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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf eine Regenerationsanordnung gerichtet,
und insbesondere auf eine Regenerationsanordnung, die konfiguriert ist,
um die Temperatur von Abgasen zu steigern, die zu einer Partikelfalle
geleitet werden.
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Hintergrund
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Motoren,
die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der
Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe Mischung von
Luftverunreinigungen ausstoßen.
Die Luftverunreinigungen können
sowohl aus gasförmigem
als auch aus festem Material zusammengesetzt sein, wie beispielsweise
aus Partikelstoffen. Partikelstoffe können Asche und unverbrannte
Kohlenstoffpartikel aufweisen, die Ruß genannt werden.
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Aufgrund
von vermehrter Beachtung der Umwelt haben manche Motorhersteller
Systeme entwickelt, um Motorabgas zu behandeln, nachdem es den Motor
verlässt.
Einige dieser Systeme setzen Abgasbehandlungsvorrichtungen ein,
wie beispielsweise Partikelfallen, um Partikelstoffe aus dem Abgasfluss
zu entfernen. Eine Partikelfalle kann Filtermaterial aufweisen,
welches ausgelegt ist, um Partikelstoffe aufzunehmen. Nach einer
verlängerten
Anwendungsperiode jedoch kann das Filtermaterial teilweise mit Partikelstoffen
gesättigt
werden, wodurch die Fähigkeit
der Partikelfalle zur Aufnahme von Partikeln behindert wird.
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Die
gesammelten Partikelstoffe können
aus dem Filtermaterial durch einen Prozess entfernt werden, der
Regeneration genannt wird. Eine Partikelfalle kann regeneriert werden
durch Steigerung der Temperatur des Filtermaterials und der eingefangenen
Partikelstoffe über
die Verbrennungstemperatur der Partikelstoffe, wodurch die gesammelten
Partikelstoffe weggebrannt werden. Diese Steigerung der Temperatur
kann durch verschiedene Mittel bewirkt werden. Beispielsweise können einige
Systeme ein Heizungselement einsetzen, um direkt einen oder mehrere
Teile der Partikelfalle aufzuheizen (beispielsweise das Filtermaterial
oder das äußere Gehäuse). Andere
Systeme sind konfiguriert worden, um Abgase stromaufwärts der
Partikelfalle aufzuheizen. Die aufgeheizten Gase fließen dann
durch die Partikelfalle und übertragen
Wärme auf
das Filtermaterial und die eingefangenen Partikelstoffe. Solche Systeme
können
einen oder mehrere Motorbetriebsparameter verändern, wie beispielsweise das
Verhältnis
von Luft zu Brennstoff in den Brennkammern, um Abgase mit einer
erhöhten
Temperatur zu erzeugen. Alternativ können solche Systeme die Abgase stromaufwärts der
Partikelfalle beispielsweise mit einem Brenner aufheizen, der in
einer Abgasleitung angeordnet ist, die zu der Partikelfalle führt.
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Ein
solches System wird offenbart vom US-Patent Nr. 4 651 524, ausgegeben
an Brighton am 24. März
1987 ("das '524-Patent"). Das '524-Patent offenbart
ein Abgasbehandlungssystem, welches konfiguriert ist, um die Temperatur
der Abgase mit einem Brenner zu steigern.
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Während das
System des '524-Patentes
die Temperatur der Partikelfalle steigern kann, ist die Regenerationsvorrichtung
des '524-Patentes
nicht konfiguriert, so dass ein Teil der Vorrichtung mit anderen motorspezifischen
Teilen der Vorrichtung mit unterschiedlichen Größen und Formen anwendbar sein kann.
Darüber
hinaus kann die dort beschriebene Regenerationsvorrichtung zu groß sein,
um als Teil einer Motorpackung eingebaut zu werden. Als eine Folge
kann es schwierig sein, genau die Regenerationsvorrichtung und das
Motorsystem zusammen als eine Einheit zu kalibrieren.
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Die
offenbarte Regenerationsanordnung ist darauf gerichtet, eines oder
mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Offenbarung weist eine Regenerationsanordnung einen
ersten Teil mit einer Brennkammer auf, die mit einem Brennerkopf
verbunden ist. Die Regenerationsanordnung weist auch einen zweiten
Teil auf, der ein Gehäuse
aufweist. Der erste Teil ist entfernbar mit dem zweiten Teil zu
verbinden.
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In
einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung weist eine Regenerationsanordnung einen universellen ersten
Teil auf, der eine Brennkammer aufweist, die mit einem Brennerkopf
verbunden ist. Die Brennkammer definiert eine erste Verbrennungszone.
Die Regenerationsanordnung weist auch einen zweiten Teil mit einem
Gehäuse
mit einer zweiten Verbrennungszone auf. Die Brennkammer des universellen
ersten Teils ist im wesentlichen in dem Gehäuse angeordnet. Die erste Verbrennungszone
ist im wesentlichen von der zweiten Verbrennungszone durch eine
Stabilisierung isoliert, die mit der Brennkammer verbunden ist.
