CN101454062A - 采用微粒燃烧的空气净化系统 - Google Patents

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Abstract

一种空气净化系统,其包括逆流换热器、燃烧室以及用于加热微粒的装置,所述用于加热微粒的装置设置为使空气中的微粒在所述燃烧室内燃烧。所述逆流换热器将来自净化后的空气的多余热量传递给进入的空气以便减少燃烧所述燃烧室内的微粒所需要的能量。所述用于加热微粒的方式能够包括火焰或微波发射器。所述逆流换热器螺旋缠绕所述燃烧室。

Description

采用微粒燃烧的空气净化系统
技术领域
本发明大体涉及空气净化系统,更具体地,涉及用于减少空气中的微粒的系统。
背景技术
当燃料不完全燃烧时,例如微粒和碳氢化合物等污染物就会排放到大气中。美国环境保护局已通过了限制例如能够由柴油卡车、发电装置、发动机、汽车以及越野车等排放至大气中的污染物数量的条例。
目前,工业企业努力通过对其排气系统增加涤气器、催化转化器和微粒捕集器来遵循这些条例。然而,这些解决方法增加了施加于发动机和燃烧系统上的背压,使其性能降低。此外,所述洗涤器和微粒捕集器自身也会堵塞,需要定期清洁以便使背压最小。
例如,辐射源和加热器已经应用于排气系统中,以便定期清洁微粒捕集器或过滤层。其它的解决方案包括:当废气进入过滤层时,将燃料喷入过滤层或废气流中,从而在其中燃烧微粒。但是,过滤层有可能对高温敏感,因此必须定期关闭辐射源和加热器。
目前,空气净化系统使用两种方法之一从室内的空气中除去例如粉尘、生物毒素等微粒。一种类型的系统使用电离器以便提供为空气悬浮微粒充电的表面,从而使得空气悬浮微粒粘附到该表面上。但是,电离器向空气中放出臭氧——一种呼吸刺激物。另一种类型的系统使用例如高效微粒空气(HEPA)过滤器等过滤器,以便当空气流经过滤器时捕集微粒。但是,过滤器需要定期更换或清洁。两种方法都需要通风机以便使空气循环,但是通风机需要用电并且声音很大。
发明内容
一种排气系统,其包括燃烧室和辐射源。辐射源相对于燃烧室设置于燃烧室的内部或外部,以便能够在燃烧室内产生辐射。辐射源可包括例如电阻式加热元件、相干红外发射器或不相干红外发射器或者微波发射器等。微波发射器能够调整为用于特定的分子键。当辐射源设置在燃烧室外部时,该辐射源也能加热燃烧室壁以便再向燃烧室内发出辐射,除此之外燃烧室可包括辐射透过窗(radiation transparent window)。
通过燃烧室的废气流中的微粒被辐射加热至燃点从而通过燃烧从废气中除去。调整微波辐射以便激发微粒中所建立的分子键对于快速加热微粒是特别有效的。能够根据需要向燃烧室增加额外的空气或燃料以便促进更好的燃烧。一旦在燃烧室中形成火焰前锋,燃烧反应就能够自行维持,从而不再需要来自辐射源的进一步辐射。
在一些实施方式中,燃烧室具有垂直于燃烧室的纵向轴线的非圆形截面。在一些这种实施方式中,所述截面至少部分是抛物线,以便将燃烧微粒的热量集聚回到燃烧室内优先发生微粒燃烧的热区中。燃烧室可以是隔热的,以便更好地维持热量从而保持燃烧反应。排气系统还能包括通向燃烧室的隔热的排气管,以便在微粒燃烧能够发生之前进一步减少废气流中的热量损失。在一些实施方式中,逆流换热器设置为与燃烧室流体连通,使得热量从离开燃烧室的燃烧后的废气流传递到进入的废气流。在某些实施方式中,逆流换热器也是隔热的。
本发明的某些实施方式的一个优点是燃烧室内不具有微粒过滤器或捕集器。尽管现有技术的系统试图捕集微粒然后定期清洁捕集器或过滤器,但是由于这种捕集器和过滤器阻碍废气流,特别是当它们被微粒堵塞时,因此这些系统会产生相当大的背压。在燃烧室中持续燃烧微粒而不使用这种捕集器或过滤器提供了额外减小背压的更简单的设计。
还提供了一种包括内燃发动机和上述排气系统的车辆。该排气系统能够起到消声器或催化转化器的作用或者同时起到两者的作用。因此,燃烧室还可包括催化剂。在一些实施方式中,燃烧室和/或逆流换热器的尺寸能够设置为用作谐振室从而起到消声器的作用。例如,燃烧室的直径能够大于通向燃烧室的排气管的直径。所述车辆还能包括控制器,该控制器设置用于控制辐射源。
在此所述的系统能够在气流中存在微粒的多种场合中实施。一些实施方式包括汽车排气系统、柴油机排气系统、发电装置排放系统、壁炉烟囱、越野汽车排气系统等。
一种空气净化系统,包括螺旋形逆流换热器,所述螺旋形逆流换热器包括两个螺旋缠绕燃烧室的管道。逆流换热器将带有微粒的空气吸入燃烧室内。微粒在燃烧室中燃烧,从而加热空气。基本无微粒的排出空气在高温状态下离开燃烧室。逆流换热器传递来自排出空气的热量以便对进入燃烧室的带有微粒的空气进行预加热。
在一些实施方式中,辐射源相对于燃烧室设置以便在燃烧室内产生辐射。辐射源可以是例如调整为用于激发分子键的微波发射器。辐射充分加热微粒以便启动完全的燃烧反应。
在其它实施方式中,在燃烧室中使用火焰燃烧微粒。因此,燃烧室包括燃料入口和点火器以便点燃火焰。合适的燃料包括丙烷和丁烷。火焰也能与辐射源结合使用。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施方式的用于在排气系统中燃烧微粒的系统。
图2示出了根据本发明另一个实施方式的用于在排气系统中燃烧微粒的系统。
图3示出了根据本发明又一个实施方式的用于在排气系统中燃烧微粒的系统。
图4示出了根据本发明再一个实施方式的用于在排气系统中燃烧微粒的系统。
图5示出了根据本发明一个实施方式的用于燃烧微粒的系统的截面图,该系统进一步包括逆流换热器。
图6示出了一种车辆的示意图,该车辆包括内燃发动机和根据本发明另一个实施方式的排气系统。
