專利名稱：一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲波乳化的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用超聲波能量聚焦對(duì)柴油、 純水等混合液進(jìn)行乳化的裝置和方法。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)主要的排氣成分是一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NOx)及 少量其他成分。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，使用乳化柴油作為燃料可提高燃燒性能，減少有害 氣體煙塵和污染氣體的排放。乳化過程實(shí)質(zhì)是將不溶固體或液體粉碎成微粒并與周圍液體充分混合形成乳化 液的過程。發(fā)動(dòng)機(jī)使用的乳化柴油是“油包水”型，即油為連續(xù)相，水為分散相。使用乳化 柴油后，由于燃燒完全，所以CO的排放量大大降低；由于改善了混合氣的形成及燃燒條件， 故使HC的形成大為減少；由于降低了燃燒溫度，從而也減少了 NOxW排放。就柴油機(jī)而言， 使用乳化柴油的油耗率比燃用純柴油降低3%左右，排放中的有害成份碳煙顆粒和氮氧化 合物大大降低，特別是氮氧化合物可下降30%左右。大量的試驗(yàn)結(jié)果證明使用乳化燃油是 降低污染和節(jié)能的良好措施之一。
目前燃油乳化常用的方法有機(jī)械攪拌法，超聲乳化法，化學(xué)添加劑法等方法。相對(duì)于 機(jī)械攪拌法和化學(xué)添加劑法，超聲乳化法具有乳化質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已 越來越受到各工業(yè)部門的重視和采用，并成為現(xiàn)代重要乳化設(shè)備之一。超聲波是指頻率高于20000赫茲的聲波。由于超聲波是一種波動(dòng)形式，因此它可 以作為探測(cè)和負(fù)載信息的載體，下文簡(jiǎn)稱此種超聲波為檢測(cè)超聲；同時(shí)超聲波又是一種能 量形式，當(dāng)強(qiáng)度超過一定值時(shí)，就可以通過它與傳聲媒質(zhì)的相互作用，影響、改變以至破壞 傳聲媒質(zhì)的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，下文簡(jiǎn)稱此種超聲波為功率超聲。超聲乳化法的大致過程 是向待乳化的液體發(fā)射功率超聲，當(dāng)功率超聲在液體中傳播時(shí)，由于液體微粒接收到功率 超聲的能量后產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，會(huì)在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞，這些小空洞迅速脹大和閉合，從而 產(chǎn)生幾千到上萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。這種劇烈作用具有很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶 的液體(如柴油和純水)發(fā)生乳化反應(yīng)。于2009年11月25日公開的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN 101584972A，提出了一種混合 不相溶的兩種液體的乳化裝置，該裝置中的微液體噴嘴利用強(qiáng)大的壓力來制作乳化液，利 用連續(xù)相流路與分散相流路在螺旋狀裝置處匯合以實(shí)現(xiàn)乳化液的制作。該裝置能夠細(xì)化乳 化液顆粒，但這種裝置存在一些不足在微液體噴嘴處容易發(fā)生堵塞；微液體噴嘴處于高 壓力的工作條件下，容易發(fā)生機(jī)械故障；沒有給出實(shí)時(shí)檢測(cè)乳化液是否合格的檢測(cè)方法。于2000年10月4日公開的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN 1268391A提出了一種燃油乳化 方法及裝置。該裝置利用超聲乳化的基本原理，在乳化箱內(nèi)用功率超聲來分散加有乳化劑 的燃油和水的混合液以達(dá)到乳化的效果。于2008年1月9日公開的中國(guó)實(shí)用新型專利申 請(qǐng)CN 201002007Y提出了一種超聲柴油乳化機(jī)，該裝置利用功率超聲對(duì)互混室內(nèi)的液體進(jìn) 行循環(huán)乳化，經(jīng)過數(shù)次循環(huán)后最后排出乳化液。這兩種方法都是利用功率超聲來實(shí)現(xiàn)乳化，且裝置結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單。但上述兩種功率超聲乳化裝置都存在一些不足燃油、純水沒有經(jīng) 過混合就進(jìn)行乳化，乳化液成分分布不夠均勻；沒有高效利用功率超聲的能量；沒有給出 實(shí)時(shí)檢測(cè)乳化液是否合格的檢測(cè)方法。可以看出，現(xiàn)有的乳化方法及裝置都存在一些缺點(diǎn)機(jī)械乳化法裝置較復(fù)雜，容易 發(fā)生故障，使用維護(hù)不方便，沒有給出實(shí)時(shí)檢測(cè)乳化液是否合格的檢測(cè)方法；已有的超聲乳 化裝置沒有高效利用功率超聲的能量，也沒有給出實(shí)時(shí)檢測(cè)乳化液是否合格的檢測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，提出一種基于超聲波能量聚焦的乳 化方法及裝置。