用于改善燃烧的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种装置和一种方法，用所述装置和方法能够改善锅炉或者内燃机的燃烧室（BR）中的燃烧的完全性。为此本发明专利技术提出，气态的燃料/空气混合物或者其组分中的一种组分在导入到所述燃烧室（BR）之前借助于等离子发生器（PG）丰富以自由基和离子的合适的浓度。

Apparatus and method for improving combustion

The present invention relates to a device and a method for improving the combustion completeness in a combustion chamber (BR) of a boiler or an internal combustion engine by means of the device and method. In the invention, the gaseous fuel / air mixture or its components in a component into the combustion chamber in the import (BR) before using the plasma generator (PG) is enriched with free radicals and ions of suitable concentration.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改善燃烧的装置和方法
本专利技术涉及一种用于改善燃烧室中的燃料/空气混合物的燃烧的装置和一种用于改善燃烧的方法。
技术介绍
在内燃机、像例如用于机动车的奥托马达和柴油马达中，由燃油和环境空气构成的混合物引入到燃烧室中、混合并且在受控制的条件下点燃和燃烧。在通常情况下，这种燃烧进行得不完全，并且所述混合物的所有组成部分的仅仅大约99%燃烧成水和二氧化碳。剩余的份额由NOx、CO、炭黑、焦油和碳氢化合物组成。对于所有具有内部燃烧的内燃机而言，在每个工作循环之后更换所参与的气体，也就是排出废气和输送新鲜气体。当今的马达压缩所述气体，然后将所述气体在高压下燃烧并且又使其缓松（entspannen）。最大可能的效率取决于温度水平并且因此取决于压缩比，在所述温度水平上输送并且排出燃烧热。不完全的燃烧又减小所述效率。这也适用于其他的具有燃烧室的技术设备、例如锅炉。以石油为基础的、液态的燃油和燃料包含大量不同的碳氢化合物（氢和化合碳）。为了将燃料转化成能量，必须发生燃烧。完全燃烧的结果是水和二氧化碳。当所述燃烧不完全时，产生一氧化碳、炭黑和焦油。小且轻的碳氢化合物分子、像例如在气体或者粗汽油中的这样的碳氢化合物分子很容易燃烧。与此相反，大且重的碳氢化合物分子不那么容易燃烧并且需要更高的温度来达到完全燃烧。在所述燃烧过程期间，所述燃烧的速度受到存在的自由基的量和浓度以及受到产生的自由基的燃烧的影响。这些自由基尤其在更高的温度的情况下，通过碳氢化合物分子的分解而产生。由于所述自由基的高反应性，所述自由基立即与氧气反应。在这种氧化的情况下释放热，这引起接下来的热分解。如果燃油混合物的着火在内燃机的燃烧室中持续更长的时间，那么也推移所述燃烧重心。此外，在更高的能量投入的情况下，更长的火花持续时间能够加快所述火花塞的损耗。自由基的提高的浓度引起更强且更快的燃烧过程。在DE10331418A9中提出，为了改善燃烧，代替火花塞使用等离子并且在所述燃烧室内部生成这些等离子。但是成问题的是，将所述等离子发生器集成到燃烧室中并且与在那里存在的条件相匹配。EP1845251A1公开了一种具有燃烧室的发生器。与高电压源相连接的等离子发生器或者离子发生器产生离子并且将所述离子在连接在所述燃烧室之前的部位处馈入到所述装置中，从而改善所述燃烧的效率。