带有电晕电极的燃烧系统的制作方法

带有电晕电极的燃烧系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电晕电极，所述电晕电极可用于施加电场至燃烧反应以引起燃烧反应中的回应。所述电晕电极可包括具有小半径的离子喷射结构。
【专利说明】带有电晕电极的燃烧系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利申请要求2012年6月29日提交的、名称为"COMBUSTION SYSTEM WITH A SHARP ELECTRODE (带有尖锐电极的燃烧系统）"的美国临时专利申请No. 61/666, 757以及 2012年8 月 28 日提交的、名称为"COMBUSTION SYSTEM WITH A SERRATED ELECTRODE(带有 锯齿形电极的燃烧系统）"的美国临时专利申请No. 61/694, 207的优先权。在不与本公开 冲突的情况下，这两项专利申请全文以引用方式并入本文。

【背景技术】
[0003] 燃烧系统可受益于施加一个或多个电场、电荷或电势至燃烧反应（combustion reaction)〇


【发明内容】

[0004] 迄今为止，关于将基于电极形状的电场施加到燃烧反应的益处还很少有或没有报 告。发明人已确定用于对燃烧反应施加电场的电极的形状可影响电场的形状和强度，并影 响燃烧反应。此外，发明人已确定电晕电极可喷射加入到燃烧反应中的电荷，而不必保持燃 烧反应和电晕电极之间的物理接触。所需要的是提供与燃烧反应相互作用的期望电场的电 极形状。
[0005] 在研究和开发用于对燃烧反应施加电荷的电极过程中，发明人已确定，在一些燃 烧系统中，一些电极的形状和材料会遭受热消融，而热消融可降低电极的效果或缩短其使 用寿命。在尖锐的或薄型（例如电晕）电极用于达到非常高温度的喷焰器系统或其中电极 与火焰或其它燃烧反应直接接触的系统中的情况下，更是如此。
[0006] 根据各种实施例，提供了解决这些关心的问题并还具有其它益处的结构。
[0007] 根据一个实施例，燃烧反应受益于使用一个或多个被配置为接近于电极表面生成 高电场强度的电极。被构造成接近于其表面生成足够高的电场强度以喷射电荷的电极称为 电晕电极。此类电极或者可称为尖锐电极、离子化电极、离子喷射电极和离子注入电极，或 者在一些语境中，只是离子发生器。
[0008] 根据一个实施例，提供一种用于燃烧装置的电极系统，该电极系统包括至少一个 电晕电极，所述电晕电极被配置为安装在接近于燃烧反应。电源被可操作地联接到电晕电 极和燃烧反应区域（例如火焰）。电源和电晕电极可被配置为对邻近燃烧反应的区域施加 电场。电晕电极可被表征为邻近电晕电极产生具有最大值的电场，其至少是邻近燃烧反应 的区域中平均电场大小的两倍。电晕电极产生的电场和/或电荷使离子注入燃烧反应，从 而在燃烧反应中提供增大的燃料和氧化剂的混合。
[0009] 根据另一个实施例，燃烧系统包括锯齿状或锯齿电晕电极。燃烧系统包括燃料喷 焰器结构，燃料喷焰器结构被配置为支撑燃烧反应。燃烧系统包括锯齿状电晕电极，锯齿状 电晕电极被配置为与燃烧反应形成电关联（electrical relationship)。锅齿状电极包括 多个尖锐的突出部，多个尖锐的突出部被配置为至少间歇地喷射离子进入所述多个突出部 和燃烧反应之间的介电间隙。所述多个突出部的每一个都被构造成响应于接收来自电联接 件（electrical coupling)的离子喷射电压至少间歇地喷射离子进入介电间隙。
[0010] 根据一个实施例，提供一种用于对燃烧反应施加电荷或电压的系统。该系统包括 电源，电源被配置为输出1000伏或更高的电压。系统包括一个或多个电极，电极可操作地 联接到电源并且被配置为喷射离子进入接近于燃烧反应的区域。该系统包括至少一个反电 极（counter electrode),反电极被配置为响应于一个或多个电极喷射的离子至少间歇地 接收或者提供电流到燃烧反应。
[0011] 根据其它的实施例，提供对燃烧反应施加电场的方法，所述方法包括将至少一个 电晕电极支撑为接近于但不接触燃烧反应。电晕电极可被表征为包括一个或多个小半径顶 端或边缘。对电晕电极施加电压以导致在电极的小半径顶端或边缘周边的高电场强度空间 内喷射离子。响应于电场强度的施加和离子喷射，燃烧反应作出回应。
[0012] 根据另一个实施例，提供一种系统，该系统包括位于邻近喷焰器组件的电晕电极， 并且电晕电极被配置为与由喷焰器组件支撑的燃烧反应形成电关联。提供辐射屏蔽罩，其 位于电极的至少一部分和燃烧反应之间，被配置为减弱或阻挡燃烧反应发出的热辐射，否 则热辐射会冲击电极。
