JP2014512500A - 荷電ガス又はガスに同伴した荷電粒子を電気力学的に駆動する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ガス状の粒子又はガス同伴粒子がガス状の又はガス同伴粒子に含まれる荷電種に作用する電界によって搬送されることができる。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、トーマス・Ｓ・ハートウィックらによって発明され、「燃焼システム内の２つ以上の応答の電界制御」という発明の名称で、２０１１年２月９日に出願された米国仮出願第６１／４４，２２９号に対して米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて優先権の利益を主張するものであり、同米国仮出願は、出願時に本出願と同時係属中であり、本明細書の開示と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み入れられるものとする。

本出願は、トーマス・Ｓ・ハートウィックらによって発明され、「燃焼システムにおける２つ以上の応答の電界制御」という発明の名称で、本出願と同日に出願された米国非仮特許出願第１３／３７０，１８３号に関連するものであり、同米国非仮特許出願は、本明細書の開示と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み入れられるものとする。

本出願は、ジョセフ・コラニーノらによって発明され、「火炎を平たくする方法及び装置」という発明の名称で、本出願と同日に出願された米国非仮特許出願（シリアル番号は未定）（エージェント整理番号２６５１−０４２−０３）に関連するものであり、同米国非仮特許出願は、本明細書の開示と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み入れられるものとする。

実施形態によれば、火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステムが、火炎に過渡的多数電荷を与えるように構成された帯電電極と、過渡的多数電荷に起電力を印加するように構成された複数のフィールド電極又は電極部と、帯電電極と複数のフィールド電極又は電極部に動作可能に連結された電極コントローラとを含むことができ、電極コントローラは、複数のフィールド電極又は電極部によって印加される起電力によって過渡的多数電荷の同期移送を引き起こすように構成される。

別の実施形態によれば、ガス状又はガス同伴化学反応において化学反応物質又は生成物を移送する方法が、化学反応に関連するガス状又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることと、電荷が不均衡なガス又はガスに同伴された荷電種を第１位置から第１位置と離れた第２位置までの距離にわたって移動させる電界のシーケンスを印加することとを含むことができる。

一実施形態に係る、火炎形状又は熱分布を同期駆動するように構成されたシステム１０１を示す図である。 一実施形態に係る、交互電極配置を有するシステム１１５を示す図である。 一実施形態に係る、電極コントローラにフィードバック信号を提供するように構成されたセンサを含むシステムを示す図である。 一実施形態に係る、気相又はガス同伴化学反応において化学反応物質又は生成物を移送する方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る、電極コントローラのブロック図である。

以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照される。文脈がそうでないことを指示しない限り、図面において、類似の符号は一般に類似の部品を特定する。詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲に記載された例示的な実施形態は、限定することを意図するものではない。ここに提示される主題の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、且つ他の変更を行うことができる。

図１Ａは、一実施形態に係る、火炎形状又は熱分布を同期駆動するように構成されたシステム１０１を示す図である。帯電電極１０２は、バーナー１０５によって支持される火炎１０４に過渡的多数電荷１０３，１０３’を与えるように構成されることができる。複数のフィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２又は電極部は、過渡的多数電荷１０３，１０３’上に起電力を印加するように構成されることができる。電極コントローラ１１４は、複数のフィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２又は電極部によって印加された起電力によって過渡的多数電荷１０３，１０３’の同期移送を引き起こすために、帯電電極１０２と複数のフィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２又は電極部に動作可能に連結されることができる。

帯電電極１０２は、火炎１０４に過渡的多数電荷１０３，１０３’を加えるように構成された電荷注入器（図示せず）を含むことができる。代わりに又は加えて、帯電電極１０２（図示せず）は、火炎１０４に過渡的多数電荷１０３，１０３’を残すために火炎１０４から過渡的少数電荷を除去するように構成された電荷喪失面を含むことができる。

図１Ａに示すように、フィールド電極は、複数の独立して駆動される電極１０６，１０８，１１０，１１２を含むことができる。

代わりに、フィールド電極は、電極部として設けられてもよい。例えば、図１Ｂは、一実施形態に係る、各々が複数の電極部（それぞれ、１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ及び１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃ）を含む複数の電極１１６，１１８を示す図である。各電極１１６，１１８の電極部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ及び１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃは、シールド部１２２によって互いに分離されることができる。シールド部１２２は、電極の周辺にある第１絶縁体層（図示せず）と、第１絶縁体層の周辺にある電気シールド導体（図示せず）と、シールド導体の周辺にある第２絶縁体層（図示せず）とを含むことができる。第１及び第２絶縁体層の誘電率及び／又は誘電強度は、最小イメージ電荷がシールド部１２２によって通過する過渡的多数電荷１０３，１０３’にさらされ、したがって過渡的多数電荷１０３，１０３’が実質的にシールドされていない複数の電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃからのみ引力と反発力を受け取ることができできるようにバランスされる。

