CN1764498A - 反应器 - Google Patents

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CN1764498A
CN1764498A CN200480007774.1A CN200480007774A CN1764498A CN 1764498 A CN1764498 A CN 1764498A CN 200480007774 A CN200480007774 A CN 200480007774A CN 1764498 A CN1764498 A CN 1764498A
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fuel
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大卫·L·哈根
加里·金特尔
比尔·戈欣
艾伦·麦圭尔
珍妮特·兰金
道格·查尔斯·费特斯
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Vast Power Systems Inc
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    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Abstract

本发明涉及热稀释的放热反应器系统，其含有众多孔(80)，这些孔通过分布式的开孔接触器管道或输送管(10)分布在燃烧器内。所述开孔接触器将稀释剂流体(907)和一种或多种反应物流体(901)与氧化剂流体(904)混合并输送。所述开孔管道周围众多的微型喷嘴输送、混合并控制反应物流体、氧化剂流体和稀释剂流体的组分。所述反应器在轴向和一个或两个横向方向之中的一个或多个方向控制组分分布、组分比例分布和温度分布中的一个或多个，降低温度梯度并改善功率、效率和排放。

Description

反应器
优先权信息
根据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求于2004年1月22日提交的60/442,096号临时申请和于2004年1月24日提交的60/442,844号临时申请的优先权。
                        发明背景
发明领域
本发明通常涉及将几种流体可控地混合在一起的方法，并涉及通用的操作和控制这些流体中的化学反应和/或物理变化的方法。
相关领域的描述
许多物理和化学过程需要第一流体的输送以及两种或更多种流体的混合。在这样的过程中，混合的效率依赖于许多物理现象。混合可依赖于液体的表面积或者需要混合的两流体之间(如液体、蒸汽，和/或气体)的界面面积。对于直接接触的两种流体之间的热传递，该过程部分依赖于所述两流体之间的界面面积，因而依赖于比界面面积(单位质量的表面积)。在另一实例中，液体和气态流体之间的化学反应通常发生在从液体中蒸发出来的蒸汽和周围的气态流体之间。
将两种流体混合起来的常规方法是依靠相对少量的注射喷嘴，喷嘴布置用来将第一种流体注入第二种流体。用这样的方法形成的区域中，局部的浓度可比所需的平均浓度偏高或偏低。这种不连续性可会对所需的物理或化学过程产生不利影响。通常需要用来改善两种或更多种流体混合的仪器或方法。
一些相关的燃烧器采用了由少量喷射器向燃烧器中喷雾或注射液态或气态燃料和/或液体或蒸汽稀释剂的方法来产生小液滴，并且使它们散布于含氧化剂流体或“氧化剂流体”中。例如向压缩空气中喷射柴油燃料和水或蒸汽。辅以漩涡、细锥或空气的高速喷射也广泛用于形成比注射器孔还小的液滴。对于任何给定的流体使用这样的方法都难以得到所需的流体输送的横向分布。相应地也难以得到所需的第二种流体对第一种流体的组成或比例，特别是空间组成。
对于诸如燃烧这样的放热反应，由于燃料和氧化剂的绝热“火焰”或反应温度通常较高，所以经常使用稀释剂。然而常规实践发现，很难控制离开燃烧器的高能流体温度的空间或横向分布，以及氧化剂组成的空间或横向分布。相应地，局部高温的产物如氮氧化物的排放是个难点。类似地，在相关技术的燃烧器中，从较冷部分和缺氧部分留下的未燃烧的碳氢化合物的排放也常常难以控制。
                       发明概述
由此，本发明的一个实施方案涉及含有众多空间分布的孔的燃烧器或放热反应器系统，其用来输送和混合含燃料流体、含氧化剂流体和含稀释剂流体。这些分布的孔输送、混合并控制一种或多种燃料、氧化剂和稀释剂流体的一种或多种流体输送分布。所述分布的孔可沿一个或多个开孔接触器管内的通道设置或在其周围。该燃烧器对一个或多个所需流体组分比例分布、温度分布(temperature profile)和温度梯度进行控制，减少了流量、组分和温度中的不确定度，并减少了一种或多种副产品或污染物。
本发明的某些实施方案具有下列一种或多种优点：改善流体组分、混合及温度的空间分布。改善两种或多种流体的混合程度和比例的空间分布，从而改善至少两种流体间反应特别是放热反应的有效速率、均匀性和反应程度。例如天然气或柴油燃料在空气或富氧空气中的燃烧。改善放热反应器内稀释剂流体相对于一种或多种反应流体的引入均匀性、混合程度和空间分布。例如向燃料流体和空气或富氧空气的混合物中输送水。提高低于反应器出口平均温度的反应流体的温度，从而减少局部反应的产物。例如提高低于燃烧器出口平均温度的燃烧气体的温度，从而改进反应速率的均匀性进而减少副产物，如未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳的排放。输送稀释剂流体浓度高于导致预混合燃烧稳定极限或快速反应极限的高能流体。降低反应器中高于反应器出口平均温度的高能流体的温度和保留时间，从而减少副产物的形成。例如，减少高于燃烧器出口平均温度(涡轮机进口温度)的燃烧气体的温度和保留时间，从而减少NOx的形成及排放。使用对反应物流体的总比例超过能导致反应失活和/或反应消失(熄灭)的比例的液态和/或气态稀释剂流体来冷却反应流体和反应产物，从而相对使用这些流体的相关技术具有更好的冷却效果和更低的反应流体和/或产物的温度。在给定的热反应功率下减少注入放热反应器的气态热稀释剂的量，从而减少因反应流体通过该反应器的压力降造成的功率损失，并提高系统热力学效率。例如减少进入燃烧器的稀释剂空气。在给定的功率下降低为保证燃烧器完整性(integrity)所需的冷却流体，从而减少高能流体通过该燃烧器的压力降和功率损失，减少相应的压缩功率、压力和泵损失，因而提高系统的热力学效率。减少通过该燃烧器出口的高能流体的温度波动(减少涡轮机入口温度的“模式因子(pattern factor)”)，对给定的燃烧器出口平均温度减少燃烧器出口的峰值温度，从而减少涡轮机组件的损伤。增加平均值对反应器出口峰值的比值，相对于最大操作涡轮机入口温度(TIT)的空间峰值提高平均涡轮机入口温度，从而提高系统的热力学效率(即减少模式因子)。改进温度控制的准确性并降低燃烧器出口温度(涡轮机入口温度)对时间的不确定度，从而改进对涡轮机叶片和翼的温度控制，从而延长组件寿命，减少维修和更换的费用，并提高当前的净收入值。
其它实施方案可具备下列一个或多个优点：将燃烧器出口的高能流体的温度分布配置为接近所需的涡轮机翼和叶片的工作温度分布，从而提高平均涡轮机入口温度和系统的热力学效率。减少对燃烧器壁的热流峰值和热流分布，从而减少对该燃烧器壁的冷却、减小沿该燃烧器壁的或该燃烧器壁周围的温度分布，以及减小这些流量、温度和分布的瞬时比值，从而降低燃烧器压力、疲劳、氧化、基本投资和维护费用，并提高热力学效率。增加每单位体积的高能流体的平均焓，因而对给定的燃烧器出口温度(CET)和涡轮机入口温度提高经过燃烧器的可耐受热流率，从而增加涡轮机总功率。减少作为稀释剂流体的过量气态氧化剂流体，从而减少压缩机功率、尺寸、基本投资及维护费用，并提高系统的净功率和效率。提供静电法使喷嘴和混合流体带电。提供借助屏障来有效阻碍或防止火焰或爆炸沿水输送系统上行进入预混合或小液滴燃料区的方法，从而改善系统的安全性。消除直接穿过燃烧器和过渡区壁进入该燃烧器的稀释剂流体，消除热壁应力和孔应力集中程度。减少因泵入冷却燃烧器壁所需要的冷却剂而引起的寄生泵压损失，从而增加系统净功率和热效率。回收和循环多数或所有注入的稀释剂流体，从而降低购买和处理该稀释剂流体(例如水)的成本。减少回收注入的稀释剂流体所需要的压力降和寄生泵压降。减少或控制离开该燃烧器的高能流体的温度和/或热传递性能的空间和时间分布和变化。减少和/或控制下游涡轮机叶片和翼的受热的空间和时间分布和/或变化，相应地减少它们的变形、低周疲劳、高周疲劳、氧化和腐蚀，从而降低组件维修和更换的成本。减少燃烧器、过渡和涡轮机组件更换及维修的成本。提供能够在至少10Hz进行连贯声音激发的空间分布的燃烧源。减少放热反应器内的压力振动的发生和程度，从而减少装置疲劳、维修和更换的费用以及声音的释放。
某些实施方案可具有下列一个或多个其它优点：减少和控制燃烧器内的压力振动，从而减少燃烧器，过渡块和/或涡轮机组件的疲劳和相关的组件维修和更换费用。减少联合进行高能流体膨胀和热回收的装置的尺寸及占地，从而减少动力系统的总投资。提供能在高流速时保持火焰稳定的火焰稳定器，对比与贫燃烧器结合使用的相关火焰稳定器，在流速相当的情况下能够实现较低的泵损失和较低的排放。提供从点火器向燃料氧化剂混合物喷入热物流的方法来改进点火。提供在燃烧器中桥连不可燃混合物的方法。控制火焰稳定器中的燃烧和热流率以减少热应力和排放。提供比常规系统线性度更高、响应频率更宽且效率更高的方法来声控燃烧气体。在声反应器(acoustic reactor)和驻留室(residence)内在精确控制的温度下产生可控的高压振动来快速熔解、反应和/或混合材料。
某些实施方案具有下列一个或多个目标或优点：对两种或多种流体的输送提供准确的时间控制，从而改善流量的均匀性和控制。准确定量一种或多种混合流体的流量。准确监测随流体反应变化的下游参数。准确估计由下游流体反应参数得出的反应物质量比。通过监测反应物的质量比，准确控制粗略估计的第二反应物的流体流量相对于精确控制的第一反应物输送量的质量流量比，从而改善反应。适应得到的反应物质量比，相对于精确控制的第一流体反应物流量准确控制第二流体反应物的输送，从而充分改善对反应的控制、提高质量并减少副产物。改进泵速的精确和准确性，从而改善流量测量中的不确定度。改进温度控制和/或密度的不确定度，从而改善体积流量和质量流率的不确定度。改进流体流量控制的准确性。在与流动方向成横向关系的方向上控制流体的空间比例，从而改善总流体比例控制。使整个物流中的元素混合均匀，减少大的流体摆动并改善混合的均匀性。提供更快捷、准确的流体控制，从而减小流体比例随时间的变化。动态控制流体的流量及其波动。准确定量流体的流量及其不确定度。动态控制液体物流至优于500Hz。动态控制流体流量至优于+/-2％。估计的动态流量的不确定度优于+/-4％。动态控制流体平均流量至优于+/-1％。估计的平均流量的不确定度优于+/-2％。减少输送和均匀混合流体所需的能量。提供更均匀的流体比例的空间和时间输送。
应当指出，以上为了说明本发明及其优于现有技术的优点，描述了本发明实施方案的某些目的和优点。当然，应该理解本发明任何具体的实施方案都不必实现所有的这类目的和优点。因此，例如，本领域所属技术人员能认识到本发明可以实现或增加本文教导的多个优点中的一个的方式加以实践或实施，而不必实现本发明教导或暗示的其它目的或优点。
                     附图的简要说明
在总结了本发明的通常性质和一些特点及优点后，根据本文参考以下附图作出的详细描述，本领域所属技术人员可以很容易地得出本发明的某些优选实施方案及其修改，所述附图中每一幅都涉及本发明一实施方案的特征和优点，其中：
图1是三流体燃烧器的透视示意图，此燃烧器带有控制系统和用来输送含有第一流体(燃料)、第二流体(氧化剂)和第三流体(稀释剂)的流体的输送系统；
图2是带有多叶片扩散器、分布式稀释剂&燃料输送和混合、燃烧和平衡的多区燃烧器的示意图；
图3是隔离的多燃料和稀释剂流体输送管束的透视图；
图4所示为在环形输送管中带有多控制方位角的燃料和稀释剂接触器以及点燃的火焰稳定器和桥接接触器的环形燃烧器。
图5所示为孔和中间接触器喷射到两流体接触器之间的区域的展开图；
图6所示为在相连的流体接触器中的轴向回旋；
图7所示为多个、不同方位角的流体输送接触器的展开图；
图8所示为在环形输送管内带有多个径向燃料和稀释剂接触器以及清洗管道和阀门的环形燃烧器。
图9是多个不同径向流体输送接触器的展开图；
图10是带有清洗管和阀门的多个流体输送集管(manifold)的展开示意图；
图11显示了在对应燃料和稀释剂接触器管周围的交错(alternating)燃料和稀释剂孔，在所述接触器管间形成有富混合物亚区和贫混合物亚区；
图12显示了在对应的接触器管道周围平行设置的燃料和稀释剂孔，其配置成用来在管间形成多个富混合物亚区和贫混合物亚区；
图13右边部分显示了燃料和稀释剂喷射流穿透了接触器间的间隙，左边部分显示了接触器间形成的多个富混合物亚区和贫混合物亚区；
图14所示为带有多流体集管和方位角流体输送接触器的环状多通道扩散器；
图15所示为扩散器出口周围的扩散器叶片及子集管内部的方位角开孔流体接触器的剖面展开图。
图16是带有径向流体开孔接触器的环形多通道扩散器的展开图；
图17所示为径向开孔接触器之间的微型喷雾的展开图；
图18所示为带有径向流体集管和平行并位于扩散器分流翼片下游的方位角接触器的环形多通道扩散器的展开图；
图19是带有与扩散器分流翼片成横向关系并位于其下游的径向接触器的环形多通道扩散器的展开图；
图20是有孔的多个流体接触器的展开图；
图21显示了三流体反应器的配置方法；
图22显示了从环形单通道扩散器和多通道扩散器上游、接近扩散器出口和下游更远处的典型速度分布图；
图23所示为适用于三流体反应器配置方法的、横向温度分布、氧化剂/燃料分布λ值、管间隙以及燃料和稀释剂喷射渗透的限制；
图24所示为适用于在环形反应器中达到横向限制的横向稀释剂和燃料孔直径分布和稀释剂及燃料孔的空间分布；
图25所示为对受限的三流体环形燃烧器，稀释剂和燃料每孔流量的示例性横向分布，以及燃料和稀释剂管壁厚度对孔直径比值的横向分布；
图26所示为带有所需液滴尺寸横向分布的稀释剂和燃料蒸发距离分布限制；
图27所示为横向上游压力分布、所需下游压力限制和实现这种限制的稀释剂动能的横向分布。
图28所示为带有内火焰稳定器、燃料和稀释剂接触器、冷却的燃烧器衬管和隔离的压力容器的“角”形凹面三流体燃烧器
图29是被开孔的凹槽腹板加筋件(web-stiffener)分隔开的两个分布式流体接触器管的透视图。
图30是带有隔离的凹槽翅片和冷却剂通道的燃烧器的冷却的翅片衬管的概念透视图；
图31是有两个流体通道的分布式流体接触器管的示意图；
图32是带有两个流体通道和凹槽翅片加筋件的分布式流体接触器管的示意图；
图33是带有两个流体通道和两个凹槽翅片加筋件的分布式流体接触器管的示意图
图34是带有凹槽腹板加筋件和两个凹槽翅片加筋件的两个分布式流体接触器管的示意图
图35是带有管肋和下游翅片加筋件的两个分布管的示意图
图36是带有分流翅片加筋件的分布管的示意图；
图37是带有两个分流翅片加筋件的分布管的示意图
图38是带有燃料流体通道和两个邻接的稀释剂流体通道的隔离的流线型三通道开孔接触器管的截面示意图；
图39是带有燃料流体通道和两个邻接的稀释剂流体通道的隔离的尖头(cusped)三通道开孔接触器管的截面示意图；
图40是带有燃料和稀释剂流体通道的流线型多通道接触器管的截面示意图；
图41是带有中心燃料通道和邻接的稀释剂流体通道的流线型多通道管道输送接口的示意图；
图42是带有管间输送管和集管的多通道接触器管阵列的示意图；
图43是带有连接于中心集管总管的多通道二级集管的六角形多通道接触器管阵列模块的透视图；
图44是带有燃料和稀释剂接触器、周边火焰稳定器以及热传递速率可变的加热管的漏斗形凸起分布式燃烧器的示意图；
图45概念性地描绘了带有渐降辐射隔离层的热防护屏；
图46概念性地描绘了带有渐降热隔离层的热防护屏；
图47概念性地描绘了带有渐降热屏蔽的热防护屏；
图48是散布在加热器管间的尖形表面燃烧器的六角形阵列的截面示意图；
图49是带有集管和隔离间距器的支撑的尖形表面燃烧器的透视图；
图50是在加热器管之间的尖形表面燃烧器的笛卡尔阵列(Cartesianarray)的截面示意图；
图51是带有散布着隔离间隔器和罩(cap)的轴向接触器的尖形表面燃烧器的示意图；
图52概念性地描绘了带有燃料和稀释剂平面接触器及内部火焰稳定器的分布式燃烧器；
图53概念性地描绘了带有双通道接触器、火焰稳定器和阻流件的“圆柱形”分布式燃烧器；
图54概念性地描绘了带有双通道接触器、中央火焰稳定器和下游混合室的“聚焦”凹形分布式燃烧器；
图55概念性地显示了环状面的槽深入带有双通道流体接触器圆周阵列的圆柱形的透视图，所述流体接触器有两个集管；
图56概念性地描绘出环状面的槽深入带有双通道流体接触器轴向阵列的圆柱形的透视图，所述流体接触器有两个集管；
图57概念性地描绘出环状面槽深入带有上周边开孔流体接触器、下周边开孔流体接触器和一个中间电极的圆柱形的透视图；
图58概念性地描绘出径向端口深入带有两个周边开孔流体接触器、两个同心轴向开孔直接流体接触器的圆柱形的透视图；
图59概念性地描绘出分布于多个流体接触器周围的“坐式”“T形”微型涡旋式喷嘴的透视图；
图60概念性地描绘出跨越多个流体接触器分布的、对齐的“跨式”“鞍形”微型涡旋式喷嘴的透视图；
图61描绘出跨越多个流体接触器分布的开孔管周围的交替微型涡旋式喷嘴的透视图；
图62为用于进行“间隙-管道内部交替(alternate-within-gap-tube)”混合的、朝向接触器周围的“跨式”“T形”(左)和“鞍形”(右)微型涡旋式喷嘴的正视图；
图63为用于进行“统一方向(uniform-direction)”旋转的、朝向于管束周围的“坐式”“T形”(左)和“鞍形”(右)微型涡旋式喷嘴的正视图；
图64为用于进行“间隙交替(alternate-with-gap)”式旋转的、朝向管束周围的“坐式”“T形”(左)和“跨式”“鞍形”(右)微型涡旋式喷嘴的正视图；
图65为用于进行“管道交替(alternate-with-tube)”式旋转的、朝向管束的“跨式”“T形”(左)和“坐式”“鞍形”微型涡旋式喷嘴的正视图；
图66是带有上游和下游电栅极的燃料及稀释剂分布式接触器的高压激发的半个输送管内的示意图；
图67是带有一个绝缘火焰稳定器的和下游电极的燃料及稀释剂输送的高压激发的半个输送管内的示意图；
图68是在提高的电压下输送导电流体的绝缘流体输送系统的示意图；
图69是带有燃料和稀释剂分布管道、集管、火焰稳定器、周边隔离层和压力容器的加压流体燃烧器的截面示意图；
图70是在隔离楔和压力容器之间带有弹簧翅片冷却剂通道的燃烧器壁的截面放大示意图；
图71是带有外部冷却翅片通道及位于隔离楔和压力容器之间的弹簧的燃烧器壁的截面放大示意图；
图72概念性地描绘出带有周边上游氧化剂流体输入端口和周边上游热气输出端口的螺旋管形火焰稳定器的透视图；
图73描绘了带有周边上游氧化剂流体输入端口、点火器、周边上游热气输出端口以及单外壁的螺旋管形火焰稳定器的截面示意图；
图74为带有轴向上游氧化剂流体输入端口、点火器和下游热气输出端口的螺旋管形火焰稳定器的截面示意图；
图75是带有周边上游氧化剂流体输入端口、点火器、周边上游热气输出端口和双外壁的螺旋管形火焰稳定器的截面示意图；
图76是三流体燃烧控制系统的示意图，该系统用于将通过分布式接触器管道的过滤的第一(燃料)流体、过滤的第三(稀释剂)流体与第二(氧化剂)流体输送、混合和燃烧。
图77是带有紧密联接于泵头的冷的外定子和喷雾冷却的细缝内转轴的马达的截面透视示意图。
图78是被位于冷定子内的周边轴承束缚着的喷雾冷却的被卷绕的转轴的放大示意图；
图79所示为带有内冷定子的喷冷带卷绕的细缝外部转轴泵头；
图80概念性地显示了常规马达的转矩和波动泵流量以及补偿转矩和受控泵流。
图81所示为产品加热配置方法的示意图。
                   优选实施方案的详细说明
所选组件和术语列表
用于描述和阐明本发明某些实施方案的一些组件和某些术语的列表如下：
2   分布式反应器系统或接触器系统
3   第一流体路径
4   第二流体路径
5   第三流体路径
6   管内表面
7   管外表面
8   管
9   管轴
10  流体通道、开孔接触器管或组件周围分布的孔
11  第一或燃料流体的分布式孔通道，燃料流体开孔接触器管
12  液体燃料分布式孔通道，液体燃料开孔接触器管
13  气体燃料分布式孔通道，气体燃料开孔接触器管
14  热稀释剂流体燃料分布式孔通道，稀释剂开孔接触器管
15  燃料流体通道
16  双通道接触器开孔管
17  热稀释剂通道
18  复合双通道接触器开孔管
19  桥连流体接触器开孔管
20  同心通道接触器开孔管
21  曲线开孔管区段或弧
22  隔离的稀释剂接触器开孔管
24  隔离的稀释剂喷雾接触器开孔管
26  流线型三通道接触器开孔管
28  尖头三通道接触器开孔管
30  管壁
31  管内壁
32  薄管壁区段
33  管侧壁
34  热屏蔽涂层
35  机械保护性涂层、磨损或侵蚀防护涂层
36  内部管加硬件或管配置组件
37  外部管座
38  管配置肋
39  连接件(bond)
40  翅片加筋件(fin-stiffener)或热翅片，
42  腹板加筋件(Web-stifferner)
44  开孔网
46  翅片加筋件管
48  双翅片加筋件管
50  管振动器
54  曲线形软供应管
56  燃烧器
57  内燃烧器框
58  外燃烧器框
59  燃烧器壁
60  燃烧器衬垫
61  管翅片衬垫
62  管翅片冷却剂通道
64  平面翅片
66  凹槽翅片
67  翅片膨胀间隙
69  复合包裹衬管
70  管翅片加硬肋
72  柔性排列配置支撑
73  管连接孔
80  孔(可包括非环形开口)
82  燃料流体孔或燃料孔
83  热稀释剂流体孔或稀释剂孔
84  轴向孔，带有主要轴向组件的孔
85  径向孔，带有主要径向组件的孔
86   角向孔，孔角度显著偏离垂直于流向的方向
87   较大的孔开口
88   孔入口
89   较小的孔开口
90   孔出口
91   六角形孔阵列
92   笛卡儿或矩形孔阵列
93   柱形孔阵列
94   流体样品管道
96   取样器-稀释剂接触器
100  火焰稳定器、点火控制(Ignition Authority)、点火器、标灯或引燃火焰
102  改进的螺旋管形室
103  内部凹形取向器
104  燃料流体管道/通道
106  热流体管道/通道，稀释剂管通道、导管或组件
107  氧化剂入口端口
108  主氧化剂的管道/通道
110  导氧化剂的管道/通道
111  圆周通道
112  混合物输送端口
114  热气入口端口
116  热气输送火焰管道
118  火焰稳定器配置支撑
120  隔离/隔热涂层
121  隔热“指”
122  流线型轮盖
124  点火器
126  点火器激发源
130  流体输送管
132  流体输送管壁
134  流体输送管入口、燃烧器入口、蒸发器入口、饱和器入口
136  流体输送管/燃烧器出口、燃烧器出口、蒸发器出口、饱和器出口
140  聚焦共振输送管
142  弹簧翅片冷却剂输送管
144  圆形输送管，椭圆形输送管，圆柱形输送管
145  矩形输送管
146  环形输送管
148  稀释剂流体输送管
150  隔离
152  隔离楔
154  隔离环
156  隔离瓦
158  径向隔离弹簧
160  轴向隔离弹簧
168  燃烧器外壳
170  压力容器
172  压力容器壁
176  压力容器馈通
178  压力容器冷却系统
180  变热障
182  变辐射屏蔽，变开孔热屏蔽，变更屏蔽的数量
184  变隔离热障，变厚度，变隔离覆盖
188  变换热表面，变深翅片，变更翅片的数量
192  燃烧气缸
194  输送管滑动端口，筒侧端口
196  输送管滑动端口，筒侧端口
220  多通道复合接触器管道
222  管通道或管输送道
224  第一流体管通道，例如燃料流体管通道
228  第三流体管通道，例如热稀释剂管通道、稀释剂管通道
229  流线型延伸或帽
230  流体控制阀
231  副输送管阀
240  集管
242  燃料流体集管
244  热稀释剂集管，稀释剂集管
246  多通道集管
247  中央集管总管
249  集管壁
250  集管连接孔
254  第二集管或副集管
255  管-输送管接合处
256  装配凹痕/背脊
257  管间输送管
258  结合层
259  复合第二集管
260  直接接触器孔列或开孔管列
261  下游增加“角”凹面孔列，或凹面开孔管列
262  “角”锥形孔列或“角”锥形开孔管列
263  下游增加“漏斗”凸面孔列，或凸面开孔管列
264  “漏斗”凸面孔列，或凸面开孔管列
265  椭圆平面孔列，椭圆、准椭圆或圆形开孔管列
266  矩形或梯形平面孔列或开孔管列
267  环形平面孔列或环形平面开孔管列或部分
268  矩形帐篷或金字塔形孔列或穿孔管列
269  环形帐篷孔列或环形帐篷穿孔管部分或排列
270  椭圆形或圆柱形孔列或穿孔管排列
271  罐头或“顶帽”孔列或穿孔管列
272  尖头孔列或或穿孔管列
274  孔副排列或穿孔接触器管排列模块或排列部分
276  加热器管
277  内加热器管壁
278  外加热器管壁
279  加热器管的岸或壁
280  配置支撑
290  微型涡旋式喷嘴
291  越管“跨式”、“鞍形”机翼微型涡旋式喷嘴
292  “坐式”鞍形机翼微型涡旋式喷嘴
293  两管间“跨式”、“T形”翼微型涡旋式喷嘴
294  “坐式”、“T形”微型涡旋式喷嘴
296  微型涡旋式喷嘴肋
297  微型涡旋式喷嘴机翼
298  微型涡旋式喷嘴叶片
299  迷你涡旋式喷嘴
300  高压电源
302  接地级
304  正极
306  负极
308  第一电压极
310  第二电压极
312  第三电压极
314  支持隔离器
316  高压馈通
320  燃烧器电极，分布器电极
322  燃料流体排列电极
324  稀释剂排列电极
326  栅格电极
328  冷管电极
330  轴向电极
332  周边电极
334  运输管中部电极
340  导电液绝缘体
342  接地的供给泵
343  开孔液体分布器
344  绝缘液滴塔
346  稀释剂收集器液体稀释剂或小液滴收集器
348  绝缘支撑
350  高电压供应泵
360  第一流体输送系统或燃料输送系统
361  第三流体输送系统或燃料输送系统
370  压力/流量调制器
372  引火/火焰稳定器燃料输送系统
373  引火/火焰稳定器热稀释剂输送系统
374  旋转驱动器
376  旋转泵头
377  泵转鼓
378  线性驱动器
379  螺旋管
390  流体过滤器，气体过滤器或空气过滤器
392  喷淋直接接触过滤器
394  流体均匀器/矫正器
400  第二流体输送系统或称为氧化剂输送系统
404  分布式接触器预冷却器
406  风机
407  压缩机
408  第一/低压压缩机
409  风机/压缩机入口/进口
410  第一中间冷却器
412  第二中间压缩机
414  第二中间冷却器
416  第三/高压压缩机
417  后冷却器
418  引火/火焰稳定器氧化剂输送系统
420  扩散器
421  扩散器叶片或分流翼片
422  混合区或连接输送管
424  燃烧室
426  平衡区或过渡区/块
429  扩散器叶片支座
440  膨胀机(涡轮机或引擎)
444  低压涡轮机
446  涡轮机台
448  涡轮机翼(“喷口”)
450  涡轮机叶片(“铲斗”)
466  齿轮列车
468  变速驱动
470  换热器或热回收系统
480  凝聚器
484  直接接触凝聚器
485  冷换热器，冷夹套
500  发生器
502  再压缩机
550  物理参数传感器或传感器
552  压力传感器或传感器
554  压力落差传感器或传感器
558  温度传感器或传感器
560  第一流体流量传感器或传感器比如燃料流体流量传感器
562  第二流体流量传感器或传感器比如氧化剂流体流量传感器
564  第三流体流量传感器或传感器比如热稀释剂流体流量传感器
570  组分传感器或传感器
572  氧气传感器或传感器
574 NOx传感器或传感器
576  一氧化碳(CO)传感器或传感器
580  运动传感器/速度计
582  泵位置传感器或传感器或速度计，或旋转编码器
584  压缩机/风机位置或速度计或传感器
586  风调制器控制传感器或传感器(比如说位置/运动传感器)
588  控制系统
590  控制器
592  第一流体控制器，例如燃料流体控制器
594  第二流体控制器，例如氧化剂流体控制器
596  第三流体控制器，例如热稀释剂流体控制器
600  电动机
602  转子
604  强化外套
606  转子轴
608  定子
612  空核轴承
901  第一流体，通常包括一种或多种含第一反应物的流体或含燃料的流体，任意包含热稀释剂，本文通常也称为“燃料流体”(例如，通常经过燃料开孔管或输送管并从孔中流出的气态、液态燃料或流化的粉末状燃料，或者包含燃料和热稀释剂的混合物。)
902  稀释的第一流体，通常为包含热稀释剂流体的第一流体或燃料流体(例如，表现为氢气、一氧化碳、氮气和过量空气的混合物的发生器气体，和溶解于乙醇中的水)。
903  引燃第一流体(pilot first fluid)，通常包括一种或多种第一反应物或燃料流体的第一流体的一小部分，本文中通常也称为引燃燃料(通常为较小的燃料流，例如第一流体的一部分或少量的可燃性更好的燃料流体)
904  第二流体，通常为包含第二反应物或氧化剂的流体，可任意包含热稀释剂流体，本文通常也称为“氧化剂流体”，并且可包含“潮湿的氧化剂”。(例如湿空气或富氧空气任意地与蒸汽或水混合，通常流经跨越一个或多个开孔管的流体输送管，否则通过氧化剂开孔管)
906  引燃第二流体，通常包括一种或多种第二反应物或氧化剂，且流量小于第二流体的流体，本文中也称为引燃氧化剂。
907  第三流体，通常为包含惰性流体或低反应性流体(比如能够吸收或放出热量并改变焓和温度的温和氧化剂)的“热稀释剂”或“稀释剂流体”，本文也称为“热稀释剂”、“稀释剂流体”或“冷却稀释剂”；有时如果稀释剂流体是可蒸发的，则称为“汽化流体”和“液体稀释剂”。(例如，水，蒸汽，过量空气，二氧化碳或燃烧的循环产物，通常流经热稀释剂开空管并通过孔流出)
908  引燃第三流体，通常包括一种或多种热稀释剂有时还包括过量氧化剂流体的流量小于第三流体的流体，本位也称为引燃稀释剂。
909  稀释的燃料混合物，含充分稀释的燃料的、在入口条件下不可燃而在加热情况下可燃的燃料。
911  可反应混合物，指能够相对快速反应的流体，通常包含第一流体(或燃料流体)和第二流体(或氧化剂流体)，并任意含有第三流体(或热稀释剂)，本文也称为可燃混合物(例如，在贫可燃和富可燃界限内的湿空气和气态燃料或液态燃料的混合物或蒸汽燃料混合物)
912  反应流体，是指正在经历化学反应的、通常包含两种或更多种反应物流体的流体。
920  高能流体，是指能够输送能量、通常为热的压缩流体，包含第一流体和第二流体的反应产物及残余部分，并通常包含热稀释(例如通过燃料流体与诸如压缩空气的氧化剂流体燃烧产生并用蒸汽和过量空气稀释过的热压缩流体)。
924  膨胀流体，指膨胀机或工作引擎如涡轮机或往复引擎下游的流体，也可称为排放流体或废流体。
960  喷雾、喷射或滴
962  第一流体的喷射流、喷雾、微喷射流或微喷雾
966  第三流体的喷射流、喷雾、微喷射流或微喷雾
970  区域
972  燃料富亚区，稀释剂贫亚区
973  燃料贫亚区，稀释剂富亚区
所选参数
管最小内直径Di
管最小外直径Do
管内面积Ao
管壁厚度T＝(Do-Di)/2
薄管壁厚度t
管中心到中心间隔H
管到管间隙G
孔内直径di
孔外直径do
孔面积ao
在内开口的孔内压力pi
在外开口的孔外压力po
孔中心到孔中心距离h
孔到孔间隙g
孔轴向角α(a)
孔横向角θ(？)
孔阵列的宽度W
第一横向方向的分布
径向压力分布Pr
径向速度分布Vpr
径向温度分布Tpr
径向密度分布Rhopr
径向质量流量分布Mdpr
第二或圆周横向方向上的分布
圆周压力分布图Ppc
圆周速度分布Vpc
圆周温度分布Tpc
圆周密度分布Rhopc
圆周质量流量分布Mdpc
扩散器叶片到叶片的角度beta(β)
管最小内直径Di
管最小外直径Do
管内面积Ao
管壁厚度T＝(Do-Di)/2
薄管壁厚度t
管中心到中心间隔H
管到管间隙G
孔内直径di
孔外直径do
孔面积ao
在内开口的孔内压力pi
在外开口的孔外压力po
孔中心到孔中心距离h
孔到孔间隙g
孔轴向角α(a)
孔横向角θ(？)
压力分布P)
速度分布V)
温度分布T)
密度分布
质量流量分布
一些示例性的限定
下面在对优选方案的具体描绘中使用了许多技术术语。为了使叙述更清楚，这些术语中的一部分将先在这部分进行描述。应当理解这些技术术语是广义术语，除了下列的定义以外它们的常规意义也包括在其中。下面对某些特征和组件的定义以示例性的方式给出，因此不应构成对本发明保护范围的任何形式的限制。
孔(orifice)-管和空腔等的口或孔隙；开口
开口(opening)-开放的位置或部分；孔，缺口；孔隙；
孔隙(aperture)-(1)开口；孔；间隙(2)相机、望远镜等的光圈或光圈直径，通过它们光线可进入镜头；
孔(hole)-深入或穿过固体、织物等的开口；穿孔；裂缝；裂口；空的地方或空腔；凹陷；凹坑；(韦氏字典1913年重新整理)
输送管-(1)气体或液体流经的管、通道或渠...(4)电线或电缆通过的或者空气循环或排出用的导管或管道
1微米(μm)＝百万分之一米
1纳米(nm)＝十亿分之一米
1密耳(mil)＝千分之一英寸＝0.001”＝25.4μm
1微英寸＝0.000,001”＝25.4nm
指定的-本文通常指需要或必需的、规定的、预定的，精选的或选择的参数。
曲线-线的形状，包括一个或多种线性和/或所需曲线部分，例如包括线性及多项式函数，和/或包括圆锥截面、抛物线、椭圆、双曲线、正弦曲线、对数及指数曲线的超越函数。
坐标系-用于配置平面或空间输送管或其它流体输送系统的系统，包括笛卡尔坐标系、圆柱坐标系、球形坐标系、角坐标系或其它适当的曲线坐标系，或其结合。
所有孔的流体压差Poda-跨越孔阵列的、足以将液体从包括最小的孔80在内所有的孔中排出的压差。
等价比或Phi-第一反应物流量对第二反应物流量(或燃料流量对氧化剂流量)的比值相对于第一反应物对第二反应物(或燃料对氧化剂)的化学计量比的比值，即λ的倒数。(例如，柴油燃料对空气的比例相对于柴油燃料对空气的化学计量比)。
过量氧化剂比例λ或过量空气比-第二反应物(或氧化剂)流量对第一反应物(或燃料流体)流量的比例相对于第二反应物对第一反应物(或氧化剂流体对燃料流体)的化学计量比的比值即Phi的倒数。
λ分布-λ的分布或氧化剂流体对燃料流体的相对化学计量比(例如，氧气对燃料的比例相对于氧气对燃料的化学计量比的比值)。
富混合物或组分-燃料含量高于化学计量比(或氧化剂低于化学计量比)的流体(即λ＜1或Phi＞1)。
贫混合物或组分-燃料含量高于化学计量比(或氧化剂高于化学计量比)的流体(即λ＞1或Phi＜1)。
稀释剂焓变-稀释剂在两种状态之间的焓变，包括由热容、蒸发潜热和化学分解引起的一种或多种变化。
比稀释剂焓变-在两种状态之间的单位质量的稀释剂焓变。
总稀释剂焓变-所有稀释剂流体组分从各自的输入条件达到所需燃烧室平均输出温度时所发生的焓变，此焓变不包括燃料和氧化剂以及相关燃烧产物的焓变；此焓变包括热稀释剂蒸汽、热稀释剂液体、过量氧化剂流体(在贫混合物中)、过量燃料流体(在富混合物中)以及其它任何非反应组分(包括含氧化剂流体中的非氧化剂组分，如空气中的氮气、氩气和二氧化碳)的焓变。
过量热产生-超出为将燃烧产物的温度提升至所需燃烧器出口的高能气体温度所需热量的那部分燃烧热。
燃烧冷却-热燃烧气体焓的减少，等于产生的过量热量，也等于全部热稀释剂组分的焓增加。
分布(剖面)-描述参数沿某方向(如在圆柱形或环形输送管的径向)变化的函数或分布。本文也可用于其它横向或轴向方向，或者描述沿着某方向(如圆周方向)的“图案(pattern)”。
喷射流释放截面积-当流体从孔中喷射出时的喷射流净截面积
孔流量因子-喷射流释放截面积对总喷射流释放截面积的比例
流体流量-以质量、摩尔或体积(如果指定)为基准的流体的流动量
流体流动方向-流体流动方向“上游”和“下游”通常是指在流体输送管130内的主要流动方向。即含氧化剂流体904和高能流体920的通常流动方向。
流体流量分布-沿横向、轴向或曲线方向(如果指定)的流体流量的分布
流体流量比-两流体沿横向、轴向或曲线方向(如果指定)的流量比例
流体流量比分布-两流体流量比沿横向、轴向或曲线方向(如果指定)的分布
流体流量比分布范围-沿横向、轴向或曲线方向(如果指定)的两流体最高和最低流量比范围的分布
最小孔压差Podm-足以将液体从最大的孔80喷出的、跨越孔阵列的压差。
局部孔流体压差Podp-足以将流体从某些较大的孔80而不是最小的孔喷出的、跨越孔阵列的压差。
温度-流体在某位置的热力学温度或流体平均温度
温度分布-沿着横向、轴向或曲线方向(如果指定)流体温度的分布
温度分布范围-沿着横向、轴向或曲线方向(如果指定)的流体温度分布的上下限
不确定度-根据国际定义估算的不确定度。例如参见NIST TN 1287
温度的不确定度-流体或组分温度的不确定度
流量的不确定度-流体流量的不确定度
比例的不确定度-在流体流量比例的不确定度
极限负荷比(turn down)-最小流体流量对最大流体流量的比例，或描述为流量的降低除以最大对最小流量的比例。例如，10％的最小流体流量对最大流体流量比例；90％的极限负荷比，或10∶1的极限负荷比
引言
在某些实施方案中的流体混合、燃烧或反应控制的目标和目的是：目标：干净有效的多流体放热化学反应器或燃烧器。目的：可以彻底混合和燃烧燃料、氧化剂和热稀释剂流体并做到低排放、低泵损失及寄生损耗的高效多燃料燃烧器。
优选的方法是使用一种或多种分布式直接流体接触器或其组合来制造放热反应器或燃烧器。例如在输送空气和蒸汽中的一种或两种来冷却空气、燃烧和/或高能流体时，用压缩空气来燃烧柴油或天然气中的一种或两种的燃烧器。为了达到目的，本发明的实施方案包括下面概括介绍的一个或多个步骤
通过大量沿着或围绕直接接触器流体开孔输送管或管道分布的小孔相互紧靠输送或引入燃料、氧化剂和稀释剂流体的方法来控制众多亚区内的流体输送组分
设定孔的尺寸、间隔和方向以及扩散器通道出口和入口来控制燃料、稀释剂和氧化剂流体输送在一个或多个方向的空间分布。
调整稀释剂液滴相对于燃料液滴的相对尺寸、频率、温度和压差，以及空气通道来调整相对蒸发速率，从而达到所需蒸发并改善燃烧和气体温度分布以及保留时间
借助众多流体喷嘴及众多燃料管和水管中的每一个来产生涡流，并任意地通过安置于分布管周围的紊流发生叶片，来创造出空间分布的紊流混合。
施加电场以促进混合和/或降低液滴尺寸
采用接近化学计量燃烧、组分和泵速传感器，以及快速泵激励来控制高能流体的组成和性质
通过反应器内众多的孔进行流体分布
本发明一些优选的实施方案涉及用于以所需空间分布输送第一和第三流体，在反应器内将第一和第三流体与第二流体混合，在反应器内使含在第一流体内的第一反应物与含在第二流体内的第二反应物反应以及用第三流体影响或控制该反应的设备和方法。如下面将要描述地，一些实施方案在反应器内进行孔道的空间设置、定向和分布来输送第一流体。类似地，一些实施方案在反应器内进行流体孔道的空间配置以输送第一流体。这些流体在众多亚区内以所需或需要的组分分布进行输送和混合。所述的第一和第二反应物在反应器内反应，同时第三反应物影响反应进行，反应产物和剩余的流体构成了高能流体。
可用于输送所述第一流体的第一流体孔分布在至少一个第一分布组件周围，该第一分布组件是沿着包括流体通道在内的曲面布置的，并位于构成流体路径的第二流体通道或输送管内。例如，该分布组件可包括带有大量小孔的开孔管。这些孔将众多含第一反应物的流体的小液滴或微型喷射流以受控制的方式送入所述第二反应物或含氧化剂流体。
类似地，可用于输送所述第三流体的第三流体孔分布在至少一个包括沿第三曲面布置的第三流体通道的第三分布组件周围。该第三分布组件类似可包括大量类似的用来输送所述第三反应物小液滴或微型喷射流的小孔。
使用者在用来使两种或更多种流体混合和/或反应的反应器输送管内优选设置了大量的区域和亚区。每个混合区通常配置为包括至少一个用于第一流体或第三流体之一结合第二流体的分布孔。所述区域优选包括至少一个用于第一流体和第三流体中每种结合第二流体的分布孔。
通过对所述流体输送管内包含众多孔和流体通道的大量区域进行设置，使用者有效地控制了所述第一、第二和第三流体的混合以及它们中至少两者之间的反应。对在所述流体输送管内其它区域中用来输送和混合至少两种流体的众多其它小孔进行的配置进一步改善了混合及对所述反应的控制。
放热反应物的混合
参见图1，使用者优选提供了众多空间分布于所述反应器内的、在一个或多个分布式直接流体接触器10周围，用来输送和混合两种或更多种反应物的孔80。这些孔改进了对那些反应物的空间输送、混合和反应的控制。这在使两种或更多种能发生放热反应(即释放出热量)的流体混合和反应时尤其重要。所述的直接流体接触器10配置了数目众多的孔，这些孔以明确的(well defined)方式与所述第二流体交叉将一种或多种流体的液滴和/或微型喷射流输送通过管壁30。
在各种实施方案中，所述第二流体通过流体输送管130输送到所述分布式直接流体接触器10的上游开口处。该第二流体通常是含有气体如压缩空气的氧化剂，但也可是任意的各种流体反应物。在各种实施方案里，流体输送管130向下游延伸经过一些或所有分布式直接流体接触器10。
这种方法通常避免了相关技术的燃料分布器系统中由放热反应物在多孔媒介特别是多孔陶瓷中或穿过多孔陶瓷混合和反应造成的热冲击问题，并能取得相当的或较好的混合。
热稀释剂流体的混合
参见图1，在各种实施方案中里，使用者优选提供了一个或多个分布式直接流体接触器10来将一种或多种含热稀释剂流体907输送入含燃料流体901、含氧化剂流体904和反应流体912或者这些流体的混合物中的一种或多种。这样的稀释剂流体优选用来限制放热(即伴随着热释放)反应流体912或加热的产物的温度。所述的稀释剂直接流体接触器14提供了数目众多的孔以明确的方式与所述第二流体交叉输送一种或多种流体的液滴和/或微型喷射流。
分布式反应器
图1说明了可用于混合第一流体901、第二流体904和第三流体907的分布式反应器系统2的一个实施方案。所述第一流体由第一流体输送系统360输送到第一流体集管242的入口。所述第二流体由第二流体输送系统400输送到流体输送管130的入口134。所述第三流体由第三流体输送系统361输送到第三流体集管244的入口。
流体输送是由控制系统588进行控制的，所述控制可包括使用流体物理或组成性质传感器监控输送管130的入口和出口流体参数，包括一个或多个流体压力、流体温度和流体组成。所述分布式反应器系统2包括沿着曲线路径位于流体输送管130内的用于第一流体的分布式穿孔接触器10。所述反应器系统2还包括也位于流体输送管130内沿着另一个曲线路径的用于第三流体的分布式穿孔接触器10。在需要时，外管支撑37可用于支撑个别的管道10。在不造成不正当应力的情况下，使用具有足够的柔性来适应差热膨胀的阵列支撑72来支撑所述分布式接触器阵列260。
由所述燃烧器的正视图2所示，通过形成透过所述管管壁30的众多孔80，可以由拉长的或管状流体输送管或管道形成输送所述第一流体的分布式流体输送组件或接触器10的一部分。所述管壁30带有确定用于第一流体901的第一流动路径3的内表面6，和被输送管30环绕的外表面7。所述第一流体路径3显示为与所述管壁30的横截面垂直。
参见图1和图3，管壁30配置有沿着或围绕接触器管10分布的大量小孔80(即孔道或开口)。如下面将要更详细地阐述的那样，使所述第一流体901沿着第一流体路径3通过管10然后通过由孔80构成的第三流动路径5流动，进入由输送管130确定的流动路径4。所述第二流体904沿着第二流动路径4流过所述输送管130，这样可以使所述第一流体901和第二流体904在所述输送管130内混合。所述第二流体路径4示意性地显示为平行于横向管10的横截面，但它可与该管成任意角度。
正如将被详细阐述的那样，在下面一些实施方案中，使用者在所述开孔管10的内部或外部之间创造出足以迫使所述第一流体901通过孔80并在第二流体内形成第一流体的微形喷雾、微型喷射流、液滴或泡沫的注射压差。在一些实施方案中，所述第二流体904流过所述孔80以带走在以所需注射压差注入该第二流体904的第一流体901的微形喷雾、微型喷射流、液滴或泡沫。
应该理解，虽然在字典中“管”限定为“有圆柱形壁的组件”，申请者并不想让分布组件具有如此有限的限定。申请者本文改用“管”来指在其内表面形成的通道确立了用来输送第一流体的第一流体路径的分布组件。它可具有下面描述的各种截面形状。所述的分布式组件带有的孔通常为圆的，但也可为拉长的、圆锥的、狭缝形式的、或具有一种或多种形状的孔。
所述第一流体通常为含燃料流体如天然气或柴油燃料，而所述第二流体通常为含氧化剂流体如空气或富氧空气。然而，应该理解所述第一和第二流体可是指任何含两种或更多种反应组分的两种流体。所述第三流体通常为含稀释剂流体(如水或蒸汽)，其可以影响第一反应物和第二反应物之间的反应，以及所产生的高能流体的性质。类似地，所述第三流体指用于影响反应的任何含稀释剂流体，可包括所述反应产物之一如水或二氧化碳、或废气、或所述反应物之一如空气或氮气、或惰性气体如氩气。
多区燃烧器
参见图2，所述反应器系统2可还配有在所述输送管130内包括多个区域的反应器或燃烧器56。这可包括混合区域或混合区422及用来反应或燃烧燃料和氧化剂的燃烧室424，所述混合区422用来输送和混合第一流体或含燃料流体901、第二流体或含氧化剂流体904以及第三流体或含稀释剂流体907。
所述燃烧器56优选包括燃料和稀释剂输送混合区422，其包含配置成用来输送含稀释剂流体的众多稀释剂孔，及用来输送含燃料流体的众多燃料孔。这些流体输送孔设置在一个或多个分布式接触器10周围。所述混合区配置成用来在所述燃烧器内数目众多的亚区中将所述含燃料流体901和含稀释剂流体907其中一者或两者与含氧化剂流体907混合。
所述混合区422可包括配置于一个或多个直接接触器管阵列260中的多个分布式接触器10。这些管阵列可位于多个位置，如接近所述扩散器出口的上游和更远的下游。它们可配置来输送含汽化稀释剂流体如蒸汽和含液体稀释剂流体如水其中的一种或两种。
类似，一个或多个接触器阵列260可配置成用来在所述混合区域422内输送和混合一部分含气态燃料流体如天然气和一部分含液态燃料流体如柴油这两者中的一种或两种。该流体输送和混合区域优选配置为当提供这些流体时能够将液体燃料或稀释剂流体中一种或两种蒸发到所需程度。
所述燃烧器56通常配置为包含位于所述输送和混合区域422下游的燃烧室424。点火器100通常配置为接近所述燃烧室的上游末端。所述燃烧器56可包含位于所述燃烧室424下游及所述反应器出口136上游的平衡室426。所述燃烧器56还可在所述燃烧室424下游部分或所述平衡区426上游部分包括稀释剂输送接触器10。其通常配置为输送液体稀释剂。可对所述燃烧器56的较热器壁60进行冷却以耐受燃烧室424和平衡区426内的高温。管翅片衬管61可被用于装衬(line)并冷却这些热工段。
在加压反应器配置如动力系统中的燃烧器中，所述反应器系统2包括用于将含氧化剂流体904经入口134输送到燃烧器56的氧化剂输送系统400。所述燃烧器的上游部分可配置成扩散器区420来降低输入的含氧化剂流体的速度。所述扩散器420优选配置为包括许多第二流体通道，从而在所述流体输送管130内获得所需的第二流体流量分布的速度分布。这些通道可配置成在上游扩散器区域带有多个扩散器叶片421的扩散器420，以将压缩空气或富氧空气输送到所述混合区422。
分布式流体反应器
参见图1，本文描述的所述分布式流体反应器系统以特定的方式使用众多空间分布的孔有效地混合两种或更多种结合一种或多种稀释剂流体的反应流体。在本发明的一些实施方案中，使用者优选使用一种或多种分布式直接流体接触器10来将含第一反应物流体分布入互补的含第二反应物流体。例如向压缩空气中配送燃料。使用者可沿所述流体输送管130轴周围上游和下游将两种或更多种燃料管和稀释剂管大致互相平行排列。
有关图3，所述接触器10可包括横向孔82和角向孔86。上游和/或下游管可用一层绝热或隔热涂层34保护起来。这些管可用防侵蚀涂层35进一步保护起来，特别是在所述上游侧。这些管优选容纳一股或多股稀释剂流来控制通常经过中心燃料输送管输送的燃料的温度。它们也可使用保护性热翅片40。这些翅片可用来将中间的一条或两条燃料管与从所述燃料管周围流过的含热氧化剂流体隔离。所述热翅片40可做出凹槽以适应差热膨胀。根据需要这些翅片可沿着其它轴做出凹槽。
这些方法在图4中被进一步例证，其中在反应器的带有输送管壁132的环形管146内的方位角阵列周围配置了多个分布在方位角管10周围的多方位角孔阵列。所述的众多孔将含第一反应物流体的众多微型喷雾、微型喷射流或液滴以可控方式送入含第二反应物或氧化剂流体。这个方法在含第二反应物流体内造成可控的第一反应物分布。这在整个反应器内实现了充分控制的第一反应物对第二反应物比的空间分布。即更受控制的空间分布。
多种流体可通过这些孔和接触器进行分布。例如，如图7中孔和接触器的展开透视图所示，相对于从入口134到出口136的横向流体流F5，流体F1、F2、F3和F4可以通过分布于接触器管10周围的孔80进行分布。如图所示，孔的配置对每一流体可以不同，包括单位截面积内孔数目的空间密度、和/或孔方向。
众多的混合区域
在各实施方案中，使用者采用这些方法并且可进一步设置所述管到管的间隙G，并调控一种或多种流体输送压差。参照图5的展开图，沿燃烧器轴观察，这些方法产生了从所述接触器管10的孔80喷出的众多第一反应物流体901的小均匀微喷射流或液滴。
这些微型喷射流进而分裂第一反应物流体的漩流或液滴，其空间和尺寸分布相当窄。在这类配置中，在两分布式管10之间的间隙G、孔80的尺寸以及跨越孔80的压差优选调整到形成能穿入两管间隙的微型喷射流的程度。
在一些配置中，使用者优选设置了跨越两相邻管间的间隙G的喷射流穿透间距。例如，优选距离为所述管到管间隙G的90％，其范围为所述管到管间隙G的5％至200％。在其它配置中，让所述微型喷射流在相邻管上撞击和飞溅来增加液滴的形成。
参见图5，这些流体喷射流在所述反应器中的区域970内与含第二反应物流体904交错分布。这些区域970通常约为沿所述分布管的孔横向间距h，及与所述含氧化剂流体904成横向关系的方向上的分布管和管间隙。这些区域的典型截面积大约等于h*G。例如约1毫米×10毫米或10平方毫米或更小。相比之下，所述燃烧器输送管130可具有约100毫米的半径，净截面积约为30,000平方毫米。在这个例子中，使用者在输送管截面设置了大约3000个区域。使用者在每个区域优选设置流体的输送和流体组分的混合。他们还控制了流向分布器10的流体流量。
这个方法通过配置和控制流体流量，可对在输送管截面内的大约100个区域提供控制。使用者优选控制约330个区域，或更优选1000个或更多区域。
点燃混合物
进一步参见图4，火焰稳定器100优选配置在所述燃烧器阵列的上游末端。还可提供点火器124。使用者可提供桥连接触器19来输送更多跨过其它接触器配置的燃料。它们可包括用来输送含稀释剂流体的第二桥连接触器19。这些和可燃混合物构成了桥连区域972，从而改善了在燃烧器内从燃料富集区越过燃料贫乏区到达其它燃料富集区域的燃烧转移。
所述流体由集管240向所述接触器10进行供应。流体流量由阀370进行控制。分开的清洗气流可通过相连的集管经放气阀232提供。
热稀释剂直接流体接触器
在燃烧和其它大量放热的反应中，加入稀释剂流体是为了降低火焰和燃烧气体的温度，特别是为了保护燃烧器组件并限制或减少氮氧化物(NOx)的生成。然而，加入过量空气或其它压缩气态热稀释剂的常规方法会造成较高的压缩功率以及抽吸和寄生功率的损失。在能量转换系统如燃气轮机中，用于压缩氧化剂流体的功率消耗了膨胀机产生的总功率的主要部分。
在一些实施方案中，使用者优选使用了所述分布式直接流体接触器系统2来将热稀释剂流体分布到氧化剂流体或燃料流体和氧化剂流体混合物中。(例如，见图1)。使用者优选使用这些分布式直接流体接触器方法来将液态和/或气态热稀释剂均匀地分布到氧化剂流体中。例如，水或蒸汽进入压缩空气。如借助燃料分布式接触器，所述分布式稀释剂接触器提供了更可控的或更均匀的贯穿整个燃烧器或反应器流体输送管的稀释剂/燃料比。
管和孔配置
使用者在分布通道或管周围配置孔的方法包括由Hagen等在题目为“混合流体的方法和装置(Method and Apparatus for Mixing Fluid)”的于2003年10月15日提交的第10/686,191号美国专利申请中教导的方法，以下把该方法称为“191专利申请”。一些实施方案描述如下。
孔阵列配置
在一些实施方案中，使用者优选使用直径为“d”孔心间距大约为“h”的基本为六角形的孔阵列80。使用者优选使用了至少三倍于所述孔直径的孔心间距“3×d”。这样所述开孔管表面积对孔面积的比值为大约31.5*h2/p*d2或约9.92。类似地，可也用笛卡尔阵列，其中所述开孔管表面积对孔面积的比值为大约为4*h2/p*d2或约11.5。
所述孔80的尺寸优选为能使液体燃料形成小液滴或微型喷射流。如本文所述，通过在开孔分布管10内使用大量孔80，使用者优选提供了所需的孔80累计截面积对氧化剂流体的净截面积的比值。例如，在管10、11、12或13的任一侧可使用带有孔直径为2μm、六角边间距至少为6μm的孔80阵列的开孔板。宽度为大约3.5毫米的阵列，对每厘米长的直开孔管每列孔80具有约0.000,105平方厘米的孔面积。