[0013] 根据另一个实施例，提供了一种电晕电极，该电晕电极被配置为用于燃烧反应中。

【专利附图】

【附图说明】
[0014] 图1是根据一个实施例的燃烧系统示意图，燃烧系统包括被配置为对燃烧反应施 加电场的电晕电极。
[0015] 图2为根据一个实施例示出了在电晕电极和钝电极之间的示例性的电场强度和 电压的示意图。
[0016] 图3为根据一个实施例的燃烧系统示意图，燃烧系统包括电晕电极和钝电极。
[0017] 图4为根据一个实施例的电晕电极组件的视图，电晕电极组件包括被构造成尖圆 柱体的电晕电极。
[0018] 图5为根据一个实施例的电晕电极组件的视图，电晕电极组件包括被构造成刀片 的电晕电极。
[0019] 图6为根据一个实施例的电晕电极组件的视图，电晕电极组件包括锯齿形电极。
[0020] 图7为根据另一个实施例的电晕电极组件的视图，电晕电极组件包括锯齿形电 极。
[0021] 图8为根据一个实施例示出使用电晕电极对燃烧反应施加电场或电压的方法的 流程图。
[0022] 图9为根据一个实施例的电晕电极组件的视图，电晕电极组件包括被配置为保护 电极不受热辐射的辐射屏蔽罩。
[0023] 图10为根据另一个实施例的电晕电极组件的视图，电晕电极组件包括被配置为 保护电极不受热辐射的辐射屏蔽罩。
[0024] 图11为根据另一个实施例的电晕电极组件的视图，电晕电极组件包括自锐性电 极。

【具体实施方式】
[0025] 在以下详细描述中，参照构成本文一部分的附图。除非在上下文中另外指明，否则 在附图中类似的标记通常表示类似的部件。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可采 用其他实施例和/或可进行其他更改。
[0026] 为简明起见，针对一个附图中示出的系统公开的要素，可能针对其它附图中的系 统不进行详细公开和描述。然而，本领域的技术人员将认识到本文所公开的许多特征的可 结合性。
[0027] 当电压施加到电极时，电极周围形成电场。邻近电极的任何给定位置的电场的相 对强度，与该位置的电场的曲率半径负相关。因此，一种电晕电极，即其顶端处的半径非常 小的电极，相对于邻近该电极的其它部分的场强来说，将在其弯曲部分附近生成大的电场 强度。
[0028] 图1是根据一个实施例的燃烧系统101的示意图，燃烧系统101包括电晕电极 102,其被配置为安装在紧邻燃烧反应104,如在燃烧空间103中被喷焰器112支持的火焰。 燃烧空间103可由加热炉壁、锅炉壁、回转窑等进行定义。此类燃烧空间103-般与操作工 程师或其他人能接触到的工作区域分隔开。电源106被可操作地联接到电晕电极102和喷 焰器112。电源106和电晕电极102被配置成相互配合以施加电场到燃烧空间103内临近 燃烧反应104的区域108,使电晕电极102附近的电场大小至少是邻近燃烧反应104的区域 108的电场平均大小的两倍。
[0029] 换句话讲，电晕电极102可被表征为一电离电极，因为电极的至少一部分的小物 理半径导致电场中的高曲率，从而在接近尖锐表面处导致高电场强度E。高电场强度与在向 电晕电极102施加高电压时离子111从电晕电极102插入到介电层或区域108中有关。插 入的离子111可被称为电晕放电。
[0030] 根据其它的实施例，燃烧系统101可包括多个电晕电极102,其被配置为安装在接 近于燃烧反应104并且可操作地联接到电源106,或者多个电源106。
[0031] 图2为示出了在电晕电极102和燃烧反应104之间的介电间隙或者区域108中的 电场强度E的示例性变化和示例性电压V的曲线图。横坐标X上的位置指示电晕电极102 和燃烧反应104之间的距离（从左到右增大）。图2示出的曲线响应于电晕电极102和燃 烧反应104间施加的电势而出现。图2曲线图中实线标记的E示出了电晕电极102和燃烧 反应104间的电场强度。电场强度最大值发生在紧邻电晕电极102处。虚曲线标记的V示 出了在相同的施加电势下电晕电极102和燃烧反应104间的电压变化，是施加于电晕 电极102电势，是燃烧反应104的电势（或是对应于电荷密度的计算的电势）。
