[发明专利]热交换器和用于处理内燃机废气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及结合有非热等离子发生装置的热交换器。本发明还涉及用于处理内燃机的废气的方法，例如通过使用结合有非热等离子发生装置的热交换器来进行冷却和/或减少在这些废气中的氮氧化物(NO_X)和烟灰的排放。

背景技术

内燃机的废气可以包含许多燃烧副产物，包括NO_X、颗粒状物质例如含碳烟灰以及未燃烧的烃类燃料。具体地说，柴油发动机的废气包含大量的NO_X和烟灰，并且NO_X的含量在所谓的“稀燃”发动机的废气中也很高，其中，在该“稀燃”发动机中，燃料与过量的氧一起燃烧以便提高发动机效率。稀燃发动机的废气流也会包含大量的氧。将No_x、烟灰和挥发性有机化合物释放到大气中的不利作用是公知的。No_x有助于光化学雾、酸雨和臭氧的产生。在空气中的烟灰颗粒导致可见度更差以及呼吸疾病。

在压缩(柴油)和火花点火发动机两者中，已经采用废气处理系统来降低NO_X的排放。可以用来使得一部分废气重新循环进入发动机的这些处理系统能够使柴油发动机的NO_X排放物降低40％至50％，并且通过使用废气冷却器例如小型式翅管热交换器来冷却废气从而可以实现更大的排放降低。但是，在能量输出和燃油经济性受到负面影响之前在能够重新导入到发动机中的废气量方面存在限制，并且已经发现将废气重新导入到发动机中能够明显增大废气的烟灰含量。

在废气中存在大量烟灰会导致废气冷却器的内表面结垢。人们认为由于在热交换表面上产生传导性较低的热阻层、在热交换表面上产生表面粗糙度从而增大压降并且限制了用于废气流经的尤其在小直径管中的通道，所以结垢会降低冷却器的性能。

已知使用颗粒物捕获器和/或过滤器来降低废气流的烟灰含量。这些捕获器和过滤器中的一些可以包括等离子反应器，该反应器产生出NO₂以与烟灰反应并且将它转变成气态CO和/或CO₂。还已知的是，可以通过在冷却器上游设置颗粒物捕获器或过滤器来降低或防止废气冷却器的结垢。但是，这些系统存在以下缺点，即为了降低烟灰含量需要在废气流中加入额外组件。这增加了排气系统的成本和复杂性。

仍然需要一种废气系统，在废气系统中，废气冷却器的结垢被以比已知系统更简单并且更节约的方式部分地或完全地防止。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种热交换器，它包括：在第一入口和第一出口之间延伸的第一流体通道；在第二入口和第二出口之间延伸的第二流体通道，其中所述第一和第二流体通道彼此密封；至少一个热交换表面，通过这些热交换表面第一和第二流体通道彼此热交换连通；以及位于所述第二流体通道中的至少一个电极；其中所述至少一个电极与电压源连接，该电压源在热交换器使用期间向所述至少一个电极施加电压；并且其中所述电压的幅度足以使得所述至少一个电极在所述第二流体通道中产生出非热等离子。

根据另一个方面，提供了一种用于降低在内燃机的废气流中的氮氧化物的排放的方法。该方法包括：(a)在内燃机的废气流中设置根据本发明的热交换器；(b)使热废气通过废气流并且通过热交换器的第二流体通道，从而流经所述废气流的热废气通过第二入口进入热交换器，流经所述第二流体通道并且通过所述第二出口离开所述热交换器；其中所述热废气包含有一定量的一氧化氮和含碳烟灰；(c)使得冷却剂通过第一流体通道；以及(d)给电压源供电以便向至少一个电极施加电压；其中所述电压的幅度足以使得至少一个电极在第二流体通道中产生出非热等离子，其中所述非热等离子使得在热废气中的至少一部分一氧化氮转变成二氧化氮，该二氧化氮与烟灰反应以产生出二氧化碳和氮气。

附图说明

下面将参照以下附图只是以实施例的方式对本发明的优选实施方案进行说明，其中：

图1为根据本发明第一优选实施方案的热交换器的示意性纵向截面；

图2为沿着图1的II-II’线的横截面；

图3和4为图1的热交换器的侧视图，其中第二入口和出口接头是倾斜的；

图5显示出用在图1所示的热交换器中的电极间隔件的优选形式；

图6为根据本发明第二优选实施方案的热交换器的示意性纵向截面；

图7为拆除了端盖138的图6的热交换器的端视图，并且显示出许多可能的电极和间隔件的配置；以及

图8为图6的热交换器的示意性透视图。

具体实施方式