图7示出了垂直于根据本发明一个实施方式的空气净化系统中的示例性螺旋形逆流换热器和燃烧室的纵向轴线所截取的截面图。
图8示出了沿根据本发明一个实施方式的空气净化系统的竖直轴线的截面图。
图9是示出了根据本发明一个实施方式的用于净化空气的方法的流程图。
具体实施方式
排气系统包括燃烧室和辐射源,辐射源用以促进燃烧室内微粒的燃烧。一旦点火,只要进入燃烧室内的废气中的微粒浓度保持足够高,燃烧就能继续。本发明所公开的装置能够同时取代车辆排气系统中的消声器和催化转化器并且提供较小的背压,从而提供较好的燃油经济性和较低的维护费用。所述装置需要很少的维护甚至不需要维护并且能够自行清洁。
图1示出了包括燃烧室110和辐射源120的排气系统100。燃烧室110可使用能耐受处于微粒燃烧温度的废气的任意合适材料来构造。合适的材料包括不锈钢、钛和陶瓷。在一个实施方式中,燃烧室110具有与其纵向轴线垂直的非圆形截面130。截面130至少有一部分可以是抛物线,以便将来自燃烧反应的辐射集聚到燃烧室110内的热区中。应当理解,在一些实施方式中,燃烧室110能够被分配用作谐振室,从而使得燃烧室110还能起到消声器的作用。
本发明的某些实施方式的一个优点是燃烧室110内没有具有阻碍作用的微粒过滤器或捕集器。如果微粒捕集器或过滤器至少会部分限制经燃烧室110的废气流动,则所述微粒捕集器或过滤器是具有阻碍作用的。通过不对经燃烧室110的废气流动进行限制,本发明的实施方式用于相比现有技术的系统减小背压。
在所示实施方式中,辐射源120包括包绕在燃烧室110的外部的电阻式加热元件。在另一个实施方式中,辐射源120沿燃烧室110的纵向长度设置在外部。在一些实施方式中,设置有辐射源120的控制器(未示出),以便控制辐射源120的供能并且在不需要时,例如没有废气流过时关闭辐射源120。下文参照图3描述了可替换的辐射源。
在操作中,含有例如像碳黑等含碳微粒的废气流过燃烧室110。辐射源120加热燃烧室110的壁,然后燃烧室110的壁再向燃烧室110的内部发出红外(IR)辐射。一些红外辐射在废气中的微粒穿过燃烧室110时被微粒吸收。当微粒达到其点火温度时(对于含碳微粒是大约800℃),微粒完全燃烧,不残留剩余物。因此,离开燃烧室110的废气基本无微粒。
微粒燃烧所产生的热量能够使得持续反应自行维持,从而不需要辐射源120。能够在燃烧室110上或燃烧室110内设置热电偶(未示出),用于监测燃烧反应的温度以便向用于控制辐射源120的供能的控制器(未示出)提供反馈。如上文所指出的,燃烧室110的形状能够设置为将来自燃烧反应的红外辐射集聚到燃烧室110内的焦点或焦线上,从而在没有外部加热的情况下产生有助于维持持续反应的热区。
图2示出了包括燃烧室210和辐射源220的排气系统200。在排气系统200中,辐射源220设置在燃烧室210内。如图所示,辐射源220包括线圈电阻式加热元件。同上,辐射源220能够具有其它形状,例如能够沿燃烧室210的长度纵向设置于其内部。在辐射源220设置在燃烧室210内的实施方式中,来自辐射源220的辐射能直接加热废气中的微粒,并且和图1中的实施方式一样也加热燃烧室210的壁。尽管直接加热微粒能效更高,但是将辐射源220设置在燃烧室210内的不利之处在于使辐射源220暴露于高温废气。
图3示出了排气系统300,所述排气系统300包括:具有入口320和出口330的燃烧室310、任选的隔热材料340、辐射源350以及朝向燃烧室310内的辐射透过窗360。在所示实施方式中,燃烧室310的直径大于入口320的直径。这种设置减缓了废气进入燃烧室310时的速度并且能产生消音效果。
在一些实施方式中,入口320和/或燃烧室310通过隔热材料340隔热,以便在废气进入燃烧室310时尽可能多地保持废气中的热量。应当理解,隔热材料340能够类似地应用于此处公开的其它实施方式。例如,隔热材料340层能包绕图1中的辐射源120和燃烧室110。
辐射源350可以是例如相干红外发射器或不相干红外发射器、或者例如速调管等微波发射器。与电阻式加热元件不同的是,辐射源350能够设置为定向地和/或在所需波长范围内发射辐射。因此,设置辐射透过窗360以允许辐射直接通过从而进入燃烧室310。在一些实施方式中,辐射透过窗360完全围绕燃烧室310的周边延伸。
如上文所指出的,能够调整辐射源350以便产生处于所需波长范围内的辐射。因此,能够调整辐射以便激发已知存在于废气流的微粒中的特定分子键。例如,当已知废气中的微粒包括碳-氢键或碳-碳键时,能够调整微波辐射以便激发这些键。通过这种方式调整辐射能够更快速并且更节能地将微粒加热至其点火温度。
辐射透过窗360使用能够耐受燃烧室310中加热的废气的材料来构造。在一些实施方式中,辐射透过窗360是使用玻璃纤维、塑料、聚碳酸酯、石英、陶瓷等构造的微波透过窗。在其它实施方式中,辐射透过窗360是使用例如蓝宝石构造的红外透过窗。
图4示出了排气系统400,以便结合任意前述实施方式说明能够采用的其它可选部件。排气系统400包括:具有入口420和出口430的燃烧室410、辐射源440、空气入口450、燃料入口460以及催化剂470。如前述示例中那样,燃烧室410的直径能够大于入口420和出口430的直径。可替换地,出口430能够与燃烧室410一样具有相等的直径。如图所示,辐射源440是设置在燃烧室410内的电阻式加热元件,但能够可替换地设置在外部并且可替换地是红外发射器或微波发射器。
