帶有電暈電極的燃燒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電暈電極，所述電暈電極可用于施加電場至燃燒反應(yīng)以引起燃燒反應(yīng)中的回應(yīng)。所述電暈電極可包括具有小半徑的離子噴射結(jié)構(gòu)。
【專利說明】帶有電暈電極的燃燒系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2012年6月29日提交的、名稱為"COMBUSTION SYSTEM WITH A SHARP ELECTRODE (帶有尖銳電極的燃燒系統(tǒng)）"的美國臨時專利申請No. 61/666, 757以及 2012年8 月 28 日提交的、名稱為"COMBUSTION SYSTEM WITH A SERRATED ELECTRODE(帶有 鋸齒形電極的燃燒系統(tǒng)）"的美國臨時專利申請No. 61/694, 207的優(yōu)先權(quán)。在不與本公開 沖突的情況下，這兩項(xiàng)專利申請全文以引用方式并入本文。

【背景技術(shù)】
[0003] 燃燒系統(tǒng)可受益于施加一個或多個電場、電荷或電勢至燃燒反應(yīng)（combustion reaction)〇


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 迄今為止，關(guān)于將基于電極形狀的電場施加到燃燒反應(yīng)的益處還很少有或沒有報(bào) 告。發(fā)明人已確定用于對燃燒反應(yīng)施加電場的電極的形狀可影響電場的形狀和強(qiáng)度，并影 響燃燒反應(yīng)。此外，發(fā)明人已確定電暈電極可噴射加入到燃燒反應(yīng)中的電荷，而不必保持燃 燒反應(yīng)和電暈電極之間的物理接觸。所需要的是提供與燃燒反應(yīng)相互作用的期望電場的電 極形狀。
[0005] 在研究和開發(fā)用于對燃燒反應(yīng)施加電荷的電極過程中，發(fā)明人已確定，在一些燃 燒系統(tǒng)中，一些電極的形狀和材料會遭受熱消融，而熱消融可降低電極的效果或縮短其使 用壽命。在尖銳的或薄型（例如電暈）電極用于達(dá)到非常高溫度的噴焰器系統(tǒng)或其中電極 與火焰或其它燃燒反應(yīng)直接接觸的系統(tǒng)中的情況下，更是如此。
[0006] 根據(jù)各種實(shí)施例，提供了解決這些關(guān)心的問題并還具有其它益處的結(jié)構(gòu)。
[0007] 根據(jù)一個實(shí)施例，燃燒反應(yīng)受益于使用一個或多個被配置為接近于電極表面生成 高電場強(qiáng)度的電極。被構(gòu)造成接近于其表面生成足夠高的電場強(qiáng)度以噴射電荷的電極稱為 電暈電極。此類電極或者可稱為尖銳電極、離子化電極、離子噴射電極和離子注入電極，或 者在一些語境中，只是離子發(fā)生器。
[0008] 根據(jù)一個實(shí)施例，提供一種用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，該電極系統(tǒng)包括至少一個 電暈電極，所述電暈電極被配置為安裝在接近于燃燒反應(yīng)。電源被可操作地聯(lián)接到電暈電 極和燃燒反應(yīng)區(qū)域（例如火焰）。電源和電暈電極可被配置為對鄰近燃燒反應(yīng)的區(qū)域施加 電場。電暈電極可被表征為鄰近電暈電極產(chǎn)生具有最大值的電場，其至少是鄰近燃燒反應(yīng) 的區(qū)域中平均電場大小的兩倍。電暈電極產(chǎn)生的電場和/或電荷使離子注入燃燒反應(yīng)，從 而在燃燒反應(yīng)中提供增大的燃料和氧化劑的混合。
[0009] 根據(jù)另一個實(shí)施例，燃燒系統(tǒng)包括鋸齒狀或鋸齒電暈電極。燃燒系統(tǒng)包括燃料噴 焰器結(jié)構(gòu)，燃料噴焰器結(jié)構(gòu)被配置為支撐燃燒反應(yīng)。燃燒系統(tǒng)包括鋸齒狀電暈電極，鋸齒狀 電暈電極被配置為與燃燒反應(yīng)形成電關(guān)聯(lián)（electrical relationship)。鍋齒狀電極包括 多個尖銳的突出部，多個尖銳的突出部被配置為至少間歇地噴射離子進(jìn)入所述多個突出部 和燃燒反應(yīng)之間的介電間隙。所述多個突出部的每一個都被構(gòu)造成響應(yīng)于接收來自電聯(lián)接 件（electrical coupling)的離子噴射電壓至少間歇地噴射離子進(jìn)入介電間隙。
[0010] 根據(jù)一個實(shí)施例，提供一種用于對燃燒反應(yīng)施加電荷或電壓的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 電源，電源被配置為輸出1000伏或更高的電壓。系統(tǒng)包括一個或多個電極，電極可操作地 聯(lián)接到電源并且被配置為噴射離子進(jìn)入接近于燃燒反應(yīng)的區(qū)域。該系統(tǒng)包括至少一個反電 極（counter electrode),反電極被配置為響應(yīng)于一個或多個電極噴射的離子至少間歇地 接收或者提供電流到燃燒反應(yīng)。