如本文所述，使用者可提供辅助方法来减小液滴尺寸。借助这些措施，使用者可对气态和液态燃料使用共用的孔尺寸。对于处于低输送压力和低密度的气态燃料流体，气态燃料孔的优选累积截面积优选大于液态燃料。众多的孔80提供了部分面积来输送气态燃料。而为了输送液体燃料，小的孔80满足小的液滴尺寸并降低液态燃料的输送压力。
管到管间隙
在一些阵列配置中，使用者优选相对于所述净孔面积调整两管间的面积来取得所需或需要的净比孔面积或两管间单位净截面流程间距的孔面积。这与对应的压差一起调整，从而得到所需氧化剂/燃料比。例如，使用者调整所述管到管间距H、孔的数目和/或孔尺寸、第一流体或第三流体通过孔的压差，以及第二流体或含氧化剂流体通过管道的压降。在某些实施方案中，根据需要使用者优选调整这些参数以使氧化剂对燃料比例λ的范围为化学计量比的100％到120％。在其它配置中，根据需要，使用者通常将氧化剂对燃料的比例λ的范围调整至化学计量比的25％到700％。
例如，在一些配置中，使用者将两分布管之间的流程间隙G设为大约7mm。他们可将每管周围的这些开孔分布阵列的总宽度设成与管到管的间距相同。例如2×3.5mm或7mm。从一个孔80到下一个孔80的孔洞间距h可设为至少3×d。于是两管间的面积对六角形或笛卡尔阵列的总孔面积的比值分别为大约3.93％和20％，过量氧化剂假定标准空气。
在某些配置中，使用者相对于孔尺寸、空间密度、流体流量和液滴尺寸分布来改变所述管到管间隙G，从而对所需燃料/氧化剂流体压力比调整该基础比值。例如，当管到管间隙G＝7.41毫米或8毫米时，使用者得到的管到管氧化剂流动面积对燃料孔82面积的比值约为110％或120％的天然气的当量比(假设六角形阵列的孔80到孔间距h为孔直径d的三倍)。
燃料和稀释剂孔和管的相对位置
在各种实施方案中，使用者相对于所述第二流体的流动来设置所述开孔的燃料及稀释剂分布管的位置。使用者可对分布管进行设置以实现以下效果中的一种或多种：相关液体蒸发、多燃料、多稀释剂相和/或温度、所需燃料管屏蔽，预热燃料和/或保护燃料管以避免聚合、焦化和燃料累积。
参见图3，优选提供两种燃料管。例如，通过为气态燃料如天然气提供一种燃料管并为液体燃料如柴油提供另一种燃料管，此种组合可被用于多重燃料的情况。类似地可为一管提供高挥发性燃料如柴油而为另一管提供低挥发性燃料如船用C级锅炉燃料油。所述气态燃料管可置于热流量较大的一侧来帮助防止所述液体燃料管发生焦化。
这种管设置可配置成用来在整个流体输送管130中提供与指定一致的混合。此种配置安装方便且价格低廉。例如，其可配置成用来在整个输送管提供相当均匀的稀释剂/燃料比。
在一些配置中，使用者将所述燃料流体分布管定向为与所述稀释剂流体分布管成若干角度。通过在与所述第一分布阵列成不同角度的第二分布阵列中产生漩涡，这些朝向提供了更好的混合。在燃料流体阵列与稀释剂分布阵列互相垂直的配置中，此种涡流交错混合程度最高。使用者也可根据需要使用介于中间的朝向。
进一步参见图3，使用者优选将开孔稀释剂分布管置于一个或多个开孔燃料分布管的下游。相对于稀释剂，此种配置为所述燃料流体提供了更多的时间来在其到达所述火焰前沿之前。类似地，液体稀释剂可以被输送到接近燃料，其在燃烧开始的下游蒸发。燃料流体相对于稀释剂流体蒸发较多，相对于含有完全蒸发的稀释剂的混合物这增加了燃烧的稳定性。如果所述燃料和稀释剂被充分预混合和雾化，其也允许使用者在上游输送高于形成可燃混合物所需量的稀释剂。
进一步在下游放置稀释剂管以在所述热燃烧气和下游辐射与上游燃料分布管之间提供热屏障。使用者可通过调节所述下游稀释剂流体的温度来控制相邻流体管中温度的上升。例如，优选控制液体燃料的温度至100摄氏度以下以减小燃料聚合或焦化及堵塞燃料孔82的可性。
类似地，压缩的含氧化剂流体可压缩至导致温度高于100摄氏度的压力。因此，使用者可在一个或多个燃料管上游提供其它稀释剂管来控制燃料温度。参见例如图三，其中稀释剂管可置于燃料管的上游和/或下游。
交替的燃料和稀释剂孔和管
参见图11，在一些实施方案中，使用者将燃料和稀释剂孔置于燃料和稀释剂分布管的周围，所述燃料和稀释剂分布管将燃料喷雾或喷射流输送通过或进入流经所述流体输送管的所述第二(氧化剂)流体。这些燃料和稀释剂管可在整个所述输送管上交替配置。使用者可用一种或多种本文和’191专利申请中所述的孔配置和定向的方法以及流体控制方法来将流体配置为输送到大量区域中。例如，参见图11，燃料喷射流962和稀释剂喷射流966可从各成角度的孔86从上游注入所述含氧化剂流体904中。此种孔86可类似设置成将燃料从下游喷入氧化剂流体中。类似地，此喷射流可从横向孔85中以大约垂直于所述氧化剂流动的方向输送。在整个输送管中，直径为D的管以间距H间隔设置，以根据所需提供管间隙G以配置各流体的输送和混合。
进一步参照图11，一种或多种流体喷射流，如那些从与所述氧化剂流904垂直的孔85射出的喷射流，可设置为穿透所述间隙的主要部份进入下一分布管附近的亚区。类似地，一个或多个喷雾或喷射流，如那些从向上游成角度的孔86中射出的，可配置为穿透所述管间隙G的小部分。此种较小穿透的喷射流也可用朝向下游的成角度的孔86来构成。
通过将此种燃料喷射流至少一个和此种稀释剂喷射流中至少一个结合起来，使用者可构成包括至少一个燃料富集(稀释剂贫乏)亚区972和至少一个燃料贫乏(稀释剂富集)亚区973的区域970。在一些配置中，使用者可构成了包括亚区972和973的组合区的区域970。在至少一个区域970内，至少一个所述燃料富集区972优选配置为所述流体入口条件下形成可燃混合物。火焰稳定器优选设置为接近具有可燃混合物的区域972。
类似地，通过采用这种孔配置方法，使用者优选在区域970内形成超过两个亚区。通过使用比燃料喷射流更远地(或更近地)穿越所述间隙的稀释剂流体，使用者可形成一些燃料较贫乏(稀释剂较富集)混合物的亚区973，例如离所述管道更近的区域。类似地，可形成一些带有燃料较富集混合物的更接近于所述管到管间隙中央的亚区972。
类似地，通过配置使燃料和稀释剂喷射流都穿越各自的补充距离进入所述间隙内的区域970，所述微型喷射流可配置来提供相当均匀的燃料和稀释剂混合物。
使用者优选配置区域970来在燃料富集亚区972和燃料贫乏亚区973之间交替。例如，燃料和稀释剂孔的结合可配置成用来输送构成更靠近管10的燃料富集亚区972和更靠近中央的稀释剂富集亚区973的喷射流。
通过构成燃料富集亚区972，使用者可在总稀释剂量大于预混合可燃界限情况下(这会使点火熄灭)获得稳定的燃烧。所述稀释剂富集混合物将与位于燃烧下游的燃烧燃料逐渐混合。如果燃料、稀释剂和氧化剂流体均匀预混合，借助这类措施在组合的亚区972和973内的稀释剂输送可配置为提供比能构成可燃混合物的稀释剂量更多的稀释剂。
当要调整穿越所述间隙的距离时，使用者优选对喷雾或喷射流进行配置使其穿越所述间隙的主要距离和/或上游喷射以增加混合，并且/或者使液滴更有效地分裂成小液滴。当寻求高的间隙穿越量时，他们优选使用径向孔。可使用较短的喷雾，使得需较小的泵送功和较少的混合。为帮助保持管道的冷却，接近管道处的亚区可配置为带有较多的稀释剂。采用将邻近于所述燃料管的亚区973配置为燃料贫乏(稀释剂富集)可辅助配置离所述燃料管更远处的燃烧，从而减少到所述燃料管的热流。
在一些情况下，使用者可将燃料分布管设置成与稀释剂分布管平行或在其下游。这可避免或减少了燃料在下游较冷表面上的冷凝。
燃料和稀释剂管组
参见图12，在另一实施方案中通过使用分别配置于两个或多个成上下游关系的燃料管11和稀释剂管14周围的、包括径向孔85或成角度孔86其中一种或两种的燃料和稀释剂孔的结合，可获得类似的燃料富集(稀释剂贫乏)区域972和燃料贫乏(稀释剂富集)区域973的效果或更均匀的燃料与稀释剂的混合物。随后如本文所述，管组贯穿整个所述输送管配置为径向或圆周配置。
在图12所示的实施方案中，在燃料管11上的成角度孔86配置有朝向上游的喷射流，其可部分穿越所述管到管间隙G。在这个实施方案中，孔86显示为已定向的，因而燃料喷射流从每侧穿越了大约三分之二间隙距离。使用此实施方案，所述燃料在越过间隙G大约三分之一和三分之二的两处972形成了燃料富集混合物。
在所示的配置中，在所述稀释剂管中的孔可以类似于“191专利申请”中的图26和27中所示的方法进行配置。在这个实施方案中，一套稀释剂孔经配置使从稀释剂管14中喷出的稀释剂喷射流966穿过所述间隙G的大部分距离，从而在下一管14附近形成燃料较贫乏亚区973。其它的孔经配置可使所述稀释剂喷射流穿透至所述间隙G的中央周围，或更优选进入两管间间距的四分之三处。
在提供所需燃料较富集亚区972和燃料较贫乏亚区973同时，燃料和稀释剂的喷射流优选相互叠盖以协助燃料与稀释剂的混合。
由此通过配置孔和控制所述流体压力，使用者可调控对应燃料和稀释剂喷射流的射程和朝向，并形成一个、两个或更多个穿越所述间隙的燃料较富集亚区972。类似地，可以形成至少一个或优选两个或更多个越过所述间隙的燃料较贫乏亚区973。
在所述对应燃料较富集亚区和稀释剂较富集亚区中的相对可燃烧率可由所述燃料和稀释剂的相对流量以及与位于这些管道上游的含氧化剂流体一起混入的稀释剂的量来调节。燃料较富集亚区972优选配置为形成可燃混合物，而稀释剂较富集亚区则优选含有更高浓度的稀释剂，其快速地与所述燃烧或高能流体混合。这个方法提供了相当稳定的火焰，快速冷却该火焰来减少NOx的形成同时有效地混合在氧化剂中以实现燃料和一氧化碳燃烧程度高。
类似地，使用者可采用那些类似于“191专利申请的图28和29中的形成孔和喷射流的方法来设置区域970，其中所述喷射流穿透了所述间隙距离的一部分。
混合亚区的配置
参见图13，通过调整燃料喷射流和稀释剂喷射流，流体区970可设置在燃料较富集亚区972和燃料较贫乏亚区973内。例如采用两个、四个或六个燃料和稀释剂喷射流或其它的组合。如上所述，燃料富集亚区972可与互补的燃料贫乏(稀释剂较富集)亚区973一起配置或散布于更大的区域970内。
不同的区域970可沿分布管进行设置。这些区域优选配置成亚区组，从而在沿着所述管轴的方向使燃料较富集亚区972通常邻接于燃料较贫乏亚区973。这可以在旁边散布着稀释剂富集区(其可快速混入燃烧)的燃料较富集区域开始燃烧时提供有效的燃烧混合。在通过使用燃料较富集亚区972来增加燃烧稳定性的同时，这帮助燃料和稀释剂在所述燃烧区域内达到更好的混合。
参见图13左边，例如，使用者可在所述间隙中间和接近所述管道部位配置至少一个带有燃料较贫乏亚区973的区域970。这些可配置为燃料较富集亚区972散布在穿越所述间隙距离的大约三分之一和三分之二处(如图12所示)。
相应地，使用者可对对应燃料和稀释剂管上的孔进行设置以形成至少另一个带有燃料富集亚区972和燃料贫乏亚区973互补位置的区域970(如图13右边的下一区域970所示)。如图13中管11和管14周围示意性显示地，这些配置可使用径向孔85和角向孔86的互补配置。即，第二个区域970在所述间隙间距的大约三分之一和三分之二处具有燃料贫乏亚区972，并在间隙中央和接近所述管处具有燃料富集亚区973。
类似地，使用者可根据“191专利申请”中教导的方法设置浓度更不对称的燃料富集亚区和稀释剂富集亚区。用本文所述的方法，这些方法可用来提供贯穿所述管间距及沿所述管的温度梯度。
接合缠绕(joint wound)的燃料和稀释剂分布管
参见图53，使用者可在公共开孔分布管16内提供含有孔80的燃料流体和稀释剂流体通道。例如形成圆柱形阵列265。使用者可类似地将燃料流体管和稀释剂分布管缠绕在一起或形成等价的多通道分布管。在一些配置中，所述燃料流体和稀释剂管可背靠背缠绕(wind)在一起，且每对管间的间距为G。在其它配置中，所述燃料流体和稀释剂管可以互为上游/下游(反之亦然)的方式缠绕在一起，每对管间的间距为G。
曲线分布管
使用者通常以平行的弧、圆、螺旋或类似的曲线形式来设置燃料流体和稀释剂分布管。这为所述圆形输送管144、矩形输送管145、环形输送管146和环形或其它曲线形流体输送管130的截面填充提供了便利的方法。在这类配置中，如本文所述使用者优选将燃料流体和稀释剂管定向为在平行阵列中互为上游或下游关系。这些曲线形管优选连接到一个或多个径向集管240。
可选择地，使用者可以连续螺旋或类似的空间填充阵列方式来设置分布管。使用者优选将每个所述燃料流体和稀释剂分布接触器阵列设置成“角”状配置262，并使其互为上游/下游关系。(例如，见图28)。在其它配置中，使用者将燃料流体和稀释剂管定向为互相平行并相邻。
平行线性孔分布通道或接触器管阵列
在一些配置中，使用者将燃料流体和稀释剂通道的平行阵列260配置为带有分布孔或接触器管。可将其安排在交替的平行阵列中，优选配置使其互相成上游或下游关系。此种配置优选用于矩形流体输送管145中。
成角度的分布管阵列
在其它配置中，使用者将燃料流体和稀释剂接触器管设置成互相成角度。例如，液体燃料管与水分布管成直角并且位于其上游(或下游)。此种垂直阵列在与第一阵列成横向关系的第二阵列中引起漩涡。这比平行阵列的下游混合有所改进。
窄热稀释流体间隙
当将气态燃料与氧化剂燃料进行预混合的时候，从所述燃烧区返回到所述预混合区的回火(flashback)通常很危险。位于所述燃料直接接触器13和稀释剂直接接触器14之间的区域可以作为形成燃料和稀释剂的可燃混合物的预混合区。使用者可将所述稀释剂流体管间的狭窄间隙G作为防止燃烧区的回火进入到预混合区的屏障。这可以很大程度上减少爆炸的危险和对所述燃烧器的损坏。
因此，对可发生爆炸的燃料-氧化剂混合物，使用者可将位于两相邻开孔稀释剂流体管14之间以及所述燃料流体输送管13下游的氧化剂流体间隙G设置成小于对形成的燃料-氧化剂流体混合物的最大实验安全间隙(MESG)。例如，在配置用于甲烷-空气燃烧的燃烧器时，使用者优选将位于两相邻开孔稀释剂输送管14之间以及甲烷-空气预混合下游的氧化剂间隙G设置成小于能接受的甲烷-空气的MESG。(即，根据边界条件各报道中该值为约1.12毫米)。
使用者可相应地将位于两稀释剂分布接触器14和所述氧化剂流体输送管壁132之间的间隙设置成小于这个MESG值。这为所述直接接触器提供了火焰传播或爆炸保护的优点，在相关技术中这些优点是由单独的组件来提供的。在其它实施方案中，根据所使用的燃料和氧化剂流体混合物的种类，所述管到管间隙G调整到小于相应的MESG。
在接触器管配备边缘热容的部位，使用者可用导热带进一步加固所述稀释剂输送管14的上游和下游部分，并将所述导热带之间的间隙设置为小于各自的MESG。为了进一步确保这个回火屏障的有效性，使用者在将燃料和氧化剂输送和混合之前还需要稀释剂。
快速更换配件
在一些配置中，使用者在所述燃烧器的上游末端优选提供了内部快速更换配件57，以方便除去和安装所述火焰稳定器100和点火器124中的一个或两个。使用者在所述燃烧器56的上游末端优选提供了可容易地联接和移出的外部快速更换配件58，其具有足够大的开口以方便快速去除和更换所述分布式接触器阵列260。
输送和混合燃料与氧化剂
燃料直接流体接触器
燃烧是主要的放热反应类型。参见图28，在一些实施方案中，所述分布式直接流体接触器系统2用于将流体燃料分布于氧化剂流体(含氧化剂流体)中。这些方法用于均匀地分布流体燃料，如液态或气态碳氢化合物或其它含碳和/或氢的流体燃料。优选将这些燃料流体分布于氧化剂流体中，如压缩空气、富氧空气或氧气等。
该方法可在整个氧化剂流体中以提供按所需分布的燃料流体的分布相当窄的液滴。例如在相当均匀的分布中。可选择地，直接流体接触器也可用于提供燃料流体的数目众多的均匀微喷射流，所述燃料流体贯穿燃烧器内的整个氧化剂流体流分布。这造成了微型涡流、湍流和/或漩涡，并分裂成空间和尺寸分布相当窄的燃料流体小液滴。这种分布式接触器方法避免了由燃料流体在多孔媒介中混合和燃烧造成的热冲击，同时达到相当的或更好的混合。
在一些实施方案中，使用者优选使用了本文所述的燃料分布方法来获得非常小的、基本单分散的均匀分布于所述氧化剂流体的燃料流体和稀释剂流体的液滴。可选择地，将此方法用于提供数目众多的均匀的燃料流体微型喷射流，所述燃料流体贯穿燃烧器内的氧化剂流体流分布。
所述微型喷射流造成微型漩涡，并分裂成空间和尺寸分布都相当窄的燃料流体小液滴。这种分布式接触器方法避免了由燃料流体在多孔媒介中混合和燃烧造成的热冲击，同时可达到相当的或更好的混合，并且维持了足够的氧化剂来氧化未氧化或部分氧化的燃料组分。
与相关技术中的燃料流体喷雾器或气体或燃料流体分布器相比，这些分布式接触器方法能在所述氧化剂流体中更加均匀地分布燃料流体。
通过分布式直接燃料接触器输送燃料流体
使用者优选将所述燃料流体(或反应物)经过直接流体接触器11输送或注射入所述燃烧器，并如本文所述将其与氧化剂混合起来。使用者优选预热粘稠液体燃料来减小所述燃料流体的粘度。这让使用者能够以较低压力和/或较小液滴来输送所述燃料流体。
当所述预热过的含燃料流体被至少一个所述子组件过热，则在进入低压含氧化剂流体时其将快速形成蒸汽气泡核。然后所述液滴内的气泡快速膨胀并粉碎(“爆炸”或“闪蒸(flash)”)所述液滴。类似地，使用者可输送含过热液态热稀释剂的液体燃料。夹带的过热稀释剂小液滴将快速形成气泡核并膨胀，将周围的燃料流体粉碎。对比上述常规注射器，这种预热与分布式输送相结合的方法创造了更可控的、更有效的燃料流体与氧化剂和流体稀释剂的混合。
孔尺寸与闪蒸热燃料流体
在将燃料流体过热的配置中，气泡在所述燃料流体内成核并将所述液滴粉碎(“爆炸”或“闪蒸”)为较小的液滴。因此使用者得到了比所述孔80尺寸更小的小液滴。这使得可使用比小液滴尺寸大的孔80。例如，根据所分布的流体的过热程度，一些实施方案可使用直径为大约15μm到30μm的孔80来获得直径约为4μm或更小的小液滴。
预热燃料流体而不产生焦化
使用者优选用换热器从位于所述膨胀机下游的膨胀流体中提取热量。例如用“废(spent)”流体或排放气来改善一些配置的热效率。在加热含四个碳原子链的或更长的碳氢化合物时，使用者优选将温度限制在导致明显焦化或聚合的温度范围之外(小于或大于)。如由Kirkin和David于1992年编辑的ASTM STP 1138中所描述地。因此，对于喷射燃料，使用者优选将燃料流体温度限制在约小于373K(约100℃或约212°F)或约大于573K(约300℃或约527℃F)。
所述燃料流体优选经过表面换热器进行加热以接近此限制。在一些配置中，优选将所述燃料过热到一定温度，低于该温度时加热能导致足以部分或全部堵塞所述燃料孔的聚合或焦化。即直到所述燃料流体的温度达到使至少部分所述燃料流体的蒸汽压大于作为燃料流体输送目标的燃烧器内的至少部分流体蒸汽压的温度。
使用者优选在换热器中不同于所述燃料流体的另一侧使用热流体。优选控制该热流体的温度以使所述燃料流体保持在低于导致高温热解、焦化或聚合的温度，从而避免或控制燃料流体的聚合或焦化。优选将所述热流体的温度控制在低于所述燃料流体可以耐受的最高温度加上穿过所述换热器器壁的任何温度降低。
直接热流体加热
在一些配置中，使用者通过直接接触换热器使含稀释剂流体和所述燃料流体混合。在这类配置中，优选使用一个或多个直接接触器来将热稀释剂流体与燃料流体紧密混合。通常较大体积的流体通过输送管输送，而较小体积的流体通过所述直接接触器输送。在类似的配置中，使用者用直接接触器将流体与流化的热固体颗粒混合来直接或间接加热所述燃料流体。
闪蒸过热液体和孔尺寸
使用者可将所述燃料流体和/或液态热稀释剂流体过热，使得在输送入所述燃烧器的流体中，气泡成核于释放的液滴中并将所述液滴粉碎成小得多的小液滴。例如优选使用纯燃料如不易聚合和焦化的甲醇或乙醇。这类配置中，与未过热的液体相比，在分布式接触器中提供比所需液滴尺寸大的孔尺寸，而通过气泡成核作用和液滴粉碎实现小的液滴尺寸。
分布式直接双流体接触器
在一些配置中，使用者可在直接流体接触器中设置两个通道。例如试图通过相邻的流体通道来提供稀释剂和燃料。
为减小燃料的可用性以及价格波动方面的风险，使用者优选使用一个或多个分布式直接接触器11在燃烧器内分布两种或多种燃料流体。他们可通过双通道燃料接触器11的一个或所有两个通道来提供液态或气态燃料两者之一或两者。例如分布天然气和柴油燃料两者之一或两者同时。
接合直接双燃料接触器
由于不同的流体密度、粘度、氧化剂/燃料比λ和卸料系数(dischargecoefficient)特别是注射压力的不同，在气态燃料接触器13中气态燃料所需的燃料卸放面积通常比液态燃料接触器12中所需的孔80的面积大的多。为了给所述气态燃料提供足够的面积，使用者优选调整孔80的数目和尺寸，使没有孔的横截面中的净流动面积对净燃料孔面积的比值小于所需或需要的氧化剂流体对气态燃料的体积比。
使用本文所述的设计理念，使用者可将同一分布式直接燃料接触器11用于气态和液态燃料。他们进一步提供了独立的气态燃料接触器。这种结合减少了所述气态燃料所需的接触器面积。优选将所述氧化剂对燃料的比值调整至所希望或需要的程度。例如，通常在50-800％化学计量比的λ，优选在化学计量比的100％到120％。
双分布式直接燃料接触器
在一些配置中，使用者提供两个燃料分布式直接接触器11，一个是气态燃料接触器13，另一个是液体燃料接触器12。这些接触器可采用不同尺寸的孔80。例如，较大的孔80用于气态燃料而较小的孔80用于液态燃料。所述气态燃料优选由可变阀同时输送到气态燃料接触器13和液态燃料接触器12中。与单独的气态燃料接触器13相比，这样减少了气态燃料所需的孔面积。
双分布式燃料接触器的位置
所述气态燃料接触器13可位于所述液体燃料接触器12的上游。这具有避免液态燃料涂布下游管的优点。这提高了受所述下游燃料管12和下游液态燃料喷射流影响的气态和液态燃料与氧化剂燃料的气体混合。
然而，当使用如甲醇这样易发生聚合的燃料，所述液体燃料分布管12放置在所述气态燃料分布管13上游更为有利。通过将下游管放到偏置的位置，可破碎较大的液态燃料液滴。
分布式直接双燃料接触器的孔尺寸和间距
在一些配置中，使用者为双通道流体接触器16配置了两个燃料流体通道15，一个用于液体燃料，另一个名义上(nominally)用于气态燃料。当使用液态燃料时，稀释剂流体和/或氧化剂流体可经由名义上的气态燃料通道进行输送。所述气态燃料通道可位于所述液态燃料通道的下游，以帮助将所述液态燃料与燃烧热隔离及可发生的聚合或焦化。所述管截面可制成流线型以减小拖曳阻力(drag)。
在所述分布式直接燃料接触器中，根据需要的压力比、穿越所述孔的管(tube)到输送管(duct)的相对压差、流体粘度、单位体积的比燃烧热，以及相应的体积流量需求来设置对应管道的孔80的数量和尺寸。
燃料接触器配置
输入的氧化剂流体的速度通常沿着燃烧器方向不断变化。使用者优选在设计阶段在适当位置借助分布式接触器阵列测量这一入口速度分布。然后，在一些实施方案中，通过变更燃料孔82的空间密度来解决这种设计中的流体速度分布，以达到所需或需要的贯穿所述燃料流体输送管130的氧化剂/燃料比λ。
氧化剂流体的位置、朝向和速度的变化影响流体微型喷射流的相对穿越和下游夹带。使用者优选调整分布管周围的孔80的位置、朝向和尺寸，来安置贯穿所述物流的相应微型喷射流液滴的平均渐近(asymptotic)位置。例如，使用者将上游孔的朝向调整为对流程的横向关系更明显，使所述微型喷射流约到达所述管管间隙G的中间。使分布管周围的更下游的孔朝向更接近于输送管轴，以定位贯穿所述横向流体流的小液滴渐近轨道。
在一些配置中，使用者优选将所述孔86的朝向或下游角调至更向上游或下游来增加或减少横向动量分量。这改变了流体穿越所述横流的程度。
在改进的配置中，使用者制作出较大的孔80来增加流体注射质量和动量以增加相应的穿越进入所述横向流动的流体中。
燃料压差(differential pressure)
使用者优选调整贯穿所述分布燃料流体(pi-po)的燃料设计压差554，使在最大氧化剂流体压力和流速情况下最横向的微型喷射流到达约所述管到管间隙G的中央部位。使用者优选调节最大氧化剂流体压力时的最小燃料压差，使最下游或轴向方向的微型喷射流清洗所述燃料管(在下游湍流混合以前)。
使用者优选调节横过所述孔80的所述流体压力落差以补偿所述氧化剂流体的压力和/或速度的变更。
在一些实施方案中，使用者优选提供一个或多个可变速电驱动或机械驱动器468来开动一个或多个流体泵和/或开动所述氧化剂流体压缩机407(或风机406或泵)。在某些配置中，所述氧化剂压缩机406是直接由膨胀机440或通过齿轮传动链466来驱动的。
使用者优选为一个或多个泵、压缩机/风机406，407，408，412，416或相应的旋转驱动器374提供至少一个运动传感器580来输送两种或多种燃料流体、稀释剂流体和氧化剂流体。例如高分辨率光旋转编码器582可用于燃料泵和稀释剂泵两者之一或两者，并且类似的高分辨率光旋转编码器582可用于压缩机/风机406/407。在一些实施方案中，进一步优选提供绝对压力或压差传感器554来监测穿越一个或多个压缩机407、膨胀机440和再压缩机502的压力。这些组件和传感器让使用者能够精确控制氧化剂流体输送压力对燃料流体输送压力的比值，并相应地控制氧化剂流体相对燃料流体的流量比。
多重通道复合接触器管
在一些实施方案中，使用者可用图3所示的多重管并在所述分布式接触器管内设置两个、三个或更多通道来构成一或多个多重管道复合接触器管。类似于配置用于图40和42中所示的多流体接触器的流体的方法，这些多重管道复合管220可用于输送多种流体。例如这些管道可用作燃料流体通道104和稀释剂流体通道106。
进一步参见图38，在一些实施方案中，使用者用三个邻接的流体通道来构成多通道直接接触器开孔管26。在多通道接触器管内，优选将这些多通道定向为朝上游或下游，以减小所述第二氧化剂流体中的拖拉阻力和压力降。
燃料通道104优选设置在接近所述多通道管26的中央。稀释剂流体优选通过位于所述燃料通道104上游的稀释剂通道106来输送。类似地，其它稀释剂流体通过位于所述燃料通道104下游的稀释剂通道106来进行输送。所述上游稀释剂流体管道106有益地防止了燃料流体被围绕燃料通道104流动或流过燃料通道104的热氧化剂流体过热。下游稀释剂流体管道106有益地防止了所述燃料通道104中的燃料流体被下游的燃烧热过热。
象本文详细说明的那样，使用者优选将所述燃料流体孔和/或稀释剂孔的数目、位置和朝向调整至所需或需要的程度。优选使用定向为可将流体喷射到大约垂直于所述氧化剂流体流的径向孔85。类似地，角向孔86可设置成能以某角度将流体向上游或下游射入所述氧化剂流中。孔84可设置成通常能将流体向上游或下游射入所述氧化剂流，或与氧化剂流一起喷射。
类似地，调整通道截面到上游或下游的尺寸以获得所需流线形和压力降，同时提供所需流体通道截面和强度以承受所述流体拖曳弯曲力等。优选将管壁和所述管的非圆形度调整到可承受所需喷射压力的程度。所述管壁可由隔热涂层34来防护。
使用者优选将这些多通道复合接触器管220连接到相应的多通道集管246。在改进的实施方案中，通过将管对接(butt)或连接起来构成这些相邻的通道。在一些实施方案中，使用者根据所需或需要的冷却程度来提供位于相邻燃料管上游或下游的冷却稀释剂通道。(例如水冷却剂通道)。在改进的实施方案中，使用者为燃料流体和稀释剂流体提供背对背D管或双通道管16(参见，例如图31，32和36)。
在改进的实施方案中，使用者在所述多通道接触器管220或接合管的一端闭合所述燃料通道或管，并在所述多通道接触器管220的另一端闭合所述稀释剂通道。所述燃料流体通道的开口端优选连接到燃料集管242，而所述多通道接触器管220另一端的稀释剂通道连接到稀释剂集管。在其它配置中，使用者在所述多通道接触器管220的一个或多个末端将燃料流体和稀释剂管道同时连到多通道集管246。
图39图解说明了带有曲线形和开孔接触器(“管”)壁的三通道接触器管28的实施方案。在燃料通道的上游侧和/或下游侧其中一侧或两侧同时相邻配置稀释剂通道，以防止燃料流体被热氧化剂流体和燃烧热过度加热。提供稀释剂孔来靠近所述燃料输送稀释剂，并将稀释剂喷射穿过附近的火焰前沿。
至少一个外壁可以形成一个或多个凹形或“新月”形的“尖头(cusps)”。例如，该尖端可指向上游而其它两头指向下游来构成流线型形状。这使得可在不润湿所述接触器壁的情况下更容易地输送燃料并减小焦化的趋势。
在该尖头配置中，优选在三流体通道接触器管内靠近燃料通道15的外侧下游部分与所述流体成一定角度形成燃料输送孔86。这帮助防止燃料流体沿管侧向下发生泄漏及在更靠近燃烧的下游表面以造成焦化积聚的方式被加热。
相应地，使用者在一个或多个所述稀释剂流体通道17的下游壁设置稀释剂流体孔83。这些轴向稀释剂孔84可定向为比横向接触器轴更下游，并主要朝向所述氧化剂流体流动轴，并大约与所述输送管轴成直线。轴向孔84可用于将所述稀释剂流体输送通过下游火焰前沿，其中液态稀释剂在燃烧气内部蒸发。这进一步帮助减小了接近所述三通道接触器顶端的循环涡流将燃料流体带回所述三通道接触器下游侧并在那里形成结焦的可能性。外部的下游稀释剂孔83可以一定角度超外。
使用者优选隔离所述燃料通道15来防止燃料流体受到上游热空气和下游燃烧热的加热。该隔离层可以将防热涂层34涂在所述燃料通道15上除所述孔82以外的地方形成。该防热涂层34也可覆盖在稀释剂流体通道17上除所述稀释剂孔83以外的表面。该防热涂层34可覆盖在接收来自燃烧及有时来自再循环热气的辐射的下游表面(facing surface)。
在一些实施方案中，使用者优选将防热涂层34涂在所述管10上，然后用激光钻透过防热涂层34和下面的管壁30到达所述流体通道15，17形成孔32。当需要窄孔82时，优选用两步法钻出透过防热涂层(TBC)和部分壁的较大直径的孔，从而薄壁部分32。使用者用激光钻出透过变薄壁部分32的最终的细孔。在其它方法中，使用者用抗蚀涂层来形成和保护孔，围绕管涂布TBC后再移除该抗蚀涂层。
使用者使用此种防热涂层来进行保护特别是在高压缩比时，此时输入的氧化剂流体(例如压缩空气)通过压缩被加热到高于所述燃料流体焦化或聚合的温度。也可优选在暴露于燃烧辐射和热循环气的流体通道特别是燃料管使用此种防热涂层。
使用者优选调节冷却剂流量和温度使所述燃料流体低于一定温度范围，在该温度范围种易发生焦化和聚合的燃料流体会产生明显焦化和聚合。即通常对含四个碳或更多碳链的碳氢化合物的燃料流体。(例如，对喷射燃料来说小于约373K或100℃或212℃F，或高于约573K或300℃或527°F)。这些方法帮助防止所述孔80和三通道接触器表面被焦化物或燃料聚合物堵塞。使用者优选将所述燃料流体维持到低于这些温度直到输送通过所述孔。
这种“尖形”配置可通过先将薄带在薄带轴周围形成较大凸弧和较小凹弧，然后将两弧朝对方折叠并接合相对的孤尖端来装备，以形成燃料分布通道15。优选将第二个薄带形成为上游的较大的凹弧，其下游朝向用结合物39结合到靠近所述燃料通道15尖端的两弧尖端来形成上游稀释剂流体通道17。优选将第三个薄带形成为下游的较小凹面，其下游面向弧并用结合物39结合到所述燃料通道15下游侧靠近其尖端来形成下游稀释剂流体通道17。
在一些实施方案中，流线型三通道接触器(见图38，39)的三个通道可通过挤塑、或用类似形状的铸模固化熔化物或其它类似方法制成。在其它配置中，通过类似于形成图36、37和38中所示的形状的方法将薄带折叠成需要的形状来制作这些接触器。在进一步改进的配置中，使用者用如图39中的成弧和接合法来制作这些配置。
氧化剂流体系统
在一些实施方案中，所述含第二反应物流体(例如，含氧化剂流体或氧化剂流体)优选通过输送管130输送到所述分布式接触器10。在其它配置中，所述氧化剂经分布式接触器10夹带入输送管130，其从所述分布式接触器下游延伸。例如将分布式接触器放置于烟囱基部对面。
参见图28，在一些实施方案中，使用者优选用压力容器172包围着输送管130和分布式接触器10。配置压力容器使之在大大高于常压的情况下保持流体输送和反应所需的压力落差和所需的或需要贯穿输送管130的压力落差。使用者优选通过一个或多个压力容器馈通(feed-through)176或透过所述压力容器172壁的等价通道来将所述含燃料和/或热稀释剂流体经由压力容器送入所述燃烧器。
在一些实施方案中，在温度高于燃料聚合或焦化温度时使用者优选冷却所述压缩过的氧化剂流体(例如热压缩空气)，特别是在高压缩比时。使用者优选使用位于低压压缩机408和高压压缩机412，416之间的表面换热器中间冷却器410，414用冷稀释剂流体来冷却所述热第二流体。然后被加热的稀释剂用本文所述的方法送入所述燃烧器。
在一些实施方案中，使用者经由稀释剂接触器14或喷嘴将稀释剂流体送入一个或多个压缩机407，408，412和/或416。在进一步改进的配置中，使用者用分布式直接接触器的预冷器404来将流体夹带入所述风机/压缩机入口409来冷却所述压缩气体。在这类配置中，使用者优选采用本文所述的流线型稀释剂流体接触器14来构成所述直接接触器的预冷器404。
这些冷却方法将压缩能降到低于绝热压缩所需的能量，并接近于等温压缩(即，提供“准等温”压缩)。
根据需要或希望，在一些实施方案中为进一步减少焦化或聚合问题，所述热压缩过的氧化剂流体被后冷却器417进一步冷却。优选将所述加热的稀释剂向下游送入所述燃烧器。
扩散器
在相关技术中使用扩散器来减小离开所述氧化剂输送系统(如压缩机)的高流体速度。然而，相关技术没能有效发挥扩散器的能力来控制沿横向估算的氧化剂流体轴向流量的横向分布。参照图14，多通道扩散器420优选配有用于接受压缩过的含氧化剂流体的入口134和输出所述较低速流体的出口136。扩散器带有能更有效地减小速度的多个叶片421。集管240用于将流体如稀释剂输送到靠近所述出口的扩散器。扩散器叶片支撑429用来相对于扩散器输送管壁132支撑所述扩散器叶片。副(secondary)集管254可进一步将流体分布于所述接触器管。所述接触器分布器和扩散器叶片的具体情况见图15，16，18和19的展开图。
如本文所述，在一些实施方案中，使用者优选采用带有众多分流翼片421的多通道扩散器420来减小燃烧器内氧化剂流轴向速度的空间或横向分布的空间变化性。这些方法进而使得可提高耐受的平均流体流速而不达到爆裂条件。
通过优选将大部分过量气态热稀释剂(如压缩空气)替换成可蒸发热稀释剂，可大幅度减小所述压缩机407的尺寸。(例如比贫燃烧小约65％)。采用这种降低氧化剂流体流量的配置，使用者优选将所述扩散器420置于所述压缩机407和燃烧器56之间，以适应这种氧化剂流体流量的明显变化。此种较小的流量使扩散器泵损失相应减小。
参见图14，优选将大量扩散器分流翼片421用于控制氧化剂流体的膨胀。例如，使用者可提供至少四个扩散器分流翼片421，优选为六个或更多个分流翼片，更优选为七到十七个分流翼片。这些叶片提供至少五个流体通道，优选为七个或更多通道，更优选为八到十八个通道。与通常使用零到三个分流翼片的常规技术相比，这显著改进了速度分布。
进一步参照图14，优选对分流翼片421的轴向长度进行调整，以使得可接近入口形成有限叶片厚度和边界。从而所述扩散器入口先被一个叶片分割。下游某位置，所得的两个流动通道可进一步被两或多个分流翼片分割。然后所述四个扩散器空气通道优选进一步被另外四个分流翼片分割形成八个扩散器流体通道。
当需要更均匀的流量分布时，可以进一步将其分流形成十六个通道。类似地所述扩散器入口可先被两个分流翼片分割，随后依次被三个及六个叶片即总共十一个分流翼片分割形成十二个通道。
参照图14，使用者优选调整两个相邻分流翼片421间的叶片到叶片角beta(β)和相应的扩散器轴向长度，以降低泵送功的净现成本、投资和维修费用。优选解决了随叶片表面积增加的表面摩擦、随叶片到叶片角β的减小而降低的扩散器或湍流损失、随叶片数目和其表面积增加的投资，由于叶片在操作过程中结垢而随时间和叶片数目增加的泵送功成本和清洁费用。
使用者优选接近最小泵送功区域选择叶片到叶片的角β。优选将叶片到叶片的角β配置为稍高于最小泵送功时的角度，以解决额外叶片引起的更高的投资和维修费用。相应地，优选将叶片到叶片的角β调整到低于在最小投资时的角度。
优选调整所述角度，以降低为弥补由扩散器膨胀湍流损失和表面摩擦损失引起的流体泵送费用而增加的叶片数目的投资的净现值。例如，通常将所包括的分离器叶片到叶片角调整约4-16度，优选6-13度，最优选为8-10度。
使用者优选评估与所述扩散器入口的输入成横向关系的质量流量分布的变化。例如，参照图22，流出轴向压缩机的压缩空气的速度和质量流量在径向具有剧烈变化的横向速度分布。这类似于在接近轮轴(hub)和外壁速度较低而在接近中央达到速度峰值的反演斜抛物线(invertedskewed parabola)，但超过半程在外(half way out)。随着向心流体的加速，相应的半径方向的横向压力分布朝外增加。接近壁和中枢的冷却也在径向造成了类似的边缘比中央附近低的横向温度分布。
使用者可结合这些压力和温度的横向分布来计算给定轴向位置如出口的径向流体密度分布。(或者使用平均值和各自的分布)。可将该横向密度分布与横向速度分布结合，以得到半径方向的横向质量流量分布。然后可选取并综合该径向质量流量分布来获得从轮轴到外壁的累积横向质量流量分布。
参见图14，使用者优选配置扩散器流体通道的出口对入口的横向分布，以接近所需氧化剂流体流量空间分布。例如，在环形燃烧器中的横向或径向质量流量分布。
进一步参见图14，例如，使用者通常希望在与所述燃烧器轴成横向的方向设置相当均匀的单位面积质量流量。为便于直接接触器和孔分布的设计，使用者优选设置了所述分流翼片的出口来在与所述流动的横向方向获得相当均匀的间隔。例如在环形燃烧器中相当均匀的径向间隔。
优选相对于所述叶片出口的间距和面积调整各叶片与叶片的间距及间隔位于各扩散器分流翼片上游末端的分流翼片421的面积，从而接收适当的流体流量以在所述叶片出口输送大致均匀的单位面积质量流量。例如，选取累积横向质量流量分布并将其分成约均等的质量流量增量。从这些质量流量的分区，获得了径向间隔和位置，借助这些来定位各分流翼片421的入口末端。
使用者进一步想要控制流出所述燃烧器的质量流量的空间分布和速度分布。例如对涡轮机入口流量。通常使用者想要相当均匀的质量流量分布和速度分布。然而，所述分流翼片出口和下游应用设备入口之间的燃烧器壁造成拖曳阻力，这形成了边界层并显著降低了沿所述器壁的流速。
为补偿这种拖曳，在一些配置中相对于更接近于输送管中央的入口叶片到叶片间距，增加了邻近于所述扩散器内壁和外壁的叶片到叶片入口间距。这相对于所述环形燃烧器室中央增加了器壁周围的速度。然而，在到达所述燃烧器出口前，这种速度的增加被器壁减灭，留下比别的方式获得的更均匀的燃烧器内速度分布。
参照图22，所述多通道扩散器引起了穿越所述扩散器出口的速度分布的变化，其最大值对应于所述扩散器通道的中央而最小值对应于所述分流翼片421的末端。这些“上游”速度的变化基本上小于不带所述扩散器分流翼片421的单一扩散器的扩散器速度分布。
为进一步平滑速度分布，使用者优选在所述扩散器叶片和燃烧区之间提供了混合区域，在其中速度波动可以平复下来的。气体中的湍流导致速度随距离以指数形式衰减。使用者可选择所述分流翼片421和下游燃料和稀释剂分布接触器管之间的距离来达到所需横向速度分布的衰减程度。如图22中“下游多通道扩散器”曲线所示，这种具有固定距离的多扩散器叶片结合提供了比“上游”速度分布更小的波动，和比流出不带叶片的扩散器的常规流动均匀得多的流体速度。
通过此种方法，使用者优选调整流出所述燃烧器的高能流体流量速率的一种或多种空间分布。这提供了非常接近于应用设备设计者所需的一种或多种横向分布的流量分布。例如涡轮机入口模式因子和模式分布。例如，相比相关技术，这些配置能在所述燃烧器输送管的径向提供均匀得多的压力和速度分布。这些因子大大改善了由下游膨胀机比如涡轮机进行功提取的机械效率。
在一些配置中，使用者可在圆周方向配置横向流体分布。通常希望得到均匀的圆周流体分布。不过这可以根据特殊应用的需要进行调整。
流量和组分分布
在一些配置中，使用者优选对一个或多个直接接触器中的孔进行设置，从而以相关的一种或多种流体流量的所需输送分布来输送流体。通过这些设置来提供一种或多种所需组分分布或温度分布。更优选，使用者配置两个或更多个燃料流体输送管来提供多燃料处理能力。例如见图3所示。用此种实施方案，配置所述孔直径、朝向和间距以及所述管到管间距来对每种燃料提供所需的一个或多个方向的燃料输送空间分布，并提供所需所述氧化剂/燃料比的空间分布。
稀释剂输送进入氧化剂流体
在一些反应器系统中，用下游高能流体流来加热液态稀释剂较仅使稀释剂蒸发(例如使水沸腾)能回收更多的热。因此在一些配置中，使用者优选向所述含氧化剂流体中提供加热的液体稀释剂和饱和或过热的稀释剂蒸汽其中之一或两者同时来得到稀释的氧化剂流体。例如，将热水和蒸汽一同输送与压缩空气混合。通过优选将分布式稀释剂输送与多通道扩散器结合，使用者获得大量区域，在该区域种可以高度可控的方式将含稀释剂流体与含氧化剂流体混合。这些可配置成用来获得所需含稀释剂流体和含氧化剂流体的空间分布。
使用者经常想要输送汽化的液体并优选过热蒸汽作为稀释剂。例如，汽化的水或优选过热蒸汽可作为稀释剂流体，比如那些从位于膨胀机下游的膨胀流体中获取热的热回收蒸汽发生器所生产的。参照图14，使用者优选经接触器管10阵列将稀释剂蒸汽引入到扩散器出口附近。该配置有益地增加了可供液态稀释剂及液态燃料气化的热量，并延长了可供所述稀释剂和氧化剂进行预混合的时间。还优选在所述扩散器上游周围分布和混合相当大部分的所需稀释剂。这为液体稀释剂与所述氧化剂流体的气化和混合提供了更多时间。在回火或控制回火经过下游组分的约束条件下，一些燃料也可配置于所述扩散器出口附近。
参照图15，使用者优选经由位于接近所述扩散器下游末端的直接接触器来输送这些加热的稀释剂流体和蒸汽流。他们优选提供了位于该稀释剂输送区下游的气化和混合区域。该区域的大小可配置为具有足够的保留时间，这样在到达燃料输送工段之前可使所需的液体稀释剂部分蒸发并与所述氧化剂流体混合。液体稀释剂优选经由位于过热稀释剂孔80下游的开孔分布管10周围的横向孔80进行输送，由类似的开孔分布管10输送以改善所述稀释剂蒸汽和所述含氧化剂流体的混合。
在图15中，接触器管10显示为在靠近所述扩散器的下游末端的扩散器叶片中。例如，使用者将饱和或过热蒸汽907经由所述扩散器下游的分布式接触器送到热水分布式接触器再到混合/蒸发区域。参见图18，这些分布管10可也与所述扩散器分流翼片421的下游端对齐。本文中，该叶片的横向宽度可设置成与所述扩散器管的直径相同，且端部(butt)连到该管上。所述孔80优选定向为垂直所述横向氧化剂流体流动。
参见图16，在其它配置中使用者优选将稀释剂接触器管10设置成大约垂直于扩散器出口附近的扩散器叶片。本文的接触器管10也为所述扩散器叶片421提供了支撑作用(类似于图14中的扩散器支撑肋)。所述接触器管10可为卷曲的以更好地适应热膨胀。
参见图19，所述接触器管10可设置成位于所述扩散器出口附近的扩散器叶片421并与其垂直。所述接触器孔80可设置成垂直于所述接触器管10，并定向为与氧化剂流体流动成横向关系。这为单位横截流动面积的孔的净空间密度变化提供了最大的分辨率。
参见图16和19，所述接触器管10可设置成垂直于所述扩散器下游末端附近的扩散器叶片421。相对于所述接触器管平行于所述扩散器叶片的情况(如图15，18所示)，此种配置让使用者获得了更高的稀释剂流体(或燃料流体)输送相对于氧化剂流体流量变化的分辨率。
参见图16，使用者可提供与扩散器叶片末端上游的扩散器叶片成横向关系的稀释剂接触器。类似地，参见图19，可提供位于所述分流翼片421末端下游并与其垂直的径向接触器管10。
例如，将稀释剂输送速率配置为与和所述扩散器出口叶片成横向关系的氧化剂质量流率分布成比例。通过与所述质量流量成比例输送稀释剂，使用者优选对所述稀释的氧化剂组成的横向分布进行更严格的控制。例如总的过量稀释剂/氧化剂横向分布。这改进了对下游燃烧和高能流体中的温度均一性的控制。所述稀释剂的注入也帮助缓和了所述横向速度分布的波动。
相反地，相比接触器垂直于扩散器叶片421的情况，输送经过平行于所述扩散器叶片的稀释剂流体产生的横向喷雾和拖曳(如图15和图18)更有效地减小了所述扩散器通道下游的横向氧化剂流体速度分布波动。根据需要或希望，本文所述的微型漩涡式喷嘴(microswirler)可进一步配置在接近所述扩散器出口的接触器管周围，或沿所述扩散器叶片出口放置来帮助进一步缓和速度波动。使用者期望借助这类措施可以最少的费用和比常规扩散器更简洁的配置来获得相当低的贯穿所述燃烧器的横向速度波动。
类似地，使用者优选估算与所述燃烧器成横向关系的接近一种或多种燃料流体的输送部位的氧化剂质量流量输送分布。相应地设置所述燃料流体接触器输送孔以达到所需燃料流体输送分布，从而取得一个或多个所需贯穿所述燃烧器的氧化剂对燃料分布。例如，使用者通常想达到位于所需相对氧化剂/燃料比λ范围内的氧化剂/燃料比。
因此，使用者试图设置经由所述燃料接触器输送的燃料流体输送分布，以使所需氧化剂/燃料比分布位于所需氧化剂/燃料比的上下限范围内。例如，可将局部氧化剂/燃料比λ控制在1.0-2.0，更优选为1.01-1.49，最优选为1.02-1.24。因此所述平均λ值可控制在1.0到1.5范围，更优选为1.01-1.24，最优选为1.01-1.12。
使用者还优选配置通过一个或多个稀释剂输送接触器的一种或多种稀释剂输送分布，以达到所需稀释剂对燃料分布。优选调整该所需稀释剂对燃料分布来达到相应的所需贯穿所述燃烧器的温度分布。相应地，使用者更优选达到所需温度上限分布和温度下限分布。然后对一个或多个稀释剂输送接触器进行配置和控制，以输送焓和温度与出口稀释剂焓和流体温度相当的稀释剂，从而根据所需调整温度分布。优选对输送分布和稀释剂流量进行控制，以取得位于所需温度分布上下限或稀释剂对燃料流体分布上下限范围内的一种或多种稀释剂/燃料比分布和/或相当的温度分布。
在一些配置中，使用者考虑接近和与所述燃烧器出口成横向的所需高能流体的一种或多种温度分布分布。随后评估一种或多种上游温度分布，以获得那些所需下游温度分布。在估算温度分布中的这些变化时，优选考虑所述燃烧器内的湍流，扩散性混合，燃烧，喷嘴收缩，器壁拖曳，器壁冷却和辐射中的一种或多种情况。类似地，可用实验方法来获得所需所述变化。
最大流量控制
压缩机407和膨胀机440(例如涡轮机)对给定流体组成具有最大回压和速度值，超过该值系统会发生湍振和/或变得不稳定，且所述压缩机可自毁。在一些实施方案中，使用者优选选择所需安全界限并建立混合物流量及预期联合压力的安全操作界限。在常规系统中，氧化剂流体(如空气)的流量构成了这个上限。
然而，在一些VAST热力学循环的实施方案中，所述氧化剂的流量优选比极贫燃烧的常规涡轮机中的含氧化剂流体的流量低的多。VAST循环优选采用比常规动力系统的氧化剂流体流量低至少35％或优选65％的氧化剂流体流量，在所述常规动力系统中将高温燃烧器和涡轮机在接近贫燃烧极限的条件下运行来控制散热和/或热工段温度。(例如对在约1290℃至1525℃工作的带冷却的叶片，VAST循环中的压缩机功率大约为总涡轮机功率的35％或更低，而相比之下常规涡轮机为65％。)
在提供不含相关气态热稀释剂的气态氧化剂的情况下，由液态热稀释剂冷却的氧气VAST循环需要的压缩机尺寸较小仅为使用压缩空气的常规贫燃烧动力系统所用压缩机的7％。当向所述燃烧或反应系统输送液态氧气时，使用者相应提供较小的液体泵。
对于低温涡轮机444，所述VAST热力学循环需要的压缩空气部分相比用未冷却叶片运行的常规单循环或往复Brayton循环少得多。例如用水作为稀释剂，且压缩空气量仅为常规系统所需的压缩空气流量的15％，在该常规系统中使用约667％的过量空气来冷却微型涡轮机444中的高能流体，该微型涡轮机444以未冷却的叶片在约950℃运行。
因此，使用者优选为这类燃料流体和氧化剂流量建立热稀释剂流量操作界限，以将所述燃烧器中的压力保持在压缩机湍振界限内，超过该界限压力将导致氧化剂压缩机发生湍振。更优选控制液态稀释剂和液态燃料的输送以控制所述反应器的压力和温度。这具有加快压力控制的优点。
同样，使用者优选形成操作区，来获得压缩机湍振边界、热稀释剂所需的涡轮机温度、燃料流体流量、与燃烧器操作压力成函数关系的氧化剂/燃料比、和针对入口湿度调整的高能流体温度的组合。使用者优选控制稀释剂和燃料，从而既将反应器压力控制在压缩机湍振边界内，又将高能流体温度控制在指定温度或指定温度范围内。优选地，对至少一部分作为液态稀释剂和液态燃料的稀释剂和燃料流体的输送进行控制，来快速控制所述反应器压力和所述高能流体的温度。
更优选地，同时控制燃料和稀释剂，以相当均匀地控制所述高能流体的温度，同时将反应器压力控制在所述压缩机湍振界限以下。使用者优选采用分布式接触器来控制燃料和稀释剂的分布，以控制所述反应器压力和所述高能流体温度在至少一个横向方向上的空间分布。
向燃烧器阵列的分段流体输送的宽负荷比(turndown)
为增加有效负荷比，使用者优选将每一具有中度负荷比的流体分布阵列结合起来。例如，参见图9，使用者优选提供了多套燃料分布接触器管(如12和13)和稀释剂分布接触器开孔管14。这些燃料流体和/或稀释剂接触器阵列组优选进行划分，并按顺序开动以提供更大的负荷比。也可给每个孔阵列组提供停止阀以进一步增加总有效负荷比。阵列优选互相轴向对齐。这帮助减小了穿越所述阵列的氧化剂流体流动拖曳。
参见图9，以对于所示对齐的分布管束(如图12、13和14)类似的方式，使用者可为燃料或稀释剂中两者之一或两者同时提供两个或多个分布管来提供增加所述负荷比的能力。此过程中，优选将每套分布管的净孔面积配置约为每衬管的负荷比的累计值。使用者为每套稀释剂和燃料流体分布管提供独立的燃料流体和稀释剂泵从而对每衬管提供完全的控制率。在改进的配置中，使用者为一套或多衬管提供流量控制阀。例如针阀。可选择地，使用者给一套或多衬管提供开/关控制阀。
例如，由于在每套孔阵列(分布管)的五倍负荷比，使用者优选将第二孔阵列组孔面积设置成约第一组的孔面积的约五倍。例如相当于管12对管13。当较大阵列上带有停止阀时，此种组合将给出数值为25的组合流量负荷比。利用第一、第二套或两套共同使用可提供26到1的负荷比。这些比值范围可调整来在组和流量范围组合之间提供重叠。
流量比通常为所述压力比的平方根。通过使用面积比为5∶1、流量负荷比为5∶1的两衬管，使用者可取得至少25∶1的总流量负荷比。(即从设计流量的4％到100％)。这样作的同时，可维持约为25∶1范围的穿越每衬管的孔的过度压差，否则不将多重范围组合则需要625∶1的压力范围。
例如，燃烧器以40倍于常压的压力表操作时，使用者可用范围约25的过度流体压力(表压)。他们可选择的25倍流体输送压差范围，约4-100巴(表压)，以在每一套中的流量得到5-1的负荷比。(即绝压44-140巴或约647-2058psi)。在一些变化中，使用者将每套中的流体压差下限减小至所述燃烧器的绝对压力Pc加上为克服每个孔的液体表面张力所需压力的范围内。这样做的进一步优点是无需单独的停止阀就可将流体停止。例如当以小孔使用液体稀释剂如水。
根据需要，使用者可将所述流体输送压差扩展到常规高压柴油注射系统中的常规值，以进一步扩展所述负荷比。(例如到大约2600巴或39,000psi)。
优选调整所述稀释剂接触器管14和燃料流体接触器管11之间的相关流体密度和流量、相关表面张力、粘度、温度、热容和对应流体的蒸发潜热的参数以达到所需喷射穿透、液滴尺寸、蒸发速率和排放等。
参照“191专利申请”的图60，使用者可在径向方向安排直接接触器，并使其在环形燃烧器输送管内轴向对齐。可配置包括集管240、阀370、副集管254和接触器管的接触器阵列。参照本发明图8及“191专利申请”的图60所示，使用者可将这些配置组合，并装配多套带有独立阀的接触器集管，以输送一种或多种含燃料流体和一种或多种含稀释剂流体。此种燃料和稀释剂接触器管优选平行于所述流体输送管轴对齐从而将拖曳现象减至最小。
使用者可使用多套燃料接触器管和与相应的副集管和关闭阀相连的稀释剂接触器管。例如，这些接触器阵列组可调整为约带有交迭的二进制范围(binary range)。例如，借助对所述燃料和稀释剂两者之一或两者同时进行数字控制，名义上可以1∶2∶4的比例或1∶1∶2∶4的组合给出7倍或8倍的负荷比。这些接触器阵列组依次连接到接近所述环状燃烧室外壁或内壁的外圆周之一或两者周围的圆周集管。所述径向接触器优选以交错方式连接。例如，每个第二接触器连到最大的阵列，每个第四接触器连到第二大阵列，每个第八接触器连到最小的两个阵列。
当不变流量的含氧化剂流体流过这类阵列时，这种阵列配置可在各个燃料和稀释剂径向接触器附近形成可燃混合物。用这些方法，使用者可获得超过3∶1的负荷比，如4∶1，7∶1或8∶1。
这类多负荷比范围可与所述的类似范围结合，从而为控制所述燃料和/或稀释剂或者提供多流体能力提供了更大的灵活性和范围。
在一些配置中，使用者优选为所述火焰稳定器提供类似的负荷比范围。相应地，优选与所述较大和较小稀释剂-燃料分布管组大致成类似比例调节流经所述火焰稳定器的稀释剂和燃料流体的设计流量。
例如，借助前面的例子，使用者将所述火焰稳定器的设计流量定为比最小稀释剂-燃料管组面积的设计流量小五倍。这类带有比例约125∶25∶5的火焰稳定器的两稀释剂-燃料管组的组合，其中每一个具有约5∶1的流量负荷比，使总的负荷比为约125-1。这可在将每个组件的压力比控制在仅25∶1范围的同时达到(对比仅通过一套接触器的压力控制所需的压力比为15625)。
使用者期望或需要加强对氧化剂流量的控制时，优选设置所述氧化剂输送系统以更有效地控制含氧化剂流体的流量。至于燃料流体和稀释剂的分布，使用者优选用多个不同尺寸的风机406或压缩机407来增加负荷比并改善控制。优选用容积式压缩机407，其为至少一个所述压缩机407提供了较宽的线性范围。例如，他们可用例如具有线性范围低于全刻度的10％的螺杆式压缩机。这优选与另一三至二十倍大的压缩机结合使用，以能提供更快的高解析度。
使用这些方法，使用者优选在整个燃烧器的负荷比范围内提供基本均匀的氧化剂/燃料和稀释剂/燃料比值。
在一些配置中，使用者优选将燃烧器分成多个具有多套稀释剂管和燃料流体管组的区段。使用者优选构成圆周(“馅饼”形)区段。在改进的配置中，使用者提供径向渐增的段。