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In
noch einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung weist ein Verfahren zur Regeneration eines Filters unter Verwendung
einer Regenerationsanordnung die Einspritzung eines Flusses einer
brennbaren Substanz in eine erste Verbrennungszone der Regenerationsanordnung
auf, das Leiten eines Sauerstoffflusses zur ersten Verbrennungszone
der Regenerationsanordnung, und eine teilweise Verbrennung der brennbaren
Substanz in der ersten Verbrennungszone. Das Verfahren weist auch
auf, einen Abgasfluss zu einer zweiten Verbrennungszone der Regenerationsanordnung
zu leiten und im wesentlichen vollständig einen Rest des eingespritzten
Flusses der brennbaren Substanz in der zweiten Verbrennungszone
zu verbrennen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine diagrammartige Veranschaulichung einer Regenerationsvorrichtung
gemäß einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist
eine diagrammartige Veranschaulichung einer mit einer Leistungsquelle
verbundenen Regenerationsvorrichtung gemäß einem weiteren beispielhaften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung.
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3 ist
eine diagrammartige Veranschaulichung einer mit einer Leistungsquelle
verbundenen Regenerationsvorrichtung gemäß noch einem weiteren beispielhaften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung.
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4 ist
eine diagrammartige Veranschaulichung einer mit einer Leistungsquelle
verbundenen Regenerationsvorrichtung gemäß noch einem weiteren beispielhaften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Wie
in 1 gezeigt, kann eine Regenerationsanordnung 10 gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung einen ersten Teil 12 und einen
zweiten Teil 14 aufweisen. Der erste Teil 12 kann
eine Brennkammer 18 aufweisen, die mit einem Brennerkopf 16 verbunden ist.
Der erste Teil 12 kann auch eine Zündungsvorrichtung 20,
eine Einspritzvorrichtung 22, eine Verwirbelungseinrichtung 24 und
eine Stabilisierung 26 aufweisen. Der zweite Teil 14 kann
ein Gehäuse 30 aufweisen,
und das Gehäuse 30 kann
einen Abgaseinlass 32 und einen Auslass 34 aufweisen.
Der erste Teil 12 kann entfernbar mit dem zweiten Teil 14 zu verbinden
sein. Wie in 1 gezeigt, kann die Regenerationsanordnung 10 eine
Verbindungsanordnung 25 aufweisen, die konfiguriert ist,
um dabei zu helfen, entfernbar den ersten Teil 12 mit dem
zweiten Teil 14 zu verbinden. Zusätzlich, wie genauer unten beschrieben
wird, kann der erste Teil 12 ein universeller erster Teil
sein, der zur Anwendung mit zweiten Teilen 14 mit unterschiedlichen
Größen, Formen und/oder
anderen Konfigurationen bemessen, geformt und/oder in anderer Weise
konfiguriert ist.
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Der
Brennerkopf 16 kann beispielsweise eine Sammelleitung,
eine Kappe und/oder irgendeine andere Struktur sein, die Komponenten
einer Regenerationsanordnung tragen kann. Wie in 1 gezeigt,
können
die Zündvorrichtung 20,
die Einspritzvorrichtung 22 und/oder die Verwirbelungseinrichtung 24 an
dem Brennerkopf 16 montiert sein und/oder von diesem getragen
werden. Der Brennerkopf 16 kann aus irgendwelchen Materialien
gemacht sein, von denen in der Technik bekannt ist, dass sie Partikelfilterregenerationstemperaturen
widerstehen können.
Solche Materialien können
beispielsweise Platin, Stahl, Aluminium und/oder irgendwelche Legierungen
davon aufweisen. Zusätzlich
kann der Brennerkopf 16 aus Gusseisen oder irgendeinem
anderen gegossenen Material gemacht sein.
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Wie
in 1 gezeigt, kann der Brennerkopf 16 einen
Gaseinlass 28 aufweisen. Der Brennerkopf 16 kann
strömungsmittelmäßig mit
der Brennkammer 18 verbunden sein und kann konfiguriert
sein, um einen Gasfluss vom Gaseinlass 28 zur Brennkammer 18 zu
leiten. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann der Gasfluss
Umgebungsluft, komprimierte Luft und/oder gefiltertes Motorabgas
aufweisen. Zusätzlich
kann der Brennerkopf 16 weiter beispielsweise einen Flansch 15 und/oder
andere Strukturen aufweisen, die konfiguriert sind, um dabei zu
helfen, entfernbar den Brennerkopf 16 mit dem Gehäuse 30 der
Regenerationsanordnung 10 zu koppeln. Das Gehäuse 30 kann
einen entsprechenden Flansch 17 aufweisen, der konfiguriert
ist, um mit dem Flansch 15 des Brennerkopfes 16 zusammenzupassen.
In einem solchen Ausführungsbeispiel
kann die Verbindungsanordnung 25 konfiguriert sein, um
die Flansche 15, 17 zu verbinden. Obwohl dies
diagrammartig in 1 gezeigt ist, sei bemerkt,
dass die Verbindungsanordnung 25 beispielsweise ein oder
mehrere Bandklemmen, Bolzen, Schrauben, Bänder und/oder andere Strukturen
oder Vorrichtungen aufweisen kann, die entfernbar zwei Vorrichtungen
aneinander anbringen und/oder koppeln können. Es sei bemerkt, dass
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung einer oder beide der Flansche 15, 17 weggelassen
werden können.
