控制气体温度的设备的制作方法

文档序号:5448450
专利名称:控制气体温度的设备的制作方法
技术领域
本发明涉和用以控制气体温度的设备,具体涉和通过喷洒液体到气体中来控制气体温度的设备。
将液体喷进一压缩气缸内作为吸收压缩热的方法的构思为众所周知,且在本技术领域中通常是指所谓湿压缩。实践上,借助一个将液体分成微小液滴的喷嘴将液体喷进气缸内。液滴在气体空间内运动,最后撞击在气缸表面上。当在气体空间内运动时,液滴提供了一个与受压缩的气体紧密接触的热壑,具该热壑具有一个大的表面面积,从而允许从气体中有效地抽取热能,并允许有一个合理的压缩率而并不明显地使气体温度上升。
德国专利申请案DE-52528叙述了在压缩期间将液体喷洒在气缸表面以冷却气体的一项技术。
德国专利申请案DE-357858叙述了采用湿压缩和利用压缩气体驱动液体喷洒的一种气体压缩机。其压缩气缸的出口连接在一个用以暂时储存压缩气体的蓄压器中。该蓄压器亦盛装有液体,该液体经过一个导管,在该蓄压器压力下通过一个单一狭窄的锐孔馈入到压缩气缸内。液雾仅由蓄压器内的压力控制,从而不需要主动控制机制。在整个进气冲程期间,液体是喷洒到压缩气缸内,并在压缩期间,继续喷洒到压缩气缸中,直到压缩气缸中的压力达到蓄压器内的压力为止。
另一方面,英国专利申请案GB-722524叙述了一种气体压缩机,其中液体借助一个独立的液压泵通过多个毛细锐孔喷洒到压缩气缸内。将来自压缩机的压缩空气储存在一部蓄压器中,且将蓄压器的压力用以同时启动或关闭压缩机和液压泵。
法国专利申请案FR-903471公开了一种气体压缩机,该压缩机在一个单活塞两侧形成的两段压缩室内压缩气体。第一段压缩气缸具有一个凹面的圆锥形气缸头,在该气缸头的顶端有一个单一喷洒喷射喷嘴。在活塞的另一侧上的第二段压缩气缸具有一个环形横截面,并通过一个蓄压器接纳来自第一段压缩气缸的压缩气体。在环绕环形气缸底部周围形成一个圆形通道,其上端由一穿孔环形成。液体馈入环形通道周围,并通过穿孔环内的各孔向上喷进第二段压缩气缸内。
美国专利申请案US2280845公开了一种气体压缩机,其根据湿压缩的原理运转,且液体不是在气体通过压缩室之前喷进独立的室内的气体中,就是直接喷进压缩室内。在前者的情况下,液体通过具有一个内螺旋通道的喷嘴喷进一个独立的混合室内,该通道使进入喷嘴的水产生旋转运动,从而使来自喷嘴喷出的水向外喷洒成一锥体。这种在压缩之前将水和空气预先混合,容许喷洒操作得以连续而非间歇性地进行,也就是说,仅在压缩期间,其转而使喷嘴的流量减少。在后者的情况下,液体是通过延伸穿过气缸壳顶端的喷嘴连续直接喷射入压缩气缸内。每一个喷嘴薄壁的球形头,其具有含多个径向延伸共平面孔,以提供一种以平面喷出的、平行于气缸头的微小喷雾,该微小喷雾局限在气缸顶端处相当浅的一个区域中。由于进入和离开气缸的空气必须流经此浅区,这种构形据说是用以将液滴撞击该气缸壁或活塞头的百分率减少至最低,而同时使混合效应达到最大。
日本特许公开案58-183880叙述了一种采用湿压缩的气体压缩机的另一个实例,在其一个实施例中,用以压缩气体的部分液体于压缩期间通过多个安装在气缸头内的喷射阀喷洒进压缩气缸内。
亦已知在一个热功率循环中利用液体喷雾法将热量传导至一气体内的方法,举例来说,可将热液喷进一个含有压缩气体的膨胀缸内,于其膨胀时,将热量传给气体。EP-0043879中叙述了采用这种技术的一个功率循环。
在J.Gerstmann等人所著的第廿一届国际能量转换工程学会会议论文集第1卷第377-382页、Roesel的美国专利公开号第3608311号、和申请人的英国专利申请案GB2283543、GB2287992和GB2300673中叙述了在压缩和膨胀过程中利用液体喷雾控制气体温度的设备的实例,该些文件的内容通过引用而结合在此本申请案之中。
有很多用以产生液体喷雾的已知的不同喷嘴技术和型式,例如用于防火和花洒浴系统的多孔喷洒器,如用于柴油喷射器的平锐孔、使用两个液体冲击喷射的雾化器喷嘴、撞击或冲击式喷嘴、压力涡流喷嘴、转杯式和转盘式雾化器、超声波雾化器、静电式雾化器,以及如用于喷漆器和气溶胶抛射剂系统的具有空气或气体抛射剂的各种类型二流体式喷嘴。
本发明的目的在于提供一种在压缩或膨胀期间将液体喷进一个室内以控制的气体温度的改良设备。
根据本发明,所提供的一种设备,其包括有一个用以容纳气体的室、一个用以改变该室内气体体积的活塞、多个雾化器,每一个雾化器具有一个容许液体通过其中以便进入该室的锐孔,以及将液流输送至该锐孔的装置,其中每一个雾化器更包括限定一个流动通道的装置,该装置用以赋予该液流绕着该锐孔的轴线作旋转运动,使得在液体流出该锐孔时,便在该气缸内分裂成喷雾。
这种设计可有利地提供一种喷雾设备。该喷雾设备能将大量的微小液滴均匀地散布在一个容积的气体中,并使喷雾在气体中维持相当长的一段时间,从而达到高效率的热传递。这使得活塞能够以较目前能够达到的还要高的速率驱动,而保持对气体温度的良好控制。再者,由于仅需缓和的压力来驱动喷雾设备,因此喷雾设备仅消耗适度的能量。
该设备可包括一部气体压缩机,利用液体喷雾来吸收压缩热。
在此设计中,赋予液体围绕每一个喷雾锐孔的轴线的旋转运动导致液体在离开锐孔喷出之前形成一薄膜,而其在离开锐孔时分裂成微小液滴。赋予的旋转运动亦导致液体从环绕锐孔周界的所有点喷出,从而使每一个锐孔有相当大量的液体流入气缸内。在压缩其间,微小液滴和大量液流的这种配合,对实现气体的有效冷却是必需的。
从锐孔中喷出的液体通常形成一个中空锥形喷雾。提供多个锐孔且每一个锐孔提供一个中空锥形喷雾,便可提供一个有效的装置,其能以适度的能量将大量的微小液滴流导入压缩气缸内。
这种设计的进一步优点在于,每一个喷雾锐孔均能提供大量的、流速缓慢的微小液滴流,从而使液滴在气缸内的行程时间足够长,以便液滴撞击气缸或活塞表面之前,从气体中有效地吸收压缩热。由所使用的用以产生喷雾的能量的事实而造成这种缓和的喷出速度,包括正交于液体通过锐孔而向外轴线向流动的一个速度分量。然而,由于本发明提供多个这种锐孔,便容许液滴在气体中的停留时间能够进一步加长。增加喷射锐孔的数目使液体能够以更缓和的一个差动压力喷射,因而减少传递至液体喷雾中的能量。
最好是将喷雾锐孔配置成使得来自相邻锐孔的喷雾彼此相交,而最好使得相邻喷雾于其相应的雾化器锐孔附近相交。发明人已经发现到,只要喷雾不要在太靠近锐孔处相交,则相邻锐孔的相交喷雾之间只会有非常小的干扰,而使来自一个雾化器的喷雾能够突破极小的障碍而进入由周围喷雾所包围的中空容积内,由此改善液滴的分布。此项发现,可以通过使相邻喷雾设置成在其相应锐孔附近处相交,而有利地用于从非常接近每一个锐孔的一个位置上,帮助消除每一个锥形喷雾内的干燥区域,该接近每一个锐孔的位置即为靠近液体薄膜分裂成液滴的位置。
最好,将多个喷雾锐孔配置在气缸周围、并在气缸壁和气缸末端之间的周界角部相邻位置处,此种设计促使液滴经过气缸的长度达到最大,以延长其行程时间并增加其能够有效地吸收热量的时间。