本發(fā)明同時(shí)用到了功率超聲和檢測(cè)超聲利用功率超聲對(duì)拋物形乳化室內(nèi) 的柴油、純水、乳化劑等混合液進(jìn)行乳化；利用檢測(cè)超聲獲得乳化液排出口附近液體的檢測(cè) 超聲衰減曲線，將其與已有的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線對(duì)比，查表得到液體粘度、粒徑大小等 參數(shù)以判斷液體是否充分乳化。本發(fā)明裝置采用拋物形乳化室，把待乳化的液體均勻混合 后引流到拋物形乳化室內(nèi)，利用功率超聲來進(jìn)行乳化。功率超聲陣列換能器均勻分布在拋 物形乳化室的底部平面，乳化液排出口安裝在拋物形乳化室的焦點(diǎn)處，使得所有垂直向上 發(fā)射的功率超聲經(jīng)拋物形乳化室內(nèi)側(cè)面反射后都聚焦于乳化液排出口，即乳化液排出口處 的功率超聲能量是最大的。從而保證了排出液充分乳化，確保了乳化質(zhì)量。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，包括液體混合模塊、功率超聲乳化模塊、檢 測(cè)模塊、控制處理模塊和顯示模塊，液體混合模塊置于功率超聲乳化模塊上方；液體混合模 塊包括柴油入口接頭、純水入口接頭、乳化劑入口接頭、混合腔體和導(dǎo)管，柴油入口接頭、純 水入口接頭、乳化劑入口接頭均各自連接有一個(gè)超聲霧化裝置，每個(gè)超聲霧化裝置的出口 均通過導(dǎo)管與混合腔體的入口連接；功率超聲乳化模塊包括乳化室、處于乳化室底部平面 的功率超聲陣列換能器和乳化液排出口，混合腔體的出口與乳化室頂部的接口連接；檢測(cè) 模塊包括溫度傳感器、檢測(cè)超聲發(fā)生器、檢測(cè)超聲接收器；檢測(cè)模塊位于乳化室底部，用于 檢測(cè)乳化液排出口處的液體的溫度和乳化程度；控制處理模塊包括中央處理器以及分別與 中央處理器連接的放大濾波電路和存儲(chǔ)器，放大濾波電路還與檢測(cè)超聲接收器連接，功率 超聲陣列換能器和中央處理器連接；顯示模塊包括顯示設(shè)備，顯示設(shè)備與中央處理器連接。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述乳化室為拋物形乳化室，拋 物形乳化室由拋物面和一個(gè)底部平面構(gòu)成，且拋物面的焦點(diǎn)位于底部平面的中心；乳化液 排出口位于所述焦點(diǎn)處。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，功率超聲陣列換能器的換能器均 勻分別在拋物形乳化室的底部平面；拋物形乳化室的底部平面是位于所述焦點(diǎn)所在的水平 面；乳化液排出口安裝有控制閥，由控制處理模塊控制其開和關(guān)。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述檢測(cè)模塊包括有多個(gè)溫度傳 感器，所述多個(gè)溫度傳感器被安裝在拋物形乳化室的底部平面并與控制處理模塊連接，負(fù) 責(zé)監(jiān)測(cè)拋物形乳化室內(nèi)的液體的溫度；所述檢測(cè)超聲發(fā)生器和檢測(cè)超聲接收器均有四個(gè)， 一個(gè)檢測(cè)超聲發(fā)生器和一個(gè)檢測(cè)超聲接收器形成一組，四組檢測(cè)超聲發(fā)生器和檢測(cè)超聲接 收器分別被安裝在乳化液排出口的前、后、左、右四個(gè)方位并與控制處理模塊連接；檢測(cè)超聲發(fā)生器在控制處理模塊控制下發(fā)出檢測(cè)超聲，檢測(cè)超聲接收器負(fù)責(zé)接收檢測(cè)超聲并將檢 測(cè)超聲送到控制處理模塊，控制處理模塊通過處理檢測(cè)超聲來獲得液體的乳化程度以判斷 液體是否充分乳化。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述存儲(chǔ)器中存有檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn) 衰減曲線數(shù)據(jù)庫(kù)，該經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)包含有檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線、液體粘度和粒徑大小；所述 放大濾波電路負(fù)責(zé)將檢測(cè)超聲接收器發(fā)送過來的檢測(cè)超聲進(jìn)行放大濾波，中央處理器將所 得的檢測(cè)超聲衰減曲線與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線進(jìn)行對(duì)比和分析，將與 檢測(cè)超聲衰減曲線最接近的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線以及該檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線對(duì)應(yīng)的 液體粘度、粒徑大小參數(shù)發(fā)送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述拋物形乳化室內(nèi)側(cè)面涂有反 射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質(zhì)；所述混合腔體為球形腔體。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述柴油入口接頭、純水入口接 頭、乳化劑入口接頭各自安裝有控制閥，控制閥由控制處理模塊控制開和關(guān)。本發(fā)明還提供一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，包括如下步驟