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Die
Brennkammer 18 kann mit dem Brennerkopf 16 verbunden
sein und strömungsmittelmäßig mit
irgendwelchen Strömungsmitteldurchlässen oder Kanälen (nicht
gezeigt) des Brennerkopfes 16 verbunden sein, so dass ein
Gas, welches in den Gaseinlass 28 des Brennerkopfes 16 eintritt,
zur Brennkammer 18 geleitet werden kann. Die Brennkammer 18 kann
aus irgendeiner korrosionsbeständigen Hochtemperaturlegierung
gemacht sein, die in der Technik bekannt ist, wie beispielsweise
aus Hastelloy®.
Alternativ kann die Brennkammer 18 aus irgendeinem der
Metalle und/oder irgendeiner Legierung gemacht sein, die oben in
Verbindung mit dem Brennerkopf 16 erwähnt wurde. Die Brennkammer 18 kann
von irgendeiner Größe, Form
und/oder Konfiguration sein, die in der Technik bekannt ist. Wie
in 1 gezeigt, kann die Brennkammer 18 in
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
im wesentlichen zylindrisch sein und kann im wesentlichen vollständig in
dem Gehäuse 30 angeordnet
sein. Die Brennkammer 18 kann eine erste Verbrennungszone 40 in
dem Gehäuse 30 definieren.
Es sei bemerkt, dass es wünschenswert
sein kann, die Gesamtgröße der Regenerationsanordnung 10 zu
minimieren, und dass das Minimieren des Volumens der Brennkammer 18 dabei
helfen kann, die Größe der Regenerationsanordnung 10 zu
minimieren. Die Brennkammer 18 kann irgendeine herkömmliche
Wanddicke haben, die geeignet ist, um sicher eine Verbrennungsreaktion
zu halten.
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Die
Zündungsvorrichtung 20 kann
irgendeine Vorrichtung sein, die eine brennbare Substanz zünden kann.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung kann die Zündungsvorrichtung 20 beispielsweise
eine Zündkerze, eine
Glühkerze,
eine Plasmazündvorrichtung,
eine Oberflächenzündungsvorrichtung
und/oder irgendeine andere Zündungsvorrichtung
aufweisen, die in der Technik bekannt ist. Die Art der verwendeten
Zündungsvorrichtung 20 kann
von einer Vielzahl von Faktoren ab hängen, die beispielsweise die
erwünschte
Geschwindigkeit und/oder die Zuverlässigkeit aufweisen, mit der
die Zündungsvorrichtung 20 eine
brennbare Substanz während
der Anwendung zünden
kann, weiter die Dauer des Zündens
der Zündvorrichtung
und die Raumeinschränkungen
des Brennerkopfes 16. Die Zündungsvorrichtung 20 kann aus
Materialien gebildet sein, die beispielsweise gegen eine Zersetzung
aufgrund von Kohlenstoffablagerungen beständig sind, die an einer (nicht
gezeigten) Elektrode der Zündvorrichtung 20 gebildet
werden. Die Zündungsvorrichtung 20 kann
konfiguriert sein, um eine brennbare Substanz in der Nähe der Brennkammer 18 zu
zünden.
Die Zündungsvorrichtung 20 kann
auch konfiguriert sein, um periodisch zu zünden, um die brennbare Substanz
zu zünden,
die zur Brennkammer 18 geliefert wird, und kann konfiguriert
sein, um im wesentlichen kontinuierlich zu zünden, um dabei zu helfen, den
Verbrennungsprozess zu stabilisieren. Es sei bemerkt, dass das Helfen
bei der Stabilisierung des Verbrennungsprozesses aufweisen kann,
eine Verbrennungsflamme mit einer im wesentlichen konstanten Intensität am Brennen
zu halten.
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Die
Einspritzvorrichtung 22 kann in dem Brennerkopf 16 angeordnet
sein und kann konfiguriert sein, um eine brennbare Substanz zur
Brennkammer 18 zu liefern. Die Einspritzvorrichtung 22 kann
beispielsweise eine mit Druck verwirbelnde Bauart, eine luftunterstützte Bauart,
eine Luftstoßbauart,
eine Bauart mit doppelter Zumessöffnung und/oder
irgendeine andere Bauart einer Einspritzvorrichtung sein, die in
der Technik bekannt ist. Die Einspritzvorrichtung 22 kann
beispielsweise eine Düse,
eine Strömungsmittelzerstäubungsvorrichtung und/oder
irgendeine andere Vorrichtung sein, die ein eingespritztes Strömungsmittel
einspritzen und/oder zerstäuben
kann. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann ein Ende
der Einspritzvorrichtung 22 eine Vielzahl von Löchern definieren,
die bemessen, positioniert und/oder in anderer Weise konfiguriert
sind, um die Bildung eines relativ feinen Nebels und/oder einer
Versprühung
von eingespritztem Brennstoff zu erleichtern. Die Einspritzvorrichtung 22 kann
konfiguriert sein, um im wesentlichen gleichmäßig die brennbare Substanz
in der Brennkammer 18 zu verteilen.
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Die
Einspritzvorrichtung 22 kann auch konfiguriert sein, um
die brennbare Substanz in einem erwünschten Winkel in der Brennkammer 18 zu
verteilen.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann
die Einspritzvorrichtung 22 eine Düse mit doppelter Zumessöffnung sein,
die konfiguriert ist, um steuerbar zwei getrennte Strömungsmittelflüsse zu liefern.
