所在環(huán)境可能引起的振動。
在沒有現(xiàn)成振動源如往復(fù)式發(fā)動機(jī)的那些用途中，可用一個分開的振動器聯(lián)接到容器2上、或裝有容器的共用安裝板上、或輸送系統(tǒng)殼體上來提供振動。在本發(fā)明一個特定的實施例中，分開的振動源為用來將催化劑轉(zhuǎn)移到火焰區(qū)內(nèi)的真空泵。將真空泵和容器聯(lián)接到共用的安裝板上，真空泵的振動就可為容器提供輕微而基本連續(xù)的振動。
具有內(nèi)螺紋42和兩個真空管連接器或突起接頭44的可移走的室蓋40在圖1的實施例中示出。圖3為室蓋40的底視圖。真空管突起接頭44是傳統(tǒng)的突起接頭用來連接有孔貫穿其內(nèi)的管子使霧化氣體能通過室蓋40被真空源吸走。在室蓋40的內(nèi)側(cè)，突起接頭延伸到蓋40內(nèi)側(cè)的表面之下，這樣便可進(jìn)下減少已凝結(jié)在蓋上或被飛濺或濺潑到那里的混合物以液體的形式被吸入到真空吸出口的機(jī)會。當(dāng)將室蓋40用螺紋旋緊在具有外螺紋48的室孔46上時，便可形成一個氣密的密封，從而能在室30和空氣區(qū)域10內(nèi)造成真空。在增強(qiáng)的支承52上設(shè)有懸掛孔50使容器單元能被懸掛以便需要時應(yīng)用。在蓋和室孔46的上邊緣之間還可設(shè)有密封墊43以協(xié)助保持氣密的密封。
圖4為圖1所示液體催化劑容器2的頂視圖，空氣引入蓋24和室蓋40已被移去。有一增強(qiáng)支承52差不多沿著容器2的中央延伸，用來給空氣引入開口18和室30提供結(jié)構(gòu)支承。圖5還示出增強(qiáng)凹陷54的頂部。如圖5所示，凹陷54可沿對角方向延伸越過容器2或按任何其他取向，這樣當(dāng)在容器容積的空氣區(qū)域10內(nèi)形成真空時，可給容器體的形狀對付容器體和坍陷提供增添的支承。使凹陷54采取各種走向越過容器體，還可用帶箍嵌在凹陷內(nèi)將容器2固定在車輛上或其他結(jié)構(gòu)上，就象汽車上用帶箍固定蓄電池那樣。
一個可推薦的填充區(qū)域56在容器2的一側(cè)上示出。如同增強(qiáng)凹陷那樣，填充區(qū)域可制出凹陷以資給容器壁提供增添的結(jié)構(gòu)支承。對于圖5所示的容器2的實施例，室蓋40可只具有一個突起接頭。設(shè)有單個和一雙突起接頭的室蓋都可在同一容器上使用，這取決于所需的用途，將在下面較詳細(xì)地說明。
容器2、室30、支承52、空氣引入道8、及蓋24和40都可用任何液密而不易被存放在其內(nèi)的催化劑損壞的材料制成。許多塑料或橡膠都可用于這個目的，因為它們可不被通常用作催化劑混合物的酸性混合物所影響。采用塑料或橡膠時，容器可用注塑或模壓的方法制成，這些方法是本行業(yè)所熟知的。
圖6示出在燃燒反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)液體催化劑容器2的使用。催化劑輸送系統(tǒng)用繼電器控制來自容器2去往燃燒反應(yīng)火焰區(qū)62的含有催化劑微粒的霧化氣體。催化劑輸送系統(tǒng)60可簡單到只用一根管子連結(jié)在燃燒系統(tǒng)的空氣引入道上，例如當(dāng)空氣引入道在連結(jié)到容器的管子64上造成一個真空效應(yīng)(通常稱為Bernoulli或Venturi效應(yīng))的應(yīng)用，或者可以包括較復(fù)雜的真空元件、控制器、流動限制器及/或小孔來協(xié)助調(diào)節(jié)進(jìn)入火焰區(qū)的霧化氣體的數(shù)量。就特定的例子言，在傳統(tǒng)的汽油機(jī)內(nèi)，管子64可直接連結(jié)到集合進(jìn)氣管、化油器或節(jié)流板上。在本行業(yè)內(nèi)公知的汽油機(jī)空轉(zhuǎn)時活塞的作用可造成12-15英寸Hg的真空負(fù)壓。這個真空負(fù)壓已足夠?qū)⒂行?shù)量的催化劑氣溶膠通過一根連結(jié)在容器2上的管子64輸送到活塞室內(nèi)，這時活塞室為燃燒過程中的火焰區(qū)。
