CN108603441B - 燃烧室设备和包括所述设备的系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种方法和一种用于实施该方法的系统，以减轻往复式燃机和燃气透平机在生成动力时的缺点。本发明基于下述理念：将多功能阀布置在燃烧室内，为燃烧过程创造更有利的条件。多功能阀可以用作输出阀，但是它还可以对压缩室的内容物提供附加的最终压缩，并且其甚至可以捕获在燃烧过程中释放的部分能量。

Description

燃烧室设备和包括所述设备的系统

发明的领域

本发明涉及一种具有多功能阀的燃烧室设备，并涉及一种包括所述设备的生成动力的系统(动力生成系统，发电系统，power generating system)。

发明的背景

在燃气透平机中，第一区域暴露于燃烧室中产生的温度。因此，至燃气透平机的输入气体的温度制约了燃气透平机的效率。在活塞发动机中，燃烧是周期性的，这允许在燃烧期间使用非常高的温度。然而，往复式活塞和曲柄机构制约活塞发动机的运行速度，因为活塞具有高质量并且所有能量被转换成活塞的机械功和热量。为了达到相当高的效率，活塞必须良好地密封和润滑。

现有技术的典型发动机系统包括燃料箱和燃机。内燃机包括缸组，其具有对应的往复式活塞组。与上述设备相关的问题之一在于，移动活塞及其他移动零件必须经常用油进行润滑，这对燃机的运行温度有着显著的影响。继而，在考虑到效率时，运行温度是重要的因素。移动零件需要经常润滑，并且因此上述发动机承受低于100摄氏度的运行温度而耐用性没有显著退化。产生的热量的大部分是温度相对低的废热，这又使得难以利用废热用于能量产生或其他目的。

美国专利2,095,984(H.Holzwarth)公开了一种爆燃式透平机装备。该爆燃式透平机装备包括：脉冲转子；无活塞式爆燃室，用于生成爆燃气体；以及喷嘴，用于使气体膨胀并引至专门由所述气体的间歇性吹喷驱动的转子。

发明的简要描述

因此，本发明的目的是提供一种方法以及一种用于实施该方法的系统，以减轻上述缺点。本发明的目的通过根据实施方式的燃烧室设备和生成动力的系统实现。

根据一种实施方式，燃烧室设备包括：用于燃烧燃料的燃烧室，布置为控制供应空气的输入的输入阀，用于控制向所述燃烧室供应燃料的输入的装置，以及用于排放来自所述燃烧室的燃烧产物的输出，所述燃烧室由中空容器形成，具有中心轴线，第一轴向端部分和相对的第二轴向端部分，其中所述空气和所述燃料被供应到所述燃烧室的所述第一轴向端部分，所述输出定位于所述燃烧室的所述第二轴向端部分，以及所述设备还包括在所述燃烧室内能够轴向移动的多功能阀，所述多功能阀包括阀盘和杆，所述杆安装在所述阀盘上并从所述燃烧室的所述第二轴向端部分突出，由此所述阀盘将所述燃烧室的内部分成在所述阀盘的每个轴向侧的两个室部分，第一室部分形成在所述阀盘和所述燃烧室的所述第一轴向端部分之间，在所述阀盘朝向所述燃烧室的所述第二轴向端部分移动时，形成通向所述输出的可变体积的燃烧室，其中，所述多功能阀包括至少一个管路，其在所述阀盘中具有输出，所述多功能阀布置成通过所述管路供应空气、水或蒸汽，并供应来自所述阀盘中的所述输出的所述空气、水或蒸汽。

根据一种实施方式，生成动力的系统具有：透平机，与一个或多个压缩机连接，用于将馈送至所述透平机的能量转换成能够转动的动力轴的机械能并用一个或多个压缩机来压缩空气，燃烧室，布置成接收来自燃料箱的燃料和压缩空气以引发燃烧过程，并将燃烧产物输出到所述透平机中以使所述透平机的转子转动，并且从而使所述动力轴转动，以及输入阀，功能地连接至所述燃烧室，用于控制所述燃烧过程，所述燃烧过程是包括压缩阶段和膨胀阶段的循环过程，一个或多个可控输入阀，用于将所述压缩空气提供给所述燃烧室，以及控制单元，用于控制所述一个或多个输入阀，其中，所述系统包括上述燃烧室设备。

本发明基于的想法为，在燃烧室内布置多功能阀以产生对于燃烧过程更有利的条件。多功能阀可以用作输出阀，但是它还可以对燃烧室的内容物提供附加的最终压缩，并且它甚至可以捕获在燃烧过程中释放的部分能量。燃烧室设备位于燃气透平机外部，并且压缩空气可以提供给燃烧室，以便在受控且最佳的条件下进行燃烧过程并使用来自该过程的剩余热量。

本发明的设备和系统的优点在于，使用多功能阀用于在输入阶段期间界定燃烧室内的燃烧区域，确保在点燃燃烧室中的燃料-空气混合物之前可以实现高压。燃烧室设备还允许在燃烧室内进行最终压缩，在此期间燃料-空气混合物的压力甚至进一步升高，这又减少了用需要机械能的压缩机来升高压力的需要。根据本发明，类似于典型的燃气透平机，在相对高的温度下从系统排出热量。这种高温排出为利用排出热量创造了有利条件。

附图的简要描述

在下文中，将参照所附附图通过优选的实施方式更加详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的一实施方式的第一发电机系统；

图2示出了根据本发明的一实施方式的具有蒸汽循环系统的第二发电机系统；

图3示出了根据本发明的一实施方式的具有注入器或喷射器系统的第三发电机系统；

图4示出了具有两个燃烧室的系统的细节；

图5示出了根据一实施方式的系统中压力随着时间的变化；

图6示出了根据一实施方式的燃烧室内各种可用能量源的使用；以及

图7a至图7d示出了根据本发明的一实施方式的燃烧室设备。

发明的详细描述

参照图1的简单实施例，动力生成系统(生成动力的系统，发电机系统，powergenerator system)包括透平机22，其轴向地或通过传动装置20与动力轴51和压缩机24连接。该系统还可以包括发电机，其可以用动力轴51驱动，或者它也可以轴向连接至透平机22。当通过流过透平机的流体向透平机馈送能量时，透平机22的转子转动。透平机转子的转动驱动传动装置20以及动力轴51和压缩机24(这二者连接至传动装置)。透平机、发生器(发电机，生成器)、动力轴和压缩机可以通过驱动轴、轴(轮轴)或其他适合的动力传动装置方式连接至传动装置。该设备将馈送至透平机22的能量转换成动力轴51的机械功，并通过压缩机24转换成空气压力，该压缩机压缩空气，用于燃烧室10。在一实施方式中，压缩机24使压缩空气积聚进入空气箱32，然后将在空气箱32中积聚的压缩空气馈送至燃烧室10。压缩机24优选地为螺杆式压缩机，其效率高并且能够向燃烧室10和空气箱32提供高的压力。在一实施方式中，系统包括与第一螺杆式压缩机24串联连接的第二螺杆式压缩机，以向空气箱提供甚至更高的压力。在一实施方式中，系统包括以下组合：轴流式压缩机24，诸如径向式压缩机，和螺杆式压缩机(与该轴流式压缩机24串联连接)，以向空气箱提供空气。这些压缩机中的一个或多个或全部可以为例如轴流式、径向式、螺杆式、活塞式或者一些其他类型的压缩机。这一连串的压缩机可以是并联或串联连接的所述压缩机类型中的一种或多种的组合。该一个或多个压缩机优选地布置成将至空气箱的压力增加至超过2MPa。在一实施方式中，该一个或多个压缩机布置成将至空气箱的压力增加至超过3MPa、3.5MPa或4MPa。在一实施方式中，可以用电马达驱动压缩机24。在一实施方式中，可以在串联连接的第一压缩机和第二压缩机之间设置中间冷却器，以冷却压缩机之间的空气。在一实施方式中，可以在串联连接的压缩机级中的一些或全部之间设置中间冷却器，以冷却压缩机之间的空气。然后中间冷却器可以用于生成蒸汽，该蒸汽可以在燃烧循环的膨胀阶段之间以短的高压蒸汽脉冲的形式注入到燃烧室中。在一实施方式中，串联连接的螺杆式压缩机可以共用公共轴，使得连续的压缩级沿公共轴分隔，并且在每个压缩级之间设置中间冷却器，以从压缩气体中提取热量。来自任何压缩级的压缩空气可以被引导流入燃烧室10、空气室27、空气箱32或系统的一些其他部分中。