例如，使用者提供具有多个圆周段的环形燃烧器56。在上述例子中，使用这将较小面积组和较大面积组设置为角比值(angular ratio)约5∶1。在圆周方向的流量部分变化时，这提供了均匀的贯穿整个燃烧器出口136的径向温度和流量。
参见图4和图14，使用者可配置具有输送管的多通道扩散器，该输送管提供与分段的稀释剂-燃料管组有关的含氧化剂流体。参见图8，这些扩散器通道可配置在用于所述氧化剂流体的分段输送管中，以改变所述氧化剂流量以配合所述分段稀释剂-燃料管组。根据需要，这些分段的输送管可配有一个或多个阀门，以辅助控制所述燃烧和氧化剂流量负荷比。
参见图8及“191专利申请”的图60，在一些配置中，使用者将较小组的稀释剂管和燃料流体管分散于一个或多个较大组的稀释剂管和燃料流体管中。例如，在环形段燃烧器中对约5∶1的段面积比，使用者提供被约四(或五)个外燃料流体和稀释剂管包围的一个中间燃料流体和稀释剂管(即，每侧约两个)。对于增加的圆周，使用者调整管间间隙面积，以使被四个外稀释剂和管环覆盖的复合部分的面积约为被中间流体和管环覆盖部分面积的五倍。
分布管配置
分布管可制成流线型以促进所述氧化剂流体的流动。这能减少燃烧器内的压力降并提高系统热力学效率。
非圆形的分布管
在一些配置中，使用者优选通过把流体管的形状做成面向所述氧化剂流具有较窄横截部分的非圆形状的方法来减小通过管束的压力降或曳力系数。使用者优选调节管的流线型程度(例如，曳力系数CdO)和管间间距G来在寄生泵损失和流体下游混合程度之间达到所需平衡。
在一些配置中，使用者优选通过将下游与流动成横向的管部分压得比上游部分更窄小，来制成流线型或符合空气动力学要求形状的分布管。使用者可用多个成形滚筒或导杆(guide)或所需其他方法来制作管形。流线型优选类似于设计的拖曳很小的拉杆或对称机翼，以使给定截面的拖曳最小。(参见，例如Airfoil Comparison Tool显示Selig's S6063机翼的曳力系数CdO为约0.005)。
在一些配置中，使用者通过把圆管从一侧到另一侧压扁以构成椭圆或卵形分布管。这些管的曳力系数比圆管低，因此降低了所述流体压力降和抽吸损失。
多通道分布管
在一些配置中，使用者为多通道分布管中的燃料流体和冷却的稀释剂流体都配置了通道。使用者优选在所述双通道接触器开孔管内将所述两个流体通道定向为与流动方向成直线，从而一流体向上游喷射而另一流体向彼此的下游喷射。使用者也可将这些通道定向为与流动成横向，以使燃料流体在一侧喷射而冷却稀释剂流体在接合通道的另一侧喷射。
双通道直接接触器管
参见图31，当使用者想通过相邻开孔管输送燃料流体和稀释剂流体时，可配置带有两个孔80束的双通道接触器管16。例如，两个用于燃料流体和稀释剂流体的相邻开孔管。所述稀释剂流体优选输送导所述稀释剂的上游以防止所述燃料被下游热过分加热。
类似地，使用者可通过将管挤出成含有多重管通道222来构建所述双通道接触器分布管16。例如，将燃料通道224和稀释剂通道228连接起来并用管内壁31隔离。在用薄管壁30来合并两个管通道222的同时，使用者可采用流线形状来减小所述氧化剂流体流过所述燃料和稀释剂分布管阵列的拖曳和压力降。
参见图33，使用者可形成具有多流体通道的双通道接触器分布管16。例如，使用者可把管做成D形并将两管背对背用结合物39接合起来。使用者优选使两D形管间接合璧的方向垂直于所述第二流体的横向流动(即约与燃烧器轴成横向)。使用者可用如“191专利申请”中所述的两个薄壁分布管来构筑双通道接触器分布管。这仅要求所述薄壁管边缘的单壁厚度有利于形成均匀的孔。
燃料管通道224可用于输送燃料流体。所述燃料通道优选设置于所述双通道接触器管16的上游侧。类似地，稀释剂流体可经由定向的位于所述双通道接触器分布管16下游侧的稀释剂管通道228输送。在改进的配置中，使用者将接合壁定向为与所述第二流体流动方向成直线，以增强燃料流体和稀释剂流体的空间分离。(见下面)
参见图32，使用者可通过将薄板两边向上卷裹成类似订书钉的方式来构建流线型双流体接触器分布管16。使用者可将板末端互相结合并连接到板中央部分。在改进的配置中，所用者还将所述薄板的边折叠以构成将椭圆形外输送管形分割为两个通道的带。在一些配置中，使用者形成带有由单带形成的一个或两个通道的分布管。加强件或辐射护罩40可加到所述管中。
在一些配置中，使用者优选通过先将薄壁管整平成椭圆形来制作所述双通道接触器分布管。然后使用者顺椭圆短轴方向使管壁内凹以形成沙漏状管。通过用这种办法进一步加工管，使用者得到了如“8字”形状的管，其中所述管壁30在中间连接起来。然后这些管用结合物39以合适的方法接合起来，如焊接，软焊、铜焊或胶合。
参见图34，使用者用腹板加筋件间隔器44把两个流体通道分隔开。这个加筋件是开孔的以便于流体流过。所述加筋件带凹槽以适应两相邻管间的不均匀膨胀。
这也可通过在较大管的中心挤压以构成“8字”形的管然后构成“哑铃”形管。拉长的形状赋予与两通道成横向的短轴周围的挠曲强度和硬度。这种加强后的强度比分开的独立管的强度大。
燃料-稀释剂配置
使用者想让燃烧器可靠高效地燃烧燃料，且基本不生成氮氧化物。优选在燃烧上游混入稀释剂，同时输送更多稀释剂在燃烧起点下游蒸发。
在一些实施方案中，使用者优选对所述燃料孔进行配置，以获得燃料、稀释剂和氧化剂的可燃混合物来引发可靠的燃烧，并升高所述燃烧流体的温度以取得高效的燃烧。优选混合更多的稀释剂流体以限制或冷却燃烧过程，并防止或减少温度超过所需上限的程度，从而减少氮氧化物的形成。
使用者沿分布管调整孔的相对空间密度，以调控所述稀释剂流体流量对燃料流体流量的比值。
除了沿分布管调整孔80的相对空间密度，使用者优选相对于所述第二流体流程沿轴向分布所述燃料孔82和冷却稀释剂孔83，以改变所述平均燃料流体和/或冷却稀释剂蒸发速率分布，以达到所需燃烧器温度分布。使用者优选将冷却稀释剂蒸发的主要部分置于燃烧开始的部位后，以提高燃烧界限和燃烧稳定性，同时仍能快速冷却火焰。
综上所述，使用者优选调整双流体接触器的燃料流体和稀释剂流体通道，以使所述燃料流体向上游喷射而所述稀释剂流体向下游喷射。这让燃料流体在被所述稀释剂流体冷却前先开始蒸发和燃烧，虽然所述稀释剂与所述燃料流体和氧化剂流体一起蒸发和/或混合。
使用者进一步优选调整所述轴速度和液滴尺寸，以相对于燃料流体的蒸发和燃烧来调整冷却稀释剂蒸发的主要部分，使所述蒸发发生在峰燃烧速率的周围或稍后。即在最大放热率之后。这使得燃烧温度在开始时快速增加到约等于所述平均燃烧出口温度。这个方法约束(优选为限制，或压制)并快速冷却燃烧温度，防止或减少燃烧温度上升到高于本文平均温度。这减小了沿所述燃烧器56的温度变化。(即使模式因子和涡轮机分布因子趋于一致)。这些方法减少了峰燃烧温度和高温的持续时间或保留时间，从而减少氮氧化物的生成。
对于液体燃料和/或冷却稀释剂(如柴油燃料和/或水)，所述液滴蒸发速率约与表面面积成正比(或约正比于体积或质量的2/3次方)。在改进的实施方案中，使用者优选通过对每一液体调节相对孔尺寸vs孔80的数目，来相对其它液体调谐一液体的蒸发速率。如此，使用者调整相对液滴直径和数目。因而可为每一所述液体调整其总的液体表面积和相对蒸发速率。使用者用这些方法来独立地控制所述燃料流体和热稀释剂流体的相对液滴尺寸和相对质量流率。
为调节所述燃料流体和稀释剂流体的相对轴向输送，使用者可调整一个或多个燃料孔82、定向的稀释剂流体孔83和轴向孔84的轴向位置和间距。这调整了相关喷射流的相对保留时间和蒸发区域。这也使得能调整相对于所述燃烧区域的燃料流体相对蒸发量和蒸发分布VS稀释剂流体的蒸发分布。使用者可通过改变燃料流体管和冷却稀释剂流体管之间的间距来达到上述目标。还可调节接合管内分开所述燃料流体与冷却稀释剂通道的腹板加筋件或开孔网的轴向长度。类似地，可调整独立的或接合管中的每个流体通道的孔80的相对位置。用“191专利申请”中描述的方法，可将孔定向，来调整微型喷射流的轴朝向，进而调整燃料和稀释剂的相对轴向分布。还可结合两种或更多的这些方法来调整燃料对稀释剂的轴向输送。
三流体反应器构造方法
参见图21所示的三流体反应器或燃烧器构造方法，使用者优选建模和配置所述接触器管来完成第一及第三流体与第二流体的输送、混合和反应。例如，含燃料流体及含稀释剂流体与氧化剂流体的输送、混合和反应。所述三流体反应器构造方法对系统建模、结合设计约束条件并推导出以所需横向流量分布输送各反应流体和稀释剂流体所必需的孔的空间分布和配置。例如，在一个或多个燃料接触器和稀释剂接触器中调配两个或多个燃料孔和稀释剂孔的分布来向含氧化剂流体中输送含燃料流体和含稀释剂流体。
在这中配置方法中，使用者建立并求解一系列联立方程来模拟设计、流体、机械和热化学组成和过程以及所述系统设计约束条件。使用者给系统提供边界条件。对参数进行初始化，包括根据需要使用公式和软件提出“初始猜测”。他们还详细说明了对溶液系统所期望的或规定的空间分布约束条件。然后解方程。这些方程的解给出了符合反应流体系统各种性质期望的或规定的空间分布的配置。
根据系统模型，可采用各种求解方法。例如，当把所述反应器大致看作线性系统时，可采用基于矩阵的线性求解过程。当所需精确度需要引入非线性性质和参数时，借助对所需参数的初始猜测用基于迭代的非线性求解方法可收敛得到解。
设定边界条件
仍参见图21，使用者通常用输送到所述反应系统的流体的总性质来设置基础边界条件。这些条件可包括每个输入流体的流体质量流率、密度、温度、压力和物料浓度。更优选地，包括流体基本性质的横向分布。例如，从所述压缩机进到燃烧器的含氧化剂流体的速度、密度和质量的横向分布。这些性质还可基于过程的总操作参数，如典型放热过程中所述燃料、氧化剂和稀释剂的装料和自然状态。
初始化参数
仍参见图21，使用者根据求解方法和/或使用的软件程序的需要来初始化参数及变量。例如，当求解方法需要进行初始猜测时，使用者优选提出求解系统的输出解的初步估计值。这些猜测可对应于所需的或导出的配置，该配置能得到所需或规定的反应流体系统的各种性质的空间分布。
例如，当配置方法的一个目的是确定孔的空间密度和直径的横向分布时，所述求解方法需要对这些参数进行初始猜测，如所述孔直径为0.1mm，孔间隔为1.0mm、管到管间距G为10mm。对于所需的输出为某性质的不均匀分布的情况，使用者可选择提供所述初始猜测的均匀分布(即单值)或线性变化分布。
对于给定的构造方法，初始参数或约束条件的数量通常少于输出值的数目，以为要解的自变量作准备。通常来说，所述初始参数可以是所述系统的任何分布的或整体的性质，包括流体流量的热化学性质(如压缩机压力、流体流量、氧化剂/燃料比、燃烧速度和所需燃烧器出口速度和温度)。这些性质可包括流动性质，如喷雾或喷射流的穿透、速度和锥角。类似地，可包括所述反应器设备的物理性质，较典型的为空间尺寸(如管长、管到管间隙间距G，孔数，孔间距h，孔直径和朝向)。使用者可需要根据求解方法和所需参数来规定一些性质的空间分布。一些参数需要被初始化以依照所述配置或使用的求解方法或使用的软件来求解所述系统方程。
解联立方程
仍参见图21，使用者确定反应器系统的不同性质的关系，并以数学表达或公式来明确表达这些关系，然后解联立方程。
仍参见图21，使用者考虑引入描述反应器结构、组件和配置的系统内部关联。例如，可包括抗张强度、管尺寸、和管可耐受压差间的相互关系。类似地，在建立流体输送和所需的流体质量流率时，考虑孔面积(直径)、间距和朝向、管到管横向和轴向间距(间隙)和长度的相互关系。
仍参见图21，使用者包括了涉及组成所述反应器系统的各种互相作用流体的性质的方程。这些方程可包括流体力学、热力学、化学动力学或其它基本物理和化学领域的特定关系。
关于流体力学关系，使用者可用流体系统动量守恒定律(体现在连续方程中)来确定可用于所述反应器系统的各流量方案的关系。可包括涉及层状或紊乱喷射流与喷雾的发展、穿透和锥角之间的相互关联。可包括基于各自速度和密度的液滴发展体制。类似地，液滴分布、液滴或流体拖曳以及粘性分散也可包括在内。分布管内特别是孔内的剪切和粘性拖曳也需考虑。另外还包括了穿越所述管壁/孔的压差和各种速度分布的发展。
在建立系统模型时，使用者用经典数据作为基本关系的补充。最初优选使用一维模型，然后使用多维建模技术(例如用于建造柴油引擎模型的)来建立完整的CFD模型。
优选应用能量守恒定律来关联所述流体系统的流体力学和热力学性质，并用以解释整体运动(如净轴速度)、小规模或随机运动(如紊流)、散失模式(表现为系统温度)或化学模式(系统内的化学物质的键之间的组织)。
涉及基于系统的化学动力学、流体力学和热力学性质的热传递和其它传递现象的关系优选引入所述配置方程系统中。这包括含有燃料和氧化剂的燃烧以获得所需功率。类似地，还包括为得到相对于过量燃烧热的总过量稀释剂所需的稀释剂输送，以控制所述高能流体温度。
此种输送模型允许引入其它设计标准，如流体小液滴的蒸发速率。(例如通过“直径平方”定律调整用于温差)。
仍参见图21，为了配置反应器，确立系统的独立关系的数目应优选为等于确立系统配置的性质和空间变量的总数。使用者可为这些变量中的一部分指定值，确立它们为约束条件或规定的输出。为剩下的变量确定的解值应该为这些变量代表的性质所需的空间和时间数值、分布。
参见图22-27，反应器的一个实施方案配置为带有规定的环形截面和所需氧化剂流体-横向(如径向)速度分布。使用者也规定了管间隙、直径和管间喷射流穿透距离。为了控制反应化学，使用者指定了所述系统的等价比值径向分布。通过将所有这些约束条件加在系统中并应用所述反应器模型，使用者得到了燃料流体输送接触器的管孔直径和间距的推荐径向分布。这个燃料流体管孔配置也产生了燃烧过热的径向分布，燃烧的过量热能增加所述系统的温度。基于系统设计的附加限制条件，如所述燃烧器出口温度或涡轮机入口温度，使用者可能希望将系统燃烧后的温度限制在规定的径向分布。燃料输送和燃烧后，向所述系统输送的稀释剂流体主要用于实现这种温度控制。通过对系统采用该温度分布限制，使用者再次使用了所述反应器配置模型，并得到了所述稀释剂流体输送接触器的管孔直径和间距的推荐径向分布。使用者可采取其它的配置来控制以液滴形式送入所述系统的液态流体的蒸发行为和速率。
氧化剂流速分布
参见图22，燃烧器内的氧化剂流体的轴向速度分布显示在扩散器的下游。例如，由典型单扩散器产生的离开所述扩散器的氧化剂流体的速度分布显示为符合相关技术中的典型分布。在这个配置中，将所述单通道扩散器建模为在环面中心到外壁距离的2/3处具有流体速度峰值。例如，这可从轴向压缩机下游的单通道扩散器预测得到。
相比之下，使用者优选配置多叶片扩散器以在所述扩散器下游取得规定的速度分布。更优选地，规定了在整个输送管内更均匀的速度分布。例如，当在管壁上的速度是固定的时候，优选在流体流到主要的下游燃料输送区时获得相当均匀的轴向速度，该速度约为输送管截面接近中心处的速度的80％。这帮助获得了所需燃料/氧化剂比分布。
为了演示一个实施方案，图中显示了带有九个通道或通路(即带有八个流体分流翼片)的多叶片扩散器的横向速度分布。这个带叶片的扩散器的实施例建模为扩散器出口内径约为200mm、外径约为250mm的环形输送管。注意，位于所选9通道分流翼片扩散器所确定的流动下游的速率分布比通过单通道扩散器获得的分布均匀得多。虽然相关技术的扩散器通常有一个到四个通道，本文优选使用五个或更多个流体分流翼片，以给出六个或更多个通道来获得更均匀的横向速度分布。
仍参见图22，在这个实施方案中，标有“上游”的速度分布描述了第二或含氧化剂流体速度接近多通道扩散器出口上游位置的横向或径向速度分布。类似地，标有“下游”的速度分布描述了在下游更远处的氧化剂流体的横向或径向速度分布，如接近分布式接触器输送燃料流体和附加稀释剂流体并将它们与所述含氧化剂流体混合的位置。当经过所述“上游”到“下游”位置后，该氧化剂流体速度分布的周期性波动的幅度开始衰减。例如，在所示实施方案中，上游速度建模为所述扩散器分流翼片出口下游大约5.2厘米处，而所述“下游位置”建模为在所述带叶片的扩散器出口末端下游大约42厘米处。通过这些方法，使用者优选获得了轴向速度的横向分布，其标准偏差为所述平均轴向速度的15％或更小。
横向性质分布约束条件
使用者可在一个或多个特定方向将一个或多个其它参数和性质的空间分布设置或规定为常数。例如贯穿所述输送管的横截面。例如，这些参数可包括输送至所述燃烧器的氧化剂流体、燃料流体和热稀释剂流体的压力和温度。
主要设计约束
使用者优选对限定所述系统的性质和参数的一种或多种所需空间分布或分布进行规定或限制。例如，在一个或多个横向方向。这些约束条件可包括主要设计约束如所述高能流体在接近所述燃烧器出口的一个或多个横向方向的温度和残留氧化剂成分。例如图23中描述的一系列典型约束条件。
使用者可指定所述燃烧器中氧化剂对燃料空间分布λ(实际氧化剂/燃料质量流量相对于化学计量的氧化剂/燃料比值)。例如，图23描述了一个实施方案，其显示出从所述环面内径附近的接近1(化学计量值)的低值朝向外径增加的氧化剂/燃料分布的横向分布的例子。
由于其对热燃烧器组件特别是下游应用设备如涡轮机的翼和叶片具有重要影响，因此所述燃烧器出口处从内径到外径的空间温度分布通常来是指定的。在一些实施方案中，使用者规定了所需的第一横向方向的非均匀温度分布和所需的第二横向方向的均匀温度分布。例如，分别在环形燃烧器的径向方向和方位角方向。
例如，图23所示的实施方案描述了对应涡轮机入口所需的潜在温度“分布因子”的从内圆周半径到外圆周半径的温度分布或剖面的横向分布。(所述温度分布显示为按平均温度比例显示的温度分布)。这个温度分布显示为斜反演抛物线的形式，例如可为流出燃烧器进入涡轮机的高能流体所需或要求的(即“涡轮机入口温度”)。这显示为从该环面的中部向外急剧增加，而在内外半径处温度较低。相应的方位角温度分布取为为均匀的“模式因子”。
从所需的温度空间分布和相应的离开燃烧器的高能流体的轴向速度的空间分布中，使用者获得了高于所需热量的过量燃烧热的空间分布，其中所需热量能将所述氧化剂和燃料及后续燃烧产物从所述入口温度、压力和流量条件升高到所述燃烧器出口的高能流体所需的空间温度、压力和速度分布。由这部分过量燃烧热，使用者驱动了为达到从所述入口流体条件到期望的所述燃烧器出口的高能温度所需的总稀释剂焓变的含稀释剂流体输送。这包括所述含氧化剂流体、含燃料流体和含稀释剂流体中所有稀释剂流体和组分。(未示出)
次要设计约束
类似地，使用者可选用在满足主要约束条件的情况下便于燃烧器组装的设计约束。例如，使用者可指定流体喷射流穿透距离的横向分布，并为所述流体接触器管和稀释剂接触器管之一或两者分别设定管到管间隙。他们优选根据所需配置所述燃料喷射流穿越距离和稀释剂喷射流穿越距离，从而获得所需温度和氧化剂/燃料分布，特别在所述第一横向方向。(即控制所述“分布因子”)。使用在“191专利申请”中详述的方法，使用者更优选设置沿着所述管的孔方向分布，以更准确地控制在管到管间隙内通常与所述氧化剂流动成横向的分布。
参见图23，燃料和稀释剂接触器的接触器管到管间隙的一个实施方案显示为从内半径到外半径的线性增加，就像对一个实施方案的辐射状朝向的(“轮辐式”)燃料和稀释剂管发现的那样。在图23中，将所述燃料喷射流穿透距离选为与所述稀释剂管到管间隙成比例并小于该间隙。类似地，所述稀释剂喷射流穿透距离也显示为与所述稀释剂管管间隙成比例。然而，这里所述稀释剂喷射流穿越距离显示为超过了所述管管间隙。在这个用水作为稀释剂配合柴油燃料的配置中，这会在所述水分布管下游得到水富集带，而主要在管间输送燃料。比起所述预混合燃烧极限，此种配置能向燃烧上游输送更多稀释剂。
解联立方程
仍是参见图21，使用者开始解联立方程以得到所需输出值。例如参见图24，使用者解方程求得想要或需要的孔参数的空间分布如孔尺寸、间隔和空间密度。根据求解方法，所述方程可用参数平均值归一化或者用一个级别的方程除以另一个级别的方程的方法归一化。这些方法可帮助找到所需数解。
横向孔配置
参见图24，使用者解联立方程以获得想要或需要的开孔稀释剂和燃料流体接触器单位输送管截面积上的孔尺寸和孔净比密度。通过对稀释剂和燃料规定开孔接触器管到管分布，所述净比密度转换成对应的沿所述燃料和稀释剂接触器管的间隔横向孔分布的形式。使用者采用所述的接触器配置方法来缺点这些分布，以获得规定的性质和参数分布。在所示实施方案中，适应了流出多通道扩散器的含氧化剂流体的周期性轴速度和质量流量的波动，从而获得变化更平稳的规定温度和所需氧化剂/燃料横向分布(如图22，23所示)。
参见图24，所述稀释剂直径和相应稀释剂孔到孔有效横向间距分布的横向分布显示为分布形式，其用平均孔直径和间距归一化了。图24还描述了为获得如图23中所示的氧化剂/燃料分布所需的对应燃料孔直径分布和燃料孔间距分布。这些周期性流体输送速率与所述氧化剂流体速率分布的周期性同步，从而得到预定的氧化剂/燃料比和产物温度。因此使用者可取得期望的对高能流体的温度和氧化剂/燃料组分的横向分布的紧密控制。可以在这样做的同时避免在相关技术中使用的大量过量空气稀释剂和高抽吸以及大规模循环。
图26显示了附加反应器配置，其用来管理以液滴形式送入所述反应器系统的燃料和稀释剂流体的所述蒸发速率、距离和/或时间的。使用者可规定每个所述燃料流体和稀释剂流体的蒸发距离。在使用所述反应器配置方法时，使用者能够确定通过注射或输送到所述氧化剂流体中的燃料流体和稀释剂流体的最大液滴尺寸。在其它系统约束条件预定了所述孔直径的情况下，使用者可通过采用附加的雾化技术如本文所述的电激发方法来获得期望的液滴尺寸。
管壁厚度
使用者优选对所述分布管内的压力分布和相应的孔压力落差进行评估。这样做使他们能够对能维持该压力落差所需的管壁厚度进行估计。例如所述含燃料流体分布管和所述含稀释剂分布管。
参见图25，在一实施方案中，使用者可对所需的每孔燃料及稀释剂流量和相应的穿过沿所述接触器管孔定向于所需横向方向孔的输送压力落差进行评估。例如在从内半径号外半径方向。根据这些压力值使用者确定了合适的管壁厚度，从而分别可靠地为所述燃料接触器和稀释剂接触器维持最大压力落差。例如从容易获得的管尺寸中挑选。
然而，考虑到喷射流质量分布和交迭喷射流的影响，所述管壁厚度对孔直径的比值还影响到通过孔输送的所述流体锥角以及后续的横向流体分布。于是需要对喷射流锥角做更精确的控制，以获得期望的横向流体分布，使用者还可不仅调整所述孔尺寸、位置和朝向，而且可使用“191专利申请”中教导的优选控制孔附近的管深的方法来调节孔深。例如，通过用激光钻将孔周围紧接的管部分削薄。为了调整喷射流锥角他们还可调整所述孔的向内或向外朝向。通过调整用于聚焦激光束的透镜的聚焦长度，使用者可进一步控制钻孔的锥角。
类似的求解方法可用于其它放热系统或其它化学反应流体系统以获得所需流体输送、流体输送速率和类似的流体和反应参数的分布。
蒸发约束条件
在一些实施方案中，使用者努力对系统加以约束以达到所需蒸发参数，如一个或多个空间和/或时间限制下期望的蒸发速率。因此，使用者可希望在所述流体输送接触器下游轴向距离的横向分布中取得期望的蒸发程度。参见图26，使用者可在第一蒸发距离中指定燃料蒸发距离横向分布和稀释剂蒸发距离横向分布。从蒸发距离和速度空间分布中，使用者获得所需蒸发时间以达到所述蒸发距离。
蒸发模型
为了对蒸发进行评估，使用者可用所述直径平方定律考虑第一阶蒸发。准确地说这是考虑所述液体液滴与周围液体的温度差。从所述蒸发时间和边界条件，使用者可获得能在所需蒸发时间内蒸发的最大液滴尺寸。从所需的蒸发该尺寸液滴的概率，使用者可获得所需的液体液滴的尺寸测量值，如Sauter平均直径。例如，参见图26，沿第一横向方向如从内到外环半径的径向方向得到了最大燃料液滴尺寸横向分布和最大稀释剂液滴尺寸横向分布。
总结
本领域技术所属人员应当理解，此种空间孔分布、配置和定向方法、所述流体输送方法和所述系统配置方法可用于配置系统，来在反应系统中输送和混合其它流体，以取得类似或其它所需的在一维、二维或三维的空间约束。虽然本文方法是借助使用开孔管的反应器内的孔分布来描述的，但对通过其它非管状输送管供给流体的情况，其它孔分布方法可类似使用。
稀释剂控制
稀释剂温度控制
与相关技术相比，借助本文所述的燃烧上游的燃料和热稀释剂分布式接触器，使用者显著提高了稀释剂/燃料比，并减少了用作稀释剂的过量空气。他们还配置并控制了液体稀释剂的输送。
可气化液体稀释剂的输送
火焰速度和火焰稳定性在接近化学计量条件下为最大。当由低热容气体如氮气和过量空气稀释时，火焰速度和稳定性在贫燃烧限情况下为最小。然而在空气或氧气中的近化学计量燃烧可导致高燃烧温度和高氮氧化物生成。
替代用这类气体或含氧化剂流体进行冷却，使用者优选将可气化液体热稀释剂的众多喷射流与所述氧化剂流体混合，以构成稀释了的氧化剂流体。例如，使用者可用直接接触器来将众多的水细喷射流送入空气，以形成可快速蒸发的细薄雾，并形成稀释了的氧化剂流体或“湿氧化剂”流体。使用者优选使用热水，比如那些从膨胀机下游的膨胀流体回收热产生的热水。这有助于改善热效率。
通过输送可气化液体稀释剂，使用者获得了比输送过量含氧化剂流体作为稀释剂流体(如空气)精确得多的流体控制。用液态水作为稀释剂可获得精确得多的温度控制和更均匀的温度条件。同时，通过在更接近于化学计量条件下点燃火焰，然后稀释和限制所述燃烧流体的温度，这个方法提供了更稳定的火焰。
在一些实施方案中，使用者优选将所述燃烧器出口温度(或涡轮机入口温度)控制在高于商业或实验用涡轮机温度范围，例如从约846℃(1555°F)到约1719℃(3126°F)。相应地，使用者优选根据需要控制输送到燃烧器的稀释剂流体对燃料流体的比例。例如，以超过现有涡轮机燃烧器范围的约7∶1到大约1.5∶1(对液态燃料)质量比。
用本文所述的下游稀释剂混合方法，使用者替换了部分或全部的用作稀释剂的过量空气，同时提供了不超过燃烧稳定极限的替代热稀释剂。这些方法进一步提供了更均匀的混合，减少了氮氧化物和一氧化碳的产生。
此种分布管阵列配置较相关技术更好地控制了所述燃烧气体的混合和冷却。对比稀释剂注射穿过燃烧器壁的配置，特别是当用过量含氧化剂流体作为稀释剂的情况，这提供了更有效的混合和更好的温度控制。这使得较少的过量氧化剂的使用和更接近化学计量条件的操作成为可能。在减少了氮氧化物和一氧化碳产生的同时，提高了效率。
一些相关技术指出，直径为10到20μm的水滴的细薄雾具有四倍于水汽或蒸汽的熄灭火焰的能力。例如Thomas(2002)。如果是以细小的低于50μm的水滴形式输送，特别是如果其均匀混合并在燃烧前全部送到上游的情况下，希望送来对火焰进行热控制的水量会将火熄灭。
在一些实施方案中，使用者优选控制稀释剂输送的方法和速率，以克服此种火焰熄灭的界限。优选调整所述流体输送孔的尺寸并创造出更均匀的液滴或更窄的液滴尺寸分布，从而达到如下目的：
a)燃料流体点燃前的总热稀释剂对过量燃烧热比值，特别是液态热稀释剂蒸发量(加上过量氧化剂流体和其它流体的量)小于可燃极限，从而避免稀释剂和稀释剂薄雾熄灭燃烧；
b)燃料流体点燃前输送的热稀释剂的液滴尺寸足够大和/或燃烧开始前小液滴的空间数目密度足够小，从而避免熄灭燃烧；
c)比规定的、预先确定的或预先选择的尺寸或质量大的液滴在离开所述燃烧器前蒸发到一个期望的概率。例如在进入扩散器前。在改进的配置中，孔可会象本文所述的或在“191专利申请”中描述的那样尺寸渐变。
更特别地，对在点火上游的气态热稀释剂和小稀释剂液滴的总有效热稀释剂加以控制以避免熄灭燃烧。即总的热稀释剂对过量热容，其中不包括有效面积不足以通过阻止温度上升到足够温度或通过将所述混合物过分冷却来熄灭或停止点火的部分较大液滴部分。
输送稀释剂微型喷射流通过火焰前沿
为输送足以控制燃烧温度的热稀释剂小液滴，在一些实施方案中使用者优选提供了用来输送热稀释剂微型喷射流的分布式孔。使用者优选配置这些喷射流孔以输送喷射流通过所述火焰前沿。参见图28，在燃料接触器和稀释剂接触器下游部分配置孔，以使输送的喷射流的优选朝向为垂直于所述火焰前沿，并穿过它。
使用者还优选配置孔尺寸和间距h以及超过所述燃烧器压力的稀释剂流体压力，从而该期望的稀释剂输送将导致比所述氧化剂流体速度更快的稀释剂速度。例如，最初比空气流速快的液态水喷射流。所述稀释剂喷射流也可比所述燃料流体速度快。
因此，使用者优选构成穿透所述火焰前沿、并在该火焰前沿后迅速蒸发的众多微型喷射流。所述喷射流优选在所述火焰前沿前分裂成众多小液滴，且所述众多液滴穿透所述火焰前沿并在火焰中明显蒸发，冷却燃烧过程。所述喷射流可配置成层状以获得更均匀的液滴尺寸。类似地，小液滴可被含氧化剂流体带入所述火焰。在模拟喷射流时，使用者优选考虑层状vs湍流喷射流，以及根据相对液滴对流体速度和密度以及所述液滴表面能和粘度的小液滴分裂的不同情况。例如，用引入CFD编码如KIVA和Star CD的方法。
通过这些方法，使用者以高比表面积(m2/Kg)输送所述稀释剂流体，这样达到火焰前沿之前的蒸发率相对较低，但达到火焰前沿之后的蒸发率快速增加。从而在所述热燃烧气内获得高蒸发和稀释冷却。这样做的优点是在避免浓热稀释剂细薄雾存在灭活或熄灭火焰的同时，快速冷却并避免大量氮氧化物的排放。
增进火焰传播及可燃性的孔设置
相关技术描述的模型显示了火焰在各向同性(均匀)的带液滴流体中的传播限制。在一些实施方案中，使用者优选使稀释剂小液滴和燃料小液滴不均匀分布，以增加火焰传播速度和可燃极限。例如，他们可让燃料孔82在特定选择的区域中比在均匀孔分布区内互相靠得更近。他们可调整孔朝向以在非均匀配置中输送喷射流。他们可还调整所述燃料和稀释剂孔的朝向来以不同于燃料喷射流输送的方式输送稀释剂喷射流。
通过这类方式，使用者形成了具有不同燃料和稀释剂组分的混合物，他们具有不同可燃边界条件并导致不同的火焰传播速率。
参见图11，在一些实施方案中，使用者可用交错燃料和稀释剂开孔管来设置所述分布式接触器。类似参见图12，他们可提供多个管或多个通道管来成组输送燃料和稀释剂(例如环状、螺旋状、圆锥状或横向阵列)。
利用这样的孔配置，使用者可调整相对喷射穿透距离或所述孔朝向，以提供交错的燃料较浓流体区域与稀释剂较浓流体区域。用这类交错的燃料富集和贫乏区域，火焰将优先沿所述燃料富集区传播随后。所述燃烧气体或/热燃烧气会与邻近的稀释剂富集区混合，并冷却。
除了帮助火焰沿可燃燃料富集区优先传播，使用者优选设置孔和孔朝向以提供具有遍历所述燃料贫乏亚区的燃料较富集可燃混合物区域，从而帮助火焰从一个燃料富集区越过一个燃料贫瘠中间区域跳到下一个燃料富集区。例如参见图4，使用者优选提供至少一个穿越交错的燃料和稀释剂分布管阵列260放置的桥连开孔燃料管19。(例如，轴向穿越所述圆周或螺旋状管，或横向穿过平行管)。沿着所述桥连燃料管19的燃料孔可配置成用来沿着所述桥连管输送燃料输送分布，来添加足够的燃料从而在通过所述桥连管用上游流动形成的可燃混合物911中获得所需组分。此外，稀释剂桥连管19也可配置为穿越与该燃料桥连管19平行的燃料和稀释剂管阵列260。这帮助冷却所述燃料桥连管中的燃料，以防止焦化的发生。这也能输送用于冷却下游燃烧的稀释剂。例如在燃烧过程中蒸发的水滴。
进一步参照图4，使用者优选将所述桥连燃料管19的中间端置于所述火焰稳定器(控制器)100附近。在其它配置中，使用者在所述桥连燃料管19末端的上游末端附近设置点火器124。所述桥连燃料管19将优先挟带火焰从所述火焰稳定器100向着和/或穿过每个其它燃料分布管。(例如径向穿过所述圆周管)。所述桥连燃料管19配置成用来提供能辅助火焰沿所述燃料富集区972穿过所述燃料贫瘠区909的传播的可燃混合物。然后所述火焰从所述桥连燃烧管19穿越所述输送管沿着所述燃料富集区972进行传播。(例如，在圆周带周围)。可选地，可提供至少一个穿越所述燃料分布阵列260的桥连燃料分布管。
在一些实施方案中，对应横向管阵列260，优选提供所述桥连开孔燃料和稀释剂分布管19以横穿那些燃料流体和稀释剂管阵列260。如上面描述的，使用者优先将所述火焰稳定器100置于接近所述横向阵列的中心，其中火焰将由所述桥连燃料管19携带越过所述阵列。使用者至少放置一个或优选放置两个或更多个穿越所述横向阵列的桥连燃料流体分布管19来越过所述横向管带出火焰。
使用者将所述桥连燃料流体分布管19置于剩余的所述管阵列260的略微上游处，以提供燃料富集桥连区域来辅助从所述火焰稳定器100向那些下游管输送火焰。可选地，它们也可以设置于下游。在一些实施方案中，在可燃极限条件的约束下，使用者还优选提供相应的这些径向或交叉桥连燃料流体分布管19下游的稀释剂分布管，从而在整个系统内提供所需平均稀释剂/燃料比。
对于较大的液滴，使用者优选安排所述燃料孔从而将液滴以所需配置置于流动中。例如相当均匀的方式。然而，在所述含燃料流体中均匀混合的非常细小的小液滴(例如低于约50μm的液滴)可防止或阻碍燃料点燃。例如用在“191专利申请”中所教导的方法，在一些实施方案中使用者优选将所述稀释剂孔83横向集中起来离开燃料孔82，以使稀释剂液滴与所述燃料稀释剂液滴在空间上分离开。因此，使用者优选调整所述燃料孔82和稀释剂孔83的朝向来提供横向交错的燃料浓缩或稀释剂浓缩区域。参见图39，在一些配置中，使用者可将所述孔80朝向调至在轴向与所述第二流体一致，而非与所述流向成横向，从而构成角向孔86或轴向孔84。
在一些配置中，使用者让孔在横向更靠近在一起。这样使用者减少了稀释剂孔83的横向间距以减少邻接的稀释剂小液滴的间距，还减少了燃料孔82的横向间距以减少燃料流体喷射流和燃料流体小液滴之间的间距。在一些配置中，所述燃料孔82和稀释剂孔83相对于所述燃烧室轴成不同角度，从而将燃料流体液滴输送入不同于稀释剂流体的横向位置。此外或可选地，使用者在各自的分布管中提供燃料流体和稀释剂的结合脉冲，从而在将所述燃料流体和稀释剂区域分开的同时，减少在所述稀释剂或燃料流体区域内对的横向对轴向液滴间距。
通过这类措施，使用者减少一些区域中的稀释剂/燃料流体浓度。从而改善所述燃料流体的可燃极限和沿着所述燃料流体富集区域的火焰传播速率。这些方法仍提供了沿所述燃料流体紧密布置的稀释剂流体，还提供了比相关技术更好的混合和更快的蒸发。
燃料流体和稀释剂输送的时间相变(phasing)
做为可供选择的增加燃料传播和/或减少小液滴的液态热稀释剂/燃料流体比的方法，使用者控制燃料流体小液滴释放时间和稀释剂液态小液滴释放时间，从而使所述燃料流体小液滴和稀释剂液态小液滴交错释放作为沿所述燃烧器的流体流。用此种不同时间的相控制，使用者优选使所述燃料流体与稀释剂具有不同相。即构成交错的较高浓度的燃料气或液滴带或相，以及稀释剂液滴相等。这个方法增加了所述燃料带内沿燃料流体小液滴的火焰传播速率。相反地，此方法使燃料区域内的初始稀释剂浓度保持在较低程度，从而不阻止所述燃料氧化剂混合物发生燃烧。使用者安排稀释剂和燃料带交错的时间使它们互相接近并很快被由燃烧、稀释剂蒸发以及所述分布管引发的漩涡产生的湍流所混合。
通过用细小液滴将燃料流体vs稀释剂流体浓度分开，该方法在不熄灭由稀释剂、燃料流体和氧化剂流体组成的混合物火焰或者防止或阻碍该火焰的发生和传播的前提下提高总的以细小液滴形式存在的热稀释剂液体对燃料流体的比值。然而这个随时间进行相控制的方法基于小液滴释放速率会产生声音和激发共振。所以使用者应调整所述小液滴释放速率以避免在所述燃烧器内产生明显共振频率。
为增加频率控制的范围，使用者还放出燃料流体小液滴的短脉冲或微型喷射流的短暂喷射以调整这个输送频率。然后对所述热稀释剂进行调整以提供带补充相的相应的稀释剂液滴的短脉冲或稀释剂微喷射流的短暂喷射。使用者还优选将这些输送频率和/或相调整到比所述共振频率更快的程度，以产生不连贯燃烧并减少燃烧器共振。
火焰前沿下游的稀释剂接触器管
参见图2，使用者可在所述火焰前沿下游提供一个或多个稀释剂接触器管22。在一些配置中，使用者在所述燃烧火焰前沿或放热反应区的下游和上游分别提供至少一个热稀释剂分布管22。所述下游分布管22的优选制作材料应该能够耐受所述燃烧附近的及所述高能流体中的高温。
例如，还是参见图2，使用者可采用合适的高温陶瓷材料如氮化硅、碳化硅、多铝红柱石、单晶蓝宝石、多晶蓝宝石、氧化铝或其它适宜的高温材料来制造所述下游分布管22。蓝宝石具有高强度，可耐受1500℃或更高温度(蓝宝石的熔点为约2053℃。各种报道称它可忍受1800到2000℃的温度并用于制造弹道飞弹的头锥。)
类似地，使用者可采用例如哈司特镍合金(hastalloy)的高温合金来制造所述下游接触器。根据需要使用者优选采用隔热涂层或其它合适的隔离涂层来防止所述分布管受到热燃烧气体的影响。优选使用与那些用于高温气体涡轮机翼片和叶片的热涂层类似的涂层来提供热防护和氧化防护。在这类配置中，使用者使至少部分稀释剂孔的朝向沿着所述稀释剂分布管的上游部分，从而使较冷的稀释剂流覆盖该下游接触器，以防止高温燃烧气体对其的影响。这从所述分布管的上游周围到下游表面处为该分布管的外表面提供了蒸发和/或覆膜冷却。
此种下游稀释剂管优选用来分布液态稀释剂如水，从而更好地冷却和保护所述稀释剂管。也可使用蒸发的和/或过热的稀释剂。例如通过从扩散器440(如气体涡轮机)排出的热废气回收热量而产生的蒸汽。
配置速度、压力和湍流分布
在相关技术中，经由燃烧器衬管输送大量过量含氧化剂流体会导致幅度约为平均压力或速度的25％的贯穿所述燃烧器的静态压力和轴向速度的变化。这种压力和轴向速度的横向分布的变化显著影响了所述下游膨胀机的效率(例如所述涡轮机翼和叶片)。
使用者在所述燃烧器内优选配置一个或多个组件参数来对所述空间流体输送和燃烧器组件进行调节，从而例如在一个或所有两个横向方向设置轴向速度、横向速度或湍流中的一个或多个参数，以及离开所述燃烧器的高能流体的一个或多个空间测量值中的静态压力的空间分布。他们也可在所述燃烧器内配置这些参数。
这些参数可任意选自多通道扩散器配置、所述稀释剂和燃料开孔接触器对齐，截面和间距、所述孔配置、朝向和流体喷射压、和所述微型喷射流间距、叶片夹角和配置以及所述总过量稀释剂的组分中的一种或多种参数。
设置轴向速度的空间分布
参见图22，为设置所述轴向速度分布，使用者优选设置了扩散器通道的数目和各流体通道的配置，包括所述多叶片扩散器内的通道出口对入口面积的比值。通过调整一个或多个这些参数，他们可配置轴向速度在所述扩散器出口附近的至少一个横向方向的空间分布。
用这些参数，使用者可将所述孔的方向在与所述氧化剂流对齐、横向流过所述氧化剂流或与该氧化剂流反向对齐或在上游相对布置这些方向范围内进行调整。参见图27，通过使用一个或多个这些参数，使用者优选调整所述稀释剂的轴向速度贡献的横向分布。这可配置成用来调整或补偿离开所述多通道扩散器的轴向速度的至少部分横向分布。这提供了离开所述燃烧器的高能流体轴向速度的更均匀的横向分布。通过对所述入口扩散器和孔分布进行设置，使用者优选将速度的横向分布调整至更需要的分布。
使用者可设置穿过所述输送管的管堵塞因子(管直径D除以管间距H)。类似地，可设置所述微型喷射流混合元件的尺寸、翼角度以及有效空间浓度的空间分布。这些参数影响了所述有效拖曳和回压，进而影响所述轴向速度分布。
借助这些措施，所述轴向速度的横向分布变化可配置为在至少一个横向方向上，标准偏差通常小于平均轴向速度的18％，优选为小于6％，更优选为小于穿越燃料出口136的平均轴向速度的2％。
配置横向压力分布
采用本文所述的燃料流体和稀释剂分布方法，使用者对含氧化剂流体、含稀释剂流体和含燃料流体的一个或多个横向分布进行配置，以控制贯穿所述燃料出口的横向压力分布。使用者可调整相对于直径的流体喷射压力和速度，从而调整送入所述燃烧器的流体的动能对质量比。
在所述燃烧器中，通常以较液态稀释剂低得多的输送压力落差和动能输送气态稀释剂。因此，使用者可将一个或所有两个液态稀释剂部分配置成气态稀释剂和相应的流体喷射压力、孔和输送速度，从而调整所述动能对送入所述燃烧器的总过量稀释剂焓变的比值。
使用者可调整蒸汽稀释剂对液态稀释剂孔的横向分布以调整压力Vs速度的变化。
用类似的方法，使用者可调整所述液态稀释剂对气态稀释剂比值的横向分布。例如，喷入过量空气中的水的比值。使用这种调整，他们配置了随燃烧和稀释剂蒸发而增加的流体体积的横向比值。这进而影响了流体轴向速度和压力的横向分布。
使用者还可配置管到管间距的横向分布以调节回压和由此产生的横向压力分布。类似地，使用者可调整所述堵塞因子或管宽度/截面积的横向空间分布。此外，所述下游平衡或过度区影响的横截面积的轴向设置对所述压力和速度分布都有影响。
优选对这些扩散器、燃料和稀释剂孔、输送管参数以及平衡区的形状进行配置，以在至少一个横向方向获得所需的贯穿所述出口的空间压力分布和空间轴向速度分布。例如，在环形燃烧器的轴向方向提供更均匀的横向压力和速度分布。
借助这些措施，横向压力分布变化可配置为标准偏差通常小于平均静态压力的18％，优选为小于6％，更优选为小于贯穿所述燃烧器出口136的平均压力的2％。
配置湍流或横向速度的横向分布
为取得好的混合效果，相关技术中通常将大量过量含氧化剂流体(例如压缩空气)作为稀释剂经由位于燃烧下游的燃烧器壁注射进所述燃烧器中。这可导致流出所述燃烧器的高能流体的横向湍流流量水平达到轴向流量的25％到50％，并导致穿过衬管的压力降达到所述燃烧器入口压力的4％到8％。
如本文所述，使用者优选通过在所述输送管的众多区域中对燃料、稀释剂和氧化剂流体的输送和混合进行配置，避免了多数这种大规模混合和大压力降的需要。他们可调整分流翼片的数目来设置多叶片扩散器中通道的数目。这些叶片为每个分流翼片的任一侧都提供了两个强剪切区，表现为流动范围从所述叶片壁的静态流到两叶片中央的完全流。这些剪切区在衰减时提供了下游混合和湍流。根据需要，使用者还可在通常与所述分流翼片成横向的方向划分所述扩散器通道。这样可以根据需要进一步增加剪切区的数量。
使用者可设置微型涡旋式喷嘴来提供贯穿输送管的可控的和有效的局部混合。他们可相对于所述轴配置和定向孔方向，以相对于给定的轴向速度提供不同程度的横向混合。使用者可对所述孔直径和流体输送压力进行配置，从而相对于输送的流体质量流量调整输送的动能的程度。
每个接触器管都提供拖曳并形成下游漩涡，产生湍流和混合。使用“191专利申请”中教导的方法，使用者可对所述接触器的截面进行设置，以调节所述管拖曳现象。他们可将所述管不对称设置为类似微型螺旋桨的样子来增加横向流和湍流。
在蒸发和加热时，液态稀释剂体积的增加比气态稀释剂多得多。这种蒸发无需平均速度组分而提供了进一步混合湍流。可配置所述液态稀释剂对气态稀释剂的组成来调整这种随机湍流对定向动能的比值。
使用者优选使用一种或多种这些混合和湍流调整方法来将所述燃烧器内的流体湍流测量值的空间分布调整为所需空间分布。例如，在穿越输送管的至少一个横向方向或沿所述燃烧器轴向调整湍流。例如，该测量值可以是RMS湍流或沿横向方向的平均绝对速度。使用者可对一个或多个这些参数进行设置，以使流出所述燃烧器的流动的平均湍流小于所述平均轴向速度的20％，优选为小于10％或更优选为小于所述平均轴向速度的5％。
使用者优选将接近所述燃烧器出口的湍流横向分布设置为小于10％，更优选为小于穿过所述燃烧器出口区域的中部80％处的5％。通过减少出口平面的湍流，使用者改善了所述下游膨胀机的效率。
稀释剂喷雾清洗
在改进的配置中，使用者优选配置了所述下游稀释剂接触器管，以进一步提供大量集中的稀释剂喷雾进入所述扩散器440。这种隔离的下游稀释剂喷雾接触器管24优选使用带有较大高压喷射孔的第二流体输送通道。这样提供了具有较大尺寸的适用于对所述膨胀机40进行清洁的液滴的强喷射流而不是小液滴，以确保蒸发。
不对称微型喷射流
在许多配置中，使用者优选配置热稀释剂流体对燃料的质量比，以取得所需或需要的高能气体温度。例如优选为大于1的质量比。
在一些配置中，使用者调整穿过稀释剂流体孔和燃料流体孔的设计压力落差比，从而提供不同的相对质量流量。通常增加流体穿过孔的压力落差能在孔阻塞速率内增加其流量速度、动量和穿透距离。
在一些配置中，使用者改变所述稀释剂孔尺寸对燃料孔尺寸的比值来调整稀释剂对燃料质量流量的比值。增加所述孔尺寸增加了所述孔出口直径，并增加喷射流射入其周围流体的穿透距离。
使用者优选调整稀释剂孔对燃料孔的数量比，并将其作为主要参数来调整稀释剂对燃料质量流量的比值。在(大多数)配置中，使用者调整所述孔尺寸、孔数量、流体过压和流体温度、流体表面张力和流体粘度的某些组合，来取得所需热稀释剂对燃料比值。使用者改变沿着和通过所述直接接触器的该比值以取得稀释剂对燃料的空间分布，并获得需要或所需温度分布。
微型喷射流的不同长度
在一些配置中，使用者提供两组或多组稀释剂和燃料管，较小的管组分散于较大的管组中。在这类配置，使用者优选在所述较大管组下游轴向偏置较小管组。使用者还优选设置所述流体压力、孔尺寸、孔排列和孔朝向，来为所述较小面积组构成比较大面积管组更长的微型喷射流。该较长微型喷射流帮助来自较小管组的稀释剂和燃料流体与流过所有管组的氧化剂流体混合。
设置孔接触器分布阵列
在各实施方案中，使用者将所述接触器管设置成接触器分布阵列。参见图52，在一些配置中，接触器管10的阵列可配置成用来构成通常为平面的接触器阵列265。在其它配置中，接触器阵列设置成三维空间阵列。参见图1，在一些配置中，使用者根据需要将空间孔分布阵列做成例如圆锥、椭圆、抛物线、复合抛物线、双曲线或其它空间孔阵列形式。(另见“191专利申请”中所教导的方法)。在一些配置中，使用者将所述分布管定向为与所述流体输送管130的轴成一定角度。
阵列开口的取向
这些阵列可定向在下游开口凹槽“角”配置(尖端向上游)中，或在相对的下游收口凸形“漏斗”(尖端向下游)配置中。
参见图1，所述凹面孔表面261可调整成面朝上游方向(尖端向上游)。参见图28，这个“角”262阵列开口的朝向在包括燃烧器56的放热反应器设计中非常重要，其中反应流体912温度较高并释放热或可见辐射。
如图44所示，所述相对的“漏斗”配置264面朝上游(尖端向下游)进入所述流动，以构成具有下游降低表面的下游凸形孔表面。通过采用小或窄的锥角，所述孔表面对轴的锥角或管角可用于引燃所述氧化剂流体从长凹形或“角”形分布管阵列262的外部到内部。类似地，用“漏斗”阵列可以将所述流体从内向外引燃。
参见图1，使用者可将大致为平面的孔分布配置拉长或延伸成下游开口凹形孔阵列261。这些配置可与一个或多个流体分布集管242连接，这些集管的优选朝向是从所述锥形阵列的尖端到周边成放射状。例如，他们可在两集管间形成弧10，或约凸形的成一定螺线角度的卷绕接触器管10，以构造所述凹形孔分布阵列261。他们可用圆弧来构造如图28所示的锥形孔阵列262。此种阵列填充了所述燃烧的横截面空间，同时相比平面阵列而言为氧化剂流体提供了更多的两相邻管间的空间。这减少了所述拖曳和相关流体流经所述凹孔阵列261时的压力降以及相关的泵损失。
在一些实施方案中，使用者可采用凹形燃料分布阵列261。在这类配置中，燃料流体输送、蒸发、稀释剂蒸发和燃烧是空间分布的。(例如锥形、椭圆形或类似的非平面表面)。所述轴向燃料流体分布进而分散了所述燃烧声音和反馈影响。这显著减少和扩散了声音反馈。
锥形或“角状”凹阵列
在一些实施方案中，使用者优选选择和构成了所述“角状”下游开口凹形分布阵列燃烧器配置262。(见图28所示锥形“角状”阵列)。此种实施方案可贯穿所述流体输送管130提供相当均匀的燃烧，同时降低了贯穿所述流体和热稀释剂分布阵列的压力降。
当使用者想要或需要增加所述辐射域和辐射反馈时这些角状阵列262也很有用。在这类配置中，所述“角状”配置262会增加所述凹形火焰区内的这类热辐射或可见光辐射。相应地，这种配置屏蔽了所述中央燃烧对围绕所述分布阵列的流体输送管130的影响。
整个配置形成了部分“黑体“(或”灰“体)。从位于该凹形燃烧器阵列261的凹形火焰发出的辐射加热并蒸发了进入该凹形燃烧器阵列261的燃料流体。该辐射强化了凹形燃烧器阵列261顶点附近的火焰稳定器(点火控制)100。这向上游的第一和第二流体混合和开始反应处提供了一些“反馈”。
当火焰在所述“角状”凹形燃烧器262内建立起来以后，在所述火焰稳定器100和周围的开孔分布管之间的区域经受到从周围火焰以及所述火焰稳定器100发出的辐射。这个区域也经受了从所述火焰以及所述燃烧器56内的下游更远处周围表面发出的辐射。
这个湍流火焰传递和辐射使所述火焰稳定器100以显著高于现有技术的速度更可靠地点燃燃料-氧化剂-稀释剂混合物。这在所述燃烧稳定性限制条件下显著提高了所述流体质量流率。
这些在热传递速率和稳定燃烧速度方面的改进随着所述“角状”直接燃料接触器262的锥角的减小而增加。对于小于45度的锥角(倾斜角小于90度)，相比火焰从所述燃烧器入口横向传播到出口的时间，该火焰从所述燃烧器的中心到外半径的传播时间使得能以超出所述火焰传播速度的有效流体流量速率进行操作。
较小的锥角增加了所述燃烧器的长度和相应的费用。在适当地考虑了这些因素后，使用者通常采用角度范围在5-85度的锥角来配置所述“角状”直接燃料接触器262，优选角度的范围为15-60度，最优选范围为20-30度。(即倾斜角的范围通常为10-170度，优选范围为20-160度，最优选范围为40-60度。)
点燃高速流体
相关燃烧器技术中，为了取得可靠燃烧在所述燃烧器内压缩的氧化剂流体流量猛烈降低至小于火焰速度。使用者可对所述三流体燃烧器进行设置，使其能够耐受以相对高的速度流动的点燃的流体。在一些实施方案中，可对流体输送和燃烧器的参数进行特别设置，以取得近似或高于常规技术的火焰传播速度。
进一步参照图1和图28，在所述燃烧器流体输送管130中，使用者优选对所述反应器流体输送管130中的至少一个分布式燃料接触器和/或一个分布式稀释剂接触器的开孔管进行配置。一个或多个分布式直接流体接触器中的所述多重通道配置成用来输送及混合燃料流体和氧化剂流体。所述分布式接触器阵列260优选设置为下游提升凹管阵列261(例如在所述“角状”配置中的下游开放式锥形阵列262或类似的椭圆形阵列，或矩形阵列268，或环状帐篷阵列269)
然后，使用者优选将所述火焰稳定器置于由所述“角”形分布式接触器阵列261构成的扩张凹形流体分布表面的上游末端附近。利用此种配置，来自所述火焰稳定器的热和火焰点燃了由附近的凹形分布式直接接触器261工段输送的燃料-氧化剂混合物。
所述火焰稳定器产生的火焰轴向延伸越过所述凹形直接接触器261的下一下游工段。于是，来自该火焰的辐射和对流的热气加热并点燃了由所述凹形分布式直接接触器261的下一个径向朝外和下游工段输送的燃料-氧化剂混合物。通过此种配置，所述火焰沿着下一未燃烧燃料部分向下游前进。
近绝热燃烧区
仍是参见图4和图28，从所述引燃火焰和燃烧向所述分布式燃料接触器和分布式稀释剂接触器散发出的热辐射加热了它们的表面。输入的燃料流体、稀释剂流体和氧化剂流体将那些表面冷却。于是向所述分布式接触器散发出的热量快速回到所述燃烧区域。此外，几乎所有从所述火焰稳定器100辐射、对流和传导的热都被输送或传递到周围的含燃料气体和分布式接触器。
此外，由于所述燃烧是在所述凹形接触器阵列261内部的中间或周围，暴露于所述火焰的接触器表面经受了来自围绕所述凹形接触器阵列261内部剩余区域中大部分的火焰的辐射。这进一步加热了输入的燃料流体和氧化剂流体，辅助了它们的点燃和燃烧。
通过这样配置所述火焰稳定器和所述接触器来构建凹形阵列，能有效捕捉和促进从引燃火焰和燃烧中转移的热量。于是所述燃烧器56的这一上游部分在仅极少净热量从所述燃烧区域散失的接近绝热的条件下运行。
进一步参见图28，使用此种配置，在所述火焰随流动从所述燃烧器的上游输送到下游末端的时间内，所述火焰只需有效地从凹形部分(例如锥)的上游末端的内轴传播到凹形部分(例如锥)的下游边缘的最远处。因此，使用者优选将所述燃烧器的半“锥角”设计为横向火焰传播速率除以所述燃烧气体轴向速度的商的反正切值。这里，使用者将所述半锥角限定为所述分布式燃料流体接触器轴与凹形分布式接触器阵列的发散表面的夹角。即“角”锥形燃烧器262(下游增加)具有0°-90°的半角。相对地，下游减小的凸形接触器阵列263如“漏斗”锥形燃烧器264(下游减小)具有90°-180°的半角
通过配置分布管，使用者在每个所述分布管下游造成了漩涡。这些漩涡帮助了混合及对流热传递。在一些配置中，通过沿所述流体分布管配置微型涡旋式喷嘴来产生流动轴向的漩涡，使用者进一步提高了这种湍流混合。参见本文在“微型涡旋式喷嘴混合增进器”部分的描述。
凸形“漏斗”阵列
在一些实施方案中，使用者采用了下游收口“漏斗”凸形孔阵列配置264。(参见，例如图44的锥形“漏斗”阵列)。这里最大的孔阵列开口面向上游，最小的孔阵列开口面向(或“指向”)下游。
在燃烧器中，这种配置在下游凸形分布阵列外部生成火焰。热量从该阵列辐射出来。这减少了热辐射环境和反馈到所述燃料流体或流体分布管特别是具有冷却的外输送管壁132分布管的热辐射。此种配置在所述分布阵列下游和外部创造出更加均匀的热混合区。
使用者可在输送管内设置下游收口凸锥形燃烧器264，即在“漏斗”形配置中。它通常用于对加热管进行内部加热。在此类燃烧器中，从来自上游外部分布式接触器管的燃烧热经对流输送到附近的由向内及下游分布式接触器生成的下游可燃混合物。此种配置常常用于加热罐装的流体如原油，沥青和粘性化学品。
在“漏斗”燃烧器配置中，一些辐射将燃烧热传递到相邻的下游朝内流动的混合物中。为了补偿较低的辐射热传递，在一些实施方案中，使用者优选提供了至少一个火焰稳定器100来点燃所述可燃混合物并维持燃烧。在一些实施方案中，从至少一个上游火焰稳定器100到接近所述“漏斗”分布式燃烧器264的上游末端外部的至少一个位置，使用者优选提供了火焰管116。在其它实施方案中，使用者将所述火焰稳定器100放置在所述燃烧器56上游末端外部的一个位置附近。
篷式(tent)及其它阵列
虽然分布式孔表面或接触器管阵列的定向已经在凹面或凸面锥形阵列的例子中描述过了，本领域技术人员会发现，在定向金字塔形或矩形篷式阵列268、或用类似于在“191专利申请”的图58和59中所述方法和本文所述的方法构建的环形篷式阵列269、以及其它曲线形三维孔阵列时也能观察到类似的优点。
在一些实施方案中，使用者将分布式接触器优选设置成为一或多个篷式阵列，从而以空间可控的方式将氧化剂流体和燃料流体送入所述燃烧区域。在上游凹形表面篷式阵列即“角状“配置中产生的上游漩涡中，优选设置了分布式引燃火焰。所述篷式阵列可设置成圆形输送管，环形输送管和矩形输送管或其它具有所期望形状的输送管。(参见“191专利申请”的图58和59)
与所述输送管轴正交的平面阵列
