專利名稱：：高效率低污染的混合式布雷頓循環(huán)燃燒器的制作方法本申請是1994年4月26日遞交的美國申請序號08/232047、現(xiàn)在是于1998年4月28頒發(fā)的美國專利5743080的一個部分繼續(xù)申請，而專利5743080是1993年10月27遞交的PCT/US93/0280的美國國家階段申請，并且是1992年10月27日遞交的美國專利5617719的一個部分繼續(xù)申請。所有這些文獻都引入此處作為參考。本文中的發(fā)明構(gòu)成了這些申請和專利中沒有公開的新內(nèi)容。本發(fā)明涉及一種蒸氣-空氣蒸汽發(fā)動機，這種發(fā)動機利用一種由燃料燃燒產(chǎn)物和蒸汽以及最少量的過量壓縮空氣的混合物組成的工質(zhì)，在高壓下運行。本發(fā)明進一步涉及在一種燃料燃燒系統(tǒng)中在高效率和低燃料消耗的狀態(tài)下生產(chǎn)電能、有效軸馬力(功率)和/或大量蒸汽的方法，同時產(chǎn)生數(shù)量極少的環(huán)境污染物(NOx、CO、顆粒物、未燃盡的燃料)。本發(fā)明還涉及在發(fā)電時生產(chǎn)飲用水，而又不污染環(huán)境，或者不會大大降低效率或增加燃料消耗。內(nèi)燃機一般被分類為等容的或等壓的。奧托循環(huán)發(fā)動機通過使揮發(fā)性燃料在一個等容的壓縮空氣中燃燒而運行，而狄塞爾循環(huán)發(fā)動機是在一個改型的循環(huán)中燃燒燃料，其特征近似為等壓燃燒。外燃機的例子有蒸汽發(fā)動機、蒸汽渦輪和燃氣渦輪。將一種燃料與壓縮空氣燃燒所產(chǎn)生的一種氣態(tài)工質(zhì)供入一個燃氣渦輪，和利用儲存在這種高壓氣流中的能量使各種動力裝置運行，這是為人所知的。在這些裝置中，溫度的控制通常是供入大量的過量壓縮空氣的結(jié)果。將燃料在一個室中燃燒并將燃燒產(chǎn)物排放到一個工作汽缸或室中，有時還要噴入少量的水或蒸汽，這也是為人所知的。這些也可以歸類為外燃機。人們還提出了一些其它的裝置，在這些裝置中，燃燒室通過加入從內(nèi)部或外部提供的水或蒸汽受到冷卻。還提出了另一種形式的裝置，它是依靠在溫度降低時噴入燃燒汽缸中的燃料運行的，它具有在壓力達到一個要求的數(shù)值時使燃料噴射停止的機構(gòu)。這些現(xiàn)有發(fā)動機中的每一個都具有一些缺陷，這些缺陷使它們在作為運行原動機的動力源的應(yīng)用上受到限制。這些缺陷中包括這種發(fā)動機不能夠滿足突然的需求，和/或不能維持一個恒定不變的溫度或壓力，而為了使這種發(fā)動機有效運行時可能要求這樣的狀態(tài)。此外，對這種發(fā)動機的控制是低效率的，燃氣發(fā)生器維持本身處于備用狀態(tài)的能力是不夠的。在所有實際應(yīng)用的發(fā)動機結(jié)構(gòu)中，對工作汽缸的封閉壁要進行冷卻的要求導(dǎo)致效率的損失和內(nèi)燃機中的一些其它先前固有的缺點。本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。首先，通過將水直接噴入燃燒室，以控制產(chǎn)生的工質(zhì)的溫度，消除了用大量的過量壓縮空氣或外部液體進行冷卻的需要。當水噴入后，水在燃燒室中被瞬間轉(zhuǎn)變成蒸汽，并且它本身成為工質(zhì)中的一個組分，因此增加了工質(zhì)的質(zhì)量和體積，不需要機械壓縮。在本發(fā)明中，通過噴射液態(tài)水獨立控制a)燃燒火焰溫度，b)燃燒室溫度分布以及c)燃料與空氣的比率，可以使工質(zhì)的物理特性最佳化，以便高效率地工作。通過減少或消除過量空氣，由此限制可以獲得的過量氧氣，以及控制火焰溫度和燃燒溫度的分布，也防止了NOx的形成，并且有利于燃燒的燃料完全轉(zhuǎn)變成CO2，使產(chǎn)生的CO達到最少。本發(fā)明也利用高壓比作為提高效率和馬力同時降低比油耗(“SFC”)的一個途徑。當將水噴入本發(fā)明的燃燒室并轉(zhuǎn)變成蒸汽時，蒸汽就獲得了燃燒室的壓力。應(yīng)該認識到，蒸汽獲得了燃燒室的壓力與發(fā)動機的壓比無關(guān)。因此，可以在發(fā)動機中獲得一個更高的壓比，而不需要消耗的對新的蒸汽進行壓縮或噴入的水額外的功。由于在本發(fā)明中噴射了大量的水，因此不需要壓縮多于燃燒所需數(shù)量的空氣，而這些過量空氣在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中典型地用于冷卻目的。這個要求的消除給系統(tǒng)節(jié)省了可觀的能量，并且在不增加燃料消耗和不提高渦輪速度下大大增加了有效軸馬力。如本發(fā)明中所教導(dǎo)的，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中水的噴射具有幾個優(yōu)點。首先，將水的壓力提高到高于燃燒室壓力，需要極少量的附加功。而在蒸汽噴射系統(tǒng)中，將蒸汽的壓力提高到高于燃燒室的壓力，必須消耗大量的功。同樣，過量空氣需要消耗額外的功，以便將供入的空氣提高到更高的壓力，以產(chǎn)生附加的工質(zhì)質(zhì)量。此外，在本發(fā)明中，當水被噴入和轉(zhuǎn)變成蒸汽后，它就獲得了燃燒室的壓力而不需要附加的功。該蒸汽也具有恒定的熵和焓。在本發(fā)明中，由燃燒產(chǎn)生的過量的(廢)熱被用于將噴入的水轉(zhuǎn)變成蒸汽，因此，增加了工質(zhì)的壓力和質(zhì)量，而不需要對過量空氣進行機械壓縮。相反，在一個典型的布雷頓(Brayton)循環(huán)渦輪中，被機械壓縮的空氣中的66％-75％被用于稀釋燃燒產(chǎn)物，以便將工質(zhì)的溫度降低到要求的渦輪進口溫度(“TIT”)。噴入的水被蒸發(fā)而產(chǎn)生的蒸汽至少使燃燒產(chǎn)生的工質(zhì)的質(zhì)量增加一倍，并使凈馬力增加15％或更多。因此，在這種新的熱力系統(tǒng)中可以將水看作是一種燃料，因為它給系統(tǒng)提供壓力、質(zhì)量和能量，使得本系統(tǒng)的效率增加。本發(fā)明的循環(huán)相對于水可以是開式的或閉式的。這意味著空氣和水可以被排出(開式)或被回收并進行再循環(huán)(閉式)。咸水脫鹽淡化處理或水的純化處理可以是從一個陸上設(shè)備或水上船只發(fā)電時的一個副產(chǎn)品，此時，循環(huán)對空氣而言是開式的，但對淡化水的回收而言是閉式的。海水發(fā)電站、工業(yè)應(yīng)用、飲用水和灌溉水的凈化和回收系統(tǒng)也是一些可行的應(yīng)用領(lǐng)域。本循環(huán)也可以用于移動環(huán)境中，例如轎車、卡車、公共汽車、火車、船、飛機、一般航空等等中的閉式循環(huán)階段。本發(fā)明的一個目的是提供一個新型的熱力動力循環(huán)，該循環(huán)的運行可以是開式或閉式的，它壓縮一個理想配比數(shù)量的空氣并使燃料與空氣燃燒，以便提供有效的、清潔的、無污染的動力。本發(fā)明的另一個目的是通過利用水的蒸發(fā)潛熱完全控制一個燃燒器中的燃燒溫度，而不需要機械地壓縮用于冷卻的過量(稀釋)空氣。本發(fā)明的另一個目的是減少與用在發(fā)動機中的動力渦輪有關(guān)的空氣壓縮機的負載，以便可以采用一個較小的壓縮機，和可以實現(xiàn)低速的空載運轉(zhuǎn)和快速的加速性能。本發(fā)明的另一個目的是根據(jù)需要單獨地控制渦輪進口溫度(TIT)。本發(fā)明的另一個目的是根據(jù)需要改變工質(zhì)的組分和溫度。本發(fā)明的再一個目的是給反應(yīng)物在燃燒室中提供足夠的停留時間，以便進行理想配比燃燒、化學(xué)鍵合，以及提供完全反應(yīng)和冷卻的時間，達到化學(xué)平衡。本發(fā)明的再一個目的是以一種防止形成煙霧的方式進行燃燒和冷卻燃燒產(chǎn)物，防止產(chǎn)生諸如NOx、未燃燒的燃料、CO、顆粒物和CO2分解產(chǎn)物等等。本發(fā)明的再一個目的是提供一種將一磅化學(xué)能100％轉(zhuǎn)化成一磅熱能的燃燒系統(tǒng)。本發(fā)明的再一個目的是使整個動力系統(tǒng)在盡可能低的溫度下運行并且仍然以好的熱效率運行。本發(fā)明的再一個目的是提供一種冷凝方法，以便將蒸汽作為冷凝的飲用水進行冷卻、冷凝、分離和回收。本發(fā)明的再一個目的是提供一種發(fā)電系統(tǒng)，它使用非飲用水作為它的冷卻劑而生產(chǎn)出作為發(fā)電的一個副產(chǎn)品的飲用水。本發(fā)明的再一個目的是提供一種新的循環(huán)，它交替地在發(fā)動機運行的一種模式期間提供一種變型的布雷頓循環(huán)，在發(fā)動機運行的一個第二種模式期間提供一種蒸氣-空氣蒸汽循環(huán)，在一個第三種模式期間提供一種組合的循環(huán)。本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于任何渦輪動力發(fā)生系統(tǒng)的燃燒器，使得該動力系統(tǒng)與采用目前可用的燃燒器的目前可用的系統(tǒng)比較時，它能以更大的效率和降低的比油耗生產(chǎn)電能。