由JPS58-93952A公开了一种用于改善内燃机的效率的方法，其中通过电离的氧气来提升所述燃烧。由US2007/0012300A1公开了一种具有改善的效率的内燃机，其中通过臭氧来提升所述燃烧，所述臭氧在通往燃烧室的空气流中得以丰富。由DE10358294A1公开了一种具有燃油转化器的燃烧马达，所述燃油转化器尤其也能够构造为等离子燃油转化器。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提供一种改善的装置和一种方法，用所述装置能够达到尽可能完全且均匀的燃烧，而在此不必接受所公开的解决方案的缺点。另外的子任务在于，最大化地充分利用所述燃料/燃油的能量含量并且尽可能地避免有害的废气。根据本专利技术，这个任务通过根据权利要求1的装置和根据权利要求8的方法来解决。本专利技术的有利的设计方案由另外的权利要求得知。本专利技术提出，通过以下方式来优化燃料/空气混合物的燃烧：至少一个反应室连接在所述燃烧室之前，在所述燃烧室中发生燃烧，在所述反应室中，所述燃料/空气混合物的至少一种组分能够借助于等离子发生器丰富以自由基和离子。那么所述燃烧室本身能够如在公开的燃烧装置中那样来构造。能够用低电压运行的压电变压器作为等离子发生器来使用。此外，所述装置包括控制装置，通过所述控制装置能够控制所述燃料/空气混合物的组分的丰富。专利技术人已经发现：在燃烧过程的初期阶段，自由基和离子的正确的浓度已经对所述燃烧的完全性是重要的。在所述燃料/空气混合物中的燃烧开始之前，用根据本专利技术设置在反应室中的等离子发生器已经能够提高自由基和离子的数量。然后，当点燃所述燃料/空气混合物时，所述燃烧能够更快地开启，并且然后也更早地结束。此外，所述燃烧在结果中更完全地进行。这尤其在下述内燃机中是有利的，在所述内燃机中，所述燃料/空气混合物的点燃发生在通过所述燃烧马达的工作冲程来预先给定的时刻，此外，为所述时刻提供了仅仅狭窄的时间窗。本专利技术使得在这个时间窗内的燃烧的完全进行变得容易。而后，与至今为止相比，能够将所述燃料或者燃油的更大部分利用并且转换为能量。用作等离子发生器的能够用低电压运行的压电变压器能够以紧凑的结构方式来制造，并且在输入侧用例如在机动车中普遍的、例如12、24或者48V的低运行电压来运行。此外，用这样的等离子发生器能够产生具有低于50℃温度的冷等离子，所述冷等离子使得所述装置和用于所述装置的材料没有过于剧烈地负载并且因此也没有对所述反应室的材料提出太高的要求。因此，能够尽可能地将传统的材料用于所述反应室和到所述燃烧室的气体入口。但是有利的是，所述反应室和反应室与燃烧室之间的连接部设有光滑且尤其惰性的表面，或者配备以惰性且光滑的覆层。“惰性的”在此意味着，所述表面没有与所述等离子进行离子反应或者自由基反应，由此，所丰富的气体量中的自由基和离子的浓度可能减小。此外有利的是，所述反应室在空间上尽可能地布置在燃烧室的近旁，并且两者之间连接部和输送部尽可能短地构造，以便最小化丰富以自由基和离子的气态的组分在其中的停留持续时间。以这种方式来避免自由基和离子的浓度在传输到燃烧室期间过于剧烈地下降，所述自由基和离子拥有仅短暂的半衰期。在本专利技术的意义中，针对“气态的”在这里并且在下文中也被理解为如气体那样表现的混合物、像例如还有细微分布的液体（雾）。压电变压器（PT）通过压电效应产生强电场。这个场能够通过电激励来电离气体和液体。在所述PT的次级侧，交变电场产生原子和分子的剧烈的极化、激励和电离。这个过程产生压电点燃的微等离子、PDP（PiezoelectricDischargePlasma：压电放电等离子）。PDP具有如下特性，所述特性对应于典型的介质阻挡放电（DBD）。PDP能够在0.01mbar到2000mbar的较宽的压力范围内点燃，这尤其符合用于所述燃烧的不同的要求。对于压电变压器而言，初级侧输送的交流电压首先通过电极转化成压电体内的机械振动，所述电极气相喷镀到压电晶体上或者——在陶瓷的实施方案中——烤印（einbrennen）到所述变压器的陶瓷结构中。在此，所述机械振动的频率主要取决于几何形状和机械结构。