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    重庆时时彩澳门银座: 冷却电极以及包含冷却电极的燃烧器系统.pdf

    关 键 词:
    冷却 电极 以及 包含 燃烧 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201280070553.3

    申请日:

    2012.12.29

    公开号:

    CN104136849A

    公开日:

    2014.11.05

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):F23Q 3/00申请公布日:20141105|||实质审查的生效IPC(主分类):F23Q 3/00申请日:20121229|||公开
    IPC分类号: F23Q3/00 主分类号: F23Q3/00
    申请人: 克利尔赛恩燃烧公司
    发明人: 约瑟夫·科兰尼诺; 克里斯多佛·A·威克洛夫
    地址: 美国华盛顿州
    优先权: 2012.02.22 US 61/601,920
    专利代理机构: 北京安信方达知识产权代理有限公司 11262 代理人: 周靖;郑霞
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201280070553.3

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.12.07|||2015.03.25|||2014.11.05

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    根据实施方式,用于燃烧器的电极系统包括配置为应用电场到火焰或火焰产生的燃烧气体的对应区域并从火焰或燃烧气体接收热量的热耦合电极。冷却装置,其被可操作地耦合到热耦合电极,并被配置为去除电极从火焰或燃烧气体接收到的热量。根据另一个实施方式,冷却受火焰或火焰产生的燃烧气体的加热的影响的电极的方法,可以包括使用电极向火焰或火焰产生的燃烧气体应用电场。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种用于燃烧器的电极系统,包括:
    热耦合电极,其被配置为将对与火焰或由所述火焰产生的燃烧气体对应的区域应用电场或喷射带电离子,并接收来自所述火焰或所述燃烧气体的热量;以及
    冷却装置,其被可操作地耦合到所述热耦合电极,并被配置为去除所述电极从所述火焰或所述燃烧气体接收到的所述热量。

    2.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,由所述冷却装置从所述热耦合电极去除的至少大部分热量对应于从所述火焰接收的热量。

    3.  根据权利要求1所述的燃烧器系统,其中,通过所述冷却装置从所述热耦合电极去除的热量包括:由来自所述热耦合电极的电调节的损耗引起的热量和从所述火焰接收的热量。

    4.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    被配置为支持所述火焰的所述燃烧器。

    5.  根据权利要求4所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述燃烧器还包括:
    燃料源,其被配置为给所述火焰提供燃料;
    电气隔离部,其被配置为电气隔离所述燃料源与地或除了对应于所述热耦合电极的电压之外的电压;以及
    氧化剂源,其被配置为给所述火焰提供氧化剂。

    6.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    电极控制器,其被配置为将对应于所述电场的电压经过一个或多个电引线应用到所述热耦合电极。

    7.  根据权利要求6所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却 装置被可操作地耦合到所述电极控制器并被所述电极控制器控制。

    8.  根据权利要求6所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却装置不被所述电极控制器控制。

    9.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    散热器,其可操作地耦合到所述冷却装置,并被配置为接收由所述热耦合电极从所述火焰或所述燃烧气体接收并通过所述冷却装置从所述热耦合电极去除的所述热量。

    10.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却装置被配置为从所述热耦合电极向散热器输出热量,所述散热器包括热交换表面,所述热交换表面被配置为预热供给到所述火焰的氧化剂或气体。

    11.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却装置被配置为将来自所述热耦合电极的热量输出到散热器,所述散热器包括热交换表面,所述热交换表面被配置为预热供给到所述火焰的燃料。

    12.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却装置被配置为将来自所述热耦合电极的热量输出到对应于所述火焰或所述燃烧气体的燃烧体积。

    13.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却装置被配置为将来自所述热耦合电极的热量输出到没有热耦合到所述火焰或所述燃烧气体的液体、气体或固体散热器。

    14.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    电隔离系统,其被配置为减少或实质上避免从所述热耦合电极到散热器的漏电,所述散热器被配置为通过所述冷却装置接收从所述热耦合电极去除的热量。

    15.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述冷却装置包括:
    热电冷却器,其被可操作地耦合以从所述热耦合电极去除所述热量。

    16.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述热耦 合电极被配置为被流体冷却。

    17.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却装置包括热导管,该热导管被配置为经由蒸发器末端处的蒸发从所述火焰接收热量,并经由冷凝器末端处的冷凝输出来自所述火焰的所述热量。

    18.  根据权利要求17所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述热导管的壁形成所述电极的导电通路。

    19.  根据权利要求17所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述电极和所述热导管还包括:
    电气接线柱,其被配置为可操作地耦合到所述电极引线。

    20.  根据权利要求17所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述电极和所述热导管还包括:
    电绝缘涂层,其被配置为减少或避免所述电极上加载的电压与地的连通、与另一个电压的连通,或与从冷却流体入口接收并输出到冷却流体出口的导电冷却流体的连通。

    21.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述热导管的壁包括一个或多个光滑弧面,其被配置为减少或避免电荷集中和对所述火焰的电弧放电或经过所述火焰的电弧放电。

    22.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述热耦合电极还包括:
    形成电导体和界定流体流动通道的壁;以及
    所述壁中形成的至少一个孔;
    其中,所述流体流动通道被配置为从冷却流体入口向所述孔运送冷却流体,以从所述壁向所述冷却流体传送热量,并将所加热的冷却流体输出到所述火焰或所述火焰产生的燃烧气体。

