CN103492805A - 用于扁平化火焰的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种被配置成把时变多数电荷传递到火焰上的充电电极和一种位于火焰以外的成形电极，所述充电电极和成形电极可以被电压源通过时变电压同步驱动。火焰可响应于成形电极产生的电场作用到被传递到火焰上的电荷而被扁平化或压缩。

Description

用于扁平化火焰的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35条第119（e）款，要求2011年2月9日提交的，由ThomasS.Hartwick等人发明的，题目为“METHOD ANDAPPARATUS FOR ELECTRICALLY ACTIVATED HEATTRANSFER”且序列号为61/441,229的美国临时申请的优先权利益；该申请在本申请提交时被一同审查，并且对于该申请与在此公开内容不一致的范围以引用的方式被并入。

本申请涉及与本申请在同一天提交的，由Thomas S.Hartwick等人发明的，题目为“ELECTRIC FIELD CONTROL OF TWO OR MORERESPONSES IN A COMBUSTION SYSTEM”且序列号为13/370,183的美国非临时专利申请；并且对于该申请与在此公开内容不一致的范围以引用的方式被并入。

本申请涉及与本申请在同一天提交的，由David B.Goodson等人发明的，题目为“METHOD AND APPARATUS FOR ELECTRODYNAMICALLYDRIVING A CHARGED GAS OR CHARGED PARTICLES ENTRAINED INA GAS”且序列号为13/370,280的美国非临时专利申请；并且对于该申请与在此公开内容不一致的范围以引用的方式被并入。

背景

在历史上，可在工业燃烧器、锅炉、以及其他系统中实现的火焰形状由作用在火焰上的惯性力或浮力决定。这种对火焰形状的有限控制限制着工程师可用的设计选择。

需要的是能提供给燃烧工程师更多自由度，以及允许在包括火焰的系统中有新颖的能力和特性的技术。

概述

根据一个实施方式，用于扁平化火焰的装置可包括被布置在燃烧器近端并被配置成至少间歇地与燃烧器支撑的火焰接触的充电电极；以及相对于所述充电电极被布置在燃烧器远端处的成形电极。电压源可以被可操作地耦合到充电电极和成形电极，并且被配置成向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电势。已经发现通过电压源向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电势会导致火焰相比于不施加实质上同相的时变电势时扁平化为更小的体积。

根据一个实施方式，用于扁平化火焰的方法可包括在燃烧器近端支撑至少间歇地与燃烧器支撑的火焰接触的充电电极；在相对于所述充电电极的燃烧器远端处支撑成形电极；以及向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压。

根据一个实施方式，火焰可以使用充当成形电极的大圆环和充当充电电极的中央充电杆来扁平化。所述大圆环和所述充电杆被联结有同样的±40kV的交变电势。该交变场被发现在减少入射电介质击穿的同时允许更高的电压。电波形的施加被发现能将火焰向下压缩至在没有施加所述电波形时的火焰高度的1/3或者更低。压缩的方向与作用在火焰上的浮力和惯性力的方向相反。发现在该更小的体积中将产生实质上同样或更多的热量释放。

附图简述

图1是根据实施方式的、用于扁平化火焰的装置的图。

图2是示出了根据实施方式的、包括被配置成向电极控制器提供反馈信号的传感器的系统的图。

图3是根据一个实施方式制作的、可被对应图1和图2的实施方式使用的电极控制器的框图。

图4是示出了根据实施方式的、用于扁平化火焰的方法的流程图。

图5是根据实施方式的、说明试验结果的试验装置的图。

详细描述

在下面的详细的说明书中，对附图作出了参考，这些附图构成了本说明书的一部分。在附图中，除非文中另作规定，否则相似的符号通常标识相同的部件。在详细的说明书、附图、以及权利要求中描述的说明性的实施方式不是旨在进行限制。在不背离这里提出的主题的精神和范围的情况下，可以使用其他的实施方式，以及做出其他的改变。

图1是根据一个实施方式的、用于扁平化火焰109的装置101的图。充电电极112可被布置在燃烧器108的近端，并且被配置成至少间歇地与燃烧器108所支撑的火焰109接触。成形电极116可被布置在相对于充电电极112的、燃烧器108的远端。电压源（比如电极控制器110）可被可操作地耦合到充电电极112和成形电极116，并且可被配置成向充电电极112和成形电极116施加一个或多个实质上同相的时变电势。所施加的时变电势可导致火焰109相比于不施加实质上同相的时变电势时扁平化为更小的体积。

