预燃离子化的制作方法
【专利说明】预燃离子化
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求提交于2012年11月27日、标题为“MULTISTAGE 1NIZERFOR A COMBUST1N SYSTEM”(用于燃烧系统的多级离子发生器)的美国临时专利申请N0.61/730, 486的优先权，该专利申请以引用的方式在不与本文的公开内容不一致的程度上并入。
【背景技术】
[0003]在电动式燃烧控制系统(ECC)中，使用电能控制燃烧反应的各个方面。通常，电能由接触或靠近燃烧反应的电极施加。例如，一种已知的方法是将第一电极定位在燃烧反应附近或接触燃烧反应，并用燃烧器喷嘴作为第二电极。然后对两个电极之间的整个燃烧反应施加电压，在电极之间产生延伸穿过燃烧反应的电场。随着燃料(和/或氧化剂)经由燃烧器喷嘴射出，将电荷赋予燃料。这为燃烧反应产生电荷，该电荷的极性与第一电极的极性相反。第一电极的位置、所施加电压的极性和值，以及许多其他相关因素确定电能对燃烧反应的影响。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，提供了用于使用带电粒子流赋予燃烧反应电荷的系统。例如，该系统可以包括被配置成提供具有第一极性的离子流的离子发生器。在相对于燃烧反应的燃烧器或燃料源的第一位置处将离子流引入燃烧反应。离子流可被配置成将电荷赋予燃烧反应的任何组分、燃烧反应本身或燃烧反应的产物。根据一个实施例，该系统还包括定位在第一位置下游的第二位置处的第一电极，以及可操作地联接到第一电极的电压源。该系统还可包括可操作地联接以向离子发生器和电压源提供一个或多个电信号的控制器。控制器被配置成通过选择一个或多个电信号以迫使带电燃烧反应进行响应来控制燃烧反应。
[0005]在一个实施例中，提供了用于使用离子流控制燃烧反应的方法。该方法可以包括支持燃烧器或燃料源处的燃烧反应。该方法还可以包括向离子发生器施加一个或多个电信号以生成具有第一极性的离子流。该方法还可以包括使带电离子流在第一位置处接触燃烧反应或燃烧反应的反应物。第一位置至少间歇地在相对于燃烧反应的反应前沿的至少一部分的上游。该方法另外可以包括将电荷赋予燃烧反应的反应物、燃烧反应、燃烧反应的产物或它们的组合。该方法可以包括通过将一个或多个电信号施加至一个或多个第一电极来控制燃烧反应。第一电极在第一位置下游的第二位置处。第一电极通过使电荷响应于所述一个或多个电信号来控制燃烧反应。
【附图说明】
[0006]图1为根据一个实施例的燃烧系统的框图，该燃烧系统带有反应前沿上游的离子流以控制燃烧反应。
[0007]图2A为根据一个实施例的离子发生器的框图。
[0008]图2B为根据另一个实施例的离子发生器的框图。
[0009]图3为根据另一个实施例的燃烧系统的框图，该燃烧系统包括离子流以控制燃烧反应。
[0010]图4A为根据一个实施例的包括多个燃烧反应的燃烧系统的框图。
[0011]图4B为根据一个实施例的图4A的系统的框图，其中离子流具有相反的极性。
[0012]图5A为根据一个实施例的燃烧系统的框图。
[0013]图5B为根据一个实施例的图5A的系统的框图，其中离子流具有相反的极性。
[0014]图6为根据另一个实施例的燃烧系统的框图，该燃烧系统包括用于使用离子流控制相邻燃烧反应的相互作用的系统。
[0015]图7为根据另一个实施例的燃烧系统的框图。
[0016]图8为根据一个实施例的用于使用离子流控制燃烧反应的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]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。
[0018]发明人已经认识到，接触或靠近燃烧反应的电极会被来自燃烧反应的热或反应性物质损坏，这会削弱控制燃烧反应的能力。例如，具有有限表面积、小曲率半径和/或尖锐边缘的电极，诸如可用于电荷注入或电晕电极的电极，经常易于受到此类损坏的影响。另夕卜，由某些材料制成的电极也会易于受到此类损坏的影响，在某些情况下，由于成本或实用性原因，这些电极对此类损坏如此敏感，以至于阻碍了原本所需的电极材料的使用。此外，就燃烧反应停止时间、电极材料和/或人工而言，更换电极是昂贵的，更不用说在更换之前此类电极降低的控制效率。
[0019]根据一些实施例，在燃烧空间中具有“活性”或载流部件的燃烧反应充电系统可能需要更广泛的工序来更换损坏或磨损的部件，并且/或者可能需要关机或大规模燃料关停才能检修损坏或磨损的部件。因此，可以通过将活性部件放置在燃烧空间外部来积极地影响维修和可靠性。
[0020]发明人建议提供被配置成形成带电粒子的离子发生器机构，然后将其作为向燃烧反应施加电荷的装置引入燃烧反应中。可从任何合适的材料或材料组合中拖曳带电粒子，包括，例如，燃烧反应的组分，诸如氧化剂气体(如，空气)、燃料、烟气、反应物等。根据一个实施例，离子发生器机构可以包括离子束发生器，诸如电子束源。根据另一个实施例，离子发生器机构可以包括引入燃烧空间中的浸入电介质流体流(诸如气体)中的电晕电极和反电极对。电晕电极和反电极对被配置成由电介质流体的分子(上的沉积电荷)或由流体所携带的其他供体物质形成离子。
