專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制備和輸送燃料的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料的制備和輸送。更詳細(xì)地說(shuō)，按照本發(fā)明的一種設(shè)備和方法提供至少一個(gè)用于氣化燃料的被加熱的毛細(xì)流動(dòng)通道。
產(chǎn)生細(xì)原子化流體噴霧的能力有利于許多各不相同的用途，包括制造工業(yè)用的襯底、給內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)加燃料的燃燒系統(tǒng)加燃料、用于生產(chǎn)藥物產(chǎn)品的直徑均勻的微粒的生成、用作試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和電子工業(yè)中各種用途的小微粒的生產(chǎn)，其中薄膜沉積技術(shù)常用于形成電阻器、電容器和其它元件。
通常，液體燃料燃燒的完全性和潔凈程度取決于燃料/空氣比、燃燒室的機(jī)械和空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、燃料種類(lèi)、燃料噴射器設(shè)計(jì)和燃料液滴粒徑分布。最近幾年燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要驅(qū)動(dòng)力是減少燃燒產(chǎn)生的排出物。這已用于范圍廣泛的用途，從住戶(hù)加熱設(shè)備到汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)到燃?xì)廨啓C(jī)到工業(yè)爐和多用爐。液體燃料制備方法對(duì)最終排出物特別是一氧化碳(CO)、未燃燒的碳?xì)浠衔?HC)和煙灰產(chǎn)生非常顯著的影響。因此，在從液體燃料燃燒裝置連續(xù)減少排出物的工作中，已有很多努力指向發(fā)展簡(jiǎn)單而成本效益好的方法來(lái)輸送氣化燃料或極細(xì)的燃料液滴。
在任何給定的液體燃料燃燒用途中，減小液滴直徑能提供若干好處，包括改善點(diǎn)火特性、減少液滴對(duì)室壁的撞擊、更快地蒸發(fā)液滴、減少CO、HC或煙灰排放，以及能用低揮發(fā)性(或較重的)液體燃料操作。雖然液滴形式的燃料可以輸向燃燒室，但在燃料成分能與燃燒空氣中氧反應(yīng)之前該液體必須蒸發(fā)。大的液滴蒸發(fā)緩慢，在流出燃燒室之前不可能完全蒸發(fā)和反應(yīng)，從而產(chǎn)生較高的排出物。
特別是，在尺寸非常小的燃燒系統(tǒng)(如小于1020kg-m/sec(10KW)熱量釋放)的情況下，獲得小的液滴直徑的重要性更為關(guān)鍵，特別對(duì)低揮發(fā)性的燃料如柴油或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。此外，這些小尺寸的系統(tǒng)需要不使用大量動(dòng)力來(lái)制備燃料的簡(jiǎn)單的燃料輸送系統(tǒng)。因此，許多傳統(tǒng)的燃料輸送方法(如壓力霧化、雙流體或雙聯(lián)霧化、超聲霧化)不能用于小尺寸系統(tǒng)，因?yàn)榱鲃?dòng)速率太大；液滴太大；需要的供應(yīng)壓力太大或需要額外的霧化液體。因此，許多小尺寸的燃料系統(tǒng)對(duì)氣態(tài)液料是限用的。
已經(jīng)提出許多減小輸送的燃料噴霧的粒徑的方法。例如，美國(guó)專(zhuān)利No.5,127,822中公開(kāi)了一種用超聲霧化裝置霧化燃料的燃燒裝置。按照該專(zhuān)利，提出的霧化器中燃料以細(xì)霧滴形式供應(yīng)到燃燒室，以加速燃料的氣化和減少燃料穩(wěn)定燃燒所需的時(shí)間。
美國(guó)專(zhuān)利No.5,127,822描述了一種裝置，其中燃料預(yù)期以5cc/min供應(yīng)，據(jù)說(shuō)燃料霧化成Sauter平均直徑(SMD)為40μm的液滴。美國(guó)專(zhuān)利No.6,095,436和No.6,102,687中提出了其它霧化技術(shù)。美國(guó)專(zhuān)利No.4,986,248中提出了一種預(yù)期用于向內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)燃料的超聲霧化器。
美國(guó)專(zhuān)利No.4,013,396提出了一種燃料氣溶膠化的設(shè)備，其中將碳?xì)浠衔锶剂?如汽油、燃料石油、煤油等)配送入冷凝區(qū)而形成氣溶膠燃料，據(jù)說(shuō)產(chǎn)生粒徑小于1μm的相當(dāng)均勻的液滴。該氣溶膠化的燃料預(yù)期與空氣混合而提供一種所要的空氣-燃料比并在燃燒器的燃燒區(qū)內(nèi)燃燒。提出一種熱交換器來(lái)將熱量從燃燒的燃料輸送到一種載帶熱量的介質(zhì)如空氣、氣體或液體。
在美國(guó)專(zhuān)利No.5,472,645中，提出了一種燃料氣化裝置來(lái)解決與內(nèi)燃機(jī)中燃料氣溶膠的不完全燃燒有關(guān)的某些問(wèn)題。按照美國(guó)專(zhuān)利No.5,472,645，因?yàn)闅馊苣z燃料液滴不點(diǎn)燃和在內(nèi)燃機(jī)中燃燒不完全，所以未燃燒的燃料殘滓作為污染物如碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)和與氮氧化物(NOx)伴生的乙醛而從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出。美國(guó)專(zhuān)利No.5,472,645提出，通過(guò)將液體燃料破碎為氣化的或氣相元素的空氣和流體流而改善氣溶膠燃料的燃燒。據(jù)說(shuō)這些元素包含某些高分子量的碳?xì)浠衔锏姆菤饣臍馊苣z，據(jù)說(shuō)較輕的燃料成分迅速蒸發(fā)為氣相，與空氣混合而送往內(nèi)燃機(jī)。據(jù)說(shuō)，較重的燃料部分在其能流出一個(gè)旋風(fēng)器渦流裝置而進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣歧管之前被轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟臍饣癄顟B(tài)。
美國(guó)專(zhuān)利No.4,344,404提出了一種設(shè)備，用于向內(nèi)燃機(jī)或燃燒器供給與空氣混合的氣溶膠化的燃料液滴，據(jù)說(shuō)這些燃料液滴的粒徑為0.5～1.5μm。氣溶膠形式的液體燃料與空氣混合，空氣-燃料比為約18∶1，目的是降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放值CO、HC和NOx。
若干專(zhuān)利公開(kāi)了用于氣化液體的技術(shù)。例如，共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專(zhuān)利No.5,743,251和No.6,234,167公開(kāi)了在一加熱的毛細(xì)管中氣化液體的氣溶膠發(fā)生器；Takeuchi的美國(guó)專(zhuān)利No.6,155,268公開(kāi)了利用毛細(xì)管作用通過(guò)流動(dòng)通道將液體香料供給到置于該流動(dòng)通道端部的加熱器而氣化該液體香料；Young的美國(guó)專(zhuān)利No.5,870,525公開(kāi)了利用毛細(xì)管作用通過(guò)一供應(yīng)芯線(xiàn)將液體從液池通向鍋爐芯線(xiàn)，其中將液體加熱而變?yōu)檎羝?；Horie等人的美國(guó)專(zhuān)利No.6,195,504公開(kāi)了在一流動(dòng)通道內(nèi)加熱液體而產(chǎn)生蒸汽。
