一种液体燃料和气体均质混合气形成装置及方法与流程

本发明涉及液体和气体实现均质混合的装置领域，具体地说是一种液体燃料和气体均质混合气形成装置及方法。

背景技术：

气体燃料与空气形成均质混合气相对容易操作，但是液体燃料与空气形成均质混合气存在一定问题，尤其是液体燃料和空气连续不断地形成均质混合气。液体燃料与空气混合过程中受到液体燃料的蒸发性、汽化潜热等燃料性质的影响，特别是汽化潜热较高的液体燃料，液体燃料和空气难以形成均质混合气。传统的液体和气体混合装置一般通过喷嘴将液体燃料喷入空气中使其自然混合，该混合方式难以实现短时间内均质混合的目的，传统的液体燃料和气体混合装置结构复杂、价格昂贵。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种液体燃料和气体均质混合气形成装置及方法，解决液体燃料与气体均质混合的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种液体燃料和气体均质混合气形成装置，包括：

气体供给系统，用于提供均质混合所需的气体并将该气体输送至混合系统；

液体燃料供给系统，用于提供均质混合所需的液体燃料，将液体燃料转化为蒸汽，并将该蒸汽输送至混合系统；

混合系统，将气体供给系统供给的气体和液体燃料供给系统供给的蒸汽进行均质混合形成均质混合气；

所述的混合系统包括混合器，混合器为管道式密封结构，混合器的两端分别设有进气口和混合气出口，在混合器中心沿轴向方向固定设有中心轴，中心轴的外表面为螺纹状，在中心轴上套设多个导流风叶，相邻两个导流风叶的叶片方向相反设置。

本发明所述的气体供给系统包括气体质量流量计、稳压箱、气泵和气体加热器，所述气体质量流量计通过管道与稳压箱的进气口连接，稳压箱的出气口通过管道与气泵连接，气泵通过管道与气体加热器的进气端连接，气体加热器的出气端与混合系统连接，在所述气泵与气体加热器之间的连接管道上设有气体流量控制阀。

本发明所述的液体燃料供给系统包括高压氮气瓶、液体燃料储存罐、液体流量控制阀和液体燃料蒸发器，所述高压氮气瓶通过管道与液体燃料储存罐的入口连接，液体燃料储存罐的出口与液体燃料蒸发器的入口连接，液体燃料蒸发器的燃料蒸汽出口与混合系统连接，在所述液体流量控制阀与液体燃料蒸发器之间的连接管道上设有液体质量流量计。

本发明所述气体加热器上设有温度传感器。

本发明所述的混合器的外表面设有保温层。

本发明所述导流风叶的个数为4-6个，且相邻两个导流风叶之间的距离为15-30cm。

本发明所述的液体燃料蒸发器包括液体燃料蒸发管和加热管，液体燃料蒸发管均匀螺旋缠绕在加热管外表面。

本发明所述的液体燃料蒸发器与混合系统之间的连接管道表面设有保温层。

本发明所述液体燃料蒸发器设有温度传感器以监测液体燃料的加热温度。

利用所述的液体燃料与气体均质混合气形成装置对液体燃料和气体进行混合的方法，在装置中所有阀门处于关闭状态时，打开气体流量控制阀，接通气泵和气体加热器的电源，设置气体加热器的加热温度，气体经气体质量流量计进入稳压箱，经气泵的加压以及气体流量控制阀后进入气体加热器，气体加热器将气体加热后进入混合器；

接通液体燃料供给系统的电源，开启高压氮气瓶的阀门和液体流量控制阀，液体燃料在氮气压力下经液体流量控制阀流向质量流量计，然后进入液体燃料蒸发器，液体燃料在蒸发管中汽化，形成蒸汽进入混合器；

气体和燃料蒸汽进入混合器后，气体和蒸汽流动过程中带动导流风叶旋转，混合气经过第一个导流风叶后，气流呈顺时针方向旋转，打破气体和燃料蒸汽在混合管道中的层流运动，混合气经第二个导流风叶后气流呈逆时针方向旋转，依次经过多个导流风叶，燃料蒸汽和气体可实现均匀混合，形成均质混合气，由混合气出口供出。

本发明的有益效果是：本发明提供一种液体燃料与气体均质混合的装置，尤其用于甲醇和空气的混合，整套混合设备结构简单，制造成本低，降低日常使用和后期维护成本，具有以下优点：

1、其中气体供给系统用于提供液体燃料燃烧所需的气体，并调节燃料燃烧所需的空燃比，气体流量可按系统需要进行调节，并由气体质量流量计进行计量，设置气体质量流量计和气体流量控制阀，分别测量气体的质量流量和控制供给的气体量；液体燃料供给系统用于提供燃料蒸汽并控制燃料蒸汽的供应量，设置液体流量控制阀调节燃料的供给量，设置质量流量计计量供给的燃料量；混合系统用于燃料蒸汽和气体的均质混合；

