本發明涉及一種生成電力的方法以及一種發電機系統。

背景技術：

現有技術的典型發電機系統包括燃燒發動機、燃料箱和發電機。燃燒發動機包括一組汽缸，所述一組汽缸具有對應的一組往復式活塞。與上述布置相關的一個問題在于，移動活塞及其他移動零件必須經常用油進行潤滑，這對燃燒發動機的運行溫度有著顯著的影響。而在考慮到效率系數時，運行溫度又是重要的因素。在耐用性沒有顯著退化的情況下，上述發動機承受低于100攝氏度的運行溫度。這種溫度對于使水汽化而言太低，因此無法有效地用于生成電力，即，只是在浪費熱量。

美國專利2,095,984(H.Holzwarth)公開了一種爆燃式渦輪機設備。該爆燃式渦輪機設備包括：脈沖轉子；用于生成爆燃氣體的無活塞式爆燃室；以及噴嘴，所述噴嘴用于使氣體膨脹并將氣體引至僅由所述氣體的間歇吹噴驅動的轉子。

現有技術的另一種典型發電機系統包括燃氣渦輪機以及由該燃氣渦輪機的軸驅動的發電機。燃氣渦輪機的問題在于，由于燃氣渦輪機的燃燒器實際上處于開放空間中，因此燃燒器處于相對較低的壓力。燃燒器的較低壓力顯著降低了效率系數。在Holzwarth渦輪機設備中，間歇的低壓顯著降低了效率系數。

技術實現要素：

因此，本發明的目的在于提供一種方法以及一種用于實施該方法的系統，以減少上述缺點。本發明的目的通過特征由獨立權利要求陳述的一種方法和一種系統實現。本發明的優選實施例在獨立權利要求中公開。

本發明基于下述理念：將燃燒室布置在燃氣渦輪機外面，并向該燃燒室提供壓縮空氣，以便在受控且最佳的條件下執行燃燒過程并使用來自該過程的剩余熱量。布置可控輸入閥，用以控制周期性燃燒過程，以匹配特定氣體振蕩的頻率，使得它們彼此增強。

本發明的方法和系統的優點在于，可以針對燃燒過程優化燃燒室中的條件，這顯著提高了系統的整體效率。燃燒室可以具有數百攝氏度的運行溫度，并且壓縮室中的壓力可以與往復式燃燒發動機的狄賽爾循環(diesel cycle，柴油機循環)中壓縮沖程結束時的壓力相似。這種溫度增加了燃燒過程的效率，并且由于高溫，熱量可容易地轉換為電力。

附圖說明

在下文中，將參照附圖通過優選的實施例更加詳細地描述本發明，附圖中：

圖1示出了根據本發明的一種實施例的第一發電機系統；

圖2示出了根據本發明的一種實施例的具有蒸汽循環系統的第二發電機系統；

圖3示出了根據本發明的一種實施例的具有注入器或噴射器系統的第三發電機系統；

圖4示出了具有兩個燃燒室的系統的細節圖；以及

圖5示出了根據一種實施例的系統中壓力隨著時間的變化。

具體實施方式

參照圖1的簡單實例，發電機系統包括渦輪機22，該渦輪機軸向地或經由傳動裝置20與發電機26和壓縮機24連接。發電機還可以軸向地連接至渦輪機22。當通過流過渦輪機22的流體向渦輪機饋送能量時，渦輪機的轉子轉動。渦輪機轉子的轉動驅動傳動裝置20以及均連接至傳動裝置的發電機26和壓縮機24二者。渦輪機、發電機和壓縮機可以通過驅動軸、輪軸或其他適合的動力傳動裝置連接至傳動裝置。該布置用發電機26將饋送至渦輪機22的能量轉換為電能輸出99，并用壓縮機24將能量轉換為空氣壓力，所述壓縮機壓縮用于燃燒室10的空氣。在一種實施例中，壓縮機24使壓縮空氣積聚進入空氣箱32，然后空氣箱32將其中積聚的壓縮空氣饋送至燃燒室10。壓縮機24優選地為螺桿式壓縮機，螺桿式壓縮機效率高并且能夠向燃燒室10和空氣箱32提供高的壓力。在一種實施例中，系統包括與第一螺桿式壓縮機24串聯連接的第二螺桿式壓縮機，以向空氣箱提供甚至更高的壓力。在一種實施例中，系統包括軸流式壓縮機24(諸如離心式壓縮機)和與該軸流式壓縮機24串聯連接的螺桿式壓縮機的組合，以向空氣箱提供空氣。這些壓縮機中的一個或多個或全部可以為例如軸流式、徑向式、螺桿式、活塞式或者一些其他類型的壓縮機。這一連串的壓縮機可以是并行或串聯連接的所述壓縮機類型中的一種或多種的組合。該一個或多個壓縮機優選地布置成將供至空氣箱的壓力增加至20巴以上。在一種實施例中，該一個或多個壓縮機布置成將供至空氣箱的壓力增加至30巴、35巴或40巴以上。在一種實施例中，可以用電動機驅動壓縮機24。在一種實施例中，可以在串聯連接的第一壓縮機和第二壓縮機之間設置中間冷卻器，以冷卻壓縮機之間的空氣。在一種實施例中，可以在串聯連接的壓縮機級的一些或全部之間設置中間冷卻器，以冷卻壓縮機之間的空氣。然后中間冷卻器就可以用于生成蒸汽，該蒸汽可以在燃燒循環的膨脹階段之間以短的高壓蒸汽脈沖的形式注入到燃燒室中。優選地，燃燒室中的燃燒是爆燃燃燒，而不是爆震燃燒。