如图1中示出的，燃烧体积106可包括相对靠近燃烧器108的区域102，以及布置在燃烧器108远端处的区域104。扁平化火焰109可包括将之前同时占据区域102和104的火焰109压缩成处于区域102中的大小。实质上同相的时变电势可导致火焰109相比于不施加实质上同相的时变电势时提高了亮度。向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电势可导致火焰109相比于不施加实质上同相的时变电势时保持或提高了热量输出。

参照图5，燃烧器108可包括被配置成充当火焰稳定器（flame holder）的扁平体504。传统燃烧器的最大热量输出可以由最大燃料速度和最大气流速度决定，当超过上述最大速度时火焰会表现为被吹灭。根据实施方式，图1中示出的装置101不仅可以用来扁平化火焰109，还可以用来提高扁平体504的火焰稳定能力。例如，其可被用来提高燃烧器108的热量输出能力和/或用来提高由燃烧器108加热的系统的能力。

可选地，装置101可包括燃料供给速度装置（未示出）和可操作地耦合到该燃料供给速度装置的燃料控制器（例如，图3中的参考数字324所示）。燃料控制器可以被配置成导致燃料供给速度装置在电压源向充电电极112和成形电极116施加实质上同相的时变电势时提高燃料供给速度。燃料供给速度装置可包括用于控制到达燃烧器108的气体或液体燃料的流速度的被致动的阀门。可选择地，燃料供给装置可包括用于向燃烧器108传送粉状固体燃料的螺旋泵或喷射泵。燃料控制器可被配置成引起到达燃烧器108中的燃料供给的这样一种速度，当不存在向充电电极112和成形电极116施加的实质上同相的时变电势时，该速度会将火焰吹灭。

成形电极116可包括环形线圈，比如圆环或绕转的矩形环形线圈。

充电电极112可包括被至少部分地布置在火焰109内部的杆状物，或被至少部分地布置在火焰109内部的环形线圈或圆环。可选择地，充电电极112可包括燃烧器108的导电部分。充电电极112可被配置成向火焰传递与时变电势具有瞬时的相同符号的时变多数电荷（majority charge）。

根据一个实施方式，时变电势可包括比如符号变化的波形和/或周期性电压波形的时变电势。例如，所述波形可包括正弦波、方波、三角波、锯齿波、或傅里叶级数波。在至少一些实施方式中，时变电势可以表征为交流电压的波形。电压源110可被配置成向电极施加具有在电压非时变时会导致电介质击穿的幅度的电压。

根据一个实施方式，电压源110可被配置成施加具有在50和10,000赫兹之间的频率的周期性电势，或更特别地是在50和1000赫兹之间的频率的周期性电势。电压源可被配置成施加从±1000伏到±115,000伏的时变电势（例如，包括+1000V的最大电压和-1000V的最小电压的符号变化波形，或包括+115kV的最大电压和-115kV的最小电压的符号变化波形）。在一些实施方式中，电压源110可被配置成施加±8000伏到±40,000伏的时变电势。

电压源110可以被配置成保持充电电极112和成形电极116之间的电压比，和/或可被配置成向充电电极112和成形电极116施加实质上相同的电压。充电电极112、成形电极116、以及电压源110可以被配置成相互配合以避免电介质击穿。电压源可被配置成将施加在成形电极116上的周期性电势相位保持在介于被施加在充电电极112上的周期性电势相位的±π/4或±π/8的范围之内。

通常，装置101可包括从电压源110到充电电极112和成形电极116的电导线。在一些实施方式中，施加在成形电极112和充电电极116上的时变电势的差异可能不超过归因于通过电导线的传输时延的差异。

根据一些实施方式，充电电极112、成形电极116、以及电压源110可被配置成相互配合以将火焰109压缩成比没有施加时变电势时的火焰集光率更小的集光率。根据一些实施方式，装置101可包括具有比没有施加时变电势的火焰109需要的燃烧器壳体更小体积的燃烧器壳体。另外地或可选择地，被扁平化的火焰109可以充当具有比不存在时变电势时的火焰所形成的热源更高温度的热源。