燃烧室内的燃烧是爆燃燃烧，而不是爆震燃烧。爆震燃烧是一种不希望的现象，因为压力趋于上升到可以损坏系统(尤其是控制阀)的水平。爆燃燃烧根本不同于在本生成动力的系统的背景下所不希望的爆震燃烧。爆燃是亚音速燃烧过程，其中火焰前锋通过燃料-空气混合物，火焰速度从大约每秒一米到每秒几百米，以缓慢的速度释放反应的热量。爆震产生超音速燃烧波，其相对于未燃烧的燃料-空气混合物每秒传播数千米。爆震波是由在其正后面的反应区释放的能量驱动的冲击波。

所描述的系统基本上基于汉弗莱循环(Humphrey cycle)发动机。与布雷登循环(Brayton cycle)的主要区别在于布雷登循环的恒压加入热量(加热)过程被恒容加入热量过程所取代。理想的汉弗莱循环包括四个过程：进气的可逆且绝热压缩；恒容加入热量；气体的可逆且绝热膨胀；以及恒压排热。简而言之，汉弗莱循环发动机是一种装备，其中气体的压缩和膨胀的重要部分在一个或多个步骤中发生在燃烧室外部。所述重要部分优选是50％以上，但在一些实施方式中，其可以是20％以上、25％以上、30％以上、35％以上、40％以上或45％以上。

发电机系统还包括燃烧室10，该燃烧室布置成接收来自压缩机24、空气室或来自空气箱32的压缩空气，并接收来自燃料箱30的燃料，以引发燃烧过程。压缩空气通过可控多功能阀从空气箱释放进入燃烧室10。压缩空气在进入燃烧室之前用热量回收单元40来预加热，该热量回收单元将热量从燃烧室传递至压缩空气。在最后的压缩机之后可以使用再生器(回热器)，用以在将压缩空气馈送至燃烧室或馈送至绕过燃烧室的旁路管路(管道)之前加热压缩空气。再生器可以使用来自例如排放气体(废气)或燃烧室的废热用于加热压缩空气。当启动系统并且燃烧室处于室温时，还可以用其他方式例如用电阻器电地对压缩空气进行预加热。

在一实施方式中，一个或多个空气室27各自包括限定其内部体积的缸(气缸，汽缸)和用于改变缸内体积的可移动活塞，体积由缸和活塞限定。缸包括用于空气的输入和输出，并且所述输入和输出优选地由一个或多个阀控制。活塞优选地包括阀，诸如蝶阀(瓣阀)或瓣阀(止回阀，舌形阀，翻板阀，球门自动阀)，用于使空气流能够进入由缸和活塞限定的空间。缸优选地包括在其上或其壁中的一个或多个空气管路，用于通过一个或多个空气管路来分别使热空气或冷空气行进以加热或冷却缸及其内容物。在这种情况下，热空气意味着比缸更热，且冷空气意味着比缸更冷。来自压缩机或来自串联连接的压缩机的任何级的压缩空气可以布置成流入一个或多个空气室。在一实施方式中，该系统包括用于串联连接的压缩机的每级的一个空气室，使得来自每个压缩级的压缩空气流布置成流入专用空气室。在一实施方式中，通过在串联连接的压缩机的每级之后将压缩空气流布置至所述空气室，可以逐渐升高单个空气室中的空气压力。

空气室可以按步骤操作，这些步骤包括：冷却空气室，逐渐填充空气室，加热空气室及其内容物，以及最后从空气室排出压缩和加热的空气。该过程以具有特定循环时间的循环来重复其本身。来自空气室的加热的空气优选通过热交换器排出到燃烧室。热交换器可以是空气室的一部分或与空气室连接。在一实施方式中，空气室的缸的空气管路形成热交换器。

通过将诸如蒸汽或环境空气或一些其他气体的流体流布置为通过空气室或通过空气室的空气管路，可以实现空气室操作中的冷却步骤。冷却空气可以是处于大气压下，即大约100kPa。冷却步骤可以占循环时间的例如7.5％或6％至10％，例如120秒的循环中的9秒或更短循环中的更少。

在填充步骤中，每个空气室填充有来自专用压缩级的空气，或者在单个空气室的情况下，其逐渐填充有来自一个或多个压缩机的空气，直到达到空气室内的所需压力。打开到空气室的输入阀，并布置压缩空气流入空气室。优选地，通过布置来自多于一级的串联连接的压缩机的压缩空气流来实现逐渐填充。所需压力可以变化但是其高于大气压。在一实施方式中，所需压力可以是例如至少1.5Mpa、2Mpa、3Mpa、4MPa或一些其他压力。填充步骤可以占小于循环时间的例如1％或0.5％至2％，例如120秒循环中的1秒或更短循环中的更少。

加热步骤通过布置热空气流(例如来自热交换器)通过空气室的空气管路来实现。空气室的加热以及因此空气室内的空气进一步增加了空气室内的空气的压力。加热步骤可以占循环时间的例如40％或30％至60％，例如120秒循环中的50秒或更短循环中的更少。

在排出步骤中，空气室的输出阀打开，且压缩和加热的空气布置成流入燃烧室。优选地，加热的空气在进入燃烧室之前流动通过热交换器25。利用空气室的活塞可以促进压缩和加热的空气的排出。排出步骤可以占循环时间的例如50％或40％至60％，例如120秒循环中的60秒或更短循环中的更少。

燃料从燃料箱释放或泵送并注入到燃烧室中，或与空气混合，在其被引入燃烧室之前。燃料优选地为柴油或液化天然气(LNG)。在一实施方式中，燃料为汽油、天然气、乙醇、生物柴油或者两种或更多种前述燃料的混合物。在一实施方式中，燃料包括氢和一氧化碳混合物，其是碱(苏打)回收单元的副产品。在一实施方式中，水或蒸汽可以与燃料一起注入到燃烧室中。在一实施方式中，燃料包括煤粉或褐煤粉本身或者与天然气、柴油或其他一些适合的燃料混合的。

注入到燃烧室中的燃料由于燃烧室内的高的压力和温度而点燃，或者其由专用的点燃系统点燃。通过将来自空气箱的空气释放至燃烧室而布置燃烧室中的高压。除了预加热以外，燃烧室的热量会加热燃烧室内的所释放的空气，并增加出甚至更高的压力。点燃可以由专用能量源连续触发，或者当系统启动并且燃烧室尚未达到其运行温度时。用于点燃的专用能量源可以是例如点燃线圈、冷凝器(凝结器)、预燃烧室、高温塞(预热塞，电热塞)、预热布置(预发光布置)、加热器布置、等离子点燃和激光点燃。在一实施方式中，系统包括前室或预燃烧室。可以在预燃烧室中点燃燃料混合物，以引发燃烧过程。在多燃料系统中，可以将例如甲烷和空气的混合物供应到燃烧室，并且其可以通过直接注入柴油来点燃。燃烧过程会产生热量，该热量加热燃烧室并保持燃烧过程运行，这是通过加热引入燃烧室中的燃料和压缩空气而进行的。在一实施方式中，在启动系统后，燃烧循环期间也会使用点燃。在一实施方式中，使用热量回收单元40或其他热量提取方式将热量从燃烧室或燃烧过程传递至水或蒸汽，且生成高压蒸汽。在燃烧过程的膨胀阶段之间将高压蒸汽注入到燃烧室中。蒸汽以短的高压脉冲来注入，并且两个膨胀阶段之间的脉冲的量可以为例如1至10、2至8、3至6或一些其他量，诸如4、5、7或8。

在一实施方式中，系统包括用于产生至区域加热系统的热量的装置，诸如热交换器。可以将发电机系统产生的热能的一些从系统中提取出来并用热交换器转移，用以加热区域加热系统的水。这种电能和热能的组合产生提高了系统的整体效率。