發電機系統還包括燃燒室10，該燃燒室布置成從壓縮機24或從空氣箱32接收壓縮空氣并從燃料箱30接收燃料，以開始燃燒過程。壓縮空氣通過可控閥從空氣箱釋放進入燃燒室10。壓縮空氣在進入燃燒室之前用熱量回收單元40預加熱，該熱量回收單元將熱量從燃燒室傳遞至壓縮空氣。在最后一個壓縮機之后可以使用回熱器(regenerator，再生器)，用以在將壓縮空氣饋送至燃燒室或饋送至繞過燃燒室的旁路管道之前加熱壓縮空氣。回熱器可以使用來自例如廢氣或燃燒室的余熱用于加熱壓縮空氣。當啟動系統并且燃燒室處于室溫時，還可以用其他裝置對壓縮空氣進行預加熱，例如用電阻器電力地預加熱。燃料從燃料箱中釋放或泵出并注入到燃燒室中。燃料優選地為柴油或液化天然氣(LNG)。在一種實施例中，燃料為汽油、天然氣、乙醇、生物柴油或者兩種或更多種前述燃料的混合物。在一種實施例中，燃料包括氫氣和一氧化碳的混合物，該混合物是堿回收單元的副產品。在一種實施例中，水或蒸汽可以與燃料一起注入到燃燒室中。在一種實施例中，燃料包括煤粉或褐煤粉本身或者與天然氣、柴油或其他一些適合的燃料混合的煤粉或褐煤粉。

由于燃燒室內的高壓和高溫，注入到燃燒室中的燃料開始燃燒。通過將空氣從空氣箱釋放至燃燒室而布置燃燒室中的高壓。除了預加熱以外，燃燒室的熱量會加熱燃燒室中的釋放空氣，并增加甚至更高的壓力。當啟動系統并且燃燒室尚未達到其運行溫度時，可以用點火線圈、電熱塞、預熱布置或加熱器布置觸發點火。在一種實施例中，系統包括前室或預燃室。可以在預燃室中點燃燃料混合物，以開始燃燒過程。燃燒過程會產生熱量，該熱量加熱燃燒室并通過加熱引入燃燒室中的燃料和壓縮空氣而使燃燒過程繼續進行。在一種實施例中，在啟動系統后的燃燒循環期間也會使用點火。在一種實施例中，使用熱量回收單元40或其他熱量提取裝置將熱量從燃燒室或燃燒過程傳遞至水或蒸汽，然后生成高壓蒸汽。在燃燒過程的膨脹階段之間將高壓蒸汽注入到燃燒室中。蒸汽以短的高壓脈沖的形式注入，并且兩個膨脹階段之間的脈沖量可以為例如1至10、2至8、3至6或一些其他量，諸如4、5、7或8。

在一種實施例中，系統包括用于產生供至區域供熱系統的熱量的裝置，諸如熱交換器。可以將發電機系統產生的熱能的一部分從系統中提取出來并用熱交換器轉移，用以加熱區域供熱系統的水。這種電能和熱能的結合產生提高了系統的整體效率。

在一種實施例中，系統包括用于使用發電機系統的熱能運行吸收式冷卻系統的裝置，諸如熱交換器。可以將發電機系統產生的熱能的一部分從系統中提取出來并用熱交換器轉移至吸收式冷卻系統，這在氣候溫暖的區域可以提高系統的整體效率。

