使用限流电气元件的电动燃烧控制制造技术

本发明专利技术提供了一种靠近燃烧反应体设置的电荷元件，其被致使携带电压而同时通过与所述电荷元件电导通的限流元件来防止对所述燃烧反应体电弧放电或防止来自所述燃烧反应体的电弧充电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用限流电气元件的电动燃烧控制相关申请的交叉引用本申请要求2012年11月30日提交的名称为“COMBUSTORELECTRODEWITHCURRENTLIMITINGELECTRICALELEMENT”(具有限流电气元件的燃烧器电极)的美国临时专利申请No.61/731,639以及2012年9月10日提交的名称为“COMBUSTIONSYSTEMHAVINGMULTIPLEXEDELECTRODESWITHARCSUPPRESSION”(具有带灭弧的复用电极的燃烧系统)的美国临时专利申请No.61/698,820的优先权权益；并且上述两个专利申请在不与本文公开内容相抵触的程度上以引用方式并入本文。
技术实现思路
根据实施例，燃烧系统包括被配置为靠近燃烧反应体设置的电荷元件、被配置为与电荷元件电导通的电节点、以及被设置成可将电导通从电节点传送至电荷元件并且限制从电节点流到电荷元件或者从电荷元件流到电节点的限流元件的电流的限流元件。根据实施例，用于控制燃烧反应的方法包括提供靠近燃烧反应体的电荷元件，在电节点上建立电压，用限流元件在电荷元件与电节点之间提供电导通，并且用电压在燃烧反应体上造成实际效果。根据实施例，提供了一种燃烧系统，其包括被构造成支持燃烧反应的燃烧装置、用来将电荷施加至燃烧反应体的充电装置、被配置为在充电装置与燃烧反应体之间提供电压差的电源、以及限流装置，其用来防止电源与该装置之间的电流超过选定阈值。根据实施例，限流装置电连接在电源与电荷元件装置之间。根据另一个实施例，限流装置电被连接在燃烧反应体与电路接地点之间的电流路径中。根据实施例，限流装置被配置为响应于跨介电间隙的初期电弧形成而降低电荷元件装置与燃烧反应体之间的跨介电间隙的电压降。根据实施例，电荷元件装置包括电荷喷射装置。根据实施例，电荷喷射装置包括具有多个尖突部的锯齿状电极，每个尖突部用来产生各自的电晕放电。根据实施例，电荷元件装置包括围绕由燃烧装置占据的空间而设置并且用来将电荷施加至燃烧反应体的多个电荷元件。根据实施例，限流装置包括多个限流元件，每个限流元件用来防止电源与所述多个电荷元件中的相应者之间的电流超过选定阈值。根据实施例，燃烧系统包括具有多个电荷元件的第二电荷元件装置，所述电荷元件被设置、成形且配置为充当火焰锚定器并为反电荷提供到燃烧反应的电气路径。根据实施例，限流装置包括多个限流元件，每个限流元件用来防止电路节点与第二电荷元件装置的所述多个电荷元件中的相应者之间的电流超过选定阈值。根据实施例，电源被配置为在电荷元件装置与电路节点之间提供电压差。附图说明图1为根据实施例的燃烧系统的示意图，该燃烧系统包括电荷元件，所述电荷元件可操作地连接于限流元件或包括限流元件。图2为根据实施例的燃烧系统的示意图，该燃烧系统包括被构造成燃烧反应被构造成燃烧反应支持面的电荷元件。图3为根据实施例的燃烧支持面的示意图，该燃烧支持面被形成为多个电极段。图4为根据实施例的燃烧系统的示意图，该燃烧系统包括连接到限流装置的相应元件的多个电晕电极。图5为根据实施例的燃烧系统的示意图，该燃烧系统包括多个电晕电极以及一个火焰支撑元件，所述多个电晕电极及火焰支撑元件各自连接于限流装置的相应元件。图6为根据实施例的燃烧系统的示意图，该燃烧系统包括一个电荷元件以及多个火焰支撑元件，所述电荷元件及多个火焰支撑元件各自连接于限流装置的相应元件。图7为根据实施例的示出了用于控制燃烧反应的方法的流程图。具体实施方式在以下详细描述中，参照构成本文一部分的附图。在附图中，除非上下文另有规定，否则类似的符号或参考标号通常标示类似部件。在以随附有不同小写字母的相同参考标号来指示附图中的多个元件，例如20a、20b、20c等的情况下，将能够实现在随附文本中对多个基本上类似的元件中的独立元件的参考。这仅是为了描述的方便性和清楚性，而且此类命名本身不影响权利要求的范围。电动燃烧控制(ECC)是指包括用于将电能施加至燃烧反应体(例如火焰)的机构的燃烧系统。ECC可用来控制或修改与燃烧反应相关联的多个参数中的任一个，包括(例如)火焰大小、位置、温度、以及发射光谱、燃料验收、燃烧效率、排放控制等。ECC系统的配置将根据其用来控制的燃烧参数而改变。在一些情况下，直流电压电荷被施加至燃烧反应体，而在其他情况下，所施加的电荷具有交变极性或随时间变化的量级。通常，所施加的电能产生带电离子，所述带电离子被带入燃料/燃烧流中并且可被电气操纵以所需方式控制燃烧反应。为了生成足够量的带电离子，通常将高压电荷施加至燃烧反应体，所述高压电荷可在从低于10kV到高于100kV的范围内，并且如所述，可为恒压信号、振荡或间歇信号等的形式。尽管用于将电荷施加至燃烧反应体的电压较高，但电流(如果有的话)通常非常低，因为带电离子在介电间隙中产生，所述离子跨越该介电间隙而撞击燃烧反应。所得的电流具有低电子密度，其可转换成低安培值。就ECC系统而言，电荷元件(例如电极)通常设置在燃烧室内的燃烧反应附近，并且将高电压电位施加至该电荷元件。带电离子在围绕火焰的介电间隙中形成。燃烧室(包括介电间隙区域)内的气氛通常包括空气和烟气，并且是非导电的，或者具有非常高的电阻。