用于增強(qiáng)火焰輻射的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種用于增強(qiáng)火焰輻射的裝置包括火焰充電系統(tǒng)和電氣絕緣電極。時(shí)變電壓被施加到火焰充電系統(tǒng)且火焰充電系統(tǒng)將對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷或時(shí)變電壓傳遞到火焰上?；鹧嫱ㄟ^增加其亮度對(duì)時(shí)變電荷或電壓進(jìn)行響應(yīng)。
【專利說明】用于增強(qiáng)火焰輻射的方法和裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年12月30日遞交的、名稱為“METHOD AND APPARATUS FORENHANCING FLAME RADIAT1N”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/582，239號(hào)的優(yōu)先權(quán)；在與本公開一致的程度上通過引用將其并入本文。
[0003]背景
[0004]在一些鍋爐和燃燒器的設(shè)計(jì)中，可能需要將燃燒能量的至少一部分轉(zhuǎn)化為輻射能量。然而，有些類型的火焰是低輻射的。在某些情況下，熱量是通過火焰沖擊高發(fā)射率耐火材料表面來輻射的。然而，這并不是在所有爐中都是可能的。即使能夠使用耐火壁，硬質(zhì)耐火壁增加了爐設(shè)施的重量和成本。
[0005]具有相對(duì)較高的碳?xì)湓颖鹊娜剂希缰厝加秃兔?，可用于產(chǎn)生相對(duì)較高的輻射率的火焰。然而，這些燃料容易產(chǎn)生較高的顆粒和一氧化碳(CO)的排放量。
[0006]由于例如天然氣的清潔燃料的火焰的低輻射率，它們表現(xiàn)相對(duì)較差的通過熱輻射的熱傳遞。
[0007]需要一種能將低輻射火焰輻射轉(zhuǎn)化為高輻射火焰的技術(shù)。較好的輻射熱傳遞能減小爐的尺寸。爐尺寸是反應(yīng)器或加熱器的總成本的一個(gè)重要的組成部分。這種技術(shù)可以減小新爐的整體尺寸、重量和成本及增加現(xiàn)有爐和由爐驅(qū)動(dòng)的過程的生產(chǎn)能力。此外，這種技術(shù)最好是可切換的以允許在具有高熱質(zhì)量的設(shè)計(jì)中不可能的快速的加熱循環(huán)和冷卻循環(huán)。再者，這種技術(shù)最好提供在高熱質(zhì)量、中等輻射器方法中難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的定向輻射，
[0008]概述
[0009]在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中發(fā)現(xiàn)施加交變電能給低輻射率火焰大大提高了火焰輻射率。
[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用于自火焰(例如烴類火焰)輻射能量的系統(tǒng)，可包括被配置為接收時(shí)變電壓和將對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷或電壓傳遞到火焰的火焰充電系統(tǒng)?；鹧娉潆娤到y(tǒng)可與火焰至少間歇接觸，且可具體化為燃料噴嘴、火焰保持器、或火焰被導(dǎo)向通過其的離散電極的一部分，可包括離子噴射電極，或可包括離子發(fā)生器。電氣絕緣導(dǎo)體可被置于緊鄰火焰的地方。電氣絕緣導(dǎo)體可被布置為與被傳遞到火焰上的時(shí)變電荷電磁連通，以及可被配置為與火焰的時(shí)變電荷相互作用，以提高輻射熱能。
[0011]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種用于自烴類火焰輻射能量的方法可包括提供烴類燃料，燃燒烴類燃料以產(chǎn)生火焰，使用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)火焰，和將電氣絕緣導(dǎo)體支撐為緊鄰火焰以導(dǎo)致火焰發(fā)射增強(qiáng)的可見光或紅外光能量。電氣絕緣導(dǎo)體可被布置為與傳遞到火焰上的時(shí)變電壓或電荷電磁連通以導(dǎo)致提高的輻射熱能。
[0012]附圖簡(jiǎn)述
[0013]圖1是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于自火焰輻射能量的系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖2是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的與圖1的系統(tǒng)有關(guān)的包括傳熱面的系統(tǒng)的示意圖。
[0015]圖3是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于提高自火焰的輻射的方法的流程圖。
