ВСТРОЕННОЕ В ЛИНИЮ УСТРОЙСТВО, СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ ВОДЫ В ТОПЛИВЕ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ Российский патент 2015 года по МПК F02M25/22 B01F3/08 F02B47/02 F23K5/12 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка притязает на приоритет находящейся на рассмотрении заявки США №12/761,685, поданной 16 апреля 2010 г., раскрытие которой включено в настоящий документ путем ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Настоящее изобретение в общем относится к эмульсии. Более конкретно, изобретение относится к топливам и соответствующим составам. Еще более конкретно, изобретение относится к способам, устройствам и системам для получения топливной эмульсии.

[0003] Эмульсия получается, когда одну жидкость суспендируют в другую жидкость. Последние разработки в области топлива привели к топливной эмульсии, в которой вода суспендирована в топливе. Ряд эмульсий воды в топливе состоит, в сущности, из топлива на основе углерода, воды и разных добавок. Эти топливные эмульсии могут играть большую роль в нахождении экономичного способа для двигателей внутреннего сгорания, бойлеров, печей и т.д., чтобы достигнуть повышенного КПД и снижения выбросов без выполнения значительных модификаций двигателей, топливных систем или существующей инфраструктуры по доставке топлива.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Настоящее изобретение относится к встроенной в линию системе для получения эмульсии воды в топливе в реальном времени, которая включает реакторное устройство, подвод топлива, соединенный с упомянутым реакторным устройством, насос, соединенный с упомянутым реакторным устройством и встроенный в линию контур для повторной обработки циркулирующей эмульсии, соединенный с упомянутым насосом и в реальном времени подающий нагрузку, которая необходима, причем упомянутое реакторное устройство включает невибрирующий упор такой формы, чтобы создавать кавитацию, достаточную для эмульгирования воды в топливе от упомянутого подвода воды и упомянутого подвода топлива.

[0005] Преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области из последующего подробного описания предпочтительного варианта осуществления при прочтении его вместе с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0006] Фиг.1 - схема системы для получения эмульсии воды в топливе.

[0007] Фиг.2 - схема системы для получения эмульсии воды в топливе.

[0008] Фиг.3 - схема системы для получения эмульсии воды в топливе.

[0009] Фиг.4 - разрез реактора, показывающий заключенную в упор пружину.

[0010] Фиг.5А - вид сбоку кожуха, вмещающего автономную систему для получения топливно-водной эмульсии.

[0011] Фиг.5В - вид сзади системы с Фиг.5А, показывающий входной и выходной каналы для топлива, воды и топливно-водной эмульсии.

[0012] Фиг.5С - вид спереди системы с Фиг.5А и 5В, показывающий привод насоса.

[0013] Фиг.6А - разрез устройства для получения эмульсии с входным и выходным каналами, регулируемым упором и пьезоэлектрическим приводом.

[0014] Фиг.6В - разрез устройства для получения эмульсии, взятый по линиям В-В на Фиг.6А.

[0015] Фиг.7А - разрез инжектора, установленного в головке блока цилиндров двигателя.

[0016] Фиг.7В - увеличенный вид Детали В, показанной на Фиг.7А.

[0017] Фиг.8 - схема системы для получения эмульсии воды в топливе, показывающая трехходовые клапаны и систему промывки.

[0018] Фиг.9 - разрез реактора, подобного показанному на Фиг.4, без уплотнительного кольца или пружины.

[0019] Фиг.10 - схема системы для получения эмульсии воды в топливе для небольших устройств сгорания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0020] Теперь со ссылкой на чертежи, на Фиг.1 показана блок-схема системы 100 для получения эмульсии воды в масле в точке сгорания, где одинаковые числа представляют такие же детали на нескольких видах. Система 100 может иметь форму встроенной в линию системы для получения топливно-водной эмульсии в реальном времени. Хотя система может иметь другие формы, она может иметь форму гидроакустической системы, в которой поток жидкости создает кавитацию и звук. Система 100 может состоять из источника подачи топлива 110, источника подачи воды 120, узла смешивания топлива и воды 126, реактора или устройства для получения эмульсии 150, которое может быть расположено рядом с точкой сгорания 190. Помимо этого, система 100 может включать контур циркуляции эмульгированного топлива 170, который может включать сторону высокого давления 171, клапан или электромагнитный клапан (не показан) и сторону низкого давления 173.

[0021] Система 100 может производить эмульсию 160, содержащую нефть 161 и воду 163. В частности, эмульгированное топливо 160 может быть сформировано из водяных капель 163 в нефтяном топливе 162. Вязкость эмульгированного топлива 160 может быть изменена путем введения атома, молекулы или частицы в центр водяных капель 163, чтобы сформировать трехслойное эмульгированное топливо, в котором атом, молекула или частица окружена водой 163, которая, в свою очередь, окружена нефтяным топливом 162, чтобы сформировать трехслойное эмульгированное топливо. Для примера, введение атома углерода может сформировать трехслойное углеводородное эмульгированное топливо.

