預燃離子化的制作方法
【專利說明】預燃離子化
[0001]相關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、標題為“MULTISTAGE 1NIZERFOR A COMBUST1N SYSTEM”(用于燃燒系統的多級離子發生器)的美國臨時專利申請N0.61/730, 486的優先權，該專利申請以引用的方式在不與本文的公開內容不一致的程度上并入。
【背景技術】
[0003]在電動式燃燒控制系統(ECC)中，使用電能控制燃燒反應的各個方面。通常，電能由接觸或靠近燃燒反應的電極施加。例如，一種已知的方法是將第一電極定位在燃燒反應附近或接觸燃燒反應，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施加電壓，在電極之間產生延伸穿過燃燒反應的電場。隨著燃料(和/或氧化劑)經由燃燒器噴嘴射出，將電荷賦予燃料。這為燃燒反應產生電荷，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，以及許多其他相關因素確定電能對燃燒反應的影響。
【發明內容】
[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電荷的系統。例如，該系統可以包括被配置成提供具有第一極性的離子流的離子發生器。在相對于燃燒反應的燃燒器或燃料源的第一位置處將離子流引入燃燒反應。離子流可被配置成將電荷賦予燃燒反應的任何組分、燃燒反應本身或燃燒反應的產物。根據一個實施例，該系統還包括定位在第一位置下游的第二位置處的第一電極，以及可操作地聯接到第一電極的電壓源。該系統還可包括可操作地聯接以向離子發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進行響應來控制燃燒反應。
[0005]在一個實施例中，提供了用于使用離子流控制燃燒反應的方法。該方法可以包括支持燃燒器或燃料源處的燃燒反應。該方法還可以包括向離子發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或燃燒反應的反應物。第一位置至少間歇地在相對于燃燒反應的反應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的反應物、燃燒反應、燃燒反應的產物或它們的組合。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。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于所述一個或多個電信號來控制燃燒反應。
【附圖說明】
[0006]圖1為根據一個實施例的燃燒系統的框圖，該燃燒系統帶有反應前沿上游的離子流以控制燃燒反應。
[0007]圖2A為根據一個實施例的離子發生器的框圖。
[0008]圖2B為根據另一個實施例的離子發生器的框圖。
[0009]圖3為根據另一個實施例的燃燒系統的框圖，該燃燒系統包括離子流以控制燃燒反應。
[0010]圖4A為根據一個實施例的包括多個燃燒反應的燃燒系統的框圖。
[0011]圖4B為根據一個實施例的圖4A的系統的框圖，其中離子流具有相反的極性。
[0012]圖5A為根據一個實施例的燃燒系統的框圖。
[0013]圖5B為根據一個實施例的圖5A的系統的框圖，其中離子流具有相反的極性。
[0014]圖6為根據另一個實施例的燃燒系統的框圖，該燃燒系統包括用于使用離子流控制相鄰燃燒反應的相互作用的系統。
[0015]圖7為根據另一個實施例的燃燒系統的框圖。
[0016]圖8為根據一個實施例的用于使用離子流控制燃燒反應的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]在以下詳細描述中，參照構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記通常表示類似的部件。在不脫離本發明的精神或范圍的前提下，可采用其他實施例和/或可進行其他更改。
[0018]發明人已經認識到，接觸或靠近燃燒反應的電極會被來自燃燒反應的熱或反應性物質損壞，這會削弱控制燃燒反應的能力。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，由于成本或實用性原因，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充電系統可能需要更廣泛的工序來更換損壞或磨損的部件，并且/或者可能需要關機或大規模燃料關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]發明人建議提供被配置成形成帶電粒子的離子發生器機構，然后將其作為向燃燒反應施加電荷的裝置引入燃燒反應中。可從任何合適的材料或材料組合中拖曳帶電粒子，包括，例如，燃燒反應的組分，諸如氧化劑氣體(如，空氣)、燃料、煙氣、反應物等。根據一個實施例，離子發生器機構可以包括離子束發生器，諸如電子束源。根據另一個實施例，離子發生器機構可以包括引入燃燒空間中的浸入電介質流體流(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形成離子。
[0021]離子發生器可作為被配置用于現場替換或更換的模塊或模塊化系統而被提供。
[0022]術語燃燒反應被理解為是指放熱氧化反應。在一些情況下，燃燒反應可以包括化學計量的(如，可見的)表面。在其他情況下，燃燒反應可以是“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。該術語并不限于提及當這些元素存在于燃燒空間內時的這些元素，而且還提及將它們引入燃燒空間之前的這些元素。
[0024]燃燒空間是指發生燃燒反應的空間，它是根據特定應用的環境劃定的。例如，許多系統包括燃燒室或被配置成包含燃燒反應及其產物和/或保護個體免于反應的其他封裝件。在此類情況下，燃燒空間的相應邊界和尺寸在適當的程度上由封裝件的壁或表面限定。被配置成保護定位在障礙物一側的元件免于被定位在障礙物相對側的燃燒反應產生的熱能損壞的任何障礙物可以限定燃燒空間的相應邊界。因此，例如，部分或全部定位在燃燒空間內并被配置成保護電路或其他設備免于被燃燒反應產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足夠遠的情況下，以至于它們不會有效地約束燃燒反應的各個方面，那么燃燒空間可被定義為里面的環境溫度為至少400 °F的空間。燃燒空間還包括溫度顯著高于400 °F的區域。例如，在某些實際燃燒系統中，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入燃燒空間。同樣，通過其引入燃燒反應的其他組分的噴嘴、開口、出口等可以限定燃燒空間的相應邊界。另一個邊界在排氣通道(諸如煙道或煙囪)內的近似點處，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生器主要描述了示出使用帶電粒子向燃燒反應施加電荷的實施例。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構。如權利要求書中所用，術語帶電粒子并不限于離子，而是被廣義地解釋為關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聯電子的形式存在。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。應當理解，本文中與離子的制備相關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為根據一個實施例的系統100的框圖，該系統用于使用離子流102來控制燃燒反應104。
[0029]根據一個實施例，系統100包括離子發生器106，其被配置成向相對于支持燃燒反應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104至少間歇地分離。電壓源118可操作地聯接到第一電極114。控制器120可操作地聯接以便將一個或多個電信號提供給離子發生器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104。第一位置108至少間歇地在相對于燃燒反應104的反應前沿112的上游113。根據實施例，控制器120被配置成控制電壓源和離子發生器106，以保持燃燒反應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可以與燃燒反應電連續。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燃燒反應的電流。
[0030]術語上游(附圖中箭頭111所指示)和下游(箭頭113所指示)是參照與燃燒反應相關聯的復合流而言的，該復合流包括例如燃料流、氧化劑流、燃燒反應內的反應物流和燃燒反應產物流，即，煙氣和它的各種組分。在沒有進一步修改或定義的情況下使用這些術語可被理解為是指沿著該復合流的相對位置。
[0031]根據各個實施例，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104的產物。除此之外或作為