電極の様々な配置又は電極部の配置は、例えば、アウトサイドイン、インサイドアウト、分岐経路、変換経路、実質的に軸方向、実質的に周方向などが考えられる。図１Ａの精査によって理解され得るように、電極１０６，１０８，１１０，１１２は、一連の円環体（示されるように）又は環状体として形成されるか又は一連の円環体又は環状体を含むことができる。環状体は、可変の開口サイズを有することができる。火炎１０４の直径に比べて比較的大きい開口サイズでは、構成１０１は、外側に配設された（「アウトサイドイン」）電極と見なすことができる。これに比べて、図１Ｂの配置１１５は、櫛形シールド領域１２２を含むタングステンワイヤとして形成された、櫛歯状に配置された共通位相電極となることを意図している。一実施形態によれば、ワイヤは、実用可能な限り移送軸線１２４の近くに配置されることができる。このような配置１１５では、電極は内側に配置された（「インサイドアウト」）電極と見なすことができる。実施形態によっては、ワイヤは、領域ピッチを変更する、分解可能な面を更新する、オーバーホールを容易にするなどのために必要に応じて繰り出される（搬送路１２４に平行に移動させる）ように構成された展開・巻き戻し「ウェブ」として、端部負荷（エンドロード）されることができる。

図１Ｂを参照すると、フィールド電極１１６，１１８又は電極部１１６ａ〜ｃ、１１８ａ〜ｃは、搬送路１２４に沿って搬送路１２４内に配列されて示されている。これは、フィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２が搬送路１２４に沿って搬送路１２４の周辺に（例えば、搬送路１２４から典型的な火炎半径だけ外側に）配置されることが分かる、図１Ａと比較されることができる。図１Ａ及び図１Ｂを全体として参照すると、過渡的多数電荷１０３，１０３’に電極１０６，１０８，１１０，１１２によって印加された起電力は、雲１０３，１０３’内の荷電粒子と共に含まれる非荷電ガス粒子又はガス同伴粒子に運動量移動を与えることができる。例えば、図２及び「高温燃焼生成物からのクーロン力防護物を備えたガスタービン」という発明の名称の同時係属中の仮特許出願第６１／５０６，３３２号の詳細な説明の対応する部分（参照により本明細書に組み入れられるものとする）に記載されるカスケードと同種の機構は、加速された荷電粒子から非帯電粒子に慣性力４を伝達することができる。「粒子」は、火炎１０４を通る流れ又は火炎１０４の周辺の流れに含まれ又は引きずられる任意の気体分子、原子核、電子、凝集、又は他の構造体のことであってもよい。一実施形態によれば、電極コントローラ１１４は、帯電電極１０２に、図１Ａ及び図１Ｂに雲１０３，１０３’として示された一連の逆帯電した多数荷電領域に対応する過渡的多数荷電１０３，１０３’を与えさせるように構成されることができる。電極コントローラ１１４はまた、逆帯電した多数荷電領域の移動を搬送路１２４に沿って駆動するために、複数のフィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２又は電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃに電圧のシーケンス（一連の電圧）を印加するように構成されることができる。図１Ａを参照すると、例えば、正の過渡的多数電荷領域１０３は、フィールド電極１０８に印加された負電圧によって下方に引き付けられることができる。同様に、負の過渡的多数電荷領域１０３’は、フィールド電極１１２に印加された正電圧によって下方に引き付けられることができる。負の過渡的多数電荷領域１０３’はまた、フィールド電極１０８に印加された負電圧によって下方に遠ざけられることができる。帯電領域１０３，１０３’が搬送路１２４に沿って下方に移動するとき、電極１０６，１０８，１１０，１１２上の電圧は、一種の静電駆動リニアステッピングモータ又はリニア同期モータと類似の移動起電力を維持するために移動に伴って同期して変えられることができる。同時に、帯電電極１０２に印加される電圧は、追加の荷電領域１０３’，１０３の継続的な生成を引き起こすために切り替えられることができる。図１Ｂを参照すると、例えば、正の過渡的多数電荷領域１０３は、電極部１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃに印加される負電圧によって下方に引き付けられることができる。同時に、負電圧電極部１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃは、負の過渡的多数電荷領域１０３’を下方に遠ざけることができる。同時に、正の過渡的多数電荷領域１０３は、正電圧電極部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃに印加された正電圧によって下方に遠ざけられることができ、一方、負の過渡的多数電荷領域１０３’は、正電圧電極部１１６ａ，１１６Ｂ，１１６ｃによって下方に引き付けられる。帯電領域１０３，１０３’が搬送路１２４に沿って下方に移動するとき、電極１１６，１１８（及びそれぞれの対応する電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃ）上の電圧は、一種の静電駆動リニアステッピングモータ又はリニア同期モータに類似の移動起電力を維持するために移動に伴って同期して変えられることができる。同時に、帯電電極１０２に印加される電圧は、追加の荷電領域１０３’，１０３の継続的な生成を引き起こすために切り替えられることができる。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、電極コントローラ１１４は、さらに、複数のフィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２又は電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃに印加される電圧に対応する駆動パルスを生成するように構成された同期モータ駆動回路１２６含むことができる。電極コントローラ１１４は、駆動パルスを複数のフィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２又は電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃに印加される電圧まで増幅するように構成された１つ以上の増幅器１２８を有することができる。１つ以上の増幅器は、それぞれ独立して制御されるフィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２及び帯電電極１０２に個別の増幅器を含むことができる。代わりに、１つ以上の増幅器は、１グループの共通して切り替えられる電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃに対応する各導体１１６，１１８及び帯電電極１０２に個別の増幅器を含むことができる。オプションとして、システム１１５は、２グループよりも少ないか又は多い電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃを含むことができる。実施形態によっては、装置１０１，１１５は、静電駆動による一種のリニアステッピングモータと見なすことができる。電極は、例えば、シングルステップ、スーパーステップ、マイクロステップ、又は他のシーケンスロジックに従って操作されることができる。図２を参照すると、実施形態は、電極コントローラ１１４に１つ以上の信号を供給するように動作可能に連結された１つ以上のセンサ１３０ａ，１３０ｂを含むことができる。１つ以上のセンサ１３０は、火炎形状、熱分布、燃焼特性、粒子含量、又は多数帯電領域位置の１つ以上に対応する１つ以上のパラメータを感知するように構成されることができる。電極コントローラ１１４は、１つ以上のセンサ１３０ａ，１３０ｂからの信号に応答して、帯電電極１０２、フィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２若しくは電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃ、又は帯電電極１０２及びフィールド電極１０６，１０８，１１０，１１２若しくは電極部１１６ａ〜ｃ，１１８ａ〜ｃに印加される電圧に対応する駆動パルスのタイミング、シーケンス、又はタイミング及びシーケンスを選択するように構成されることができる。いくつかの実施形態によれば、（オプションの）センサ１３０ａ，１３０ｂは、図１Ａ，１Ｂに示す同期駆動回路１２６の閉ループ制御を提供する一種のサーボの一部分と見なすことができる。