[0022] На Фиг.2 показана схема системы 200, включающей топливную линию 210, соединенную с источником подачи топлива, топливный фильтр 212, возврат топлива 214, топливный дозирующий клапан 215, клапан отвода топлива 216, топливный впускной клапан 218, водяную линию 220, соединенную с источником подачи воды, отсечной клапан 222, дозирующий клапан 225. Топливная линия 210 и водяная линия 220 могут быть соединены со смесительным узлом 226 (например, тройником), который может быть соединен с насосом 230 и реактором или устройством для получения эмульсии 250, которое может быть состыковано или связано с топливной линией 210. Помимо этого, система 200 может включать контур для циркуляции эмульсии 270, имеющий сторону высокого давления 271, сторону низкого давления 273, одну или больше статических мешалок 272 (которые могут быть установлены по выбору), перепускной клапан давления 279 и подачу эмульсии к клапану сгорания 274. Система 200 может кроме того включать линию возврата эмульсии 275 соединенную с нагрузкой (например, двигатель, бойлер, турбина, печь или другое устройство), запорный клапан возврата топливной эмульсии 276, источник подачи эмульсии или линию сгорания 277, соединенную с нагрузкой, и клапан возврата эмульсии 278, соединенный со стороной низкого давления 273 контура циркуляции эмульсии 270.

[0023] Когда клапан отвода топлива 216 закрыт, и клапан 218 открыт, потоки топлива могут проходить через дозирующее устройство 215, которое может находиться под электронным управлением, или просто проходить согласно требованиям нагрузки. Воду можно вводить по водяной линии 220 через отсечной клапан 222 в дозирующее устройство 225. Это можно выполнять пропорционально. Таким образом отмеренные топливо и вода могут соединяться в узле смешивания 226 и могут подаваться в насос 230. Насос 230 может повышать давление и подавать топливно-водную смесь в устройство для получения эмульсии 250, где топливно-водная смесь может считаться эмульсией. Из устройства для получения эмульсии 250 эмульсия может поступать в контур для циркуляции эмульсии 270 на сторону высокого давления 271 контура для циркуляции эмульсии 270 и через статическую мешалку 272 и перепускной клапан давления 279, который может поддерживать желательное давление подачи эмульсии в линию сгорания 277 по топливной линии 210.

[0024] Большая часть эмульгированного топлива может быть возвращена перепускным клапаном давления 279 на сторону низкого давления 273 контура циркуляции эмульсии 270 в насос 230, чтобы поддерживать стабильность эмульсии в контуре циркуляции эмульсии 270, где эмульсия может находиться в постоянной циркуляции на скорости, которая может быть больше расхода на нагрузке. Статические мешалки 272 могут быть желательными, если контур циркуляции эмульсии 270 достаточно длинный.

[0025] Эмульсия, которая была израсходована, будет постоянно пополняться пропорциональной смесью топлива и воды. Линия возврата топлива 214 может быть изолирована от основного источника подачи топлива запорным клапаном возврата топливной эмульсии 276, который в закрытом состоянии может отводить возвратную эмульсию обратно на сторону низкого давления 273 контура циркуляции эмульсии 270 для нахождения вместе с другой неизрасходованной эмульсией.

[0026] Система 200 может быть установлена в параллели с существующей традиционной системой подачи топлива (например, неэмульгированного топлива), чтобы облегчить быструю смену между эмульсией и существующим традиционным источником подачи топлива. Причины этой двойной параллельной системы заключаются в промывке инжекторного насоса, топливного насоса и топливной линии, чтобы избежать загрязнения водой, когда эмульсия отделяется во время длительного простоя, и чтобы избежать перерыва в работе во время технического обслуживания путем введения некоторого резервирования. Поскольку существующая традиционная система подачи топлива не затронута, и система топливно-водной эмульсии расположена параллельно и просто прерывает существующий традиционный источник подачи топлива и возвратные линии, переход между топливно-водной эмульсией и существующим традиционным источником подачи топлива может быть легко выполнен следующим образом. Во время режима работы на эмульсии топливный впускной клапан 218, дозирующий клапан 222 и клапан возврата эмульсии 278 открыты. Клапан отвода топлива 216 и запорный клапан возврата топливной эмульсии 276 закрыты. В режиме работы на традиционном топливе топливный впускной клапан 218, дозирующий клапан 222 и клапан возврата эмульсии 278 закрыты, и клапан отвода топлива 216 и запорный клапан возврата топливной эмульсии 276 открыты. Переход с традиционного топлива на эмульсионное топливо может быть автоматизирован путем использования электромагнитных клапанов или других эквивалентных средств автоматизации для управления клапанами 216, 218, 222, 276 и 278, вместо того, чтобы использовать ручные вентили.

[0027] Работу системы 200 можно описать следующим образом. Когда клапан отвода топлива 216 закрыт, и топливный впускной клапан 218 открыт, топливо проходит через топливное дозирующее устройство 215, которое может находиться под электронным управлением, или просто протекает согласно требованиям нагрузки. Воду (например, водопроводную воду) пропорционально вводят по водяной линии 220 через отсечной клапан 222 в дозирующий клапан 225. Таким образом пропорционально поданные топливо и вода объединяются в узле смешивания топлива и воды 226 и подаются в насос 230 для повышения давления и подачи в реактор или устройство для получения эмульсии 250, где они становятся эмульсией. Из устройства для получения эмульсии 250 эмульсия может поступать в контур для циркуляции эмульсии 270 на стороне высокого давления 271 и через устанавливаемую по выбору статическую мешалку 272 и перепускной клапан давления 279, который поддерживает желательное давление подачи эмульсии, в линию сгорания 277 по топливной линии 210. Большая часть эмульгированного топлива возвращается перепускным клапаном давления 279 на сторону низкого давления 273 контура циркуляции эмульсии 270 в насос 230, чтобы поддерживать стабильность эмульсии в контуре циркуляции эмульсии 270, где эмульсия может находиться в постоянной циркуляции на скорости, которая может быть больше расхода на нагрузке. Статические мешалки 272 могут быть желательными, если контур циркуляции эмульсии 270 достаточно длинный.