[0016]圖4是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的解釋圖1-3中所描述的方法和系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的理論的示意圖。
[0017]詳細(xì)描述
[0018]在下面的詳細(xì)描述中，引用了作為本說明書的組成部分的附圖。在附圖中，除非上下文另有所指，相似的符號(hào)通常標(biāo)識(shí)相似的組件。在詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求中描述的說明性的實(shí)施例并不意在限制。在不違背這里介紹的主題的精神或范圍的情況下，其他實(shí)施例可以被利用，以及可以做出其他改變。
[0019]圖1是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于自火焰102輻射能量的系統(tǒng)101的示意圖。在系統(tǒng)101中，火焰充電系統(tǒng)104可被配置為接收時(shí)變電壓和將相應(yīng)的時(shí)變電荷或電壓傳遞到烴類火焰102。緊鄰火焰102的電氣絕緣導(dǎo)體106被發(fā)現(xiàn)與火焰102的時(shí)變電荷相互作用以導(dǎo)致火焰102在外觀上從大體上透明變化到明亮的黃色。得出的結(jié)論是電氣絕緣導(dǎo)體106可以被布置為與傳遞到烴類火焰102的時(shí)變電荷電連通?；鹧嫱庥^的變化被視為與火焰中的受熱粒子的輻射率的增加相對(duì)應(yīng)。
[0020]火焰充電系統(tǒng)104可包括與火焰102至少間歇接觸的火焰激發(fā)電極。火焰充電系統(tǒng)104可被配置為接收選擇的導(dǎo)致火焰激發(fā)電極傳遞對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷或電壓到火焰的時(shí)變電壓。激發(fā)電極可通過從激發(fā)電極到火焰的電壓導(dǎo)通來操作。
[0021]此外或作為一種選擇，火焰充電系統(tǒng)可包括被布置在靠近火焰處的電荷噴射電極。電荷噴射電極可被配置為接收時(shí)變電壓和向火焰噴射對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷。電荷噴射電極可被稱為電暈電極。電荷噴射電極可包括尖銳電極。
[0022]此外或作為一種選擇，火焰充電系統(tǒng)可包括被配置為接收時(shí)變電壓和提供運(yùn)送對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷或電壓到或接近火焰的流體介質(zhì)的電離器。例如，電離器可被配置為向燃料傳遞時(shí)變電荷。此外或作為一種選擇，電離器可被配置為向助燃空氣傳遞時(shí)變電荷。此外或作為一種選擇，電離器可被配置為向一種或多種類型的電荷載體傳遞時(shí)變電荷以及向燃燒反應(yīng)遞送一種或多種類型的電荷載體。
[0023]根據(jù)一個(gè)解釋，在火焰102的時(shí)變電荷和電氣絕緣導(dǎo)體106之間的相變電能交換可對(duì)應(yīng)在火焰102中形成的碳分子或碳凝反應(yīng)的增加。火焰中的碳分子或碳凝反應(yīng)可使火焰白熾化或增加火焰的輻射率。沒有看到從火焰102輸出的煙灰增加。根據(jù)實(shí)施例，自火焰102的輻射的最終增加可被用于增加到裝置或工作部件的輻射熱傳遞。
[0024]系統(tǒng)101可還包括被配置為固定火焰102的火焰保持器108?；鹧姹３制?08可以是電氣絕緣的或電絕緣器。諸如包括噴嘴或孔112的烴類氣體燃料源的燃料源110可被配置為使烴類氣體流式通過火焰保持器108。烴類氣體燃料源可包括被配置為將噴嘴或孔112與相對(duì)接地絕緣的電絕緣管或軟管114。
[0025]時(shí)變電壓源116可向火焰充電系統(tǒng)104提供調(diào)制的電壓。例如，時(shí)變電壓源116可包括微控制器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)、狀態(tài)機(jī)、集成電路、和/或離散電路以輸出波形。時(shí)變電壓源116可還被配置為響應(yīng)于開環(huán)邏輯和/或來自傳感器電路(未顯示)的反饋選擇波形。時(shí)變電壓源116可還包括被配置為接收波形和輸出時(shí)變電壓的放大器?；鹧娉潆娤到y(tǒng)可包括被布置為在火焰102燃燒時(shí)與火焰102實(shí)質(zhì)上連續(xù)接觸的火焰激發(fā)電極104。時(shí)變電壓和火焰激發(fā)電極104的幾何結(jié)構(gòu)可被選擇為實(shí)質(zhì)上防止電弧的形成。
[0026]時(shí)變電壓可被選擇為導(dǎo)致在火焰102與電氣絕緣導(dǎo)體106之間的相變電能交換。根據(jù)一種解釋，電氣絕緣導(dǎo)體106可被布置為與傳遞到火焰的時(shí)變電荷處于電容關(guān)系。例如，時(shí)變電壓可被選擇為導(dǎo)致火焰102和電氣絕緣導(dǎo)體106之間的相變電容性儲(chǔ)能。此外或作為一種選擇，電氣絕緣導(dǎo)體106可被布置為與傳遞到火焰102的時(shí)變電壓處于電感關(guān)系。例如，時(shí)變電壓可被選擇為導(dǎo)致火焰102和電氣絕緣導(dǎo)體106之間的相變電感性儲(chǔ)能或組合的電感性-電容性儲(chǔ)能。