さらに図２を参照すると、少なくとも１つの第１センサ１３０ａは、バーナー１０５によって支持される火炎１０４の近くにある燃焼容積２０３の領域２０５の状態を感知するように配置されることができる。第１センサ１３０ａは、第１センサ信号伝送路２０４を介して電子コントローラ１１４に動作可能に連結されることができる。第１センサ１３０ａは、火炎１０４の燃焼パラメータを感知するように構成されることができる。例えば、第１センサ１３０ａは、火炎輝度センサ、フォトセンサ、赤外線センサ、燃料流量センサ、温度センサ、煙道ガス温度センサ、音響センサ、ＣＯセンサ、Ｏ_２センサ、無線周波数センサ、及び／又はエアフローセンサの１つ以上を含むことができる。

少なくとも１つの第２センサ１３０ｂは、火炎１０４から遠位の状態を感知するように配置され且つ第２センサ信号伝送路２１２を介して電子コントローラ１１４に動作可能に連結されることができる。少なくとも１つの第２センサ１３０ｂは、燃焼容積２０３の第２部分２０７の状態に対応するパラメータを感知するように配置されることができる。例えば、第２部分２０７が汚染軽減ゾーンを含む実施形態では、第２センサは、加熱容積２０３の第２部分２０７における灰の量に対応した光透過率を感知することができる。様々な実施形態によれば、第２センサ１３０ｂは、透過率センサ、微粒子センサ、温度センサ、イオンセンサ、表面コーティングセンサ、音響センサ、ＣＯセンサ、Ｏ_２センサ、及び窒素酸化物センサの１つ以上を含むことができる。