本行業(yè)的行家應(yīng)該知道，本發(fā)明可同時使用多個催化劑容器2和分別關(guān)聯(lián)的催化劑輸送器60，每一個輸送器60分別將催化劑微粒輸送給各自的火焰區(qū)，平常包含在單一催化劑容器2內(nèi)的催化劑混合物的組分可被分開存儲和分開輸送，或者各種不同的組合可分開存儲，然后適當(dāng)組合后輸送。這樣，催化劑混合物的各種微粒如鉑、錸、銠可分別從其各自的催化劑容器2用霧化、直接噴射、泵壓、氣溶膠加壓或任何其他已知的方法輸送，通過各自的催化劑輸送器60送到共用的火焰區(qū)內(nèi)。可以替代或增添的辦法是，單一或多個催化劑容器2內(nèi)的催化劑微?？奢斔偷蕉鄠€關(guān)聯(lián)的或不關(guān)聯(lián)的區(qū)帶內(nèi)如往復(fù)式發(fā)動機(jī)的多個燃燒室。本行業(yè)的行家當(dāng)會知道，這時需要有合適的控制器來協(xié)調(diào)各該催化劑微粒的定時、壓力、體積和輸送到所選的火焰區(qū)。
研究業(yè)已指出催化劑微粒在供給火焰區(qū)一段時間后然后停用，催化劑微粒的效益仍然能在火焰區(qū)內(nèi)存在。因此設(shè)想在本發(fā)明的特定實施例中，可以使用適當(dāng)設(shè)計的控制器，使催化劑輸送器60按周期有選擇地開關(guān)來將催化劑微粒供給火焰區(qū)一段時間再停止供給一個時間。用于其他目的的合適控制器的使用將在下面較充分地論述。
為了限制抽吸通過管子64的霧化氣體的數(shù)量，可使用限制器(見圖7)。合適的限制器通常在流動流體工業(yè)有供應(yīng)，可向CoorsTechnologies of Golden公司購買。為了在汽油機(jī)內(nèi)獲得每秒約為3-5氣泡的起泡率。而使用如同在授予Robinson的美國專利4,475,483中公開的催化劑混合物，可以使用0.009英寸陶瓷限制器。限制器可串聯(lián)地設(shè)置在催化劑輸送管64上，并包括一個通過其中心軸線的小孔，可用來限制流動通過限制器的霧化氣體。如果需要不同的起泡率或使用不同的真空負(fù)壓，本行業(yè)的行家可根據(jù)特定的用途和燃燒系統(tǒng)的需要計算出不同的限制器的大小。
圖7示出用于柴油發(fā)動機(jī)的催化劑輸送系統(tǒng)的一種較復(fù)雜的型式。如同本行業(yè)所公知，柴油發(fā)動機(jī)在機(jī)內(nèi)幾乎不產(chǎn)生真空負(fù)壓，這樣就使用較復(fù)雜的催化劑輸送系統(tǒng)60，其中包括一個增濃回路，當(dāng)發(fā)動機(jī)在高載荷下操作時，該回路可提供增添的催化劑濃度。柴油發(fā)動機(jī)從空載速率到滿負(fù)荷還包括一個范圍很廣的燃料需求。因此，一個可變的或按需的增濃回路可被包括在內(nèi)成為催化劑輸送系統(tǒng)60的一部分。
在圖7所示的催化劑輸送系統(tǒng)中，使用一個具有雙突起接頭的室蓋40。第一管70被聯(lián)接到室蓋40的第一突起接頭上并延伸到真空泵72。真空泵72與控制器74關(guān)聯(lián)。第一管70包括一個限制器76。在第一管70內(nèi)的霧化氣體被輸送通過限制器76和第一管70進(jìn)入到真空泵72內(nèi)，然后泵壓到連管78內(nèi)再通過催化劑管80進(jìn)入到引入?yún)R流管82內(nèi)，催化劑管80將第一管70與第二管84的催化劑輸送路徑連接在一起。第二管84被聯(lián)接到室蓋40的第二突起接頭上，并延伸通過限制器86和單路止回閥87，然后聯(lián)接到連管88上。單路止回閥87將通過第二管84輸送的任何霧化氣體堵住一直到在催化劑管80內(nèi)達(dá)到最小的真空負(fù)壓時才開啟。