本發(fā)明的再一個目的是提供一種燃燒器，它能安裝到目前的碳氫燃料燃燒系統(tǒng)中，取代目前使用的燃燒器，并且消除了對用于減輕污染的設(shè)備(催化轉(zhuǎn)化、再次燃燒、凈化系統(tǒng))的需要，同時提高了運行效率，減少了排氣流中的污染。本發(fā)明的再一個目的是提供一種渦輪動力發(fā)生系統(tǒng)，當它與一個燃燒相同數(shù)量燃料的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)比較時，它提供大大增加的可用軸功率(凈可用功率)。本發(fā)明的再一個目的是提供一種動力發(fā)生系統(tǒng)，它在一個大大高于40％的總效率下生產(chǎn)電能。本發(fā)明的再一個目的是提供一種動力發(fā)生系統(tǒng)，它以一種更有效的方式燃燒碳氫燃料，以便產(chǎn)生更少的溫室氣體(CO2)。本發(fā)明的再一個目的是在要求的任何溫度和壓力下有效地提供大量的蒸汽。按照本發(fā)明的一個示范性的實施例，稱為VAST循環(huán)，描述了一種內(nèi)燃機。這種發(fā)動機包含一個壓縮機，用于將環(huán)境空氣壓縮成具有大于或等于6個大氣壓的壓力和具有提高的溫度的壓縮空氣。一個連接到壓縮機上的燃燒室用于從壓縮機向燃燒室分級地輸送壓縮空氣。采用了單獨的燃料和液體噴射控制器，以便根據(jù)需要和需要的地方分別將燃料和液態(tài)水噴入燃燒室中。壓縮空氣、噴入的燃料和水的數(shù)量以及噴入的水的溫度和噴入到燃燒室中的部位(點)都被獨立地控制。結(jié)果，平均燃燒溫度和燃料空氣比(F/A)也可以獨立地控制。噴入的燃料和一部分控制的壓縮空氣被燃燒，產(chǎn)生的熱量將噴入的水轉(zhuǎn)變成一種蒸氣。當噴入的水轉(zhuǎn)變成一種蒸氣時，水的蒸發(fā)潛熱降低了從燃燒器排出的燃燒氣體的溫度。使用了比燃燒的燃料的重量多得多的數(shù)量的水。但是，供入系統(tǒng)的空氣的質(zhì)量被大大減少了。結(jié)果，由燃燒生成的工質(zhì)的質(zhì)量流量可以從在大多數(shù)運行條件下使用相同數(shù)量的燃料的現(xiàn)有系統(tǒng)的質(zhì)量流量的50％變化到大于其質(zhì)量流量的200％。由此在一個預(yù)定的燃燒溫度和燃燒器溫度分布下進行的燃燒期間，在燃燒室中產(chǎn)生由壓縮空氣中的不能燃燒的、79％是非氧組分中的一小部分數(shù)量、燃料燃燒產(chǎn)物和水蒸氣的混合物組成的一種工質(zhì)?；旧纤械臏囟瓤刂贫际怯伤恼舭l(fā)潛熱提供的。任何過量物質(zhì)都只是用于保證完全燃燒而不是用于冷卻目的。這種工質(zhì)然后可以供入到一個或多個實施有用功的工作發(fā)動機中?；蛘撸旧硎歉邷馗邏赫羝墓べ|(zhì)可以直接應(yīng)用，例如噴入油井中以增加流量，用作蒸餾塔的或者其它利用蒸汽運轉(zhuǎn)的設(shè)備的一個熱源。在本發(fā)明的一些更具體的實施例中，采用了一個點火器來啟動發(fā)動機。發(fā)動機既可以在開式循環(huán)中運行，也可以在閉式循環(huán)中運行；在后者的情況下，可以回收一部分排出的工質(zhì)。火焰溫度和燃燒室溫度分布是利用設(shè)置在整個燃燒器上的溫度探測器和恒溫器進行監(jiān)測的。此外，可以采用一個計算機反饋控制系統(tǒng)監(jiān)測排放物流中的氣態(tài)組分并且可以自動調(diào)節(jié)工作狀態(tài)和供給速率。以便使排放物中的NOx和CO最少。當采用本發(fā)明時，通過燃燒控制機構(gòu)降低燃燒溫度，從而在工質(zhì)中達到理想配比的燃燒和化學(xué)反應(yīng)平衡。噴入的燃料中的全部化學(xué)能在燃燒期間都被轉(zhuǎn)化成熱能，水的蒸發(fā)產(chǎn)生了渦流，它有助于燃料和空氣的混合，從而實現(xiàn)更完全的燃燒。噴入的水吸收了全部的過量熱能，將工質(zhì)的溫度降低到工作發(fā)動機要求的最大運行溫度。當噴入的水被轉(zhuǎn)變成蒸汽后，它就具有了燃燒室中的壓力，不需要額外的壓縮功和額外的熵或焓。仔細控制燃燒溫度防止了造成或促使形成大氣煙霧的氣體和化合物的形成，并且由于運行效率的增加，減少了生產(chǎn)的單位可用能量中生成的溫室氣體的數(shù)量。在本發(fā)明的另一個實施例中，利用非飲用水作為冷卻劑進行發(fā)電，而飲用水是作為在發(fā)電或生產(chǎn)蒸汽中的一個副產(chǎn)品進行生產(chǎn)的。在本發(fā)明的一個第三實施例中(一種新循環(huán))，發(fā)動機可以在三個不同的模式下運行。當發(fā)動機以超過一個第一預(yù)定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)(亦即在一個高轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn))時，噴入的水和燃燒的壓縮空氣的數(shù)量在發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加時保持不變。在一個中間轉(zhuǎn)速下，亦即在一個第一(高)預(yù)定轉(zhuǎn)速和一個第二(低)預(yù)定轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速下，水與燃料的比率隨著過量空氣的數(shù)量的減少而增加。當發(fā)動機以低于第二預(yù)定轉(zhuǎn)速(即一個低轉(zhuǎn)速)的各種速度運轉(zhuǎn)時，噴入的水與燃料的比率保持不變，被燃燒的壓縮空氣的數(shù)量保持不變，過量空氣基本上被消除。采用這種新循環(huán)使得在較低轉(zhuǎn)速下的馬力增加、空載運行變慢、加速迅速并且在低轉(zhuǎn)速下能燃燒掉直到95％的壓縮空氣。通過研究附圖和以下的詳細說明將會更完整的理解本發(fā)明和它的其它目的和優(yōu)點。本發(fā)明的范圍尤其規(guī)定在后面所附的權(quán)利要求書中。圖1是一個按照本發(fā)明的蒸氣-空氣蒸汽渦輪發(fā)動機的一個方框圖；圖2是一個優(yōu)選燃燒器的示意圖；圖3是沿圖2中線3-3的橫截面視圖；圖4是一個蒸氣-空氣蒸汽渦輪發(fā)動機的一個方框圖，其中包含按照本發(fā)明的用于回收飲用水的機構(gòu)；圖5是圖4中的方框圖所示的蒸氣-空氣蒸汽渦輪發(fā)動機的一個壓縮空氣11流向一個燃燒器25的流量由一個空氣流量控制器27控制。燃燒器在本技術(shù)中是公知的，但是，在本發(fā)明中，壓縮空氣11是用空氣流量控制器27以一種分級的、沿周向的方式供入圖2中所示的燃燒器200中的，對此后面有更全面的說明。通過分級供給空氣可以控制和限制整個燃燒室25的燃燒溫度(火焰溫度)。通常的高峰值溫度被減少，同時仍能從燃燒中產(chǎn)生相同的總能量輸出。燃料噴射控制器30使燃料31在壓力下噴射。對于技術(shù)人員來說，燃料噴射控制器30也是公知的。在本發(fā)明中所用的燃料噴射控制器30可以由一組常規(guī)的單個燃料供給噴嘴或多個燃料供給噴嘴組成。一個壓力燃料供給源(未示出)用于供給燃料，它可以是任何常規(guī)的碳氫燃料，例如2號柴油，供暖用燃油，最好是無硫的、井口油，丙烷，天然氣，汽油和醇類如乙醇。在某些應(yīng)用中，乙醇可能是優(yōu)先選擇的對象，因為它包含或者可以與一些水混合，其中的水可以用于冷卻燃燒產(chǎn)物，由此降低對噴入的水的要求。同時乙醇水混合物具有非常低的冰點，因此提高了在具有零下32°F的溫度的氣候中使用發(fā)動機的能力。一個由水噴射控制器40控制的泵使水41在壓力下和在一個預(yù)先設(shè)定的但可以調(diào)節(jié)的速率下噴射，并且可以通過一個或多個噴嘴進行霧化，進入供給的空氣流中，在燃燒的下游進入燃燒室25，或者如果需要的話，噴入火焰中，如后面要解釋的那樣。燃燒器25中的溫度由燃燒控制器100控制，后者的工作與上面所述的本發(fā)明的其它器件是相關(guān)聯(lián)的。燃燒控制器100可以是一個常規(guī)編程的配有支持數(shù)字邏輯線路的微處理器，一個微型計算機，或者是任何其它公知裝置，用于響應(yīng)來自設(shè)置在燃燒室25中，排放物流51(膨脹了的工質(zhì)21)中的監(jiān)測器的反饋信號或者與本系統(tǒng)的其它部件有關(guān)的反饋信號，進行監(jiān)測和實施控制。例如，可以通過空氣壓縮機10響應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化來維持燃燒器25中的壓力。燃燒器25中的溫度探測器和恒溫器260(為清晰起見，圖中只示出了一個)向燃燒控制器100提供溫度信息，而燃燒控制器100則按照需要的量，引導(dǎo)水噴射控制器40噴射或多或少的液態(tài)水。類似地，燃燒控制器100通過改變?nèi)紵?5中燃燒的燃料、水和空氣的混合物控制工質(zhì)質(zhì)量。存在一些支配可以接受的最大燃燒溫度的公知的實際的限制條件。