专利名称：用于液体燃料的空气辅助雾化的喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于液体燃料的空气辅助雾化(air-assisted atomization)的喷嘴的领域，更具体地涉及这样的喷嘴，其中燃料供应通道和空气供应通道将燃料和空气引导到涡流室，在涡流室中启动燃料的雾化，在涡流室的下游提供用于喷射雾化燃料的装置。
背景技术：
现有技术中已经提出上述类型的各种喷嘴。WO 03/024611公开了具有细长喷嘴体的低压喷嘴。设置了空气涡流插入件(insert)以及在空气涡流插入件中的内孔内的流体分布插入件，该流体分布插入件在其向内呈锥形的外表面上具有一组周向设置的空气旋流叶片，该组空气旋流叶片在径向上处于内部。该空气涡流插入件在其向内呈锥形的外表面上还具有一组周向设置的空气旋流叶片，该组空气旋流叶片在径向上处于外部。后一种空气旋流叶片将运动的旋转分量分给在空气涡流插入件的外表面与喷嘴体的内腔室的呈锥形的壁部分之间流动的低压空气。空气旋流叶片将涡流空气导向下游的流体混合室，以与存在于空气涡流插入件的上游流体混合室的受到剪应力(sheared)的流体液滴相互作用。在喷嘴体的下游远端，设置了向外呈锥形的出口孔，锥形的喷射分布型式(distribution pattern)通过该出口孔喷出。
发明内容
本发明的优选实施例的目的是提供一种喷嘴，该喷嘴可以减少从燃烧设备(例如，结合有喷嘴的炉子)中喷出的废气中的有害成分。
因此，本发明提供了一种用于液体燃料的空气辅助雾化的喷嘴，该喷嘴包括壳体，并且其在壳体内包括-燃料供应通道和空气供应通道；-分别设置在所述燃料供应通道和空气供应通道的下游端的涡流室；-涡流室下游的出口孔，锥形的燃料喷雾可以通过该出口孔从喷嘴元件中喷出；-空气旁路通道，用于引导空气供应通道中的一部分空气流通过涡流室，并到达至少一个空气出口；所述至少一个空气出口相对于出口孔设置成，在喷嘴工作期间，通过空气出口喷射的空气减少了燃料残渣在喷嘴元件的下游表面上的沉积。
已经发现，通过减少燃料残渣在喷嘴元件的下游表面上的沉积，在燃烧设备启动和关闭期间，从结合有喷嘴的燃烧设备喷出的废气中的有害成分已经显示出减少。
可以提供一个单一空气出口，以及一个或多个空气旁路通道，或者有选择地，不同空气旁路通道或单一空气旁路通道的多个空气出口。如果多于一个出口孔设置在喷嘴中，则一个或多个空气旁路通道以及一个或多个空气出口的位置和形状将通常取决于该一个出口孔或多个出口孔的布置。在本发明的优选实施例中，空气出口设置为环形，即环形状的孔或开口，用于在出口孔周围形成气垫(air cushion)或空气流，以减少燃料在喷嘴元件的下游表面上的沉积。或者，多个不同的空气出口可以相对于出口孔径向移位，这些不同的空气出口设置为形成类似的气垫或空气流。出口孔优选地在壳体和/或喷嘴元件内设置在中心。空气出口在垂直于壳体或喷嘴元件的旋转轴的平面中的横截面形状可以例如是圆形、矩形或弧形。在仅设置了单一空气出口的情况下，这种空气出口优选地为环形，其内半径大于出口孔的外半径。至少一部分空气旁路通道优选地设置在喷嘴元件中，喷嘴元件是壳体的整体部分或者是壳体中的单独插入件。
在本发明的一个实施例中，空气供应通道的上游部分设置成沿着喷嘴的芯元件的外表面延伸的环形通道，其中燃料供应通道设置为中心通道。空气供应通道的环形部分可以相应地由壳体中的孔或通道的内表面以及芯元件的外表面形成。在芯元件中，可以设置多个向内延伸的通道，以形成部分空气供应通道。喷嘴元件的上游端面优选地向内呈锥形。在环形通道与芯元件中的向内延伸的通道之间的过渡段，空气旁路通道的上游部分可以形成为喷嘴元件的外周向表面与壳体的内表面之间的间隙。涡流室优选地在空气和燃料供应通道的下游端设置在壳体内的中心处。
空气出口优选地设置在涡流室的下游位置，使得空气出口可以集中或导向喷嘴元件的部分下游端面，从而可以减少燃料残渣在该处的沉积。壳体下游端的内周向表面可以从空气出口向着壳体的下游远端表面向外呈锥形，或者可以平行于喷嘴的纵轴延伸。壳体的下游远端部可以在喷嘴的下游端面形成凹进处(indentation)，在该凹进处喷嘴元件的下游表面露出。
为了在空气出口的下游获得有效的空气流，可以通过使至少一部分空气旁路通道在垂直于旋转轴的横截面中弯曲而产生旋转的空气流。或者，旋转空气流可以通过导流叶片或凹槽而产生。空气流的旋转方向可以与燃料离开涡流室的旋转方向相同，或者可以与燃料离开涡流室的旋转相反。取决于工作特性，例如空气和燃料的流量(flow rate)和压力，可以期望，在一个或多个空气出口及其下游处的空气流是扰动的(turbulent)。一部分空气旁路通道可以在平行于旋转轴的横截面中基本平行于旋转轴。
