專利名稱：燃燒方法和裝置的制作方法
該申請要求申請日為2004年5月19日、發(fā)明名稱為“燃燒方法和裝置”、序列號為60/572,541的未決美國臨時申請，和申請日為2004年12月30日、發(fā)明名稱為“燃燒方法和裝置”、序列號為60/640,687的未決美國臨時申請的優(yōu)先權。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的第一方面，一種方法包括提供燃燒裝置的步驟。所述燃燒裝置包括外容器、內管道和排灰口。外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。內管道提供與外容器的內部體積連通的流體通道。排灰口提供與外容器的內部體積連通的流體通道。所述方法還包括以下述方式將燃料和氧氣引入到燃燒裝置中的步驟，即，燃料和氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內渦旋。此外，所述方法包括至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣的步驟。燃料和氧氣的燃燒產生氣態(tài)和固態(tài)反應產物并且所述方法進一步包括通過內管道的流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些氣態(tài)和固態(tài)反應產物的步驟。從內管道排放的反應產物具有固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第一質量比。更進一步地，所述方法包括通過排灰口的流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些氣態(tài)和固態(tài)反應產物的步驟。從排灰口排放的反應產物具有固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第二質量比。固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第二質量比大于固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第一質量比。
在本發(fā)明的另一方面，一種方法包括提供燃燒裝置的步驟。所述燃燒裝置包括外容器、內管道和護罩。外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道。護罩以下述方式至少部分地圍繞外容器，即，在護罩和外容器的第一縱向延伸壁之間限定第二流體通道。所述方法還包括以下述方式將燃料和氧氣引入到燃燒裝置中的步驟，即，燃料和氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內渦旋，和至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣的步驟。燃料和氧氣的燃燒生成反應產物并且所述方法還包括通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物的步驟。更進一步地，所述方法包括以下述方式使流體通過第二流體通道的步驟，即，冷卻外容器的第一縱向延伸壁。
在本發(fā)明的又一方面，一種方法包括提供燃燒裝置的步驟。所述燃燒裝置包括外容器、內管道和外罩。外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道。外罩以下述方式至少部分地圍繞外容器，即，在外罩和外容器的第一縱向延伸壁之間限定至少一個第二流體通道。第二流體通道圍繞外容器的第一縱向延伸壁螺旋地延伸。所述方法還包括使氧氣通過第二流體通道并進入外容器的內部體積和將燃料引入到外容器的內部體積中的步驟。另外，所述方法包括至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣的步驟。燃料和氧氣的燃燒生成反應產物并且所述方法還包括通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物的步驟。
在本發(fā)明的又一方面，一種方法包括提供燃燒裝置的步驟。所述燃燒裝置包括外容器、內管道和燃料入口管道。外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道。燃料入口管道限定與外容器的內部體積連通的第二流體通道。所述方法進一步包括以下步驟以下述方式將氧氣引入到燃燒裝置中，即，氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內渦旋；以下述方式加熱在燃料入口管道的第二流體通道中的液態(tài)油，即，導致至少一些液態(tài)油蒸發(fā)并由此轉化成油蒸汽；將油蒸汽從燃料入口管道排放到外容器的內部體積中，和至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒油和氧氣。油和氧氣的燃燒生成反應產物并且所述方法進一步包括通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物的步驟。
在本發(fā)明的又一方面，一種方法包括提供燃燒裝置的步驟。所述燃燒裝置包括外容器、內管道和透氣襯套。外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道。透氣襯套以與內管道間隔開的方式至少部分地被定位于內管道內使得大體環(huán)形的第二流體通道存在于內管道和透氣襯套之間。所述方法進一步包括以下步驟將燃料和氧氣引入到外容器的內部體積中，和至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣。燃料和氧氣的燃燒生成反應產物。另外，所述方法包括通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物的步驟。更進一步地，所述方法包括以下述方式迫使氣態(tài)物質從第二流體通道通過透氣襯套進入第一流體通道的步驟，即，限制內管道吸收的熱量。
在本發(fā)明的又一方面，一種方法包括提供燃燒裝置的步驟。所述燃燒裝置包括外容器、內管道、供給流體入口和燃料入口。外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道。供給流體入口限定與外容器的內部體積流體連通的第二流體通道。燃料入口包括環(huán)形圈，該環(huán)形圈包括環(huán)形流體溝槽和多個開口。每個開口徑向向內并且在環(huán)形溝槽和供給流體入口的第二流體通道之間形成流體路徑。所述方法也包括以下步驟將含氧流體引入到供給流體入口中，和以下述方式將燃料從環(huán)形圈的環(huán)形流體溝槽通過燃料入口的環(huán)形圈的開口引入到供給流體入口的第二流體通道中，即，燃料與含氧流體在供給流體入口中混合。此外，所述方法包括以下步驟以下述方式將燃料和氧氣從供給流體入口引入到外容器的內部體積中，即，氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內渦旋；和至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣。燃料和氧氣的燃燒生成反應產物并且所述方法進一步包括通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物的步驟。
