CN1891986A - 再生组合件 - Google Patents

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CN1891986A
CN1891986A CNA2006100956665A CN200610095666A CN1891986A CN 1891986 A CN1891986 A CN 1891986A CN A2006100956665 A CNA2006100956665 A CN A2006100956665A CN 200610095666 A CN200610095666 A CN 200610095666A CN 1891986 A CN1891986 A CN 1891986A
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C·Y·梁
G·J·考夫曼
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Abstract

一种再生组合件包括一第一部分，该第一部分具有连接于一燃烧器头部的一燃烧室。该再生组合件还包括一第二部分，该第二部分包括一壳体。第一部分可拆卸地连接于第二部分。

Description

再生组合件
技术领域
本发明涉及一种再生组合件，尤其涉及一种被构造成用来提高被导向一微粒捕集器的废气的温度的再生组合件。
背景技术
包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机和其它本领域已知的发动机之类的发动机会排出复杂的空气污染物的混合物。这些空气污染物可由气态和固态材料组成，比如微粒物质。微粒物质可包括灰分以及被称为煤灰的未燃烧碳颗粒。
由于对环境的日益关注，一些发动机制造商开发出了用来在发动机废气离开发动机时对其进行处理的***。这些***中的一些采用诸如微粒捕集器的废气处理装置以将微粒物质从废气流中去除。一个微粒捕集器可包括设计用来捕集微粒物质的过滤材料。然而，在使用较长时间之后，过滤材料会变得部分地吸饱了微粒物质，从而阻碍微粒捕集器捕集微粒的能力。
可利用一种被称为再生的工艺从过滤材料中去除被收集的微粒物质。可通过将过滤材料和被捕集的微粒物质的温度提升到微粒物质的燃烧温度以上以将微粒物质燃尽来使微粒捕集器再生。这一温度升高可通过各种方式来完成。例如，一些***采用一加热元件以直接加热微粒捕集器的一个或多个部分(例如过滤材料或外部壳体)。其它***被构造成用来在微粒捕集器的上游加热废气。加热后的气体随后流经微粒捕集器并向过滤材料和被捕集的微粒物质传送热量。这样的***可改变诸如燃烧室中空气对燃油的比率之类的一个或多个发动机操作参数以产生被升温的废气。或者，这样的***可用例如在导向微粒捕集器的一根废气管中的一燃烧器来加热微粒捕集器的上游的废气。
这种***之一由1987年3月24日授予Brighton的美国专利4,651,524(‘524专利)中有所揭示。‘524专利揭示了一种废气处理***，该***被构造成用一个燃烧器来提高废气的温度。
虽然‘524专利的***可提高微粒捕集器的温度，但‘524专利的再生装置并没有被构造成使该装置的一部分可结合该装置的、具有不同的尺寸和形状的其它的发动机特定部分来使用。另外，在该专利中描述的再生装置太大，无法作为发动机总成的一部分。结果，将再生装置和发动机***精确地对准在一起就变得较困难。
本发明的再生组合件旨在克服以上一个或多个问题。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，一种再生组合件包括一第一部分，该第一部分具有连接于一燃烧器头部的一燃烧室。该再生组合件还包括一第二部分，该第二部分包括一壳体。第一部分可拆卸地连接于第二部分。