由此，在所述变压器PT内构成了机械波，所述机械波通过所述压电效应在所述次级侧的电极上产生输出电压。在此，所述次级侧的输出电压的大小尤其取决于晶体板或者所述陶瓷体的几何形状以及所述电极的位置。Rosen型的压电变压器（Rosen型的PT）特别合适用于产生PDP（压电放电等离子），因为该类型提供了高功率密度和非常高的转化比。特别有利的是，在所述初级侧上应用具有内置电极的陶瓷多层结构，因为如此能够将特别低的初级电压用于点燃（Zünden）所述等离子。在实践中，转变比能够如此达到大于1000。所述压电变压器根据本专利技术有利地在其谐振频率中运行。在10kHz到500kHz之间的频率对于所述PDP的点燃而言是最佳的。如果功率驱动器最佳地与所述PT的谐振和阻抗相匹配，那么以高效率实本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于燃烧燃料/空气混合物的装置，所述装置：‑具有燃烧室（BR），所述燃烧室具有至少一个用于输送燃料或者空气或者燃料/空气混合物的燃烧室入口（BE）；‑具有反应室（RR），所述反应室连接在所述燃烧室（BR）之前并且具有等离子发生器（PG），其中，所述等离子发生器（PG）是能够用低电压运行的压电变压器；‑具有用于所述等离子发生器（PG）的控制装置（SE）；‑其中，所述装置如此设计，使得在真正的燃烧过程之前，气态的组分中的至少一种气态的组分已经在所述反应室（RR）中借助于所述等离子发生器（PG）丰富以自由基和离子，并且随后通过所述燃烧室入口（BE）为了真正的燃烧而引导到所述燃烧室（BR）中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.03 DE 102014117799.11.用于燃烧燃料/空气混合物的装置，所述装置：-具有燃烧室（BR），所述燃烧室具有至少一个用于输送燃料或者空气或者燃料/空气混合物的燃烧室入口（BE）；-具有反应室（RR），所述反应室连接在所述燃烧室（BR）之前并且具有等离子发生器（PG），其中，所述等离子发生器（PG）是能够用低电压运行的压电变压器；-具有用于所述等离子发生器（PG）的控制装置（SE）；-其中，所述装置如此设计，使得在真正的燃烧过程之前，气态的组分中的至少一种气态的组分已经在所述反应室（RR）中借助于所述等离子发生器（PG）丰富以自由基和离子，并且随后通过所述燃烧室入口（BE）为了真正的燃烧而引导到所述燃烧室（BR）中。2.按权利要求1所述的装置，其中，所述燃烧室（BR）是内燃机的部分。3.按上述权利要求中任一项所述的装置，-其中，所述燃烧室（BR）包括燃烧室出口（BA），-其中，所述控制装置（SE）包括布置在所述燃烧室出口（BA）处或者布置在所述燃烧室出口之后的传感器和反馈回路（FB），-其中，所述传感器设计用于检测数值，所述数值表示用于所述燃烧的完全性的量度，-其中，所述控制装置（SE）设立用于：根据由所述传感器确定的数值，借助于所述反馈回路（FB）来控制所述等离子发生器（PG）的功率，以优化所述燃烧。4.按上述权利要求中任一项所述的装置，所述装置包括气体/离子传感器（GIS），所述气体/离子传感器用于检测一种或者多种气态的组分中的自由基和离子的浓度，其中，所述气体/离子传感器（GIS）布置在所述燃烧室入口（BE）之前并且与所述控制装置（SE）相连接。5.按上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述反应室（RR）和所述燃烧室入口（BE）配备以惰性且光滑的表面或者具有由惰性且光滑的材料制成的覆层。6.按上述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：G屈格尔，M普夫，C奥尔，S内特沙伊姆，
申请(专利权)人：埃普科斯股份有限公司，雷莱昂等离子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE