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CN107795992A - 具有速度补偿网孔和厚度的复式燃烧器 - Google Patents

具有速度补偿网孔和厚度的复式燃烧器 Download PDF

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CN107795992A
CN107795992A CN201710724795.4A CN201710724795A CN107795992A CN 107795992 A CN107795992 A CN 107795992A CN 201710724795 A CN201710724795 A CN 201710724795A CN 107795992 A CN107795992 A CN 107795992A
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CN
China
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perforation
fuel
reaction
retainer
oxidant
Prior art date
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Pending
Application number
CN201710724795.4A
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English (en)
Inventor
道格拉斯·W·卡尔科夫
罗伯特·E·布赖登塔尔
约瑟夫·科兰尼诺
克里斯多佛·A·威克洛夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clearsign Technologies Corp
Original Assignee
Clearsign Combustion Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • F23Q7/06—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners
    • F23Q7/10—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners for gaseous fuel, e.g. in welding appliances
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Abstract

本发明题为“具有速度补偿网孔和厚度的复式燃烧器”。本发明提供了一种燃烧系统，所述燃烧系统包括穿孔反应保持器，所述穿孔反应保持器具有穿孔，所述穿孔被限定为补偿跨所述穿孔反应保持器的输入面接收的燃料和/或氧化剂的非均匀速度。

Description

具有速度补偿网孔和厚度的复式燃烧器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2016年9月7日提交的标题为“DUPLEX BURNER WITH VELOCITY-COMPENSATED MESH AND THICKNESS”的美国临时专利申请62/384,696(代理人案卷号2651-217-02)的优先权权益；该申请在不抵触本文的公开内容的程度上以引用方式并入。
发明内容
穿孔反应保持器也称为穿孔火焰保持器，在以下文献中有所公开：2014年2月14日提交的名称为“FUEL COMBUSTION SYSTEM WITH A PERFORATED REACTION HOLDER”的PCT专利申请PCT/US2014/016632(代理人案卷号2651-188-04)；2014年2月14日提交的标题为“SELECTABLE DILUTION LOW NOX BURNER”的PCT专利申请PCT/US2014/016626(代理人案卷号2651-167-04)；2014年2月14日提交的标题为“PERFORATED FLAME HOLDER AND BURNERINCLUDING A PERFORATED FLAME HOLDER”的PCT专利申请PCT/US2014/016628(代理人案卷号2651-172-04)；以及2014年2月14日提交的标题为“STARTUP METHOD AND MECHANISM FORA BURNER HAVING A PERFORATED FLAME HOLDER”的PCT专利申请PCT/US2014/016622(代理人案卷号2651-204-04)；以上每个专利申请在不抵触本文的公开内容和权利要求的程度上全文以引用方式并入。
如本文以各种方式所述，燃烧系统可得益于利用穿孔反应保持器，更具体地讲得益于具有穿孔的穿孔反应保持器，这些穿孔被配置成补偿跨穿孔反应保持器所接收的燃料和氧化剂混合物的非均匀速度。此类补偿提升了穿孔反应保持器内的燃烧效率。
根据一个实施方案，燃烧系统包括燃烧室、燃料和氧化剂源、以及穿孔反应保持器。燃料和氧化剂源被取向成将燃料和氧化剂发射到燃烧室中。穿孔反应保持器被设置在燃烧室中，并被取向成在输入面处容纳燃料和氧化剂。穿孔反应保持器限定不同尺寸的多个穿孔，其中选择按尺寸排列的穿孔，以当跨穿孔反应保持器的宽度以不同速度接收燃料和氧化剂时将燃烧反应容纳在每个穿孔内。
根据一个实施方案，一种使用燃烧系统的方法包括围绕燃料和氧化剂传播轴从燃料和氧化剂源发射燃料和氧化剂，使得燃料和氧化剂传播轴处的燃料和氧化剂的平均速度高于燃料和氧化剂传播轴周边位置处的燃料和氧化剂的平均速度。燃料和氧化剂容纳在燃烧室中支撑的穿孔反应保持器的输入面，其中穿孔反应保持器具有多个穿孔，这些穿孔被设置为在穿孔反应保持器的输入面与输出面之间延伸。燃烧反应受到至少部分地位于多个穿孔的中心穿孔内以及多个穿孔的周边穿孔中的燃料和氧化剂的支持，该中心穿孔具有第一尺寸，该周边穿孔具有与第一尺寸不同的第二尺寸。该中心穿孔被设置在穿孔反应保持器的中心区域，该中心区域与燃料和氧化剂传播轴大致同轴对齐，并且该周边穿孔被设置在周边区域中，该周边区域在轴向上位于中心区域周边。对相应中心穿孔和周边穿孔的第一尺寸和第二尺寸进行选择，以补偿在该中心穿孔和该周边穿孔的输入面处接收的燃料和氧化剂的燃料和氧化剂平均速度差值。
附图说明
图1为根据一个实施方案的包括穿孔反应保持器的燃烧系统的简化侧视图。
图2为根据一个实施方案的包括穿孔反应保持器的燃烧器系统的简化透视图。
图3A至图3B示出根据一个实施方案的图1和图2的穿孔反应保持器的一部分的侧面剖视图。
图4为根据一个实施方案的流程图，示出了用于操作包括图1、图2和图3的穿孔反应保持器的燃烧器系统的方法。
图5A为根据一个实施方案的工作中的燃料源的简化透视图。
图5B为根据一个实施方案的燃料和氧化剂源以及穿孔反应保持器的简化透视图。
图6A为根据一个实施方案的具有多种穿孔尺寸的穿孔反应保持器的顶视图。
图6B为根据一个实施方案的图6A的穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图6C为根据另一个实施方案的图6A的穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图6D为根据一个实施方案的具有各种长度和横向尺寸的穿孔的穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图7A为根据一个实施方案的具有多种穿孔尺寸的穿孔反应保持器的顶视图。
图7B为根据一个实施方案的图7A的穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图7C为根据另一个实施方案的图7A的穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图8A为根据一个实施方案的具有多种穿孔长度的穿孔反应保持器的顶视图。
图8B根据一个实施方案的图8A的穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图9A至图9B为根据一个实施方案的具有各种穿孔长度且具有连续输出面的另选穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图10为根据一个实施方案的具有穿孔的穿孔反应保持器的侧面剖视图，这些穿孔跨从中心轴到中心区域横向范围的距离在横向尺寸上增加，而周边区域的穿孔可设定为均匀尺寸。
图11为根据一个实施方案的平铺的具有多种穿孔尺寸的穿孔反应保持器的顶视图。
图12A至图12C为根据一个实施方案的具有分层的中心区域的穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图13A至13C为根据实施方案的平铺的穿孔反应保持器的侧面剖视图。
图14为根据一个实施方案的流程图，示出了用于操作包括本发明所公开的穿孔反应保持器的燃烧器系统的方法。
图15A为根据一个实施方案的包括网状陶瓷穿孔反应保持器的燃烧系统的简化透视图。
图15B为根据一个实施方案的图15A的网状陶瓷穿孔反应保持器的一部分的简化侧面剖视图。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，参考形成本文的一部分的附图。除非在上下文中另外指明，否则在附图中类似的符号通常表示类似的部件。在具体实施方式、附图和权利要求中所述的示例性实施方案并非旨在进行限制。在不脱离本文所呈现的主题的实质或范围的前提下，可采用其他实施方案并且可作出其他改变。
图1为根据一个实施方案的燃烧系统100的简化图，该燃烧系统包括被配置为定位在燃烧室104中的穿孔反应保持器102。燃料和氧化剂源202沿着并围绕燃料和氧化剂传播轴提供燃料和氧化剂，通常(但并非总是)在燃料孔的正前方。平均起来，特定方向(例如排放方向)上的燃料的速度沿着燃料和氧化剂传播轴为最高，并随着远离燃料和氧化剂传播轴而逐渐降低。本文公开的实施方案包括穿孔反应保持器102的特征结构，该特征结构被配置为补偿跨穿孔反应保持器102的输入面212(参见图2)所接收的燃料和氧化剂的非均匀速度。在图1中，此类补偿特征结构包括穿孔反应保持器102的中心区域120，该中心区域与穿孔反应保持器102的中心轴106的是同中心的，并且具有尺寸与周边区域130中的穿孔不同的穿孔，如下文更详细地描述。例如，中心区域120可具有更大的厚度尺寸，如图1中所示。尽管通常在几何学上恰当，中心轴上的术语“中心”是出于便利而使用，并且中心轴106可穿过穿孔反应保持器102的几何中心之外的位置。中心轴106相对于穿孔反应保持器102上的燃料和氧化剂冲击是位于中心的。即，中心轴106将与燃料和氧化剂传播轴轴向对齐。
根据一种解释，和较低速度的燃料和氧化剂相比，更高速度的燃料和氧化剂混合物在给定的距离内需要更多的热才可点火和燃烧。另选地，和低速燃料和氧化剂混合物相比，在给定温度下可能需要更大的距离才可点火并有效地燃烧高速燃料和氧化剂混合物。因此，为了补偿跨穿孔反应保持器102的燃料和氧化剂的非均匀质量流动速度，穿孔反应保持器102可包括至少两个穿孔区：(1)围绕中心轴106并具有第一尺寸的穿孔的第一区；以及(2)轴向上在第一区周边的第二区，该第二区旨在接收较低平均速度的燃料和氧化剂，并具有第二尺寸的穿孔，该第二尺寸不同于第一尺寸。自然可包括中间区以更加精细地解决速度差值问题。
根据一种解释，至少可独立或一起应用穿孔尺寸的两个变型，以允许跨穿孔反应保持器的燃料和氧化剂的更加均匀的加热和点火，方法是补偿在穿孔反应保持器的不同区接收的燃料和氧化剂的速度差值。在第一变型中，穿孔反应保持器102的不同区可包括穿孔，这些穿孔具有相应不同的横向尺寸。在第二变型中，穿孔反应保持器102的不同区可包括穿孔，这些穿孔在穿孔反应保持器的输入面和输出面之间具有相应不同的长度。可应用这些穿孔尺寸差值的组合，从而以较小的量放大效应，以及/或者达到比可通过仅一个方向上的尺寸差异实现的效果更大的效果。
对于给定的穿孔长度，第一区中的穿孔可按顺序具有比第二区中穿孔更小的横向尺寸，从而来自穿孔壁的热能相对更快地对更高速度的燃料和氧化剂进行加热和点火。理想情况下，穿孔的横向尺寸使得提供给燃料和氧化剂的热能对应于燃料和氧化剂速度，同时仍然允许来自燃烧反应的热能由穿孔反应保持器102充分吸收，以自行维持燃烧反应。如果穿孔的横向尺寸使得从穿孔壁提供给燃料和氧化剂的热能对于给定燃料和氧化剂速度来讲过高，燃烧可能会过快发生，并且燃烧反应可能产生不需要的燃烧产物。此外，过早或过快的燃烧可能产生比穿孔壁可热吸收或处理的量更多的能量，从而可能损坏结构和/或浪费能量。幸运地是，穿孔反应保持器102的温度可通过更改燃料和氧化剂的传输速率(由此更改燃烧的速率)来控制。
根据一个实施方案，穿孔可能并非直的，并且各个穿孔在穿孔反应保持器的输入表面和输出表面之间延伸时，可不具有均匀的横截面尺寸。例如，根据一个实施方案，穿孔反应保持器可为具有穿孔的网状陶瓷穿孔反应保持器(图15A和图15B)，这些穿孔被定义为构成网状穿孔反应保持器的网状纤维之间的通道。穿孔在穿孔反应保持器的输入表面和输出表面之间延伸时可扭曲和发生分支。因此，中心穿孔可由平均尺寸表征，该平均尺寸不同于周边穿孔的平均尺寸。平均尺寸可包括一个或多个平均长度、平均宽度、平均横截面积或另一类型的尺寸。因此，尽管有许多图示出了带有穿孔的穿孔反应保持器，这些穿孔在垂直方向上大体为直的并且沿着其长度各自具有基本均匀的横向尺寸，图中所示的原理扩展至并非直的穿孔，并且各个穿孔具有不同于其长度的横向尺寸。
在讨论特定实施方案的详细信息之前，以下与图2至图4有关的讨论提供发明人设计的穿孔反应保持器及其功能和使用的综述性讨论。图5A至图14讨论了解决上述质量流动速度差值的实施方案。
图2为根据一个实施方案的燃烧系统200的简化图，该燃烧器系统包括被配置成保持燃烧反应的穿孔反应保持器102。如本文所用，除非提供了进一步定义，术语穿孔反应保持器、穿孔火焰保持器、多孔火焰保持器、多孔反应保持器、复式以及复式贴片将被视为同义。
发明人进行的实验显示，本文所述的穿孔反应保持器102可支持非常洁净的燃烧。具体地讲，在系统200的从中试到全尺寸规模的实验性使用中，氮氧化物(NOx)的输出经测量为从低的个位数百万分数(ppm)下降至堆叠下的NOx的检测不到(少于1ppm)浓度。在工业炉应用的典型堆叠温度(1400℉-1600℉)下，在3％(干燥)氧气(O2)浓度和检测不到的一氧化碳(CO)下测得这些显著的结果。此外，这些结果不需要任何特别的举措，诸如选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、水/蒸汽注入、外部烟道气再循环(FGR)或常规燃烧器甚至为了接近此类洁净燃烧而可能需要的其他极端条件。