燃烧室410可包括空气进口450和/或燃料进口460。在一些实施方式中,空气进口450设置为使得在废气进入燃烧室410时其中的氧气不足的情况下向燃烧室引入氧气从而帮助燃烧反应。在其它实施方式中,燃料进口460将燃料引入燃烧室以便燃烧,从而当废气经入口420进入时加热废气。应当理解,不论有无空气,增加燃料在一些情况下取代了对辐射源的需求。在这种实施方式中,能够采用火花发生器或其它点火源以便通过所加燃料引发燃烧反应。
在某些实施方式中,燃烧室410附加地包括至少一个催化剂470以便催化废气流中的氧化反应和/或还原反应。催化剂470能够包括沉积在蜂窝式载体或陶瓷焊料上的铂、铑和/或钯。在这些实施方式中,燃烧室410设置为在排气系统400中附加地起到催化转化器的作用。应当理解,在具有催化剂470的情况下加热废气能够有利地改善经催化的反应的完全性。
图5示出了包括入口505、换热器510、燃烧室515以及出口520的排气系统500。换热器510用于在废气进入燃烧室515之前对废气进行预加热。在一些实施方式中,换热器510还能够用作消声器。换热器510被至少一个壁525分隔成两个或更多的部分。废气通过入口505进入排气系统500并且导入换热器510的一个部分。经换热器510的另一部分排出燃烧室515的热气体通过壁525向进入的气体传递热量。在一些实施方式中,换热器510和/或燃烧室515通过隔热材料530进行隔离。和在此所述的其它实施方式一样,入口505也能够被隔热。
在一些实施方式中,燃烧室515具有与纵向轴线垂直的抛物线或部分抛物线截面535以便产生热区。燃烧室515还包括辐射源540。在一些实施方式中,辐射源540是例如速调管等微波发射器。可替换地,辐射源540是红外发射器。在一些实施方式中,辐射透过窗将辐射源540和燃烧室515分开。
在一些实施方式中,燃烧室515进一步包括至少一个催化剂545,所述催化剂545设置用于催化例如氮氧化合物等废气流中不期望的气体的氧化反应和/或还原反应。在换热器510设置为用作消声器并且燃烧室515包括催化剂545的实施方式中,应当理解,排气系统500能够同时取代传统的车辆排气系统中的消声器和催化转化器。有利地,由于燃烧室515燃烧废气流中存在的微粒,应当进一步理解,排气系统500还能够另外取代传统的车辆排气系统中的微粒捕集器。本领域的普通技术人员还应当认识到,在此所公开的排气系统还能应用于清洁例如来自发电装置、壁炉烟囱、工业和商业处理等非车辆来源的废气流。
应当指出,在一些实施方式中,催化剂545包括例如栅格等载体,所述载体具有设置在换热器510的开口550上方的催化剂材料表面涂层。尽管这样的催化剂545可至少部分限制废气经过燃烧室515的流动,但是这种催化剂不是微粒捕集器或过滤器。具体地,栅格中的开口过大以至于不能捕集或过滤进入室515的废气中的微粒。另外,这样的催化剂545由于两个原因不能收集微粒。首先,在废气到达开口550之前,微粒就从废气中消除了。其次,即使微粒在燃烧反应中幸存并且粘附于催化剂545,微粒周围的限制也将导致温度的局部上升,这将导致微粒燃烧并且不再被保留在催化剂545上。
同样地,一些采用微波发射器作为辐射源540的实施方式包括微波阻断栅格(未示出),所述微波阻断栅格或者贯穿开口550或者进一步沿排气路径位于下游以便防止微波传播到排气系统500之外。基本由于上述原因,尽管这种微波阻断栅格可至少部分限制废气经过燃烧室515的流动,但该微波阻断栅格并不是微粒捕集器或过滤器。栅格的开口过大,以至于不能捕集或过滤废气中的微粒,在废气到达微波阻断栅格之前,微粒就从废气中消除了,并且任何幸存并粘附于微波阻断栅格的微粒被完全烧去。
图6示出了车辆600的示意图,所述车辆600包括例如柴油机等内燃发动机605。车辆600还包括排气系统610,所述排气系统610包括自发动机605至逆流换热器620的排气管615、燃烧室625和辐射源630。车辆600进一步包括用于控制辐射源的供能的控制器635。控制器635能够耦接至发动机605,使得当例如发动机不运转时,不向辐射源630供能。控制器635还能够以响应发动机605的运转状态的方式控制辐射源630。而且,控制器635还能根据燃烧室625中的状态控制辐射源630。例如,控制器635能够监测燃烧室625中的热电偶,使得当燃烧室625中的温度足够高以便保持自行维持的燃烧反应时,不向辐射源630供能。
本发明的附加实施方式是用于例如病房、无尘室、工厂、办公室、住宅等地的空气净化器。示例性的空气净化系统包括燃烧室和用于在燃烧室内将空气中的微粒至少加热到点火温度的装置。逆流换热器包绕燃烧室以便将来自排出空气的多余热量重新利用于进入空气。用于加热的装置能够是辐射源和/或明火。
与此前所述的排气系统不同,这些实施方式设计为用于进入空气中的微粒浓度低的环境中。因此,在采用辐射源的实施方式中,辐射源通常连续运转以便保持微粒的燃烧。附加地或者可替换地,能够向燃烧室供给燃料以便补偿较低的微粒浓度。和现有的排气系统一样,此进一步的空气净化器需要很少的维护甚至不需要维护并且能够自行清洁。有利地,一些空气净化器的实施方式不需要辐射源或用于保持空气流动的通风机,因此也就不需要用电。
图7示出了空气净化系统700的截面图。所示截面与空气净化系统700的纵向轴线垂直。逆流换热器710包括两个卷绕燃烧室740的管道:进入管道720和排出管道730。空气净化系统700还包括入口750和出口760,所述入口750和出口760以虚线示出以表示这些部件不在视图的平面内。入口750是带有微粒的空气进入逆流换热器710的进入管道720所经过的开口。出口760是基本无微粒的空气离开逆流换热器710的排出管道730所经过的开口。通常,逆流换热器710和燃烧室740使用不锈钢构造,但是其它的合适材料也为本领域的普通技术人员所熟知。
