用于生成电能的系统和方法与流程

本发明涉及一种生成电力的方法以及一种发电机系统。

背景技术：

现有技术的典型发电机系统包括燃烧发动机、燃料箱和发电机。燃烧发动机包括一组汽缸，所述一组汽缸具有对应的一组往复式活塞。与上述布置相关的一个问题在于，移动活塞及其他移动零件必须经常用油进行润滑，这对燃烧发动机的运行温度有着显著的影响。而在考虑到效率系数时，运行温度又是重要的因素。在耐用性没有显著退化的情况下，上述发动机承受低于100摄氏度的运行温度。这种温度对于使水汽化而言太低，因此无法有效地用于生成电力，即，只是在浪费热量。

美国专利2,095,984(H.Holzwarth)公开了一种爆燃式涡轮机设备。该爆燃式涡轮机设备包括：脉冲转子；用于生成爆燃气体的无活塞式爆燃室；以及喷嘴，所述喷嘴用于使气体膨胀并将气体引至仅由所述气体的间歇吹喷驱动的转子。

现有技术的另一种典型发电机系统包括燃气涡轮机以及由该燃气涡轮机的轴驱动的发电机。燃气涡轮机的问题在于，由于燃气涡轮机的燃烧器实际上处于开放空间中，因此燃烧器处于相对较低的压力。燃烧器的较低压力显著降低了效率系数。在Holzwarth涡轮机设备中，间歇的低压显著降低了效率系数。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种方法以及一种用于实施该方法的系统，以减少上述缺点。本发明的目的通过特征由独立权利要求陈述的一种方法和一种系统实现。本发明的优选实施例在独立权利要求中公开。

本发明基于下述理念：将燃烧室布置在燃气涡轮机外面，并向该燃烧室提供压缩空气，以便在受控且最佳的条件下执行燃烧过程并使用来自该过程的剩余热量。布置可控输入阀，用以控制周期性燃烧过程，以匹配特定气体振荡的频率，使得它们彼此增强。

本发明的方法和系统的优点在于，可以针对燃烧过程优化燃烧室中的条件，这显著提高了系统的整体效率。燃烧室可以具有数百摄氏度的运行温度，并且压缩室中的压力可以与往复式燃烧发动机的狄赛尔循环(diesel cycle，柴油机循环)中压缩冲程结束时的压力相似。这种温度增加了燃烧过程的效率，并且由于高温，热量可容易地转换为电力。

附图说明

在下文中，将参照附图通过优选的实施例更加详细地描述本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的一种实施例的第一发电机系统；

图2示出了根据本发明的一种实施例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种实施例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；以及

图5示出了根据一种实施例的系统中压力随着时间的变化。

具体实施方式

参照图1的简单实例，发电机系统包括涡轮机22，该涡轮机轴向地或经由传动装置20与发电机26和压缩机24连接。发电机还可以轴向地连接至涡轮机22。当通过流过涡轮机22的流体向涡轮机馈送能量时，涡轮机的转子转动。涡轮机转子的转动驱动传动装置20以及均连接至传动装置的发电机26和压缩机24二者。涡轮机、发电机和压缩机可以通过驱动轴、轮轴或其他适合的动力传动装置连接至传动装置。该布置用发电机26将馈送至涡轮机22的能量转换为电能输出99，并用压缩机24将能量转换为空气压力，所述压缩机压缩用于燃烧室10的空气。在一种实施例中，压缩机24使压缩空气积聚进入空气箱32，然后空气箱32将其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，螺杆式压缩机效率高并且能够向燃烧室10和空气箱32提供高的压力。在一种实施例中，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。在一种实施例中，系统包括轴流式压缩机24(诸如离心式压缩机)和与该轴流式压缩机24串联连接的螺杆式压缩机的组合，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行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供至空气箱的压力增加至20巴以上。在一种实施例中，该一个或多个压缩机布置成将供至空气箱的压力增加至30巴、35巴或40巴以上。在一种实施例中，可以用电动机驱动压缩机24。在一种实施例中，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。在一种实施例中，可以在串联连接的压缩机级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。然后中间冷却器就可以用于生成蒸汽，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。优选地，燃烧室中的燃烧是爆燃燃烧，而不是爆震燃烧。