根据实施方案，燃烧器系统200包括被设置成将燃料和氧化剂输出到燃烧体积204中形成燃料和氧化剂混合物206的燃料和氧化剂源202。如本文所用，根据上下文，除非提供了进一步定义，术语“燃料和氧化剂混合物”和“燃料流”可互换使用并被视为同义。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则术语燃烧体积、燃烧室、炉体积等应被认为是同义的。穿孔反应保持器102被设置在燃烧体积204中，并被定位成跨输入面212接收燃料和氧化剂混合物206。
图3A和图3B示出根据一个实施方案的图1和图2的穿孔反应保持器102的一部分的侧面剖视图300。参见图2和图3A，穿孔反应保持器102包括限定多个穿孔210的穿孔反应保持器主体208，所述多个穿孔对齐以接收来自燃料和氧化剂源202的燃料和氧化剂混合物206(参见图1和图2)。穿孔210被配置成共同地保持由燃料和氧化剂混合物206支撑的燃烧反应302。
燃料可包括氢、烃类气体、汽化的烃类液体、雾化的烃类液体或粉状或粉碎的固体。燃料可以是单一种类或可包括气体、蒸汽、雾化液体和/或粉碎的固体的混合物。例如，在过程加热器应用中，燃料可包括燃料气体或来自该过程的副产物，该副产物包括一氧化碳(CO)、氢气(H2)和甲烷(CH4)。在另一种应用中，燃料可包括天然气(主要是CH4)或丙烷(C3H8)。在另一种应用中，燃料可包括2号燃料油或6号燃料油。发明人类似地设想了双燃料应用和灵活燃料应用。氧化剂可包括由空气、烟道气携带的氧和/或可包括另一种氧化剂，该氧化剂为纯的或由载体气体携带。在本文中，术语氧化剂和助燃剂应被认为是同义的。
根据一个实施方案，穿孔反应保持器主体208可由被设置成接收燃料和氧化剂混合物206的输入面212、背离燃料和氧化剂源202的输出面214、和限定穿孔反应保持器102的横向范围的外周表面216界定。由穿孔反应保持器主体208限定的所述多个穿孔210从输入面212延伸到输出面214。所述多个穿孔210可在输入面212处接收燃料和氧化剂混合物206。然后，燃料和氧化剂混合物206可在所述多个穿孔210内或附近燃烧，并且燃烧产物可在输出面214处或附近离开所述多个穿孔210。
根据一个实施方案，穿孔反应保持器102被配置成将大部分的燃烧反应302保持在穿孔210内。例如，在稳态基础上，由燃料和氧化剂源202输出到燃烧体积204中的燃料分子的一半以上可在穿孔反应保持器102的输入面212和输出面214之间被转化为燃烧产物。根据另选的解释，可在穿孔反应保持器102的输入面212和输出面214之间生成由燃烧反应302输出的热量或热能的一半以上。如本文所用，除非提供了进一步定义，术语热量、热能和热能量将被视为同义。如上文所用，热能和热能量大体是指能量，初始由反应物以化学形式保持，该能量在燃烧反应302期间以热量的形式释放。如本文其他地方所用，热量、热能和热能量对应于由热容表征的实际主体发生的可检测的温度上升。在标称操作条件下，穿孔210可被配置成共同将至少80％的燃烧反应302保持在穿孔反应保持器102的输入面212和输出面214之间。在一些实验中，发明人生成了明显全部包含在穿孔反应保持器102的输入面212和输出面214之间的穿孔210中的燃烧反应302。根据另选的解释，当燃烧是“按时间平均”时，穿孔反应保持器102可支撑输入面212和输出面214之间的燃烧。例如，在瞬态过程中，如在穿孔反应保持器102被充分加热前，或如果将过多(冷)负荷置于系统上，则燃烧可能从穿孔反应保持器102的输出面214某种程度地向下游行进。另选地，如果冷却负荷相对较低和/或加热炉温度达到高水平，燃烧可一定程度地在穿孔反应保持器102的输入面212的上游行进。
虽然以便于描述的方式描述了“火焰”，但应当理解，在某些情况下，不存在可见火焰。燃烧主要出现在穿孔210中，但是燃烧热的“辉光”主要是穿孔反应保持器102本身的可见辉光。在其他情况下，发明人已注意到瞬态“回火”或“吹气”，其中在位于穿孔反应保持器102的输入面212和燃料喷嘴218之间的区中、在稀释区DD内瞬间点燃可见火焰。此类瞬态回火或吹气通常持续时间很短，使得在按时间平均的基础上，燃烧的大部分是在穿孔反应保持器102的穿孔210中、在输入面212和输出面214之间发生的。在另外的情况下，发明人已经注意到在穿孔反应保持器102的输入面214的下游发生的明显燃烧，但是仍然有大部分燃烧发生在穿孔反应保持器102中，如由观察到的来自穿孔反应保持器102的持续可见辉光所证实的那样。
穿孔反应保持器102可被配置成接收来自燃烧反应302的热量并且将所接收的热量的一部分作为热辐射304输出到燃烧体积204之中或附近的热接收结构(例如炉壁和/或辐射段工作流体管)。如本文所用，除非提供进一步的定义，否则术语辐射、热辐射、辐射热、热量辐射等应被理解为大体上同义的。具体而言，此类术语涉及电磁能量的黑体类型辐射，主要是在红外波长上，但是由于穿孔反应保持器主体208的温度升高，也在可见波长上。
参见图3A中的实施方案300，穿孔火焰保持器102将所接收的热量304的另一部分输出到在穿孔反应保持器102的输入面212处接收的燃料和氧化剂混合物206。穿孔反应保持器主体208可至少在穿孔壁308的热量接收区306中接收来自燃烧反应302的热量。实验证据已向发明人表明，热量接收区域306的位置或至少对应于热接收最大速率的位置可沿着穿孔壁308的长度变化。在一些实验中，最大热接收量的位置在从输入面212到输出面214距离的1/3和1/2之间(即与输出面214相比离输入面212略近一些的位置)被感知。发明人设想了，在其他条件下，热量接收区306可位于距穿孔反应保持器102的输出侧214更近的位置。最有可能的是，热量接收区域306(或就此而言，在下文中描述的热量输出区域310)没有清晰限定的边缘。但为了便于理解，热量接收区306和热量输出区310将被描述为特定区306、310。
穿孔反应保持器主体208可通过热容表征。穿孔反应保持器主体208可保持量对应于热容乘以温度上升的来自燃烧反应302的热能量，并将来自热量接收区306的热能量传递至穿孔壁308的热量输出区310。通常，热量输出区域310比热量接收区域306更靠近输入面212。根据一种解释，穿孔反应保持器主体208可通过热辐射将来自热量接收区306的热量传递至热量输出区310，在图中示为304。根据另一种解释，穿孔反应保持器主体208可通过热传导沿着热传导路径312将来自热量接收区306的热量传递至热量输出区310。发明人设想多个热传输机构进行工作，从热接收区306到热输出区310传输热量，这些机构包括传导、辐射机构并可能包括对流机构。以这种方式，即使在由常规反应保持器支持时燃烧反应302将不稳定的条件下，穿孔反应保持器102仍可充当热源以维持燃烧反应302。
穿孔反应保持器102可使得燃烧反应302在邻近穿孔210的壁308形成的热界面层314内开始。在燃烧大体被理解为包括大量单独反应的情况下，由于大部分燃烧能量在穿孔反应保持器102内释放，显然至少大部分单独的反应在穿孔反应保持器102内发生。
随着相对冷的燃料和氧化剂混合物206接近输入面212，混合物流被分为分别流过各穿孔210的部分。随着越来越多的热量被传递至进入的燃料和氧化剂混合物206，热的穿孔反应保持器主体208将热量传递给流体，特别是在厚度渐增的热边界层314中。达到燃烧温度(例如，燃料的自燃温度)后，在化学点火延迟时间过去期间反应物继续流动，在这期间发生燃烧反应302。因此，燃烧反应302被图示为发生在热边界层314中。随着流动的进行，热边界层314在合并点316处合并。理想的是，合并点316位于输入面212和限定穿孔210的末端的输出面214之间。在沿着穿孔210的长度的一些位置，燃烧反应302将比接收自穿孔反应保持器主体208的热量更多的热量输出至穿孔反应保持器主体208。热量在热量接收区306处被接收，由穿孔反应保持器主体208保持，并被传输至更靠近输入面212的热量输出区310，热量在该热量输出区被传输至冷反应物(以及任一所包括的稀释剂)以将这些反应物升至点火温度。
在一个实施方案中，所述多个穿孔210通过长度L来表征，长度L被定义为穿孔反应保持器102的输入面212和输出面214之间的反应流体传播路径长度。如本文所用，术语反应流体是指在穿孔210中行进的物质。在输入面212附近，反应流体包括燃料和氧化剂混合物206(任选地包括氮气、烟道气和/或其他“非反应性”物质)。在燃烧反应区内，反应流体可包括与燃烧反应302关联的等离子、反应物的分子及其组成部分、任何非反应性物质、反应中间体(包括过渡状态)以及反应产物。在输出面214附近，反应流体可包括反应产物和副产物、非反应性气体以及过量的氧化剂。
所述多个穿孔210可各自通过相对穿孔壁308之间的横向尺寸D来表征。发明人已发现，如果每个穿孔210的长度L是穿孔210的横向尺寸D的至少4倍，则在特定的燃料供应速率下可在穿孔反应保持器102中维持稳定燃烧。在其他实施方案中，长度L可为横向尺寸D的6倍以上。例如，已经在L为横向尺寸D的至少8倍、至少12倍、至少16倍和至少24倍的情况下进行实验。优选地，长度L长到足以使得在流经穿孔210的反应流体中热边界层314邻近穿孔壁308而形成，以在穿孔反应保持器的输入面212和输出面214之间的穿孔210内会聚于合并点316处。在实验中发明人发现，L/D比率介于12至48之间时能很好地工作(即产生低NOx，产生低CO，并维持稳定燃烧)。
穿孔反应保持器主体208可被配置为在相邻穿孔210之间传输热量。在相邻穿孔210之间传输的热量可被选择为使得从第一穿孔210中的燃烧反应部分302输出的热量供应热量来稳定相邻穿孔210中的燃烧反应部分302。
但已观察到跨穿孔反应保持器102的输入面212，燃料和空气混合物206的质量流动速度不均匀。例如，平均起来，质量流动速度可在接近标称燃料或氧化剂输送轴(诸如燃料和氧化剂传播轴)时达到最高，并且可随着远离燃料/氧化剂输送轴而减小。因此和位于或接近燃料/氧化剂输送轴的燃烧反应相比，穿孔反应保持器102周边的穿孔210中的燃烧反应302可产生更少的热能量和/或可输出更多未燃烧的反应物。在穿孔反应保持器102的环形(或周边)区，燃烧反应302可仅部分在穿孔210内受支持，这由低于通过环形区轴向上穿孔反应保持器102的一部分的更高质量流动速度的质量流动速度表征。另选地，在启动期间，在穿孔反应保持器102的椭圆区中燃烧反应可仅至少部分在穿孔210内受支持，这由低于通过椭圆区圆周上的穿孔反应保持器102的一部分的更高质量流动速度的质量流动速度表征。相比之下已确认，如果以足够的速率提供燃料和氧化剂以在环形/周边区域实现有效的燃烧，则在周边区域130轴向上的穿孔210上的燃烧反应302可能以过高温度燃烧，导致不可取的效果，诸如燃烧室104、燃烧器等劣化，或者损害处理的材料或加热的流体。
图3B中的实施方案300示出了穿孔反应保持器102的周边区域上的燃烧反应302，其中穿孔210的尺寸未设定为补偿上述质量流动速度中的差值。周边区域较低的质量流动速度使得热界面层314在点316B合并，和图3A中所示的更高质量流动速度的情况相比，该点明显更靠近输入表面212。因此，在穿孔壁308的接收区306接收并辐射或对流至热输出区310的热能量可能不足或者不一致地不足，而无法维持送入的燃料和氧化剂混合物206的点火。相反地，接收自穿孔反应保持器102的热量可能不足以点火或完全消耗以较低质量流动速度接收的燃料和氧化剂。即是说，根据一种解释，较低的质量流动速度可另选地导致不完全燃烧，该不完全燃烧可导致让穿孔210的壁308焦化的未燃烧的燃料或中间体燃烧产物，可能缩小或甚至封闭穿孔210。
再次参见图2，燃料和氧化剂源202还可包括被配置成输出燃料的燃料喷嘴218和被配置成输出包括氧化剂的流体的氧化剂源220。例如，燃料喷嘴218可被配置成输出纯的燃料。氧化剂源220可被配置成输出携带氧的助燃空气，以及/或者任选的再循环烟道气。
可由穿孔反应保持器支撑结构222保持穿孔反应保持器102，该穿孔反应保持器支撑结构被配置成使穿孔反应保持器102与燃料喷嘴218保持稀释距离DD。在一些实施方案中，穿孔反应保持器102可在燃烧室104内由多个轨道支撑，如原国际公布WO 2016/007564中所述，该国际公布以引用方式并入本文。燃料喷嘴218可被配置成发射所选择的燃料射流来挟带氧化剂，以随着燃料射流和氧化剂沿一定路径通过燃料喷嘴218和穿孔反应保持器102之间的稀释距离DD行进至穿孔反应保持器102而形成燃料和氧化剂混合物206。除此之外或另选地(特别是当鼓风机用于递送助燃空气中的氧化剂时)，氧化剂或助燃空气源220可被配置成挟带燃料并且燃料和氧化剂206行进通过稀释距离DD。在一些实施方案中，可提供烟道气再循环路径224。除此之外或另选地，燃料喷嘴218可被配置成发射所选择的燃料射流，以随着燃料射流行进通过燃料喷嘴218和穿孔反应保持器102的输入面212之间的稀释距离DD而挟带氧化剂以及挟带烟道气。
燃料喷嘴218可被配置成通过一个或多个燃料孔口226发射燃料，所述燃料孔口具有被称为“喷嘴直径”的内径尺寸。穿孔反应保持器支撑结构222可支撑穿孔反应保持器102以在离燃料喷嘴218的距离是喷嘴直径的不止20倍的距离DD处接收燃料和氧化剂混合物206。在另一个实施方案中，穿孔反应保持器102被设置成在离燃料喷嘴218的距离是喷嘴直径的100至1100倍的距离DD处接收燃料和氧化剂混合物206。优选地，穿孔反应保持器支撑结构222被配置成在距离燃料喷嘴218距离为约喷嘴直径的约200或更多倍的位置保持穿孔反应保持器102。当燃料和氧化剂混合物206行进的距离是喷嘴直径的约200倍或更多时，混合物充分匀化以让燃烧反应302生成最低NOx。
根据一实施方案，燃料和氧化剂源202可另选地包括预混燃料和氧化剂源。预混燃料和氧化剂源可包括预混室(未示出)、被配置成输出燃料至预混室内的燃料喷嘴、以及被配置成输出氧化剂至预混室内的氧化剂(例如助燃空气)通道。阻焰器(未示出)可设置在预混燃料和氧化剂源与穿孔反应保持器102之间，并被配置成阻止火焰回火至预混燃料和氧化剂源内。
无论是被配置成用于挟带在燃烧体积204中还是用于预混，氧化剂源220都可包括被配置成推动氧化剂经过燃料和氧化剂源202的鼓风机。
支撑结构222可被配置成例如从燃烧体积204的底部或壁(未示出)支撑穿孔反应保持器102。在另一个实施方案中，支撑结构222从燃料和氧化剂源202支撑穿孔反应保持器102。另选地，支撑结构222可从顶上部结构(诸如在向上点火系统情况下的烟道)悬挂穿孔反应保持器102。支撑结构222可沿各个取向和方向支撑穿孔反应保持器102。
穿孔反应保持器102可包括单个穿孔反应保持器主体208。在另一个实施方案中，穿孔反应保持器102可包括共同提供平铺的穿孔反应保持器102的多个相邻的穿孔反应保持器区段(例如贴片)。