    23.  根据权利要求22所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述电极还包括:
    电气接线柱,其被配置为可操作地耦合在所述导电壁和所述电极引线 之间。

    24.  根据权利要求22所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    耦合到所述流体流动通道的电气绝缘部,其被配置为减少或避免所述电极上加载的电压与地的连通、与另一个电压的连通、或与导电的第二冷却流体的连通。

    25.  根据权利要求22所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述壁包括一个或多个光滑弧面,其被配置为减少或避免电荷集中和对所述火焰的电弧放电或经过所述火焰的电弧放电。

    26.  根据权利要求22所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述壁还包括:
    电气绝缘涂层,其在所述壁的至少一部分上形成,以减少或消除流向所述冷却流体的电流。

    27.  根据权利要求22所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却流体包括气体。

    28.  根据权利要求27所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却流体包括空气。

    29.  根据权利要求28所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述孔形成过燃空气端口。

    30.  根据权利要求22所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述冷却流体包括液体。

    31.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述热耦合电极还包括:
    界定导电体的壁;
    第一流体流动通道,其形成在所述壁内,并被配置为运送接收到的冷却流体;以及
    第二流体流动通道,其形成在所述壁内,并被配置为运送输出的冷却流体。

    32.  根据权利要求31所述的用于燃烧器的电极系统,其中,所述流体流动通道被配置为分别运送所述冷却流体从冷却流体入口端口到冷却流体出口端口的流动距离的至少一部分距离;以及
    其中所述流体流动通道的至少一个被配置为从所述壁向所述冷却流体传送热量。

    33.  根据权利要求31所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    至少一个配件,其被配置为分别将所述流体流动通道耦合到所述冷却流体入口端口和所述冷却流体出口端口;
    其中所述配件形成所述冷却流体入口端口和所述冷却流体出口端口。

    34.  根据权利要求33所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述至少一个配件实质上电绝缘。

    35.  根据权利要求31所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述流体流动通道是同轴的;并且还包括:
    界定所述内部流动通道的管或整体形成的壁。

    36.  根据权利要求31所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述流体流动通道包括不同轴的并行内腔。

    37.  根据权利要求31所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    电气接线柱,其被配置为可操作地耦合所述导电壁与所述电极引线。

    38.  根据权利要求31所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述冷却流体是不导电的。

    39.  根据权利要求38所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述冷却流体包括气体。

    40.  根据权利要求39所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述冷却流体包括空气或气体燃料。

    41.  根据权利要求31所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述冷却流体是导电的或潜在导电的。

    42.  根据权利要求31所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述冷却流体包括液体。

    43.  根据权利要求41所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述冷却流体包括水。

    44.  根据权利要求41所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述冷却流体包括液体燃料。

    45.  根据权利要求41所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述壁还包括:
    电绝缘涂层,其在界定所述流体流动通道的壁的表面的至少一部分上形成;
    其中所述电绝缘涂层被配置为减少或消除流向所述冷却流体的电流。

    46.  根据权利要求45所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电绝缘涂层包括陶瓷涂层。

    47.  根据权利要求46所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电绝缘涂层包括通过交联硅烷形成硅树脂并热解该硅树脂而形成的玻璃。

    48.  根据权利要求1所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    电隔离冷却流体源,其被配置为提供冷却流体给所述热耦合电极。

    49.  根据权利要求48所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电隔离冷却流体源包括:
    电绝缘箱或电绝缘池,其被配置为容纳贮存的冷却流体。

    50.  根据权利要求49所述的用于燃烧器的电极系统,还包括:
    电隔离的或电绝缘冷却流体供应系统,其被配置为从所述贮存的冷却流体向冷却流体入口运送所述冷却流体,所述冷却流体入口可操作地耦合到所述热耦合电极。

    51.  根据权利要求50所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电隔离的或电绝缘冷却流体供应系统包括配置为泵送所述冷却流体的电隔离的泵或电隔离泵。

    52.  根据权利要求50所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电隔离的或电绝缘冷却流体供应系统被配置为响应于热虹吸而输送所述冷却流体。

    53.  根据权利要求49所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电隔离冷却流体源还包括:
    回流管道,其被配置为从所述冷却流体出口端口返回加热的冷却流体。

    54.  根据权利要求49所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电隔离冷却流体源还包括:
    冷却流体供应部,其被配置为经过抗虹吸布置提供冷却流体到所述电绝缘箱或电绝缘池,所述抗虹吸布置被配置为避免电传导到所述流体供应部。

    55.  根据权利要求54所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电隔离冷却流体源还包括:
    阀,其被配置为导致所述冷却流体以非连续流的形式跨越所述抗虹吸布置被供应,从而避免了从所述冷却流体容器向所述冷却流体供应部的电传导。

    56.  根据权利要求49所述的用于燃烧器的电极系统,其中所述电隔离冷却流体源还包括:
    二次冷却剂箱,其被配置为容纳二次冷却剂;
    其中所述二次冷却剂被安排为经过所述电绝缘箱或电绝缘池从所述冷却流体容器接收热量。