[0028] Эмульсия, которая была израсходована, постоянно пополняется пропорциональной смесью топлива и воды. Линия возврата топлива 214 изолирована от основного источника подачи топлива запорным клапаном возврата топливной эмульсии 276, который в закрытом состоянии отводит возвратную эмульсию обратно на сторону низкого давления 273 контура циркуляции эмульсии 270 для нахождения вместе с другой неизрасходованной эмульсией.

[0029] На Фиг.3 показана схема системы 300 настоящего изобретения, включающей топливную линию 310, топливный фильтр 312, возврат топлива 314, топливный дозирующий клапан 315, клапан для отвода топлива 316, топливный впускной клапан 318 и водяную линию 320, имеющую отсечной клапан 322 и дозирующий клапан 325, узел смешивания топлива с водой 326, насос 330, реактор, такой как гидроакустическое устройство для получения эмульсии 350, существующий источник подачи топлива 360, контур для циркуляции эмульсии 370, имеющий сторону высокого давления 371, сторону низкого давления 373, одну или больше статических мешалок 372, подачу эмульсии в клапан сгорания 374, линию возврата эмульсии 375, соединенную с нагрузкой, запорный клапан возврата топливной эмульсии 376, линию сгорания эмульсии 377, соединенную с нагрузкой, и клапан возврата эмульсии 378, соединенный со стороной низкого давления 373 контура циркуляции эмульсии 370. На Фиг.3 также показан открытый контур 370, который может быть снабжен поплавковым переключателем 368 в производственном резервуаре 369. Поплавковый переключатель 368 может активировать топливный впускной клапан 318 и отсечной клапан 322 одновременно (например, посредством электромагнитного клапана или другого подходящего устройства), чтобы пополнять производственный резервуар для эмульсии 369 и контур для циркуляции эмульсии 370 при в сущности постоянном и пропорциональном расходе.

[0030] На Фиг.4 показан разрез примера реактора или устройства для получения эмульсии 400, подходящего для использования в системах 200, 300, описанных выше. Устройство для получения эмульсии 400 может включать корпус или кожух 450, вход 460, калиброванное отверстие 462, торцевую крышку входа 463А, торцевую крышку выхода 463 В, упор 464, резьбовой или частично резьбовой вал 465, пружину 466, заключенную в упор 464, внешнюю регулировку 467, уплотнительное кольцо 468 и выход 469. Топливо и вода, поступающие на вход 460, могут проходить через калиброванное отверстие 462 и падать на упор 464, чтобы создавать в сущности постоянную кавитацию на задней поверхности упора 464, достаточную для эмульгирования воды в топливе. Эмульсия может выходить через выход 469 прямо на нагрузку по контуру эмульсии.

[0031] Упор 464 может быть закреплен на резьбовом валу 465, который может иметь или не иметь уплотнительное кольцо 468. Резьбовой вал 465 может допускать регулировку в сжатии пружины 466 посредством стопорной гайки 474, входящей в зацепление с резьбовым валом 480 в торцевой крышке кожуха 450. Вал 480 снабжен уплотнением 479. Давление, амплитуду и частоту можно регулировать снаружи внешней регулировкой 467, чтобы получить оптимальную кавитацию.

[0032] Упор 464 не вибрирует на пружине 466, а скорее скорость жидкости и падение давление на поверхности вместе с формой упора 464 создают в сущности постоянную кавитацию, которая может скатываться по задней поверхности упора 464. Пружина 466 может поддерживать постоянное давление между упором 464 и входным калиброванным отверстием 462 и действовать как сброс давления в случае закупорки.

[0033] Пример способа сборки реактора или устройства для получения эмульсии 400 может включать один или больше этапов, выбираемых из группы, состоящей из предоставления или машинной обработки в сущности цилиндрического упора, имеющего отверстие рядом с рабочей поверхностью, добавления уплотнительного кольца в упомянутое отверстие в упоре рядом с рабочей поверхностью, предоставления или машинной обработки вала, который имеет резьбу по меньшей мере на его части, установки упора пружины или регулируемой гайки на резьбовой вал, надвига пружины на резьбовой вал, надвига упора на резьбовой вал и пружину, размещения пружины в упоре, уплотнения упора и вала уплотнительным кольцом, помещения упора в камеру, обеспечения выходного канала эмульсии из камеры, установки конца с резьбой резьбового вала в выходную сторону камеры, снабжения резьбовым отверстием или машинной обработки торцевой выходной крышки стороны низкого давления, установки торцевой крышки на вал на стороне низкого давления камеры, снабжения впускным калиброванным отверстием или машинной обработки для соответствия рабочей поверхности упора, установки впускной торцевой крышки стороны высокого давления на другой конец или сторону высокого давления камеры, соединения впускного калиброванного отверстия с напорным отверстием насоса и соединение выходного канала с контуром для циркуляции эмульсии.