美國(guó)專(zhuān)利No.3,716,416公開(kāi)了一種預(yù)期用于燃料電池系統(tǒng)的燃料計(jì)量裝置。該燃料電池系統(tǒng)預(yù)期是自動(dòng)調(diào)節(jié)的，在一預(yù)定電平產(chǎn)生電力。該提議的燃料計(jì)量系統(tǒng)包括一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)控制裝置，用于根據(jù)燃料電池的電力輸出而節(jié)制燃料流量，而不是提供用于其后燃燒的改進(jìn)的燃料制備。相反，燃料預(yù)期送入燃料電池而轉(zhuǎn)換成H2。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，該毛細(xì)管用金屬制成而毛細(xì)管本身用作與燃料電池的電力輸出成電接觸的電阻器。因?yàn)檎羝牧鲃?dòng)阻力大于液體的流動(dòng)阻力，所以當(dāng)電力輸出增大時(shí)，流量受到節(jié)制。建議使用的燃料包括通過(guò)加熱易于從液體變成汽相且能自由地流過(guò)毛細(xì)管的任何液體。氣化似乎以在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生蒸汽鎖的方式達(dá)到。
美國(guó)專(zhuān)利No.6,276,347提出了一種用于達(dá)到液體的霧化和氣化的超臨界或近超臨界的霧化器和方法。據(jù)說(shuō)美國(guó)專(zhuān)利No.6,276,347的超臨界霧化器能夠?qū)⒅厝剂嫌糜邳c(diǎn)燃通常燃燒汽油的小型輕量的低壓縮比的火花點(diǎn)火的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。該霧化器預(yù)期通過(guò)將燃料移向其超臨界溫度和將燃料釋放到與燃料有關(guān)的相圖中的氣體穩(wěn)定區(qū)上的低壓區(qū)內(nèi)而從液體產(chǎn)生細(xì)霧滴的噴霧，從而造成燃料的細(xì)霧化或氣化。公開(kāi)的用途例如有內(nèi)燃機(jī)、科學(xué)設(shè)備、化學(xué)處理、廢料處置控制、清除、蝕刻、昆蟲(chóng)控制、表面改性、增濕和氣化。
為了盡可能減小分解，美國(guó)專(zhuān)利No.6,276,347建議將燃料保持在超臨界溫度以下，直到通過(guò)用于霧化的限流器的遠(yuǎn)端。對(duì)于某些用途，需要僅僅加熱限流器的尖端來(lái)盡可能減小化學(xué)反應(yīng)或沉淀的可能性。這就是說(shuō)，減小否則會(huì)從溶液中析出的燃料流中的雜質(zhì)、反應(yīng)物或物質(zhì)有關(guān)的問(wèn)題。在或接近超臨界壓力處進(jìn)行工作建議該燃料供應(yīng)系統(tǒng)在21.1～56.2kg/cm2(300～800psig)的范圍內(nèi)操作。雖然使用超臨界壓力和溫度可能減小霧化器的堵塞，但似乎需要使用一個(gè)更加相當(dāng)昂貴的燃料泵以及能夠在這些升高壓力下操作的燃料管線(xiàn)、配件等。
在一方面，本發(fā)明指向一種用于氣化從液體燃料源引來(lái)的液體燃料的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)至少一個(gè)有一入口端部和出口端部的毛細(xì)流動(dòng)通道；(b)一個(gè)流體控制閥，用于使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述入口端部與液體燃料源成流體連通并引導(dǎo)基本上液態(tài)的液體燃料；(c)一個(gè)沿所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道設(shè)置的熱源，所述熱源可以操作而將所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液體燃料加熱到足以將其至少一部分從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的水平，并從所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端部輸送一股基本上氣化的燃料流；以及(d)用于清除在操作該設(shè)備期間形成的沉積物的機(jī)構(gòu)。
在另一方面，本發(fā)明指向一種氣化燃料的方法，包括以下步驟(a)向至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道供應(yīng)液體燃料；(b)通過(guò)加熱該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液體燃料而使一股基本上氣化的燃料流通過(guò)該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的出口；以及(c)定期地清除該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的沉積物。
現(xiàn)在參照附圖作為不起限制作用的例子描述本發(fā)明的不同的實(shí)施例，附圖中

圖1是部分省略的能夠原位清除沉積物的單個(gè)毛細(xì)管燃料噴射器；圖2表示一種能夠用于實(shí)施圖4中所示的系統(tǒng)的多毛細(xì)管裝置；圖3表示圖2中所示裝置的端視圖；圖4表示一種按照本發(fā)明的能夠用于氧化多毛細(xì)管裝置中的沉積物的系統(tǒng)的細(xì)部，該裝置能用于輸送氣化燃料；圖5表示一種將燃料和任選的氧化氣體輸送到一毛細(xì)流動(dòng)通道的控制系統(tǒng)的示意圖；圖6表示一種利用燃燒熱預(yù)熱液體燃料的裝置的示意圖；圖7是部分省略的能夠通過(guò)擦去其中形成的沉積物而原位清除的另一種單個(gè)毛細(xì)管燃料噴射器；圖7A是圖7的毛細(xì)管燃料噴射器的放大的截面圖；圖8表示一種無(wú)添加劑的汽油的燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間的圖線(xiàn)，表明氧化清除的優(yōu)點(diǎn)；圖9是一種商品級(jí)汽油的燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間的圖線(xiàn)；圖10是比較各種汽油的燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間的圖線(xiàn)；圖11是比較噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和No.2柴油燃料的燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間的圖線(xiàn)；圖12是一種無(wú)添加劑的柴油燃料的燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間的圖線(xiàn)，表明氧化清除的效果；以及圖13是比較一種無(wú)添加劑的柴油燃料和一種含抗污垢添加劑的柴油燃料的燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間的圖線(xiàn)。
現(xiàn)在參考圖1～13中所示的實(shí)施例，圖中相同標(biāo)號(hào)用于表示相同部件。