Wie in 4 veranschaulicht, kann eine brennbare Substanz
zu einer solchen Einspritzvorrichtung 22 durch eine Vorsteuerleitung 19 und
eine sekundäre
Leitung 23 geliefert werden. Die Leitungen 19, 23 können unabhängig durch
ein entsprechendes Vorsteuerventil 13 und ein sekundäres Steuerventil 11 und/oder
irgendeine andere herkömmliche
Flusssteuervorrichtung gesteuert werden. Wie von den gestrichelten
Linien in 4 veranschaulicht, können die
Ventile 13, 11 steuerbar mit einer Steuervorrichtung 46 verbunden
sein. Ein Versorgungsventil 21 kann konfiguriert sein,
um steuerbar einen Fluss der brennbaren Substanz von einer Quelle 62 für die brennbare
Substanz zu den Ventilen 13, 11 zu leiten. Das
Versorgungsventil 21 kann auch steuerbar mit der Steuervorrichtung 46 verbunden sein.
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Der
Brennerkopf 16 kann auch einen Kühlmitteleinlass 60 und
einen Kühlmittelauslass 68 in der
Nähe der
Einspritzvorrichtung 22 aufweisen. Wie in 4 veranschaulicht,
kann der Kühlmitteleinlass 60 strömungsmittelmäßig beispielsweise
mit einem Kühlmittelkreislauf 72 der
Leistungsquelle 44 verbunden sein. Der Kühlmitteleinlass 60 kann
Kühlmittel von
dem Kühlmittelkreislauf 72 zu
einem (nicht gezeigten) Kühlmitteldurchlass
in den Brennerkopf 16 leiten. Der Fluss des Kühlmittels
kann einen Teil des Brennerkopfes 16 in der Nähe der Einspritzvorrichtung 22 kühlen und
kann auch konduktiv einen Teil der Einspritzvorrichtung 22 kühlen. Das
Kühlmittel, welches
zum Brennerkopf 16 geliefert wird, kann aus dem Brennerkopf 16 durch
den Kühlmittelauslass 68 austreten
und kann weiter durch den Kühlmittelkreislauf 72 fließen.
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Wie
in 4 veranschaulicht, kann eine Spülleitung 70 auch
strömungsmittelmäßig mit
der Einspritzvorrichtung 22 verbunden sein. Die Spülleitung 70 kann
strömungsmittelmäßig beispielsweise mit
einer Einlasssammelleitung 74 der Leistungsquelle 44 verbunden
sein. Die Spülleitung 70 kann konfiguriert
sein, um einen Fluss des Spülgases durch
die Einspritzvorrichtung 22 zu leiten, sobald die Regeneration
des Filters 50 vollendet ist und die brennbare Substanz
nicht länger
zur Einspritzvorrichtung 22 geliefert wird. Das Spülgas kann
irgendeine der brennbaren Substanzen, die in der Einspritzvorrichtung 22 bleiben,
aus der Einspritzvorrichtung 22 und in den Fluss des Abgases
drücken,
der in die Regenerationsanordnung 10 durch den Abgaseinlass 32 eintritt.
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Wiederum
mit Bezug auf 1 kann die Verwirbelungseinrichtung 24 irgendeine
Vorrichtung sein, die dabei helfen kann, die Verwirbelungsbewegung
und/oder die Turbolenz eines unter Druck gesetzten Strömungsmittelflusses
zu steigern. Die Verwirbelungsvorrichtung 24 kann mit dem
Brennerkopf 16 verbunden sein und kann konfiguriert sein,
um dabei zu helfen, eine brennbare Substanz, die in die Brennkammer 18 geliefert
wird, mit einem Gasfluss zu vermischen, der zur Brennkammer 18 geliefert wird.
Die Verwirbelungseinrichtung 24 kann aus irgendeinem der
Materialien gebildet sein, die oben mit Bezug zum Brennerkopf 16 besprochen
werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel können die
Verwirbelungseinrichtung 24 und der Brennerkopf 16 eine
einteilige Anordnung sein. Die Verwirbelungsanordnung 24 kann
von irgendeiner Form oder Konfiguration sein, die eine Verwirbelung
und/oder eine im wesentlichen zirkulierende Bewegung in einem Gas
einleiten kann, welches über
ihre Oberfläche
läuft.
Die Verwirbelungseinrichtung 24 kann beispielsweise im
wesentlichen konisch oder im wesentlichen scheibenförmig sein
und kann einen oder mehrere Freiräume, Löcher, Schlitze, Finnen und/oder
irgendwelche anderen in der Technik bekannten Strukturen haben.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung kann die Verwirbelungseinrichtung 24 auch
ein oder mehrere sich bewegende Teile haben.
