專利名稱：廢氣清潔設(shè)備及清潔廢氣的方法
廢氣清潔設(shè)備及清潔廢氣的方法本發(fā)明涉及廢氣清潔設(shè)備及清潔來(lái)自于燃燒過(guò)程的廢氣的方法。所述廢氣清潔設(shè)備及相關(guān)方法特別適用于去除不需要的燃燒產(chǎn)物例如N0X、碳?xì)浠衔锖痛嬖谟趶U氣中的煙灰。本發(fā)明還涉及采用冷焰氣體去除來(lái)自于廢氣的NOx和顆粒物質(zhì)。冷焰是迄今為止并未獲得過(guò)多關(guān)注的一種現(xiàn)象。在冷焰中燃料在預(yù)熱空氣中被部分氧化并且溫度恒定保持在大約450°C。該溫度與空氣/燃料比例和存留時(shí)間無(wú)關(guān)。在冷焰過(guò)程中，僅2-20%的燃料熱值被釋放，并且此熱量被用于使燃料蒸發(fā)，生成同質(zhì)氣態(tài)燃料。此氣態(tài)燃料在下文中被稱為冷焰氣體。因此冷焰氣體的定義可以是由空氣和碳?xì)浠衔锏幕旌衔镏刑細(xì)浠衔?燃料)的部分氧化形成的氣體，并且其中在氧化中僅消耗了相對(duì)一小部分的空氣(空氣的5-10% )。冷焰氣體現(xiàn)象的更完整描述能夠在美國(guó)專利US 6793693B1中找到。在本申請(qǐng)人進(jìn)行的冷焰氣體應(yīng)用的研發(fā)性工作中，首先注意到冷焰氣體能夠去除反應(yīng)器壁上的碳沉積。隨著本申請(qǐng)人繼續(xù)對(duì)利用冷焰氣體的應(yīng)用進(jìn)行研究，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)冷焰氣體具有氧化性和還原性。雖然對(duì)此原因還未被肯定地確定，但被認(rèn)為是歸因于存在于冷焰氣體中的自由基，即被部分氧化的氣態(tài)燃料。來(lái)自于內(nèi)燃機(jī)的廢氣可能包含雜質(zhì)例如顆粒物質(zhì)(煙灰)、NOx和不完全燃燒產(chǎn)物，即碳?xì)浠衔?HC)和CO。能夠通過(guò)氧化催化劑去除不完全燃燒產(chǎn)物，同時(shí)能夠通過(guò)顆粒過(guò)濾器從廢氣中去除顆粒物質(zhì)。NOx能夠從廢氣中催化去除的條件是廢氣略具有還原性 (例如在奧托發(fā)動(dòng)機(jī)中)或者通過(guò)NOx吸收器去除(例如對(duì)于來(lái)自于壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣)?，F(xiàn)今，為了完全處理廢氣而使用顆粒過(guò)濾器、NOx吸收器和氧化催化劑。在應(yīng)用一段時(shí)間以后，顆粒過(guò)濾器和NOx吸收器必須復(fù)原(regenerate)。此類清潔過(guò)程需要兩個(gè)操作因?yàn)轭w粒過(guò)濾器是在高溫(大約600°C )下在氧化環(huán)境中復(fù)原而NOx吸收器是在較低溫度下在還原環(huán)境中復(fù)原(大約500°C，且在CO氣體環(huán)境中)。因此，本發(fā)明的目的是為了提供簡(jiǎn)化的設(shè)備和簡(jiǎn)化的方法來(lái)處理來(lái)自于燃燒過(guò)程的廢氣。更具體地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供簡(jiǎn)化的設(shè)備和簡(jiǎn)化的方法以去除來(lái)自于燃燒過(guò)程的廢氣中的雜質(zhì)，如NOx、顆粒物質(zhì)和碳?xì)浠衔?。這些目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其它實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中限定。在描述中和權(quán)利要求中限定了雜質(zhì)包括煙灰顆粒、NOx(氮氧化物)、碳?xì)浠衔锖湍軌虮焕溲鏆怏w去除(通過(guò)氧化或者還原去除)的其它物質(zhì)。在此提供了一種用于清潔燃燒室中的燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的廢氣的廢氣清潔設(shè)備，其中廢氣清潔設(shè)備包括-廢氣流動(dòng)路徑，其被布置成與燃燒室流體連通并且廢氣從中流過(guò)，和-冷焰氣體供應(yīng)部，其提供冷焰氣體。冷焰氣體供應(yīng)部被進(jìn)一步布置成與廢氣流動(dòng)路徑流體連通以使冷焰氣體能夠被
4噴射到廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的廢氣中并因而至少部分地去除存在于廢氣中的雜質(zhì)，如NOx 和/或顆粒物質(zhì)(例如煙灰)和/或碳?xì)浠衔?。燃燒室可以是?nèi)燃機(jī)(例如壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)(不嚴(yán)格地被稱為柴油機(jī))或者奧托發(fā)動(dòng)機(jī))的一部分。廢氣通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑(例如管道、管子、軟管或者用于傳導(dǎo)廢氣的任何其它適合的裝置)從燃燒室中去除。燃燒室還可以是基于例如煤炭或者任何其它可燃燒材料的燃燒過(guò)程的焚化設(shè)備或者發(fā)電設(shè)備的一部分。本發(fā)明的其它應(yīng)用領(lǐng)域同樣是容易想象的。燃燒室是發(fā)生可燃燒材料的燃燒且產(chǎn)生需要清潔的廢氣的地方。