    57.  一种用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,包括:
    使用电极对所述火焰或由所述火焰产生的燃烧气体应用电场或喷射带电离子;
    导致所述火焰或所述燃烧气体中响应于所述电场的可检测响应;
    使用所述电极接收来自所述火焰或所述燃烧气体的热量;以及
    冷却所述电极以去除从所述火焰或所述燃烧气体接收的所述热量。

    58.  根据权利要求57所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    通过焦耳加热在所述电极中产生热量;
    其中由冷却去除的大部分热量对应于从所述火焰接收的热量。

    59.  根据权利要求58所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中由冷却去除的实质上所有热量对应于从所述火焰接收的热量。

    60.  根据权利要求57所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    供应燃料和氧化剂给燃烧器;以及
    使用所述燃烧器支持所述火焰。

    61.  根据权利要求60所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    将所述燃料源与地或除了对应于所述电极的电压之外的电压电气隔离。

    62.  根据权利要求57所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    使用波形发生器产生波形;
    将所述波形放大到时变电压;以及
    将所述时变电压应用到所述电极;
    其中应用到所述电极的所述时变电压对应于应用到所述火焰或所述燃烧气体的所述电??;以及
    其中所述波形和应用到所述波形的放大的量被选择以导致所述火焰或所述燃烧气体中的所述可检测响应。

    63.  根据权利要求62所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中所述波形和所述时变电压被选择为不导致所述电极的焦耳加热。

    64.  根据权利要求62所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中所述波形和所述时变电压被选择为避免导致所述火焰或其它结构与所述电极之间的电弧放电;以及
    其中所述波形和所述时变电压不导致所述火焰或所述燃烧气体的感应或阻抗加热。

    65.  根据权利要求62所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    使用控制器控制可操作地耦合到所述电极的冷却装置,所述控制器产生所述波形。

    66.  根据权利要求57所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中冷却所述电极包括运行热电冷却器。

    67.  根据权利要求57所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    提供电隔离冷却流体或电隔离的散热器中的至少一个以从所述电极接收热量;
    其中冷却所述电极以去除从所述火焰或所述燃烧气体接收的所述热量包括:将所述热量转移到所述电隔离冷却流体或电隔离的散热器。

    68.  根据权利要求67所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供电隔离冷却流体或散热器包括提供非导电气体。

    69.  根据权利要求68所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供所述非导电气体包括为所述火焰提供一次空气或氧化剂;以及
    其中将所述热量转移到所述电隔离冷却流体还包括:
    在与燃料或所述火焰混合之前使用从所述电极去除的热量预热所述一次空气或氧化剂。

    70.  根据权利要求68所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供所述非导电气体包括为所述火焰提供过燃空气或氧化剂;以及
    其中将所述热量转移到所述电隔离冷却流体还包括:
    使用从所述电极去除的热量预热所述过燃空气或氧化剂;以及
    还包括:
    将所预热的过燃空气或氧化剂注入到所述火焰或所述燃烧气体中。

    71.  根据权利要求70所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中使用从所述电极去除的所述热量预热所述过燃空气或氧化剂包括经过所述电极中形成的一个或多个内腔传递所述过燃空气或氧化剂,并且对流地从所述一个或多个内腔的一个或多个壁接收所述热量到所述过燃空气或氧化剂;以及
    其中注入所述预热空气或氧化剂到所述火焰或所述燃烧气体包括经过所述电极中形成的一个或多个孔传递来自所述一个或多个内腔的经对流加热的空气或氧化剂并且进入所述火焰或所述燃烧气体。

    72.  根据权利要求68所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供所述非导电气体包括提供大气空气。

    73.  根据权利要求68所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中将所述热量转移到所述电隔离冷却流体还包括:
    经过散热片将热量从所述散热器转移到所述非导电气体。

    74.  根据权利要求67所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供电隔离冷却流体或散热器包括提供非导电液体冷却剂。

    75.  根据权利要求74所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供非导电液体冷却剂包括提供液体燃料;以及
    其中将所述热量转移到所述电隔离冷却流体包括将所述热量转移到所述液体燃料以预热所述液体燃料;以及
    还包括:
    将所预热的液体燃料运送到燃烧器;以及
    将所预热的液体燃料作为燃料供应给所述火焰。

    76.  根据权利要求67所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供电隔离冷却流体或散热器还包括:
    提供导电液体冷却剂;以及
    将所述导电液体冷却剂与地和除了应用到所述电极的电压之外的电压电气隔离。

    77.  根据权利要求76所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供所述导电液体燃料包括提供导电液体燃料、水或液体金属。

    78.  根据权利要求76所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    将热量通过非导电壁、热交换器或箱从所述导电液体冷却剂转移到二次冷却剂或散热器。

    79.  根据权利要求76所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中提供所述电隔离冷却流体或电隔离的散热器还包括:
    泵送来自电隔离冷却剂容器的所述导电液体冷却剂并使其穿过可操作耦合到所述电极的散热器或经过所述电极中至少一个流体通道;以及
    其中电气隔离所述导电流体冷却剂还包括:
    提供泵,所述泵是电气隔离的或者泵与泵驱动马达电气隔离。