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Es
sei bemerkt, dass die kreisförmige
Bewegung des Gases, die durch die Verwirbelungseinrichtung 24 erzeugt
wird, dabei helfen kann, eine brennbare Substanz mit einem Gasfluss
zu vermischen. Es sei auch bemerkt, dass die Verwirbelungsbewegung des
Gases, die durch die Verwirbelungseinrichtung 24 erzeugt
wird, dabei helfen kann, einen Teil der brennbaren Substanz, die
von der Verwirbelungseinrichtung 22 geliefert wird, zu
einer Wand der Brennkammer 18 zu leiten. Diese Bewegung
kann dabei helfen, die Verdampfung des Brennstoffes zu beschleunigen,
der sich an der Brennkammerwand gesammelt hat. Somit kann die Verwirbelungseinrichtung 24 dabei
helfen, die Temperatur der Brennkammerwand innerhalb erwünschter
Grenzen zu halten. Solche erwünschten
Grenzen können
dem Schmelzpunkt der Brennkammerwand entsprechen. Die Bewegung des
Gases, die durch die Verwirbelungseinrichtung 24 erzeugt
wird, kann auch eine Rückzirkulation
von heißen
Verbrennungsprodukten zurück
in eine erste Verbrennungszone 40 zur Folge haben, die
von der Brennkammer 18 definiert wird. Das Rückzirkulieren
von Produkten des Verbrennungsprozesses kann dabei helfen, den Verbrennungsprozess
zu halten und/oder zu stabilisieren.
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Wie
in 1 gezeigt, kann eine Stabilisierung 26 strömungsmittelmäßig mit
einem Ende der Brennkammer 18 verbunden sein. Die Stabilisierung 26 kann
aus irgendeinem der Metalle und/oder irgendeiner Legierung sein,
die oben besprochen wurden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann
die Stabilisierung 26 aus einer Nickellegierung HX gemacht
sein. Die Stabilisierung 26 kann auch konfiguriert sein,
um dabei zu helfen, im wesentlichen eine Verbrennungsreaktion zu
isolieren, die in der ersten Verbrennungszone 40 auftritt,
und zwar von den Abgasen, die in das Gehäuse 30 durch den Abgaseinlass 32 eintreten.
Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Ausdruck "im wesentlichen isolieren" das Bilden einer
durchlässigen
Barriere zwischen einer ersten Verbrennungszone und einer zweiten
Verbrennungszone, während
Fluktuationen im Fluss eines Strömungsmittels
durch eine der Zonen minimiert werden. Beispielsweise kann die Stabilisierung 26 dabei
helfen, die Flussfluktuation in der Brennkammer 18 zu minimieren,
die aus plötzlichen
Vergrößerungen
und/oder Verringerungen des Abgasflusses resultiert, der zu einer
zweiten Verbrennungszone 38 durch den Abgaseinlass 32 geleitet
wird. Solche plötzlichen
Veränderungen
des Abgasflusses kön nen
beispielsweise durch schnelle Vergrößerungen und/oder Verringerungen
der Motordrehzahl und/oder der Motorbelastung verursacht werden.
Die Stabilisierung 26 kann auch eine Form und/oder Konfiguration
haben, die nützlich
ist, um eine Strömungsmittelverbindung
zwischen der ersten Verbrennungszone 40 und der zweiten
Verbrennungszone 38 aufrecht zu erhalten. Beispielsweise
kann die Stabilisierung 26 in einem solchen Ausführungsbeispiel
eine im wesentlichen kreisförmige
Scheibe mit mindestens einem Loch sein.
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Wie
oben besprochen, kann das Gehäuse 30 mit
dem Brennerkopf 16 verbunden sein, so dass die Brennkammer 18 im
wesentlichen in dem Gehäuse 30 und
in Strömungsmittelverbindung
damit angeordnet sein kann. Das Gehäuse 30 kann aus irgendeinem
der oben besprochenen Materialien geformt sein. Das Gehäuse 30 kann
auch beispielsweise aus einem Stahlguss mit hohem Siliziumgehalt
oder aus einem anderen herkömmlichen
Hochtemperaturmaterial gebildet sein, welches in Verbrennungsumgebungen
nützlich
ist. Das Gehäuse 30 kann
irgendeine Form und/oder Konfiguration haben, die nützlich bei der
Minimierung von Einschränkungen
bei einem Strömungsmittelfluss
durch das Gehäuse 30 ist und/oder
beim Minimieren eines Druckabfalls, dem der Fluss unterworten ist,
wenn er dort hindurch läuft. Die 2 und 3 veranschaulichen
beispielhafte Ausführungsbeispiele
von solchen Gehäusen 30.
Es sei bemerkt, dass die Größe und die
Form des Gehäuses 30 von
der Art und/oder von der Größe der Leistungsquelle 44 abhängen können, mit
der die Regenerationsanordnung 10 verbunden ist. Beispielsweise
kann das Gehäuse 30 strömungsmittelmäßig mit
einer Turbine oder einer anderen Energieextraktionsanordnung 42 verbunden
sein und im wesentlichen horizontal orientiert sein (2),
im wesentlichen vertikal orientiert (3) und/oder
in irgendeiner anderen Richtung mit Bezug zur Leistungsquelle 44.