其中最主要的是可以被任何系統(tǒng)適應(yīng)的最大渦輪進口溫度(TIT)。為了實現(xiàn)所要求的最大TIT，水噴射控制器40將所需要的水噴射到工質(zhì)21中，以使燃燒溫度保持在可接受的界限內(nèi)。噴入的水通過它在燃燒器25的壓力下轉(zhuǎn)變成蒸汽所產(chǎn)生的蒸發(fā)潛熱而吸收大量的燃燒火焰熱量。為了點燃噴入燃燒器25中的燃料，需要有一個大于12∶1的壓比來實現(xiàn)壓縮自燃。但是，在較低的壓比下可以使用一個標準的點火火花塞262。如上所述，燃燒控制器100獨立地控制來自空氣流量控制器27，燃料噴射控制器30和水噴射控制器40的被燃燒的壓縮空氣的數(shù)量，以便燃燒掉噴入的燃料和壓縮空氣中基本上全部的氧氣，至少燃燒掉壓縮空氣中95％的氧氣。如果少于100％的氧氣被燃燒，那么將有足夠的氧氣來完成理想配比關(guān)系的化合和用于加速。當100％的氧氣在燃燒過程中都被消耗了而形成CO2時，那么就不存在形成NOx的氧氣。燃燒的熱量也將噴入的水轉(zhuǎn)變成蒸汽，由此產(chǎn)生一種由被壓縮的，空氣中不會燃燒的組分，燃料燃燒產(chǎn)物和在燃燒室中產(chǎn)生的蒸汽的混合物構(gòu)成的工質(zhì)21。壓縮機10可以提供從大約4∶1至100∶1的壓比。TIT溫度可以從750°F變化到2300°F，其中較高的極限值是由材料的情況限定的。但是，如果渦輪是用諸如陶瓷或其它耐火材料等能夠耐高溫的材料制造的，那么則可以提供更高的TIT。一個工作發(fā)動機50，典型地，一個渦輪，連接到來自燃燒室25的工質(zhì)21并接收工質(zhì)21，以便做有用功(例如使一個軸54旋轉(zhuǎn))，該有用功又驅(qū)動一個負載，例如一個發(fā)電機56，發(fā)電機56則生產(chǎn)電能58，或者驅(qū)動的是空氣壓縮機10。雖然本發(fā)明討論的是渦輪作為工作發(fā)動機的應(yīng)用情況，但是，技術(shù)人員可以認識到，往復(fù)式，轉(zhuǎn)子式，凸輪式或其它類型的工作發(fā)動機也可以由本發(fā)明創(chuàng)造的工質(zhì)驅(qū)動。由于在燃燒器25內(nèi)部和渦輪出口之間存在的壓力差，工質(zhì)在通過工作發(fā)動機50時會膨脹。被膨脹的工質(zhì)51在變化的壓力下，通常為0.1大氣壓到大約1大氣壓，這取決于是采用帶真空泵的閉循環(huán)還是開循環(huán)，由排放控制器60排出。但是，較高的排放壓力是可能的。排放控制器60也可以包含一個熱交換器63和/或冷凝器62，用于冷凝被膨脹的工質(zhì)51中的蒸汽61，以及一個再壓縮機64，用于耗盡被膨脹的工質(zhì)51的能量。在冷凝器62中冷凝的蒸汽作為飲用水65排出。圖2示出了一個包含本發(fā)明的特征的優(yōu)選燃燒器200的示意圖，它有一個進口端198和一個出口端196。在該實施例中，燃燒器包括三個同心布置的不銹鋼管202,206,210和一些空氣，水和燃料的進口。內(nèi)管202是管子中最長的，中間的管子206是最短的管子，外管210是中間長度的管子。在一個具體的實施例中，內(nèi)管或中央管202具有一個5英寸的內(nèi)徑和一個大約1/2英寸的壁厚。在內(nèi)管202，中間管206和外管210中每個管之間具有大約1英寸的空氣流動間隙(即分別是內(nèi)空氣流動間隙204和外空氣流動間隙208)。中間管206和外管210的進口端各有一個半球頭224,226，分別與各自的周面相連，構(gòu)成一個封閉的空間228,230，它們與管子204,208之間的空間相鄰接，構(gòu)成一個下面要描述的流動通道，即從燃燒器200的外部，通過外管210和中間管206之間的空間(外空氣流動間隙208)，然后通過中間管206和內(nèi)管202之間的空間(內(nèi)空氣流動間隙204)和通過燒嘴214。如圖3所示，蓋住內(nèi)管202的進口端或頭部212的部件是一個空氣供給板232，與之相連接的是包括燒嘴214的管簇。燒嘴214由三個同心管構(gòu)成，其中內(nèi)火管216的直徑為2英寸，中央火管的直徑為大約3英寸，外火管220的直徑為大約4英寸?；鸸?16,218,220在長度上是相繼地一個比一個長，因此一條連接它們的內(nèi)端的直線形成一個火焰限制錐222，該錐222的角度為大約50度到90度。中央火管216的進口端延伸到在中間管206上的半球形頭部224和中央管202的進口端之間形成的空氣供給室228中。如圖3所示，一個其中有孔234的第二空氣供給板236蓋住內(nèi)火管216。此外，孔234是圍繞和穿過內(nèi)火管216的外表面的周面分布的，并且內(nèi)火管216的該有孔的部分延伸到空氣供給室228中。一個燃料噴嘴218設(shè)置在中央位置上并且穿過半球頭部224,226和第二空氣供給室236，用于將燃料從燃燒器200的外部輸送到其它內(nèi)火管216的進口端，在此處燃料與進入內(nèi)火管216的空氣混合。用于燃燒的空氣在所要求的壓力下通過外半球頭部226中的一個或更多的空氣進口240進行供給。然后空氣沿著中間管206和外管210之間的外空氣流動間隙208從進口端198流向出口端196，在出口端196處沖擊到出口端板242上，出口端板242密封地將外管210的出口端196連接到內(nèi)管202的外表面。然后，空氣流過內(nèi)空氣流動間隙204，返回到進口端198，在此處，已經(jīng)被內(nèi)管202的外表面的輻散能進一步加熱的空氣進入空氣供給室228，以便穿過孔234和進入燒嘴214做進一步的分配。流入和通過燒嘴的各個部分的空氣比例是由進入這些區(qū)域的孔234的各自的面積確定的。如最佳地示于圖3中的那樣，在一個優(yōu)選實施例中，選擇了孔234的數(shù)量和每個孔的橫截面積，使得第二空氣供給室236中和內(nèi)火管216的側(cè)壁中的孔234包括50％的孔面積，它給第一火第一火區(qū)250供給空氣，而在給位于內(nèi)火管216和中央管202的進口端之間的間隙供給空氣的空氣供給板中的孔構(gòu)成所分布的剩余的50％，從而25％的敞開面積是在位于內(nèi)火管216和中間或中央火管218之間的間隙上方的空氣供給板中的孔234上，給第二火區(qū)252供給空氣；12.5％的敞開面積是通過孔234進入位于中間火管218和外火管220之間的間隙，給第三火區(qū)254供給空氣；剩余的12.5％的敞開面積是通過孔234進入位于外火管220和內(nèi)管202之間的間隙，給第四火區(qū)256供給空氣。因此，一限定數(shù)量的燃料通過燃料噴嘴218直接供入第一火區(qū)250。一理想配比數(shù)量的空氣或者稍微過量的空氣在所要求的燃燒壓力下，和具有由于接受由壓縮產(chǎn)生的熱量而提高的溫度，并且，如果需要的話，在與排出燃燒器的熱氣體進行逆向熱交換后，該空氣被供入到封閉空間230中?？諝饬鬟^外空氣流動間隙208和內(nèi)空氣流動間隙204，并在此處進一步吸收在燃燒開始后從內(nèi)管202輻射的熱量。該現(xiàn)在被進一步加熱了的空氣通過孔進行分配，使得燃料與進入第一火區(qū)250的供給空氣中的氧氣的50％進行燃燒。當缺少氧氣的火焰進入第二火區(qū)252后，將下一個25％的空氣中的附加數(shù)量的氧氣消耗掉；同樣，在下一個12.5％的空氣中的氧氣被第三區(qū)254中的火焰消耗掉；剩余的12.5％的空氣中的氧氣在第四火區(qū)256中被消耗掉，導(dǎo)致以完全的理想配比燃燒狀態(tài)進入平衡室258。火焰溫度和燃燒室溫度分布由分布在整個燃燒器上的熱電偶或其它溫度傳感器監(jiān)測。在圖2中溫度傳感器的位置只是代表性的，它們可以按照要求位于中央和管壁上的各種不同的位置。為了控制火焰溫度和燃燒室中的溫度分布，在幾個位置上將液態(tài)水(不是蒸汽)通過水噴嘴201噴入燃燒器中。圖2和3示出了幾個水噴嘴201，用于將液態(tài)水從燃燒器的外部輸?shù)饺紵鞯钠胶馐?58中。如最佳地示于圖2中的那樣，幾組水噴嘴201沿著燃燒器的長度設(shè)置。在一個優(yōu)選實施例中，至少使用了三組噴嘴270,272,274，并且每組包含三個噴嘴201，三個噴嘴201以小于大約180度的周向角度分布，并且至少其中的兩組是以不同的180度的周向角度分布，以便在沿著平衡室258的長度上通過的工質(zhì)中造成一種混合流，有可能是一種渦流。雖然圖中示出的噴嘴是沿著燃燒器內(nèi)管202的徑向設(shè)置的，以便當水進入平衡室，急驟蒸發(fā)成蒸汽并膨脹時產(chǎn)生更多的紊流，但是噴嘴可以設(shè)置在相對于燃燒器的中央軸線上的任何不同的角度上，以便生產(chǎn)更多的切向流或者將噴入的物質(zhì)向下游方向引導(dǎo)。在每個噴嘴201或每組噴嘴270,272,274上的水控制器40與一些控制閥(圖中未示出)相協(xié)調(diào)，控制著通過各個噴嘴201引入到平衡室258中的水的數(shù)量和位置，由此控制平衡室258中一些特定點處的溫度和其中的溫度分布。在正常運行條件下，不是所有的噴嘴201都在一直噴水。