[0027]此外或作為一種選擇，時(shí)變電壓可被選擇為導(dǎo)致火焰中的相變局部過渡態(tài)濃度和/或電荷平衡。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，相變電能交換或相變局部過渡態(tài)濃度和/或電荷平衡可能對(duì)應(yīng)于平均火焰溫度的降低。平均火焰溫度的降低可被看作反應(yīng)的時(shí)變率的結(jié)果和/或自火焰102輻射出更多能量的結(jié)果。
[0028]當(dāng)電氣絕緣導(dǎo)體106被配置為鋼環(huán)時(shí)，其被發(fā)現(xiàn)如所描述般工作。根據(jù)實(shí)施例，電氣絕緣導(dǎo)體可包括至少部分環(huán)繞火焰的環(huán)或環(huán)形段。電氣絕緣導(dǎo)體106可被布置為實(shí)質(zhì)上與火焰同軸。
[0029]當(dāng)電氣絕緣導(dǎo)體106實(shí)質(zhì)上連續(xù)物理接觸火焰時(shí)，其被發(fā)現(xiàn)如所描述般工作。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，電氣絕緣導(dǎo)體106可能偶爾地或間歇地與火焰物理接觸。“物理接觸”可被定義為與火焰邊緣的可視接觸。
[0030]對(duì)應(yīng)于101的布置使用通過丙烷燃燒產(chǎn)生的烴類氣體火焰102操作。其它燃料可替換地或附加地燃燒和/或其它氧化還原反應(yīng)可被支持如描述般操作。例如，烴類可包括多于或少于三個(gè)碳原子。其它說明性的烴類燃料可包括天然氣、乙烷、丁烷、液化石油氣、煉油氣體或液體混合物、汽油、柴油、燃料油、煤等。
[0031]圖2是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的與圖1的系統(tǒng)101有關(guān)的包括傳熱面202的系統(tǒng)201的示意圖。因此，實(shí)施例可包括被配置為接收來自火焰102的輻射能量的表面202。例如，表面202可以包括被配置成接收自火焰102輻射能量的工業(yè)過程201，被配置為接收自火焰102的輻射能量的加熱系統(tǒng)201，被配置成接收自火焰102的輻射能量的發(fā)電系統(tǒng)201，包括被配置為接收自火焰102的輻射能量的裝置201的陸路車輛、船只或航空器，和/或被配置為保持接收自火焰102的輻射能量的工作部件202的結(jié)構(gòu)(未顯示)的一部分。
[0032]圖3是示出根據(jù)一實(shí)施例的用于增加自火焰的輻射的方法301的流程圖。始于步驟302，可供應(yīng)燃料。例如，供應(yīng)燃料可包括供應(yīng)烴類燃料。這類烴類燃料可能在每個(gè)分子中有一到三個(gè)碳原子，或可能在每個(gè)分子中有更多原子。盡管各個(gè)實(shí)施例可包括增加通過燃燒其他燃料產(chǎn)生的火焰的輻射輸出，低分子量烴類氣體燃料被說明性地強(qiáng)調(diào)，因?yàn)檫@些燃料典型地產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上透明的火焰，這是由于氣體和反應(yīng)中間物的低輻射率造成的，因此可特別獲益于本文所描述的方法。根據(jù)實(shí)施例，方法301可被用于增加自天然氣火焰的熱輻射。
[0033]繼而到步驟304，烴類燃料可被點(diǎn)燃以產(chǎn)生火焰。方法301可包括預(yù)混合空氣或其他氧化劑和燃料(未顯示)。在一些實(shí)施例中，火焰可包括擴(kuò)散火焰或是擴(kuò)散火焰。
[0034]在步驟306中，火焰可被時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)。用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)火焰可包括使用對(duì)應(yīng)的時(shí)變電壓驅(qū)動(dòng)靠近火焰或至少部分在火焰中的第一個(gè)電極。根據(jù)實(shí)施例，用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)火焰可包括使用對(duì)應(yīng)的時(shí)變電壓驅(qū)動(dòng)燃料噴嘴或火焰保持器。此外或作為一種選擇，用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)火焰可包括使用時(shí)變電壓驅(qū)動(dòng)離子發(fā)生器以生成對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷。此外或作為一種選擇，用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)火焰可包括使用時(shí)變電壓驅(qū)動(dòng)尚子噴射電極將對(duì)應(yīng)于時(shí)變電壓或電荷的尚子朝向火焰噴射或噴射到火焰。