一実施形態によれば、第２センサ１３０ｂは、未燃燃料を検出するように構成されることができる。少なくとも１つの第２電極１０８は、駆動されたとき、未燃燃料を下方に押し下げて加熱容積２０３の第１部分２０５に押し戻すように構成されることができる。例えば、未燃燃料は正に帯電することができる。第２センサ１３０ｂが第２センサ信号伝送路２１２を介してコントローラ１１４に信号を送ると、コントローラは、未燃燃料を遠ざけるために第２電極１０８を正の状態に駆動することができる。加熱容積２０３内の流体の流れは、未燃燃料を下方に且つ第１部分２０５に向けるために、少なくとも１つの第２電極１０８及び／又は少なくとも１つの第１電極１０６によって形成された電界によって駆動されることができ、そこでさらに火炎１０４によって酸化され、それにより、燃料経済性を改善し且つ排出を削減する。

コントローラ１１４は、センサ１３０ａ，１３０ｂへの応答を制御するために少なくとも１つの入力変数を受信するように構成された通信インタフェース２１０を含むことができる。加えて又は代わりに、通信インタフェース２１０は、電極駆動波形、電圧、相対位相、又はシステムの他の特性を制御するために少なくとも１つの入力変数を受信するように構成されることができる。コントローラ１１４の実施形態を図４に示し、以下に説明する。

図３は、一実施形態に係る、気相又はガス同伴化学反応の化学反応物質又は生成物を移送するための方法３０１を示すフローチャートである。気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物は第１実行ステップ３０２により搬送され、ステップ３０２において化学反応に関連するガス状又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡が生じる。ステップ３０４に進んで、電界のシーケンス（一連の電界）は、電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を第１位置から第１位置と離れた第２位置までの距離にわたって移動させるように印加されることができる。電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種の移動は、上記距離にわたって非荷電種を移動させるように化学反応に関連又は近接する非荷電種に慣性を与えることができる。化学反応は、燃焼反応などの発熱反応を含むことができる。電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種の移動は、発熱化学反応によって放出された熱を上記距離にわたって移動させることができる。方法３０１は、加熱された粒子をある距離にわたって加熱された粒子の浮力に対して横方向又は反対に移動させるのに使用することができる。

ステップ３０２を参照すると、電荷不均衡を生じさせることは、第２電荷符号と反対の第１電荷符号を有する荷電粒子の大部分を残すように化学反応から第２電荷を有する荷電粒子の一部を引き付けることを含むことができる。加えて又は代わりに、化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることは、第１電荷符号を有する荷電粒子の大部分を提供するために、第１電荷符号を有する荷電粒子を化学反応に注入することを含むことができる。方法３０１及びステップ３０２は、多数電荷に時変（時間的に変化する）シーケンスに従って符号を変化させることを含むことができる。図３に示すように、電荷不均衡の符号を変化させるプロセスは、反転ステップ３０６を含むループを実行することとして表すことができる。例えば、電荷不均衡の符号は、周期的な正と負の多数電荷不均衡をもたらすために、周期的に反転されることができる。例えば、図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、周期的な波形は、負に帯電した領域１０３’が正に帯電した領域１０３と交互に配置される配列を生成することができる。慣性、浮力、及び電界力の組み合わせは、正及び負に帯電した領域１０３，１０３’の配列を搬送路１２４に沿って移動させることができる。