穿孔反应保持器支撑结构222可被配置成支撑所述多个穿孔反应保持器区段。穿孔反应保持器支撑结构222可包括金属超合金、胶粘材料和/或陶瓷耐火材料。在一个实施方案中，所述多个相邻穿孔反应保持器区段可通过纤维增强耐火胶粘材料连接。
穿孔反应保持器102可具有在外周表面216的相对侧之间的宽度尺寸W，该宽度尺寸为输入面212和输出面214之间的厚度尺寸T的至少2倍。在另一个实施方案中，穿孔反应保持器102可具有在外周表面216的相对侧之间的宽度尺寸W，该宽度尺寸为穿孔反应保持器102的输入面212和输出面214之间的厚度尺寸T的至少3倍、至少6倍或至少9倍。
在一个实施方案中，穿孔反应保持器102的宽度尺寸W可小于燃烧体积204的宽度。这可允许从穿孔反应保持器102上方至下方的烟道气循环路径224位于穿孔反应保持器102的外周表面216和燃烧体积壁(未在图2中示出)之间。
再次参见图2、图3A和图3B，穿孔210可为任何形状。在一个实施方案中，穿孔210可包括伸长的正方形，每个正方形具有介于正方形的相对侧之间的横向尺寸D。在另一实施方案中，穿孔210可包括伸长的六边形，每个六边形具有介于六边形相对侧之间的横向尺寸D。在另一个实施方案中，穿孔210可包括中空圆筒，每个中空圆筒具有对应于圆筒直径的横向尺寸D。在另一个实施方案中，穿孔210可包括截头圆锥体或截棱锥(例如截头)，每个截头圆锥体或截棱锥具有相对于长度轴径向对称的横向尺寸，该长度轴从输入面212延伸到输出面214。在一些实施方案中，基于标准参考条件，穿孔210可各自具有等于或大于火焰淬熄距离的横向尺寸D。另选地，穿孔210可具有小于标准参考淬火距离的横向尺寸D。
在一些实施方案中，所述多个穿孔210中的每个穿孔具有介于0.05英寸和1.0英寸之间的横向尺寸D。优选地，所述多个穿孔210中的每个穿孔具有介于0.1英寸和0.5英寸之间的横向尺寸D。例如，所述多个穿孔210可各自具有约0.2英寸至0.4英寸的横向尺寸D。
穿孔反应保持器102的空隙率被定义为穿孔反应保持器102的一个区段中的所有穿孔210的总体积除以包括主体208和穿孔210的穿孔反应保持器102的总体积。穿孔反应保持器102应具有介于0.10和0.90之间的空隙率。在一个实施方案中，穿孔反应保持器102可具有介于0.30和0.80之间的空隙率。在另一个实施方案中，穿孔反应保持器102可具有约0.70的空隙率。已发现，使用约0.70的空隙率对于产生非常低的NOx尤其有效。
穿孔反应保持器102可由纤维增强浇铸耐火材料和/或诸如硅酸铝材料的耐火材料形成。例如，穿孔反应保持器102可由莫来石或堇青石形成。除此之外或另选地，穿孔反应保持器主体208可包括金属超合金，诸如铬镍铁合金或哈斯特洛伊耐蚀镍基合金。穿孔反应保持器主体208可限定蜂窝结构。例如，穿孔反应保持器102的蜂窝结构形状可由得自南卡罗来纳州多拉维尔的应用陶瓷公司(Applied Ceramics,Inc.of Doraville,SouthCarolina)的VERSAGRID陶瓷蜂窝结构形成。蜂窝结构是工业专门术语，无需严格指代六边形横截面，并且最通常的情况下包括正方形横截面单元。其他横截面区的蜂窝结构也是已知的。
穿孔210可彼此平行并垂直于输入面212和输出面214。在另一个实施方案中，穿孔210可彼此平行并与输入面212和输出面214成一角度而形成。在另一个实施方案中，穿孔210可彼此之间不平行。在另一个实施方案中，穿孔210可彼此之间不平行且不相交。在另一个实施方案中，穿孔210可以相交。主体208可为一体式或可由多个区段形成。
在另一个实施方案中，穿孔反应保持器102可由网状陶瓷材料形成。术语“网状”指的是网状结构。网状陶瓷材料通常的制备方法为将浆液溶解到指定的孔隙度的海绵中，让浆液硬化，并烧掉海绵，再固化陶瓷。
在另一个实施方案中，该实施方案不一定为首选，穿孔反应保持器102可由已穿孔、钻孔或铸造形成通道的陶瓷材料形成。
在另一个实施方案中，穿孔反应保持器102可包括捆绑在一起的多个管材或管。所述多个穿孔210可包括中空圆柱体，并任选地还可在捆绑的管材之间具穿孔隙空间。在一个实施方案中，所述多个管材可包括陶瓷管。耐火胶粘材料可被包括在管材之间，并被配置成将该管材粘附在一起。在另一个实施方案中，所述多个管材可包括金属(例如超合金)管。可由环绕所述多个管材并被布置成将所述多个管材保持在一起的金属拉伸构件将所述多个管材保持在一起。金属拉伸构件可包括不锈钢、超合金金属丝和/或超合金金属带。
穿孔反应保持器主体208可另选地包括堆叠或分层的穿孔材料板，每个板均具有与在底下的板和压在上面的板的开口连接的开口。穿孔板可包括穿孔金属板、陶瓷板和/或膨胀板。在另一个实施方案中，穿孔反应保持器主体208可包括不连续填料体，使得穿孔210在不连续填料体之间的孔隙空间中形成。在一个示例中，不连续填料体包括规整填料形状。在另一个示例中，不连续填料体包括随机填料形状。例如，不连续填料体可包括陶瓷拉歇尔环、陶瓷贝尔鞍形填料、陶瓷矩鞍形填料、和/或金属环、或可由金属保持架保持在一起的其他形状(例如超级拉歇尔环)。
发明人设想了对于为何包括穿孔反应保持器102的燃烧器系统提供此类洁净燃烧的各种解释。
根据一个实施方案，即使在由常规火焰保持器支撑时燃烧反应302将不稳定的条件下，穿孔反应保持器102仍可充当热源以维持燃烧反应302。可利用该能力以使用比通常可行更贫乏的燃料与氧化剂混合物来支撑燃烧。因此根据一个实施方案，在燃料流206接触穿孔反应保持器102的输入面212的位置，燃料流206的平均燃料对氧化剂比率低于燃料流206的燃料组分的(常规)燃烧下限。燃烧下限定义燃料的最低浓度，当为普通大气压和25℃(77℉)的环境温度时，在该浓度下燃料和氧化剂混合物206将在接触临时点火源时燃烧。
已发现本文所述的穿孔反应保持器102和包括穿孔反应保持器102的系统提供CO的基本完全燃烧(个位数ppm下至检测不到的浓度，具体取决于实验条件)，同时支持低NOx。根据一种解释，可通过用于降低峰值火焰温度的充分混合(除了其他策略之外)来达到该性能。在轻微富燃料状态下，火焰温度趋于达到峰值，这在非充分混合的任何扩散火焰中显而易见。通过充分混合，在燃烧前可实现均一化和轻微贫燃料混合物。该组合可使得火焰温度降低，并因此减少NOx的形成。在一个实施方案中，“轻微贫燃料”可指3％O2，即约0.87的等同比率。可使用甚至更贫燃料的混合物，但是可导致O2含量升高。此外，发明人认为，穿孔壁308可充当燃烧流体的散热器。该效应另选地或除此之外可降低燃烧温度并减少NOx。
根据另一种解释，如果燃烧反应302发生在一个非常短的持续时间内，则可降低NOx的产生。快速燃烧使得反应物(包括氧和挟带的氮)暴露于NOx形成温度的时间短到不足以使NOx形成动力学导致NOx的显著产生。与常规火焰相比，反应物经过穿孔反应保持器102所需的时间非常短。因此，与穿孔反应保持器燃烧相关联的低NOx产生可与反应物(和挟带的氮)经过穿孔反应保持器102所需的较短持续时间有关。
图4为流程图，示出了用于操作包括本文示出和所述的穿孔反应保持器的燃烧器系统的方法400。为了操作包括穿孔反应保持器的燃烧器系统，首先加热穿孔反应保持器至足够维持燃料和氧化剂混合物燃烧的温度。
根据简化描述，方法400从步骤402开始，其中将穿孔反应保持器预热至启动温度TS。穿孔反应保持器上升至启动温度后，方法进行到步骤404，其中向穿孔反应保持器提供燃料和氧化剂，并由穿孔反应保持器保持燃烧。
根据更加详细的描述，步骤402从步骤406开始，其中向穿孔反应保持器提供启动能量。与提供启动能量同时或在提供启动能量后，决定步骤408确定穿孔反应保持器的温度T是否等于或高于启动温度TS。只要穿孔反应保持器的温度低于其启动温度，该方法就在预热步骤402中的步骤406和408之间循环。在步骤408中，如果穿孔反应保持器的至少一个预定部分的温度T大于或等于启动温度，则方法400进行到总步骤404，其中向穿孔反应保持器提供燃料和氧化剂，并由穿孔反应保持器保持燃烧。
步骤404可被分解为其中的至少一些步骤可同时发生的若干分立的步骤。从步骤408开始，向穿孔反应保持器提供燃料和氧化剂混合物，如步骤410所示。例如，可由包括单独的燃料喷嘴和养护剂(例如助燃空气)源的燃料和氧化剂源提供燃料和氧化剂。在这个方法中，沿着选定的一个或多个方向输出燃料和氧化剂，以使得由穿孔反应保持器的输入面接收燃料和氧化剂混合物。燃料可挟带助燃空气(或另选地，助燃空气可稀释燃料)，以在为可保持在穿孔反应保持器的穿孔内的稳定燃烧反应选择的燃料稀释度下，在穿孔反应保持器的输入面提供燃料和氧化剂混合物。
进行到步骤412，通过穿孔反应保持器保持燃烧反应。
在步骤414中，可从穿孔反应保持器输出热量。从穿孔反应保持器输出的热量可用于例如给工业过程提供动力、加热工作流体、发电或提供动力。
在任选的步骤416中，可感测燃烧的存在。发明人已使用并设想了各种感测方法。一般来讲，穿孔反应保持器所保持的燃烧是非常稳定的，并且对系统没有不寻常的感测要求。可使用红外传感器、视频传感器、紫外传感器、带电物质传感器、热电偶、热电堆、火柱和/或其他燃烧感测装置来执行燃烧感测。在步骤416的附加或另选变型中，如果燃烧在穿孔反应保持器中熄灭，则可提供引燃火焰或其他点火源来点燃燃料和氧化剂混合物。
进行到决定步骤418，如果感测到燃烧不稳定，则方法400可退出到步骤424，其中执行错误处理程序。例如，错误处理程序可包括关闭燃料流、重新执行预热步骤402、输出警报信号、点燃备用燃烧系统或其他步骤。在步骤418中，如果确定穿孔反应保持器中的燃烧是稳定的，则方法400进行到决定步骤420，其中确定是否应当改变燃烧参数。如果没有燃烧参数要改变，则该方法循环(在步骤404中)回到步骤410，并继续该燃烧过程。如果指示燃烧参数改变，则方法400进行到步骤422，其中执行燃烧参数改变。燃烧参数改变后，该方法循环(在步骤404内)回到步骤410，并继续燃烧。
例如，如果遇到热量需求改变，则可安排改变燃烧参数。例如，如果需要较少热量(例如由于减少的电力需求、减少的动力需求或降低的工业过程生产量)，则可在步骤422中减少燃料和氧化剂流速。相反地，如果热量需求增加，则可增加燃料和氧化剂流量。除此之外或另选地，如果燃烧系统处于启动模式，则可在步骤404中的循环的一次或多次重复中向穿孔反应保持器逐渐增加燃料和氧化剂流量。
再次参见图2，燃烧器系统200包括操作地联接至穿孔反应保持器102的加热器228。如结合图3A、3B和图4所述，穿孔火焰保持器102通过将热量输出至进入的燃料和氧化剂混合物206来操作。建立燃烧后，由燃烧反应302提供该热量；但是建立燃烧前，由加热器228提供该热量。
发明人已使用并设想了各种加热装置。在一些实施方案中，加热器228可包括被配置成支撑火焰的火焰保持器，所述火焰被设置成加热穿孔反应保持器102。燃料和氧化剂源202可包括被配置成发射燃料流206的燃料喷嘴218和被配置成输出与燃料流206相邻的氧化剂(例如助燃空气)的氧化剂源220。燃料喷嘴218和氧化剂源220可被配置成输出由氧化剂(例如助燃空气)逐级稀释的燃料流206。穿孔反应保持器102可被设置成接收稀释的燃料和氧化剂混合物206，该稀释的燃料和氧化剂混合物206支持由穿孔反应保持器102在穿孔反应保持器102处于工作温度时稳定的燃烧反应302。相比之下，在没有由加热的穿孔反应保持器102提供的稳定的情况下，启动火焰保持器可被配置成支持启动火焰，该启动火焰在对应于相对未混合燃料和氧化剂混合物的位置处是稳定的。
燃烧器系统200还可包括操作地联接至加热器228和数据接口232的控制器230。例如，控制器230可被配置成控制启动反应保持器致动器，所述启动火焰保持器致动器被配置成使启动火焰保持器在穿孔火焰保持器102需要被预热时保持启动火焰并在穿孔火焰保持器102处于工作温度(例如当T≥TS时)下时不保持启动火焰。
设想了各种用于致动启动火焰的方法。在一个实施方案中，启动火焰保持器包括机械致动钝体，其被配置成被致动以拦截燃料和氧化剂混合物206来产生热再生和/或稳定涡流从而保持启动火焰；或被致动不拦截燃料和氧化剂混合物206以使燃料和氧化剂混合物206进入穿孔火焰保持器102。在另一个实施方案中，燃料控制阀、鼓风机和/或阻尼器可用于选择足够低以使启动火焰喷射稳定的燃料和氧化剂混合物流速；以及穿孔火焰保持器102达到工作温度后，可增加流速以“喷出”启动火焰。在另一个实施方案中，加热器228可包括与控制器230操作地联接的并被配置成向燃料和氧化剂混合物206施加电荷或电压的电源。导电启动火焰保持器可选择性地耦接至接地电压或被选择用于吸引燃料和氧化剂混合物206中的电荷的其他电压。发明人发现，电荷吸引导致导电启动火焰保持器保持启动火焰。
在另一个实施方案中，加热器228可包括被配置成向穿孔火焰保持器102和/或燃料和氧化剂混合物206输出热量的电阻加热器。电阻加热器228可被配置成加热穿孔火焰保持器102至操作温度。加热器228还可包括电源和在控制器230的控制下可操作以将电源选择性地联接至电阻加热器228的开关。
可通过各种方式形成电阻加热器228。例如，电阻加热器228可以由线材(可得自瑞典哈尔斯塔哈马的山特维克公司山特维克材料技术部(Sandvik MaterialsTechnology division of Sandvik AB of Hallstahammar,Sweden))形成，该线材穿过由穿孔火焰保持器主体208限定的穿孔210的至少一部分。另选地，加热器228可包括感应加热器、高能束加热器(例如微波炉或激光器)、摩擦加热器、电绝缘陶瓷涂层或其他类型的加热技术。
设想了其他形式的启动装置。例如，加热器228可包括被配置成将脉冲点火输出至氧化剂和燃料206的放电点火器或热表面点火器。除此之外或另选地，启动装置可包括引燃火焰装置，其被设置成点燃否则会进入穿孔火焰保持器102的燃料和氧化剂混合物206。放电点火器、热表面点火器和/或引燃火焰装置可操作地联接至控制器230，该控制器可在穿孔火焰保持器102被充分加热以维持燃烧前使得放电点火器或引燃火焰装置在穿孔火焰保持器102中或其上游维持燃料和氧化剂混合物206的燃烧。
燃烧器系统200还可包括操作地联接至控制电路230的传感器234。传感器234可包括被配置成检测红外辐射或穿孔火焰保持器102的温度的热传感器。控制电路230可被配置成响应于来自传感器234的输入来控制加热装置228。任选地，燃料控制阀236可被操作地联接至控制器230，并被配置成控制燃料向燃料和氧化剂源202的流动。除此之外或另选地，氧化剂鼓风机或阻尼器238可被操作地联接至控制器230，并被配置成控制氧化剂(或助燃空气)的流动。