逆流换热器710将排出燃烧室740的空气的热量传递给进入燃烧室740的带有微粒的空气。在带有微粒的空气进入燃烧室740之后,微粒燃烧,而空气基本无微粒地排出燃烧室740。由于包括灰尘、生物毒素等在内的微粒通常在大约800℃燃烧,因此排出空气的温度显著高于室温。多余的热量经过逆流换热器710的壁从排出空气传递到进入空气以便对带有微粒的空气进行预加热。换热器710还用作燃烧室740的隔离,使得空气净化系统700更加安全而且能效更高。
在一些实施方式中,任选的通风机(未示出)能够设置于入口750和/或出口760以便改善经过空气净化系统700的空气流动。例如,通风机在出口760将空气从空气净化系统700抽出。通风机能够连续运转、定期运转或者在空气净化系统700首次启动时运转。通风机能够连接至在此所述的控制电路。
图8示出了空气净化系统700沿图7中所标记的线8-8的截面图。逆流换热器710包括入口750和出口760。进入管道720使用指向纸面内的箭头标记表示。排出管道730使用指向纸面外的箭头标记表示。入口750和出口760通常位于空气净化器700的相对端。
在一些实施方式中,空气净化系统700的高度尺寸与将要安装空气净化系统700的室内空间的高度大致相等。因此,入口750能够靠近底板而出口760能够靠近顶棚,反之亦然。这一高度保证了室内的大部分空气经过空气净化系统700进行循环。包括圈数、壁间的间距等在内的其它尺寸能够由本领域的普通技术人员确定。
空气净化系统700还包括用于加热微粒的装置。用于加热微粒的装置能够设置在燃烧室740的顶部附近或者其它位置,例如燃烧室740的底部。用于加热微粒的装置将燃烧室740中的微粒至少加热到点火温度。空气净化系统700可附加地包括控制电路(未示出)以便监测和控制经过空气净化系统700的燃烧速率和流动速率。
用于加热微粒的装置能够是辐射源810和/或明火。例如,对于辐射源810来说,用于加热微粒的装置能够是例如速调管等微波发射器。能够调整辐射以便激发已知存在于空气的微粒中的特定分子键。例如,当已知废气中包括碳-氢键或碳-碳键时,能够调整微波辐射以便激发这些分子键。通过这种方式调整辐射能够更快速并且更节能地将微粒加热至其点火温度。如在此所述,例如在图3的说明中,能够将微波发射器设置在微波透过窗的后面。辐射源810还能是电阻式加热元件,例如竖直设置于燃烧室740内的辐射源120(图1)。在一些实施方式中,这种电阻式加热元件是沿着燃烧室740的高度方向延伸的直长形(straightlength),而不是图1所示的线圈形。
或者,用于加热微粒的方式可以是火焰。火焰由通过燃料入口820进入燃烧室740的燃料供给燃料,所述燃料入口820设置为向燃烧室740的底部喷射燃料。合适的燃料包括例如丙烷和丁烷等完全燃烧的燃料。火焰由点火器(未示出)点燃并且持续燃烧以便加热微粒和燃烧室740的壁。
室内的空气周转率能够根据需要进行变化。合适的空气周转率取决于例如室内空间尺寸、室内空间的空气洁净度需求和能效等因素。例如,在病房或工业无尘室等需要非常洁净的空气的地方,空气周转率能够设置为显著高于办公室等更加注重能效的地方。能够通过提高经过空气净化器的流动速率,例如通过提高燃料燃烧的速率来提高周转率。
图9是示出了用于净化空气的方法的流程图。在步骤910中,将带有微粒的空气吸入燃烧室,例如燃烧室740中。带有微粒的空气能够在燃烧室740内的空气受热上升之后吸入或者通过例如通风机吸入。在步骤920中,燃烧燃烧室740中的微粒从而提供无微粒的空气。燃烧反应由燃烧室740中的辐射引发。例如丙烷源或丁烷源等燃料源能够与燃料入口820流体连通。随着与带有微粒的空气混合的燃料燃烧,反应产生热量,进一步将其它微粒加热到燃点。在燃烧反应之后,带有微粒的空气基本无微粒。
在步骤930中,无微粒的空气自燃烧室740排出。随着受热的无微粒空气的上升和膨胀,建立了经过空气净化系统700的循环,该循环强制无微粒的空气离开燃烧室740并通过排出管道730进而将空气排出。另外,通风机能够帮助空气的排出。在步骤940中,将来自无微粒的空气的热量传递给将被吸入燃烧室740内的带有微粒的空气。这一步骤能够通过使用例如换热器710实现。通过将来自无微粒的空气的热量传递给带有微粒的空气,使得带有微粒的空气在燃烧之前受到预加热,从而实现了更高的整体能效。
在前述说明书中,参考本发明的具体实施方式对本发明进行了描述,但是本领域的普通技术人员应当认识到,本发明并不限于此。本发明的上述各种特征和方面可单独使用或结合使用。而且,在不脱离说明书的更广泛的精神和范围的情况下,本发明能够应用于除在此所描述的环境和应用之外的许多环境和应用中。因此,说明书和附图应该理解为说明性的而不是限制性的。应该认识到,在此用到的术语“包括”和“具有”应当特别地理解为本领域内的无限制的术语。

Claims (12)

1.一种空气净化系统,包括:
燃烧室,其包括设置为向所述燃烧室供给燃料的燃料入口;以及
逆流换热器,其包括分别与所述燃烧室流体连通的第一管道和第二管道,所述管道螺旋缠绕所述燃烧室。
2.如权利要求1所述的空气净化系统,其中,所述燃烧室包括相对于所述燃料入口设置以便能够点燃燃料的点火器。
3.一种空气净化系统,所述空气净化系统包括:
逆流换热器,其包括分别与燃烧室流体连通的第一管道和第二管道,所述管道螺旋缠绕所述燃烧室;以及
辐射源,其用于将微粒加热到点火温度并且相对于所述燃烧室设置以便能够在所述燃烧室内产生辐射。
4.如权利要求3所述的空气净化系统,其中,所述换热器的高度尺寸大约为室内空间的高度。