燃燒室10優選地為中空容器，該中空容器具有用于燃料和壓縮空氣的輸入裝置以及用于燃燒產物(即，廢氣)的輸出裝置。輸入裝置和輸出裝置是可控的，并且可以在燃燒循環的特定階段中關閉和打開，以便在燃料的點燃之前增加進入燃燒室的壓力并在點燃后排出燃燒產物。輸入裝置和輸出裝置可以分別理解為入口和出口，但在本文本中通篇使用術語輸入裝置和輸出裝置。可以使用一個或多個閥控制供至燃燒室或來自燃燒室的流。在一種實施例中，輸入閥和/或輸出閥中的一個或多個是所謂的徑向閥，即，徑向地定位于燃燒室蓋周圍。輸入閥可以固定至相對于燃燒室傾斜的位置，即，不垂直于燃燒室壁。當通過傾斜閥注入氣體時，閥的這種傾斜位置會在燃燒室中產生氣體旋渦。這種類型的旋渦可以用傾斜閥控制，而垂直放置的閥產生的隨機旋渦即使不是不能控制也會很難控制。通過選擇適合的傾斜角度和/或通過選擇輸入閥打開的時機可使用輸入閥控制旋渦。燃燒室中的燃燒過程是至少類似于狄賽爾循環的循環過程。將來自空氣箱的預加熱壓縮空氣引入燃燒室，并且將燃料注入到燃燒室中，直到空氣-燃料混合物開始燃燒。空氣-燃料混合物的燃燒膨脹了其體積，所以當輸出閥打開時，燃燒產物及壓縮空氣通過輸出裝置排出。通過控制輸入閥和輸出閥而控制燃燒循環的運行速度。可以在由系統的性質限定的一定極限內自由地選擇運行速度。可以限制運行速度的這些性質可以為例如閥的運行速度、空氣箱中的空氣壓力、燃料類型等。然而，為了每個系統的最佳性能可以調節運行速度，因為其不受移動活塞或移動質量的類似物理限制所限。

為了能夠進行快速、潔凈、完全的燃燒過程，燃燒室優選地具有簡單的形式，最優選地具有球形或圓柱形。簡單的形式使能具有較高的運行溫度，這會提高效率并減少燃燒過程期間產生的有害顆粒和氣體的量。燃燒室布置成以高溫運作。除了該簡單的形式以外，在性能或耐用性沒有顯著退化的情況下，燃燒室的材料也必須承受高溫。燃燒室的材料可以為陶瓷、金屬、合金或者優選地為兩種或更多種材料的組合。例如，燃燒室可以包括具有陶瓷內涂層的合金外殼。合金外殼承受高壓和強作用力，而陶瓷內涂層承受較高的表面溫度。燃燒室的構造優選地布置成承受400攝氏度的運行溫度。在一種實施例中，燃燒室布置成承受500、600、700或800攝氏度的運行溫度。燃燒室本身并不包括任何移動零件，因此將燃燒室設計為承受高溫是相對簡單的任務。經受最高熱應力的移動零件是位于燃燒室的輸入端口和輸出端口處的閥。然而，存在設計成以這些溫度運行的現成閥，因此設計并實現耐用的閥系統應該是相對容易的任務。

燃燒室10的輸出裝置將包括燃燒產物和壓縮空氣的流從燃燒室引導到渦輪機22。由于燃燒室中的高壓，當輸出裝置打開時，流以高的速度排出。通過使輸出裝置和空氣輸入裝置同時打開一定的時間段可以加強燃燒產物的排出。渦輪機22包括轉子，當該流流過渦輪機時該轉子轉動。如上文所述的，轉動的轉子驅動傳動裝置20，傳動裝置轉而又驅動發電機26和壓縮機24。將流引導至渦輪機之后的排放管90，并且廢氣98從系統中釋放。

燃燒室10優選地為渦輪機22外面的獨立單元。通過連接燃燒室10與渦輪機22的管道、管或一些其他通道，將從燃燒室10中排出的燃燒產物引導至渦輪機22。在一種實施例中，系統包括多個燃燒室。在這種情況下，每個燃燒室具有將該燃燒室連接至渦輪機22的管道、管或一些其他通道。優選地，該多個燃燒室布置成相繼地(即，不是全部在同一時間)排出其燃燒產物，以向渦輪機22提供較穩定的燃燒產物流。在一種實施例中，以在燃燒過程的膨脹階段之間注入到燃燒室中的較短高壓蒸汽脈沖的形式實現流向渦輪機22的較穩定的流。

在一種實施例中，發電機26向儲電系統供電，該儲電系統包括用于儲存由發電機產生的電能的一個或多個電容器、超級電容器或蓄電池。這種類型的系統可以用于在車輛應用中，以產生并儲存用于車輛的電動機的電能。