发电机系统还包括燃烧室10，该燃烧室布置成从压缩机24或从空气箱32接收压缩空气并从燃料箱30接收燃料，以开始燃烧过程。压缩空气通过可控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。在最后一个压缩机之后可以使用回热器(regenerator，再生器)，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道之前加热压缩空气。回热器可以使用来自例如废气或燃烧室的余热用于加热压缩空气。当启动系统并且燃烧室处于室温时，还可以用其他装置对压缩空气进行预加热，例如用电阻器电力地预加热。燃料从燃料箱中释放或泵出并注入到燃烧室中。燃料优选地为柴油或液化天然气(LNG)。在一种实施例中，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。在一种实施例中，燃料包括氢气和一氧化碳的混合物，该混合物是碱回收单元的副产品。在一种实施例中，水或蒸汽可以与燃料一起注入到燃烧室中。在一种实施例中，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煤粉或褐煤粉。

由于燃烧室内的高压和高温，注入到燃烧室中的燃料开始燃烧。通过将空气从空气箱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中的释放空气，并增加甚至更高的压力。当启动系统并且燃烧室尚未达到其运行温度时，可以用点火线圈、电热塞、预热布置或加热器布置触发点火。在一种实施例中，系统包括前室或预燃室。可以在预燃室中点燃燃料混合物，以开始燃烧过程。燃烧过程会产生热量，该热量加热燃烧室并通过加热引入燃烧室中的燃料和压缩空气而使燃烧过程继续进行。在一种实施例中，在启动系统后的燃烧循环期间也会使用点火。在一种实施例中，使用热量回收单元40或其他热量提取装置将热量从燃烧室或燃烧过程传递至水或蒸汽，然后生成高压蒸汽。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的形式注入，并且两个膨胀阶段之间的脉冲量可以为例如1至10、2至8、3至6或一些其他量，诸如4、5、7或8。

在一种实施例中，系统包括用于产生供至区域供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部分从系统中提取出来并用热交换器转移，用以加热区域供热系统的水。这种电能和热能的结合产生提高了系统的整体效率。

在一种实施例中，系统包括用于使用发电机系统的热能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部分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，该中空容器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，废气)的输出装置。输入装置和输出装置是可控的，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出燃烧产物。输入装置和输出装置可以分别理解为入口和出口，但在本文本中通篇使用术语输入装置和输出装置。可以使用一个或多个阀控制供至燃烧室或来自燃烧室的流。在一种实施例中，输入阀和/或输出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。输入阀可以固定至相对于燃烧室倾斜的位置，即，不垂直于燃烧室壁。当通过倾斜阀注入气体时，阀的这种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，而垂直放置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/或通过选择输入阀打开的时机可使用输入阀控制旋涡。燃烧室中的燃烧过程是至少类似于狄赛尔循环的循环过程。将来自空气箱的预加热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-燃料混合物开始燃烧。空气-燃料混合物的燃烧膨胀了其体积，所以当输出阀打开时，燃烧产物及压缩空气通过输出装置排出。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运行速度、空气箱中的空气压力、燃料类型等。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限。

为了能够进行快速、洁净、完全的燃烧过程，燃烧室优选地具有简单的形式，最优选地具有球形或圆柱形。简单的形式使能具有较高的运行温度，这会提高效率并减少燃烧过程期间产生的有害颗粒和气体的量。燃烧室布置成以高温运作。除了该简单的形式以外，在性能或耐用性没有显著退化的情况下，燃烧室的材料也必须承受高温。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，而陶瓷内涂层承受较高的表面温度。燃烧室的构造优选地布置成承受400摄氏度的运行温度。在一种实施例中，燃烧室布置成承受500、600、700或800摄氏度的运行温度。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位于燃烧室的输入端口和输出端口处的阀。然而，存在设计成以这些温度运行的现成阀，因此设计并实现耐用的阀系统应该是相对容易的任务。

燃烧室10的输出装置将包括燃烧产物和压缩空气的流从燃烧室引导到涡轮机22。由于燃烧室中的高压，当输出装置打开时，流以高的速度排出。通过使输出装置和空气输入装置同时打开一定的时间段可以加强燃烧产物的排出。涡轮机22包括转子，当该流流过涡轮机时该转子转动。如上文所述的，转动的转子驱动传动装置20，传动装置转而又驱动发电机26和压缩机24。将流引导至涡轮机之后的排放管90，并且废气98从系统中释放。

燃烧室10优选地为涡轮机22外面的独立单元。通过连接燃烧室10与涡轮机22的管道、管或一些其他通道，将从燃烧室10中排出的燃烧产物引导至涡轮机22。在一种实施例中，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涡轮机22的管道、管或一些其他通道。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)排出其燃烧产物，以向涡轮机22提供较稳定的燃烧产物流。在一种实施例中，以在燃烧过程的膨胀阶段之间注入到燃烧室中的较短高压蒸汽脉冲的形式实现流向涡轮机22的较稳定的流。