在一实施方式中，系统包括用于使用发电机系统的热能以运行吸收式冷却系统的装置，诸如热交换器。可以将发电机系统产生的热能的一些从系统中提取出来并用热交换器转移至吸收式冷却系统，这在气候温暖的区域可以提高系统的整体效率。

燃烧室10优选地为中空容器，其具有用于燃料和压缩空气的输入装置以及用于燃烧产物(即，排出气体)的输出。输入和输出是可控的，并且可以在燃烧循环的特定阶段中关闭和打开，以便在燃料的点燃之前增加进入燃烧室的压力并在点燃后排放燃烧产物。输入和输出可以分别理解为入口和出口，但在本文中通篇使用术语输入和输出。可以使用一个或多个阀来控制至燃烧室或来自燃烧室的流。多功能阀优选用作输出阀，但也可以使用附加的输出阀。在一实施方式中，输入阀中的一个或多个是所谓的径向阀，即，径向地定位于燃烧室盖周围。输入阀可以固定至对于燃烧室的倾斜的位置，即，不垂直于燃烧室壁。在一实施方式中，功能性地连接至燃烧室10用于控制燃烧过程的一个或多个输入阀被固定至对于燃烧室壁的法线的倾斜位置，使得气体的输入产生至燃烧室的受控的气体旋涡。当通过倾斜阀注入气体时，阀的倾斜位置会在燃烧室中产生气体旋涡。这种类型的旋涡可以用倾斜阀控制，而由垂直定位的阀产生的随机旋涡即使不是不能控制也会很难控制。通过选择适合的倾斜角度和/或通过阀打开的时机可使用输入阀来控制旋涡。燃烧室中的燃烧过程是至少类似于狄赛尔循环(Diesel cycle)的循环过程。将来自空气箱的预加热的压缩空气引入燃烧室，并且将燃料注入到燃烧室中，直到空气-燃料混合物点燃或者被点燃。空气-燃料混合物的燃烧膨胀了其体积，所以燃烧产物及压缩空气通过输出排放，当输出阀打开时。通过控制输入阀和输出阀而控制燃烧循环的运行速度。可以在由系统的性质限定的一定极限内自由地选择运行速度。可以限制运行速度的这些性质可以为例如阀的操作速度、空气箱中的空气压力、燃料类型等等。然而，为了每个系统的最佳性能可以调节运行速度，因为其不受移动活塞或移动质量的类似物理限制所制约。

燃烧室优选地至少在燃烧室的部分中具有简单的形式，最优选地为缸形式，以使能够布置成在燃烧室内移动的多功能阀的简单设计和快速、清洁和完整的燃烧过程。简单的形式使能有较高的运行温度，这会在燃烧过程期间减少产生的有害颗粒和气体的量并提高效率。燃烧室布置成以高温运作。除了该简单的形式以外，燃烧室的材料也必须承受高温而在性能或耐用性没有显著退化。燃烧室的材料可以为陶瓷、金属、合金或者优选地为两种或更多种材料的组合。例如，燃烧室可以包括具有陶瓷内涂层的合金外壳。合金外壳承受高压和强作用力，而陶瓷内涂层承受高的表面温度。燃烧室的构造优选地布置成承受400摄氏度的运行温度。在一实施方式中，燃烧室布置成承受500、600、700或800摄氏度或更高的运行温度。燃烧室本身并不包括任何移动零件，因此将燃烧室设计为承受高温是相对简单的任务。经受最高热应力的移动零件是在燃烧室的输入处的输入阀(一个或多个)和在燃烧室中的多功能输出阀。输入阀不会经受如此高的温度，因为它们在每个入口循环期间被进入的空气冷却。然而，存在设计成以这些温度操作的现成阀，且因此设计并实现耐用的输入阀系统应该是相对容易的任务。多功能阀的操作优选地设计成使得多功能阀具有最小的必要暴露于燃烧。还可以为多功能阀布置冷却系统。

图7a至图7d示出了根据本发明的有利实施方式的燃烧室设备。燃烧室设备可用于本文件中描述的系统的实施方式中。在任何实施方式中，术语燃烧室、输入阀和输出阀可以指燃烧室设备。例如，燃烧室设备包括燃烧室70，其具有输入阀71，用于在燃烧室70中供应例如燃料、空气和/或蒸汽，以及输出72，用于将来自燃烧室70的燃烧产物排放到透平机中。此外，燃烧室70包括多功能阀。多功能阀优选地包括阀盘73和杆74，并且优选地其利用线性驱动而被操作以将阀盘73移动到各种位置。多功能阀的线性驱动可以是例如电动的、气动的、液压的或机械的。

燃烧室70可以由中空容器形成，其具有中心轴线X-X，第一轴向端部分70A，相对的第二轴向端部分70B以及在第一端部分70A和第二端部分70B之间的中间部分70C。中间部分70C的第一轴向端与第一端部分70A重合，并且中间部分70C的第二相对端与第二端部分70B重合。可以将空气和/或燃料和/或蒸汽供应至燃烧室70的第一轴向端部分70A。燃烧室70的输出72可以定位在燃烧室70的第二轴向端部分70B中。杆74附接到阀盘73并且从燃烧室70的第二轴向端部分70B向外突出。多功能阀可在燃烧室70内轴向移动。阀盘73将燃烧室70的内部分成在阀盘73的每个轴向侧的两个室部分。第一室部分形成在燃烧室70的第一轴向端部分70A和阀盘73之间。第二室部分形成在燃烧室70的第二轴向端部分70B和阀盘73之间。第一室部分可以形成可变体积的燃烧室。当阀盘73朝向燃烧室70的第二轴向端部分70B移动时，第一室部分通向输出72。当阀盘73在燃烧室70的第二轴向端部分70B处处于缩回位置时，输出72完全打开。输入阀71可在轴向方向X-X上将燃料和/或空气和/或蒸汽引导至燃烧室70。输出72在径向方向上(即在垂直于轴向方向X-X的方向上)从燃烧室70排放燃烧产物。输出72定位在燃烧室70的第二端部分的径向外表面上。阀盘73的外周边是在距燃烧室70的内周边小的距离处。因此，在阀盘73的外周边与燃烧室70的内周边之间不存在金属与金属的接触。杆74可以是中空的，且阀盘73可以设置有用于介质例如蒸汽的径向通道。因此，介质可以通过杆74供应到阀盘73的外周边。因此，介质可以用作阀盘73和燃烧室70之间的密封。阀盘74面向第一室部分的表面可以是实心(整块，坚硬)的。在燃烧室70内仅存在单个阀盘73是有利的。

燃烧室设备分成三个区域用于阐明其操作。燃烧区域81是图7b中所示的最顶部区域。输入阀71允许输入到燃烧区域81。图7c示出了膨胀区域82，其位于燃烧区域81和图7d中所示的排出区域83之间。输出72从排出区域83布置。多功能阀布置成分开和组合所述区域。在多功能阀的最顶部位置，膨胀区域82和排出区域83通过阀盘73与燃烧区域81分开。在多功能阀的中间位置，排出区域83与燃烧区域81和膨胀区域82的组合分开。在多功能阀的最低位置，燃烧区域81、膨胀区域82和排出区域83在燃烧室70内形成连续的空间。因此，多功能阀包括阀盘73和安装在阀盘73上的杆74，其中阀盘73布置成在燃烧室70中可移动，用于界定区域81、82、83或在燃烧室70内的区域的组合。

在图7a的输入阶段，输入阀71打开，用于在燃烧室70中供应例如燃料、空气和/或蒸汽。多功能阀显示在中间位置，其中燃烧区域81和膨胀区域82在燃烧室内形成整体空间(一元空间)。因此，输入填充燃烧区域和膨胀区域两者。当输入阶段完成时，所述空间填充有加压的燃料、空气和/或蒸汽。输入阀71关闭，并且通过将多功能阀移动到图7b中所示的其最顶部位置可以实现压力的进一步升高，使得阀充当活塞并压缩输入燃料混合物进入燃烧区域中。换而言之，当燃料和空气已经供应且输入阀71关闭，多功能阀布置成通过减小燃烧室70的界定部分的体积来压缩燃烧室的输入内容物，诸如燃料-空气混合物、空气或气体。