[0011] 根據(jù)其它的實(shí)施例，提供對燃燒反應(yīng)施加電場的方法，所述方法包括將至少一個 電暈電極支撐為接近于但不接觸燃燒反應(yīng)。電暈電極可被表征為包括一個或多個小半徑頂 端或邊緣。對電暈電極施加電壓以導(dǎo)致在電極的小半徑頂端或邊緣周邊的高電場強(qiáng)度空間 內(nèi)噴射離子。響應(yīng)于電場強(qiáng)度的施加和離子噴射，燃燒反應(yīng)作出回應(yīng)。
[0012] 根據(jù)另一個實(shí)施例，提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括位于鄰近噴焰器組件的電暈電極， 并且電暈電極被配置為與由噴焰器組件支撐的燃燒反應(yīng)形成電關(guān)聯(lián)。提供輻射屏蔽罩，其 位于電極的至少一部分和燃燒反應(yīng)之間，被配置為減弱或阻擋燃燒反應(yīng)發(fā)出的熱輻射，否 則熱輻射會沖擊電極。
[0013] 根據(jù)另一個實(shí)施例，提供了一種電暈電極，該電暈電極被配置為用于燃燒反應(yīng)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是根據(jù)一個實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，燃燒系統(tǒng)包括被配置為對燃燒反應(yīng)施 加電場的電暈電極。
[0015] 圖2為根據(jù)一個實(shí)施例示出了在電暈電極和鈍電極之間的示例性的電場強(qiáng)度和 電壓的示意圖。
[0016] 圖3為根據(jù)一個實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，燃燒系統(tǒng)包括電暈電極和鈍電極。
[0017] 圖4為根據(jù)一個實(shí)施例的電暈電極組件的視圖，電暈電極組件包括被構(gòu)造成尖圓 柱體的電暈電極。
[0018] 圖5為根據(jù)一個實(shí)施例的電暈電極組件的視圖，電暈電極組件包括被構(gòu)造成刀片 的電暈電極。
[0019] 圖6為根據(jù)一個實(shí)施例的電暈電極組件的視圖，電暈電極組件包括鋸齒形電極。
[0020] 圖7為根據(jù)另一個實(shí)施例的電暈電極組件的視圖，電暈電極組件包括鋸齒形電 極。
[0021] 圖8為根據(jù)一個實(shí)施例示出使用電暈電極對燃燒反應(yīng)施加電場或電壓的方法的 流程圖。
[0022] 圖9為根據(jù)一個實(shí)施例的電暈電極組件的視圖，電暈電極組件包括被配置為保護(hù) 電極不受熱輻射的輻射屏蔽罩。
[0023] 圖10為根據(jù)另一個實(shí)施例的電暈電極組件的視圖，電暈電極組件包括被配置為 保護(hù)電極不受熱輻射的輻射屏蔽罩。
[0024] 圖11為根據(jù)另一個實(shí)施例的電暈電極組件的視圖，電暈電極組件包括自銳性電 極。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 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(shí)施例和/或可進(jìn)行其他更改。
[0026] 為簡明起見，針對一個附圖中示出的系統(tǒng)公開的要素，可能針對其它附圖中的系 統(tǒng)不進(jìn)行詳細(xì)公開和描述。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到本文所公開的許多特征的可 結(jié)合性。
[0027] 當(dāng)電壓施加到電極時，電極周圍形成電場。鄰近電極的任何給定位置的電場的相 對強(qiáng)度，與該位置的電場的曲率半徑負(fù)相關(guān)。因此，一種電暈電極，即其頂端處的半徑非常 小的電極，相對于鄰近該電極的其它部分的場強(qiáng)來說，將在其彎曲部分附近生成大的電場 強(qiáng)度。
[0028] 圖1是根據(jù)一個實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)101的示意圖，燃燒系統(tǒng)101包括電暈電極 102,其被配置為安裝在緊鄰燃燒反應(yīng)104,如在燃燒空間103中被噴焰器112支持的火焰。 燃燒空間103可由加熱爐壁、鍋爐壁、回轉(zhuǎn)窯等進(jìn)行定義。此類燃燒空間103-般與操作工 程師或其他人能接觸到的工作區(qū)域分隔開。電源106被可操作地聯(lián)接到電暈電極102和噴 焰器112。電源106和電暈電極102被配置成相互配合以施加電場到燃燒空間103內(nèi)臨近 燃燒反應(yīng)104的區(qū)域108,使電暈電極102附近的電場大小至少是鄰近燃燒反應(yīng)104的區(qū)域 108的電場平均大小的兩倍。
[0029] 換句話講，電暈電極102可被表征為一電離電極，因?yàn)殡姌O的至少一部分的小物 理半徑導(dǎo)致電場中的高曲率，從而在接近尖銳表面處導(dǎo)致高電場強(qiáng)度E。高電場強(qiáng)度與在向 電暈電極102施加高電壓時離子111從電暈電極102插入到介電層或區(qū)域108中有關(guān)。插 入的離子111可被稱為電暈放電。
[0030] 根據(jù)其它的實(shí)施例，燃燒系統(tǒng)101可包括多個電暈電極102,其被配置為安裝在接 近于燃燒反應(yīng)104并且可操作地聯(lián)接到電源106,或者多個電源106。