5.如权利要求3所述的空气净化系统,其中,所述燃烧室包括燃料入口。
6.如权利要求3所述的空气净化系统,其中,所述辐射源包括微波发射器而且所述燃烧室包括微波透过窗,所述微波透过窗设置为允许来自所述微波发射器的辐射进入所述燃烧室。
7.如权利要求6所述的空气净化系统,其中,调整所述微波发射器以便激发分子键。
8.如权利要求3所述的空气净化系统,其中,所述辐射源包括设置在所述燃烧室内的电阻式加热元件。
9.一种用于净化空气的方法,所述方法包括:
将带有微粒的空气吸入燃烧室内;
燃烧所述燃烧室内的微粒从而产生无微粒的空气;
将无微粒的空气从所述燃烧室排出;以及
将来自无微粒的空气的热量传递给将被吸入所述燃烧室内的带有微粒的空气。
10.如权利要求9所述的用于净化空气的方法,其中,燃烧微粒包括将燃料与所述带有微粒的空气混合。
11.如权利要求10所述的用于净化空气的方法,其中,所述燃料包括丙烷。
12.如权利要求10所述的用于净化空气的方法,其中,所述燃料包括丁烷。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183279A (zh) * 2021-12-13 2022-03-15 哈尔滨工业大学 一种面向冲压发动机的微波金属基颗粒协同辅助燃烧方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9061290B1 (en) * 2010-03-01 2015-06-23 II Raymond T. Brown Intake or exhaust gas particle removal apparatus

Family Cites Families (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2418191A (en) * 1943-12-10 1947-04-01 Stewart Warner Corp Heat exchanger
US3148442A (en) * 1960-02-12 1964-09-15 Jr John R Gier Method of making a pin fin assembly with bonded cross tie members
US3086353A (en) * 1960-03-03 1963-04-23 Thompson Ramo Wooldridge Inc Afterburner systems
US3165152A (en) * 1960-08-11 1965-01-12 Int Harvester Co Counter flow heat exchanger
US4524587A (en) * 1967-01-10 1985-06-25 Kantor Frederick W Rotary thermodynamic apparatus and method
US3912464A (en) 1971-03-20 1975-10-14 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Method of and device for separating solid components from a hot combustible gas generated in a reactor
SE352136B (zh) * 1971-04-05 1972-12-18 Saab Scania Ab
US4000885A (en) * 1974-11-18 1977-01-04 Whiting Corporation Cupola furnace waste gas recuperative system and method for operating same
US4029465A (en) * 1975-02-06 1977-06-14 Hague International Corporation Energy conserving process furnace system and components thereof
US4299561A (en) * 1980-03-18 1981-11-10 Stokes Keith J Recovery of heat from flue gas
US4312321A (en) * 1980-04-07 1982-01-26 Gemini Systems, Inc. Heat exchanger construction for solid fuel burning furnace
US4338998A (en) * 1980-07-07 1982-07-13 Caterpillar Tractor Co. Low profile heat exchanger and method of making the same
US4322387A (en) * 1980-10-27 1982-03-30 Texaco Inc. Catalytic exhaust gas torch
US4851015A (en) * 1987-08-21 1989-07-25 Donaldson Company, Inc. Muffler apparatus with filter trap and method of use
US4867768A (en) * 1987-08-21 1989-09-19 Donaldson Company, Inc. Muffler apparatus with filter trap and method of use