装置101还可以包括被配置成从火焰109接收能量的表面（未示出）。例如，被扁平化的火焰109可被用来向（包括被配置成从火焰接收能量的装置的，和/或被配置成固定从火焰接收能量的工件的结构的）工业过程、加热系统、发电系统、陆上交通工具、水运工具、或航空器提供热量。被压缩的火焰109（以及用来压缩火焰109的装置101）可以向包括不同于加热系统本身的部分的整个系统提供一系列优势。

图2是示出了根据实施方式的、包括被配置成向电极控制器提供反馈信号的传感器的系统的图。电压源或电极控制器110可以被可操作地耦合到一个或多个传感器202、206，所述传感器被配置成感测火焰109或火焰109产生的燃烧气体的一个或多个特性。电极控制器110可被配置成响应从所述一个或多个传感器202、206接收到的信号确定对应于施加在充电电极112和成形电极116上的时变电势的电压、频率、波形、相位、或开/关状态中的一个或多个。

至少一个第一传感器202可被布置以感测由燃烧器108支撑的火焰109附近的状况。第一传感器202可通过第一传感器信号传输通路204被可操作地耦合到电子控制器110。第一传感器202可被配置成感测火焰109的燃烧参数。例如，传感器202可包括火焰照明度传感器、光电传感器、红外线传感器、燃料流传感器、温度传感器、燃料气体温度传感器、声音传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、射频传感器、和/或气流传感器中的一个或多个。

至少一个第二传感器206可被布置以感测由燃烧器108支撑的火焰109远端的状况，并且通过第二传感器信号传输通路208被可操作地耦合到电子控制器110。所述至少一个第二传感器206可以被布置以感测对应加热体积106的第二部分104中的状况。例如，对于第二部分104包括污染治理区域的实施方式，第二传感器可以感测对应在加热体积106的第二部分104中存在的灰粉量的光透射率。根据各种实施方式，第二传感器206可包括透射率传感器、微粒传感器、温度传感器、离子传感器、表面涂层传感器、声音传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、以及氮氧化物传感器中的一个或多个。

根据一个实施方式，第二传感器206可被配置成检测未燃烧的燃料。所述至少一个成型电极116可以被配置成在被驱动时迫使未燃烧的燃料向下并回到加热体积106的第一部分102。例如，未燃烧的燃料可能是带正电的。当第二传感器206通过第二传感器信号传输通路208向控制器110传输信号时，控制器110可以驱动成形电极116至带正电的状态以排斥未燃烧的燃料。加热体积106中的流体流可被由至少一个成形电极116和/或至少一个充电电极112形成的电场驱动，以指引未燃烧的燃料向下并进入第一部分102，在该第一部分102中未燃烧的燃料可被火焰109进一步氧化，从而提高了燃料经济性并减少了排放。

可选地，控制器110可驱动所述至少一个充电电极的充电电极部分112a，和/或所述至少一个充电电极的充电电极部分112b，以与至少一个成形电极116相互配合。根据一些实施方式，这样相互配合可以比通过所述至少一个成形电极116单独作用更有效地驱动未燃烧的燃料向下。

参照图3，用于扁平化火焰109的装置101，其中所述控制器110还可包括电极控制器110，该电极控制器110包括逻辑电路（例如，其可以具体是处理器306、储存器308、以及计算机总线314）、波形发生器304、以及被配置成相互配合以向充电电极112和成形电极116施加时变电势的至少一个放大器320a、320b。

图3是控制器110的说明性实施方式301的框图。控制器110可驱动充电电极112驱动信号传输通路114a和114b以产生第一电场，所述第一电场的特性的选择是为了在第一燃烧体积部分102中至少提供第一效果。控制器110可包括波形发生器304。波形发生器304可以被布置在控制器110的内部或可以位于与控制器110的其余部分分开的位置。波形发生器304中的至少一些部分可以可选择地分布于电子控制器110的其他部件（比如微处理器306和储存器电路308）中。可选的传感器接口310、通信接口210、以及安全接口312可以通过计算机总线314被可操作地耦合到微处理器306和储存器电路308。

逻辑电路，比如微处理器306和储存器电路308可确定通过充电电极112驱动信号传输通路114a、114b向充电电极112传送的电脉冲或波形的参数。充电电极112反过来产生第一电场。电脉冲或波形的参数可以被写入波形缓存316。波形缓存316中的内容可随后被脉冲发生器318用来产生对应电脉冲序列或波形的低电压信号322a、322b。例如，微处理器306和/或脉冲发生器318可用直接的数字合成来合成低电压信号。可选择地，微处理器306可向波形缓存316写入对应波形原始数据的变量值。脉冲发生器318可包括可操作地运行把变量值合成为数字输出的算法的第一资源，以及对数字输出执行数模转换的第二资源。