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Das
Gehäuse 30 kann
lang genug sein, um im wesentlichen vollständig eine Flamme zu enthalten,
die von der Zündungsvorrichtung 20 und
der Einspritzvorrichtung 22 während einer Verbrennungsreaktion
erzeugt wird. Wie in 2 gezeigt, kann das Gehäuse 30 einen
Verlängerungsabschnitt 64 aufweisen,
um dabei zu helfen, im wesentlichen vollständig die Flamme zu umschließen. Das
Gehäuse 30 kann
auch einen gebogenen Abschnitt 66 aufweisen. In einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel kann
der gebogene Abschnitt 66 sich im wesentlichen um einen
gesamten Umfang des Gehäuses 30 herum
erstrecken und kann im wesentlichen gegenüberliegend zum Abgaseinlass 32 angeordnet
sein. Der gebogene Abschnitt 66 kann eine komplexere Vermischung
von Abgasen mit einer unverbrannten brennbaren Substanz erleichtern,
die durch das Gehäuse 30 von
der Brennkammer 18 läuft.
Der gebogene Abschnitt 66 kann auch ein zusätzliches
Volumen in dem Gehäuse 30 vorsehen,
um irgendein Umlenken der Flamme zu kompensieren, welches beispielsweise
durch einen Abgasfluss verursacht wird, der in das Gehäuse 30 durch
den Abgaseinlass 32 geleitet wird. Als eine Folge kann
der gebogene Abschnitt 66 des Gehäuses 30 dabei helfen,
eine Außenfläche des
Gehäuses 30 auf
einer im wesentlichen gleichförmigen
Temperatur zu halten. Es sei bemerkt, dass die Regenerationsanordnung 10 beispielsweise
Bügel,
Stabilisierungen oder andere herkömmliche (nicht gezeigte) Trag-
und/oder Dämpfungsvorrichtungen
aufweisen kann, um dabei zu helfen, die Regenerationsanordnung 10 zu
tragen. Solche Vorrichtungen können
beispielsweise mit der Leistungsquelle 44 verbunden sein
(2–4).
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Wie
oben erwähnt,
kann der erste Teil 12 eine universelle Komponente der
Regenerationsanordnung 10 sein. In einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
kann eine einzige Anordnung aus Brennerkopf 16 und Brennkammer 18 der
vorliegenden Offenbarung bemessen und/oder in anderer Weise konfiguriert
sein, um eine Verbindung zu unterschiedlichen Gehäusen 30 mit
unterschiedlichen Größen, Formen
und anderen Konfigurationen herzustellen. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann
jedes unterschiedliche Gehäuse 30 speziell ausgelegt
sein, um zu der Leistungsquelle 44 zu passen, mit der es
verbunden ist, und zwar basierend auf Größen- und/oder Raumeinschränkungen.
Es sei bemerkt, dass ein Teil von jedem unterschiedlichen Gehäuse 30 im
wesentlichen ähnliche
Abmessungen haben kann, so dass der universelle Brennerkopf 16 damit
verbunden sein kann, und so dass die universelle Brennkammer 18 darin
angeordnet sein kann, wenn der Brennerkopf 16 mit dem Gehäuse 30 verbunden
ist.
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Wie
oben besprochen kann das Gehäuse 30 dabei
helfen, die zweite Verbrennungszone 38 stromabwärts der
Brennkammer 18 zu definieren. Das Gehäuse 30 kann auch einen
Abgaseinlass 32 und einen Auslass 34 aufweisen.
Ein Teil einer Diagnosevorrichtung 36 kann in dem Gehäuse 30 angeordnet sein
und konfiguriert sein, um Charakteristiken eines dort hindurch laufenden
Flusses abzufühlen.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die Diagnosevorrichtung 36 in der Nähe des Auslasses 34 und/oder
des Abgaseinlasses 32 des Gehäuses 30 angeordnet
sein. Die Diagnosevorrichtung 36 kann beispielsweise ein
Temperatursensor, ein Flusssensor, ein Partikelsensor und/oder irgendein
anderer herkömmlicher
in der Technik bekannter Sensor sein. Die Diagnosevorrichtung 36 kann
auch elektrisch mit der Steuervorrichtung verbunden sein (4).
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
offenbarte Regenerationsanordnung 10 kann verwendet werden,
um dabei zu helfen, Verunreinigungen, die in den Filtern durch Regeneration gesammelt
wurden, herauszuspülen.
Solche Filter können
irgendeine Art von in der Technik bekannten Filtern aufweisen, wie
beispielsweise Partikelfilter, die beim Herausziehen von Verunreinigungen
aus einem Flüssigkeitsfluss
nützlich
sind. Solche Filter, und somit die Regenerationsanordnung 10,
können
strömungsmittelmäßig mit
einem Abgasauslass von beispielsweise einem Dieselmotor oder einer
anderen in der Technik bekannten Leistungsquelle 44 verbunden
sein. Die Leistungsquelle 44 kann in irgendeiner herkömmlichen
Anwendung verwendet werden, wo eine Leistungsversorgung erforderlich
ist. Beispielsweise kann die Leistungsquelle 44 verwendet
werden, um Leistung zu einer stationären Einrichtung zu liefern,
wie beispielsweise zu Leistungsgeneratoren oder anderen bewegbaren
Maschinen, wie beispielsweise Fahrzeugen. Solche Fahrzeuge können beispielsweise
Au tomobile, Arbeitsmaschinen (einschließlich jenen für eine Anwendung
auf der Straße wie
im Gelände)
und andere schwere Maschinen aufweisen.