図１Ａ及び図１Ｂを考慮して再び図３を参照すると、電荷が不均衡なガス状又はガスに同伴された荷電種を第１位置から第１位置と離れた第２位置までの距離にわたって移動させる電界のシーケンスを印加することは、第２位置に近接して又は第１位置と第２位置との間で搬送路に沿って電界を印加すること、第１位置と第２位置との間で搬送路に沿った位置に電界のシーケンスを印加すること、及び／又は第１位置と第２位置との間で搬送路に沿って複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することを含むことができる。ステップ３０４において複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することは、搬送路に沿った第１中間位置にある電極又は電極部に、ガス状の又はガスに同伴された荷電種によって搬送された多数電荷を引き付けるように選択された第１電圧を印加することと、ガス状の又はガスに同伴された荷電種が第１中間位置にある電極又は電極部の近くにあるときに、第１中間位置にある電極又は電極部が電気によって浮動することを可能にするか又は多数電荷１０３，１０３’を引き付けないように選択された電圧に第１中間位置にある電極又は電極部を駆動することとを含むことができる。ステップ３０４は、加えて又は代わりに、第１中間位置にある電極又は電極部が電気によって浮動することが可能になったとき又は多数電荷を引き付けないように選択された電圧に駆動されたときに搬送路に沿った第２中間位置にある電極又は電極部に前記第１電圧を印加することと、ガス状の又はガスに同伴された荷電種によって搬送された多数電荷を第１中間位置から第２中間位置に向かって引き付けるために、搬送路に沿った第２中間位置にある電極又は電極部に第１電圧を印加することとを含むことができる。例えば、図１Ａを参照すると、電極１０６及び１１０は、帯電領域１０３，１０３’が通り過ぎるときに浮動することが可能になるか又は通過する荷電領域１０３，１０３’との最小の相互作用のために選択された電圧Ｖ_Ｆに駆動されることができる。ステップ３０４は、加えて又は代わりに、ガス状の又はガスに同伴された荷電種が第１中間位置にある電極又は電極部の近くにあるときに、第１中間位置にある電極又は電極部が電気によって浮遊することを可能にするか又は多数電荷１０３，１０３を引き付けないように選択された電圧に第１中間位置にある電極又は電極部を駆動すること、ガス状の又はガスに同伴された荷電種が第１中間位置から離れたときに、ガス状の又はガスに同伴された荷電種によって搬送された多数電荷１０３，１０３’を遠ざけるように選択された第３電圧を搬送路に沿った第１中間位置にある電極又は電極部に印加することとを含むことができる。例えば、図１Ａによって示される実施形態では、負電圧Ｖ₋は、負に帯電した領域１０３’を遠ざけてそれを搬送路１２４に沿って押すのを助けるように電極１０８上に配置される。

ステップ３０４は、複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することを含むことができる。例えば、このことは、複数の中間位置の各々に二相配列の電界を印加することを含むことができる。例えば、図１Ｂは、搬送路１２４に沿って符号が反転した帯電領域１０３，１０３’の配列を駆動するように各電極１１６，１１８が順次、正、フロート、負、フロート、正、フロート、負・・・に駆動されることができる二相電極システムを示す。

ステップ３０４はまた、搬送路に沿った複数の中間位置の各々にある電極又は電極部に同期駆動電圧を印加することと見なされることができ、上記同期駆動電圧は、搬送路に沿ってガス状の又はガスに同伴された荷電種によって搬送されるパケット化された電荷分布の移動を引き起こすように選択される。

オプションとして、方法３０１はステップ３０８を含むことができ、ステップ３０８で、フィードバックが１つ以上のセンサから受信され、且つステップ３０２及び３０４に関連する電界タイミング、位相、及び／又は電圧が調整される。例えば、ステップ３０８は、搬送路に沿ってパケット化された電荷分布の位置に対応する１つ以上のパラメータを感知することと、化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることに対応して電圧を調整することとを含むことができる。加えて又は代わりに、ステップ３０８は、搬送路に沿ってパケット化された電荷分布の位置に対応する１つ以上のパラメータを感知することと、化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることに対応してタイミング又は位相を調整することとを含むことができる。加えて又は代わりに、ステップ３０８は、搬送路に沿ってパケット化された電荷分布の位置に対応する１つ以上のパラメータを感知することと、電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を移動させるために電界のシーケンスを印加することに対応して電圧を調整することとを含むことができる。ステップ３０８は、搬送路に沿ってパケット化された電荷分布の位置に対応する１つ以上のパラメータを感知することと、電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を移動させるために電界のシーケンスを印加することに対応してタイミング又は位相を調整することとを含むことができる。ステップ３０８は、加えて又は代わりに、電荷不均衡を生じさせ且つ電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を移動させるか否かを決定することを含むことができる。

図４は、電極コントローラ１１４及び／又は燃料流量コントローラ１１４の例示的な実施形態４０１のブロック図である。コントローラ１１４は、電界を生成するように第１電極駆動信号伝送路２０６及び２０８を駆動することができ、電界の特性は、過渡帯電領域１０３，１０３’の移動を引き起こすように選択される。コントローラは、波形発生器４０４を含むことができる。波形発生器４０４は、コントローラ１１４の内部に配置されることができ、又はコントローラ１１４の残りの部分とは別に配置されることができる。波形発生器４０４の少なくとも一部は、代わりに、マイクロプロセッサ４０６及びメモリ回路４０８などの電子コントローラ１１４の他の構成要素に分散させることができる。任意のセンサインタフェース４１０、通信インタフェース２１０、及び安全インタフェース４１２が、コンピュータバス４１４を介してマイクロプロセッサ４０６及びメモリ回路４０８に動作可能に連結されることができる。

マイクロプロセッサ４０６及びメモリ回路４０８などの論理回路は、電極駆動信号伝送路２０６，２０８を介して電極へ送られる電気パルス又は波形のパラメータを決定することができる。電極は次いで電圧波形に対応する電界を生成する。