在本發(fā)明的又一方面，一種方法包括提供燃燒裝置的步驟。所述燃燒裝置包括外容器和內管道。外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。內管道至少部分地被定位在外容器的內部體積內并且提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道。所述方法進一步包括以至少50英尺/秒的流速和以下述方式將氧氣引入到外容器的內部體積中的步驟，即，氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內和圍繞內管道渦旋。此外，所述方法包括以下步驟將燃料引入到外容器的內部體積中，和至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣。燃料和氧氣的燃燒生成反應產物并且所述方法進一步包括通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物的步驟。
在本發(fā)明的又一方面，一種方法包括提供燃燒裝置的步驟。所述燃燒裝置包括外容器和內管道。外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。內管道至少部分地被定位在外容器的內部體積內并且提供與外容器的內部體積連通的流體通道。所述方法進一步包括以至少50英尺/秒的流速和以下述方式將氧氣引入到外容器的內部體積中的步驟，即，氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內并圍繞內管道渦旋。此外，所述方法包括以下步驟將燃料引入到外容器的內部體積中，和至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣。燃料和氧氣的燃燒生成反應產物并且所述方法進一步包括通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物的步驟。更進一步地，所述方法包括提供渦輪和發(fā)生器的步驟。渦輪包括可操作地連接到發(fā)生器的轉子并且所述方法進一步包括利用這樣的反應產物旋轉轉子并由此驅動發(fā)生器的步驟。
在本發(fā)明的又一方面，一種燃燒裝置包括外容器、內管道和護罩。外容器包括大體沿著中心軸線延伸并且限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。外容器進一步具有前端和后端。后端與前端縱向間隔開。外容器的至少一部分是可透氣的。內管道包括進入端口并且至少部分地限定通過進入端口與外容器的內部體積連通的第一流體通道。進入端口被定位在外容器的前端和后端之間。第一流體通道延伸通過外容器的后端。護罩包括第二縱向延伸壁，該第二縱向延伸壁以間隔開的方式界定外容器的第一縱向延伸壁，并在護罩和外容器的第一縱向延伸壁之間限定第二流體通道。
在本發(fā)明的又一方面，一種燃燒裝置包括外容器、內管道和至少一個螺旋流體通道。外容器包括大體沿著中心軸線延伸并且限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。外容器進一步具有前端和后端。后端與前端縱向間隔開。內管道包括進入端口并且至少部分地限定通過進入端口與外容器的內部體積連通的第一流體通道。進入端口被定位在外容器的前端和后端之間。第一流體通道延伸通過外容器的后端。螺旋流體通道與外容器的內部體積流體連通并且螺旋圍繞中心軸線。外容器的第一縱向延伸壁徑向地位于螺旋流體通道和中心軸線之間。
在本發(fā)明的又一方面，一種燃燒裝置包括外容器、內管道和環(huán)形透氣襯套。外容器包括大體沿著中心軸線延伸并且限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。外容器進一步具有前端和后端。后端與前端縱向間隔開。內管道界定中心軸線并包括進入端口并且至少部分地限定通過進入端口與外容器的內部體積連通的第一流體通道。進入端口被定位在外容器的前端和后端之間。第一流體通道延伸通過外容器的后端。透氣襯套以間隔方式至少部分地被定位在內管道內，從而相對于中心軸線在透氣襯套和內管道之間徑向地形成環(huán)形流體通道。
在本發(fā)明的又一方面，一種燃燒裝置包括外容器、內管道、供給流體入口和燃料入口。外容器包括大體沿著中心軸線延伸并且限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁。外容器進一步具有前端和后端。后端與前端縱向間隔開。內管道包括進入端口并且至少部分地限定通過進入端口與外容器的內部體積連通的第一流體通道。進入端口被定位在外容器的前端和后端之間。第一流體通道延伸通過外容器的后端。供給流體入口限定與外容器的內部體積連通的第二流體通道。燃料入口包括環(huán)形圈，該環(huán)形圈包括環(huán)形流體溝槽和多個開口。每個開口徑向向內并且在環(huán)形溝槽和供給流體入口的第二流體通道之間形成流體路徑。
其他特征和優(yōu)點將部分是顯而易見的和部分在下文中指出。


圖1是利用根據本發(fā)明的燃燒裝置的旋轉式熱力發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖，所述系統(tǒng)包括壓縮機、蓄熱器、燃燒裝置和渦輪。
圖2是圖1的系統(tǒng)的縱向剖視圖。
圖3是圖1和2的系統(tǒng)的燃燒裝置的縱向剖視圖。
圖4是圖3的燃燒裝置沿著圖3的線4-4的平面獲得的剖視圖。
圖5是根據本發(fā)明的燃燒裝置的另一實施例的縱向剖視圖。
圖6是燃燒裝置的又一實施例的縱向剖視圖。
圖7是圖6中所示的燃燒裝置的透視圖，并且顯示其外罩被去除的情況。
圖8是與燃燒裝置結合使用的根據本發(fā)明的另一方面的燃料入口的透視圖。
在所有的若干附圖中相應的參考字符標示相應的部分。
具體實施例方式
參考附圖，尤其參考圖1和2，本發(fā)明的第一實施例采用系統(tǒng)的形式，該系統(tǒng)整體上大體由參考數(shù)字20標示。系統(tǒng)20包括壓縮機22、蓄熱器24、燃燒裝置26、渦輪28和發(fā)生器29。壓縮機22優(yōu)選地為二級中間冷卻增壓器并且適于通過蓄熱器24將加壓空氣輸送到燃燒裝置26。渦輪28包括轉子30并且燃燒裝置26適于將燃料轉化成熱能，該熱能用于至少部分地轉動渦輪的轉子。