一个或多个输出被放大器320a和320b放大。放大后的输出被可操作地耦合到充电电极信号传输通路114a、114b。放大器320a、320b可包括可编程放大器。放大器320a、320b可根据出厂设置、现场设置、通过通信接口210接收到的参数、一个或多个操作人员的控制和/或在算法上进行编程。另外地或可选择地，放大器320a、320b可包括一个或多个实质上恒定增益的级，并且低电压信号322a、322b可被驱动至可变幅度。可选择地，输出可以是固定的，并且加热体积部分102、104能以具有可变增益的电极来驱动。

电极信号传输通路114a、114b上的脉冲序列或驱动波形输出可包括直流信号、交流信号、脉冲序列、脉冲宽度调制信号、脉冲高度调制信号、斩波信号、数字信号、离散电平信号、和/或模拟信号。

根据一个实施方式，在控制器110内、在外部资源（比如主计算机或服务器）（未示出）中、在传感器子系统（未示出）中、或分布在控制器110、外部资源、传感器子系统、和/或其他共同运行的电路或程序上的反馈过程可以控制充电电极112a、112b和/或成形电极116。例如，所述反馈过程可响应于由至少一个充电电极112检测到的增益或由电场驱动的反应率在至少一个充电电极信号传输通路114a、114b上提供可变的幅度或电流信号。

传感器接口310可接收或产生与加热体积106的第一部分102中的测量情况成正比（或成反比、成几何关系、成积分关系、成微分关系、等等关系）的传感器数据（未示出）。

传感器接口310能从各自的传感器202、206接收响应于加热体积106的第一和第二部分102、104中的物理和化学状况的第一和第二输入变量。控制器110可执行反馈或前馈控制算法以确定用于第一和第二驱动脉冲序列的一个或多个参数，例如，所述参数可以表示为波形缓存316中的值。

可选地，控制器110可包括流控制信号接口324。流控制信号接口324可被用来产生用于控制通过燃烧系统的燃料流和/或空气流的流速度控制信号。

图4是示出了根据实施方式的、用于扁平化火焰的方法401的流程图。其开始于步骤402，充电电极可被支撑在燃烧器的近端并且至少间歇地与燃烧器所支撑的火焰接触，而（在步骤404中）成形电极被支持在相对于充电电极的燃烧器的远端。进行到步骤406，一个或多个实质上同相的时变电压可以被施加到充电电极和成形电极，所述时变电压的施加导致了在步骤408中扁平化火焰。

参照图5，在步骤406中向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压被发现能导致火焰相比于不施加实质上同相的时变电压时扁平化为更小的体积（由说明性的火焰轮廓109b表示）。没有施加一个或多个实质上同相的时变电压的火焰形状由火焰轮廓109a说明性地表示。

向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压被发现能导致火焰109b相比于不施加实质上同相的时变电压时能提高亮度。向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可导致火焰109b相比于不施加实质上同相的时变电压（109a）时保持或提高了热量输出。

再次参照图4，方法401可以可选地包括步骤410，其中当实质上同相的时变电压被施加到充电电极和成形电极时，燃料供给速度可被控制以提高到达火焰的燃料供给速度。例如，步骤410中的控制燃料供给速度可包括致动用于控制到达燃烧器的气体或液体燃料的流速度的阀门，或致动用于向燃烧器传送粉状固体燃料的螺旋泵或喷射泵。步骤406中实质上同相的时变电压的应用可允许步骤410包括实现当不存在向充电电极和成形电极施加的实质上同相的时变电压时能导致火焰吹灭的（更高的）、到达燃烧器的燃料供给的速度。

在步骤404中，支持在相对于充电电极远端的成形电极可包括支持环形线圈形状或圆环形状的成形电极。已经发现的是，具有大于火焰109a平均直径的内径的圆环将提供期望的火焰扁平化同时减少或消除成形电极的热降解。

