專利名稱：內含式渦流裝置的制作方法
內含式渦流裝置致相關人士應當知道我們，約翰 L 布羅克，海灣郡奧本市(the City of Auburn, Countyof Bay)的居民，和亞歷山大 坎貝爾 湯普森四世，奧克蘭郡羅切斯特山(RochesterHills, County of Oakland)的居民，并且均為密歇根州的居民、均為美利堅合眾國的公民，發明了一種新穎且有用的裝置，這個裝置叫做內含式渦流裝置在本說明書中對該裝置進行了說明。本申請要求于2010年6月3日提交的美國實用專利申請序列號12/802，273的優先權。
背景技術：
本發明是一種容器裝置，該裝置允許空氣或氣體流入和流出。在氣體移動通過該裝置的過程中，在該裝置中會產生一種渦流，這種渦流允許將較重的物質分離出來、使任何顆粒的大小減小、并且將與進入該裝置時相比大小要顯著更小的顆粒排出。大多數在腔室內引發渦流的現有技術裝置使用的是螺旋槳或者葉輪來產生渦流。2008年6月3日頒發給Arlasky的美國專利7，380，639是使用螺旋槳的最好的例子。本發明將接受空氣或氣體的流入、并且將由于該殼體壁內部的進口長度與直徑之間的關系為I比3的比率而自身產生渦流。殼體的內側底部配備了一個彈頭形凸起，該凸起有助于返回的渦流，從而使進入的渦流反向并迫使空氣或氣體穿過出口。彈頭的長度與圓柱形殼體的總長度也存在關系并且這個比率也是1:3。彈頭的頂點處的區域創造了一個低壓區，而該彈頭周圍的區域則捕捉較重的物質并且使之在彈頭周圍的回路中再循環，直到這些顆粒被減小到與進入殼體時相比更細的粒度為止，從而允許這些顆粒在朝外的渦流中并且通過出口離開。本發明本發明是一種內含式渦流裝置，該裝置包括一個封閉的圓柱形殼體，該殼體具有一個活端和一個死端、一個內部側表面、一個死端內表面、以及一個活端內表面。該裝置還包括一個進口、一個出口和一個彈頭形凸起。該進氣管通過一個第一開口從該圓柱形殼體的側面并靠近這個活端而進入。該出氣管從該圓柱形殼體的活端中的一個中央開口離開。該彈頭形凸起是在這個死端的內表面的中心并附接在該內表面上。該進氣管的從該內部側壁表面起的長度與該出氣管的從這個活端內表面起的長度之比是大約1:3并且其中該彈頭形凸起的從這個死端內表面起的長度與該封閉的圓柱形殼體的總長度之比是大約1:3，由此產生了渦流。附圖簡要說明
圖1是該裝置的內部視圖。圖2是該裝置用作一個消聲器的內部視圖，該消聲器帶有一個顆粒收集器和一個穿過該彈頭或凸起的空氣流動開口。圖3是該裝置用作一個消聲器的內部視圖，該消聲器帶有一個顆粒收集器和一個穿過該彈頭或凸起的空氣流動開口。圖4是該裝置用作消聲器的一個分段的外部視圖。圖5是另一個消聲器實施方案的內部視圖。圖6是出口的另一個實施方案，其特點是用于該進口的一個偏轉器。圖7是一個氣體流動圖。圖8是該裝置的另一個實施方案，其特點是一個用以再循環未用燃料的回收出□。圖9是該裝置的另一個實施方案，其特點是一個用以再循環未用燃料的回收出□。附圖詳細說明圖1是裝置2的一個內部視圖。舉例而言，當裝置2被附接至車輛排氣系統上時，該裝置允許排放氣體通過位于遠端6處的進口 8流入。該氣體流入裝置2中并且立即開始在沿著內壁16流動的渦流中旋轉，直到它到達該凸起或彈頭12。當在渦流中流動的氣體與凸起12相接觸時，它會產生反向的文丘里效應從而以一種向上的方式改變該渦流的行程，引導更輕的氣體流向出口 10并從裝置2中排出。當氣體與凸起12相接觸時，在剛好離開凸起12末端的地方形成一個低壓區18。該氣體被朝向內壁16向外引導,從而產生一個環形渦流42而促使該氣體加速撞向內壁16。較輕的顆粒移動進入正在排放該氣體的渦流中并且較重的顆粒落下。在這個區域下方并沿著彈頭12側邊產生一種循環，該循環捕捉較大較重的顆粒，并且這些顆粒保持被夾帶直到它們被減小到更小的粒度。這個區域被稱為循環回路20。在此這些顆粒沿著彈頭上升到它們被再次送到抵靠該壁的位置。