預(yù)燃離子化的制作方法
【專利說明】預(yù)燃離子化
[0001]相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求提交于2012年11月27日、標(biāo)題為“MULTISTAGE 1NIZERFOR A COMBUST1N SYSTEM”(用于燃燒系統(tǒng)的多級離子發(fā)生器)的美國臨時專利申請N0.61/730, 486的優(yōu)先權(quán)，該專利申請以引用的方式在不與本文的公開內(nèi)容不一致的程度上并入。
【背景技術(shù)】
[0003]在電動式燃燒控制系統(tǒng)(ECC)中，使用電能控制燃燒反應(yīng)的各個方面。通常，電能由接觸或靠近燃燒反應(yīng)的電極施加。例如，一種已知的方法是將第一電極定位在燃燒反應(yīng)附近或接觸燃燒反應(yīng)，并用燃燒器噴嘴作為第二電極。然后對兩個電極之間的整個燃燒反應(yīng)施加電壓，在電極之間產(chǎn)生延伸穿過燃燒反應(yīng)的電場。隨著燃料(和/或氧化劑)經(jīng)由燃燒器噴嘴射出，將電荷賦予燃料。這為燃燒反應(yīng)產(chǎn)生電荷，該電荷的極性與第一電極的極性相反。第一電極的位置、所施加電壓的極性和值，以及許多其他相關(guān)因素確定電能對燃燒反應(yīng)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實施例中，提供了用于使用帶電粒子流賦予燃燒反應(yīng)電荷的系統(tǒng)。例如，該系統(tǒng)可以包括被配置成提供具有第一極性的離子流的離子發(fā)生器。在相對于燃燒反應(yīng)的燃燒器或燃料源的第一位置處將離子流引入燃燒反應(yīng)。離子流可被配置成將電荷賦予燃燒反應(yīng)的任何組分、燃燒反應(yīng)本身或燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物。根據(jù)一個實施例，該系統(tǒng)還包括定位在第一位置下游的第二位置處的第一電極，以及可操作地聯(lián)接到第一電極的電壓源。該系統(tǒng)還可包括可操作地聯(lián)接以向離子發(fā)生器和電壓源提供一個或多個電信號的控制器。控制器被配置成通過選擇一個或多個電信號以迫使帶電燃燒反應(yīng)進(jìn)行響應(yīng)來控制燃燒反應(yīng)。
[0005]在一個實施例中，提供了用于使用離子流控制燃燒反應(yīng)的方法。該方法可以包括支持燃燒器或燃料源處的燃燒反應(yīng)。該方法還可以包括向離子發(fā)生器施加一個或多個電信號以生成具有第一極性的離子流。該方法還可以包括使帶電離子流在第一位置處接觸燃燒反應(yīng)或燃燒反應(yīng)的反應(yīng)物。第一位置至少間歇地在相對于燃燒反應(yīng)的反應(yīng)前沿的至少一部分的上游。該方法另外可以包括將電荷賦予燃燒反應(yīng)的反應(yīng)物、燃燒反應(yīng)、燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物或它們的組合。該方法可以包括通過將一個或多個電信號施加至一個或多個第一電極來控制燃燒反應(yīng)。第一電極在第一位置下游的第二位置處。第一電極通過使電荷響應(yīng)于所述一個或多個電信號來控制燃燒反應(yīng)。
【附圖說明】
[0006]圖1為根據(jù)一個實施例的燃燒系統(tǒng)的框圖，該燃燒系統(tǒng)帶有反應(yīng)前沿上游的離子流以控制燃燒反應(yīng)。
[0007]圖2A為根據(jù)一個實施例的離子發(fā)生器的框圖。
[0008]圖2B為根據(jù)另一個實施例的離子發(fā)生器的框圖。
[0009]圖3為根據(jù)另一個實施例的燃燒系統(tǒng)的框圖，該燃燒系統(tǒng)包括離子流以控制燃燒反應(yīng)。
[0010]圖4A為根據(jù)一個實施例的包括多個燃燒反應(yīng)的燃燒系統(tǒng)的框圖。
[0011]圖4B為根據(jù)一個實施例的圖4A的系統(tǒng)的框圖，其中離子流具有相反的極性。
[0012]圖5A為根據(jù)一個實施例的燃燒系統(tǒng)的框圖。
[0013]圖5B為根據(jù)一個實施例的圖5A的系統(tǒng)的框圖，其中離子流具有相反的極性。