    80.  根据权利要求76所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中将所述导电液体冷却剂与地和除了应用到所述电极的电压之外的电压电气隔离还包括:
    经过抗虹吸布置从冷却流体供应部提供所述导电液体冷却剂给容器,所述抗虹吸布置避免了所述流体供应部和所述容器之间的电传导。

    81.  根据权利要求80所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中经过避免导电的抗虹吸布置从所述冷却流体供应部提供所述导电液体冷却剂给所述容器包括:调节液体冷却剂流以避免来自所述导电液体冷却剂的连续流桥接所述抗虹吸布置。

    82.  根据权利要求57所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    在所述电极和一个或多个冷却流体流通道之间提供电绝缘器。

    83.  根据权利要求57所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中冷却所述电极以去除从所述火焰接收的热量包括经过所述电极传递冷却流体。

    84.  根据权利要求57所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中冷却所述电极以去除从所述火焰接收的热量包括操作热导管以从所述电极去除热量。

    85.  根据权利要求84所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,还包括:
    将热量从所述热导管转移到冷却流体。

    86.  根据权利要求85所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法,其中将热量从所述热导管转移到所述冷却流体还包括:
    传递一次燃烧氧化剂、过燃氧化剂或燃料穿过所述热导管的冷凝器部分以预热所述一次燃烧氧化剂、过燃氧化剂或燃料。

    87.  根据权利要求85所述的用于冷却受火焰或所述火焰产生的燃烧 气体加热影响的电极的方法,还包括:
    在所述热导管的至少冷凝器部分上提供电气绝缘以避免电极电压传导到穿过所述冷凝器的冷却流体。