圖2也示出了至少一個水噴嘴201用于向空氣供給室228提供水，以便在空氣與燃料反應(yīng)之前給該空氣增加蒸汽，此外，附加的噴嘴可以用于將水供入內(nèi)空氣流動間隙204或外空氣流動間隙208中。最終的目標(它已經(jīng)由燃燒器的實際運行證實)是限制平衡室258中和火區(qū)250,252,254,256中的溫度，使其不高于大約2200°F到2600°F，由此防止或大大地限制NOx的形成，同時在大約1800°F時提供足夠的駐留時間，以便讓燃燒著的燃料完全轉(zhuǎn)變成CO2。此外，可以根據(jù)需要在更下游處增加更多的水噴嘴，以便補充額外的水，例如如果要求向一臺蒸汽渦輪供水而不是向一臺燃氣渦輪供水時，或者最終目標是產(chǎn)生大量的高溫高壓蒸汽時。在這種情況下，水對燃料的比率在高達16∶1時沒有影響火焰的穩(wěn)定性或產(chǎn)生污染物的情況已經(jīng)被實驗證實。雖然一旦燃燒器的內(nèi)部部件是熱的后，噴入燃燒器中的燃料就會自發(fā)著火，但是當啟動一個冷的燃燒器時，最初還需要提供一個點火火花來產(chǎn)生火焰。這是由位于第一火區(qū)250中的點火器262提供的。圖3中示出了兩個點火器262。但是，實際已經(jīng)證明一個點火器就足夠了。點火器262典型地是一種例如用在高溫飛機發(fā)動機上的火花塞。但是，一個熱線點火塞，電阻加熱的高溫金屬棒或者一個火花點燃的氫氣火焰也適合于引起著火。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易確定不同的可替代的點火器。就運行期間作用在中央管202橫向上的機械應(yīng)力而言，燃燒器的多管結(jié)構(gòu)對此提供了一個獨特的好處。在上述優(yōu)選實施例中，在內(nèi)管202內(nèi)的間隙中(平衡室258)的工質(zhì)是處于可能高達2600°F的提高的溫度和從大約4個大氣壓到大于30個大氣壓的壓力下。一般地，如果沒有提供用于降低內(nèi)管202的壁的溫度，或者防止內(nèi)管202承受在管壁橫向上的極大的壓力差的手段，這些運行條件可能要損害用于構(gòu)造管件的材料。但是，如圖2所示，從壓縮機10出來的空氣是在一個與內(nèi)管202中的壓力基本上相同的壓力下進入外空氣流動間隙208中的?；旧舷嗤膲毫Υ嬖谟趦?nèi)空氣流動間隙204中。結(jié)果，中央管202除了其出口端196外，在用于任何實際目的時都沒有作用到其上的差壓。此外，通過內(nèi)空氣流動間隙204流過的壓縮空氣連續(xù)地掃過內(nèi)管202的整個外表面，因此將內(nèi)管外直徑處的溫度保持在低于平衡室258中流動的工質(zhì)的溫度。被暴露給完全差壓即在燃燒器中的內(nèi)壓和大氣壓力之間的壓力差的唯一管子，是外管210，它處于三個管子中最低的溫度下，最能夠承受差壓。這種設(shè)計保持外管210處于可能的最低溫度的能力如此有效，以致于如果將室溫下的壓縮空氣供入到在一個2100°F的TIT下運行的燃燒器中時，外管210冷的程度可以讓人在機器運行時觸摸。按照采用VAST循環(huán)的應(yīng)用情況的要求，可以改變壓比，渦輪進口溫度和水的進口溫度。此外，根據(jù)所用的燃料類型，燃料/空氣比是變化的，以保證理想配比數(shù)量，并且采用燃燒器的系統(tǒng)的效率可以通過應(yīng)用更有效的壓縮機和渦輪設(shè)計來提高。增加空氣供給量同時保持燃料/空氣比不變，導(dǎo)致功率輸出成比例地增加。VAST循環(huán)是一個壓縮空氣工作循環(huán)和一個蒸汽循環(huán)的一種組合，因為空氣和蒸汽都是作為一種工質(zhì)存在的。它們每個都構(gòu)成在燃燒器中建立起的總壓力的一部分。在現(xiàn)在的討論中，應(yīng)該認識到術(shù)語工質(zhì)是要包含從噴入的水產(chǎn)生的蒸汽、燃料與輸入的壓縮空氣中的氧氣燃燒的產(chǎn)物以及不能燃燒的空氣組分和可能存在的任何過量的壓縮空氣，因此包含全部的燃燒產(chǎn)物，惰性空氣組分和蒸汽。術(shù)語“蒸汽”表示在液態(tài)噴入而變成過熱蒸汽的水。所述的方法(過程)利用了由蒸汽，燃燒產(chǎn)物和空氣組合的一種工質(zhì)。下面簡單討論以下VAST循環(huán)中的熱力過程?？諝庠谝粋€壓縮機10，一般是一個兩級或三級壓縮機中被壓縮。壓縮機10的出口處的出口狀態(tài)采用等熵壓縮關(guān)系式進行計算，實際狀態(tài)采用85％的壓縮機效率進行計算。如上面解釋的那樣，壓縮的空氣通過空氣流量控制器27進入燃燒室25。燃燒室25在常壓下和也是近似常溫燃燒的條件下燃燒燃料。溫度是完全可以控制的，因為有獨立的燃料，空氣和水控制器。啟動以后，供入燃燒器的壓縮空氣是處于常壓下。因此，在常壓下的空氣供給和固定的燃料/空氣比的組合并且借助噴水控制TIT，導(dǎo)致在燃燒室中產(chǎn)生一個恒定的壓力。在燃燒器中的燃燒是緊隨著燃料在高壓下噴射后出現(xiàn)的，并且為高效率運行、避免產(chǎn)生空氣污染物提供理想的燃燒條件，其中燃料混合物可能開始時要富于用于完全燃燒的混合物，隨著燃燒的繼續(xù)，補充額外的空氣，這部分空氣是沿著周向圍繞著燃燒的燃料加入的，其數(shù)量最少等于用于完全燃燒(理論配比)所需的數(shù)量，但是最終要超過燃料組分完全燃燒所需的數(shù)量。雖然可以引入理想配比數(shù)量的空氣，但是5％的過量似乎能加強完全燃燒，并且如果要求的話，提供過量的氧氣用于加速。在高壓下的水，其中壓力可以高達4000psi或更高，由水噴射控制器40噴入。其壓力維持在一個水平上，以便防止它在進入燃燒器之前蒸發(fā)。由于燃燒室25中的高溫和較低的壓力，噴入的水瞬間被急驟蒸發(fā)成蒸汽，并與燃燒氣體混合。加到燃燒室25中的水的數(shù)量取決于要求的渦輪進口溫度(TIT)和水剛在噴入之前的溫度。在燃燒期間釋放的熱量中的部分熱量被用于將來自三級壓縮機10的壓縮空氣中未燃燒的(惰性)部分的溫度提高到TIT。剩余的燃燒熱量用于將噴射的水轉(zhuǎn)變成蒸汽。表1中列出了一個使用2號柴油的系統(tǒng)的幾組運行狀態(tài)。例如參見例30，其中列出了一個30/1的壓比，一個2050°F的渦輪進口溫度，一個0.5大氣壓的渦輪出口壓力和一個598°F的水進口溫度。這些由一個模擬該系統(tǒng)的計算機模擬模型預(yù)測的結(jié)果反映了壓縮機和采用一個一流的已公開的92％的渦輪效率的工作發(fā)動機的效率。這樣產(chǎn)生了760馬力，0.31的比油耗(SFC)和0.431的效率。在一個模擬過程的表1中計算的和列于數(shù)據(jù)表中的例子表明在保持渦輪進口溫度(TIT)不變時，改變壓比、水的進口溫度的結(jié)果。以一種類似的方式，可以改變其它運行狀態(tài)。例如，可以提高水的溫度，其最高溫度不高于要求的TIT。最好是，水的溫度不要提高到大約大于要求的TIT以下50°F的一個溫度。但是，由于實際原因，因為從渦輪出來的工質(zhì)被用于加熱供入的水，所以輸入的水通常保持在不高于大約渦輪出口溫度以下50°F。水的溫度越高，那么將燃燒溫度降低到TIT所需的水的數(shù)量就越大，因此導(dǎo)致更大質(zhì)量的氣體流到渦輪和更大的功率輸出。同樣，TIT可以被提高或降低。數(shù)據(jù)表中的例1-7是在一個等于1800°F的TIT下計算的。對于不采用高溫合金或用空氣或蒸汽冷卻的空心葉片的渦輪，這是一般被接受的最大溫度。但是，采用高溫和/或耐腐蝕合金，高溫復(fù)合材料，陶瓷和其它設(shè)計用于高溫運行的材料，例如用于渦輪噴氣發(fā)動機中的材料將允許在2300°F或更高溫度下運行。例8-13,15-31和14示出了在較高溫度下的運行情況，即溫度分別為2000°F,2050°F和2175°F。表1中的例1-5示出了空氣壓縮比對馬力，效率和SFC的影響。降低出口壓力的影響(在渦輪效率和壓縮機效率為85％下計算)示于例2,6和7中。例8-13示出了空氣壓縮比對一個具有2000°F的TIT，0.5大氣壓的渦輪出口壓力和大約595°F到大約700°F的水進口溫度的系統(tǒng)的影響，其中計算是在假設(shè)渦輪效率為90％下進行的。應(yīng)該認識到，目前可用的空氣壓縮軸向渦輪和功率渦輪膨脹機組據(jù)稱有93％的渦輪效率。例15-24和25-31進一步表示出在兩個不同渦輪效率下增加空氣壓力的影響。在例1至例31中，燃料是2號柴油，燃料與空氣的比率是0.066，這是2號柴油的理想配比比率。采用其它燃料時要求不同的燃/空比，以便維持理想配比條件。例32采用甲烷和一個燃/空比=0.058。因為甲烷比柴油能更有效地燃燒，所以每磅空氣所用的燃料較少，因此加入的水較少。