柴油發(fā)動機(jī)在高載荷的情況下，大量空氣通過吸氣匯流管被引入到發(fā)動機(jī)內(nèi)，這時需要增添的催化劑霧化氣體來維持催化劑輸送系統(tǒng)在燃燒過程中的催化劑輸送系統(tǒng)的效益。由于提供設(shè)有止回閥87的第二管84，增添的催化劑霧化氣體并不馬上通過第二管被吸入，而是要等到發(fā)動機(jī)以足夠快的速率通過吸氣匯流管吸入空氣，在催化劑管80內(nèi)造成閾值真空效應(yīng)后才被吸入。吸入的增添霧化氣體的數(shù)量正比于真空負(fù)壓的數(shù)量一直到取決于限制器86孔眼大小的最大真空負(fù)壓為止。這樣只有所需添加催化劑的數(shù)量被供應(yīng)到燃燒過程內(nèi)，但系統(tǒng)有一最大的限度被限制器設(shè)定。在本發(fā)明一個用于柴油發(fā)動機(jī)的特定實施例中，真空泵產(chǎn)生約5-6英寸Hg的真空負(fù)壓，限制器76和86為陶瓷限制器，其孔眼直徑在約0.015英寸到約0.020英寸之間，止回閥為鴨嘴獸式止回閥，其裂解壓力約為1英寸H2O的真空負(fù)壓或更大(通過Apollo Pumps，Erving CA售出)。同一系統(tǒng)也可用于開放的火焰區(qū)，可帶有或不帶如上所述的增濃回路。由此可見本發(fā)明的實施例可容易適用于所有碳基燃料不管所使用的燃燒過程如何。
圖8和9示出催化劑輸送系統(tǒng)的具體實施例以便更清楚地說明在使用真空泵72和按需增濃回路時該系統(tǒng)如何操作。真空泵和增濃回路如同那些用于柴油發(fā)動機(jī)和其他用途的，具有不足的真空負(fù)壓或可變的催化劑需求。圖8示出低載荷的例子，圖9示出需要增濃的高載荷的例子。在低載荷情況下，真空泵72通過第一管70和限制器76吸入含有催化劑微粒的霧化氣體并推動流體使它通過連管78來到催化劑管80發(fā)往火焰區(qū)，流動路徑如圖8中的條紋管所示。在高載荷的情況下，在催化劑管80內(nèi)造成增添的真空使真空負(fù)壓超過止回閥87預(yù)定的裂解壓力閾值，增添的霧化氣體就從容器通過第二管84和限制器86被吸出，然后通過止回閥87、連管88、催化劑管80發(fā)往火焰區(qū)。如同本發(fā)明的其他實施例那樣，如果需要，限制器可被省掉。另外，如果對于本發(fā)明的特定用途，如果不需要或不希望增濃，第二管84、限制器86和止回閥都可被省掉。真空泵72可任選地制成可變的并由控制器來控制以資提供燃燒反應(yīng)的按需增濃。另外可使用可變止回閥，使它能調(diào)節(jié)到可以啟動增濃回路的一個點上，或者使控制回路能根據(jù)燃燒過程的具體的或變化的需要主動調(diào)節(jié)增濃的程度。
圖8和9還示出控制器74的回路板。當(dāng)將本發(fā)明用于汽車時，可將控制器74聯(lián)接到車輛的點火系統(tǒng)上使催化劑系統(tǒng)只是當(dāng)汽車行駛時才起作用。在其他用途上，控制器74可聯(lián)接到任何一個能啟動燃燒反應(yīng)過程的點火系統(tǒng)上使霧化氣體不會被泵壓到火焰區(qū)內(nèi)除非燃燒過程在該火焰區(qū)內(nèi)發(fā)生?？刂破髟诰唧w應(yīng)用時可包括一個鐘和定時回路來跟蹤并記錄催化劑輸送系統(tǒng)的操作?？刂破?4還可包括一個報警器以便指出預(yù)定的閾值操作時間已經(jīng)到達(dá)。跟蹤并記錄輸送系統(tǒng)的操作還可使業(yè)主或政府實體能夠收集有關(guān)催化劑輸送系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)。