[0032] -般来讲，电晕电极102表征为具有小的半径结构（其可包括顶端或线）趋于在 小的半径结构周边将施加的电压集中到相对小的空间。发明人采用的一些示例性电极形状 包括针、刀片、锅齿和细丝（thin wire)。作为对比，钝电极（dull electrode) 110被定义为 具有大的有效表面，有很少或没有施加电压的集中，使得邻近它们的电场大小相对于以相 同的电势通电时电晕电极102顶端或边缘的场强为低。为本公开之目的，邻近钝电极110 的最高的电场大小比钝电极110和配合的一个或几个电晕电极102之间的平均电场大小的 两倍要小。
[0033] 通常，在已知的采用电晕放电的系统中，电晕电极102用来与携带不同电势的钝 电极110(也称为反电极）合作，例如地电势或反向电势。反电极110是钝的以便吸引电晕 电极102生成的离子111而自身不生成离子111。如图1所示，喷焰器112接地并且作为钝 电极110起作用。
[0034] 然而，根据其它的实施例，燃烧反应104本身可被认为充当钝电极110,因为它的 流体性质通过假定将电荷浓度在燃烧反应104的一块较大区域分布的形状对周围电介质 (例如空气）区域的电荷浓度作出响应，该流体响应起到基本上防止离子从燃烧反应104喷 射到电介质的作用。
[0035] 根据其它的实施例，反电极110 (未示出）可提供为拉动发射的离子远离电晕电极 102。电晕电极102和反电极110的组合可创建离子风使得射出的离子流向燃烧反应104 且与燃烧反应104组合。
[0036] -般来讲，钝电极110只包括大的半径结构，不会显著地集中施加电压进入电极 周边的小空间。钝电极110通常不被认为是电荷喷射或引起离子化的物体（body)，然而电 晕电极102被认为是电离的或电荷喷射物体，当暴露在相对高电压时向周围空间发射带电 粒子。许多已知的设备采用了该属性。例子包括静电除尘器，其通常使用电晕电极102将 电荷沉积到大气尘粒上，然后大气尘粒被电引力捕获到接地或者反电极110,其通常是钝电 极 110。
[0037] 在图1的燃烧系统中，电晕电极102附近的电场、由电晕电极102发射的累积粒子 电荷和/或由电晕电极102发出的带电粒子的动能影响燃烧反应104中粒子的运动。一个 此类的影响可引起燃烧反应104中燃料和氧化剂成分的增大混合。增大的燃烧反应104中 燃料和氧化剂的混合产生对燃烧反应104的若干效应，这些效应可单独发生或组合发生。 这种增大的混合可以提高燃烧反应104的反应速率，和/或增大燃烧反应104内燃料和空 气的接触面积。增大的燃料和空气的混合可致使燃烧反应温度降低，燃烧反应104中氮氧 化物（NOx)和/或一氧化碳（C0)的释放减少，燃烧反应104的稳定性提高，和/或燃烧反 应吹熄的机率降低。增大的燃料空气混合可使得燃烧反应104中比辐射率增大，或燃烧反 应104在给定燃料流量下的尺寸（如体积）降低。
[0038] 电源106施加于电晕电极102的电压可为基本上恒定的直流电压，时变电压或 具有叠加的时变电压的直流电压。时变电压可具有周期性的电压波形，频率例如在50到 10000赫兹范围内。根据一些实施例，时变电压可具有周期性电压波形，频率在200到800 赫兹范围内。注意，时变电压的波形可为多种形状中的任一种，包括例如矩形波、正弦波、三 角波、截头三角波、锯齿波、对数波或指数波。另外或作为另外一种选择，波形形状可包括矩 形波、正弦波、三角波、截头三角波、锯齿波、对数波、或指数波的组合。时变电压的振幅可在 例如±1000伏到±115000伏范围内。根据一些实施例，时变电压的振幅可在±8000伏到 ±40000伏范围内。区域108中的电场大小可在例如0. 3kV/m(千伏每米）到1000kV/m的 范围内。根据一些实施例，区域108的电场强度可在80kV/m和400kV/m之间。
[0039] 以高的正或负电压通电，导电表面可呈现已知为电晕放电的现象。电晕放电通常 由于相邻电介质的离子化而发生。
[0040] 电晕放电发生的条件可由已知为Peek定律（Peek' s Law)的数学公式计算。
[0041] 例如，Peek定律的一个形式根据下面的公式给出了 ev，即两根电线间发生电晕放 电的所需的最小电压（"电晕起始电压"，以千伏计）：

【权利要求】
1. 一种用于燃烧装置的电极系统，所述电极系统包括： 至少一个电晕电极，所述电晕电极被配置为安装在接近于燃烧反应；以及 电源，所述电源被可操作地联接到所述至少一个电晕电极； 其中所述电源和所述至少一个电晕电极被配置为对邻近燃烧反应的区域施加电场。
2. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述电场在邻近所述电晕电 极具有最大值，所述最大值至少是邻近所述燃烧反应的区域中平均电场大小的两倍。
3. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述至少一个电晕电极被配 置为在燃烧反应中引起增大的燃料和氧化剂的混合。
4. 根据权利要求3所述的用于燃烧装置的电极系统其中增大的燃料和氧化剂的混合 可提供下列情形中的一种或多种：燃烧速率提高、燃烧反应中燃料和空气接触增大、燃烧反 应温度降低，经由燃烧反应的氮氧化物（NOx)的释放减少、经由燃烧反应的一氧化碳（C0) 的释放减少、燃烧反应的稳定性提高、燃烧反应吹熄的机率降低、燃烧反应比辐射率提高或 在给定燃料流量下燃烧反应尺寸减小。
5. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述电源被配置为对所述至 少一个电晕电极施加基本恒定的电势。
6. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述电源被配置为对所述至 少一个电晕电极施加时变电势。
7. 根据权利要求6所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述时变电势包括具有50至 10000赫兹频率的周期电压波形。
8. 根据权利要求7所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述时变电势包括具有200 至800赫兹频率的周期电压波形。
9. 根据权利要求6所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述时变电势包括矩形波、 正弦波、三角波、截头三角波、锯齿波、对数波或指数波。
10. 根据权利要求6所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述时变电势包括具有 ±1000伏至±115000伏振幅的波形。
11. 根据权利要求10所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述时变电势具有±8000 伏至±40000伏振幅的波形。
12. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述电源和所述至少一个 电晕电极被配置为使得邻近所述燃烧反应的所述区内具有在〇. 3kV/m至1000kV/m之间的 平均电场强度。
13. 根据权利要求12所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述电源和所述至少一个 电晕电极被配置为使得邻近所述燃烧反应的所述区内具有在80kV/m至400kV/m之间的平 均电场强度。
14. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述电源和所述至少一个 电晕电极被配置为根据Peek定律使得所述平均电场强度足以满足电晕起始电压。
15. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述至少一个电晕电极被 配置为与所述燃烧反应的导电表面相互作用，且所述燃烧反应的导电表面形成基本上等势 的表面，所述基本上等势的表面与所述至少一个电晕电极配合以产生所述电场。
16. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，所述电极系统进一步包括： 至少一个配置为安装于接近所述燃烧反应的第二电晕电极，其中所述第二电晕电极被 配置为与所述至少一个第一电晕电极配合以产生所述电场。
17. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，所述电极系统进一步包括： 喷焰器，所述喷焰器被配置为支撑所述燃烧反应； 其中所述喷焰器被配置为与所述燃烧反应的导电表面电气连接并定义一反电压与所 述至少一个电晕电极配合以产生所述电场。
18. 根据权利要求17所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述喷焰器进一步包括钝 电极。
19. 根据权利要求17所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述喷焰器可操作地联接 到所述电源。
20. 根据权利要求17所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述喷焰器基本保持在地 电势。