然而，燃烧室内的状态经受改变。例如，火焰可突然改变位置，气氛的组成可改变，并且温度可上升或下降。这些事件中的任一者均可改变介电间隙的电阻和击穿电压。如果在任何时候，电荷元件与火焰之间的电压差大于介电间隙的击穿电压，则将经由燃烧反应在电荷元件与接地源之间形成导电路径，从而允许火花形成，并且引发高电流电弧从电荷元件行进到接地点。虽然此类事件并不罕见，并且通常不会显著地干扰ECC系统的操作，但专利技术人已认识到，如果防止此类瞬态火花的发生，或者在大小和/或频率上限制此类瞬态火花，则可获得多种有益效果。例如，在易受周期性高电流放电影响的系统中，放电所穿过的任何电元件必须能够在不招致损坏的情况下传输所述放电。因此，消除或降低此类放电的量能允许使用会因高电流放电而被损坏或破坏的小型或较不稳健的部件，和/或增加可能因为高电流放电而被点蚀或以其他方式退化的电极的寿命。这继而又可：(1)降低部件的成本，(2)增加部件的工作寿命，和/或(3)扩展系统设计师在部件和系统设计方面可用的选项数量。另一有益效果是降低功耗。在极低电流或在没有电流的情况下生成高电压电位的成本主要由提供电压发生器的一次性成本组成。就大多数ECC系统而言，在没有电弧放电以及伴随的电流放电的情况下，所消耗的功率通常以数十瓦特或更少来计量。然而，在电弧放电事件期间，可能在瞬间内耗用兆瓦量级的功率。取决于此类事件的频率，功耗和成本可能变得显著。最后，电流放电事件的减少或消除可使更好的系统控制成为可能。例如，取决于电源的设计，在一种配置中可能存在多个电容器，所述配置使每个电容器能够携带总电压电荷的一部分。在启动时，在振荡供电电压的逐次循环期间，电容器被依次充电。只有当在供电电压的若干循环之后所有电容器均已充电时，才会实现电源的满输出电压。在电流放电事件期间，这些电容器中的一些或全部可被放电，这就意味着，紧接这之后，在电容器重新充电之前，没有电荷可施加至火焰。因此，在一些系统设计中，在电压源从放电恢复时，可能短暂地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧系统，包括：电荷元件，所述电荷元件被配置为靠近燃烧反应体设置；电节点，所述电节点被配置为与所述电荷元件电导通；以及限流元件，所述限流元件被设置成可将所述电导通从所述电节点传送至所述电荷元件并且限制所述电节点与所述电荷元件之间的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.10 US 61/698,820;2012.11.30 US 61/731,6391.一种燃烧系统，包括：电荷元件，所述电荷元件被配置为靠近燃烧反应体设置；电节点，所述电节点被配置为与所述电荷元件电导通；以及限流元件，所述限流元件被设置成可将所述电导通从所述电节点传送至所述电荷元件并且限制所述电节点与所述电荷元件之间的电流。2.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴被配置为将燃料提供至所述燃烧反应体。3.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括：传热表面，所述传热表面被配置为接收来自所述燃烧反应体的热量。4.根据权利要求3所述的燃烧系统，还包括：推进系统、化学过程或发电系统，所述推进系统、化学过程或发电系统可操作地连接于所述传热表面。5.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件用来将电场施加至所述燃烧反应体。6.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件为用来喷射带电离子的电晕电极。7.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件用来将电压施加至所述燃烧反应体。8.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件被配置为在电压接地点与所述燃烧反应体之间提供路径，所述系统还包括用来将电能施加至所述燃烧反应体的第二电荷元件。9.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件包括燃烧反应支持面。10.根据权利要求9所述的燃烧系统，其中所述燃烧反应支持面设置在燃料流的周边。11.根据权利要求10所述的燃烧系统，其中所述燃烧反应支持面设置在所述燃料流的周边并与所述燃料流分离。12.根据权利要求10所述的燃烧系统，其中所述燃烧反应支持面设置在所述燃料流的周边和附近。13.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件被构造成燃烧反应支持面；其中驱使所述燃烧反应体达到第一电压；其中所述电节点被保持为不同于所述第一电压的第二电压；以及其中所述燃烧反应支持面被配置为响应于从所述燃烧反应体到所述电荷元件的电流而锚定所述燃烧反应体。14.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述电节点被保持为接地电压。15.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述第二电压具有与所述第一电压的极性相反的极性。16.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述限流元件用来维持所述电节点与所述燃烧反应体之间的电压差。