在一项较佳实施例中,各锐孔配置成使至少一个锐孔的轴线、而最好使多个锐孔的轴线相对于气缸的轴线的夹角不同于至少一个其它的锐孔的轴线、且最好不同于多个其它的锐孔的轴线相对于气缸的轴线的夹角。很有利地,这种设计提高了液滴沿气缸分布的均匀性。
在一项较佳实施例中,至少一个锐孔的轴线、且最好为多个锐孔轴线定向成使得在最靠近气缸末端的喷雾的部分的流动大体上与其对直。这种设计确保能将至少一些喷雾引向气缸最末端区域中,并确保液滴大体上平行于气缸头而运动,使其通道长度和在气体中的停留时间达到最大。
最好至少一个锐孔的轴线、且最好为多个锐孔的轴线定向成使得在最靠近气缸壁的喷雾的部分的流动大体上与其对直,或者至少一些锐孔的轴线定向成使得液体喷雾恰好擦过气缸壁。这种设计不仅帮助确保气缸壁附近区域有足够数目的液滴,而且确保这些大体上与气缸壁平行的液滴不会撞击在其上,使其在该区域中有充分的停留时间,而有效地从气体中吸收热量。
最好多个锐孔以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线周围,而以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线周围的至少一个锐孔的轴线、且最好为多个以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线周围的锐孔的轴线与气缸的轴线之间的夹角不同于一个相应的相邻的、以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线周围的锐孔与气缸轴线之间的夹角。将以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线的相邻锐孔的轴线以不同角相对于气缸轴线定向,从锐孔附近移除在相邻锥形喷雾之间的干扰点,从而降低液滴凝聚的可能性,结果有效地减低热传递。
将以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线周围的锐孔的轴线相对于气缸轴线的夹角最好导向在多个角度范围之内,以使相邻锐孔的轴线之间的角度差大于交错相邻列排的锐孔之间的角度差。这种构形能有利地提供使以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线周围的锐孔的一种设计,在这种设计中,以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线的锐孔的轴线相对于气缸轴线定向在来自相邻锐孔的喷雾之间的干扰减少至最低的一个角度范围。这种构形最好应用于以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线的大部分锐孔的设计上。
在一项较佳实施例中,将多个锐孔定位在环绕气缸壁周围,并与其末端相邻,或定位在气缸的气缸壁和气缸末端之间的周界角部的位置。这种设计有利地允许将大数量的锐孔可适配以大数量的不同定向,以便在整个气缸中提供良好的液滴的分布,并在活塞接近压缩冲程末端时,容许将喷雾保持在气缸之内。
在一项较佳实施例中,至少一个锐孔的轴线、且最好为多个锐孔的轴线定向成不与气缸轴线相交。发明人意想不到地发现,当将喷雾锐孔的轴线偏移到气缸轴线的一侧或另一侧时,改进了气缸内液滴分布的均匀性。在一个实施例中,将多个锐孔以在周界处间隔方式配置在环绕气缸轴线周围,并从一个相应的锐孔来观察,将各以在周界处间隔方式配置的锐孔的轴线偏移在气缸轴线的同一侧。发明人还发现,将各以在周界处间隔方式配置的锐孔的轴线偏移在气缸轴线的同一侧进一步改进了在气缸内的液滴的分布。
从一个相应的锐孔来观察,以在周界处间隔方式配置的锐孔的轴线最好以不同的角度偏移在气缸轴线的同一侧。发明人已发现,通过在不同数量上偏移相邻锐孔的轴线更可进一步改进在气缸内的液滴的均质性。
在另一个实施例中,至少二个锐孔、且最好为多个锐孔在平行于气缸轴线的方向上间隔开。锐孔可以以在周界处间隔方式、在平行于气缸轴线的方向上成多个排地、分隔开地配置在环绕气缸轴线周围,且最好至少一排的锐孔在周界上定位在一相邻排的相邻锐孔之间。这种设计有利地减少用以适配以多排的锐孔的气缸壁的长度,并增加能容纳在气缸中的已知尺寸大小的锐孔的数目,其转而增加了液滴流入气缸内的流量。
气缸壁可具有多个独立部件,其中至少一个部件包含多个雾化器。在一项实施例中,气缸具有一个环件,其内面限定气缸壁的部分,且包含多个以在周界处间隔方式配置的喷雾锐孔。该环件亦可能有一条通道,用以将液体输送到至少两个或多个喷雾锐孔中。在另一项实施例中,锐孔可装在一个或多个栓塞中,其中每个栓塞最好具有多个雾化器。栓塞内的喷雾锐孔最好以紧密排列方式配置,且阵列中至少有两个锐孔的轴线最好倾斜成不同的角度。
在一项较佳实施例中,该喷雾设备更包括控制装置,该控制装置用以在压缩期间控制以脉冲流动通过至少一个喷雾锐孔而最好通过多个喷雾锐孔的液体的流率,该控制装置最好用以控制该锐孔或各锐孔的流率,从而使后期压缩段期间的流率大体上高于早期压缩段期间的流率。已经发现在后期压缩段期间以比早期压缩段更高的液体流率引入到压缩气缸内能在压缩期间将气体充分冷却的同时,也具有显著地节约所需求液体总量的好处。再者,已经发现到涡流雾化器具有一个特别快的响应时间,且非常适用于脉冲流动。亦已经发现到脉冲时间越短则在相交锥形喷雾之间的干扰越少,因此提供较佳的液滴分布和更有效的热吸收性。这意味着,当在较短脉冲期间,当喷雾是在短的脉冲过程中产生时,则作为一种温度传递介质,喷雾更为有效,短脉冲有利于容许压缩率增加而不需要增加用以维持相同温度的、流进气缸内的液体的质流。
在各项较佳施例中,具有小锐孔的最大数目喷嘴安装在最小空间内以对一个特定压力降获得理想的流量。较小的锐孔会产生较小的液滴,其热传递能力更加有效。喷雾数目越多亦将改进液滴的分布,并减少干燥区的数目。
在各项较佳实施例中,在一个单一气缸内提供以至少十个雾化器/喷雾锐孔,且全部可配置在一个周界排上。然而,视气缸尺寸而定,亦可使用较少数目的雾化器。每一排最好包含十个或更多个雾化器,例如介于十个和二十五个或更多个之间,且每一个气缸可具有一个或多个排,例如介于二和五或更多个排之间。
现在将参照附图叙述本发明的各项实施例,其中