步驟1、將柴油、純水、乳化劑這三種液體分別經(jīng)與超聲霧化裝置連接的的入口接頭導(dǎo) 入各自的超聲霧化裝置，控制處理模塊根據(jù)設(shè)定比例控制各液體的流速和流量；
步驟2、根據(jù)乳化效果要求，由控制處理模塊來分別控制超聲霧化裝置工作，將待混合 的液體分別霧化成粒徑不同的顆粒；
步驟3、液體顆粒經(jīng)導(dǎo)管導(dǎo)入球形腔體匯合，霧化得到的微小顆粒在球形腔體內(nèi)充分混 合，小顆粒不斷聚集成團(tuán)，最后形成分布均勻的混合液體，經(jīng)球形腔體底部的導(dǎo)管導(dǎo)入拋物 形乳化室；
步驟4、待混合液體注滿拋物形乳化室后，控制處理模塊通過控制閥關(guān)閉步驟1中的入 口接頭；控制處理模塊控制功率超聲陣列換能器開始工作，垂直向上發(fā)射功率超聲，功率超 聲傳播路徑上的液體接收到功率超聲的能量，發(fā)生乳化反應(yīng)；功率超聲到達(dá)拋物形乳化室 內(nèi)側(cè)面后，由拋物形乳化室內(nèi)側(cè)面涂有的反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質(zhì)發(fā)生反射，所有的功 率超聲反射后都聚焦于焦點(diǎn)處的乳化液排出口；
步驟5、安裝在拋物形乳化室底部平面的溫度傳感器不斷監(jiān)測(cè)發(fā)生乳化反應(yīng)的液體的 溫度并發(fā)送給顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；控制處理模塊根據(jù)所獲得的溫度參數(shù)來調(diào)整功率超 聲陣列換能器的發(fā)射功率；
步驟6、安裝在乳化液排出口前、后、左、右四個(gè)方位的四組檢測(cè)超聲發(fā)生器和檢測(cè)超聲 接收器不斷工作以獲得液體的檢測(cè)超聲衰減曲線，并將測(cè)量結(jié)果送到控制處理模塊；
步驟7、控制處理模塊根據(jù)步驟5中已測(cè)的溫度，將步驟6所得的檢測(cè)超聲衰減曲線與 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線進(jìn)行對(duì)比和分析，將與檢測(cè)超聲衰減曲線最接近 的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線以及該檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線對(duì)應(yīng)的液體粘度、粒徑大小參數(shù)發(fā) 送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示；
步驟8、拋物形乳化室底部平面附近的液體接收到的功率超聲能量最大，故最先完成乳 化反應(yīng)；若控制處理模塊檢測(cè)到乳化液排出口四個(gè)方位的液體均充分乳化，則控制處理模 塊打開乳化液排出口開關(guān)，將乳化合格的乳化液經(jīng)導(dǎo)管轉(zhuǎn)移到其他容器；待拋物形乳化室 底部平面附近的合格乳化液流出之后，控制處理模塊重新關(guān)閉乳化液排出口開關(guān)；在排出合格乳化液的同時(shí)，控制處理模塊重新打開步驟1中的入口接頭開關(guān)，控制處理模塊根據(jù) 乳化液排出口的流速來控制流入液體的流速和流量，由于重力作用，拋物形乳化室內(nèi)的液 體會(huì)整體向下挪動(dòng)，最新進(jìn)入拋物形乳化室的液體處于拋物形乳化室的最上層。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，步驟5中，當(dāng)溫度傳感器監(jiān)測(cè)到液 體的溫度過高時(shí)，說明乳化反應(yīng)進(jìn)行的過于激烈，則由控制處理模塊適當(dāng)減弱功率超聲陣 列換能器的發(fā)射功率，若檢測(cè)到溫度較低，則適當(dāng)增大功率超聲陣列換能器的發(fā)射功率。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，步驟7中，若某方位的檢測(cè)超聲衰 減比其他方位的檢測(cè)超聲衰減小，則說明該方位的液體粘度較小，乳化還不夠充分，功率超 聲在該方位不是同相疊加，能量不是最大，即該方位發(fā)生了多普勒現(xiàn)象，控制處理模塊根據(jù) 各方位監(jiān)控所得的檢測(cè)超聲衰減曲線來判斷是否發(fā)生多普勒現(xiàn)象，若發(fā)生了多普勒現(xiàn)象則 調(diào)整相應(yīng)方位的功率超聲陣列換能器的發(fā)射時(shí)刻以減弱多普勒效應(yīng)。所述控制處理模塊包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的放大濾波電路、 存儲(chǔ)器。