這些顆粒將保持在這個回路中，直到它們足夠小而能移出。當這些顆粒變得足夠小，即足夠輕，而能離開該循環回路20時，它們穿過該低壓區18并被捕獲到將這些顆粒從裝置2中移出的渦流中。這些顆粒在循環回路20中通過被反復地推向裝置2的內壁16而減小。久而久之，這些反復的撞擊能夠減小粒度并且然后將它們釋放穿過低壓區18而進入用于使氣體通過出口 10排出的渦流中。圖2是該裝置作為一個消聲器的內部視圖，該消聲器具有一個顆粒收集器22以及一個穿過凸起或彈頭12的空氣流動開口 14。裝置2被附接至車輛排氣，從而允許該排放氣體通過位于遠端6處的進口 8流入。該氣體流入裝置2中并且立即開始在沿著內壁16流動的一個渦流中旋轉，直到它到達該凸起或彈頭12。當流入該裝置2中的氣體與凸起12相接觸時，它產生反向的文丘里效應從而以一種向上的方式改變了該渦流的行程，引導更輕的氣體流向出口 10并從裝置2中流出。當該氣體與凸起12接觸時，在剛好離開凸起12末端的地方形成一個低壓區18。該氣體被向外引導而形成一個環形渦流42，從而迫使該氣體加速撞向內壁16。較輕的顆粒移動進入正在排放該氣體的渦流中并且較重的顆粒落下。在這個區域下方并且沿著彈頭12側邊形成了一種循環，該循環捕捉較大較重的顆粒，其中這些顆粒保持被夾帶，直到它們被減小到更小的粒度。這個區域被稱為循環回路20。在此這些顆粒沿著彈頭上升到它們再次被送至抵靠該壁的位置。這些顆粒將會一直位于這個循環中，直到它們足夠小而能移出。當這些顆粒變得足夠小而能離開該循環回路20時，它們穿過低壓區18并被捕獲到將這些顆粒從裝置2中移出的渦流中。本實施方案具有一個開口 14，這個開口穿過近端4、穿過收集器22及其近端32、然后繼續穿過彈頭14而進入。這個開口 14允許將各種物質引入該低壓區18并進入裝置2的渦流中。被引入該裝置中的一種材料的實例是冷空氣，用于減少發動機排氣所產生的熱量。另外，可以存在一個收集器22。該收集器22的目的是收集那些大的并仍處于循環回路20中的顆粒。這些顆粒將最終脫離而通過位于該收集器22的遠端30中的開口 28進入到收集器22中。在其他實施方案中，收集器22是可移除的并且充當一個過濾器。在其他實施方案中，收集器22是帶擋板的以產生共振作用或者是簡單地被用作一個共振器24。還應注意的是，若沒有開口 28，這些顆粒將會保留在循環回路20中，直到它們已經減小到足夠小而能穿過低壓區18進入渦流中、繼而到達出口 10。圖3是該裝置2作為一個消聲器的內部視圖，該消聲器具有一個顆粒收集器22和一個穿過該彈頭或凸起12的空氣流動開口 14。這個視圖允許更清楚地看到收集器22的遠端30。收集器22中的這些開口 28允許更大更重的顆粒掉下或落下直到進入收集器22中。圖4是該裝置2作為一個消聲器的一個分段的外部視圖。該進口 8和出口 10都穿過了側表面34。二者都靠近該裝置2的遠端6。該裝置2是完全自含式的，其中所有的操作都在裝置2的內部。彈頭12的末端和穿過該彈頭的開口 14都是可見。這個視圖允許更好地了解彈頭12周圍的區域。圍繞彈頭的這個區域是循環回路20所在的區域。較重的顆粒在這里被捕捉或夾帶。它們將在這里進行再循環，直到它們被減小或者落入收集器22中。圖5是另一個消聲器實施方案的內部視圖。在這個實施方案中，該裝置2被一個外殼26包圍。這個外殼可以是為了美學價值或者可以被結合作為一個更大的諧振器空腔。圖6是出口 10的另一個實施方案，其特定是用于進口 8的一個偏轉器38。這個實施方案在裝置2中更快地引起渦流。這個偏轉器對渦流的形成不是必須的、但是將會更快地引發渦流。這個偏轉器38被附接至該出氣管10上并靠近該進氣管8。進入的氣體會碰撞該偏轉器并立即旋轉形成渦流。圖7是一個氣體流動圖。排氣流入并圍繞內壁16向下進行循環。當它到達彈頭形12的頂端時，產生一個低壓區18。較輕的顆粒沿渦流向上移動，而較重的顆粒從環圈形的渦流42中被推出。這些較重的顆粒碰撞到內壁16而其尺寸減小。