图1(a)和(b)为现有技术的一个压力涡雾化器的实施例的横截面图;图2(a)和(b)为现有技术的另一种型式的压力涡流雾化器的实施例的横截面图;图3(a)和(b)为现有技术的另一种型式的压力涡流雾化器的实施例的横截面图;图4(a)和(b)为另一种已知的压力涡流雾化器的横截面图;图5为本发明一项实施例的一个示意的透视图;图6为一个压缩气缸和锥形喷雾轴线相对于气缸轴线的两种可能定向的示意图;图7为本发明一项实施例中沿着一压缩气缸轴线的一个示意图;图8为本发明另一项实施例中沿着一压缩气缸轴线的一个示意图;图9为本发明另一项实施例中沿着一压缩气缸轴线的一个示意图;图10为本发明另一项实施例中沿着一压缩气缸轴线的一个示意图;图11为本发明另一项实施例中一压缩气缸和一雾化器设计的一个横截面图;图12为本发明一项实施例中具有至少一个雾化器的构件的一个截面图;图13为本发明另一项实施例中压缩气缸的部分的一个截面图;图14示出本发明一项实施例的雾化器的一种设计;图15示出本发明另一项实施例雾化器的另一种设计;图16为具有多个雾化器的一个栓塞设计的一项实施例的前视图;图17为具有多个雾化器的一个栓塞设计的另一项实施例的前视图;图18示出了具有多个雾化器的一个栓塞设计的另一项实施例前视图;及图19为说明气缸内气体压力和流进压缩气缸内的液流率对曲柄角的变化关系的曲线图。
图1至图4说明可用于本发明各项实施例中的多种不同类型的已知压力涡流雾化器。每个雾化器具有一个套管或外壳1,包围着具有一喷雾出口或锐孔5的一个室3。室壁的前向部分7大致对称于喷雾锐孔5的轴线9,且具有朝喷雾锐孔5推拔的锥形截面。每一个雾化器更在室3的后端15具有多个液体入口13,入口13用以将液体导入室内,以便使液流在室内绕着其轴线9旋转,图1至图4中示出的雾化器之间的主要差异在于这是如何达成的。
参照图1和图2,有很多入口13配置在围绕气缸室3并与气缸13的圆周17相切。在图1示出的雾化器中,套管入口19大体上垂直于室的轴线9。而在图2示出的雾化器中,套管入口19大致平行于室的轴线9。当液体通过切向入口13而流入室3内时,室壁将液流的方向弯曲而使其沿圆形路径流动,迫使其围绕着室的轴线9旋转。当液体平行于室的轴线9朝向喷雾锐孔流动时,液体受该室推拔的前向部分7的逼迫而在逐渐变小的圆圈内流动,增加液体的角速度,从而使液体以一薄的圆柱形片层的形式流动通过喷雾锐孔5。在离开锐孔时,以薄圆柱形片层形式的液体向外喷而进入一个圆锥21内,作为示例而如图1中所示,并将之分裂成微小液滴的一个喷雾。
图3中示出的雾化器具有多个由一连串配置在室3后端周界处的螺旋形狭槽所限定出的入口,在液体流动通过位于雾化器后端处的后端入口15而流入室3内时,螺旋形狭槽使液体产生旋转运动。当液体向喷雾锐孔传送时,其受圆锥的前向部分偏转而沿逐渐缩小的圆圈运动,转换成薄的圆锥形片层,并以类似于图1中示出的一个中空锥形喷雾形式而从喷雾锐孔喷出。
图4中示出的雾化器具有多个配置在环绕室后端的周界处的液体入口13,其由多个螺旋形凹槽限定,螺旋形凹槽与室3的锥形前向部分对直,此雾化器以类似于图3所示的雾化器的方式运作。
图5示出本发明一项实施例的气体压缩机的一个示意图。参照图5,气体压缩机31具有一个由一气缸壁35与一气缸头37限定的压缩气缸33。在本实施例中,其有配置在气缸头37上的一个气体入口39和一个气体出口41,以便容许气体流进与流出气缸33,虽然在其他实施例中气体入口和气体出口可配置在其他位置上。有一个用以压缩压缩气缸33内的气体的压缩活塞43,且其可借助任何合适的装置驱动之。该活塞可以联结至一旋转装置上,例如一个曲轴或其他装置,从而使活塞运动通过一个机械联轴节来加以控制,或者活塞43可以是一个由诸如储存在液体中的能量的任何合适的装置驱动的自由活塞。
气体压缩机31更包括多个以在周界处间隔方式配置在环绕气缸33顶端周围并与气缸33顶端相邻的压力涡流雾化器45。如上述参照图1至图4所述的雾化器为例,每一个雾化器通过使液体在雾化器内旋转而产生一个锥形喷雾。每一个雾化器45配置成将其喷雾导入气缸内,并配置得足够紧密,从而使相邻雾化器45的喷雾能够相交。这种配置能有利地在整个压缩气缸容积内集中地提供一个良好分布的浓雾状的微小液滴,并提供一个有效的和有效率的热壑,由该热壑将压缩期间来自气体的热量吸收。在较佳设计中,对雾化器的压力降和最大理想喷射速度给以限制的条件下,每一个雾化器配置成用以产生平均直径足够小的液滴,以便对每单位体积提供一个非常大的液体表面面积。然而,液滴大小视雾化器的流量而定,液滴尺寸随着流量的降低而减小。该设计通过提供大数目的雾化器补偿液滴大小对雾化器的流量的这种依赖性关系,这种大数目的雾化器有助于在整个气缸中获得良好的液滴喷雾分布。再者,通过将雾化器配置成使来自相邻雾化器的锥形喷雾相交,最好在靠近相应的锐孔处相交,来自一雾化器的液滴能够渗入由一相邻喷雾的中空锥形包围的体积内,从而显著地增强液滴在该区内的分布。这种设计的另一个优点在于每个雾化器之间产生一锥形喷雾所需的压力降相当低,因此仅消耗较少的能量。如此便容许使用多个这种雾化器而仅消耗适度的能量。
如图5中所示,各雾化器被配置在围绕气缸外周界并紧邻气缸头处,而喷雾则大致导向在横向于气缸的方向上。这种设计确保液滴路径长度与在活塞的所有位置处的长度尽可能地一样长。一相当长的路径长度和来自喷雾出口的液滴交缓慢的出口速度均有助于使液滴停留在气体中的时间达到最长,从而使液低能够吸收更多的热量。一旦液滴打在气缸内的其中一个固体表面上,其从气体中吸收热量的能力便显著地减小。
来自每个喷雾锐孔的锥形喷雾的内角,视流量和周围压力而定,通常介于大约70°到80°之间。将喷雾锐孔紧邻气缸头配置能有利地防止各锐孔被活塞堵住,直到活塞实际上到达顶死点为止。由于气体的压缩通常在活塞到达其冲程顶点之前便已完成,为此至少有一些雾化器与活塞头对直,至少喷雾的上缘能毫无阻碍地进入气缸,直到压缩完成为止。
图5中所示的设计的另一项重要特征在于,利用多个配置在气缸周界处的雾化器可以在整个气缸中实现微小液滴的喷雾的均匀分布,而至少气缸头中央部分留给气体作为出、入口和阀门。气缸壁和气缸头可一体成形或作为独立部件制造,而雾化器可安装在气缸头或气缸壁上,或安装在两者之上。雾化器的喷雾轴线可定型在任何方向,以便改善在气缸内液滴的分布,下文将详述之。
为使液滴作为从气体吸收热量的试剂或介质的功效达到最大,则极为重要是确保液滴均匀地分布在整个气体体积内。液滴浓度的变化对性能有不利的影响。低浓度的液滴会减低在该区域内的热量吸收能力,导致气体的不良局部冷却。另一方面,过高的液滴浓度可以产生良好的局部冷却效果,其亦导致液滴凝集,从而使液体在其整个剩余的行程部分降低功效,可能一直到液体在抵达气缸壁之前便已脱离气体。本设计中所用的雾化器,每一个都能产生一中空锥形喷雾,照定义这是非均匀的,且并不容易借助自己在一气缸包围的体积内产生一个均匀的喷雾。在较佳实施例中,充分接近配置雾化器,从而使来自一雾化器的喷雾与来自相邻雾化器的喷雾相交并相互干扰,以便在本无液滴之中空锥形区域内提供液滴。然而,这种设计会形成高浓度的区域,该区域为来自相邻雾化器的喷雾相交的区域,并如上所述的理由对喷雾的性能有不利影响。发明人已经发现到借助改变雾化器的喷雾轴线的方向能显著地改善液滴在整个气缸内分布的均匀性。