[0031] 圖2為示出了在電暈電極102和燃燒反應(yīng)104之間的介電間隙或者區(qū)域108中的 電場強(qiáng)度E的示例性變化和示例性電壓V的曲線圖。橫坐標(biāo)X上的位置指示電暈電極102 和燃燒反應(yīng)104之間的距離（從左到右增大）。圖2示出的曲線響應(yīng)于電暈電極102和燃 燒反應(yīng)104間施加的電勢而出現(xiàn)。圖2曲線圖中實(shí)線標(biāo)記的E示出了電暈電極102和燃燒 反應(yīng)104間的電場強(qiáng)度。電場強(qiáng)度最大值發(fā)生在緊鄰電暈電極102處。虛曲線標(biāo)記的V示 出了在相同的施加電勢下電暈電極102和燃燒反應(yīng)104間的電壓變化，是施加于電暈 電極102電勢，是燃燒反應(yīng)104的電勢（或是對應(yīng)于電荷密度的計(jì)算的電勢）。
[0032] -般來講，電暈電極102表征為具有小的半徑結(jié)構(gòu)（其可包括頂端或線）趨于在 小的半徑結(jié)構(gòu)周邊將施加的電壓集中到相對小的空間。發(fā)明人采用的一些示例性電極形狀 包括針、刀片、鍋齒和細(xì)絲（thin wire)。作為對比，鈍電極（dull electrode) 110被定義為 具有大的有效表面，有很少或沒有施加電壓的集中，使得鄰近它們的電場大小相對于以相 同的電勢通電時電暈電極102頂端或邊緣的場強(qiáng)為低。為本公開之目的，鄰近鈍電極110 的最高的電場大小比鈍電極110和配合的一個或幾個電暈電極102之間的平均電場大小的 兩倍要小。
[0033] 通常，在已知的采用電暈放電的系統(tǒng)中，電暈電極102用來與攜帶不同電勢的鈍 電極110(也稱為反電極）合作，例如地電勢或反向電勢。反電極110是鈍的以便吸引電暈 電極102生成的離子111而自身不生成離子111。如圖1所示，噴焰器112接地并且作為鈍 電極110起作用。
[0034] 然而，根據(jù)其它的實(shí)施例，燃燒反應(yīng)104本身可被認(rèn)為充當(dāng)鈍電極110,因?yàn)樗?流體性質(zhì)通過假定將電荷濃度在燃燒反應(yīng)104的一塊較大區(qū)域分布的形狀對周圍電介質(zhì) (例如空氣）區(qū)域的電荷濃度作出響應(yīng)，該流體響應(yīng)起到基本上防止離子從燃燒反應(yīng)104噴 射到電介質(zhì)的作用。
[0035] 根據(jù)其它的實(shí)施例，反電極110 (未示出）可提供為拉動發(fā)射的離子遠(yuǎn)離電暈電極 102。電暈電極102和反電極110的組合可創(chuàng)建離子風(fēng)使得射出的離子流向燃燒反應(yīng)104 且與燃燒反應(yīng)104組合。
[0036] -般來講，鈍電極110只包括大的半徑結(jié)構(gòu)，不會顯著地集中施加電壓進(jìn)入電極 周邊的小空間。鈍電極110通常不被認(rèn)為是電荷噴射或引起離子化的物體（body)，然而電 暈電極102被認(rèn)為是電離的或電荷噴射物體，當(dāng)暴露在相對高電壓時向周圍空間發(fā)射帶電 粒子。許多已知的設(shè)備采用了該屬性。例子包括靜電除塵器，其通常使用電暈電極102將 電荷沉積到大氣塵粒上，然后大氣塵粒被電引力捕獲到接地或者反電極110,其通常是鈍電 極 110。
[0037] 在圖1的燃燒系統(tǒng)中，電暈電極102附近的電場、由電暈電極102發(fā)射的累積粒子 電荷和/或由電暈電極102發(fā)出的帶電粒子的動能影響燃燒反應(yīng)104中粒子的運(yùn)動。一個 此類的影響可引起燃燒反應(yīng)104中燃料和氧化劑成分的增大混合。增大的燃燒反應(yīng)104中 燃料和氧化劑的混合產(chǎn)生對燃燒反應(yīng)104的若干效應(yīng)，這些效應(yīng)可單獨(dú)發(fā)生或組合發(fā)生。 這種增大的混合可以提高燃燒反應(yīng)104的反應(yīng)速率，和/或增大燃燒反應(yīng)104內(nèi)燃料和空 氣的接觸面積。增大的燃料和空氣的混合可致使燃燒反應(yīng)溫度降低，燃燒反應(yīng)104中氮氧 化物（NOx)和/或一氧化碳（C0)的釋放減少，燃燒反應(yīng)104的穩(wěn)定性提高，和/或燃燒反 應(yīng)吹熄的機(jī)率降低。增大的燃料空氣混合可使得燃燒反應(yīng)104中比輻射率增大，或燃燒反 應(yīng)104在給定燃料流量下的尺寸（如體積）降低。
[0038] 電源106施加于電暈電極102的電壓可為基本上恒定的直流電壓，時變電壓或 具有疊加的時變電壓的直流電壓。時變電壓可具有周期性的電壓波形，頻率例如在50到 10000赫茲范圍內(nèi)。根據(jù)一些實(shí)施例，時變電壓可具有周期性電壓波形，頻率在200到800 赫茲范圍內(nèi)。注意，時變電壓的波形可為多種形狀中的任一種，包括例如矩形波、正弦波、三 角波、截頭三角波、鋸齒波、對數(shù)波或指數(shù)波。另外或作為另外一種選擇，波形形狀可包括矩 形波、正弦波、三角波、截頭三角波、鋸齒波、對數(shù)波、或指數(shù)波的組合。時變電壓的振幅可在 例如±1000伏到±115000伏范圍內(nèi)。根據(jù)一些實(shí)施例，時變電壓的振幅可在±8000伏到 ±40000伏范圍內(nèi)。區(qū)域108中的電場大小可在例如0. 3kV/m(千伏每米）到1000kV/m的 范圍內(nèi)。根據(jù)一些實(shí)施例，區(qū)域108的電場強(qiáng)度可在80kV/m和400kV/m之間。