燃燒室顯然能夠根據(jù)應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域(即，用在發(fā)動(dòng)機(jī)中的、用在焚化設(shè)備中的、以及用在發(fā)電設(shè)備等中的)而采用很多不同的形式。如果在燃燒室中燃燒的可燃物質(zhì)并非液體或者氣體形式(這可能是焚化設(shè)備或者發(fā)電設(shè)備中的情況)，那么廢氣清潔設(shè)備優(yōu)選包括供給裝置(圖中未示出)，用來(lái)將可燃物質(zhì)供給至燃燒室內(nèi)。在此情況下，燃料箱優(yōu)選將碳?xì)浠衔锶剂蟽H供給至冷焰氣體發(fā)生器。在此還提供了一種冷焰氣體供應(yīng)部，其能夠通過(guò)流體線路被連接至廢氣流動(dòng)路徑，以使冷焰氣體能夠被噴射到廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的廢氣中。流體線路優(yōu)選設(shè)有所需的閥裝置以使得能夠調(diào)節(jié)冷焰氣體到廢氣流動(dòng)路徑中的噴射。冷焰氣體發(fā)生器能夠通過(guò)調(diào)整供給至冷焰氣體發(fā)生器的燃料和/或空氣的量被調(diào)節(jié)。優(yōu)選根據(jù)溫度和/或壓力的測(cè)量值和/或有關(guān)于從廢氣流動(dòng)路徑中的一個(gè)或者幾個(gè)位置處取得的廢氣成分的測(cè)量值而自動(dòng)控制閥裝置。廢氣與冷焰氣體在廢氣流動(dòng)路徑中的混合室中混合?；旌鲜夷軌蚝?jiǎn)單地為廢氣流動(dòng)路徑本身的一部分，只要能夠確保廢氣與冷焰氣體的有效混合即可。或者，廢氣流動(dòng)路徑能夠設(shè)有一個(gè)混合室，廢氣流經(jīng)該混合室并且冷焰氣體與廢氣在其中混合?；旌鲜夷軌虮粯?gòu)造為與同一廢氣流動(dòng)路徑相比具有增大的直徑或者橫截面面積的管道?；蛘?，混合室能夠被構(gòu)造為與廢氣流動(dòng)路徑連接的更大的容器。冷焰氣體優(yōu)選被噴射到廢氣流動(dòng)路徑中混合室的上游，或者噴射到混合室的上游端部，相對(duì)靠近廢氣進(jìn)入混合室的點(diǎn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在混合室中(即，或是在廢氣流動(dòng)路徑中或是在混合室中)提供了混合裝置，用于加強(qiáng)廢氣與冷焰氣體的混合。此類混合裝置能夠包括多孔材料，廢氣與冷焰氣體流經(jīng)所述多孔材料并且因此得以混合?；旌涎b置還能夠包括葉片或者類似裝置，它們被布置在混合室中且被布置成使混合裝置在流體中引發(fā)渦流且從而進(jìn)行廢氣與冷焰氣體的更有效的混合。廢氣與冷焰氣體的越均勻的混合導(dǎo)致(一方面)冷焰氣體的成分與(另一方面)廢氣中的雜質(zhì)之間的越有效的化學(xué)反應(yīng)。結(jié)果是通過(guò)冷焰氣體能夠從廢氣中去除大部分的雜質(zhì)。冷焰氣體供應(yīng)部能夠簡(jiǎn)單地包括冷焰氣體發(fā)生器，其被布置成與廢氣流動(dòng)路徑流體連通。冷焰發(fā)生器為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的，因此這里不對(duì)它們的構(gòu)造做進(jìn)一步的說(shuō)明。冷焰氣體發(fā)生器能夠被放置在廢氣流動(dòng)路徑外面，在此情況下存在獨(dú)立的供應(yīng)流體線路以使空氣和碳?xì)浠衔锶剂线M(jìn)入冷焰氣體發(fā)生器?；蛘撸溲鏆怏w發(fā)生器被布置在廢氣流動(dòng)路徑內(nèi)。此時(shí)設(shè)置用于碳?xì)浠衔锶剂系莫?dú)立的供應(yīng)流體線路。在此情況下用于冷焰氣體發(fā)生器的氧氣優(yōu)選通過(guò)廢氣中的空氣提供，或者可選擇地通過(guò)用于空氣的獨(dú)立供應(yīng)流體線路來(lái)提供空氣，所述供應(yīng)流體線路從廢氣流動(dòng)路徑外面提供空氣。如果冷焰氣體發(fā)生器被布置在廢氣流動(dòng)路徑外面，則空氣供應(yīng)部能夠通過(guò)采用熱交換器來(lái)預(yù)熱，所述熱交換器利用包含在廢氣中的熱能來(lái)預(yù)熱空氣。冷焰氣體供應(yīng)部還可包括用于冷焰氣體的儲(chǔ)藏器，該儲(chǔ)藏器能夠被布置成通過(guò)流體線路與冷焰氣體發(fā)生器及廢氣流動(dòng)路徑流體連通。儲(chǔ)藏器本身能夠被構(gòu)造為一列式 (inline)管道，其具有比用于連接冷焰氣體發(fā)生器與廢氣流動(dòng)路徑的流體線路更大的內(nèi)徑。應(yīng)當(dāng)根據(jù)儲(chǔ)藏器的期望存儲(chǔ)容量確定儲(chǔ)藏器管道的長(zhǎng)度?？蛇x擇地，儲(chǔ)藏器能夠被構(gòu)造為單獨(dú)的箱體，當(dāng)更大量的冷焰氣體需要被存儲(chǔ)時(shí)這是合適的。對(duì)于這兩種選擇，這里優(yōu)選提供旁通流體線路以使冷焰氣體能夠直接從冷焰氣體發(fā)生器流動(dòng)至廢氣流動(dòng)路徑而不需要流經(jīng)儲(chǔ)藏器。優(yōu)選在流體線路(包括任何旁通流體線路)中還提供了閥裝置，所述閥裝置調(diào)節(jié)冷焰氣體從冷焰氣體發(fā)生器向儲(chǔ)藏器和/或向廢氣流動(dòng)路徑的流動(dòng)，和從儲(chǔ)藏器向廢氣流動(dòng)路徑的流動(dòng)。廢氣流動(dòng)路徑因此能夠接收可控量的冷焰氣體。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)藏器包括加熱裝置，以使存儲(chǔ)在儲(chǔ)藏器中的冷焰氣體的溫度保持在冷焰氣體的冷凝點(diǎn)以上。