参见图52，使用者可将所述分布孔或开孔分布管设置成正交(垂直)于所述主燃烧器流体输送管轴的平面阵列。例如，圆形输送管144(即通常大多数含氧化剂流体流过的输送管)中的圆形平面阵列265。这些平面孔阵列可是圆形平面阵列265，矩形平面阵列266和环形平面阵列267或其它根据需要配合所述输送管的类似曲线阵列。在圆形流体输送管144中，使用者可将所述分布管包裹于螺线形阵列中。类似地，他们可将所述分布管设置在连接到一个或多个集管240的圆圈或圆弧中，优选为径向设置到径向集管240。在非圆形流体输送管130中，使用者可构建平行于或垂直于所述流体输送管130的一侧或多侧的分布管。他们将所述分布管10连接到平行于所述流体输送管130侧的相应集管240上。此种平面阵列配置具有轴向紧凑的优点。
圆柱状孔阵列
参见图53，使用者可将分布式孔阵列制成通常为圆柱形的管配置265的形式。例如用双流体接触器管16。他们可将所述含氧化剂流体径向送入所述圆柱形阵列265外部的流体输送管130。例如堵塞(比如用隔离帽157)所述输送管的入口134处对所述圆柱形阵列265的中间末端。类似地，他们可用隔离环154堵塞位于所述圆柱状管阵列265和所述输送管壁144之间的靠近所述输送管出口136的输送管部分。
类似地，可通过从所述管放射状朝外的侧通道或输送管来运送含氧化剂流体。当需要大致为圆柱形的燃烧区域的时候需要这种圆柱状配置。
“顶帽”形孔阵列
在进一步的实施方案中，使用者可将分布孔阵列制成“顶帽”形孔阵列271的形式(参见“191专利申请”的图66)。当从末通道或侧通道以放射状向流体输送管内送入流体或者当需要包含端壁燃烧区的大致为圆柱状的燃烧区域的时候，他们可采用此种阵列。
组合式(modular)或“罐头”燃烧器
在一些实施方案中，使用者可构建包含有适合于所述组合式燃烧器的分布式接触器阵列的组合式燃烧器，或圆柱形燃烧器或“罐头”燃烧器(参见本专利申请中图1，图28，图52和图53中的配置以及“191专利申请”的图65，图66中的配置)。例如，他们采用平面接触器阵列，凹面接触器阵列，“角状”接触器阵列262，“顶帽”接触器阵列271或类似的接触器阵列来构造模燃烧器。
“罐头环”燃烧器
做成“罐头”或“罐头环”配置的圆柱状燃烧器是本领域公知的。在进一步实施方案中，使用者构造了大量组合式燃烧器，每一个组合式燃烧器都含有设置成环状燃烧器阵列的分布孔的凹形阵列。他们在两个或更多个组合式“罐头“燃烧器之间提供流体连接输送管以构成罐头环形管阵列(未显示)。这些连接输送管和阵列设置是用来辅助平衡各个所述组合式燃烧器之间的燃烧和压力。
相关的接触器阵列配置
使用者可调整所述管到管间隙以减少所述氧化剂流体在流经所述管阵列时的压力降，并取得更需要的氧化剂流体对燃料流体输送面积的比值。以类似的方式，使用者优选设置所述燃料流体分布管和所述稀释剂分布管之间的轴向距离。
在一些实施方案中，使用者优选在轴向方向替换所述管，以增加附近的管间流动通道。采用此种延伸的凹形水和燃料流体分布表面，使得在燃料流体和水管分布区内的净气体通道面积与所述燃烧器下游相类似。通过将所述管散布开来，使用者创造出管间的较大通道并减小了穿越所述管的压降。这减少了由此产生的泵送损失，并相应增加了系统效率和投资的内部效益。
在其它实施方案中，在提供类似于平面配置的管到管间隙的同时，使用者在轴向对管进行了替换。在相同的管间净通道面积，该延伸配置在输送管内提供了更多的分布管。在其它实施方案中，使用者增加或减少了横向间隙间距，以增加或减少管间流体流动的压降。
通过调节所述燃料分布管对热稀释剂分布管的相对轴向间距，可调节所述燃料流体和稀释剂流体的相对轴向蒸发时间和程度。通过调整燃料和热稀释剂管的相对轴向间距，可调整燃料和热稀释剂的相对轴向浓度，从而影响可燃性及燃烧温度极限。使用者可用相对轴向间距来影响热稀释剂相对于所述火焰前沿的蒸发。这种调节也改变了燃烧器内的温度分布以及NOx和CO的排放。
在一些配置中，使用者调整了所述燃料流体管对热稀释剂管的径向或横向间距，以调节所述氧化剂流体流动面积对所述燃料流体流动面积(即所述累积燃料孔面积)和/或所述热稀释剂流动面积(即所述累积稀释剂孔面积)的比值。这些进而影响了所述氧化剂/燃料和稀释剂/燃料的比值(大约正比于穿越管阵列和管孔的对应压力和压力差)。
当需要降低拖曳、压力降和泵送损失时，使用者将分布管定向为与从管上面流过的氧化剂流体一致，例如，通常与所述输送管轴一致。类似地，当所述分布是流线型的，则所述管截面的长轴可与所述氧化剂流动路径对齐，或大约与所述输送管轴对齐。
在其它配置中，使用者需要改变所述氧化剂流向，他们优选将横向拉长的分布管定向为与所述流体的流动成某个角度。类似地，他们可用具有根据空气动力学配置的截面的管来帮助改变流向，就像“191专利申请”的图40所示的那样。在改进的实施方案中，使用者可使含氧化剂流体沿上游管阵列的一个方向流动，然后他们可将该流动方向改回到下游管阵列的流动方向。
在不同的实施方案中，使用者根据需要相对所述热稀释剂分布管定向所述燃料流体分布管。
在一些实施方案中，使用者优选将燃料开孔管接触器11和稀释剂燃料开孔管接触器14设置成互为上游/下游的形式。相比轴向交替的燃料管11和稀释剂管14，该配置减小了流过这些管接触器的第二流体的压力降。当需要最小压降时，使用者优选将管排列成互为上游/下游的形式。
在其它实施方案中，当需要更大的湍流和混合的时候，使用者优选使管交错分布，以使下游管与上游间隙G对齐。
交替的燃料流体和稀释剂管
使用者可设置交替的燃料流体和稀释剂分布管。例如，这些分布管可缠绕成交替的螺旋。类似地它们可设置成同心圆或平面阵列等样式。
声音相干或共鸣
使用者可对空间孔阵列进行设置以产生共鸣。例如，构造扬声器来在室内形成共鸣。参见图52中的平面阵列，或类似于图4或图8所示的浅凹阵列。
使用者可将所述直接接触流体分布阵列配置在浅凹孔阵列261或浅锥或平面表面。这增强了所需的共鸣，例如扬声器或混合物的共振混合。流体优选从孔阵列的中央顶点经过径向集管到所述开孔分布管分布。优选将所述孔表面的轴向位置调整为离所述中心的径向距离的函数，从而可以相对所述含氧化剂流体沿轴向相对阵列顶点运动所需的时间来调整压力脉冲经过所述分布阵列到所述孔的时间。通过对该表面配置的调整，使用者调节了所述轴向流体输送相表面。因此使用者可调整所述凹表面的配置以改变所述声音反馈。
这类配置中，使用者优选对燃料流体集管242中的液态燃料压力进行脉动或调制，以产生贯穿所述连贯分布表面266的协调的燃料流体液滴喷射。他们对所述液态供应压力的频率和幅度进行设置，以改变液滴输送速率。这产生了变化的燃烧速率。这连贯地改变了贯穿所述平面接触器阵列266的气体加热和膨胀速率，构成了平面的声源，即“扬声器”。
在这类配置中，使用者优选类似地对稀释剂集管244中的液体压力进行脉动或调制。他们可对喷射速度和相进行调整，使所述液态稀释剂液滴恰好在所述燃料流体液滴之后生成，并以基本上相同的速度喷射。这使液体稀释剂液滴带(例如水)恰好产生在燃料流体带之后。所述燃烧燃料带产生的热蒸发了稀释剂液滴带，这引发了该稀释剂液滴带内的连贯快速的膨胀。这创造出的声源具有与所述液体供应调制相类似的调制。
在一些配置中，为了构成更大的声源，使用者将多个连贯声源设置成较大的声阵。使用者调整各声源之间的相位关系(或迟滞)来聚焦所述的大声源，并根据需要调整焦距和/或掌控声束(acoustic beam)。
在改进的配置中，使用者配置空间接触器阵列260来调整声音性质。凹形或凸形开口阵列的朝向和“锥角”进一步影响了这些分布阵列内部和周围的声区，特别是对反应流。
在一些配置中，当使用者想要减少声音共振的幅度(“压力波动”或噪音)时，使用者优选选择中等锥角(介于平面和圆柱表面之间)，从而削弱了所述流体输送管130内或相关的下游(或上游)输送管或装置中重要的声音共振模式。(参见图28所示)。这提供了控制所述声音共振的被动方法。
为了提高垂直于通过阵列的平面的纵向声音模式(垂直于所述阵列的纵轴)，在一些配置中，使用者优选选择带有极小或零锥角或阵列开口角的平面管阵列266(参见图52所示)。为了最大化垂直于所述流体输送管130轴的径向声音模式(通常垂直于所述阵列的轴)，在一些配置中，使用者优选选择圆柱形形阵列270，并将其配置为带有接近或等于0°或180°的“锥角”或阵列开口角(参见图53所示)。
参见图54，使用者可使用聚焦共振输送管140或室来激发室内的声音模式并优选使声音反馈最大化。所述下游壁优选设置成延长的复合抛物线集中器。例如作为通过围绕流动轴旋转复合抛物线集中器曲线来获得的三维复合抛物线集中器表面。上游壁优选配置为带有开放成大致椭圆形状的入口端。使用者穿过上游壁附近的共鸣器放置燃料和稀释剂分布管的凹形阵列261。火焰稳定器100优选放置于接近所述分布阵列的中心和下游。
在一些实施方案中，使用者优选对所述燃料流体和/或稀释剂的喷射进行控制，以创造强声音燃烧波动。这些波动通常由复合抛物线集中器壁聚焦到所述燃烧器出口136附近区域。借助热气，这在所述下游出口管中提供了高度共振。此种配置用于熔化和/或混合与所述入口氧化剂流体一起进料的组分。在其它实施方案中，使用者构建了圆柱形“罐头”燃烧器或矩形燃烧器，并将合适的平面阵列穿过所述燃烧器或在其周围放置。他们优选把所述燃烧器的长度对直径的比值调整到大于或小于2，从而优选激发纵向或径向模式。
内燃机
在一些实施方案中，分布式阵列将至少一种流体(如气态燃料、液态燃料或水)与含氧化剂流体(范围从空气到富氧空气，再到氧气)一起注入工作马达中。在一些配置中，使用者通过一个或多个直接流体接触器阵列260来分布燃料流体和热稀释剂。
现有系统用非常高压力的泵将一种或少量燃料流体经由少量孔注入燃烧室。这通常是在对空气大幅度压缩后才做的。需要用高速度来向压缩过的流体内注射以取得明显的注射穿透。
参见图58，使用者可在所述燃烧室外围分布大量孔，例如采用开口分布管10。他们将众多燃料流体的细小微型喷射流注入所述燃烧室。所述开孔管优选卷绕着活塞冲程界限上部的缸盖空间。所述孔优选指向所述燃烧室的中心，远离器壁。所述孔可定向为靠近的切线方向，从而给予所述流体一些可以增加混合效果的漩涡或湍流成分。
这个方法使得所述稀释剂和/或燃料流体能在所述含氧化剂流体在所述燃烧器室内压缩的时间之前显著穿透并蒸发。这提供了小得多的更均匀的液滴及更均匀的保留时间。这明显改进了加料的均匀性。
在相关技术中，制造了各种可以经马达气缸或类似的通道壁内或周围开口、端口、气缸槽端口或穿孔吸入空气的马达。参见图55、56、57和58，在一些实施方案中使用者优选采用了直接接触器系统来经由开口分布管对至少一种流体(通常为燃料流体或者稀释剂流体)进行分布。他们可将流线型开孔管10阵列放置在所述燃烧气缸192的壁周围、开口周围或贯穿一或多个这些开口分布。
在本发明的一些实施方案中，使用者优选将燃料流体和稀释剂流体经由一个或多个本文所述的开孔管的多重通道进行输送。他们优选在环绕所述燃烧气缸192的缸壁在开口上方进入该气缸放置此种流线型开孔管。在一些实施方案中，使用者优选在所述燃烧气缸192开口上方环绕该气缸壁以与所述燃烧气缸192壁正切的方向缠绕此种薄流线型开孔管(如图55所示)。使用者分别将所述燃料流体通道连接到燃料流体供应集管242，将所述热稀释剂通道连接到稀释剂供应集管244(例如柴油燃料和水)。
在其它实施方案中，使用者将所述开孔管沿平行于所述燃烧气缸192轴的方向围绕该气缸壁放置。(参见图56)。使用者分别将所述燃料分布通道连接到燃料流体集管242，将所述热稀释剂通道连接到稀释剂供应集管244。
在一些实施方案中，使用者将一个或多个开孔分布管围绕所述燃烧气缸192壁开口的一侧或两侧放置，以向所述燃烧气缸192内输送流体。(参见图57)。所述管优选为在所述气缸槽端口194的任一侧凹入所述燃烧气缸192壁以减少湍流和拖曳。
燃料流体和稀释剂流体中之一或双方优选经由众多细小的孔以微型喷射流的形式注入所述气缸开口。在一些实施方案中，使用者根据需要设置多个孔束以提供所需累积微型喷射流孔面积。这些众多的微型喷射流产生了比现有技术中多得多的微型喷射流。使用者优选调整孔尺寸和流体压差来获得所需穿透。他们优选设置所述孔的数目以获得所需流量。例如，调整所述孔的线性纵向和孔束的数目和横向间距。
例如，环绕直径为125mm的所述燃烧器气缸192的宽度约为5mm的槽194提供了约为1,960mm2的进口截面积。所述槽194的两边线形成了约为785mm的周长。于是，使用者环绕每个槽壁每6μm每束就形成约2μm的孔，这样在每一所述燃料流体和热稀释剂通道中对每一通道每束提供了约130,800个孔和微型喷射流。此种分布孔的配置为每个圆周孔束提供了大约为0.41mm2的总孔面积。通过在分布管周围提供约100条孔束，为每个圆周分布管提供了大约为41mm2的总孔面积。
在改进的实施方案中，使用者对所述孔进行调整来将所述微型喷射流喷入所述燃烧气缸192。此种微型喷射流的设置减少了贯穿开孔管阵列的压力降。
在其它实施方案中，使用者将一个或多个开孔分布管阵列贯穿一个或多个入口输送管或端口放置，从而将一种或多种流体送入流经那些输送管或端口的流体中。此种实施方案使用圆柱形、平面、圆锥或本文所述的其它阵列来提供所需要的特征。
参见图58，在一些实施方案中，使用者提供环绕所述输送管或端口开口放置的开孔分布管。这些管优选陷入在所述流体输送管壁132内。所述开孔管可优选放在所述输送管上游以调整保留时间，从而调整所述液体在入口空气中的蒸发量。
还是参见图58，在一些实施方案中，使用者提供位于所述流体输送管130内部、周边或穿过该管的一个或多个开孔分布管。例如，参照“191专利申请”中的图90，这些开孔燃料和稀释剂接触器可分布在通向所述入口阀上游的马达的入口端口的外围。如“191专利申请”中的图85和图86所示，所述孔可配置成用来将喷射流以不同的穿透能力输送入所述输送管内，例如“191专利申请”的图85和图86所示。例如提供不同尺寸的孔和/或多重压力接触器。
使用者可沿流体输送管130轴放置至少一个轴向开孔分布管，优选作为带有用于燃料流体和稀释剂流体的双通道的共轴接触器。第二开孔分布管优选设置于所述第一分布管上游，并优选围绕所述第一管同中心放置，以形成同心通道接触器开孔管20。所述燃料流体和稀释剂流体分别注入所述两个开孔分布管。所述集管240或进料管优选用于支持所述开孔分布管。该配置特别适用于微型喷射流，其中当喷雾向外移动到所述流体输送管130中时发生膨胀。
一些马达使用连到所述主气缸的预燃室。在一些实施方案中，使用者将一个或多个开孔分布管穿过或围绕一个或多个连接到这类预燃室的流体输送管或端口，来向那些预燃室输送流体。(类似于图58)。所述燃料流体和热稀释剂流体之一或两者优选以微型喷射流的方式经由众多细孔注入所述入口端口。在改进的实施方案中，所述孔的方向朝向所述燃烧气缸内。
在其它实施方案中，所述开孔分布管是沿着通向或来自这类预燃室的流体输送管放置或放置在其周围。
多通道接触器管
参见图41，在一些实施方案中，使用者优选在接触器管10中设置多管通道222以构成多通道接触器管220。例如，这可具有一个或两个燃料通道224用于液态燃料和气态燃料，或多燃料。其可优选具有一个或多个稀释剂流体通道228，这些通道可对所述燃料通道加以保护并用来输送稀释剂。
多通道管组件
参见图41，使用者可通过将一个薄带折叠构成所述多通道接触器管220的两个管侧壁33来构建所述多通道接触器管。可使用在所述多通道接触器阵列上游或下游的延伸229。例如来减小拖曳或将其加强。他们可在所述两管侧壁33之间设置一个或多个管间壁31以构建两个或更多个通道。(例如为燃料流体构建的燃料通道224和为稀释剂流体构建的稀释剂通道228)
使用者优选构建这些管间壁31，使它们可以将力从一个多通道管220向另一个传递。例如，优选将形成通道间壁的所述管间壁31设置成与所述管轴垂直。他们优选用合适的接合材料涂布所述通道间管间壁33的末端以构成结合层258。(例如焊料层、铜焊层、或在所述接触表面上的粘合剂层)。他们优选将所述薄带或接触器侧面的下游边缘结合在一起。所述结合层258优选由可以在明显高于所述燃料流体开始焦化或聚合的温度而小于被结合材料的构造温度的温度下仍保持强度的结合材料构成。
在一些采用了曲线接触器管10的实施方案中，使用者优选将两条带制成两个互补的接触器侧。他们将所述侧带的上游和下游边缘之一或优选所有上下游边缘结合在一起。使用者为了便于并加速制造过程，优选在组装前在所述薄带上钻孔。还可以在多通道管220或更大的组装完成后作出这些孔。
控制燃料流体温度
在一些实施方案中，使用者在一些配置中将所述燃料流体预热到高于环境温度。相对地，使用者也可将所输送的燃料流体的温度控制到低于可显著增加循环总寿命周期成本的燃料流体焦化或聚合的温度，对某些配置需要重点顾虑。(例如对于喷气机燃料小于373K(或100℃或212°F)或高于573K(或300℃或527°F))。
在一些实施方案中，使用者优选在与所述燃料流体通道相邻的一个或多个通道中传导稀释剂流体。根据需要，他们可相对与相邻热稀释剂通道的换热表面配置所述燃料流体通道的暴露表面，以对燃料焦化或聚合加以控制。他们可控制所述稀释剂流体的温度以控制燃料预热的程度，从而在一些配置中避免焦化和聚合。即可将与所述燃料管相邻的热稀释剂温度控制在所述燃料温度以下。他们可根据需要添加热障涂层来减少热传递。
复合接触器阵列
在一些实施方案中，使用者优选配置多通道分布式接触器管阵列，从而经由多个孔输送燃料流体和稀释剂流体。参见图40和41，这些阵列通常包括将多通道接触器管220与多通道集管246连接，并通过输送管接头255或管间输送管257将其结合。
在加压的能量转化系统中，压缩加热了上游输入的空气，在一些情况下甚至加热到足够发生燃料聚合或焦化的程度。从下游燃烧带来的热可类似地加热所述燃料。使用者优选沿着燃料输送稀释剂以对燃料加以保护。
使用者可朝着不直接暴露或较少暴露于所述燃烧热或热燃烧气体的管阵列侧设置一些或所有的燃料通道和孔。例如在，使用者优选在远离“角”状接触器阵列内部和下游的中心燃烧区的多通道接触器管220径向朝外部分配置所述暴露的燃料流体通道表面和孔。该径向内表面可具有更少的或根本不暴露的燃料通道表面和孔。使用者优选在暴露于所述燃烧热辐射较多的径向内表面设置更多的热稀释剂通道表面和孔。
在改进的配置中，使用者可提供热稀释剂通道来覆盖更接近或暴露于高热通量源的燃料流体通道的主要部分或全部，例如典型地为更接近燃烧的所述单通道接触器220的下游或径向内侧部分。在远离燃烧的燃料流体管道，优选设置少量或不设置热稀释剂通道。对于较高的燃烧温度，优选在朝向燃烧(下游)的部分配置比远离燃烧(上游)部分更多的稀释剂通道228。
使用者可在所需压力向燃烧器提供氧化剂流体。例如从低压涡轮机如简单微型涡轮机到高压涡轮机的压力范围。例如，压力比值在约为对于简单微型涡轮机的4或更低到对于高压涡轮机的约为60范围内。他们更优选对所述燃烧器进行设置，以适应中型或大型商用涡轮机的20-45的压力比范围。
较高的压力导致较高的氧化剂流体温度。使用者优选配置稀释剂接触器来向上游压缩的加热的氧化剂流体输送足够的稀释剂流体，以使燃烧流体保持在所需温度，特别是在高压力比和高氧化剂流体温度的时候。
使用者可配置复合多通道接触器管220，从而使燃料流体和稀释剂流体之间的热传递能将所述燃料流体的温度维持在所需范围内，特别是存在从燃烧和热气体发出的热的时候。例如，为了将所述燃料流体和/或稀释剂流体温度控制在期望的范围内，根据需要使用者相对于所述燃料流体和燃料流体通道将定向为更接近燃烧(通常为下游)的热稀释剂冷却和稀释剂通道部分调整至定向为更接近输入的热压缩氧化剂流体(通常为上游)的热稀释剂冷却和稀释剂通道。他们可使用Jordal(2001)中例举的热传递计算方法。通过使用计算流体动力学(CFD)和辅助的有限元热传递工具，他们可将计算扩展到考虑热辐射和流量及湍流的变化等等。
为了防止所述多通道接触器管受到高辐射热通量的影响，一部分稀释剂流体可从孔中射出以形成所述管周围的保护性膜或冷却膜。这可采用专门的通道和孔或者多孔层。在燃气轮机领域中常使用对燃烧器衬管和涡轮机叶片的保护性流体层。然而，所述冷却流通常为压缩空气。在本发明中，所述保护性流体可为液态水。使用者可在上游设置一些热稀释剂孔来在外燃料通道壁提供保护用的薄膜。
参见图28，对于凹形或凸形空间孔阵列，从燃烧而来的辐射和热流动气体可来自对角方向。在一些实施方案中，使用者以不对称形式配置不对称复合直接接触器管和/或流体流量或稀释剂温度。例如，所述管、燃料和稀释剂输送可配置为适应不对称热传递。相比于燃烧热辐射和循环热气，可考虑来自加热的含氧化剂流体的一个或所有两个热通量。例如参见图29，热障涂层34可设置在最接近所述燃烧和/或所述热入口氧化剂流体的管侧。为了能耐受来自一个方向的比其它方向更高的热流，在所述多通道接触器管220中的稀释剂通道可特别加大，或者相比于其它稀释剂通道有更多稀释剂和更冷的稀释剂经由一些稀释剂通道流动。例如特别是平面阵列来自下游对比来自上游。
二级集管
参见图42，使用者可配置二级复合集管259，并将它连接到复合管输送接头255或相当的复合集管。可将一个或多个复合多通道接触器阵列220连接到所述二级集管259。参见图42和43，二级集管和接触器阵列可设置成六角形阵列或笛卡尔阵列或类似阵列。
参见图40，使用者可通过把位于两个或多个多通道接触器管220之间或者位于分布式接触器管220和相邻管-输送管255或相当的多通道集管之间的一个或多个管间输送管257结合在一起的方法来有效地构造复合二级集管。他们可在所述管-输送管接头255或管内输送管257的每个结合表面之间，或者任意地向所述多通道接触器管220的相应结合表面提供结合层258。在改进的配置中，使用者将所述多通道管220直接与所述集管、管-输送管接头255和/或管间输送管257结合。
参见图42，使用者可配置一个或多个将所述主要集管240连接到两个或更多个分布式接触器管220的复合二级集管259。
使用者可将所述二级集管254内部的横截面流动面积以与流经它的流量成比例的方式进行调节。他们可调节传越二级集管254的氧化剂流体流动成横向关系的外横截面。他们优选对这些参数进行调整，以与压缩或泵送氧化剂流体穿过所述二级集管254相比，减少泵送流体通过所述二级集管254的总寿命周期的成本。
在改进的配置中，使用者约与通过那些管间输送管257的总流量成正比例来调整在直接接触器10之间或穿过直接接触器10的管间输送管257的数目。这种调整所述二级集管254的截面或管间输送管257数目的方法有助于减小横向流动的氧化剂流体的压降。
使用者在每一希望使流体从所述集管240流入二级集管254或流入分布式接触器管10的位置形成了一个或多个透过集管壁249的集管连接孔250。他们可采用激光钻“钻孔”来加工如此大的集管孔250。可选择地可采用蚀刻或其它方法形成这些集管孔。
在每一需要使流体从所述集管240或一个或多个二级集管254或管间输送管257流入所述分布式接触器管10的位置，使用者在所述分布式管10或多通道管220的管壁30上配置了一个或多个连接孔74。
当用多流体通道连接分布式接触器管10时，所述管间输送管257优选具有相应的多个内部通道。在其它配置中，使用者设置了一套或多衬管间输送管257以构造二级集管254来传导稀释剂流体，而一套或多套其它管间输送管257传导燃料流体。
曲线接触器管阵列
在一些实施方案中，使用者构造了曲线直接接触器管10阵列。在这类配置中，使用者优选构成曲线侧带然后将其结合在一起，以形成所述分布式接触器管10或多通道接触器220。他们然后优选将所述曲线分布器管10与所述输送管间管257以及结合层装配在一起以构成所述曲线直接接触器管阵列260。优选所装配的直接接触器管10、输送管间的管257和结合层258适当地结合在一起，其中所述结合层258将所述接触器管与所述输送管间管257结合。如在高温下。
在改进的配置中，使用者将所述分布式连接器10与所述二级集管254结合起来。在其它配置中，使用者将所述分布式接触器10的上游侧与所述二级集管254结合起来。
使用者优选配置所述管间输送管257末端的形状以补足相邻的直接流体接触器10的流线型形状。在其它配置中，所述管间输送管257形成有扁平末端，其与扁平表面的直接流体接触器10一致并与之结合。
杂化接触器管和集管
参见图41，在一些配置中，使用者将条带制成直接接触器管10和多通道接触管220，例如用长方形带。他们优选用与所述管边壁33成横向放置的其它薄带来构成所述管内部壁31。所述管内部壁31优选用夹具夹持并结合到所述管边壁33之一，然后将其它的壁结合上。可选择地，所述管内部壁31可用细线对齐。他们可用上游/下游附加装置来对这些矩形形状进行补足，以改进流线形状，例如采用V形的附加装置或多弧形或半圆柱形或类似流线形状。
参见图40、42和43，类似地，使用者可使用管内部壁来在集管240、二级集管254和/或管间输送管257内构建多通道。他们可用薄开孔带来构建所述管边壁33。此种配置简化了管管间输送管257、二级集管254和/或集管240的连接，并减少了装配费用。在改进的配置中，使用者使所述矩形带从所述管内输送管通道壁延伸出来。这些延伸优选做成流线形。
杂化接触器阵列
参见图41，通过将薄开孔带33与一组管内部通道壁及一组管间输送管257连接在一起形成多通道接触器阵列。使用者优选在所述组件之间的接触区域提供结合层258。所述薄开孔带33优选延伸出到超过所述输送管内通道壁。超过所述输送管内通道壁的延伸部分优选做成弧状以提供流线型配置。然后将多组这些组件搁置在一起以形成多通道接触器阵列。
这些组件阵列可用夹具夹持以将所述组件结合在一起，包括在接合过程中将上游和下游带的流线延伸压在一起。可借助适当的热方式或其它结合方式进行结合。
在改进的配置中，在装配后，使用者将所述阵列内的流体通道加压到压力落差大于常规操作压力，以向外压制所述通道壁，优选为在成形夹之间。这为所述多通道接触器管220的扁平侧提供了进一步的流线形。
管-输送管接头
参见图40，类似地，使用者形成在一组相对侧具有用来连接相邻的多通道管220组和集管的通道的直线型管-输送管接头255，在另一组相对侧则用于相邻的管间输送管257(另参见图42)。使用者优选在所述管-输送管接头255上形成支架(mounting)锯齿/脊256以辅助所述管和管间输送管257之间的组装和结合。所述管侧壁33优选与这些支架锯齿/脊重叠以促进结合。
在一些配置中，所述管-输送管接头255和管间输送管257优选在上游-下游方向相对于所述多通道接触器管220延伸，以减少所述输送管内的流体压降和寄生泵送功，并降低整个输送管内的阻力系数和泵送成本。这些输送管优选制成流线型以减少横向流动的氧化剂流体的压降。如本文所述，可采用类似方式来用侧带等装配多通道接触器管220。
复合二级集管
在一些配置中，使用者通过采用本文所述的方法将所述管-输送管接头255和管间输送管257结合在一起，来构建复合二级集管259从而构成矩形多通道管阵列。然后将较短的多通道接触器管220放置在这些复合二级集管259之间。
在改进的配置中，使用者采用本文所述的一个或多个分布式接触器管的组合以及所述管-输送管接头来构成多通道阵列。
多通道接触器模块
参见图43，使用者可用适合在较大阵列中互相接近放置的直接接触器管10或多通道直接接触器管220来构建开孔接触器阵列模块274。例如，他们形成六角形阵列模块、矩形或笛卡尔阵列模块、或梯形的弧状模块来填充环面部分。
多通道接触器模块阵列
参见图43，多个接触器阵列模块274安排成阵列，其中各模块均由较小的阵列构成。例如制成六角形或笛卡尔阵列。对于六角形阵列，使用者优选提供至少一个六角形的分布式接触器管10或六角形多通道接触器管220。他们可在拐角处附近提供多个以一定角度向外的孔以供应这些部分覆盖的相对较大的输送管区域。使用者可提供中央轴六角形直接接触器来在周围的六角形直接接触器管10中形成朝外喷射的微喷射流，或形成既有向内又有向外的微型喷射流的多通道管220。
集管总管
还是参见图43，使用者可将燃料流体集管242和稀释剂流体集管244与中央集管总管247连接起来，优选接近所述输送管轴。这些集管优选连接为对称形式，从而让使用者可将一组阵列模块274装配起来，并连到这个总管247上。可根据需要采用支撑肋38。
例如，根据所述六角形模块274是位于所述输送管轴附近、从所述输送管轴向外的下一圈模块中、还是从所述输送管轴向外的第二圈模块中等等，使用者可将一个或多个燃料流体集管242和稀释剂集管244形成六角形模块274组并至中央总管247。
类似地，使用者在位于所述六角形阵列模块和其中一个所述流体集管之间设置加强肋38或等价的中央结构支撑，例如给所述稀释剂集管244加支撑。优选将这些加强肋38配置成对应于所述阵列模块274的径向位置的加强肋组，类似于所述集管242和244的配置。
相对于不得不移除充满整个燃烧器截面的整体阵列的情况，此种模块配置方便通过所述燃烧器压力容器内相对小的压力容器部分拆卸和更换一个或多个阵列模块274。在改进的配置中，使用者可提供不同组的燃料流体和稀释剂集管242和244来进行所述阵列模块274和所述中央总管之间等的连接。
管间稀释剂流
参见图41，使用者可提供多个通道间壁31来构建多通道接触器管220。有时候，当使用多通道管时，需要在所述通道管间壁构成压力平衡孔以减低应力。使用者可提供穿过那些通道间壁31的孔80来为相邻通道222中的稀释剂流体和/或燃料流体提供通道。这有助于平衡通道222之间的压力来减小多通道接触器管220内的应力。
参见图40，42和43，可类似地构建集管254、复合二级集管259或集管246。使用者可类似地在所述多通道接触器管220、第二集管254、复合第二集管259或集管246上提供通向这类相邻内部通道222的孔80。他们可经由这些内部和外部孔80输送稀释剂流体。他们提供从相邻内部通道经由内通道壁31上的孔输送流体的方法，不必在相应的多通道接触器管220、第二集管254，259和/或集管246之间提供相应的到那些通道222的流体连接。此种孔80也提供了经由那些通道输送稀释剂流体来冷却相关的外壁33和249的方法。
上游/下游流线型帽
参见图40，在一些配置中，使用者用薄带构成多通道接触器管220。他们在所述多通道接触器管220的上游和/或下游添加了U型、V型、双弧哥特式天花板型或流线型延伸229。
微型涡旋式喷嘴混合增强器
参见图59，由于所述第二流体904(含氧化剂流体)流经所述孔和所述分布管之间，因此在一些配置中使用者优选提供许多微型混合元件或微型涡旋式喷嘴290来形成和引燃众多与所述流体输送管轴成一定角度的微型流体流。为了提高效率，所述微型喷射流优选制成机翼的截面形状297，也可以制成简单的带角度的、弯曲的或曲线平面等形状。这些成角度的流体喷射流为位于那些分布管之间和下游的所述含氧化剂流体赋予了与所述输送管轴成角度的横向动量。这些成角度的微型流在所述第二流体流内生成了与所述分布管成一定角度或垂直的微型或中型漩涡。
管上方或管间微型喷射流
使用者可根据应用的需要来在管上方、管间或穿过多个管来配置微型喷射流。
参见图59，为了在所述第二流体内构成此种成角度的混合喷射流，在一些配置中，使用者在相邻分布管10之间放置“T”型微型涡旋式喷嘴294来引燃所述流体904以与所述流体输送管轴成一定角度穿越那些管流动(即与所述流体输送管轴成0-90°之间的角度)。
使用者优选切掉每个“T”型微型涡旋式喷嘴294的下部外面部分来装配在分布管10一半处的上方。然后将所述微型涡旋式喷嘴适当接合在那些分布管上。例如通过粘合、软焊、铜焊或定位焊接。或者将所述“T”微型涡旋式喷嘴切割并强制配合或“卷缩”在分别安装或连接在一起的所述分布接触器管之间。
使用者可沿着接触器管设置微型涡旋式喷嘴以提供期望的混合的空间分布。所以，特别是对于与轴间距不一的环形实施方案，所述微型涡旋式喷嘴可交错配置或非对齐地排列在相邻接触器管之间。
参见图60，在其它实施方案中，使用者在一个或多个分布管10的上方安装有两条支腿的“鞍形”微型涡旋式喷嘴291。在“鞍形”微型涡旋式喷嘴291中部的一部分被切掉以形成所述的两条支腿，使其可以安置在所述分布管上方。这些微型涡旋式喷嘴可经挤出和切割或弯曲来做成具有所需形状的翼片298。
还是参见图60，在改进的配置中，使用者将一个或多个微型涡旋式喷嘴肋296跨越多个接触器管进行安装来作为加强件。这与多个微型涡旋式喷嘴290与“T形”微型涡旋式喷嘴或“鞍形”微型涡旋式喷嘴结合在一起等价。在改进的配置中，所述“T形”微型涡旋式喷嘴或“鞍形”微型涡旋式喷嘴顶端条相对于垂直条或“衬套(shirt)”不对称倾斜，以适应相邻管之间的轴向错位，比如在凹形接触器阵列或凸形接触器阵列中等。
还是参见图60，使用者可将“鞍形”微型涡旋式喷嘴的两个涡旋喷嘴叶片298以相反的方向弯曲成“跨步“配置，从而引燃位于分布管任一侧的流体反向流动。
使用者用条带做成头对头的“鞍形”微型涡旋式喷嘴外形。他们优选将该条带两侧做成两个补充的空气动力学形状。他们将这两个空气动力学形状弯曲过来并将它们接合成两个机翼297，从而有效地使所述流体改道。或者使用者可以将单独的条带制成交替定向的机翼297，然后从切成两半以构成“跨步”“鞍形”微型涡旋式喷嘴291。例如用激光或喷水器切割方法。
在改进的配置中，使用者撕开所述“T形”“微型涡旋式喷嘴294的“衬套”的下游部分。然后将所述“T形”微型涡旋式喷嘴的两个涡旋式喷嘴的机翼297或翼片298成型为在“跨步”配置中向相对方向弯曲。这引燃流体在管到管间隙G任一侧以相对方向流动。
在改进的配置中，使用者将条带做成简易的单厚度的弯曲叶片298，近似于“鞍形”微型涡旋式喷嘴291和292或“T形”微型涡旋式喷嘴293和294中的机翼297。这个简易曲线优选具有均匀曲率，能有效地引燃流动。此种简易弯曲叶片298的制作较便宜但不够高效。
在改进的配置中，使用者通过将所述分布管上方的微型涡旋式喷嘴297或叶片298向同一方向弯曲成带有同方向两支腿的“坐式”配置，来构造“鞍形”配置292的“坐式”微型涡旋式喷嘴(参见图63和65)。在其它配置中，使用者提供带有单弯曲机翼297或翼片298的“坐式”“T形”微型涡旋式喷嘴294，并将其放置在所述“坐式”配置的两个分布管之间。(参见图59，63和64)。多个“坐式”“微型涡旋式喷嘴可连接到一起并贯穿多重管放置。此种微型涡旋式喷嘴将至少一部分流体改向到所述支腿的方向。他们还创造了沿着所述微型涡旋式喷嘴支腿边缘的微型旋涡。
使用者可在所述分布式接触器管10的上游配置或定向一个或多个微型涡旋式喷嘴297或翼片298。所述微型涡旋式喷嘴可从上游转移从而使所述翼片不会直接干扰孔。可选择地，使用者可以在所述分布式接触器管10的下游设置涡旋式喷嘴297或翼片298。
参见图62，在一些配置中，使用者用薄带包裹分布管来在管周围形成螺旋状微型涡旋式喷嘴296。例如，拉制或挤出，并与所述管表面垂直放置。这在所述分布管的任一侧交错形成了产生湍流的连续“漩涡”翼片，类似于所述“鞍形”“跨步”式微型涡旋式喷嘴配置291。很容易在环形管或椭圆形周围形成这些喷嘴。还可以在更多符合空气动力学形状的管周围形成这些喷嘴。
微型涡旋流动定向
参见图62到65，在一些配置中，使用者配置了来自四种常规配置的微型涡旋式喷嘴翼片。选取两个相邻间隙，并考虑每个间隙带有两个翼片或支腿的情况，由每个管10(或每一管间距G)的两个或多个微型涡旋式喷嘴机翼297或翼片298可以构成四种配置。根据需要，这些可设置用于最大湍流、最多大漩涡或具有介于两者之间的配置。图62到65中对四个实施方案进行了描述。
由此，使用者配置微型喷射流组分以达到所需的贯穿所述流动的混合。
使用者通常在圆形输送管144中采用此种微型涡旋式喷嘴。在其它配置中，使用者可以很容易地在环形或矩形流体输送管145或其它配置中采用此种微型涡旋式喷嘴。这些高效的微型涡旋式喷嘴促进了通常需要的湍流和混合，特别式在放热化学反应和燃烧中。
参见图62的左边部分，通常说来为实现最激烈的微型湍流以得到更有效的混合，使用者优选将交错的微型涡旋式喷嘴机翼297或翼片298定向在间隙G内的相反方向，并相应地位于相邻的间隙中。这些可配置成沿着所述分布式接触器管10间的间隙的“跨步”式“T形”微型涡旋式喷嘴293的阵列。类似地，参见图62中间部分，使用者优选配置了“跨步”式“鞍形”微型涡旋式喷嘴291阵列，其相对的支腿在接触器管上方放置，且所述涡旋式喷嘴291朝向同一方向。
参见图62的右边部分，所述螺旋状微型涡旋式喷嘴296也可在相邻管中以相同方向进行包裹。这些螺旋型涡旋式喷嘴产生类似于那些由各鞍形或T形微型涡旋式喷嘴配置形成的漩涡的微型漩涡。此种配置为贯穿整个流体输送管130的第二流体提供了最大程度的微型湍流和混合
以此种方式定向的微型涡旋式喷嘴赋予了每过半个管间隙变换方向的所述第二流体横向旋转动量的分量。对于给定的微型叶片290密度，这种流动配置可引起最大的微型漩涡密度。通常，在每个接触器管10的下游和每个相对微型涡旋式喷嘴支腿之间的管间隙G下游形成至少一个微型漩涡。
使用者可将微型涡旋式喷嘴支腿或翼片298的宽度设置为所述间隙G宽度的5％-50％。为了增加混合，优选将支腿宽度设置在20％-40％，更优选为30％-35％。这种配置可以在微型涡旋式喷嘴支腿每一边缘支腿周围形成微型漩涡，并形成定向为沿着微型涡旋式喷嘴支腿方向的微型流动。
参见图63，为了设置最小湍流和最大的大型漩涡，在一些实施方案中，使用者优选将所有所述机翼/翼片定向为朝同一方向。例如，使用者优选将“坐式”“T形”微型涡旋式喷嘴294阵列放置在沿着所述分布管10的管间间隙G中，翼片相对于所述流动轴定向为朝同一方向。类似地，为了取得同方向的流动漩涡，使用者优选在接触器管上方配置朝向同一方向的“坐式”“鞍形”微型涡旋式喷嘴292。这等同于采用微型涡旋式喷嘴肋同时所有涡旋式喷嘴均朝向同一方向。
以此种方式定向的微型涡旋式喷嘴赋予了位于所述亚区上方同方向的所述第二流体横向旋转动量分量，为所述亚区配置和定向了微型翼片、微型箔片或微型肋。这在所述接触器管10或管间隙G的下游构成了相对少量的微型漩涡。
对于中级湍流，使用者优选将成对的机翼/叶片设置成相同的方向，但置于各行之间或穿过管的形式，如图64和65所示。
参见图64的左边，在一些实施方案中，使用者沿所述分布管10之间的间隙G放置“坐式”“T形”微型涡旋式喷嘴292阵列。在交替的管间隙G中，使用者将这些翼片定向为朝相反方向。参见图64中间，可选择地，为了获得相同的流动方向，使用者在分布管上方配置“鞍形”“跨步”式微型涡旋式喷嘴291阵列，该阵列通常定向为贯穿每对接触器管10间隙的相对方向。
类似地，参见图64右边，也可在相邻管中以相反方向将螺旋状微型涡旋式喷嘴296包裹起来。这些螺旋状微型涡旋式喷嘴构成的微型漩涡与由各个鞍形或T形微型涡旋式喷嘴构成的微型漩涡相类似。
以此种方式定向的微型涡旋式喷嘴赋予了在每个管间隙变换方向的所述第二流体横向旋转动量分量。通常这类配置在每个接触器管下游反向旋转流之间形成一系列微型漩涡。
对于类似的中间湍流，使用者优选在行间或穿过管配置反向的机翼/叶片对，如图65所示。例如在一些实施方案中，使用者优选将“跨步式”“T形”微型涡旋式喷嘴293阵列沿分布管10之间的间隙G放置。使用者将所述叶片定向为与交替的管间隙G朝相反的方向。
类似地，为了获得相同的流动取向，使用者优选在接触器管上方配置“坐式”“鞍形”微型涡旋式喷嘴292，该微型涡旋式喷嘴292通常定向为与交替的接触器管10朝相反的方向。所以，使用者可将朝向相反方向的“跨步式”“T形”阵列和朝向相反方向的“坐式”“鞍形”阵列联合起来。
以此种方式定向的微型涡旋式喷嘴赋予了随着每组接触器管10变换方向的所述第二流体横向旋转动量分量。通常在每个接触器间隙下游形成至少一个微型漩涡。即大约在管到管间隙G中央的下游且对应于所述管的反向旋转流之间。
微型涡旋式喷嘴间隔
在一些实施方案中，使用者优选沿所述分布管以约管到管横向间隙的一半距离间隔微型涡旋式喷嘴290。根据是否需要增加或减少穿过所述分布式接触器管10阵列或多通道管220的压降，或者是否需要增加或减少所述燃烧器56内的混合程度，使用者优选增加或减少这个间距。增加混合程度和压降形成了贯穿所述输送管的更均匀的轴向速度横向分布。
使用者优选将所述微型涡旋式喷嘴机翼297或翼片298的入口与输入的氧化剂流体在该位置对齐。例如，通常与所述流体输送管130的轴对齐。使用者可对所述微型涡旋式喷嘴机翼297或叶片298的出口角度进行调整，使微型涡旋式喷嘴出口的机翼或翼片的角度与流动轴偏离约5-80度。在某些配置中，优选使其与微型涡旋式喷嘴入口偏离10-50度，更优选为15-30度(例如，与所述流体输送管130轴)。根据是否需要减少穿越所述分布式接触器管10的阵列或多通道管220或开孔管阵列模块274的压降，或者是否需要增加所述燃烧器56内的混合程度，使用者优选增加或减少微型涡旋式喷嘴翼片的角度。
优选采用能够抗腐蚀、耐受热清洗高温的材料来制造微型涡旋式喷嘴290。使用者通过加热微型涡旋式喷嘴290和所述分布式接触器管使从上游空气/气体过滤器390出来的累积的细纤维等材料气化的方法来进行周期性清洁。对于轻微氧化了的稀释剂流体(如水或蒸汽)需在上游或经由所述接触器管加入稀释剂并加热或预热。所述加热的稀释剂(如蒸汽)进一步与含碳物质发生反应以气化和清除它们。
在一些实施方案中，使用者优选安装微型涡旋式喷嘴290以提供更均匀的混合。通过将燃烧气和稀释剂流体更均匀地混合，微型涡旋式喷嘴290使沿着和横贯所述开孔分布器接触器管的温度分布更为平滑。
在一些配置中，使用者可沿所述燃烧器56内的一个或多个其它组件添加微型涡旋式喷嘴290。例如，沿集管240、管肋支撑38和管加强件36。“鞍形”微型涡旋式喷嘴291优选座落在这些组件上。
在改进的配置中，使用者设置了与所述接触器管10和220垂直的微型涡旋式喷嘴机翼297或翼片298。在进一步改进中，使用者提供了平行和垂直方向的混合物以获得更均匀的混合。
微型涡旋式喷嘴配置
参见图60，在接触器管10周围放置微型搅拌器或微型涡旋式喷嘴290，在所述燃烧器内产生了众多中型漩涡和/或微型喷射流和湍流。这些中型漩涡基本上小于现有大漩涡发生器产生的漩涡。对于跨骑型微型涡旋式喷嘴(例如291)，微型涡旋式喷嘴支腿的每个边缘也产生两个微型漩涡。较大的中型漩涡进一步退化为众多的微型漩涡。
使用者可形成具有期望的横贯所述输送管的横向分布的这种微型漩涡。例如他们可与轴向流体流动速率的横向分布成比例地配置单位面积的所述微型涡旋式喷嘴的数量。类似地，可将其均匀配置。从而这些微型涡旋式喷嘴为氧化剂流体、燃料流体和/或稀释剂流体提供有效或均匀的混合。这比现有的混合方法更加有效。
例如参见图60，沿7毫米间隔的管每7毫米放置微型涡旋式喷嘴290，可在每平方米构成20,000个微型涡旋式喷嘴。类似地，用具有两个分开的支腿或翼片的微型涡旋式喷嘴290(例如291和/或292)，可在每平方米构成40,000个微型涡旋式喷嘴。每个微型涡旋式喷嘴翼片可沿每个微型涡旋式喷嘴翼片边缘产生一个单独的微型涡旋。根据微型涡旋式喷嘴阵列配置，使用者可因此构成每平方米40,000-80,000个中型漩涡和微型漩涡。在前进和衰减时，这些中型漩涡分裂成众多的微型漩涡，进而进一步分裂成更小更多的纳米级漩涡。
类似地，这些微型涡旋式喷嘴290可根据每单位面积给定的孔数目进行配置。例如，对于每0.7毫米有一个孔的情况，在每7毫米放置微型涡旋式喷嘴可以贯穿管或朝向管间隙的管壁上每微型涡旋式喷嘴给出约20个孔。
在微型涡旋式喷嘴使部分所述管闭塞的地方，优选将孔重新配置成在涡旋式喷嘴之间的开放区域中每单位截面积具有更密集的指定孔。类似地，在涡旋式喷嘴的一侧具有比另一侧高的氧化剂流速，可配置更多孔来向流动较快的交叉流动输送流体。
孔定向配置
使用者可采用“191专利申请”中所教导的方法调整所述接触器管孔的朝向来促进混合。(参见“191专利申请”中的“孔角对管轴的定向”部分(″Orifice Angular Orientation to Tube Axis")和图30，31，32和33)。
所述稀释剂流体质量流量可为燃烧器中燃料质量流量的3到7倍。因此，通过配置稀释剂微型喷射流的朝向，使用者可取得基本横向的湍流和混合。类似地，可沿所述接触器管以及横贯所述接触器管的方向调整横向湍流和混合的程度。
微型涡旋式喷嘴或孔定向配置
使用者可采用与由局部微型涡旋式喷嘴机翼297或微型涡旋式喷嘴翼片298赋予所述氧化剂流体的流动方向一致的方向向量分量来定向接触器管上的孔。这通常增加了向所述氧化剂流体添加的横向向量分量和混合度。或者他们可使所述孔朝向与所述横向氧化剂流动更加垂直的方向，从而增加从孔中射出的流体微型喷射流的穿透程度。对于液态燃料流体，这减少了泼洒在微型涡旋式喷嘴机翼297或翼片298上的液体。
使用者还可将所述接触器管孔定向为横贯由微型涡旋式喷嘴机翼297或微型涡旋式喷嘴翼片298赋予的氧化剂流体流动方向或与该流动方向相反。类似地，他们可调整孔的朝向以向微型涡旋式喷嘴翼片产生的漩涡中注射所述燃料或稀释剂流体。这有助于所述流体的混合。
促进燃烧的电场
在一些配置中，使用者优选提供高压和一个或多个燃烧器电极320来在所述燃烧器56内产生电场。这些电场优选用于在采用较大孔80的同时减小喷射流尺寸，产生较小的液滴。这些电场还优选用于增加燃烧气的混合。这两种方法都可以促进燃烧、改善温度均一性，减少排放并减少流体过滤要求和孔堵塞。
电激发的直接接触器阵列
在一些配置中，使用者优选添加电场激发。这具有减小微型喷射流尺寸和所述液滴尺寸的优点，特别是对于粘性燃料流体来说。这类实施方案中，使用者贯穿燃料开孔管电极322和/或稀释剂开孔分布管电极324和/或这些直接接触器的对应阵列或在其之间施加高电压。(例如参见图66和67)。贯穿所述电极322和324或位于它们之间的电场压缩了由一个或所有两个分布式接触器构成的液态喷射流。这引起了所述喷射流的分裂，并产生与未采用所述电场情况相比更小液滴。
在一些配置中，使用者在燃料流体和稀释剂分布管阵列之间施加高电压差。使用者将处于第一电压的第一电连接连到所述燃料流体分布管电极322，而将处于第二电压的第二电连接连到所述稀释剂流体分布管电极324。在这类配置中，使用者在那些分布管电极322和324间形成电场。所述电场是电压差和所述阵列之间间距的函数。
从一个或两个管阵列的孔中射出的液态喷射流将被另一个阵列所吸引。这个电场使每个液态喷射流变窄。于是该液态喷射流分裂成小液滴。所述小液滴比未经电激发产生的液滴的直径小。这些液滴通常来说比所述孔直径要小。
在一些配置中，使用者优选将所述燃料流体和稀释剂流体分布管电极322和324附在相应的燃料流体和稀释剂流体集管上。他们在那些流体集管之间直接应用高压激发。为此目的，使用者将所述流体集管相互电绝缘。如果所述燃料流体或稀释剂中任一者是导电的，则所述高压可施加于不导电的液态阵列上。
在一些配置中，使用者优选将高电压施加于互为上下游的燃料接触器开孔管电极322和稀释剂接触器开孔管电极324之间。(例如参见图66和67)。所产生的电场将吸引下游的燃料流体喷射流，并在所述第二流体或氧化剂流体的流动方向形成较高速度的小液滴。(参见，例如图66和67)
该电场类似吸引了所述稀释剂流体喷射流并使其变窄。将液态稀释剂安置在气态燃料上游，会使所述液态稀释剂向下游流动时简单分裂。当所述稀释剂分布管电极324位于所述燃料分布管电极322的下游时，将所述氧化剂流体(如空气)的相对牵拉强度与电吸引比较，将确定液滴是向上游移动或是挟带向下游。对于任一种情况，都将由所述电激发形成较小的液滴。
使用者优选调整所述管电极322和324上游/下游的次序和阵列间距以获得期望的燃料流体和稀释剂流体蒸发速率，从而在限定温度的同时获得可靠的燃烧。
在一些配置中，使用者在交替的导电开孔燃料电极322和开孔热稀释剂管电极324之间施加高电压差，并因此在交替管322和324之间产生了电场。在一些配置中，这些管322和324通常横向朝向于所述氧化剂流体的流程(参见图66)。
交替的燃料分布管电极322和稀释剂分布管电极324之间的电场导致从那些管中发出的各喷射流被吸引朝向相邻管，与所述氧化剂气流成横向关系。所述横向电场将引起来自所述稀释剂和/或燃料阵列322和324的小液滴被吸引至与所述氧化剂流成横向的方向。这些电场引起所述液态燃料和稀释剂喷射流收缩，并且形成的液滴比没有电场的配置产生的液滴更小。当向下游流动时，所述液滴将被夹带在所述第二流体中。
在一些配置中，使用者优选提供至少一个平行于所述液体燃料开孔管电极322和/或液态稀释剂开孔管电极324或对应的直接接触器阵列中至少一个的单独的电极或栅极326(参见图66)。他们提供高压电源300来提供所需的电压。所述高压从所述高压电源300经由绝缘的导体输送到所述流体输送管壁132，然后经由高压馈通316穿过所述输送管壁132。在所述流体输送管132内，所述高压馈通316连接到所述栅极326和液体分布器322和/或324，从而在它们之间施加高电压。所述高电压在所述栅极电极326和燃料流体和稀释剂分布管322和324中至少一个之间产生高电场。所述电极或栅极电极326优选由相对导电的材料制成，该材料较在所述栅极电极326和所述直接接触器322和324之间流动的流体的导电性高得多。
为了避免吸引上游的液态喷射流，在一些配置中，使用者优选在所述稀释剂阵列下游提供栅极电极326(参见图66)。然后使用者用比施加于所述稀释剂阵列的第二电压更高的第三电压来激发这个稀释剂阵列。优选将这个栅极电极326制成平行于所述稀释剂液态分布阵列并位于其下游的网板(screen)形式。该网板足够强硬可以忍受轴向流体流动的拖曳。使用者优选形成具有流线性肋38和/或线的网板以减小拖曳。可选择地，使用者可采用流线型结构支撑该网板。使用者用合适的结构支撑绝缘体314从所述流体输送管壁132支撑这个激发栅极电极326。
在一些配置中，使用者优选从管形成冷却的电极328。当这些冷却的电极328位于所述燃料流体和稀释剂分布管下游并靠近于所述燃烧或处于所述热燃烧气体内可以感受到燃烧热时更应该这样做。然后让稀释剂流体流经所述管电极328将其冷却(参见例如图66)。
所述冷却的管状电极328优选采用高温隔热涂层34进行涂布。该涂层防止所述冷却管状电极328受到从燃烧散发出的热辐射通量的影响，并减小从热气的对流热传递。这也减少了冷却管状电极328所需的稀释剂流量。如此产生的加热了的稀释剂优选输送到所述燃烧器56的上游。
在其它配置中采用了开孔管状电极328来输送和分布稀释剂流体。该加热了的稀释剂优选经由所述管电极328输送到所述燃烧气体和/或高能流体920中。
在改进的配置中，使用者优选将所述激发管或管状栅极电极328放置在所述稀释剂管下游，并与之成一线。所述稀释剂管内的上游轴向孔84优选轴向对准下游激发管。这减小了横贯所述管状激发管328流动的热气的温度，降低激发管的温度以及冷却需要。
在一些配置中，使用者优选采用带有内部导体的高温材料制作冷却的管状电极328。例如用单晶或多晶蓝宝石或氧化铝、碳化硅、氮化硅或其它包围着金属导体的高温材料。在改进的配置中，使用者在冷式金属电极管328外提供绝缘的蓝宝石衬管。
在这类配置中，使用者优选将所述稀释剂分布管阵列与所述燃料流体分布管阵列电绝缘。为了避免火星和爆炸，优选将所述燃料流体分布系统接地，这样所述第一电压固定为零。(参见，例如图66，67)。
使用者采用高电场来帮助用较大孔产生比现有注射方法更小的液滴，特别是对于较重的燃料流体来说。如果所输送的流体是导电的，具有常规连续式液体连接的电场将引起通过液态稀释剂的电流(例如含水热稀释剂或甲醇燃料)。在一些配置中，为了将所述稀释剂液体喷雾与所述激发系统绝缘，使用者优选提供导电液绝缘体340(参见图68)。从而优选减少了所述稀释剂流体的电解和潜在的爆炸性气体如氢气的产生。
在这类配置中，使用者在带有垂直输送管并由绝缘支撑348支持的电绝缘液滴塔344的顶端配置开孔液体分布器阵列344。所述塔输送管的管壁优选由不导电材料制成。接地供应泵342向所述液体分布器阵列343输送液体。所述液体分布器阵列343上的孔80优选为直接朝下。使用者还提供了均匀流经此管的稀释剂液体，从而产生基本为单分散的液滴(或者说是具有狭窄的液滴分布)的定量流动。液滴收集器346将所述液滴收集起来。所收集的液体然后由高电压供应泵350进行输送。
使用者优选调整所述塔的高度和/或施加于所述稀释剂分布阵列的所述第二电压，使通过所述液体蒸汽的电梯度小于该蒸汽内的击穿电场，包括液滴到液滴间距效应。通过提供这种液滴“雨”，使用者在所述稀释剂分布系统和所述稀释剂供应之间有效地提供了电绝缘。
与不采用电场的情况相比，借助电场使用者优选以更大的孔径获得相同或更小的液滴，特别是对粘稠燃料流体。这减少了泵送需要和堵塞所述孔的可性。
与未施加电场的情况相比，采用电场的情况下优选将孔更紧密地放置在一起。最小孔间距从三倍于孔直径减小到两倍于孔直径，(或根据需要减小到1.5倍于孔直径)。
燃烧气的电控制
所述燃烧气或热流体内的离子组分在施加的电场方向受到力作用。在一些实施方案中，使用者将至少一个下游电极放到比至少部分燃烧气体更下游的地方。在所述下游电极和至少一个上游分布管之间的高电压在该电极和分布管之间产生了电场。这个电场的轴向分量显著加速了上下游的燃烧气体或热流体中的带电组分。
火焰稳定器通常用于稳定燃烧。在一些实施方案中，使用者优选在燃烧室的电场激发中引入火焰稳定器。例如，参照图67，使用者可在所述流体接触器阵列的下游放置至少一个火焰稳定轴向电极330。借助所述“角状”接触器阵列262，该轴向电极330优选放置于接近所述流体输送管130轴。该轴向电极330由所述中央火焰稳定器100支撑，并与所述燃烧器56的剩余部分绝缘。该轴向电极330连接到高压电压300，优选与接地302的电压差高于最近的上游直接接触器阵列。
参见图67，使用者在所述流体接触器的周边外围放置了至少一个下游火焰稳定周边电极332。(例如接近所述“角”锥燃烧器262周边下游周围)。对于所述“角”锥燃烧器262，这个配置可有助于达到最冷和最少辐射燃烧气体的火焰稳定能力。此电极330连接到所述高压电压330，优选的到接地级的连接电压差高于最近的上游直接接触器阵列的电压。
参见图67，使用者可放置多个管状电极328来形成在所述燃料流体和稀释剂直接接触器阵列下游的栅极电极。所述管状电极328优选为隔热的，以防止受到所述燃烧热的影响。使用者优选用稀释剂流体冷却这些管状电极328。所述加热的稀释剂优选经由所述上游稀释剂直接接触器阵列进行输送。或者所述加热的稀释剂也可优选输送到所述燃烧气体内。