本發(fā)明提供一種燃料輸送裝置，該裝置實(shí)際上用于任何需要一股霧化的或氣化的液體燃料的用途。該液體燃料可以是任何種類(lèi)的碳?xì)浠衔锶剂?，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、汽油、煤油或柴油燃料，以及氧化劑如甲醇、乙醇、甲基叔丁基醚以及碳?xì)浠衔锶剂虾脱趸瘎┑幕旌衔?。該燃料輸送裝置包括至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，該通道能加熱液體燃料如氣化燃料或氣化燃料和任選的另一流體的混合物，它們能提供給后續(xù)燃料的用途?；蛘呤?，該氣化燃料可以任選地與任一流體如水或蒸汽混合而供給重整爐或燃料處理器。有利的是，本發(fā)明的燃料制備和輸送設(shè)備能用低功率和極短的預(yù)熱時(shí)間操作。
當(dāng)起動(dòng)使用傳統(tǒng)燃料系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，因?yàn)橹挥邢喈?dāng)少的液體燃料氣化，所以必須向該用途提供過(guò)量的液體燃料，以便獲得易于點(diǎn)火的空氣-燃料混合物。過(guò)分供給燃料通常導(dǎo)致不希望有的廢氣排出物，包括一氧化碳和未燃燒的碳?xì)浠衔铩Ｔ谳^低的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)溫度下，通常會(huì)提高過(guò)分供給燃料的程度，從而加重在起動(dòng)期間產(chǎn)生的廢氣排放。
本發(fā)明的設(shè)備和方法能直接或間接地向發(fā)動(dòng)機(jī)輸送已基本上氣化的燃料以用于后續(xù)的燃燒，從而減少或消除了在冷起動(dòng)和預(yù)熱狀態(tài)期間過(guò)分供給燃料的需要。此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)的正常操作溫度下，可以控制空氣/燃料混合物，使得實(shí)際上有效地燃燒全部燃料，從而減少排出物。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的設(shè)備與一個(gè)供應(yīng)液體燃料的液體燃料源一起使用，該液體燃料源連接至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，沿該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道設(shè)置一熱源。該熱源可以操作而充分地加熱該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，從而輸送一股可以任選地包含少量尚未氣化的加熱液體燃料。該燃料氣化裝置優(yōu)選地受到操作而將一股氣化燃料輸送到該用途。
本發(fā)明也提供一種將燃料輸送到一種用途以供后續(xù)燃燒的方法，包括的步驟有將液體燃料供給至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，以及充分地加熱該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液體燃料，使得一股基本上氣化的燃料被輸送到該用途。
按照本發(fā)明的一種燃料氣化系統(tǒng)包括至少一個(gè)毛細(xì)管尺寸的流動(dòng)通道，液體燃料在輸送到該用途而用于燃燒之前先通過(guò)該毛細(xì)流動(dòng)通道。沿毛細(xì)流動(dòng)通道外加熱量，使得進(jìn)入該流動(dòng)通道的液體燃料的至少一部分當(dāng)其沿該通道行進(jìn)時(shí)被轉(zhuǎn)化為蒸汽。該燃料作為蒸汽而流出毛細(xì)通道，該蒸汽可以任選地包含少量尚未氣化的加熱的液體燃料?！盎旧蠚饣敝钢辽?0％的液體燃料被熱源氣化，優(yōu)選地為至少70％，最優(yōu)選地為至少80％的液體燃料。該氣化燃料可以與空氣混合而形成氣溶膠，其液滴平均直徑為25μm或更小，優(yōu)選地為10μm或更小，最優(yōu)選地為5μm或更小。
該毛細(xì)管尺寸的流動(dòng)通道最好在一毛細(xì)管主體如單獨(dú)的或多層的金屬、陶瓷或玻璃主體中形成。該通道有一個(gè)向一入口和一出口開(kāi)孔的封閉體積，入口和出口之一可以向毛細(xì)管主體的外部開(kāi)口，或者可以連接在同一主體或另一主體體內(nèi)的另一通道上或配件上。因?yàn)樽顑?yōu)選地是盡可能減小熱慣量，所以該加熱器可以通過(guò)該主體的一部分如一段不銹鋼管而形成，或者該加熱器可以是包括在該毛細(xì)管主體內(nèi)或其上的分立的電阻加熱材料的層或絲。該流體通道可以是具有向一入口和一出口開(kāi)孔并可以通過(guò)其流動(dòng)流體的封閉體積的任何形狀。該流體通道可以有任何所要的截面，優(yōu)選的截面為直徑均勻的圓形。毛細(xì)管流體通道的其它截面包括非圓形，如三角形、方形、矩形、橢圓形或其它形狀，該流體通道的截面不必是均勻的。該流體通道可以沿直線(xiàn)延伸，或者不成直線(xiàn)，可以是單個(gè)流體通道或多路徑流體通道。在毛細(xì)管通道為金屬毛細(xì)管的情況下，其內(nèi)徑可以為0.01～3mm，優(yōu)選地為0.1～1mm，最優(yōu)選地為0.15～0.5mm。或者是，該毛細(xì)通道可以由其橫截面積限定，該面積可以為8×10-5～7mm2，優(yōu)選地為8×10-3～8×10-1mm2，更優(yōu)選地為2×10-3～2×10-3mm2。單個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管、各種壓力、各種毛細(xì)管長(zhǎng)度、加到毛細(xì)管上的各種熱量、以及不同的形狀和截面積，將適用于一種給定的用途。
該毛細(xì)管還有一個(gè)特性是具有低的熱慣量?！暗偷臒釕T量”指該被加熱的主體(毛細(xì)管)的質(zhì)量足夠低，以致只需極少的時(shí)間來(lái)加熱到操作溫度。優(yōu)選地是，毛細(xì)流動(dòng)通道可以極快地帶到氣化燃料所需的溫度，優(yōu)選地在2.0秒內(nèi)，更優(yōu)選地在0.5秒內(nèi)，最優(yōu)選地在0.1秒內(nèi)，這在達(dá)到所要溫度時(shí)不希望延遲的情況如冷起動(dòng)和預(yù)熱的狀態(tài)期間的用途中是有利的。此外，低的熱慣量在一種用途的正常操作期間能提供好處，例如改善該用途對(duì)動(dòng)力需求的突然變化的響應(yīng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供對(duì)液體燃料燃燒用途的燃料制備方法和設(shè)備。一種燃燒用途是與該用途相關(guān)的非常低的液體燃料流動(dòng)速率如小于0.1克/秒，此時(shí)其它燃料制備裝置如傳統(tǒng)的壓力渦旋霧化或鼓風(fēng)霧化已證明不希望采用或不合適。該裝置能夠在幾十至幾千瓦的化學(xué)能范圍內(nèi)的流動(dòng)速率下產(chǎn)生具有極小液滴直徑的燃料蒸汽和/或燃料氣溶膠。可以使用平行的多個(gè)毛細(xì)管來(lái)增大總化學(xué)能輸出，以便用于較大的燃燒用途。該裝置能產(chǎn)生超細(xì)的燃料氣溶膠和/或蒸汽，它們對(duì)于制備用于緊湊的燃燒系統(tǒng)中潔凈、有效的燃燒的均勻的燃料/空氣混合物是理想的，并呈現(xiàn)優(yōu)越的點(diǎn)火特性。
有利的是，本發(fā)明的設(shè)備能在低的燃料供應(yīng)壓力(7.0kg-m/sec(100psig)或更低)下操作，從而不需要在或接近燃料的超臨界壓力下供應(yīng)燃料所需的高成本的重的耗費(fèi)動(dòng)力的高壓泵。同樣，本發(fā)明的設(shè)備不需要較高的空氣供應(yīng)壓力，從而不需要重的耗費(fèi)動(dòng)力的鼓風(fēng)機(jī)。該設(shè)備可以用于提供爐子、熱水器等用的液體燃料做動(dòng)力的領(lǐng)航信號(hào)燈，并用于各種各樣的非傳統(tǒng)的液體燃料用途。