現在參照圖2，在一種實施例中，發電機系統還包括蒸汽循環系統。蒸汽循環系統包括蒸汽箱34、熱量回收單元40、熱交換器42、冷凝器50和水箱36。在一種實施例中，蒸汽循環系統還包括第二渦輪機。水和蒸汽在蒸汽循環系統中循環，其中，水積聚進入水箱36中，而蒸汽積聚進入蒸汽箱34中。在一種實施例中，蒸汽箱和水箱是一個箱，其中，水積聚在箱的底部，而蒸汽積聚在箱的頂部。蒸汽的流動基于系統內的壓力差，但如有需要可以用泵或類似的布置進行協助。通過可以以受控方式操作的多個閥對流動進行控制。

蒸汽布置成從蒸汽箱34流向熱量回收單元40。熱量回收單元40與燃燒室10熱連接，使得燃燒室對熱量回收單元進行加熱，在熱量回收單元中，熱量傳遞至流過熱量回收單元的蒸汽。熱量回收單元可以是具有連接至燃燒室的熱連接部分的獨立單元，或者其可以是燃燒室的固定部分。在一種實施例中，熱量回收單元甚至可以是燃燒室內的管道或燃燒室的表面上的管子。當熱量從燃燒室傳遞至流過熱量回收單元的蒸汽時，蒸汽迅速升溫并膨脹。然后蒸汽流被引至渦輪機22，在渦輪機中，蒸汽流與從燃燒室10排入渦輪機22的燃燒產物和壓縮空氣同時轉動渦輪機22的轉子。

在一種實施例中，可以使用熱泵產生蒸汽。已知熱泵在所需溫度差較小時是有效的。因此，熱泵是用于向處于或接近其沸點的水增加熱能的良好替選物。例如，可以使用空氣-水或水-水熱泵從預加熱至接近或處于其沸點的水產生蒸汽。除了熱泵以外，還可以使用其他能源(包括前述的那些)協助蒸汽產生。在一種實施例中，排出蒸汽流被冷凝為水，并且從冷凝中釋放的熱量用作熱泵的熱源。冷凝發生的溫度取決于廢氣和蒸汽的壓力。所述溫度在大氣壓力下為100攝氏度，但在更高的壓力下，其可以為例如高達200、300、400或者甚至500攝氏度。熱泵使用熱量使水汽化，用于向系統提供新鮮的蒸汽。在一種實施例中，由系統的一個或多個中間冷卻器提供的熱量用作用于熱泵的熱源。

在一種實施例中，熱量回收單元40用隔熱材料代替，并且向燃燒室10注入的時間依賴性蒸汽注入維持燃燒室穩定的運行溫度。時間依賴性蒸汽注入優選地為在燃燒過程的膨脹階段之間注入到燃燒室中的短的高壓蒸汽脈沖。由于注入的高壓蒸汽脈沖的短的脈沖式長度，其只需要減少量的蒸汽。注入后，蒸汽離開燃燒室并進入渦輪機22。

在一種實施例中，系統包括用于提高系統中蒸汽的量和/或溫度的額外燃燒器。該燃燒器優選地使用與系統的其余部分類型相同的燃料。燃料在燃燒器中燃燒，以便產生熱量，然后熱量對蒸汽進行加熱和/或燃燒的燃料對水進行加熱以產生蒸汽。可以在無法產生足夠的“余熱”以產生足量蒸汽的系統中使用額外的燃燒器。額外燃燒器的使用確保可以獲得具有理想溫度和壓力的理想蒸汽量。

在一種實施例中，蒸汽不與燃燒產物引向同一渦輪機22。在這種實施例中，系統包括第二渦輪機，第二渦輪機專門用于蒸汽流，而(第一)渦輪機22專門用于燃燒產物和壓縮空氣的流。燃燒產物和壓縮空氣的流甚至可以布置成流過渦輪機22之后的額外的熱交換器，以在該流進入第二渦輪機之前對該流進行加熱。第二渦輪機的布置可以與已知的組合循環動力設備類似。

蒸汽、壓縮空氣和燃燒產物的流從渦輪機流過熱交換器42到達冷凝器50，在冷凝器中，蒸汽被冷凝成水，并且壓縮空氣和燃燒產物通過排放管90被引導出系統。在第二渦輪機的實施例中，燃燒產物和壓縮空氣的流被布置成流過熱交換器42直接到達排放管，而蒸汽流布置成流過熱交換器42和冷凝器50到達水箱36。

來自排放流的冷凝水可能造成對于系統的雜質積聚，這是不理想的。在一種實施例中，通過向冷凝器饋送新鮮的大氣空氣解決這一問題，由此可以向系統冷凝相對潔凈的水。

由蒸汽和/或由大氣空氣冷凝的水流入或泵送入水箱36。可以在冷凝器50和水箱36之間布置離子交換器52，用于在水再次進入循環之前對水進行凈化。水箱36積聚水，然后水被引導至或泵送至熱交換器42。熱交換器將熱量從蒸汽、壓縮空氣和燃燒產物的流傳遞至流過熱交換器的水。熱交換器的熱量將水汽化為蒸汽，然后蒸汽被引導流回蒸汽箱34。高壓蒸汽可以以短突發(short burst，短脈沖群)的形式從蒸汽箱34中釋放，以形成到燃燒室的短高壓脈沖。