在一种实施例中，发电机26向储电系统供电，该储电系统包括用于储存由发电机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在车辆应用中，以产生并储存用于车辆的电动机的电能。

现在参照图2，在一种实施例中，发电机系统还包括蒸汽循环系统。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。在一种实施例中，蒸汽循环系统还包括第二涡轮机。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。在一种实施例中，蒸汽箱和水箱是一个箱，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，但如有需要可以用泵或类似的布置进行协助。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连接至燃烧室的热连接部分的独立单元，或者其可以是燃烧室的固定部分。在一种实施例中，热量回收单元甚至可以是燃烧室内的管道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，蒸汽迅速升温并膨胀。然后蒸汽流被引至涡轮机22，在涡轮机中，蒸汽流与从燃烧室10排入涡轮机22的燃烧产物和压缩空气同时转动涡轮机22的转子。

在一种实施例中，可以使用热泵产生蒸汽。已知热泵在所需温度差较小时是有效的。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，还可以使用其他能源(包括前述的那些)协助蒸汽产生。在一种实施例中，排出蒸汽流被冷凝为水，并且从冷凝中释放的热量用作热泵的热源。冷凝发生的温度取决于废气和蒸汽的压力。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。在一种实施例中，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。

在一种实施例中，热量回收单元40用隔热材料代替，并且向燃烧室10注入的时间依赖性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涡轮机22。

在一种实施例中，系统包括用于提高系统中蒸汽的量和/或温度的额外燃烧器。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“余热”以产生足量蒸汽的系统中使用额外的燃烧器。额外燃烧器的使用确保可以获得具有理想温度和压力的理想蒸汽量。

在一种实施例中，蒸汽不与燃烧产物引向同一涡轮机22。在这种实施例中，系统包括第二涡轮机，第二涡轮机专门用于蒸汽流，而(第一)涡轮机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涡轮机22之后的额外的热交换器，以在该流进入第二涡轮机之前对该流进行加热。第二涡轮机的布置可以与已知的组合循环动力设备类似。

蒸汽、压缩空气和燃烧产物的流从涡轮机流过热交换器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放管90被引导出系统。在第二涡轮机的实施例中，燃烧产物和压缩空气的流被布置成流过热交换器42直接到达排放管，而蒸汽流布置成流过热交换器42和冷凝器50到达水箱36。

来自排放流的冷凝水可能造成对于系统的杂质积聚，这是不理想的。在一种实施例中，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。热交换器将热量从蒸汽、压缩空气和燃烧产物的流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。高压蒸汽可以以短突发(short burst，短脉冲群)的形式从蒸汽箱34中释放，以形成到燃烧室的短高压脉冲。

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，只是该发电机系统还包括具有缩扩喷嘴(converging-diverging nozzle，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涡轮机22，用于转动涡轮机的转子。具有缩扩喷嘴的泵在说明书中被称为喷射器，但在一种实施例中，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位于涡轮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涡轮机22中，在涡轮机中，该流转动涡轮机的转子。在一种实施例中，短高压蒸汽脉冲被注入到喷射器12中，蒸汽从该喷射器流向涡轮机并转动涡轮机的转子。在一种实施例中，可以在燃烧室10与涡轮机22之间的喷射器12中使用后燃器(afterburner，补燃器)。然而，因为涡轮机的输入气体应该优选地具有低的温度，而后燃器会提高废气的温度，所以必须监测并控制废气的温度。在一种实施例中，后燃器是间歇使用的，而不是连续地使用。

在一种实施例中，系统还包括可调节喷嘴和与喷射器12及燃烧室10的输出装置连接的阀，用于调节燃烧产物从燃烧室10中的排出。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流向涡轮机22。在输出装置中的阀打开时，喷嘴的形式对于燃烧产物从燃烧室的排出具有显著影响。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出。

在一种实施例中，在燃烧产物的一部分(即，废气)从燃烧室中排出时，将废气引导至涡轮机22的低温/低压区域或者引导至低压涡轮机。在该实施例中，因为吸入侧的压力高于低温/低压区域中的压力，所以可以省去该喷射器或多个喷射器(14a、14b)。

图4示出了具有两个燃烧室10a和10b以及喷射器12的燃烧系统的一种实施例的细节图。燃烧室和喷射器的数量不限于本实例。对该实施例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。在一种实施例中，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。在一种实施例中，喷射器不是必要的，一个喷射器也没有的情况下系统也可以运行。