2、液体燃料蒸发管均匀缠绕布置在电加热管外部，加大蒸发受热面积，提高蒸发效率，蒸发器成本较低，电加热器的温度可以通过改变电加热器的功率进行调节；

3、所述导流风叶叶片的旋向有正旋和反旋两种，导流风叶的旋向正、反交错安装在固定中心轴上，当燃料蒸汽和气体流经旋向正反旋向交错安装的导流风叶时将多次改变气流方向，有利于燃料蒸汽和气体均匀混合，缩短混合时间，形成均质混合气；

4、液体燃料蒸发器与混合系统之间的连接管道表面设有保温层，对燃料蒸汽进行保温，避免燃料蒸汽流动过程中发生降温液化现象，进而有利于燃料蒸汽和气体的混合；

5、混合器表面设置保温层，避免气体和燃料蒸汽降温导致燃料蒸汽液化，不利于形成均质混合气，本发明混合器不需要驱动轴提供动力带动导流风叶旋转，结构简单、节约能源。

附图说明

图1为本发明均质混合气形成装置的结构示意图；

图2为本发明气体供给系统的结构示意图；

图3为本发明液体燃料供给系统的结构示意图；

图4为本发明混合系统的结构示意图；

图5为本发明液体燃料蒸发器的结构示意图；

图6为本发明导流风叶正向设置的结构示意图；

图7位本发明导流风叶反向设置的结构示意图；

图8为本发明导流风叶正向设置的立体结构示意图；

图9为本发明导流风叶反向设置的立体结构示意图。

图中标记：1、气体质量流量计，2、稳压箱，3、气泵，4、气体流量控制阀，5、气体加热器，6、高压氮气瓶，7、液体燃料储存罐，8、液体流量控制阀，9、燃料质量流量计，10、液体燃料蒸发器，10-1、液体燃料蒸发管，10-2、加热管，11、保温层ⅰ，12、混合器，12-1、中心轴，12-2、导流风叶，13、保温层ⅱ，14、混合气出口。

具体实施方式

如图所示，一种液体燃料和气体均质混合气形成装置，包括：

气体供给系统，用于提供均质混合所需的气体并将该气体输送至混合系统；

液体燃料供给系统，用于提供均质混合所需的液体燃料，将液体燃料转化为蒸汽，并将该蒸汽输送至混合系统；

混合系统，将气体供给系统供给的气体和液体燃料供给系统供给的蒸汽进行均质混合；

所述的混合系统包括混合器12，混合器12为管道式结构，在混合器12中心沿轴向方向固定设有中心轴12-1，中心轴12-1的外表面为螺纹状，在中心轴12-1上套设多个导流风叶12-2，相邻两个导流风叶12-2的叶片方向相反，混合器12的末端设有混合气出口14。

进一步，所述的气体供给系统包括气体质量流量计1、稳压箱2、气泵3和气体加热器5，所述气体质量流量计1通过管道与稳压箱2的进气口连接，稳压箱2的出气口通过管道与气泵3连接，气泵3通过管道与气体加热器5的进气端连接，气体加热器5的出气端与混合系统连接，在所述气泵3与气体加热器5之间的连接管道上设有气体流量控制阀4。

进一步，所述的液体燃料供给系统包括高压氮气瓶6、液体燃料储存罐7、液体流量控制阀8和液体燃料蒸发器10，所述高压氮气瓶6通过管道与液体燃料储存罐7的入口连接，液体燃料储存罐7的出口与液体燃料蒸发器10的入口连接，液体燃料蒸发器10的燃料蒸汽出口与混合系统连接，在所述液体流量控制阀8与液体燃料蒸发器10之间的连接管道上设有液体质量流量计9。

进一步，所述的混合器12的外表面设有保温层ⅱ13。

进一步，所述导流风叶12-2的个数为4-6个，且相邻两个导流风叶12-2之间的距离为15-30cm。

进一步，所述的液体燃料蒸发器10包括液体燃料蒸发管10-1和加热管10-2，液体燃料蒸发管10-1均匀螺旋缠绕在加热管10-2外表面。

进一步，所述的液体燃料蒸发器10与混合系统之间的连接管道表面设有保温层ⅰ11。

进一步，导流风叶12-2与中心轴12-1之间的连接方式为可转动连接，导流风叶12-2的直径为混合器12的管道直径的80%-95%。

进一步，在所述液体燃料蒸发器10中的液体燃料蒸发管10-1表面设有保温层。

进一步，所述的导流风叶12-2包括一环形连接件及均匀设置在环形连接件外围的多个叶片，所述的叶片为具有引流作用的弧形曲面，其向一个方向弯曲，对气体具有引流作用。

进一步，导流风叶12-2可绕中心轴12-1转动，旋向交错的导流风叶12-2不断改变气流方向，利于气体与燃料蒸汽的混合，缩短混合时间，形成均质混合气。

进一步，导流风叶12-2与中心轴12-1之间的连接方式固定即导流风叶12-2不能绕中心轴12-1转动，导流风叶12-2的直径与混合器12的管道直径相等或者导流风叶12-2与混合器12过盈配合，气流经过方向交错设置的导流风叶12-2时，也可实现均质混合。