参见图57，使用者在两个或更多个开孔分布管之间放置输送管中部电极334。例如在一些圆周槽端口配置中，开孔分布管优选位于壁上并最好是嵌入壁中。
优选在所述周边开孔分布管之间的流体输送管130中部形成环状的输送管中部激发电极334。这个输送管中部电极334优选连接到高压电源，而所述周边分布管和所述燃烧气缸192优选接到接地级302。所述中央圆形输送管中部激发电极334优选由座落在所述燃烧气缸192或相邻结构支撑280上的一个或多个绝缘体314支撑。
当液态燃料和/或稀释剂经由所述开孔分布管进行输送时，在那些管和所述中央输送管中部激发电极334之间的电场将会减小所述微型液态喷射流的横截面积。(例如使喷射流“收缩成颈状(neck down)”，可能足以形成微型喷射流)。这些微型喷射流将分裂成非常小的液滴。所述横向氧化剂流体将沿着侧端口196挟带这些小液滴进入所述燃烧气缸192。
在一些实施方案中，所述电场的极性优选为可使所述燃烧气体中的带电热组分向上游方向加速。这种带电热组分的反向流动可有助于点燃所述上游可燃混合物。这显著增加了下游流动流体表面的火焰稳定性。该电场火焰稳定器可以显著提高能够确保火焰稳定的向上流动的限制。该电场火焰稳定器可增加所述燃烧器单位截面积产生的热能。他们也可减小突发火焰并改善设备有效性。
带正电荷的离子和分子将吸引和携带周围气体分子。带正电流体组分具有比电子更大的液压截面(例如带电气体或蒸汽分子)。通过使正电极在下游而负电极在上游，可以使带正电的分子和分子束向上游流动，并牵引周围的气体分子向上游流动。
类似地，一些电子将吸引周围分子。例如电荷附近的稀释剂流体或燃料流体的小液滴。一些电子将附着在所述流体内的其它大组分上(例如烟灰颗粒和浮质)。负的上游电极306和正的下游电极304将向下游加速这些带负电的颗粒。此种配置将加速带负电的稀释剂小液滴、帮助它们转移入所述燃烧气体中。此种稀释剂加速可帮助所述热稀释剂液滴向下游移动，并帮助相应的所述燃料-氧化剂-稀释剂混合物的蒸发和冷却。
在一些配置中，使用者可将一个或多个电极的极性相对于本文所述的电极逆转。
在一些配置中，使用者施加和调制(例如振荡和/或搏动)轴向电场使其与所述轴向流体流动成一线。所述波动的轴向电场沿轴向方向加速了所述燃烧流体内的离子组分。所述移动的离子组分反过来造成对所述燃烧流体的振荡拖曳。这改进了所述燃烧流体内的混合。
所述波动的轴向电场可明显改进轴向燃料流体和稀释剂的混合。这可改善温度的均匀性和所述燃烧流体中的燃料/氧化剂比。所述改进的混合以及温度均一性进而降低了氮氧化物的形成，并增加了残留未燃烧燃料和一氧化碳的氧化。
在一些配置中，使用者优选施加电场以激发所述燃烧气体，该电场的频率与所述燃烧室共振频率类似但相位不同，从而可能减小此种共振。(或类似于它们的泛音，包括任何关联的管道和工作马达)。类似地，使用者优选施加电场以激发所述燃烧气体，电场频率与包括任何相关管道和工作马达的燃烧室的共振频率不同。通过在所述燃烧器内施加振荡电激发可帮助减小所产生的声场和共振。
为了构成这个激发信号，使用者优选通过在“白”或随机噪音中移除(或减少)的共振频率来生成“粉色”噪音。在一些配置中，使用者对所述燃烧器内的声音进行监控。他们优选形成所测量的燃烧室声音的傅立叶变换。然后从改进的傅立叶光谱“重建”所需“粉色噪音”信号。该重建的信号的振幅由合适的反馈进行控制以减少所述燃烧噪音和共振。
在一些配置中，使用者调制所述燃烧器内施加的高电压，以用来作为扬声器或超声喇叭。所述质量非常低的激发气体物质可构成线性扬声器。该方法可形成具有较宽声学响应范围的扬声器，所述声学响应范围可一直延伸到超声区并到亚声区。在一些实施方案中，使用者对流体输送速率的幅度和相对相位以及振荡电场激发进行联合控制，以取得所需的声激发。
在一些配置中，使用者应用了具有与所述燃烧气体流动方向成横向的分量的电场。施加这个横向电场使流动的离子物质被与流动方向和电场成横向的加速分量加速。
例如，如图67所示，使用者可通过在中央电极和垂直输送管之间施加高电压来形成与流动方向成横向关系的电场。例如在圆形流体输送管内的“角”状配置。
这种横向加速通过穿越相邻燃料流体和稀释剂液滴移动热离子气体，改进了所述燃烧流体的混合。该横向电场优选配置成用来加速所述热离子气体从所述火焰稳定器穿过由燃料流体形成的燃烧流体混合物和稀释剂流体分布阵列向外。类似地，这种横向场可朝与沿所述输送管130向下流的氧化剂流体流动方向成横向的方向加速带电燃料流体和/或稀释剂液滴所述氧化剂流体。
参见图66，使用者可在电极外部配置例如矩形篷式阵列的凹形阵列。例如可对一个或多个接触器阵列(例如由接触器12或14构成的阵列)外部(或上游)或内部(下游)的电栅格阵列326施加电压。所述电栅极可类似地在配置成如图4或“191专利申请”中图59所示的环形阵列的接触器阵列内配置。
所述电压可连接到电极312，输送通过所述输送管壁132中的绝缘体或馈通316。所述电压施加于所述电极312和连接到一个所述接触器阵列的其它电极之间。例如图66所示，将所述输送管和电极连接到接地级302上。这优选连接到所述燃料阵列以减少爆炸隐患。
所述电场可在与流动成横向关系的其它方向对所述离子流进行加速。此种横向热气加速可改善火焰从可燃流体混合物的一部分跳到另一部分或从一个液滴跳到另一个液滴的速度。
在一些配置中，所述高压施加于所述第二接触器阵列。例如图66所示，所述稀释剂接触器14连接到格栅阵列324并连接到高压电极308上。
在一些配置中，使用者可配置位于所述其它接触器阵列下游并连接到由绝缘体316供电的高电压电极310上的电极328。为了更好的供给来自下游燃烧的热，使用者优选使用一个或多个导电管来构成所述电栅极328。他们通过输送流体(如稀释剂907)通过所述管以对其冷却这些管。所述导电管可开孔以穿过管壁输送部分稀释剂907并冷却管的外侧。所述孔可朝向上游从而在冷却的电极周围提供冷流。
此种改进的混合还可减少所述流体内的局部热点和冷点。减少局部热点可通过成指数级地降低延伸的(extended)Zeldovich热NOx生成速率，来大幅减少氮的氧化物的生成。类似地，这提高了氧化剂和燃料物质的混合。这些因素都可改善一氧化碳和未燃烧燃料的氧化。
参照“191专利申请”的图80所示，使用者可经由连接到接地级的接触器输送一种流体，而经由连接到高电压的接触器输送另一种流体。他们可类似地通过在与所述流体流程成横向的方向上在平行电极或栅极326之间施加高电压来施加电场。
在改进的配置中，所述横向电场以脉动和/或振荡形式进行调制。施加此种波动的横向电场可先在一个横向方向然后在与其相反的方向加速所述热电离流体。此种横向热气体运动可改善在所述燃烧流体和热燃烧气体内部的燃料、稀释剂和热气的混合。
在改进的配置中，使用者结合了这些方法。他们优选向所述燃料和/或稀释剂分布管或横贯所述燃料和/或稀释剂分布管提供一个或多个激发电压，来使所述燃料和/或稀释剂液滴离子化。使用者可进一步施加和调制横向电场。此种振荡电场可在与所述流体流程成横向的方向对离子化的气体、带电燃料流体液滴和/或带电稀释剂液滴进行加速。这可有助所述蒸发的和燃烧的流体的混合。
燃烧器组件的热控制
使用者优选将所述反应器或燃烧器配置为具有多种特性和组件以适应高温、强热梯度和高差热膨胀。
适应(accommodate)差热膨胀
使用者优选提供使用差热膨胀的方法，特别是由垂直于连续组件轴的热梯度产生的差热膨胀。在使用两个或多个具有不同温度的直接接触器时，特别是在接触器互相平行并用同种材料制成的情况下，使用者优选提供一种或多种方法来适应巨大的差热膨胀。他们可提供一种或多种方法来适应在燃烧器衬管60、压力容器170和/或所述燃烧器168外壳上因温度和/或这些组件的热膨胀系数的重大变化而产生的较大的热膨胀。
参见图6，为了沿着多个直接接触器10适应差热膨胀，使用者可为至少一个受影响的接触器配备一个或多个自由跨距、回旋、蜿蜒形状、周期性弯曲或类似的曲线形部分。例如在当受到不同温度流体或温度影响时。在最简单的配置中，他们为接触器管组件配置了允许膨胀时的轴向运动的自由立式曲线跨距。这使得支撑件37之间可发生径向膨胀而不产生应力。
在提供卷曲的情况下，这些卷曲可优选配置于与所述第一流体输送管130的轴平行对齐的较热的接触器中。那些卷曲可与所述输送管130成横向对齐。使用者可采用具有不同热膨胀系数的材料来制作可经受不同温度变化的接触器，具有较低膨胀系数的用来制作经受较高温度差的接触器。
如图3和图29-35所示，热翅40或网42连接在所述接触器10或衬管60中的一个或多个上，使用者优选在所述翅或网上配置卷曲或沟槽，以在所述接触器管10或衬管60的至少一侧形成带槽的翅66，以适应翅和管或网和管之间的差热膨胀。在所述翅上的卷曲或沟槽的程度优选随着离所述管的距离增加而增加。还可采用均匀槽。在一些配置中，为适应沿着所述转向器表面的突出轴的差热膨胀，使用者可在较热的转向器表面提供周期性的间隙。
在一些配置中，如图36和图37所示，使用者可优选在附着在所述管或管-翅衬管上的翅或网提供一个或多个膨胀裂口或间隙67，来为所述翅和所述管之间的差热膨胀做准备。当使用者在附近的管间提供翅或网时，可将所述管间的网切成两个独立的翅，以适应管间运动并避免过度剪切。他们还提供带有曲面部分的加硬件来为管间提供支撑。在改进的配置中，他们在管10之间将网形成或切成条，并将所述网条成型或弯曲成偏离所述管轴一定角度，从而减少所述网部分因为相邻管之间的相对运动而产生的剪切。
使用者优选在所述翅上配置卷曲，该卷曲的轴大致与所述第二流体流动或所述输送管轴向对齐，以减少在相邻接触器管间的横向间隙间距的变化。在改进的配置中，使用者根据差热膨胀的主要方向，在与所述第二流体流动或所述输送管方向成横向关系的方向上配置卷曲，或在轴和横向方向之间的中间方向配置卷曲。
参见图1，在一些配置中，使用者通过在所述接触器阵列261和所述输送管130之间提供活动支撑连接72来适应差热膨胀、振动和/或振荡。类似地，他们还在支撑加硬件、肋、亚集管或集管上配置卷曲、蜿蜒部分、螺旋曲线、弯曲或类似的曲线部分以承受和适应在一个或多个所述接触器、衬管、输送管或压力容器170之间产生的相对差热膨胀。
参见图1，当接触器连到集管或亚集管时，所述集管应优选在所述接触器跨度范围内进行配置以减小所述接触器在所述集管或亚集管连接处的膨胀程度。所述集管应优选沿着所述接触器管对称和中间或均匀连接以减小所述接触器从或所述集管或所述集管间延伸出来的相对长度。
减少差热膨胀
参见图28，对于相邻接触器10、燃烧器衬管60、压力容器170和燃烧器外壳168中一个或多个之间有差热膨胀存在的情况下，使用者优选对一个或多个能影响差热膨胀的相对参数进行调整以减少一些配置中差热膨胀的程度。在各种配置中，使用者对能够影响一个或所有两个所述接触器10的加热或冷却速率中的一个或多个以及一个或所有两个膨胀器10的差热膨胀系数进行调整。为了调整所述加热(或冷却)速率，他们还调整了影响所述加热(或冷却)速率的一个或多个因素。
在一些配置中，使用者对影响了内部传热系数的一个或多个参数进行了调整，包括流体温度、流体流量和内部湍流。例如，他们可：
相对流体温度：用换热器来调整输送到所述接触器的相对流体温度(例如，热水vs燃料vs蒸汽)。
相对流体流量：调整经过位于一个或多个输送集管和接触器集管之间的一或多个接触器10的一个或多个流体流量。
内部湍流：调整所述内管壁和/或内部组件的表面粗糙程度以改变所述湍流。
参见图3，为了减小差热膨胀，使用者可对流经所述接触器管10的燃烧气和流体之间的管壁30的导热性进行调整，包括提供隔热涂层34、调整该隔热涂层34的厚度或调整该隔热涂层材料的导热性。
参见图3，为了减小一些配置中的差热膨胀，使用者减少了对所述接触器管10的外部热传递。他们提供流过所述接触器管10上方的热稀释剂907膜。可通过向上游调整稀释剂孔的朝向使稀释剂向下游流回所述接触器管周围的方法来形成这层热稀释剂膜。类似地，可通过向下游定向所述稀释剂孔使热稀释剂907的喷射流流过下游接触器管10上方。再参见图28，热翅36可用于防止接触器10或管翅衬管61受到下游燃烧热辐射的影响。
防侵蚀涂层
参见图3，使用者可为接触器管10提供能够防止其受到燃料中研磨性成分引起的机械性擦伤或腐蚀的保护涂层35。当使用含有大量灰份的重油时通常会采用此种擦伤或腐蚀的保护涂层35。当输送流过所述直接接触器10上方的包含有流化粉末如煤粉的第二流体时，此种保护涂层非常重要。此种涂层主要朝向所述管的上游侧以防止直接冲击。在可能受到侵蚀的所述接触器的其它区域也使用了该涂层。
柔性供应管。
燃烧对燃烧器衬管60的加热引起了相对于所述流体输送管和/或压力容器的差热膨胀。参见图1所示，在各种实施方案里，优选提供柔性供应管54来向所述燃烧器56中的燃料集管242供应燃料流体，所述柔性供应管优选配置在曲线路径中。在没有燃料集管242的配置中，所述曲线柔性供应管54可将燃料流体直接送到所述分布式燃料接触器管11。所述曲线路径优选含有螺旋型或蜿蜒部分，该部分能够适应最大程度的差热膨胀。在一些实施方案中，类似的柔性供应管54也用于向所述稀释剂流体集管244或热稀释剂分布式接触器管14提供稀释剂流体。参见图52，柔性供应管54可用于向振动阵列输送流体。此种柔性管适应这种管阵列的差热膨胀或振动或可控振荡。
膨胀的支撑和流体连接
为了适应所述燃烧衬管的高差热膨胀，使用者优选将所述衬管经过一个很坚硬或刚性的轴向横截区域连接到周围的压力容器。所述衬管的剩余部分允许相对于这个支撑部位向所述燃烧器上面或下面膨胀。其它衬管支撑可设在上游和下游，通过弯曲或滑动来适应差热膨胀。
所述含燃料流体和含稀释剂流体集管或亚集管优选配置通过在公共轴附近的所述压力容器。这个用于配置流体通道通过所述压力容器的轴向位置优选位于所述燃烧器衬管被支撑部位的附近。从这个轴向位置，所述曲线柔性供应管54配置成用来连接到所述燃烧器内的接触器阵列。
视角因数(view factor)辐射屏蔽
在不同的凹形阵列实施方案262或261中，每个分布管本身替所述燃烧器衬垫60(“墙壁”)屏蔽了火焰的热辐射，这是通过其产生的视角因数堵断(view factor blockage)以及通过机械隔离热气来完成的。(参见图28)。使用者优选在多通道管内提供两个或多个燃料流体和冷却稀释剂的通道。(参见图31)。
根据需要，使用者将开孔分布管的轴向维度扩展到椭圆形，卵形或更复合空气动力学的形状。这增加了火焰的可见横截面积(视角因数)。在凹状配置中，此种延伸增加了所述燃烧壁或衬管对燃烧热的固有屏蔽。此种轴向延伸也提高了流线形程度并减少了拖曳、压降和流体泵送费用。相对于稀释剂的蒸发，这有助增加燃料的蒸发以及所述辐射屏蔽。(参见，例如图31)。
在一些配置中，使用者制作了带有中间连接腹板加筋件42(参见图29)的两条通道。在改进的配置中，使用者进一步延长了所述管的间距，并增加了所述火焰和燃烧器壁59或衬垫60之间的由相邻腹板加筋件42提供的热屏蔽。在改进的配置中，使用者用开孔网44通过轴向流动的第二流体来增加冷却效果。
此种腹板加筋件辐射屏蔽42，44还起到热翅的作用，将一大部分辐射的功率收集和回收到流过所述相邻通道的流体以及与所述管通道222和腹板加筋件42成横向的氧化剂流体中。
使用者还制作了两条通道和一个、两个或三个间隔器或翅(参见图29，33和35)。使用者优选用条带作出四个半圆部分，将所述条带折起并将其两边用结合器39连在一起。这通常形成其间带有配置腹板加筋件42的两个通道。在一些配置中，采用实施例中的这种方法，使用者还在所述两个通道上游或下游配置了一个或多个翅片。
在一些配置中，使用者优选将翅连在管上或连到管间来冷却所述燃料流体分布管，为所述燃烧器衬垫屏蔽燃烧热，并且回收燃烧热使这些热量不再经过所述燃烧器壁传播。例如，使用者优选将翅片加硬件40或辐射屏蔽附着到每个管的上游和/或下游部分或者附到每个单独或连接的燃料-冷却稀释剂管(如上所述)，以进一步扩展其横向截面及其作为辐射屏蔽的有效性。(参见图32-37)。这进一步帮助强化了所述管对由与所述管成横向流动的所述第二流体的拖曳引起的弯曲矩的抵抗。
在一些配置中，使用者在管的一侧构成了流体通道而将另一侧弄平以构成流线形的或空气动力学形状的分布管10，该分布管一侧附着到作为辐射屏蔽的翅片加硬件40，翼或腹板加筋件42来构成翅片加硬管46。(参见图32)。
参见图33，通过将加硬件40连到管的方法，使用者可在公共双通道接触器管16的任一侧形成两个翅片加硬件40。这些有鳍的扩充能够作为对火焰的辐射屏蔽，并将那些能量传导到流经所述管的所述冷却稀释剂流体和穿越所述管和翅的氧化剂流体中。(参见图33)。参见图35，使用者可提供翅片加硬件管接触器46与第二翅片加硬件管接触器46或其它上游或下游管的组合。
参见图34，使用者可将添加翅片加硬件40(参见图29所示)的方法进一步扩展到为接触器管10提供辐射屏蔽。他们可提供连接两个管通道的开孔腹板加筋件44。使用者可通过将翅片加硬件40连到由腹板加筋件44连接的通道的上游和/或下游的办法来扩展位于一个或所有两个通道的另一侧的开孔腹板加筋件44。
使用者优选将V形(或U形)延伸连到所述管的上游和/或下游末端的一个或所有两个来构造翅片加硬件40(参见图36和图37)。此种延伸显著增加了结构弯曲硬度和流线形状。在其它配置中，使用者加入了较简易的翅片加硬件40，这使成本降低(参见图33)。
使用者优选通过用条带形成管状然后将所述延伸弯回制成热翅、加硬件和/或辐射屏障的方法，来构成带有一个翅片加硬件40的屏蔽管。(参见图36)。该种组装优选沿条带边缘接触该条带其它部分的两条线进行接合。
参见图37，使用者可类似构成带有两个翅片加硬件40的双翅片加硬件管48。该种组装优选沿条带边缘接触该条带其它部分的四条线进行接合。每个所述流体通道的外部管壁30只具有一个条带的厚度以便于使用者打孔来制作小孔。
隔热涂层
为了增加所述高能流体920的允许温度，使用者优选用保护性高温隔热陶瓷涂层34(“屏障”)来涂布所述燃料流体和稀释剂分布管。该涂层34优选设计成可以防止其下面的金属发生腐蚀，并且增加从所述高能流体920到所述金属管壁的温度降低。此种涂层34类似于那些用于涡轮机翼450和翼片的涂层。
为了减少辐射热和燃料流体管线和喷嘴的焦化或堵塞，使用者优选用隔热涂层34对燃料流体管线和喷嘴进行隔离，特别是涂覆与所述火焰最近的管阵列和其面向火焰的部分。
所述管可涂有防热涂层保护它们不受热气的影响。在管的上游和下游侧都进行涂覆，可使整个管保持更均匀的温度以减少热膨胀或变形。然而，在最接近所述火焰的管侧加涂层是最有价值的。类似地，可以为所有的管加涂层，但是对接近所述火焰的管特别是运输燃料的管进行涂覆最有利。此种涂层对于加硬件和其它不能被流体(如燃料或稀释剂)冷却的配置也很重要。
如果所述流体分布孔在所述隔热涂层涂布之前形成，所述孔应该用可熔的或可燃的材料进行保护或填充，在涂层完成之后这些材料能够经加热或燃烧而清除。或者如果所述孔是在所述涂层完成之后添加到管线上的，则可能需要在钻孔前去掉所述涂层。
在某些配置中，根据需要使用者优选用隔热涂层34或类似的隔热材料涂在所述翅片加硬件40上或由隔热材料形成(参见图30和图29)。此种翅片加硬件延伸40进一步增加了每个管的辐射屏蔽因子并保护和加硬了所述管。
除了所述管内的传导冷却，离开所述管的小液滴和蒸发进一步冷却了通过所述管的气流，也冷却了所述管。
燃烧器衬垫
在一些配置中，使用者优选对所述燃烧器进行配置以使横贯所述燃烧器出口提供相当均匀的温度，例如模式因子接近一致。为了这个目的，让使用者优选提供能容忍来自燃烧和热气的高轴向流体流量、高热通量、温度梯度和热应力的内燃烧壁或“衬垫”60。使用者优选采用能够耐受来自高燃烧的热通量的材料制作燃烧器流体输送管壁132或燃烧衬垫60。例如燃烧能使所述出口高能流体的平均温度超过约1200K(约927℃或1701°F)。对于现有的大涡轮机燃烧器来说，所述燃烧壁更优选为能够承受大于1600K(约1327℃或2421°F)的温度，更优选高于1800K(约1527℃或2781°F)的温度。
如本文所述，在使用者提供了相当均匀分布的稀释剂流体来代替大部分的用作冷却剂的过量空气的配置中，使用者优选排除了常规引燃穿过所述燃烧器衬管的所有或大部分的冷却剂空气流体。这样做，消除了通常由贯穿燃烧器衬管60的冷却孔形成的或在其周围形成的热梯度和应力梯度。
通过消除或减少流经所述衬管的热稀释剂冷却流量，使用者因此消除或减少了所述燃烧器壁附近的高能流体温度的降低。这增加了所述高能流体的平均温度，因而增加了下游应用设备如涡轮机的热效率。
使用者可采用高温结构材料来制作所述燃烧器衬管60，例如多晶蓝宝石、单晶蓝宝石、氧化铝、碳化硅、氮化硅或其它合适的高温材料。例如蓝宝石具有高强度并可耐受1500℃或更高的高温。蓝宝石的熔点约为2053℃，各种报道称它可忍受1800到2000℃的温度，并可用于制造弹道飞弹的头锥。这有益于去除大部分或所有的大空气流量，及穿过所述燃烧器衬管的孔。
使用者还可采用例如哈司特镍合金的高温合金来制造所述衬垫。对于金属衬垫，使用者在衬垫上涂防热涂层(TBC)34来屏蔽所述热气的影响。
参见图28，使用者可用冷却输送管142来包裹所述燃烧衬管。这些冷却输送管142优选安有弹簧。在另外的配置中用带有冷却剂通道62的管-翅衬管61来做衬管。冷却剂通道62可加入所述衬管中。他们提供稀释剂流体通过这些冷却输送管来将所述燃烧器衬管的温度控制在不超过期望温度。如通常由涡轮机入口部分440对控制的那样，此种冷却剂通道能够适应所述燃烧器出口136(TIT)的温度。
根据所述输送管的材质和所需温度，这些冷却输送管优选由合适的稀释剂流体进行冷却。例如，蒸汽冷却，以在输送经过所述燃烧器的上游接触器之前使其进一步过热。在其它配置中，水冷却剂用于在所述燃烧器内造成较高的温度。
在一些配置中，使用者优选提供能够适应以高轴向速度在所述燃烧器56中流动的流体的燃烧器衬管60，例如流速大于35m(115(45ft/s))。
在改进的配置中通过将能够耐高温的带状壁元件69卷绕制成燃烧器衬管60，包括将结晶的螺旋带覆盖在模具上。例如所述带状条69优选由薄层结晶或多晶蓝宝石或其它合适的高温材料制作。在其它配置中，所述带状条69可由高温金属制成，并优选涂覆隔热涂层34。
所述高温螺旋型条带优选制成改良的S型，这样使所述条带的较平的上游部分径向朝外，并交迭于相邻卷绕的径向朝内的较平的下游部分，(参见图30)。相邻卷绕的内表面互相对齐以构成相当光滑的内表面。所述螺旋型卷绕的衬管优选由多个连接到所述螺旋型卷绕条带69的径向向外表面的加硬肋进行加强。这些配置提供了更多灵活性，以帮助适应温度梯度和差热膨胀。
在一些配置中，使用者优选在多个工段将所述条带壁69配置成连接到热稀释剂集管(未显示)。所述加热的稀释剂送到另一个稀释剂收集集管中(未显示)。所述加热的稀释剂然后送到所述燃烧器中接近下游末端处。
在其它配置中，所述高温衬管由优选邻接或交迭的圆周环或轴向带制成。在一些配置中，多个卷绕、带、环周期性地结合到相邻组件上。
在一些配置中，使用者优选用与所述燃烧器56的横截面适配的一系列隔热环形成燃烧器衬管。他们优选形成具有匹配曲线形状的环(例如槽内的舌形物)。他们优选提供至少一个轴向隔离弹簧160来从所述上游冷却端弹性安装所述隔离燃烧器衬垫环154，以使所述环154平滑地互相邻接。此种环154很容易适应相对热膨胀。在其它配置中，所述燃烧衬垫可用楔152或瓦156做成。使用者用相应的径向隔离弹簧158来使隔离楔152或瓦156紧密邻接在一起。通过减小累积热应力，使用者于是提供了比使用连续衬管高得多的热过渡。
在一些配置中，所述凹形“角”三流体分布式接触器262显著屏蔽了所述燃烧器衬垫60上游部分的大部分。与常规系统相比，使用者优选为所述输送管的屏蔽部分使用具有更低温度需求的输送管壁132或燃烧器衬管60。
隔热保护
几代高温涡轮机440的燃烧器出口136温度(“涡轮机入口温度”TIT)超过了普通结构材料的工作强度，并推动特殊高温材料的限制。例如，从“E”级涡轮机的约1000℃到约1440℃温度再到通用电气公司的“H”级涡轮机的约1525℃。飞机引擎以高100K的温度操作。随着技术进步，涡轮机叶片超合金的最高工作温度约为1100℃。在需要这样高的工作温度的地方，使用者优选冷却和隔离暴露于所述燃烧和高能流体920的组件，特别是结构组件。
在一些配置中，使用者优选提供保护性陶瓷隔热涂层(TBC)34来覆盖至少部分所述燃烧室内暴露于火焰的表面。这防止了基体的腐蚀，并形成热辐射表面来增强输送到周围流体的热辐射。
高温隔热层
在许多配置中，使用者优选在所述燃烧器衬垫60和周围压力容器170之间提供高性能的高温隔热层150(参见图44和28)。所用的隔热材料优选适应所述燃烧衬管60或燃烧室424内的温度。例如，使用者优选采用能够在约1922K(约1629℃或3000°F)对温度为约1798K(约1525℃或2777°F)的燃烧器高能流体920维持操作的纤维或泡沫氧化铝型的隔热材料。对于需要较低温度的情况，此种隔离材料优选混合有硅酸铝或类似材料以减少成本。对于高温情况，使用者优选采用氧化锆或类似于用于航天飞机隔热瓦的材料。
在一些配置中，使用者优选用隔热楔152、环154或瓦156来制作所述燃烧衬管。(参见图69-71)。在所述燃烧器60的圆柱形状或类似的内部配置中，所述隔热楔152或瓦156通常具有较窄内圆周和较宽外圆周(参见图70)。此种配置自然地将所述隔热楔152或瓦156固定在圆周合适的位置。为了进一步将所述隔热装置归位，使用者优选以类似类似“沟中舌”板边缘的原则将所述隔热装置的横向侧做成匹配凹形/凸形(参见，例如图70和71)。
在改进的配置中，使用者优选在隔热楔152或瓦156与周围压力容器170之间提供弹簧装配。对于隔离环154，使用者优选提供轴向弹簧安装，以在保持内环通道绷紧的同时适应热膨胀。隔热装置150以不同的速率延展和收缩，并且比周围压力容器170受热更高。
在一些配置中，使用者采用隔离瓦156。他们优选在冷却剂管上提供夹子来支持隔离瓦156，或把隔离瓦156结合到所述冷却剂管或所述压力容器170。
压力容器冷却
在不同的实施方案中，使用者优选提供隔热和/或冷却系统178来防止所述压力容器170和其它燃烧器组件受到燃烧和热高能流体的影响。(参见图28和图69-71)。他们还隔离了外部热(或冷)组件以进一步减小热损失(获取)、提高效率并保障工人安全。例如他们在所述压力容器172外提供隔热装置150，并且邻近所述压力容器放置鳍状冷却管148。
在一些配置中，使用者优选紧靠外部压力容器170来输送所述稀释剂流体。所述稀释剂流体的温度和流速优选控制在可保持该压力容器170处于美国机械工程师协会(ASME)规定的压力容器使用标准条件内。所述加热的稀释剂优选输送到所述燃烧室56内，将经由燃烧器壁59损失的热还给所述高能流体。
使用者优选沿着所述压力容器170内部配置冷却热稀释剂输送管142(参见图70)。使用者将所述冷却输送管142横向卷绕在所述压力容器170内部周围。类似地，使用者可沿着所述压力容器170内壁轴向配置弹簧安装的冷却剂输送管142。这些方法冷却了所述压力容器170内部，使所述压力容器的平均温度相对于通过外部冷却的做法更低。在其它配置中，使用者将弹簧安装的冷却剂输送管142卷绕在所述压力容器170的周围(参见图71)。
所述冷却输送管142优选带有延长的翅或“平”接触表面，该接触表面增加了与所述压力容器170的接触面积以及所述压力容器170和所述隔热装置之间的接触面积。这有助于所述冷却输送管和所述压力容器170之间的热传递。使用者优选为这个冷却输送管142提供了一些轴向或类似的卷曲，以在受压的状况下提供弹簧载荷来确保良好的接触。
沿燃烧器衬管壁冷却气流
在一些配置中，使用者提供与所述燃烧器衬管60毗邻的围绕所述燃料流体分布器的流体流动通道。这样可以沿着所述燃烧器衬管60输送冷却流体。
在不同的实施方案中，使用者优选采用分布式开孔管来沿着所述燃烧器衬管60的轴向内壁输送稀释剂流体，以对其进行冷却和保护。使用者可在所述燃料流体分布管外边缘到所述燃烧器壁59之间配置所述热稀释剂分布接触器的周边部分。还可经由这个周边接触器输送液态稀释剂。流过这个冷却分布管的含氧化剂流体将沿着所述燃烧器壁59或衬管60夹带释放的液滴。
使用者也可沿着所述燃烧器内壁59输送氮气或循环的污浊燃烧气。这妨碍了燃烧并限制了沿着所述燃烧器衬管60的气体温度。
在一些实施方案中，使用者优选控制在这个周边冷却区域内的液体/气体比值，使基体金属的温度低于第一规定水平，从而将最大壁温控制在第二规定水平以下。
Ginter的美国专利第5,617,719号、第5,743,080号和第6,289,666号教导了如何沿着所述燃烧器衬管60的外壁输送含氧化剂流体，并用其它流体输送管包围所述衬管。还教导了如何将稀释剂流体送入流过所述燃烧器衬管60外壁(轴向朝外)的流体中来冷却所述衬管。在本发明的一些实施方案中，使稀释剂流体流过所述衬管的外壁(轴向外部)来冷却该衬管。所述稀释剂流体优选通过平行于所述衬管的直接流体接触器14输送。然后，将所述加热的稀释剂流体引入所述燃烧室424中。可选择地，所述稀释剂流体在所述衬管60本身内部输送(参见，例如图28和30)。
冷却的管-翅复合燃烧衬管
参见图28，在一些实施方案中配置冷却的衬管。例如，使用者用具有稀释剂流体通道的带鳍的管-翅衬管61来制作复合燃烧器衬管。这个衬管优选配置在至少沿着所述燃烧器最热部分，例如，优选从所述分布式接触器的下游末端到主要燃烧部位的至少下游配置。参见图30，所述混合缠绕管-翅衬管61优选包括带有导热翅66的管-翅通道62，该导热翅66连接到所述稀释剂流体管的上游和下游侧。
使用者优选以螺旋形式缠绕所述鳍管来制作所述燃烧器管-翅衬管61。所述管间距优选在一个翅末端和下一个管之间留出足以适应壁温的最大操作变化的膨胀间隙。使用者优选以逆流方式经由所述管-翅冷却剂通道62将所述稀释剂流体输送到所述燃烧区内的流体中。所述管-翅衬管冷却通道62的上游末端优选连接到一或多个所述稀释剂输送流体集管。在其它配置中，所述管-翅通道62以并流(co-flow)方式进行输送。
参见图30，所述管-翅衬管60的朝向燃烧的边缘的翅和管之一或两者优选涂有所述隔热涂层34。根据与所述管-翅衬管61的轴向长度和温度的增加成比例地调整该隔热涂层34的厚度，以控制所述管-翅衬管61和所述隔热涂层34之间的差热膨胀引起的热应力。
在一些实施方案中，所述稀释剂流体管14优选整平或拉长以减少径向深度并增加轴向覆盖。所述径向内侧下游翅优选与所述管的轴向最内部分成一线，以减小粗糙程度和拖曳。所述径向朝外(优选为上游)翅及其隔热层34优选为径向向外偏移足够距离，以容纳相邻管-翅衬管61的径向朝内(优选为下游)翅。
这为高速气流提供了基本上“水平”的内表面。根据需要，使用者在一个管的翅和相邻管之间配置小间隙，以适应所述燃烧器56或所述流体输送管130内部和所述外部压力容器170之间因操作中温度变化引起的部分或所有差热膨胀。
在这类实施方案中，优选将至少一个优选三个轴向管-翅加硬肋70连接到所述缠绕管-翅衬管61的轴向外侧。在改进的配置中，此种管-翅加硬肋70以螺旋方式交叉缠绕到缠绕管-翅衬管的螺旋形铸件(cast)。所述加硬肋70优选延长并连接到所述压力容器170上来为所述燃烧器衬管60或管-翅衬管61提供结构支撑。在一些实施方案中，所述加硬肋70还包括了卷曲以提供需要的屈曲能力来适应差热膨胀。
此种周期性交迭的管、翅和加硬肋70的配置在所述燃烧器加热和冷却时可迅速发生轴向和圆周屈曲，同时为所述燃烧器衬管60或管-翅衬管61提供了结构支撑作用。此种配置能够适应系统快速启动和停止时的快速加热和冷却速率。
在其它配置中，所述鳍管可做成圆柱弧形式，并且连接到一个或多个轴向流体集管240。相对地，所述鳍管也可在轴向进行配置，并连接到一个或多个流体集管240。
在改进的实施方案中，本文所述的管-翅缠绕在高温隔热燃烧衬管60的周围(径向朝外)来冷却所述衬管。所述衬管优选由多铝红柱石或类似的具有良好高温和热冲击特性的高温陶瓷制成。
在这类配置中，所述管-翅优选制成具有垂直于所述翅的变动的曲线形式。此种卷曲翅管优选为以温和张力缠绕在所述内隔离衬管的周围。当所述隔离衬管和管-翅衬管升温时，所述管-翅衬管通常比所述隔热衬管膨胀快。所述曲线优选经过足够预张力处理以适应所述隔热衬管和所述缠绕管-翅衬管之间的最大操作差热膨胀。
衬管支撑
在一些配置中，所述燃烧器衬管60优选由管-翅阵列支撑72可变形地(flexibly)支撑并连接到所述外围绕的压力容器170。在一些配置中，使用者优选采用卷曲、螺旋卷或类似的配置来配置这些可变形的支撑。这在系统加热或冷却时提供了屈曲以适应差热膨胀。在其它实施方案中，通过用携带稀释剂流体的冷却管卷绕隔热衬管以使其冷却。
声压阻尼
燃烧器内的压力振动能够引起严重损坏或疲劳。参见图30，在所述燃烧器管-翅衬管61的交迭翅之间优选配置间隙来削减声压振荡(参见图30)。使用者优选至少将径向朝内(优选为下游)的翅62做出褶皱或“槽”，从而在相邻管的交迭的翅之间提供减幅室，例如在凹槽翅62和平面翅64之间或两个凹槽翅62之间。(参见图29)。压力振荡将所述高能流体920移进移出位于所述交迭翅之间的通道，这提供了明显的声音阻尼。所述通道的尺寸优选调整到可以削减主要共振特别是高频率共振的程度。所述凹槽还适应了所述管-翅上游和下游侧之间的差热膨胀。
当所述燃烧器管-翅衬管61中配置了此种间隙或褶皱时，使用者优选将所述隔热涂层扩展到该翅的内侧，以减少所述翅的受热，确保所述冷却输送管保持在设计温度。
火焰稳定器/点火权
参见图1，在不同实施方案中，使用者优选提供了至少一个“火焰稳定器”100(“火焰稳定器”、“点火权”或“标灯”)来点燃燃料流体和氧气的可燃混合物(参见，例如图28，44，52，54，67等)。所述火焰稳定器100优选提供进行中的点火源以确保周围可燃混合物的可靠燃烧。
三流体火焰稳定器
参见图72，使用者优选为点火权102提供引燃燃料输送系统372、引燃热稀释剂输送系统373和引燃氧化剂输送系统418，从而构成了可以混合并燃烧氧化剂、燃料和稀释剂的“三流体火焰稳定器”。该火焰稳定器经配置可以输送稀释剂来控制所述引燃燃烧的温度，还具有本文所述的一些优点，包括减少引燃燃烧强度和温度以及减少氮氧化物的生成。
参见图72，使用者优选用蒸汽(或水)作为输送到所述三流体火焰稳定器的引燃氧化剂流体908。优选配置引燃氧化剂流体906的引燃氧化剂流体输送和引燃燃料902的引燃燃料流体输送，以获得约为1.5或更小的氧化剂/燃料比值λ，并输送蒸汽稀释剂来降低燃烧强度和温度。蒸汽稀释剂在所述热引燃气体中产生了大量OH自由基。所述热引燃流体优选温度在1300K到约1900K(1027℃到约1627℃或1880°F到约2960°F)。这产生了可辅助点燃和燃烧的适宜浓度的OH自由基和烃自由基，同时避免了大量NOx的生成。
凹形转向器火焰稳定器
在图73所示的一些实施方案中，使用者优选提供了两个相对的内凹转向器体103。这些凹相对转向器103提供了在外轴向流体流动存在条件下截留和稳定内漩涡的有效方法。有曲面的外轮盖122赋予所述转向器体流线形形状，从而减少了因所述第二流体流过所述火焰稳定器上方而产生的压力降。这些流线型轮盖122的外凸表面由于柏努利效应(Bernoullieffect)减小了横向部分外部的压力，向外拖拉热气。
这些内凹转向器103优选构成内穴的一部分，该内穴至少部分包裹并任意包围所述火焰稳定器100内的再循环气体。这些热的相对或包裹表面构成了具有加强的内辐射通量的“灰体”(即接近于“黑体”)。这改善了燃料流体的蒸发、热平衡和燃烧。
在改进的实施方案中，使用者配置了其间存在间隙的两个相对转向器103。在其它的变化中，使用者配置了一个背对着非流线形体(bluff body)的内凹转向器103，以取得本文所述的火焰稳定器100的部分优点。
在一些配置中，使用者通过取用反C型曲线并将其围绕偏移轴延伸形成两个旋转表面来形成内凹转向器表面，例如围绕所述火焰稳定器100的纵向轴。所述火焰稳定器100优选随着平行于所述第二流体输送管的纵向轴来定向。例如类似于带有互相面对的凹形内表面的两个相对的伞。(参见图72-75)。
参见图72和73，在一些实施方案中，可在所述内凹曲面103的上游和下游外表面作出交替圆齿形成上游氧化剂流体入口端口107和下游热气出口端口114，(参见，例如图72-73)。偏移所述圆齿凹型转向器103使所述上游面向圆齿形成铲子或入口端口107以获取并协带含氧化剂流体进入所述凹形漩涡火焰稳定器100。类似地，所述下游面向圆齿形成热气出口端口114来将所述热流体径向喷入周围流体。
火焰管
参见图44，在所述燃烧器56内，使用者可配置至少一个来自所述点火源、引燃火焰和/或所述火焰稳定器100的热气输送火焰管116，并将它接近所述燃烧器56内形成的可燃混合物放置。使用者优选在上游空穴或火焰稳定器100设立火焰。所述火焰管116引燃所述热气或燃烧混合物从所述点燃源、引燃火焰和/或所述火焰稳定器100中至少一个进入所述直接接触燃料流体和稀释剂分布阵列下游的可燃混合物。
所述火焰管116的出口优选设在接近分布接触器上游末端的分布式接触器的下游可燃混合物附近。所述火焰管116可点燃所述燃烧器内至少一个位置的可燃混合物。其出口也可位于至少一个下游火焰稳定器100的附近或内部。
环形俘获式漩涡火焰权
参见图72，使用者优选对所述火焰稳定器100的内凹转向器103进行配置，以构成改进的环形室102。这个“油炸面圈”形结构102为从引燃火焰来的再循环热气提供了内室(参见，例如图73-75)。热气从所述火焰稳定器100中的端口流出，在周围存在可燃混合物的情况下点燃该混合物。在所述燃烧器56内，所提供的火焰稳定器结构支撑118用来支撑所述火焰稳定器100。
在许多实施方案中，所述螺旋配置的内表面几乎完全包裹或任意包围着所述再循环气体。这些热包裹表面近似为“黑体”。所述热表面在改进的环形室内产生相当均匀的高辐射场。所述再循环热气和高辐射场促进了所需的燃料流体蒸发，还加热了所述可燃混合物，形成更容易点着的可燃混合物。
参见图73，改进的环形室102还提供了中等控制程度的流体场，该场被保护不受可吹灭引燃火焰或完整火焰的振荡旋转、漩涡和类似波动(突发)的影响。在一些配置中，所述改进的环形室102、所述转向器103和/或所述结构支撑118用隔离或隔热涂层覆盖，以保护它们不受高的内部和/外部温度或热气的影响。
参见图73，在多个实施方案中，为了提供所述的引燃氧化剂流体，通常优选沿着所述轴从下游或上游末端把全部氧化剂流体的一部分引入改进的环形室102中(参见图74-75)。在某些实施方案中，所述改进的环形室102的改进的反向内凹表面103形成了关于所述轴对称的岔开的尖端。这些使流体分岔并改向了流体的流动，使撞击的(impinging)流体旋转180°返回原先的流体流动。参见图74，使用者优选将所述环形火焰稳定器的上游部分做成收敛输送管，来将所述撞击的氧化剂流体引入引燃氧化剂通道108，从而与经由燃料接触器12输送的燃料903的引燃流混合，并混合和流经轴向混合物入口端口112。通过放置上游入口输送管和至少一个横向下游出口端口，使用者可提供能将所述氧化剂流体拉入并经过所述火焰稳定器的压差。
这种带有收敛输送管的压力差加速了沿所述轴向下游经过所述混合物入口端口112的入口流体。所述反向凹形表面103将这个喷射改向成内漩涡。该入口喷射流还夹带相邻的内部流体进一步驱动所述漩涡。对着第一个凹形表面103的第二个反向凹表面103形成了补充表面来延续该内漩涡。所述两个内凹表面103形成了改进的环形室102。
在一些实施方案中，使用者优选在主氧化剂流体通道108上游并与其轴向成直线放置较小的引燃氧化剂管110。他们提供火焰稳定器氧化剂输送系统418来输送流经这个引燃氧化剂管110的引燃氧化剂流体。在该输送系统种还可提供小的引燃压缩机/风机或泵来将所述氧化剂流体送入所述火焰稳定器。由这个引燃入口管110形成的轴向喷射流从周围的所述主氧化剂通道108中的流体带走更多的氧化剂经由混合物输送端口112进入所述改进的环形室102。
参见图75，使用者可将所述入口氧化剂流体导入至少一个圆周通道111，到所述火焰稳定器102的下游部分。在那里，所述流体经过下游轴向端口112送入所述火焰稳定器102的中央部分。这个下游流体入口将所述漩涡流从轴向“下游”逆转成轴向“上游”(相对于外部流动)。
经由所述圆周通道111的流动冷却了所述火焰稳定器102的壁。这种冷却作用降低了所述环形室壁的温度，该环形室壁被所述火焰稳定器102或该火焰稳定器外的主燃烧中的一处或所有两处燃烧加热。
在一些这类实施方案中，使用者优选提供圆周输送管108或引燃管110来将引燃氧化剂流体906引入这个圆周通道111。类似地，这些引燃氧化剂流挟带着周围氧化剂流体进入圆周通道111。
参见图73-75，使用者优选提供一个或多个引燃燃料流体流经开孔燃料接触器管12，这些引燃燃料流体注入流进所述火焰稳定器102中的含氧化剂流体906里。使用者在所述含氧化剂流体流动内或毗邻该流动放置和配置所述燃料分布通道或管12。对这些管进行配置，令所述燃料流体在触到内表面之前混合、蒸发和优选燃烧。
使用者优选确定所述燃料通道12的位置，以保护它们不受所述火焰稳定器102内的燃烧以及所述输送管内部的主燃烧的影响，以避免、减少或控制焦化和聚合。
参见图73-75，使用者优选提供开孔稀释剂接触器管14来分布引燃稀释剂流入所述燃料-氧化剂混合物和/或进入点火权102的内漩涡燃烧焰。他们优选在所述燃料流体通道和燃烧或热气之间放置带有热稀释剂的通道。他们优选对所述热稀释剂孔进行配置以提供合适的稀释剂流体/燃料流体，从而在限制氮氧化物和气体污染物排放的同时在所述热气中达到所需温度。
在一些配置中，所述稀释剂流体不仅冷却了所述火焰稳定器100的部分结构，还提供了支持和冷却所述截获的漩涡的流体。稀释剂流体经由热稀释剂通道输送进入所述圆周输送管111，冷却那些管壁以及所述火焰稳定器102的下游部分，包括形成转向器103的下游凹形漩涡。在一些配置中，所述稀释剂流体经由轴向结构输送管引入所述下游转向器103。特别是，使用者优选冷却所述火焰稳定器102的最热部分，在该部分火焰或最热的气体发生撞击，例如背对所述燃料流体和氧化剂入口的分岔锥。(参见图74-75)
在一些配置中，使用者优选经由开孔分布管14或通道108输送所述稀释剂流体和/或氧化剂流体(有可能是燃料流体)，该开孔分布管14或通道108形成为包括所述改进的环形火焰稳定器102在内的上游和下游内凹形结构103。使用者对这些输送管14或通道108进行定位，并根据需要调整相对孔尺寸、位置和方向。
流进所述火焰稳定器的氧化剂流体和流出所述火焰稳定器的热气流提供了支持所述内漩涡的主要动量变化。使用者引燃所述氧化剂流体进入所述火焰稳定器102，并引燃所述热气流出所述火焰稳定器。这些提供了支持一个或多个内漩涡的主要动量变化。所述燃烧在所述火焰稳定器内使所述气体发生膨胀，并增加了出口流动速度。
为了进一步支持所述内漩涡，在一些配置中，使用者优选在改进的环形室102内对所述燃料流体通道12、氧化剂流体108和/或热稀释剂通道14以及所述氧化剂流体、稀释剂流体和燃料流体中至少一个进行定位和定向，使速度分量朝向所述流体流动的局部方向。
在一些配置中，根据局部漩涡流向，这些流体从所述环形漩涡的轴向“下游”末端引向“上游”(向外)，或者从“上游”末端引向“下游”(参见图74-75)。(注意：“上游”和“下游”是指所述主要第二流体向外流到所述火焰稳定器100的方向。所述环形火焰稳定器100内的流动延轴向从所述火焰稳定器下游到上游移动)。
例如，参见图75，使用者可在所述火焰稳定器的下游末端提供提供开孔管或流体通道，来注射流体并优选引燃流体从轴端口112下游或所述下游凹形漩涡生成体103的内径向上游流动。为了输送那些引燃流体，他们优选在所述火焰稳定器的内外壁之间配置圆周输送管111等，以从上游到所述下游轴向入口输送流体。也可由外管向所述下游入口输送这些引燃流体。
类似地，参见图73，他们可在所述上游凹表面103的上游外径提供开孔接触器管12和14，来将引燃燃料流体和引燃稀释剂流体分布到下游流动引燃氧化剂流体流中。
在其它实施方案中，使用者可从所述凹形漩涡生成体103的外沿径向朝内进行所述流体的输送。在一些配置中，来到这些下游位置的所述流体是沿着所述下游凹形漩涡生成体103的轴向管状结构支撑进行输送的。在其它配置中，根据局部漩涡方向，这些流体是从所述轴径向朝外和/或从所述圆周径向朝内经由径向孔85向着所述轴进行输送的。在其它配置中，使用者注射由可蒸发稀释剂液体蒸发形成的蒸汽。
参见图72，在一些实施方案中，使用者优选配置至少一个热气端口114，使其从所述火焰稳定器102径向朝外喷射热气进入下游的周围流体流中(参见图72-75)。在一些配置中，所述热喷射流可含有正在燃烧的流体。所述热气喷射流以对流方式加热周围的流体。
使用者优选设定所述热气入口端口114的位置，并调整前表面的方向来引燃所述热气向外，并且通常平行于(横贯)周围的直接接触流体分布器表面。使用者优选对所述封闭的火焰稳定器102内在所述出口前的表面进行配置，使出口半径远大于周围的凹形表面103。这引燃所述高能流体920向外流入周围气体流中。
参见图72，使用者优选沿着所述输送管的上游-下游轴将所述热气的热气端口114延长到所述火焰稳定器102的出口(参见图73)。此种延长的输送管114形成了径向加长的热气喷射流，该喷射流将比圆形喷射流更远地穿透所述周围轴向流。
点火器
参见图73，引燃燃烧是由位于所述引燃燃料输送12和轴向混合物端口112中的一个或双方周围或内部的至少一个点火器124引发的(参见图74-75)。他们可类似采用所述氧化剂流体的高压压缩加热来点燃所述可燃混合物。
所述点火器124优选放置于燃料流体和氧化剂流体形成可燃混合物的位置附近。使用者优选激发所述点火器来引发所述燃烧。然后可将所述点火器124关掉，优选为在所述火焰稳定器已经加热到足以继续进行可靠操作的情况下关掉所述所述点火器124。在其它配置中，使用者还可用至少一个点火器124来点燃所述输送管内的可燃混合物。在需要更好的燃烧可靠性的地方，使用者优选使用多个点火器124来确保其中至少一个点火器可将所述可燃混合物点燃。
参见图73-75，在一些实施方案中，使用者优选使用火花点火器124来引发所述燃料氧化剂混合物的燃烧，优选接近所述火焰稳定器上游末端。当需要采用电磁能来激发所述点火器时，使用者优选配置了点火器激发源126并将其连接到相应的点火器124。
在一些配置中，诱导加热器配置成用来将所述燃烧器或火焰稳定器内或相关室内的电阻加热到足以点燃可燃混合物的程度。在其它实施方案中，使用者可配置微波发生器和浓缩输送管来提供热量点燃可燃混合物。他们优选采用微波来加热位于所述微波输送管出口附近与所述可燃混合物相接触的微波吸收点燃组件，直到该组件变热并点燃周围可燃混合物。使用者优选在所述微波与所述点火组件之间提供透微波壁。该透微波壁将所述微波输送管从所述燃烧室隔离开以防止受到影响。
在改进的配置中，使用者提供微波能来直接或间接地加热流体组分并在一些实施方案中点燃所述火焰稳定器中的可燃混合物。所述火焰稳定器的至少部分结构或通向所述火焰稳定器的一些含有可燃混合物的管或室是由能够基本上透过微波频率的材料制成的。优选沿轴向提供微波功率，来加热所述火焰稳定器或相连的含可燃混合物室。
在一些实施方案中，使用者类似通过光纤和透镜将激光送入所述燃烧室或微型俘获式漩涡火焰稳定器中来提供能量。聚焦的激光提供了非常集中的能量输送，在焦点产生了非常高的功率和温度。然后这点燃了所述燃料氧化剂混合物。类似地，可聚焦太阳能。
在一些实施方案中，使用者可在燃烧室和系统中提供催化表面点火器124来在该催化表面周围提供可燃混合物。在其它实施方案中，使用者可提供发热塞做为替代的或附加的方法来点燃所述火焰稳定器周围的燃料流体。这些优选位于保护区域内如所述火焰稳定器内或保护性表面下游沿着分布式引燃系统的至少一个位置。
支撑结构和组件
流体分布阵列需要对抗所述横向流体流动以及重力和振动的支撑物。根据需要，所述阵列和支持结构也可用于抵抗高温热通量。
上游支撑肋
在一些实施方案中，使用者优选提供至少一个或更优选为三个或更多的管支撑肋38或加硬或支撑结构来相对于彼此加硬和支撑开孔分布管。在一些配置中，使用者采用其它加硬线或棒作为加硬件36来相对于彼此连接和支持所述开口分布管10。
使用者优选将这些支撑肋放在所述分布管的上游来将所述肋与下游燃烧和相应的辐射热通量分隔和屏蔽开。这样做能将所述肋38的温度保持在低于将其放在所述管下游的情况。
流体分布集管
使用者通常将所述开孔流体分布管连接到至少一个集管240来为所述管供应相应的流体。使用者优选为燃料配置独立的燃料集管242，为热稀释剂分布管配置独立的稀释剂集管244。(例如柴油燃料集管242和水集管244)。
使用者优选在所述多通道接触器管220或接合管的一端关闭所述燃料流体通道或管，而在所述多通道接触器管220的另一端关闭所述稀释剂通道。所述燃料流体通道的开放端优选连接到燃料流体集管，而在所述双通道管16的另一端的所述稀释剂通道连接到稀释剂集管。
在其它配置中，多通道集管246用于输送多个流体。在这类配置中，使用者将多通道管220的燃料流体通道和稀释剂通道都连到多通道集管246。
在一些实施方案中，为了适应高能流体920中比最大允许金属工作温度更高的温度，使用者优选对所述燃烧器周围和内部的结构和工作马达进行外部冷却或内部冷却，使其温度降至相应的燃烧流体和/或高能流体920的温度以下。他们还采用隔热涂层34来减少受热。
在一些实施方案中，所述流体集管240既作为支撑结构或肋又作为流体输送通道。所述流体集管240优选与所述分布管相互支撑。所述流体集管240优选支撑所述燃烧器内的分布管。所述流体集管240将拖曳力从在所述分布式接触器阵列10上移动的第二流体转移到所述燃烧器壁，再从那里转移到所述压力容器170。
使用者优选提供弯曲、螺旋或类似的曲线部分，以适应冷却的外部和热的燃烧器内部或内部燃烧器衬管60之间的差热膨胀。
在一些实施方案中，使用者优选将至少部分所述结构肋38和集管240做成流线型，以减少那些肋38和集管240的流体拖曳、压降和泵送损失。流线型的轴向延长部分进一步增加了垂直于所述第二流动的轴周围的弯曲向量。这个延长改善了所述支撑、肋38和集管240抵抗由横向流体流动引起的弯曲力的能力。
管振动器
参见图52，在一些实施方案中，使用者可提供管振动器50来振动阵列中的所述燃料流体接触器和/或稀释剂流体管接触器其中之一或两者。所述接触器阵列优选由管肋38加硬，并由活动座(flexiblemount)72支撑。所述流体优选经由柔性供应管54输送到所述阵列。(见“191专利申请”中的图50，以及在11.9节“振动管-孔”和对活动式结构支撑的相关论述)。
不对称稀释剂&燃烧管的位置
在一些实施方案中，使用者优选将燃料管置于所述火焰稳定器的附近。此种配置在贴近所述火焰稳定器处提供了能帮助所述火焰稳定器点燃所述可燃混合物的近化学计量的燃料富集区。
类似地，使用者优选根据需要在所述输送管壁附近放置稀释剂管。这在需要时帮助所述输送管壁的冷却。在其它配置中，使用者提供了邻近于所述火焰稳定器的稀释剂管，这帮助冷却了所述火焰稳定器。
热稀释剂输送：水和蒸汽
使用者优选精确控制所述稀释剂流体的输送，特别是在使用液态水做为稀释剂的时候。(参见图76)。在水/燃料比超过燃烧熄灭极限或压缩机湍振极限前，现有技术对燃烧前的水/燃料比值有很大的限制。(例如LeFebvre 1998报道了在“较低”燃料/空气极限时水/燃料为1.1∶1m/m)。形成对比的是在以前的VAST专利中，Ginter教导和报道了通过将水注射到含有所述燃烧气的燃烧器中以及在燃烧后注入到所述燃烧器56中，可在高达至少约16∶1m/m的水/燃料比下进行操作。那些专利和操作包括在燃烧前将一些稀释剂流体输送到所述氧化剂流体中。(例如水和/或蒸汽进入到压缩空气中)。
最少量的稀释剂
在一些实施方案中，根据需要，使用者优选提供至少最少量的过量氧化剂流体来满足一氧化碳和其它可燃组分的氧化。相应地，使用者优选随后经由分布式接触器14添加足量的稀释剂流体，来将所述高能流体的温度控制到需要的最大温度。
在考虑比热、蒸发潜热、焓等的同时，使用者优选向含氧化剂流体和/或含燃料流体中添加足量的稀释剂流体来根据需要将所述高能流体冷却约1℃或更多，例如从约110％氧化剂/燃料化学计量比的λ或约0.07％质量比或更高的稀释剂/燃料比时的约1957℃到约1956℃。
最大稀释剂蒸发冷却
在改进的实施方案中，使用者优选经由直接接触器添加更多的稀释剂流体来降低所述高能流体的温度。使用者优选以足以蒸发所述稀释剂并形成相当均匀的饱和高能流体的速率提供稀释剂。使用者根据需要提供冷的或冷冻的热稀释剂来使温度降低到令所述高能流体变饱和的程度。在改进的实施方案中，使用者提供表面换热器来冷却所述高能流体，并进行所述稀释剂流体的蒸发冷却。
例如，借助近化学计量燃烧，使用者可以很容易地以1.5∶1到7∶1m/m或更大热稀释剂/燃料比进料。例如添加水/二号柴油(diesel#2)来将温度从超过1719℃降到约846℃或更低，而不达到水饱和极限(即100％相对湿度)。例如，参见表2。
借助更低的过量氧化剂流体和更高的燃烧和高能流体可达的温度，使用者可以高于常规热系统通过饱和器可达的稀释剂流体比和温度范围高得多的稀释剂流体来控制温度。例如，采用类似于湿空气透平循环("HAT″)，或蒸发式燃气轮机(″EvGT″)或湿空气水回注式透平(HAWIT)循环系统。采用小得多的装置，所述稀释剂蒸发的速率也比常规技术中的情况快得多。
最大稀释剂冷却
在改进的实施方案中，使用者还优选经由直接接触器提供稀释剂流体来将高能流体冷却到所述稀释剂饱和条件以下。(参见本文所述的直接接触器冷却器)。在这类配置中，使用者为所述直接接触稀释剂的冷却提供了足够的保留时间，以在所述稀释剂液滴和所述高能流体之间取得需要的热平衡分数。采用此种配置，使用者可将所述高能流体或其它高温流体冷却到与输送的所述热稀释剂的温度相差1℃的范围内。
在需要让温度接近或低于环境温度时，使用者优选将所述稀释剂流体冷却或冷冻到接近所述稀释剂流体的凝固点。例如，对于水，使用者将“高能”流体温度降至约2℃(或类似接近0℃但没有冰形成的温度)。为了降低流体温度，使用者优选经由直接接触器输送低温稀释剂流体，例如氟化烃。