    说明书

    说明书冷却电极以及包含冷却电极的燃烧器系统
    相关申请的交叉引用
    本申请要求于2012年2月22日提交的题名为“COOLED ELECTRODEAND BURNER SYSTEM INCLUDING A COOLED ELECTRODE”且序列号为61/601,920的美国临时专利申请的优先权利益;其中与本文公开相一致的范围部分通过引用并入。
    发明内容
    根据实施方式,燃烧器的电极系统可以包括热耦合电极,热耦合电极被配置成将电场应用到火焰或由火焰产生的燃烧气体对应的区域,并接收来自火焰或燃烧气体的热量。冷却装置可以被可操作地耦合到热耦合电极并被配置为去除由电极从火焰或燃烧气体接收到的热量。
    根据另一实施方式,冷却受火焰或火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法可以包括:使用电极将电场应用到火焰或火焰产生的燃烧气体;导致火焰或燃烧气体中响应于电场的可检测响应;使用电极接收来自火焰或燃烧气体的热量;以及冷却电极以去除从火焰或燃烧气体接收的热量。
    附图说明
    图1是示出了根据实施方式的燃烧器和用于燃烧器的冷却电极系统的图。
    图2是示出了根据实施方式的带有配置为去除来自电极的热量的热电冷却器的图1的电极的图。
    图3是示出了根据实施方式的带有包括热导管的冷却装置的图1的电极的图。
    图4是示出了根据实施方式的图1的电极的图,其中电极包括用于冷却流体的流动通道和用于输出加热的冷却流体到火焰或燃烧气体的孔。
    图5是示出了根据实施方式的图1的电极的图,其中电极包括用于携带冷却流体通过电极的第一和第二流体流动通道。
    图6是示出了根据实施方式配置为提供冷却流体给热耦合电极的电隔离冷却流体源的图。
    图7是阐释根据实施方式的用于冷却受火焰或火焰产生的燃烧气体加热影响的电极的方法的流程图。
    具体实施方式
    在下面的详细说明中,对附图进行了参考,这些附图构成了本文的一部分。在附图中,除非上下文另有规定,否则相似的符号通常标定相似的组件。在详细说明、附图和权利要求中描述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。其它实施方式可以被利用,并且可以进行其它变化,而不偏离本文提出的主题的精神或范围。
    根据实施方式,图1是示出了配置为支持火焰106的燃烧器102以及用于燃烧器102的冷却电极系统101的图。用于燃烧器102的电极系统101可以包括热耦合电极104,热耦合电极104被配置为应用电场或喷射带电离子到火焰106或火焰106产生的燃烧气体108对应的区域。热耦合电极104可以从火焰106和/或燃烧气体108接收热量。冷却装置110可以可操作地耦合到热耦合电极104并被配置为去除由电极104从火焰106或燃烧气体108接收的热量。
    火焰106和燃烧气体108至少暂时保持在其中的体积可以被称为燃烧体积111。电极104可被至少部分地布置在燃烧体积111内以从火焰106和/或燃烧气体108接收热量?;蛘?,电极104可以在燃烧体积111的外部,但热耦合到火焰106或燃烧气体108以从那里接收热量。
    电极104和冷却装置110以方框图的形式被示出。它们的物理形式和位置可以根据可能在图1中显示的形式和位置而变化。如从下面的描述中 将理解的,冷却装置110可实质上布置在电极104内、可以相邻于电极104、和/或可以包括与电极104分离的相对广泛的装置。
    根据实施方式,由冷却装置110从热耦合电极104去除的至少大部分热量可能对应于从火焰106和/或火焰106产生的燃烧气体108接收的热量。此外或替换地,通过冷却装置110从热耦合电极104去除的热量可以包括:由来自热耦合电极104的电调节损耗引起的热量和从火焰106接收的热量??裳≡竦?,燃烧器和电极系统101可以包括多个热耦合电极104和/或附加的一个或多个非热耦合电极(未示出)。
    燃烧器102可以包括配置为给火焰106提供燃料的燃料源112和配置为给火焰106提供氧化剂的氧化剂源116。电气隔离部114可以被配置为将燃料源112与地或除了对应于热耦合电极104的电压之外的电压电气隔离。
    电极控制器118可以被配置为将对应于电场的电压经过一个或多个电引线120应用到热耦合电极104。电极控制器118可包括波形发生器122和放大器124。波形发生器122可被配置成提供时变电压。时变电压可以是至少部分地周期性的,并且可以具有例如大约50Hz和10kHz之间的频率。放大器124可以将从波形发生器122接收到的时变电压放大到工作电压。工作电压可以由一个或多个电引线120被运送到热耦合电极104。工作电压可以在大约±1000V(例如,随着时变电压形成在+1kV和-1kV之间循环的正弦波或方波)到大约±500,000V(±500kV)之间变动。实验是由发明者使用±4kV和±40kV之间的电压运行的。通常情况下,电极104损耗的电流是低的,例如,50毫安或更低。因此,电极104通常不经受响应于所应用的放大的电波形的任何显著的焦耳加热。相反,实质上所有通过冷却去除的热量的大部分可能都归因于从火焰106或燃烧气体108对电极104的辐射和/或对流热转移。
    冷却装置110可以可操作地耦合到电极控制器118,并被电极控制器118控制?;蛘?,冷却装置110可以不被电极控制器118控制。当在冷却装置110和电极控制器118之间没有可操作的耦合时,图1中示出的电极控制器118和冷却装置110之间的框图连接126可以被省略。