在本发明的另一个示例性实施例中，一种再生组合件包括一通用的第一部分，该第一部分包括连接于一燃烧器头部的一燃烧室。该燃烧室形成一第一燃烧区。该再生组合件还包括具有一壳体的一第二部分，该壳体形成一第二燃烧区。通用的第一部分的燃烧室基本上位于壳体中。第一燃烧区由连接于燃烧室的一稳定器基本上与第二燃烧区隔绝。
在本发明的再一个示例性实施例中，一种使用一再生组合件再生一过滤器的方法包括：将一股可燃烧物质喷进该再生组合件的一第一燃烧区中；将一股氧气引导到再生组合件的第一燃烧区中；以及，在第一燃烧区中部分燃烧可燃烧物质。该方法还包括：将一股废气引导到再生组合件的一第二燃烧区；以及，将第二燃烧区中剩余的被喷射的可燃烧物质流基本完全燃尽。
附图说明
图1是根据本发明的一个示例性实施例再生装置的示意图。
图2是根据本发明的另一个示例性实施例的、连接于一动力源的再生装置的示意图。
图3是根据本发明的再一个示例性实施例的、连接于一动力源的再生装置的示意图。
图4是根据本发明的又一个示例性实施例的、连接于一动力源的再生装置的示意图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的一个示例性实施例的再生组合件10可包括第一部分12和第二部分14。第一部分12可包括连接于一燃烧器头部16的一燃烧室18。第一部分12还可包括一点火器20、一喷射器22、一离心式喷嘴24和一稳定器26。第二部分14可包括一壳体30，而该壳体30可包括一废气进口32和一出口34。第一部分12可拆卸地连接于第二部分14。如图1所示，再生组合件10可包括一连接组合件25，该连接组合件被构造成帮助第一部分12可拆卸地连接于第二部分14。此外，如在以下将详细描述的，第一部分12可为通用的第一部分，它的尺寸、形状和/或构造被设置成可与具有不同的尺寸、形状和/或其它构造的第二部分14一起使用。
燃烧器头部16可为例如一总管、一盖子或其它可支承一再生组合件的诸组件的其它结构。如图1所示，点火器20、喷射器22和离心式喷嘴24可安装于燃烧器头部16和/或由其支承。燃烧器头部16可由本领域已知的任何一种可承受特定的再生温度的材料制成。这样的材料可包括例如铂、钢、铝和/或它们的任意一种合金。此外，燃烧器头部16可由铸铁或任何其它的铸造材料制成。
如图1所示，燃烧器头部16可包括一气体进口28。燃烧器头部16可与燃烧室18流体连接并可被构造成将一股气流从气体进口28引导到燃烧室18中。在一个示例性实施例中，气流可包括环境空气和/或经过滤的发动机废气。此外，燃烧器头部16还可包括例如一法兰15和/或其它被构造成用来帮助将燃烧器头部16可拆卸地联结于再生组合件10的壳体30的结构。壳体30可包括一相应的法兰17，该法兰被构造成与燃烧器头部16的法兰15相匹配。在这样的实施例中，可将连接组合件25构造成将法兰15、17连接在一起。虽然在图1中是示意性地显示，但可以理解的是，连接组合件25可包括例如一个或多个带状夹(band clamp)、螺栓、螺丝、连杆和/或其它可以将两个装置可拆卸地连接和/或联结在一起的结构或装置。可以理解的是在本发明的其它实施例中可省略法兰15、17的一个或两个。
燃烧室18可连接于燃烧器头部16并可与燃烧器头部16的任意的流体管道或通道(未示出)流体连接，从而可将进入燃烧器头部16的气体进口28的气体引向燃烧室18。燃烧室18可由本领域已知的例如Hastelloy的任意一种高温防腐蚀合金制成。或者，燃烧室可由以上关于燃烧器头部16的金属和/或合金中的任意一种制成。燃烧室18可为本领域已知的任意的尺寸、形状和/或结构。如图1所示，在一个示例性实施例中，燃烧室18可大致为圆柱形并基本上完全位于壳体30中。燃烧室18可在壳体30中形成第一燃烧区40。可以理解的是：要求使再生组合件10的整体尺寸最小，而且使燃烧室18的体积最小可有助于使再生组合件10的尺寸最小。燃烧室18可具有常用的适于安全地容纳一燃烧反应的壁厚。