電気パルス又は波形のパラメータは、波形バッファ４１６に書き込まれることができる。波形バッファの内容は、その結果、電気パルス列又は波形に対応する低電圧信号４２２ａ，４２２ｂを生成するために、パルス発生器４１８によって使用されることができる。例えば、マイクロプロセッサ４０６及び／又はパルス発生器４１８は、低電圧信号を合成するのに直接デジタル合成を使用することができる。代わりに、マイクロプロセッサ４０６は、波形プリミティブに対応する変数値を波形バッファ４１６に書き込むことができる。パルス発生器４１８は、変数値をデジタル出力に組み合わせるアルゴリズムを実行するように動作可能な第１リソースと、デジタル出力にデジタル／アナログ変換を行う第２リソースとを含むことができる。

１つ以上の出力が、増幅器１２８ａ及び１２８ｂにより増幅される。増幅された出力は、図１Ａ，１Ｂに示される電極１０２，１０６，１０８，１１０，１１２，１１６，１１８に動作可能に連結される。増幅器１２８ａ，１２８ｂは、プログラム可能増幅器を含むことができる。増幅器は、工場設定、現場環境、通信インタフェース２１０を介して受信したパラメータ、１つ以上のオペレータ制御に応じて且つ／又はアルゴリズム的にプログラムすることができる。加えて又は代わりに、増幅器１２８ａ，１２８ｂは、１つ以上の実質的に一定の利得段を含むことができ、低電圧信号４２２ａ，４２２ｂは、変動振幅に駆動されることができる。代わりに、出力は一定であることができ、電界は可変利得を有する電極で駆動されることができる。

電極信号伝送路２０６，２０８に出力されるパルス列又は駆動波形は、直流信号、交流信号、パルス列、パルス幅変調信号、パルス高変調信号、チョップ信号、デジタル信号、離散レベル信号、及び／又はアナログ信号を含むことができる。

一実施形態によれば、コントローラ内１１４の、外部リソース（図示せず）内の、センササブシステム（図示せず）内の、又は、コントローラ１１４、外部リソース、センササブシステム、及び／又は他の協働する回路及びプログラムに分散されたフィードバックプロセスは、電極を制御することができる。例えば、フィードバックプロセスは、少なくとも１つの第１電極によって検出された利得又は電界によって駆動された応答比に応答して、少なくとも１つの電極信号伝送路２０６，２０８に変動振幅又は電流信号を提供することができる。

センサインタフェース４１０は、燃焼及び／又は反応容積で測定された状態に対して比例する（又は反比例する、幾何学的な、積分の、微分のなど）センサデータ（図示せず）を受信又は生成することができる。

センサインタフェース４１０は、対応する領域の物理的又は化学的な状態に応答してそれぞれのセンサ１３０ａ，１３０ｂから第１及び第２入力変数を受け取ることができる。コントローラ１１４は、駆動パルス列に対して１つ以上のパラメータを決定するために、フィードバック又はフィードフォワード制御アルゴリズムを実行することができ、パラメータは、例えば、波形バッファ４１６内の値として表される。

オプションとして、コントローラ１１４は、フロー制御信号インタフェース４２４を含むことができる。フロー制御信号インタフェースは、燃焼システムを通る燃料流及び／又は空気流を制御するための流量制御信号を生成するために使用することができる。

様々な態様及び実施形態を本明細書に開示してきたが、他の態様及び実施形態も考えられる。本明細書に開示された様々な態様及び実施形態は、例示の目的のためのものであって、限定を意図するものではなく、真の範囲及び精神は、以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims (39)