[0035]各種電壓波形、振幅和頻率在實(shí)驗(yàn)中使用，且假設(shè)了其他情形。據(jù)信，參數(shù)的相對(duì)寬范圍和組合可用于增加來自火焰的輻射發(fā)射。根據(jù)實(shí)施例，用時(shí)變電壓激勵(lì)火焰可包括用頻率為50到10000赫茲的周期性變化的電壓激勵(lì)火焰。例如，火焰可被頻率為50-1000赫茲的周期性變化的電壓激勵(lì)。值得注意的是，在實(shí)驗(yàn)中，在其他參數(shù)相等的情況下，使用400赫茲頻率產(chǎn)生的輻射能量的量大于使用50赫茲頻率產(chǎn)生的輻射能量的量。
[0036]波形可以類似地變化。例如，用時(shí)變電壓激勵(lì)火焰可包括用方波、鋸齒波、正弦波和其他波形激勵(lì)火焰。值得注意的是，在實(shí)驗(yàn)中，在其他參數(shù)相等的情況下，使用方波比使用正弦波產(chǎn)生更大的輻射能量轉(zhuǎn)換率。
[0037]相似地，電壓和幾何結(jié)構(gòu)可以變化。根據(jù)實(shí)施例，用時(shí)變電壓激勵(lì)火焰可包括用1000伏特到11500伏特振幅激勵(lì)火焰。例如，電壓的振幅可在8000伏特到40000伏特之間。據(jù)信，更大的火焰可更好地響應(yīng)更高的電壓。
[0038]步驟360可還包括提供火焰激勵(lì)幾何結(jié)構(gòu)或控制電路以實(shí)質(zhì)上防止電弧。例如，火焰激勵(lì)電壓可被以不超過周邊環(huán)境或火焰的擊穿電壓的這樣一種方式交替或應(yīng)用。超過擊穿電壓將產(chǎn)生被稱為電弧現(xiàn)象的電火花。減少電弧的一種方法可以是平滑第一電極的所有邊緣以避免可能趨于引發(fā)電弧的電荷聚集。另一種方法可以是以足夠的精度控制電壓以避免可能引發(fā)電弧的電壓尖脈沖。另一種方法可以是使用結(jié)合限流電源的反饋電路以在感測(cè)到電弧或初期電弧條件下切斷電源。
[0039]繼而到步驟308，電導(dǎo)體可被支撐為鄰近氣體火焰以導(dǎo)致火焰發(fā)出增強(qiáng)的可見光和/或紅外光能量。在圖1中可以看到示例的電導(dǎo)體106。例如，電導(dǎo)體可以是通過大于約I兆歐姆的電阻與地電氣連接和/或可以與地絕緣或隔離。高電阻接地和/或電導(dǎo)體的隔離的使用可允許電導(dǎo)體電浮動(dòng)。
[0040]各種理論可以幫助解釋本文描述的行為。例如，電導(dǎo)體可以與激勵(lì)的火焰電容性連通。作為一種選擇或此外，電導(dǎo)體可以與激勵(lì)的火焰電感性連通。本文描述的火焰發(fā)射行為可包含在電容和/或電感和火焰的熱能之間的周期性能量交換。此外或作為一種選擇，電導(dǎo)體可與火焰上的調(diào)制的時(shí)變電荷組合來操作以便由于在半周期內(nèi)電荷的一個(gè)符號(hào)的去除導(dǎo)致減少過渡狀態(tài)的濃度，隨后后半個(gè)周期內(nèi)作為電荷的符號(hào)和局部反應(yīng)過渡狀態(tài)濃度的一些或全部的源。由于煙塵是導(dǎo)電性的且煙塵顆粒能集中電場(chǎng)，外部電場(chǎng)可增加自火焰的煙塵的沉淀。煙塵形成的離子機(jī)制已在文獻(xiàn)中被假定，但以前沒有建議提及外部電場(chǎng)。根據(jù)實(shí)施例，時(shí)變電壓可被選擇以導(dǎo)致火焰的白熾化煙塵部分增加。
[0041]這些替代或補(bǔ)充理論的解釋可在下文參照?qǐng)D4理解。
[0042]根據(jù)實(shí)施例，電導(dǎo)體可包括環(huán)繞火焰上部且不與火焰接觸的環(huán)。
[0043]如步驟310所示，響應(yīng)于緊鄰火焰的電導(dǎo)體和火焰激勵(lì)電極之間的一個(gè)或多個(gè)相互作用，火焰可發(fā)射增強(qiáng)的可見光和/或紅外光能量。根據(jù)一種解釋，火焰上的電荷和導(dǎo)體之間的相互作用可導(dǎo)致火焰發(fā)射增強(qiáng)的可見光或紅外光能量，響應(yīng)于增加火焰中反應(yīng)產(chǎn)物和反應(yīng)中間體的發(fā)射率。例如，增加自火焰的輻射可包括將反應(yīng)路徑改變?yōu)橹辽贂簳r(shí)產(chǎn)生煙塵。煙塵可發(fā)射對(duì)應(yīng)火焰溫度的黑體輻射。
[0044]繼而到步驟312，輻射能量的至少一部分可被發(fā)送到裝置。
[0045]圖4是圖示根據(jù)一個(gè)說明性實(shí)施例的、解釋結(jié)合圖1-3所描述的方法和系統(tǒng)的行為的理論的示意圖401。在示意圖401中，電壓V被繪制為時(shí)間t的函數(shù)。顯示為近似正弦波的實(shí)線的第一電壓波形402，可對(duì)應(yīng)于上述施加到第一電極的時(shí)變電壓。當(dāng)導(dǎo)體被允許浮動(dòng)時(shí)，其電壓可被描述為圖中虛線所示的相移波形404。當(dāng)施加到第一電極的電壓402增加時(shí)，導(dǎo)體404的電壓可跟著增加。