[0034] На Фиг.5А-5С показана компактная автономная система получения эмульсии 500, которая может подходить, в частности, для меньших применений эмульсии. Система 500 может состоять из топливного входа 510, возврата топлива 514, входа для воды 520, корпуса или кожуха 550, выхода для эмульсии 571, возврата эмульсии 572 и шкива или другого подходящего привода насоса 590, который может быть соединен с нагрузкой. Насос может быть электрическим, гидравлическим или магнитным. Помимо компактности и автономности система получения эмульсии 500 может питаться от нагрузки, на которой она установлена. Система 500 может объединять насос 230, 330 и реактор или устройство для получения эмульсии 250, 350 в корпусе 550. Выход для эмульсии 571 и возврат эмульсии 572 могут формировать, соответственно, сторону высокого давления и сторону низкого давления контура для циркуляции эмульсии.

[0035] На Фиг.6А-6В показаны поперечные разрезы реактора или устройства для получения эмульсии 600, подходящего для использования в системах 200, 300, описанных выше. Устройство 600 может иметь форму пьезоэлектрического приводного узла, содержащего эмульгирующую камеру с регулируемым упором или рабочей поверхностью 664. Устройство 600 может состоять из топливного входа 610, регулируемого топливного клапана управления 615, входа для воды 620, регулируемого водяного клапана управления 625, корпуса или кожуха 650, выхода для эмульсии 661, регулируемого упора или рабочей поверхности 664, внешней регулировки упора 667, фиксатора регулировки и уплотнения 668 (например, блокирующей и уплотняющей гайки), возврата эмульсии 675, смесительной или эмульгирующей камеры 680, уплотнительного кольца 682 и ультразвукового пьезоэлектрического зонда 685 (например, зонда акустического типа). Этой конфигурации может не требоваться ее собственный насос, поскольку она может приводиться в действие существующим традиционным насосом системы подачи топлива.

[0036] На Фиг.6А показан боковой разрез устройства для получения эмульсии 600, взятый по линии А-А на Фиг.6В, показывающий возврат топлива 675, выход для эмульсии 661 и регулируемый упор или рабочую поверхность 664, регулировку упора 6 67 и фиксатор регулировки и уплотнение 66 8, которые вместе позволяют регулировать эмульгирующую камеру 680. Пьезоэлектрический приводной зонд 685 может работать на регулируемом упоре 664, создавая кавитацию в топливе и воде, чтобы получить однородную эмульсию. Зонд 685 может быть уплотнен в кожухе 650 уплотнительным кольцом 682 в его узловой точке.

[0037] На Фиг.6В показан верхний разрез, взятый по линии В-В на Фиг.6А, показывающий топливный вход 610, управляемый регулируемым топливным клапаном управления 615, и водяной вход 620, управляемый регулируемым водяным клапаном управления 625, выход для эмульсии 661, соединенный с нагрузкой, канал возврата эмульсии 675 и рабочую поверхность 664 упора.

[0038] Способ эмульгирования топлива-воды в соответствии с любой одной системой, выше, может включать один или больше этапов, выбираемых из группы, состоящей из отвода, дозирования и управления топливной линией на входе, подачу дозируемой и управляемой воды на вход, что приводит к получению смеси топлива и воды в требуемом соотношении, закачки пропорционированной смеси в устройство для получения эмульсии посредством насоса, столкновения смеси с упором для создания кавитации, что, в свою очередь, приводит к эмульгированию воды в топливе. Способ может кроме т ого включать этапы циркуляции эмульсии воды в топливе в контуре для циркуляции эмульсии, установленном последовательно с насосом и устройстве для получения эмульсии, подающем эмульсию воды в топливе на нагрузку (например, двигатель, бойлер, турбина, печь или другое устройство), изоляции источника подачи топлива для возврата из контура для циркуляции эмульсии, повторной циркуляции и повторной обработки любой неиспользованной эмульсии через насос в контур для циркуляции эмульсии, установленный последовательно с устройством для получения эмульсии.

[0039] На Фиг.7А-7В показана компактная, автономная, пьезоэлектрическая с синхронным приводом инжекторная система 700 для получения топливно-водной эмульсии, которая может распылять и подавать эмульгированное топливо непосредственно на нагрузку, такую как камера сгорания двигателя 790. Система 700 может состоять из топливного входа 710, водяного входа 720, пьезоэлектрического дозирующего клапана 715, обратного клапана 716, пьезоэлектрического, с синхронным приводом ультразвукового инжекторного наконечника 728, стакана 730, сформованного, механически обработанного или иначе интегрированного в кожух, корпус или тело 750, уплотнительного кольца 782 и ультразвукового или пьезоэлектрического зонда 785 в форме столба кристаллов. Камера сгорания 790 может состоять из головки цилиндра 792, стенки цилиндра 794, поршня 796 и шатуна 798. Система 700 может включать конфигурацию для инжекции и распыления топлива при низком давлении, с изменяющейся вязкостью и разных объемов посредством ультразвукового инжекторного распылителя 728, приводимого в действие пьезоэлектрически, прямо в камере сгорания 790.

