CN101802363A - 用于改善自由燃烧室内燃烧的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种为热能转换器供应空气的空气供应组件，所述空气供应组件包括进气口、排气口以及布置在进气口和排气口之间的空气流动路径中的金属元件，其中，当流过金属元件的空气被用于能量转换器中的燃烧时，能量转换器的热效率提高，能量转换器的燃料消耗减少和/或能量转换器产生的空气污染减少。本发明还提供了一种用于减少能量转换器燃料消耗的方法以及用于减少能量转换器产生的空气污染的方法，该方法包括使空气穿过金属元件，以及将该空气用于能量转换器中的燃烧。

Description

用于改善自由燃烧室内燃烧的装置
背景技术
带有燃烧阶段的能量转换器操作早已熟知。一直以来努力改善燃料转换为热能和/或机械能方面的能量转换效率以及减少操作期间产生的污染物的量。尽管近年来取得了大的进展，但是还需要进一步改善转换效率和污染物的量。如图1所示，燃烧式能量转换器示意性地包括多个主要单元，图1为燃烧式的能量转换器的示意图。空气可以通过空气供应单元12供应；燃料可以通过燃料供应单元14供应。在燃料-空气供应单元16中，空气和燃料彼此引入，例如被混合并且被供给动力单元18，其中燃料和空气被点燃或别的方式导致燃烧并因此将内能转换为热能和/或机械能，并将热能和/或机械能从能量转换器输送到任何期望的热能和/或机械能消耗装置。此外，还从转换器排出废气。
附图说明
本发明的主题在说明书的结论部分特别指出并清楚地提出了要求。尽管如此，本发明的操作结构和方法，以及其目的、特征和优点，将通过参考下面的详细说明并同时参考相应的附图得到最好的理解，其中：
图1是能量转换器系统的示意图。
图2是根据本发明的某些实施方式的能量转换器系统的示意框图。
图3是根据本发明某些实施方式的为能量转换器供应空气以进行能量转换的空气供应组件的打开位置的示意图。
图4A和4B是根据本发明实施方式的被包含在空气供应组件中的金属元件的示例性示意图。
图5是根据本发明实施方式的表示用于减少转换器产生的空气污染和/或减少转换器燃料消耗的能量转换器操作方法的流程示意图。
可以理解的是，为了便于说明的简要和清楚，图中所示的元件不必按照比例描绘的。例如，某些元件的尺寸就可以相对于其他元件放大以示清楚。而且，在此认为，附图标记在所有图中重复应用以指代相应或相似元件是合适的。
发明详述
为了彻底理解本发明，在下面详细的说明中阐述了许多细节。尽管如此，本领域技术人员能够理解，可以在那些具体细节的范围之外实施本发明。在其他方面，没有对已知方法、程序、以及组分进行详细说明以使本发明清楚。
在研究用于改善能量转换操作的新系统和方法期间，本发明人已经发现：通过在空气进入燃烧发动机的过程中布置金属元件，空气流过金属元件的材料，燃料的内能转换为热能和/或机械能的能量转换效率以及能量转换器输出功率和/或提供的热能显著增加，同时从转换器排出的污染物的量显著减少。
金属元件200(如图3所示)或者它的等同替换元件可以由各种金属制成，例如铜，其有或者没有其他金属例如银、金等的薄的涂层。参见图2，图2是表示根据本发明某些实施方式的能量转换系统100的示意框图。能量转换系统100可以包括空气供应组件20、燃料供应单元14和燃料-空气供应单元16，其中燃料-空气供应单元16接收空气和燃料以将其相互引入并为转换单元18提供空气-燃料供应。空气供应组件20可以包括进气部分24、排气部分26和金属元件22。金属元件22可以布置在进气部分24和排气部分26之间的空气流动路径中。进气部分24和/或排气部分26可以包括空气导管，该空气导管具有空气滤清器，或者类似物。金属元件22可以包括例如金属网和/或金属线和/或金属层和/或金属叠层体，从而空气可以流过和/或穿过金属元件22的一部分。
燃料供应单元14可以是燃料箱，其有或者没有燃料泵和/或有或者没有燃料流量调节器或类似物。燃料-空气供应单元16可以是例如汽化器、空气-燃料喷雾器、热调节器等。空气可以流过和/或穿过和/或越过空气供应单元20进入燃料-空气供应单元16。燃料-空气供应单元16可以将接收的例如分别来自空气供应单元20和燃料供应单元14的空气和燃料混合和/或相互引入。燃料-空气供应单元16可以将空气和燃料的混合物供应给转换单元18，根据某些实施方式，转换单元18可以是开式燃烧室、熔炉、烤炉等。转换单元18可以利用供给的空气和燃料例如通过供给的空气和燃料燃烧或通过火焰产生机械和/或热能。产生的能量可以是例如热能和/或机械能，其可用于例如车辆、熔炉等。作为能量转换过程的一种结果，污染气体，举例来说废气将会从能量转换系统100排入环境中。根据本发明的实施方式，当流过和/或穿过和/或越过金属元件22的空气通过燃料-空气供应单元16混入或引入燃料并被用于转换单元18例如在燃烧过程中的能量转换时，废气的污染程度会降低。而且，对于产生等量的转换的能量来说，转换单元18需要的燃料变少，举例来说，就是燃料效率提高而燃料消耗降低。