如上所述,雾化器最好配置成提供能导入在邻近气缸头的整个气缸顶端的液滴,如此导入的液滴既不会撞击在活塞上面,亦不会撞击在气缸头表面,但却会横越气缸相当长的一段路径,并维持在迅速减少的气体体积中,使其直至压缩冲程基本结束对气体提供有效的冷却作用。由压力涡流雾化器产生的锥形喷雾的典型锥角大约为70°。因此,在喷雾液体导入整个气缸顶端的同时,液滴亦以大约70°的一个展开角向下导入气缸内,而在一项实施例中,有可能要依赖以此展开角导入气缸体积内的液滴以在整个气缸中、包括与气缸壁相邻的气体的体积在内提供一个合理的液滴分布。然而,在一项较佳实施例中,至少有些喷雾锐孔的轴线定向成使得有些液滴能平行于且相邻于气缸壁导入,而最好使得锥形喷雾的最外边缘平行于且相邻于气缸壁。以此方式,紧邻气缸壁的气体体积充满来自最靠近该体积的喷雾锐孔的液滴,从而使该体积能更快地由最靠近该体积的喷雾锐孔的液滴充满,而不是由来自另一锐孔例如气缸另一侧锐孔的液滴所充满。这确保紧邻气缸避的体积能够在最短的可能时间内充满液滴,这在伴随以高压缩率的高活塞速度下实现有效的冷却尤其重要。再者,在此设计中,靠近气缸壁的液滴平行于气缸壁表面运动,使其停留在气体中的时间达到最长。图6示意地示出雾化器相对于气缸轴线的两种定向,这种定向可获得理想的效果。
参照图6,喷雾锐孔(未示出)配置在每一个气缸壁31与气缸头37相遇的角部47、49内。在此示例中,两个锥形喷雾51、53的展开角均为70°。位于左侧角部47的雾化器的喷雾锐孔轴线55相对于气缸轴线57定向在α=90-θ/2=55°的一个角度,从而使锥形喷雾的上缘59平行于气缸头37的表面61。
位于气缸右上侧角部49的喷雾锐孔轴线相对于气缸轴线57定向在γ=θ/2=35°的一个角度,而使最靠近气缸壁31的锥形喷雾边缘沿着气缸壁31导向。
上述的特定角度仅作为实例之用而提出。如前所述,实际的锥角则视诸如流率、雾化器的几何形状和环境压力等因素而定,而雾化器的精确定向以提供锥形喷雾边缘对气缸头或气缸壁的对直,则视一特定雾化器的锥角而定,因此可能与上述图6所述的角有所不同。实践上,锥角可随着与锐孔的距离而变。具体地说,如图1中所示,在靠近喷雾锐孔处锥角可能较大,而越离开锐孔便有逐渐减少的趋势。对于由一理想的圆锥形发生的偏差相信是由于非常接近喷雾锐孔处的表面张力效应所补加的液滴引起的空气运动所造成,在此情况下,喷雾锐孔轴线对气缸轴线的定向角可在最大锥角的基础上进行计算。
虽然在图6例示的实施例中,位于气缸内的气缸头表面是平坦的且垂直于气缸壁31,但是在其他各项实施例中,至少气缸头的一部分并不需要是平坦的,且气缸头与气缸壁之间的夹角可小于也可大于90°。在此情况下,喷雾锐孔轴线相对于气缸轴线可以一个适当角度定向,以便确保该喷雾的部分大体上沿着气缸头和气缸壁表面导向。
在一项实施例中,喷雾锐孔轴线可定向成使得每隔一个即交替的喷雾锐孔的锥形喷雾的上缘沿着气缸头导向,而来自其间的喷雾锐孔的锥形喷雾边缘沿着缸壁导向。在一项较佳实施例中,有些喷雾锐孔的轴线相对于气缸轴线也定向在介于两个极值之间的另一个角度。举例来说,有些喷雾锐孔的轴线可能定向在多个中间角度上,例如导向在40°、45°和50°等三个角度上及在图6示出的设计中的35°和55°两个极值角度上。相邻喷雾锐孔相对于气缸轴线的定向角之间的差值最好尽可能越大越好,这种设计有助于增加相邻锥形喷雾与其相应的喷雾锐孔的干扰点之间的距离。虽然喷雾锥形彼此干扰以使液滴能够抵达另一中空锥形内部是很重要的一环,但是液体喷雾在最靠近锐孔处的区域中浓度最高。因此,借助保证锥形喷雾之间的第一干扰点能够从该区域中移除,则液滴凝集的可能性显著降低,从而改善喷雾的分布情形。
然而,在喷雾锐孔的轴线相对于气缸轴线定向在多个中间角度的一个设计中,其定向配置以使相邻锐孔轴线的定向角之间的差异达到最大值以改进分布情形并非一件简单的事。此乃因为若两个相邻锐孔之间的分离角度达到最大,亦即各轴线宽阔地散开,则下两个锐孔轴线之间的分离角度可能会减至最小。然而,此问题可借助配置喷雾锐孔使交替的锐孔之间的分离角度小于相邻锐孔之间的分离角度而得到克服。举例来说,对于上述实例中一个系列以在周界处间隔方式配置的锐孔相对于气缸轴线的一适当角度序列可以为“35°、50°、40°、55°、45 °…等等”,接着又再重复。举例来说,这个序列可应用于图5所示的实施例的雾化器45a至45e中。在另一项实施例中,可能有一排以上的锐孔放置在围绕气缸周界并与气缸轴线平行,在此情况下,在最紧紧接近的基础上例如以周界或轴向间隔的方向上将一个类似的序列展伸在两个或更多个相邻排的雾化器上。举例来说,在序列中的下一个角可应用在相邻排(或行)内最接近的雾化器中。因此,在上述序列中,不论位于哪一排中,一个35°的角可用应在一已知雾化器中,一个50°的角度可应用于最接近其的雾化器中,接着一个40°的角度可应用于下一个最接近的雾化器中,依此类推。
图7示出从一个具有多个以在周界处间隔的方式配置在围绕气缸轴线的周界的雾化器45的气缸31轴线观测的轴向视图,在此项实施例中,雾化器喷雾锐孔53的轴线都导向在与气缸轴线57相交的方向上。来自各雾化器45的锥形喷雾的最外边缘以实线65表示,并以锥角θ分开,在本实施例中θ大约为70°,虽然在其他实施例中此锥角可能会有所不同。从图7中可以理解到,此构形在半径为ra=(tanθ/2)R=0.7R的一个环状区67中提供相当高的液滴浓度,其中R为气缸半径。位于具有一半径r≤ra的气缸之中央区域内的浓度比较低,而位于环状区67外侧的区域71将包括液体供应差的区域。
为改进垂直于缸轴线方向的液滴分布的不均匀情况,将雾化器喷雾锐孔的轴线偏移,使其不与气缸轴线相交。此亦仅能用于一些或所有的雾化器中。在一项较佳实施例中,从相应的锐孔观察,相邻雾化器的喷雾锐孔偏移在气缸轴线的同一侧。图8至图10示出结合着这样角构形的实施例。
参照图8,雾化器45的所有喷雾锐孔的轴线53相对于相应的气缸半径73从各锐孔处偏移一个角度ω=10°。此种设计提供了一个更均匀的液滴分布和两具较低浓度的区域,一个位于半径rb=Rtan(θ/2-ω)=Rtan(35°-10°)=0.47R处,而另一个位于rc=Rtan(θ/2+ω)=Rtan(35°+10°)=1.0R处。因此,这种偏移很有利地将液体分成两个浓度区。
参照图9,每个雾化器45的喷雾锐孔轴线53对从喷雾锐孔画出的各气缸半径73偏移一个角ω=20°。至于图8中示出的实施例,从每一个锐孔观察,所有锐孔均偏移在气缸轴线57的同一侧。通过将径向偏移角ω增加到20°,由于液滴在能够会聚之前即与气缸壁相交,因此外部浓度区会消失。有一个内部浓度区产生在rd=Rtan(35°-20°)=0.27R处。此种设计使液滴能很好地渗入到靠近气缸中心的区域中,并对气缸没有完全由相邻锥形喷雾覆盖的外部浓度区提供液体。