[0046]在系統(tǒng)的前半周期406期間，施加到火焰的電壓402可能低于由導(dǎo)體響應(yīng)性保持的電壓404。在半周期406期間，來自火焰的至少一部分的電子可被吸引到導(dǎo)體。相似地，帶正電荷的那些粒子可能會(huì)被從導(dǎo)體附近吸引到火焰。因?yàn)殡娮拥碾姾少|(zhì)量比是如此的遠(yuǎn)大于呈現(xiàn)于火焰中的帶正電荷的粒子的電荷質(zhì)量比，電子的移動(dòng)可能是造成本文所述的大多數(shù)或?qū)嵸|(zhì)上全部效果的原因。從火焰中吸引電子的效果可存在幾種觀點(diǎn)。剩余的正電荷可能使過渡態(tài)(激發(fā)態(tài)分子和中間體)或電荷的局部數(shù)量失衡。正電荷的不平衡可能會(huì)與保持在前半周期中產(chǎn)生的熱量和將熱量通過輻射發(fā)出的碳分子或碳群相關(guān)。根據(jù)第二種觀點(diǎn)，系統(tǒng)的一些能量可被暫時(shí)轉(zhuǎn)換成保持在火焰和導(dǎo)體之間的場(chǎng)中的電容性和/或電感性倉tfi。
[0047]在系統(tǒng)的后半周期408期間，施加到火焰的電壓402可能高于由導(dǎo)體響應(yīng)性地保持的電壓404。在半周期408期間，電子可被自導(dǎo)體附近吸引并進(jìn)入火焰中。在后半周期408期間，燃燒反應(yīng)的過渡態(tài)濃度和/或電荷平衡可能會(huì)再次達(dá)到要求，導(dǎo)致碳分子或碳群被消耗。根據(jù)第二種觀點(diǎn)，能量可被從表示為火焰中的熱能的電容性和/或電感性能量場(chǎng)中提取出。
[0048]其他的理論還可解釋本文所描述的效果。例如，由如帶電粒子流通過和與互補(bǔ)粒子碰撞的混合力簡(jiǎn)單提供的增加的反應(yīng)率是可能的。然后可在反應(yīng)物速度停滯和逆向的周期的部分看到減小的反應(yīng)速率。
[0049]盡管描述了可導(dǎo)致描述的行為的特定機(jī)制，本文描述和權(quán)利要求的行為是通過實(shí)驗(yàn)觀察到的，如可通過以下示例說明的。
[0050]示例
[0051]示例 I
[0052]參照?qǐng)D1，在不包括導(dǎo)體106的控制實(shí)驗(yàn)裝置變體中，在電壓被施加到激勵(lì)電極104時(shí)，連續(xù)燃燒的丙烷氣火焰實(shí)質(zhì)上透明。
[0053]幾何結(jié)構(gòu):
[0054]激勵(lì)電極104:
[0055]標(biāo)稱直徑3英寸的鋼管被切割為3-3/4英寸長(zhǎng)。激勵(lì)電極104被放置在直徑為0.775英寸的孔112的上方大約16英寸的位置。
[0056]導(dǎo)體106:
[0057]無
[0058]燃料源110:
[0059]直徑為0.775英寸的孔112形成在帶螺紋的3/4英寸鋼管端部。螺紋鋼管端部安裝在一件長(zhǎng)約8英寸的3/4英寸鋼管處。非導(dǎo)體軟管114被固定在燃料管110的上游端。丙烷以約8磅/平方英寸(PSIG)的壓力饋送。
[0060]激勵(lì):
[0061]施加的時(shí)變電壓是頻率在50-1000HZ之間的方波。2_8V的指示電壓通過安裝在美國國家儀器公司NIPXIe-1062Q底架上的美國國家儀器公司PX1-5412波形發(fā)生器顯示。波形使用TREK型號(hào)40/15高電壓放大器被放大4000倍以在激勵(lì)電極104上產(chǎn)生范圍為8000V到32000V的時(shí)變相對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓。
[0062]觀察:
[0063]沒有響應(yīng)于施加的時(shí)變電壓的可見的火焰差異。
[0064]示例2
[0065]再次參照?qǐng)D1，實(shí)驗(yàn)裝置101包括作為導(dǎo)體106的不接地的6英寸鋼管法蘭。管法蘭106由與激勵(lì)電極104同心的耐火磚支持，且位于激勵(lì)電極104的底部邊緣上方8英寸的高度。
[0066]激勵(lì)電極104再次根據(jù)上面給出的參數(shù)被激勵(lì)。
[0067]裝置101產(chǎn)生很黃和涌動(dòng)的火焰。當(dāng)激勵(lì)電極104被100Hz的方波驅(qū)動(dòng)時(shí)光輸出的亮度大于被同一電壓的50Hz方波驅(qū)動(dòng)時(shí)的亮度。
[0068]激勵(lì)電極104的頂部與環(huán)106的底部之間的空隙在軸向方向是4_1/4英寸。在第一個(gè)環(huán)106的頂部加上第二個(gè)環(huán)106沒有給出亮度的顯著增加。如果有什么區(qū)別的話，增加第二個(gè)環(huán)稍微減小了亮度。
[0069]當(dāng)電壓波形被施加到存在環(huán)106的激勵(lì)電極104時(shí)，在孔112和火焰保持器108之間注意到藍(lán)色卷狀焰。在沒有環(huán)106的情況下，當(dāng)電壓被施加時(shí)沒有藍(lán)色卷狀焰。測(cè)量到管110與地電氣絕緣。發(fā)現(xiàn)了一些到地的泄漏，但非常小。
[0070]示例3
[0071]通過使環(huán)106接地，對(duì)示例2的裝置做了修改。在施加激勵(lì)電壓時(shí)，注意到火焰光度有非常短暫的增加?；鹧婀舛葲]有表現(xiàn)出任何持續(xù)的增加。