中央處理器主要負(fù)責(zé)控制與其相連接的裝置工作，如液體混合模塊中的超聲霧化 裝置、入口接頭控制閥；功率超聲乳化模塊中的功率超聲陣列換能器、乳化液排出口控制 閥；檢測(cè)模塊中的溫度傳感器、檢測(cè)超聲發(fā)生器、檢測(cè)超聲接收器；顯示模塊中的顯示設(shè)備 等。存儲(chǔ)器中存有檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線數(shù)據(jù)庫(kù)，該經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)是結(jié)合檢測(cè)超聲在各種乳 化液中各衰減因素做定性分析后所得到的，里面有檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線、液體粘度、粒徑 大小等三項(xiàng)內(nèi)容。放大濾波電路負(fù)責(zé)將檢測(cè)超聲接收器發(fā)送過來的檢測(cè)超聲進(jìn)行放大濾 波，中央處理器將所得的檢測(cè)超聲衰減曲線與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線進(jìn) 行對(duì)比和分析，將與檢測(cè)超聲衰減曲線最接近的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線以及該檢測(cè)超聲經(jīng) 驗(yàn)衰減曲線對(duì)應(yīng)的液體粘度、粒徑大小等參數(shù)發(fā)送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。步驟7中，超聲在不同粘度液體中傳播時(shí)由于液體分子間的內(nèi)摩擦力不同，超聲 會(huì)產(chǎn)生不同的超聲衰減曲線，液體粘度越大則超聲衰減越大。根據(jù)文獻(xiàn)資料，乳化后的液體 粘度比乳化前的液體粘度大，所以可知隨著乳化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，液體中的超聲衰減會(huì)越 來越大。根據(jù)此原理，控制處理模塊根據(jù)步驟5中已測(cè)的溫度，將步驟6所得的檢測(cè)超聲衰 減曲線與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線進(jìn)行對(duì)比和分析，將與檢測(cè)超聲衰減曲 線最接近的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線以及該檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線對(duì)應(yīng)的液體粘度、粒徑大 小等參數(shù)發(fā)送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示?？紤]到拋物形乳化室里面的液體會(huì)有流動(dòng)，可能會(huì)產(chǎn) 生多普勒現(xiàn)象。若某方位的檢測(cè)超聲衰減比其他方位的檢測(cè)超聲衰減小，則說明該方位的 液體粘度較小，乳化還不夠充分，功率超聲在該方位不是同相疊加，能量不是最大，即該方 位發(fā)生了多普勒現(xiàn)象。控制處理模塊根據(jù)各方位監(jiān)控所得的檢測(cè)超聲衰減曲線來判斷是否 發(fā)生多普勒現(xiàn)象，若發(fā)生了多普勒現(xiàn)象則調(diào)整相應(yīng)方位的功率超聲陣列換能器的發(fā)射時(shí)刻 以減弱多普勒效應(yīng)；
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果
1、使用功率超聲陣列換能器進(jìn)行柴油、純水、乳化劑等混合液體的乳化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組 裝、使用、維護(hù)都比較簡(jiǎn)便。2、各種需要混合的液體經(jīng)霧化后其顆粒變小且均勻分布，經(jīng)過混合后再進(jìn)行乳 化，生產(chǎn)出來的乳化液成分分布均勻，乳化液燃燒質(zhì)量好。3、乳化室采用拋物形結(jié)構(gòu)，高效利用了功率超聲的能量。
4、乳化液排出口安裝在拋物形乳化室的焦點(diǎn)處，可使功率超聲經(jīng)拋物形乳化室內(nèi) 側(cè)面反射后聚焦于該點(diǎn)，確保輸出的乳化液充分乳化。5、使用檢測(cè)超聲發(fā)生器和檢測(cè)超聲接收器對(duì)液體乳化程度進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)時(shí)顯示 液體粘度、粒徑大小等參數(shù)。6、根據(jù)液體乳化的程度來判斷液體是否充分乳化，更科學(xué)更嚴(yán)格地保證了乳化液 的乳化質(zhì)量。