当用氧气或富氧空气作为氧化剂流体时，使用者类似地添加稀释剂流体，直到所述氧化剂流体至少被稀释剂饱和。此时，稀释剂流体替代去除的过量氧化剂流体或氮气部分用于限制所述燃烧温度，并有效冷却所述高能流体。
燃烧前最大稀释剂
为了避免对总稀释剂流体/燃料输送的燃烧限制，在本发明的一些实施方案中，使用者优选至少建立有效蒸发并与燃烧发生点上游的燃料流体混合的稀释剂流体量的操作界限。这些界限优选在考虑所述空气/燃料比和流体温度的条件下建立。当液滴尺寸和表面效应也对所述燃烧界限产生影响时，使用者优选将表面积、液滴尺寸分布或其它有效参数引入这些稀释剂流体界限中去。
在一些实施方案中，使用者优选控制输送到燃烧发生点上游的稀释剂流体的位置、液滴尺寸、流量速率和轴向速度。根据需要，使用者优选根据需要减少所述稀释剂流体速度或液滴尺寸中一个或多个的轴向分量，以在所需燃烧起始之前减少或增加蒸发的稀释剂流体量或所述液滴尺寸分布或表面积。使用者优选改变贯穿所述管的压力落差、所述稀释剂流体粘度和/或孔朝向的轴向分量，以调整稀释剂速度的轴向分量。类似地，使用者优选将注射位置调整到更下游或更上游处。
通过这些方法，在一些实施方案中，使用者优选将所述稀释剂流体向下游注入所述燃烧气体内，使在所述火焰之前产生小于临界量的液滴蒸发和/或浓度。在大部分燃烧完成后，输送的稀释剂流体的剩余部分优选蒸发到所述燃烧气体中或所述高能流体920。
所述分布式流体接触器提供比现有方法更均匀和/或更受控制的氧化剂流体、燃料流体和稀释剂流体的分布。此种方法避免或减少了常规系统中形成一氧化碳和其它未氧化的燃料组分和副产物的冷点(cool spot)。这样也减少了导致大量氮的氧化物生成的热点(hot spot)。
通过这些方法，在这类实施方案中，使用者优选将大量稀释剂流体输送到所述燃烧的上游。在一些配置中，使用者将稀释剂流体输送到所述燃烧的下游。因此在一些配置中，使用者优选将所述氧化剂流体减少到小于化学计量比值的150％。相应地，使用者优选以超过现有技术中的熄灭界限来进行稀释剂流体输送。
相比湿空气透平循环(HAT)、蒸发式燃气轮机(EvGT)循环、再生水回注式(RWI)循环、蒸汽注入式燃气轮机(STIG)循环和湿空气水回注式透平(HAWIT)中由空气的水饱和量确定的水注入量限制，使用者优选以超过使输入燃烧器的氧化剂流体饱和的量来输送稀释剂。例如低于根据Lundstrom(2002)报道的151％的化学计量的氧化剂/燃料比，其中水令HAT或蒸发式燃气轮机循环的输入空气饱和。
引燃燃烧/火焰稳定器的控制
在现有系统中，引燃火焰和火焰稳定器产生占总氮氧化物(NOx)排放很大部分的氮氧化物。由于所述引燃火焰未经热控制，所述氮氧化物的形成通常远大于引燃火焰对主要火焰的热能的比例。
在一些实施方案中，特别是当点燃所述可燃混合物来引发燃烧的时候，使用者优选随时间来进一步控制所述稀释剂的流量。使用者优选启动点火源，然后以接近化学计量氧化剂/燃料比提供和混合氧化剂和燃料流体，其中使用少量稀释剂流体和少量过量氧化剂。
一旦点燃所述可燃混合物，优选相对于燃料增加稀释剂流体的速率，以控制以下至少一个对象的温度：燃烧气体、峰燃烧温度、所述燃烧室424内的高能流体920、所述平衡室或过渡区/部分426内的高能流体920、和/或所述工作马达中(例如在涡轮机的第一级446的涡轮机翼片448和涡轮机叶片450中间)的高能流体920、所述燃料分布阵列和所述稀释剂分布阵列。
在这类操作中，所述氧化剂/燃料比优选维持在所需的近化学计量比的可燃范围内，同时保持足够过量的氧化剂来有效氧化所述燃料和可燃副产物如一氧化碳。对温度和/或过量氧化剂的限制显著减小了氮氧化物的生成。
此种实施方案有助于点燃，并限制启动时排放的产生，并且克服了在许多常规操作中常见的在近贫极限时遇到的点燃所述稀释剂/氧化剂/燃料混合物的困难。
当使用本文所述的火焰稳定器100或引燃火焰时，使用者优选对其进行清洁、初始化可燃混合物，并优选根据本文所述点燃可燃的氧化剂/燃料混合物。然后，他们用稀释剂流体根据本文所述冷却所述燃烧和/或相关的流体和组分。在一些配置中，使用者优选在点燃可燃混合物之前提供一些稀释剂流体来稀释可燃混合物以降低初始温度。不过所述稀释剂/燃料比应限制在所述混合物的可燃范围内。
使用者优选调整所述孔的密度和分布，从而更均匀地控制所述火焰稳定器100内的燃烧温度和温度分布，以减少排放、维持火焰稳定性并保护所述火焰稳定器100。使用者优选采用引燃氧化剂流来清除所述火焰稳定器100中的爆炸性混合物。然后启动所述点火器124并开始燃料流体的输送。
一旦所述火焰开始，使用者优选开始输送所述稀释剂流体来将燃烧控制在所述火焰稳定器100内。使用者优选控制所述燃料流体、氧化剂流体和稀释剂流体输送速率来控制所述引燃燃烧速率和温度、所述热流体温度和进入周围燃烧器的释放速率。
在一些实施方案中，通过采用火焰稳定器100，燃料、稀释剂和氧化剂流体的输送速率和相应的热生成速率优选具有开始较低，并以适当的速率增加到所需值。这将所述火焰稳定器100中的加热速率和热应力以及相关的结构限制到所需或需要的限度。
类似地，使用者随时间对到所述火焰稳定器100的氧化剂流体、燃料流体和稀释剂的流量进行控制，从而以适当的速率将所述周围的燃烧器和所述下游工作马达加热到所需的操作温度，同时减少了在常规系统启动时常见的热冲击现象。这大大降低了热应力以及常规系统常见的维修费用。
如本文所述，限制引燃火焰和/或火焰稳定器100中的流体温度和/或过量的氧化剂，可以大幅减少常规操作中氮氧化物生成的主要来源。类似地，提供足够的过量氧化剂，并且至少在规定的保留时间内将温度维持高于在所需的横贯反应器的温度，从而将所述未燃烧的燃料(或未燃烧碳氢化合物″UHC″)和一氧化碳(CO)减少到可接受的浓度。
空间温度分布
优选通过控制总过量稀释剂对热释放分布的有效比值，即稀释剂流体焓的有效增加，所述总稀释剂包括在添加的稀释剂中、含氧化剂流体中和含燃料流体中的所有稀释剂，来精确控制一维、二维或三维的空间温度分布。通过采用多种自由度来配置孔尺寸、孔朝向、孔空间密度(孔数量/单位截面积)、孔空间分布以及对燃料、氧化剂和稀释剂流体中每个的参数进行实时控制，来对所述空间温度分布进行多种配置和控制，使用者在对空间和时间组分分布和/或温度分布的配置方面获得了非常高的灵活性和控制力。
空间温度分布
在一些实施方案中，使用者优选调整相关燃料流体和热稀释剂孔的相对数目、尺寸、位置和朝向，从而为设计输送条件提供了相对于氧化剂流体流量的所需燃料流体和稀释剂流体的分布。这些参数影响了过量氧化剂流体和稀释剂流体对所述燃料流体和热释放速率的径向和圆周向(或横向)组分分布比值。在一些实施方案中，使用者通过调整燃料流体接触器和稀释剂接触器周围的燃料流体和稀释剂孔的相对数目、尺寸、位置和朝向，以及两个或更多个沿轴向方向那些接触器的位置和间距来调节所述轴向组分和轴向温度分布。对这些方面的综合控制相应地控制了所述高能流体的时间平均空间温度曲线。
沿分布管的温度分布
在一些配置中，通过采用本文所述的方法，使用者优选配置了贯穿平行于所述分布管的燃烧器(通常垂直于所述输送管或第二流体流动)的空间或横向温度分布或剖面。为了配置所述组分分布和温度分布，使用者优选对沿燃料分布管11和沿稀释剂流体分布管14的孔尺寸、孔空间密度、孔朝向、和管到管间隙进行配置。这些方法使使用者可以提供如下所述的从均一到空间变换的再到阶梯式跳越的宽范围的曲线空间温度分布。
采用本文所述的高分辨率液体输送系统和高精确的速度传感器，使用者优选将所述氧化剂/燃料比控制到约化学计量比的105％。(采用这些参数但不采用稀释剂的燃烧将导致非常高的近化学计量绝热火焰温度)。使用者然后优选通过在所述火焰前沿之前或之后加入稀释剂流体来减小或限制所述高能流体中的这一温度，以在所述燃烧器内和离开所述燃烧器的高能流体内达到需要或所需的温度。
在一些实施方案中，使用者优选沿开孔分布管与所述氧化剂流成横向提供高解析度的孔。例如每排每毫米约167个2μm的孔。使用者优选沿着所述分布管周围的周边弧优选以向着流动的不同方向添加多排，来散布所述液滴。比如对于约6排孔，使用者能够在每个分布管每毫米提供约1000个孔，或者说是每米1百万个孔。
通过调节孔的空间密度，使用者可以轻易地以高解析度配置所述稀释剂/燃料比值，例如以在0.1％的温度范围内每横向毫米的分布管来进行配置。通过轴向距离的湍流可以平滑燃烧气体和稀释剂流体的混合。因此使用者用此种方法借助高温燃烧为所述燃烧器出口136的温度(或涡轮机入口温度)提供了具有高度控制的温度。
沿分布管的均匀温度分布
在一些实施方案中，使用者对所述流体分布管进行配置以补偿燃料和氧化剂流体流量的变化，并在流出所述燃烧器的整个所述高能流体920中取得高度均匀的温度分布。采用本文所述的精确空间流体分布技术，使用者优选将沿着与所述氧化剂流动方向成横向的开孔分布管每米跨度上每毫米的温度控制在以约1.5K从环境温度到高于环境温度1500K温度范围，即从约288K(15℃或59°F)到约1,788K(1,515℃或2,759°F)。扩散和湍流会进一步减少所述空间温度梯度的变化。
相应地，使用者优选提供当接近所述燃烧器壁需要更高的燃烧温度时能适应空间温度分布的燃烧器衬管/壁。如本文所述，这些可包括耐高温材料来适应较高的温度、提供隔热涂层34和/或提供燃烧器衬管冷却方法。
相应地，使用者优选在所述燃烧室424和膨胀机440之间配置过渡区，该过渡区采用了可适应所述高能流体920近壁处的较高温度的高温壁材料和/或冷却的壁，并提供横贯所述高能流体输送管130的更均匀的温度分布。
在一些实施方案中，使用者对所述燃烧器进行配置，通过系统地调整一些配置中的孔空间密度比值来提供适度的均匀的热梯度。例如，对于约1000个孔每毫米分布管长度的孔特殊密度，使用者可方便地调整热稀释剂孔83对燃料孔82的空间密度比值，从而以均匀的梯度对所述燃烧气体的温度进行调整。例如1,000K每米的热梯度或从约515℃到约1,515℃范围内1K/mm的热梯度。(在这些例子中，使用者调整了所述稀释剂孔83和燃料孔82的相对直径和相对压力以获得所需的稀释剂/燃料质量比，来限制所述燃烧器出口136的温度)
当需要强热梯度时，使用者优选改变所述孔空间的密度来提供非常快的横向温度梯度(或“阶梯”式温度跳越)。例如可在所述燃烧器附近提供约1500K每毫米的热梯度，即在紧靠所述分布管下游的燃烧中有约1百万K/米的热梯度。(注意湍流和扩散将从燃烧的起点到轴向下游逐渐减小这个热梯度)。
以类似的方式，通过相对于输入流体的条件调整总过量热稀释剂对过量热释放速率的比值，使用者对此种配置进行改进以提供所需的任意曲面或任意的温度分布。例如，通过相对于为所述氧化剂和燃料流体一起输送的过量稀释剂以及输入的边界条件调节的所述燃料和热释放来调整所述稀释剂流体输送的空间分布。这包括将所述稀释剂孔83的空间密度调整到沿所述分布管的燃料流体孔82的空间密度，并调整涉及到的所述流体输送压力落差。采用此种配置，使用者提供了沿所述开孔分布管并与所述氧化剂流体成横向的从小于约1K/m(0.045°F/in)变化了6个数量级到大于约1,000,000K/m(45,000°F/in)的热梯度。
在一些配置中，使用者优选提供横贯所述分布管的曲线性温度分布。例如，如上所述提供涡轮机设计者需要的径向偏斜的反转抛物线温度分布，其中所述分布管定向为垂直于所需温度分布的圆周方向。在这种情况中，使用者沿径向贯穿所述环形输送管146从一套燃料流体和稀释剂分布管到下一套对所述孔间距进行调整，同时使所述分布管沿圆周与所述环面一致。
在一些应用中，使用者将所述温度分布配置为涡轮机生产商所期望的燃烧器程度。例如，在环形燃烧器配置中，涡轮机设计者倾向符合涡轮机叶片450下游运动的沿圆周的均匀温度。因此在常规设计中，涡轮机设计者倾向采用径向贯穿所述涡轮机翼片448和/或叶片接近中心的内径到接近于轮盖外径的反转的近似抛物线分布。所述叶片尖端较难冷却，所以通常设计成比所述翼片或叶片中间部分更冷。所述叶片底部或中心在叶片旋转时能感受到较高的向心(“离心”)力。因此，所述叶片底部通常保持在比所述翼片或叶片中间部分更低的温度。所述峰值温度通常从所述叶片的中部向外偏斜。
为了提供最高的解析度和精度的斜反转抛物线形温度分布(例如涡轮机叶片)，使用者优选沿径向对所述开孔分布管进行配置并将其连接到圆周集管，优选为至少在所述燃烧器外部圆周周围进行连接。他们还加入了内部集管来改善流体压力均匀性并添加结构支撑。如本文所述，使用者优选相对于径向氧化剂流体质量流量和温度分布分布对所述径向热稀释剂和/或燃料流体分布管的孔空间密度、朝向(和孔尺寸(任选))进行调整，从而将所述高能流体920的温度调整到所需的程度。从而可根据速度和密度分布来估计所述氧化剂质量流量和温度，进而估计所述氧化剂流体(例如压缩空气)的径向温度和压力分布。
在带有径向直接接触器的环形燃烧器中，使用者考虑随着所述中心到所述轮盖的径向距离增加而增加的接触器间隙。使用者优选根据所需喷射流穿透距离来调整所述孔的尺寸。相应地，他们对净有效孔面积的空间密度进行调整来解决喷射流流量变化和氧化剂流体质量流率的径向分布的变化。
在一些配置中，使用者需要或想要比所述燃烧气体或高能流体920的平均温度更冷的燃烧器壁温度。在这种情况下，使用者可调整接触器管末端接近所述燃烧器衬管/壁的孔面积空间密度来输送较高比值的稀释剂/燃料和/或较低比值的燃料/稀释剂，从而在所述燃烧器壁周围获得较所述燃烧器内其它部位温度更低的空间温度分布。对比通常在现有技术中获得的二级分布(例如抛物线到指数型变化)，这个方法在所述燃烧器壁周围获得了更尖锐的温度梯度。这个温度分布看起来类似于在壁周围具有抛物线分布的“四坡顶(hip roof)”或改进的“四坡顶”形状。
例如，使用者对所述空间温度分布进行调整来向涡轮机输送高能流体，从而提供接近于叶片最高温度的更平整的温度分布。他们相应地在接近所述叶片底部和尖端周围提供较陡峭的温度梯度，来满足规定的叶片底部和尖端的温度限制。
通过对所述空间温度分布进行调整来在所述燃烧器内提供温度相当均匀而在接近器壁处具有急剧降温的高能流体，与具有二级温度梯度的经过所述燃烧器壁输送气态稀释剂来进行冷却的常规方法相比使用者获得了更高平均温度的高能流体。例如，使用者可在环形燃烧器中部50％处提供均匀的高达1500℃的温度，而根据抛物线温度分布在所述环面内部和外部的25％处流体温度降至1000℃的壁温。
假设内环面半径是外半径的50％且贯穿所述输送管的速度是均匀的，则这种改进的“四坡顶”温度分布方法可提供1690K(1417℃)的平均温度。假设通过所述输送管具有相同的均匀速度，则具有相同的1500℃峰值流体温度和相同的1000℃壁温的常规反转抛物线温度分布能提供的平均温度为1606K(1333℃)。(当根据平均速度分布调整时，实际质量平均温度会有类似幅度的改善)。采用这个改进的“四坡顶”温度分布，流出所述燃烧器的高能流体的绝对平均温度提高了5.2％
假设平均卡诺(Carnot)排放温度为343K(70℃)，这个实施方案通过调整温度分布提高了高能流体的平均温度，在相同的高能流体峰值温度和燃烧器壁温度的情况下使卡诺效率提高了1.34％。即比常规斜反转抛物线或指数温度分布显著提高了动力循环的热力学性能。
对于现有抛物线温度分布(基于相对距离的二级变化)，在所述输送管外25％部分的温度变化是从所述输送管中央算起25％部分的温度变化的400％。采用所述温度分布方法，使用者可轻易地获得以指数形式(2.73次方)或三阶或更高的水平随中部贯穿所述燃烧器输送管到所述输送管器壁的横向距离变化的温度。例如，在所述输送管外部从25％处到器壁的温度变化至少是从中部翼展(mid span)到中途到器壁的25％处的温度变化的900％。
横向贯穿分布管的温度分布
采用类似的方法，使用者优选改进了配置来控制贯穿与所述分布管成横向(垂直)(并大约垂直于所述输送管轴或氧化剂流动)的输送管的温度分布。使用者优选横贯整个燃烧器对分布管逐个进行孔尺寸、孔空间密度、孔朝向和管到管间隙的配置。在一些配置中，在输送相当均匀的氧化剂/燃料比值或补偿所需横向氧化剂燃料分布的同时，使用者优选对热稀释剂分布管采用这些方法来改变与所述输送管方向成横向的温度剖面(或温度分布)。
在一些配置中，使用者优选以本文所述的方法对所述燃料流体分布管11和/或热稀释剂管14进行配置，从而贯穿所述燃烧器56与所述输送管轴成横向并平行于所述燃料流体分布管11和/或稀释剂管14的方向提供相当均匀的温度分布。这还将流入所述燃烧器56的高能流体920的平均温度升高到与所述出口峰温度接近的程度。这导致了较低的下游涡轮机叶片的温度“分布因子”，并能在所述高能流体中获得较高的平均温度，并相应获得了较高的热力学效率。
当需要横向贯穿所述分布管(垂直于流体流程)的温度梯度的时候，使用者进一步优选从分布管的一侧到另一侧调整所述孔尺寸、孔朝向和空间密度，以提供贯穿所述分布管的更均匀的温度梯度。通过采用“191专利申请”所教导的方法来配置所述孔的朝向，使用者配置单独的喷雾来将稀释剂输送到跨越所述管到管间隙之间不同距离处。通过调整稀释剂孔和/或燃料孔的朝向，使用者实现了对跨越管到管间隙以及从一个间隙到下一个间隙的温度分布的控制。
对于与所述分布管成横向的温度阶梯式跳越的极端情况，使用者优选调整在所述边界上的分布的一侧到另一侧的稀释剂输送，而所述分布管的剩余部分分别提供均匀的或低或高的温度。这提供了较尖锐的热梯度。可选择地，使用者还可通过改变跨越所述温度阶梯边界的从一根管到另一根管的稀释剂/燃料比来改变温度阶梯。
在一些配置中，使用者需要较所述燃烧气体或高能流体920的温度更低的燃烧器壁温度。在这种情况下，使用者在所述燃烧器壁周围相比该燃烧器56剩余部分输送更高比例的稀释剂/燃料和/或更低比例的燃料/氧化剂。在极限情况下，使用者优选邻近所述燃烧器衬管/壁60提供稀释剂输送管而没有燃料流体分布管。在改进的配置中，使用者提供了在管的一侧有孔而另一侧没有孔的燃料流体分布管。
通过提供更均匀的、受到下游峰值温度(即涡轮机叶片结构组件的峰值温度)限制的温度，与常规应用相比，使用者提供了具有更高的横贯燃烧器的温度的配置。相应地，使用者提供了能适应更高周边温度和平均温度而峰值温度相同的燃烧器壁、过渡壁、膨胀机翼片和叶片。使用者优选对这种配置中的燃烧器壁进行隔热处理，来减小所述输送管附近的热损失和热梯度。
类似地，为了设置环形燃烧器中的径向分布，使用者在所述环形燃烧器周围配置了圆周式的流体流动和温度分布或类似的“模式因子”。使用者通常希望形成均匀的圆周流体流动分布。他们相应地对所述接触器进行配置，以获得均匀的氧化剂对燃料和稀释剂对燃料比值分布。这些进而导致了均匀的温度分布。可选择地，所述分布可配置成用来获得非均匀分布的所需分布。
轴向温度分布
在一些配置中，使用者对空间孔分布进行配置，以控制所述燃烧器内的轴向温度分布。
如本文所述，经由带有沿接触器的轴向分量的多个孔传输的流体提供了轴向分离的或分布的喷射流。采用这种方法，使用者提供了轴向混合和燃烧同时对横贯所述燃烧器的轴向热温度分布具有充分控制。
在燃烧器内，使用者可将一个或多个稀释剂接触器阵列11相对于燃烧器中的燃料接触器阵列114轴向放置。他们还优选将这与一个或多个稀释的燃料和稀释的氧化剂组合起来。以此方法，使用者提供了更多控制横贯燃烧器内的温度分布的方法。
在一些实施方案中，使用者优选以轴向沿所述燃烧器的空间分量对分布式接触器阵列进行配置。所述轴向接触器可连接到与主集管连接的横向亚集管上。此种配置能够更强地对燃料流体、稀释剂流体与氧化剂流体的输送与混合加以控制。这可结合将稀释剂与氧化剂流体混合以形成稀释的氧化剂，以及将稀释剂与燃料流体混合形成稀释的燃料。例如，将蒸汽或水喷入压缩空气以形成高湿或高饱和空气，或将水与醇混合。
使用者可综合这些在所述燃烧器中分布含有轴向分量的孔的方法。在一些应用中他们通常以横穿所述燃烧器但与轴向成明显角度来配置曲线接触器。类似地，他们将其它曲线接触器配置为大致朝向轴向但在一个或两个横向方向都具有明显的偏离轴的角度的形式。
例如，使用者可配置凹形“角”阵列、凸形“漏斗”阵列、金字塔篷式阵列、矩形篷式阵列、环形篷式阵列或其它朝向下游的曲线形的凹形或凸形三维空间阵列，其中所述接触器可定向为与所述第二流体输送管轴成横向关系、或主要轴向朝向所述输送管轴，或大致径向朝向所述中心、或与所述横向和轴向维度主要成中等角度。例如，在其主干集管周围通过弯曲平面“人字形”阵列来构成环形阵列。
这些接触器阵列还可由具有多个通道的复合接触器组成，来将两个或多个流体与第三流体进行输送和混合。例如，输送和混合燃料流体和稀释剂流体并将它们与氧化剂流体混合起来。类似地，使用者可形成多个曲线阵列，这些阵列是相对彼此沿着所述第二输送管轴互通(mutually)放置，或类似地沿着一个横向方向或所有两个横向方向放置，或在两个或更多个这些方向具有可更换组件。
曲线组成和温度分布范围
相关的实践评价了超过进入温度的边界条件的整个流体混合物的温度升高。此处，相对于所述进入温度分布相应的边界条件，使用者估计了这种温度增加的至少一种分布。尤其是，他们相对于相应的燃料流体和氧化剂流体温度在至少一个横向方向和/或轴向方向的边界条件对所述“总稀释剂冷却/过量生成热”或等价的“温度升高”的空间分布进行了估计，以在那些横向和/或轴向方向取得一种或多种所需温度增加的分布。
此处，总稀释剂冷却是以总稀释剂焓的变化进行估计的，该总稀释剂焓的变化包括总过量氧化剂流体(在贫组分中)、过量燃料流体(在富集组分中)、热稀释剂蒸汽、热稀释剂液体、以及其它任何除了化学计量反应流体以外的组分中的热容、蒸发潜热、和化学解离中的一个或多个。这种过量产热是以超出了用于将所述化学计量反应燃料流体和氧化剂流体加热到所需高能流体出口温度所需热的那些热来估计的。然后对一个或多个可控单独流体流动分布进行估计，从而对所需总稀释剂焓分布对过量产热分布的比值进行控制。
由于流体输送、混合和测量中的不确定度，相关的所需或实际的总流体温度有时描述成以想要或需要的概率处于上限或下限值之间。例如以95％的概率处于1450℃和1550℃之间。
在现在方法中，使用者将一个和多个流体温度的空间分布描述成以期望或需要的概率处于一个和多个温度分布上限和一或多个较低空间温度分布之间的不确定度范围内。例如，可以所需概率在一个或多个横向或轴向方向配置一个和多个所需较高温度分布和所需较低空间温度分布。例如，所述温度可描述成在环形燃烧器的内径和外径之间有95％的概率为反转斜抛物线分布。
为了取得这些空间温度边界内的空间温度分布，相对于处于类似边界内的所述氧化剂流体和燃料流体使用者建立了相应的热稀释剂的空间流体输送分布。然后使用者优选配置所述燃料输送孔并分别控制独立的横向或轴向流体流动分布，使其基本上以所需流动不确定度处于那些所需流体分布范围内。相应地，使用者对一个或多个流体流动分布的比值分布进行控制，这样最终的横向或轴向的流体氧化剂对燃料比值分布、稀释剂蒸汽流体对燃料流体比值分布、和液态稀释剂对液态燃料比值分布中的一个或多个能以所需比值不确定度处于所需流体比值分布内。
更优选地，使用者对所述总焓变对过量生成热的比值的横向分布进行配置，以控制温度增高的横向分布。他们优选相对于未反应的燃料流体和氧化剂流体的相当流体温度分布的边界条件对温度增高的横向分布进行控制，从而在所述燃烧器出口获得所需横向温度分布。这些方法因此以所需温度不确定度将温度分布控制在所需温度分布范围内。
空间燃烧器加热器
在一些实施方案中，使用者配置了本文和“191专利申请”中所述的多流体燃烧器，来提供高能流体穿越表面换热器以加热产物流体。例如经加热器管加热产物流体。他们可对所述高能流体的温度和/或流速加以控制来控制热传递。他们还可利用辐射屏蔽、隔离层、和传热表面或翅的一个或多个参数来改变穿过所述换热器壁的热传递。通过使用一种或多种这些方法，他们优选控制经所述传热壁至所述产物流体的热通量。
经由加热器壁
在一些应用中，使用者试图使用加热器管276经由内管壁表面277或外管壁表面278或加热器管或加热器管束279壁来对材料或产物流体进行加热。在这类应用中，使用者试图对传热表面的传热速率进行控制，以提供所需温度分布或传热分布。
外部加热
在一些加热的应用中，通过在外管壁表面周围“用火加热”(加热)加热器管来加热流经加热器管的产物。例如，化学精炼厂通常加热含有石油或乙烯的高压垂直加热器管276来使产物“裂解”，例如直径约125mm(6″)高约12.2m(40ft)的管。这些管通常从底部用天然气来用火加热。此种加热在圆周方向、垂直方向和在加热器管束中从管到管方向引起显著的热变化。所述加热器管276通常在接近或处于其冶金设计界限的条件下操作。这种加热方式需要用到昂贵的加热器管，相应产生的操作和维修费用也很高。
内部加热
在一些加热应用中，企业通过对加热管的内表面进行加热来加热沥青或化学品，例如在大沥青罐用U形管加热器。现有技术中的燃烧器快速燃烧通过入口附近的管壁30，同时向更下游提供很少的热传递。这通常导致了昂贵的检修停工期和火灾危险。参见图44，使用者可配置燃烧器来经由加热器管277输送高能流体。他们可将所述燃烧器本身配置在所述加热器管内。
对加热器管“排”或“壁”或加热器管束279的两侧进行加热，类似于“外部”加热。在这类配置中，使用者优选在加热器管束279的任一侧提供一个或多个分布式燃烧阵列来完成所需的空间加热。类似地，提供在加热管束279之间的加热，其类似于“内部”加热。在这类配置中，使用者优选在所述加热器管束279之间提供一个或多个分布式燃烧阵列来完成所需的空间加热。
“角”包围的加热器阵列
在一些实施方案中，使用者优选提供环状“角”分布式燃烧器阵列262或“圆柱形”分布式燃烧器阵列来包围或环绕加热器管276，沿长度的大部分来加热所述管和其内容物。所述分布式燃烧器优选由输送管围绕着。即，所述燃烧器可配置成环形输送管146的形式，其中所述加热器管形成了所述环面的内壁。使用者优选提供风机来提供穿过所述输送管和分布式燃烧器的空气。还可使用烟囱来从输送管中吸取空气。
在需要在高压下加热流体的应用中，使用者优选提供了由加压燃烧器环绕着的加热器管。参见图4和28，使用者可使用高温加热器管276，并用处于燃烧器衬管132内的“角”燃烧器阵列将该管包围。优选用隔热装置150围绕所述输送管。他们还在所述燃烧器周围配置了压力容器172或管来提供压力包围(containment)。可采用适合的压缩机来提供高压含氧化剂流体。
这些方法有益于降低贯穿所述高温加热器管276内的压降。沿所述加热器管还改善了温度控制。这些特点中的一个或两个都使使用者改善了所述加热器管内产物流体的所需温度分布，使产物可以加热到较高的温度。
常规“角”燃烧器导致了按距离比例逐渐增加的燃烧。在一些应用中，根据需要，使用者可对所述燃烧器的直径和管距H进行调整，来控制沿所述燃烧器的燃烧速率，以达到合适的温度分布。例如使用者可将所述分布式燃烧器配置成更类似抛物线或椭圆的凹燃烧表面的形式，例如沿所述加热管获得更均匀的加热率。
他们还可进一步提高最初的管空间密度并提供下下游逐渐减少，以提供更均匀的空间燃烧速率。在这类配置中，提供了翅或辐射屏蔽来调整相邻开孔分布管之间的间隙，以调整其间流过的氧化剂流体的流量。
“圆柱”燃烧阵列加热器
在一些实施方案中，使用者在管周围应用圆柱形燃烧阵列来加热该管，或者在输送管内或加热管之间应用圆柱形燃烧阵列来对其进行加热。将所述圆柱形阵列的一侧在靠近所述流体输送管入口134处封闭而另一侧在所述热流体输送管出口136处以迫使所述氧化剂流体(例如空气)穿过所述圆柱燃烧器。
在沿所述圆柱形燃烧器流动的高能流体中，由于流动湍流和器壁拖曳会使压力不断下降。在一些配置中，使用者优选在上游末端使所述分布式管互相靠近以减少空气间隙，而在下游末端则使所述分布式管互相分开以增加空气间隙。这帮助补偿了压力降，并沿所述燃烧器维持了更均匀的氧化剂/燃料比。
在其它实施方案中，使用者优选调整穿越所述分布管的燃料和稀释剂的压力落差，以补偿氧化剂流体流量的变化。在一些配置中，使用者对孔的间距、尺寸和/或数目进行调整，以类似地补偿流经分布式燃烧器的氧化剂流体流量的变化。
凸形或“漏斗”燃烧器阵列
参见图44，使用者可在加热管276内或输送管内应用凸形或“漏斗”燃烧阵列264，来加热所述加热器管或输送管的内表面。参见图48，使用者可在加热管束的加热管276之间应用凸形或“漏斗”燃烧阵列264来加热那些管。优选将漏斗燃烧器阵列264与外加热管或输送管之间的位于上游末端的任何间隙封闭，以迫使所述氧化剂流体(如空气)穿过所述分布式燃烧器。例如，通过使用配置适合采用图53中所示的方法的隔离间隔器或环154。
在使用“漏斗”燃烧器方向的配置中，衬管燃料和稀释剂分布管配置可导致入口周围有大量的燃烧，该燃烧随混合-燃烧表面积按比例逐渐减小。对于加热的应用可优选沿着其长度具有更连续的热传递，且避免烧坏所述管。例如沿着U管加热器。
在一些实施方案中，使用者优选将所述燃烧器表面阵列调整成更凸起的形状，如上游开放抛物线或椭圆形，以减少上游燃烧并增加下游燃烧。在一些实施方案中，使用者对所述的分布管管间距H、孔尺寸、孔空间配置(密度和/或数目)和/或穿过孔的压差进行调整，以调节氧化剂/燃料和稀释剂/燃料比，来获得所需的沿所述燃烧器的燃烧速率和温度分布。(将改进与“角”和“圆柱形”燃烧器阵列进行比较)。
尖头(cusped)燃烧器阵列
使用者可改进所述凸形或“漏斗”燃烧阵列来形成外燃烧器阵列，以加热所述燃烧器阵列外除了输送管的应用。含氧化剂流体向上输送到这些外燃烧器阵列的中心，并在类似于“漏斗”阵列的燃料和稀释剂孔阵列之间流出。例如参见图48，使用者可制作一个或多个外部燃烧器阵列272并将它们放到加热器管276的周围或之间。
优选将所述外部燃烧器272之间或输送管和附近的上游末端的加热器管之间的间隙堵住，以迫使氧化剂流体(如空气)流过所述分布式外燃烧器272的中央通道。例如，采用图44和53所示方法，用合适的隔离“环”154作为尖接触器环之间的阻塞间隔器。类似的隔离楔152可用作接触器间轴向朝着所述加热器管的间隔器。
参见图51，所述分布式接触器272的中央通道在下游末端用帽175进行堵塞。这有助于引燃所有氧化剂流体在所述接触器管之间流出。
如图49所示，在所述外燃烧器阵列272中的燃料和稀释剂接触器管可定向为与所述加热器管轴成横向，或如图51所示，定向为轴向沿着所述加热器管。为了减少所述空间热通量密度和/或管的数目，隔离间隔器可置于燃料接触器管组和稀释剂接触器管组之间，或者与所述加热管轴成横向关系或者轴向沿着所述加热管轴。参见图49，隔离环154可用作尖头接触器环之间的间隔器。间隔楔152可类似地作为接触器之间的轴向定位于所述加热器管的间隔器。
仍参见图48，所述外燃烧器阵列272可配置成能够放置在六角形加热器管束内部的圆形形状。这些燃烧器阵列优选配置成三角阵列或更优选为外凹“尖”管阵列272。对比做成圆柱形的外部圆形燃烧器阵列，这些尖燃烧器阵列272沿着所述加热器管的全长使燃烧火焰距所述加热器管的距离更均匀。这跨越加热器管表面提供了更有控制的加热。例如更均衡地围绕所述加热器管。
在改进的配置中，根据经济、效率、质量或其它的因素的需要，所述燃烧器外表面的曲率在凹尖形、三角或正方形、凸弧或圆的范围内变化。所述燃料和/或稀释剂输送速率可进一步配置在所述加热器管周围，以补偿空间上的变化，如距所述加热器管的径向距离。
参见图50，尖燃烧器272可类似地与四个位于笛卡尔加热器管阵列的加热器管等距放置。所述尖端的轴优选沿相邻加热器管的垂直平分线对齐，其中所述阵列的拐角指向这些管间。
优选对所述尖阵列的尖点进行圆滑，以为氧化剂流体流到所述尖端的外边缘提供空间。形成所述燃烧器表面的燃料流体和稀释剂流体分布管可由所述流体输送集管240和/或肋38支撑。这些优选放置于所述燃烧器内部接近所述尖端点处。
在采用“尖”燃烧器朝向的配置中，优选调整所述高能流体沿着所述尖阵列272的燃烧率和温度中的一个或两个同时调整，以补偿燃烧器表面积相对于加热器管表面的变化。其优选配置用来提供更接近于所需空间温度和空间高能流体流量的空间燃烧速率和温度分布，以获得沿着或围绕所述加热器管的规定的热传递速率的空间分布。
燃烧壁
在一些配置中，使用者优选配置分布式接触器管的通常为平面的管阵列266来构成燃烧“壁”，使得能跨过传热“壁”或跨过加热管束有控制地加热。类似地，在一些配置中使用者在单个加热器管束的任一侧放置两个此种“燃烧壁”，从而提供均匀的传热面。
对于圆柱形燃烧器阵列，使用者可采用用于本文或在“191专利中请”中所述的其它燃烧器和燃烧器阵列配置的原则来调整所述燃烧器阵列的参数。
传热配置
参见图44，在一些配置中，使用者优选配置了可变隔热或屏蔽180来改变所述燃烧和/或高能流体与所述传热表面之间的传热速率。这提供了可以便利地对穿过传热壁的换热速率进行配置(或更均匀的换热速率)的方法，方法如下：(参见，例如图44在漏斗燃烧阵列264和所述流体输送管壁132之间处)。当所述高能流体在加热所述壁的过程中冷却时，所述热障的热阻逐渐减少，并形成沿着所述传热壁随着距离增加渐衰的热屏障。可在所述传热壁的一边或两边都采用这些方法，包括从内部或外部对所述产物流体进行加热。
逐渐开孔式变辐射屏蔽
参见图45，在一些配置中使用者将所述变热障配置成在所述高能流体和/或燃烧区与所述传热壁之间具有不同性质的辐射屏蔽182。例如，所述变辐射屏蔽182可具有对辐射的渐变阻塞，譬如通过渐开孔的热屏蔽方式构成逐渐开孔的热屏蔽。也可采用其它形式的开孔变化方式来改变所述辐射屏蔽的效率。
通过逐渐改变所述孔的净尺寸或覆盖度，使用者可逐渐改变所述辐射屏蔽。此种辐射屏蔽的变化也逐渐改变了对流传热，例如热气逐渐增多地经过渐开孔热屏蔽182。
所述变热屏蔽可包括通过改变所述辐射屏障(例如具有不同尖头宽度的梳或叉齿的形状)而改变所述燃烧器或高能流体与所述传热壁之间的辐射阻塞。可用其它空间模式来改变所述变辐射屏蔽182在所述加热器壁表面上的覆盖度。类似地，使用者可改变辐射屏蔽的数目，例如采用随轴向距离数目渐减(渐增)的屏蔽，(参见图47所示)。
在一些实施方案中，使用者优选沿着所述接触器壁表面的一部分配置热屏障，该表面在沿着所述加热器壁的至少一个壁的至少一个曲线方向具有渐变热阻。例如，参见图46，所述渐变热障184可含有逐渐变薄(或变厚)的热阻涂层120或隔离层。这逐渐减少了(或增加了)对热传递的阻碍。类似地，所述的变热障可包括传热壁的覆盖度变化，这可通过可变隔离屏障，如不同“指”间宽度的梳或爪的形状变化来实现。其它空间模式也可用来改变所述热屏障在所述加热器表面上方的覆盖度。这些热屏障可放置于所述换热壁的高能流体侧或产物流体侧。
在一些实施方案中，使用者可改变所述换热壁的有效传热面以改变经过该换热壁的传热。例如，可将圆形表面变成有凹槽的表面。参见图47，对表面的改变可包括在所述换热壁276的至少一侧提供导热翅188。使用者可改变所述翅的有效表面积来控制从高能流体到所述换热壁的传热。例如图47所示，可改变所述热增强翅的深度。类似地可改变所述换热翅的数量。
流体加热配置方法
参见图81，使用者优选采用流体加热配置方法来对燃烧器和传热表面进行配置，从而在所需的约束条件下加热产物流体。
边界条件和初始化
参见图81，使用者优选采用图21的燃烧器配置方法来设定所输送的待加热的流体包括产物流体的边界条件。通过求解方法和/或利用软件来根据需要对参数进行初始化。
传热系数分布
采用此种配置，使用者优选对输送到被加热的产物流体的热通量分布或分布进行配置和控制。例如，沿产物流体侧的曲线或接近产物流体侧的传热壁。
例如，可沿所述加热管的内侧或外侧的轴线配置和控制热通量。类似地可在与沿着或靠近所述传热管的内圆周或外圆周的轴成横向的方位角方向配置和控制所述热通量。
这些方法可包括对入射到所述传热壁的辐射流的控制。例如参见图45，可包括在所述高能流体和所述换热壁之间对辐射屏障的有效性进行配置。参见图46，可在所述换热壁的一边或两边都对所述有效热屏障184进行调整，并且顺着沿着或靠近所述传热壁表面的曲线对经过所述壁的有效热通量进行控制。
参见图47，他们可沿着所述传热壁的任一侧或两侧调整有效传热表面。例如通过增加换热翅188或在所述壁上加凹槽。用这些方法，可顺着沿着或靠近所述传热壁表面的曲线对有效对流传热表面进行配置。
通过配置一个或多个这些传热系数，使用者在这类加热系统的一个或多个横向和轴向方向上配置了穿过换热壁的传热速率。通过采用一个或多个控制高能流体和传热系数的方法，使用者在加热系统的一个或多个方向(例如横向或轴向)上配置和控制了热传递流的空间分布。
加热的流体的参数和约束条件
参见图81，类似于图21的配置方法，使用者将所需约束条件应用于所述加热系统。这些条件可包括所述产物流体的最大温度，例如，来防止产物分解或副产物的生成。类似的约束条件可为所需的所述传热系统内产物流体随时间变化的温度分布。其它约束条件可为穿过所述产物流体输送管的流体平均流速和流体的横向速度分布。使用者也可控制沿所述加热系统产物侧的产物流体流速和流动配置，以便于获得所需的加热速率。
他们优选相对所述产物流体的热容和产物流体入口温度来控制所述传热通量和被加热流体的流动配置，从而控制被加热流体的温度分布。通过对所述高能流体、传热表面和产物流体中的一个或多个采用温度传感器，使用者更精确地将所述高能流体、传热表面和加热的产物流体中的一个或多个的温度控制所需温度内，或将温度分布控制在所需所需温度不确定度内。
加热系统输出参数
使用者采用模型参数或约束条件解出联立方程，以获得所需加热系统配置。这些包括传热通量的一种或多种空间分布、高能流体温度、高能流体流量、辐射屏蔽和传热表面。
精确动力学流体输送控制
相关技术：流体输送装置
流体输送系统采用了离心、移动空穴式(moving cavity)或容积式(positive displacement)涡轮机组和加压装置(如泵或压缩机)。离心泵上的泵展开压头(压差)根据泵相似定律随流经由泵的体积流量变化而变化。根据泵的特殊设计变化可以是轻微或巨大的。通过移动空穴泵，所述泵压头通常随流量变化发生轻微但仍然非常明显的变化。
相关技术：计量泵
计量泵能够在非常大的压力落差条件下提供精确的平均流量(在+/-0.1％范围内)。然而，他们以相当大的压力和流动脉冲来输送流体。活塞泵在停止或再装料时造成幅度为平均流量的100％的脉冲波动。容积式齿轮泵使这些脉动有所减少，但这些脉动还是很显著。
相关技术：多相泵压头
一些公司提供带有缓慢可变冲程的泵压头。他们还以不同相的方式将多个泵压头进行组合以减少压力脉冲。例如，Bran and Luebe公司提供这类设备。一些公司声称他们的设备能将脉冲减小至约+/-10％到30％。
相关技术：脉动缓冲器
Bran and Luebe以及其它公司用脉动缓冲器来减小由于泵输送速率的变化而造成的流体脉动。这样可将脉动减小一个数量级或使脉动更加依赖于配置方式。这减小并且甚至去除了泵对流体的直接动态控制。然而，泵的冲程控制仍然确保了平均流量速率控制在所需程度。
相关技术：放热式燃烧反应的比值变化和不确定度
对于放热反应，反应物输送中反应物比值和稀释剂的比值变化能造成反应速率、反应温度以及接下来的产品质量和不需要的副产物的生成方面的显著变化。流体输送系统的类型为所运送的流体造成了不同的压力波动。例如，离心、连续空穴或计量泵通常都能造成所运送的流体不同幅度的脉动流。
相关技术：压力摆动和压力反馈
在压缩的氧化剂流体中燃烧的燃料流体造成所述燃烧器内的压力摆动。为了所述燃料流体和含氧化剂流体这些压力摆动能够反馈到所述输送管中。LeFebvre(1998)观察到燃烧的辐射声能在范围在100到2000赫兹的宽谱中于300到500赫兹之间具有峰值。在燃烧壁中，燃烧不稳定性造成压力摆动频率为50-180赫兹的噪音(“咆哮”或“隆隆”声)。这加剧了“停转”问题。在较高的操作速度，马达能以频率为200-18500赫兹发生振动(“嚎叫”或“嗡嗡”)。
液态燃料输送与气态氧化剂输送的流动阻抗差造成了氧化剂对燃料输送比值的快速波动。对于气态燃料，不同的输送压力和压缩机类型造成了不同的流动阻抗。这引起了不同的流量速率或波动并因此造成变化的氧气/燃料混合物比值。所述燃烧热-声效率造成的压力摆动大大超过了所述高能流体920总压力的1％。此种高压摆动能引起燃烧器56的过早破坏。燃烧摆动能引起涡轮机翼片450的高频激发，这种激发能在几分钟内快速损坏膨胀机440。
相关技术：燃料反馈控制
在相关技术中，曾设法用流体反馈来控制流体输送速率波动。例如，对压力摆动进行测量然后相对于那些摆动对所述燃料流体的流动进行模式化，以减小所述压力摆动。
准确、精确的流体输送方法
在一些实施方案中，使用者采用下面所述的一个或多个方法对相关技术进行修改，构建了一个或多个流体输送系统360、361或400(参见，例如图76)。在一些配置中，使用者优选使用积极方式或被动方式中的一种方式或两种同时来减少能造成流体脉动和燃烧摆动的流体输送刺激的变化。优选对残留流量(泄漏)进行补偿并精确校准了流体输送系统360、361和400。在一些实施方案中，使用者优选加入了来自压力、压力波动、温度和流体组分的反馈。在一些实施方案中，对残余反应物和副产物进行监测以进一步改进对流体输送系统360、361和400的控制。使用者还用这个动态输送方法来经由一个或多个分布式开孔管阵列来输送所述流体。
燃料输送系统
使用者优选采用一个或多个容积式泵或计量泵来输送规定量的流体和/或以规定的输送速率来输送液体。(参见图76所示)。或者可采用类似的方式用连续空穴泵和/或离心泵来加压或压缩并输送一种或多种液态燃料和/或气态燃料。
声学燃料输送响应速率
为了控制涡轮机功率系统中的压力摆动，使用者将所述燃料流体输送系统360配置成具有高转矩、低惯量和短流体输送线的形式。例如达到至少200赫兹响应，优选为超过700赫兹和更优选为超过1.5千赫的响应。对于声学方面的应用，使用者寻求5千赫以上的高频率或优选为达到人类可听到的敏感度为20千赫的频率。为了取得此种性能，使用者至少需要与这些频率相等或优选为4倍于这些频率的声激发能力。为了提供闭环控制，使用者优选采用至少两倍于那些参照值的传感器响应速率。
使用者优选采用具有低脉动幅度的容积式泵。一些制造公司制造具有脉动幅度小于平均流量的+/-3％的精确齿轮泵。当在400赫兹(24,000RPM)以每转5次脉动进行操作时，流量输出将具有幅度为20千赫的小幅脉冲速率。其它公司的连续空穴型容积式泵的脉冲波动为平均流量的+/-1％。
为了改善泵送并且减少此种脉动，在一些实施方案中，使用者优选用两个或多个容积式泵压头以彼此匀相的输送设置配置了复合容积式泵。对于正弦容积式泵，使用者将两个容积式泵压头平行排列但使其互不同相，这样使一个泵的高脉冲与另一个泵的低脉冲相匹配。这两个泵的出口用等长的管进行连接以保持两个流体的异相关系直到它们加入到共用的管中。可选择地，可对应两个泵间的相位变化使用不同长度的连接管。
对于非正弦式的流动，使用者选择三个或更多个相位不同的泵压头，其中所述相位差通过一个泵压头的脉冲脉冲间的相角除以泵压头总数来确定。例如，带有六个波瓣的齿轮泵压头在一个波瓣和下一个波瓣之间的转动角为60度，于是使用者对三个泵压头配置为：第二个泵压头比第一个偏移20度而第三个泵压头比第一个偏移40度。这将显著减小脉冲流幅度。例如对于采用了三个具有3％的平均单压头脉冲波动的精确容积式泵的复合压头，可得到约小于平均流量1％的脉冲流幅度。
此种复合泵压头的每转脉冲等于波瓣数乘以泵压头数目。比如有三个泵压头，每个泵压头有6个波瓣，则每转产生18个脉冲。这样，对于泵刺激率为100rps(6,000rpm)的情况，复合流体脉动频率为约1800赫兹。
精确旋转激发器和泵
在一些实施方案中，使用者优选采用了高响应度的精确旋转激发器来启动一个或多个所述流体泵，即具有高转矩对惯量比值的马达。例如，在一些实施方案中，使用者可为复合容积式泵配置高响应度马达，来以高响应速率准确启动这个泵。更特别地，此种快速响应输送可用于以比相关技术快得多的方式输送或控制液态燃料和液态稀释剂。
参见图77，使用者优选增加所述旋转式激发器的应用转矩并/或减小所述旋转式激发器的转动惯量。这显著改善了马达-泵的响应度。使用者优选使用具有高转矩和低惯量的马达600来增加系统的响应度。例如，可采用转矩/惯量超过20,000秒-2的高速马达。一些公司用薄的传导性圆柱或圆盘来制造转子以增加转矩同时减少转动惯量。此种马达具有比现有铁核马达高的转矩/惯量和加速度。
例如，Graham和Yankie的美国专利第6,111,329号(转让给 G&GTechnology，Inc.of Ventura，California)中教导了薄铜圆柱形转子的使用。他们声称ThinGapTM伺服马达提供高转矩同时惯量非常低，从而能在不发生嵌齿、滞后作用、铁损耗或迭片振铃的情况下产生快速响应速度。据报道，他们的300瓦TG3200型整流式电动机的连续峰转矩/惯量值为23,100秒-2。据报道，这个马达模型的转速峰值为583赫兹(35,000RPM)。采用此项技术可按比例造出具有更高或更低的转矩、功率和速度的马达。
可选择地，在一些实施方案中可采用薄盘(“圆盘”或“薄饼”)型马达(例如纽约Kollmorgen Motion Technologies Group of Commack制造的具有较高转矩和较低速度的ServoDiscTM马达)。假设有与所述马达类似惯量的泵，这类马达泵系统的转矩/惯量可达10000弧度秒-2。这意味着1.6千赫的响应率，在不考虑液体惯量的情况下响应时间为约0.6毫秒。
参见图77，使用者可用冷却剂来冷却用于激发所述不同的流体流动的一个或多个马达。例如，在所述定子608旁边放置冷却剂夹套来沿所述定子输导所述冷却剂流体。更优选的情况为，用稀释剂907作为冷却剂然后回收加热的稀释剂。这个加热的稀释剂优选输送到所述换热系统来回收由所述马达产生的热量。例如，通过输送加热的稀释剂到所述燃烧器。
例如，参见图77和78，使用者可配置带有内转子的马达，并提供一个或多个开孔稀释剂管10来将冷却剂流体喷入所述转子。可在所述转子608的周围提供相应的热冷却夹套485来根据需要将其冷却。所述马达可由稀释剂907进行冷却。
使用者在至少一端用空核轴承612或空柄来支撑所述转子602，优选较低端。这提供了所述稀释剂的入口和出口。更优选，这使至少一个稀释剂分布式直接接触器10能配置为穿过所述空核轴承的中心，并沿所述转子长度放置在内部。所述稀释剂也可从接触器14经由所述空核轴承612喷入所述转子中。
所述转子优选调整为垂直朝向，以帮助所述稀释剂流体流下或流出所述转子。从所述转子流出的所述加热的稀释剂收集在稀释剂收集器中346中。这优选采用重力进料方式。可选择地，根据需要所述转子可调整成水平方向或介于垂直与水平之间的方向。由此根据特定配置的需要，所述稀释剂收集器346可与合适的飞溅屏蔽紧密偶合。
参见图79，所述转子602可放置在所述马达600的外部，而所述定子608放在所述马达600的内部。本文使用者优选将一个或多个热稀释剂开孔分布管14放置在所述马达外部，来将冷却剂流体喷入所述转子602中。类似地，可在所述转子608内放置冷却夹套485来将其冷却。
此种配置可以冷却外部转子和内部转子(带有相应的内外定子)。使用者优选选择具有低导电性和高介电常数的冷却剂流体。不同配置可采用纯水、碳氟化合物或类似的冷却剂。例如，St.Paul，Minnesota的3M公司生产的FluorinertTM牌碳氟化合物。
在一些实施方案中，转子优选配置成垂直，以帮助所述冷却剂流下或流出所述转子。或者根据需要，所述转子可调整成水平方向或介于垂直与水平之间的方向。
在其它实施方案中，使用者将高性能转子用稀释剂收集器346包围起来，并且用低粘度气体填充所述外壳(enclosure)从而显著促进换热率，同时减小寄生风力影响。使用者优选采用氢气或氦气作为冷却剂气体。这个冷却剂气体优选在所述转子602导向为经过上述分布式接触器14。所述加热的稀释剂流体优选流过这个换热器来回收大部分的寄生泵热量。另外一种改进冷却速率的方法是用风机来增加穿过所述传导性转子的空气流。
这些冷却圆柱形转子的改进方法可以轻易地按比例放大或缩小，来改善较高或较低功率的马达的响应速率。这些方法可类似地应用于其它类型的导体马达如圆盘马达上。
此种导电圆柱形或圆盘的主要转矩限制是由转子和定子导体本身耐热性引起的温度限制。相关技术中的马达采用共用空气冷却。据报道称“细间隙(thin-gap)”圆柱形马达的最大操作温度为约616K(343℃，650°F)。
为了改进相关技术中的响应速率，使用者优选采用了本文所述的冷却方法来增加提供给所述转子602和/或定子608的冷却速率。更优选为采用液态冷却剂来冷却所述转子和/或定子。此种直接接触液态冷却的冷却速率较相应的气体冷却有显著的增加。
采用此种改进的冷却方法可在不增加所述导体温度的情况下显著增加启动电流。相应地，在保持相同的约343℃(650°F)的最大操作温度的同时，所述马达可实现的转矩/惯量比值随冷却的增加而显著增加。
假设电阻为常数，产生的热以电流平方的形式增加。即对于为原来4倍的冷却速率，所述电流和相应的转矩/惯量为原来值的两倍。例如通过使用液态冷却而不是空气冷却，使用者能获得远远高过25000秒-2的转矩/惯量，优选为超出20％或更多，即为30000秒-2或更多。采用此种改进的冷却方式可改善马达/泵响应比值，优选为10％或更多。这优选使马达/泵响应率增加到大于1.7千赫或更优选为大于3.2千赫。
所述流体注射响应依赖于所述马达和孔之间的流体惯量、流体的可压缩性和所述集管240及分布管的硬度或柔性。参见图77，使用者优选将所述泵压头安装在接近所述分布阵列的中心，以减小流体惯量和滞后时间。所述泵压头优选放置在所述阵列的中央以改善流体响应的对称性。优选采用短集管240将旋转泵压头376连接到所述分布管。例如，所述泵压头可位于所述中央附近距离小于所述接触器阵列的外尺寸的一半。
如本文所述，当与高性能启动器组合使用时，假设所述液体惯量类似或小于所述马达/泵的惯量时，使用者期望此种方法能够获得大于800赫兹的液体注射响应率。
此种改进的流体响应率有益于改善对工作马达比如液态燃料涡轮机和内部燃烧往复式马达内的燃料流体和稀释剂流体的流动控制。此种快速流体控制也有益于水力启动和控制，比如对于机器人操纵者来说很有帮助。
如果有合适的超导材料，此种改进的冷却方法可进一步扩展到超导马达，正如美国专利第611329所教导的那样，马达中的铜导体可为超导导体所代替。采用超导导体，使用者可采用冷却了的氢气、氦气、氮气或其它适宜的冷却流体，该流体的温度和流量速率足以将所述马达的温度维持在超导点以下。
参见图77，使用者可在组合泵压头376内配置两个泵，每个泵负责一个流体。这用于输送两种类型的燃料或者可用于输送燃料流体和稀释剂流体或者两种类型的稀释剂。所述两个泵转子377可一起由所述马达600驱动。这用来快速控制稀释剂流体和燃料流体按比例进行输送。这使使用者能够对燃料和稀释剂实施快速控制，同时保持相对恒定的高能流体温度。还可用两个马达600和两个柄606来分别驱动两个泵。例如，所述马达柄606可以是同中心的。这种配置为总过量稀释剂对过量热容以及温度提供了快速控制。
所述改进的冷却速率使较高的电流和潜在的较高速度成为可能。然而，增加所述转速将导致所述转子的向心加速度(朝外“惯量力)的增加。参见图78，加固材料604的加强缠绕可用于将所述转子602限制在较高速度。加固材料604通常采用具有高抗张强度和低密度也就是高的强度/密度比的材料。例如，所述加固材料可为玻璃纤维、石墨、单晶蓝宝石和碳纳米管。
参见图79，使用者优选为所述马达配置了外转子602和内定子608。其中在所述转子的外部裹有加固套602，冷却稀释剂通过接触器14喷射到所述加固套602上用于冷却转子602。所述加固套602更优选做成加固带，所述转子导体暴露于所述加固带之间。在所述稀释剂接触器14上的孔优选与加固带之间的间隙基本对齐，以获得最佳冷却效果。这使对所述转子导体的直接接触液态冷却成为可能，同时仍加固了所述转子导体，保证其高速操作的需要。这还避免在所述定子和转子之间配置加固套的需求，参见图77。这种配置令使用者为类似或较窄的转子定子间隙提供了相同或更强的加固套604，使所述加固套能有效的冷却所述转子和定子。
参见图77，使用者优选同时配置马达600和泵压头376。所述马达的转子本身提供了相当大的惯量，其中包括所述转子导体、接触器、转子末端、飞轮和柄的惯量。在用所述马达驱动泵的过程中，所述泵也提供了惯量。
为了减小惯量，可通过紧密偶合所述马达转子和泵转子来减小甚至去除所述连接柄。参见图79，所述马达转子602优选直接安装到所述泵转子377上成为组合单元。通过将所述泵压头转子377和转子马达转子端作为单独的组合单元来剔除所述转子端(如图77所示)。这使转矩可从所述传导带直接输送到所述泵转子377，而不必使产生的该转矩输送到转子端然后到公共柄再到所述泵转子，简化了配置和费用，减少了高性能操作时的惯量。所述泵转子优选采用具有高热传导性能/强度比的材料制成，这有益于改善所泵入的流体对所述转子的冷却。
所述马达和泵转子也可由薄圆柱形进行连接。类似的薄圆柱形可用于替代在所述马达和泵末端的一些固体盘，从而减小各连接末端盘的惯量，(参见图77)。
在这类实施方案中，所述泵压头提供了少量的惯量，这部分惯量在现有技术中是由所述马达上的飞轮提供的，(例如使用者优选将连接到转子和相应的马达柄的飞轮减至最小，如美国专利第6,111,329号所教导地。例如，在飞轮处放置薄支撑圆柱形)。这种方法本质上改善了马达泵的响应率，同时降低了费用和复杂性。
作为这个配置的补充，使用者可在处放置电接触器或整流器。所述整流器优选置于所述泵转子的附近，如图77所示，该整流器通过将稀释剂向上输导到所述转子的中央来辅助冷却，还通过所述泵转子提供了液体冷却。可选择地，所述整流器可放置在所述转子的另一端，以与所提供方式类似的方式来输送稀释剂，以冷却所述转子和定子。例如，经所述泵输导进入并围绕所述马达。
使用者通常希望经由接触器阵列来输送燃料和稀释剂流体。他们优选用两个堆叠在一起的泵转子来构成混合泵压头，即一个负责所述燃料，而另一个负责所述稀释剂。如图77所示，这包括了为所述燃料流体901和稀释剂流体907配置的两套进出所述泵压头的集管，
在类似的实施方案中，使用者可在所述转子周围配置所述泵压头，从而在精简系统的同时仍能由泵向所泵入的流体提供转子冷却。
在改进的实施方案中，使用者控制高分辨步进电动机来启动所述泵，从而以需要的速率进行传输(或输送不连续量的流体)。使用者优选采用具有200步每转或更高的分辨率(1.8度每步或更少)的步进电动机来驱动所述泵。许多供应商能生产此类步进电动机。