[0039] 以高的正或負(fù)電壓通電，導(dǎo)電表面可呈現(xiàn)已知為電暈放電的現(xiàn)象。電暈放電通常 由于相鄰電介質(zhì)的離子化而發(fā)生。
[0040] 電暈放電發(fā)生的條件可由已知為Peek定律（Peek' s Law)的數(shù)學(xué)公式計(jì)算。
[0041] 例如，Peek定律的一個形式根據(jù)下面的公式給出了 ev，即兩根電線間發(fā)生電暈放 電的所需的最小電壓（"電暈起始電壓"，以千伏計(jì)）：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)包括： 至少一個電暈電極，所述電暈電極被配置為安裝在接近于燃燒反應(yīng)；以及 電源，所述電源被可操作地聯(lián)接到所述至少一個電暈電極； 其中所述電源和所述至少一個電暈電極被配置為對鄰近燃燒反應(yīng)的區(qū)域施加電場。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述電場在鄰近所述電暈電 極具有最大值，所述最大值至少是鄰近所述燃燒反應(yīng)的區(qū)域中平均電場大小的兩倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述至少一個電暈電極被配 置為在燃燒反應(yīng)中引起增大的燃料和氧化劑的混合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)其中增大的燃料和氧化劑的混合 可提供下列情形中的一種或多種：燃燒速率提高、燃燒反應(yīng)中燃料和空氣接觸增大、燃燒反 應(yīng)溫度降低，經(jīng)由燃燒反應(yīng)的氮氧化物（NOx)的釋放減少、經(jīng)由燃燒反應(yīng)的一氧化碳（C0) 的釋放減少、燃燒反應(yīng)的穩(wěn)定性提高、燃燒反應(yīng)吹熄的機(jī)率降低、燃燒反應(yīng)比輻射率提高或 在給定燃料流量下燃燒反應(yīng)尺寸減小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述電源被配置為對所述至 少一個電暈電極施加基本恒定的電勢。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述電源被配置為對所述至 少一個電暈電極施加時變電勢。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述時變電勢包括具有50至 10000赫茲頻率的周期電壓波形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述時變電勢包括具有200 至800赫茲頻率的周期電壓波形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述時變電勢包括矩形波、 正弦波、三角波、截頭三角波、鋸齒波、對數(shù)波或指數(shù)波。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述時變電勢包括具有 ±1000伏至±115000伏振幅的波形。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述時變電勢具有±8000 伏至±40000伏振幅的波形。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述電源和所述至少一個 電暈電極被配置為使得鄰近所述燃燒反應(yīng)的所述區(qū)內(nèi)具有在〇. 3kV/m至1000kV/m之間的 平均電場強(qiáng)度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述電源和所述至少一個 電暈電極被配置為使得鄰近所述燃燒反應(yīng)的所述區(qū)內(nèi)具有在80kV/m至400kV/m之間的平 均電場強(qiáng)度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述電源和所述至少一個 電暈電極被配置為根據(jù)Peek定律使得所述平均電場強(qiáng)度足以滿足電暈起始電壓。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述至少一個電暈電極被 配置為與所述燃燒反應(yīng)的導(dǎo)電表面相互作用，且所述燃燒反應(yīng)的導(dǎo)電表面形成基本上等勢 的表面，所述基本上等勢的表面與所述至少一個電暈電極配合以產(chǎn)生所述電場。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)進(jìn)一步包括： 至少一個配置為安裝于接近所述燃燒反應(yīng)的第二電暈電極，其中所述第二電暈電極被 配置為與所述至少一個第一電暈電極配合以產(chǎn)生所述電場。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)進(jìn)一步包括： 噴焰器，所述噴焰器被配置為支撐所述燃燒反應(yīng)； 其中所述噴焰器被配置為與所述燃燒反應(yīng)的導(dǎo)電表面電氣連接并定義一反電壓與所 述至少一個電暈電極配合以產(chǎn)生所述電場。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述噴焰器進(jìn)一步包括鈍 電極。