表1VAST循環(huán)燃/空比=0.660<tablesid="table3"num="003"><table>例空壓比渦輪效率％水溫°F渦輪進口溫度°F渦輪出口壓力(大氣壓)渦輪馬力開式循環(huán)閉式循環(huán)馬力效率比油耗馬力效率比油耗2345∶18560220500.51222796.448.299675.380.3522450∶18558820500.51239794.447.299672.379.353255∶19270020500.5785667.376.356529.298.4492610∶19270020500.5984798.450.298695.392.3422715∶19268520500.51078845.476.281737.416.3222820∶19265520500.51128860.484.276753.424.3162925∶19262520500.51166868.489.274762.430.3123030∶19259820500.51195872.491.273760.431.3103135∶19257420500.51221874.493.272769.433.3093229∶19366421750.5840.475.250</table></tables>表2布雷頓循環(huán)燃/空=0.020201群空氣/秒例32也是在渦輪效率為93％下計算的，渦輪進口溫度為2175°F，這兩個數(shù)值都據(jù)說是作為商業(yè)上可獲得的渦輪的工作參數(shù)(該渦輪沒有應(yīng)用本要求保護的發(fā)明)。在例8-13,15-20和25-30中列出的、改變空氣壓縮比對系統(tǒng)的閉式循環(huán)性能的影響繪制在圖7-10中。具體地，圖6示出了熱效率，圖7示出了比油耗SFC，圖8示出了渦輪功率，圖9示出了凈功率。本發(fā)明的燃燒器從根本上不同于現(xiàn)有裝置，因為工質(zhì)質(zhì)量既可以在常壓或者常溫下增加，也可以在常壓常溫下增加。常溫是由燃燒控制器100通過水噴射控制器40響應(yīng)燃燒器25中的溫度監(jiān)測器(恒溫器)控制水的噴射來維持的。在燃燒器25中，當壓縮機10供給了理想配比數(shù)量的或稍微過量的壓縮空氣后，液態(tài)碳氫燃料的典型的燃燒溫度達到大約3000至3800°F。較大數(shù)量的過量空氣降低了合成的渦輪進口溫度，但不會很大地影響燃燒的溫度或著火溫度。燃燒器的排出溫度的實際極限又是由排出溫度下工作壁的材料強度、燃燒器壁的耐高溫性能、動力渦輪的結(jié)構(gòu)材料，以及渦輪葉片是單獨冷卻的，是從外部冷卻的還是從內(nèi)部冷卻的等因素支配的。通過改變高壓水的噴射將該排出溫度控制在合適的界限之間，該水噴入后急驟蒸發(fā)成蒸汽，蒸發(fā)熱和過熱等于燃燒燃料的燃燒熱。(主要是由，如果不是完全的話，當水蒸發(fā)和然后加熱到TIT時的蒸發(fā)熱和過熱將燃燒的燃料的溫度降低到要求的TIT)。因此，噴入的水的數(shù)量由要求的工作溫度來確定，它少于用于高過熱的量，但實際上維持一個固定的工作溫度。工作壓力由壓縮機10保持恒定，如由任何規(guī)定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速所要求的那樣。由燃燒氣體未反應(yīng)的空氣組分(即氮氣，二氧化碳)和蒸汽所產(chǎn)生的工質(zhì)混合物然后被輸送到工作發(fā)動機50中(典型地是一個如上所述的渦輪)，蒸汽-燃氣混合物在這里發(fā)生膨脹。在工作發(fā)動機50的出口處的出口狀態(tài)是利用等熵關(guān)系和渦輪效率計算的。從工作發(fā)動機50排出的燃氣和蒸汽然后通過一個排氣控制器60進行輸送。排氣控制器60包括一個冷凝器，此處溫度被降低到對應(yīng)于排出氣體中蒸汽的分壓的飽和溫度。因此渦輪排出氣體中的蒸汽被冷凝，并可以由水噴射控制器40泵送返回到燃燒器25中。然后使剩余的燃燒氣體通過一個次級壓縮機，將其壓力提高，回升到大氣壓力，如果在渦輪出口處是真空的話，從而可以將其排到大氣中。另一種方式是可以直接利用是過熱蒸汽流的渦輪排出氣體，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認識到這一點?？梢钥吹剑景l(fā)明很大程度地利用了水的蒸發(fā)潛熱。當水噴入一個燃燒室并產(chǎn)生蒸汽時，就出現(xiàn)了幾個有用的結(jié)果(1)蒸汽具有它自己的分壓；(2)燃燒器中的總壓力將是由空氣壓縮機維持的燃燒室的壓力；(3)除了在壓力下將水泵入時需要一個小數(shù)量的機械功以外，蒸汽壓力沒有機械費用；(4)除了水以外，獲得高水平的壓力不需要機械壓縮，此時蒸汽處于定熵和定焓狀態(tài)。水轉(zhuǎn)變成蒸汽也冷卻了燃燒氣體，導(dǎo)致下面要描述的污染控制。B.污染和效率控制任何類型的燃燒都有可能產(chǎn)生這樣的產(chǎn)物，它們在空氣中反應(yīng)，形成煙霧，無論是在發(fā)動機中還是在工業(yè)爐中，盡管種類不同。本發(fā)明在下面討論的幾個方面降低或消除了污染產(chǎn)物的形成。首先，在汽缸壁和汽缸頭受冷卻的條件下工作的內(nèi)燃機對燃料-空氣混合物具有邊界層冷卻作用，它足以導(dǎo)致產(chǎn)生在排氣沖程期間排出的小百分率的未燃燒的碳氫物。本發(fā)明在兩個特殊的方面避免燃燒室壁的冷卻，以保持燃料的燃燒溫度在一個合適的水平上，這兩個方面更詳細地示于美國專利3651641中。第一，通過空氣流動控制器27使熱的壓縮空氣圍繞燃燒器25的一個外壁流動，使得燃燒只出現(xiàn)在一個被加熱到著火溫度以上的小空間中。第二，燃燒火焰用沒有與燃料混合的空氣隔離。因此，一種熱壁燃燒方式(最好在2000°F以上)用于本循環(huán)工作的發(fā)動機中。其次，使燃燒器25在限定的溫度范圍內(nèi)運行，也抑制了煙霧產(chǎn)物。例如，通過高溫燃燒，最好大大高于2000°F，使CO和其它部分燃燒產(chǎn)物減少，并在燃燒開始后使這種產(chǎn)物保留一個相當長的停留時間。但是，當溫度太高時，會形成更多的氮和氮氧化物(NOx)。因此，為了減少煙霧，既不能接受極高的溫度，也不能接受極低的溫度。本發(fā)明中的燃燒控制器100借助于燒嘴214中的分級燃燒在控制的低溫下開始燃燒燃料和空氣，然后在一個相當長的延遲時間內(nèi)逐漸增大(溫度)，然后利用水的噴射而冷卻到(在完成燃燒之后)一個預(yù)先確定的、防止煙霧生成的溫度(TIT)。因此，燃燒先是在一個富混合物中進行；然后加入充足的壓縮空氣，以便燃料能與最小量的過余氧氣完成燃燒，和在燃燒器25中大約一半的停留時間內(nèi)使燃氣冷卻到低于大約2500°F。利用水噴射控制器40將水的噴射直接加到燒嘴、燃燒室或上游，以維持一個可以接受的溫度，最好在大約2500°F的范圍中，它保證在冷卻到要求的TIT之前將全部的碳氫化合物完全燃燒。在典型的發(fā)動機中，碳氫燃料常常與空氣混合并燃燒，在混合物中，燃料稍微富余些，即至少少于理想配比的比例，以便增加效率。但是這導(dǎo)致過量的CO和更復(fù)雜的不完全燃燒產(chǎn)物。但是本發(fā)明由于通過空氣流量控制器27提供逐漸的空氣供給，稀釋了燃燒并進一步減少這種煙霧產(chǎn)物。如上所述，氮氧化物在較高溫度時也形成得很快，但是也可以通過用額外的壓縮空氣有控制地稀釋燃燒產(chǎn)物將其減少。現(xiàn)在的燃燒循環(huán)是與完全的和有效的燃料燃燒相一致的，并且消除了不完全燃燒產(chǎn)物和減少了其它燃燒產(chǎn)物如氮氧化物。燃燒控制器100允許燃燒產(chǎn)物在一個相當長的初始停留時間內(nèi)燃燒，然后燃燒的產(chǎn)物和過量空氣被冷卻到一個可接受的發(fā)動機工作溫度，該溫度可以在1000°F到1800°F的范圍內(nèi)，或者甚至高達2300°F，如果渦輪中采用了適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料的話，或者可以低到700°F到800°F。通過在燃燒室25內(nèi)將燃燒室25做成至少大約兩到四倍于燃燒區(qū)域的長度，可以建立起一種平衡狀態(tài)；但是，可以采用任何恰當設(shè)計的燃燒室。所述的燃燒提供一種減少形成煙霧的元素的方法，同時使燃料能完全轉(zhuǎn)化成流體能。VAST循環(huán)是一種低污染的燃燒系統(tǒng)，因為燃料-空氣比率和火焰溫度是被獨立控制的。對燃料-空氣比率的控制，尤其是將壓縮空氣中的全部氧氣燃燒掉的機會(或者是用大量壓縮空氣進行稀釋，如果要求的話)防止了由于不完全燃燒造成的未燃燒的碳氫物和一氧化碳的產(chǎn)生。采用一種惰性稀釋劑(水)而不是空氣，可以控制氮氧化物的形成和抑制由于二氧化碳在高溫下分解產(chǎn)生的一氧化碳的形成。采用高比熱的稀釋劑，如水或蒸汽，如上所述，減少了用于溫度控制所需的稀釋劑數(shù)量。在氮氧化物的情況下，應(yīng)該認識到，VAST循環(huán)防止了它們的形成，而不是允許它們形成并且在之后企圖進行消除它們的困難任務(wù)，這在某些系統(tǒng)中確實是這樣的。所有這些因素的凈結(jié)果是，VAST循環(huán)在一個寬廣的條件范圍內(nèi)運行，具有可以忽略的污染水平，常常低于采用質(zhì)量光譜技術(shù)檢測碳氫化合物和氮氧化物的限制值。其他人曾經(jīng)試圖噴入小量的水，但是他們是在不利于或與零污染的運行不一致的條件下這樣做的，導(dǎo)致效率下降。Kidd的美國專利4733527涉及到在噴入燃料的同時將較小量的水噴入到燃燒室中，并且是明顯地噴入到火焰本身中，因此降低了火焰的溫度，以企圖減少NOx的形成。