[0072]雖然本文已公開了各個(gè)方面和實(shí)施例，也仔細(xì)考慮了其它方面和實(shí)施例。在本文中公開的各個(gè)方面和實(shí)施例是為了說明的目的且不是為了限制，而真實(shí)的范圍和精神由以下權(quán)利要求表明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，包括: 火焰充電系統(tǒng)，所述火焰充電系統(tǒng)被配置為向烴類氣體火焰?zhèn)鬟f時(shí)變電荷或電壓；及 緊鄰所述火焰的電氣絕緣導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述火焰充電系統(tǒng)包括與所述火焰至少間歇接觸和被配置為接收時(shí)變電壓的激勵(lì)電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述時(shí)變電壓被選擇以導(dǎo)致所述火焰充電系統(tǒng)將對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷或電壓傳遞到所述火焰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述火焰充電系統(tǒng)包括被布置在緊鄰所述火焰處的電荷噴射電極；及 其中所述電荷噴射電極被配置為接收時(shí)變電壓和向所述火焰噴射對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述電荷噴射電極包括電暈電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述電荷噴射電極包括尖電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述火焰充電系統(tǒng)包括離子發(fā)生器，所述離子發(fā)生器被配置為接收時(shí)變電壓和向所述火焰或火焰附近提供攜帶對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷的流體介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述離子發(fā)生器被配置為向燃料傳遞所述時(shí)變電荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述離子發(fā)生器被配置為向助燃空氣傳遞所述時(shí)變電荷。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述離子發(fā)生器被配置為向一種或多種類型的電荷載體傳遞所述時(shí)變電荷以及向燃燒反應(yīng)遞送所述一種或多種類型的電荷載體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中，當(dāng)接收到所述時(shí)變電荷時(shí)，所述火焰在外觀上從實(shí)質(zhì)上透明變?yōu)槊髁恋狞S色。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中，所述電氣絕緣導(dǎo)體被布置為與傳遞到所述烴類氣體火焰的所述時(shí)變電荷電連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述電氣絕緣導(dǎo)體被布置為與傳遞到所述火焰的所述時(shí)變電荷處于電容性關(guān)系。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述時(shí)變電壓被選擇以在所述火焰和所述電氣絕緣導(dǎo)體之間導(dǎo)致電波形相變電容性儲(chǔ)能。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述電氣絕緣導(dǎo)體被布置為與傳遞到所述火焰的所述時(shí)變電荷處于電感性關(guān)系。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述時(shí)變電壓被選擇以在所述火焰和所述電氣絕緣導(dǎo)體之間導(dǎo)致電波形相變電感性儲(chǔ)能。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述時(shí)變電壓被選擇以在所述火焰和所述電氣絕緣導(dǎo)體之間導(dǎo)致電波形相變電能量交換。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述時(shí)變電壓被選擇以在所述火焰中導(dǎo)致時(shí)變局部過渡態(tài)濃度或電荷平衡。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述時(shí)變電壓被選擇以導(dǎo)致所述火焰的白熾化煙塵部分的增加。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中相變電能量交換或相變局部過渡態(tài)濃度或電荷平衡對(duì)應(yīng)于平均火焰溫度的降低。