加熱裝置可以包括熱交換器和用于連接熱交換器與廢氣流動(dòng)路徑的流體線路，以使冷焰氣體能夠被廢氣加熱。優(yōu)選地，在流體線路中還提供了閥裝置，以使冷焰氣體的溫度能夠保持在期望溫度區(qū)間內(nèi)，其位于冷焰氣體的冷凝點(diǎn)以上。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，廢氣被用于加熱冷焰氣體發(fā)生器。這能夠以與加熱冷焰氣體儲(chǔ)藏器相同的方式實(shí)現(xiàn)，如上文所描述的?；蛘?，也可通過(guò)其它方式加熱儲(chǔ)藏器和冷焰氣體發(fā)生器，例如一個(gè)或者多個(gè)電加熱器。在廢氣清潔設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括廢氣返回回路(EGR回路)，在廢氣流動(dòng)路徑內(nèi)流動(dòng)的一部分廢氣能夠通過(guò)該廢氣回路返回至燃燒室。EGR回路包括流體線路，所述流體線路優(yōu)選從廢氣流動(dòng)路徑混合區(qū)下游延伸并且延伸至燃燒室。該流體線路優(yōu)選設(shè)有閥裝置以便能夠調(diào)節(jié)返回至燃燒室的廢氣的量。一般，至多40%的廢氣能夠通過(guò) EGR回路返回。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，EGR回路包括EGR回路顆粒過(guò)濾器，以使能夠去除仍未被冷焰氣體氧化的任何顆粒物質(zhì)例如煙灰顆粒。為了便于EGR回路顆粒過(guò)濾器的復(fù)原， 它被布置為與冷焰氣體供應(yīng)部流體連通。能夠由從用于冷焰氣體的儲(chǔ)藏器或者冷焰氣體發(fā)生器延伸至EGR回路顆粒過(guò)濾器的流體線路實(shí)現(xiàn)該流體連通。優(yōu)選地，在流體線路中提供了閥裝置，以便能夠控制和調(diào)節(jié)冷焰氣體向EGR回路顆粒過(guò)濾器的流動(dòng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，廢氣流動(dòng)路徑還設(shè)有廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器，以使在冷焰氣體被噴射到廢氣流動(dòng)路徑之前廢氣流經(jīng)廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器。在冷焰氣體被噴射到廢氣中之前，至少一部分顆粒物質(zhì)(例如煙灰顆粒)能夠從廢氣中被去除。廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器能夠進(jìn)一步被布置成與冷焰氣體供應(yīng)部流體連通，以使能夠通過(guò)冷焰氣體使廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器復(fù)原。能夠通過(guò)從用于冷焰氣體的儲(chǔ)藏器或者冷焰氣體發(fā)生器延伸至廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器的流體線路實(shí)現(xiàn)該流體連通。優(yōu)選在流體線路中設(shè)有閥裝置，以便能夠控制和調(diào)節(jié)冷焰氣體向廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器的流動(dòng)。對(duì)于如何能夠通過(guò)冷焰氣體復(fù)原顆粒過(guò)濾器的更全面的解釋，請(qǐng)參考本申請(qǐng)人擁有的國(guó)際專利申請(qǐng) PCT/N02008/000309 和 PCT/N02008/00310。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在廢氣流動(dòng)路徑中EGR回路的下游提供了氧化催化劑。氧化催化劑將去除未被冷焰氣體氧化的碳?xì)浠衔锖虲O。為了調(diào)節(jié)氧化催化劑內(nèi)的溫度并且確保在氧化催化劑中存在足夠的氧氣以用于氧化過(guò)程，廢氣流動(dòng)路徑能夠在氧化催化劑上游提供空氣供應(yīng)裝置，以在廢氣進(jìn)入氧化催化劑之前使空氣被供給至廢氣流動(dòng)路徑中。在此還提供了用于清潔燃燒室中的燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的廢氣的方法，其中廢氣在廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)，所述廢氣流動(dòng)路徑被布置為與燃燒室流體連通。所述方法包括以下步驟提供冷焰氣體；以及將冷焰氣體噴射到在廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的廢氣中。以此方式至少部分地從廢氣中去除雜質(zhì)，例如NOx和/或顆粒物質(zhì)(例如煙灰)和/或碳?xì)浠衔?。燃燒室可以是?nèi)燃機(jī)(例如壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)(不嚴(yán)格地被稱為柴油機(jī))或者奧托發(fā)動(dòng)機(jī))的一部分。廢氣通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑(例如管道、管子、軟管或者用于傳導(dǎo)廢氣的任何其它適合的裝置)從燃燒室中去除。