[0040] На Фиг.7А показан вид сбоку инжекторной системы 700, установленной по отношению к камере сгорания. Пьезоэлектрический зонд 785 инжекторной системы 700 создает вибрации наконечника 728. Вибрация с частотой приблизительно 20000 циклов в секунду может эмульгировать смесь топлива и воды, подаваемых через топливный вход 710 и водяной вход 720 через обратный клапан 716 в стакан 730, где топливо и вода одновременно эмульгируются и распыляются прямо в камеру сгорания. Стакан 730 может быть выполнен в корпусе 750, и зонд 785 может быть уплотнен в корпусе 750 уплотнительным кольцом 782 в узловой точке зонда 785. Стакан 730 может быть выполнен так, чтобы выступать прямо в камеру сгорания 790 и головку цилиндра 792 в месте традиционной форсунки. Из-за более полного сгорания на поршне 796 и стенке цилиндра 794 образуется меньше нагара, и их износ снижается. Шатун 798 показан для наглядности.

[0041] На Фиг.7В приведен увеличенный вид Детали В, показанной на Фиг.7А, показывающей стакан 730, выполненный в корпусе инжектора 750, хотя он может быть в ином случае выполнен в инжекторе или распыляющем наконечнике 728.

[0042] В практике эксплуатации дизельных двигателей высокие давления впрыска могут требовать очень точных насосов, чтобы распылять топливо при очень высоком давлении. Инжекторная система 700 может использовать низкие давления впрыска и способ распыления, который позволяет использовать широкую гамму топлив. Например, дистилляты, остаточные топлива, эмульсии и суспензии могут быть использованы одинаково легко.

[0043] На Фиг.8 показана топливная система 800, работающая на эмульсии, которая аналогична системе 200 и использует трехходовые клапаны и вторичный перепускной канал 803, чтобы избежать возврата несгоревшей эмульсии в источник подачи топлива 802. Трехходовые клапаны заменяют двухходовые клапаны 270, 278 в системе 200. Работа системы 800 может быть подобна системе 200, за исключением отключения. При отключении клапаны 817, 879 возвращают в положение топлива. Клапан отвода 804 отводит возвратную эмульсию в топливе в возвратную линию 814 и обратно в устройство сгорания 803 по линии 805, которая может быть соединена с топливной входной линией 810 на время, достаточное для того, чтобы вся эмульсия была израсходована устройством сгорания 803, и в этот момент времени клапан отвода топлива 804 возвращается в положение топлива. Эта система может находиться под автоматическим управлением простой электронной схемы со следующей логикой. Нагрузка (например, устройство сгорания 803) запускается. Блок эмульсии 801 запускается. Трехходовые клапаны 817, 879, 804 находятся в положении топлива. Достигается давление в реакторе, соответствующее эксплуатации под нагрузкой. Клапаны 817, 879, 804 переключаются в положение эмульсии, отводя топливо в линии 810 через блок эмульсии 801 и изолируя источник подачи топлива 802 от возвратной линии 814. На этой стадии нагрузка 803 работает на эмульсии. Для отключения блок эмульсии 801 отключается. Трехходовые клапаны 817, 879 возвращаются в положение топлива. Клапан отвода топлива 804 продолжает соединять возвратную линию 814 с нагрузкой через перепускной канал 805 до тех пор, пока вся эмульсия не будет израсходована и заменена чистым топливом, поступающим в топливную впускную линию 810 непосредственно из источника подачи топлива 802. Когда вся эмульсия будет израсходована, клапан отвода топлива 804 возвращается в положение топлива, и устройство сгорания 803 отключается.

[0044] На Фиг. 9 показан разрез реактора или устройства для получения эмульсии 900, подобного реактору 400, но без пружины и с закрытым упором 964, что устраняет необходимость в уплотнительном кольце, которое может быть использовано в системах 200, 300, 800, а также в других устройствах обработки. Реактор 900 может включать трубчатый корпус или кожух 950, вход 960, калиброванное отверстие 962, торцевую крышку 963А на входе, торцевую крышку 963 В на выходе, стационарный упор 964 с калиброванным отверстием 962 в форме конуса и кромкой 907, причем упомянутая кромка 907 и конусообразный конец упора формируют кольцеобразную выемку. Упор 964 жестко установлен на резьбовом стержне 965. Калиброванное отверстие 962 можно регулировать посредством внешней регулировки 967. Уплотнение 978 может предотвращать утечку между резьбовым стержнем 965 и торцевой крышкой 963В. Одна или несколько смешивающихся или несмешивающихся жидкостей или твердых веществ могут проходить через калиброванное отверстие 962. Калиброванное отверстие 962 может иметь форму конуса с углом, соответствующим углу конусного упора 964. Жидкости или твердые вещества ускоряются по упору 964 и вокруг кромки 907. Это может создать падение давления, которое может создавать кавитацию вдоль задней поверхности упора 964, достаточную для создания эмульсии или распада твердых веществ в жидкости. Площадь пространства между упором 964 и кожухом 950 может быть по меньшей мере такой же, как площадь диаметра выхода 979. После обработки материал может выходить из реактора через выход 979.