在步骤402中，支持在燃烧器近端的并至少间歇地与燃烧器所支持的火焰接触的充电电极可包括支持至少部分位于火焰109a、109b内的杆状物，或支持至少部分位于火焰109a、109b内的圆环状物。可选地，支持在燃烧器近端的并至少间歇地与燃烧器所支持的火焰接触的充电电极可包括支撑燃烧器的导电部分。例如，当燃烧器包括导电部分时，燃烧器的该导电部分自身可起到充电电极的作用。

参照步骤406，向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括向充电电极和成形电极施加实质上同相的周期性电压。向充电电极和成形电极施加的、实质上同相的周期性电压可包括一个或多个比如交流电压波形的符号变化波形。向充电电极和成形电极施加实质上同相的周期性电压可包括向充电电极和成形电极施加正弦波、方波、三角波、锯齿波、或傅里叶级数波。

向充电电极施加的时变电压通常导致向火焰传递具有与被施加到充电电极的时变电压瞬时的相同符号的时变多数电荷。例如，当充电电极上的电压摆动到正时，充电电极能趋于从火焰吸引带负电的粒子（比如电子），而保留在火焰中或在火焰的至少一部分中的带正电的多数电荷。相反地，当充电电极上的电压摆动到负时，充电电极能趋于吸引带正电的粒子（比如燃料碎片、燃料结块、或质子），而保留在火焰中或在火焰的至少一部分中的带负电的多数电荷。因为成形电极瞬间摆动到相同（正或负）符号的电压（在电压源保持相位的能力的限制之内或在被选择的相位关系的限制之内），所以在成形电极和多数带电粒子之间的电场可趋于引起电排斥，这种电排斥能导致火焰被远离成形电极并朝着燃烧器和充电电极扁平化。

已经发现的是，包括在符号上的时间变化或周期性变化以避免在电极和周围结构之间的或在电极和火焰之间的电介质击穿（电弧击穿），对被施加在充电电极和成形电极上的电压是有利的。向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压因而可包括施加具有能在电压非时变时会导致电介质击穿的幅度的电压。

向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括施加具有在50和10,000赫兹之间的频率的周期性电压。更特别地，向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括施加具有在50和1000赫兹之间的频率的周期性电压。向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括施加在±1000伏和±115,000伏之间的（交流）电压（即，具有+1000伏和-1000伏的对称幅度（非直流偏置）、具有+115kV和-115kV的对称幅度、或具有介于这些值之间的幅度的周期性波形）。所述幅度可以可选择地是非对称的（包含叠加在时变波形上的直流偏置电压）。更特别地，向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括施加在±8000伏和±40,000伏之间的电压。

根据实施方式，向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括保持在充电电极和成形电极之间的电压比（比如1:1或不是1:1）。另外地或可选择地，向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括向充电电极和成形电极施加实质上相同的电压。向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可以包括避免电介质击穿。

在一些实施方式中，向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括将被施加在成形电极上的周期性电压的相位保持在介于被施加在充电电极上的周期性电压的相位的±π/4或±π/8的范围内。向充电电极和成形电极施加实质上同相的时变电压可包括通过从电压源到充电电极和成形电极的电导线施加电压。根据一个实施方式，被施加到充电电极和成形电极上的时变电压间的任何相位差可归因于通过电导线的传输时延。

进行到步骤412，能量可以从（被扁平化的）火焰施加到表面。例如，从火焰向表面施加能量可包括向工业过程施加能量；向加热系统施加能量；向发电系统施加能量；向陆上交通工具、水运工具、或航空器施加能量；或向工件施加能量中的一个或多个。被扁平化的或压缩的火焰可提供更高温度的热源、更小的热量产生装置、用于从火焰传递辐射的更小的集光率、或包括全部过程所享有的其他优势。

可选地，方法401可以包括步骤414。在步骤414中，火焰或由火焰产生的燃烧气体的一个或多个属性可以被感测，并且响应于对所述一个或多个属性的感测对相应于被施加在充电电极和成形电极上的电压、频率、波形、相位、或开/关状态中的一个或多个进行控制。所述过程随后可以循环回到步骤406，在该步骤中应用被改变的时变电压属性以执行步骤406。

下面的例子提供了与在此的公开内容有关的试验结果。

实施例

参照图5，试验装置501被构建。燃烧器108包括电隔离的燃料源502。燃料源502包括在带螺纹的3/4英寸钢管末端形成的直径为0.775英寸的孔。带螺纹的钢末端被安装在长度约为8英寸的3/4英寸钢管部件上。不导电的软管固定到燃料管道110的上游末端并且固定到丙烷燃料箱。丙烷以大约8PSIG的压力供应。