出口通道可以设置在涡流室的下游，优选地是在喷嘴元件中的中心孔，用于控制燃料的分布，出口通道的上游端与涡流室流体连通。涡流室可以延伸到出口通道中。该出口孔，即出口通道的出口，可以设置在一个或多个空气出口的下游，出口孔由在喷嘴元件的下游表面处的短管状突出部限定。测试已经表明，这种管状突出部在减少燃料残渣在喷嘴元件的下游端面上的沉积方面具有有益的效果。因此在出口孔的上游可以暴露喷嘴元件端面的平面部分，一个或多个空气出口优选地设置在上游，并且优选地相对于出口孔径向向外。在一个实施例中，出口孔位于由壳体的下游远端面所限定的平面中。
本发明还涉及一种用于在液体燃料的空气辅助雾化的喷嘴中减少燃料残渣沉积在喷嘴元件的下游表面上的方法，所述喷嘴包括壳体，并且在壳体内-燃料供应通道和空气供应通道；-分别设置在所述燃料供应通道和空气供应通道的下游端的涡流室；-涡流室下游的出口孔，锥形的燃料喷雾可以通过该出口孔从喷嘴元件中喷出；-空气旁路通道，用于引导空气供应通道中的一部分空气流通过涡流室，并到达至少一个空气出口；该方法包括引导从空气出口喷出的至少一部分空气通过喷嘴元件的下游表面。
应当理解，这里讨论的喷嘴的作用和特征也适用于本发明的方法。
本发明可以应用到广泛的燃料和空气的流量和压力的范围。具体相关的使用领域是低压领域，其中受压流体燃料和受压空气以相对较低的工作压力(例如，0.01-0.5巴)进入喷嘴。
参照附图进一步描述本发明的优选实施例，附图中图1示出根据本发明的喷嘴的实施例的横截面，图2示出图1的喷嘴的下游部分的详细放大图，图3示出图1和2的喷嘴中包括的喷嘴元件的横截面，图4示出图3的喷嘴元件的端视图，图5示出图1和2的喷嘴中包括的芯元件的横截面，图6示出图5的芯元件的下游端视图，图7示出根据本发明的喷嘴的第二实施例的下游端视图。
具体实施例方式
图1所示的喷嘴100包括壳体102、燃料供给元件104、芯元件106以及喷嘴元件108。燃料供应通道110延伸通过燃料供给元件104和芯元件，燃料供给元件在燃料供应通道的大直径截面与直径减小截面之间的过渡段确定了向内呈锥形的部分112。空气供应通道114从壳体102的上游端116延伸到涡流室118，涡流室118在壳体内布置在中心，并与燃料供应通道110对准。空气供应通道114的上游部分形成为三个不同的凹槽，该三个不同的凹槽沿着燃料供给元件104的外周向表面布置，并且这些凹槽设置在燃料供给元件的螺纹部分115。空气供应通道114的下游部分形成为芯元件中的凹槽120(参见图2)，这些凹槽向内向着涡流室118延伸。图5和6中更清晰地示出设置在芯元件106中的凹槽120。如图1所示，燃料供给元件104的螺纹部分115与壳体的相应内螺纹部分接合，使得燃料供给元件104邻接并压靠在芯元件106上，芯元件106进而邻接喷嘴元件108，喷嘴元件108邻接端壁或凸缘或壳体的内表面。
已经发现，在喷嘴工作期间，燃料残渣有可能沉积在喷嘴元件的外表面130和132上。
因此，设置了空气旁路通道122，用于将空气供应通道中的一部分空气引导通过涡流室118并到达空气出口或狭缝124。燃料的出口孔126设置在喷嘴元件108的管状突出部分128的下游端。已经发现，燃料残渣在具有这种管状突出部分128的实施例中在喷嘴元件108的下游表面上的沉积比出口孔126设置成喷嘴元件108中的普通孔(simple bore)的实施例(即，喷嘴元件108的下游表面完全是平面的实施例)中的要少。为了有效防止燃料残渣在喷嘴工作期间沉积在喷嘴元件的外表面130和132，相对于管状突出部分128、表面130和132及其上游在径向向外的方向上设置空气出口124。向外呈锥形的部分134设置在壳体下游远端的内周向表面处。在可选择的实施例中，该内周向表面平行于旋转轴。
图3和4中详细示出喷嘴元件108。当喷嘴元件安装在壳体102中时，具有圆形内壁的凹槽124a确定了空气旁路通道122以及开口124的边界。在其外周向表面，凹槽124a确定了向着喷嘴元件的外周向表面延伸的四个横向延伸的部分122a，从而当喷嘴元件安装在壳体102中时，允许空气通过空气供应通道114到达凹槽124a。由于凹槽124呈环形，因此当喷嘴组装好并工作时，在空气旁路通道122中流动的空气在通过空气出口124离开时旋转。
图5和6示出带有凹槽120的芯元件106的端视图，参看前述。