在改进的实施方案中，为了根据需要改善分辨率，使用者优选用具有多重微步进控制的高分辨微步进电动机控制器590来驱动高分辨步进电动机。例如，很多公司生产的微步进电动机控制器590具有10到50微步每步。例如，采用约50微步每步的控制器和约每转200步的步进电动机可提供每转10,000微步。
线性启动器/螺线管
在一些实施方案中采用一个或多个线性启动器378或螺旋管启动器379来动态地改变流动流体的压力。所述线性启动器378或螺旋管379启动了所述集管的柔性壁。这个动态压力调整改变了经过所述开孔分布管的液滴输送速率。使用者优选配置了流量调节器位置、运动或位移传感器586来监测所述线性启动器378或螺旋管379或其它压力或流量调节器370(参见图76)。在其它配置中，所述线性启动器378或螺旋管379用于柔性膜壁或用来作为具有减少流体泄漏的填充物的气缸中的水力活塞。
控制器
在一些实施方案中，使用者优选采用能够以高时间分辨率快速驱动所述所需转子374和/或线性启动器378的高速控制器590。优选用一个或多个这类控制器590来作为燃料控制器529、热稀释剂控制器596和/或氧化剂流体控制器594。
在不同的实施方案中，使用者优选将所述线性启动器378的最大微步控制率配置到等于最大设计马达步率，该步率是基于所述设计泵速乘以每泵冲程或每泵转的步数得出的。可选择地，如果限定了所述微步进控制元件的带宽，可将每转的组合微步值调整到等于最大微步控制带宽除以所述步进电极和微步进器的每转微步数的商。通过采用微步进控制器590，可得到约四分之一步频的实际控制频率(小于根据尼奎斯特定理(Nyquist theorem)算出的理想的半步频率)。
使用者优选的所述高速控制器590具有命令循环时间明显短于所需控制响应时间的特点。例如，Parker Acroloop of Chaska Minnesota提供的ACR8020型高速8轴运动控制器采用了Texas Instrument生产的具有150兆赫兹的时钟速度的TMS320C3X型数字信号处理器(DSP)。很多公司可提供具有在16bit分辨率超过每秒100,000设置的数模转换器(即具有部分每65000分辨率)。
以此种处理器和时钟速度，这类板记录了在50微秒范围内伺服反馈循环中的变化，并且每150微秒更新成新的控制参数。此种控制和激发系统通常具有约5千赫的闭合循环控制带宽(不包括所述泵和液体的惯量)。
此种系统可类似地在每150微秒或更短的时间更新出新的控制速率或复杂模式。这进而能以高至约4兆赫兹的步进输出率来驱动步进式马达。以4兆赫兹的步进率，这个控制器590将把10,000微步/转的高步进马达系统的转速控制到约400赫兹(24,000RPM)。以4兆赫兹的步进输出率，这个控制器590将具有能够达到高于1兆赫兹的开环控制的激发系统。
Texas Instrument和其它公司能够开发高性能的数字信号处理器(DSPs)。具有亚毫微秒响应时间的高能电子产品也有生产。因此，预计此种精确运动控制器590和驱动器的速度将随着更高性能的电子设备的应用而提高。
使用者优选使用的流体输送运动感应速度明显高于通常观察到的声压震动频率，优选为更高的数量级。例如假设平均时间速度约为最大设计速度的90％，其波动幅度在约±10％，即在最大设计速度的81％到99％范围内。例如，以最大步进脉冲率为4兆赫兹所引起的脉冲频率为约3.2到3.96兆赫兹，即范围在760千赫(±360千赫或3.6兆赫)。
改进的反馈分辨率
使用者优选通过采用高速高分辨率运动译码器或速度计580(例如泵旋转译码器582和/或压缩机旋转译码器584)来改善所述流体输送系统360，361，400的分辨率(参见，例如图76)。优选采用至少能够以与所述控制器590的启动速度相当的速度进行操作的译码器电子系统，或优选为偶数倍或更高倍数。例如具有4兆赫兹微型步进启动器的4，8或16兆赫兹译码器电子系统。
优选通过所述译码器处理元件的最高可靠操作频率除以所述马达和泵组合的最大速度的结果来选择所述译码器的分辨率。例如，当用具有最大设计操作速度为400赫兹(24,000RPM)的马达/泵时，优选采用能够以10,000脉冲/转工作的旋转译码器泵速计582和以4兆赫兹输出的译码器电子元件。类似的运动译码器584优选用于高速微型涡轮机压缩机/涡轮机系统。在较大的配置中，对于以4兆赫兹输出的具有设计速度为60赫兹(3600RPM)的压缩机407，所述译码器应优选具有约66,667个脉冲/转。
高转矩/惯量启动器
在一些实施方案中，使用者优选采用能够在所需的设定时间内(例如在5微秒或更佳的时间内)影响快速微增量或微步运动的压力/流量调节器370或流体输送旋转启动器374(参见图76)。为此，开始时采用了具有非常高的转矩对旋转惯量比的高响应旋转启动器374(对于螺旋管372或其它线性启动器来说为力/惯量比值)。这使速度具有非常快的加速度和变化。例如，对于这个流体输送启动器采用了具有非常高的转矩对旋转惯量比的薄导体伺服转子。
低惯量流体推进装置
在一些实施方案中，使用者优选使用具有低惯量对流量比值的流体压缩装置。使用者优选将所述具有高转矩对惯量比的启动器与低惯量对流量比的流体压缩装置(如具有非常低的惯量的旋转泵压头376)组合起来。从而使用者优选具有高泵送转矩对惯量比的旋转泵压头376。例如具有较小直径和长轴长度的泵压头。为了达到进一步改善的目的，可以使用具有高的强度对密度比值的材料来制作所述泵压头，优选的材料具有较低密度。例如，优选采用镁或镁合金来制造旋转泵组件。可选择地，还可根据需要使用铝合金或不锈钢合金。优选采用合适的硬表面来包被所述泵组件以减少泵磨损和潜在的气蚀损害。例如，可用钻石表面涂层来增加耐久性或用其它合适的硬表面材料。
低流体惯量输送系统
在一些实施方案中，使用者优选在所述流体加压系统和所述压力输送位置之间采用短流体输送管。所述流体泵优选放置在所述流体分布阵列的中央附近，以缩短流体管的长度并减小加速和输送所述流体时所必须要克服的流体惯量。
类似地，优选从所述流体源到所述加压装置之间选择相对短的输送路线。该方法显著降低了所输送的流体的机械惯量。
串联的多级流体加压系统
在需要较高的输送压力的时候，使用者优选提供一个或多个常规流体推进系统来提供大部分所需的输送压，然后采用一个或多个低压差输送系统来对输送经过一个或多个直接接触器的流体进行高精确度和/或高效控制。
在一些实施方案中，使用者优选采用主要和辅助压力系统来输送所述燃料流体和/或热稀释剂流体或反应物，以降低流体加压装置输送所需的转矩并改善输送性能。使用者优选以基础压力来提供流体，这样穿过流体加压和输送装置时的压力落差较低。例如采用了高性能和/或高精确性泵压头。这类双压力系统大幅降低了在高压燃烧和反应系统中输送流体所需的压力和转矩。
为此，使用者优选以平均压力将一个或多个流体提供给最终流体输送装置，该平均压力优选接近于当氧化剂流体穿过所述直接流体接触器时将所述流体送入所述燃烧器(或反应器)中的氧化剂流体中所需的平均压力。在其它配置中，主要流体压力的范围是从近似于所述氧化剂流体压力到近似于将流体输送通过所述直接接触器所需的压力。
这个主要流体/燃料输送系统360，361优选含有尺寸合适的贮料器(accumulator)以缓冲一些从所述主压力泵来的流体脉冲，同时提供所需的平均响应率。通常将所述流体贮料器和主流体泵控制系统的响应率配置为比所述主氧化剂流体输送系统400更快。
在其它实施方案中，使用者提供中间输送路线，其具有足够容量和/或柔性来缓冲所述主要输送泵和辅助输送泵之间的压力波动，从而使穿过直接接触器的压力落差小于所述辅助输送泵的控制容量。
根据需要，使用者优选提供辅助燃料流体输送系统来提供快速高频响应率，并控制穿过所述直接接触器的压力落差波动。
精确泵压头分辨率
在一些实施方案中，使用者用高分辨率步进式马达来驱动最终流体输送泵。采用此种步进式马达，使用者获得了高分辨率的位置感应和启动每台泵的脉冲。使用者优选采用具有多压头和多叶瓣的每转能给予多个较小脉冲的复合泵。
例如，使用者提供了具有复合泵头的带有40,000脉冲/转的高精确位置译码器或类似的10,000微步/转的高分辨率位置传感器的步进式马达-控制器组合。类似地，采用彼此有相关联的三个齿轮泵压头，且每个齿轮泵压头具有6个齿轮瓣，此时可给出18个脉冲/转。
借助这类每转18流量脉冲的配置，使用者获得了约2,222译码器脉冲每复合流量脉冲周期的分辨率(＝40,000/18)。借助这类配置，对每个流量脉冲周期，使用者获得了约555译码器脉冲/90度。这产生的旋转测量分辨率为约每个流体脉冲的0.05％，等价于约0.2％的每个流体脉冲幅度。
精确脉冲控制分辨率
采用这类复合泵头和具有约200千赫响应的微型步进式马达，使用者能获得约555微步每流体脉冲。这产生的控制器590的标称分辨率小于流动脉冲周期的0.2％。因此使用者期望将流体脉冲控制在约为控制流体脉冲变化的±0.2％的范围内。通过校定所述泵压头流量性质和所述微型步进式控制器590与所述流体启动器之间的相差，使用者在开循环基础上的提供了这种流动控制改进。
低脉冲计量泵
在一些实施方案中，使用者优选使用具有相对平稳的流量输送的计量泵，并降低峰值流量的脉冲水平。一些公司提供了具有约设计流量3％的峰值流量脉冲水平的多叶齿轮直接传动升水泵(multi-lobed positivegear head pump)。将这种高精度低脉冲容积式泵和高响应率马达以及快速控制器590结合到一起，使用者期望在无阻尼开放循环的基础上将流体流量阻尼控制在至少全部流量的约+/-1％，优选为至少约+/-0.1％且可能为约+/-0.01％或更好。
调频控制
通过对每次旋转内的泵驱动速率进行动态控制，使用者优选降低了源自复合泵的脉冲量。在每个脉冲，使用者优选使用借助微步马达控制器590递增传动来提供调频信号的方法。流量的平均值与频率的平均值相对应。根据最低和最高脉冲来调节频率的高低，从而使得源自泵流的脉冲平稳。最低频率和最高频率的相对位相可相对于脉冲进行平移，以包括使脉冲与控制不同步的检测和传动中的相位延迟。
非线性复合泵控制
使用者优选以通过全轴旋转的流体排放量/转的函数来表示泵排量的特性。例如，升/旋转度数。在适当位置，使用者优选采用所需的微步传动器、高分辨率步进电机和精度旋转编码速度计582来进行上述操作。例如，使用者通过全程旋转来获得对于每一微步过渡的累积流量ml。
使用者优选对马达控制进行改进，使其计入作为流体粘度、泵速度和穿过泵的压力落差的函数的由旁路绕过容积式泵的流体渗漏。使用者进一步对控制进行改进，来计入所产生的流体脉冲的非正弦性特征(具有连续速度)，调节传动脉冲速率以补偿非正弦性驱动和使流率更加平滑的方式来驱动对微步马达的控制。
指定的非线性流
在一些实施方案中，采用本文所述方法激发平稳流(smooth flow)，根据所需或必需，使用者优选以另一非线性流来调制该基本补偿率(basecompensation rate)。使用者优选调节泵马达传动速率或步进脉冲速率从而达到预期的流速。例如，使用者通过对指定步进电机控制率的变化率进行控制，从而使流速按线性方式以平稳的斜率上升至指定平均流速的并保持在那里。类似地，使用者还可以一定斜率将流速下调到预定值。然后，使用者通过计算所的传动速率或微步步进速率，并将其提供给控制器590，来以任意所需的非线性方式对流速进行调节。
并联的联合高/低流泵
在其它构造中，使用者通过并联放置两个或更多个泵以提高流体控制的精确度和负荷比。使用者提供了与大复合泵并联的小复合泵，其中采用小泵的流体控制范围超过了来自大泵的平均流速的最大流速差。例如，将小泵的流量控制选择为主要流量变化的至少33％或更少，优选为10％或更少。假定主要流量脉冲变化的范围是从33％到3％，使用者通过小泵控制了10％到0.3％的主要流量。
在一些结构中，使用者优选在复合泵压头和下游压力传感器552之间提供了流体均化器和/或矫正器。使用者优选提供了设计容量超过主泵系统最大脉冲波动范围的另一复合泵。他们优选将这种较小的复合泵控制在其流量的小部分范围内。这些措施显著改善了流速的一致性及其控制。
在一些配置中，使用者优选通过周围的分布式接触器将这种精细调制的微调流动(trim flow)引入到主流体流动中，并与主流体通道壁平齐(flshu)从而减少湍流。可选择地，如果微调流需要与主流均一混合，使用者通过横贯所述流动放置的分布式接触器来引入微调流。
例如，使用者优选选择一组并联的三台大泵，每一台都可以传输约20kg/s，总量约为60kg/s。使用者优选以一定相偏移将这些泵并联组合起来，并如上所述对其进行控制。如果这三个泵压头合并的脉冲变化约为+/-2％，那么将得到约为1.4kg/s的流量波动。
一般地，使用者对小复合泵流量控制在至少约+/-10％，优选为约+/-0.2％。例如，相对于60kg/s来说为约+/-150g/s，优选为+/-3g/s。对小复合泵的频率控制优选明显快于对大复合泵以及下游的频率控制(例如，至少两倍，优选为数量级更高)。使用这些方法，使用者预计可获得最大设计流量的至少约+/-0.1％、优选为+/-0.01％的联合控制精度，可能为+/-0.002％。
联合泵系统
在其他实施方案中，在保持准确控制时，使用者通过提供一个或更多串联的泵来增加提供到并联泵的压力，来在保持精确控制的同时进一步提高物流压力。第一复合泵提供了所述压力增加的大部分。如上所述，第二对泵以相应更准确的控制提供了所述压力增加的一小部分。在其它配置中，第一泵通常提供了平均输送压力，而第二组泵提供了所需的压力落差。
向引燃火焰和火焰稳定器的流体输送
在多种配置中，使用者优选提供可控制的流体输送系统360、361，设置其大小来向引燃火焰和/或火焰稳定器100提供燃料流体和稀释剂流体。在一些实施方案中，这些流体输送系统360、361优选包括变速动驱动器468或变流量控制阀230或类似的系统，来控制输送至引燃火焰和火焰稳定器100中至少一个的燃料流体和稀释剂流体的压力和流速。
在一些配置中，引燃流体输送系统对燃料流体和/或稀释剂流体采用了加压罐或贮料器(例如，丙烷罐，含有柴油的加压贮料器，或含有过滤水的加压贮料器)。
精确压力传感
为了准确的感应所述流体流动的平均压力，使用者优选使用高精度压力传感器552(参见，例如图76)。例如，不确定度约为+/-0.1％、优选为+/-0.01％，且分辨率优选至少高一个数量级可能为百万分之一级的石英共振压力传感器(例如，Redmond Washington的Paroscientific，Inc.提供的Digiquartz压力传感器)。这样的压力传感器552，在反馈控制器中为所述流体的整体控制提供了超精确的压力信号。为了在流体中感应快速的波动，使用者优选提供静压与所述流动的平均压力类似的流体，并且在该参考流体和所需流体之间放置一个快速压力传感器552。这为快速压差反馈控制提供了信号。
精确增压设备控制
通过以上述的20kHz至200kHz信号率控制复合泵，使用者优选以万分之一、优选十万分之一或优于+/-0.002％来调节平均流速。于是，基于稳定流动限制的流动压力，使用者预计可将所述平均流速实时控制在设定流速的至少+/-1％以内、优选为+/-0.1％到最优选+/-0.01％以内。使用者优选主动将流量幅度波动控制在优于总流量的+/-1％、优选为优于+/-0.1％、最优选为优于+/-0.01％。
脉动缓冲器和阻尼器(damper)
在一些实施方案中，当使用者期望或需要降低流体压力和流动脉动时，他们优选通过充当柔性膨胀室的相对薄壁的椭圆形管道来输送流体。这提供了高频的缓冲器。可选择地，使用者可通过一系列在所述连接通道中具有一些流体阻力的柔性膨胀室来进一步降低部分所述流体脉动或所述残余脉冲。
例如，在一些配置中，它们可被用于泵系统和流体接触器之间，来降低流体脉动和输送率变化。例如，在其他配置中，这些脉动调节系统优选用在主加压流体泵和辅助流体控制泵之间。
氧化剂流体输送系统
使用者优选提供与所需或必需的流速和流体参数对应的氧化剂流体输送系统400(参见，例如图76)。在燃烧系统中，压缩空气是用于输送氧气作为氧化剂的常用流体。在一些系统中提供了富含氧气的空气或氧气。在一些化学反应中，还提供了其他的气态或液态流体氧化剂。
在多个实施方案中，使用者采用了涡轮机、普通轴向、径向或离心式压缩机。这些优选用于对相当窄的速度和流量范围进行控制。
使用者优选提供移动空穴式压缩机407来提高线性和/或增大系统负荷比。例如，美国Indiana州Elkhart的Kobelco Compressors Inc.提供了在很宽的系统负荷比条件下具有高效率和线性的压缩机(例如，据报道约+/-1％的线性，负荷比范围从100％降至约10％或更低)。
在一些实施方案中，类似本文所述的方法，为了燃料流体和热稀释剂流体的输送，使用者将各类压缩机407组合。在一些实施方案中，他们优选将小型移动空穴式压缩机与大型涡轮压缩机407相结合。当使用者期望或必须降低流速时，他们优选向涡轮压缩机407提供流体控制阀230来改变入口和翼片。这类组合在保持高效和低流速时可控性的同时使大型系统成本适当。
在一些实施方案中，使用者优选提供适合尺寸的可控流体输送系统来将氧化剂流体提供到至少一个火焰稳定器100或引燃火焰上。使用者优选将氧化剂流体输送至火焰稳定器100中的一个或多个引燃管或输送管或所述引燃火焰附近(参见，例如图28和图44)。
在一些实施方案中，采用高压燃烧系统，使用者优选提供了适合的压缩机407、缓冲罐和可变流量控制系统。在一些配置中，它们采用至少一种可变流量控制阀230来控制氧化剂流。例如，针型阀或其它可调节阀门。在其它配置中，他们采用了变速移动空穴式泵或容积式泵，优选带有脉动衰减。
在其它实施方案中，使用者可提供变速泵或压缩机407以所需的压力为所述火焰稳定器100提供可变的氧化剂流率。在其它配置中，他们将普通加压系统与对输送至所述火焰稳定器100和燃烧器56的流速的控制，或它们之间的流量的控制相结合。
在一些实施方案中，使用者提供了液态氧化剂。他们优选将类似本文所述的氧化剂流体输送系统用于燃料流体360和稀释剂流体361。
氧化剂输送速度传感器
在多个实施方案中，使用者优选为所述氧化剂输送系统(例如，风机406或压缩机407)提供了适合的高分辨率速度传感器或编码器584，类似于本文所述的用于燃料流体和热氧化剂流体输送系统传感器。他们优选提供绝对准确压力传感器552来监测所述压缩机407的入口和出口的流体压力。可选择地，他们提供了压力测定或压力落差传感器554。
控制
在一些实施方案中，使用者优选提供了能够对燃料流体、氧化剂流体和稀释剂流体中一种或多种进行准确控制的控制系统(参见，例如图76)。使用者优选提供了多个物理参数传感器550来监控参数，例如本文所述的传感器。
燃料控制
使用者优选以在高能流体920中足以产生提供所需机械能和热能流率组合(能量)的流速的速率输送燃料流体。流体燃料输送系统具有很高的效率。在一些实施方案中，使用者通过所需燃料质量流率除以该条件下所述输送系统效率来控制所述燃料流体输送系统的速度。使用者优选以高精度的第一流体/燃料流速传感器560来调节所述燃料流体流速。
在一些实施方案中，使用者优选通过对穿过所述泵的压差、泵速、流体粘度、流体密度和流体燃烧热的微小影响来调节所述液态燃料输送速率的效率。
使用气态燃料、诸如Kobelco的移动空穴式泵，在较宽的速度范围内提供了非常线性的输送。
在其它实施方案中，使用者使用与所输送的机械和热能比相关的反馈装置。他们使用这些反馈装置来调节所述燃料流体的给料速度从而以所需概率达到所需的或必需的系统输出参数。
在一些实施方案中，使用者优选调节所述燃料流体输送率来对燃料流体密度的变化进行补偿，从而传递恒定或指定的焓增加。使用者优选提供高分辨率直列式(inline)密度度量系统，在连续或半连续基础上动态地检测燃料流体密度。
使用者优选提供能以至少0.1％且优选为优于0.01％水平评价流体密度的coreolis计或共振密度室。例如，采用可检测密度到五位有效数字的共振室比重计。
在一些结构中，使用者以所需的不确定度充分监测与所述燃烧热相关的燃料流体参数。随后他们优选调节所述燃料流体输送率来补偿燃料燃烧热中的变化，从而在形成具有恒定或预定的焓增、可用能量增加和/或温度的高能流体920的条件下输送燃料、氧化剂和稀释剂。
例如，除了调节密度变化之外，使用者优选提供内嵌的高分辨率折射率监控器。通过将密度和折射率结合，使用者优选对燃烧热中的主要变化进行调节。
根据需要或预期，使用者优选提供内嵌或取样分光光度仪器来检测所述燃料流体组成，从而以所需不确定度周期性地评估所述燃料流体燃烧热。例如，使用近红外(“NIR”)、傅立叶变换红外(“FTIR”)、质谱分析法或类似方法。现在这些可通过商业渠道获得的设备宣称的不确定度约为+/-0.1％或更低。
在改进的实施方案中，使用者将几种或更多种这些检测方法组合并控制这些措施。通过将这些光谱学检测方法与密度和/或反射率检测方法相结合，使用者优选对所述燃烧热进行评估，且由此对所述燃料流体输送率进行调节。例如，对所述燃料流体输送率进行评估并调节，使得焓增率达到约+/-0.1％、且优选为约+/-0.01％或更高。
加权的气体及温度检测方法
使用者优选通过在贯穿所述流动的多个点进行温度取样，来获得所述流动的品军温度。所述结果优选相对所述质量流速度和对应面积进行加权，以达到合适平均质量流量结果。
在常规系统中，对氧气/燃料比和随后的氧气/高能气体比的横向分布知之甚少且难以控制。类似地，在常规系统中，对穿越燃烧器的流体速度和压力分布也知之甚少。
在一些实施方案中，使用者优选对贯穿所述燃烧器56的多个位置进行温度检测和高能流体920采样。在一些实施方案中，使用者优选提供至少一个组分传感器570来评估所述高能流体920的组成(参见，例如图76)。所述高能气体920优选以短线(short line)用紧靠所述燃烧系统的设备进行采样，从而降低检测滞后。
在一些实施方案中，使用者优选在离开燃烧器56的高能流体920中对所述静压和速度分布进行校正。他们优选与所述高能流体920质量流量成比例地选择气体采样位置和温度检测位置。他们还优选对所述结果进行校正和加权以获得与所述高能流体920中对应的质量加权流速紧密关联的温度和气体流量的平均检测值。
在一些实施方案中，使用者优选在所述燃烧器出口136附近的高能流体内穿过所述输送管放置流体采样管94。这个采样管94优选由能耐受所述高能流体引起的温度和拖曳的高温材料构成。例如，使用者优选由晶体蓝宝石管构成了所述采样管94(优选为单晶体，或其它多晶体)。所述采样管优选为流线型。在改进的配置中，所述采样管94与热稀释剂分布管14相结合，从而形成了复合采样-稀释剂接触管96。上游小孔优选用于对所述气体进行采样，而下游定向为与轴成横向方向的小孔则地输送所述稀释剂流体。这些孔优选采用蓝宝石吸收好的频率的激光来钻透蓝宝石管壁30进行打孔(例如，Waltham MA的Bird Precision激光可钻透蓝宝石片层形成小至直径7.5微米或0.0003”的孔)。
在改进的配置中，所述采样管94或采样-稀释剂接触管96是由包被有隔热涂层的高温合金构成的，并通过在热稀释剂通道从内进行降温。
一定的孔分布穿过所述输送管对所述采样管94进行打孔，以对所述高能流体进行采样，使得单位横相距离的净采样孔面积与所述半径处的周长与所述半径处的流体速度的乘积成比例。例如，通过使得均匀孔的空间密度与所述周长乘以线性管的湍流速度分布的乘积成比例。类似地，通过使得均匀孔的空间密度与环状面采样器阵列或螺旋状采样器阵列的速度分布成比例。
这些实施方案还通过减少所述衬管上的辐射照射来进一步降低或消除向所述燃烧器衬管60引入稀释剂流体的必要性。他们还优选使用所述燃烧器衬管周围的稀释剂通道或输送管来对所述燃烧器衬管进行冷却。他们优选非常均匀地引入所述加热的稀释剂流体穿过所述燃烧器56通过流体直接接触器14。
这些方法大幅提高了穿过所述燃烧器56的静压和流体速度的均一性。使用分布式流体接触器的实施方案大幅改善了穿过所述燃烧器56的氧气/燃料比和热稀释剂/燃料比的空间分布。
采用离开所述燃烧器56的实际质量流率，这些方法非常显著地改善了所述高能流体920中检测到的氧气浓度关联的线性和准确性。类似地，它们改善了离开所述燃烧器56的高能流体920的检测温度和实际平均温度或峰值温度之间的相关性。
氧化剂控制
在VAST循环中，使用者优选输送足量的氧气来有效地燃烧所述燃料流体，并氧化绝大多数残留的一氧化碳(参见，例如图76)。(类似地，使用者为该反应提供足量的氧化剂)。
在一些实施方案中，使用者优选以所需概率将所述氧气/燃料比保持在一个所需值附近，或在一个所需或必需的范围内。这些方法提供了多种降低一氧化碳和未燃烧燃料排放的优点，并且/或改善了热系统效率。
在一些实施方案中，使用者优选通过精确控制氧化剂和燃料流体输送速率之一或两者同时控制，来控制所述氧化剂/燃料比。这类控制的主要限制是检测所述氧气/燃料比的敏感性和稳定性。在本发明中，使用者优选将所述氧气/燃料比操作和控制在化学计量比附近。这导致当氧化剂与燃料或反应物反应时，所述氧化剂明显降低。
例如，在一些实施方案中，在约10％氧化剂过量的情况下，当使用标准空气时使用者预计燃烧后燃烧产生的燃烧气中所述氧气浓度会降低约91％(例如，到约2.1％，微空气中氧气含量20.9％的10％，参见表1)。这部分会被作为稀释剂流体提供的水通过燃烧所形成的蒸气或水蒸气稀释。
为从中获益，使用者优选依比例将氧气满载(full scale)范围调节到适当高于所述高能流体920中所得的氧气浓度。例如，将满载氧气浓度从约22％降低至约2.2％。这样调节在所述氧气浓度的检测中提供了相当好的分辨率。相对应地，与使用过量含氧空气作为稀释流体的常规方法相比，这改善了所述氧气/燃料比的检测方法。
在一些实施方案中，为了更充分地控制和燃尽一氧化碳(CO)，使用者优选将所述氧化剂/燃料比控制在接近满载操作的化学计量比的约101％至约120％。因为通过所述分布式流体接触器对氧气和燃料流体的输送和混合进行有效控制，因此可以采用这样低过量的氧化剂部分。
例如，当使用约110％的化学计量氧化剂流率时，使用者优选使用调节到约2.2％或2.5％的O2满载的设备，敏感性约为满载的+/-1％，优选为+/-0.1％。采用这些配置，使用者优选达到了优于约+/-0.33％的化学计量氧化剂/燃料比的相对感应敏感性。
在一些实施方案中，在一些配置中，使用者优选使用高分辨率氧气传感器572来调节离开燃烧器56的所述高能流体920(参见，例如图76)。(例如，Henderson Nevada的Sable Systems International提供了基于顺磁性的氧气分析器。该公司宣称他们的PA-1B型可在0-100％全刻度条件下以优于约0.1％的不确定度对氧气浓度进行检测。据报道约有百万分之一的分辨率，即0.000,1％。反应速度相当快速，达到了在约0.15秒内95％的读数。)在改进的配置中，使用者通过氧化锆氧气传感器在低氧气浓度下获得了类似的分辨率，但反应速率较低。
现有技术使得使用者对液体流速比对气体流速具有更精确和准确地控制和校正(例如，液态燃料和水流与气流的比较)。通过上述的缩放方法，在一些实施方案中，使用者优选比对吸入氧气流速检测更精确地检测残余氧气浓度。例如，相比于对输送到所述燃烧器56的氧化剂流体的约0.1％的氧浓度不确定度和约0.5％的流速不确定度，所述高能流体920或扩展流体924的全流氧分辨率约为0.01％。
在一些实施方案中，使用者通过优选控制所述氧化剂流体输送系统400中的一个或更多个增压器的速度，来调节氧化剂流体的输送速率，从而控制所述高能流体920或扩展流体924中的残留氧气浓度。例如，一个或更多个压缩机的速度(例如，轴向压缩机、径向压缩机、移动空穴式压缩机、风机406或风扇)。可选择地，当使用烟囱或类似的流动控制系统时，使用者控制所述阻尼或隔板来调节所述气流。
优选控制氧化剂流速，以将所述残余氧化剂浓度在优选概率或不确定度范围内维持在预定值附近。在其它实施方案中，所述氧化剂浓度维持在预期或必需的范围内。根据所述残留氧化剂浓度的检测位置，这类控制调节的迅速程度受到来自所述氧化剂流体输送系统400的穿过所述燃烧系统并穿过所述应用系统的反应物流动延迟的限制。
液体和残留物检测来提高气体流速：在一些实施方案中，使用者比采用气体氧化剂流体或气体燃料流体时更精确地输送液体燃料和液体热稀释剂(例如，水)并检测那些流体流动和校正设备(例如，甲醇和水代替空气和天然气)。类似地，通过用诸如水和水蒸气的稀释剂流体替代诸如过量空气的氧化剂流体进行近化学计量燃烧，使用者优选达到了在高能流体残留氧化剂浓度大大小于氧化剂流体流中的输入氧化剂浓度(例如1.5％相比于15％)。使用者优选采用提供与氧化剂浓度成比例的不确定度的设备来检测氧化剂浓度(例如读数的1％)。通过质量连续性，使用者随后可以改善或“校正”所述输入气体流体流速平衡检测中的不确定度和分辨率。使用者优选使用这样的设备来改善系统控制，设备校正和监测性能退化。
泵和压缩机速度：在这些配置中，使用者优选采用现代速度传感器和压力传感器552来精确地检测所述流体输送速度和相对输送压力(例如，使用旋转编码器以约万分之一、优选为十万分之一的精度来检测平均泵和压缩机速度，以及使用共振石英压力传感器552以类似的分辨率在所述输送系统中检测绝对压力和压差)。
质量流率：类似地，他们优选采用本文所述的高精度质量平衡来校正所述液体流速(例如，以约2g优选为0.2g的分辨率检测约200kg的燃料流体和水输送率)。根据需要，他们优选在所述输送系统之前，及在所述流体直接接触器之前的燃烧器56中检测液体和气体的密度、压力和温度，来以远远优于现有技术的精度评估相对流速。
(例如，通过以约万分之一、且优选为使万分之一或更高的参数进行检测。许多公司提供了以这种数量级检测流体密度的共振室比重计。例如，Solartron Mobrey提供了重复性约为0.02kg/m3、准确性约为0.15kg/m3的7835型液体密度传感器，以及重复性约为0.01％、准确性约为0.15％的7812型气体密度传感器。其他公司提供了具有更高分辨率的实验室设备。)
功率比控制：在一些实施方案中，使用者调节所述燃料流体流速，从而以约为预期功率变化速率的至少两倍的响应速率来控制随时间变化的功率。
声学流速控制：为了控制所述燃烧器内的声压振荡，使用者优选达到至少约200Hz的流体输送率、优选为700Hz或更高、最优选为约1.5kHz或更高。
燃料流体参数：使用者优选采用光谱方法(诸如近红外或NIR系统)对燃料流体输入进行连续监控，以采用与燃烧热相关的参数评估其组成(例如，至少相对碳、氢、氧组成，优选燃料结合的氮、硫、水和可变的碳-碳、碳-氢以及碳-氧、氧-氢组分)。燃料流体密度和组成优选用于评估所述燃烧热和输送的焓比率的变化。
氧化剂流体组成：干燥气体的组成是公知的。在这类实施方案中，使用者优选通过检测已知的次要参数来精心调节所述吸入空气的组成，主要是随温度、压力、生长季节和时刻变化的湿度和二氧化碳。对其进行进一步改进，以用于作为稀释剂流体输送进入所述流体输送路径并进入燃烧器56的水的输送和蒸发。
燃料和燃烧产物：使用者优选采用液体燃料输送速率和燃料流体组成的检测值来从化学反应计量导出形成的二氧化碳和水蒸汽的形成速率。他们相应地计算出在所述高能流体920中所述氧气流量的降低。类似地，使用者优选检测了稀释剂流体的输送速率，并获得了后续的气体稀释剂的输送速率(例如，水和水蒸汽)。
残留氧化剂：使用者优选提供氧气传感器572来以本文所述的高精度，在离开所述燃烧器56的高能流体920和/或所述扩展流体924中的至少一个位置检测残留的氧气浓度(参见，例如图76)。在改进的实施方案中，通过检测进入所述燃烧器56的流体中的氧气浓度来验证所述残留浓度。
氧化剂对燃料比：使用者优选通过采用标准化学计量和物理化学方法以及燃料、稀释剂和氧化剂的质量流率，以及在所述高能液体920或扩展流体924中测得的氧浓度来导出所提供的氧化剂/燃料比。优选使用多种检测方法以通过最小二乘法来获得改善的流速。
氧化剂流速：使用者优选从所述燃料流速乘以该评估的氧化剂对燃料的比值来评估所述氧化剂流速。
氧化剂流体流速：类似地，使用者优选从与所估计的入口氧化剂流速相关的入口流体组成导出所述氧化剂流体(例如，含有流体的氧气)的流速。他们还优选考虑了入口流体中的惰性气体和其它少量组分。这些导出的氧化剂和氧化剂流体流速远比常规气态流体流动检测方法精确和准确。它们还具有更低的不确定度(即它们更“准确”)。在一些配置中，他们还提供了第二流体/氧化剂流体流量传感器562作为备选检测设备和/或来改善检测的不确定度。
精炼：在一些实施方案中，使用者优选通过检测未燃烧燃料以及副产物的排放来对这些工序进行细化。例如本文所述的一氧化碳(CO)和/或氮氧化物(NOx)。在一些配置中，使用者优选提供一氧化碳传感器576和/或NOx传感器574来监测离开所述燃烧器56的高能气体920(参见，例如图76)。这些细化优选包括所述入口燃料流体中含氮组成、以及可能的硫和硫氧化物排放以及当这些显著时的惰性组分。
一氧化碳排放
燃料流体流速的快速变化会影响所述氧化剂/燃料比以及随后的所述一氧化碳和未燃烧燃料的排放。使用者优选调节所述压缩机407的速度来将所述氧化剂/燃料比恢复到所需范围之内，从而在所需范围内维持所述未氧化组分的排放。
当高于或低于所述氧化剂流体的预期范围时，对CO排放的检测也提供了所需氧化剂/燃料比的敏感的相对检测。例如，在一些实施方案中，当输送的过量氧化剂部分明显高于或低于所述化学计量比的3％到15％的预期范围时，CO的排放会升高。借助这些精确的氧气和CO传感器，使用者预计能动态和快速地将所述氧化剂/燃料比控制在通常+/-1％之内、优选为+/-0.1％之内，更优选为+/-0.01％之内。
氮氧化物排放
氮氧化物的热形成速率与氧气浓度和氮气浓度成比例，并与绝对温度成指数关系。所述NOx的形成机理强烈地受到氧气和OH自由基浓度的影响。在本文所述的多个实施方案中，使用者优选采用诸如水的其它稀释剂流体替代了过量的含氧流体。使用者由此相当程度地降低了在所述热燃烧气体和高能流体920中的氧气和氧离子浓度。他们还升高了OH离子浓度。与相同温度下的常规系统相比，这些低氧离子和高OH离子浓度相当程度地降低了所述NOx的产生率。
这些取代过量氧气流体的方法也相应地降低了所述氮气浓度。在一些实施方案中，使用者进一步使用富含空气的氧气或甚至非常纯的氧气作为所述氧化剂流体。借助这些提供稀释剂流体的方法，使用者进一步大幅降低了所述燃烧气体和高能流体920中的氮气浓度。与相同温度下采用过量空气作为稀释剂流体的常规系统相比，这样的低氮相应地降低了所述NOx的产生率。
通过结合这些效果，使用者可以指定温度使所述氧气和氮气产物浓度下降，其中进一步降低NOx的生成速率。在一些配置中，使用者优选提供NOx组分传感器来监测离开所述燃烧器56的高能气体920(参见，例如图76)。
联合燃料流体和氧化剂流体控制
在一些实施方案中，使用者优选对所述燃料输送率和氧化剂输送率进行监控和动态控制，从而将所述氧化剂/燃料比维持在比采用常规控制达到的更窄的预期或必需的范围之内。采用这些实施方案，使用者优选将所述氧化剂/燃料比控制在所需范围，其不确定度为+/-1％或更优、敏感度约+/-0.1％，优选为+/-0.01％或更优。
在所述燃料流体输送率条件下，使用者优选与所述燃料流体完全燃烧所必需的化学计量的氧化剂流体摩尔输送速率成比例地控制所述氧化剂流体摩尔输送速率。当低排放和低效率重要时，在一些实施方案中，使用者优选将这些速率控制在较慢的氧化剂输送和所述燃料流体输送控制速率。
在一些实施方案中，由于气体流动会随着所述孔面积和穿过孔压差的平方根变化，使用者优选调节燃料流体压力与氧化剂流体压力的比值来控制所述空气/燃料比，尤其是对气体燃料。使用者优选改变所述电或机械驱动器和涡流压缩机407的速度，并监测压差传感器554和运动传感器(例如，转速传感器582，584以及流动调制位置/移动传感器586)来精确控制所述氧化剂流体与燃料流体的比例，以及对应的氧化剂和燃料流体的输送摩尔比。
热稀释剂流体控制
使用者优选通过精确地控制所述稀释剂流体的输送速率来控制离开所述反应器的反应物气体的温度(参见，例如图76)。如上所述，在多个实施方案中，使用者一般将氧化剂对燃料流体的比例控制在较窄范围内。使用者优选提供第三高精度流体/热稀释剂流体传感器564来监测所述稀释剂流动。
随后，在一些实施方案中，使用者优选将稀释剂流体对燃料流体的比例控制在狭窄范围内，从而将所述高能流体920的温度控制在对应的窄小范围内。
在一些实施方案中，使用者优选提供高分辨率的光学或线性编码器或相应的旋转或线性传感器或类似的方法，来对流体泵操作速度提供非常准确的反馈。这些措施大幅改善了对燃料流体和热稀释剂流体的控制。
在极端操作条件下，使用者优选在某些最大安全操作速度的部分内选择“正常”或预期的设计操作速度来提供更高的可靠性和进一步的控制柔性以进行加速。随后他们使用合适的高速检测系统来监测泵的性能。
在一些实施方案中，使用者优选用所选编码器或传感器系统的最大操作频率除以所述泵的最大速度以给出每一转的最大分辨率。例如，对最大安全泵操作速度为100Hz的具有1MHz光学编码电元件(即约600RPM)来说，使用者选择的编码器分辨率约为每一转10,000脉冲。使用者优选将泵流速作为泵速度、流体粘度和压差的函数来进行校正。通过采用这样的分辨率和校正，使用者实现了对泵速度非常快速精确的检测，以及随后对流体输送率变化的更快速和精确的控制。
为了在一些实施方案中进一步改善整体控制，使用者优选提供了高分辨率检测系统来检测装有一种或更多种所输送流体的容器的质量变化。
例如，具有分辨率为一百五十万份之一的高精度工业质量称量系统是可以商业获得的。即分辨率为150kg中的0.1g或300kg中的0.2g(参见，例如Sartorius Ag公司)。使用者以0.2g每秒50读数的动态速率在轻质罐或筒中称取约200kg或更多燃料流体。(即0.1g每100kg＝百万分之一或约0.000,1％。)在所述燃料流体或液体稀释剂罐必须重新填充之前，这提供了约超过一小时的50g/s的流量。使用者优选采用这一系统来校正所述燃料流体和热稀释剂泵(例如，在恒温采用高纯水来校正泵。然后将其应用于输送柴油或甲醇燃料。)他们对所输送的流体的温度进行监测，来补偿流体密度随温度的变化。
柔软的偶联输送管：使用者优选提供了二个对称的低硬度的软管，其各耦合在液体供应容器和下游输送系统之间的基本水平的输送管的一侧。这有助于隔离重力的效果。流体流出速率和这类耦合在所述质量监测系统上的流体的刚性。使用者优选使用补偿重量的检测系统来将所述质量平衡平台维持在相当恒定的水平。
在一些实施方案中，使用者优选对影响质量检测的因素进行监测和更正。例如，所述管末端的相对高度或所述管和所述接头弯曲冲击产生的倾斜；大气压力和湿度以为空气浮力补偿监测的重量；液体平均高度和局部重力。(例如，白天和潮汐的重力变化约为250μGal或百万分之0.25。3mm高度区别改变的局部重力约为980Gal中的1μGal。百万分之1.5的质量分辨率相当于2m的液体平均高度变化。)
使用者优选在隔热良好的罐中混合和平衡燃料流体和稀释剂流体。他们优选提供大的热水和冷水隔热罐。热水流和冷水流优选以良好控制的比例混合，通过液-液换热器与所述燃料流体和稀释剂流换热，从而更精确地控制所输送液体的温度。这些检测方法为所述燃料流体和稀释剂密度提供了明显更好的控制。相比于常规工艺，这进一步改善了所述燃料流体和稀释剂输送率的稳定性和不确定度。
采用约在100Hz操作的泵进行约50g/s的输送给出的泵分辨率约为0.5g/转。采用约为10,000微步/转的编码器分辨率和控制，使用者名义上达到了20微克/微步程度的增加的动态流速分辨率。这给出了比所述整体控制的名义分辨率高约4000倍的动态分辨率。(即0.01％或20微克相比300kg质量的0.2g分辨率)
使用者优选以至少250Hz且优选为高于1kHz或更优的动态响应对所述燃料流体输送速率进行控制。例如，采用约100Hz操作的泵(约6000RPM)和优选约1MHz频率响应的编码器，他们提供了约10,000微步/转，并且达到了约100微步/1％转。这说明了所述流速的0.01％的动态分辨率或者是名义每秒质量分辨率的40倍。结合使用高分辨率泵控制和高分辨率质量检测系统，使用者优选在整体控制检测实现了约四十万分之一的动态流量控制分辨率。(即25ppb或约50mg/200kg或更优。)
通过采用这种高分辨率的高速检测和泵送系统，使用者达到了至少250Hz、优选为1kHZ或更优的动态响应。他们还优选达到了至少满载的0.01％、且可能约满载的0.001％或更高的累积或整体分辨率。
在一些实施方案中，使用者优选监控穿过精确流控制泵的压差。他们优选将所述泵渗漏作为该压差的函数进行校正。当与高精度泵速度检测和高精度流体质量流检测一同使用时，对这些渗漏的校正相当程度地改善了泵校正的再现性和准确性。
采用所述高分辨率的动态检测或编码系统，使用者优选采取所述编码率的区别来评估加速和减速。如果需要的话，可监测和分化(differentiate)所述编码器脉冲的到达时间，从而提供甚至更快和更高分辨率的微分控制。使用者从而优选达到精确的微分控制以及良好的部分和整体控制。参数的合并提供了更高响应的PID控制。
在一些实施方案中，使用者采用高能流体920中与所述绝对温度成指数关系的NOx排放浓度和氧气及氮气浓度，来监测所述燃烧器56内的指数加权的有效轴向温度分布。所述分布式流体接触器提供了相当均一的贯穿燃烧器56的流体分布和燃烧率。对于给定的氧化剂/燃料比，所述高能流体920的平均温度通常与所述稀释剂流体/燃料比成比例改变。
在一些实施方案中，使用者优选使燃烧器出口136的NOx排放和温度变化中至少一个与所检测的稀释剂/燃料比反向相关。优选通过分别考虑来自主火焰(燃料流体、氧化剂流体和稀释剂流)以及所述火焰稳定器100(引燃燃料902、引燃氧化剂906、以及引燃稀释剂908流)的Nox和温度来对所述关联进行细化。他们优选评估约从所述火焰稳定器到燃烧器壁距离的三分之二的距离内的NOx排放。使用者优选采用CFD模型改进所述燃烧模型，且采用检测参数来校正这些模型。
使用者优选利用这些关联来对所述高能流体920温度提供备择检测。例如，据报道NOx在预混火焰中的排放在1300℃到1500℃之间的变化介于10ppb/K到30ppb/K之间(2372°F到2732°F)(参见Bhargava，Colket &Sowa et al.1999)。现有设备具有5ppm满载的NOx排放检测系统，并宣称1％满载的分辨率或50ppb(例如，参见ABB)。这提供了约5K到1.6K的分辨率。
使用者优选采用高分辨率温度检测系统阵列来评估所述燃烧器出口136的温度(或所述涡轮入口温度TIT)。例如，蓝宝石纤维多频率温度检测系统宣称直到2000℃都具有约0.01℃的分辨率(例如，参见LuxtronCorp.)。
在大功率涡轮中的涡轮叶片450组通常都价值数百万美元。有人认为约+/-10℃的平均温度变化通常使所述高温叶片的平均寿命加倍或减半。尤其是在大型系统中，使用者优选采用本文所述的这些实施方案，以优于+/-5℃的不确定度，将燃烧器出口温度控制在预期燃烧器出口温度分布范围之内。与常规工艺相比较，这为离开燃烧器56的高能流体920提供了明显更优越的控制和均一性(例如，可能通过两个或更多个因素中的一个)。由此述实施方案提供的改善的温度控制很大程度上降低了更换涡轮叶片450的成本、输出功率的成本以及非计划运转中断的风险。
涡轮机校正
采用本文所述的改进直接接触式流体分布、检测以及控制方法，在一些实施方案中，使用者优选采用改进的燃料流体、稀释剂流体以及氧化剂流体流速和压力检测来改善涡轮机的校正。
在一些实施方案中，使用者优选采用甲醇作为燃料流体来进一步改善涡轮机功率和效率校正的不确定度。采用比柴油更低的不确定度来检测甲醇的燃烧热。使用者优选检测燃料及甲醇的温度、密度和组成，从而对少量燃料成分做燃烧热校正。
采用这些校正，使用者优选采用具有详细组分热容数据的改进流体组合物，在恒容和静压的条件下，对所述流体流动推导出随温度变化的组合物的热容。他们随后采用这些改进的数值来以改进的不确定度推导出作为函数的多变效率。由于可获得这类数据或其适合于本文获得的数据，随后根据水组分和压力的变化调节这些数值。
根据需要，使用者优选对发电机500中的寄生损失进行校正，以改善系统校正。例如，使用者优选使发电机500转速上升并采用离合器断开所述发电机500并进行转速下降测试，来监测风阻损失和摩擦对速度和成分温度的关系。类似地，他们监测冷却剂流速和温度变化来评估热损失。他们还仔细检测维持所述发电机500速度所需的扭矩对轴承温度、冷却剂流量和温度以及其它相关参数的关系。
类似地，使用者优选提供高精度的扭矩管来检测膨胀机440和发电机550之间的扭矩。与此同时，他们还提供了高分辨率的功率计来检测发电机输出，任意包括对每一个相位形成的对应电压和电流波，计算出对应的功率因子以及实际功率和无功功率。
在这类实施方案中，为校正膨胀机440，使用者优选使压缩机407、燃烧器56和膨胀机440平衡以达到预期的操作温度。然后，他们进行校正，将所述燃料、稀释剂和氧化剂流体流速调节到所需的功率水平、涡轮入口温度和过量的氧化剂浓度。
使用者优选采用本文所述的精确质量流量检测方法来改进流量检测中的不确定度。类似的，他们优选检测了所述残留废弃氧化剂水平、流动速度、温度、压力以及横贯所述燃烧器出口和/或涡轮入口/出口的横截面积。然后他们优选使用这些参数来改善氧化剂流体流率的不确定度。这些参数显著的降低了所述质量流率、焓产生率和涡轮效率的不确定度。
在一些应用中，使用者优选应用本文所述的涡轮校正方法来类似地对经过压缩机407的流量以及压缩机效率进行校正。
液滴尺寸和蒸发
在改进的实施方案中，使用者可控制影响流体输送的参数来对含燃料流体和含稀释剂流体中的一个或所有两个调节液滴尺寸和速度。使用者优选控制所述流体温度来调节流体粘度。
在一些配置中，使用者调节激发所述分布管的频率，以对液滴尺寸进行调节。类似地，使用者通过调节所述流体的脉动频率和振幅来调节液滴尺寸和喷射速率。这些因素影响着液滴尺寸、喷射速度和输送速率。这些进而影响液滴蒸发速率。
快速氧化剂流动控制
在一些实施方案中，使用者优选运用改进的效率、以及高精度入口和出口压力检测、压缩机速度检测和稀释剂流体入口组成来计算达到所需氧化剂流速所需要的压缩机速度(参见，例如图76)。使用者优选改变至压缩机407的功率，以快速达到这一所需速度以及输送所需氧化剂流量。
这一方法大幅增加了可靠和准确控制所述压缩机407的速度。避免了长时间的穿过所述功率系统的流体流动的延迟，以及采样和精确检测废气或膨胀流体924中的组分的时间的延迟。
压缩机效率/污垢
在一些实施方案中，随后优选采用本文所述的残留氧化剂组成和相关方法，对实际的氧化剂流速进行评估和细化。随后使用者优选在现有条件、流动参数以及压缩机速度计584检测的压缩机速度条件下利用这些改进的结果推断出现有压缩机的效率。
使用者还优选监测用于驱动所述压缩机的功率。输送所述氧化剂流速所需的功率为压缩机械效率提供了另一种检测方法。
使用者优选运用这些方法来监测压缩机效率的变化。从这些变化中，使用者优选评估出相对收益和操作成本从而决定何时清洗或替换所述压缩机407。
涡轮效率/污垢/腐蚀
液滴以足够的速度和尺寸撞击涡轮叶片50可以腐蚀所述表面，降低叶片的机械效率。
为了限制涡轮机翼片48和/或涡轮叶片450的腐蚀速率，使用者优选调节稀释剂孔尺寸和位置以使稀释剂液滴蒸发，直到它们在撞击涡轮翼片448和/或叶片之前基本降低到所需尺寸以下。优选选择该尺寸，从而使所述液滴撞击表面时产生的峰压力小于所述表面的抗冲击强度。通过在所述分布式接触器上以均一或已知尺寸分布创建为数众多的分布孔，使用者形成了尺寸分布比现有工艺均匀得多的液滴。这大幅降低了形成大于所需尺寸的液滴的概率。
使用者优选控制所述稀释剂喷射速率，从而使所述燃烧气体具有足够的温度，以在它们冲击下游膨胀机440中的表面之前蒸发所述液滴使其低于所需尺寸。
在一些配置中，为了恢复压缩机407和膨胀机440(例如，涡轮叶片450)的效率，使用者优选提供了定期的清洗周期。在此期间，使用者将输送压力增加到最大值，并以最大速率输送液体稀释剂，同时输送输送很小或没有。这降低了蒸发率，提高了残留稀释剂液滴的尺寸和输送率。这对叶片产生了明显的液体冲击。这基本除去了表面累积的污垢。
依据污垢的硬度或附着情况，根据需要该方法优选结合了其它喷射管。使用者优选通过使稀释剂输送最大化来提高高能流体920中的稀释剂(水/水蒸气或“湿度”)浓度。相对于常规方法，这大幅降低了注入清洗喷雾的蒸发，增强了所述液滴的冲击和清洗效果。
当提供了独立的下游稀释剂喷射接触器时，使用者优选将该高稀释剂率和强稀释剂喷射结合通过所述下游稀释剂喷射接触器。在没有完全采用脱机功率系统的简化的操作条件下，这种合并提供了在线清洗。
在一些配置中，使用者优选应用本文和’191专利申请中所述的清洗方法。优选净化所述燃烧器，并提供慢速连续流动来降低爆炸的危险。仔细控制所应用的加热速度以避免来自任何残留稀释剂流体和/或燃料的蒸发形成的过量压力累积。对所述温度进行进一步控制，以避免、降低或控制对所述燃烧器的损伤。
当使用者将微涡旋式喷嘴290附加到所述直接流体接触器上时，随后所述微涡旋式喷嘴也通过所述高温热处理进行了清洗。类似地，所述燃料流体管和孔都优选采用所述高温清洗方法进行了清洗。
孔清洗
由于一些燃料在一定的温度下倾向于发生碳化或聚合，例如大分子量汽油燃料和不饱和烃在100℃到300℃范围内。使用者优选提供了去除残留物积累的方法，该残留物妨碍了穿过孔的燃料自由流动。例如“焦炭”或“上釉”。
参见图10，在一些配置中使用者可以提供净化系统，通过该系统引导稀释剂流体穿过燃料集管242和分布管11。例如，他们提供稀释剂集管244并将其与所述燃料集管242和放气阀232相连。所述稀释剂集管可以输送水、水蒸气或类似的稀释剂来将燃料、尤其是液体燃料吹出或清除出燃料流体集管242、燃料流体分布管11以及对应的孔，优选在系统关闭或当液体燃料流体关闭之前，或更大。在改进的配置中，使用者提供了放气阀232，通过其引导吹风氧化剂流体来排出所述液体燃料流体。
借助这些配置，由于阀门会从供一种流体流动变为供另一种流体流动，因此使用者优选使用提供连续流体流动的阀门。这有助于避免当燃料流体不在燃料流体通道中流动时的瞬时冲击，以及热量达到焦化或聚合温度范围内。
在一些配置中，使用者可将过热稀释剂蒸汽输送通过所述燃料流体输送系统，以通过化学和/或机械作用去除烃成分。例如，产生过热水蒸气并将其输送通过所述燃料流体输送系统。除了对所述孔的机械压力清洗之外，这些方法优选采用蒸汽和碳或含碳材料之间的氧化反应来使任何诸如焦炭或聚合燃料的残留燃料成分发生化学反应和气化。
在改进的配置中，使用者提供辅助加热器来加热输送经过所述燃料接触管12或这些管上游的稀释剂蒸汽。仔细操作以确保穿过所述管的压降没有超过设计条件。使用者可以合并这类过热稀释剂清洗方法以及电阻加热法，或是用后者形成所述的过热稀释剂。
在一些配置中，在关闭过程中，根据所需，使用者优选提供稀释剂流体来冷却流体输送管和集管、尤其是所述燃料流体管，以避免或降低过热、燃料焦化、聚合、或对所述输送管造成的损坏。优选将所述稀释剂输送通过邻近的热稀释剂通道和/或穿过所述燃料流体通道，直到没有过热燃料流体和/或管的危险。类似地，在启动时，使用者优选以足够比例提供稀释剂流体和燃料流体以防止或避免燃料流体和/或管的过热。
流体集管
在一些实施方案中，使用者优选提供一个或多个流体输送集管240，许多中到短的开孔分布管都与其相连(参见，例如图55，图56和图69)。这降低了将液滴输送通过分布阵列的时间滞后和相位滞后。还减少了沿所述分布管的累积压降，例如由沿所述分布管的渐进流体输送和所述分布管内的流体流动摩擦引起的。这提供了更均一的液滴分布。
在一些实施方案中，使用者通过本文和’191专利申请中所述的一种或多种方法，对通过所述分布式开孔管阵列的燃料流体输送进行控制和调节。
在一些实施方案中，使用者通过本文所述的一种或多种调节燃料流体的方法，来对通过所述分布式开孔管阵列的稀释剂流体输送进行控制和调节。使用者优选控制所述燃料流体、氧化剂流体和稀释剂流体中一个或多个的输送速率来控制所述功率、系统效率和排放中的一个或多个。
使用者优选通过控制所述稀释剂流体和燃料流体输送之间的调制相或时间关系，来控制燃料燃烧效率、燃料燃烧稳定性，燃料-氧化剂-稀释剂混合、残留排放以及压力振动频率和振幅中的一个或多个。
在一些配置中，使用者优选调节所述输送相来可选择地在快速交替中输送燃料流体和稀释剂的脉动。尽管与稀释剂紧密混杂从而快速降低了燃烧温度，但这改善了火焰燃烧稳定性和燃料流体以及一氧化碳的燃尽。所述分布管产生了将所述燃烧气体和稀释剂流体快速混合的平行漩涡。使用者优选控制了所述频率调制来降低所述燃烧器中的声学共振。
根据对应于所述流体的声音速度，传递到管的流体脉冲需要一定时间向下传播到分布管。在一些实施方案中，使用者优选相对于所述输送管调节所述分布管的纵向位置，来补偿达到分布管的所述部分的流体脉冲的滞后。当内部流体压力沿所述分布管显著改变时，使用者优选调节来考虑对应的及时增加，来输送流体穿过所述孔。
在使用者期望或必须降低活性流体分布控制的纵向相关地方的实施方案中，使用者优选以距离所述流体集管240的距离增加来对所述分布管的上游进行弯曲。这围绕或穿过来自所述流体集管240的分布管阵列增加了流体脉冲的滞后时间。这降低了所述燃烧室内的热化学连贯性。
在一些实施方案中，为了进一步降低热化学连贯性，使用者优选提供了奇数的流体集管240。他们还优选在所述输送管轴周围轴调节装置的上游/下游提供奇数分布管。优选将燃料流体和稀释剂分布管一起调节以保证混合控制。
在其他实施方案中，在使用者需要提高主动流体分布控制的纵向连贯性的时候，使用者优选与输送通过这些管的内部流体的滞后成比例地弯曲所述下游分布管。例如，当期望形成热-化学扬声器的时候，要增加流体燃烧或蒸发的轴向(例如，“二维的”或“圆锥的”)连贯性。
在所述相关工艺中，常见的模式因子为1.05-1.15，典型值是1.10。(即，所述燃烧器出口温度的最大值与平均值的差除以穿过所述燃烧器的平均温度增加值。)这对1500K时的温度增加给出了从约75K到225K(约135°F到405°F)的温度范围(例如，对H系列涡轮来说)。
借助所述改进的温度控制方法，使用者优选显著改进横贯所述燃烧器出口的温度分布，从而显著改进了所述模式因子，进而提高了下游热组件的寿命。