21. 根据权利要求17所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述喷焰器与地和电压源 电位隔尚。
22. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，所述电极系统进一步包括： 至少一个钝电极，所述钝电极被配置为与所述至少一个电晕电极配合以产生所述电 场。
23. 根据权利要求22所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述至少一个钝电极被配 置为导致邻近所述钝电极的电场大小不大于所述区内的所述平均电场大小。
24. 根据权利要求23所述的用于燃烧装置的电极系统，其中邻近所述钝电极的所述电 场大小小于所述平均电场强度。
25. 根据权利要求22所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述钝电极包括环形线圈 或圆环面。
26. 根据权利要求22所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述钝电极可操作地联接 到所述电源。
27. 根据权利要求22所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述钝电极被配置为被驱 至与所述电晕电极的瞬时电势不同的瞬时电势。
28. 根据权利要求22所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述钝电极被配置为基本 上保持在地电势。
29. 根据权利要求22所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述钝电极被配置为与地 和其它电势电位隔离。
30. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述电晕电极包括至半径 为0. 1英寸或更小的顶端的圆柱体锥削部。
31. 根据权利要求1所述的用于燃烧装置的电极系统，其中所述电晕电极包括导电刀 片，所述导电刀片包括至半径为〇. 1英寸或更小的边缘的纵向锥削部。
32. -种施加电场或电压至燃烧反应的方法，所述方法包括： 支撑至少一个电晕电极接近于燃烧反应，所述至少一个电晕电极包括小半径的顶端或 边缘； 通过施加电势至所述至少一个电晕电极，在所述小半径顶端或边缘周边的电场集中空 间中引起离子喷射；以及 响应于施加所述电势和离子喷射，在所述燃烧反应中引起回应。
33. 根据权利要求32所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中支撑至少一个电 晕电极接近于所述燃烧反应包括支撑所述至少一个电晕电极接近于但不接触所述燃烧反 应。
34. 根据权利要求32所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，所述方法进一步包 括： 支撑第二电极接近于或接触所述燃烧反应。
35. 根据权利要求34所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中支撑第二电极包 括支撑第二电晕电极接近于但不接触所述燃烧反应。
36. 根据权利要求34所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中支撑所述第二电 极接近于或接触所述燃烧反应包括支撑至少一个钝电极以与所述至少一个电晕电极配合 来产生电场。
37. 根据权利要求36所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中施加所述电势至 所述至少一个电晕电极导致邻近所述钝电极的电场强度不大于所述电极之间的所述平均 电场强度。
38. 根据权利要求36所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述电势至 所述至少一个电晕电极导致邻近所述钝电极的电场强度小于所述电极之间的所述平均电 场强度。
39. 根据权利要求34所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中支撑所述第二电 极接近于或接触所述燃烧反应包括支撑环形线圈或圆环面。