報警器可用來指示催化劑在什么時候需要重新補(bǔ)充，或系統(tǒng)的其他維護(hù)在什么時候需要完成。報警器的形式可以為可見顯示如發(fā)光二極管(LED)、可聽的聲音、數(shù)字的或模擬的信號、或任何其他可計量閾值是否達(dá)到的指示。報警器的形式還可以是遠(yuǎn)程指示器，例如使用無線電頻率或其他信號將報警傳送到遠(yuǎn)處的接收機(jī)，或通過直接的線路將燃燒過程傳送到遠(yuǎn)處如車廂內(nèi)的顯示屏上或控制板上。更先進(jìn)的控制器74能夠跟蹤另外一些信息如催化劑液面水平、霧化氣體體積流量、燃料效率等，這些信息也可被傳送到遠(yuǎn)處?？刂破?4還可根據(jù)預(yù)定的判據(jù)如發(fā)動機(jī)載荷啟動和停止啟動真空泵72，或根據(jù)類似的判據(jù)控制真空泵72的速率。包括有電力線和地線94以資給真空泵72和控制器74提供合適的電力供應(yīng)。
雖然本發(fā)明的實施例已大致說明本輸送系統(tǒng)在汽油機(jī)和柴油機(jī)上的應(yīng)用，但應(yīng)知道使用霧化氣體來將催化劑載運(yùn)到火焰區(qū)還可用于其他的燃料如可替代的燃料和其他型式的燃燒過程。例如使用本文所說的原理，本行業(yè)的行家可容易地將本輸送系統(tǒng)應(yīng)用到使用燃燒過程的煅燒爐、加熱爐、鍋爐、渦輪發(fā)動機(jī)和燃燒過程不是直接用于工作的開放的火焰用途上。
應(yīng)該知道本發(fā)明的實施例可被用來給任何一種燃料的燃燒過程產(chǎn)生并輸送含有催化劑微粒的霧化氣體并不限于本文所論述的特定用途。本文所列舉的實施例只是為了最好地說明本發(fā)明，不能以此來限制本發(fā)明。在本發(fā)明的啟示下，在不離開后面權(quán)利要求限定的創(chuàng)意和范圍的情況下是能夠作出許多修改和變化的。例如可以設(shè)想除了被吸入到燃燒反應(yīng)的火焰區(qū)內(nèi)以外，催化劑還可用一個被控制器有選擇地控制的泵加壓霧化氣體使它象氣溶膠那樣直接噴射到火焰區(qū)或通往火焰區(qū)的空氣進(jìn)入管內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種液體催化劑混合物容器，包括一個容器體，其第一壁具有一個垂直部分和一個傾斜部分；一個通過第一壁通往容器體的空氣引入道，其空氣引入口與第一壁的垂直部分之間被傾斜部分間隔開，使得若空氣泡從空氣引入口被釋放到容器體內(nèi)的催化劑混合物內(nèi)，這些空氣泡在到達(dá)該催化劑混合物的上表面以前不會與第一壁的垂直壁部接觸；和一個在容器頂壁上的開口用來釋放容器體內(nèi)的霧化氣體。
2.權(quán)利要求1的液體催化劑混合物容器，其特征在于該空氣引入口與第一壁的垂直部分水平間隔開約1/4英寸或更大的距離。
3.權(quán)利要求2的液體催化劑混合物容器，其特征在于該空氣引入口與第一壁的垂直部分水平間隔開約5/8英寸或更大的距離。
4.權(quán)利要求1的液體催化劑混合物容器，其特征在于還包括一個與該壁開口連通的室，該室具有多個平行于該開口的橫截平面面積，該壁上開口的面積小于橫截平面面積中的最大面積。
5.權(quán)利要求1的液體催化劑混合物容器，其特征在于該壁開口的尺寸約為1/4英寸或更大。
6.權(quán)利要求5的液體催化劑混合物容器，其特征在于該壁開口的尺寸約為5/8英寸或更大，而最大橫截平面范圍約為1.5英寸或更大。
7.權(quán)利要求1的液體催化劑混合物容器。其特征在于還包括一個與該空氣引入道或液流連通的止回閥。
8.權(quán)利要求7的液體催化劑混合物容器，其特征在于該止回閥包括一個浮動的擋止器，其大小和形狀使它在該空氣引入道內(nèi)的液體上升到一個停止高度以上時能夠堵塞該空氣引入道，而在該空氣引入道內(nèi)的液體確定上升到該停止高度時，讓空氣沿該止擋器周圍流動。
9.權(quán)利要求8的液體催化劑混合物容器，其特征在于該止回閥還包括一個設(shè)置在該空氣引入道周圍的密封墊，使得當(dāng)該空氣引入道內(nèi)的液體上升到停止高度以上時該浮動的擋止器能與該密封墊接觸而形成密封接合，將空氣引入道堵塞。
10.權(quán)利要求1的液體催化劑混合物容器，其特征在于該容器體的壁上制有一增強(qiáng)用的凹陷部分，該凹陷部分被這樣取向和定位，使得通過將一帶箍對準(zhǔn)并騎在其上而可將該容器體捆綁在車輛上。