燃燒室還可以是基于例如煤炭或者任何其它可燃燒材料的燃燒過(guò)程的焚化設(shè)備或者發(fā)電設(shè)備的一部分。本發(fā)明的其它應(yīng)用領(lǐng)域同樣是容易想象的。燃燒室是發(fā)生可燃燒材料的燃燒且產(chǎn)生需要清潔的廢氣的地方。燃燒室顯然能夠根據(jù)應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域(即，用在發(fā)動(dòng)機(jī)中的、用在焚化設(shè)備中的、以及用在發(fā)電設(shè)備等中的)而采用很多不同的形式。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟提供一個(gè)混合室，廢氣流經(jīng)所述混合室并且噴射冷焰氣體以使冷焰氣體與廢氣在混合室中混合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟提供混合裝置以用于增強(qiáng)廢氣與冷焰氣體的混合。如上文所描述的，此類混合裝置可包括多孔材料，廢氣與冷焰氣體流經(jīng)所述多孔材料并以此方式兩種氣體被混合。可選擇地，在混合室中還可設(shè)置葉片或者其它類型的機(jī)械混合裝置，從而在流體流中產(chǎn)生渦流，這會(huì)增強(qiáng)廢氣與冷焰氣體的混合。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟在冷焰氣體發(fā)生器中產(chǎn)生冷焰氣體。如上文所描述的，冷焰氣體為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟將已由冷焰氣體發(fā)生器產(chǎn)生的冷焰氣體存儲(chǔ)在儲(chǔ)藏器中。如上文所描述的，儲(chǔ)藏器可被構(gòu)造為一列式(inline)管道，該管道具有比連接冷焰氣體發(fā)生器與廢氣流動(dòng)路徑的流體線路更大的直徑。或者，儲(chǔ)藏器被構(gòu)造為較大的容器。在這兩種情況下均可設(shè)置旁通流體線路以使冷焰氣體可從冷焰氣體發(fā)生器直接流向廢氣流動(dòng)路徑。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟加熱存儲(chǔ)在儲(chǔ)藏器中的冷焰氣體以使冷焰氣體的溫度保持在冷焰氣體的冷凝點(diǎn)以上。如上文所描述的，可使用熱交換器執(zhí)行加熱，所述熱交換器被布置成與廢氣流動(dòng)路徑流體連通，以使包含在廢氣中的熱能能夠被用于加熱儲(chǔ)藏器中的冷焰氣體或者將冷焰氣體保持在冷凝點(diǎn)以上的穩(wěn)定溫度。 加熱或者將儲(chǔ)藏器中的冷焰氣體保持在冷凝點(diǎn)以上的溫度的一種選擇能夠是使用一個(gè)或者多個(gè)常規(guī)電加熱元件。冷焰氣體發(fā)生器還能夠通過(guò)使用廢氣中的熱能或者通過(guò)使用電加熱元件以相同的方式被加熱或者保持溫暖。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟使在廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的廢氣的一部分沿EGR回路返回至燃燒室。如上文所描述的，EGR回路包括連接至廢氣流動(dòng)路徑及燃燒室的流體線路。另外，所述方法包括以下步驟通過(guò)在EGR回路中提供EGR 回路顆粒過(guò)濾器來(lái)去除在EGR回路中流動(dòng)的廢氣中的顆粒。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟將EGR回路顆粒過(guò)濾器布置成與冷焰氣體供應(yīng)部流體連通，以使EGR回路顆粒過(guò)濾器能夠通過(guò)冷焰氣體復(fù)原。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟在廢氣流動(dòng)路徑中提供廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器。正如在EGR回路中，所述方法可進(jìn)一步包括以下步驟將廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器布置成與冷焰氣體供應(yīng)部流體連通，以使廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器能夠通過(guò)冷焰氣體復(fù)原。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟在廢氣流動(dòng)路徑中在冷焰氣體噴射的下游提供氧化催化劑。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以下步驟將空氣噴射到廢氣流動(dòng)路徑氧化催化劑的上游，以使氧化催化劑中的溫度能夠被調(diào)節(jié)并且能夠確保氧化催化劑中用于氧化過(guò)程的足夠氧氣。這里還提供了使用冷焰氣體去除廢氣中的雜質(zhì)(例如NOx和/或顆粒物質(zhì)(例如煙灰)和/或碳?xì)浠衔?，通過(guò)將冷焰氣體噴射到廢氣中而去除廢氣中的雜質(zhì)，在此廢氣可從例如內(nèi)燃機(jī)、焚化設(shè)備、發(fā)電設(shè)備等中的燃燒過(guò)程中產(chǎn)生。接下來(lái)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，其中