传感器234还可包括操作地联接至控制电路230的燃烧传感器，该燃烧传感器被配置成检测由穿孔反应保持器102保持的燃烧反应302的温度、视频图像和/或光谱特征。燃料控制阀236可被配置成控制从燃料源至燃料和氧化剂源202的燃料流。控制器230可被配置成响应于来自燃烧传感器234的输入控制燃料控制阀236。控制器230可被配置成控制燃料控制阀236和/或氧化剂鼓风机或调节风门238以控制加热器228的预热火焰类型，从而将穿孔反应保持器102加热至工作温度。控制器230可类似地控制燃料控制阀236和/或氧化剂鼓风机或调节风门238，以响应于通过数据接口232作为数据接收的热量需求变化来改变燃料和氧化剂混合物206流。
在图3A和图3B的实施方案300中，穿孔反应保持器主体208的一块贴片是连续的。即，贴片208可由单片材料形成。图3A和图3B的实施方案300还示出了无分支的穿孔210。即，穿孔反应保持器主体208限定了彼此分隔开以使得穿孔210之间无流体串流的穿孔210。
任选地，穿孔反应保持器102可由一件或多件材料形成，并且穿孔210可分支或不分支。不分支穿孔210可称为伸长孔。
穿孔反应保持器主体208限定了多个穿孔210，所述穿孔被配置成传输燃料和氧化剂206并且保持燃料和氧化剂206支持的氧化剂反应。穿孔反应保持器主体208被配置成接收来自燃烧反应302的热量，保持热量以及将热量输出到进入穿孔210的燃料和氧化剂206。相比可在穿孔210的外部所保持的，穿孔210可保持更贫乏的燃料和氧化剂206混合物的基本完全的燃烧反应302。相对于下面的图12A和图12B讨论了利用分支穿孔210的实施方案。
图5A是工作中的典型燃料喷嘴518(诸如图2中的燃料喷嘴218)的简化透视图500。在横截面中，燃料喷嘴518射出的燃料具有燃料速度变化图504。忽略重力和其他力的作用，燃料速度变化图504示出从燃料喷嘴518射出的燃料从相对窄的孔526(对应于图2中的燃料孔226)传播到通常更宽的区。燃料从孔526以基本同等的速度行进，但是方向不同。在横截面中，燃料向量的范围为从燃料分散的中心506处具有几乎唯一的Y方向分量的那些到在燃料分散的边缘508处的X和Y分量之间更均匀分割速度的那些。因此，当燃料射向下游平面表面时，诸如穿孔反应保持器102的输入表面，燃料在Y方向上以不同速度抵达平坦表面。
图5B示出了燃料和氧化剂源502的简化透视图(对应于图1和图2中的燃料和氧化剂源202)，包括燃料喷嘴518，以及穿孔反应保持器102。如上所述，从燃料喷嘴518射出的燃料夹带氧化剂(和/或由氧化剂夹带)，以提供燃料和氧化剂混合物206。燃料和氧化剂混合物206以不同的流动方向速度抵达穿孔反应保持器102，如以上相对于图5A所述，并且因此所得的燃料和氧化剂混合物206沿着并接近燃料和氧化剂传播轴106具有其最高的平均速度。因此具有最高平均速度的燃料和氧化剂混合物206的一部分在穿孔反应保持器102的中心区域520(对应于图1和图2中的中心区域120)抵达穿孔反应保持器102。燃料和氧化剂混合物206距离燃料和氧化剂传播轴106越远，其平均前进速度(即以穿孔反应保持器102的方向)就越低。
发明人已认识到需要补偿抵达穿孔反应保持器102的燃料和/或氧化剂混合物206的非均匀速度。以下公开详细说明了该补偿的结构和方法。
图6A是带有多个尺寸的具有穿孔610的穿孔反应保持器602(对应于图1和图2中的穿孔反应保持器102)的顶视图。在例示的实施方案中，中心区域620和周边区域630具有带相应不同尺寸的穿孔632。更具体地，中心区域620可结合具有第一尺寸的中心穿孔622，同时周边区域630结合具有与第一尺寸不同的第二尺寸的周边穿孔632。如所示，中心区域620可设置在穿孔反应保持器602的中心，而周边区域630设置在中心区域620的周边。中心区域620将围绕最高平均速度的轴对齐以接收燃料和氧化剂(诸如上文所述的燃料和氧化剂传播轴106)。在图6B至图6C中示出了穿孔反应保持器602的另选的侧面横截面602(a-c)。
图6B是图6A中穿孔反应保持器602的侧面剖视图602a，其中中心穿孔622和周边穿孔632具有与第一尺寸和第二尺寸分别不同的横向尺寸，同时在输入面612和输出面614之间保持基本恒定的穿孔长度尺寸。更具体地讲，输入面612和输出面614基本平坦并且彼此平行。中心穿孔622具有第一横向尺寸WPC，而周边穿孔632具有第二横向尺寸WPP。为了解决在输入面612上接收的燃料和氧化剂206的质量流动速度差值，中心穿孔622的第一横向尺寸WPC可小于周边穿孔632的第二横向尺寸WPP。中心穿孔622和周边穿孔632具有相应的长度对横向尺寸比率L/D，从而至少部分补偿分别在如上所述的中心区域620和周边区域630接收的燃料和氧化剂混合物206的质量流动速度上的差值。
根据一个实施方案，在网状陶瓷穿孔反应保持器102(图15A和图15B)的情况下，中心穿孔622可具有第一平均横向尺寸而周边穿孔632可具有第二平均横向尺寸。第一平均横向尺寸小于第二平均横向尺寸。
图6C是图6A中穿孔反应保持器602的侧面剖视图602b。除了为图6B描述的中心和周边穿孔622、632的不同横向尺寸WPC,WPP，图6C中的中心穿孔632可在输入面612和输出面614之间具有和周边穿孔632不同的长度尺寸。即是说，中心穿孔622具有长度尺寸TPC并且周边穿孔632具有长度尺寸TPP。中心穿孔622的长度尺寸TPC长于周边穿孔632的长度尺寸TPP，以至少部分解决以上讨论的质量流动速度差值。也可以说中心区域620具有与周边区域630的厚度不同的厚度尺寸。已确认在一些实施方案中长度上的差值具有相对的关系。例如，为了适应燃料和氧化剂源、燃烧室等的特定具体实施，周边穿孔632可具有比中心穿孔622更大的长度，同时仍然具有更大的横向尺寸WPP。在图6C中所示的实施方案中，中心穿孔622都具有相同的长度尺寸TPC，同时所有的周边穿孔632具有相同的长度尺寸TPP。在下文讨论了包括两个以上穿孔长度的实施方案。
根据一个实施方案，在网状陶瓷穿孔反应保持器102(图15A和图15B)的情况下，中心穿孔622可具有第一平均长度尺寸TPC而周边穿孔632可具有第二平均长度尺寸TPP。第一平均长度尺寸TPC大于第二平均长度尺寸TPP。
图6D是具有光滑连续输出面614的穿孔反应保持器602c的侧面剖视图，该穿孔反应保持器同时保持图6B至图6C中所示的中心穿孔622和周边穿孔632的不同横向尺寸。更具体地讲，如图6A至图6C中所示，中心穿孔622具有横向尺寸WPC，该横向尺寸与周边穿孔632的横向尺寸WPP不同。中心穿孔622在输入面612和输出面614之间具有比周边穿孔632的平均长度尺寸更大的平均长度尺寸。但穿孔反应保持器602c的厚度以及穿孔的长度并非图6C中所示的穿孔长度上的阶梯状变化，而是随着远离中心轴106而平滑变化，例如具有弓形的剖面轮廓。已确认，中心穿孔622和周边穿孔632之间长度的差值或者可经由穿孔长度中两个或更多离散梯级(未示出)实现。
图7A为根据一个实施方案的具有穿孔710的穿孔反应保持器702的顶视图，这些穿孔具有多种穿孔尺寸。穿孔710的横向尺寸可在从穿孔反应保持器702的中心轴106(在图7B至图7C中示出的轴)到穿孔710的周边范围的距离750中增大。在图7A中，最靠近穿孔反应保持器702的中心的穿孔710具有最小的横向尺寸709，而距离穿孔反应保持器702的中心最远的穿孔710具有最大横向尺寸711。从最小横向尺寸709到最大横向尺寸711，分别设置在中心(例如中心轴106)和穿孔反应保持器702的边界之间的穿孔710的横向尺寸分别变大。应认识到各个穿孔710的横截面形状可能不同于所示的圆形形状，并且可能包括矩形、六边形、卵形、椭圆形和/或其他形状。可布置穿孔710以获得目标聚集穿孔区和/或完成制造或燃烧性能目标。
图7B是诸如图7A中的穿孔反应保持器702的穿孔反应保持器702a的理想化侧面剖视图。在该侧面剖视图中穿孔710显示为紧邻，与图7A的实际横截面稍有不同。但读者应认识到图7B中的穿孔710的横向尺寸跨与穿孔反应保持器702a的中心轴106的距离750增大，正如它们随着与图7A中穿孔反应保持器702的中心的距离750的增大而增大。应认识到形成的穿孔反应保持器(未在顶视图中示出)可具有与图7B对应的横截面。穿孔710的横向尺寸的放大可能为线性、对数式，或者可根据对于特定实施方式典型的燃料和氧化剂混合物206的特定目标质量流动速度变化图增大。
图7C为根据一个实施方案的具有穿孔710的穿孔反应保持器702b的侧面剖视图。除了从中心轴106增大之外，相应的穿孔710在长度上可随着远离中心轴106而横向尺寸减小。尺寸变化的组合可被构造成补偿穿孔反应保持器702b的实施方式中的特定质量流动速度。在图7C中，输出面714可具有如所示的平滑、弓形的轮廓，或者可具有阶梯状或波状轮廓(未示出)。
图8A和图8B示出了穿孔反应保持器802，该穿孔反应保持器在穿孔810的横向尺寸保持不变的情况下，通过仅更改穿孔810的长度来补偿横截面燃料和氧化剂混合物速度变化图。图8A为穿孔反应保持器的顶视图，该穿孔反应保持器802具有多种穿孔长度。穿孔反应保持器802包括中心区域820，该中心区域用于和燃料和氧化剂传播轴对齐，如图8B中所示。中心区域820通常但并非必须设置在穿孔反应保持器802的中心。在图8A中，中心区域820带有阴影，这只是为了有助于将其与周边区域830区分。中心区域820包括中心穿孔822，而周边区域830包括周边穿孔832。如图8B的侧面剖视图中所示，中心穿孔822可具有大于周边穿孔832的长度尺寸TPP的长度尺寸TPC。和图6C中的穿孔反应保持器602b相似，穿孔反应保持器802可具有阶梯状输出面814。
与图8B的阶梯状输出面814相比，图9A至图9B示出了另选的穿孔反应保持器902a、902b的侧面剖视图，这些另选的穿孔反应保持器在穿孔反应保持器902a、902b的输入面912和输出面914之间实施各种穿孔长度。例如，输出面914可具有平滑弓形的轮廓(图9A)或根据正态分布弯曲的轮廓(图9B)。如图所建议，穿孔910的横向尺寸可不变。但发明人设想横向尺寸可如本公开其他地方描述的实施方案变化。穿孔910的长度尺寸随着远离中心轴106而减小。在此，长度尺寸TPC可代表中心轴106处的最大穿孔长度，而长度尺寸TPP可代表穿孔反应保持器902a、902b的边缘处最小的穿孔长度。
在本文公开的所有实施方案中，中心轴106可对应单个穿孔(例如210)的中心，或者中心轴106可对应穿孔反应保持器902的非穿孔位置。例如，中心轴106可对应穿孔壁(例如308)或对应以其他方式设置在穿孔910之间的材料。
本文所述的速度补偿特征结构可混合和匹配，以解决不同的燃料和/或氧化剂特征、速度、化学构成等。例如，图10示出了具有穿孔1010的穿孔反应保持器1002的侧面剖视图，这些穿孔仅跨从中心轴106到中心区域1020的横向范围的距离1050增大，而周边区域1030中的周边穿孔1032可设定为均匀尺寸。可实现具有相对构造的穿孔反应保持器(未示出)，该穿孔反应保持器在中心区域1020具有(例如)尺寸均匀的穿孔1010，但是在周边区域1030具有各种穿孔尺寸。
图11为平铺的穿孔反应保持器1102的顶视图，该穿孔反应保持器具有多种穿孔尺寸。类似于图6A中的穿孔反应保持器602，平铺的穿孔反应保持器1102包括中心区域1120和周边区域1130。中心区域1120围绕中心轴106轴向设置(在此被视为与页面的平面正交)，该中心轴将围绕燃料和氧化剂传播轴对齐。周边区域1130围绕中心区域1120轴向设置。穿孔1110可包括中心穿孔1122，该中心穿孔设置在中心区域1120中并具有第一尺寸；以及周边穿孔1132，该周边穿孔设置在周边区域1130中并具有第二尺寸。和图6B至图6D中的穿孔622和632一样，第一尺寸和第二尺寸可包括(例如)穿孔1122、1132的横向尺寸、穿孔1122、1132的长度尺寸以及/或者长度尺寸对横向尺寸的比率。
穿孔反应保持器1102可由多个相邻设置的贴片1124、1134形成。在一些情况下，穿孔反应保持器1102的横截面可非常类似于图6B至图6D中所示的横截面，在该情况下贴片1124可包括中心穿孔1122并且因此围绕中心轴106设置在中心区域1120中。贴片1134可包括周边穿孔1132并设置在周边区域1130中。中心区域1120内的每个贴片1124可具有比周边区域1130中贴片1134更大的厚度尺寸，并且/或者可包括中心穿孔1122，这些中心穿孔可具有比周边区域1130的贴片1134中周边穿孔1132更小的横向尺寸。可布置具有各种长度和/或穿孔尺寸的贴片1124、1134，使得中心区域1120中贴片1124的平均贴片长度可大于周边区域1130中贴片1134的平均贴片长度。该平均长度的关系可导致周边区域中的一些贴片1134的长度大于中心区域1120一些贴片1124的长度，同时周边区域1130内更多的贴片1134具有比中心区域1120内大多数贴片1124的长度尺寸更短的长度尺寸。相似地，中心区域1120中的贴片1124可包括中心穿孔1122，这些中心穿孔的平均横向尺寸比周边区域1130内贴片1134的周边穿孔1132的平均横向尺寸更小。
在一些实施方案中，贴片1124、1134的行可相对于彼此偏移，例如图11中所示的偏移距离DO。在一些实施方案中，该偏移可改善穿孔反应保持器1102的结构完整性，例如在设置穿孔反应保持器1102之后，其输入面基本竖直。
在其他实施方案中，构成穿孔反应保持器1102的贴片可在穿孔反应保持器1102的厚度方向形成层，例如相对于图12A至图12C所讨论。
图12A-图12C是穿孔反应保持器1202(a-c)的侧面剖视图，这些穿孔反应保持器具有分层的中心区域1220，围绕中心轴106位于中心，并由周边区域1230围绕。如上述实施方案，中心和周边区域1220、1230可具有不同的尺寸，或不同的平均尺寸，以补偿跨穿孔反应保持器1202的输入面呈现的非均匀燃料和/或氧化剂速度。在使用中，中心轴106可与上述燃烧系统的燃料和氧化剂传播轴对齐。
在图12A中，第一层1260构成周边区域1230以及中心区域1220的多个层中的第一层。也就是说，第一层1260可跨穿孔反应保持器1202a的整个范围(例如宽度)在结构上是均匀的。第一层1260可具有遍布的穿孔1210，每个穿孔具有基本相似的尺寸。第一层可包括整个输入面1212以及穿孔反应保持器1202a的输出面1214a的周边部分。第二层1270可相对于中心区域1220内的输入面1212设置，并且可延长中心区域1220中穿孔1210的长度。在层接合处1265，穿孔反应保持器1202a(以及图12B和图12C中的1202b、1202c)可包括附接元件以将第一层1260附接至第二层1270，诸如高温砂浆、金属夹具或夹钳等(未示出)。在一些实施方案中，由于重力以及缺乏足以将第二层1270在第一层1260上保持到位的足够外力，若不使用专用的固定装置则第二层1270可能无法充分固定。