按照本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其點(diǎn)火能量需求的特性。最小的點(diǎn)火能量是一個(gè)用于描述通常用一點(diǎn)火器如火花點(diǎn)火器能夠點(diǎn)燃一種霧化的燃料/空氣混合物的容易程度的術(shù)語(yǔ)。本發(fā)明的裝置能夠提供具有其Sauter平均直徑(SMD)小于25μm，優(yōu)選地小于10μm而更優(yōu)選地小于5μm的液滴的氣化燃料和/或氣溶膠，這樣的細(xì)氣溶膠能用于改進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)和其它燃燒用途中的起動(dòng)特性和火焰穩(wěn)定性。此外，對(duì)于具有SMD等于或小于25μm的燃料，最小點(diǎn)火能量可以產(chǎn)生非常顯著的減小。例如，如Lefebvre的《燃?xì)廨啓C(jī)燃燒》(半球出版公司，1983年)的第252頁(yè)中討論的，當(dāng)SMD減小時(shí)，與可以點(diǎn)燃霧化的燃料/空氣混合物的容易程度有關(guān)的術(shù)語(yǔ)Emin顯示出尖銳地減小。最小點(diǎn)火能量粗略地正比于氣溶膠中燃料液滴的Sauter平均直徑(SMD)的立方，SMD是其表面對(duì)體積比等于整個(gè)噴霧的表面對(duì)體積比的液滴的直徑并與該噴霧的質(zhì)量轉(zhuǎn)移特性有關(guān)。在Lefebvre一書(shū)中示出，對(duì)于各種燃料，Emin和SMD之間的關(guān)系粗略地近似于下述關(guān)系LogEmin＝4.5(logSMD)+k；其中Emin以mJ測(cè)量，SMD以μm測(cè)量，而k為與燃料種類(lèi)有關(guān)的常數(shù)。
按照Lefebvre的書(shū)，重燃料油在115μm的SMD有約800mJ的最小點(diǎn)火能量，而在50μm的SMD有約23mJ的最小點(diǎn)火能量。異辛烷在90μm的SMD有約9mJ的最小點(diǎn)火能量，而在40μm的SMD有約0.4mJ的最小點(diǎn)火能量。對(duì)于柴油燃料，當(dāng)SMD等于100μm時(shí)，Emin為約100mJ。SMD減少約30μm，Emin減少約0.8mJ?？梢岳斫?，對(duì)于小于25μm的SMD值，點(diǎn)火系統(tǒng)的要求顯著減小。
已經(jīng)確定，液體燃料通過(guò)毛細(xì)流動(dòng)通道的質(zhì)量流動(dòng)速率依賴(lài)于進(jìn)入毛細(xì)流動(dòng)通道的液體燃料壓力和加在毛細(xì)流動(dòng)通道上的熱量。如下所述，燃料的蒸汽量和液滴粒徑也依賴(lài)于這兩個(gè)變量，以及依賴(lài)于氣化燃料流進(jìn)入的熱環(huán)境。本發(fā)明的燃料氣化裝置能夠通過(guò)改變毛細(xì)流動(dòng)通道的長(zhǎng)度、毛細(xì)流動(dòng)通道的截面積、所用毛細(xì)流動(dòng)通道的數(shù)目、供給毛細(xì)流動(dòng)通道的燃料壓力和/或供給毛細(xì)流動(dòng)通道的熱量而適用于需要一股基本上氣化的燃料流的實(shí)際上所有的用途。該技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人員可以理解，利用經(jīng)驗(yàn)改變這些變量將產(chǎn)生一種適用于實(shí)際上任何需要一熱源的用途?？梢哉J(rèn)為，小于7.0kg-m/sec(100psig)和各種壓力或甚至小于3.5kg-m/sec(50psig)或更小的壓力可以施加到該液體燃料源上。或者是，對(duì)于利用重力輸送的用途，可以不必對(duì)該液體燃料源施加外部的壓力源。
在其中燃料-空氣混合物在接近燃料氣化裝置的出口處點(diǎn)火的用途中，燃燒的排出物特性敏感于燃料液滴粒徑分布的品質(zhì)。高品質(zhì)的細(xì)噴霧促進(jìn)燃料蒸發(fā)并增強(qiáng)混合，從而減小富燃燒的傾向以及相關(guān)的煙和灰的產(chǎn)生。已知小液滴既迅速蒸發(fā)又極好地遵循流動(dòng)的流線(xiàn)，因此不易撞擊燃燒器壁。相反，大液滴不易遵循流動(dòng)流線(xiàn)并能撞擊燃燒器壁，從而產(chǎn)生CO和碳?xì)浠衔锱懦鑫锛疤汲练e物(焦化)。這個(gè)問(wèn)題在火焰高度受限制的系統(tǒng)中更值得注意。因此，本發(fā)明的燃料氣化裝置在這些用途中是有利的，因?yàn)樗鼈兡墚a(chǎn)生一股氣化燃料流和/或極細(xì)液滴的氣溶膠，后者不易撞擊燃燒器壁。
在其中燃料通過(guò)一空氣流如利用一歧管而引向燃燒室的用途中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，液滴直徑太大的氣溶膠將被空氣流載帶，直到該空氣流被一表面如歧管壁轉(zhuǎn)向，在這些點(diǎn)上滴管撞擊表面而被聚集在壁上。取決于燃料種類(lèi)，大于25μm的液滴可以在偏轉(zhuǎn)的表面上撞擊。因?yàn)橐恍┤剂媳痪奂诹鲃?dòng)通道的表面上，所以必須噴射額外的燃料以便將足夠的燃料蒸汽輸送到該用途中以產(chǎn)生點(diǎn)火。最終，該聚集的燃料作為未燃燒的燃料和污染物而燃燒不完全并排放。相反，按照本發(fā)明的毛細(xì)流動(dòng)通道能提供一種具有顯著量的小直徑液滴的氣溶膠，這是有利的，因?yàn)椴还芰鲃?dòng)路徑如何，小直徑的氣溶膠液滴能被空氣流載帶入該用途中而大大減少排出物地高效燃燒。
在一加熱的毛細(xì)管通道中氣化液體燃料期間，碳和/或重碳?xì)浠衔锏某练e物能累積在毛細(xì)管壁上而可以嚴(yán)重地限制燃料流，這可能最終導(dǎo)致堵塞毛細(xì)流動(dòng)通道。這些沉積物累積的速率是毛細(xì)管壁溫度、燃料流動(dòng)速率和燃料種類(lèi)的函數(shù)。相信燃料添加劑可用于減小此類(lèi)沉積物。但是，如果堵塞發(fā)展，可以通過(guò)氧化沉積物來(lái)清除堵塞。
圖1表示一種按照本發(fā)明的用于氣化從液體燃料源引來(lái)的液體燃料的設(shè)備10。設(shè)備10包括一個(gè)有一入口端部14和一出口端部16的毛細(xì)流動(dòng)通道12。流體控制閥18用于使毛細(xì)流動(dòng)通道12的入口端部14與液體燃料源F成流體連通，并將基本上液態(tài)的液體燃料引入毛細(xì)流動(dòng)通道12。優(yōu)選的是，流體控制閥18可用電磁線(xiàn)圈28操作。熱源20沿毛細(xì)流動(dòng)通道12設(shè)置。最優(yōu)選的是，熱源20是通過(guò)用一根電阻材料的管子形成毛細(xì)流動(dòng)通道而提供的，當(dāng)在管子的接頭22和24處連接電源以便在其間傳送電流時(shí)，該一部分毛細(xì)流動(dòng)通道12形成一個(gè)加熱器元件?？梢岳斫猓缓鬅嵩?0可以操作而將毛細(xì)流動(dòng)通道12中的液體燃料加熱到足以將其至少一部分從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的水平，并從毛細(xì)流動(dòng)通道的出口端部16輸送一股基本上氣化的燃料流。