參考圖3和4，燃燒裝置26優(yōu)選地包括外容器40和內管道42。外容器40優(yōu)選地包括沿著通常標示為軸線X-X的中心軸線延伸的第一縱向延伸壁44。外容器40的第一縱向延伸壁44優(yōu)選地包括大體圓柱形部分46和大體截頭圓錐形部分48，并且當垂直于中心軸線X-X觀察時橫截面優(yōu)選地為環(huán)形。外容器40的第一縱向延伸壁44也優(yōu)選地包括具有貫穿其中形成的多個較小的孔(在圖中不可見)的Inconel支承壁，由此使第一縱向延伸壁的至少一部分可透氣，并且可以包括附著到支承壁的內表面以提供絕熱的多孔陶瓷泡沫材料(附圖中總的由點圖案表示)。另外，應當理解的是外容器40的第一縱向延伸壁44可以形成為透氣陶瓷的單個均質部件或者可以以另外方式使其可透氣。外容器40進一步包括前端50和后端52。外容器40的后端52與前端50縱向間隔開。外容器40的前端50優(yōu)選地包括與中心軸線X-X軸向對準的排灰口54。
內管道42優(yōu)選地包括前進入端口60、后排放端口62和第二縱向延伸壁64，并且至少部分地被定位在外容器40內。第二縱向延伸壁64大體沿著中心軸線X-X在進入端口60和排放端口62之間延伸并且優(yōu)選地與外容器40的第一縱向延伸壁44同軸。與第一縱向延伸壁44類似，第二縱向延伸壁64可以包括絕熱層并且當垂直于中心軸線X-X觀察時橫截面優(yōu)選地為環(huán)形。第二縱向延伸壁64具有相對于第一縱向延伸壁44徑向向內間隔開的至少一個前縱向部分66。第二縱向延伸壁64界定流體通道68，該流體通道從進入端口60到排放端口62延伸通過內管道42。如圖3所示，進入端口60被定位在外容器40的前端50和后端52之間并且與外容器的前后兩端間隔開。內管道42優(yōu)選地向后延伸超出外容器40的后端52，使得內管道的排放端口62定位在外容器的后端的后面。然而，應當理解的是，內管道42可以完全在外容器40內而不脫離該發(fā)明的范圍。
外容器40和內管道42至少部分地限定前燃燒區(qū)70和后流體通道72。前燃燒區(qū)70至少部分地由外容器40的第一縱向延伸壁44界定和限定并且被限定為在內管道42的進入端口60的前面。后流體通道72大體為環(huán)形并且被限定為在內管道42的進入端口60的后面并且徑向地在第一縱向延伸壁44和第二縱向延伸壁64之間。后流體通道72和前燃燒區(qū)70彼此直接流體連通。優(yōu)選地，內管道42的進入端口60與外容器40的前端50向后間隔一段距離，該距離大于第一縱向延伸壁44的內表面的最大直徑。
燃燒裝置30進一步包括至少一個切向供給流體入口74、至少一個燃料入口76和一個或多個點火器78。切向供給流體入口74延伸通過外容器40并且適于和被配置成將流體排放到在內管道42的進入端口60和外容器40的后端52之間的后流體通道72中。流體入口74的橫截面優(yōu)選地為圓形并且也適于和被配置成使得通過流體入口引入到后流體通道72中的至少一些流體沿著螺旋路徑圍繞第二縱向延伸壁64渦旋(例如在圖4中觀察時沿逆時針方向)。此外，流體入口74的中心線可以向前和向后傾斜以便以下述方式將流體引入到后流體通道中，即，流體具有指向前燃燒區(qū)70的速度分量。然而，流體入口74的中心線可以可選地垂直于中心軸線X-X。流體入口74的位置以及后流體通道72和前燃燒區(qū)70的組合形狀導致通過流體入口引入的流體在燃燒裝置26的后流體通道和前燃燒區(qū)中具有均勻的類龍卷風效應。另外，盡管在附圖中僅僅顯示了一個流體入口，多個流體入口74可以繞中心軸線X-X沿圓周間隔布置，以保證外容器40內均勻和一致的渦旋。燃料入口76被配置成和適于將燃料(未顯示)引入到前燃燒區(qū)70中。在燃燒裝置的該特定實施例中，燃料入口76被配置成和適于將這種燃料注入到位于后流體通道72上游的切向供給流體入口74中，由此將燃料間接引入到前燃燒區(qū)70中。可以是火花塞，火焰桿，電熱塞，電弧點火器，火舌式點火器或任何其他合適機構的點火器78適于當起動點火燃燒時在燃料通過切向供給流體入口74時給燃料點火。當起動燃燒之后，不需要使用點火器78。在該配置中，燃燒裝置26適于使燃料和氧氣在后流體通道72上游的流體入口76中混合并開始燃燒并且在后流體通道72和前燃燒區(qū)70內進一步混合以及燃燒燃料和氧氣的混合物。
燃燒裝置26進一步包括具有第三縱向延伸壁82的護罩80，第三縱向延伸壁大體沿著中心軸線X-X延伸并且相對于垂直于中心軸線X-X的平面優(yōu)選地具有圓形橫截面。第三縱向延伸壁82以間隔方式界定外容器40的第一縱向延伸壁44并且與其大體同心。第三縱向延伸壁82的后端84優(yōu)選地剛性連接到外容器40的后端52。護罩80的第三縱向延伸壁82的前端86以類似于外容器40的第一縱向延伸壁44的截頭圓錐形部分48的方式優(yōu)選地徑向向內逐漸變細。外容器40的排放端口54優(yōu)選地縱向延伸通過護罩80的第三縱向延伸壁82的前端86。優(yōu)選地，第三縱向延伸壁82的前端86逐漸變細到它以下述方式與外容器40的排放端口54接合的程度，即，護罩80徑向地支承外容器40的第一縱向延伸壁44的前端50，但是第一縱向延伸壁的前端可以相對于護罩的第三縱向延伸壁的前端軸向地移動。切向供給流體入口74延伸通過護罩80的第三縱向延伸壁82并且優(yōu)選地焊接到其上。護罩80也優(yōu)選地包括延伸通過第三縱向延伸壁82的前端86的進口88。進口88與在外容器40和護罩80之間延伸的流體通道90流體連通。更進一步地，火焰?zhèn)鞲衅?2優(yōu)選地附著到護罩80并且延伸通過護罩和外容器40的第一縱向延伸壁44進入到前燃燒區(qū)70中。
如上所述，該特定燃燒裝置26特別適于與如圖1和2中所示的旋轉式熱力發(fā)動機系統(tǒng)20結合使用。再次參考圖1和2，系統(tǒng)20的渦輪34優(yōu)選地為具有轉子和定子的徑向流出渦輪。更優(yōu)選地，渦輪34是在發(fā)明名稱為“旋轉式熱力發(fā)動機”的美國專利No.6,668,539中描述類型的徑向流出渦輪，上述專利被全文結合于此以作參考。渦輪34優(yōu)選地連接到和帶動發(fā)生器70以產生電力。然而，應當理解的是，燃燒裝置26也有用于結合其他旋轉式熱力發(fā)動機或用在其他應用中，例如強制通風加熱系統(tǒng)和熔爐。這就是說，應當理解的是燃燒裝置26和在這里描述的燃燒裝置的其他實施例的各個方面和操作特性可以不被需要或不是必須需要的，這取決于燃燒裝置的特定用途。
在操作期間，燃燒裝置26使燃料和含氧供給流體在切向供給流體入口74、后流體通道72和前燃燒區(qū)70中混合。另外，燃燒裝置26使燃料和含氧流體混合物至少在前燃燒區(qū)70中進行燃燒反應以形成燃燒反應產物并使多數(shù)這樣的燃燒反應產物通過內管道42的流體通道68從燃燒裝置向后被排出。優(yōu)選地，燃燒裝置26適于使得至少70％，優(yōu)選地至少80％，以及更優(yōu)選地至少90％進入燃燒裝置的燃料在前燃燒區(qū)70中燃燒。