[0014]圖6為根據(jù)另一個實施例的燃燒系統(tǒng)的框圖，該燃燒系統(tǒng)包括用于使用離子流控制相鄰燃燒反應(yīng)的相互作用的系統(tǒng)。
[0015]圖7為根據(jù)另一個實施例的燃燒系統(tǒng)的框圖。
[0016]圖8為根據(jù)一個實施例的用于使用離子流控制燃燒反應(yīng)的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]在以下詳細(xì)描述中，參照構(gòu)成本文一部分的附圖。除非在上下文中另外指明，否則在附圖中類似的標(biāo)記通常表示類似的部件。在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的前提下，可采用其他實施例和/或可進(jìn)行其他更改。
[0018]發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，接觸或靠近燃燒反應(yīng)的電極會被來自燃燒反應(yīng)的熱或反應(yīng)性物質(zhì)損壞，這會削弱控制燃燒反應(yīng)的能力。例如，具有有限表面積、小曲率半徑和/或尖銳邊緣的電極，諸如可用于電荷注入或電暈電極的電極，經(jīng)常易于受到此類損壞的影響。另夕卜，由某些材料制成的電極也會易于受到此類損壞的影響，在某些情況下，由于成本或?qū)嵱眯栽?，這些電極對此類損壞如此敏感，以至于阻礙了原本所需的電極材料的使用。此外，就燃燒反應(yīng)停止時間、電極材料和/或人工而言，更換電極是昂貴的，更不用說在更換之前此類電極降低的控制效率。
[0019]根據(jù)一些實施例，在燃燒空間中具有“活性”或載流部件的燃燒反應(yīng)充電系統(tǒng)可能需要更廣泛的工序來更換損壞或磨損的部件，并且/或者可能需要關(guān)機(jī)或大規(guī)模燃料關(guān)停才能檢修損壞或磨損的部件。因此，可以通過將活性部件放置在燃燒空間外部來積極地影響維修和可靠性。
[0020]發(fā)明人建議提供被配置成形成帶電粒子的離子發(fā)生器機(jī)構(gòu)，然后將其作為向燃燒反應(yīng)施加電荷的裝置引入燃燒反應(yīng)中?？蓮娜魏魏线m的材料或材料組合中拖曳帶電粒子，包括，例如，燃燒反應(yīng)的組分，諸如氧化劑氣體(如，空氣)、燃料、煙氣、反應(yīng)物等。根據(jù)一個實施例，離子發(fā)生器機(jī)構(gòu)可以包括離子束發(fā)生器，諸如電子束源。根據(jù)另一個實施例，離子發(fā)生器機(jī)構(gòu)可以包括引入燃燒空間中的浸入電介質(zhì)流體流(諸如氣體)中的電暈電極和反電極對。電暈電極和反電極對被配置成由電介質(zhì)流體的分子(上的沉積電荷)或由流體所攜帶的其他供體物質(zhì)形成離子。
[0021]離子發(fā)生器可作為被配置用于現(xiàn)場替換或更換的模塊或模塊化系統(tǒng)而被提供。
[0022]術(shù)語燃燒反應(yīng)被理解為是指放熱氧化反應(yīng)。在一些情況下，燃燒反應(yīng)可以包括化學(xué)計量的(如，可見的)表面。在其他情況下，燃燒反應(yīng)可以是“無火焰的”，使得不存在可見的邊界。
[0023]燃燒組分是指引入燃燒空間中并將參與燃燒過程的元素，諸如燃料、氧化劑、EGR煙氣、改性劑、催化劑，以及可以引入的其他物質(zhì)。該術(shù)語并不限于提及當(dāng)這些元素存在于燃燒空間內(nèi)時的這些元素，而且還提及將它們引入燃燒空間之前的這些元素。
[0024]燃燒空間是指發(fā)生燃燒反應(yīng)的空間，它是根據(jù)特定應(yīng)用的環(huán)境劃定的。例如，許多系統(tǒng)包括燃燒室或被配置成包含燃燒反應(yīng)及其產(chǎn)物和/或保護(hù)個體免于反應(yīng)的其他封裝件。在此類情況下，燃燒空間的相應(yīng)邊界和尺寸在適當(dāng)?shù)某潭壬嫌煞庋b件的壁或表面限定。被配置成保護(hù)定位在障礙物一側(cè)的元件免于被定位在障礙物相對側(cè)的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱能損壞的任何障礙物可以限定燃燒空間的相應(yīng)邊界。因此，例如，部分或全部定位在燃燒空間內(nèi)并被配置成保護(hù)電路或其他設(shè)備免于被燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量損壞的較小封裝件有效地從燃燒空間中去除了由較小封裝件所限定的空間。