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Die
Regenerationsanordnung 10 kann konfiguriert sein, um die
Temperatur eines Abgasflusses anzuheben, der durch sie hindurch
läuft,
ohne nicht wünschenswert
den Fluss einzuschränken.
Mit minimaler Flusseinschränkung
kann die Regenerationsanordnung 10 vermeiden, einen Rückdruck
in einer Abgasleitung stromaufwärts
der Regenerationsanordnung 10 zu erzeugen und/oder in anderer
Weise die Leistung der Leistungsquelle zu behindern. Weiterhin kann
die Regenerationsanordnung 10 konfiguriert sein, um einen
Ausgangsfluss am Auslass 34 mit einer erwünschten
erhöhten
Temperatur zu erzeugen. Die Regenerationsanordnung 10 kann
auch klein genug sein, um mit der Leistungsquelle 44 als Packung
angeordnet zu sein. Als eine Folge kann die Regenerationsanordnung 10 leicht
mit der Leistungsquelle 44 durch den Hersteller der Leistungsquelle kalibriert
werden. Der Betrieb der Regenerationsanordnung 10 wird
nun im Detail mit Bezug auf 4 beschrieben,
außer
falls dies anders erwähnt
wird. Es sei bemerkt, dass die gestrichelten Linien, die von der
Steuervorrichtung 46 in 4 herkommen
und bei dieser enden, elektrische Steuerleitungen oder andere Steuerleitungen
darstellen. Die durchgezogenen Linien, die mit jeder der Komponenten
der 4 verbunden sind, stellen Strömungsmittelflussleitungen dar.
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Ein
Fluss von Abgasen, der von der Leistungsquelle 44 erzeugt
wird, kann von der Leistungsquelle 44 durch die Energieextraktionsanordnung 42 und
in die Regenerationsvorrichtung 10 durch den Abgaseinlass 32 laufen.
Es sei bemerkt, dass in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung die Energieextraktionsanordnung weggelassen
werden kann. Unter den normalen Betriebsbedingungen der Leistungsquelle
kann die Regenerationsanordnung 10 deaktiviert sein, und der
Abgasfluss kann durch den Auslass 34 und durch einen Partikelfilter 50 laufen,
wo ein Teil der Verunreinigungen eingefangen werden kann, die vom
Abgas mitgeführt
werden. Mit der Zeit kann jedoch der Filter 50 mit den
gesammelten Verunreinigun gen gesättigt werden,
wodurch seine Fähigkeit
zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Abgasfluss behindert wird.
Eine Diagnosevorrichtung 48, die konfiguriert ist, um die
Charakteristiken des gefilterten Flusses und/oder des Filters 50 abzufühlen, kann
strömungsmittelmäßig mit
dem Filter 50 verbunden sein und kann elektrisch mit der
Steuervorrichtung 46 verbunden sein. Die Diagnosevorrichtung 48 kann
beispielsweise die Filtertemperatur, die Flussrate, die Flusstemperatur,
den Gehalt der gefilterten Flusspartikel und/oder andere Charakteristiken
des Filters 50 und/oder des Flusses detektieren. Die Diagnosevorrichtung 48 kann
diese Informationen an die Steuervorrichtung 46 senden,
und die Steuervorrichtung 46 kann die Informationen verwenden,
um zu bestimmen, wann der Filter 50 eine Regeneration erfordert. Wie
durch die gestrichelten Linien in 4 veranschaulicht
sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 46 auch abgefühlte Informationen
von anderen Systemkomponenten verwenden kann, wie beispielsweise
von der Leistungsquelle 44 und der Diagnosevorrichtung 36,
die mit der Regenerationsanordnung 10 verbunden sind. Diese
Bestimmung kann auch auf einem vorbestimmten Regenerationszeitplan
basieren, auf der von der Leistungsquelle 44 verbrannten Brennstoffmenge
und/oder auf Modellen, Algorithmen oder Karten, die in einem Speicher
der Steuervorrichtung 46 gespeichert sind.
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Um
den Betrieb der Regenerationsanordnung 10 zu beginnen,
kann die Steuervorrichtung 46 zumindest teilweise ein Mischventil 58 öffnen, um
zu gestatten, dass eine kleine Menge von zusätzlichem Gas in die Regenerationsanordnung 10 durch
den Gaseinlass 28 eintritt. Das Gas kann ein Fluss von Umgebungsluft 54 sein,
der unter anderem Sauerstoff enthält. Das Gas kann auch einen
Fluss von gefiltertem Abgas 56 aufweisen, welches von einer
Stelle stromabwärts
des Filters 50 herausgezogen wird und durch das Mischventil 58 geleitet
wird. Das Gas kann weiter einen Fluss von komprimierter Luft 55 aufweisen,
der zur Regenerationsanordnung 10 beispielsweise von einer
(nicht gezeigten) Kompressoranordnung oder von der Einlasssammelleitung 74 der
Leistungsquelle 44 geleitet wird. Die Steuervorrichtung 46 kann
auch die Zündvorrichtung
aktivieren, um beispielsweise einen Fun ken in der Nähe der Brennkammer 18 zu
erzeugen. Die Steuervorrichtung 46 kann zumindest teilweise
das Versorgungsventil 21 öffnen, wodurch ein Fluss einer
brennbaren Substanz von der Quelle 62 für die brennbare Substanz zur
Einspritzvorrichtung 22 geleitet wird. Wie oben besprochen,
kann die Steuervorrichtung 46 in einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung auch zumindest teilweise das Vorsteuerventil 13 und/oder
das sekundäre
Steuerventil 11 öffnen, um
bei der Steuerung des Flusses der brennbaren Substanz zu helfen.