在一实施方式中，多功能阀在输入阶段期间处于最顶部位置，并且因此使用多功能阀不能实现附加的压缩。

在一实施方式中，燃烧室设备包括用于燃烧燃料的燃烧室70、布置成控制用于供应空气的输入的输入阀71、用于控制燃料供应到燃烧室中的输入的装置、以及用于排放来自从燃烧室70的燃烧产物的输出72。燃烧室设备还包括多功能阀，其布置成将所述燃烧室70的一部分界定为燃烧区域81并且在点燃燃料-空气混合物之前阻止流体从所述燃烧区域81流到输出72，并且布置成在点燃之后移除所述界限并允许流体从所述燃烧区域81流到输出72。因此，本发明的一方面是在输入和输出之间提供可移动元件，在汉弗莱循环发动机中在点燃时界定燃烧室。在一实施方式中，所述可移动元件，例如多功能阀，也可以是例如枢转地连接到布置成使曲轴转动的连杆。由此将燃烧过程的能量的一部分转换成曲轴的机械能，然后可以用于例如驱动发电机并将机械能转换成电能。可移动元件布置成线性移动，这是通过使用可移动元件和被支撑的连杆之间的延伸杆或杆的延伸部、细长杆，使得其线性移动。

可以通过例如直接燃料注入系统或输入阀来实现控制燃料的输入。燃料的输入也可以通过相同的输入阀来控制，其通过供应燃料-空气混合物作为输入来控制空气的输入。

在输入阶段之后，燃料-空气混合物点燃或被点燃，并且燃料混合物的燃烧升高其温度和压力，从而使其迅速膨胀。在该燃烧阶段期间，允许多功能阀缩回到中间位置，允许燃烧产物占据膨胀区域82，不仅是燃烧区域81，在该燃烧区域处被点燃。当用电动线性驱动来驱动多功能阀时，可以将燃料混合物的所述膨胀的能量的一部分转换成电能，这通过使用电动线性驱动作为发生器，在膨胀阶段期间。因此，多功能阀的电动线性驱动布置成当阀盘73和杆74通过外力(即阀盘73上的压力差)移动时发电。类似地，在多功能阀的气动、液压和机械线性驱动的情况下，由多功能阀完成的功可以转换成气体压力、液压压力和机械功。所描述的具有用连杆连接到曲轴的多功能阀的实施方式是多功能阀的机械线性驱动的实例，即使曲轴的运动是转动的。可以调节用线性驱动和透平机转换的能量之间的比率，并且优选地将其优化，为了系统的最大整体效率。

图7c示出了在将多功能阀缩回到中间位置之后的情况。为了减少对阀盘73的热应力，多功能阀可以从中间位置快速移动到其最低位置，从而允许高压燃烧产物膨胀到排出区域83并离开燃烧室经由输出72进入透平机。可以在燃烧室中使用一个或多个支撑件，以在多功能阀的中间位置和最低位置之间移动期间减少或消除多功能阀可能的径向振动。在一实施方式中，排出区域83的体积被最小化，以便最大化由线性驱动捕获的能量。可以促进来自燃烧室的燃烧产物的排出，这是通过打开输入阀71并供应高压的蒸汽或空气，这也将使燃烧室和多功能阀冷却，并且其还提供附加的能量到透平机。

燃烧室70优选地具有的内径略大于多功能阀的阀盘73，这是在膨胀区域82内，即在多功能阀的中间位置和最顶部之间，以防止燃烧室的内壁和阀盘之间的过度泄漏。这是有利的，在输入阶段期间，用于增加燃烧区域和膨胀区域内的压力。其也是有利的，在燃烧阶段和膨胀阶段期间，用于使通过多功能阀的电动驱动可以转换成电的能量的量最大化。然而，当将多功能阀移动到其最低位置，燃烧室在排出区域83中具有比在膨胀区域82中更大的直径可以是有益的。它有助于排出通过输出72，并且其还可以减少对多功能阀的阀盘73的热应力。在多功能阀的最低位置，阀盘73优选地容纳在凹部中，使得阀盘仅接收来自燃烧产物的排出流的微量的热能。

在多功能阀的阀盘73和膨胀区域82内的燃烧室70的内壁之间，即在多功能阀的最顶部和中间位置之间，形成的间隙的密封，可以通过各种设备来实现。在一实施方式中，不使用密封，且从而允许通过间隙的小的压力泄漏。经过阀盘73的任何泄漏最终通过输出72流到透平机。因此，在某些情况下可以容忍轻微的泄漏。在一实施方式中，环形垫圈，例如金属环形垫圈，用于密封间隙。在优选实施方式中，空气、液态水和/或蒸汽通过管路供应到阀盘73，并且空气、液态水和/或蒸汽的流通过阀盘73中的一个或多个输出供应到间隙中。所述管路优选地布置在多功能阀的杆74内，以使空气或水即液态水和/或蒸汽能够流到阀盘73并从那里到间隙。空气、液态水和/或蒸汽的流不能提供完美的密封，但它具有冷却多功能阀和燃烧室的附加益处。此外，液态水和/或蒸汽润滑间隙，并且其有助于防止阀盘与燃烧室的内壁之间的直接接触，从而减少它们的机械磨损。在多功能阀的最低位置，空气、液态水和/或蒸汽的流可以继续用于冷却目的，并且使用布置在凹部中的管路和输入可以将该流捕获用于再循环，在其中阀盘容纳在最低位置。在一实施方式中，阀盘73包括：输入和输出，用于冷却流体，以及一个或多个管路，其在阀盘内，在所述输入和输出之间运行。通过阀盘的冷却流体循环布置在多功能阀的最低位置，用于冷却阀盘，在每个输入阶段之前。

包括所述燃烧室阀的系统优选地包括多个压力、温度和/或质量流传感器，用于控制多功能阀的线性驱动以改变多功能阀的位置。多功能阀的线性驱动的控制可以基于以下传感器的测量数据：吸入侧质量空气流传感器、压力传感器和/或温度传感器；燃料质量流传感器；燃烧室中的压力传感器和/或温度传感器，在透平机之前或在透平机之后；热量回收单元中的温度传感器和/或质量流传感器；输入水和/或蒸汽的压力传感器或温度传感器、质量流传感器；以及氧传感器(λ传感器)。该控制可以基于所述传感器的一种或多种(一个或多个)的测量。

燃烧室的输出将包括燃烧产物和压缩空气的流从燃烧室引导到透平机22中。由于燃烧室中的高压，当输出打开时，该流以高的速度排放。通过使输出和空气输入同时打开一定的时间段可以加强燃烧产物的排放。透平机22包括转子，当该流流过透平机时该转子转动。转动的转子驱动传动装置20，传动装置又驱动动力轴51和压缩机24，如上文所述的。流被引导至透平机之后的排出管90，并且排出气体98从系统释放。动力轴51提供系统的输出，并且它可以连接到例如车辆的动力传动系统或发电机，用于将机械功转换成电能。

燃烧室10、70优选地为透平机22外面的独立单元。通过连接燃烧室10、70与透平机22的管、管路或一些其他通道，将从燃烧室10排放的燃烧产物引导至透平机22。在一实施方式中，系统包括多个燃烧室。在这种情况下，每个燃烧室具有将该燃烧室连接至透平机22的管、管路或一些其他通道。优选地，该多个燃烧室布置成相继地(即，不是全部在同一时间)排放它们的燃烧产物，以向透平机22提供较稳定的燃烧产物流。在一实施方式中，以在燃烧过程的膨胀阶段之间注入到燃烧室中的短的高压蒸汽脉冲的形式实现到透平机22的较稳定的流。在一实施方式中，布置两个或更多个燃烧室以同时排放它们的燃烧产物，以便产生到透平机的高峰能量。