更具體地，在操作期間，包括氧氣的流體以下述方式相對于后流體通道沿大體切向方向通過切向供給流體入口74被泵送或以另外方式被迫入到燃燒裝置26中并且進入燃燒裝置的后流體通道72，即，至少一些供給流體繞內管道的第二縱向延伸壁64渦旋。當發(fā)生該情況時，通過燃料入口76引入的燃料在流體入口74中與供給流體混合。含氧供給流體可以是純氧、包括氧和氮的組合物的任何混合物和包括氧的任何其他混合物，包括空氣。燃料可以是當存在氧時燃燒的任何類型的燃料，例如天然氣、汽油、丙烷、#2柴油、#6重柴油、氫氣、生物柴油、植物油、粉煤、液化煤泥和本領域中已知的適合與燃燒裝置結合使用的任何其他的可燃燒材料。
在被引入到后流體通道62之前并且在燃料與供給流體混合之前，供給流體優(yōu)選地由壓縮機22加壓和在蓄熱器24中被預加熱。供給流體優(yōu)選地在至少30lbs/in2的絕對壓力(psia)下，更優(yōu)選地在至少50psia的壓力下，更加優(yōu)選地在至少60psia的壓力下通過流體入口74被引入到燃燒裝置26中。另外，當供給流體通過供給流體入口74被引入時它優(yōu)選地具有至少800(426℃)的溫度。當它通過流體入口74被引入時，供給流體更優(yōu)選地具有至少與燃料的點燃溫度(即物質可以開始持續(xù)燃燒的最低溫度)一樣高的溫度。作為例子，如果甲烷被用作燃料并且如果甲烷具有大約1100(600℃)的點燃溫度，則當供給流體通過流體入口74被引入時它優(yōu)選地具有至少1100(600℃)的溫度。應當理解的是在超過燃料的點燃溫度的溫度下引入供給流體減小排放。燃料在被注入到熱供給流體流中之前優(yōu)選地用蒸汽或較冷的供給流體稀釋。優(yōu)選地供給流體以穩(wěn)定流速通過供給流體入口74被引入到后流體通道72中，燃料也是如此。優(yōu)選地，當未在使用EGR時，供給流體流速至少是在燃料流速下燃料的理想配比燃燒所需的流速的兩倍。也優(yōu)選地，供給流體以至少300英尺/秒的速度通過流體入口74被引入。然而，在一些情況下更低的流速也許是理想的。雖然如此，為了保證燃燒不會向上游遷移，供給流體流速優(yōu)選地至少為50英尺/秒。
燃燒裝置26的形狀和操作有助于在前燃燒區(qū)70和后流體通道72中混合燃料和供給流體。最初，通過一個或多個點火器78點燃燃料-氧氣混合物。然而，一旦燃燒開始，燃燒一直持續(xù)到不再供應燃料和/或氧氣。可以通過火焰?zhèn)鞲衅?2監(jiān)控燃燒。至少一些混合的燃料和供給流體的燃燒反應發(fā)生在燃燒區(qū)70中。一些混合的燃料和供給流體的燃燒反應也發(fā)生在后流體通道62中和一個或多個點火器78的下游。優(yōu)選地，至少70％(優(yōu)選地至少80％，更優(yōu)選地至少90％)進入燃燒裝置26中的燃料-空氣混合物在前燃燒區(qū)70或后流體通道72中燃燒以形成燃燒反應產物。燃燒反應產物然后通過內管道42的流體通道68縱向地向后排放。應當理解的是，結合旋轉式熱力發(fā)動機系統(tǒng)20，被排放反應產物然后優(yōu)選地用于轉動渦輪28的轉子30，以由此驅動發(fā)生器29。
如上所述，一些渦旋燃料和供給流體的燃燒發(fā)生在燃燒區(qū)70中并且形成燃燒反應產物。就燃料-氧氣混合物中的一些渦旋燃料至少暫時保持未燃燒而言，流動的渦旋性質足夠使未燃燒燃料徑向地遠離中心軸線X-X和導致不太濃的燃燒反應產物徑向地朝著中心軸線移動。這用來使進入內管道42的未燃燒燃料量最小化。
由于內管道42的流體通道68的形狀，燃燒反應產物(以及任何過量空氣)沿著與燃燒區(qū)70中的渦旋燃料-氧氣混合物相同的圓周方向(例如在圖4中觀察時沿逆時針)渦旋。優(yōu)選地，內管道42的進入端口60和流體通道68足夠大，使得被排放燃燒反應產物在流體通道中渦旋。更優(yōu)選地，內管道42的進入端口60的直徑至少是外容器40的第一縱向延伸壁44的內表面的直徑的一半。燃燒裝置26的第一縱向延伸壁44優(yōu)選地具有4.0英寸的外直徑和11.75英寸的長度。內管道42具有2.5英寸的外直徑并且其進入端口60與第一縱向延伸壁44的前端50向后縱向地間隔大約6.5英寸。然而，應當理解的是，可以利用其他尺寸和其他比率而不脫離該發(fā)明的范圍。
外容器40的前端50處的排放端口54充當排灰出口。除了由燃料-氧氣混合物的燃燒產生的氣態(tài)反應產物之外，某些燃料例如煤的燃燒產生固態(tài)反應產物。在其他燃燒裝置中，這樣的固態(tài)反應產物常常通過獨立的過濾系統(tǒng)從燃燒裝置下游的排放流被濾出。然而，在外容器40的前端50處的排放端口54允許至少一部分這樣的固態(tài)反應產物從前燃燒區(qū)70通過其中被排放，而不是通過內管道42的流體通道68被排放。更具體而言，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)燃燒裝置26中流動的渦旋性質用來貼靠著外容器40的第一縱向延伸壁44并朝著外容器的前端50徑向向外抽吸固態(tài)反應顆粒，并且也用來防止這樣的顆粒被抽吸到內管道42的流體通道68中。這導致固態(tài)反應產物被迫朝向外容器40的前端50處的排放端口54。外容器40的第一縱向延伸壁44的截頭圓錐形部分48的逐漸變細與具有純圓柱形前燃燒區(qū)的類似燃燒裝置相比提高了流動渦旋。被迫朝著外容器40的前端50的固態(tài)反應產物其后可以由從前燃燒區(qū)70被抽吸通過排放端口54的相對少量的溢流流體從燃燒裝置26排放。該溢流流體流可以是間歇的或恒定的并且與通過內管道42排放的流量相比優(yōu)選地較小，使得它一點都不會影響燃燒裝置26的總效率?？蛇x地，螺旋鉆裝置可以用于去除固態(tài)反應產物。
燃燒裝置26的護罩80用來強制冷卻外容器40。優(yōu)選地氣態(tài)流體通過進口88被迫進入在外容器40的第一縱向延伸壁44和護罩80的第三縱向延伸壁82之間延伸的流體通道90中。該流體其后通過外容器40的可透氣的第一縱向延伸壁44，并且進入前燃燒區(qū)70和后流體通道72。優(yōu)選地，從進口88進入在外容器40的第一縱向延伸壁44和護罩80的第三縱向延伸壁82之間的流體通道90的氣態(tài)流體從供應給燃燒裝置26的流體入口74的流體溢流并且優(yōu)選地小于通過流體入口74進入后流動通道72中的流體量的百分之三。應當理解的是，通過外容器40的第一縱向延伸壁44的氣態(tài)流體用來有效地冷卻外容器。
護罩80的第三縱向延伸壁82的前端50和外容器40的排放端口54之間的連接的軸向自由性允許外容器膨脹和收縮而不使護罩形變。這增加了燃燒裝置26的使用壽命。然而，根據使用的材料和部件的特定配置，護罩80的第三縱向延伸壁82的前端50和外容器40的排放端口54可以彼此軸向固定而不會不利地影響燃燒裝置的使用壽命。
優(yōu)選地，旋轉式熱力發(fā)動機系統(tǒng)20的轉子30被配置成和適于沿著與從內管道42的流體通道68排放的渦旋燃燒反應產物相同的方向旋轉，以由此使能量損失最小化。從燃燒裝置26排放到轉子30中的燃燒反應產物和任何過量空氣(總稱為“流出物”)優(yōu)選地通過減小流出物速度的渦輪28的散流器94。在離開散流器94之后，在供給流體被引入到燃燒裝置26中之前，流出物流過蓄熱器24以預加熱供給流體。