圖3示出了一種發電機系統，該發電機系統在其他方面與圖2的系統類似，只是該發電機系統還包括具有縮擴噴嘴(converging-diverging nozzle，超音速噴管)的泵，所述縮擴噴嘴例如為注入器或噴射器12，用于將來自燃燒室10的燃燒產物的流和來自熱量回收單元40或來自熱交換器42的蒸汽相組合，其中，噴射器12將蒸汽和燃燒產物引導至渦輪機22，用于轉動渦輪機的轉子。具有縮擴噴嘴的泵在說明書中被稱為噴射器，但在一種實施例中，泵也可以為例如注入器、蒸汽注入器或蒸汽噴射器。噴射器12位于渦輪機和燃燒室及其熱量回收單元之間。燃燒產物和壓縮空氣被排入噴射器，在噴射器中，來自燃燒室的熱物質使來自熱量回收單元的蒸汽過熱。蒸汽的過熱造成蒸汽的快速膨脹。噴射器12將過熱的蒸汽、燃燒產物和壓縮空氣的流引導至渦輪機22中，在渦輪機中，該流轉動渦輪機的轉子。在一種實施例中，短高壓蒸汽脈沖被注入到噴射器12中，蒸汽從該噴射器流向渦輪機并轉動渦輪機的轉子。在一種實施例中，可以在燃燒室10與渦輪機22之間的噴射器12中使用后燃器(afterburner，補燃器)。然而，因為渦輪機的輸入氣體應該優選地具有低的溫度，而后燃器會提高廢氣的溫度，所以必須監測并控制廢氣的溫度。在一種實施例中，后燃器是間歇使用的，而不是連續地使用。

在一種實施例中，系統還包括可調節噴嘴和與噴射器12及燃燒室10的輸出裝置連接的閥，用于調節燃燒產物從燃燒室10中的排出。噴嘴具有可以改變的一定設計和形式。噴嘴在噴射器內處于蒸汽的旁流中，該蒸汽從熱量回收單元40流向渦輪機22。在輸出裝置中的閥打開時，噴嘴的形式對于燃燒產物從燃燒室的排出具有顯著影響。通過改變噴嘴的形式，可以借助于蒸汽的旁流增加燃燒產物的排出。

在一種實施例中，在燃燒產物的一部分(即，廢氣)從燃燒室中排出時，將廢氣引導至渦輪機22的低溫/低壓區域或者引導至低壓渦輪機。在該實施例中，因為吸入側的壓力高于低溫/低壓區域中的壓力，所以可以省去該噴射器或多個噴射器(14a、14b)。

圖4示出了具有兩個燃燒室10a和10b以及噴射器12的燃燒系統的一種實施例的細節圖。燃燒室和噴射器的數量不限于本實例。對該實施例選擇了兩個燃燒室和一個噴射器，以提供實例并展現系統的能力。在一種實施例中，電燃燒系統具有一個、兩個、三個、四個或更多個燃燒室以及零個、一個、兩個、三個、四個或更多個噴射器。在一種實施例中，噴射器不是必要的，一個噴射器也沒有的情況下系統也可以運行。

每個燃燒室10a、10b均包括可以用或不用輸入閥控制的一個或多個輸入裝置101、102以及可以用輸出閥打開或控制的一個或多個輸出裝置111、112。因為氣體傾向于從較高壓力區域流向較低壓力區域，所以可以通過控制輸入裝置和輸出裝置的壓力而無需用閥對輸入裝置和輸出裝置進行控制。在一種實施例中，輸入裝置和輸出裝置中的至少一些用氣體振動或振蕩控制，而不用閥控制。氣體在管線中的移動傾向于以特定于管線和氣體的一種頻率或多種頻率(所謂的本征頻率)振蕩。脈沖動作由周期性的燃燒產生，并由流動系統的本征頻率加強。可以通過控制周期性燃燒過程而開發特定振蕩頻率，以匹配特定氣體振蕩的頻率，從而使得這些振蕩頻率彼此增強。在一種實施例中，燃燒循環與系統中流動的壓縮空氣的特定振蕩頻率匹配。在一種實施例中，閥致動經過優化，以與脈沖渦輪機的理想周期運行協調。在一種實施例中，燃燒循環、系統中流動的壓縮空氣的特定振蕩頻率以及系統中流動的蒸汽的特定振蕩頻率均與相同的階段匹配，因此所述振蕩頻率相互增強。蒸汽和壓縮空氣流的特定振蕩頻率可以與管線設計匹配。在一種實施例中，燃燒循環與系統中流動的壓縮空氣的特定振蕩頻率匹配，并且與系統中流動的蒸汽的特定振蕩頻率匹配，但蒸汽與壓縮空氣的特定頻率彼此不匹配。優選地，流動系統經過優化，使得流動損失最小化。