40. 根据权利要求34所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，所述方法进一步包 括： 将所述第二电极驱至与施加到所述电晕电极的所述瞬时电压基本上相同的瞬时电压。
41. 根据权利要求34所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，所述方法进一步包 括： 将所述第二电极基本上保持在地电势。
42. 根据权利要求34所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，所述方法进一步包括 将所述第二电极与地以及不同于从所述电晕电极接收的电势的电势隔离。
43. 根据权利要求32所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中支撑至少一个电 晕电极接近于但不接触所述燃烧反应包括支撑包括至半径为〇. 1英寸或更小的顶端的圆 柱体锥削部的电晕电极。
44. 根据权利要求32所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中支撑至少一个电 晕电极接近于但不接触所述燃烧反应包括支撑包括具有至半径为〇. 1英寸或更小的边缘 的锥削部的导电刀片的电晕电极。
45. 根据权利要求32所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中施加电势至所述 至少一个电晕电极包括操作电源以施加高电势至所述至少一个电晕电极。
46. 根据权利要求32所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中施加所述电势至 所述至少一个电晕电极包括施加电场至邻近所述燃烧反应的区，所述电场强度在所述小半 径顶部或边缘周边的电压集中空间内具有最大值，所述最大值至少是邻近所述燃烧反应的 所述区内平均电场强度的两倍。
47. 根据权利要求32所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中施加所述电势至 所述至少一个电晕电极包括施加基本上恒定的电势至所述至少一个电晕电极。
48. 根据权利要求32所述的施加电场或电压至燃烧反应的方法，其中施加所述电势至 所述至少一个电晕电极包括施加时变电压至所述至少一个电晕电极。
49. 根据权利要求48所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述时变电 压包括施加具有50至10000赫兹频率的周期电压波形。
50. 根据权利要求49所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述时变电 压包括施加具有200至800赫兹频率的周期电压波形。
51. 根据权利要求48所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述时变电 压包括施加矩形波、正弦波、三角波、截头三角波、锯齿波、对数波或指数波。
52. 根据权利要求48所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述时变电 压包括施加具有±1000伏至±115000伏振幅的波形。
53. 根据权利要求52所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述时变电 压包括施加具有±8000伏至±40000伏振幅的波形。
54. 根据权利要求32所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述电压至 所述至少一个电晕电极包括在邻近所述燃烧反应的所述区内施加在0. 3kV/m至1000kV/m 之间的平均电场强度。
55. 根据权利要求54所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述电势至 所述至少一个电晕电极包括在邻近所述燃烧反应的所述区内施加在80kV/m至400kV/m之 间的平均电场强度。
56. 根据权利要求32所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加所述电势至 所述至少一个电晕电极包括根据Peek定律施加足以满足电晕起始电压的平均电场强度。