在燃燒之前預加熱供給流體減小了能量浪費。燃料和含氧供給流體的快速混合和在這種混合之前燃料的稀釋也減小了NOx排放。發(fā)生快速混合是由于供給流體的高渦旋速度和細粉化燃料(其促進了完全燃燒)。由燃燒裝置26導致的顆粒物質的離心分離和再燃燒也減小了顆粒物質排放。也用低溫燃燒實現(xiàn)了NOx的減小。燃燒裝置26的配置提供了近理想配比的燃燒區(qū)，接著與較冷空氣快速混合以使NOx形成最小化。為了進一步減小NOx形成，不可燃物質，例如蒸汽或液體形式的水甚至是廢氣，可以加入燃料混合物以用于稀釋。水可以與燃料一起注入或與燃料混合以用于稀釋，并且燃料混合物可以被預加熱，由此在某些情況下在燃料被注入到燃燒裝置26中之前分解燃料。而且，燃料的氧化促進了更完全燃燒和降低了NOx形成。燃料特別是諸如生物柴油這樣的長碳鏈燃料的靜電充電促進了完全燃燒并降低了NOx。在燃燒空氣的上游生成臭氧顯著減小了NOx形成。在沼氣的情況下，酶霧化可以用于鎖定硫和其他非理想化合物以在燃燒之前從氣流中沉淀他們。在沼氣凈化中，氧化、凝結和磁分離也可以用于充分凈化氣體以保證系統(tǒng)壽命和減小排放。
不同于傳統(tǒng)的燃燒室，燃燒裝置26被配置成使“光燃燒”(即物質的燃燒由附近燃燒氣體直接發(fā)出的輻射加熱到點燃所導致)最大化。因而，燃燒裝置26不必依賴從內管道42輻射的熱來加熱或點燃沿著后流體通道72通過的氣態(tài)流體。這樣，與外容器40的第一縱向延伸壁44的總長度相比，后流體通道72和內管道42可以具有較短的軸向長度。另外，從燃燒氣體發(fā)出的輻射頻率通常高于由被加熱內管道42發(fā)出的紅外輻射，所以通過被配置成使光燃燒最大化，燃燒裝置26可以比傳統(tǒng)燃燒室更快地加熱和點燃氣態(tài)流體。而且，如上所述，前燃燒區(qū)70內氣態(tài)流體的高速渦旋作用用來離心地迫使較冷所以更濃的未燃燒物質徑向向外遠離內管道42的進入端口60。在前燃燒區(qū)70中，渦旋未燃燒物質緊鄰較熱的燃燒和燃燒后物質，由此最終點燃。一旦點燃，氣態(tài)流體濃度變得更低并且由于被較冷的進入的未燃燒氣態(tài)流體置換而被迫徑向向內。燃燒產物密度的降低起到提高渦旋速度的作用。所有這些導致更完全燃燒并且允許大大減小氣態(tài)流體通過燃燒裝置26花費的時間(傳輸時間)。氣態(tài)流體在燃燒裝置中的傳輸時間小于一秒并且燃燒裝置實現(xiàn)個位數(shù)的NOx排放。
通過燃燒裝置26的氣態(tài)流體的高速度也消除了燃燒裝置內的局部熱點并且由此提高了燃燒裝置的壽命和消除了提供其他手段來防止熱點的需要。另外，氣態(tài)流體的高速度允許預混合的燃料/氧氣混合物被供應給燃燒裝置而不用關心閃回。因而，燃料和氧氣不必通過分離的通道被供應給燃燒室。
燃燒裝置26可以實現(xiàn)6∶1的調節(jié)比，更典型地為10∶1。使用直徑為兩英寸的內管道42，燃燒裝置26能夠在2000華氏溫度下工作和生成300,000Btu/hr。
圖3和4中所示的燃燒裝置26的實施例的改進在圖5中被顯示并且通常由參考數(shù)字26’標示。在該改進實施例的燃燒裝置26’中，外容器40的第一縱向延伸壁44是不可滲透的并且護罩80進一步設有出口96。燃燒裝置26基本上與圖3和4中所示的燃燒裝置26相同地工作，區(qū)別在于從進口88進入到在外容器40的第一縱向延伸壁44和護罩80的第三縱向延伸壁82之間的流體通道90的氣態(tài)冷卻流體從那里通過出口96被排放，而不是通過通過外容器40的第一縱向延伸壁44。雖然如此，通過流體通道90的這種氣態(tài)流體用來冷卻外容器40的第一縱向延伸壁44。
在圖6和7中顯示了燃燒裝置的又一實施例。該燃燒裝置26”大體與以上公開的那些類似并且包括許多相同特征。因而，應當理解的是，圖6和7中所示的參考數(shù)字與圖3-5中所示的、對應于上述燃燒裝置的類似方面的那些參考數(shù)字相同，并且上面提供的這些方面的描述同等地適用于圖6和7中所示的燃燒裝置26”。
然而，不同于圖3-5所示的燃燒裝置，圖6和7中所示的燃燒裝置26”優(yōu)選地被特別配置成和適于用作通用熱發(fā)生器而不是與旋轉式熱力發(fā)動機結合使用。更具體而言，供應給該燃燒裝置26”的供給流體優(yōu)選地未被預加熱并且優(yōu)選地在遠遠低于上述燃燒裝置的壓力下被供應。
或許圖6和7中所示的燃燒裝置26”與上述燃燒裝置的最明顯差異在于供給流體被提供到后流體通道72中的方式。特別地，燃燒裝置26”包括外罩100，該外罩包括大體沿著中心軸線X-X延伸并且優(yōu)選地與外容器40”的第一縱向延伸壁44”同軸的第四縱向延伸壁102。第四縱向延伸壁102優(yōu)選地大體為圓柱形并且與燃燒裝置26”的護罩80”徑向向外間隔開。外罩100還包括兩個螺旋肋104，它們螺旋圍繞中心軸線X-X并且從護罩80”徑向地延伸到外罩100的第四縱向延伸壁102，由此在第四縱向延伸壁和護罩之間產生兩個大體螺旋形流體通道106。多個流體入口管108優(yōu)選地限定每個均與螺旋流體通道106流體連通的供給流體通道110。為了圖解目的，在圖7中顯示了不帶有第四縱向延伸壁102和不帶有流體入口管108的燃燒裝置26”。螺旋流體通道終止于平圓板112，該平圓板形成外容器40”的后端52”和護罩80”的后端84”。供給流體入口114在每個螺旋流體通道106的后端處延伸通過護罩80”的第三縱向延伸壁82”和外容器40”的第一縱向延伸壁44”。每個供給流體入口114由此在螺旋通道106中的一個和后流體通道72之間形成流體路徑。
燃燒裝置26”的該實施例還包括優(yōu)選地在燃燒裝置的平圓板112后面螺旋圍繞內管道42”的一對螺旋纏繞燃料供給管116。每個燃料供給管116具有前端118，該前端優(yōu)選地延伸通過燃燒裝置26”的平圓板112并且終止于后流體通道72”中。這樣，應當理解的是，燃料供給管116提供流體路徑以用于將燃料從燃料源直接引入到燃燒裝置26”的后流體通道72”中。燃料供給管116優(yōu)選地由導電金屬形成并且每個燃料供給管優(yōu)選地具有連接到其上以用于使電流通過一部分燃料供給管的一對間隔開地電引線120。應當理解的是，燃料供給管116的外表面優(yōu)選地涂有不導電材料以防止電力從一個燃料供給管傳遞到另一個，或者從燃料供給管傳遞到燃燒裝置26”的內管道42。如下面所解釋的，電引線120的目的是使電流通過燃料供給管116以由此加熱燃料供給管和通過其中的燃料。
燃燒裝置26”還進一步包括第二燃料入口122，該第二燃料入口延伸通過外罩100、護罩80”和外容器40”以用于將燃料直接引入到前燃燒區(qū)70”中。類似地，燃燒裝置26”包括火焰桿124，該火焰桿延伸通過外罩100，護罩80”，和外容器40”，并且進入前燃燒區(qū)70”。