圖1示出了本發(fā)明的第一個(gè)示意性繪制的實(shí)施例。圖2示出了本發(fā)明的第二個(gè)示意性繪制的實(shí)施例。圖3示出了本發(fā)明的第三個(gè)示意性繪制的實(shí)施例。圖4示出了本發(fā)明的第四個(gè)示意性繪制的實(shí)施例。圖5示出了本發(fā)明的第五個(gè)示意性繪制的實(shí)施例。圖6示出了本發(fā)明的第六個(gè)示意性繪制的實(shí)施例。圖7示出了本發(fā)明的第六個(gè)示意性繪制的實(shí)施例。圖1示出了廢氣清潔設(shè)備100的第一個(gè)實(shí)施例。用于碳?xì)浠衔锶剂?例如柴油)的燃料箱10通過(guò)流體線路50連接至燃燒室12。冷焰氣體發(fā)生器16通過(guò)流體線路53 連接至燃料箱10。閥裝置80控制并且調(diào)節(jié)燃料從燃料箱10到冷焰氣體發(fā)生器16的流動(dòng)。 空氣供應(yīng)部17通過(guò)流體線路M連接至冷焰氣體發(fā)生器16。在圖中未示出對(duì)于空氣供應(yīng)部 17來(lái)說(shuō)的所需裝置，例如空氣壓縮機(jī)、過(guò)濾器或者閥裝置。如果在燃燒室12中燃燒的可燃物質(zhì)不是液體或者氣體形式(這在焚化設(shè)備或者發(fā)電設(shè)備的情況下可能發(fā)生)，廢氣清潔設(shè)備100優(yōu)選包括供給裝置(圖中未示出)，用于將可燃物質(zhì)供給到燃燒室內(nèi)。在此情況下，燃料箱10優(yōu)選僅向冷焰氣體發(fā)生器16供給碳?xì)浠衔锶剂稀；旌鲜?4通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑51連接至燃燒室12?；旌鲜夷軌蚴菑U氣流體管道本身的一部分，與廢氣流動(dòng)路徑相比流體線路截面具有增大的直徑，或者混合室為一容器?；旌鲜?4可設(shè)有用于增強(qiáng)廢氣與冷焰氣體的混合的混合裝置。在混合室14之后，廢氣通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑52離開。廢氣流動(dòng)路徑51、52可以是管道、管子、軟管或者適于傳輸廢氣的其它合適裝置。冷焰氣體發(fā)生器16通過(guò)流體線路55連接至混合室14。閥裝置81控制并調(diào)節(jié)冷焰氣體從冷焰氣體發(fā)生器16至混合室14的流動(dòng)。圖2示出了與圖1中所示實(shí)施例類似的實(shí)施例。在此實(shí)施例中，冷焰氣體發(fā)生器 16設(shè)置成與燃燒室12和混合室14之間的廢氣流動(dòng)路徑呈一列式的。廢氣流動(dòng)路徑56連接燃燒室12與冷焰氣體發(fā)生器16，而廢氣流動(dòng)路徑57連接冷焰氣體發(fā)生器16與混合室14。還可將冷焰氣體發(fā)生器16與混合室14組成為一個(gè)單元。這樣的話廢氣流動(dòng)路徑57 就是多余的。通過(guò)廢氣中的空氣提供冷焰氣體的產(chǎn)生中所需的氧氣。另外，供應(yīng)流體線路 59給冷焰氣體發(fā)生器16提供燃料。閥裝置83控制并且調(diào)節(jié)燃料從燃料箱10到冷焰氣體發(fā)生器16的流動(dòng)。圖3示出了廢氣清潔設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例，在此提供了用于冷焰氣體的儲(chǔ)藏器 18。提供該儲(chǔ)藏器18確保了在需要時(shí)(例如在內(nèi)燃機(jī)的全進(jìn)氣期間)存在足夠的冷焰氣體儲(chǔ)備可用。本發(fā)明的此實(shí)施例中示出的儲(chǔ)藏器是一列式儲(chǔ)藏器，其可由直徑大于流體線路60、61的某一長(zhǎng)度的管子、軟管等形成。如前所述，燃燒室12通過(guò)流體線路50連接至燃料箱10并且通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑51連接至混合室14。冷焰氣體發(fā)生器16通過(guò)流體線路53 連接至燃料箱10并且通過(guò)流體線路60連接至儲(chǔ)藏器18。如果在燃燒室12中燃燒的可燃物質(zhì)不是液體或者氣體形式(這能夠在焚化設(shè)備或者發(fā)電設(shè)備情況下發(fā)生)，則廢氣清潔設(shè)備100優(yōu)選包括用于將可燃物質(zhì)供給至燃燒室中的供給裝置(圖中未示出)。在此情況下，燃料箱10優(yōu)選僅向冷焰氣體發(fā)生器16供給碳?xì)浠衔锶剂?。?chǔ)藏器通過(guò)流體線路61連接至混合室14。閥裝置80控制并調(diào)節(jié)燃料從燃料箱 10至冷焰氣體發(fā)生器16的流動(dòng)。閥裝置84控制并調(diào)節(jié)冷焰氣體從冷焰氣體發(fā)生器16至儲(chǔ)藏器18的流動(dòng)，而閥裝置85控制并調(diào)節(jié)冷焰氣體從儲(chǔ)藏器18至混合室14的流動(dòng)。如前所述，冷焰氣體發(fā)生器通過(guò)流體線路M連接至空氣供應(yīng)部17并且廢氣在被清潔后通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑52離開混合室14。圖4示出了具有用于冷焰氣體的儲(chǔ)藏器20的廢氣清潔設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例。冷焰氣體發(fā)生器16通過(guò)流體線路62連接至混合室14。