設(shè)備10還包括用于清除在操作設(shè)備10期間形成的沉積物的機(jī)構(gòu)。圖1中示出的用于清除沉積物的機(jī)構(gòu)包括流體控制閥18、熱源20和用于使毛細(xì)流動(dòng)通道12與氧化劑源C成流體連通的氧化劑控制閥26?？梢岳斫?，該氧化劑控制閥可以安置在毛細(xì)流動(dòng)通道12的任一端部處或其附近，或者做成與毛細(xì)流動(dòng)通道12的任一端部成流體連通。如果該氧化劑控制閥安置在毛細(xì)流動(dòng)通道12的出口端部16處或其附近，那么它用于使氧化劑源C與毛細(xì)流動(dòng)通道12的出口16成流體連通。在操作中，熱源20用于將毛細(xì)流動(dòng)通道12中的氧化劑C加熱到足以氧化在加熱液體燃料F期間形成的沉積物的水平。在一個(gè)實(shí)施例中，為了從加燃料方式切換到清除方式，氧化劑控制閥26用于在將液體燃料F和將氧化劑C引入毛細(xì)流動(dòng)通道12之間交替，而當(dāng)將氧化劑引入所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中時(shí)，能夠原位清除毛細(xì)流動(dòng)通道中的沉積物。
一種氧化沉積物的技術(shù)包括使空氣或蒸汽通過(guò)該毛細(xì)管。在清除操作期間最好加熱該流動(dòng)通道，使得能起動(dòng)和支持該氧化過(guò)程，直徑沉積物耗散。為了增強(qiáng)該清除操作，可以利用一種催化物質(zhì)，或者作為毛細(xì)管壁的涂層，或者作為管壁的成分，以降低完成清除所需的溫度和/或減少時(shí)間。為了連續(xù)地操作該燃料輸送系統(tǒng)，可以使用多于一個(gè)的毛細(xì)流動(dòng)通道，使得當(dāng)例如用傳統(tǒng)感器檢測(cè)到堵塞狀態(tài)時(shí)，可以將燃料流轉(zhuǎn)向另一毛細(xì)流動(dòng)通道而起動(dòng)氧化劑流通過(guò)待清除的堵塞的毛細(xì)流動(dòng)通道。作為例子，一個(gè)毛細(xì)管主體中可以包括多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，并可設(shè)置一閥裝置來(lái)向每個(gè)流動(dòng)通道選擇地供給液體燃料或空氣。
或者是，可以從一毛細(xì)流動(dòng)通道轉(zhuǎn)換燃料流而以預(yù)定的間隔起動(dòng)氧化劑流。可以用一控制器來(lái)影響燃料向毛細(xì)流動(dòng)通道的輸送。例如，該控制器可以驅(qū)動(dòng)燃料輸送一個(gè)預(yù)定的時(shí)間，而后在該預(yù)定的時(shí)間后停止燃料輸送。該控制器也可根據(jù)一個(gè)或多個(gè)感知的條件而影響液體燃料的壓力和/或供給毛細(xì)流動(dòng)通道的熱量的調(diào)整。這些感知的條件尤其可以包括燃料壓力；毛細(xì)管溫度；以及燃料-空氣混合物。該控制器也可以控制附著于該用途的多個(gè)燃料輸送裝置。該控制器也可以控制一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，以便從其清除沉積物或堵塞物。例如，通過(guò)對(duì)毛細(xì)流動(dòng)通道加熱和對(duì)毛細(xì)流動(dòng)通道供應(yīng)氧化劑流，就可以清除該毛細(xì)流動(dòng)通道的沉積物。
該清除技術(shù)也可以用于需要連續(xù)操作的燃料氣化裝置。在這種情況下，可以使用多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道。圖2和3中例示本發(fā)明的一種示范的多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道燃料氣化裝置。圖2示出一種整體結(jié)合到一個(gè)單獨(dú)裝置94中的多個(gè)毛細(xì)管組件的示意圖。圖3示出裝置94的端視圖。如圖所示，該裝置可包括三根毛細(xì)管82A、82B、82C和一根由實(shí)心不銹鋼桿制成的正電極92。這些毛細(xì)管和鋼桿可以支承在電絕緣材料的主體96內(nèi)，可以通過(guò)配件98對(duì)毛細(xì)管和鋼桿供電。例如，可以將直流電供給到一或多根毛細(xì)管的上游端部，而在毛細(xì)管下游端部處的接頭95可以形成一個(gè)通過(guò)桿91的電流的返回路徑。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其中多個(gè)毛細(xì)管系統(tǒng)80包括毛細(xì)管82A～82C、燃料供應(yīng)管線(xiàn)84A～84C、氧化劑源管線(xiàn)86A～86C、氧化劑控制閥88A～88C、動(dòng)力輸出管線(xiàn)90A～90C以及共用地線(xiàn)92。系統(tǒng)80能夠清除一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管的沉積物，而讓一個(gè)或多個(gè)另外的毛細(xì)管輸送燃料。例如，在清除毛細(xì)流動(dòng)通道82A期間能夠通過(guò)毛細(xì)流動(dòng)通道82B和82C燃燒燃料。通過(guò)中斷向毛細(xì)管82A供給燃料而向該管82A供給空氣并足夠地加熱而氧化毛細(xì)流動(dòng)通道中的沉積物，可以完成毛細(xì)流動(dòng)通道82A的清除工作。因此，在連續(xù)地輸送燃料的同時(shí)可以清除一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的沉積物。最好在清除過(guò)程中通過(guò)一個(gè)電阻加熱器或從該用途反饋的熱量而加熱該一個(gè)或多個(gè)待清除的毛細(xì)流動(dòng)通道。再一次，對(duì)于任何給定的毛細(xì)流動(dòng)通道，各次清除之間的時(shí)間或者可以根據(jù)由實(shí)驗(yàn)確定的已知的堵塞特性而固定，或者按照需要可以利用一傳感和控制系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)沉積物的積累而起動(dòng)該清除過(guò)程。
可以用一控制器來(lái)控制向一毛細(xì)流動(dòng)通道的燃料輸送。例如，當(dāng)該用途的操作開(kāi)始而在一預(yù)置時(shí)間后停止燃料輸送時(shí)或當(dāng)接收一信號(hào)而停止起動(dòng)該用途時(shí)，該控制器能驅(qū)動(dòng)向一用途輸送燃料，該用途例如是火花點(diǎn)燃的內(nèi)燃機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、燃燒器、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等。該控制器也可根據(jù)一個(gè)或多個(gè)感知的條件而調(diào)整該液體燃料的壓力和/或供應(yīng)到該毛細(xì)流動(dòng)通道的熱量。這些感知的條件尤其可以包括歧管壓力；燃料壓力；毛細(xì)管溫度；該用途的溫度；以及廢氣出口處的燃料-空氣混合物。該控制器也可控制附接在該用途上的多個(gè)燃料氣化裝置。該控制器可以控制一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道而從通道清除沉積物或堵塞。例如，該控制器可控制多于一個(gè)的毛細(xì)流動(dòng)通道以從通道清除沉積物或堵塞物而連續(xù)地操作該用途。該控制器可以從一個(gè)部分堵塞的毛細(xì)流動(dòng)通道將燃料流轉(zhuǎn)向到一或多個(gè)另外的毛細(xì)流動(dòng)通道，并向該部分堵塞的毛細(xì)流動(dòng)通道起動(dòng)氧化氣流和熱量，直到該毛細(xì)流動(dòng)通道清除掉沉積物。