[0045] На Фиг. 10 показано преобразование топлива в эмульсию 1000, которое может быть использовано на меньших устройствах сгорания. Стандартное топливо, такое как топливо для обогрева или биодизель, может проходить по существующей топливной впускной линии 1002, которая снабжена обратным клапаном 1004. Топливо может быть смешано с водой в смешивающем тройнике 1006. Вода может быть введена посредством линии 1008 под управлением электромагнитного клапана 1010, который может быть нормально закрытым, и обратного клапана 1014. Поток воды можно регулировать с помощью калиброванного отверстия или регулятора потока типа Dole 1016. Размер управляющего клапана 1016 может быть определен по объему устройства сгорания. Для примера, если для форсунки требуется один галлон в час и 15% эмульсии, управляющий клапан 1016 может иметь размер 0,15 галлона в час. Дозируемая таким образом вода может быть введена в поток топлива в смешивающем тройнике 1006. Таким образом пропорционированная смесь топлива и воды может поступать в существующий нагнетательный насос 1018. Если расход нагнетательного насоса 1018 будет больше чем скорость сгорания в устройстве сгорания, смесь может рециркулировать несколько раз. Смесь эмульгируется за счет срезающего эффекта. Эмульгированное топливо под давлением поступает в форсунку или инжектор 1020. Срезающий эффект и падение давления на форсунке 1020 может далее уменьшать размер частиц и равномерно распределять частицы воды в эмульсии, после чего она может немедленно сжигаться. В системе 1000 может быть использовано устройство управления 1012, которое может быть соединено с существующими средствами включения/отключения устройства сгорания. Оно может автоматически открывать электромагнитный клапан 1010 после пуска устройства сгорания и закрывать электромагнитный клапан 1010 незадолго до отключения устройства сгорания.

[0046] Ультразвуковой зонд 785, в котором выполнены ускоритель-инжектор и преобразователь скорости, чтобы выдерживать давление сжатия дизельного двигателя, будет распылять топливо ультразвуком, когда оно проходит через его наконечник, поскольку давления топлива и давления в камере сгорания равновесны или почти равновесны в верхней мертвой точке. Тонкое распыление и точное управление, осуществляемое этим устройством, должно повысить КПД и снизить выбросы.

[0047] Способ эмульгирования воды в топливе может включать один или больше этапов, выбираемых из группы, состоящей из сборки камеры для эмульсии с несколькими входными и выходными каналами, отвода топлива из существующей линии подачи топлива в входной канал камеры для эмульсии, введения воды в количестве от 5% до 30% по объему от объема топлива в входном канале, кавитации смеси в камере для эмульсии, приводящей к эмульгированию, циркуляции эмульсии в контуре для циркуляции эмульсии вокруг камеры для эмульсии, подачи меньшей части эмульсии на нагрузку по запросу, рециркуляции излишка эмульсии в контуре для циркуляции эмульсии с большим расходом чем максимальное требование нагрузки, пополнения эмульсии в контуре для циркуляции эмульсии из камеры для эмульсии и пополнение топлива и воды во входных каналах.

[0048] Способ получения топлива может включать этап подачи воды и масла (например, углеводородных топлив, биотоплив или других топлив) в устройство в форме реактора или устройство для получения эмульсии, которое может создавать достаточную, в сущности постоянную, кавитацию для создания эмульсии без использования химических поверхностно-активных веществ или эмульгаторов. Эмульгированное топливо может быть подано прямо в форсунку или инжекторный насос, который может работать по запросу, причем излишнее эмульгированное топливо рециркулирует опять через устройство в постоянном контуре циркуляции с большим расходом, чем максимальные требования нагрузки. Устройство для создания кавитации может состоять из реактора или устройства для получения эмульсии, в котором топливо и вода поступают в калиброванное отверстие и падают на подпружиненный упор специальной формы, в котором заключена пружина, чтобы не прерывать поток кавитационных пузырей.

[0049] Эмульгированное топливо может быть направлено в резервуар-хранилище, который может питать нагрузку (например, двигатель, бойлер, турбину, печь или другое устройство). Если подача превышает запрос, эмульгированное топливо может рециркулировать через устройство при пониженном давлении и расходе. Из-за тиксотропного характера эмульсии и действия кавитации в устройстве, этот способ также может быть использован для снижения вязкости топлива, чтобы сделать последнее более подвижным.

[0050] Устройство может включать конструкцию перемешивания топлива-воды для создания кавитации, которая может включать камеру, содержащую две регулируемые, угловые, плоские лопасти, которые объединяются, образуя плоское отверстие. Топливо-вода под давлением могут подвергаться действию кавитации на этих лопастях из-за формы последних, причем поток топлива-воды через плоское отверстие и падение топлива-воды на третью регулируемую плоскую лопасть вызывает вибрацию всех трех лопастей, вызывая кавитацию в смеси, чтобы образовать тонко диспергированную стабильную эмульсию пониженной вязкости.

[0051] Системы, устройства и способы, описанные выше, могут создавать капли сверхмелкого размера, которые оказывают меньшее действие на вторичное распыление или микровзрывы, которые могут происходить, когда вода превращается в перегретый пар в камере сгорания. Капли воды размером 10 мкм и больше внутри пленки нефтяного или другого топлива более эффективно вызывают микровзрывы или рассеяние и повторное распыление топлива. Они обеспечивают большую площадь поверхности топлива для более полного сгорания, что дает меньше несгоревшего топлива и, соответственно, снижение выбросов и расхода топлива.