1. 火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステムであって、
   火炎に過渡的多数電荷を与えるように構成された帯電電極と、
   前記過渡的多数電荷に起電力を印加するように構成された複数のフィールド電極又は電極部と、
   前記帯電電極と前記複数のフィールド電極又は電極部に動作可能に連結された電極コントローラと
   を備え、
   前記電極コントローラは、前記複数のフィールド電極又は電極部によって印加される起電力によって過渡的多数電荷の同期移送を引き起こすように構成される、火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
2. 前記火炎を支持するように構成されたバーナーをさらに備える、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
3. 前記帯電電極は、前記火炎に前記過渡的多数電荷を加えるように構成された電荷注入器をさらに備える、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
4. 前記帯電電極は、前記火炎に前記過渡的多数電荷を残すために前記火炎から過渡的少数電荷を除去するように構成された電荷喪失面をさらに備える、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
5. 前記過渡的多数電荷に起電力を印加するように構成された前記複数のフィールド電極又は電極部は、複数の独立して駆動される電極をさらに備える、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
6. 前記過渡的多数電荷に起電力を印加するように構成された前記複数のフィールド電極又は電極部は、複数の電極をさらに備え、前記複数の電極の各々は、複数の電極部を含み、各電極の前記電極部は、シールド部によって互いに分離される、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
7. 前記過渡的多数電荷に起電力を印加するように構成された前記複数のフィールド電極又は電極部は、搬送路に沿って搬送路内に配置されたフィールド電極又は電極部をさらに備える、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
8. 前記過渡的多数電荷に起電力を印加するように構成された前記複数のフィールド電極又は電極部は、搬送路に沿って搬送路の周辺に配置されたフィールド電極又は電極部をさらに備える、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
9. 前記過渡的多数電荷に起電力を印加するように構成された前記複数のフィールド電極又は電極部は、
   搬送路に沿って搬送路内に配置された１つ以上のフィールド電極又は電極部と、
   搬送路に沿って搬送路の周辺に配置された１つ以上のフィールド電極又は電極部と
   をさらに備える、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
10. 前記過渡的多数電荷に印加される起電力は、非荷電ガス粒子又はガス同伴粒子に運動量移動を与えるように選択される、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
11. 前記電極コントローラは、前記帯電電極に、一連の逆帯電した多数電荷領域に対応する過渡的多数電荷を与えさせるように構成される、請求項１に記載の火炎形状や熱分布を同期駆動するためのシステム。
12. 前記電極コントローラは、搬送路に沿って逆帯電した多数電荷領域の移動を駆動するために、前記複数のフィールド電極又は電極部に電圧のシーケンスを印加するように構成される、請求項１１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
13. 前記電極コントローラは、搬送路に沿って逆帯電した一連の多数電荷領域の移動を駆動するために、前記複数のフィールド電極又は電極部に電圧のシーケンスを印加するように構成される、請求項１１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
14. 前記電極コントローラは、前記複数のフィールド電極又は電極部に印加される電圧に対応する駆動パルスを生成するように構成された同期モータ駆動回路をさらに備える、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
15. 前記電極コントローラは、駆動パルスを前記複数のフィールド電極又は電極部に印加される電圧に増幅するように構成された１つ以上の増幅器をさらに備える、請求項１１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
16. 前記１つ以上の増幅器は３つの増幅器を含む、請求項１５に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
17. 前記電極コントローラに１つ以上の信号を提供するために動作可能に連結された１つ以上のセンサをさらに備え、
    前記１つ以上のセンサは、火炎形状、熱分布、燃焼特性、粒子含量、又は多数帯電領域位置の１つ以上に対応する１つ以上のパラメータを感知するように構成され、
    前記電極コントローラは、前記１つ以上のセンサからの前記１つ以上の信号に応答して、前記帯電電極、前記フィールド電極若しくは電極部、又は前記帯電電極及び前記フィールド電極若しくは電極部に印加される電圧に対応する駆動パルスのタイミング、シーケンス、又はタイミング及びシーケンスを選択するように構成される、請求項１に記載の火炎形状又は熱分布を同期駆動するシステム。
18. 気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法であって、
    化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることと、
    第１位置から前記第１位置と離れた第２位置までの距離にわたって電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を移動させるように電界のシーケンスを印加することと
    を含む、方法。
19. 前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種の移動はさらに、前記化学反応に関連又は近接する非荷電種を前記距離にわたって移動させるように前記非荷電種に慣性を与える、請求項１８に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
20. 前記化学反応は発熱反応を含む、請求項１８に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
21. 前記化学反応は燃焼反応を含む、請求項２０に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
22. 前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種の移動はさらに、前記発熱化学反応によって発生する熱を前記距離にわたって移動させる、請求項２０に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
23. 前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を移動させることは、加熱された粒子をある距離にわたって前記加熱された粒子の浮力に対して横方向に又は反対に移動させることを含む、請求項２０に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
24. 化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることは、第２電荷符号を有する一部の荷電粒子を前記化学反応から引き付けて前記第２電荷符号と反対の第１電荷符号を有する大部分の荷電粒子を残すことを含む、請求項１８に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