在一種實施例中，系統包括串聯連接的壓縮機以產生供至燃燒室的高壓壓縮空氣。典型的方式是將壓縮空氣從第一壓縮機饋送至第二壓縮機并從第二壓縮機饋送至第三壓縮機，以此類推。壓縮空氣的壓力在每個壓縮機級中增加，并且最終壓縮空氣從該系列壓縮機的最后一個壓縮機釋放至燃燒室。這是能量消耗，因為壓縮空氣的量(質量)在每個壓縮級中是相同的。壓縮級可以是一個壓縮機或是并行連接的多個壓縮機(即，每個壓縮機均具有共同的輸入裝置和輸出裝置)。在一種實施例中，壓縮空氣的質量的一部分釋放至燃燒室，而壓縮空氣的質量的其余部分釋放至該系列壓縮機的后續壓縮機。隨著壓縮空氣釋放至壓縮級之間的燃燒室，燃燒室內的壓力逐漸升高。通過使用一個或多個中間冷卻器可以從壓縮級之間的壓縮空氣中提取熱量。由于空氣的一部分釋放至壓縮級之間的燃燒室，所以待壓縮的空氣的量在后續的壓縮級中減少。可以使用多個壓力箱來儲存大氣壓力與來自最后一個壓縮機的最高壓力之間的各種壓力下的壓縮空氣。另一優點在于，逐漸的空氣饋送允許在理想的壓力下向燃燒室饋送其他輸入。例如，燃燒室可以首先接收第一次釋放的壓縮空氣，然后是燃料輸入，然后是第二次釋放的壓縮空氣，然后是蒸汽輸入，最后是第三次釋放的壓縮空氣，以達到理想的最終壓力。可以根據系統變量優化輸入的順序和時機(timing，計時)。

在一種實施例中，每個燃燒室均包括由主排放閥111控制的輸出裝置。在一種實施例中，每個燃燒室均包括兩個輸出裝置，一個輸出裝置由主排放閥111控制，一個輸出裝置由輔助排放閥112控制。在一種實施例中，每個燃燒室均包括不由閥控制的開口輸出裝置。在一種實施例中，每個燃燒室均包括用于燃料的輸入裝置101。在一種實施例中，每個燃燒室均包括用于燃料和增壓空氣的輸入裝置101、102。在一種實施例中，每個燃燒室均包括用于燃料、增壓空氣和蒸汽的輸入裝置。在一種實施例中，每個燃燒室均包括用于下述項中一種或多種的輸入裝置：燃料、增壓空氣、蒸汽和水。可以使用系統的燃燒過程的余熱至少部分地產生蒸汽。在一種實施例中，蒸汽以短高壓蒸汽脈沖的形式注入，該短高壓蒸汽脈沖在燃燒過程的膨脹階段之間注入到燃燒室中。在該實施例中，由于用蒸汽脈沖注入控制燃燒室的壓力和溫度條件，因此可以省去排放閥。在一種實施例中，蒸汽注入到燃燒室和/或注入到噴射器12和注入到渦輪機22。當兩個燃燒室輸出裝置均關閉時，蒸汽可以直接注入到噴射器12中。在一種實施例中，可以在熱交換器之后使用ORC渦輪機或斯特林發動機，用于對溫度范圍約為200攝氏度的廢氣和蒸汽進行冷卻。