但是，Kidd以及本領(lǐng)域其他專業(yè)人員沒有能夠獲得有意義的NOx降低或防止NOx的形成。由其他人員在不帶催化轉(zhuǎn)化器的燃燒室上已經(jīng)證實的最好的NOx水平是大約25到30ppm。Kidd通過加入數(shù)量等于或少于燃料量的水，即WFR(水/燃料比率)=1.0，證實的最好的現(xiàn)有技術(shù)控制和降低NOx的水平是不低于30ppm。與此相反，本申請人已經(jīng)實際證實了，當壓縮空氣進口溫度大約為400°F時，在WFR為5.57時，NOx水平低到4ppm。這一點在下面做了更充分的說明。假設(shè)空氣溫度為964°F，這是一個兩級壓縮機在壓縮比為30∶1時的標準出口溫度，那么WFR將為8.27。輸送如此大量的水的能力是運行一個獨特的燃燒器的結(jié)果，并且燃燒器運行的條件是任何人在過去都說是不能實施的，并且專業(yè)人員說在這樣的條件下將產(chǎn)生不能接受的低溫，燃燒火焰將會被熄滅，其工作效率將使設(shè)備不能作為一個工作發(fā)動機的動力源來使用。與已經(jīng)使用大量空氣控制溫度使系統(tǒng)運行而降低火焰溫度的現(xiàn)有技術(shù)相反，本申請人利用理想配比數(shù)量的空氣產(chǎn)生一種被控制的熱火焰，然后迅速冷卻燃燒產(chǎn)物，以產(chǎn)生所要求的排出組分。對工質(zhì)和/或燃燒溫度和出口溫度(燃燒室出口溫度或渦輪進口溫度)的所有的冷卻基本上都是由噴入液體如液態(tài)水的蒸發(fā)潛熱提供的。其結(jié)果是，可以選擇燃料/空氣比，使得從燃燒觀點上來看的最有效的火焰、燃燒產(chǎn)物和熱生成是可以選擇的，并且不象現(xiàn)有技術(shù)的裝置中那樣，這里的運行不會因為需要提供相當多的用于冷卻燃燒產(chǎn)物的過量空氣而受到限制。此外，現(xiàn)有技術(shù)裝置是通過限制火焰溫度控制污染物。與之相反，本發(fā)明允許采用理想配比的(或近似于理想配比)的空氣/燃料混合物，產(chǎn)生完全燃燒的熱的分級的火焰，以消除CO殘余，隨后對燃燒產(chǎn)物進行有控制的冷卻和混合，使其溫度達到要求的TIT，該燃燒防止了NOx的形成。此外，本專業(yè)技術(shù)人員知道，一個動力渦輪產(chǎn)生的功率的量取決于進入渦輪的工質(zhì)的溫度和質(zhì)量和渦輪上的壓力差。當一個熱的有效火焰通過提供理想配比的空氣/燃料混合物(通常在2300°F以上)，并且基本上所有冷卻是由噴入燃燒室的液態(tài)水的蒸發(fā)潛熱提供的，噴入的液體用于減低工質(zhì)的出口溫度，使溫度降到現(xiàn)有燃氣渦輪的最大TIT(1850°F到大約2100°F)，那么，水的數(shù)量是所用燃料的重量的大約5倍到大約8倍，這取決于火焰的溫度和進入燃燒器的壓縮空氣和水的溫度。對于一個特定的火焰、水和空氣的進口溫度，供入的水量可以對所要求的TIT進行精確的確定。由于當工質(zhì)的TIT在1850-2100°F范圍中時燃氣渦輪將以極高的效率運行，因此可以通過采用較高的TIT改善效率。目前的限制因素是現(xiàn)有渦輪的結(jié)構(gòu)材料。增加進入渦輪的工質(zhì)的質(zhì)量，同時通過噴入大量的水將其溫度降低，以產(chǎn)生優(yōu)選的TIT，將會大大地提高渦輪電能生產(chǎn)的效率。這是通過應(yīng)用本申請人的發(fā)明完成的，其中基本上消除了過量空氣，導(dǎo)致產(chǎn)生一個熱的火焰。通過噴水而迅速冷卻到優(yōu)選的TIT，使生產(chǎn)有用能的效率得到改善，同時由于幾乎完全消除了能夠用于氮氧化的過量的氧氣，防止形成不希望的污染物，如NO和NO2。說明書中的表1列出了選擇的運行條件和32種不同運行條件下產(chǎn)生的結(jié)果。在所有情況下，其效率高于用相同數(shù)量的燃料運行的現(xiàn)有發(fā)動機的效率，比燃料消耗少于現(xiàn)有發(fā)動機。表2中的例33-40示出了用相同數(shù)量的空氣在空氣/燃料比A/F=0.02020下運行的布雷頓循環(huán)的模擬結(jié)果。計算機模擬表明，與沒有采用要求保護的本發(fā)明工作的發(fā)動機相比，本發(fā)明的發(fā)動機的工作效率比現(xiàn)有技術(shù)高10％，而燃料消耗少10％。燃燒器在這些條件下的實際運行產(chǎn)生了一種工質(zhì)，其所含的NOx和CO低于1ppm，并且沒有未燃燒的燃料(HC)。獲得了99-100％的燃燒效率。燃燒器以一種穩(wěn)定的方式運行(沒有發(fā)現(xiàn)火焰不穩(wěn)定或溫度波動現(xiàn)象)，采用的是用于表3中列出的例子的水/燃料比。表3中列出了從一個VAST燃燒器獲得的數(shù)據(jù)，該燃燒器是按照這里所述的方式制造和運行的，采用2號柴油作為燃料并在例3、13、20和30中列出的條件下運行，除了出口壓力是1.0大氣壓以外。表3排出的燃氣采用能量有效系統(tǒng)公司提供的Enerac2000進行了分析，該裝置由提供者對O2,NOx,CO和可燃燒物(未燃燒的燃料)進行了校準。Enerac2000然后用銅管連接到燃燒器中的TIT位置處的一個測試口上。在表3中列出的是各種運行參數(shù)和燃氣組分讀數(shù)。燃料、空氣和水的值的單位是磅/秒。TIT對應(yīng)于渦輪進口溫度。還包含空氣/燃料比和水/燃料比的計算值。在表3的下半部上的七格反映了用設(shè)備Enerac2000測量的值(NOx,CO,O2和可燃燒物)和燃燒效率、CO2和過量空氣的計算值。Enerac2000的制造者指出，燃燒效率表面上是低的，因為使用的具體裝置是一個較老的裝置，對于在環(huán)境溫度下的測量它在算法上沒有進行修正，而是用推薦的溫度200°F。燃燒效率的實際值不是從94.4到96.4，而是更靠近100％。測試設(shè)備的制造者指出，所測量的值更加可靠，未燃燒的燃料的讀數(shù)顯示為99-100％的燃燒效率。根據(jù)每個測試中的運行條件的不同，NOx低于9ppm，而當記錄的NOx的水平低達4ppm和在測試裝置的數(shù)字讀出器上看到的其它數(shù)據(jù)低達3ppm時，CO則檢測不到。雖然在示出的測試運行中的水/燃料比為從4.75到6.88，但是記錄到了高達9.36的水對燃料的比率，而沒有影響燃燒室的穩(wěn)定運行。此外，供入的空氣溫度大約為400-500°F。當供入時的溫度大于900°F時，這是一個兩級壓縮機在具有30大氣壓的出口壓力時的典型溫度，那么每磅燃料至少需要兩磅額外的水，以便將火焰溫度維持在要求的范圍內(nèi)。當在表3列出的條件下運行，并顯示CO為0ppm時，當用眼觀察時，從燃燒室出來的排出燃氣是完全清楚透明，沒有可以觀察到的煙霧、蒸汽或顆粒物質(zhì)。除了由于排氣流的熱量造成的視線扭曲外，絕對看不見有顯示2號柴油正在燃燒的狀況。燃燒器25代表了一種利用熱和水來產(chǎn)生高溫工質(zhì)的機構(gòu)，它同時避免了為了產(chǎn)生蒸汽通過一個熱交換器將熱量傳遞到一個急驟蒸發(fā)器或一個鍋爐時造成的低效率。向燃燒產(chǎn)物中加入水而不僅僅是加熱的燃氣代表了一種利用流體源產(chǎn)生燃氣的手段，水急驟蒸發(fā)成蒸汽，提供一個非常有效的質(zhì)量和壓力源，同時在可以獨立控制的溫度、容量和其它因素方面提供巨大的靈活性。此外，當噴入的水是直接加到燃燒室中將燃燒過程降溫時，那么噴入的水將大大減少從大多數(shù)燃燒過程中產(chǎn)生的污染物。此外，可用于形成NOx的氮的數(shù)量被大大地減少。與一個任何形式或式樣的通常稀釋的開式循環(huán)布雷頓發(fā)動機相比，只有大約30％的氮在燃燒室25中燃燒燃氣中，因為用于冷卻的是水而不是過量空氣，因此供入燃燒器的空氣量被大大減少。具體地說，大約是1/3的空氣量供入到燃燒器中。如下面討論的那樣，這一點也大大地減少了消耗在壓縮供入的空氣上的能量。此外，噴入的水在其急驟蒸發(fā)成蒸汽時迅速膨脹，其容積的增加在30大氣壓下大于50/1。C.水的噴射水噴射控制器40控制通過噴嘴201噴入的水41的壓力和容量，布置的這些噴嘴用于在燃燒室中將水噴射成細霧?？梢栽谝粋€或多個區(qū)域?qū)⑺畤娙肴紵?，包含霧化進入壓縮機10前的吸入空氣中，噴入由壓縮機10產(chǎn)生的壓縮空氣流中，在一個燃料噴嘴或多個燃料噴嘴周圍或內(nèi)部霧化，霧化到燃燒室25中的燃燒火焰中，或者在任何要求的位置處進入燃燒氣體中，或者從下游在燃燒氣體進入工作發(fā)動機50的通道之前噴入燃燒氣體中。專業(yè)人員可以很容易地想象到其它的噴射區(qū)域。如前面所述，噴入的水的數(shù)量是基于燃燒產(chǎn)物的溫度和要求的最大溫度和在平衡區(qū)258中的溫度分布，如由燃燒室25中的溫度傳感器260監(jiān)測的那樣。噴入的水的數(shù)量還取決于采用VAST循環(huán)的系統(tǒng)。例如，如果水象用于一個機動車中那樣要進行再循環(huán)，那么水被盡可能低地冷卻，以便在所用的全部的水和輸出功率之間維持一個可以利用的平衡，亦即，如果進口水的溫度是低的和TIT是高的，那么可以用小容量的水將燃燒溫度降低到TIT。