在其他实施例中,不同雾化器的径向偏移角ω可以不同,在这种设计中,避免相邻或附近的喷雾锐孔的轴线会聚以避免浓度变化太大是很重要的,例如导入其中一环形部分的水较另一环形部分为多。在一项较佳配置中,各喷雾锐孔采用一个较缓和改变的径向偏移角,而角度偏移取在相同的方向上,从而当从一相应锐孔观察时,各喷雾锐孔轴线位于气缸轴线的同一侧。举例来说,径向偏移角的变化可在大约10°和20°之间改变,而图10示出这样的一个设计。
参照图10,在相邻喷雾锐孔之间的径向偏移角度差值为10°,而有些雾化器46轴线的实际径向偏移角ω1为10°,而其他相邻雾化器48的径向偏移角ω2则为20°。此偏移角的变化足以使环状浓度区域消除或弥散。因此,这种设计产生较少的环形浓度区,而在整个气缸中达到更均匀的分布。为更进一步增强分布的均匀性,则需将各雾化器配置成使得具有轴线其径向偏移角使各轴线趋向于会聚的各喷雾锐孔可相对于气缸轴线定向成这样一个角,使得其轴线在此方向上更加发散,反之亦然,以便减少所有来自很接近的喷雾锐孔的喷雾的会聚。
因此,可以理解到,在雾化器的喷雾轴线采用一个径向偏移能够显著地改进液滴在整个气缸中的分布。采用径向偏移、特别是在一个相应的半径上同一侧偏移的进一步优点在于其促进气缸内的气体迅速流通,其促使消除或弥散在周界上、尤其是在气缸的外部浓度区域的非均匀性。
各雾化器可包括独立部件,并可独立地安装在气缸周界、气缸壁内和/或气缸头内和/或两者之间的周界角部处。多个雾化器可以配置在一个或多个可一体成形的独立单元中,并可从共同的一条供应导管或通道供应液体。在一项实施例中,各雾化器配置在一环件或套环中,在环绕环件或套环配置有一条用以将液体供应给各雾化器的内部通道。图11示出这种设计的一个实施例,其中特别示出垂直于环件轴线而通过环件的横截面。
参照图11,环件75包括一个独立支承环件77,其内安装有多个雾化器45。有一条液体供应通道81形成在环件75和一外壁79之间,其可由部分的气缸外壳所形成,以便供应液体给各雾化器45。液体通过配置在外壳79中的一个入口83导入供应通道81内,而用以将液体导入雾化器中的一个泵85则连接在出口83处并与之相邻。涡流雾化器45可完全包括独立部件、与环件分开、或者至少雾化器的一部分,举例来说,其外主体部分可以和环件75一体成形。独立雾化器或至少雾化器构件、特别是内部构件的使用可以更加便利和更为便宜,这是由于能够将它们分开地制造和供应且可以单独更换所致。根据各项较佳实施例,各雾化器45的喷雾锐孔5的轴线53可同时具有轴线偏移和径向偏移,而使各雾化器45的喷雾锐孔5的轴线53同时具有轴向偏移和径向偏移,从而使各雾化器能够将液体以大致相同浓度分布于整个气缸中,并沿着气缸具有理想的浓度变化。
在另一项实施例中,环件可提供以多个液体入口,而这些入口能以在周界处间隔方式配置在环件周围,环件可以包括有两个或更多个独立段部,例如扇形段部,其每一个均具有一条独立的液体供应通道和一个或多个液体入口。环件可当作一单一单元移除或更换,或者若其具有多个独立单元时,每一个单元均可单独移除,例如用作测试或更换。
图12示出于图11的实施例中的环件75沿着线段X-X截取的一个横截面,在此实施例中,环件75的表面78限定气缸31的内表面87部分。
图13示出从气缸的部分的横截面图,在该部分处气缸头37连接气缸壁31,一个喷雾锐孔配置在气缸头37与气缸壁31之间的一个周界角部89中。在此实施例中,该角部包括一个于气缸壁表面87和气缸头表面38之间弯曲的角部表面89。若气缸为圆形,则角部表面形成一个内部截头圆锥表面,并可由类似于在参照图11所描述的一个独立支承环件75来限定。
将喷雾锐孔配置在气缸的周界角部89中使各锐孔能够定位成使得喷雾锐孔5的顶端6能够接近气缸头表面38或大体上与气缸头表面38齐平,而锐孔5的下部8接近气缸头壁87或大体上与气缸头壁87齐平。此外,弯曲的角部表面使喷雾锐孔面处在更接近将其容纳的气缸表面的平面中。限定各喷雾锐孔的部分最好是完全凹向角部表面后面,而活塞的头最好制成能够匹配气缸头包括角部部分的形状,从而使活塞能够自由运动,若需要的话,在朝向气缸顶端的整个路程中自由运动。
位于角部处的雾化器可包括独立部件,独立地安装在围绕气缸处。另外,其可以安装于一圆形环件内,例如图11中所示,其亦可作为独立的单一单元,如图13中所示,或者可以在气缸壁或气缸头内形成。
喷雾锐孔可以配置成排,而在排中,任一喷雾锐孔可规则地分隔开或配置成群。其可以是单排雾化器或是多排雾化器。图14示出单排喷雾锐孔的部分,如图11和12所示,其可例如形成在圆形环件的部分内。
图15示出双排喷雾锐孔的另一种设计,其中每一个锐孔小于图14中所示的锐孔,且大体上堆积在同一空间内。与一较大的单一锐孔设计比较起来,多个小锐孔设计的一个优点在于多个小锐孔设计能够从与单一大的锐孔相同区域中产生相同的液滴质流,但却具有较小的液滴。多个小喷雾锐孔设计的另一个优点在于相邻锐孔可以不同的角度倾斜。在多排设计的一个情况下,上排可以倾斜成使喷雾锥形的上缘与气缸头对直;而下排喷雾锐孔可以倾斜成使喷雾锥形的下缘与气缸对直。在另一项实施例中,各喷雾锐孔可以成群地集合在一起,且每一群可形成在一个栓塞之内,栓塞可插入气缸壁或气缸头中。每一群锐孔或栓塞可以有一共同的液体供应源,而栓塞体部可以给每个独立的雾化器提供一个共同的外体部。每一群锐孔可以很方便地个别移除,以便于进行检测和更换。任何数目的雾化器可成群地集合在一起,但最好将喷雾锐孔配置成使得尽可能多的锐孔能够容纳在一个形成各喷雾锐孔的已知大小或面积的栓塞内。
图16至图18各示出在一柱形栓塞95内一种可能的锐孔群的设计,各喷雾锐孔配置成利用一个三角形节距而达到紧凑的集合,使大量的雾化器能够容纳在各栓塞95内。在该例中,图16中示出的锐孔群包括有三个喷雾锐孔,图17中示出的锐孔群具有七个喷雾锐孔,而图18中示出的锐孔群包括十九个喷雾锐孔。
在一项较佳实施例中,流入气缸内的液体是受控制的,从而使液体仅于压缩期间喷入气缸内,而流入气缸内的液体流率在压缩期间最好是变化的,而使流率随着气体压力的增加而增加。以此方式,仅在需要液体时且仅以在循环部分中充分冷却气体的所需的液体的量的那个循环部分中导入液体到压缩气缸内。这种控制能够使每一循环所使用的液体量减至最少,且冷却气体时所消耗的能量也减至最小。本喷雾设备的一个特别重要的优点在于其迅速形成并停止喷雾的能力。再者,来自喷雾设备的液流随着导入雾化器内的液体压力的改变而迅速改变,换句话说,雾化器对液流压力的改变的响应非常迅速。再者,发明人已经发现到,随着脉冲持续时间的减少,相邻锥形喷雾之间的喷雾分布会显著地改进。由于其意味着喷雾的热吸收特性会随着喷雾持续时间的减少而得到改进,使压缩率以气体温度的较小的增高而增加,这较之其他种情况相反而特别有利。因此,在使用具有干扰喷雾的多个压力涡流雾化器与喷雾的脉冲启动之间的设计具有特别的协同性。