17.根据权利要求13所述的燃烧系统，其中所述限流元件使所述电荷元件浮动至介于所述燃烧反应体的所述第一电压与所述电节点的所述第二电压之间的电位。18.根据权利要求17所述的燃烧系统，其中响应于所述限流元件提供的电流限制而使所述燃烧反应体维持与所述电荷元件的接触。19.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件包括一个燃烧支持面的多个电极段；以及其中所述限流元件包括对应的多个限流元件，每个限流元件被配置为在所述多个电极段中的对应者与所述电节点之间传导电流。20.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件易遭受在与所述燃烧反应体之间形成电弧。21.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电节点包括来自电源的输出。22.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电节点包括电压接地点。23.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件包括多个电荷元件；其中所述限流元件包括多个限流元件；其中所述多个电荷元件各自通过所述多个限流元件中的对应者保持与所述电节点的电导通；以及其中所述多个限流元件各自用来限制电流通过，并从而阻止在所述燃烧反应体与所述多个电荷元件中的所述对应者之间延伸的初期电弧。24.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件包括多个电极；其中所述限流元件包括多个限流元件；以及其中所述多个限流元件被配置为在所述电节点与所述多个电荷元件之间共同传导大于由电弧携带的电流量的电流，并且单独地将电流限制为低于由所述电弧携带的电流量。25.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述限流元件包括线性限流元件。26.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述限流元件包括电阻器。27.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述限流元件包括非线性限流元件。28.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述限流元件包括开关。29.根据权利要求28所述的燃烧系统，其中所述开关包括晶体管。30.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述电荷元件和所述限流元件被集成并且至少部分地用半导体材料形成。31.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括：电源，所述电源用来激励所述电节点。32.根据权利要求31所述的燃烧系统，其中所述限流元件与所述电源集成为一体。33.一种用于控制燃烧反应的方法，包括：提供靠近燃烧反应体的电荷元件；在电节点上建立电压；经由限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通；以及用所述电压在所述燃烧反应体上造成实际效果。34.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：将燃料提供至所述燃烧反应体。35.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：用传热表面接收来自所述燃烧反应体的热量。36.根据权利要求35所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：用所接收的热量来激励一个过程。37.根据权利要求35所述的用于控制燃烧反应的方法，其中用所接收的热量来激励一个过程包括驱动推进系统。38.根据权利要求35所述的用于控制燃烧反应的方法，其中用所接收的热量来激励一个过程包括将热量传递至化学过程。39.根据权利要求35所述的用于控制燃烧反应的方法，其中用所接收的热量来激励一个过程包括发电。40.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：用所述电荷元件将电场施加至所述燃烧反应体。41.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：用所述电荷元件将电荷施加至所述燃烧反应体。42.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：用所述电荷元件将电压施加至所述燃烧反应体。43.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：将电荷或电压从第二电荷元件施加至所述燃烧反应体；以及用所述电荷元件提供电压接地点到所述燃烧反应体的路径。44.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中用所述电压在所述燃烧反应体上造成实际效果包括使所述燃烧反应体由所述电荷元件保持。45.