燃烧器108还包括由熔铸耐火料构成的扁平体504，以构成包括直径约为1.5英寸的开孔的大约3英寸厚的平板。燃料源502在轴线上与扁平体504中形成的开孔对齐。燃料源502关于在扁平体底部表面下方约2.5英寸的处的直径为0.775英寸的孔进行定位，并且垂直于扁平体的平板的法平面进行定向以使在扁平体上的开孔的上表面形成火焰稳定器。

充电电极112由直径约为1/4英寸的306型不锈钢构成。可选择地，充电电极可称为激励电极。充电电极包括实质上距末端6英寸处的90°弯曲，以使充电电极的上端被支撑在扁平体504上表面的以上6英寸处。

成形电极116由在其边缘连接以形成中空圆环的被冲压或加工的铝制部件所构成。所述圆环具有1.5英寸的带有7英寸内径和10英寸外径的绕转部件。圆环116关于其绕转轴线被支撑，所述绕转轴线与扁平体504的上表面的法线对齐并横向居中，以便与燃料源502、扁平体504上的开孔、以及充电电极112的垂直部分形成共同的轴线。圆环116的底部边缘被支撑在扁平体504的上表面的上方13.75英寸处。

电压源110被耦合到充电电极112和成形电极116。电压源110包括安装在国家仪器公司的NIPXIe-1062Q机箱中的国家仪器公司的PXI-5412波形发生器。波形通过输出被连接到经电导线由TREK供电的充电电极112和成形电极116的TREK型40/15高电压放大器放大4000倍（4000倍增益）。

装置501在第一次运行时不向充电电极112或成形电极116施加任何电压。根据图5中表示的形状109a，燃料源上的阀门可被调节以产生在扁平体504之上延伸并大致贯穿圆环116中心的非扁平化的火焰109a。火焰109a的形状是杂乱的，但是通常贯穿圆环116并且不与圆环116接触。火焰109a是具有约3英寸直径的15英寸到20英寸高的扩散焰。

接下来，电压源10被激励并且可以观察到结果。国家仪器公司的PXI-5412波形发生器被调节成三角波，以产生具有±40kV计算电压（三角波的底部被放大至-40kV并且三角波的顶部被放大至+40kV，在二者转换时穿过零电压）的800Hz的近似三角波。

通过向充电电极112和成形电极116施加电压，可发现火焰109立即从表示为109a的自然形状变化成表示为109b的被扁平化的形状。可以观察到被扁平化的火焰109b比形状109a更亮（发光度更高）。没有观察到可见烟尘。由此可得出整个燃烧反应都是在压缩体积109b中发生的结论。如由之前的试验指出的，可确信被压缩的火焰109b对应着比更大的火焰109a的反应程度更高的反应程度（更多的燃料到二氧化碳的转化、更高的热量输出、更少的烟尘、以及更少的一氧化碳输出）。

虽然已经在此公开了各个方面和各种实施方式，但是还可以考虑其他的方面和实施方式。在此公开的各个方面和各种实施方式是出于说明目的，并不是用来进行限制，真正的范围和精神由下面的权利要求指明。

Claims (73)

1.一种用来扁平化火焰的装置，包括：

充电电极，其被布置在燃烧器的近端并被配置成至少间歇地与所述燃烧器支撑的火焰接触；

成形电极，其被相对于所述充电电极布置在所述燃烧器的远端处；以及

电压源，其被可操作地耦合到所述充电电极和所述成形电极，并且被配置成向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电势。

2.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中通过所述电压源向所述充电电极和所述成形电极施加所述实质上同相的时变电势导致所述火焰扁平化为比不施加所述实质上同相的时变电势时更小的体积。

3.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中通过所述电压源向所述充电电极和所述成形电极施加所述实质上同相的时变电势导致所述火焰比不施加所述实质上同相的时变电势时提高了亮度。

4.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中通过所述电压源向所述充电电极和所述成形电极施加所述实质上同相的时变电势导致所述火焰比不施加所述实质上同相的时变电势时保持或提高了其热量输出。

5.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

所述燃烧器。

6.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

燃料供给速度装置；以及

燃料控制器，其被可操作地耦合到所述燃料供给速度装置，并被配置成导致所述燃料供给速度装置在所述电压源向所述充电电极和所述成形电极施加所述实质上同相的时变电势时提高燃料供给速度。