圖1是實(shí)施方式中乳化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是拋物形乳化室的底部俯視示意圖3是乳化裝置中功率超聲發(fā)射和反射路徑圖； 圖4是實(shí)施方式中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5是功率超聲乳化模塊、檢測(cè)模塊、控制處理模塊和顯示模塊的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖； 圖6是實(shí)施方式中乳化方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明裝置的具體結(jié)構(gòu)如下柴油入口接頭1A、純水入口接頭1B、乳 化劑入口接頭1C、超聲霧化裝置2、導(dǎo)管3、球形腔體4、拋物形乳化室5、拋物形乳化室底部 平面6、乳化液排出口 7、排出管8、功率超聲陣列換能器9、溫度傳感器10、檢測(cè)超聲發(fā)生器 11、檢測(cè)超聲接收器12。其中，柴油入口接頭1A、純水入口接頭IB、乳化劑入口接頭IC均安裝有控制閥，由 控制處理模塊控制其開和關(guān)；超聲霧化裝置2與控制處理模塊相連，負(fù)責(zé)將待乳化的液體 霧化以進(jìn)行混合；球形腔體4是液體顆粒匯合以進(jìn)行混合的裝置；拋物形乳化室5設(shè)計(jì)成 拋物形結(jié)構(gòu)，拋物形乳化室內(nèi)側(cè)面涂有反射系數(shù)為0. 6、. 9的物質(zhì)，功率超聲到達(dá)后大部 分被反射，能量得到充分利用；為便于其他器件安裝，拋物形乳化室底部平面6建議用不銹 鋼做成帶螺紋安裝接頭的平面；乳化液排出口 7位于拋物形乳化室5的焦點(diǎn)處并安裝有控 制閥，由控制處理模塊控制其開和關(guān)，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了乳化液充分乳化；排出管8與 乳化液排出口 7連接，用來將合格的乳化液轉(zhuǎn)移到其他容器；功率超聲陣列換能器9均勻安 裝在拋物形乳化室底部平面6上，與控制處理模塊連接并受其控制；多個(gè)溫度傳感器10也 安裝在拋物形乳化室底部平面6上，用于監(jiān)測(cè)液體的溫度并與控制處理模塊相連；四組檢 測(cè)超聲發(fā)生器11、檢測(cè)超聲接收器12安裝在乳化液排出口 7的前、后、左、右四個(gè)方位，不斷 測(cè)量以獲得乳化液排出口 7附近液體中的檢測(cè)超聲的衰減狀況，并將測(cè)量結(jié)果送到控制處 理模塊，控制處理模塊根據(jù)所得的檢測(cè)超聲衰減曲線與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰 減曲線進(jìn)行對(duì)比和分析，將與檢測(cè)超聲衰減曲線最接近的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線以及該檢 測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線對(duì)應(yīng)的液體粘度、粒徑大小等參數(shù)發(fā)送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。以示區(qū)別，圖1中檢測(cè)超聲發(fā)生器11用黑色小圓示意，檢測(cè)超聲接收器12用白色小圓示意，每?jī)?個(gè)組成一組檢測(cè)超聲發(fā)射接收裝置，前、后、左、右四個(gè)方位各有一組檢測(cè)超聲發(fā)射接收裝置。拋物形乳化室5設(shè)計(jì)成拋物形結(jié)構(gòu)是為了充分利用功率超聲的能量和使拋物形 乳化室內(nèi)部各處的液體比較均勻地乳化。其原理如下功率超聲在液體中行進(jìn)的路徑上能 量是衰減的，而乳化反應(yīng)的劇烈程度與接收到的能量是成正比的。在功率超聲探頭垂直向 上發(fā)射功率超聲時(shí)，拋物形乳化室底部液體吸收的能量比頂部多，所以底部液體的乳化反 應(yīng)比頂部液體的乳化反應(yīng)劇烈；功率超聲經(jīng)拋物形乳化室內(nèi)側(cè)面反射后，拋物形乳化室頂 部液體吸收的能量比底部多，所以頂部液體的乳化反應(yīng)比底部液體的乳化反應(yīng)劇烈，兩個(gè) 過程的綜合效果就是充分利用了反射的功率超聲的能量和使拋物形乳化室內(nèi)部各處的液 體比較均勻地乳化。如圖2所示，乳化液排出口 7安裝在拋物形乳化室底部平面6的圓心，也即拋物形 乳化室5的焦點(diǎn)處；功率超聲陣列換能器9均勻分布在拋物形乳化室底部平面6上；多個(gè)溫 度傳感器10分別安裝在拋物形乳化室底部平面6的四周；四組檢測(cè)超聲發(fā)生器11、檢測(cè)超 聲接收器12安裝在乳化液排出口 7的前、后、左、右四個(gè)方位。由于溫度對(duì)乳化反應(yīng)產(chǎn)生比較大的影響，所以在拋物形乳化室底部平面6上安裝 多個(gè)溫度傳感器10以監(jiān)測(cè)液體的溫度。據(jù)超聲波的傳播規(guī)律可知，隨著傳播距離增加，能 量會(huì)不斷減少。所以靠近拋物形乳化室底部的液體發(fā)生乳化反應(yīng)是最為劇烈的，反應(yīng)溫度 也最高，只要保證底部的液體溫度不超過某一閾值就可以保證整個(gè)乳化室的乳化反應(yīng)良好 進(jìn)行。當(dāng)溫度傳感器10監(jiān)測(cè)到拋物形乳化室底部液體的溫度過高時(shí)，說明乳化反應(yīng)進(jìn)行的 過于激烈，則由控制處理模塊適當(dāng)減弱功率超聲陣列換能器9的發(fā)射功率；若檢測(cè)到溫度 較低，則適當(dāng)增大功率超聲陣列換能器9的發(fā)射功率。四組檢測(cè)超聲發(fā)生器11、檢測(cè)超聲接收器12安裝在乳化液排出口 7的前、后、左、 右四個(gè)方位，控制處理模塊根據(jù)檢測(cè)超聲在液體中的衰減狀況來分別檢測(cè)四個(gè)方位的液體 是否充分乳化。