[0021]离子发生器可作为被配置用于现场替换或更换的模块或模块化系统而被提供。
[0022]术语燃烧反应被理解为是指放热氧化反应。在一些情况下，燃烧反应可以包括化学计量的(如，可见的)表面。在其他情况下，燃烧反应可以是“无火焰的”，使得不存在可见的边界。
[0023]燃烧组分是指引入燃烧空间中并将参与燃烧过程的元素，诸如燃料、氧化剂、EGR烟气、改性剂、催化剂，以及可以引入的其他物质。该术语并不限于提及当这些元素存在于燃烧空间内时的这些元素，而且还提及将它们引入燃烧空间之前的这些元素。
[0024]燃烧空间是指发生燃烧反应的空间，它是根据特定应用的环境划定的。例如，许多系统包括燃烧室或被配置成包含燃烧反应及其产物和/或保护个体免于反应的其他封装件。在此类情况下，燃烧空间的相应边界和尺寸在适当的程度上由封装件的壁或表面限定。被配置成保护定位在障碍物一侧的元件免于被定位在障碍物相对侧的燃烧反应产生的热能损坏的任何障碍物可以限定燃烧空间的相应边界。因此，例如，部分或全部定位在燃烧空间内并被配置成保护电路或其他设备免于被燃烧反应产生的热量损坏的较小封装件有效地从燃烧空间中去除了由较小封装件所限定的空间。
[0025]在不存在封装件的情况下，或者在封装件的某些部分离燃烧反应足够远的情况下，以至于它们不会有效地约束燃烧反应的各个方面，那么燃烧空间可被定义为里面的环境温度为至少400 °F的空间。燃烧空间还包括温度显著高于400 °F的区域。例如，在某些实际燃烧系统中，会遇到最高至接近绝热火焰温度的温度。
[0026]通常，开口，即被配置成支持燃烧反应的燃料喷嘴或燃烧器的终端限定了燃烧空间的边界或界限，使得从喷嘴流出的燃料在从喷嘴喷出时进入燃烧空间。同样，通过其引入燃烧反应的其他组分的喷嘴、开口、出口等可以限定燃烧空间的相应边界。另一个边界在排气通道(诸如烟道或烟囱)内的近似点处，在该点，放热过程不再是自持的。
[0027]在本公开中参考离子和离子发生器主要描述了示出使用带电粒子向燃烧反应施加电荷的实施例。然而，这仅是示例性的。带电粒子的其他变型形式是熟知的，如同用于它们的制备的机构。如权利要求书中所用，术语带电粒子并不限于离子，而是被广义地解释为关于任何类型的带电粒子的表述，即不是电中性的任何粒子。在一些情况下，带电粒子可以自由电子或松散关联电子的形式存在。在其他情况下，带电粒子可以包括至少一个原子核，如H+中的情况，并且/或者可以包括带电原子对或带电分子。应当理解，本文中与离子的制备相关的描述也可以适用于本身不是离子的带电粒子(如电子)的制备。
[0028]图1为根据一个实施例的系统100的框图，该系统用于使用离子流102来控制燃烧反应104。
[0029]根据一个实施例，系统100包括离子发生器106，其被配置成向相对于支持燃烧反应104的喷嘴开口或燃烧器110的终端109的第一位置108提供离子流102。离子流102具有第一极性。离子流102被配置成将净电荷赋予燃烧反应104或其组分。第一电极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并且由气隙117将其与燃烧反应104至少间歇地分离。电压源118可操作地联接到第一电极114。控制器120可操作地联接以便将一个或多个电信号提供给离子发生器106和电压源118。该控制器可被配置成通过选择一个或多个电信号来控制燃烧反应104。第一位置108至少间歇地在相对于燃烧反应104的反应前沿112的上游113。根据实施例，控制器120被配置成控制电压源和离子发生器106，以保持燃烧反应104与第一电极114之间的气隙117。在其他实施例中，第一电极114可以诸如由熔融石英玻璃电绝缘。在其他实施例中，第一电极114可以与燃烧反应电连续。例如，可以通过保持第一电极114与第一电极的电压源之间的电阻来控制流经燃烧反应的电流。
[0030]术语上游(附图中箭头111所指示)和下游(箭头113所指示)是参照与燃烧反应相关联的复合流而言的，该复合流包括例如燃料流、氧化剂流、燃烧反应内的反应物流和燃烧反应产物流，即，烟气和它的各种组分。在没有进一步修改或定义的情况下使用这些术语可被理解为是指沿着该复合流的相对位置。
[0031]根据各个实施例，选择离子流102以将电荷和第一极性赋予燃烧反应104。除此之外或作为另外一种选择，可选择离子流102以将电荷和第一极性赋予燃烧反应104的燃料。除此之外或作为另外一种选择，可选择离子流102以将电荷和第一极性赋予燃烧反应104的氧化剂。除此之外或作为另外一种选择，可选择离子流102以将电荷和第一极性赋予燃烧反应104的载气。除此之外或作为另外一种选择，可选择离子流102以将电荷和第一极性赋予燃烧反应104的产物。除此之外或作为