圖5表示一個(gè)按照本發(fā)明的控制系統(tǒng)的示范示意圖，該控制系統(tǒng)用于操作一個(gè)燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)包括一個(gè)氧化氣體源，用于清除堵塞的毛細(xì)通道。該控制系統(tǒng)包括一個(gè)控制器100，可以操作地連接在燃料源102上，后者向一流動(dòng)通道如毛細(xì)管104供給燃料和可以任選的空氣。該控制器也可以操作地連接電源106上，后者向一電阻加熱器或直接向金屬毛細(xì)管104輸送電力，以便將該毛細(xì)管充分地加熱而氣化燃料。如果需要，該燃燒系統(tǒng)可以包括多個(gè)流動(dòng)通道和可操作地連接在控制器100上的加熱器?？刂破?00可以操作地連接在一個(gè)或多個(gè)信號(hào)輸送裝置如通斷開(kāi)關(guān)、熱電偶、燃料流動(dòng)速率傳感器、空氣流動(dòng)速率傳感器、動(dòng)力輸出量傳感器、蓄電池充電傳感器等，由此，控制器100可以根據(jù)由輸送信號(hào)的裝置輸出到控制器的信號(hào)來(lái)編制程序而自動(dòng)控制燃燒系統(tǒng)的操作。
在操作中，本發(fā)明的裝置可以做成反饋在燃燒期間產(chǎn)生的熱量，使得液體燃料當(dāng)其通過(guò)毛細(xì)管時(shí)被加熱到足以使液體燃料氣化，從而減少或免去或補(bǔ)充用電力或其它方法加熱毛細(xì)流動(dòng)通道的需要。例如，該毛細(xì)管可以做得更長(zhǎng)，以增大其輸送更多熱量的表面積，該毛細(xì)管可以做成通過(guò)燃燒的燃料，可以設(shè)置一個(gè)熱交換器來(lái)利用從燃燒反應(yīng)來(lái)的廢氣，以預(yù)熱燃料等。
圖6以簡(jiǎn)化形式表示毛細(xì)流動(dòng)通道64如何可以設(shè)置成使通過(guò)其間的液體燃料能夠被加熱到高溫而減少燃料氣化加熱器的電力需求。如圖所示，管子的一部分66包括通過(guò)燃燒的燃料的火焰68的毛細(xì)流動(dòng)通道。為了最初的起動(dòng)，可以使用一個(gè)包括由連接到電源如蓄電池74上的電線(xiàn)70、72加熱的一段管子或獨(dú)立的電阻加熱器的電阻加熱器來(lái)最初地氣化液體燃料。在用合適的點(diǎn)火裝置對(duì)氣化燃料點(diǎn)火后，可以用燃燒的熱量預(yù)熱管子的一部分66，以減少否則為了用電阻加熱器連續(xù)氣化燃料而需要的電力。因此，通過(guò)預(yù)熱該管子可以氣化管子中的燃料而不需利用電阻加熱器，由此可以節(jié)省電力。
可以理解，圖1～6中示出的用于制備和輸送燃料的設(shè)備和系統(tǒng)也可以用于與本發(fā)明的另一裝置。再參照?qǐng)D1，用于清除沉積物的機(jī)構(gòu)包括流體控制閥28和一個(gè)用于使毛細(xì)流動(dòng)通道12與一溶劑成流體連通的溶劑控制閥26(原先的利用氧化清除的實(shí)施例中的氧化劑控制閥26)，該溶劑控制閥26安置在毛細(xì)流動(dòng)通道12的一端處。在利用溶劑清除的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，該溶劑控制閥在將液體燃料和將溶劑引入毛細(xì)流動(dòng)通道12之間交替，使得當(dāng)將溶劑引入毛細(xì)流動(dòng)通道12中時(shí)，能夠原位清理毛細(xì)流動(dòng)通道12。雖然使用了各種各樣的溶劑，但該溶劑可以包括從液體燃料源來(lái)的液體燃料。當(dāng)這種情況時(shí)，不需要溶劑控制閥，因?yàn)椴恍枰谌剂虾腿軇┲g交替，而該熱源應(yīng)當(dāng)在清理毛細(xì)流動(dòng)通道12期間隨時(shí)間而中斷或停止驅(qū)動(dòng)。
圖7提供本發(fā)明的另一示范的實(shí)施例。設(shè)備200有一將液體燃料F輸送給一種用途的加熱的毛細(xì)流動(dòng)通道212。圖7A例示輸送燃料用的毛細(xì)流動(dòng)通道212的細(xì)部。如圖中所示，毛細(xì)流動(dòng)通道212內(nèi)部安置一根可沿軸向移動(dòng)的桿232。毛細(xì)流動(dòng)通道212的出口端部216是擴(kuò)口的，而桿232的端部是錐形的，兩者形成一個(gè)閥，其中桿232的軸向移動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉該閥。管子內(nèi)部還設(shè)置刷子234，用于當(dāng)刷子在毛細(xì)流動(dòng)通道212內(nèi)往復(fù)移動(dòng)時(shí)清除軸向移動(dòng)的桿232上的沉積物。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，該燃料氣化裝置輸送能與被引至該用途的燃燒室中的空氣供給通道內(nèi)的環(huán)境溫度下的空氣混合的基本上氣化的燃料。或者是，該氣化燃料可以與已經(jīng)例如用一熱交換器預(yù)熱的空氣混合，該熱交換器用從該用途的燃燒室移出的廢氣的熱量預(yù)熱該空氣。如果需要，該空氣在與氣化燃料混合之前可以例如用一鼓風(fēng)機(jī)增壓。
如果需要，本發(fā)明的燃料氣化方法和裝置可以用于需要一股氣化燃料的任何用途或設(shè)備中。例如，此類(lèi)用途包括(但不限于)熱水器和爐子、便攜式加熱器、能量轉(zhuǎn)換裝置、內(nèi)燃機(jī)、冰箱、燃料處理器或重整爐、外燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、直接熱轉(zhuǎn)換裝置等。本發(fā)明也可用于其中需要液體燃料的更潔凈燃燒的用途。
例子例子1通過(guò)用微隔板泵系統(tǒng)在恒壓下將燃料供給到加熱的毛細(xì)通道中而氣化JP8噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，從而進(jìn)行試驗(yàn)。在這些試驗(yàn)中，使用了不同直徑和長(zhǎng)度的毛細(xì)管。這些毛細(xì)管用長(zhǎng)度2.5～7.6cm(1～3英寸)的304號(hào)不銹鋼管制成，其內(nèi)徑(ID)和外徑(OD)用cm(英寸)表示如下0.025ID/0.046OD(0.010ID/0.018OD)，0.033ID/0.083OD(0.013ID/0.033OD)和0.043ID/0.064OD(0.017ID/0.025OD)。氣化液體燃料的熱量是利用電流通過(guò)金屬管的一部分而產(chǎn)生的。利用一個(gè)由Malvern公司制造的噴霧技術(shù)激光衍射系統(tǒng)測(cè)量液滴的粒徑分布。液滴的Sauter平均直徑(SMD)為1.7～4.0μm。SMD是一個(gè)其表面/體積比等于整個(gè)噴霧的表面/體積比的液滴的直徑，與噴霧的質(zhì)量轉(zhuǎn)移特性有關(guān)。
例子2利用一種已知產(chǎn)生高水平沉積物的無(wú)添加劑的無(wú)硫汽油來(lái)進(jìn)行了試驗(yàn)來(lái)證明在加熱的毛細(xì)流動(dòng)通道上的氧化清除技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。這些試驗(yàn)用的毛細(xì)流動(dòng)通道是用內(nèi)徑0.058cm(0.023英寸)的不銹鋼管制成的長(zhǎng)5.08cm(2.0英寸)的加熱的毛細(xì)管。燃料壓力保持在0.7kg/cm2(10psig)。給毛細(xì)管供電來(lái)達(dá)到各種水平的R/R0，其中R是加熱的毛細(xì)管電阻，而R0是環(huán)境條件下毛細(xì)管的電阻。
圖8表示燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間的圖線(xiàn)。如圖所示，對(duì)于這種不含去垢劑添加物的汽油，在非常短的時(shí)間內(nèi)遇到顯著的堵塞，在少到10分鐘內(nèi)觀(guān)察到50％的流動(dòng)速率損失。
在遇到顯著的堵塞后，燃料流中斷而代之以0.7kg/cm2(10psig)的空氣。在此期間進(jìn)行加熱，在少到1分鐘之后，達(dá)到顯著的清除，流動(dòng)速率恢復(fù)到原有水平。