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装置101、102以及可以用输出阀打开或控制的一个或多个输出装置111、112。因为气体倾向于从较高压力区域流向较低压力区域，所以可以通过控制输入装置和输出装置的压力而无需用阀对输入装置和输出装置进行控制。在一种实施例中，输入装置和输出装置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，从而使得这些振荡频率彼此增强。在一种实施例中，燃烧循环与系统中流动的压缩空气的特定振荡频率匹配。在一种实施例中，阀致动经过优化，以与脉冲涡轮机的理想周期运行协调。在一种实施例中，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匹配，因此所述振荡频率相互增强。蒸汽和压缩空气流的特定振荡频率可以与管线设计匹配。在一种实施例中，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。

在一种实施例中，系统包括串联连接的压缩机以产生供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一个压缩机释放至燃烧室。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。压缩级可以是一个压缩机或是并行连接的多个压缩机(即，每个压缩机均具有共同的输入装置和输出装置)。在一种实施例中，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一个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理想的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，最后是第三次释放的压缩空气，以达到理想的最终压力。可以根据系统变量优化输入的顺序和时机(timing，计时)。

在一种实施例中，每个燃烧室均包括由主排放阀111控制的输出装置。在一种实施例中，每个燃烧室均包括两个输出装置，一个输出装置由主排放阀111控制，一个输出装置由辅助排放阀112控制。在一种实施例中，每个燃烧室均包括不由阀控制的开口输出装置。在一种实施例中，每个燃烧室均包括用于燃料的输入装置101。在一种实施例中，每个燃烧室均包括用于燃料和增压空气的输入装置101、102。在一种实施例中，每个燃烧室均包括用于燃料、增压空气和蒸汽的输入装置。在一种实施例中，每个燃烧室均包括用于下述项中一种或多种的输入装置：燃料、增压空气、蒸汽和水。可以使用系统的燃烧过程的余热至少部分地产生蒸汽。在一种实施例中，蒸汽以短高压蒸汽脉冲的形式注入，该短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。在该实施例中，由于用蒸汽脉冲注入控制燃烧室的压力和温度条件，因此可以省去排放阀。在一种实施例中，蒸汽注入到燃烧室和/或注入到喷射器12和注入到涡轮机22。当两个燃烧室输出装置均关闭时，蒸汽可以直接注入到喷射器12中。在一种实施例中，可以在热交换器之后使用ORC涡轮机或斯特林发动机，用于对温度范围约为200摄氏度的废气和蒸汽进行冷却。

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装置102馈送至燃烧室10a、10b，而燃料经由燃料输入装置101馈送至燃烧室10a、10b。在一种实施例中，可以在将燃料(尤其是气体燃料)先进行压缩再馈送至燃烧室中。可以将燃料(例如一氧化碳或氢气)以高于大气压力的压力馈送至燃烧室。由于剩余热量，燃烧室中的压力增加，直到燃烧室中的燃料在例如20巴至30巴的压力下开始燃烧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之间的主排放阀111，将燃烧产物和压力释放至喷射器12。在一种实施例中，省去了主排放阀，燃烧产物自由地向喷射器12移动。在一种实施例中，气波式增压器(pressure wave supercharger，压力波增压装置)代替了主排放阀。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较稳定而且较为不像脉冲。燃烧产物从燃烧室流向喷射器12并通过输出装置113从喷射器流向涡轮机22。同时，液态水和/或水蒸气(即，蒸汽)可以经由输入装置注入到燃烧室10a中，并因而改善从燃烧室中排出的燃烧产物的空气流通(ventilation，通风)。优选地，蒸汽以具有高蒸汽压力(例如从数十巴至数百巴的蒸汽压力)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，如图5所示。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导管，用于燃烧室的排出侧的水和/或蒸汽循环。水和/或蒸汽可以注入到导管中，然后水和/或蒸汽从导管的小孔眼中渗出。热量从燃烧室的排出侧转移至渗出的注入水和/或蒸汽，然后燃烧室冷却。在一种实施例中，类似的导管和冷却系统用在主排放阀上。注入降低了主排放阀111的温度，这可以延长主排放阀111的寿命。当燃烧室和喷射器中的压力已经降低至例如40巴至50巴时，主排放阀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。在一种实施例中，当蒸汽脉冲注入到燃烧室因此主排气输出装置始终打开时，可以省去主排放阀111。