图7示出喷嘴的第二实施例的下游端视图。除了壳体下游远端处的内周向表面(由图2的134所示)没有呈锥形，而是平行于壳体的旋转轴以外，图7的喷嘴与图1和2的喷嘴相同。燃料供应通道110和出口孔126在壳体内设置在中心，出口孔126由管状突出部分128限定。喷嘴元件的下游端面132以及空气出口124设置成相对于出口孔126径向向外。壳体的外表面确定表面部分136和138，以及六角形螺帽部分140。
权利要求
1.一种用于液体燃料的空气辅助雾化的喷嘴(100)，该喷嘴包括壳体(102)，并且其在所述壳体内包括-燃料供应通道(110)和空气供应通道(114)；-分别设置在所述燃料供应通道和空气供应通道的下游端的涡流室(118)；-所述涡流室下游的出口孔(126)，锥形的燃料喷雾可以通过该出口孔从喷嘴元件(108)中喷出；-空气旁路通道(122)，用于引导空气供应通道(114)中的一部分空气流通过涡流室(118)，并到达至少一个空气出口(124)；其特征在于，所述至少一个空气出口(124)相对于所述出口孔(126)设置成，在喷嘴工作期间，通过空气出口(124)喷射的空气减少了燃料残渣在喷嘴元件(108)的下游表面(130，132，136)上的沉积。
2.根据权利要求1的喷嘴，其中，壳体(102)限定了延伸通过出口孔(126)的旋转轴，空气出口(124)设置成相对于所述出口孔径向移位。
3.根据权利要求1或2的喷嘴，其中还包括用于实现离开所述空气出口的空气的旋转流的装置(124a)。
4.根据前述权利要求中任一项的喷嘴，其中，空气旁路通道(122)的至少一部分(122a，124a)设置在喷嘴元件(108)中。
5.根据前述权利要求中任一项的喷嘴，其中，空气出口(124)形成为环形孔。
6.根据前述权利要求中任一项的喷嘴，其中，空气出口(124)设置在所述涡流室(118)的下游位置。
7.根据前述权利要求中任一项的喷嘴，其中，空气出口设置在喷嘴元件(108)的表面与壳体(102)的表面之间。
8.根据前述权利要求中任一项的喷嘴，其中，壳体(102)从空气出口(124)向着所述壳体的下游远端表面向外呈锥形。
9.根据权利要求2-8中任一项的喷嘴，其中，在平行于所述旋转轴的横截面中，空气旁路通道(122)在空气出口(124)的区域中基本平行于所述旋转轴。
10.根据权利要求2-9中任一项的喷嘴，其中，在垂直于所述旋转轴的横截面中，至少一部分空气旁路通道(122)是弯曲的。
11.根据前述权利要求中任一项的喷嘴，其中，出口孔(126)设置在出口通道的下游端，该出口通道的上游端与涡流室(118)流体连通。
12.根据权利要求11的喷嘴，其中，所述出口通道形成为从喷嘴元件(108)的下游表面突出的管状部分(128)。
13.根据权利要求11或12的喷嘴，其中，所述出口通道由喷嘴元件(108)中的中心孔构成。
14.根据前述权利要求中任一项的喷嘴，其中，所述出口孔位于由壳体(102)的下游远端表面所限定的平面中。
15.一种用于在液体燃料的空气辅助雾化的喷嘴(100)中减少燃料残渣沉积在喷嘴元件(108)的下游表面(130，132，136)上的方法，所述喷嘴包括壳体(102)，并且其在所述壳体内包括-燃料供应通道(110)和空气供应通道(114)；-分别设置在所述燃料供应通道和空气供应通道的下游端的涡流室(118)；-涡流室(118)下游的出口孔(126)，锥形的燃料喷雾可以通过该出口孔从喷嘴元件(108)中喷出；-空气旁路通道(122)，用于引导空气供应通道(114)中的一部分空气流通过涡流室(118)，并到达至少一个空气出口(124)；该方法的特征在于，引导从空气出口(124)喷出的至少一部分空气通过喷嘴元件(108)的下游表面(130，132，136)。
全文摘要
一种液体燃料的空气辅助雾化的喷嘴(100)包括燃料供应通道(110)、空气供应通道(114)、以及涡流室(118)，燃料和空气可以通过该喷嘴(100)到达出口孔(126)，以喷出锥形的喷雾。空气旁路通道(122)设置成用于引导空气供应通道(114)中的一部分空气流通过涡流室(118)，并到达空气出口(124)，空气出口(124)相对于出口孔(126)设置成，在喷嘴工作期间，通过空气出口(124)喷射的空气减少了燃料残渣在喷嘴元件(108)的下游表面(130，132，136)上的沉积。凹槽或其它流动引导元件可以使空气在空气供应通道(114)和/或空气旁路通道(122)中或其下游旋动或旋转。
文档编号F23D11/38GK1846096SQ200480024984
公开日2006年10月11日 申请日期2004年8月26日 优先权日2003年9月1日
发明者本特·克杰尔达尔, 奥夫·S·博 申请人:丹佛斯公司