這些較重的顆粒被夾帶在該循環回路20之中、并且沿著內壁16和底部向下移動然后沿著彈頭12的外壁46向上移動以便被重新引入該環圈形的渦流42之中，或者它們作為較小顆粒離開。那些太大的顆粒將留在回路20中直到它們的尺寸被減小到足以穿過低壓區18并排出到裝置2外。圖8是裝置2的另一個實施方案，該裝置的特點是一個用以再循環未用燃料或烴的回收出口 44。這個實施方案用作柴油發動機的消聲器是很理想的，因為它具有一個再循環回路40。循環回路20中的較重顆粒被抽出并被重新引入燃燒循環中再次燃燒。這將改善排放物并且增加里程。圖9是該裝置的另一個實施方案，該裝置的特點是一個用以再循環未用燃料的回收出口 44。在這個實施方案中，該回收出口就是凸起12中的開口 14。這些較重顆粒通過彈頭12中的開口 14被抽出并且被重新引入燃燒循環中。該裝置還能夠被用于具有任何發動機或會產生排氣的過程的其他應用中。當被附接至這個過程所產生的排氣時，該裝置被用于燃煤發電過程中，并且氣體將流入遠端6的進口中，從而允許排放氣體通過遠端6處的進口 8流入。氣體流入裝置2中并且立即開始在沿著內壁16流動的渦流中旋轉，直到它到達彈頭或凸起12。當流入裝置2中的氣體與該凸起12相接觸時，它產生反向的文丘里效應，從而以一種上升的方式改變渦流的行程，弓丨導較輕的氣體朝向出口 10并且流出該裝置2。當氣體與凸起12相接觸時，在剛好離開凸起12末端的地方形成一個低壓區18。氣體被朝外引導，從而形成環圈形的渦流而迫使氣體加速撞向內壁16。較輕的顆粒移動進入將氣體排出的渦流中，并且較重的顆粒則會掉落。在這個區域下方并且沿著凸起12的側面形成了一種循環，這種循環捕捉較大較重的顆粒，其中這些顆粒保持被夾帶直到它們減小到更小的粒度顆。這個區域被稱為叫循環回路20。在此這些顆粒沿著子該彈頭向上移動到它們被再次送至抵靠該壁的位置。這些顆粒將保留在這個循環回路中直到它們足夠小而能移出。當這些顆粒變得足夠小而能離開該循環回路20時，它們穿過低壓區18并且被捕獲到將這些顆粒從裝置2排出的渦流中。由于較重的顆粒按以上解釋的方式被減小或去除，該排氣因此變得干凈。該裝置2還適用于焚燒過程中。當該裝置被附在一個焚化爐的排氣裝置上時，排氣會通過遠端6處的進口 8流入。氣體流入裝置2中并立即開始在沿著內壁16流動的渦流中旋轉，直到它到達彈頭形凸起12。當流入裝置2中的氣體與凸起12相接觸時，它產生了反向的文丘里效應，從而以一種向上的方式改變渦流的行程，引導較輕的氣體朝向出口 10并且流出裝置2。當氣體與凸起12相接觸時，在剛好離開凸起12末端的地方形成了一個低壓區18。該氣體被向外引導，從而形成一個環圈形的渦流而迫使氣體加速撞向內壁16。較輕的顆粒移動進入正排出氣體的渦流中，并且較重的顆粒則掉落。在這個區域下方并且沿著凸起12的側面形成了一種循環，這種循環捕捉較大較重的顆粒，這些顆粒保持被夾帶在這個循環中直到它們被減小到更小的粒度。這個區域被稱為循環回路20。這些顆粒在此沿著該彈頭上升到它們被再次送至抵靠該壁的位置。這些顆粒將留在這個回路中直到它們足夠小而能移出。當這些顆粒變得足夠小而能離開該循環回路20時，它們穿過該低壓區18并且被捕獲到將這些顆粒從裝置2去除的渦流中。由于較重的顆粒按以上解釋的方式減小或移除，排氣因此變得干凈。也就是說，收集、減小或再循環，減少或消除了排放物。這在有害廢物的焚燒中是尤其重要的。存在一種關系以允許在裝置2中形成渦流。進氣管通過一個第一開口從該圓柱形殼體的側面并靠近這個活端而進入。出氣管從該圓柱形殼體的活端中的一個中央開口而離開。該彈頭形凸起是在這個死端的內表面的中心并且附接在其上。該進氣管的從該內部側壁表面起的長度與該出氣管的從這個活端內表面起的長度之比是大約1:3并且其中該彈頭形凸起的從這個死端內表面起的長度與該封閉的圓柱形殼體的總長度之比是大約1:3，由此產生了渦流。
權利要求