7.如权利要求6所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述燃料供给速度装置包括用来控制到达所述燃烧器的气体或液体燃料的流速度的被致动的阀门。

8.如权利要求6所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述燃料供给速度装置包括用来向所述燃烧器传送粉状固态燃料的螺旋泵或喷射泵。

9.如权利要求6所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述燃料控制器被配置成引起到达所述燃烧器的、当不存在向所述充电电极和所述成形电极施加的所述实质上同相的时变电势时将导致火焰吹灭的燃料供给速度。

10.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述成形电极包括环形线圈。

11.如权利要求10所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述成形电极包括圆环。

12.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述充电电极包括被至少部分地布置在所述火焰内的杆状物。

13.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述充电电极包括被至少部分地布置在所述火焰内的圆环。

14.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述充电电极包括所述燃烧器的导电部分。

15.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述时变电势包括周期性电势。

16.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述时变电势包括符号变化的波形。

17.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述时变电势包括周期性电压波形。

18.如权利要求17所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述波形包括正弦波、方波、三角波、锯齿波、或傅里叶级数波。

19.如权利要求17所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述时变电势包括交流电压波形。

20.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述充电电极被配置成向火焰传递与所述时变电势具有瞬时的相同符号的时变多数电荷。

21.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成施加具有在电压非时变时会导致电介质击穿的幅度的电压。

22.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成施加具有50和10,000赫兹之间的频率的周期性电势。

23.如权利要求22所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成施加具有50和1000赫兹之间的频率的周期性电势。

24.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成施加±1000伏到±115,000伏的时变电势。

25.如权利要求24所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成施加±8000伏到±40,000伏的时变电势。

26.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成保持在所述充电电极和所述成形电极之间的电压比。

27.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成向所述充电电极和所述成形电极施加实质上相同的电压。

28.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述充电电极、所述成形电极、以及所述电压源被配置成相互配合以避免电介质击穿。

29.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成将被施加到所述成形电极上的周期性电势的相位保持在被施加到所述充电电极的周期性电势的相位的±π/4的范围内。

30.如权利要求29所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成将被施加到所述成形电极上的周期性电势的相位保持在被施加到所述充电电极的周期性电势的相位的±π/8的范围内。

31.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源被配置成同相输出所述时变电势；以及

还包括：

从所述电压源到所述充电电极和所述成形电极的电导线；

其中所述装置被配置成导致施加到所述成形电极和所述充电电极上的所述时变电势的差异不超过归因于通过所述电导线的传输时延的差异。

32.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述充电电极、所述成形电极、以及所述电压源被配置成相互配合以将所述火焰压缩成比没有施加所述时变电势时的火焰集光率更小的集光率。

33.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

燃烧器壳体，其具有比没有施加所述时变电势时火焰所需的燃烧器壳体更小的体积。

34.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述扁平化火焰还包括：

具有比不存在所述时变电势时的火焰所形成的热源更高温度的热源。

35.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

被配置成从所述火焰接收能量的表面。

36.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

被配置成从所述火焰接收能量的工业过程。

37.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

被配置成从所述火焰接收能量的加热系统。

38.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

被配置成从所述火焰接收能量的发电系统。

39.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

包括被配置成从所述火焰接收能量的装置的路上交通工具、水运工具、或航空器。

40.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，还包括：

被配置成固定从所述火焰接收能量的工件的结构。

41.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源还包括：

电极控制器；以及

还包括：

一个或多个传感器，其被可操作地耦合到所述电极控制器并被配置成用来感测所述火焰或由所述火焰产生的燃烧气体的一个或多个属性；

其中所述电极控制器被配置成确定对应于施加到所述充电电极和所述成形电极上的所述时变电势的电压、频率、波形、相位、或开/关状态中的一个或多个。

42.如权利要求1所述的用来扁平化火焰的装置，其中所述电压源还包括：

电极控制器，其包括被配置成相互配合以向所述充电电极和所述成形电极施加所述时变电势的逻辑电路、波形发生器、以及至少一个放大器。

43.一种用来扁平化火焰的方法，包括：

支撑处于燃烧器近端并至少间歇地与所述燃烧器支撑的火焰接触的充电电极；

支撑相对于所述充电电极处于所述燃烧器远端的成形电极；以及

向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压。

44.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加所述实质上同相的时变电压导致所述火焰扁平化为比不施加所述实质上同相的时变电压时更小的体积。