圖4的系統中的燃燒循環可以具有下述步驟。首先，增壓空氣經由空氣輸入裝置102饋送至燃燒室10a、10b，而燃料經由燃料輸入裝置101饋送至燃燒室10a、10b。在一種實施例中，可以在將燃料(尤其是氣體燃料)先進行壓縮再饋送至燃燒室中。可以將燃料(例如一氧化碳或氫氣)以高于大氣壓力的壓力饋送至燃燒室。由于剩余熱量，燃燒室中的壓力增加，直到燃燒室中的燃料在例如20巴至30巴的壓力下開始燃燒并產生燃燒產物和更高的壓力。通過打開燃燒室10a和噴射器12之間的主排放閥111，將燃燒產物和壓力釋放至噴射器12。在一種實施例中，省去了主排放閥，燃燒產物自由地向噴射器12移動。在一種實施例中，氣波式增壓器(pressure wave supercharger，壓力波增壓裝置)代替了主排放閥。優選地，每個燃燒室中的燃燒循環以與其他燃燒室具有階段差異的方式運行，使得來自燃燒室的排出流較穩定而且較為不像脈沖。燃燒產物從燃燒室流向噴射器12并通過輸出裝置113從噴射器流向渦輪機22。同時，液態水和/或水蒸氣(即，蒸汽)可以經由輸入裝置注入到燃燒室10a中，并因而改善從燃燒室中排出的燃燒產物的空氣流通(ventilation，通風)。優選地，蒸汽以具有高蒸汽壓力(例如從數十巴至數百巴的蒸汽壓力)的短脈沖形式注入到燃燒室。蒸汽的注入還有助于在延長的時間段將壓力保持在較高的水平，如圖5所示。水和/或蒸汽的注入還降低燃燒室的溫度并幫助溫度控制。燃燒室可以具有在燃燒室蓋內形成的導管，用于燃燒室的排出側的水和/或蒸汽循環。水和/或蒸汽可以注入到導管中，然后水和/或蒸汽從導管的小孔眼中滲出。熱量從燃燒室的排出側轉移至滲出的注入水和/或蒸汽，然后燃燒室冷卻。在一種實施例中，類似的導管和冷卻系統用在主排放閥上。注入降低了主排放閥111的溫度，這可以延長主排放閥111的壽命。當燃燒室和噴射器中的壓力已經降低至例如40巴至50巴時，主排放閥111關閉。可以例如經由控制單元對閥中的一個或多個進行電子控制。在一種實施例中，當蒸汽脈沖注入到燃燒室因此主排氣輸出裝置始終打開時，可以省去主排放閥111。

在包括主排放閥的實施例中，關閉主排放閥111后，可以通過閥103用液態水和/或水蒸氣(即，蒸汽)噴灑噴射器，這會將噴射器12中的壓力提高至例如65巴。在噴射器12中的一定壓力(例如65巴)下，第二燃燒室10b的主排放閥111打開并將燃燒產物釋放至噴射器12，并從噴射器釋放至渦輪機22。同時，第一燃燒室10a的第二排放閥112保持打開，以使來自第一燃燒室10a的剩余燃燒產物空氣流通。可以通過經由輸入裝置101、102向燃燒室引入增壓空氣或蒸汽來增強空氣流通。第二排放閥112可以經由一個或多個第二噴射器14a、14b將剩余燃燒產物引向渦輪機22。在一種實施例中，蒸汽被注入到燃燒室和/或注入到噴射器12以及注入到渦輪機22。當兩個燃燒室輸出裝置均關閉時，蒸汽可以直接注入到噴射器12中。在一種實施例中，單個第二噴射器可以包括多個輸入裝置，使得該第二噴射器可以與兩個燃燒室一起使用。一旦第一燃燒室10a被通風并且壓力已經降低至例如20巴、10巴、5巴或2巴的足夠低的水平，第二排放閥112關閉，并且可以開始燃燒循環的下一循環。

在一種實施例中，第二噴射器14a、14b布置成經由輸入裝置114接收移動蒸汽或移動氣體。移動蒸汽優選地為例如處于60巴、80巴或100巴的壓力下的增壓水蒸氣。移動氣體被引導穿過第二噴射器14a、14b并經由閥104排放至噴射器12。當連接燃燒室與第二噴射器的輸出閥112打開時，當移動氣體穿過第二噴射器時，移動氣體形成吸入效應，將剩余燃燒產物從燃燒室10a、10b吸出。閥104優選地為控制閥。可以調節閥104的吞吐量和/或打開方向。在一種實施例中，系統內產生的所有多余蒸汽均可以經由閥104和/或第二噴射器14a、14b饋送至渦輪機。

在一種實施例中，使用中間蒸汽抽液造成的來自渦輪機22的回流可以引至第三噴射器。來自渦輪機的回流或中間蒸汽可以包括蒸汽或燃燒產物或者蒸汽和燃燒產物的混合物，它們被引至第三噴射器。通過使用閥并向第三噴射器引入氣體(諸如水蒸氣)將第三噴射器處的中間蒸汽的壓力提高至足夠的水平。蒸汽和燃燒產物會增加氣體的體積并降低氣體的溫度。氣體的混合物經由例如第二噴射器14a、14b和閥104從第三噴射器引向噴射器12或者引向系統的一些其他輸入閥。在一種實施例中，還可以在熱交換器之后引入使用中間蒸汽抽液的輸出。