点火器20可为任何的可点燃一可燃烧物质的装置。在本发明的一个示例性实施例中，点火器20可包括例如一火花塞、电热塞、等离子点火器、表面型点火器(surface-type igniter)和/或任何本领域已知的其它点火装置。所使用的点火器20的类型可根据各种因素来确定，包括例如所需的速度和/或在使用中点火器20将可燃烧物质点燃的可靠性、点火器点火的持续时间以及燃烧器头部16的空间限界。点火器20可由可抵抗形成在点火器20的一个电极(未示出)上的碳沉积物所导致的污染的材料制成。可将点火器20构造成用来点燃燃烧室18附近的可燃烧物质。还可将点火器20构造成用来周期性地点火以点燃被输送给燃烧室18的可燃烧物质，点火器20还可被构造成用来基本上连续地点火以帮助稳定燃烧工艺。可以理解的是帮助稳定燃烧工艺可包括将燃烧火焰保持在一个恒定的强度上。
喷射器22可位于燃烧器头部16中，并可被构造成用来向燃烧室18输送可燃烧物质。喷射器22可为例如一压力横涡(pressure swirl)、空气助力、空气鼓风、双孔型的和/或本领域已知的其它类型的喷射器。喷射器22可包括例如一喷嘴、一流体雾化装置和/或任何其它可喷射和/或雾化被喷射的流体。在一个示例性实施例中，喷射器22的一端可形成多个孔，这些孔的尺寸、位置和/或构造被设置成可便于形成被喷流体的相对较细的薄雾和/或喷雾。可将喷射器22构造成用来基本上均匀地将可燃烧物质分配在燃烧室18中。还可将喷射器22构造成以所要求的角度将可燃烧物质分配在燃烧室18中。
在一个示例性实施例中，喷射器22可为一双孔喷嘴，该喷嘴被构造成用来可控制地输送两股分离的流体流。如图4所示，可通过一先导管19和一辅助管23将可燃烧物质供应给这一喷射器22。管道19、23可由一相应的先导控制阀13和一辅助控制阀11以及/或者其它传统的流量控制装置独立控制。如图4中的虚线所示，可将阀门13、11可控制地连接于一控制器46。可将一供应阀21构造成可控制地将一股可燃烧物质从一可燃烧物质源62引导到阀门13、11。还可将该供应阀21可控制地连接于该控制器46。
燃烧器头部16还可包括在喷射器22附近的一制冷剂进口60和一制冷剂出口68。如图4中所示，该制冷剂进口60可与动力源44的一制冷剂回路72流体连接。制冷剂进口60可将制冷剂从该制冷剂回路72引导到燃烧器头部16中的制冷剂管道(未示出)。制冷剂流可将喷射器22附近的燃烧器头部16部分冷却，而且可传导冷却喷射器22的一部分。供应给燃烧器头部16的制冷剂可通过制冷剂出口68流出燃烧器头部16并且继续流过制冷剂回路72。
如图4所示，一清洗管70也可与喷射器22流体连接。该清洗管70可流体连接于动力源44的进口总管74。可将清洗管70构造成一旦过滤器50的再生结束且不再向喷射器22供应可燃烧物质，则将一股清洗气体引导通过喷射器22。清洗气体可将所有残留在喷射器22中的可燃烧物质吹出喷射器22并吹入通过废气进口32流进再生组合件10的废气中。
再次参见图1，离心式喷嘴24可为任何的可帮助增加一加压流体流的横涡运动和/或紊流的装置。离心式喷嘴24可连接于燃烧器头部16并可被构造成有助于将供应给燃烧室18的可燃烧物质与供应给燃烧室18的气流混合。离心式喷嘴24可由以上关于燃烧器头部16的材料中的任意一种制成。在一个示例性实施例中，离心式喷嘴24和燃烧器头部16可为一单件式组合件。离心式喷嘴24可为任意一种能在流过其表面的气体中引起一种涡状和/或基本的环形运动的尺寸或形状。离心式喷嘴24可基本上为锥形或盘形，并且具有一个或多个缝隙、孔、孔口、鳍片和/或本领域已知的其它结构。在本发明的一个示例性实施例中，离心式喷嘴24还可具有一个或多个移动零件。