例子3該例子表明，當(dāng)利用一種采用有效的添加劑包裝的商品級(jí)汽油時(shí)，在例子2的加熱的毛細(xì)流動(dòng)通道中堵塞要輕得多。如圖9中所示，在運(yùn)行該裝置近4個(gè)小時(shí)后燃料的流動(dòng)速率遇到小于10％的降低。
例子4為了比較各種汽油和去垢劑添加物對(duì)堵塞的影響，在例子2的加熱的毛細(xì)流動(dòng)通道中運(yùn)行5種試驗(yàn)燃料。這些試驗(yàn)的燃料包括含300ppm硫的無(wú)添加劑汽油、不含硫的無(wú)添加劑汽油、帶商用的上市后添加劑(添加劑A)的無(wú)硫汽油以及帶另一商用的上市后添加劑(添加劑B)的無(wú)硫汽油。
如圖10中所示，有添加劑的燃料行為相似，而無(wú)添加劑的燃料在小于1小時(shí)的操作中遇到嚴(yán)重的堵塞。
例子5該例子比較了在一種同樣為內(nèi)徑0.036cm(0.014英寸)而長(zhǎng)5.1cm(2英寸)的毛細(xì)流動(dòng)通道中比較無(wú)添加劑的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料(JP-8)和無(wú)添加劑的No.2柴油燃料的隨時(shí)間的操作。燃料壓力為1.1kg/cm2(15psig)。對(duì)毛細(xì)管供電而獲得R/R0＝1.19的水平；其中R為加熱的毛細(xì)管電阻，而R0為環(huán)境條件下的毛細(xì)管電阻。
如圖11中所示，在最初的10分鐘操作期間，這些燃料性能相似，而其后柴油燃料遇到更嚴(yán)重的堵塞。
例子6利用已知產(chǎn)生高水平沉積物的無(wú)添加劑的No.2柴油燃料來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)而評(píng)估在加熱的毛細(xì)流動(dòng)通道上氧化清除技術(shù)的效率。這些試驗(yàn)所用的毛細(xì)流動(dòng)通道是一根用內(nèi)徑0.036cm(0.014英寸)的不銹鋼管制成的2英寸長(zhǎng)的加熱毛細(xì)管。燃料壓力保持在1.1kg/cm2(15psig)。向該毛細(xì)管供電而達(dá)到R/R0＝1.19的水平；其中R為加熱的毛細(xì)管電阻，而R0為環(huán)境條件下的毛細(xì)管電阻。
圖12表示燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間的圖線(xiàn)。如圖所示，對(duì)于這種無(wú)去垢劑添加物的燃料，在極短時(shí)間內(nèi)遇到嚴(yán)重的堵塞，在約35分鐘的連續(xù)操作中觀(guān)察到50％的流動(dòng)速率損失。
在第二次運(yùn)行中，在操作5分鐘以后，中斷燃料流而代之以5分鐘的0.7kg/cm2(10psig)的空氣。在此期間也進(jìn)行加熱。該程序每5分鐘重復(fù)一次。如圖12中所示，實(shí)際上每種情況下該氧化清除過(guò)程都增大燃料流動(dòng)速率并傾向于隨時(shí)間而減慢燃料流動(dòng)速率的總下降斜度。但是，該過(guò)程的效率稍許小于如例子2中所述的用無(wú)添加劑汽油得到的效率。
例子7進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)評(píng)估了加熱的毛細(xì)流動(dòng)通道中與例子6的No.2柴油燃料混合的商品級(jí)抗污垢去垢劑添加物對(duì)隨時(shí)間的燃料流動(dòng)速率的效率。這些試驗(yàn)用的毛細(xì)流動(dòng)通道為內(nèi)徑0.036cm(0.014英寸)的不銹鋼管制成的長(zhǎng)5.1cm(2英寸)的加熱的毛細(xì)管。燃料壓力維持在1.1kg/cm2(15psig)，并向毛細(xì)管供電而達(dá)到R/R0＝1.19的水平。
圖13表示對(duì)有添加劑的No.2柴油燃料和無(wú)添加劑的柴油燃料的燃料流動(dòng)速率對(duì)時(shí)間曲線(xiàn)的比較。如圖所示，對(duì)不含去垢劑添加物的燃料，在極短時(shí)間內(nèi)遇到嚴(yán)重的堵塞，在約35分鐘的連續(xù)操作中觀(guān)察到50％的流動(dòng)速率損失，而含有去垢劑的同一燃料在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)堵塞要小得多。
雖然已經(jīng)示出和描述了各例示的實(shí)施例，但在上述公開(kāi)內(nèi)容中可以考慮各種各樣的修改、變化和替代，而在某些情況下，可以利用該實(shí)施例的某些特點(diǎn)而不必相應(yīng)地利用其它特點(diǎn)。因此，將所附權(quán)利要求書(shū)廣泛地認(rèn)作與本文所公開(kāi)的各種實(shí)施例的范圍相符合是合適的。
權(quán)利要求
1.一種用于氣化從一液體燃料源引出的液體燃料的設(shè)備，包括(a)至少一個(gè)有一入口端部和一出口端部的毛細(xì)流動(dòng)通道；(b)一個(gè)流體控制閥，用于使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述入口端部與該液體燃料源成流體連通，并引入基本上液體的液體燃料；(c)一個(gè)沿所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道設(shè)置的熱源，所述熱源可以操作而將所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道內(nèi)的液體燃料加熱到足以將其至少一部分從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的程度，并從所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端部輸送一股基本上氣化的燃料流；以及(d)用于清除在操作該設(shè)備期間形成的沉積物的機(jī)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述用于清除沉積物的機(jī)構(gòu)包括所述流體控制閥、所述熱源和一個(gè)用于使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道與一氧化劑成流體連通的氧化劑控制閥，所述熱源也可以操作而將所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的氧化劑加熱到足以氧化在加熱該流體燃料期間形成的沉積物的程度。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于，所述用于使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道與一氧化劑成流體連通的氧化劑控制閥在將液體燃料和將氧化劑引入所述毛細(xì)流動(dòng)通道之間交替，從而當(dāng)將該氧化劑引入所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道時(shí)能夠就地清除所述毛細(xì)流動(dòng)通道中的沉積物。
4.權(quán)利要求2或3的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道包括多個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，每個(gè)所述毛細(xì)流動(dòng)通道與一個(gè)燃料源和一個(gè)氧化氣體源成流體連通。
5.權(quán)利要求2、3或4的設(shè)備，其特征在于，該氧化劑包括空氣、廢氣、蒸汽及其混合物。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述用于清除沉積物的機(jī)構(gòu)包括用于擦去在操作該設(shè)備期間形成的沉積物的機(jī)構(gòu)。