在一種實施例中，渦輪機布置成在航空應用中轉動旁路風扇，例如代替商用飛機的渦輪風扇發動機。在一種實施例中，系統包括連接至燃燒室并用閥控制的氧氣罐。燃燒室可以用作火箭發動機的燃燒室，在下層大氣中該燃燒室使用來自燃料箱的燃料以及大氣中的氧氣，使得氧氣罐中的氧氣可以用在氧氣量不足以燃燒的上層大氣中。

圖5示出了根據一種實施例的系統中壓力的時間依賴性。由于燃燒循環造成系統內壓力在相當寬的范圍內變化，因此除非以時間依賴的方式控制系統，否則渦輪機22無法接受最佳輸入。優選地，以時間依賴的方式對所有輸入裝置101、102、103、104進行控制，以保持輸出裝置113到渦輪機處于最佳壓力。在除了燃料和空氣以外沒有任何其他時間依賴性輸入的情況下，供至渦輪機的輸出將看起來像圖5中的曲線200。在燃燒循環的開始，壓力迅速增加，就在主排放閥111打開之前達到峰值，主排放閥打開會迅速降低壓力，因為燃燒產物會流過渦輪機。現在，如果就在主排放閥111打開之后立即向燃燒室注入液態水和/或水蒸氣，則壓力不會下降得一樣快，原因在于，由于燃燒室的剩余熱量，液態水會蒸發并且水蒸氣會升溫，因而注入會減輕打開主排放閥111的影響。類似地，一旦主排放閥111關閉，就可以經由閥103用液態水和/或水蒸氣(即，蒸汽)噴灑噴射器，這會提高噴射器12中的壓力，因而增加供至渦輪機的輸出壓力。以時間依賴的方式控制液態水、蒸汽和空氣的量，以便防止供至渦輪機的輸出下降太多。將供至渦輪機的輸出保持在較高高且相對恒定的水平對系統的效率具有顯著影響。大多數時候都可以用相對恒定的輸出在最佳運行范圍內驅動渦輪機，而渦輪機無法充分利用稀疏的短突發。

通過水、蒸汽和空氣的注入可以將供至渦輪機的輸出維持在較高的水平。該較高的水平在圖5中用虛線201示出。然而，如果省去主排放閥或主排放閥始終保持打開，維持這樣的高壓需要大量蒸汽和空氣。如果以非常短的高壓脈沖的形式注入蒸汽，則可以省去主排放閥，因而簡化系統并提高其可靠性。曲線202表示以短蒸汽脈沖的形式注入時燃燒循環期間的壓力水平。短蒸汽脈沖可以將平均壓力維持在足夠高的水平，使得不需要主排放閥。短蒸汽脈沖可以具有比由燃燒造成的壓力脈沖高的峰值壓力。在例如兩個燃燒室的實施例中，可以在點燃燃料并且燃燒產物從第一燃燒室中排出后向系統(例如，向第一燃燒室)饋送短蒸汽脈沖。在第二燃燒室的排放閥關閉時，可以繼續蒸汽脈沖的饋送。在此期間，任何剩余蒸汽和燃燒產物都將從第二燃燒室沖出。第二燃燒室被壓縮空氣的輸入沖刷，該壓縮空氣流過例如第二排放閥112，然后第二排放閥又將空氣和剩余物傳遞至例如低壓渦輪機。經過沖刷后，第二燃燒室被壓縮空氣填充，燃料被注入到第二燃燒室，然后混合物開始燃燒或被點燃。燃料被點燃并且燃燒產物從第二燃燒室中排出后，在第一燃燒室的排放閥關閉、第一燃燒室被沖刷、填充并像之前第二燃燒室一樣被點燃等情況下向系統(例如向第二燃燒室)饋送短蒸汽脈沖。這使得在整個過程中具有足夠高的壓力，能夠高效使用渦輪機。

在一種實施例中，噴射器12內的壓力始終保持在例如20巴、30巴、40巴或50巴以上。在一種實施例中，注入的水、蒸汽和空氣的量以及注入它們的時間點基于系統的測定量確定。這些測定量可以為例如溫度、壓力、濕度、氣體成分、閥的狀態或者一些其他過程量。所述量可以用例如傳感器測量。在一種實施例中，注入的水、蒸汽和空氣的量以及注入它們的時間點基于燃燒循環的階段確定。通過控制引入渦輪機22的氣體的溫度，水、蒸汽的時間依賴性注入還會提高渦輪機22的可靠性。水和蒸汽的注入會降低引入渦輪機的氣體的平均溫度，因此其允許在燃燒室中使用較高的壓力(因而使用較高的溫度)。

對本領域技術人員明顯的是，隨著技術進步，本發明理念可以以各種方式實施。本發明及其實施例不限于上述實施例，而是可以在權利要求的范圍內變化。