在一实施方式中，由动力轴51驱动的发生器馈送储电系统，该储电系统包括用于储存由发生器产生的电能的一个或多个电容器、超级电容器或蓄电池。这种类型的系统可以用于车辆应用中，以产生并储存用于车辆的电马达的电能。同样在车辆应用中，该系统可以包括附加空气箱，或者它可以连接到车辆的空气箱，使用它作为混合空气箱用于两个目的。该附加空气箱可以填充有来自发电机系统的压缩机或车辆的压缩机的压缩空气。来自车辆制动的能量可以利用车辆的压缩机转换成压缩空气并且存储在附加空气箱中。车辆还可以包括排出制动，该排出制动也可以连接到附加空气箱以增加附加空气箱的压力。附加空气箱的压缩空气可以供应给发电机系统的压缩机，其中空气的压力增加到最终所需水平。

现在参照图2，在一实施方式中，动力生成系统还包括蒸汽循环系统和动力轴驱动的发生器26。具有发生器的动力生成系统称为发电机系统。蒸汽循环系统包括蒸汽箱34、热量回收单元40、热交换器42、冷凝器50和水箱36。在一实施方式中，蒸汽循环系统还包括第二透平机。水和蒸汽在蒸汽循环系统中循环，其中，水积聚进入水箱36中，而蒸汽积聚进入蒸汽箱34中。在一实施方式中，蒸汽箱和水箱是单个箱，其中，水积聚在箱的底部，而蒸汽积聚在箱的顶部。蒸汽的流动基于系统内的压力差，但可以用泵或类似的设备进行协助，如有需要。通过可以以受控方式操作的多个阀对流动进行控制。

蒸汽布置成从蒸汽箱34流向热量回收单元40。热量回收单元40与燃烧室10、70热连接，使得燃烧室对热量回收单元进行加热，在热量回收单元中，热量传递至流过热量回收单元的蒸汽。热量回收单元可以是具有至燃烧室的热连接的独立单元，或者其可以是燃烧室的固定部分。在一实施方式中，热量回收单元甚至可以是燃烧室内的管道(管网)或燃烧室的表面上的管子。当热量从燃烧室传递至流过热量回收单元的蒸汽时，蒸汽迅速加热并膨胀。然后蒸汽流被引至透平机22，在透平机中，蒸汽流与从燃烧室10、70排放到透平机22中的燃烧产物和压缩空气同时转动透平机22的转子。

在一实施方式中，可以使用热泵产生蒸汽。已知热泵在所需温度差很小时是有效的。因此，热泵是用于向处于或接近其沸点的水增加热能的良好替选物。例如，可以使用空气-水或水-水热泵从预加热至接近或处于其沸点的水产生蒸汽。除了热泵以外，还可以使用其他能量源(包括已经提到的那些)协助蒸汽产生。在一实施方式中，排出蒸汽流被冷凝(凝结)为水，并且从冷凝中释放的热量用作用于热泵的热源。冷凝发生的温度取决于排出气体和蒸汽的压力。所述温度在大气压力下为100摄氏度，但在更高的压力下，其可以为例如高达200、300、400或者甚至500摄氏度。热泵使用热量使水汽化，用于向系统提供新鲜的蒸汽。在一实施方式中，由系统的一个或多个中间冷却器提供的热量用作用于热泵的热源。

在一实施方式中，热量回收单元40用隔热材料代替，并且到燃烧室10、70的时间依赖性(时间相关的)蒸汽注入维持燃烧室稳定的运行温度。时间依赖性蒸汽注入优选地为在燃烧过程的膨胀阶段之间注入到燃烧室中的短的高压蒸汽脉冲。由于注入的高压蒸汽脉冲的短的脉冲式长度，其只需要减少量的蒸汽。注入后，蒸汽离开燃烧室并进入透平机22。

在一实施方式中，系统包括用于提高系统中蒸汽的量和/或温度的附加燃烧器。该燃烧器优选地使用与系统的其余部分类型相同的燃料。燃料在燃烧器中燃烧，以便产生热量，然后热量对蒸汽进行加热和/或燃烧的燃料对水进行加热以产生蒸汽。可以在无法产生足够的“废热”以产生足量蒸汽的系统中使用附加燃烧器。该系统还适于使用其他外部热源，且因此可以将热量本身或转换成的压缩空气或蒸汽从外部源输入系统。外部源可以使用与系统的燃烧室相同的燃料或不同的燃料。来自外部源的可用热能的实例可以是例如重型机械过程的废热、车辆发动机或制动器系统的废热、地热能等等。在系统产生过多热量的实施方式中，系统产生的热量的一部分可以在外部过程中转换，例如在朗肯过程(Rankineprocess)或斯特林过程(Stirling process)中转换成机械功。附加燃烧器的使用确保可以获得以所需温度和压力的所需蒸汽量。

在一实施方式中，蒸汽不与燃烧产物引向同一透平机22。在这种实施方式中，系统包括第二透平机，第二透平机专门用于蒸汽流，而(第一)透平机22专门用于燃烧产物和压缩空气的流。燃烧产物和压缩空气的流甚至可以布置成流过透平机22之后的附加热交换器，以在该流进入第二透平机之前对蒸汽流进行加热。第二透平机的设备可以与已知的组合循环动力装备类似。

蒸汽、压缩空气和燃烧产物的流从透平机流过热交换器42到达冷凝器50，在冷凝器中，蒸汽被冷凝成水，并且压缩空气和燃烧产物通过排出管90被引导出系统。在第二透平机的实施方式中，燃烧产物和压缩空气的流被布置成流过热交换器42直接到达排出管，而蒸汽流布置成流过热交换器42和冷凝器50到达水箱36。

来自排出流的冷凝水可能造成对于系统的杂质积聚，这是不所不期望的。在一实施方式中，通过向冷凝器馈送新鲜的大气空气解决这一问题，由此可以向系统冷凝相对洁净的水。

由蒸汽和/或由大气空气冷凝的水流入或泵送入水箱36。可以在冷凝器50和水箱36之间布置离子交换器52，用于在水再次进入循环之前对水进行净化。水箱36积聚水，然后水被引导至或泵送至热交换器42。热交换器将来自蒸汽、压缩空气和燃烧产物的流的热量传递至流过热交换器的水。热交换器的热量将水汽化为蒸汽，然后蒸汽被引导流回蒸汽箱34中。高压蒸汽可以以短突发(短脉冲群)的形式从蒸汽箱34中释放，以形成到燃烧室的短的高压脉冲。

图3示出了一种发电机系统，该发电机系统在其他方面与图2的系统类似，只是该系统还包括具有缩扩喷嘴(超音速喷管)的泵，所述缩扩喷嘴例如为注入器或喷射器12，用于将来自燃烧室10、70的燃烧产物的流和来自热量回收单元40或来自热交换器42的蒸汽相组合，其中，喷射器12将蒸汽和燃烧产物引导至透平机22中，用于转动透平机的转子。具有缩扩喷嘴的泵在说明书中被称为喷射器，但在一实施方式中，泵也可以为例如注入器、蒸汽注入器或蒸汽喷射器。喷射器12位于透平机和燃烧室及其热量回收单元之间。燃烧产物和压缩空气被排放进入喷射器，在喷射器中，来自燃烧室的热物质使来自热量回收单元的蒸汽过热。蒸汽的过热造成蒸汽的快速膨胀。喷射器12将过热的蒸汽、燃烧产物和压缩空气的流引导至透平机22中，在透平机中，该流转动透平机的转子。在一实施方式中，短的高压蒸汽脉冲被注入到喷射器12中，蒸汽从该喷射器流向透平机并转动转子或透平机。在一实施方式中，可以在燃烧室10与透平机22之间的喷射器12中使用后燃器(补燃器)。然而，必须监测并控制排出气体的温度，因为透平机的输入气体应该优选地具有低的温度，而后燃器会升高排出气体的温度。在一实施方式中，后燃器是间歇使用的，而不是连续地使用。

在一实施方式中，系统还包括与喷射器12及燃烧室10、70的输出连接的阀和可调节喷嘴，用于调节来自燃烧室10、70的燃烧产物的排放。喷嘴具有可以改变的一定设计和形式。喷嘴在喷射器内处于蒸汽的旁流中，该蒸汽从热量回收单元40流向透平机22。在输出中的阀打开时，喷嘴的形式对于来自燃烧室的燃烧产物的排放具有显著影响。通过改变喷嘴的形式，可以借助于蒸汽的旁流增加燃烧产物的排放。