在另一方面，如果系統(tǒng)的主要目的是在生產(chǎn)電能的同時，從污染的水或咸水中產(chǎn)生飲用水，如下面討論的那樣，那么進口水的溫度將被盡可能地提高，而TIT被降低。D.增加的可用功率采用帶水噴射的VAST系統(tǒng)時，供入的是理想配比數(shù)量的空氣，或者稍微過量的空氣。當與一個按照布雷頓循環(huán)運行的(沒有水噴射，由過量空氣提供冷卻)燃燒相同數(shù)量燃料的系統(tǒng)相比時，此處供入的空氣量被大大地減少了。因此，VAST系統(tǒng)要求的壓縮機要比布雷頓循環(huán)燃燒器中的壓縮機小很多，因此，由渦輪產(chǎn)生的用于驅(qū)動壓縮機的那部分能量就大大地減少了。例如，如果用了大約1/3布雷頓循環(huán)運行的空氣量，可以采用一個具有大約1/3的功率要求的較小壓縮機。本來要用于驅(qū)動較大壓縮機的能量現(xiàn)在則變成額外的能量，用于供給用戶或驅(qū)動附加的設(shè)備。例33-40列出了一個在布雷頓循環(huán)下運行的功率系統(tǒng)的計算值。該數(shù)據(jù)可以與在相同條件下按照VAST系統(tǒng)運行的(在1#/秒空氣)例25-31比較。尤其相關(guān)的是在可獲得的渦輪馬力上的巨大差異，即從一個按照采用VAST燃燒器運行的系統(tǒng)可以獲得很大的額外數(shù)量的馬力。更具體地，當采用NACA表中的2號柴油的燃料要求條件時，布雷頓循環(huán)中每磅空氣要求0.0202磅/秒的2號柴油。但是，理想配比的要求(沒有過量空氣，全部的燃料和氧氣都消耗了)是每磅空氣為0.066磅/秒的柴油。換言之，當燃燒0.0202磅柴油時，那么只消耗了0.306磅空氣中的氧氣。對于相同數(shù)量的燃料，即0.066磅的柴油，VAST消耗1磅空氣，而布雷頓循環(huán)系統(tǒng)要用3.27磅空氣。但是，在TIT為2050°F下運行時，VAST燃燒器要求0.5463磅的水，使其通向渦輪的總質(zhì)量流量為1.6123磅，而布雷頓循環(huán)為3.336磅。由于渦輪的功率輸出取決于供入渦輪的質(zhì)量，為了使渦輪產(chǎn)生相同數(shù)量的能量，VAST燃燒器要求整個質(zhì)量近似于加倍(2.07倍)，按比例地增加所有供入組分，并將空氣量增加到2.07磅。將這個數(shù)值與布雷頓循環(huán)中要求的3.27磅相比，需要的空氣少了1.2磅，使用的壓縮機是布雷頓循環(huán)中的壓縮機尺寸的63.3％，并且為了供給所需的空氣而驅(qū)動壓縮機所需的能量減少了36.7％。2號柴油完全燃燒時釋放的熱量為1936BTU/磅，因此可以計算出0.066磅2號柴油完全燃燒時產(chǎn)生1808燃燒馬力。例30，在43.1％的效率下運行，產(chǎn)生766馬力。雖然布雷頓循環(huán)是在較低的效率下運行，現(xiàn)假設(shè)它在相同的效率下運行，需要燃燒馬力的差值來驅(qū)動壓縮機。因此，輸送3.27磅的空氣的壓縮機要求1042馬力或者每磅空氣需318.65馬力。因此，對于同量的燃料，可以計算出，大約可獲得額外的723馬力，用作額外可用的軸能量。系統(tǒng)比較的另一種方式如果運行的是一個現(xiàn)行的單軸壓縮機渦輪并且采用VAST燃燒器來代替在布雷頓循環(huán)下運行的燃燒器，那么將產(chǎn)生足夠的質(zhì)量，以與過去相同的方式驅(qū)動渦輪。但是，由于必須燃燒額外的燃料，以消耗全部輸入的氧氣和為了控制額外的燃燒燃料的溫度而加入的額外的水，因此在要求的TIT下產(chǎn)生了足夠的過量質(zhì)量，以驅(qū)動一個尺寸至少為第一個渦輪的大約50％的第二個渦輪，或者可以獲得一個可以用于其它動力應(yīng)用的額外的較高溫度、高壓蒸汽。D.本發(fā)明的其它實施例1.包含水凈化的發(fā)電廠在利用海水、微咸水或被污染的地下水或井水作為冷卻劑進行發(fā)電的情況下，對于電力和所用的水來說，循環(huán)可以是開式的，如圖4和5中所示。由泵42驅(qū)動的供給水41在它相對于排出的熱工質(zhì)51逆流地通過冷凝器62和熱交換器63時被加熱，并且在燃燒器25或200中被急驟蒸發(fā)，如前所述。通過增加燃燒室的直徑還可以降低工質(zhì)的速度，由此可以更容易地除去水中物質(zhì)或溶解物。燃燒器運行的典型溫度是1500°F到2300°F。當咸水或微咸水是供給源時，該溫度是在熔點之上但大大低于鹽在海水中的沸點(85％的海鹽是NaCl(氯化鈉)；另外14％是MgCl2，MgSO4，CaCl2和KCl)。當水急驟蒸發(fā)成蒸汽時，溶解的無機污染物以一種液體形式清除出去，有機污染物則被燃燒掉。例如，NaCl在1473°F溶化，在2575°F沸騰，其它的鹽具有較低的溶點和較高的沸點。結(jié)果，溶化的鹽可以沿著燃燒器的底壁很容易地收集起來，液態(tài)的鹽可以用一個裝在燃燒器底部上的螺旋組件除去，通過一個擠出機和壓模輸送，可以在此將其成型成棒或丸形，或者利用燃燒器中的壓力作為驅(qū)動力，通過噴嘴噴射到一個冷卻室中，使廢物質(zhì)沉淀在一個廢物收集容器中，通過選擇適當?shù)膰娮斐叽绾徒Y(jié)構(gòu)，使廢物變成任何所要求的大小和形狀的小片、粉末或小球。因為咸水被暴露給燃燒室中的極高的溫度，回收的鹽是無菌的，不含有機物。重量是燃料的6-12倍數(shù)量級的水被霧化到燃燒火焰中并在幾毫秒中蒸發(fā)。卷入蒸汽中的鹽或雜質(zhì)被從蒸汽中分離出去，然后被結(jié)晶、沉淀和/或過濾而從清潔的蒸汽后面離開。從燃燒室25中收集和除去鹽或廢物的機構(gòu)80可以用任何一些公知的手段來實現(xiàn)，例如用一個旋轉(zhuǎn)的縱向螺旋鉆。該鉆是密封的，使得它在旋轉(zhuǎn)和清除沉淀物時不會讓高壓的工作燃氣繞行。如上所述，另一種方式是通過噴嘴將溶化的廢物或鹽噴入一個收集塔里或?qū)Ⅺ}81擠壓成線條或棒，然后可以將它們切割成所要求的尺寸。還有一種方式是將溶化的鹽直接排入到模子中，形成鹽塊81，它們?nèi)缓竽苋菀椎剡\輸和用于化學(xué)處理過程，進行回收再處理或進行其它處理。生成的工質(zhì)現(xiàn)在包含了干凈的水蒸汽，可以供入到一個或多個標準的蒸汽或燃氣渦輪中。在由蒸汽和燃氣的混合氣膨脹而產(chǎn)生功之后，一個冷凝器62使蒸汽61冷凝，產(chǎn)生可用的飲用水65的水源。在壓比為10∶1到50∶1或更高下采用這種開式循環(huán)可以在好的效率和比燃料消耗下生產(chǎn)電能。圖6示出了一個采用VAST循環(huán)的裝置的一個第二實施例。在該實施例中，通過捕獲來自燃燒室25的額外的廢熱，系統(tǒng)的效率得到進一步的提高。燃燒室25被封閉在一個雙層殼的熱交換器90中。在所示的這種結(jié)構(gòu)中，從壓縮機10出來的熱的壓縮空氣11在它進入燃燒器25之前穿過直接圍繞著燃燒室25的殼92。冷水41被供入一個圍繞著第一殼92的第二殼94中。這樣空氣11吸收從燃燒器25正常損失的附加熱量，進入的水41從壓縮空氣11吸收一些熱量。因為空氣11是處于一個提高的壓力下，因此一個附加的好處是，在燃燒室25的壁上的壓力差(亦即，在燃燒器內(nèi)部和環(huán)境條件之間的差，如圖5中，或者在燃燒器內(nèi)部和壓縮空氣11之間的差)被大大降低了，因此降低了高溫高壓的組合對燃燒器壁作用的應(yīng)力。水41在流過了燃燒室外殼94后，繼續(xù)通過冷卻器62和熱交換器73，以便獲得所要求的噴入溫度。要注意將水維持在盡可能高達4000psi，以便它在被噴入燃燒室25之前不會轉(zhuǎn)變成蒸汽，因為它是被加熱的，處于較高的溫度并且在多數(shù)情況下處于一個比過熱水41要低的壓力下。凈化被污染的廢棄產(chǎn)物或者處理從商業(yè)過程中產(chǎn)生的固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)廢棄產(chǎn)物，產(chǎn)生可用的產(chǎn)品，作為能量生產(chǎn)時的一種副產(chǎn)品，也都是采用VAST循環(huán)的發(fā)動機的一些潛在的應(yīng)用。來自被干燥的固態(tài)廢棄產(chǎn)物的廢水可以用于本發(fā)明中，產(chǎn)生作為一種副產(chǎn)品的過濾的可以用的水?？扇紵锸怯糜谠谌紵?5中燃燒的附加的燃料，干燥的無機廢棄產(chǎn)物則可以用于產(chǎn)生肥料。顯然，利用本發(fā)明可以從固態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物中提取其它化學(xué)物。污水處理也是一種應(yīng)用。其它應(yīng)用包括水的軟化，與油田鉆探和打井有關(guān)聯(lián)的蒸汽源，具有從土壤中瀝出的化肥和礦物質(zhì)的灌溉水的回收和再循環(huán)，城市固態(tài)廢物，等等。2.飛機發(fā)動機上述討論的VAST循環(huán)，特別是用再循環(huán)水運行時，當用于通常在30000到40000英尺高空運行的商業(yè)飛機上時，是非常有效的并且具有相當?shù)偷娜剂舷?。