可以理解的是：因离心式喷嘴24而引起的气体的环形运动有助于将可燃烧物质和气流混合。还可以理解的是：由离心式喷嘴24造成的气体的涡状运动有助于将喷射器22所输送的一部分可燃烧物质引导到燃烧室18的壁处。该运动有助于加速聚积在燃烧室壁处的燃油的气化。这样，离心式喷嘴24可有助于将燃烧室壁的温度保持在所需的限度内。这种所需的限度可与燃烧室壁的熔点相对应。离心式喷嘴24所造成的气体运动还可导致热的燃烧产物再循环返回到燃烧室18所形成的第一燃烧区40中。燃烧过程中的再循环产物可帮助维持和/或稳定燃烧工艺。
如图1所示，一稳定器26可与燃烧室18的一端流体连接。该稳定器26可由以上所讨论的金属和/或合金中的任意一种制成。在一个示例性实施例中，稳定器26可由镍合金HX制成。稳定器26还可被构造成用来帮助将发生在第一燃烧区40中的一燃烧反应与通过废气进口32进入壳体30的废气基本上隔绝开。如这里所使用的，术语“基本上隔绝开”表示在第一燃烧区和第二燃烧区之间形成一可渗透的屏障，同时又使流经这两个区域之一的一流体的流量的波动最小。例如，稳定器26可有助于使燃烧室18中由于通过废气进口32被导向第二燃烧区38的废气流突然增加和/或减少而导致的流量波动最小。废气流量的这一突然变化可由例如发动机转速和/或负荷的快速增加和/或减小引起。稳定器26还可具有可用于保持第一燃烧区40和第二燃烧区38之间的流体连通性的形状和/或构造。例如，在这样的一个实施例中，稳定器26可为具有一个孔的基本上为圆形的盘。
如上所讨论的，壳体30可连接于燃烧器头部16，从而可将燃烧室18基本上放置于壳体30中并与壳体30流体连接。壳体30可由以上所讨论的材料中的任意一种形成。壳体30还可由例如高硅钢铸件(high silicone steel casting)或其它在燃烧环境中所使用的传统的高温材料制成。壳体30可具有可使对流经壳体30的流体流量的限制为最小和/或使所流经的流体所产生的压降最小的形状和/或构造。图2和3示出了这样的壳体30的示例性实施例。可以理解的是：该壳体30的尺寸和形状取决于再生组合件10所连接的动力源44的类型和/或尺寸。例如，壳体30可流体连接于涡轮机或其它能量提取组合件(energyextraction assembly)42且其相对于动力源44的朝向基本上为水平(图2)、基本上为垂直(图3)和/或为其它方向。
壳体30可足够长，从而基本上完全将点火器20和喷射器22在燃烧反应过程中所生成的火焰容纳在内。如图1所示，壳体30可包括一延长部分64以帮助将火焰基本上完全容纳。壳体30还可包括一弓形部分66。在一个示例性实施例中，该弓形部分66基本上可绕壳体30的整个***延伸并可被定位在相对于壳体30基本上与废气进口32相反的一端。该弓形部分66会便于使废气与从燃烧室18通向壳体30的可燃烧物质更加彻底地混合。弓形部分66还可在壳体30中提供额外的空间以补偿由例如通过废气进口32被导入壳体30的废气流所引起的火焰弯曲。结果，壳体30的弓形部分66可有助于使壳体30的外表面保持基本均匀的温度。可以理解的是：再生组合件10可包括例如诸支架、诸稳定器或其它传统的支承和/或减震装置(未示出)以帮助支承再生组合件10。这样的装置可连接于例如动力源44(图2-4)。
如上所提到的，第一部分12可为再生组合件10的一通用组件。在一个示例性实施例中，本发明的一单个燃烧器头部16/燃烧室18组合件的尺寸和/或构造可被设置成与具有不同尺寸、形状和其它构造的不同的壳体30连接。在这样的一个实施例中。每个不同的壳体30可根据尺寸和/或空间限制具体适配以符合其所连接的动力源44。可以理解的是：每个不同的壳体30的一部分可具有基本上类似的尺寸，从而可将通用燃烧器头部16与其连接并在将燃烧器头部16与壳体30连接时将通用燃烧室18放置在其中。