11.一種液體催化劑混合物容器，包括一個在其壁上制有開口的容器體；一個通往容器體的空氣引入道；和一個與該壁開口連通的室，該室具有一個比該開口面積大的橫截面面積。
12.權(quán)利要求11的液體催化劑混合物容器，其特征在于該壁開口的尺寸約為1/4英寸或更大。
13.權(quán)利要求12的液體催化劑混合物容器，其中該壁開口的尺寸約為5/8英寸或更大。
14.權(quán)利要求11的液體催化劑混合物容器，其特征在于，還包括一個與該空氣引入道成液流連通的止回閥。
15.權(quán)利要求14的液體催化劑混合物容器，其特征在于該止回閥包括一個浮動的擋止器，其大小和形狀使它在該空氣引入道內(nèi)的液體上升到一個停止高度以上時能夠堵塞該空氣引入道，而在該空氣引入道內(nèi)的液體確實上升到該停止高度時，讓空氣沿該止擋器周圍流動。
16.一種液體催化劑輸送系統(tǒng)，包括一個具有空氣引入道和流出口的液體催化劑容器；和一個催化劑輸送器，用來將霧化氣體內(nèi)的催化劑微粒輸送到燃燒過程的火焰區(qū)內(nèi)，該催化劑輸送器包括一條聯(lián)接到該容器出口的第一霧化氣體輸送通道，用來按第一速率輸送霧化氣體；和一條聯(lián)接到該容器出口的第二霧化氣體輸送通道，用來根據(jù)在火焰區(qū)對催化劑需求的增加按第二速率輸送霧化氣體。
17.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該第一霧化氣體輸送通道包括一個聯(lián)接到該容器出口的泵，該泵用來按第一速率將霧化氣體從容器流出口泵出。
18.權(quán)利要求17的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該第二霧化氣體輸送通道包括一個止回閥，該止回閥用來當(dāng)該止回閥一側(cè)的壓力超過預(yù)定的閾值壓力時接通霧化氣體使它流過其間。
19.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該第一和第二輸送通道連接成一個聯(lián)合輸送通道，用來輸送來自第一和第二輸送通道的霧化氣體，其中該第二輸送通道用來僅當(dāng)該聯(lián)合輸送通道內(nèi)的真空負(fù)壓超過預(yù)定的閾值壓力時才輸送催化劑。
20.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該第一速率為一可變速率。
21.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該第二速率為一可變速率。
22.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于還包括一個聯(lián)接到該催化劑輸送器的催化劑輸送控制器，用來調(diào)節(jié)霧化氣體經(jīng)至少一條輸送通道的流量。
23.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于還包括一個催化劑輸送控制器，用來監(jiān)控催化劑的輸送，并將催化劑輸送信息轉(zhuǎn)發(fā)到一個遙遠(yuǎn)的地點。
24.權(quán)利要求23的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該催化劑輸送信息包括一已經(jīng)達(dá)到預(yù)定操作閾值的指示。
25.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于還包括一塊聯(lián)接到該容器和一振動源上的安裝板。
26.權(quán)利要求25的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該振動源包括一泵。