在一实施方式中，燃烧产物的一部分(即，排出气体)，被引导至透平机22的低温/低压区或者引导至低压透平机，在排出气体从燃烧室中排出时。在该实施方式中，因为吸入侧的压力高于低温/低压区中的压力，可以省去一个或多个喷射器14a、14b。

图4示出了具有两个燃烧室10a和10b以及喷射器12的燃烧系统的一实施方式的细节。燃烧室和喷射器的数量不限于本实施例。对该实施方式选择了两个燃烧室和一个喷射器，以提供实例并展现系统的能力。在一实施方式中，电燃烧系统具有一个、两个、三个、四个或更多个燃烧室以及零个、一个、两个、三个、四个或更多个喷射器。在一实施方式中，喷射器不是必要的，且单个喷射器也没有的情况下系统可以操作。

每个燃烧室10a、10b均包括可以用或不用输入阀控制的一个或多个输入101、102以及可以用输出阀打开或控制的一个或多个输出111、112。因为气体倾向于从较高压力区流向较低压力区，所以可以通过控制输入和输出的压力而无需用阀对输入和输出进行控制。在一实施方式中，输入和输出中的至少一些用气体振动或振荡控制，而不用阀控制。气体在管线中的移动倾向于以特定于管线和气体的一种频率或多种频率(所谓的本征频率)振荡。脉冲动作由周期性的燃烧产生，并由流动系统的本征频率加强。可以通过控制周期性燃烧过程而开发特定振荡频率，以匹配特定气体振荡的频率，使得这些振荡彼此增强。在一实施方式中，燃烧循环与系统中流动的压缩空气的特定振荡频率匹配。在一实施方式中，阀致动经过优化，以与脉冲透平机的所需周期性操作协调。在一实施方式中，燃烧循环、系统中流动的压缩空气的特定振荡频率以及系统中流动的蒸汽的特定振荡频率均与相同的阶段(相)匹配，使得这些振荡相互增强。蒸汽和压缩空气流的特定振荡频率可以与管线设计匹配。在一实施方式中，燃烧循环与系统中流动的压缩空气的特定振荡频率匹配，并且与系统中流动的蒸汽的特定振荡频率匹配，但蒸汽与压缩空气的特定频率彼此不匹配。优选地，流动系统经过优化，使得流动损失最小化

在一实施方式中，系统包括串联连接的压缩机以产生至燃烧室的高压压缩空气。典型的方式是将压缩空气从第一压缩机馈送至第二压缩机并从第二压缩机馈送至第三压缩机，以此类推。压缩空气的压力在每个压缩机级中增加，并且最终压缩空气从该系列压缩机的最后的压缩机释放至燃烧室或释放至空气室。这是能量消耗，因为压缩空气的量(质量)在每个压缩级中是相同的。压缩级可以是单个压缩机或是并联连接的多个压缩机(即，每个压缩机均具有共同的输入和输出)。在一实施方式中，串联连接的螺杆式压缩机可以共用一公共轴，使得连续的压缩级沿公共轴分隔，并且在每个压缩级之间提供中间冷却器，以从压缩气体中提取热量。来自任何压缩级的压缩空气可以被引导流入燃烧室10、70，空气室，空气箱32或系统的一些其他部分。在一实施方式中，压缩空气的质量的一部分释放至燃烧室，而压缩空气的质量的其余部分释放至该系列压缩机的后续压缩机。随着压缩空气释放至压缩级之间的燃烧室，燃烧室内的压力逐渐升高。通过使用一个或多个中间冷却器可以从压缩级之间的压缩空气中提取热量。由于空气的一部分释放至压缩级之间的燃烧室，所以待压缩的空气的量也在后续的压缩级中减少。可以使用多个压力箱来储存大气压力与来自最后的压缩机的最高压力之间的各种压力下的压缩空气。另一优点在于，逐渐的空气馈送允许在所需压力下向燃烧室馈送其他输入。例如，燃烧室可以首先接收第一次释放的压缩空气，然后是燃料输入，然后是第二次释放的压缩空气，然后是蒸汽输入，以及最后是第三次释放的压缩空气，以达到所需最终压力。可以基于系统变量优化输入的顺序和时机(计时)。

在一实施方式中，燃烧室布置成在两个交替循环中工作。第一循环可以是任何燃烧循环，即顶循环，其中燃料被馈送至燃烧室，如本文件中所述。第二循环是冷却循环，即底循环，其中通过将流体(诸如环境空气、蒸汽或一些其他气体)的流布置成通过燃烧室来冷却燃烧室。冷却燃烧室将热能从燃烧室传递到流过燃烧室的流体，且因此使燃烧室不那么温暖。两个循环可以占相等的时间量。在一实施方式中，第一循环比第二循环长或第一循环比第二循环短。

图6示出了一实施方式，其中燃烧室布置成与各种可用能量源一起工作，以实现所需效果。典型的所需效果包括燃料经济性和温度控制以及动力或功率控制。例如，透平机具有温度限制用于输入气体以保护透平机，但是通常较高的燃烧温度提供更好的燃料经济性。当燃烧室仅以高温顶循环操作时，透平机输入温度限制了系统的效率。来自例如废热或外部源的压缩空气或蒸汽的大量供应能够在顶循环中使用较高的燃烧温度和压力，当可用的空气或蒸汽可以被用于顶循环之后的底循环中，以降低至透平机的平均输入气体温度。在图6中，实线表示在顶循环中燃料燃烧所实现的压力，而虚线表示在底循环中至燃烧室的压缩空气或蒸汽输入所实现的压力。循环t_c1和t_c5是顶循环，在顶循环中，燃料燃烧，并且t_c2、t_c3、t_c4和t_c6是底循环，在底循环中，燃料不燃烧。在t_c1中，在点燃燃料之后，燃料的燃烧通过压缩气体或蒸汽的短的注入而被补充。这使得能够在顶循环中使用较高的温度，且因此产生更高的效率和更好的燃料经济性。如果外部源生成大量热量，该热量转化为蒸汽，系统可以与蒸汽一起运行延长的时间段，而在此期间不使用任何燃料。优选地，利用传感器不断地监测来自不同源的可用能量，并且优选地每次基于例如可用的能量源和所需的动力或功率来做出顶循环和底循环之间的判断。顶循环和底循环可以同时使用，彼此具有不同的阶段或相，以交替顺序或遵循一模式。这可以通过对控制系统进行编程以遵循这些规则和条件，利用本领域公知的控制硬件和软件来实现。

在一实施方式中，每个燃烧室均包括由主排出阀111控制的输出。在一实施方式中，每个燃烧室均包括两个输出，一个输出由主排出阀111控制，而一个输出由辅助排出阀112控制。在一实施方式中，每个燃烧室均包括不由阀控制的开口输出。在一实施方式中，每个燃烧室包括用于燃料的输入101。在一实施方式中，每个燃烧室包括用于燃料和增压空气的输入101、102。在一实施方式中，每个燃烧室包括用于燃料、增压空气和蒸汽的输入。在一实施方式中，每个燃烧室包括用于以下中一种或多种的输入：燃料、增压空气、蒸汽和水。可以使用系统的燃烧过程的废热至少部分地产生蒸汽。在一实施方式中，蒸汽以短的高压蒸汽脉冲的形式注入，该短的高压蒸汽脉冲在燃烧过程的膨胀阶段之间注入到燃烧室中。在该实施方式中，由于用蒸汽脉冲注入控制燃烧室的压力和温度条件，因此可以省去排出阀。在一实施方式中，蒸汽注入到燃烧室和/或注入到喷射器12和注入到透平机22。当两个燃烧室输出关闭时，蒸汽可以直接注入到喷射器12中。在一实施方式中，可以在热交换器之后使用ORC透平机或斯特林发动机，用于对温度范围约为200摄氏度的排出气体和蒸汽进行冷却。