现在参考图3，图3是根据本发明某些实施方式的能量转换系统的空气供应组件150的示意图，其包括金属元件200。为了清楚地示意，图中的空气供应组件150处于“打开”位置。特别地，空气供应组件150可以被关闭，这样金属元件200就被包围在组件的内部。空气供应组件150可以包括具有进气口153的进气部分152和具有排气口155的排气部分154。如图3所示，根据本发明的实施方式制造和安装的金属元件200可以位于空气供应组件150内，这样流过和/或穿过空气供应组件150的空气可以相当垂直地流过金属元件200。对本领域技术人员来说，在空气流动路径上以一种或多种不同的方式以及相对于空气流动方向不同的角度和位置来布置金属元件200是明显的。金属元件200可以以任何合适的布置方式包含金属网和/或金属线和/或金属层和/或金属叠层体，这样，空气可以流过和/或穿过金属元件200。例如，金属元件200可以包括适于布置在空气流动路径内并与空气流动方向基本上平行的一个或多个薄板，这样它的表面以最小程度干扰空气流的状态暴露于空气流。
现在参考图4A和4B，其分别是金属元件200和300的两个可能的实施方式的示例性的详细示意图。尽管本发明不局限于该例子，如图4A所示，金属元件200是由多条十字形的金属线构成的网，在它们之间形成了通常具有第一尺寸“h”和第二尺寸“w”的矩形。第一和第二尺寸“h”和“w”在某些情况下可以相等，从而在这些线之间形成正方形空间。应当注意到，这些线之间的空间的形状可以是任何要求的形状，例如六边形、七边形、八边形、圆形等。随后，形成这些空间的网的形状可以是任意的形状，只要是对空气流带来可忽略的妨碍，并且基本上大量的空气流已与金属元件200的金属网接触。因此，图3和图4中的金属元件200仅仅是示意性的并且是为了举例的目的。在本发明的又一实施方式中，金属元件可以是图4B中的元件300，其包括管状的外部主体302和一个成型的多面的空气导管304。在本发明的其他实施方式中可以省略外部主体302。空气导管304的面的数目和它们独特的形态可以根据要求和/或期望变化，只要空气导管304对流过的空气流没有实质性的妨碍，并且流过空气导管304的大量空气暴露于与空气导管304接触的部分。元件300可以具有各种形状和尺寸并且属于本发明的范围内，这对本领域技术人员来说是明显的。
金属元件200、300可以由多种材料或材料组合制成。金属元件200、300可以包括：例如固体铜、叠合有例如80微米厚度金的固体铜、存在固体散金的固体铜、镀有薄的银层的铜、和/或钯和/或铂或前述所有的具有与网相似的其它物理形态。
本发明人发现，当把金属元件插入到能量转换系统100的空气流动路径中时，能量转换系统消耗的空气流过和/或穿过金属元件，并且当某些金属或这些金属组合被用于构成金属元件200、300时，能量转换单元18关于存储在燃料内的化学内能转换为例如热能的转换效率方面的性能将增大并且废气中的被污染的气体量会更低。针对不同的熔炉和加热器的操作的反映，在不同的条件下检测了根据本发明实施方式的能量转换单元18的性能。测得的参数包括平均燃料消耗。下面的表1例举了根据本发明某些实施方式的不同类型的能量转换系统100的性能测量结果。
现在参考表1，其呈现了本发明人做的实验结果。对于给定的加热系统，针对其具有和不具有根据本发明实施方式的空气供应组件20的金属元件200的情况，表1对加热性能、所有污染物颗粒的含量、污染气体的色度、给定的熔炉的废气中的SO2、NOX、CO含量方面进行了比较。表1表明当在能量转换器中安装了金属元件200、300时，各个参数都得到了改善。表1表示了在最右列描述的加热器的测量结果。为每个熔炉指定了工作燃料的类型，然后是前面描述的各种测量变量，其成对出现，各右列结果是在不具有(W/O)金属元件200、300的各熔炉工作情况下测得的，各左列的结果是在相同条件下具有金属元件200、300的熔炉操作时测得的。对于分区(condo)加热器A、B、C和D，没有测量SO2、NOX和CO。