27.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該容器的空氣引入口被這樣定位和取向，使從其內(nèi)釋放到該容器內(nèi)的催化劑混合物內(nèi)的空氣泡在到達(dá)該催化劑混合物的上表面以前不接觸固體物件。
28.權(quán)利要求16的液體催化劑輸送系統(tǒng)，其特征在于該容器包括一個與該容器壁開口連通的室，該室具有比該開口面積大的橫截面面積。
29.一種將催化劑供給到燃燒過程的空氣引入管內(nèi)的方法，該方法包括使霧化空氣通過該容器內(nèi)的液體催化劑混合物產(chǎn)生霧化氣體；按第一速率輸送來自該容器的霧化氣體，然后當(dāng)空氣進(jìn)入管對霧化氣體的需求超過預(yù)定閾值時按高于第一速率的第二速率輸送來自該容器的霧化氣體。
30.權(quán)利要求29的方法，其特征在于第二速率為可變速率。
31.權(quán)利要求29的方法，其特征在于該可變速率相應(yīng)于經(jīng)該空氣進(jìn)入管由空氣移動造成的真空負(fù)壓。
32.權(quán)利要求29的方法，其特征在于按第一速率輸送霧化氣體包括用真空泵泵壓該霧化氣體。
33.權(quán)利要求29的方法，其特征在于按第一速率輸送霧化氣體包括經(jīng)第一輸送通道輸送霧化氣體，而按第二速率輸送霧化氣體包括經(jīng)第一輸送通道和第二輸送通道輸送霧化氣體。
34.權(quán)利要求33的方法，其特征在于按第二速率輸送霧化氣體包括打開一個閥門使霧化氣體能因空氣流過該空氣進(jìn)入管所造成的真空而經(jīng)第二輸送通道被吸入。
35.一種使霧化空氣通過催化劑混合物而產(chǎn)生霧化氣體的方法，該方法包括使空氣通過容器內(nèi)的催化劑混合物而起泡；將催化劑微粒轉(zhuǎn)移到催化劑混合物上方的空氣空間內(nèi)而產(chǎn)生霧化氣體；按第一速率向容器流出口輸送容器內(nèi)的霧化氣體，然后按小于第一速率的第二速率向容器出口輸送容器內(nèi)的霧化氣體，然后將容器內(nèi)的霧化氣體輸送到容器出口。
36.權(quán)利要求35的方法，其特征在于按第一速率，然后按第二速率輸送容器內(nèi)的霧化氣體，然后將其輸送到容器出口，其工步包括使霧化氣體流過一個處在容器體和容器出口之間的室，該室有一開口，其面積小于該室最大橫截面的面積。
37.權(quán)利要求35的方法，其特征在于還包括從具有一垂直部分和一傾斜部分的空氣引入道結(jié)構(gòu)中將空氣泡釋放到催化劑混合物內(nèi)，該傾斜部分沿水平方向使釋放的空氣泡與垂直部分隔開，從而使這些空氣泡在到達(dá)催化劑混合物表面之前不與該垂直部分接觸。
38.權(quán)利要求37的方法，其特征在于釋放這些空氣泡的步驟包括釋放這些空氣泡使它們離開任何垂直表面。
全文摘要
一種輸送系統(tǒng)，用來產(chǎn)生含有催化劑微粒的霧化氣體，并將它們輸送到燃燒反應(yīng)火焰區(qū)(62)內(nèi)。輸送系統(tǒng)的催化劑混合物容器(2)包括一個設(shè)在容器的空氣引入道(8)的開口(18)上的浮球止回閥(20)，空氣引入口(16)與容器(2)的垂直壁(12)間隔開。還有一個開口比室體小的輔助濺潑室(30)設(shè)在容器(2)主體和容器的霧化氣體流出口之間，以減少液體形式的催化劑混合物(4)到達(dá)霧化氣體流出口的機(jī)會。還公開一個增濃回路，該回路包括控制器(74)、泵(72)和單路止回閥(87)，用來在載荷增加時將增添的霧化氣體添加到燃燒過程的火焰區(qū)(62)內(nèi)。
文檔編號F27D99/00GK1514747SQ02811659
公開日2004年7月21日 申請日期2002年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月12日
發(fā)明者詹姆斯W·哈斯丘, 詹姆斯W 哈斯丘 申請人:詹姆斯W·哈斯丘, 詹姆斯W 哈斯丘