    散热器(未示出)可以可操作地耦合到冷却装置110,并被配置为接收由热耦合电极104从火焰106或燃烧气体108接收且通过冷却装置110从热耦合电极104去除的热量。例如,冷却装置110可以被配置为将来自热耦合电极104的热量输出到散热器(未示出),散热器包括热交换表面(未示出),热交换表面被配置为预热供给到火焰106的氧化剂116或气体。例如,氧化剂116可以包括空气中携带的氧气。散热器(未示出)可以包括散热片,散热片被配置为在空气流入并通过火焰106之前预热空气。
    有选择地或另外地,冷却装置110可以被配置为从热耦合电极104向散热器(未示出)输出热量,散热器包括热交换表面(未示出),热交换表面被配置为预热供给到火焰106的燃料。例如,散热器(未示出)可以包括散热片(未示出),散热片沿着燃料供应管的非导电部分114布置。例如,这种散热器和散热片(未示出)可以通过将散热器和/或散热片嵌入到浇铸燃料供应管114中或通过将散热器和/或散热片共同塑造到热塑性燃料供应管114中形成。此外或有选择地,散热器(未示出)可以形成为燃料供应的导电部分112。这个布置可能尤其适合于气体燃料。
    根据另一个示例,散热器(未示出)可以被配置为至少部分地浸入到液体燃料中,例如,燃料油或船用燃料。根据实施方式,散热器(未示出)可以被配置为燃料摄入机构(未示出)的至少一部分,燃料摄入机构预热液体燃料以更容易泵送和穿过喷嘴112通过。这个布置可能尤其适合于粘性燃料,例如船用燃料。
    冷却装置110可以被配置为从热耦合电极104向对应于火焰106或燃烧气体108的燃烧体积111输出热量。例如,冷却装置110可以包括强制或自然对流系统(未示出),对流系统被配置为将过燃(overfire)空气经过中空热耦合电极104传递。过燃空气可以穿过电极和离开在过燃空气喷射位置的孔口(例如,诸如电极的开口末端)。在这种情况下,过燃空气(或穿过热耦合电极104的其它流体)可以自身充当散热器。这个方法在下面结合图4更充分地描述。
    冷却装置110可以被配置为从热耦合电极104向液体、气体或固体散热器(未示出)输出热量,散热器不是被热耦合到火焰106或燃烧气体108。 例如,液体、气体或固体散热器可以与第二冷却剂(未示出)电隔离,第二冷却剂被配置为从散热器去除热量。
    根据实施方式,电隔离系统(未示出)可以被配置为减少或实质上避免从热耦合电极104到散热器(未示出)的漏电,散热器被配置为接收通过冷却装置110从热耦合电极去除的热量。
    各种类型的冷却装置110是预期的。
    根据实施方式,图2是示出了带有热电冷却器202的图1的热耦合电极的图201,热电冷却器202配置为可操作地耦合到热耦合电极104并从热耦合电极104去除热量。热电冷却器典型地可以根据珀耳帖效应运行。
    根据实施方式,热耦合电极104可以被配置为被流体冷却。流体冷却可以采用多种形式,包括:气体冷却、液体冷却、相变冷却;开启和关闭顶端(分别允许和不允许流体发射到火焰106);和/或各种散热方法。一般而言,共同主题可以包括电极相对于外部流体系统和/或相对于燃烧器102的接地以及相关联的装置的电隔离。在例如燃烧空气的非导电散热器情况下,电极隔离可能是固有的,否则可能包括相对复杂的隔离方法。
    根据实施方式,图3是示出了带有冷却装置110的图1的热耦合电极104的图,冷却装置110包括热导管302。热导管302可以被配置为从火焰106经由蒸发器末端304处的蒸发接收热量,并经由冷凝器末端306处的冷凝输出来自火焰的热量。热导管是自足式的冷却器,并不接收任何来自外部来源的能量输入或流体流动。在蒸发器304处,与热传导固体表面312相接触的液体形式的工作流体通过从表面吸收热量变成蒸汽。蒸汽形式的工作流体穿过热导管的长度(或热导管的深度,取决于电极104的特殊的物理形式)经过蒸汽空间308到冷凝机306。在冷凝机306,蒸汽凝结回液体,释放在蒸发器304吸收的潜在热量。液体然后经过毛细管作用或者重力作用返回到蒸发器304,其中它再次蒸发并重复循环。典型地,液体经由相邻于蒸汽空间308的芯吸层310从冷凝机返回到蒸发器。
    根据实施方式,热导管302的壁312可以形成电极104的导电通路。电极104和热导管302可以包括电气接线柱314,电气接线柱314配置为 可操作地耦合到来自电极控制器118的电极引线120。电极104和热导管302也可以包括电绝缘涂层316,电绝缘涂层316被配置为减少或避免电极104上加载的电压与地、与另一个电压、或与从冷却流体入口320接收并输出到冷却流体出口322的导电冷却流体的连通。热导管的壁312可以包括一个或多个光滑弧面318,光滑弧面318被配置为减少或避免电荷集中和对火焰106的电弧放电或经过火焰106的电弧放电。
    根据实施方式,图4是示出了图1的热耦合电极104的图,其中电极104包括用于冷却流体的流动通道404和用于输出加热的冷却流体到火焰106或燃烧气体的孔322。热耦合电极104、401可以包括形成电导体和定义流体流动通道404的壁402和壁402上形成的至少一个孔322。流体流动通道404可以被配置为从冷却流体入口408向孔322运送冷却流体,以从壁402向冷却流体转移热量,并将加热的冷却流体输出到火焰106或火焰产生的燃烧气体108。
    电气接线柱314可以被配置为可操作地耦合在导电壁402和来自电极控制器118的电极引线120之间。耦合到流体流动通道404的电气绝缘410可以被配置为减少或避免电极104上加载的电压与地、与另一个电压、或与导电的第二冷却流体(未示出)的连通。
    壁402可以包括一个或多个光滑弧面318,光滑弧面318被配置为减少或避免电荷集中以及对火焰106的电弧放电或经过火焰106的电弧放电??裳≡竦?,电气绝缘涂层412可以被形成在相邻于流动通道404的壁402的至少一部分上,以减少或消除流向冷却流体的电流。