US5179259A (en) * 1988-04-29 1993-01-12 Martin William A Inverted frustum shaped microwave heat exchanger using a microwave source with multiple magnetrons and applications thereof
DE3840460A1 (de) * 1988-12-01 1990-06-07 Mtu Muenchen Gmbh Waermetauscher
US5183646A (en) * 1989-04-12 1993-02-02 Custom Engineered Materials, Inc. Incinerator for complete oxidation of impurities in a gas stream
US5033264A (en) * 1989-06-16 1991-07-23 Tecogen Inc. Compact cogeneration system
US5143700A (en) * 1990-10-15 1992-09-01 Anguil Environmental Systems, Inc. Ceramic filter construction for use in catalytic incineration system
DE4109227A1 (de) * 1991-03-21 1992-09-24 Schwaebische Huettenwerke Gmbh Abgasfilter und/oder katalysator
US5450721A (en) * 1992-08-04 1995-09-19 Ergenics, Inc. Exhaust gas preheating system
JP2605556B2 (ja) * 1992-10-13 1997-04-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US5458673A (en) * 1992-11-26 1995-10-17 Nippon Soken, Inc. Exhaust gas particulate purifying process for internal combustion engine
DE4305915C2 (de) * 1993-02-26 1995-04-13 Alfred Buck Regenerierbares Filter
US5390494A (en) * 1993-04-27 1995-02-21 Ap Parts Manufacturing Company Pipe assembly for efficient light-off of catalytic converter
US5855636A (en) * 1995-12-12 1999-01-05 Edmeston Ab Method which removes odor and pollutants when preparing cullet for use in an electrostatic bed filter
US6216458B1 (en) * 1997-03-31 2001-04-17 Caterpillar Inc. Exhaust gas recirculation system
JP3303722B2 (ja) * 1997-04-04 2002-07-22 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の排気微粒子除去装置
US6119457A (en) * 1997-04-23 2000-09-19 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Heat exchanger apparatus using porous material, and ceramic engine provided with supercharger driven by thermal energy recorded from exhaust gas by the same apparatus
WO1999015466A2 (en) 1997-09-23 1999-04-01 Praxair, Inc. Glass furnace exhaust gas filter combined with raw material preheater
US5983628A (en) * 1998-01-29 1999-11-16 Chrysler Corporation System and method for controlling exhaust gas temperatures for increasing catalyst conversion of NOx emissions
US5987885A (en) * 1998-01-29 1999-11-23 Chrysler Corporation Combination catalytic converter and heat exchanger that maintains a catalyst substrate within an efficient operating temperature range for emmisions reduction