57. 根据权利要求32所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中在所述燃烧反应 中引起回应包括在体现所述燃烧反应的火焰中引起可见的回应。
58. 根据权利要求32所述的施加电场或电势至火焰的方法，其中在所述火焰中引起回 应包括在所述火焰中导致增大的燃料和氧化剂的混合。
59. 根据权利要求58所述的施加电场或电势至火焰的方法，其中导致所述增大的燃料 和氧化剂的混合引起下列情形中的一种或多种：燃烧速率提高、所述火焰中燃料和空气接 触增大、火焰温度降低，经由火焰的氮氧化物（NOx)的释放减少、经由火焰的一氧化碳（C0) 的释放减少、火焰的稳定性提高、火焰吹熄的机率降低、火焰比辐射率提高或在给定燃料流 量下火焰尺寸减小。
60. 根据权利要求32所述的施加电场或电势至火焰的方法，所述方法进一步包括： 导致所述火焰的导电表面形成基本上等势的表面，所述基本上等势的表面与所述至少 一个电晕电极配合以在所述至少一个电晕电极和所述燃烧反应之间产生电场。
61. 根据权利要求60所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中导致所述燃烧反 应的导电表面形成基本上等势的表面包括施加电压条件至与所述燃烧反应电气连接的喷 焰器。
62. 根据权利要求61所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加电势条件至 所述喷焰器包括操作也施加所述电势至所述至少一个电晕电极的电源。
63. 根据权利要求61所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加电势条件至 所述喷焰器包括将所述喷焰器基本上保持在地电势。
64. 根据权利要求61所述的施加电场或电势至燃烧反应的方法，其中施加电势条件至 所述喷焰器包括将所述喷焰器与地和电压源电位隔离，从而使所述喷焰器电浮置。
65. -种喷焰器系统，所述喷焰器系统包括： 喷焰器，所述喷焰器将火焰支撑在火焰位置；以及 具有尖锐顶端的第一电极，所述第一电极相对于所述喷焰器被定位成使得所述第一电 极的尖锐顶端取向为朝向所述火焰位置，距所述火焰的距离足以防止所述尖锐顶端与由所 述喷焰器支撑的火焰接触。
66. 根据权利要求65所述的系统，其中所述尖锐顶端为所述第一电极的多个尖锐顶端 中的一个，所述多个尖锐顶端的每一个沿第一轴线定位。
67. 根据权利要求66所述的系统，其中所述多个尖锐顶端的尖锐顶端被设置为锯齿图 案。
68. 根据权利要求66所述的系统，其中所述第一电极沿平行于所述火焰位置的中心轴 线的第一轴线定位。
69. 根据权利要求65所述的系统，其中所述第一电极具有包括至所述尖锐顶端的纵向 锥削部的刀片形状，所述尖锐顶端形成所述刀片形状的边缘。
70. 根据权利要求69所述的系统，其中所述边缘的半径不大于0. 1英寸。
71. 根据权利要求65所述的系统，其中所述第一电极由被配置为相对于所述火焰位置 改变所述第一电极的位置的结构支撑。
72. 根据权利要求65所述的系统，其中所述尖锐顶端的半径不大于0. 1英寸。
73. 根据权利要求65所述的系统，其中所述尖锐顶端的半径不大于0. 05英寸。
74. 根据权利要求65所述的系统，其中所述尖锐顶端的半径不大于0. 01英寸。
75. 根据权利要求65所述的系统，所述系统包括电联接至所述电极并被配置为施加电 压至所述第一电极的电压源，所述电压的大小足以引起第一电极从所述尖锐顶端产生电晕 放电。
76. 根据权利要求75所述的系统，所述系统包括电联接至所述电压源的第二电极，且 所述第二电极相对于所述第一电极和喷焰器被定位为使得由所述第一电极朝向所述第二 电极喷射的带电粒子的一部分冲击到所述火焰位置上。
77. 根据权利要求76所述的系统，其中所述第二电极包括尖锐顶端。
78. 根据权利要求76所述的系统，其中所述第二电极为钝电极。
79. 根据权利要求75所述的系统，其中所述电压源被配置为产生时变电压信号。
80. 根据权利要求75所述的系统，所述系统包括联接至所述电压源的第二电极，所述 第二电极被定位和配置为施加反电荷至由所述喷焰器喷射的流体流中。
81. 根据权利要求80所述的系统，其中所述第二电极被配置为施加所述反电荷至由所 述喷焰器喷射的流体流并通过所述流体流使由所述喷焰器支撑的火焰作为所述第一电极 的反电极并吸引由所述第一电极的电晕放电产生的离子。
82. 根据权利要求80所述的系统，其中所述第二电极具有环形形状并相对于所述喷焰 器被定位为使得所述流体流基本上沿所述环形第二电极的中心轴线通过。