45.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加所述实质上同相的时变电压导致所述火焰比不施加所述实质上同相的时变电势时提高了亮度。

46.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加所述实质上同相的时变电压导致所述火焰比不施加所述实质上同相的时变电势时保持或提高了其热量输出。

47.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，还包括：

在向所述充电电极和所述成形电极施加所述实质上同相的时变电压时，控制燃料供给速度以提高供给到所述火焰的燃料的速度。

48.如权利要求47所述的用来扁平化火焰的方法，其中控制燃料供给速度包括致动用于控制到达所述燃烧器的气体或液体燃料的流速度的阀门。

49.如权利要求47所述的用来扁平化火焰的方法，其中控制燃料供给速度包括致动用于向所述燃烧器传送粉状固态燃料的螺旋泵或喷射泵。

50.如权利要求47所述的用来扁平化火焰的方法，其中控制燃料供给速度以提高供给到所述火焰的燃料速度包括引起当不存在向所述充电电极和所述成形电极施加的所述实质上同相的时变电压时将导致火焰吹灭的、供给到所述燃烧器的燃料速度。

51.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中支撑相对于所述充电电极处于所述燃烧器远端处的成形电极包括支撑环形线圈形状的电极。

52.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中支撑相对于所述充电电极处于所述燃烧器远端处的成形电极包括支撑圆环形状的电极。

53.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中支撑处于燃烧器近端并至少间歇地与所述燃烧器支撑的火焰接触的充电电极包括支撑至少部分地在所述火焰内的杆状物。

54.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中支撑处于燃烧器近端并至少间歇地与所述燃烧器支撑的火焰接触的充电电极包括支撑至少部分地在所述火焰内的圆环。

55.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中支撑处于燃烧器近端并至少间歇地与所述燃烧器支撑的火焰接触的充电电极包括支撑所述燃烧器的导电部分。

56.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的周期性电压。

57.如权利要求56所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的周期性电压包括向所述充电电极和所述成形电极施加符号变化的波形。

58.如权利要求56所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的周期性电压包括向所述充电电极和所述成形电极施加正弦波、方波、三角波、锯齿波、或傅里叶级数波。

59.如权利要求56所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的周期性电压包括向所述充电电极和所述成形电极施加交流电压波形。

60.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，还包括：

（未示出）向火焰上传递与被施加到所述充电电极的时变电压具有瞬时的相同符号的时变多数电荷。

61.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括施加具有在电压非时变时会导致电介质击穿的幅度的电压。

61.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括施加具有50和10,000赫兹之间的频率的周期性电压。

62.如权利要求61所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括施加具有50和1000赫兹之间的频率的周期性电压。

63.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括施加±1000伏和±115,000伏之间的电压。

64.如权利要求63所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括施加±8000伏和±40,000伏之间的电压。

65.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括保持所述充电电极和所述成形电极之间的电压比。

66.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括向所述充电电极和所述成形电极施加实质上相同的电压。

67.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括避免电介质击穿。

68.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括将被施加到所述成形电极上的周期性电压的相位保持在被施加到所述充电电极的周期性电压的相位的±π/4的范围内。

69.如权利要求68所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括将被施加到所述成形电极上的周期性电压的相位保持在被施加到所述充电电极的周期性电压的相位的±π/8的范围内。

70.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，其中向所述充电电极和所述成形电极施加实质上同相的时变电压包括通过从电压源到所述充电电极和所述成形电极的电导线施加电压；以及

其中被施加到所述充电电极和所述成形电极的时变电压之间的任何相位差异都归因于通过所述电导线的传输时延。

71.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，还包括：

将来自所述火焰的能量施加到表面。

72.如权利要求71所述的用来扁平化火焰的方法，其中将来自所述火焰的能量施加到表面包括将能量施加到工业过程，将能量施加到加热系统，将能量施加到发电系统，将能量施加到路上交通工具、水运工具、或航空器，或将能量施加到工件中的一项或多项。

73.如权利要求43所述的用来扁平化火焰的方法，还包括：

感测所述火焰或由所述火焰产生的燃烧气体的一个或多个属性；以及

响应于对一个或多个属性的感测控制对应于施加到所述充电电极和所述成形电极上的时变电压的电压、频率、波形、相位、或开/关状态中的一个或多个。

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