图19示出了流率在压缩循环中是如何改变并与气缸压力的改变作比较的一个实例,在0°和180°的曲轴角之间,活塞从位于顶死点处的气缸顶端运动到位于底死点的冲程底端,并将气体吸入气缸内,直到气体进气阀在靠近冲程底端处关闭为止。随着活塞进入压缩气缸内,其开始压缩气体而雾化器被启动。起初,喷雾流量相当低,且最好是限制在需要吸收于压缩初期阶段释放出的相当低热能。随着压缩继续进行,释放的能量增加,而喷雾流量增加以提高气缸内液体的热吸收能力。在压缩期间的一个预定点,喷雾流量增加至一预定量级K,并在后期压缩段的至少一个部分维持在该量级范围。由于液滴进入气缸的时间与完成将热量从气体传递至液滴的时间之间的时间间隔有限,亦即当液滴温度达到环境气体温度时,流量通常受到控制,从而在达到所需的额外热吸收之前,稍许提前将液滴喷进气缸内。因此,恰在压缩结束M之前的一个预定点L,切断喷雾而流量便迅速降至零。活塞继续压缩气体直到压缩结束,压缩的额外热量则被最近导入的液滴吸收。在压缩冲程结束,排气阀开启而活塞继续其向上行程以推动气体和液体通过一个或更多个排气口而喷出气缸外。在此期间,气体压力大体上维持不变,如气缸压力曲线的平坦部分P所示。
用以控制喷嘴流率的控制器能够非常精确地控制流率是很重要的。尤其是,控制器最好能够提供在脉冲内具有预定流率变化的一个脉冲流率,例如图18中所示。在一项较佳实施例中,控制器具有一具液压启动泵,其中泵活塞遵循预设模式移动。在另一项实施例中,控制器具有一具液压启动的泵,其中泵活塞循着预定模式运动。在另一项实施例中,控制器具有一具机械启动的泵,其中泵活塞受一个凸轮的控制,使活塞按照预定模式运动。在其他各项实施例中,虽然较难控制活塞泵的运动,且在每一个喷射脉冲末期较难提供所需要高喷射压力,但是活塞仍可由气压(例如空气或其他气体)或电磁装置启动。
泵最好配置在紧邻雾化器处,以避免可能由于管线太长所造成的泵运转和液体喷射之间出现的任何可能的时间延迟并将之减至最小。同理,不可有空气或气体漏入在泵与雾化器之间的管路之中,这亦是很重要的一环,否则将由于形成气袋而会造成严重的时间延迟。将泵配置在尽可能紧邻雾化器,也有助于将空气漏入的可能性减至最小。虽然从简化观点来看,仅利用一个泵驱动雾化器是理想的,亦可配置多个泵来驱动由一个或多个雾化器组成的独立雾化器群。这将能以不同方式控制不同的泵,从而为不同的雾化器提供不同的流率分布和/或不同的流率的时间安排。举例来说,对一组雾化器可以在较早的时间开始喷出喷雾,而在沿着气缸提供还算均匀的液滴分布,而另一组雾化器可以在其后才开始喷雾,其意图向气缸顶端部分提供更多的液滴流。对不同的雾化器的喷射时间的安排上可以相当地灵活。在一项实施例中,可以沿着气缸轴线放置多排雾化器,且其中下排的雾化器,在压缩期间,至少部分地被活塞堵住。在此情况下,在压缩结束时,停止供应给上排雾化器之前和先停止供应给下排雾化器是有利的。
在另一项实施例中,来自下排雾化器的喷雾可利用活塞停止,若相邻排的雾化器由同一来源供应,则于压缩冲程末期关闭下排雾化器锐孔可以自动地增加流经上排雾化器锐孔的流量。
在另一项实施例中,最大的集中流率性能可以由那些其喷雾方向导向邻近气缸头的接近气缸末端气体空间的雾化器提供。这有助于确保在后期压缩段期间能够满足随着气缸内的气体空间减少而增加的液体需求量。
在另一项实施例中,可以配置一个或更多个的雾化器,依赖于例如其相对位置和方向,以产生比一个或更多个其他雾化器具有更大或更小的锥角的一个喷雾。这样的一个配置可用以改进在循环中不同的点处液体在气体中的分布情形。
在上述的任一项实施例以及其它实施例中,有一个或多个的雾化器可额外地具有用以在相应的中空锥形喷雾内形成一喷雾的装置,这样的一个额外喷雾可以从大体上与雾化器内形成的锥形喷雾轴线同轴线的一个独立锐孔形成。任何实施例均可额外具有其他型式的用以将液体喷入气缸内而非根据压力涡流原理操作的雾化器。举例来说,可将雾化器或其他能够产生一平面喷雾的喷雾喷嘴配置成能将液液体喷向跨越靠近气缸末端的空间中。利用大体上平行于气缸和活塞盖表面的平面喷雾可有利地提供一种在活塞到达气缸头时能够提供将液体热量传递至浅层气体区的一个有效装置,且仅在循环的那一个部分能启动,或者在循环的其他的部分同样能启动。
此处所说以在周界处间隔配置的锐孔意指大体上围绕一根轴线间隔配置而不限制与该轴线的距离,尤其是该距离并不限于气缸的半径,举例来说,以在周界处间隔环配置的各锐孔可以配置在例如气缸头内的气缸中央与气缸壁之间。
喷雾液体可由任何适当的液源和在任何希望的温度上供给,并可循环通过热交换器和/或冷却器中。
气缸可以具有任何几何截面形状,例如圆形、正方形、矩形、椭圆形、卵形、任何多边形、不规则形、以及其他几何形状。
虽然已经参照各附图叙述本发明的各项实施例,但是此处所述的喷雾设备亦可用作将液体喷入一气缸内以提供使气体膨胀的热源的一个装置,例如用于一等温膨胀过程中。申请人的英国专利申请案第GB-2283543、GB-A-2300673和GB-A-2287992号中叙述了借助将热液导入一膨胀气缸内以驱动用以产生动力的装置,其内容通过引用而结合在本申请案内。
对此处叙述的实施例的进行的修正,对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的事。
权利要求
1.一种包括一个用以容纳气体的室、一个用以改变所述室内气体体积的活塞、多个雾化器的设备,其特征在于,每一个所述雾化器包括一个让液体通道并进入所述室内的锐孔,用以将一液流输送到所述锐孔的装置,每个雾化器更包括限定出一条用以赋予所述液流绕着所述锐孔的轴线现产生旋转运动的流动通道的装置,使其在离开所述锐孔时,液体能够在所述室内分裂变喷雾,其中一个所述锐孔配置在紧邻另一个所述锐孔,而所述相邻锐孔的轴线线定向成使其相应的喷雾在靠近至少一个所述相邻锐孔处相交。
2.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述相邻锐孔的轴线定向成使其相应的喷雾在与至少一个所述相邻锐孔相距一段距离处相交,所述距离小于所述相邻锐孔之间的最短距离。
3.如权利要求1或2所述的设备,其特征在于,所述室由一个气缸组成。
4.如权利要求3所述的设备,其特征在于,至少一个所述锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角不同于至少一个另一个所述锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角。
5.如权利要求4所述的设备,其特征在于,所述锐孔紧邻所述另一个锐孔。
6.如权利要求3或4或5所述的设备,其特征在于,至少一个所述锐孔的轴线定向成使得最靠近所述气缸末端的所述喷雾的部分的液滴流大致与所述末端对直。
7.如权利要求3至6中任一项所述的设备,其特征在于,至少一个所述锐孔的轴线定方成使得最靠近所述气缸壁的所述喷雾的部分的液滴流大致与所述壁对直。