根据一个实施方案，中心区域1220可包括具有两个部分的连续的结构，其中中心区域1220的第一层1260中的每个穿孔1210分支到一个或多个穿孔1222而不会中断形成穿孔1210,1222的材料。在另一实施方案中，第一层1260和第二层1270可为不同的结构。此外，根据相对于图11所述，对于一个或多个层1260、1270，每个层1260、1270可由多个相似的单独贴片形成。还应该认识到可包括不止两个层，并且多个层可一起在具有均匀尺寸的横截面轮廓的中心区域1220或周边区域1230提供穿孔1210(例如每个层的具有相同横向尺寸的子穿孔)，或者可形成在各层之间尺寸变化的穿孔(例如每个层的具有不同横向尺寸的子穿孔)。如图12B至图12C中所示，第一层1260的穿孔1223在中心区域1220可具有和在周边区域1230不同的穿孔长度。
同样如图12C中所示，第二层1270的子穿孔1213不需要比第一层1260中子穿孔1223更小的横向尺寸。具体而言，中心区域1220的第一层1260中的子穿孔1223各自可对应于中心区域1220的第二层1270中子穿孔1213的局部部分。
图12B和图12C示出了为图12A描述的穿孔反应保持器1202的变型。在图12B中，中心区域1220的第一层1260包括子穿孔1262，该子穿孔具有比中心区域1220的第二层1270中子穿孔1272的长度尺寸更短的长度尺寸，子穿孔1262和子穿孔1272一起形成比周边穿孔1232更长的一个或多个穿孔。
根据一个实施方案，图12C中的穿孔反应保持器1202c可由每平方英寸16个单元的6×6平方英寸的6英寸厚堇青石贴片1213形成。(已确认图12C中的贴片1213具有和其他图中穿孔一样的图形展示。在该示例中每个贴片1213、1223可被视为包括多个穿孔。)在一些实施方案中，贴片1213可沿边堆叠，贴片之间为高温砂浆，例如其中燃料和氧化剂朝向穿孔反应保持器水平射出的燃烧系统(请参见例如图5B中的穿孔反应保持器102)。但是设想了将贴片1213固定到一起的其他装置，诸如互锁贴片、金属带等，如原专利申请PCT/US2015/039458中所详细论述，该专利申请如上所述，全文以引用的方式并入本文。在穿孔反应保持器1202c的中心轴106上或附近(该中心轴可对应于燃料和氧化剂传播轴)，可沿边将更高密度(或另选的更小横向尺寸的)2英寸厚贴片1223添加至6英寸厚贴片1213。贴片1223的附加子层1260可为每平方英寸100单元的6×6平方英寸的两英寸厚堇青石反应保持器贴片1223。穿孔反应保持器贴片1213、1223可为正方形堇青石反应保持器贴片。但也可设想其他贴片形状，诸如卵形、椭圆形、六边形等，考虑了不同的密度和密度比率。更大的穿孔长度和/或更小的穿孔横截面积有助于提升L/D比率，从而增大在穿孔火焰保持器中发生的燃烧的反应范围。因此，可设想穿孔反应保持器1202c的贴片的不同组合。
图13A至图13C示出了平铺的穿孔反应保持器1302a、1302b和1302c的侧面剖视图。在包括多个燃料和/或氧化剂源(例如多个燃料喷嘴218)的燃烧系统中，每个燃料和/或氧化剂源可对应于相应的燃料和氧化剂传播轴。例如，图13A示出了包括多个模块化穿孔反应保持器贴片1303的穿孔反应保持器1302a。在一些实施方案中，模块化穿孔反应保持器贴片1303可对应于以上相对于图7B所述的穿孔反应保持器702a。每个模块化穿孔反应保持器贴片1303可具有其自身的中心轴106、1306，以对齐相应的燃料和氧化剂传播轴。
每个穿孔反应保持器1302(a,b,c)可由具有宽度尺寸WFT的贴片形成，该宽度尺寸小于穿孔反应保持器1302(a,b,c)的宽度尺寸WFH。例如，图13A中模块化穿孔反应保持器贴片1303可各自包括穿孔710，这些穿孔可如针对图7A和图7B所述具有各种长度和/或横向尺寸。另选地，穿孔反应保持器1302可包括单一贴片，每个单一贴片具有自己的均匀结构，和图11中的穿孔反应保持器1102的贴片1124,1134相似。此类贴片可被布置为形成多个中心区域1320(例如类似于图11中的中心区域1120)以对齐相应的燃料和氧化剂传播轴，并因此补偿局部燃料和氧化剂速度峰值。
图13B、13C示出了平铺的穿孔反应保持器1302b,1302c，这些穿孔反应保持器包括其他实施方案的特征结构，诸如上述穿孔反应保持器802和702b的结构。例如，图13B中的穿孔反应贴片1305可包括具有比设置在中心轴106、1306周边的周边穿孔832更大的穿孔长度的中心穿孔822(即介于输入面和输出面1312、1314之间)。与图7C相似，图13C中的每个穿孔反应保持器贴片1307可包括平滑弓形的输出面1314和/或穿孔710，这些穿孔具有随着远离中心轴106、1306逐渐增大的横向尺寸，至少一直到具有相邻贴片1307的结合部。
应认识到可将上述其他穿孔反应保持器并入平铺的穿孔反应保持器。例如，图13B的左侧贴片1305示出了对应于图12B的具有中心区域1320的另选结构(使用虚线)，该中心区域包括多个层，在此包括具有第一尺寸的中心穿孔1362的中心区域1320的第一层1360，后接第二层1370中第二尺寸的中心穿孔1372。因此可将另选的左侧贴片1305的中心区域1320中的每个穿孔1362视为从中心穿孔1362到复数穿孔1372分支。
在一些实施方案中，每个贴片(1303,1305,1307)可在设计和尺寸上均匀，如图13A至图13C中所示。但是平铺的穿孔反应保持器1302不限于均匀结构化的贴片。例如，可选择贴片以与燃料和氧化剂分布模式对应，这些模式根据对应燃料和/或氧化剂源的位置和/或方向变化。
根据一个实施方案，可对应于来自在空间上群集于中心位置的燃料喷嘴的燃料和氧化剂传播轴来布置穿孔反应保持器贴片。与至少一个燃料喷嘴对应的燃料和氧化剂传播轴可相对于该平铺的穿孔反应保持器1302的输入面成非正交角度。因此，平铺的穿孔反应保持器(未示出)可包括具有成角度穿孔的贴片以容纳非正交燃料和氧化剂传播轴。更靠近中心位置的直接和燃料喷嘴相对置的其他贴片，可具有与穿孔反应保持器1302的输入面相对正交的穿孔。
根据另一个实施方案，穿孔反应保持器(未示出)可限定中心孔，围绕该中心孔，第一组孔或穿孔可以相对于中心孔以同心布置方式布置并具有所选的间隔和尺寸。第二组孔或穿孔可以相对于中心孔以同心布置方式布置并具有不同的所选间隔和尺寸。穿孔反应保持器可被配置成在穿孔反应保持器的输入表面和输出表面之间保持燃料燃烧反应302。
图14为根据一个实施方案的流程图，示出了用于操作燃烧器系统的方法1400，该燃烧器系统包括本发明所公开的穿孔反应保持器。在操作1410中，具有速度补偿的穿孔的穿孔火焰保持器(“PFH”，也称为“穿孔反应保持器”)被支撑在燃烧室中。如上所述的穿孔反应保持器的实施方案，以及其明显的变型，可在该操作中实现。在操作1420中，燃料和氧化剂源朝向PFH射出燃料和氧化剂。在操作1430中，燃料和氧化剂由PFH围绕燃料和氧化剂传播轴接收，该氧化剂传播轴如上所述是最高平均燃料和氧化剂传播轴，并且PFH的输入面的燃料和氧化剂速度随着远离燃料和氧化剂传播轴而减小。在操作1440中，PFH支持穿孔中燃料和氧化剂的燃烧，这些穿孔根据其相对于燃料和氧化剂传播轴的设置在尺寸上有所不同。
在中心穿孔内支持燃烧反应可包括支持燃料和氧化剂在中心穿孔内沿着比周边穿孔内更大的长度距离传输。除此之外或另选地，在中心穿孔内支持燃烧反应可包括支持燃料和氧化剂在中心穿孔内通过比在周边穿孔内更小的横向尺寸传输。
第一尺寸和第二尺寸可分别为通过穿孔反应保持器的厚度的中心穿孔和周边穿孔的平均长度(即介于输入面和输出面之间)。多个穿孔中的相应穿孔的长度可随着远离PFH的中心轴而连续减小。
第一尺寸和第二尺寸可分别为中心穿孔和周边穿孔的平均横向尺寸，并且横向于穿孔反应保持器厚度(介于输入面和输出面之间)。多个穿孔中的相应穿孔的横向尺寸可随着远离中心轴接连地变大。中心穿孔的平均横向尺寸可小于周边穿孔的平均横向尺寸，并且中心穿孔的横向尺寸经由燃料和氧化剂的穿过比在周边穿孔内小的横向尺寸的传输来支持中心穿孔内的燃烧反应。
图15A为根据一个实施方案的包括另一另选穿孔反应保持器102的燃烧系统1500的简化透视图。根据一个实施方案，穿孔反应保持器102是网状陶瓷穿孔反应保持器。图15B为根据一个实施方案的图15A的网状陶瓷穿孔反应保持器102的一部分的简化侧面剖视图。图15A、15B的穿孔反应保持器102可根据一个实施方案在本文所述的各种燃烧系统中实施。穿孔反应保持器102被配置成至少部分地在穿孔反应保持器102内支持燃料和氧化剂206的燃烧反应。
根据一个实施方案，穿孔反应保持器主体208可包括网状纤维1539。网状纤维1539可限定围绕并通过网状纤维1539编织的分支穿孔210。根据一个实施方案，穿孔210形成作为通过网状陶瓷纤维1539的通道。
根据一个实施方案，网状纤维1539可包括硅酸铝。根据一个实施方案，网状纤维1539可由挤出的莫来石或堇青石形成。根据一个实施方案，网状纤维1539可包括氧化锆。根据一个实施方案，网状纤维1539可包括碳化硅。
术语“网状纤维”指的是网状结构。根据一个实施方案，网状纤维1539由基础陶瓷材料形成。在网状纤维实施方案中，燃料和氧化剂206之间的交互、燃烧反应，以及向和从穿孔反应保持器主体208的热传输可类似于以上相对于图2至图4所示和所述的实施方案作用。在活动方面的一个差异在于穿孔210之间的混合，因为网状纤维1539形成不连续的穿孔反应保持器主体208，该不连续的穿孔反应保持器主体允许在相邻穿孔210之间来回流动。
根据一个实施方案，网状纤维网对下游网状纤维1539充分打开以射出辐射供下游网状纤维1539接收，由此充分加热上游网状纤维1539以保持燃料和氧化剂206的燃烧。与连续穿孔反应保持器主体208相比，由于纤维1539的分离，纤维1539之间的导热路径312减小。这可导致相对更多的热经由热辐射从热接收区306(热接收区域)传输至网状纤维1539的热输出区310(热输出区域)。
根据一个实施方案，各个穿孔210可从输入面212延伸至穿孔反应保持器102的输出面214。穿孔210可具有变化的长度L。根据一个实施方案，因为穿孔210彼此分支进出，各个穿孔210未明确由长度L限定。
根据一个实施方案，穿孔反应保持器102被构造成至少部分地在输入面212和输出面214之间支持或保持燃烧反应或火焰。根据一个实施方案，输入面212对应于靠近燃料喷嘴218的穿孔反应保持器102的表面或对应于首先接收燃料的表面。根据一个实施方案，输入面212对应于靠近燃料喷嘴218的网状纤维1539的范围。根据一个实施方案，输出面214对应于在燃料喷嘴218远侧的表面或与输入面212相反的表面。根据一个实施方案，输入面212对应于在燃料喷嘴218远侧的或与输入面212相反的网状纤维1539的范围。
根据一个实施方案，边界层314的形成、穿孔反应保持器主体208和通过穿孔210流动的气体之间的热传输、特征穿孔宽度尺寸D以及长度L可被视为与通过穿孔反应保持器102的平均或整体路径相关。换句话讲，尺寸D可作为在沿着流动路径的每个点处确定的各个Dn值的均方根进行测定。相似地，长度L可以是包括来源于流动路径迂曲性的长度的长度，其可以比从输入面212穿过穿孔反应保持器102到输出面214的直线距离TRH略长。根据一个实施方案，空隙率(表示为(穿孔反应保持器102总体积-纤维1539体积)/(总体积))可在穿孔反应保持器102的不同区变化。各个网状陶瓷穿孔火焰保持器102可包括具有不同于周边区域的特性的中心区域，使得中心区域内中心穿孔的平均尺寸不同于周边区域内中心穿孔的平均尺寸。
根据一个实施方案，网状陶瓷穿孔反应保持器102可包括本文所述之外的形状和尺寸。例如，穿孔反应保持器102可保留网状陶瓷贴片，这些网状陶瓷贴片比以上示出的尺寸更大或更小。此外，网状陶瓷穿孔反应保持器102可包括大体立方体形状之外的形状。
根据一个实施方案，网状陶瓷穿孔反应保持器102可包括多个网状陶瓷贴片。多个网状陶瓷贴片可接合在一起，使得每个陶瓷贴片直接接触一个或多个相邻网状陶瓷贴片。多个网状陶瓷贴片可共同形成单个穿孔反应保持器102。多个网状陶瓷贴片可具有由不同的平均尺寸表征的穿孔210，可具有不同的空隙率、不同的网状纤维1539密度、每平方英寸输入面212和输出面214的表面积的不同孔数、不同的厚度、相邻网状纤维1539之间不同的平均距离或其他平均尺寸。
根据一个实施方案，穿孔火焰保持器102可包括与中心区域对应的一个或多个中心网状陶瓷贴片，以及与周边区域对应的一个或多个周边网状陶瓷贴片。中心网状陶瓷贴片可具有和周边网状陶瓷贴片不同的尺寸和特性。中心区域可包括两个或更多网状陶瓷贴片的堆叠。
虽然本文已经公开了多个方面和实施方案，但也可设想其他方面和实施方案。本文所公开的各个方面和实施方案出于说明性目的，而并非旨在进行限制，真实范围和实质由以下权利要求书指示。

Claims (84)

1.一种燃烧系统，包括：
燃烧室；
燃料和氧化剂源，所述燃料和氧化剂源被取向成将燃料和氧化剂发射到所述燃烧室中；和
穿孔反应保持器，所述穿孔反应保持器被设置在所述燃烧室中并被取向成在输入面处接收所述燃料和氧化剂，所述穿孔反应保持器限定不同尺寸的多个穿孔，所述穿孔按尺寸布置以在跨所述穿孔反应保持器的所述输入面以不同速度接收所述燃料和氧化剂时将燃烧反应基本上容纳在每个穿孔内。
2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述燃料和氧化剂源被取向成围绕燃料和氧化剂传播轴朝所述穿孔反应保持器的所述输入面发射所述燃料和所述氧化剂，使得所述燃料和氧化剂传播轴处的所述燃料和氧化剂的平均速度高于所述燃料和氧化剂传播轴的周边位置处的所述燃料和氧化剂的平均速度。
3.根据权利要求2所述的燃烧系统，其中：
所述穿孔反应保持器限定所述多个穿孔：
所述多个穿孔包括在所述穿孔反应保持器的所述输入面和输出面之间延伸的中心穿孔和周边穿孔，所述中心穿孔设置在所述穿孔反应保持器的中心区域中具有与所述燃料和氧化剂传播轴基本上同轴对齐的中心轴，所述周边穿孔设置在所述中心区域周边的周边区域中；并且
所述中心穿孔具有第一尺寸，并且所述周边穿孔具有与所述第一尺寸不同的第二尺寸。
4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述第一尺寸是所述中心穿孔的长度与横截面积的平均比率，并且所述第二尺寸是所述周边穿孔的长度与横截面积的平均比率，所述多个穿孔中的每个穿孔的相应长度是在每个相应穿孔处所述穿孔反应保持器的所述输入面和所述输出面之间的距离，并且横截面积横向于所述厚度；并且
其中所述中心穿孔的所述平均比率大于所述周边穿孔的所述平均比率。
5.根据权利要求4所述的燃烧系统，其中对于所述中心区域和所述周边区域中的至少一者中的穿孔，连续穿孔的长度与横截面积的比率随着远离所述燃料和氧化剂传播轴而减小。
6.根据权利要求4所述的燃烧系统，其中对于所述中心穿孔和所述周边穿孔中的至少一者，所述长度与横截面积的比率随着远离所述燃料和氧化剂传播轴逐步减小至少一个步长。
7.根据权利要求4所述的燃烧系统，其中由于所述中心穿孔的平均长度的差值大于所述周边穿孔的平均长度，所述中心穿孔的平均比率大于所述周边穿孔的平均比率。