[0025]在不存在封裝件的情況下，或者在封裝件的某些部分離燃燒反應(yīng)足夠遠(yuǎn)的情況下，以至于它們不會有效地約束燃燒反應(yīng)的各個方面，那么燃燒空間可被定義為里面的環(huán)境溫度為至少400 °F的空間。燃燒空間還包括溫度顯著高于400 °F的區(qū)域。例如，在某些實際燃燒系統(tǒng)中，會遇到最高至接近絕熱火焰溫度的溫度。
[0026]通常，開口，即被配置成支持燃燒反應(yīng)的燃料噴嘴或燃燒器的終端限定了燃燒空間的邊界或界限，使得從噴嘴流出的燃料在從噴嘴噴出時進(jìn)入燃燒空間。同樣，通過其引入燃燒反應(yīng)的其他組分的噴嘴、開口、出口等可以限定燃燒空間的相應(yīng)邊界。另一個邊界在排氣通道(諸如煙道或煙囪)內(nèi)的近似點處，在該點，放熱過程不再是自持的。
[0027]在本公開中參考離子和離子發(fā)生器主要描述了示出使用帶電粒子向燃燒反應(yīng)施加電荷的實施例。然而，這僅是示例性的。帶電粒子的其他變型形式是熟知的，如同用于它們的制備的機(jī)構(gòu)。如權(quán)利要求書中所用，術(shù)語帶電粒子并不限于離子，而是被廣義地解釋為關(guān)于任何類型的帶電粒子的表述，即不是電中性的任何粒子。在一些情況下，帶電粒子可以自由電子或松散關(guān)聯(lián)電子的形式存在。在其他情況下，帶電粒子可以包括至少一個原子核，如H+中的情況，并且/或者可以包括帶電原子對或帶電分子。應(yīng)當(dāng)理解，本文中與離子的制備相關(guān)的描述也可以適用于本身不是離子的帶電粒子(如電子)的制備。
[0028]圖1為根據(jù)一個實施例的系統(tǒng)100的框圖，該系統(tǒng)用于使用離子流102來控制燃燒反應(yīng)104。
[0029]根據(jù)一個實施例，系統(tǒng)100包括離子發(fā)生器106，其被配置成向相對于支持燃燒反應(yīng)104的噴嘴開口或燃燒器110的終端109的第一位置108提供離子流102。離子流102具有第一極性。離子流102被配置成將凈電荷賦予燃燒反應(yīng)104或其組分。第一電極114可以定位在第二位置115，第二位置115在第一位置108的下游111并且由氣隙117將其與燃燒反應(yīng)104至少間歇地分離。電壓源118可操作地聯(lián)接到第一電極114?？刂破?20可操作地聯(lián)接以便將一個或多個電信號提供給離子發(fā)生器106和電壓源118。該控制器可被配置成通過選擇一個或多個電信號來控制燃燒反應(yīng)104。第一位置108至少間歇地在相對于燃燒反應(yīng)104的反應(yīng)前沿112的上游113。根據(jù)實施例，控制器120被配置成控制電壓源和離子發(fā)生器106，以保持燃燒反應(yīng)104與第一電極114之間的氣隙117。在其他實施例中，第一電極114可以諸如由熔融石英玻璃電絕緣。在其他實施例中，第一電極114可以與燃燒反應(yīng)電連續(xù)。例如，可以通過保持第一電極114與第一電極的電壓源之間的電阻來控制流經(jīng)燃燒反應(yīng)的電流。
[0030]術(shù)語上游(附圖中箭頭111所指示)和下游(箭頭113所指示)是參照與燃燒反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的復(fù)合流而言的，該復(fù)合流包括例如燃料流、氧化劑流、燃燒反應(yīng)內(nèi)的反應(yīng)物流和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物流，即，煙氣和它的各種組分。在沒有進(jìn)一步修改或定義的情況下使用這些術(shù)語可被理解為是指沿著該復(fù)合流的相對位置。
[0031]根據(jù)各個實施例，選擇離子流102以將電荷和第一極性賦予燃燒反應(yīng)104。除此之外或作為另外一種選擇，可選擇離子流102以將電荷和第一極性賦予燃燒反應(yīng)104的燃料。除此之外或作為另外一種選擇，可選擇離子流102以將電荷和第一極性賦予燃燒反應(yīng)104的氧化劑。除此之外或作為另外一種選擇，可選擇離子流102以將電荷和第一極性賦予燃燒反應(yīng)104的載氣。除此之外或作為另外一種選擇，可選擇離子流102以將電荷和第一極性賦予燃燒反應(yīng)104的產(chǎn)物。除此之外或作為