如下测量熔炉的加热性能：在具有和不具有金属元件200、300的情况下，测量在1到10小时的期间各个熔炉将装置加热到指定温度所需要的平均时间。使用由奥勒A500型制成的被称之为燃烧和排放分析器的测量工具来测量各熔炉的其它性能参数，其中燃烧和排放分析器适于以1ppm分辨率正/负5％精度来测量一氧化碳(CO)；测量二氧化碳(CO2)；以1ppm分辨率测量SO2；以1ppm分辨率测量NOX。表1描述了燃料和空气混合物在16种不同的用于加热的熔炉中转化为热的转换结果。从表1可以看出，基本上所有类型熔炉的所有参数在性能方面都得到了改善，低结果从10％多变化到65％多并且超过了一些高的结果。
应当注意到，表1中的性能反映了利用金属网后得到的结果，其中在进气组件内或靠近它安装该金属网，金属网具有这样的外部尺寸，基本上空气过滤器组件的横截面大体垂直于空气流方向，如图3所示。
表1
从各种类型的熔炉以及针对各种类型的试验参数中，清楚地表明熔炉的热能产生效率可以改善大约10％到大约50％。所有的污染物，按照测量的每立方米废气中存在多少毫克污染物颗粒来看，改善了大约20％到大约66％，并且对于特定的污染物，对SO2/SO3、NOX和CO进行测量，其主要在10％到50％的范围内得到了改善，所谓的改善是当采用了(“with”)根据本发明实施方式的系统时得到了降低。
现在参考图5，图5是能量转换系统操作方法的示意流程图，根据本发明的具体实施方式，该系统用于减少燃烧发动机产生的空气污染和/或减少燃烧发动机的燃料消耗。供应到内燃机的空气被提供给根据本发明实施方式操作的能量转换系统(块502)。供给的空气被强制流过和/或完全穿过金属元件(块504)并因此和金属元件的外表面发生接触。流过金属元件的空气然后被用于能量转换单元中的燃烧(块506)。
在此已经对本发明的部分特征作了解释和说明，本领域技术人员能想到对其进行许多修改、置换、变化以及同等替换。也就是说，需要理解附加的权利要求是用来覆盖所有这些修改和改变的，因为这些都包含在本发明的真实精神范围内。

Claims (18)

1.一种用于给能量转换单元供应空气的空气供应组件，所述空气供应组件包括：
进气口；
排气口；以及
布置在所述进气口和所述排气口之间的空气流动路径中的金属元件，
其中，当流过所述金属元件的空气用于所述能量转换单元中的燃烧时，所述燃烧发动机的燃料消耗减少。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述能量转换单元产生的空气污染减少。
3.如权利要求1所述的组件，其中所述金属元件包括铜。
4.如权利要求1所述的组件，其中所述金属元件包括金属网和金属多面金属管道中的至少一种。
5.如权利要求1所述的组件，其中所述金属元件包括金叠层体。
6.如权利要求1所述的组件，其中所述金属元件包括金属线。
7.如权利要求1所述的组件，其中所述金属元件包括金属层，所述金属层允许空气流过至少部分所述金属层。
8.如权利要求1所述的组件，其中所述金属元件包括穿孔板。
9.如权利要求1所述的组件，其中流过所述金属元件的空气从所述金属元件的表面冲走氧分子。
10.如权利要求1所述的组件，其中在达到目标温度时，所述燃料消耗的减少为大约10％到大约50％。
11.一种用于给能量转换单元供应空气的空气供应组件，所述空气供应组件包括：
进气口；
排气口；以及
布置在所述进气口和所述排气口之间的空气流动路径中的金属元件，其中，当流过所述金属元件的空气用于所述能量转换单元中的燃烧时，所述燃烧发动机产生的空气污染减少。
12.如权利要求11所述的组件，其中所述能量转换单元的燃料消耗减少。
13.如权利要求11所述的组件，其中所述金属元件包括铜、银、金、钯和铂中的至少一种。
14.如权利要求11所述的组件，其中所述金属元件包括金属网和多面金属管道中的至少一种。
15.一种用于减少能量转换单元的燃料消耗的方法，所述方法包括：
使空气经过金属元件；并且
将所述空气用于所述能量转换单元中的燃烧。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述燃烧发动机产生的空气污染减少。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述金属元件包括铜、银、金、钯和铂中的至少一种。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述金属元件包括金属网和多面金属管道中的至少一种。
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