8.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述第一尺寸是所述穿孔反应保持器的所述输入面和所述输出面之间的所述中心穿孔的平均长度，并且所述第二尺寸是所述穿孔反应保持器的所述输入面和所述输出面之间的所述周边穿孔的平均长度。
9.根据权利要求8所述的燃烧系统，其中所述中心穿孔的所述平均长度大于所述周边穿孔的所述平均长度，所述中心穿孔和所述周边穿孔的所述长度被选择为补偿在所述中心穿孔和所述周边穿孔处跨所述输入面接收的所述燃料和氧化剂的平均速度的差值，以支持所述中心穿孔和所述周边穿孔内的所述燃烧反应。
10.根据权利要求8所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器的所述中心区域包括多个层，每个层具有层穿孔，所述多个层的连续层穿孔一起构成所述中心穿孔。
11.根据权利要求10所述的燃烧系统，其中所述多个层中的第一层的所述层穿孔的横向尺寸不同于所述多个层中的第二层的层穿孔的横向尺寸。
12.根据权利要求11所述的燃烧系统，其中所述第一层包括所述穿孔反应保持器的所述输入面，并且所述第二层包括所述穿孔反应保持器的所述输出面，并且所述第一层的层穿孔的横向尺寸大于所述第二层的层穿孔的横向尺寸。
13.根据权利要求11所述的燃烧系统，其中所述第一层的所述层穿孔的长度尺寸与所述周边穿孔的长度尺寸相同。
14.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述第一尺寸和所述第二尺寸分别是横向于所述穿孔反应保持器的厚度的所述中心穿孔和所述周边穿孔的平均横向尺寸。
15.根据权利要求14所述的燃烧系统，其中所述中心穿孔的所述横向尺寸平均小于所述周边穿孔的所述横向尺寸，所述中心穿孔和所述周边穿孔的横向尺寸分别被选择为补偿在所述中心穿孔和所述周边穿孔处跨所述输入面接收的所述燃料和氧化剂的平均速度的差值，以进行对所述中心穿孔和所述周边穿孔内的所述燃烧反应的所述支持。
16.根据权利要求15所述的燃烧系统，其中所述中心穿孔的所述横向尺寸和所述周边穿孔的所述横向尺寸分别是所述中心穿孔和周边穿孔的横截面积。
17.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述第一尺寸和所述第二尺寸是穿过所述穿孔反应保持器的厚度的所述中心穿孔和所述周边穿孔的相应平均长度，并且所述中心穿孔和所述周边穿孔中的至少一者的各个穿孔的长度沿着所述穿孔反应保持器的所述输入面随着远离所述燃料和氧化剂传播轴而连续变短。
18.根据权利要求17所述的燃烧系统，其中所述中心穿孔的所述平均长度大于所述周边穿孔的所述平均长度，所述多个穿孔的长度被选择为补偿在所述中心穿孔和所述周边穿孔处跨所述输入侧接收的所述燃料和氧化剂的平均速度的差值，以进行对所述中心穿孔和所述周边穿孔内的所述燃烧反应的所述支持。
19.根据权利要求3所述的燃烧系统，其中所述第一尺寸和所述第二尺寸分别是横向于所述穿孔反应保持器的厚度的所述中心穿孔和所述周边穿孔的平均横向尺寸，并且所述中心穿孔和所述周边穿孔中的至少一者的相应穿孔的所述横向尺寸随着远离所述燃料和氧化剂传播轴而连续变宽。
20.根据权利要求19所述的燃烧系统，其中所述中心穿孔的所述平均横向尺寸小于所述周边穿孔的所述平均横向尺寸，所述多个穿孔的所述横向尺寸被选择为补偿所述燃料和氧化剂的平均速度的差值，以进行对所述中心穿孔和所述周边穿孔内的所述燃烧反应的所述支持。
21.根据权利要求3所述的燃烧系统，还包括附加的燃料和氧化剂源，所述附加的燃料和氧化剂源各自具有相应的燃料和氧化剂传播轴，其中所述穿孔反应保持器包括多个所述中心区域，所述多个中心区域各自分别与所述燃料和氧化剂传播轴中的至少一者基本上同轴对齐。
22.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器为网状陶瓷穿孔反应保持器。
23.根据权利要求22所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包含多个网状纤维。
24.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包含氧化锆。
25.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包含硅酸铝。
26.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包含碳化硅。
27.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述网状纤维由挤出的莫来石形成。
28.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述网状纤维由堇青石形成。
29.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器每平方英寸表面积包括大约10个孔。
30.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包括输出面，并且其中所述多个穿孔在所述输入面和所述输出面之间延伸。
31.根据权利要求23所述的燃烧系统，其中所述穿孔形成为所述网状纤维之间的通道。
32.根据权利要求31所述的燃烧系统，其中所述穿孔为分支穿孔。
33.根据权利要求31所述的燃烧系统，其中所述输入面对应于所述网状纤维邻近所述燃料和氧化剂源的程度。
34.根据权利要求33所述的燃烧系统，其中所述输出面对应于所述网状纤维远离所述燃料和氧化剂源的程度。
35.根据权利要求34所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器被配置成支持所述穿孔反应保持器内在所述输入面和所述输出面之间的燃烧反应的至少一部分。
36.根据权利要求32所述的燃烧系统，其中所述燃料和氧化剂源被取向成围绕燃料和氧化剂传播轴朝所述穿孔反应保持器的所述输入面发射所述燃料和所述氧化剂，使得所述燃料和氧化剂传播轴处的所述燃料和氧化剂的平均速度高于所述燃料和氧化剂传播轴的周边位置处的所述燃料和氧化剂的平均速度。
37.根据权利要求36所述的燃烧系统，其中所述多个穿孔包括在所述穿孔反应保持器的所述输入面和所述输出面之间延伸的中心穿孔和周边穿孔，所述中心穿孔设置在所述穿孔反应保持器的中心区域中，所述周边穿孔设置在所述中心区域周边的周边区域中。
38.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中所述中心穿孔平均比所述周边穿孔窄。
39.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中所述中心穿孔平均比所述周边穿孔长。
40.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中所述输入表面在所述中心区域处每单位表面积具有比所述周边区域多的孔。
41.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中在对应于所述燃料和传播轴的尺寸上，所述中心区域比所述周边区域厚。
42.根据权利要求41所述的燃烧系统，其中所述中心区域包括多个堆叠的网状陶瓷贴片。
43.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中所述中心穿孔的长度与横截面积的平均比率大于所述周边穿孔的长度与横截面积的平均比率。
44.根据权利要求43所述的燃烧系统，其中对于所述中心区域和所述周边区域中的至少一者的穿孔，连续穿孔的长度与横截面积的比率随着远离所述燃料和氧化剂传播轴而减小。
45.根据权利要求43所述的燃烧系统，其中对于所述中心穿孔和所述周边穿孔中的至少一者，所述长度与横截面积的比率随着远离所述燃料和氧化剂传播轴逐步减小至少一个步长。
46.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器的所述中心区域包括多个层，每个层具有层穿孔，所述多个层的连续层穿孔一起构成所述中心穿孔。
47.根据权利要求46所述的燃烧系统，其中所述多个层中的第一层的所述层穿孔的横向尺寸不同于所述多个层中的第二层的层穿孔的横向尺寸。
48.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中所述第一层包括所述穿孔反应保持器的所述输入面，并且所述第二层包括所述穿孔反应保持的所述输出面，并且所述第一层的所述层穿孔的平均宽度大于所述第二层的层穿孔的平均宽度。
49.根据权利要求37所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包括多个网状陶瓷贴片。
50.根据权利要求49所述的燃烧系统，其中所述多个网状陶瓷贴片中的至少两个网状陶瓷贴片具有不同的密度。
51.一种方法，包括：
围绕燃料和氧化剂传播轴从燃料和氧化剂源发射燃料和氧化剂，使得所述燃料和氧化剂传播轴处的所述燃料和氧化剂的平均速度高于所述燃料和氧化剂传播轴周边位置处的所述燃料和氧化剂的平均速度；
在燃烧室中支撑的穿孔反应保持器的输入面处接收所述燃料和氧化剂，所述穿孔反应保持器具有多个穿孔，所述多个穿孔在所述穿孔反应保持器的所述输入面和输出面之间延伸。以及
至少部分地在所述多个穿孔中的具有第一平均尺寸的中心穿孔和所述多个穿孔中的具有与所述第一平均尺寸不同的第二平均尺寸的周边穿孔内使用所述燃料和所述氧化剂来支持燃烧反应，所述中心穿孔被设置在与所述燃料和氧化剂传播轴基本上同轴对齐的所述穿孔反应保持器的中心区域内，所述周边穿孔被设置在周边区域中，所述周边区域在轴向上位于所述中心区域周边；
其中所述第一平均尺寸和所述第二平均尺寸被选择为补偿在所述中心穿孔和所述周边穿孔的所述输入面处接收的所述燃料和所述氧化剂的所述燃料和所述氧化剂的平均速度差值。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述支持所述中心穿孔内的所述燃烧反应包括支持所述燃料和氧化剂在所述中心穿孔内沿着比在所述周边穿孔内大的平均长度距离传输。
53.根据权利要求51所述的方法，其中所述支持所述中心穿孔内的所述燃烧反应包括支持所述燃料和氧化剂在所述中心穿孔内穿过比在所述周边穿孔内小的平均横向尺寸的传输。
54.根据权利要求51所述的方法，其中所述第一平均尺寸和所述第二平均尺寸分别为穿过所述穿孔反应保持器的厚度的所述中心穿孔和所述周边穿孔的平均长度，并且所述多个穿孔的相应穿孔的平均长度随着远离所述燃料和氧化剂传播轴而连续减小。
55.根据权利要求54所述的方法，其中所述支持所述中心穿孔内的所述燃烧反应包括支持所述燃料和氧化剂在所述中心穿孔内沿着比在所述周边穿孔内大的所述输入面和所述输出面之间的平均长度距离传输。
56.根据权利要求51所述的方法，其中所述第一平均尺寸和所述第二平均尺寸分别为所述中心穿孔和所述周边穿孔的平均横向尺寸，横向于所述穿孔反应保持器的厚度，并且所述多个穿孔中的相应穿孔的所述平均横向尺寸随着远离所述燃料和氧化剂传播轴而连续增大。
57.根据权利要求51所述的方法，其中所述中心穿孔的所述平均横向尺寸小于所述周边穿孔的所述平均横向尺寸，并且所述中心穿孔的所述平均横向尺寸经由燃料和氧化剂的穿过比在所述周边穿孔内小的横向尺寸的传输来支持所述中心穿孔内的所述燃烧反应。
58.根据权利要求51所述的方法，其中所述穿孔反应保持器为网状陶瓷穿孔反应保持器。
59.根据权利要求58所述的方法，其中所述穿孔反应保持器包含多个网状纤维。
60.根据权利要求59所述的方法，其中在所述输入面处接收所述燃料和氧化剂包括将所述燃料和氧化剂接收至在所述网状纤维之间延伸的穿孔中。
61.根据权利要求60所述的方法，其中至少部分在中心穿孔和周边穿孔内利用所述燃料和所述氧化剂来支持燃烧反应包括支持在所述中心区域中的网状纤维之间延伸的所述中心穿孔内的所述燃烧反应，以及支持在所述周边区域中的网状纤维之间延伸的周边穿孔内的所述燃烧反应。
62.一种穿孔反应保持器，包含：
耐火材料，所述耐火材料限定多个穿孔，所述多个穿孔跨所述耐火材料的中心区域并跨所述耐火材料的在轴向上处于所述中心区域的周边的周边区域分布，所述中心区域围绕中心轴居中对齐，所述穿孔中的每个穿孔由穿孔横截面积以及所述耐火材料的输入面和所述耐火材料的输出面之间的穿孔长度限定，所述输入面被配置成接收燃料和氧化剂混合物以在所述多个穿孔内燃烧：
其中所述中心区域中的穿孔具有所述穿孔长度与所述穿孔横截面积的第一平均比率，并且所述周边区域中的穿孔具有所述穿孔长度与所述穿孔横截面积的第二平均比率，所述第一平均比率不同于所述第二平均比率。
63.根据权利要求62所述的穿孔反应保持器，其中针对跨所述耐火材料的所述输入面以不同速度接收的所述燃料和氧化剂混合物的燃烧来选择所述第一平均比率和第二平均比率，所述中心区域的所述中心轴被配置用于与平均最高燃料和氧化剂混合物速度的轴对齐。
64.根据权利要求63所述的穿孔反应保持器，其中所述第一平均比率大于所述第二平均比率。
65.根据权利要求64所述的穿孔反应保持器，其中所述中心区域中的所述穿孔的平均穿孔长度大于所述周边区域中所述穿孔的平均穿孔长度。
66.根据权利要求65所述的穿孔反应保持器，其中在所述中心区域和所述周边区域中的至少一者中的所述穿孔的长度随着远离所述中心轴而连续减小。
67.根据权利要求65所述的穿孔反应保持器，其中所述中心区域中的所述穿孔的穿孔长度是基本上均匀的。
68.根据权利要求64所述的穿孔反应保持器，其中所述中心区域中的所述穿孔的所述穿孔横截面积的平均值小于所述周边区域中所述穿孔的所述穿孔横截面积的平均值。
69.根据权利要求68所述的穿孔反应保持器，其中在所述中心区域和所述周边区域中的至少一者中的所述穿孔的所述穿孔横截面积随着远离所述中心轴而连续增大。
70.根据权利要求68所述的穿孔反应保持器，其中所述中心区域中的所述穿孔的所述穿孔横截面积是基本上均匀的。
71.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器为网状陶瓷穿孔反应保持器。
72.根据权利要求71所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包含多个网状纤维。
73.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包含氧化锆。
74.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包含硅酸铝。
75.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包含碳化硅。