更進一步地，燃燒裝置26”優(yōu)選地包括位于內管道42”內的環(huán)形透氣襯套126。透氣襯套126優(yōu)選地沿著內管道42”的至少一部分長度縱向地延伸并且優(yōu)選地與內管道徑向向內間隔開，使得在內管道和透氣襯套之間產生大體環(huán)形流體通道128。另外，流體入口130在燃燒裝置26”的平圓板112的后面延伸通過內管道42”的第二縱向延伸壁64”并且與內管道和透氣襯套126之間的流體通道128流體連通。
圖6和7中所示的燃燒裝置26”的一般操作類似于圖3-5中所示的燃燒裝置。然而，確實存在操作差異。一種這樣的差異在于被引入到燃燒裝置26”中的供給流體用于冷卻部分燃燒裝置。特別地，供給流體最初通過位于燃燒裝置的前端的流體入口管108進入燃燒裝置26”。供給流體然后進入螺旋流體通道106并且朝著燃燒裝置26”的后端螺旋前進。盡管單個流體入口管108可以用于將供給流體引入到燃燒裝置26”中，應當理解的是，利用多個流體入口管108將更均勻和平衡的流體流提供到螺旋流體通道106中。應當理解的是，流體入口管108可以以一對一的方式可操作地連接到螺旋流體通道106，使得通過任何一個流體入口管引入的供給流體將僅僅進入一個螺旋流體通道。當供給流體在螺旋流體通道106中向后行進時，通過對流發(fā)生從護罩80”到供給流體的熱傳遞。這減小了護罩80”的工作溫度，最終也減小了外容器40”的工作溫度。也應當理解的是，燃燒裝置26”不一定需要包括護罩，當沒有護罩時，螺旋肋將優(yōu)選地從外容器40的第一縱向延伸壁44延伸到燃燒裝置26”的外罩100，所以螺旋流體通道106將由外容器而不是由護罩部分地纏繞。
當螺旋流體通道106向后延伸時，螺旋流體通道的橫截面面積優(yōu)選地稍稍減小。這優(yōu)選地通過當螺旋肋104向后延伸時減小他們的螺距而實現(xiàn)。這導致當供給流體沿著螺旋流體通道106移動時供給流體流速加速并且限制和阻止了閃回。當供給流體進入外容器40時這也幫助保持一致的供給流體流速。一旦到達靠近燃燒裝置26”的后端處的平圓板112，供給流體流過在螺旋流體通道106的后端的供給流體入口114并且進入燃燒裝置26”的外容器40內的后流體通道72”。大體三角形的供給流體入口114便于平滑和均勻流動。應當理解的是，螺旋流體通道106中供給流體流的螺旋移動性質導致供給流體以渦旋方式圍繞內管道42”被引入到燃燒裝置26”的外容器內的后流體通道72”中。
不同于圖3-5中所示的燃燒裝置，燃料在與含氧供給流體混合之前直接被引入到圖6和7的燃燒裝置26”的外容器40”中。傳統(tǒng)的流體入口管可以用于該目的。然而，上述燃燒裝置26”的燃料供給管116被特別配置成和適于與燃油的燃燒結合使用并且相對于基本燃料管入口具有多個優(yōu)點。特別地，燃料供給管116被配置成和適于在將燃油和水的混合物排放到燃燒裝置26”的外容器40”中之前汽化這種混合物。這通過在燃料供給管的前端118的上游加熱至少部分燃料供給管116來進行。優(yōu)選地利用加熱燃料供給管116的這些部分的兩種方法。加熱每個燃料供給管116的一種方法是在燃料供給管的電引線120上施加電壓。這導致電流通過燃料供給管并且燃料供給管的電阻導致生熱。另外，由于部分燃料供給管116圍繞燃燒裝置26”的內管道42被卷繞，從內管道輻射的熱被傳遞到燃料供給管。應當理解的是，可以通過改變通過燃料供給管的電流來控制燃料供給管116的溫度。另外，應當理解的是，利用從內管道42”傳遞的熱來加熱燃料供給管116減小了將燃料供給管加熱到其預期溫度所需的電流量。
當油和水的混合物通過燃料供給管時，混合物被加熱并且至少一些水和油汽化。然后混合物優(yōu)選地被排放到與延伸通過外容器的供給流體入口114鄰近的外容器40”內的后流體通道72”中。其后，混合物與通過供給流體入口114被引入到后流體通道72”中的含氧供給流體混合。燃料混合物在其被引入到外容器40”中之前的汽化狀態(tài)大大促進了外容器內燃料混合物與含氧供給流體的混合。
為了幫助穩(wěn)定燃燒裝置26”內的燃燒和維持燃燒裝置的前燃燒區(qū)70”內的燃燒，燃料也可以通過第二燃料入口122直接被引入到前燃燒區(qū)中。這保證了可燃燒燃料圍繞前燃燒區(qū)70”內的火焰桿124流動并且在其中燃燒。應當理解的是，與任何其他主燃料入口例如上述的燃料供給管116相比，這可以通過通過第二燃料入口122引入相對少量的燃料來實現(xiàn)。
內管道42”內的透氣襯套126用來冷卻內管道的第二縱向延伸壁64”。特別地，從供給流體源的溢流通過延伸通過內管道42”的第二縱向延伸壁64”的流體入口130被引入到在內管道42”和透氣襯套126之間的環(huán)形流體通道128中。這種溢流流體然后通過透氣襯套126并且進入內管道42”的流體通道68”，由此將熱傳遞遠離內管道的第二縱向延伸壁64”。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種專用燃料入口以在燃燒裝置中在燃料被引入到供給流體入口的地方改善燃料和供給流體混合，例如圖3-5中所示的燃燒裝置的情況。在圖8中專用燃料入口200被顯示在大體管狀供給流體入口202中。通常，燃料入口200包括上游燃料輸送管204和環(huán)形圈206。上游燃料輸送管204延伸通過管狀供給流體入口202的壁208并且連接到環(huán)形圈206。環(huán)形圈206包括與上游燃料輸送管204的流體通道212流體連通的環(huán)形溝槽210。環(huán)形圈206也包括提供環(huán)形溝槽210和供給流體入口202的流體通道216之間的流體連通的多個開口214。開口214優(yōu)選地繞環(huán)形圈206的圓周均勻間隔布置并且優(yōu)選地垂直面對供給流體入口202的中心軸線。
在使用中，燃料通過上游燃料輸送管204的流體通道212被泵送或以另外方式被迫使或被抽吸到環(huán)形圈的環(huán)形溝槽中。燃料然后通過環(huán)形圈206的多個開口214被引入到供給流體入口202的流體通道216中。開口214垂直于通過供給流體入口202的含氧流體流徑向向內地引導燃料并且由此促進燃料和含氧供給流體的混合。另外，燃料入口200的該配置和操作通過在供給流體入口202的整個橫截面上更均勻地分配燃料促進了燃料的汽化(當非氣態(tài)燃料被燃燒時)。
盡管根據前述內容參考具體實施例描述了本發(fā)明，應當理解的是，包含在以上描述中的或顯示在附圖中的所有特征希望被理解成示例性的而不是限定性的，在不脫離由以下權利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以理解本發(fā)明的各種改進和變化。因而，應當可以理解其他可能的變型和改進。
此外，應當理解的是，當在權利要求中或在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以上描述中引入本發(fā)明的元件時，術語“包含”，“包括”和“具有”應當是開放式的，表示可能存在除了所列元件以外的附加元件。類似地，術語“部分”應當被理解成表示合格的物品或元件的一些或所有。
權利要求