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述相變電能量交換或相變局部過渡態(tài)濃度或電荷平衡對(duì)應(yīng)于所述火焰中形成的碳分子或含碳群的增加；及 其中，所述火焰中的碳分子或含碳群增加所述火焰的輻射率。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述火焰充電系統(tǒng)被布置為在所述火焰燃燒時(shí)與所述火焰實(shí)質(zhì)上連續(xù)接觸。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述時(shí)變電壓和所述火焰充電系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)被選擇以實(shí)質(zhì)上防止電弧的形成。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述電氣絕緣導(dǎo)體包括至少部分環(huán)繞所述火焰的環(huán)或環(huán)形段。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述電氣絕緣導(dǎo)體與所述火焰至少間歇接觸。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述電氣絕緣導(dǎo)體被布置為與所述火焰實(shí)質(zhì)上同軸。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，還包括: 被配置為固定所述火焰的火焰保持器。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述火焰保持器是電氣絕緣的或是電絕緣器。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，還包括: 烴類氣體燃料源，所述烴類氣體燃料源包括被配置為使所述烴類氣體流式通過所述火焰保持器的噴嘴或孔。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述烴類氣體燃料源包括被配置為將所述噴嘴或孔與相對(duì)地電氣絕緣的電氣絕緣管或軟管。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述烴類燃料包括氣態(tài)烴類燃料。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，其中所述烴類燃料每個(gè)分子包括一到三個(gè)碳原子。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，還包括: 被配置為從所述火焰接收輻射能量的表面。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，還包括: 被配置為從所述火焰接收輻射能的工業(yè)過程。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，還包括: 被配置為從所述火焰接收輻射能的加熱系統(tǒng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，還包括: 被配置為從所述火焰接收輻射能的發(fā)電系統(tǒng)。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，還包括: 包括被配置為從所述火焰接收輻射能的裝置的陸路機(jī)動(dòng)車、船只或航空器。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自烴類火焰輻射能量的系統(tǒng)，還包括: 被配置為保持從所述火焰接收輻射能的工作部件的結(jié)構(gòu)。
39.一種用于自火焰輻射能量的方法，包括: 供應(yīng)烴類燃料； 點(diǎn)燃所述烴類燃料以產(chǎn)生火焰； 使用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)所述火焰；及 將電導(dǎo)體支撐為接近所述火焰以導(dǎo)致所述火焰發(fā)射增強(qiáng)的可見光能量或紅外光能量中的至少一種。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中供應(yīng)所述烴類燃料包括供應(yīng)氣態(tài)烴類燃料。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中供應(yīng)所述烴類燃料包括供應(yīng)每個(gè)分子有一到三個(gè)碳原子的烴類氣體燃料。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，還包括預(yù)混合所述烴類燃料的全部或部分與空氣、氧氣、或其它氧化劑。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中所述火焰包括擴(kuò)散火焰。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)所述火焰包括使用對(duì)應(yīng)的時(shí)變電壓驅(qū)動(dòng)靠近或至少部分在火焰中的第一電極。