76.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述网状纤维由挤出的莫来石形成。
77.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述网状纤维由堇青石形成。
78.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器每平方英寸表面积包括大约10个孔。
79.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器包括输出面，并且其中所述多个穿孔在所述输入面和所述输出面之间延伸。
80.根据权利要求72所述的燃烧系统，其中所述穿孔形成为所述网状纤维之间的通道。
81.根据权利要求80所述的燃烧系统，其中所述穿孔为分支穿孔。
82.根据权利要求80所述的燃烧系统，其中所述输入面对应于所述网状纤维邻近所述燃料和氧化剂源的程度。
83.根据权利要求82所述的燃烧系统，其中所述输出面对应于所述网状纤维远离所述燃料和氧化剂源的程度。
84.根据权利要求83所述的燃烧系统，其中所述穿孔反应保持器被配置成支持所述穿孔反应保持器内在所述输入面和所述输出面之间的燃烧反应的至少一部分。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11953201B2 (en) 2013-02-14 2024-04-09 Clearsign Technologies Corporation Control system and method for a burner with a distal flame holder
US10077899B2 (en) 2013-02-14 2018-09-18 Clearsign Combustion Corporation Startup method and mechanism for a burner having a perforated flame holder
US11460188B2 (en) * 2013-02-14 2022-10-04 Clearsign Technologies Corporation Ultra low emissions firetube boiler burner
EP3403026B1 (en) 2016-01-13 2021-12-15 ClearSign Technologies Corporation Combustion system comprising a first and a second perforated flame holder, separated by a gap
CN108884993B (zh) 2016-04-29 2020-05-19 美一蓝技术公司 具有离散横向火焰稳定器的燃烧器系统
WO2018085152A1 (en) 2016-11-04 2018-05-11 Clearsign Combustion Corporation Plasma pilot
WO2018160884A1 (en) 2017-03-03 2018-09-07 Clearsign Combustion Corporation Field installed perforated flame holder and method of assembly and installation
WO2018208695A1 (en) 2017-05-08 2018-11-15 Clearsign Combustion Corporation Combustion system including a mixing tube and a perforated flame holder
US11236903B2 (en) * 2018-02-23 2022-02-01 Fulton Group N.A., Inc. Compact inward-firing premix fuel combustion system, and fluid heating system and packaged burner system including the same
FR3103260B1 (fr) * 2019-11-15 2021-11-26 Solaronics Sa Emetteur de rayonnement infra-rouge

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63271009A (ja) * 1987-04-27 1988-11-08 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
EP1180642A1 (en) * 2000-08-02 2002-02-20 SMEG S.p.A. Ultra-high-speed burner for a cooking range or a gas cooker
CN101353987A (zh) * 2007-07-25 2009-01-28 株式会社电装 可补偿燃料喷射器喷射的燃料量偏差的燃料喷射控制装置
CN104884866A (zh) * 2013-02-14 2015-09-02 克利尔赛恩燃烧公司 穿孔火焰稳定器和包括穿孔火焰稳定器的燃烧器
US20150276217A1 (en) * 2013-02-14 2015-10-01 Clearsign Combustion Corporation Burner with a fuel nozzle and a perforated flame holder separated by an entrainment distance

Family Cites Families (84)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2095065A (en) 1933-01-25 1937-10-05 Joseph W Hays Surface combustion process
US2828813A (en) 1955-01-25 1958-04-01 Artemas F Holden Gas-fueled heating apparatus
US3008513A (en) 1959-08-03 1961-11-14 Artemas F Holden Safety construction for luminous wall furnace
US3155142A (en) 1961-02-13 1964-11-03 Minnesota Mining & Mfg Radiant gas burner
US3324924A (en) 1965-03-22 1967-06-13 Du Pont Radiant heating devices
FR2232735B1 (zh) 1972-05-08 1976-08-06 Antargaz
GB1465785A (en) 1973-03-12 1977-03-02 Tokyo Gas Co Ltd Burner and method of combustion-
DE2950535A1 (de) 1979-11-23 1981-06-11 BBC AG Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Brennkammer einer gasturbine mit vormisch/vorverdampf-elementen
US4519770A (en) 1980-06-30 1985-05-28 Alzeta Corp. Firetube boiler heater system
US4483673A (en) 1983-03-07 1984-11-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Catalytic combustion arrangement
US4673349A (en) 1984-12-20 1987-06-16 Ngk Insulators, Ltd. High temperature surface combustion burner
FR2589555B1 (fr) 1985-11-06 1989-11-10 Gaz De France Bruleur a gaz a air souffle
US4643667A (en) 1985-11-21 1987-02-17 Institute Of Gas Technology Non-catalytic porous-phase combustor
JP2813834B2 (ja) 1990-05-31 1998-10-22 第一工業製薬株式会社 イオン導伝性ポリマー電解質
US5326257A (en) 1992-10-21 1994-07-05 Maxon Corporation Gas-fired radiant burner
US5470222A (en) 1993-06-21 1995-11-28 United Technologies Corporation Heating unit with a high emissivity, porous ceramic flame holder
US5439372A (en) 1993-06-28 1995-08-08 Alzeta Corporation Multiple firing rate zone burner and method
DE4322109C2 (de) 1993-07-02 2001-02-22 Franz Durst Brenner für ein Gas/Luft-Gemisch
DE4324644A1 (de) 1993-07-22 1995-01-26 Gossler Kg Oscar Keramisches Verbrennungsträgerelement für Flächenbrenner und Verfahren zu seiner Herstellung
CA2130964C (en) * 1993-08-27 2003-06-17 Henry Jack Moore Jr. Water heater with low nox ceramic burner
US5441402A (en) 1993-10-28 1995-08-15 Gas Research Institute Emission reduction
US5409375A (en) 1993-12-10 1995-04-25 Selee Corporation Radiant burner
US5641282A (en) 1995-02-28 1997-06-24 Gas Research Institute Advanced radiant gas burner and method utilizing flame support rod structure
US5899686A (en) 1996-08-19 1999-05-04 Gas Research Institute Gas burner apparatus having a flame holder structure with a contoured surface
US5957682A (en) 1996-09-04 1999-09-28 Gordon-Piatt Energy Group, Inc. Low NOx burner assembly
DE19646957B4 (de) 1996-11-13 2005-03-17 Gvp Gesellschaft Zur Vermarktung Der Porenbrennertechnik Mbh Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Flüssigbrennstoff
DE19648808A1 (de) 1996-11-26 1998-06-04 Schott Glaswerke Gasbrenner
US5993192A (en) 1997-09-16 1999-11-30 Regents Of The University Of Minnesota High heat flux catalytic radiant burner
DE10114903A1 (de) 2001-03-26 2002-10-17 Invent Gmbh Entwicklung Neuer Technologien Brenner für ein Gas/Luft-Gemisch
DE10119035A1 (de) 2001-04-18 2002-10-24 Alstom Switzerland Ltd Katalytisch arbeitender Brenner
US20040058290A1 (en) 2001-06-28 2004-03-25 Joshua Mauzey Self-sustaining premixed pilot burner for liquid fuels
US6896512B2 (en) 2001-09-19 2005-05-24 Aztec Machinery Company Radiator element
US20040152028A1 (en) 2003-02-05 2004-08-05 Singh Prem C. Flame-less infrared heater
DE10336530B3 (de) 2003-08-05 2005-02-17 Leinemann Gmbh & Co. Flammendurchschlagsicherung
JP2006275482A (ja) 2005-03-30 2006-10-12 Toho Gas Co Ltd バーナ
CN101046304A (zh) 2006-03-27 2007-10-03 窦陆军 一种煤粉催化燃烧方法及煤粉催化燃烧器及煤粉燃烧催化剂
AT504398B1 (de) * 2006-10-24 2008-07-15 Windhager Zentralheizung Techn Porenbrenner, sowie verfahren zum betrieb eines porenbrenners
WO2008055829A1 (en) 2006-11-08 2008-05-15 Nv Bekaert Sa Modular flare stack and method of flaring waste gas
US20080268387A1 (en) 2007-04-26 2008-10-30 Takeo Saito Combustion equipment and burner combustion method