Es sei bemerkt, dass die brennbare Substanz beispielsweise Benzin,
Dieselbrennstoff, reformierter bzw. aufbereiteter Brennstoff oder irgendein
anderes herkömmliches
brennbares Strömungsmittel
sein kann. Im folgenden wird die brennbare Substanz als Brennstoff
bezeichnet.
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Die
Verwirbelungseinrichtung 24 (1) kann
das Gas vom Gaseinlass 28 in einer Verwirbelungsbewegung
in der Brennkammer 18 leiten (1). Diese
Verwirbelung kann dabei helfen, den Brennstoff bei der Vermischung
mit dem Gas zu helfen. Die Gas/Brennstoff-Mischung kann in Anwesenheit
des Funken von der Zündungsvorrichtung 20 zünden, und
ein Teil des eingespritzten Brennstoffes kann in der ersten Verbrennungszone 40 verbrennen (1).
In einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung kann die Steuervorrichtung 46 ein minimales
Gasvolumen zum Gaseinlass 28 der Regenerationsvorrichtung 10 leiten.
Dieses minimale Gasvolumen kann gerade genug Sauerstoff enthalten,
um eine Verbrennung in der Brennkammer 18 einzuleiten.
Als eine Folge kann der eingespritzte Brennstoff nur teilweise in
der Brennkammer 18 verbrennen. In einem solchen Ausführungsbeispiel
kann eine Brennkammer 18 mit einem kleineren Volumen verwendet
werden, als bei herkömmlichen
Brennkammern von Regenerationsanordnungen. Als eine Folge kann die
Gesamtgröße der Regenerationsanordnung 10 der
vorliegenden Offenbarung geringer sein als die Gesamtgröße von herkömmlichen
Regenerationsanordnungen, in denen Brennstoff verbrannt wird. Es
sei bemerkt, dass Sauerstoff, der in dem Abgasfluss enthalten ist,
der in die Regenerationsanordnung 10 durch den Abgaseinlass 32 eintritt, verwendet
werden kann, um die Verbrennung des ein gespritzten Brennstoffes
in der zweiten Verbrennungszone 38 zu vollenden (1).
Die Verbrennungszonen 40, 38 sind im wesentlichen
voneinander durch die Stabilisierung 26 (1)
während
des Betriebs der Regenerationsanordnung 10 isoliert.
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Die
Steuervorrichtung 46 kann die eingespritzte Brennstoffmenge
basierend auf der erwünschten
Temperatur steuern, die zur Regeneration erforderlich ist. Es sei
bemerkt, dass, wenn mehr Brennstoff eingespritzt wird, die Temperatur
des aus dem Auslass 34 austretenden Flusses zunehmen wird.
Die Steuervorrichtung 46 kann auch die relative Menge des
Gases steuern, die zum Gaseinlass 28 geliefert wird, und
zwar basierend auf der eingespritzten Brennstoffmenge und der erwünschten Temperatur.
Die erwünschte
Temperatur kann beispielsweise die Temperatur des Abgasflusses am Auslass 34 der
Regenerationsanordnung 10 sein, die bewirkt, dass der Filter 50 mit
einer erwünschten Rate
oder innerhalb einer erwünschten
Zeit regeneriert. Es sei bemerkt, das solche erwünschten Temperaturen größer als
ungefähr
500° Celsius
sein können.
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Sobald
die erwünschte
Temperatur erreicht worden ist, kann der Filter beginnen, zu regenerieren, und
die darin gesammelten Materialien können beginnen, wegzubrennen.
Die Regenerationsanordnung 10 kann weiter Brennstoff verbrennen,
bis der Filter 50 zufriedenstellend regeneriert worden
ist. Während
der Regeneration kann Kühlmittel
zum Brennerkopf 16 geliefert werden, um einen Teil des Brennerkopfes 16 in
der Nähe
der Einspritzvorrichtung 22 zu kühlen.
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Nachdem
die Steuervorrichtung 46 bestimmt, dass die Regeneration
vollständig
ist, kann die Lieferung von Brennstoff und Gas zur Regenerationsanordnung 10 aufhören, und
die Zündungsvorrichtung 20 kann
deaktiviert werden. Die Steuervorrichtung kann auch einen Fluss
von Spülgas
von der Einlasssammelleitung 74 der Leistungsquelle 44 zur Einspritzvorrichtung 22 leiten.
Dieser Fluss von Spülgas
kann die Einspritzvorrichtung 22 von irgendwelchem restlichen
darin enthaltenen Brennstoff frei spülen und kann dabei helfen,
beispielsweise die Menge des in der Einspritzvorrichtung 22 aufgebauten
Kohlenstoffes zu minimieren, die daraus resultiert.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an der offenbarten Regenerationsanordnung 10 vorgenommen
werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
und aus einer praktischen Ausführung
der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.