[0052] Эти простые встроенные или установленные рядом устройства могут обеспечивать постоянную подачу в сущности однородной эмульсии при желательном отношении воды и топлива, дисперсии воды или размера капель на нагрузку (например, двигатель, бойлер, турбину, печь или другое устройство), которая могла быть нестабильной, если бы не эмульсия в контуре циркуляции.

[0053] Следует понимать, что форма и размер устройства или системы могут быть изменены, как и форма и размер компонентов, включая упор. Помимо этого, давление на упоре можно менять. Кроме того, устройство может иметь форму гидроакустического или ультразвукового устройства, коллоидной мельницы, кавитационного клапана, жидкостного свистка или другого подходящего устройства, которое может создавать кавитацию или иначе изменять топливно-водную смесь.

[0054] Устройство, система и способ могут быть безопасными, надежными, простыми, приятными на вид и эстетически. Их можно легко изготовить, установить, использовать или эксплуатировать, а также технически обслуживать. Они могут быть эффективными, доступными и экономичными. Они могут иметь длительный срок службы, быть прочными и обеспечивать повышенную надежность. Они могут иметь большое среднее время между отказами. Их легко хранить и транспортировать при передвижных установках. Они могут являться альтернативой дорогостоящим программам снижения токсичности отработавших газов.

[0055] Устройство, система и способ являются универсальными в применении для подачи энергии на нагрузки всех типов и включении в нагрузки всех типов, включая двигатели, бойлеры, турбины, печи и другие устройства, в частности, предназначенные для размещения на борту судов. Их размер можно легко увеличить или уменьшить. Эмульсию можно подавать на несколько нагрузок.

[0056] Устройство, система и способ могут быть удобными для пользователя и подходят как для неопытного, так и для опытного пользователя. Они могут быть интуитивными и понятными для пользователя, так что они не требуют дополнительного обучения.

[0057] Устройство, система и способ могут состоять из имеющихся в продаже стандартных деталей и узлов. Они могут быть интегрированы в линию как комплектующие устройства, системы или способы или как дополнительно устанавливаемые или модернизирующие устройства, системы или способы в среде нагрузок. В них могут быть использованы существующие детали, органы управления, модули и порядки эксплуатации, устраняющие дополнительное обучение операторов. Они могут быть упакованы как интегрируемые, незатруднительные устройства, системы и способы. Они могут быть изготовлены из модульных компонентов. Их легко изготавливать и технически обслуживать. Они могут быть удобными для пользователя и использовать в основном имеющиеся в продаже стандартные модульные детали и другие компоненты.

[0058] Устройство, система и способ могут облегчить автоматическое переключение между традиционной системой подачи топлива и системой эмульгированного топлива, которое будет легко понятно для оператора. Помимо этого, они могут облегчить автоматическое переключение в случае отказа системы. Они могут обеспечить легкий монтаж без вмешательства, существенно не модифицируя существующую нагрузку, при малом и даже нулевом времени простоя в случае традиционных резервных систем подачи топлива.

[0059] Циклы пуска, отключения и промывки эмульсии могут быть автоматизированы, а также могут быть под управлением системы управления или компьютера нагрузки или простых таймеров или других подходящих устройств. Отношения воды и топлива можно регулировать с помощью системы управления или компьютера нагрузки (например, двигателя, бойлера, турбины, печи и другого устройства) или с помощью устройств контроля за выбросами в реальном времени.

[0060] Насос системы получения эмульсии может заменить существующий или традиционный топливный насос, который может работать как резервный насос. Альтернативно, давление для создания кавитации может быть достигнуто существующим насосом системы подачи топлива или инжекторным насосом. Для некоторых применений топливо и вода могут быть эмульгированы насосом системы подачи топлива или распылительным устройством после подачи из контура для циркуляции эмульсии. Предпочтительно, если в контуре для циркуляции циркулирующий эмульгированный продукт пересекает средство распыления максимально близко к точке сгорания, чтобы облегчить быструю промывку чистым топливом, и, как следствие, избежать отделение воды в насосах и линиях.

[0061] Устройство, система и способ могут обеспечивать равномерное эмульгирование. Они могут создавать эмульгированное топливо в реальном времени по запросу. Они могут обеспечивать циркуляцию эмульгированного топлива в контуре с расходом, который больше или намного больше (например, на порядок) чем требование нагрузки.

[0062] Все типы топлива, включая углеводородные (например, ископаемые топлива), биотоплива и другие топлива могут быть эмульгированы этими устройствами, системами и способами. Устройство, система и способ могут быть способы регулировать отношение воды для специальных применений как сбалансированность между экономией и охраной окружающей среды. Тип или вязкость топлива могут быть изменены путем введения атома, молекулы или другой эквивалентной частицы в центр капли воды. Другие материалы, такие как порошок известняка, могут быть добавлены в водную фазу как объект для удаления серы, которая затем может быть уловлена на выходной стороне. Они могут снижать вязкость топлива, например битума, в случае углеводородов.

[0063] Устройство, система и способ могут использовать мало дополнительной энергии по сравнению с потенциальной экономией. Они могут снижать количество выбросов, расход топлива нагрузкой и иначе быть экологически приемлемыми. Они могут сократить объем технического обслуживания и, следовательно, снизить стоимость владения нагрузкой в течение ее срока службы.

[0064] Устройство, система и способ могут соответствовать всем федеральным, региональным, муниципальным и другим частным стандартам, инструкциям, правилам и рекомендациям в отношении безопасности, охраны окружающей среды и потребления энергии. Они могут быть надежными, так что риск отказа будет минимизирован, требовать небольшого объема технического обслуживания или не требовать его вообще и иметь большое среднее время между отказами. Они могут быть долговечными, если сделаны из прочного материала. Они могут быть физически безопасными в нормальной окружающей среде, а также в чрезвычайных ситуациях.

[0065] Признаки и функции электронных схем и органов управления, связанных с устройствами, системами или способами, также могут быть модифицированы. Устройство, система и способ могут использоваться в широком диапазоне ситуаций и обстоятельств. Они могут быть легко адаптированы для другого использования. Для примера, они могут быть адаптированы для использования в таких областях, как эмульгирование пищевых продуктов, красок, косметики и т.д.

[0066] Могут быть выполнены и другие изменения, такие как эстетика и замена более новых материалов, когда они станут доступны, которые выполняют в сущности ту же функцию таким же образом по существу с тем же результатом, но без нарушения сущности изобретения.

[0067] В соответствии с положениями патентных законов, принцип и режим эксплуатации настоящего изобретения были объяснены и проиллюстрированы на его предпочтительном варианте осуществления. Однако следует понимать, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике иначе, чем конкретно описано и проиллюстрировано, но без нарушения его сущности или объема.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система для получения водотопливной эмульсии, включающая реакторное устройство (150), подвод топлива (110), соединенный с упомянутым реакторным устройством, подвод воды (120), соединенный с упомянутым реакторным устройством, насос, соединенный с упомянутым реакторным устройством, и встроенный в линию контур (173) для повторной обработки циркулирующей эмульсии, соединенный с упомянутым насосом и в реальном времени подающий эмульсию на нагрузку (двигатель, турбину и т.д.). Упомянутое реакторное устройство включает невибрирующий упор такой формы, чтобы создавать кавитацию, достаточную для эмульгирования воды в топливе от упомянутого подвода воды и упомянутого подвода топлива. Технический результат заключается в оптимизации системы приготовления и подачи водотопливной эмульсии и повышении универсальности данной системы. 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени, включающая:
реакторное устройство;
вход для топлива, соединенный с упомянутым реакторным устройством;
вход для воды, соединенный с упомянутым реакторным устройством;
насос, соединенный с упомянутым реакторным устройством; и
встроенный в линию контур для повторной обработки циркулирующей эмульсии, соединенный с упомянутым насосом и в реальном времени подающий эмульсию на нагрузку по запросу,
причем упомянутое реакторное устройство включает невибрирующий упор такой формы, чтобы создавать кавитацию, достаточную для эмульгирования воды в топливе от упомянутого подвода воды и упомянутого подвода топлива,
и упомянутый упор жестко установлен на резьбовом стержне.

2. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что положение упомянутого упора реакторного устройства регулируется резьбовым стержнем.

3. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что в упомянутом контуре для циркуляции расход больше максимальных требований нагрузки.

4. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, адаптированная для передвижного применения и установленная на борту судна.

5. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что в системе, выполненной с возможностью получения топливно-водной эмульсии, упомянутая топливно-водная эмульсия включает частицы углерода в центре водяных капель.

6. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая нагрузка включает по меньшей мере одну нагрузку, выбираемую из группы, состоящей из бойлера, дизельного двигателя, двигателя внутреннего сгорания и турбины.

7. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая кавитация является постоянной.

8. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая кавитация происходит на наружной кромке упомянутого упора.

9. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая кавитация происходит на задней поверхности упомянутого упора.

10. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое реакторное устройство включает цилиндрическую камеру с впускным калиброванным отверстием для топлива и воды, которые проходят через упомянутое отверстие и падают на упомянутый упор для создания упомянутой кавитации.

11. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 9, отличающаяся тем, что упомянутая кавитация создается в жидкости вокруг наружной кромки и задней поверхности упомянутого упора.

12. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый контур циркуляции изолирован от источника подачи топлива.

13. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что отношение воды и топлива регулируют.

14. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что дисперсия воды в топливе переменная, чтобы подходить для установки или применения.

15. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, кроме того включающая средство для переключения между эмульсией и существующим источником подачи топлива для промывки инжекторного насоса, топливного насоса и топливной линии чистым топливом перед отключением.

16. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что в упомянутом контуре для циркуляции циркулирующий эмульгированный продукт пересекает средство распыления максимально близко к точке сгорания, чтобы облегчить быструю промывку чистым топливом, чтобы избежать отделения воды в насосах и линиях.

17. Встроенная в линию система получения эмульсии в реальном времени по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый упор является стационарным упором с конусным концом, который по меньшей мере частично определяет калиброванное отверстие, и с кольцеобразной выемкой на основании конусного конца между основанием конусного конца и наружной кромкой, причем вода из входа для воды и топливо из входа для топлива проходят через упомянутое калиброванное отверстие и ускоряются на упомянутом конусном упоре и вокруг упомянутой кромки, создавая упомянутую кавитацию для эмульгирования упомянутой воды в топливе.