7.權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，所述用于擦去沉積物的機(jī)構(gòu)包括沿所述閥桿安置的清理劑。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述用于清除沉積物的機(jī)構(gòu)包括所述流體控制閥和一個(gè)用于使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道與一溶劑成流體連通的溶劑控制閥，所述溶劑控制閥被安置在所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的一端處。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述用于清除沉積物的機(jī)構(gòu)包括所述流體控制閥，所述流體控制閥可以操作而使所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道與一溶劑成流體連通，當(dāng)該溶劑被引入所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道時(shí)，能夠就地清理所述毛細(xì)流動(dòng)通道。
10.權(quán)利要求8或9的設(shè)備，其特征在于，該溶劑包括來(lái)自該液體燃料源的液體燃料，其中在清理所述毛細(xì)流動(dòng)通道期間該熱源是被中斷的。
11.任一上述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述流體控制閥控制來(lái)自該液體燃料源的液體燃料的流動(dòng)速率。
12.任一上述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道包括至少一個(gè)毛細(xì)管。
13.權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，所述熱源包括一段由通過(guò)其間的電流加熱的所述毛細(xì)管。
14.任一上述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述熱源包括一個(gè)電阻加熱元件。
15.任一上述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，還包括一個(gè)燃料源，所述燃料源能夠在100psig或更小的壓力下將增壓的液體燃料輸送到所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中。
16.任一上述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，還包括至少一個(gè)與所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端成流體連通的燃燒室，所述至少一個(gè)燃燒室可以操作而燃燒來(lái)自所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述出口端部的燃料流，其中所述至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的至少一部分被安置成為被所述至少一個(gè)燃燒室產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物所加熱。
17.一種氣化燃料的方法，包括以下步驟(a)向至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道供給液體燃料；(b)通過(guò)加熱該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液體燃料而使一股基本上氣化的燃料流通過(guò)該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的出口；以及(c)定期地清除該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的沉積物。
18.權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述定期地清除的步驟包括(i)停止通往該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的液體燃料流；(ii)向該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道供給一種氧化劑；以及(iii)加熱該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道，從而氧化該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中形成的沉積物。
19.權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述毛細(xì)管清除沉積物的步驟包括擦去在所述加熱液體燃料期間形成的沉積物。
20.權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述定期地清除步驟包括(i)中斷該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的所述加熱；(ii)向該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道供應(yīng)一種溶劑，從而除去該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中形成的沉積物。
全文摘要
用于氣化液體燃料的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括至少一個(gè)有一入口端部和一出口端部的毛細(xì)流動(dòng)通道(12)；一個(gè)用于使該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道(12)的入口與液體燃料源成流體連通并引導(dǎo)基本上液態(tài)的液體燃料的流體控制閥(18)；一個(gè)沿該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道(12)安置的熱源(20)，該熱源可以操作而將該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道中的液體燃料加熱到足以將其至少一部分從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的水平，并從該至少一個(gè)毛細(xì)流動(dòng)通道的出口端部輸送一股基本上氣化的燃料流；以及用于清除在操作該設(shè)備期間形成的沉積物(18，20，26)。該流動(dòng)通道可以是一根用電阻加熱器加熱的毛細(xì)管，或一段由通過(guò)其間的電能加熱的管子。該液體燃料可以在任何所要壓力下供給到該流動(dòng)通道，取決于該用途所要的質(zhì)量流動(dòng)速率。該氣化燃料可以與空氣混合而形成一種液滴平均直徑為25μm或更小的氣溶膠，以盡可能減小燃料－空氣混合物的點(diǎn)火能量，促進(jìn)空氣流中的燃料流通，以及高效而潔凈地燃燒該液體燃料。
文檔編號(hào)F02M69/00GK1656312SQ03811417
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者R·O·佩利扎里 申請(qǐng)人:克里薩里斯技術(shù)公司