儲(chǔ)藏器20通過(guò)與流體線路62連接的流體線路63連接至冷焰氣體發(fā)生器16 (如圖中示出的)，或者直接連接至冷焰氣體發(fā)生器 16。閥裝置87控制并調(diào)節(jié)流體從冷焰氣體發(fā)生器16至儲(chǔ)藏器20的流動(dòng)。儲(chǔ)藏器20通過(guò)與流體線路62連接的流體線路64連接至混合室14 (如圖中示出的)，或者直接連接至混合室14。閥裝置88控制并調(diào)節(jié)冷焰氣體從儲(chǔ)藏器20至混合室14的流動(dòng)。閥裝置86控制并調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)流體線路62直接到達(dá)混合室14的冷焰氣體的流動(dòng)。因此，如果閥裝置87、88被關(guān)閉，則流體線路62能夠?qū)τ趦?chǔ)藏器20起到旁通流體線路的作用。圖4中示出的其它特征與上文描述的相同并且在此不再?gòu)?fù)述。圖5示出了廢氣清潔設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例，其中包括EGR回路68。與上文中一樣，燃料箱10通過(guò)流體線路50連接至燃燒室12。燃燒室12通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑51連接至混合室14。在混合室14之后，廢氣通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑52離開。冷焰氣體發(fā)生器16通過(guò)流體線路53連接至燃料箱10，并且閥裝置80控制并調(diào)節(jié)碳?xì)浠衔锶剂现晾溲鏆怏w發(fā)生器 16的流動(dòng)?？諝夤?yīng)部17通過(guò)流體線路M向冷焰氣體發(fā)生器16供應(yīng)空氣。如果在燃燒室12中燃燒的可燃物質(zhì)不是液體或者氣體形式(這能夠在焚化設(shè)備或者發(fā)電設(shè)備情況下發(fā)生)，廢氣清潔設(shè)備100優(yōu)選包括用于將可燃物質(zhì)供給至燃燒室中的供給裝置(圖中未示出)。在此情況下，燃料箱10優(yōu)選僅向冷焰氣體發(fā)生器16供給碳?xì)浠衔锶剂稀＠溲鏆怏w發(fā)生器16通過(guò)流體線路65和66連接至混合室14。閥裝置89控制并調(diào)節(jié)冷焰氣體從冷焰氣體發(fā)生器16到混合室14的流動(dòng)。EGR回路(在它的最簡(jiǎn)單形式中) 包括流體線路68，其被連接至廢氣流動(dòng)路徑52 (如圖中示出的)，或者可選擇地連被接至廢氣流動(dòng)路徑51，以及被連接至燃燒室12 (這在圖中未示出)以使一部分廢氣能夠返回至燃燒室12。閥裝置91控制并調(diào)節(jié)廢氣通過(guò)EGR回路的流動(dòng)。圖5中示出的EGR回路也樣包括用于去除可存在于廢氣中的任何顆粒物質(zhì)(例如煙灰)的EGR回路顆粒過(guò)濾器。顆粒過(guò)濾器通過(guò)上述流體線路68連接至廢氣流動(dòng)路徑51、52，以及通過(guò)流體線路69連接至燃燒室 12。另外，流體線路67將EGR回路顆粒過(guò)濾器22連接至流體線路65且因此連接至冷焰氣體發(fā)生器16，以使得EGR回路顆粒過(guò)濾器22能夠在被煙灰阻塞時(shí)復(fù)原。閥裝置90控制并調(diào)節(jié)冷焰氣體從冷焰氣體發(fā)生器16至EGR回路顆粒過(guò)濾器22的流動(dòng)。圖6示出了廢氣清潔設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例，其中包括參照?qǐng)D4中示出的實(shí)施例描述的儲(chǔ)藏器20 ；參照?qǐng)D5中示出的實(shí)施例描述的EGR回路；參照除圖2中實(shí)施例外的所有實(shí)施例描述的冷焰氣體發(fā)生器16 ；以及參照?qǐng)D1示出的實(shí)施例描述的燃燒室12和混合室14。因此不再描述這些特征。圖6中示出的實(shí)施例也包括通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑73連接至燃燒室12且通過(guò)廢氣流動(dòng)路徑74連接至混合室14的廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器M。廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器M還通過(guò)流體線路70和71連接至冷焰氣體發(fā)生器，以使得當(dāng)廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器M被煙灰堵塞時(shí)能夠進(jìn)行廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器M的復(fù)原。閥裝置 92控制冷焰氣體從冷焰氣體發(fā)生器16至廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器M的流動(dòng)。EGR回路顆粒過(guò)濾器22通過(guò)流體線路70和72連接至冷焰氣體發(fā)生發(fā)生器16，以使得當(dāng)EGR回路顆粒過(guò)濾器22被煙灰阻塞時(shí)能夠復(fù)原。閥裝置93控制并調(diào)節(jié)冷焰氣體從冷焰氣體發(fā)生器16 至EGR回路顆粒過(guò)濾器22的流動(dòng)。在廢氣清潔設(shè)備100的此實(shí)施例中，還包括布置在混合室14下游的氧化催化劑26。