45.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)所述火焰包括使用對(duì)應(yīng)的時(shí)變電壓驅(qū)動(dòng)燃料噴嘴或火焰保持器。
46.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)所述火焰包括使用所述時(shí)變電壓驅(qū)動(dòng)離子發(fā)生器以生成對(duì)應(yīng)的時(shí)變電荷。
47.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓或電荷激勵(lì)所述火焰包括使用所述時(shí)變電壓驅(qū)動(dòng)離子噴射電極以把對(duì)應(yīng)時(shí)變電壓或電荷的離子向所述火焰噴射或噴射到所述火焰上。
48.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓激勵(lì)所述火焰包括使用具有50到10000赫茲頻率的電壓激勵(lì)所述火焰。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓激勵(lì)所述火焰包括使用50-1000赫茲頻率的電壓激勵(lì)所述火焰。
50.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓激勵(lì)所述火焰包括使用方波激勵(lì)所述火焰。
51.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓激勵(lì)所述火焰包括使用正弦波激勵(lì)所述火焰。
52.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓激勵(lì)所述火焰包括使用1000伏特到115，000伏特的振幅激勵(lì)所述火焰。
53.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中使用時(shí)變電壓激勵(lì)所述火焰包括使用8000到40，000伏特的振幅激勵(lì)所述火焰。
54.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，還包括: 提供火焰激勵(lì)幾何結(jié)構(gòu)或控制電路用于實(shí)質(zhì)上防止電弧。
55.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中所述電導(dǎo)體通過大于約I兆歐姆的電阻與地電氣連接。
56.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中所述電導(dǎo)體是與地絕緣的。
57.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中所述電導(dǎo)體被允許電浮動(dòng)。
58.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中所述電導(dǎo)體與受激勵(lì)火焰電容性連通。
59.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中所述電導(dǎo)體與受激勵(lì)火焰電感性連通。
60.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中所述電導(dǎo)體包括環(huán)繞所述火焰的上部的環(huán)且至少間歇。
61.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中將電導(dǎo)體支撐為緊鄰所述火焰以導(dǎo)致所述火焰發(fā)射增強(qiáng)的可見光或紅外光能量包括轉(zhuǎn)移反應(yīng)路徑以至少暫時(shí)產(chǎn)生煙塵；及 其中所述煙塵發(fā)射黑體輻射。
62.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，其中將電導(dǎo)體支撐為緊鄰所述火焰以導(dǎo)致所述火焰發(fā)射增強(qiáng)的可見光或紅外光能量包括增加所述火焰中的反應(yīng)產(chǎn)物和反應(yīng)中間體的發(fā)射率或光度。
63.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于自火焰輻射能量的方法，還包括: 將所述輻射能量的至少一部分傳遞到被加熱裝置。
【文檔編號(hào)】F23D99/00GK104136850SQ201280070593
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月30日
【發(fā)明者】約瑟夫·科蘭尼諾, 特蕾西·A·普雷沃, 伊戈·A·克里克塔弗維奇, 克里斯多佛·A·威克洛夫 申請(qǐng)人:克利爾賽恩燃燒公司