图4的系统中的燃烧循环可以具有下述步骤。首先，增压空气经由空气输入102馈送至燃烧室10a、10b，而燃料经由燃料输入101馈送至燃烧室10a、10b。在一实施方式中，可以在将燃料(尤其是气态燃料)先进行压缩再将它们馈送至燃烧室中。可以将燃料(像例如一氧化碳或氢)以高于大气压力的压力馈送至燃烧室。由于剩余热量并且可能的使用多功能阀，燃烧室中的压力增加，直到燃烧室中的燃料在例如2MPa至3MPa的压力下点燃并产生燃烧产物和更高的压力。通过打开燃烧室10a和喷射器12之间的主排出阀111，多功能阀移动到其最低位置并且将燃烧产物和压力释放至喷射器12。在一实施方式中，省去了主排出阀，并且燃烧产物自由地向喷射器12移动，这是在多功能阀移动到其最低位置之后。在一实施方式中，气波式增压器(压力波增压装置)代替了主排出阀。优选地，每个燃烧室中的燃烧循环以与其他燃烧室具有阶段差异的方式运行，使得来自燃烧室的排出流更稳定而且更为不像脉冲。燃烧产物从燃烧室流向喷射器12并从喷射器流向透平机22通过输出113。同时，液态水和/或水蒸气(即，蒸汽)可以经由输入和/或多功能阀注入到燃烧室10a中，因而改善从燃烧室中出来的燃烧产物的空气流通(通风)。优选地，蒸汽以具有高蒸汽压力(例如从几MPa至十MPa的范围)的短脉冲形式注入到燃烧室。蒸汽的注入还有助于在延长的时间段将压力保持在较高的水平，如从图5可见。水和/或蒸汽的注入还降低燃烧室的温度并帮助温度控制。燃烧室可以具有在燃烧室盖内形成的管路，用于在燃烧室的排出侧上的水和/或蒸汽循环。燃烧室的管路中的一个或多个可以连接到多功能阀的管路。水和/或蒸汽可以注入到管路中，然后水和/或蒸汽从管路的小孔中渗出。热量从燃烧室的排出侧传递至渗出的注入水和/或蒸汽，并且燃烧室冷却。在一实施方式中，类似的管路和冷却系统用在主排出阀上。注入降低了主排出阀111的温度，这可以延长主排出阀111的寿命。当燃烧室和喷射器中的压力已经降低至例如4MPa至5MPa，主排出阀111关闭。可以例如经由控制单元对阀中的一个或多个进行电子控制。在一实施方式中，当蒸汽脉冲注入到燃烧室因此主排出输出仅由多功能阀控制时，可以省去主排出阀111。

在包括主排出阀的实施方式中，关闭主排出阀111后，可以通过阀103用液态水和/或水蒸气(即，蒸汽)喷洒喷射器，这会将喷射器12中的压力升高至例如6.5MPa。在喷射器12中的一定压力(例如6.5MPa)下，第二燃烧室10b的主排出阀111打开并将燃烧产物释放至喷射器12，并从喷射器释放至透平机22。同时，第一燃烧室10a的第二(次要)排出阀112保持打开，以使来自第一燃烧室10a的剩余燃烧产物空气流通。可以通过经由输入101、102向燃烧室引入增压空气或蒸汽来增强空气流通。第二排出阀112可以经由一个或多个第二喷射器14a、14b将剩余燃烧产物引向透平机22。在一实施方式中，蒸汽被注入到燃烧室和/或注入到喷射器12以及注入到透平机22。当两个燃烧室输出均关闭时，蒸汽可以直接注入到喷射器12中。在一实施方式中，单个第二喷射器可以包括多个输入，使得该第二喷射器可以与两个燃烧室一起使用。一旦第一燃烧室10a被空气流通并且压力已经降低至例如2MPa、1MPa、0.5MPa或0.2MPa的足够低的水平，第二排出阀112关闭，并且可以开始燃烧循环的下一循环。

在一实施方式中，第二喷射器14a、14b布置成经由输入114接收移动蒸汽或移动气体。移动蒸汽优选地为例如处于6MPa、8MPa或10MPa的压力下的增压水蒸气。移动气体经由阀104被引导穿过第二喷射器14a、14b并排放至喷射器12。当移动气体穿过第二喷射器时，移动气体形成吸入效应，将剩余燃烧产物从燃烧室10a、10b吸出，这是当将连接燃烧室到第二喷射器的输出阀112打开时。阀104优选地为控制阀。可以调节阀104的吞吐量和/或打开方向。在一实施方式中，系统内产生的所有过量蒸汽均可以经由阀104和/或第二喷射器14a、14b馈送至透平机。

在一实施方式中，使用中间蒸汽抽液(分接，开孔)，来自透平机22的回流可以引至第三喷射器。来自透平机的回流或中间蒸汽可以包括蒸汽或燃烧产物或者蒸汽和燃烧产物的混合物，它们被引至第三喷射器。通过使用阀并向第三喷射器引入气体(诸如水蒸气)将第三喷射器处的中间蒸汽的压力升高至足够的水平。蒸汽和燃烧产物会增加气体的体积并降低气体的温度。气体的混合物经由例如第二喷射器14a、14b和阀104从第三喷射器引向喷射器12或者引向系统的一些其他输入阀。在一实施方式中，还可以恰在热交换器之后引入使用中间蒸汽抽液的输出。

在一实施方式中，透平机布置成在航空应用中转动旁路风扇，例如代替商用飞机的涡轮风扇发动机。在一实施方式中，系统包括连接至燃烧室并用阀控制的氧气箱。燃烧室可以用作火箭发动机的燃烧室，在下层大气中该燃烧室使用来自燃料箱的燃料以及大气中的氧气，使得来自氧气箱中的氧气可以用在氧气量不足以用于燃烧的上层大气中。

图5示出了根据一实施方式的系统中压力依赖于时间。由于燃烧循环造成系统内压力在相当宽的范围内变化，因此除非以时间依赖的方式控制系统，否则透平机22无法接收最佳输入。优选地，以时间依赖的方式对所有输入101、102、103、104进行控制，以保持到透平机的输出113处于最佳压力。在除了燃料和空气以外没有任何其他依赖于时间的输入的情况下，至透平机的输出将看起来像图5中的曲线200。在燃烧循环的开始，压力迅速增加，就在主排出阀111打开或在不存在主排出阀的情况下多功能阀移动到其最低位置之前达到峰值，这会迅速降低压力，因为燃烧产物会流过透平机。现在，如果就在主排出阀111或多功能阀打开之后立即将燃烧室注入液态水和/或水蒸气，压力不会下降得如此快，原因在于，由于燃烧室的剩余热量，液态水会汽化并且蒸气会升温，且因而注入会减轻打开主排出阀111或多功能阀的影响。以类似的方式，一旦主排出阀111或多功能阀已经关闭，就可以经由阀103用液态水和/或水蒸气(即，蒸汽)喷洒喷射器，这会升高喷射器12中的压力，因而升高至透平机的输出压力。以时间依赖的方式控制液态水、蒸汽和空气的量，以便防止至透平机的输出下降太多。将至透平机的输出保持在较高且相对恒定的水平对系统的效率具有显著影响。大多数时候都可以用相对恒定的输出在最佳操作范围内驱动透平机，而透平机无法充分利用稀疏的短的突发。

