[发明专利]采用微粒燃烧的空气净化系统

说明书

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。