在包括主排放阀的实施例中，关闭主排放阀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中的压力提高至例如65巴。在喷射器12中的一定压力(例如65巴)下，第二燃烧室10b的主排放阀111打开并将燃烧产物释放至喷射器12，并从喷射器释放至涡轮机22。同时，第一燃烧室10a的第二排放阀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。可以通过经由输入装置101、102向燃烧室引入增压空气或蒸汽来增强空气流通。第二排放阀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涡轮机22。在一种实施例中，蒸汽被注入到燃烧室和/或注入到喷射器12以及注入到涡轮机22。当两个燃烧室输出装置均关闭时，蒸汽可以直接注入到喷射器12中。在一种实施例中，单个第二喷射器可以包括多个输入装置，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被通风并且压力已经降低至例如20巴、10巴、5巴或2巴的足够低的水平，第二排放阀112关闭，并且可以开始燃烧循环的下一循环。

在一种实施例中，第二喷射器14a、14b布置成经由输入装置114接收移动蒸汽或移动气体。移动蒸汽优选地为例如处于60巴、80巴或100巴的压力下的增压水蒸气。移动气体被引导穿过第二喷射器14a、14b并经由阀104排放至喷射器12。当连接燃烧室与第二喷射器的输出阀112打开时，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。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。在一种实施例中，系统内产生的所有多余蒸汽均可以经由阀104和/或第二喷射器14a、14b馈送至涡轮机。

在一种实施例中，使用中间蒸汽抽液造成的来自涡轮机22的回流可以引至第三喷射器。来自涡轮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提高至足够的水平。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。在一种实施例中，还可以在热交换器之后引入使用中间蒸汽抽液的输出。

在一种实施例中，涡轮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。在一种实施例中，系统包括连接至燃烧室并用阀控制的氧气罐。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，使得氧气罐中的氧气可以用在氧气量不足以燃烧的上层大气中。

图5示出了根据一种实施例的系统中压力的时间依赖性。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，否则涡轮机22无法接受最佳输入。优选地，以时间依赖的方式对所有输入装置101、102、103、104进行控制，以保持输出装置113到涡轮机处于最佳压力。在除了燃料和空气以外没有任何其他时间依赖性输入的情况下，供至涡轮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，就在主排放阀111打开之前达到峰值，主排放阀打开会迅速降低压力，因为燃烧产物会流过涡轮机。现在，如果就在主排放阀111打开之后立即向燃烧室注入液态水和/或水蒸气，则压力不会下降得一样快，原因在于，由于燃烧室的剩余热量，液态水会蒸发并且水蒸气会升温，因而注入会减轻打开主排放阀111的影响。类似地，一旦主排放阀111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，这会提高喷射器12中的压力，因而增加供至涡轮机的输出压力。以时间依赖的方式控制液态水、蒸汽和空气的量，以便防止供至涡轮机的输出下降太多。将供至涡轮机的输出保持在较高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运行范围内驱动涡轮机，而涡轮机无法充分利用稀疏的短突发。

通过水、蒸汽和空气的注入可以将供至涡轮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，如果省去主排放阀或主排放阀始终保持打开，维持这样的高压需要大量蒸汽和空气。如果以非常短的高压脉冲的形式注入蒸汽，则可以省去主排放阀，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，使得不需要主排放阀。短蒸汽脉冲可以具有比由燃烧造成的压力脉冲高的峰值压力。在例如两个燃烧室的实施例中，可以在点燃燃料并且燃烧产物从第一燃烧室中排出后向系统(例如，向第一燃烧室)馈送短蒸汽脉冲。在第二燃烧室的排放阀关闭时，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放阀112，然后第二排放阀又将空气和剩余物传递至例如低压涡轮机。经过冲刷后，第二燃烧室被压缩空气填充，燃料被注入到第二燃烧室，然后混合物开始燃烧或被点燃。燃料被点燃并且燃烧产物从第二燃烧室中排出后，在第一燃烧室的排放阀关闭、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情况下向系统(例如向第二燃烧室)馈送短蒸汽脉冲。这使得在整个过程中具有足够高的压力，能够高效使用涡轮机。

在一种实施例中，喷射器12内的压力始终保持在例如20巴、30巴、40巴或50巴以上。在一种实施例中，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测量。在一种实施例中，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。通过控制引入涡轮机22的气体的温度，水、蒸汽的时间依赖性注入还会提高涡轮机22的可靠性。水和蒸汽的注入会降低引入涡轮机的气体的平均温度，因此其允许在燃烧室中使用较高的压力(因而使用较高的温度)。

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