25. 化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることは、第１電荷符号を有する大部分の荷電粒子を提供するために、前記化学反応内に前記第１電荷符号を有する荷電粒子を注入することを含む、請求項１８に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
26. 化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることは、多数電荷の符号を時変シーケンスにしたがって変化させることを含む、請求項１８に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
27. 前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を第１位置から前記第１位置と離れた第２位置までの距離にわたって移動させるように電界のシーケンスを印加することは、前記第２位置に近接して又は前記第１位置と前記第２位置との間で搬送路に沿って電界を印加することをさらに含む、請求項１８に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
28. 前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を第１位置から前記第１位置と離れた第２位置までの距離にわたって移動させるために電界のシーケンスを印加することは、前記第１位置と前記第２位置との間で搬送路に沿った位置に電界のシーケンスを印加することをさらに含む、請求項１８に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
29. 前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を第１位置から前記第１位置と離れた第２位置までの距離にわたって移動させるために電界のシーケンスを印加することは、前記第１位置と前記第２位置との間で搬送路に沿って複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することことをさらに含む、請求項１８に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
30. 複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することは、
    前記搬送路に沿った第１中間位置にある電極又は電極部に、前記ガス状の又はガスに同伴された荷電種によって搬送された多数電荷を引き付けるように選択された第１電圧を印加することと、
    前記ガス状の又はガスに同伴された荷電種が前記第１中間位置にある電極又は電極部の近くにあるときに、前記第１中間位置にある電極又は電極部が電気によって浮動することを可能にするか又は前記多数電荷を引き付けないように選択された電圧に前記第１中間位置にある電極又は電極部を駆動することと
    をさらに含む、請求項２９に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
31. 複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することは、前記第１中間位置にある電極又は電極部が電気によって浮動することが可能になるか又は前記多数電荷を引き付けないように選択された電圧に駆動されたときに、前記搬送路に沿った第２中間位置にある電極又は電極部に前記第１電圧を印加することをさらに含み、
    前記搬送路に沿った前記第２中間位置にある電極又は電極部に前記第１電圧を印加することは、前記ガス状の又はガスに同伴された荷電種によって搬送された多数電荷を前記第１中間位置から前記第２中間位置に向かって引き付けるために選択される、請求項３０に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
32. 複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することは、
    前記ガス状の又はガスに同伴された荷電種が前記第１中間位置にある電極又は電極部の近くにあるときに、前記第１中間位置にある電極又は電極部が電気によって浮遊することを可能にするか又は多数電荷を引き付けないように選択された電圧に前記第１中間位置にある電極又は電極部を駆動することと、
    前記ガス状の又はガスに同伴された荷電種が前記第１中間位置から離れたときに、前記搬送路に沿った前記第１中間位置にある電極又は電極部に、前記ガス状の又はガスに同伴された荷電種によって搬送された多数電荷を遠ざけるように選択された第３電圧を印加することと
    をさらに含む、請求項２９に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
33. 複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することは、前記複数の中間位置の各々に電界の三相シーケンスを印加することをさらに含む、請求項２９に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
34. 複数の中間位置の各々に電界のシーケンスを印加することは、前記搬送路に沿った前記複数の中間位置の各々にある電極又は電極部に同期駆動電圧を印加することをさらに含み、前記同期駆動電圧は、前記ガス状の又はガスに同伴された荷電種によって搬送路に沿って搬送されるパケット化された電荷分布の移動を引き起こすように選択される、請求項２９に記載の気相又はガス同伴化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
35. 搬送路に沿ってパケット化された電荷分布の位置に対応する１つ以上のパラメータを感知することと、
    前記化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることに対応して電圧を調整することと
    をさらに含む、請求項１８に記載の化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
36. 搬送路に沿ってパケット化された電荷分布の位置に対応する１つ以上のパラメータを感知することと、
    前記化学反応に関連するガス状の又はガスに同伴された荷電種間に電荷不均衡を生じさせることに対応してタイミング又は位相を調整することと
    をさらに含む、請求項１８に記載の化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
37. 搬送路に沿ってパケット化された電荷分布の位置に対応する１つ以上のパラメータを感知することと、
    前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を移動させるために電界のシーケンスを印加することに対応して電圧を調整することと
    をさらに含む、請求項１８に記載の化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
38. 搬送路に沿ってパケット化された電荷分布の位置に対応する１つ以上のパラメータを感知することと、
    前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を移動させるために電界のシーケンスを印加することに対応してタイミング又は位相を調整することと
    をさらに含む、請求項１８に記載の化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。
39. 搬送路に沿った状態に対応する１つ以上のパラメータを感知するステップと
    前記電荷不均衡を生じさせて、前記電荷が不均衡なガス状の又はガスに同伴された荷電種を移動させるか否かを決定することと
    をさらに含む、請求項１８に記載の化学反応における化学反応物質又は生成物を搬送する方法。

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