考慮到拋物形乳化室5里面的液體會(huì)有流動(dòng)，可能會(huì)產(chǎn)生多普勒現(xiàn)象。若 某方位的檢測(cè)超聲衰減比其他方位的檢測(cè)超聲衰減小，則說明該方位的液體粘度較小，乳 化還不夠充分，功率超聲在該方位不是同相疊加，能量不是最大，即該方位發(fā)生了多普勒現(xiàn) 象?？刂铺幚砟K根據(jù)各方位監(jiān)控所得的檢測(cè)超聲衰減曲線來判斷是否發(fā)生多普勒現(xiàn)象， 若發(fā)生了多普勒現(xiàn)象則調(diào)整相應(yīng)方位的功率超聲陣列換能器的發(fā)射時(shí)刻以減弱多普勒效 應(yīng)。由于拋物形乳化室底部附近的液體接收到的功率超聲能量最大，最先完成乳化反 應(yīng)，且垂直向上的功率超聲經(jīng)反射后均聚焦于拋物形乳化室5的焦點(diǎn)，即焦點(diǎn)處的能量最 強(qiáng)，所以本發(fā)明將乳化液排出口 7安裝在拋物形乳化室5的焦點(diǎn)處(也即拋物形乳化室底部 平面6的圓心)，確保了輸出的乳化液充分乳化。如圖3所示，本發(fā)明裝置的功率超聲發(fā)射和反射原理是功率超聲陣列換能器發(fā) 出的功率超聲垂直向上傳播，由于拋物形乳化室內(nèi)側(cè)面涂有反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質(zhì)， 大部分功率超聲發(fā)生反射。根據(jù)拋物線的幾何性質(zhì)可知平行于拋物線對(duì)稱軸的光線經(jīng)拋物 線反射后聚焦于拋物線的焦點(diǎn)，又經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)可得每束功率超聲到達(dá)焦點(diǎn)前所經(jīng)過的傳播 距離是相等，所以在焦點(diǎn)處各束功率超聲會(huì)發(fā)生同相疊加，能量得到加大。由于乳化液排出口 7安裝在拋物形乳化室5的焦點(diǎn)處，所以乳化液排出口 7處的功率超聲能量是最大的，確 保了排出的乳化液充分乳化。如圖4，液體混合模塊置于功率超聲乳化模塊上方，液體混合模塊負(fù)責(zé)將柴油、純 水、乳化劑等液體進(jìn)行均勻的混合，液體混合模塊受控制處理模塊控制。功率超聲乳化模塊 負(fù)責(zé)將從液體混合模塊導(dǎo)入的混合液體進(jìn)行充分的乳化，功率超聲乳化模塊也受控制處理 模塊控制。檢測(cè)模塊在控制處理模塊控制下不斷監(jiān)測(cè)液體的溫度和檢測(cè)超聲衰減狀況并將 結(jié)果發(fā)送給控制處理模塊以進(jìn)行處理。控制處理模塊將處理所得的結(jié)果送到顯示模塊進(jìn)行 顯不。如圖5和圖6所示，本實(shí)施方式的乳化流程包括以下步驟
步驟1、將柴油、純水、乳化劑這三種液體經(jīng)超聲霧化裝置上的入口接頭導(dǎo)入各自的超 聲霧化裝置，控制處理模塊根據(jù)一定比例控制各液體的流速和流量；
步驟2、根據(jù)乳化效果要求，由控制處理模塊來分別控制超聲霧化裝置工作，將待混合 的液體分別霧化成粒徑不同的顆粒；
步驟3、液體顆粒經(jīng)導(dǎo)管導(dǎo)入球形腔體，微小的顆粒在球形腔體內(nèi)匯合進(jìn)行充分的混 合，小顆粒不斷聚集成團(tuán)，最后形成分布均勻的混合液體，經(jīng)球形腔體底部的導(dǎo)管導(dǎo)入拋物 形乳化室；
步驟4、等混合液體注滿拋物形乳化室后，控制處理模塊關(guān)閉步驟1中的入口接頭開 關(guān)?？刂铺幚砟K控制功率超聲陣列換能器開始工作，垂直向上發(fā)射功率超聲，功率超聲傳 播路徑上的液體由于接收到功率超聲的能量，發(fā)生乳化反應(yīng)。功率超聲到達(dá)拋物形乳化室 內(nèi)側(cè)面后，由于拋物形乳化室內(nèi)側(cè)面涂有反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質(zhì)，所以發(fā)生較強(qiáng)烈的 反射，由幾何性質(zhì)可知所有的功率超聲反射后都將聚焦于拋物形乳化室的焦點(diǎn)，也即本系 統(tǒng)中的乳化液排出口；
步驟5、安裝在拋物形乳化室底部平面的多個(gè)溫度傳感器與控制處理模塊連接，不斷監(jiān) 測(cè)發(fā)生乳化反應(yīng)的液體的溫度并發(fā)送給顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。控制處理模塊根據(jù)所獲得 的溫度參數(shù)來智能調(diào)整功率超聲陣列換能器的發(fā)射功率以達(dá)到乳化的最優(yōu)效果；
步驟6、安裝在乳化液排出口前、后、左、右四個(gè)方位的四組檢測(cè)超聲發(fā)生器和檢測(cè)超聲 接收器不斷工作以獲得液體的檢測(cè)超聲衰減曲線，并將測(cè)量結(jié)果送到控制處理模塊；
步驟7、超聲在不同粘度液體中傳播時(shí)由于液體分子間的內(nèi)摩擦力不同，超聲會(huì)產(chǎn)生 不同的超聲衰減曲線，液體粘度越大則超聲衰減越大。根據(jù)文獻(xiàn)資料，乳化后的液體粘度 比乳化前的液體粘度大，例如，乳化劑水柴油=1:20:79的_20#柴油乳化前的粘度是 2. 5750mPa-S，乳化后的粘度是8. 2463mPa · S，所以可知隨著乳化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，液體中 的超聲衰減會(huì)越來越大。液體粘度與超聲衰減的具體關(guān)系可由下面表達(dá)式表示