1.一種方法，包括提供燃燒裝置，所述燃燒裝置包括外容器、內管道和排灰口，所述外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述內管道提供與外容器的內部體積連通的流體通道，所述排灰口提供與外容器的內部體積連通的流體通道；以下述方式將燃料和氧氣引入到燃燒裝置中，即，燃料和氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內渦旋；至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣，所述燃料和氧氣的燃燒產生氣態(tài)和固態(tài)反應產物；通過內管道的流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些氣態(tài)和固態(tài)反應產物，從內管道排放的反應產物具有固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第一質量比；和通過排灰口的流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些氣態(tài)和固態(tài)反應產物，從排灰口排放的反應產物具有固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第二質量比，固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第二質量比大于固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第一質量比。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過排灰口從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些氣態(tài)和固態(tài)反應產物在一段時期間歇地發(fā)生，而在該段時期通過內管道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些氣態(tài)和固態(tài)反應產物是連續(xù)的。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第二質量比至少比固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第一質量比大十倍。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第二質量比至少比固態(tài)反應產物與氣態(tài)反應產物的第一質量比大50倍。
5.一種方法，包括提供燃燒裝置，所述燃燒裝置包括外容器、內管道和護罩，所述外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述護罩以下述方式至少部分地圍繞外容器，即，在護罩和外容器的第一縱向延伸壁之間限定第二流體通道；以下述方式將燃料和氧氣引入到燃燒裝置中，即，燃料和氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內渦旋；至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣，所述燃料和氧氣的燃燒生成反應產物；通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物；和使流體通過第二流體通道，從而冷卻外容器的第一縱向延伸壁。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括將沿著第二流體通道通過的至少一部分流體排放到外容器的內部體積中并且其后通過內管道的第一流體通道排放到外容器的內部體積之外的步驟。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，以下述方式發(fā)生提供燃燒裝置的步驟，即，第一縱向延伸壁是可滲透的，并且將沿著第二流體通道通過的至少一部分流體排放到外容器的內部體積中的步驟包括通過可滲透第一縱向延伸壁排放沿著第二流體通道通過的至少一部分流體。
8.一種方法，包括提供燃燒裝置，所述燃燒裝置包括外容器、內管道和外罩，所述外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述外罩以下述方式至少部分地圍繞外容器，即，在外罩和外容器的第一縱向延伸壁之間限定至少一個第二流體通道，所述第二流體通道圍繞外容器的第一縱向延伸壁螺旋地延伸；使氧氣通過第二流體通道并進入外容器的內部體積；將燃料引入到外容器的內部體積中；至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣，所述燃料和氧氣的燃燒生成反應產物；通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，以下述方式發(fā)生提供燃燒裝置的步驟，即，當?shù)诙黧w通道圍繞外容器的第一縱向延伸壁螺旋地延伸時，第二流體通道地橫截面面積減小，從而當氧氣通過第二流體通道時通過第二流體通道的氧氣速度增加。
10.一種方法，包括提供燃燒裝置，所述燃燒裝置包括外容器、內管道和燃料入口管道，所述外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述燃料入口管道限定與外容器的內部體積連通的第二流體通道；以下述方式將氧氣引入到燃燒裝置中，即，氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內渦旋；以下述方式加熱燃料入口管道的第二流體通道中的液態(tài)油，即，使至少一些液態(tài)油蒸發(fā)并由此轉化成油蒸汽；將油蒸汽從燃料入口管道排放到外容器的內部體積中；至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒油和氧氣，所述油和氧氣的燃燒生成反應產物；通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，以下述方式發(fā)生提供燃燒裝置的步驟，即，外容器具有縱向地彼此間隔的前端和后端，并且內管道包括定位在外容器的前端和后端之間的前進入端口并且從進入端口延伸到外容器的后端，并且以下述方式發(fā)生將油蒸汽從燃料入口管道排放到外容器的內部體積中的步驟，即，油蒸汽從外容器的第一縱向延伸壁和內管道之間的流體入口管道并向內管道的進入端口的后面被排放。
12.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，加熱在燃料入口管道的第二流體通道中的液態(tài)油的步驟包括使電流通過至少一部分流體入口管道。
13.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，加熱在燃料入口管道的第二流體通道中的液態(tài)油的步驟包括將熱從內管道傳遞到流體入口管道。