在這種高度上，環(huán)境壓力是0.1到0.25大氣壓或更低，環(huán)境溫度更低于0°F。例5-7的開式循環(huán)數(shù)據(jù)表明降低渦輪出口壓力的好處。為了產(chǎn)生低于大氣壓力的渦輪出口壓力，例如當在海平面處運行該系統(tǒng)時，在渦輪出口處需要一個真空泵。這個消耗由系統(tǒng)產(chǎn)生的能量的泵降低了可以利用的能量和系統(tǒng)的效率。通過在一個壓力低于大氣壓力的環(huán)境中運行，例如在大于30000英尺的高度上，消除渦輪出口真空泵，可以增加系統(tǒng)的可用的輸出功率，因此減少燃料消耗。此外，如果系統(tǒng)中的水被再循環(huán)使用，環(huán)境空氣溫度可以利用來冷凝和冷卻排出的燃氣流，分離出用于再循環(huán)的水，減少用于回收熱量的能量數(shù)量。3.蒸汽的生產(chǎn)和蒸汽/能量的共同生產(chǎn)也設(shè)想到可以利用燃燒器和它的控制系統(tǒng)以及一個合適的壓縮機在沒有動力渦輪的情況下，只用于生產(chǎn)高溫高壓蒸汽，生產(chǎn)飲用水，或者回收溶解在水中的有價值的無機物?；蛘撸O(shè)計各種尺寸的一個或多個燃氣和/或蒸汽渦輪，用于生產(chǎn)一個要求的數(shù)量的電能，這些渦輪可以與燃燒器連接起來，既輸送電能，又輸送從燃燒器直接流出的高溫高壓蒸汽的混合側(cè)流。雖然為了說明目的示出了本發(fā)明的各種實施例。但是本發(fā)明的保護范圍將僅僅由下面的權(quán)利要求書來限定，所附的權(quán)利要求書的精神和范圍不應(yīng)該局限于這里所包含的優(yōu)選實施例的說明。權(quán)利要求1．一種動力產(chǎn)生系統(tǒng)，包括，a)一個燃燒室；b)一個與燃燒室相連的工作發(fā)動機；c)用于將燃料輸送給燃燒室的燃料供給機構(gòu)；d)用于將在提高了的溫度和常壓下的壓縮空氣輸送到燃燒室的空氣輸送機構(gòu)，選擇的空氣數(shù)量，使得當空氣和燃料燃燒時，至少空氣中大約90％的氧氣被消耗掉，燃料和空氣是在燃燒室中混合的；e)用于改變供給燃燒室的空氣的數(shù)量和調(diào)節(jié)供給燃燒室的燃料的數(shù)量以便使燃料與空氣的比率保持恒定的控制機構(gòu)；f)一個用于點燃燃料和空氣的混合物，以產(chǎn)生燃燒蒸汽流的燃料點燃器；g)用于將過熱非可燃液體在壓力下輸送到燃燒室的液體供給機構(gòu)，其中液體基本上在進入燃燒室的瞬間被轉(zhuǎn)變成蒸氣，蒸氣的輸送和形成產(chǎn)生紊流，在燃燒室中的混合導(dǎo)致產(chǎn)生一種由蒸氣、燃燒產(chǎn)物和在空氣和燃料中的非可燃燒物質(zhì)構(gòu)成的工質(zhì)，該工質(zhì)被輸送到工作發(fā)動機；h)一個燃燒室溫度控制器，該控制器將過熱的非可燃燒液體輸送到燃燒室，其數(shù)量足以將工質(zhì)的溫度維持在要求的水平上，對燃燒室中的溫度的全部控制基本上都通過引入到燃燒室中的非可燃燒液體的蒸發(fā)潛熱獲得的；i)用于將從工作發(fā)動機出來的工質(zhì)的熱量傳遞給非可燃燒液體的熱交換機構(gòu)，該熱量提高了非可燃燒液體的溫度，即從一個供入溫度提高到要輸送到燃燒室中時要求的溫度。2．按照權(quán)利要求1的方法，也包含在將空氣引入燃燒室中之前將附加的非可燃燒液體輸送給壓縮空氣的步驟。3．按照權(quán)利要求1的方法，其中壓縮空氣至少分兩級與燃料混合，即一部分空氣與燃料混合，點燃該燃料，然后將剩余的空氣在燃料點燃器的下游的一點處加入到燃料中。4．按照權(quán)利要求3的方法，其中大約50％的壓縮空氣在燃燒室一端處的一個燒嘴的一個第一區(qū)域中與燃料混合，該空氣和燃料的混合物被點燃，以產(chǎn)生一個富燃料火焰，大約25％的空氣在位于第一區(qū)域下游的燒嘴的一個第二區(qū)域中加入到富燃料火焰中，大約12.5％的空氣在位于第二區(qū)域下游的燒嘴的一個第三區(qū)域中加入到火焰中，剩余的空氣在位于第三區(qū)域下游的燒嘴的一個第四區(qū)域中加入到火焰中。5．按照權(quán)利要求4的方法，其中數(shù)量被控制的非可燃物從燃燒室中的多個位置處從燒嘴的第四區(qū)域噴入到燃燒室中。6．按照權(quán)利要求4的方法，其中數(shù)量被控制的非可燃物也在空氣與燃料混合之前噴入壓縮空氣中。7．按照權(quán)利要求3的方法，在將空氣與燃料混合之前，使壓縮空氣通過一個位于燃燒室外部的通道，至少通道的一個壁是燃燒室的一個外壁，用燃燒室輻射的熱量加熱壓縮空氣。8．按照權(quán)利要求4的方法，其中在將空氣與燃料混合之前，使壓縮空氣通過一個位于燃燒室外部的通道，至少通道的一個壁是燃燒室的一個外壁，用燃燒室輻射的熱量加熱壓縮空氣。9．按照權(quán)利要求8的方法，其中從工作發(fā)動機出來的工質(zhì)含有低于3ppm的NOx。10．按照權(quán)利要求8的方法，其中從工作發(fā)動機出來的工質(zhì)含有低于3ppm的CO。11．按照權(quán)利要求8的方法，其中從工作發(fā)動機出來的工質(zhì)含有低于3ppm的CO和低于3ppm的NOx。12．一種動力產(chǎn)生系統(tǒng)，包括，a)一個燃燒室；b)用于將燃料輸送給燃燒室的燃料供給機構(gòu)；c)用于將在提高了的溫度和常壓下的壓縮空氣輸送到燃燒室的空氣輸送機構(gòu)，選擇的空氣數(shù)量，使得當空氣和燃料燃燒時，至少空氣中大約90％的氧氣被消耗掉，燃料和空氣是在燃燒室中混合的；d)用于改變供給燃燒室的空氣的數(shù)量和調(diào)節(jié)供給燃燒室的燃料的數(shù)量以便使燃料與空氣的比率保持恒定的控制機構(gòu)；e)一個用于點燃燃料和空氣的混合物，以產(chǎn)生燃燒蒸汽流的燃料點燃器；f)用于將過熱的水在壓力下輸送到燃燒室的液體供給機構(gòu)，其中水基本上在進入燃燒室的瞬間被轉(zhuǎn)變成蒸汽，蒸汽的輸送和形成產(chǎn)生紊流，在燃燒室中的混合導(dǎo)致產(chǎn)生一種由蒸汽、燃燒產(chǎn)物和在空氣和燃料中的非可燃燒物質(zhì)構(gòu)成的工質(zhì)，該工質(zhì)是一種高溫蒸汽流，可以在設(shè)備的一個外部部件要求的控制壓力下輸送到該設(shè)備的外部部件上；g)一個燃燒室溫度控制器，該控制器將過熱的水輸送到燃燒室，其數(shù)量足以將工質(zhì)的溫度維持在要求的水平上，對燃燒室中的溫度的全部控制基本上都來自引入到燃燒室中的水的蒸發(fā)潛熱；h)用于將從工作發(fā)動機出來的工質(zhì)的熱量傳遞給水的熱交換機構(gòu)，該熱量提高了水的溫度，即從一個供入溫度提高到要輸送到燃燒室中時要求的溫度。13．按照權(quán)利要求12的動力產(chǎn)生系統(tǒng)，其中，水是非飲用水，其方法進一步包含在燃燒室中收集溶解在非飲用水中無機物質(zhì)和將無機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成一種固態(tài)形式，和燃燒掉溶解在水中的或水中帶有的有機物質(zhì)。14．按照權(quán)利要求12的動力產(chǎn)生系統(tǒng)，進一步包含至少一個熱量傳遞機構(gòu)，它設(shè)置在燃燒室的外部和周向上，并且沿著燃燒室的一個相當大的部分延伸，使得壓縮空氣在進入燃燒室之前在燃燒室的外表面上流動，使壓縮空氣的溫度通過該外表面輻射的熱量而被提高。15．按照權(quán)利要求12的動力產(chǎn)生系統(tǒng)，其中熱量傳遞機構(gòu)包括至少兩個鄰接的周向室。16．按照權(quán)利要求12的動力產(chǎn)生系統(tǒng)，也包含在將壓縮空氣引入燃燒室之前將附加的水輸送到壓縮空氣中的機構(gòu)。全文摘要描述了一種動力產(chǎn)生系統(tǒng),該系統(tǒng)在高壓下運行,使用一種由非可燃的壓縮空氣組分、燃料燃燒產(chǎn)物和蒸汽組成的混合物的工質(zhì)。從動力產(chǎn)生系統(tǒng)出來的工質(zhì)基本上不含NOx和CO。工質(zhì)是在常壓和常溫下提供的。燃燒空氣由一級或多級壓縮供給。燃料是在需要的壓力下噴入的。當燃料燃燒時,壓縮空氣中的全部氧氣基本上都消耗掉了。惰性液體在高壓下噴入,以便產(chǎn)生一團惰性的高比熱稀釋蒸氣,用于燃燒室的內(nèi)部冷卻。采用非可燃燒液體噴射防止了污染物的形成,提高了系統(tǒng)的效率和可用功率,降低了比油耗。控制系統(tǒng)可以獨立控制引入燃燒室中的空氣、燃料和非可燃燒液體的數(shù)量、溫度和壓力,從而可以控制燃燒室中的最大溫度和平均溫度,以及燃燒室的排出溫度。系統(tǒng)中所有溫度的控制基本上都是由惰性液體的蒸發(fā)潛熱提供的,其中惰性液體最好是水,蒸發(fā)潛熱減少了由燃料燃燒產(chǎn)生的熱量。如果噴入的水含有無機或有機污染物,則這些污染物作為溶化的或固態(tài)的沉積物被收集起來,或者當它們是可燃物時則由火焰點燃。文檔編號F02M25/03GK1299435SQ99805893公開日2001年6月13日申請日期1999年3月10日優(yōu)先權(quán)日1998年3月13日發(fā)明者J·L·金特爾申請人:金特瓦斯特公司