權(quán)利要求
一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于包括液體混合模塊、功率超聲乳化模塊、檢測(cè)模塊、控制處理模塊和顯示模塊，液體混合模塊置于功率超聲乳化模塊上方；液體混合模塊包括柴油入口接頭、純水入口接頭、乳化劑入口接頭、混合腔體和導(dǎo)管，柴油入口接頭、純水入口接頭、乳化劑入口接頭均各自連接有一個(gè)超聲霧化裝置，每個(gè)超聲霧化裝置的出口均通過導(dǎo)管與混合腔體的入口連接；功率超聲乳化模塊包括乳化室、處于乳化室底部平面的功率超聲陣列換能器和乳化液排出口，混合腔體的出口與乳化室頂部的接口連接；檢測(cè)模塊包括溫度傳感器、檢測(cè)超聲發(fā)生器、檢測(cè)超聲接收器；檢測(cè)模塊位于乳化室底部，用于檢測(cè)乳化液排出口處的液體的溫度和乳化程度；控制處理模塊包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的放大濾波電路和存儲(chǔ)器，放大濾波電路還與檢測(cè)超聲接收器連接，功率超聲陣列換能器和中央處理器連接；顯示模塊包括顯示設(shè)備，顯示設(shè)備與中央處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于所述乳化 室為拋物形乳化室，拋物形乳化室由拋物面和一個(gè)底部平面構(gòu)成，且拋物面的焦點(diǎn)位于底 部平面的中心；乳化液排出口位于所述焦點(diǎn)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于功率超聲 陣列換能器的換能器均勻分別在拋物形乳化室的底部平面；拋物形乳化室的底部平面是位 于所述焦點(diǎn)所在的水平面；乳化液排出口安裝有控制閥，由控制處理模塊控制其開和關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于所述檢測(cè)模 塊包括有多個(gè)溫度傳感器，所述多個(gè)溫度傳感器被安裝在拋物形乳化室的底部平面并與控 制處理模塊連接，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)拋物形乳化室內(nèi)的液體的溫度；所述檢測(cè)超聲發(fā)生器和檢測(cè)超 聲接收器均有四個(gè)，一個(gè)檢測(cè)超聲發(fā)生器和一個(gè)檢測(cè)超聲接收器形成一組，四組檢測(cè)超聲 發(fā)生器和檢測(cè)超聲接收器分別被安裝在乳化液排出口的前、后、左、右四個(gè)方位并與控制處 理模塊連接；檢測(cè)超聲發(fā)生器在控制處理模塊控制下發(fā)出檢測(cè)超聲，檢測(cè)超聲接收器負(fù)責(zé) 接收檢測(cè)超聲并將檢測(cè)超聲送到控制處理模塊，控制處理模塊通過處理檢測(cè)超聲來獲得液 體的乳化程度以判斷液體是否充分乳化。
5.據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于所述存儲(chǔ)器 中存有檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線數(shù)據(jù)庫(kù)，該經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)包含有檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線、液體 粘度和粒徑大?。凰龇糯鬄V波電路負(fù)責(zé)將檢測(cè)超聲接收器發(fā)送過來的檢測(cè)超聲進(jìn)行放大 濾波，中央處理器將所得的檢測(cè)超聲衰減曲線與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線 進(jìn)行對(duì)比和分析，將與檢測(cè)超聲衰減曲線最接近的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線以及該檢測(cè)超聲 經(jīng)驗(yàn)衰減曲線對(duì)應(yīng)的液體粘度、粒徑大小參數(shù)發(fā)送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。
6.據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于所述拋物形 乳化室內(nèi)側(cè)面涂有反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質(zhì)；所述混合腔體為球形腔體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在 于所述柴油入口接頭、純水入口接頭、乳化劑入口接頭各自安裝有控制閥，控制閥由控制處 理模塊控制開和關(guān)。