8.如权利要求3至7中任一项所述的设备,其特征在于,多个所述锐孔以在周界处间隔的方式配置在环绕所述气缸轴线周围,而至少一个所述锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角不同于一相邻的、以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角。
9.如权利要求8所述的设备,其特征在于,至少一对相邻锐孔的轴线相对于平行于所述气缸轴线的一条线的夹角的角度差值大于其中一个所述相邻锐孔与其相隔一个的其他以在周界处间隔的方式配置的所述相邻锐孔的轴线相对于平行于所述气缸轴线的一条线的夹角的角度差值。
10.如权利要求3至9中任一项所述的设备,其特征在于,多个所述锐孔配置在环绕紧邻所述气缸末端的所述气缸壁上。
11.如权利要求3至10中任一项所述的设备,其特征在于,至少一个所述锐孔的轴线定向成使其不与所述气缸轴线相交。
12.如权利要求11所述的设备,其特征在于,多个包括所述至少一个锐孔的所述锐孔以在周界处间隔的方式配置在环绕所述气缸轴线周围,而所述至少一个以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线相对于一条和所述锐孔的轴线与所述气缸轴线相交的一条线偏移一个角。
13.如权利要求12所述的设备,其特征在于,至少两个或更多个所述以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线偏移在一条和一个相应的所述锐孔与所述气缸轴线相交的一条线的同一侧。
14.如权利要求13所述的设备,其特征在于,至少两个或更多个相邻的、以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线偏移在一条和一相应的所述锐孔与所述气缸轴线相交的线的同一侧。
15.如权利要求13或14所述的设备,其特征在于,至少一个偏移在同一侧的所述锐孔的轴线相对于一条相应的所述线偏移一个角,所述一个角不同于与至少一个偏移在同一侧的其他所述锐孔的轴线相对于一条相应的所述线偏移的一个角。
16.如权利要求3至15中任一项所述的设备,其特征在于,来自至少一个所述锐孔的所述锥形喷雾的展开角配置成不同于其他锐孔的所述锥形喷雾的展开角。
17.如权利要求3至16中任一项所述的设备,其特征在于,至少两个或更多个所述锐孔在平行于所述气缸轴线的方向上间隔开。
18.如权利要求17所述的设备,其特征在于,多个所述锐孔以在周界处间隔的方式配置在环绕气缸壁,而多个所述以在周界处间隔的方式配置的锐孔在平行于所述气缸轴线的方向上间隔开。
19.如权利要求18所述的设备,其特征在于,至少有两个相邻锐孔在平行于所述气缸轴线的方向上间隔开。
20.如权利要求任一项所述的设备,其特征在于,用以输送液体的所述装置包括一条导管,且连接以多个所述雾化器以便接受来自所述导管的液体。
21.如权利要求3至20中任一项所述的设备,其特征在于,所述气缸包括多个独立部件,至少一个所述独立部件包含多个所述锐孔,而相应的所述装置限定所述锐孔的流动通道。
22.如权利要求21所述的设备,其特征在于,至少一个所述部件更包括有一条导管,多个所述限定所述锐孔流动通道的装置连接到所述导管。
23.如权利要求21或22所述的设备,其特征在于,所述至少一个部件包括一个以可拆卸方式安装的所述气缸的横向截面。
24.如权利要求21至23任一项所述的设备,其特征在于,所述至少一个部件包括一个以可拆卸方式安装的栓塞。
25.如权利要求24所述的设备,其特征在于,包含所述锐孔的所述栓塞面的周界的形状大致呈圆形。
26.如权利要求3至25中任一项所述的设备,其包括一个气体压缩机,且包括配置成用以控制流动通过多个所述锐孔的液体流率的控制装置,使得在初始压缩段期间,流率随着所述压缩气缸内气体压力的增加而增加,并在后期压缩段期间维持在或超过一预定流率,且在所述气缸内的气体压力达到一最大值之前停止。
27.如权利要求26所述的设备,其特征在于,所述控制装置配置成使得通过其喷雾导入紧邻所述气缸末端的体积的各锐孔输送的液体的流率比通过其喷雾导向远离所述体积的锐孔输送的液流的流率为高。
28.如前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,其包括一个气体压缩机。
29.如权利要求28所述的设备,其特征在于,其包括控制装置配置成用以控制流动通过多个所述锐孔的液体流率,使得在压缩期间液体通过所述锐孔喷成雾,并在所述室内气体压力达到一最大值之前停止。
30.如前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,其包括用以将液体在喷入所述室内之前冷却的装置。
31.如前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,其包括一个气体膨胀器,且包括用以将已压缩气体输送到所述室内的装置,和用以气体在所述室内膨胀期间将液体喷入所述室的控制装置。
32.一种包括一个用以容纳气体的气缸、一个用以改变所述气缸内气体体积的活塞、多个雾化器的设备,其特征在于,每一个雾化器包括一个让液体通过并进入所述气缸内的锐孔,用以将一液流输送到所述锐孔的装置,每一个雾化器更包括限定一条用以赋予所述液流围绕所述锐孔的轴线产生旋转运动的流动通道的装置,使得液体在离开所述锐孔时,在所述气缸内分裂成喷雾,其中至少一个所述锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角不同于至少一个另一个所述锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角。
33.如权利要求32所述的设备,其特征在于,所述锐孔紧邻所述另一个锐孔。
34.如权利要求32或33任一项所述的设备,其特征在于,其中多个所述锐孔以在周界处间隔的方式配置在环绕所述气缸轴线周围,而至少一个所述锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角不同于一相邻的、以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角。
35.如权利要求34所述的设备,其特征在于,至少一对相邻锐孔的轴线相对于平行于所述气缸轴线的一条线的夹角的角度差值大于其中一个所述相邻锐孔与其相隔一个的其他以在周界处间隔的方式配置的所述相邻锐孔的轴线相对于平行于所述气缸轴线的一条线的夹角的角度差值。
36.如权利要求32至35中任一项所述的设备,其特征在于,至少一个所述锐孔的轴线定向成使得最靠近所述气缸末端的所述喷雾的部分的液滴流大致与所述末端对直。
37.如权利要求32至36中任一项所述的设备,其特征在于,至少一个所述锐孔的轴线定向成使的最靠近所述气缸壁的所述喷雾的部分的液滴流大致与所述壁对直线。