    冷却液体可以包括诸如空气的气体。例如,孔322可以形成过燃空气端口。根据其它实施方式,冷却流体可以包括液体。
    根据实施方式,图5是图1的电极104的示意图,其中电极104包括用于携带冷却流体通过电极104的第一和第二流体流动通道504、506。壁502可以定义用于携带电极电压的导电体。第一流体流动通道504可以形成在壁502内,并可以被配置为运送接收到的冷却流体。第二流体流动通道506可以形成在壁内,并可以被配置为运送输出的冷却流体。
    流体流动通道504、506可以被配置为分别运送冷却流体从冷却流体入口端口508到冷却流体出口端口510的流动距离的至少一部分距离。流体流动通道504、506的至少一个可以被配置为从壁502向冷却流体转移热量。至少一个配件512可以被配置为分别耦合流体流动通道504、506到冷却流体入口端口508和冷却流体出口端口510。配件512可以形成冷却流体入口端口508和冷却流体出口端口510。至少一个配件512可以实质上电绝缘。
    流体流动通道(例如,504、506)可以以各种方式被布置。例如,流体流动通道504、506可以是同轴的。管或整体形成的壁514可以定义内部流动通道506。指示的流动方向可以是相反的?;蛘?,流体流动通道可以包括不同轴的并行内腔。
    电气接线柱314可以被配置为可操作地耦合在导电壁502和电极引线120之间,用于将电极104耦合到电极控制器118。
    冷却流体可以是导电的或者是不导电的。根据实施方式,冷却流体可以包括诸如空气或气体燃料的气体。在其它实施方式中,冷却流体可以是导电的或潜在导电的。冷却流体可以包括诸如水或液体燃料的液体。
    一些冷却流体,例如,水和/或一些燃料,可以是至少部分地导电的。其它冷却流体,例如携带湿气的空气、或可能含有水的绝缘油,可以是潜在导电的。如上描述的,相对地高电压可以被加载在电极104上。因此,保证电极104与冷却流体电隔离或保证冷却流体与地或其它电压的电隔离,至少在一些实施方式中可能是可取的。
    根据实施方式,电绝缘涂层412可以形成在壁502或壁502、514的表面的至少一部分之上,壁502、514定义了流体流动通道504、506。电绝缘涂层412可以被配置为减少或消除流到冷却流体的电流。例如,电绝缘涂层可以包括陶瓷涂层。例如,电绝缘涂层可以包括通过交联硅烷形成硅树脂并热解硅树脂而形成的玻璃。
    如上面指出的,一些冷却流体可以是导电的或至少潜在地具有导电性。即使在导电性是没有预料到的情况下,提供诸如用于故障安全?;さ?一个或多个额外的电隔离等级是可取的。
    根据实施方式,图6是被配置为提供冷却流体给热耦合电极104的电隔离冷却流体源601的示意图。电绝缘箱或电绝缘池602可以被配置为容纳贮存的冷却流体604。冷却流体供应系统606可以被配置为从冷却流体604的容器602向冷却流体入口320、408、508(分别在图3-5中可见)运送冷却流体,冷却流体入口可操作地耦合到热耦合电极104。电隔离或电绝缘冷却流体供应系统601可以包括被配置为泵送冷却流体的被电隔离的或电隔离泵608。此外或可选择地,电隔离或电绝缘冷却流体供应系统601可以被配置为响应于热虹吸而输送冷却流体。
    回流管道610可以被配置为从冷却流体出口端口322、510(见图3和5)返回加热的冷却流体。
    冷却流体供应部612可以被配置为经过抗虹吸布置614提供冷却流体到电绝缘箱或电绝缘池602,抗虹吸布置被配置为避免电传导到流体供应612。电隔离冷却流体源601可以包括阀616,阀616被配置为导致冷却流体以非连续流形式跨越抗虹吸布置614被供应,从而避免了从冷却流体容器604向冷却流体供应部612的电传导。
    二次冷却剂箱618可以被配置为容纳二次冷却剂620。二次冷却剂620可以被安排为经过电绝缘箱或电绝缘池602从冷却流体容器604接收热量。
    根据实施方式,图7是阐释用于冷却遭受火焰或火焰产生的燃烧气体加热的电极的方法701的流程图。在步骤704,可以使用电极将电场应用到火焰或火焰产生的燃烧气体。进行到步骤706,电场可以导致火焰或燃烧气体中可检测的响应。如本文其它处所述,在那放置电极可能是理想的和必要的,在步骤708,电极从火焰或燃烧接收热量。进行到步骤712,电极可以被冷却以去除从火焰或燃烧气体接收到的热量。
    根据一些实施方式,可以包括通过焦耳加热在电极中产生热量的步骤(未示出)。然而,在这样的情况下,在步骤712中由冷却去除的大部分热量典型地对应于从火焰接收的热量。如果不是在全部的情况下,也是在 许多情况下,实质上通过冷却去除的所有热量相当于从火焰接收到的热量。
    方法701可以包括供应燃料和氧化剂给燃烧器(未示出),以及支持使用燃烧器的火焰(未示出)。例如,包括至少一个热耦合电极的电极系统可以与燃烧器整合一体或与燃烧器一起出售,使得单一供应商的产品执行这些附加步骤。在其它情况中,不同的供应商可以供应电极系统和燃烧器。
    方法701可以还包括将燃料源与地或除了对应于电极的电压之外的电压(未示出)电气隔离。
    方法701可以包括步骤702,其中时变电压应用到电极。步骤702可以包括使用波形发生器产生波形,以及将波形放大到时变电压。时变电压应用到对应于应用到火焰或燃烧气体的电场的电极。波形和应用到波形的放大的量可以被选择以导致火焰或燃烧气体中的可检测响应。根据实施方式,波形和时变电压被选择为不产生电极的焦耳加热。波形和时变电压可以被选择为避免导致火焰或其它结构与电极之间的电弧放电;以及不导致火焰或燃烧气体的感应或阻抗加热。
    可选择地,方法701可以包括控制冷却装置,冷却装置利用控制器可操作地耦合到电极,控制器也为电极产生波形。
    步骤712中冷却电极可以包括运行热电冷却器。