8.一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，其特征在于包括如下步驟步驟1、將柴油、純水、乳化劑這三種液體分別經(jīng)與超聲霧化裝置連接的的入口接頭導(dǎo)入各自的超聲霧化裝置，控制處理模塊根據(jù)設(shè)定比例控制各液體的流速和流量；步驟2、根據(jù)乳化效果要求，由控制處理模塊來分別控制超聲霧化裝置工作，將待混合 的液體分別霧化成粒徑不同的顆粒；步驟3、液體顆粒經(jīng)導(dǎo)管導(dǎo)入球形腔體匯合，霧化得到的微小顆粒在球形腔體內(nèi)充分混 合，小顆粒不斷聚集成團(tuán)，最后形成分布均勻的混合液體，經(jīng)球形腔體底部的導(dǎo)管導(dǎo)入拋物 形乳化室；步驟4、待混合液體注滿拋物形乳化室后，控制處理模塊通過控制閥關(guān)閉步驟1中的入 口接頭；控制處理模塊控制功率超聲陣列換能器開始工作，垂直向上發(fā)射功率超聲，功率超 聲傳播路徑上的液體接收到功率超聲的能量，發(fā)生乳化反應(yīng)；功率超聲到達(dá)拋物形乳化室 內(nèi)側(cè)面后，由拋物形乳化室內(nèi)側(cè)面涂有的反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質(zhì)發(fā)生反射，所有的功 率超聲反射后都聚焦于焦點(diǎn)處的乳化液排出口；步驟5、安裝在拋物形乳化室底部平面的溫度傳感器不斷監(jiān)測(cè)發(fā)生乳化反應(yīng)的液體的 溫度并發(fā)送給顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；控制處理模塊根據(jù)所獲得的溫度參數(shù)來調(diào)整功率超 聲陣列換能器的發(fā)射功率；步驟6、安裝在乳化液排出口前、后、左、右四個(gè)方位的四組檢測(cè)超聲發(fā)生器和檢測(cè)超聲 接收器不斷工作以獲得液體的檢測(cè)超聲衰減曲線，并將測(cè)量結(jié)果送到控制處理模塊；步驟7、控制處理模塊根據(jù)步驟5中已測(cè)的溫度，將步驟6所得的檢測(cè)超聲衰減曲線與 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線進(jìn)行對(duì)比和分析，將與檢測(cè)超聲衰減曲線最接近 的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線以及該檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線對(duì)應(yīng)的液體粘度、粒徑大小參數(shù)發(fā) 送到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示；步驟8、拋物形乳化室底部平面附近的液體接收到的功率超聲能量最大，故最先完成乳 化反應(yīng)；若控制處理模塊檢測(cè)到乳化液排出口四個(gè)方位的液體均充分乳化，則控制處理模 塊打開乳化液排出口開關(guān)，將乳化合格的乳化液經(jīng)導(dǎo)管轉(zhuǎn)移到其他容器；待拋物形乳化室 底部平面附近的合格乳化液流出之后，控制處理模塊重新關(guān)閉乳化液排出口開關(guān)；在排出 合格乳化液的同時(shí)，控制處理模塊重新打開步驟1中的入口接頭開關(guān)，控制處理模塊根據(jù) 乳化液排出口的流速來控制流入液體的流速和流量，由于重力作用，拋物形乳化室內(nèi)的液 體會(huì)整體向下挪動(dòng)，最新進(jìn)入拋物形乳化室的液體處于拋物形乳化室的最上層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，其特征在于步驟5中， 當(dāng)溫度傳感器監(jiān)測(cè)到液體的溫度過高時(shí)，說明乳化反應(yīng)進(jìn)行的過于激烈，則由控制處理模 塊適當(dāng)減弱功率超聲陣列換能器的發(fā)射功率，若檢測(cè)到溫度較低，則適當(dāng)增大功率超聲陣 列換能器的發(fā)射功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，其特征在于步驟7 中，若某方位的檢測(cè)超聲衰減比其他方位的檢測(cè)超聲衰減小，則說明該方位的液體粘度較 小，乳化還不夠充分，功率超聲在該方位不是同相疊加，能量不是最大，即該方位發(fā)生了多 普勒現(xiàn)象，控制處理模塊根據(jù)各方位監(jiān)控所得的檢測(cè)超聲衰減曲線來判斷是否發(fā)生多普勒 現(xiàn)象，若發(fā)生了多普勒現(xiàn)象則調(diào)整相應(yīng)方位的功率超聲陣列換能器的發(fā)射時(shí)刻以減弱多普 勒效應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法及裝置，所述裝置包括液體混合模塊、功率超聲乳化模塊、檢測(cè)模塊、控制處理模塊和顯示模塊，液體混合模塊置于功率超聲乳化模塊上方；功率超聲乳化模塊采用拋物形乳化室，把待乳化的液體均勻混合后引流到拋物形乳化室內(nèi)，利用功率超聲來進(jìn)行乳化。所述方法利用功率超聲對(duì)拋物形乳化室內(nèi)的柴油、純水、乳化劑等混合液進(jìn)行乳化；利用檢測(cè)超聲獲得乳化液排出口附近液體的檢測(cè)超聲衰減曲線，將其與已有的檢測(cè)超聲經(jīng)驗(yàn)衰減曲線對(duì)比，查表得到液體粘度、粒徑大小等參數(shù)以判斷液體是否充分乳化，從而保證了排出液充分乳化，確保了乳化質(zhì)量。
文檔編號(hào)C10L1/32GK101934207SQ20101026878
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者吳偉俊, 寧更新, 曹燕, 郭文杰, 韋崗 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)