通过水、蒸汽和空气的注入可以将至透平机的输出维持在较高的水平。该较高的水平在图5中用虚线201示出。然而，如果省去主排出阀或主排出阀始终保持打开，维持这样的高压需要大量蒸汽和空气。如果以非常短和高压脉冲的形式注入蒸汽，可以省去主排出阀，因而简化系统并提高其可靠性。曲线202表示以短蒸汽脉冲的形式注入时燃烧循环期间的压力水平。短蒸汽脉冲可以将平均压力维持在足够高的水平，使得不需要主排出阀。短蒸汽脉冲可以具有比由燃烧造成的压力脉冲更高的峰值压力。在例如两个燃烧室的实施方式中，可以在点燃燃料并且燃烧产物从第一燃烧室中排放后向系统(例如，向第一燃烧室)馈送短蒸汽脉冲。在第二燃烧室的排出阀关闭时，可以继续蒸汽脉冲的馈送。在此期间，任何剩余蒸汽和燃烧产物都将从第二燃烧室冲出。第二燃烧室被压缩空气的输入冲刷，该压缩空气流过例如第二排出阀112，然后又将空气和剩余物传递至例如低压透平机。经过冲刷后，第二燃烧室填充有压缩空气，燃料被注入到第二燃烧室，且混合物点燃或被点燃。燃料被点燃并且燃烧产物从第二燃烧室中排放后，向系统(例如向第二燃烧室)馈送短蒸汽脉冲，同时第一燃烧室的排出阀或多功能阀关闭，第一燃烧室被冲刷，填充并像之前第二燃烧室一样被点燃，等等。这使得在整个过程中有足够高的压力，能够高效使用透平机。

在一实施方式中，喷射器12内的压力始终保持在例如2MPa、3MPa、4MPa或5MPa以上。在一实施方式中，注入的水、蒸汽和空气的量以及注入它们的时间点基于系统的测定量来确定。这些测定量可以为例如温度、压力、湿度、气体成分、阀的状态或者一些其他过程量。所述量可以用例如传感器来测量。在一实施方式中，注入的水、蒸汽和空气的量以及注入它们的时间点基于燃烧循环的阶段确定。通过控制引入透平机22的气体的温度，水、蒸汽的时间依赖性的注入还会提高透平机22的可靠性。水和蒸汽的注入会降低引入透平机的气体的平均温度，并且因此其允许在燃烧室中使用更高的压力(且因而使用更高的温度)。

在一个实施方式中，动力生成系统与涡轮增压燃机一起使用。动力生成系统可以将补充能量馈送到燃机的涡轮增压器，这在三个方面可以是有益的。第一，无论燃机的运行速度(rpm)和/或负载如何，都可以控制涡轮增压器的压力比。这有益于控制燃机的排放和污染物，并且其还改善燃机的负载响应。属于脉冲透平机系统的压缩机也可用于供应空气的输入。第二，该系统可以从提供附加动力的动力生成系统的透平机或涡轮增压器的轴提供机械动力的输出，该附加动力取决于馈送至系统的附加能量的量。第三，动力生成系统可以使用燃机的排出流的至少一部分作为能量源。此外，到燃烧室的空气的输入可以布置有就其本身来说是燃机的空气供应系统，或者补充有附加空气供应泵，例如罗茨鼓风机。此外，动力生成系统的压缩机可用于供应空气的输入。

对本领域技术人员显而易见的是，随着技术进步，本发明理念可以以各种方式实施。本发明及其实施方式不限于上述实施例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (14)

1.一种燃烧室设备，包括：用于燃烧燃料的燃烧室(70)，布置为控制供应空气的输入的输入阀(71)，用于控制向所述燃烧室(70)供应燃料的输入的装置，以及用于排放来自所述燃烧室(70)的燃烧产物的输出(72)，所述燃烧室(70)由中空容器形成，具有中心轴线(X-X)，第一轴向端部分(70A)和相对的第二轴向端部分(70B)，其中

所述空气和所述燃料被供应到所述燃烧室(70)的所述第一轴向端部分(70A)，

所述输出(72)定位于所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)，以及

所述设备还包括在所述燃烧室(70)内能够轴向移动的多功能阀，所述多功能阀包括阀盘(73)和杆(74)，所述杆安装在所述阀盘(73)上并从所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)突出，由此所述阀盘(73)将所述燃烧室(70)的内部分成在所述阀盘(73)的每个轴向侧的两个室部分，第一室部分形成在所述阀盘(73)和所述燃烧室(70)的所述第一轴向端部分(70A)之间，在所述阀盘(73)朝向所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)移动时，形成通向所述输出(72)的可变体积的燃烧室，其特征在于，所述多功能阀包括至少一个管路，其在所述阀盘(73)中具有输出，所述多功能阀布置成通过所述管路供应空气、水或蒸汽，并供应来自所述阀盘(73)中的所述输出的所述空气、水或蒸汽。

2.根据权利要求1所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述多功能阀通过作用在所述多功能阀的所述杆(74)上的电动线性驱动来操作。

3.根据权利要求2所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述电动线性驱动用作发生器，以便当所述阀盘(73)和所述杆(74)通过所述燃烧室(70)的第一部分中点燃的空气和燃料的混合物的膨胀而移动时发电。

4.根据权利要求1所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述多功能阀包括在所述阀盘(73)内的至少一个管路，并且被布置成通过水流过所述管路来冷却。

5.根据权利要求1所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述多功能阀包括至少一个管路，其在所述阀盘(73)中具有输出，所述多功能阀布置成通过所述管路供应水并喷洒来自所述输出的所述水。

6.根据权利要求1所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述多功能阀布置成，当燃料和空气已经供应至所述第一室部分并且所述输入阀(71)关闭时，通过减小所述燃烧室(70)的所述第一室部分的体积来压缩所述燃烧室(70)的输入内容物。

7.一种生成动力的系统，具有

透平机(22)，与一个或多个压缩机(24)连接，用于将馈送至所述透平机(22)的能量转换成能够转动的动力轴的机械能并用一个或多个压缩机(24)来压缩空气，

燃烧室(10、70)，布置成接收来自燃料箱(30)的燃料和压缩空气以引发燃烧过程，并将燃烧产物输出到所述透平机(22)中以使所述透平机的转子转动，并且从而使所述动力轴转动，以及

输入阀，功能地连接至所述燃烧室(10、70)，用于控制所述燃烧过程，所述燃烧过程是包括压缩阶段和膨胀阶段的循环过程，

一个或多个可控输入阀，用于将所述压缩空气提供给所述燃烧室(10)，以及

控制单元，用于控制所述一个或多个输入阀，

其特征在于，所述系统包括权利要求1至6中任一项的燃烧室设备。

8.根据权利要求7所要求保护的生成动力的系统，其特征在于，所述系统还包括空气室(27)，所述空气室具有用于加热所述空气室(27)内的空气的装置，其中所述空气室(27)布置成接收来自一个或多个压缩机(24)的压缩空气，加热所述压缩空气并将加热的所述压缩空气排出至所述燃烧室(10)。

9.根据权利要求8所要求保护的生成动力的系统，其特征在于，所述空气室(27)还包括使用流体冷却所述空气室(27)的装置。

10.根据权利要求8所要求保护的生成动力的系统，其特征在于，所述空气室(27)还包括在所述空气室(27)内的一个或多个空气管路，用于使环境空气或加热空气流动，以便加热或冷却所述空气室(27)内的所述空气。

11.根据权利要求7所要求保护的生成动力的系统，其特征在于，所述系统还包括：

热交换器(42)，所述热交换器与从所述透平机(22)排出的所述燃烧产物热相互作用，用于将热量从排出的燃烧产物传递到蒸汽中，

一个或多个输入阀(102、103、104、114)，用于向所述透平机(22)提供所述蒸汽，以及

控制单元，用于控制所述一个或多个输入阀(102、103、104)，以生成进入所述透平机(22)的时间依赖性蒸汽注入。

12.根据权利要求11所要求保护的生成动力的系统，其特征在于，所述系统还包括：

蒸汽箱(34)，用于积聚蒸汽，

冷凝器(50)，用于将所述蒸汽冷凝成水，水箱(36)，用于积聚所述水，以及

用于将所述水从所述水箱(36)泵送至所述热交换器(42)的装置，用于将所述水汽化成蒸汽，所述蒸汽布置成流入所述蒸汽箱(34)。

13.根据权利要求7所要求保护的生成动力的系统，其特征在于，所述燃烧室(10)布置成按循环工作。

14.根据权利要求13所要求保护的生成动力的系统，其特征在于，所述燃烧室(10)布置成按两个交替的循环工作，其中第一循环是燃料循环，在所述燃料循环中，燃料被馈送至所述燃烧室(10)，并且第二循环是冷却循环，在所述冷却循环中，流体布置成流过所述燃烧室(10)用于冷却所述燃烧室(10)。

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