帶有柵切換電極的燃燒系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】帶有柵切換電極的燃燒系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本專利申請(qǐng)要求2012年12月26日提交的、名稱為"COMBUSTIONSYSTEMWITH AGRIDSWITCHEDELECTRODE(帶有格柵切換電極的燃燒系統(tǒng)）"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第 61/745, 863號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其在與本公開內(nèi)容不相抵觸的情況下以引用方式并入本申請(qǐng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，向燃燒反應(yīng)切換施加或脈沖施加電場(chǎng)，施加至電極的電壓波形的 快速上升沿和/或快速下降沿可增強(qiáng)所需的燃燒反應(yīng)響應(yīng)。而且，切換高電壓通常對(duì)電路 設(shè)計(jì)設(shè)置限制。
[0004] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，切換電極系統(tǒng)被配置為向燃燒反應(yīng)施加電能。一種電極組件包 括第一電極，其被配置為帶有第一電壓。格柵電極被配置為可選擇地切換到屏蔽電壓（如 地），或帶有與所述第一電壓基本上相同的通行電壓，或帶有在所述第一電壓和地之間的電 壓。所述格柵電極設(shè)置于第一電極組件和燃燒反應(yīng)之間，且當(dāng)所述格柵電極帶有通行電壓 時(shí)，其被配置為使得所述燃燒反應(yīng)從所述第一電極接收電能。當(dāng)所述格柵電極被切換至屏 蔽電壓時(shí)，其被配置為將燃燒反應(yīng)從第一電極帶有的電壓屏蔽。相比用于在高電壓源和所 述第一電極之間切換高電壓的切換硬件而言，所述格柵電極在更快的切換和/或更低成本 的切換硬件方面經(jīng)得起考驗(yàn)。當(dāng)所述格柵電極從屏蔽電壓斷開時(shí)，所述通行電壓可為格柵 電極浮動(dòng)至的電壓。所述屏蔽電壓可為電學(xué)接地。
[0005] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種操作燃燒系統(tǒng)的方法包括：用火焰穩(wěn)定器將燃燒反應(yīng)支撐 在燃燒空間中；將第一電極組件支撐在所述燃燒空間中；以及將格柵電極支撐在所述燃燒 空間中，位于所述第一電極組件和所述燃燒反應(yīng)之間。向所述第一電極組件施加第一電壓。 向所述格柵電極施加屏蔽電壓，以及通過在所述格柵電極和所述燃燒反應(yīng)之間維持可忽略 的電場(chǎng)，阻止所述第一電壓向所述燃燒反應(yīng)施加電能。例如，如果燃燒反應(yīng)連接至電學(xué)接 地，則屏蔽電壓也可為電學(xué)接地。為了用第一電壓向燃燒反應(yīng)施加電能，屏蔽電壓被停止施 加到格柵電極，并且通過允許在格柵電極和燃燒反應(yīng)之間形成電場(chǎng)，從而允許第一電壓向 燃燒反應(yīng)施加電能。例如，停止向格柵電極施加屏蔽電壓可包括允許格柵電極電浮動(dòng)至在 第一電壓和燃燒反應(yīng)電勢(shì)之間的一電壓，或基本上電浮動(dòng)至第一電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，施 加至格柵電極的電壓被由控制器操作的絕緣柵雙極性晶體管（IGBT)切換。例如，該控制器 可包括被配置為以選定的頻率切換IGBT的計(jì)時(shí)器。
【附圖說明】
[0006]圖1A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例被配置為向燃燒反應(yīng)施加電能的一種燃燒系統(tǒng)的示意 圖。
[0007]圖1B為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例被配置為向燃燒反應(yīng)施加電能的燃燒系統(tǒng)的構(gòu)造的 示意圖。
[0008] 圖1C示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例連接成將屏蔽電壓％傳輸至格柵電極的電氣開關(guān)的 構(gòu)造。
[0009] 圖ID示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例連接成將通行電壓VP從通行電壓節(jié)點(diǎn)傳輸至格柵電 極的電氣開關(guān)的構(gòu)造。
[0010] 圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，該燃燒系統(tǒng)包括第一電極組件和格柵 電極。
[0011] 圖3為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，該燃燒系統(tǒng)包括第一電極組件和格 柵電極。
[0012]圖4為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，該燃燒系統(tǒng)包括第一電極組件和格 柵電極。