    可选择地,方法701可以包括步骤710,包括提供至少一个电隔离冷却流体或电隔离散热器以从电极接收热量。步骤710可以包括将热量转移到电隔离冷却流体或电隔离散热器。例如,提供电隔离冷却流体或散热器可以包括提供非导电的气体。提供非导电的气体可以包括为火焰提供一次空气或氧化剂。在步骤710将热量转移到电隔离冷却流体可以包括在混合燃料或火焰之前使用从电极去除的热量预热一次空气或氧化剂。另外或可选择地,提供非导电的气体可以包括为火焰提供过燃空气或氧化剂。将热量转移到电隔离冷却流体可以包括使用从电极去除的热量预热过燃空气或氧化剂。预热的过燃空气或氧化剂可以被注入到火焰或燃烧气体。例如, 这个方法可以被用来与对应于图4的框图形成的电极一起配合使用。
    另外或可选择地,使用从电极去除的热量预热过燃空气或氧化剂可以包括经过电极上形成的一个或多个内腔传递过燃空气或氧化剂,以及对流地从一个或多个腔的一个或多个壁接收热量到过燃空气或氧化剂。注入预热空气或氧化剂到火焰或燃烧气体可以包括对流地传递来自一个或多个内腔的加热的空气或氧化剂经过电极上形成的一个或多个孔并进入火焰或燃烧气体。提供非导电的气体可以包括提供大气空气。
    在步骤712中将热量转移到电隔离冷却流体可以包括将热量从散热器经过散热片转移到非导电的气体。
    可选择地,在步骤710中提供电隔离冷却流体或散热器可以包括提供非导电的液体冷却剂。例如,提供非导电的液体冷却剂可以包括提供液体燃料。在步骤712中将热量转移到电隔离冷却流体可以包括将热量转移到液体燃料以预热液体燃料。方法701可以包括将预热的液体燃料运送到燃烧器并将预热的液体燃料作为燃料供给火焰。
    可选择地,步骤710可以包括提供导电液体冷却剂以及将导电液体冷却剂与地和除了应用到电极上的电压之外的电压电气隔离。例如,提供导电液体燃料可以包括提供导电液体燃料、水或液体金属。方法701然后可以包括通过非导电的壁、热交换器或箱将热量从导电液体冷却剂转移到二次冷却剂或散热器(例如,见图6的框图)。在步骤710提供电隔离冷却流体或电隔离散热器可以包括将导电液体冷却剂从电隔离冷却剂容器泵送并经过可操作地耦合到电极的散热器。此外或可选择地,在步骤710提供电隔离冷却流体或电隔离散热器可以包括将导电液体冷却剂从电隔离冷却剂容器泵送和或者经过电极中的至少一个流体通道。电气隔离导电流体冷却剂还可以包括提供泵,该泵是电气隔离的或者泵与泵驱动马达电气隔离。例如,蠕动泵可以通过使用非导电挠性管携带液体经过泵而被电隔离??裳≡竦?,叶片式、离心式、容积式、或其它泵可以通过切断传导轴与泵驱动马达电隔离,并且经过绝缘万向接头或轴提供传导轴的各个末端之间的电力传输。
    将导电液体冷却剂与地和除了应用到电极的电压之外的电压电气隔 离可以包括从经过抗虹吸布置的冷却流体供应部提供导电液体冷却剂给容器,抗虹吸布置避免了流体供应和容器之间的电传导。例如,从经过避免了电传导的抗虹吸布置的冷却流体供应部提供导电液体冷却剂给容器,可以包括调节液体冷却剂流以避免来自桥接抗虹吸布置的导电液体冷却剂的连续流。
    此外或可选择地,电隔离可以是电极内在提供的或者与电极协同一起的。例如,电绝缘器可以被提供在电极和一个或多个冷却流体流通道之间。例如,见图3的316、图4的412、或图5的412。
    步骤712可以如上所述结合装置图以一系列方式被执行。例如,冷却电极以去除从火焰接收的热量可以包括经过电极传递冷却流体。此外或可选择地,冷却电极以去除从火焰接收的热量可以包括操作热导管以去除来自电极的热量。来自热导管的热量可以被转移到冷却流体。例如,将热量从热导管转移到冷却流体可以包括传递一次燃烧氧化剂、过燃氧化剂或燃料穿过热导管的冷凝器部分以预热一次燃烧氧化剂、过燃氧化剂或燃料。电气绝缘(例如,图3的316)可以被提供在热导管的至少冷凝器部分之上以避免电极电压传导到穿过冷凝器的冷却流体。
    其它方法也可以被用来冷却热耦合电极并且可以落在权利要求的范围内。在相变期间吸收热量的相变材料可以经过热耦合电极循环,或者可以以固体形态安置以响应来自火焰或热气体的热量输入瞬间变化。例如,某种金属合金或盐混合物(低共熔体)可以另外或可选择地被用来至少提供对电极104的暂时?;?。例如,铅/锡焊料是一种低共熔混合物,其熔点为360F左右。使用盐,可以提供接近任何温度的低共熔混合物;例如,在大约200和1600F之间。电极104中的一个或多个腔可以用低共熔混合物充满以提供被动过热?;ぶ辽僖淮?,因为熔盐维持它的熔点或熔融温度范围直到最后一点盐被液化。在冷却装置故障或代替单独的冷却装置的情况下,低共熔腔的熔化的热量可以提供实质上的散热器以?;と锐詈系缂?04。
    根据实施方式,低共熔混合物可以被循环,例如以浆体形式。人们也可以使用液体/蒸气平衡,以提供过热温度?;?。根据实施方式,液体可以 是掺杂的,以形成在始沸点和凝结点之间的一系列蒸发温度而不是单一沸点。如果电极从火焰或燃烧气体接收足够的热量达到循环冷却剂的沸点或沸腾范围,那么额外的蒸发热量可以提供相比于响应仅使用明显的温度升高的液体提供的传热率更高的传热率。
    在循环冷却剂系统中,循环可选地可以是被动的,不需要泵或其它活动部分。例如,在冷却相更密集的系统中,含有低共熔体的密封管的上端可以被允许与周围环境交换热量,而密封管的下端与火炉交换热量。在这种情况,设备可以将较冷密相循环到高温区域以及将较热低密相循环到冷却区域。这个方法可以以热导管的形式被使用,例如,诸如图3阐释的冷却系统。通过使用具有并列密度的材料(例如,铋等),导管可以工作在相反方向。
    虽然本文已经公开了各个方面和实施方式,但是其它的方面和实施方式是预期的。本文公开的各个方面和实施方式是出于解释的目的而不是意在限制,并且真正的范围和精神由下面的权利要求指出。

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