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述噴焰器可操作地聯(lián)接 到所述電源。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述噴焰器基本保持在地 電勢。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述噴焰器與地和電壓源 電位隔尚。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)進(jìn)一步包括： 至少一個鈍電極，所述鈍電極被配置為與所述至少一個電暈電極配合以產(chǎn)生所述電 場。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述至少一個鈍電極被配 置為導(dǎo)致鄰近所述鈍電極的電場大小不大于所述區(qū)內(nèi)的所述平均電場大小。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中鄰近所述鈍電極的所述電 場大小小于所述平均電場強(qiáng)度。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述鈍電極包括環(huán)形線圈 或圓環(huán)面。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述鈍電極可操作地聯(lián)接 到所述電源。
27. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述鈍電極被配置為被驅(qū) 至與所述電暈電極的瞬時電勢不同的瞬時電勢。
28. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述鈍電極被配置為基本 上保持在地電勢。
29. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述鈍電極被配置為與地 和其它電勢電位隔離。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述電暈電極包括至半徑 為0. 1英寸或更小的頂端的圓柱體錐削部。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃燒裝置的電極系統(tǒng)，其中所述電暈電極包括導(dǎo)電刀 片，所述導(dǎo)電刀片包括至半徑為〇. 1英寸或更小的邊緣的縱向錐削部。
32. -種施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，所述方法包括： 支撐至少一個電暈電極接近于燃燒反應(yīng)，所述至少一個電暈電極包括小半徑的頂端或 邊緣； 通過施加電勢至所述至少一個電暈電極，在所述小半徑頂端或邊緣周邊的電場集中空 間中引起離子噴射；以及 響應(yīng)于施加所述電勢和離子噴射，在所述燃燒反應(yīng)中引起回應(yīng)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中支撐至少一個電 暈電極接近于所述燃燒反應(yīng)包括支撐所述至少一個電暈電極接近于但不接觸所述燃燒反 應(yīng)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，所述方法進(jìn)一步包 括： 支撐第二電極接近于或接觸所述燃燒反應(yīng)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中支撐第二電極包 括支撐第二電暈電極接近于但不接觸所述燃燒反應(yīng)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中支撐所述第二電 極接近于或接觸所述燃燒反應(yīng)包括支撐至少一個鈍電極以與所述至少一個電暈電極配合 來產(chǎn)生電場。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述電勢至 所述至少一個電暈電極導(dǎo)致鄰近所述鈍電極的電場強(qiáng)度不大于所述電極之間的所述平均 電場強(qiáng)度。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述電勢至 所述至少一個電暈電極導(dǎo)致鄰近所述鈍電極的電場強(qiáng)度小于所述電極之間的所述平均電 場強(qiáng)度。
39. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中支撐所述第二電 極接近于或接觸所述燃燒反應(yīng)包括支撐環(huán)形線圈或圓環(huán)面。
40. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，所述方法進(jìn)一步包 括： 將所述第二電極驅(qū)至與施加到所述電暈電極的所述瞬時電壓基本上相同的瞬時電壓。
41. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，所述方法進(jìn)一步包 括： 將所述第二電極基本上保持在地電勢。
42. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，所述方法進(jìn)一步包括 將所述第二電極與地以及不同于從所述電暈電極接收的電勢的電勢隔離。
43. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中支撐至少一個電 暈電極接近于但不接觸所述燃燒反應(yīng)包括支撐包括至半徑為〇. 1英寸或更小的頂端的圓 柱體錐削部的電暈電極。
44. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中支撐至少一個電 暈電極接近于但不接觸所述燃燒反應(yīng)包括支撐包括具有至半徑為〇. 1英寸或更小的邊緣 的錐削部的導(dǎo)電刀片的電暈電極。
45. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加電勢至所述 至少一個電暈電極包括操作電源以施加高電勢至所述至少一個電暈電極。
46. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述電勢至 所述至少一個電暈電極包括施加電場至鄰近所述燃燒反應(yīng)的區(qū)，所述電場強(qiáng)度在所述小半 徑頂部或邊緣周邊的電壓集中空間內(nèi)具有最大值，所述最大值至少是鄰近所述燃燒反應(yīng)的 所述區(qū)內(nèi)平均電場強(qiáng)度的兩倍。
47. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述電勢至 所述至少一個電暈電極包括施加基本上恒定的電勢至所述至少一個電暈電極。
48. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電壓至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述電勢至 所述至少一個電暈電極包括施加時變電壓至所述至少一個電暈電極。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述時變電 壓包括施加具有50至10000赫茲頻率的周期電壓波形。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述時變電 壓包括施加具有200至800赫茲頻率的周期電壓波形。
51. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述時變電 壓包括施加矩形波、正弦波、三角波、截頭三角波、鋸齒波、對數(shù)波或指數(shù)波。
52. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述時變電 壓包括施加具有±1000伏至±115000伏振幅的波形。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述時變電 壓包括施加具有±8000伏至±40000伏振幅的波形。
54. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述電壓至 所述至少一個電暈電極包括在鄰近所述燃燒反應(yīng)的所述區(qū)內(nèi)施加在0. 3kV/m至1000kV/m 之間的平均電場強(qiáng)度。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述電勢至 所述至少一個電暈電極包括在鄰近所述燃燒反應(yīng)的所述區(qū)內(nèi)施加在80kV/m至400kV/m之 間的平均電場強(qiáng)度。
56. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加所述電勢至 所述至少一個電暈電極包括根據(jù)Peek定律施加足以滿足電暈起始電壓的平均電場強(qiáng)度。
57. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中在所述燃燒反應(yīng) 中引起回應(yīng)包括在體現(xiàn)所述燃燒反應(yīng)的火焰中引起可見的回應(yīng)。
58. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電勢至火焰的方法，其中在所述火焰中引起回 應(yīng)包括在所述火焰中導(dǎo)致增大的燃料和氧化劑的混合。
59. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的施加電場或電勢至火焰的方法，其中導(dǎo)致所述增大的燃料 和氧化劑的混合引起下列情形中的一種或多種：燃燒速率提高、所述火焰中燃料和空氣接 觸增大、火焰溫度降低，經(jīng)由火焰的氮氧化物（NOx)的釋放減少、經(jīng)由火焰的一氧化碳（C0) 的釋放減少、火焰的穩(wěn)定性提高、火焰吹熄的機(jī)率降低、火焰比輻射率提高或在給定燃料流 量下火焰尺寸減小。
60. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的施加電場或電勢至火焰的方法，所述方法進(jìn)一步包括： 導(dǎo)致所述火焰的導(dǎo)電表面形成基本上等勢的表面，所述基本上等勢的表面與所述至少 一個電暈電極配合以在所述至少一個電暈電極和所述燃燒反應(yīng)之間產(chǎn)生電場。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中導(dǎo)致所述燃燒反 應(yīng)的導(dǎo)電表面形成基本上等勢的表面包括施加電壓條件至與所述燃燒反應(yīng)電氣連接的噴 焰器。
62. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加電勢條件至 所述噴焰器包括操作也施加所述電勢至所述至少一個電暈電極的電源。
63. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加電勢條件至 所述噴焰器包括將所述噴焰器基本上保持在地電勢。
64. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的施加電場或電勢至燃燒反應(yīng)的方法，其中施加電勢條件至 所述噴焰器包括將所述噴焰器與地和電壓源電位隔離，從而使所述噴焰器電浮置。
65. -種噴焰器系統(tǒng)，所述噴焰器系統(tǒng)包括： 噴焰器，所述噴焰器將火焰支撐在火焰位置；以及 具有尖銳頂端的第一電極，所述第一電極相對于所述噴焰器被定位成使得所述第一電 極的尖銳頂端取向?yàn)槌蛩龌鹧嫖恢?，距所述火焰的距離足以防止所述尖銳頂端與由所 述噴焰器支撐的火焰接觸。
66. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中所述尖銳頂端為所述第一電極的多個尖銳頂端 中的一個，所述多個尖銳頂端的每一個沿第一軸線定位。
67. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述多個尖銳頂端的尖銳頂端被設(shè)置為鋸齒圖 案。
68. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的系統(tǒng)，其中所述第一電極沿平行于所述火焰位置的中心軸 線的第一軸線定位。
69. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中所述第一電極具有包括至所述尖銳頂端的縱向 錐削部的刀片形狀，所述尖銳頂端形成所述刀片形狀的邊緣。
70. 根據(jù)權(quán)利要求69所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣的半徑不大于0. 1英寸。
71. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中所述第一電極由被配置為相對于所述火焰位置 改變所述第一電極的位置的結(jié)構(gòu)支撐。
72. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中所述尖銳頂端的半徑不大于0. 1英寸。
73. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中所述尖銳頂端的半徑不大于0. 05英寸。
74. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中所述尖銳頂端的半徑不大于0. 01英寸。
75. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電聯(lián)接至所述電極并被配置為施加電 壓至所述第一電極的電壓源，所述電壓的大小足以引起第一電極從所述尖銳頂端產(chǎn)生電暈 放電。
76. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電聯(lián)接至所述電壓源的第二電極，且 所述第二電極相對于所述第一電極和噴焰器被定位為使得由所述第一電極朝向所述第二 電極噴射的帶電粒子的一部分沖擊到所述火焰位置上。
77. 根據(jù)權(quán)利要求76所述的系統(tǒng)，其中所述第二電極包括尖銳頂端。
78. 根據(jù)權(quán)利要求76所述的系統(tǒng)，其中所述第二電極為鈍電極。
79. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的系統(tǒng)，其中所述電壓源被配置為產(chǎn)生時變電壓信號。
80. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括聯(lián)接至所述電壓源的第二電極，所述 第二電極被定位和配置為施加反電荷至由所述噴焰器噴射的流體流中。
81. 根據(jù)權(quán)利要求80所述的系統(tǒng)，其中所述第二電極被配置為施加所述反電荷至由所 述噴焰器噴射的流體流并通過所述流體流使由所述噴焰器支撐的火焰作為所述第一電極 的反電極并吸引由所述第一電極的電暈放電產(chǎn)生的離子。
82. 根據(jù)權(quán)利要求80所述的系統(tǒng)，其中所述第二電極具有環(huán)形形狀并相對于所述噴焰 器被定位為使得所述流體流基本上沿所述環(huán)形第二電極的中心軸線通過。
83. 根據(jù)權(quán)利要求82所述的系統(tǒng)，其中所述第二電極被定位為作為由所述噴焰器支撐 的火焰的火焰錨定器。
84. 根據(jù)權(quán)利要求80所述的系統(tǒng)，其中所述第二電極在所述火焰位置外。
85. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括位于包括所述尖銳頂端的所述第一電 極的至少一部分和所述火焰位置之間并配置為阻擋熱輻射傳輸?shù)碾姌O屏蔽罩。
86. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中所述尖銳頂端為所述第一電極的多個尖銳頂端 中的一個，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括成形的并位于所述第一電極的多個尖銳頂端的每一個和所 述火焰位置之間且被配置為阻擋熱輻射傳輸?shù)碾姌O屏蔽罩。
87. -種操作噴焰器系統(tǒng)的方法，所述方法包括： 將火焰支撐在所述噴焰器系統(tǒng)中；以及 通過從鄰近電介質(zhì)在所述電介質(zhì)與所述火焰相對的一側(cè)的位置生成電暈放電噴射離 子穿過所述電介質(zhì)與所述火焰接觸。
88. 根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其中所述生成電暈放電包括通過施加電暈放電電壓 至放電電極從所述放電電極的尖銳頂端生成所述電暈放電，所述尖銳頂端被定位為鄰近所 述電介質(zhì)。
89. 根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，其中所述生成電暈放電包括通過施加電暈放電電壓 至放電電極從所述放電電極的多個尖銳頂端中的每一個生成所述電暈放電。
90. 根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，其中所述施加電暈放電電壓至所述放電電極包括施 加反電荷至反電極，所述反電極被定位為使得從所述放電電極朝向所述反電極噴射的離子 沖擊到所述火焰上。
91. 根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其中所述施加反電荷至反電極包括施加所述反電荷 至包括尖銳頂端的驅(qū)動電極。
92. 根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其中所述施加反電荷至反電極包括施加所述反電荷 至鈍驅(qū)動電極。
93. 根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其中所述施加反電荷至反電極包括施加所述反電荷 至圓環(huán)狀驅(qū)動電極，所述圓環(huán)狀驅(qū)動電極被定位為使得所述圓環(huán)狀驅(qū)動電極的軸線與所述 火焰的中心軸線基本上同軸。
94. 根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其中所述施加反電荷至反電極包括施加所述反電荷 至圓環(huán)狀驅(qū)動電極，所述圓環(huán)狀驅(qū)動電極被定位為使得所述火焰的流體流基本上沿所述圓 環(huán)狀驅(qū)動電極的軸線通過但不接觸所述圓環(huán)狀驅(qū)動電極。
95. 根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其中所述施加反電荷至反電極包括通過施加所述反 電荷至使所述火焰使所述火焰起到所述反電極的作用。
96. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的方法，其中所述施加所述反電荷至使所述火焰包括施加所 述反電荷至定位于鄰近所述火焰的流體流的驅(qū)動電極。
97. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的方法，其中在噴焰器系統(tǒng)中所述支撐火焰包括從所述噴焰 器系統(tǒng)的噴焰器噴嘴噴射燃料射流，且所述施加所述反電荷至使所述火焰包括施加所述反 電荷至所述噴焰器系統(tǒng)的噴焰器噴嘴。
98. 根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，所述方法包括屏蔽所述放電電極的包括所述尖銳頂 端的至少一部分免受由所述火焰生成的輻射熱，而不基本防止噴射粒子接觸所述火焰。
99. 根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，所述方法包括消融所述放電電極的尖銳頂端，包括 以相應(yīng)的速率消融所述放電電極的芯和外層，所述相應(yīng)的速率維持所述芯的一部分從所述 外層伸出作為所述尖銳頂端。
100. 根據(jù)權(quán)利要求99所述的方法，所述方法包括通過以基本上等于所述放電電極消 融的速率延伸所述放電電極以在所述尖銳頂端和所述火焰之間維持一選定距離。
101. -種裝置，所述裝置包括： 第一電極，所述第一電極在所述第一電極的第一端具有尖銳頂端；以及 電極屏蔽罩，所述電極屏蔽罩在所述尖銳頂端的縱向軸線上的一位置電氣和機(jī)械聯(lián)接 至所述電極并與所述尖銳頂端分開一距離。
102. 根據(jù)權(quán)利要求101所述的裝置，其中所述距離選擇為足以允許從所述尖銳頂端朝 向位于所述縱向軸線上的反電極噴射的離子通過所述電極屏蔽罩而不沖擊到所述電極屏 蔽罩上。
103. 根據(jù)權(quán)利要求101所述的裝置，其中所述尖銳頂端為所述第一電極的每一個具有 相應(yīng)縱向軸線的多個尖銳頂端中的一個，且其中所述電極屏蔽罩的尺寸和形狀足以與所述 第一電極的多個尖銳頂端中的每一個的縱向軸線相交。
【文檔編號】F23N5/00GK104428591SQ201380032103
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】伊戈·A·克里克塔弗維奇, 克里斯多佛·A·威克洛夫, 哈羅德·H·本內(nèi)特二世 申請人:克利爾賽恩燃燒公司