GR1006128B (el) 2007-05-25 2008-11-03 . Υψηλα θερμικα ολοκληρωμενος αναμορφωτης για παραγωγη υδρογονου
US20090053664A1 (en) 2007-08-23 2009-02-26 Csps Metal Company Ltd. Catalytic patio heater
DE102009028624A1 (de) 2009-08-18 2011-02-24 Sandvik Intellectual Property Ab Strahlungsbrenner
JP5103454B2 (ja) 2009-09-30 2012-12-19 株式会社日立製作所 燃焼器
FR2951808B1 (fr) 2009-10-22 2011-11-18 Gdf Suez Bruleur radiant a rendement accru, et procede d'amelioration du rendement d'un bruleur radiant
CN104350332B (zh) 2012-05-31 2016-11-09 克利尔赛恩燃烧公司 低NOx离焰燃烧器
US20160348901A1 (en) 2013-02-14 2016-12-01 Clearsign Combustion Corporation Electrically heated burner
US10119704B2 (en) 2013-02-14 2018-11-06 Clearsign Combustion Corporation Burner system including a non-planar perforated flame holder
US10386062B2 (en) 2013-02-14 2019-08-20 Clearsign Combustion Corporation Method for operating a combustion system including a perforated flame holder
US10125983B2 (en) 2013-02-14 2018-11-13 Clearsign Combustion Corporation High output porous tile burner
US10458649B2 (en) 2013-02-14 2019-10-29 Clearsign Combustion Corporation Horizontally fired burner with a perforated flame holder
US10190767B2 (en) 2013-03-27 2019-01-29 Clearsign Combustion Corporation Electrically controlled combustion fluid flow
CN105026840B (zh) 2013-05-10 2017-06-23 克利尔赛恩燃烧公司 用于电辅助启动的燃烧系统和方法
CN105531540B (zh) 2013-09-23 2018-04-06 克利尔赛恩燃烧公司 采用多个有孔火焰保持器的燃烧器系统以及操作方法
EP3049724B1 (en) 2013-09-23 2020-06-17 ClearSign Technologies Corporation Porous flame holder for low nox combustion and method
EP3055616B1 (en) 2013-10-07 2020-12-09 ClearSign Technologies Corporation Pre-mixed fuel burner with perforated flame holder
WO2015057740A1 (en) 2013-10-14 2015-04-23 Clearsign Combustion Corporation Flame visualization control for electrodynamic combustion control
CA2928451A1 (en) 2013-11-08 2015-05-14 Clearsign Combustion Corporation Combustion system with flame location actuation
EP3097365A4 (en) 2014-01-24 2017-10-25 Clearsign Combustion Corporation LOW NOx FIRE TUBE BOILER
WO2015123683A1 (en) 2014-02-14 2015-08-20 Clearsign Combustion Corporation Application of an electric field to a combustion reaction supported by a perforated flame holder
CN106103338B (zh) 2014-02-14 2018-04-20 克利尔赛恩燃烧公司 具有有孔火焰保持器的顶烧式燃烧器
US20150362177A1 (en) 2014-06-11 2015-12-17 Clearsign Combustion Corporation Flame position control electrodes
WO2016007564A1 (en) 2014-07-07 2016-01-14 Clearsign Combustion Corporation Burner system including a moveable perforated flame holder
US20160003471A1 (en) 2014-07-07 2016-01-07 Clearsign Combustion Corporation Burner with a perforated flame holder support structure
US9885496B2 (en) 2014-07-28 2018-02-06 Clearsign Combustion Corporation Fluid heater with perforated flame holder
US9791171B2 (en) 2014-07-28 2017-10-17 Clearsign Combustion Corporation Fluid heater with a variable-output burner including a perforated flame holder and method of operation
US9828288B2 (en) 2014-08-13 2017-11-28 Clearsign Combustion Corporation Perforated burner for a rotary kiln
US20180038589A1 (en) 2014-12-24 2018-02-08 Clearsign Combustion Corporation Flame holders with fuel and oxidant recirculation, combustion systems including such flame holders, and related methods
US11473774B2 (en) 2015-02-17 2022-10-18 Clearsign Technologies Corporation Methods of upgrading a conventional combustion system to include a perforated flame holder
US20160238240A1 (en) 2015-02-17 2016-08-18 Clearsign Combustion Corporation Duct burner including a perforated flame holder
US20160238277A1 (en) 2015-02-17 2016-08-18 Clearsign Combustion Corporation Box heater including a perforated flame holder
WO2016134068A1 (en) 2015-02-17 2016-08-25 Clearsign Combustion Corporation Burner system with a perforated flame holder and a plurality of fuel sources
WO2016134061A1 (en) 2015-02-17 2016-08-25 Clearsign Combustion Corporation Perforated flame holder with adjustable fuel nozzle
US10801723B2 (en) 2015-02-17 2020-10-13 Clearsign Technologies Corporation Prefabricated integrated combustion assemblies and methods of installing the same into a combustion system
US10006715B2 (en) 2015-02-17 2018-06-26 Clearsign Combustion Corporation Tunnel burner including a perforated flame holder
US20160238242A1 (en) 2015-02-18 2016-08-18 Clearsign Combustion Corporation Burner with a perforated flame holder support structure
US20160245509A1 (en) 2015-02-18 2016-08-25 Clearsign Combustion Corporation Flare stack with perforated flame holder
WO2016141362A1 (en) 2015-03-04 2016-09-09 Clearsign Combustion Corporation BURNER WITH REDUCED NOx OUTPUT FROM A NITROGEN-CONTAINING FUEL
JP2016178223A (ja) 2015-03-20 2016-10-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
US20170051913A1 (en) 2015-08-18 2017-02-23 Clearsign Combustion Corporation Combustion system with a perforated flame holder and an external flue gas recirculation apparatus
CN107923613B (zh) 2015-09-14 2019-09-17 克利尔赛恩燃烧公司 穿孔火焰保持器的部分转变的火焰启动
US10088153B2 (en) 2015-12-29 2018-10-02 Clearsign Combustion Corporation Radiant wall burner including perforated flame holders
US20170191655A1 (en) 2015-12-31 2017-07-06 Clearsign Combustion Corporation Perforated flame holder with integrated sub-quench distance layer
EP3403026B1 (en) 2016-01-13 2021-12-15 ClearSign Technologies Corporation Combustion system comprising a first and a second perforated flame holder, separated by a gap
US10551058B2 (en) 2016-03-18 2020-02-04 Clearsign Technologies Corporation Multi-nozzle combustion assemblies including perforated flame holder, combustion systems including the combustion assemblies, and related methods

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63271009A (ja) * 1987-04-27 1988-11-08 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
EP1180642A1 (en) * 2000-08-02 2002-02-20 SMEG S.p.A. Ultra-high-speed burner for a cooking range or a gas cooker
CN101353987A (zh) * 2007-07-25 2009-01-28 株式会社电装 可补偿燃料喷射器喷射的燃料量偏差的燃料喷射控制装置
CN104884866A (zh) * 2013-02-14 2015-09-02 克利尔赛恩燃烧公司 穿孔火焰稳定器和包括穿孔火焰稳定器的燃烧器
US20150276217A1 (en) * 2013-02-14 2015-10-01 Clearsign Combustion Corporation Burner with a fuel nozzle and a perforated flame holder separated by an entrainment distance

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Publication number Publication date
US20180066846A1 (en) 2018-03-08
US10539326B2 (en) 2020-01-21

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