氧化催化劑沈氧化那些在混合室14后仍存在于廢氣中的物質(zhì)(例如碳?xì)浠衔锖虲O)。另外，空氣供應(yīng)部觀可被連接至廢氣流動(dòng)路徑79，以使得空氣能夠在進(jìn)入氧化催化劑沈中之前被供給至廢氣中?？諝獾脑黾幽軌虮挥糜诳刂蒲趸呋瘎?6中的溫度并確保存在足夠的氧氣以用于氧化過(guò)程。閥裝置97控制并調(diào)節(jié)空氣進(jìn)入廢氣流動(dòng)路徑79的流動(dòng)。圖7示出了廢氣清潔設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例，其類似于圖3中示出的實(shí)施例。然而，圖7中的實(shí)施例包括用于儲(chǔ)藏器18的加熱裝置30和用于冷焰氣體發(fā)生器16的加熱裝置32。如本發(fā)明的此實(shí)施例中示出的，加熱裝置30、32可以是利用廢氣中的熱能來(lái)加熱儲(chǔ)藏器18中或者冷焰氣體發(fā)生器16中的冷焰氣體的熱交換器。加熱裝置32被連接至廢氣流動(dòng)路徑51 (如圖中示出的)，或者可選擇地，通過(guò)用于輸入廢氣的流體線路75和77以及用于輸出廢氣的流體線路78和76被連接至廢氣流動(dòng)路徑52。閥裝置96根據(jù)儲(chǔ)藏器18中的冷焰氣體的溫度(該溫度必須保持在冷焰氣體的冷凝點(diǎn)以上)來(lái)控制并調(diào)節(jié)通過(guò)加熱裝置30的廢氣的流動(dòng)。類似地，加熱裝置32被連接至廢氣流動(dòng)路徑51，或者通過(guò)用于輸入廢氣的流體線路75和用于輸出廢氣的流體線路76可選擇地被連接至廢氣流動(dòng)路徑52。閥裝置95控制并調(diào)節(jié)廢氣通過(guò)加熱裝置32的流動(dòng)。也可包括閥裝置94。圖7中示出的其它特征已結(jié)合圖3中示出的實(shí)施例進(jìn)行了描述并且在此不再?gòu)?fù)述。雖然在圖上未示出，但圖中示出的本發(fā)明所有實(shí)施例均包括控制單元，所述控制單元記錄溫度、壓力和其它相關(guān)測(cè)量值并且根據(jù)所述測(cè)量值控制閥裝置和廢氣清潔設(shè)備 100的其它可控功能。另外，為了清晰的目的，與本發(fā)明不相關(guān)的特征在圖上未示出。然而，當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明的特征時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能夠立即增加這些特征。
權(quán)利要求
1.一種廢氣清潔設(shè)備，用于清潔燃燒室中的燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的廢氣，所述廢氣清潔設(shè)備包括-廢氣流動(dòng)路徑，被布置成與所述燃燒室流體連通且廢氣從中流過(guò)，和-冷焰氣體供應(yīng)部，所述冷焰氣體供應(yīng)部提供冷焰氣體，其特征在于，所述冷焰氣體供應(yīng)部被布置成與所述廢氣流動(dòng)路徑流體連通，以使所述冷焰氣體能夠被噴射到在廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的廢氣中，并且因此至少部分地去除存在于廢氣中的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，所述廢氣流動(dòng)路徑設(shè)置有混合室，廢氣流經(jīng)所述混合室且冷焰氣體與廢氣在所述混合室中被混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，所述混合室設(shè)置有混合裝置，用于增強(qiáng)廢氣與冷焰氣體的混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，所述冷焰氣體供應(yīng)部包括冷焰氣體發(fā)生器，所述冷焰氣體發(fā)生器被布置成與所述廢氣流動(dòng)路徑流體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，所述冷焰氣體供應(yīng)部包括用于冷焰氣體的儲(chǔ)藏器，所述儲(chǔ)藏器被布置成與所述冷焰氣體發(fā)生器及廢氣流動(dòng)路徑流體連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，所述儲(chǔ)藏器包括加熱裝置，以使儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)藏器中的冷焰氣體的溫度保持在冷焰氣體的冷凝點(diǎn)以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢氣清潔，其特征在于，所述加熱裝置包括熱交換器，其中所述冷焰氣體由廢氣加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的廢氣清潔，其特征在于，廢氣清潔設(shè)備進(jìn)一步包括EGR回路，在廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的一部分廢氣通過(guò)所述EGR回路返回至所述燃燒室。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢氣清潔，其特征在于，所述EGR回路包括EGR回路顆粒過(guò)濾器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，所述EGR回路顆粒過(guò)濾器被布置成與冷焰氣體供應(yīng)部流體連通，以使EGR 回路顆粒過(guò)濾器能夠通過(guò)冷焰氣體復(fù)原。