14.一種方法，包括提供燃燒裝置，所述燃燒裝置包括外容器、內管道和透氣襯套，所述外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述透氣襯套以與內管道間隔的方式至少部分地被定位內管道內使得大體環(huán)形的第二流體通道存在于內管道和透氣襯套之間；將燃料和氧氣引入到外容器的內部體積中；至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣，所述燃料和氧氣的燃燒生成反應產物；通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物；和以下述方式迫使氣態(tài)物質從第二流體通道通過透氣襯套并進入第一流體通道，即，限制內管道吸收的熱量。
15.一種方法，包括提供燃燒裝置，所述燃燒裝置包括外容器、內管道、供給流體入口和燃料入口，所述外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述內管道提供與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述供給流體入口限定與外容器的內部體積流體連通的第二流體通道，所述燃料入口包括環(huán)形圈，該環(huán)形圈包括環(huán)形流體溝槽和多個開口，每個開口徑向向內并且在環(huán)形溝槽和供給流體入口的第二流體通道之間形成流體路徑；將含氧流體引入到供給流體入口中；以下述方式將燃料從環(huán)形圈的環(huán)形流體溝槽通過燃料入口的環(huán)形圈的開口引入到供給流體入口的第二流體通道中，即，燃料與含氧流體在供給流體入口中混合；以下述方式將燃料和氧氣從供給流體入口引入到外容器的內部體積中，即，氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內渦旋；至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣，所述燃料和氧氣的燃燒生成反應產物；通過內管道的第一流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物。
16.一種方法，包括提供燃燒裝置，所述燃燒裝置包括外容器和內管道，所述外容器具有限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述內管道至少部分地定位在外容器的內部體積內并且提供與外容器的內部體積連通的流體通道；以至少50英尺/秒的流速和以下述方式將氧氣引入到外容器的內部體積中，即，氧氣在燃燒裝置的外容器的內部體積內并圍繞內管道渦旋；將燃料引入到外容器的內部體積中；至少部分地在燃燒裝置的外容器的內部體積內燃燒燃料和氧氣，所述燃料和氧氣的燃燒生成反應產物；通過內管道的流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放至少一些反應產物。
17.根據權利要求16所述的方法，進一步包括提供渦輪和發(fā)生器的步驟，所述渦輪包括可操作地連接到發(fā)生器的轉子，所述方法更進一步地包括利用通過內管道的流體通道從燃燒裝置的外容器的內部體積排放的至少一些反應產物旋轉轉子并由此驅動發(fā)生器。
18.一種燃燒裝置，包括外容器、內管道和護罩，所述外容器包括大體沿著中心軸線延伸并且限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述外容器進一步具有前端和后端，后端與前端縱向間隔開，所述外容器的至少一部分是可透氣的，所述內管道包括進入端口并且至少部分地限定通過進入端口與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述進入端口被定位在外容器的前端和后端之間，所述第一流體通道延伸通過外容器的后端，所述護罩包括第二縱向延伸壁，該第二縱向延伸壁以間隔方式界定第一縱向延伸壁使得在護罩和外容器的第一縱向延伸壁之間限定第二流體通道。
19.一種燃燒裝置，包括外容器、內管道和至少一個螺旋流體通道，所述外容器包括大體沿著中心軸線延伸并且限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述外容器進一步具有前端和后端，后端與前端縱向間隔開，所述內管道包括進入端口并且至少部分地限定通過進入端口與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述進入端口被定位在外容器的前端和后端之間，所述第一流體通道延伸通過外容器的后端，所述螺旋流體通道與外容器的內部體積流體連通并且螺旋圍繞中心軸線，所述外容器的第一縱向延伸壁徑向地在螺旋流體通道和中心軸線之間。
20一種燃燒裝置，包括外容器、內管道和環(huán)形透氣襯套，所述外容器包括大體沿著中心軸線延伸并且限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述外容器進一步具有前端和后端，后端與前端縱向間隔開，所述內管道界定中心軸線和包括進入端口并且至少部分地限定通過進入端口與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述進入端口被定位在外容器的前端和后端之間，所述第一流體通道延伸通過外容器的后端，所述透氣襯套以間隔方式至少部分地被定位在內管道內使得相對于中心軸線在透氣襯套和內管道之間徑向地形成環(huán)形流體通道。
21.一種燃燒裝置，包括外容器、內管道、供給流體入口和燃料入口，所述外容器包括大體沿著中心軸線延伸并且限定外容器的內部體積的第一縱向延伸壁，所述外容器進一步具有前端和后端，后端與前端縱向間隔開，所述內管道包括進入端口并且至少部分地限定通過進入端口與外容器的內部體積連通的第一流體通道，所述進入端口被定位在外容器的前端和后端之間，所述第一流體通道延伸通過外容器的后端，所述供給流體入口限定與外容器的內部體積連通的第二流體通道，所述燃料入口包括環(huán)形圈，該環(huán)形圈包括環(huán)形流體溝槽和多個開口，每個開口徑向向內并且在環(huán)形溝槽和供給流體入口的第二流體通道之間形成流體路徑。
全文摘要
一種方法，包括提供具有外容器和內管道的燃燒裝置。外容器具有限定內部體積的第一壁。內管道至少部分地被定位在內部體積中并且提供與其連通的流體通道。所述方法進一步包括以下述方式將氧氣引入到內部體積中，即，氧氣在內部體積內并圍繞內管道渦旋。此外，所述方法包括將燃料引入到內部體積中和至少部分地在其中燃燒燃料和氧氣。燃料和氧氣的燃燒生成反應產物并且所述方法進一步包括通過內管道的流體通道從內部體積排放至少一些反應產物。
文檔編號F23C5/32GK101027522SQ200580021212
公開日2007年8月29日 申請日期2005年5月19日 優(yōu)先權日2004年5月19日
發(fā)明者A·施洛特, P·G·蘭霍斯特 申請人:創(chuàng)新能量公司