如上所讨论的，壳体30可有助于在燃烧室18的下游形成第二燃烧区38。壳体30还可包括废气进口32和出口34。一诊断装置36的一部分可位于壳体30中并被构造成用来感测通过该壳体的气流的特性。在一个示例性实施例中，该诊断装置36可位于壳体30的出口34和/或废气进口32的附近。诊断装置36可为例如温度、流量传感器、微粒传感器和/或任何其它本领域已知的传统传感器。诊断装置36还可与控制器电气连接(图4)。
工业适用性
所揭示的再生组合件10可用于帮助通过再生来清洗聚积在过滤器中的污染物。这样的过滤器可包括本领域已知的任意类型的过滤器，比如用于将污染物从液体流中析出的微粒过滤器。这样的过滤器以及再生组合件10可流体连接于例如柴油发动机或本领域已知的其它动力源44的废气出口。动力源44可用于任何需要动力供应的应用场合。例如，动力源44可用于向诸如发电机之类的固定装置或诸如车辆的其它移动装置供应动力。这样的车辆可包括例如汽车、工作机械(包括那些道路用或非道路用的)以及其它重型装置。
可将再生组合件10构造成可升高流经它的废气流的温度而不会有不希望的流量限制。由于流量限制最小，则再生组合件10可避免在再生组合件10的上游的废气管中产生背压以及/或者抑制动力源的性能。另外，再生组合件10可被构造成在出口34处产生具有所希望的被升温了的输出流。再生组合件10还可足够小，从而可装在动力源44上。结果，动力源制造商可容易地将再生组合件10与动力源44校准。除非特别指出，现在将参考图4来详细描述再生组合件10的工作情况。可以理解的是从图4中的控制器46开始并结束于控制器46的虚线代表电线或其它控制线。连接图4中诸组件的实线代表液体流管道。
由动力源44所产生的一股废气流可从动力源44经过能量提取组合件42并通过废气进口32进入再生组合件10。可以理解的是在本发明的一个示例性实施例中可将能量提取组合件省略。在正常的动力源工作条件下，可停止再生组合件10，而废气流可通过出口34并通过可捕集废气所携带的一部分污染物的微粒过滤器50。然而，在一段时间之后，过滤器50会吸饱含有所收集的污染物。被构造用来感测经过滤的流体和/或过滤器50的特征的诊断装置48可与过滤器50流体连接并与控制器46电气连接。诊断装置48可监测例如过滤器温度、流速、流体温度、过滤后流体微粒含量和/或过滤器50和/或流体的其它特性。诊断装置48可将这一信息传送给控制器46，而控制器46可利用该信息来确定过滤器50何时需要再生。如图4中的虚线所示，可以理解的是：控制器46还可利用从其它的***组件，比如连接于再生组合件10的动力源44和诊断装置36感测到的信息。该决定还可根据预定的再生时刻表、动力源44所燃烧的燃油加仑数和/或储存在控制器46的一存储器中的模型、算法或图表。
为了开始再生组合件10的工作，控制器46可至少部分地打开混合阀58以使小量的附加气体通过气体进口28进入再生组合件10。该气体可为一股除其它成分以外还包含氧气的环境空气54。该气体还可包括从过滤器50的下游抽出并被引导通过混合阀58的一股经过滤的废气56。该气体还可包括一股压缩空气55，该股压缩空气从例如一压缩器组合件(未示出)或动力源44的进口总管74被引导到再生组合件10。控制器46还可致动点火器以在燃烧室18的附近生成例如火花。控制器46可将供应阀21至少部分地打开，从而将一股可燃烧物质从可燃烧物质源62引导到喷射器22。如以上所讨论的，在本发明的一个实施例中，控制器46还可将先导控制阀13和/或辅助控制阀11至少部分地打开以帮助控制可燃烧物质的流量。可以理解的是可燃烧物质可为例如汽油、柴油燃料、重整油或任何其它传统的可燃烧流体。下面将把可燃烧物质称为燃油。