[0013]圖5為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，該燃燒系統(tǒng)包括第一電極組件和格 柵電極。
[0014]圖6為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，該燃燒系統(tǒng)包括第一電極組件和格 柵電極。
[0015]圖7A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，該燃燒系統(tǒng)被配置為向燃燒反應(yīng)施 加交變極性電能。
[0016]圖7B為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，該燃燒系統(tǒng)被配置為向燃燒反應(yīng)施 加交變極性電能。
[0017]圖8為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的操作燃燒系統(tǒng)的方法的流程圖。
[0018]圖9為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)示意圖，該燃燒系統(tǒng)被配置為從包括格柵電極 的切換電極系統(tǒng)接收電能。
[0019]圖10為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖，該燃燒系統(tǒng)包括帶有平滑（非離 子發(fā)射）電極的被配置為由格柵電極切換的切換電極系統(tǒng)。
[0020] 圖11為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖，該燃燒系統(tǒng)包括帶有尖銳（電 暈）電極的被配置為由格柵電極切換的切換電極系統(tǒng)。
[0021] 圖12A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖9的電極和燃燒反應(yīng)的側(cè)面剖視圖。
[0022] 圖12B為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖9的電極和燃燒反應(yīng)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 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。
[0024]圖1A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃燒系統(tǒng)100的示意圖，該系統(tǒng)被配置為向燃燒反應(yīng) 104施加電能120。燃燒反應(yīng)100包括設(shè)置于燃燒空間（combustionvolume) 106中的火焰 穩(wěn)定器（flameholder) 102,燃燒空間106至少部分地由燃燒空間壁107限定，并被配置為 容納燃燒反應(yīng)104。電源108包括第一輸出節(jié)點(diǎn)110,該第一輸出節(jié)點(diǎn)110被配置為帶有第 一電壓％。第一電極組件112包括第一電極114,該第一電極114可操作地連接到電源108 的第一輸出節(jié)點(diǎn)110并被配置為帶有第一電壓％。格柵電極116設(shè)置在第一電極組件112 和火焰穩(wěn)定器102之間。電氣開關(guān)118可操作地連接至格柵電極116。電氣開關(guān)118被配 置為可選擇地將格柵電極116連接至屏蔽電壓（shieldvoltage)Vs。屏蔽電壓Vs被選擇 為阻止燃燒反應(yīng)104從第一電極組件112接收電能120。
[0025] 在圖1A中，電能120被示為帶電粒子120'的流。發(fā)明人設(shè)想出了將電能120施 加至燃燒反應(yīng)104的一種或多種形式。在圖示的實(shí)施例100中，第一電極114被配置為電 暈電極，該電暈電極被配置為發(fā)射帶電粒子120'。在第二實(shí)施例中，例如，第一電極114為 場(chǎng)電極，該場(chǎng)電極被配置為帶有第一電壓％，以創(chuàng)建跨越燃燒空間106的一部分的電場(chǎng)。在 該第二實(shí)施例中，將格柵電極116連接至屏蔽電壓％使得在第一電極114和格柵電極116 之間形成第一電場(chǎng)（對(duì)應(yīng)于第一電極114和格柵電極116之間距離％上的電壓差Vi-Vs); 以及第二電場(chǎng)（對(duì)應(yīng)于格柵電極116和燃燒反應(yīng)104的導(dǎo)電邊緣之間距離Df上的格柵電極 116和燃燒反應(yīng)104之間的電壓差Vs-Vf，約等于（Vs-Vf)/Df)。若屏蔽電壓Vs被選擇為基 本上等于（例如，與其導(dǎo)通）燃燒反應(yīng)電壓（例如，地電壓122)，則當(dāng)將屏蔽電壓％施加至 格柵電極116時(shí)，第二電場(chǎng)強(qiáng)度基本上等于零，且第一電極組件112不能將電能120施加至 燃燒反應(yīng)104。
[0026] 當(dāng)通過電氣開關(guān)118連接至屏蔽電壓％時(shí)，格柵電極116可被配