38.如权利要求32至37中任一项所述的设备,其特征在于,多个所述锐孔配置在环绕紧邻所述气缸末端的所述气缸壁处。
39.如权利要求32至38中任一项所述的设备,其特征在于,至少有其中一个所述锐孔的轴线导向成使得不与所述气缸轴线相交。
40.如权利要求39所述的设备,其特征在于,包括所述至少一个锐孔的多个所述锐孔以在周界处间隔的方式配置在环绕所述气缸轴线周围,而所述至少一个以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线和与所述锐孔及所述气缸轴线相交的一条线偏移一个角。
41.如权利要求40所述的设备,其特征在于,至少有两个或更多个所述以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线系偏移在一条和一相应的述锐孔与所述气缸轴线相交的线的同一侧。
42.如权利要求41所述的设备,其特征在于,至少有两个或更多个相邻的、以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线偏移在一条和一相应的所述锐孔与所述气缸轴线相交的线的同一侧。
43.如权利要求41或42所述的设备,其特征在于,至少一个偏移在同一侧的所述锐孔的轴线相对于一条相应的所述线偏移一个角,所述一个角不同于与至少一个偏移在同一侧的其他所述锐孔的轴线相对于一条相应的所述线偏移的一个角。
44.一种包括一个用以容纳气体的气缸、一个用以改变所述气缸内气体体的活塞、多个雾化器的设备,其特征在于,每一个雾化器包括一个让液体通过并进入所述气缸内的锐孔,用以将一液流输送到所述锐孔的装置,每一个雾化器更包括限定一条用以赋予所述液流围绕所述锐孔的轴线产生旋转运动的流动通道的装置,使得液体在离开所述锐孔时,在所述气缸内分裂成喷雾,其中至少一个所述锐孔的轴线导向成使得其不与气缸轴线相交。
45.如权利要求44所述的设备,其特征在于,多个包括所述至少一个锐孔的所述锐孔以在周界处间隔的方式配置在环绕所述气缸轴线周围,而所述至少一个以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线相对于一条和所述锐孔与所述气缸轴线相交的一条线偏移一个角。
46.如权利要求45所述的设备,其特征在于,至少两个或更多个所述以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线偏移在一条和一个相应的所述锐孔与所述气缸轴线相交的一条线的同一侧。
47.如权利要求46所述的设备,其特征在于,至少两个或更多个相邻的、以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线偏移在一条和一相应的所述锐孔与所述气缸轴线相交的线的同一侧。
48.如权利要求46或47所述的设备,其特征在于,至少一个偏移在同一侧的所述锐孔的轴线相对于一条相应的所述线偏移一个角,所述一个角不同于与至少一个偏移在同一侧的其他所述锐孔的轴线相对于一条相应的所述线偏移的一个角。
49.一种喷雾设备包括一个适合于连接至一个往复式气体压缩机的气缸壳体的主体部分,在使用时,多个安装于所述主体内并以在周界处的方式配置在环绕所述气缸处,其特征在于,每一个所述雾化器具有一个锐孔,在使用时,用以将液体喷入所述气缸内,且更包括有限定一条供所述液流环绕所述锐孔的轴线产生旋转运动的流动通道的装置,使液体其在离开所述锐孔时,能够于所述气缸内分裂成喷雾,且其中一个所述锐孔定位在紧邻另一个所述锐孔处,而所述相邻锐孔的轴线定向成使得其相应的喷雾在靠近至少一个所述相邻锐孔处相交。
50.一种喷雾设备包括一个适合于连接至一个往复式气体压缩机的气缸壳体的主体部分,在使用时,多个安装于所述主体内并以在周界处的方式配置在环绕所述气缸处,其特征在于,每一个所述雾化器具有一个锐孔,在使用时,用以将液体喷入所述气缸内,且更包括有限定一条供所述液流环绕所述锐孔的轴线产生旋转运动的流动通道的装置,使液体其在离开所述锐孔时,能够于所述气缸内分裂成喷雾,且其中至少一个所述锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角不同于至少一个另一个所述锐孔的轴线与平行于所述气缸轴线的一条线之间的夹角。
51.如权利要求50所述的喷雾设备,其特征在于,所述锐孔紧邻所述另一个锐孔。
52.一种喷雾设备包括一个适合于连接至一个往复式气体压缩机的气缸壳体的主体部分,在使用时,多个安装于所述主体内并以在周界处的方式配置在环绕所述气缸处,其特征在于,每一个所述雾化器具有一个锐孔,在使用时,用以将液体喷入所述气缸内,且更包括有限定一条供所述液流环绕所述锐孔的轴线产生旋转运动的流动通道的装置,使液体其在离开所述锐孔时,能够于所述气缸内分裂成喷雾,且其中至少一个以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线相对于一条和所述锐孔的轴线与所述气缸轴线相交的线偏移一个角。
53.如权利要求52所述的喷雾设备,其特征在于,至少两个或更多个相邻的、以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线偏移在一条和一相应的所述锐孔与所述气缸轴线相交的线的同一侧。
54.如权利要求53所述的喷雾设备,其特征在于,至少两个或更多个所述以在周界处间隔的方式配置的锐孔的轴线偏移在一条和一个相应的所述锐孔与所述气缸轴线相交的一条线的同一侧。
55.如权利要求53或54中所述的喷雾锐孔,其特征在于,至少一个偏移在同一侧的所述锐孔的轴线相对于一条相应的所述线偏移一个角,所述一个角不同于与至少一个偏移在同一侧的其他所述锐孔的轴线相对于一条相应的所述线偏移的一个角。
56.如权利要求49至55中任一项所述的喷雾设备,其特征在于,其包括有一条配置成用以将液体输送到少两个或更多个所述以在周界处间隔方式配置的锐孔的导管。
57.上文的设备将参看并由图5至19任一图例示而加以叙述。
全文摘要
提供以用以在压缩或膨胀期间控制气体温度的设备。该设备包括:一用以盛装气体的室;一用以改变室内气体体积的活塞;多个用以将液体喷入该室内之雾化器,和用以将液体输送到雾化器的装置。各雾化器包括:一喷雾锐孔和限定一条用以赋予液流绕喷雾锐孔的轴线旋转运动的流动通道的装置,使得在离开喷雾嘴时,液体能够喷成锥状喷雾。各喷雾锐孔彼此相邻地配置,相邻喷雾锐孔的轴线定向成使得其各相应喷雾在靠近至少其中一个对应的相邻喷雾锐孔处相交。
文档编号F04B39/06GK1233316SQ9719875
公开日1999年10月27日 申请日期1997年10月14日 优先权日1996年10月14日
发明者M·W·E·康尼, R·A·胡克斯莱 申请人:国家电力有限公司
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