离心式喷嘴24(图1)可在燃烧室18内(图1)以一横涡运动的形式引导来自气体进口28的气体。该横涡流可帮助将燃油与气体混合。气体/燃油混合物可在有来自点火器20的火花的情况下点燃，而一部分被喷射的燃油可在第一燃烧区40(图1)中燃烧。在本发明的一个实施例中，控制器46可将最少量的气体引向再生组合件10的气体进口28。这一最少量的气体可只包括足够量的氧气以引发燃烧室18中的燃烧。结果，所喷射的燃油在燃烧室18中可以只是部分地燃烧。在这样的一个实施例中，可使用具有一小于传统的再生组合件燃烧室的容积的燃烧室18。结果，本发明的再生组合件10的整体尺寸可小于在其中燃烧燃油的、传统的再生组合件的整体尺寸。可以理解的是：可利用通过废气进口32进入再生组合件10的废气流中所含有的氧气来完成被喷射的燃油在第二燃烧区38(图1)中的燃烧。在再生组合件10的工作过程中，燃烧区40、38通过稳定器26(图1)基本上互相被隔绝。
控制器46可根据再生所需的温度来控制所喷射的燃油量。可以理解的是随着更多的燃油被喷射流出出口34的流体的温度将上升。控制器46还可根据所喷射的燃油量和所希望的温度来控制供应给气体进口28的相对的气体量。所希望的温度可为例如可使过滤器50以所希望的速度和在所希望的时间内再生的、再生组合件10的出口34处废气流的温度。可以理解的是这一所希望的温度可大于约500℃。
一旦达到所希望的温度，可开始再生过滤器50，而聚积在其中的材料将开始燃烧。再生组合件10可继续燃烧燃料直到过滤器50得到满意的再生。在再生过程中，可向燃烧器头部16供应冷却剂以冷却喷射器22附近的燃烧器头部16部分。
在控制器46确定再生完成之后，可停止向再生组合件10供应燃油和气体，点火器20也停止工作。控制器46还可将一股清洗气体从动力源44的进口总管74引导到喷射器22。该股清洗气体可将喷射器22中残留的燃油清扫掉，并可帮助使因此而导致的喷射器22中碳聚积的量最小。
对于那些具有本领域普通技术水平的人员来说，显然可以对所揭示的再生组合件10进行各种修改和变型而不会超出本发明的范围。在阅读了说明书和此处所揭示的实际应用之后，本发明的其它实施方式对于那些具有本领域中的普通技术的人员来说是显而易见的。应该认为说明书和例子只是示例性的，本发明的实际范围由所附权利要求及其等效内容确定。

Claims (10)

1.一种再生组合件包括：
一第一部分，该第一部分具有连接于一燃烧器头部的一燃烧室；以及
一第二部分，该第二部分包括一壳体，第一部分可拆卸地连接于第二部分。
2.如权利要求1所述的再生组合件，其特征在于，第一部分的燃烧室基本上位于第二部分的壳体中。
3.如权利要求1所述的再生组合件，其特征在于，燃烧器头部还包括一气体进口，该气体进口被构造成用来将一股气体引导到燃烧室中。
4.如权利要求3所述的再生组合件，其特征在于，该股气体包括一种空气和循环废气的混合物。
5.如权利要求1所述的再生组合件，其特征在于，它还包括一喷射器，该喷射器连接于燃烧器头部并被构造成将一可燃烧物质喷进燃烧室中。
6.如权利要求5所述的再生组合件，其特征在于，它还包括一离心式喷嘴，该离心式喷嘴被构造成用来帮助在燃烧室中将一股气体与可燃烧物质混合。
7.如权利要求1所述的再生组合件，其特征在于，它还包括一稳定器，该稳定器连接于燃烧室并被构造成用来帮助将燃烧室中的一第一燃烧区与壳体中的一第二燃烧区隔绝。
8.一种使用一再生组合件再生一过滤器的方法包括：
将一股可燃烧物质喷进该再生组合件的一第一燃烧区中；
将一股氧气引导到再生组合件的该第一燃烧区中；
在第一燃烧区中部分燃烧可燃烧物质；
将一股废气引导到再生组合件的一第二燃烧区；以及
将该第二燃烧区中剩余的被喷射的可燃烧物质流基本完全燃尽。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，它还包括将该股可燃烧物质的一部分与该股氧气混合。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，第一燃烧区基本上与第二燃烧区隔绝。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070110