根据权利要求44所述的用于控制燃烧反应的方法，其中使所述燃烧反应体由所述电荷元件保持包括使所述燃烧反应体由在燃料流周边的所述电荷元件保持。46.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：驱使所述燃烧反应体达到第一电压；其中在所述电节点上建立所述电压包括将所述电节点保持为不同于所述第一电压的第二电压；以及其中在所述燃烧反应体上造成实际效果包括响应于所述燃烧反应体与所述电荷元件之间的电流而将所述燃烧反应体锚定于所述电荷元件处。47.根据权利要求46所述的用于控制燃烧反应的方法，其中所述第二电压具有与所述第一电压的极性相反的极性。48.根据权利要求46所述的用于控制燃烧反应的方法，其中在所述电节点上建立所述电压包括将所述电节点保持在接地电压上。49.根据权利要求46所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：用所述限流元件维持所述电节点与所述燃烧反应体之间的电位。50.根据权利要求46所述的用于控制燃烧反应的方法，还包括：用所述限流元件使所述电荷元件浮动至介于所述燃烧反应体的所述第一电压与所述电节点上的所述第二电压之间的电位。51.根据权利要求50所述的用于控制燃烧反应的方法，包括响应于所述限流元件提供的电流限制而使所述燃烧反应体维持与所述电荷元件的接触。52.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中提供靠近所述燃烧反应体的所述电荷元件包括提供一个燃烧支持面的多个电极段；以及其中用限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通包括经由所述多个电极段中的对应者在多个限流元件中的每一者与所述电节点之间传导电流。53.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中所述电荷元件易遭受在与所述燃烧反应体之间形成电弧；以及其中用所述限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通包括防止所述电弧的形成。54.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中在电节点上建立电压包括用电源来将所述电节点激励到一个电压。55.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中在电节点上建立电压包括将所述电节点保持在接地电压上。56.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中提供靠近燃烧反应体的电荷元件包括提供多个电极；其中经由限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通包括经由所述多个限流元件中的对应者在所述多个电极中的每一者与所述电节点之间提供电导通；以及还包括：通过所述多个限流元件中的所述对应者的作用来阻止所述燃烧反应体与所述多个电极中的一者之间的初期电弧。57.根据权利要求56所述的用于控制燃烧反应的方法，其中所述多个限流元件在所述电节点与所述多个电极之间共同传送超过由电弧携带的电流量的电流；以及其中所述多个限流元件单独地传送低于由所述电弧携带的电流量的电流。58.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中经由限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通包括经由线性限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通。59.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中经由限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通包括经由电阻器在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通。60.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中经由限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通包括经由非线性限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通。61.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中经由限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通包括经由开关在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通。62.根据权利要求33所述的用于控制燃烧反应的方法，其中经由限流元件在所述电荷元件与所述电节点之间提供电导通包括经...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈·A·克里克塔弗维奇，克里斯多佛·A·威克洛夫，
申请(专利权)人：克利尔赛恩燃烧公司，
类型：发明
国别省市：美国;US