US6302935B1 (en) * 1999-02-01 2001-10-16 Lead Industry Company, Ltd. Apparatus for removing fine particles in exhaust gas and apparatus for cleaning exhaust gas
GB2374029B (en) * 1998-05-15 2002-12-31 Arvinmeritor Inc Exhaust system
US6282371B1 (en) * 1998-07-02 2001-08-28 Richard J. Martin Devices for reducing emissions, and methods for same
US6238815B1 (en) * 1998-07-29 2001-05-29 General Motors Corporation Thermally integrated staged methanol reformer and method
US6151891A (en) * 1998-09-22 2000-11-28 Bennett; Easton Heat exchanger for a motor vehicle exhaust
US6935105B1 (en) * 1998-11-06 2005-08-30 Ceryx Asset Recovery Llc Integrated apparatus for removing pollutants from a fluid stream in a lean-burn environment with heat recovery
JP2000282841A (ja) 1999-03-26 2000-10-10 Kubota Corp ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置
US6226983B1 (en) * 1999-06-07 2001-05-08 Professional Chemicals Corporation Fuel injected heat exchanger for internal combustion engine exhaust
EP1249584B1 (en) * 2000-01-21 2005-09-28 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Combustion gas purifier and internal combustion engine
DE10011954A1 (de) * 2000-03-11 2001-09-13 Modine Mfg Co Abgaswärmetauscher in einer Abgasrückführungsanordnung
JP2001329830A (ja) * 2000-03-15 2001-11-30 Ibiden Co Ltd 排気ガス浄化フィルタの再生装置及びフィルタ再生方法、排気ガス浄化フィルタの再生プログラム及びそのプログラムを格納する記録媒体
DK1268989T3 (da) * 2000-03-21 2007-01-08 Silentor Holding As Dæmper indeholdende ét eller flere poröse legemer
US6422077B1 (en) * 2000-04-06 2002-07-23 The University Of Chicago Ultrananocrystalline diamond cantilever wide dynamic range acceleration/vibration/pressure sensor
US6488079B2 (en) * 2000-12-15 2002-12-03 Packless Metal Hose, Inc. Corrugated heat exchanger element having grooved inner and outer surfaces
US6709489B2 (en) * 2000-12-15 2004-03-23 General Motors Corporation Microwave regenerated diesel particulate trap
US6381955B1 (en) * 2001-02-07 2002-05-07 Visteon Global Technologies, Inc. Method and system for providing electricity from an integrated starter-alternator to an electrically heated catalyst
US6390185B1 (en) * 2001-03-06 2002-05-21 Richard A. Proeschel Annular flow concentric tube recuperator
DE10139424B4 (de) * 2001-08-17 2004-08-05 Benteler Automobiltechnik Gmbh Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs
JP2003193832A (ja) 2001-12-27 2003-07-09 Denso Corp 熱機関の排気装置