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，廢氣流動(dòng)路徑設(shè)置有廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器，以使得在冷焰氣體被噴射至廢氣流動(dòng)路徑中之前廢氣流經(jīng)所述廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，所述廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器被布置成與冷焰氣體供應(yīng)部流體連通，以使得廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器能夠通過(guò)冷焰氣體復(fù)原。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢氣清潔設(shè)備，其特征在于，所述冷焰氣體發(fā)生器被布置在所述廢氣流動(dòng)路徑中。
14.一種清潔燃燒室中的燃燒過(guò)程產(chǎn)生的廢氣的方法，并且其中廢氣在布置成與所述燃燒室流體連通的廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)，其特征在于，所述方法包括以下步驟-提供冷焰氣體，和-將所述冷焰氣體噴射到在廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的廢氣中，從而至少部分地從廢氣中去除存在于廢氣中的雜質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟提供廢氣流經(jīng)的混合室和噴射冷焰氣體，以使冷焰氣體與廢氣在所述混合室中混合。
16.根據(jù)權(quán)利要求14-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟提供混合裝置以增強(qiáng)廢氣與冷焰氣體的混合。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟在冷焰氣體發(fā)生器中產(chǎn)生冷焰氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟將已由所述冷焰氣體發(fā)生器產(chǎn)生的冷焰氣體存儲(chǔ)在儲(chǔ)藏器中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟加熱存儲(chǔ)在所述儲(chǔ)藏器中的冷焰氣體，以使所述冷焰氣體的溫度保持在所述冷焰氣體的冷凝點(diǎn)以上。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟使在所述廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的一部分廢氣沿EGR回路返回至所述燃燒室。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟通過(guò)在所述EGR回路中提供EGR顆粒過(guò)濾器來(lái)去除在所述EGR回路中流動(dòng)的廢氣中的顆粒。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟將所述EGR回路顆粒過(guò)濾器布置成與所述冷焰氣體供應(yīng)部流體連通，以使得所述EGR回路顆粒過(guò)濾器能夠通過(guò)冷焰氣體復(fù)原。
23.根據(jù)權(quán)利要求14-22中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟在所述廢氣流動(dòng)路徑中提供廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述方法包括以下步驟將所述廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器布置成與所述冷焰氣體供應(yīng)部流體連通，以使得所述廢氣流動(dòng)路徑顆粒過(guò)濾器能夠通過(guò)冷焰氣體復(fù)原。
25.冷焰氣體的應(yīng)用，通過(guò)將所述冷焰氣體噴射到廢氣中而去除存在于廢氣中的雜質(zhì)。
全文摘要
本申請(qǐng)描述了一種用于清潔燃燒室中的燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的廢氣的廢氣清潔設(shè)備。所述廢氣清潔設(shè)備包括廢氣流動(dòng)路徑，其被布置成與燃燒室流體連通并且廢氣從中流過(guò)；和冷焰氣體供應(yīng)部，用于提供冷焰氣體。冷焰氣體供應(yīng)部被布置成與廢氣流動(dòng)路徑流體連通以使冷焰氣體能夠被噴射到在廢氣流動(dòng)路徑中流動(dòng)的廢氣，并且因此至少部分地去除存在于廢氣中的雜質(zhì)如顆粒物、NOx和碳?xì)浠衔?。本申?qǐng)還描述了一種用于清潔廢氣的方法。
文檔編號(hào)F23J15/02GK102439361SQ201080018471
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者卡雷·克里斯蒂安森, 達(dá)格·奧弗雷博 申請(qǐng)人:酷焰技術(shù)有限公司