利用所述的液体燃料与气体均质混合气形成装置进行混合的方法，在装置中所有阀门处于关闭状态时，打开气体流量控制阀4，接通气泵3和气体加热器5的电源，设置气体加热器的加热温度，加热温度可设置为100-300℃，气体由气体质量流量计1进入稳压箱2，经气泵3的加压以及气体流量控制阀4后进入气体加热器5，气体加热器5将气体加热后进入混合器12；

接通液体燃料供给系统的电源，开启高压氮气瓶6的阀门和液体流量控制阀8，液体燃料在氮气压力下经液体流量控制阀8流向质量流量计9，然后进入液体燃料蒸发器10，液体燃料在蒸发管中汽化，形成蒸汽进入混合器12；

气体和燃料蒸汽进入混合器12后，气体和蒸汽流动过程中带动导流风叶12-2旋转，混合气经过第一个导流风叶12-2后，气流呈顺时针方向旋转，打破气体和燃料蒸汽在混合管道中的层流运动，混合气经第二个导流风叶12-2后气流呈逆时针方向旋转，依次经过多个导流风叶，燃料蒸汽和气体可实现均匀混合，形成均匀混合气，由混合气出口供出。

通过实验，本发明的均质混合气形成装置混合的气体更均匀，混合更充分，可有效方便的控制空燃比。

实施例

下面以甲醇和空气的均质混合为例，结合说明书附图对本发明的实施方式进行进一步的说明。

如图1所示，一种甲醇和空气均质混合气形成装置，包括空气供给系统、甲醇供给系统和混合系统，所述的空气供给系统包括空气质量流量计1、稳压箱2、空气泵3和空气加热器5，所述空气质量流量计1通过管道与稳压箱2的进气口连接，稳压箱2的出气口通过管道与空气泵3连接，空气泵3通过管道与空气加热器5的进气端连接，空气加热器5的出气端与混合系统连接，在所述空气泵3与空气加热器5之间的连接管道上设有空气流量控制阀4，空气加热器5上设有温度传感器监测对空气的加热温度。

所述的甲醇供给系统包括高压氮气瓶6、甲醇储存罐7、甲醇流量控制阀8和甲醇蒸发器10，所述高压氮气瓶6通过管道与甲醇储存罐7的入口连接，甲醇储存罐7的甲醇出口与甲醇蒸发器10的甲醇入口连接，甲醇蒸发器10的蒸汽出口与混合系统连接，在所述甲醇流量控制阀8与甲醇蒸发器10之间的连接管道上设有质量流量计9；所述的甲醇蒸发器10包括甲醇蒸发管10-1和加热管10-2，甲醇蒸发管10-1均匀螺旋缠绕设置在加热管10-2外表面，在甲醇蒸发器10上设有温度传感器用于监测甲醇的加热温度，甲醇蒸发器10与混合系统之间的连接管道表面设有保温层ⅰ11。

所述的混合系统包括混合器12，混合器12为管道式密封结构，其外表面设有保温层ⅱ13，该保温层ⅱ13为加热带，在混合器12中心沿轴向方向固定设有中心轴12-1，中心轴12-1的外表面为螺纹状，在中心轴12-1上套设6个导流风叶12-2，相邻两个导流风叶12-2的叶片方向相反，相邻两个导流风叶12-2之间的距离为20cm，导流风叶12-2与中心轴12-1之间的连接方式为可转动连接，且导流风叶的直径为混合器管道直径的90%，混合器12的末端设有混合气出口14。

具体工作过程如下：

启动装置前保证所有阀门处于关闭状态，打开空气控制阀4，接通空气泵3和空气加热器5的电源，空气加热器加热温度设置为200℃；空气经空气质量流量计1进入稳压箱2，经空气流量控制阀4进入空气泵3，加压后的空气进入空气加热器5；空气加热器5将空气加热后进入混合器12，由于混合器管道外壁有保温层13，空气温度在混合管道12-1中可保持稳定。

接通甲醇供给系统电源，开启高压氮气瓶6阀门和甲醇流量控制阀8，甲醇在氮气压力下经甲醇控制阀8流向质量流量计9，然后进入甲醇蒸发器10，甲醇流入螺旋缠绕在电加热管10-2上的甲醇蒸发管10-1，电加热管10-2加热使甲醇汽化，形成甲醇蒸汽，甲醇蒸发器10出口管道外壁设有保温层11，对甲醇蒸汽进行保温，避免甲醇蒸汽流动过程中液化，将甲醇蒸汽供入混合器12入口与热空气接触，甲醇流量由甲醇控制阀8进行调节，由质量流量计9进行计量。

甲醇蒸汽和热空气流向混合系统中的混合器12，空气流动过程中带动导流风叶12-2旋转，导流风叶的叶片旋向分为正旋和反旋，交错布置在混合器12内固定中心轴12-2上，混合气流经第一个导流风叶，气流呈顺时针方向旋转，打破空气和甲醇蒸汽在混合管道中的层流运动，混合气流经第二个导流风叶后气流呈逆时针方向旋转，依次经过6个导流风叶，甲醇和空气可实现均匀混合，形成均质混合气，由均质混合气出口供出。