1.一種內含式渦流裝置，包括 a.一個封閉的圓柱形殼體，該殼體具有一個活端和一個死端、一個內部側表面、一個死端內表面，以及一個活端內表面； b.一個進氣管； c.一個出氣管；以及 d.一個彈頭形凸起； 所述進氣管通過一個第一開口從該圓柱形殼體的側面并靠近這個活端而進入； 所述出氣管從該圓柱形殼體的活端中的一個中央開口離開； 所述彈頭形凸起是在這個死端的內表面的中心并附接在該內表面上； 其中該進氣管的從該內部側壁表面起的長度與該出氣管的從這個活端內表面起的長度之比是大約1:3，并且其中該彈頭形凸起的從這個死端內表面的內表面起的長度與該封閉的圓柱形殼體的總長度之比是大約1:3。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置是一個消聲器。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置是一個顆粒分離器。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置是一個混合器。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置具有被安裝在所述進口的出口附近的一個偏轉器。
6.如權利要求1所述的裝置，其中，所述凸起是空心的。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置在所述凸起下方具有一個收集區。
8.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置具有通過所述凸起注入的冷空氣用于將排放氣體冷卻。
9.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置被容納在一個共振腔之中。
10.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置被容納在一個外腔室之中。
11.如權利要求1所述的裝置，其中，循環回路被引出以便使烴類再循環進入燃燒循環中。
12.如權利要求1所述的裝置，其中，循環回路被引出以便使顆粒再循環進入燃燒循環中。
13.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置被附接至一個燃燒過程。
14.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置被用于對來自燃煤發電燃燒爐的排放物進行過濾。
15.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置被用于對來自焚化爐的物質進行過濾。
16.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置被用于對來自焚化爐的有害物質進行過濾。
17.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置被用作一個燃燒室。
18.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置是在真空中使用。
19.如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置是在正壓下使用。
全文摘要
一種內含式渦流裝置允許空氣或氣體流入和流出該裝置。在氣體移動通過該裝置的過程中，在該裝置中會產生一種渦流，這種渦流允許將較重的物質分離出來、使任何顆粒的大小減小、并且將與進入該裝置時相比大小要顯著更小的顆粒排出。
文檔編號F01N1/08GK103026016SQ201180034561
公開日2013年4月3日 申請日期2011年6月3日 優先權日2010年6月3日
發明者約翰·L·布羅克, 亞歷山大·坎貝爾·湯普森 申請人:約翰·L·布羅克, 亞歷山大·坎貝爾·湯普森