83. 根据权利要求82所述的系统，其中所述第二电极被定位为作为由所述喷焰器支撑 的火焰的火焰锚定器。
84. 根据权利要求80所述的系统，其中所述第二电极在所述火焰位置外。
85. 根据权利要求65所述的系统，所述系统包括位于包括所述尖锐顶端的所述第一电 极的至少一部分和所述火焰位置之间并配置为阻挡热辐射传输的电极屏蔽罩。
86. 根据权利要求65所述的系统，其中所述尖锐顶端为所述第一电极的多个尖锐顶端 中的一个，所述系统进一步包括成形的并位于所述第一电极的多个尖锐顶端的每一个和所 述火焰位置之间且被配置为阻挡热辐射传输的电极屏蔽罩。
87. -种操作喷焰器系统的方法，所述方法包括： 将火焰支撑在所述喷焰器系统中；以及 通过从邻近电介质在所述电介质与所述火焰相对的一侧的位置生成电晕放电喷射离 子穿过所述电介质与所述火焰接触。
88. 根据权利要求87所述的方法，其中所述生成电晕放电包括通过施加电晕放电电压 至放电电极从所述放电电极的尖锐顶端生成所述电晕放电，所述尖锐顶端被定位为邻近所 述电介质。
89. 根据权利要求88所述的方法，其中所述生成电晕放电包括通过施加电晕放电电压 至放电电极从所述放电电极的多个尖锐顶端中的每一个生成所述电晕放电。
90. 根据权利要求88所述的方法，其中所述施加电晕放电电压至所述放电电极包括施 加反电荷至反电极，所述反电极被定位为使得从所述放电电极朝向所述反电极喷射的离子 冲击到所述火焰上。
91. 根据权利要求90所述的方法，其中所述施加反电荷至反电极包括施加所述反电荷 至包括尖锐顶端的驱动电极。
92. 根据权利要求90所述的方法，其中所述施加反电荷至反电极包括施加所述反电荷 至钝驱动电极。
93. 根据权利要求90所述的方法，其中所述施加反电荷至反电极包括施加所述反电荷 至圆环状驱动电极，所述圆环状驱动电极被定位为使得所述圆环状驱动电极的轴线与所述 火焰的中心轴线基本上同轴。
94. 根据权利要求90所述的方法，其中所述施加反电荷至反电极包括施加所述反电荷 至圆环状驱动电极，所述圆环状驱动电极被定位为使得所述火焰的流体流基本上沿所述圆 环状驱动电极的轴线通过但不接触所述圆环状驱动电极。
95. 根据权利要求90所述的方法，其中所述施加反电荷至反电极包括通过施加所述反 电荷至使所述火焰使所述火焰起到所述反电极的作用。
96. 根据权利要求95所述的方法，其中所述施加所述反电荷至使所述火焰包括施加所 述反电荷至定位于邻近所述火焰的流体流的驱动电极。
97. 根据权利要求95所述的方法，其中在喷焰器系统中所述支撑火焰包括从所述喷焰 器系统的喷焰器喷嘴喷射燃料射流，且所述施加所述反电荷至使所述火焰包括施加所述反 电荷至所述喷焰器系统的喷焰器喷嘴。
98. 根据权利要求88所述的方法，所述方法包括屏蔽所述放电电极的包括所述尖锐顶 端的至少一部分免受由所述火焰生成的辐射热，而不基本防止喷射粒子接触所述火焰。
99. 根据权利要求88所述的方法，所述方法包括消融所述放电电极的尖锐顶端，包括 以相应的速率消融所述放电电极的芯和外层，所述相应的速率维持所述芯的一部分从所述 外层伸出作为所述尖锐顶端。
100. 根据权利要求99所述的方法，所述方法包括通过以基本上等于所述放电电极消 融的速率延伸所述放电电极以在所述尖锐顶端和所述火焰之间维持一选定距离。
101. -种装置，所述装置包括： 第一电极，所述第一电极在所述第一电极的第一端具有尖锐顶端；以及 电极屏蔽罩，所述电极屏蔽罩在所述尖锐顶端的纵向轴线上的一位置电气和机械联接 至所述电极并与所述尖锐顶端分开一距离。
102. 根据权利要求101所述的装置，其中所述距离选择为足以允许从所述尖锐顶端朝 向位于所述纵向轴线上的反电极喷射的离子通过所述电极屏蔽罩而不冲击到所述电极屏 蔽罩上。
103. 根据权利要求101所述的装置，其中所述尖锐顶端为所述第一电极的每一个具有 相应纵向轴线的多个尖锐顶端中的一个，且其中所述电极屏蔽罩的尺寸和形状足以与所述 第一电极的多个尖锐顶端中的每一个的纵向轴线相交。
【文档编号】F23N5/00GK104428591SQ201380032103
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年7月1日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】伊戈·A·克里克塔弗维奇, 克里斯多佛·A·威克洛夫, 哈罗德·H·本内特二世 申请人:克利尔赛恩燃烧公司