US6564545B1 (en) * 2002-01-31 2003-05-20 Visteon Global Technologies, Inc. Superintegration of three way catalyst and heat exchanger for HCCI engine intake air temperature control
WO2003095377A1 (en) 2002-05-13 2003-11-20 Industrial Ceramic Solutions, Inc Filtration system suitable for regeneration employing microwave energy
ATE487029T1 (de) * 2002-07-25 2010-11-15 Refaat A Kammel Abgasnachbehandlungssystem zur minderung der schadstoffe aus dieselmotorabgas und damit verbundenes verfahren
US7341609B2 (en) 2002-10-03 2008-03-11 Genesis Fueltech, Inc. Reforming and hydrogen purification system
US6865883B2 (en) * 2002-12-12 2005-03-15 Detroit Diesel Corporation System and method for regenerating exhaust system filtering and catalyst components
US7040088B2 (en) * 2002-12-20 2006-05-09 Raymond Paul Covit Diesel engine exhaust purification system
US20070037104A1 (en) * 2003-03-21 2007-02-15 Lorenzo Musa Method and apparatus for reducing combustion residues in exhaust gases
EP1479883A1 (de) * 2003-05-10 2004-11-24 Universität Stuttgart Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen
US6823135B1 (en) * 2003-06-16 2004-11-23 Randolph W. Greene Waste energy recovery system, including method of recovering waste energy from fluids, and pipes having thermally interrupted sections
JP2005299474A (ja) 2004-04-09 2005-10-27 Isuzu Motors Ltd 排気ガス浄化システム
DE502005007492D1 (de) * 2004-10-01 2009-07-30 Eberspaecher J Gmbh & Co Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine und zugehöriges Betriebsverfahren
US7571602B2 (en) * 2005-05-19 2009-08-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Exhaust aftertreatment system and method of use for lean burn internal combustion engines
US7500359B2 (en) * 2006-04-26 2009-03-10 Purify Solutions, Inc. Reverse flow heat exchanger for exhaust systems
US20080087017A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-17 Van Nimwegen Robert R Van Nimwegen efficient pollution free internal combustion engine
US20090107117A1 (en) * 2007-10-30 2009-04-30 Ford Global Technologies, Llc Diesel Engine Aftertreatment Control Operation with Waste Heat Recovery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183279A (zh) * 2021-12-13 2022-03-15 哈尔滨工业大学 一种面向冲压发动机的微波金属基颗粒协同辅助燃烧方法
CN114183279B (zh) * 2021-12-13 2023-02-24 哈尔滨工业大学 一种面向冲压发动机的微波金属基颗粒协同辅助燃烧方法

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