在这类实施方案中，使用者优选在一些实施方案中提供高分辨率高精确度的温度传感器558来调节所述下游流体温度。例如，在一些配置中，使用者在高能流体流动中放置的热传感器的分辨率至少约为1℃，优选约为0.1℃和100ms的响应时间。他们最优选使用响应时间约为10ms，精度约为0.01℃的热传感器。例如，薄层热电偶或电阻器，或多频蓝宝石或石英纤维热传感器。(例如，QuinetiQ在英国研发的高速表面热传感器)蓝宝石纤维热传感系统的标称分辨率为0.01℃且标称范围可到约2000℃。(加利福尼亚州Santa Clara的Luxtron Corporation)使用者优选使用这些精确的温度传感器558的阵列并将结果平均来改进所述控制系统中的热反馈分辨率和稳定性。例如，约0.01℃的温度敏感性为燃烧器出口136的温度控制提供了约0.02℃的温度控制水平。如有需要检测分辨率还可以增加。
在其它实施方案中，使用者优选在热敏感表面上放置至少一个温度传感器558。例如在所述燃烧器衬管上，在诸如所述弯曲的外半径的高速区域处的过渡区的内壁上。类似地，在最大热传导和温度的位置附近的涡轮翼片的上游侧。另一个优选的位置位于第一段涡轮叶片从中心到端部距离的约一半到2/3处(这附近的表面温度最高)的上游表面。这些温度传感器还包括热电偶，光学测温扫描，热电阻传感器等等。
温度控制不确定度的主要限制在于所述温度传感器552的绝对再现性和校正，用于评估所述温度分布或“模式因子”所采用的传感器数量，所述流体湍流和涡流，以及频率响应。
采用这些改进的控制实施方案，相对于常规涡轮燃烧系统中采用的+/-10℃的控制，使用者大幅改善了燃烧器内的温度控制。通过采用这些改进的混合比和温度控制，使用者大幅提高了对热工段组件温度寿命以及能量转化系统效率和功率的控制。例如，包括燃烧器衬管，过渡区衬管，涡轮机翼片和涡轮机叶片450。
氧化剂输送控制
在多个实施方案中，使用者优选通过控制所述含有氧化剂的流体和/或燃料流体的输送速率来控制所输送的氧化剂/燃料比。该比例显著影响燃烧、排放形成、功率和效率。
减少过量空气降低了在涡轮机燃烧系统中所需的对所述氮气和过量氧气进行泵送所需的寄生泵损失。然而，在达到或靠近所述理论化学计量比时，不完全混合和燃烧的不均一性阻碍了CO的完全燃烧。在一些实施方案中，使用者优选将氧化剂/燃料比控制在化学计量比的约101％到约120％。由于通过所述分布式流体接触器的高均一的氧气和燃料输送及混合，可采用这种低过量的氧化剂部分。
在一些实施方案中，借助由本发明创造的改进的均一性、混合及燃烧，使用者优选提供约3％到约12％的过量氧气，来确保一氧化碳和其它未燃烧燃料组分的充分氧化。这联合降低了泵损失并提高了效率。
在全VAST循环中，将所述过量含氧气流体从约10％氧气降低到约5％氧气，使得动力系统的热力学效率提高约1.4个百分点(假定膨胀机的涡轮叶片450冷却到约1200℃)。
物理因素限制了可燃的氧化剂/燃料比范围。在所述实施方案中，所述燃料流体输送系统通常都比所述氧化剂输送系统响应得更快。在一些实施方案中，根据需要，使用者优选建立所述氧化剂/燃料比的操作范围。他们优选提供位于物理燃烧上下限之间的可靠范围来建立所述氧化剂/燃料的可靠操作限度的上下界。
要保持较好的操作情况，使用者通过使氧化剂流体流过来清楚所述燃烧器及动力系统的任何潜在的爆炸混合物。基于所需燃料流体的可燃性，根据保守的体积交换数值，将其清楚最短的时间。在一些实施方案中，使用者监测带有挥发性燃料的燃料浓度，来检验燃烧器内的氧化剂/燃料比是否高于所述燃料浓度燃烧范围的“低”物理界限。
在一些实施方案中，使用者优选将足以清除并提供可控的流量来促进安全点火的氧化剂流体输送至所述引燃火焰或所述火焰稳定器100中至少一个。
在一些实施方案中，系统可具有克服摩擦并提供其它寄生损失和适应低功率时的低转化效率所需的最小功率。在这些情况下，使用者优选建立燃料流体输送速率从而将所述功率至少维持在这类最小功率的水平。在改进的实施方案中，根据需要，使用者优选设定最小有效功率水平来维持投资的最少收益率和回报。
效率
在一些配置中，使用者优选对流体输送系统、膨胀以及再压缩系统的效率进行评估。相比常规方法，这些方法的准确性更具体地使得使用者更好地对效率进行监测。
采用部分这些实施方案，使用者能更精确地评估降解率和降解速率。根据这些参数，使用者能相对于停工期，可用收入以及操作成本来更好地估计何时以及如何彻底地清洗所述压缩机和/或膨胀机440，来增加系统的净现值。
他们优选控制所述输送系统以不同速率输送所述燃料流体、氧化剂流体和稀释剂流体，从而在所述工作范围内达到预期或需要的效率。相对于所需速率，通过来自于所得机械、电、热和/或冷却功率的反馈来对这些速率进行精细调控。这些联合检测对所述动力系统内产生的高能流体920提供了更快和更准确的控制。
功率
使用者优选相对于所述系统操作效率控制燃料流速，来输送所需功率。相应地，使用者优选通过控制所述稀释剂/燃料比来将所述高能流体920的平均温度控制在所需温度。然后他们优选通过调节所述氧化剂/燃料比来改进效率和降低这些功率条件下的排放。
在紧急或近乎中断的条件下，使用者优选提高压缩机压力比和/或通过所述燃烧器56输送的高能流体920的温度，以最大化通过所述膨胀机440的功率。他们优选在由所述流体速度和温度限制限定的膨胀机440的阻塞限度附近进行操作，即在第一段叶片上接近1马赫。使用者优选将产生应急功率带来的收入增加与涡轮叶片450寿命和设备有效性退化之间进行平衡。
控制排放
高温变化强烈影响燃烧器的排放，相应地在化学反应器中形成副产物或生成未反应的化学物质。因而，使用者试图在所述燃烧器中的一个或所有两个横向方向增加所述温度分布的均一性。他们试图沿所述燃烧器轴这样操作，从而提供更均一的反应和热保留时间。
热保留时间
在一些实施方案中，使用者优选构建开孔燃料分布管阵列来提供穿过所述燃烧器56的良好控制的氧化剂和燃料的混合物。相应地，他们通过构建一个或多个开孔燃料分布管阵列和/或控制所述热稀释剂流速，来控制所述稀释剂/燃料比，并将穿过所述燃烧器56的高能流体920的温度分布限制在所述燃烧器出口附近的基本均一的温度。通过这些方法，使用者优选在所述燃烧器56周围提供可控的蒸发和混合。
在一些实施方案中，使用者优选提供了基本均一的燃料流体蒸发，穿过所述燃烧器56的均匀混合以及均匀的温度分布。通过将燃料流体输送置于稀释剂输送的上游并配置相对燃料流体和稀释剂孔尺寸，使用者调节了所述轴向温度分布。他们优选允许燃烧来将平均温度升高至某一水平。然后他们快速增加稀释剂输送、蒸发速率和冷却速率中至少一个，以限制所述燃烧器56内的轴向温度分布。
通过所述扩展的Zeldovich机理，借助Ahrenius方程氮氧化物的进一步形成与绝对温度成指数关系，除以绝对温度的平方根。通过本文所述的方法，使用者优选限制了温度超过所需的燃烧器出口136温度的程度。而且，他们还限制了燃烧气体保持在以上温度的保留时间。这些因素大幅减低了氮氧化物(NOx)的形成速率。
通过所述扩展的Zeldovich机理，氮氧化物的形成与氧气浓度平方根与氮气浓度的乘积成正比。通过提供稀释剂流体使用者优选将燃烧后的过量氧化剂的量降至约高能流体混合物的5％，且优选为更低，而不是常规超贫燃烧的15％或更高。由于稀释剂流体的存在，氮气浓度也显著下降了。相对于相同温度的常规贫燃烧，这些浓度参数单独使Zeldovich NOx形成率降低了约40％或更多。
通过这些优选的均一分布、混合、温度分布和保留时间控制方法，使用者通常不仅采用气态燃料还有液态燃料将NOx的形成降低至严格规定以下。(例如，低于2ppmv Nox，相当于使用StarCD根据CFD计算的15％O2和#2柴油)
未燃烧组分的保留时间
使用者优选配置所述燃烧器内的流体流动速度以及燃烧器体积，以在给定的最低温度以上提供足够的保留时间，来将任何残留燃料和任何形成的一氧化碳燃烧到低于所需排放程度。
采用这些配置，在燃烧器中有少数低温区域，其中未燃烧燃料和形成的一氧化碳并没有和氧化剂反应。更均一的混合、更均一的温度分布和最低温度导致了更快的燃烧反应速率。与所述相关工艺相比，这使使用者可使用短得多的保留时间来降低CO和未燃烧的烃。
随时间的温度分布
在一些配置中，使用者优选控制流体流量和流体流的交换速率，以在燃烧器中随时间改变所述混合物组成和/或温度分布。
随时间的温度控制
类似地，在1500℃使用者将稀释流体/燃料比相对于温度感应器552读数的至少约1％、优选为约0.1％、最优选为约0.01％(例如，在约1500K外的15K，1.5K或0.15K)，控制到约1°、优选为0.1°、最优选为0.01°。使用者将这种控制程度维持至少约100秒、优选为约1000秒或更长(约17分钟)，最优选为超过约10000秒或更长(约3小时)。所以使用者优选采用比1K/10000秒更好的稳定性来控制中间温度。采用这样的配置，使用者在温度控制中优选达到了四至五个数量级的动态范围，以及优选高得多的数量级。
在一些配置中，使用者优选使用本文所述的分布式接触器温度控制方法来提供所需温度分布。例如，在拉晶(crystal pulling)过程中，将被结晶和拉伸材料的所需熔点温度优选调节到所需垂直成晶温度。比如石英在1500℃左右或蓝宝石在2050℃左右。类似地，将从高于所述熔点的优选范围到低于该熔点的优选范围的曲线温度分布优选调节到所需温度梯度。
温度梯度方向优选关于与加速度矢量如重力一致的纵轴或轴对称。这在高温下提供了高度的温度控制，避免了将热转化为电再变回热的无效操作。
在操作过程中，在一些配置中，使用者相对于氧化剂流量动态地控制燃料流体和稀释流体流量。在本文所述的方法中，一些配置优选提供了至少10Hz到100Hz、优选为1000Hz或更高频率的液体输送控制。借助前面的例子，这表明在一些配置中能够在100ms或10ms内将所述燃烧和蒸发下游的高能流体920的温度调节至少10K到100K、优选为在1ms内约1500K。所以，使用者优选以大约100K/s到10000K/s或更高，以及优选为约1000000K/s的速率及时地控制温度分布。
具有这样的动态控制能力，使用者优选使用这样的配置来保持相当恒定的温度从而对例如合金、玻璃、陶瓷制品进行煅烧/退火。类似地，他们也对材料进行快速淬火，例如对玻璃或合金进行回火。
控制燃料和稀释剂燃烧的电激发
在一些配置中，使用者优选对横向电场进行应用和调制。该振荡场以与流体流动方向成横向的方向加速电离的气体、荷电的燃料液滴和/或荷电的稀释液滴。这有助于蒸发和燃烧流体的混合。使用者优选控制电场振幅和频率来控制混合、燃烧效率、排放降低、火焰稳定性和系统可利用率。他们优选控制参数来降低系统净现值。
燃烧器压力振荡控制
通过配制开孔分布管阵列，使用者优选提供了许多燃料孔82和燃料流体微喷流。这些优选配置于下游开口的凹阵列261内。这提供了分布非常均匀的分段燃烧。所以使用者提供大幅减少燃烧器内的压力振荡的被动方法。
在一些配置中，使用者对燃烧频率进行开循环控制。首先，使用者优选在不具有主动流体输送激发的条件下检测燃烧压力振荡频率。如上所述，要形成这样的激发信号，使用者优选产生一个“爆鸣(pink)”噪音，该噪音是从通过傅立叶卷积(convolution)、求解然后去卷积得到的“白噪音”中或随机噪音中去除(或降低)共振频率后形成的。然后使用者优选使用“爆鸣”噪音在声学上激发燃料流体和/或稀释剂流体的输送速率。即，在包括任何相关输送的燃烧室和工作引擎内异于所述共振频率的频率。这可以降低燃烧室内的声场和共振。
燃烧气体具有最大的表面积。使用有效的表面积在异于所述共振频率的频率应用声学激发，防止或降低了在从所述“爆鸣”噪音中去除的共振频率的振荡。
在改进的配置中，使用者优选将这种开循环控制扩充为包括源自燃烧器的声学反馈。使用压力振荡感应器对动态共振频率进行监测。随后将这些频率去除从而形成如上所述的动态“爆鸣”噪音。这种“爆鸣”噪音信号应用于燃料流体和/或稀释剂流体以主动降低燃烧共振。对调节相对时间延迟(或相)，以异相输送燃料流体和/或稀释剂流体以降低压力振荡。
在一些实施方案中，使用者对燃烧器的自然共振周期和特征液滴加热时间进行确定。然后使用者优选对分布开孔管的孔径和穿过孔的流体压差中的一项或全部两项进行调节，以使得振荡周期和特征液滴加热时间的比值避开了振荡周期和特征液滴加热时间的最大响应函数。也就是这个比率优选远离0.6，优选低于0.3或大于0.9。所以使用者优选调节液滴尺寸和蒸发时间以解调燃烧器中的纵向或径向共振。
对燃料流体源进行分布是降低燃烧反馈的关键方法。通过优选的开孔分布管阵列，使用者提供了非常有效的在燃烧器内对燃料流体进行分布的方法。
如果开孔管配置于燃烧器内的平面管阵列266中，则可能会有显著的轴向燃烧反馈。因此，在一些实施方案中，使用者优选在轴向或径向上对燃料流体供给进行分布。为了降低燃烧反馈，使用者优选在诸如下游圆锥形、椭圆形、抛物线形或其它凹表面的下游凹燃料分布阵列261内构建开孔流体分布管(参见，例如图28)。
常规的燃烧器在横贯与沿着该燃烧器的方向上具有相当大的温度变化。火焰在燃烧器段上的碰撞(impinging)可导致高温和热梯度。辐射火焰产生相当快速的辐射能量，其传递回燃料流体液滴产生了燃烧反馈。随后，与稀释剂气体的常规混合最终将这些高温降低至平均出口温度。通过对燃料流体和稀释剂均配置分布式流体直接接触器，使用者提供了非常均匀的燃料、氧化剂和稀释剂分布以及非常好的涡旋混合。通过增加温度的均匀性，使用者降低了由热量波动驱动的反馈环。
通过贯穿所述流动用对流体直接接触器阵列对燃料流体和稀释剂进行分布，使用者通过迫使氧化剂流体(空气)沿着相邻流体分布管之间的缝隙流动形成了分布式流体阻尼器。在燃烧器内的锥形流体直接接触器中的压力振荡会在形成分布式接触器的开孔管之间形成振荡的流体流动。由这些振荡和下游湍引起的穿越所述管道的拖曳被动地使压力振荡衰减。使用者通过调节管尺寸和管与管之间的距离H来调节衰减幅度对寄生压降的关系。
通过产生燃料流体和可汽化液体的液滴经过所述分布管，使用者将贯穿燃烧器的流体流动中的液滴均匀混合。通过在流体中夹带液滴，使用者通过围绕液滴的气体流动所引起的拖曳生成了声阻尼，即浓雾使声音显著衰减。流体中夹带的燃料流体和可汽化稀释剂流体在燃烧器内产生了分散阻尼机制。使用者通过调节影响拖曳和液滴持续时间的液滴尺寸和温度来调节衰减程度。
通过采用这些分布的可汽化稀释剂液滴，使用者通过这些液滴蒸发速率和冷却速率变化的相互抵消，为燃料热释放和火焰温度的动态波动提供了阻尼。这减少了动态燃烧气体温度的增加或降低，并且降低了辐射热或传递回到燃料流体源的热量的动态变化。
通过使用我们的流体直接接触器来分布燃料，使用者可动态且精确地控制燃料流体供给速率。通过对燃料流体脉冲进行振幅和/或频率控制，使用者可相对于压力振荡控制燃料流体蒸发和燃烧的相位。使用者借助压力感应器、声学感应器、振荡感应器或加速度感应器来感知压力振荡。随后，使用者调节流体输送荷燃烧的相位，使其有效地与压力振荡的相位相区别，并借助反馈控制降低压力振荡。
类似地，使用者采用直接流体接触器来动态地和精确地控制可汽化稀释剂流体的供给速率和分布速率。当采用燃料流体时，使用者可动态地增加或降低燃料流体从所述燃烧器中流出的速率。在低压力落差时，使用者通过将所述压差控制在高于和低于克服流体表面能和形成液滴所需的压力落差，进一步实现了流体流量的数字控制。
在一些实施方案中，借助对至少两倍的压力振荡率进行随时间的控制，使用者优选将液态燃料和/或液态稀释以协调的空间方式输送通过分布式接触器，从而提供了带有幅度和相位控制的有效反馈来对反应器内的压力振荡进行控制。即响应时间为振荡周期的一半。
例如，大型涡流燃烧器56通常显示出约100Hz到600Hz的压力振荡。假设共振的压力振荡频率为600Hz，且每压力振荡循环产生至少两个液滴，并且假设孔在整个燃烧器中对齐排列，则使用者优选以优选为至少1200每秒每孔的生成率生成燃料流体和/或稀释剂液滴。如果我们假设将密度0.93g/ml的柴油以50g/s输送通过1000个孔，这产生约50nl/滴。所产生的液滴直径约为0.5mm或500微米或更小。采用分布式接触器和若干小孔以及本文所述的高频泵控制方法可以实现这一效果。
使用者优选进一步调节滴尺寸，使得液滴从燃烧开始时的蒸发时间少于共振频率的一半。例如调节Sauter Mean Diameter S32，当液滴穿过火焰前沿时使用D平方型蒸发速率，则对于600Hz其蒸发时间少于0.8ms(例如参见Thomas2002)。当能够形成约5至50微米的孔时，可以实现这一效果。
使用者还优选在共振方向将有效孔排列(alignment)调节到少于约半个周期。例如，对轴向共振为600Hz的约10m/s的气流来说，使用者优选在8mm内沿轴向对孔进行排列。对大孔阵列来说，使用者还要调整孔的轴向位置以考虑入流体压力脉冲的时间滞后，从而穿过该分布式接触器阵列进行传播。例如，假设以5000m/s的声速穿过1m管道，这需要0.2ms。在气流为10m/s时，这需要下调为2mm。
为了对这些措施进行补充，使用者优选通过监测燃烧器振荡压力和使用闭环反馈控制方法来调节燃料流体和/或稀释剂的振幅、传送频率和相位(时间)，从而降低该振荡。在适合的校准后，使用者可在一定的操作参数范围内以开环方式对其进行控制。
在改进的实施方案中，使用者优选将受控制的液态燃料和/或稀释剂流体流与气态燃料和/或稀释剂流一起输送。例如，将水或水蒸汽和乙醇，柴油或天然气，空气流或湿空气流一起使用。
通过稀释剂/燃料分布进行火焰界限控制
在一些实施方案中，使用者优选控制稀释剂输送的轴向分布来对所需轴向稀释剂/燃料比的分布进行控制。在改进的实施方案中，使用者通过控制稀释剂部分来控制该稀释剂/燃料轴向分布。例如，使用者动态地对稀释剂部分进行控制，优选为小于50％的总稀释剂流量，更优选为小于25％的总稀释剂流量。
通过控制所述轴向稀释剂/燃料分布，使用者控制了湿氧化剂和湿燃料混合物是否被点燃。在起始条件下，使用者优选降低了上游稀释剂/燃料分布来增加氧化剂流体和燃料流体混合物的可燃性。在将混合物点燃之后，使用者优选增加稀释剂/燃料轴向分布的上游部分来增加氧化剂流体和燃料流体混合物中的稀释剂含量从而降低NOx的形成。
当明显产生燃烧器压力振荡，使用者优选将燃烧轴向起点附近的轴向稀释剂/燃料分布动态控制在接近所述火焰稳定性限制，以降低(或提高)燃烧振荡的幅度。
高分辨率稀释剂/燃料比率控制
在多个实施方案中，使用者优选通过控制稀释剂/燃料比来控制排出燃烧器56的高能流体920的温度(参见例如图76)。例如，通过控制水/燃料(#2柴油)比为3.1∶1和约110％化学计量的空气，形成了温度约为1800K(约1527℃或2780°F)的高能流体920。这与“H-级(H-Class)”涡轮机技术的上限类似(假设对所述翼片之后叶片之前的“着火温度(firingtemperature)”比TIT低约40℃的位置进行闭路蒸汽冷却，则所述着火温度最高可达约1487℃，)。类似地，保持水/燃料比为约4.6∶1和约110％化学计量的空气可将高能流体920的工作温度控制在约1563K(约1290℃或2354°F)。这与“F-级”涡轮机技术相类似(例如，对着火温度比TIT低约111℃的位置进行空气冷却，则所述翼片之后叶片之前的温度约为1179℃)。
在多个实施方案中，燃烧器内的流体流动优选为约10m/s且通常在约0.5m/s到200m/s。在一些实施方案中，使用者优选与燃料流体液滴成比例生成稀释剂滴，通过调节相对输送压力、孔尺寸和流体温度从而实现所需稀释剂与燃料流体输送的质量比例。他们还优选与所需液体燃料和稀释剂的体积流率成比例地调节燃料流体和稀释剂孔的数量和面积(即根据所需的温度，对应每滴燃料流体约有3到6滴稀释剂流体)。优选调节这类比例，以适应液态和气态燃料和/或稀释剂的组合以及湿燃料和湿氧化剂。
借助这类高分辨率燃料流体输送能力以及高液滴输送速率，使用者优选提供足够的液滴输送速率来将稀释剂/燃料比控制为至少约0.01％，且优选他们可将此比例在每秒内平均调节30次。
借助本文所述的这种动态流动控制，使用者在一些实施方案中提供至少约+/-0.3％的稀释剂流体/燃料比控制，优选为约+/-0.1％，最优选为+/-0.01％或更好。例如，借助这类控制，在一些配置中，使用者对液态稀释剂和液态燃料流速提供了优于+/-0.3％的控制，因此可实现对约1500K到约1800K(约1527℃获2780°F)的高能流体920的平均温度增加控制在约+/-6℃以内。这与相关常规技术的约+/-10℃或1％的控制不准确度相比。
类似地，通过控制为约+/-0.1％且优选为+/-0.01％(例如水/柴油)，使用者在燃烧器出口136温度约1800K时达到约+/-2℃且最优选为+/-0.2℃的控制。
通过提供高分辨率的速度传感器和编码器，在一些实施方案中使用者优选以高精度监控和控制了稀释剂流体与燃料流体的流速。比如，在一些配置中，使用者对流体泵提供了高精确度的编码器控制，其足以在燃烧器出口136的给定位置以至少优于约0.1％，优选为约0.01％且最优选为约0.001％的精确度对平均稀释剂流体/燃料比的进行监测和提供反馈控制。
使用者还优选监控稀释剂流体和燃料流体的密度，以提高对质量流量比的控制。为了完善密度检测，优选对稀释剂和燃料流体温度进行充分控制以保持密度的变化小于至少0.1％，优选为约0.01％且最优选为小于约0.001％，所述控制持续时间长于稀释剂和燃料流体输送控制器592的响应时间。在该例子中，借助这类控制组合，使用者优选在燃烧器出口136的某个位置将高能流体920的温度稳定性控制在至少+/-2℃以内、优选为约0.2℃且最优选为约0.02℃。
在一些实施方案中，所述运动控制驱动器预计具有显著超过约250Hz的标称控制响应速度，对所述水和/或液态燃料喷射压力可能超过700Hz(例如，有可能高至1kHz)。即时反应速率通常远远快于1秒钟，可能快于一毫秒或更快。
假设标称反应器长度为约1m，约10m/s或更快的流体流速所具有的保留时间为约0.1s(100ms)或更少。在一些实施方案中，本文所述的改善的流动输送分布以及这些分布式燃烧器提供的改进的混合速率可能使得燃烧器远远短于1m，并且流速快于约10m/s。相应地，这些因素将燃烧器内的保留时间大幅降低到100ms以下。
借助常见的泵和压缩机407，液态燃料和液态稀释剂输送的可变化速率远大于氧化剂流体输送的可变化速率。在一些情况下，使用者期望或需要所述燃料输送速率(即功率)的提高或降低快于对应的氧化剂输送速率的变化速率。为了提供更快速的变化率，使用者优选提供了可在其内进行操作的氧化剂/燃料比缓冲。
使用者优选将最小氧化剂/燃料比设定在氧化所述燃料和燃料副产物且有效降低排放所需的比例附近。类似地，他们将最大氧化剂/燃料比设定在效率较低的水平附近，高于他们工作所需的水平。
当需要功率的快速变化时，使用者在所需过量氧化剂/燃料范围内快速改变燃料输送速率。然后他们优选调节氧化剂流体的输送速率，以使氧化剂/燃料比回到该过量氧化剂/燃料范围内的优选值。
在改进的实施方案中，当使用者预期快速变化时，他们优选将氧化剂/燃料比朝这一范围的上限进行提升，从而扩大快速变化的范围。当他们预期少量变化时，类似地，他们优选降低所述氧化剂/燃料比从而提高系统效率。
在主要使用气态燃料且需要快速控制的配置中，使用者优选使用双燃料接触器，并采用能进行快速控制的液泵来输送第二液态燃料。
稀释剂和燃料液滴形成的相对频率、振幅和相位会影响燃烧区和燃烧器内的声激发和声放大(参见例如图76)。使用者相对液态燃料激发调节稀释剂激发频率、振幅和/或相位，来影响和控制这种声激发和反馈。这将会降低或增加稀释剂对声音发生造成的影响。即使用者可依据本申请进行对其进行放大或衰减。通过调制燃料流体和/或稀释剂的激发，可降低或增加声放大。这种激发可被随机化以降低声放大。
流体输送分布控制
在一些配置中，使用者提供了贯穿所述输送管横向分布的众多孔，使用者控制了一个或优选两个横向方向上的流体输送分布。类似地，使用者优选沿流体输送管130轴向分布了众多孔。使用者还优选对流体输送提供随时间的控制。
燃料流体分布
通过上述措施，使用者优选使用众多孔以及流体控制来控制燃料流体901的液滴或微喷射流，以及对应的液滴尺寸分布或流体微喷射流尺寸分布和穿透性。在一些配置中，他们还控制所述反应器中的燃料流体901输送的横向和轴向空间分布中一个或多个。
氧化剂流体分布
通过上述检测，使用者优选使用若干孔以及流体控制来控制氧化剂流体904的输送。在一些配置中，，通过使用一个或多个分流翼片和氧化剂分布式接触器阵列260，使用者优选控制了燃烧器中的氧化剂流体输送的横向和轴向的空间分布中的一个或多个。
稀释剂流体分布
通过上述的检测，使用者优选使用若干孔以及流体控制来控制稀释剂流体907液滴或微喷射流的输送和流体微喷射流的对应液滴尺寸分布或尺寸和穿透性分布。在一些配置中，他们还控制了燃烧器中的稀释剂流体907输送的横向和轴向空间分布中的一个或多个。
控制总稀释剂对过热生成
使用者在流体输送管130中优选控制燃料流体901、氧化剂流体904和稀释剂流体907的轴向分布。他们随后控制了流体输送管130中的总稀释剂对过热生成的轴向分布。通过这类控制，使用者优选控制了沿着流体输送管130的轴向温度分布。
通过提供贯穿所述流体输送管130横向分布的孔80，其中流体通过这些孔输送，使用者可控制流体在一个或所有两个横向方向的分布。通过控制燃烧器内的总稀释剂对过热生成的横向分布，使用者优选在一个或所有两个与所述流体输送管130成横向的方向控制横贯燃烧器136出口的温度分布。
在一些配置中，使用者还提供一个或多个温度传感器558，以在贯穿位于所述燃烧器内燃烧器出口附近的高能流体流的所需位置检测温度。类似地，这些温度传感器558也可以在贯穿位于所述燃烧器出口下游的高能流体流的所需位置检测温度。例如，在诸如涡流翼片或涡流叶片的下游应用设备表面。使用者优选使用这类温度测量来在与所述流体输送管130成横向的一个或所有两个方向控制峰值温度、平均温度或温度分布中的一个或多个。
类似地，使用者提供温度传感器558来检测燃烧器内两个或更多个轴向位置的温度。通过结合这些方法，使用者控制了燃烧器内的轴向温度分布以及一个或所有两个横向方向的温度分布。这在燃烧器内有效地提供了三维温度分布控制。
控制总稀释剂对过热生成的可变性
通过控制燃料流体、氧化剂流体和稀释剂流体中一个或多个的输送随时间的可变性，使用者优选控制了总稀释剂对过热生成的比值的可变性，进而控制了输送到燃烧器出口136的高能流体平均温度的随时间的可变性。通过将其与众多孔合并来对总稀释剂对过热生成的空间可变性进行控制，使用者还控制了总稀释剂对过热生成的空间和时间可变性。进而优选控制了离开燃烧器的高能流体温度的时间和空间可变性。
放热化学反应
在一些实施方案中，在燃烧和换热器部分描述的三流体反应器和直接接触式换热器可类似地用来对多种放热化学反应进行更均一地管理和控制。
放热反应器
如借助燃烧，在一些实施方案中，至少使用一个贯穿输送管的分布式直接接触器来对至少两种进行放热反应的反应物流体进行混合。更好的混合及对温度的控制显著限制了反应中温度的局部上升。这进而提高了产物质量并降低了副产物的频率。
在改进的配置中，可将一种或多种反应物混合并输送通过分布式接触器中的一个或多个通道，进入流过该接触器的第二反应物中。在其它实施方案中，一个或多个分布式接触器可置于第一接触器的下游，从而相当均匀地分布和混合在一个或多个其它反应物中。
直接接触式冷却
如借助燃烧，使用者优选在第一接触器下游至少多放置一个稀释剂分布式接触器14，从而分布和混入冷的热稀释剂。所述稀释剂流体吸收部分放热反应中释放出来的热，从而限制了反应混合物和产物中的温度升高。对温度的控制有助于降低或避免副产物反应和提高产物质量。
混合元件
所述流体直接接触器通过在每一开孔管下游产生的以及产自集管240和加筋件36和肋板38的湍流贯穿所述第二流体流提供了分布式混合。在改进的配置中，在下游加入混合元件，从而更好地改善反应物混合。使用者优选使用惰性球、纤维或其它更复杂的混合元件，例如在化工产业中用到的那些。
膨胀机
在一些实施方案中，优选进一步回收热物流中的反应热。当高能流体的压力和温度足够时，优选先通过一个或多个涡轮440，444进行膨胀来回收反应热。
直接接触冷凝以及热回收
在一些实施方案中，优选使用压缩机480回收膨胀流体和/或更冷的流体中残留的热。如本文所述，使用者在垂直逆流配置中优选使用直接接触式压缩机484-换热器。来源于热气体的热量被回收到加热的热冷却剂或稀释剂中。根据需要，这些加热的热液体随后被用于通过直接接触式加热器对多种其它吸热反应系统进行加热，用于产生蒸汽，区域供暖，或用于其它热需求。
在其它配置中使用者使用表面换热器。对于腐蚀性的流体组分，采用诸如不锈钢、环氧化物、玻璃或蓝宝石的抗腐蚀材料来制作或包被所述换热器和输送管。
典型的放热反应
本发明中的多个实施方案都用于在全范围的化学和生物化学反应中实施反应。这些反应包括但不限于烷基化作用、羰基化作用、氨甲酰化作用、氯化作用、直接氧化作用、乙氧基化作用、卤化作用、醛化作用、氢化作用、硝化作用、溶液聚合作用、硫酸化作用、磺化作用。
这些反应可用来制备多种化学物质、生化物质和食品。这些物质包括但不限于表面活性剂、反乳化剂、乳化剂、烃燃料、合成润滑剂、卤代烃、烃溶剂、有机多聚物、燃烧延缓剂、织物处理剂、抗生素、抗病毒制剂、抗病原体制剂、杀真菌剂、除草剂、杀虫剂、农药、灭鼠剂、食物等等。
多种实施方案可用来制备下列化学物质：从乙烯中制备乙醇、对乙烯氧化制备环氧乙烷、从环氧乙烷制备亚乙基胺、对乙烯进行氧化制备乙二醇、从二氯乙烯制备乙醇胺、使用蒽醌制备过氧化氢、马来酸酐、从丙烯和苯制备正丁烷酚(n-butanephenol)、从苯酚制备肥酸、从环己烷制备己内酰胺、从苯制备环己醇、乙二醇乙醚、从乙酸制备氯乙酸、环氧丙烷、从丙烯制备正丁醇、从丙烯制备丙烯酸、从马来酸制备四氢呋喃以及通过丙烯酸酯化制备丙烯酸正丁酯。
乳化剂或表面活性剂包括：苯磺酸烷基酯、直链烷基苯磺酸酯、二烷磺酸酯、酯磺酸酯、α-烯烃磺酸酯、烷基甘油基醚磺酸酯、烷基甘油基磺酸酯、甲酯磺酸酯、天然脂肪磺酸酯、天然油脂磺酸酯、醇硫酸酯、醇醚硫酸酯等等。
混合和加热吸热反应
除了放热反应，其它实施方案优选采用直接分布式接触器来非常均匀地混合流体，以实施吸热反应。吸热反应通常采用向系统中加入热量，从而升高反应物的温度并促进反应。
直接接触式加热器
在一些实施方案中，使用者优选使用一个或多个直接分布式接触器作为直接接触式换热器。这些非常均匀地向反应系统中加入第三流体来对反应流体912进行加热。优选通过将第三流体用作分布式直接接触燃烧器中的换热流体或热稀释剂流体来对其进行加热，同时冷却被燃烧过程或系统中其它位置的其它热源加热的流体。
混和冷却与反应物
在一些配置中，使用者提供水来同时提供热量以及系统中的吸热或放热反应物之一。例如，在水转移反应中对甲烷、重油、煤或其它碳氢化合物进行气化或重组形成一氧化碳和氢。在改进的配置中，使用者通过调节氧化剂流体对水的比例来相对于所需压力和产物达到所需反应速率和冷却。
间接的混合热回收
在一些实施方案中，使用加热的液体从热燃烧流体中回收热量。
随后用于表面换热器来对所需吸热反应的反应物和/或产物中的至少一个进行加热。使用更多分布式接触器来对一种或多种这类流体进行输送，对其进行均匀地混合和反应。在其它改进中，另一加热过的流体也可用来对反应流体912进行进一步加热。这类分布式直接接触器组合提供了混合更均匀、压降和泵成本更低、以及换热和热回收效率更高的优点。
流体燃料，反应物和稀释剂/加热器
三流体反应器-燃烧器的多种实施方案使用了一种或多种包含以下详细说明的多种流体燃料或流化燃料中的一种或多种的燃料流体。一些实施方案优选提供了同时选自液体和气体燃料的多种燃料流体。例如，天然气和柴油。这提供了降低由燃料价格和可用性波动造成的经济风险的优点。
液态燃料
在本发明的一些实施方案中，所述流体燃料可包括多种液态燃料中的一种或多种。例如：
液态石油燃料和馏出燃料，包括航空燃料、汽油、煤油、柴油、燃料油、船用油、原油、沥青砂油、页岩油、重化石液体、碳衍生燃料流体以及液化天然气(LNG)。
植物油，包括棕榈油、椰子油、大豆油、油菜籽油、芥花籽油和花生油。
这类植物油的酯。
通过加热生物质或化石烃类形成的裂解燃料。
包括甲醇、乙醇和MTBE的含氧燃料流体。
包括液态氢、液氨的非-碳液态燃料。
气态燃料
在本发明的一些实施方案中，一种或多个燃料流体可包括多种气态燃料中的一种或多种。例如：
包括天然气、煤床甲烷、丙烷和丁烷的任何化石基或石油基的气体。
通过用空气、富氧空气或氧气对化石燃料进行气化，包括对煤、沥青砂和重油燃料进行气化可生产发生炉煤气(包括一氧化碳、氢和氮)或者是合成气(包括一氧化碳和氢)。根据流体进料、反应压力和温度，这些气体燃料具有可变的一氧化碳和氢气含量。它们通常含有如甲烷和其它烃类的各种其它部分，以及任意残留的未反应燃料和/或稀释剂包括氮气和二氧化碳。
从生物质在气体、富氧气体或氧气中汽化得到的具有类似组成分为的发生炉煤气或合成气。
氢、氨或其它非-碳气体燃料等。
含水燃料
在一些实施方案中，一种或多种流体燃料含有流体水。例如：
燃料-水乳液，包括用任意上述液体燃料对水进行乳化，任意使用诸如“Orimulsion”的乳化剂或表面活性剂。
水和燃料的混合，包括燃料中的水滴、水中的燃料液滴。
与水雾、水气或水蒸气混合的气体燃料。
以上燃料流体的混合物。
流化的固体燃料
在一些实施方案中，一种或多种流体燃料包括对固体燃料颗粒用稀释剂流体进行悬浮、夹带或流化，并将这些流化的稀释的燃料输送到燃烧器中的方法。可使用过热的稀释剂对诸如煤的粉末状燃料进行流化。然后优选这些热的稀释的燃料与稀释的氧化剂混合，其中两者均被输送通过足够大的允许所述流化的燃料很容易地流过的孔或通道进入公共室中。所述稀释的燃料输送管优选为隔热的，并任意加热以防止凝结或堵塞。随后将稀释的燃料和稀释的氧化剂的混合物输送通过火焰稳定器将其点燃，并加入剩余的稀释剂流体。随后根据后续应用的需要将高能流体清洗干净。
这类配置包括提供燃料：如任何在空气或流体燃料中夹带或流化的精细粉碎的煤，包括褐煤粉、烟煤粉和无烟煤粉。
任何在空气或流体燃料中夹带或流化的精细粉碎生物质包括：锯屑、木粉、活性炭粉、面粉、包括米糠、玉米、小麦、燕麦、甘蔗、椰子树和油棕榈的磨碎的农作物残渣。
氧化剂
在多种的实施方案中，对应于燃料流体或反应物的种类，使用者通过提供反应物或氧化剂流体来输送包括氧气、或多种氧化剂或补充反应物的一种或多种氧化剂。一些氧化剂流体还包括一种或多种稀释剂流体，如氮气、水、二氧化碳和诸如氩气的惰性气体。
空气
许多实施方案都采用空气作为氧化剂流体来为燃烧器或反应器提供氧气。在一些实施方案中，当对氧化剂流进行控制时使用者优选对空气湿度、温度和压力作出校正。
在一些实施方案中，使用者优选使用喷雾直接流体接触器过滤器392来喷射流体稀释剂流体以去除来自氧化剂流体的粉末和纤维。例如，对吸入空气进行过滤。这优选替换气体/空气过滤器390或作为辅助。在一些配置中，使用者优选提供压差传感器554来监测穿过入口气体/空气过滤器390的压降，从而判断出何时该对空气过滤器390进行清洗或更换。
使用者优选使用冷稀释剂对空气进行冷却和过滤。这类过滤降低了在压缩机407(例如在压缩机翼片和叶片上)和膨胀器440(例如在膨胀器翼片和叶片上)内的纤维积累速率。对空气进行冷却使得压缩机具有更大的容量，尤其是在热天。过滤降低了压缩机和膨胀器结垢的速率，从而减少了停工期、清洁费用，并使压缩器和效率更平稳。还减少了穿过流体(气体/空气)过滤器390的压降，降低了压缩机的泵送功率。
当使用直接接触式过滤器392和水喷射来过滤空气时，使用者优选在燃烧之前控制稀释剂输送，以补偿由湿度变化和通过喷射直接接触式过滤器392使用稀释剂造成的湿气组分变化。
在一些实施方案中，使用者对包含液氧、通过蒸发液氧制备的氧气、通过电解、膜或固体电解质氧分离形成的氧气、或通过其它方法制备的氧气中一个或多个的氧化剂流体进行输送。
常规的未稀释的氧气燃料燃烧产生了非常热的高能流体920。高温使得很难形成长久耐用的燃烧器衬管60。在一些实施方案中，热稀释分布管阵列将燃料流体和稀释剂流体靠近分布。这实际上限制了热高能流体920的温度。在使用液氧的配置中，使用者优选将氧气输送通过直接接触式管10来改进燃料流体、氧化剂和稀释剂的有效混合，其中具有受控的组分空间分布。例如，可贯穿输送管配置相当均一的组成。
通过这类实施方案获得的低峰值流体温度使得可更简单地制造可靠的耐受燃烧的燃烧器。类似地，热稀释分布管和辐射屏蔽翅可强烈地降低由燃料流体分布管所引起的热通量。使用者优选将靠近管壁的温度控制得比更靠近中心的温度低。
在一些实施方案中，使用者输送包括氧气“富集”的空气的氧化剂流体，其中通过多种方法中的一种或多种来相对于标准空气升高氧浓度。这包括了变压沸石浓度系统和真空变压浓度系统。还可以采用膜氧气浓缩方法。如借助氧气燃烧，所述开孔燃料流体和氧化剂流体分布管阵列充分限制了燃烧温度并简化了燃烧器的设计。
在一些采用其它化学反应的实施方案中，操作者优选对包括含有氯气、环氧乙烷和过氧化氢在内的多种适合氧化剂中的一种或多种氧化剂流体进行输送。
热稀释剂/冷却剂流体/加热流体
许多实施方案都将包括流体水的稀释剂流体输送穿过直接接触式分布器，从而对反应流体912进行冷却并限制高能流体920的温度。
优选将冷却水用于首先对诸如压力容器170和/或燃烧衬管的热敏感组件进行冷却。使用者优选对压力容器冷却系统178进行设计，以保持压力容器170的温度低于约533K(约260℃或500°F)，以应用符合普通ASME标准的更便宜的压力容器。
当稀释剂流体进入燃烧器时，使用者随后优选使用流体直接接触器来对热水进行输送。这显著降低了燃烧器的热损失。
使用者优选使用换热器将膨胀流体的热量回收到冷却剂稀释剂流体中。热稀释剂优选输送回燃烧器。这提高了VAST系统的热效率。
使用者优选对离开膨胀器440的气体进行充分冷却，以使稀释剂流体冷凝并回收液态的热稀释剂。例如，对至少部分蒸汽部分进行冷凝以形成水。它们优选回收了至少与输送到燃烧器出口上游的能量转化系统中的水一样多的水。
一些实施方案输送包括部分由所述燃烧形成的二氧化碳的稀释剂流体，以限制所述燃烧温度。
现有技术的贫燃烧动力系统通常使用过量的空气作为稀释剂流体。本实施方案优选减少了作为稀释剂流体使用的过量空气以提高热效率。在一些配置中，使用者输送包含部分再循环燃烧气体或膨胀气体924的稀释剂流体，所述燃烧气体或膨胀气体包含氮气、二氧化碳、水蒸气和一些过量氧气。
一些实施方案输送包括在一个或多个分布式直接接触器中作为稀释剂流体的低蒸汽压天然或合成油的热稀释剂。根据某些应用对合成流体如四氟化碳的特殊热性质和/或相当惰性的化学性质的需求，在一些配置中可使用这类合成流体。
在一些实施方案中，分布式接触器将一种或多种包括至少一种冷却的(加热的)反应物和/或产物的第一和/或第二流体输送到反应组件，再将其混合以限制(提高)温度。特别是一些措施将含有至少部分二氧化碳、水蒸气、氮气和/或相关惰性气体的膨胀或排放气体的一部分进行再循环。这些措施充分简化了产物分离和纯化系统以及反应物循环系统。
生成可回收的二氧化碳
在一些实施方案中，使用者意图制备高能流体，在该高能流体被使用和膨胀后从其中分离出二氧化碳。为了这类应用，对于峰值设计操作条件，使用者优选将空间相对氧化剂对燃料比λ控制在100％到150％，更优选为101％到120％，最优选为102％到110％。这些组合物优选提供到燃烧起点附近的多个区域，分布于上游燃烧表面附近。这类控制使得使用者可实现有效燃烧，并且穿过所述燃烧器的高能流体中具有低水平的一氧化碳和未燃烧的烃类。例如在375区域或更多。类似地，对热稀释剂进行配置，以在高能流体中达到所需的空间温度控制。这种对组合物和有效混合的控制使得使用者可同时获得低水平的过量含氧化剂流体以及低污染物水平。
例如，一氧化碳水平约为50ppm，或优选为15ppm以及更优选为少于5ppm。
本文所述的实施方案据信可在所有不使用氧富集空气或氧气进行燃烧的相关技术的冷却排放气体中产生最高的二氧化碳浓度。例如，参见
表1，其显示了在冷却和干燥的高能流体中残留的氧气和碳。
            表1残留的干燥氧气和二氧化碳vs入口空气
  入口空气         排放的不可冷凝的残余气体浓度-干燥
  化学计量的倍数％   O2   CO2   O2   CO2
  摩尔％(体积％)   摩尔％(体积％)   质量％   质量％
  334％   15.00％   4.26％   16.39％   6.40％
  300％   14.31％   4.74％   15.61％   7.11％
  250％   12.94％   5.70％   14.07％   8.52％
  200％   10.87％   7.15％   11.75％   10.64％
  150％   7.34％   9.63％   7.87％   14.20％
  110％   2.04％   13.34％   2.16％   19.42％
  105％   1.07％   14.02％   1.13％   20.36％
  100％   0％   14.77％   0％   21.40％
例如，用含110％化学计量的氧化剂(例如，在标准压缩空气中的氧气)的氧化剂流体对柴油进行燃烧，所得的二氧化碳(CO2)占冷凝的膨胀流体中的不可冷凝物质的13.34％体积比(或19.42％质量比，排除水蒸气的干基，假设#2柴油可以用C12H26-代表)。相对比地，二氧化碳占体积为4.26％(6.40％质量比)的，使用334％化学计量的空气的贫燃烧中，以干基计算氧气占残留不可冷凝气体的15％体积比(16.39％质量比)。
所以，在110％化学计量空气中燃烧#2柴油，使用者所得的二氧化碳质量为以334％化学计量的空气采用常规贫燃烧系统得到的二氧化碳质量的303％。与采用超贫燃烧的常规处理操作相比，在这些实施方案中，下游冷却的膨胀流体中的高浓度二氧化碳使得用于对二氧化碳进行分离的能量使用和消耗大幅降低。
在许多配置中，使用者优选降低过量含氧化剂流体，以及进一步降低氧化剂流体内的非氧化剂稀释剂。在一些实施方案中，这种氧气或富含氧空气的燃烧消除了一些或几乎全部氮气和其它不可冷凝气态热稀释剂。在一些实施方案中，将空气中的氮气和其它稀释剂降低或去除类似地降低了从膨胀的高能流体924中分离出燃烧形成的二氧化碳所需的能量、设备和成本。
二氧化碳排放气体应用
一些实施方案将富含二氧化碳的排放气体作为碳原料用于食物生产、能量作物生产、水产养殖或海产养殖。这些实施方案中形成的NOx浓度极低，从而为这类应用提供了相当好的碳原料。它显著降低了NOx加速蔬菜、水果或其它园艺产品成熟的作用。在其它配置中，当需要主动提升和加速成熟时，使用者优选升高燃烧器中的温度来主动提高NOx的产量。
在其它实施方案中，使用者对排放气中的二氧化碳进行分离，并为医疗产品、生物合成过程或其它高碳应用提供富含二氧化碳的气体。所述实施方案为二氧化碳的回收和利用或封存提供了更有效和成本有效的方法。
三流体燃烧器-干燥器
在一些实施方案中，三流体反应器用作合并的燃烧器和干燥器。所述第一分布式接触器11对燃料流体进行分布，并且在输送管中将其与氧化剂流体混合(比如空气)。使用者在燃烧器中优选将可燃性混合物燃烧以产生热的高能流体。使用者优选使用第二分布式接触器14来输送足量稀释剂流体，从而将高能流体冷却到对所需流体或材料进行干燥所需的温度。
干燥成粉末
使用者优选使用第三分布式接触器14将溶液、悬浮液或乳液以相当均一的方式输送到高能流体内。这些热气体随后迅速使含有待干燥材料的液体的均匀液滴蒸发和干燥，从而形成所需粉末。
三流体反应器-干燥器优选使用连续燃烧和流体。这类三流体反应器-干燥器被认为能在比常规干燥器更紧凑的设备中更迅速地提供更均匀的粉末。在改进的实施方案中，可对燃料流和任意含氧气流体流进行调制，从而形成波动或脉冲式燃烧。
优选使用稀释剂流体通过直接接触器将实施方案中形成的高能流体冷却到所需干燥产物所耐受的最高温度。
当待干燥材料能耐受燃烧温度时，在燃烧前优选将所述含产物流体输送通过直接流体接触器10。在这种配置中，该高能流体充当了用于燃烧的稀释剂流体，以及待干燥材料的载体。在一些情况下，这可替换第二热稀释剂直接接触器14。
产物分离
如在分布式直接接触器部分所述地，在这些实施方案的变体中，通过多种分离方法对粉末产物进行分离，包括重力、碰撞、以及静电沉淀。
在另一些实施方案中，可用热燃烧流体对一些流体材料进行干燥，并将产物回收。其它分布式接触器也可用来将含其它材料的流体贯穿所述残留高热气体进行分布，以进一步蒸发所述流体并形成更多粉末。类似地也对其进行回收。
在一些实施方案中，热气体被用于干燥湿的或微湿的燃料。干燥的燃料随后作为主要或辅助燃料流体应用于燃烧系统中。
干燥纤维浆
在一些实施方案中，使用者使高能流体和高能流体直接喷射流通过纤维浆来对纤维进行干燥。例如纸、绵纸和纤维板的生产。当纤维在筛网上形成垫的时候，将高能流体引导对准或穿过该垫，从而对纤维和垫进行干燥。
液态载体和稀释剂的再循环
为了对干燥后的剩余排放热气中的热进行回收，优选使用第三分布式接触器来形成直接接触式换热器。使用冷流体，优选为水，来与所述热流体接触，优选在垂直逆流配置中接触。这类优选的热回收配置导致排放冷气体以及回收热流体中残留的热。还优选对所用的稀释剂流体和液态载体进行冷凝和回收。
当使用水来回收热时，优选随后将加热的水再循环，并用作载体来溶解、重悬或乳化其它待干燥的材料。当烃被用作载体时，所述烃和水被分离，并分别再循环。
备选直接接触式分布管
在一些实施方案中，本文描述的直接接触式分布管还可通过其它方式来构建或安装，其提供了本文所述的一个或多个实施方案中的一些优点。
多孔分布管
在一些实施方案中，本文所述的直接接触式分布管采用由多孔材料替代开孔材料制成的管壁30来构建。例如，烧结金属、网眼陶瓷或泡沫塑料或具有提供内在孔隙的适合晶体结构的材料、或使用金属性或非金属性纤维。与常规注入方法相比，以流线形形式在所述多种阵列中使用这类多孔管提高了输送通过所述输送管的流体的空间均匀性。
多喷嘴分布管
在改进的实施方案中，使用者沿着本文所述的流线形分布管10和/或在其周围安置多个喷嘴。使用者优选在喷嘴上提供若干个孔，并将其定向为朝多个方向，以提高穿过所述输送管的空间覆盖。在一些配置中，喷嘴从所述分布管延伸出来。分布管、喷嘴和孔优选配置成用于贯穿所述输送管相当均匀地喷射微喷射流或小喷射流。
多喷嘴集管
在改进的实施方案中，使用者沿着多个实施方案中所述的流线形集管240和/或在其周围安置多个喷嘴，以获得所述分布孔和多个微喷射流的有点。使用者优选在喷嘴上提供多个孔，并将定向为朝多个方向。根据所述输送管方向，所述集管240优选径向或横向配置。在一些配置中，使用者也可将喷嘴延伸出延伸管上的集管240。
这类方法在分布于输送管中的多个位置形成了多个流体喷射流。相对于常规技术，这改善了喷射空间分布以及氧化剂/燃料和稀释剂/燃料比分布。
微涡旋式喷嘴和小涡旋式喷嘴
在改进的实施方案中，本文所述的微涡旋式喷嘴290优选沿着分布管或在分布管之间放置，以增加所述第二流动的湍流并增强混合。可替换地提供了更大的小涡旋式喷嘴299以产生更大规模的湍流。
混合元件
在改进的实施方案中，使用者通过在所述开孔分布管10周围和/或下游提供混合元件来增强湍流和混合。这些混合元件由球体、纤维、纤维状介质、开孔介质组成和/或为由金属、陶瓷或其它非金属材料构成的复杂混合形态。
混合输送系统
在一些配置中，使用者将输送稀释剂流体和/或燃料流体的方法合并(或者是一个或多个对应反应物)。使用者通过采用一个或多个分布式接触器或本文所述的其它方法在压缩机407之后和涡轮机之前提供了相当部分的稀释剂流体。优选通过本文所述的一种或多种其它输送方法提供了稀释剂流体输送速率的平衡。
这包括提供直接接触器来将水喷射过滤和/或雾化进入压缩机407上游的空气。类似地，使用者优选使直接接触器阵列具有流线形，以将水夹带进入压缩机407、408或风机406的入口409。这借助更低的压降提供了比现有技术更均匀的喷射分布。
在改进的配置中，使用者提供分布式接触器10以及一个或多个其它稀释剂输送系统来对燃烧和温度分布进行更均一的控制。例如，提供分布式接触器和一个或多个水或蒸汽输送系统，例如压缩机前雾化，进入压缩机407的水喷射夹带，水喷射压缩机水，压缩机内水喷射，压缩机间喷射，压缩机后水喷射(冷却器后)，水饱和器，进入回热装置的喷射，或燃烧器56内的水或蒸汽注入系统。
反应混合物和高能流体的控制
在一些实施方案中，使用者优选在热系统中加入直接接触器来提高对混合物组成和温度分布的控制。
替换气态稀释剂
在一些实施方案中，使用者采用分布式接触器输送方法来提供燃料流体、氧化剂流体和稀释剂流体的均匀混合。借助这些方法，使用者优选在相当接近化学计量的氧化剂/燃料比条件下操作，同时在多数流体混合物种将氧化剂/燃料比保持在明显高于低于所述化学计量比的所需部分。
在一些实施方案中，使用者优选替换常规用作稀释剂流体的气态稀释流体或过量氧化剂流体(如过量空气)的一部分或大部分。例如，使用者以这种可控方式提供稀释剂，以将氧化剂流体从常规使用来对燃烧进行热稀释的约334％氧化剂/燃料开始降低(即，在干燥排放气中O2体积比为15％)。使用者优选使用稀释剂流体替换过量的氧化剂流体，并在氧化剂/燃料比为化学计量比的约100％到150％的条件下进行操作。使用者更优选提供总的压缩氧化剂流体，其中所输送的氧化剂为化学计量比的约102％至115％。
温度控制
使用者优选通过加入稀释剂流体对燃烧流体和/或离开燃烧器的高能如上所述，使用者优选将流体和/或汽化的或过热的热稀释剂输送通过一个或多个本文所述的分布式接触器。采用本实施方案，使用者优选形成了比现有技术均匀得多的水/燃料和空气/燃料空间分布。这显著降低了空间温度变化。
在一些配置中，使用者沿着火焰下游的燃烧器并在其周围和内部提供其它喷嘴来提高水或蒸汽的输送。
使用者优选控制输送的稀释剂流体对输送的燃料的比例，来对所得反应后的混合物或高能流体的温度进行控制。使用者优选考虑了能改变反应或高能流体温度的任意过量氧化剂和/或气态热稀释剂或其它反应物，以及各流体的温度、压力和热容。
例如，表2显示了在入口空气相对湿度为60％的条件下，用约110％化学计量比的压力比约为10(例如10巴)温度约788K(约515℃或959°F)的压缩空气对约350K(约77℃或171°F)的#2柴油进行燃烧时，通过以不同的水/燃料比输送水作为稀释剂流体所达到的典型温度。在约300K(约27℃或81°F)的环境条件下提供入口水。
  表2通过稀释剂/燃料比对反应后的混合物温度进行控制柴油温度350K，10巴、60％相对湿度、788K的110％化学计量的空气，水温度300K
  水/燃料(质量/质量)   水/燃料(摩尔/摩尔)   温度EK   温度EC   温度EF
  0   0.176   2,230   1,957   3,555
  1   1.658   2,102   1,829   3,323
  1.5   2.588   1,993   1,719   3,127
  2   3.168   1,884   1,611   2,931
  2.67   4.428   1,752   1,479   2,695
  3   4.975   1,692   1,419   2,586
  4   6.633   1,524   1,251   2,284
  5   8.292   1,367   1,094   2,001
  6   9.95   1,236   963   1,765
  7   11.61   1,119   846   1555
例如，在约110％过量空气时，使用者优选提供约7∶1的水/燃料(#2柴油)摩尔比，以将温度控制到约846℃。类似地，使用者优选提供约2∶1水/燃料摩尔比以将出口温度控制到约1611℃。7∶1到2∶1的范围覆盖了大多数商业燃气轮机的涡轮机入口温度的范围(即，对GEH级技术，对未冷却的叶片从约900℃到约1525℃)。
在另一例子中，使用者优选在约110％过量空气时提供约1.5∶1的水/燃料(#2柴油)比，以在高能流体中获得约1720℃的温度。这与高温试验性陶瓷涡轮机中采用的涡轮机入口温度相类似。采用1∶1的水/燃料(#2柴油)比可在高能流体中达到约1829℃的温度。
通过使用通常可得的热化学反应或计算流体力学程序，使用者很容易地对其它温度、其它过量氧化剂或过量液态稀释剂比例，不同入口条件或热回收、或对天然气或其它燃料流体计算了类似的水/燃料比。
借助本文所述的实施方案，使用者通过输送稀释剂流体将离开燃烧器的高能流体的温度控制在低于约2073K(约1800℃或3272°F)。使用者将温度控制在冷却的流体稀释剂的温度之上(例如，对水来说是约1℃或34°F)。
在许多配置中，稀释剂流体的质量流率优选高于燃料的质量流率。例如，使用者通过对水/#2柴油提供约2∶1到7∶1的稀释剂/燃料比将高能流体的温度控制在约1611℃到846℃。这覆盖了大多数商业燃气轮机的涡轮机入口温度范围。
常规技术受到其可输送的不会熄灭火焰或引起高CO排放或燃烧器内的压力振荡的水量的限制。例如，通常小于1.1∶1的水/燃料质量比。在本实施方案中，使用者优选达到至少约1.5∶1的水/燃料质量比。使用者优选使用接触器阵列来提供额外的稀释剂，以将高能流体的温度降低到任何需要的温度。
通过上述方法，使用者可最低至100℃的全温度范围内对高能流体的温度进行控制。通过使用冷却剂可将所述蒸汽进一步冷凝到环境条件如15℃。采用冷水，使用者可类似地将温度控制到约1℃。采用其它稀释剂，他们还可以将所得冷却和干燥的流体的温度降低到所需的低温，例如氮气或氧气的沸点。
                         总结
从以上描述可知，应当理解使用本文所述的一种或多种方法公开了用于三种或更多种流体的分布式接触、混合和/或反应的新方法。尽管对本发明的组件、技术和方面进行了一定程度的具体描述，但应当理解可在不偏离本发明精神和范围的前提下对本文的特定设计、结果和方法做出修改。
当给出具体尺寸时，其通常用于说明目的而非限定性的。当然，如本领域所属技术人员可以理解地，根据需要，结合考虑实现本文所教导或提示的一个或多个优点的目的，可有效应用流体输送孔、流体通道和其它组件的其它适合尺寸、方向、配置和分布。
当提供管道或阵列配置时，可有效应用这些配置的类似二维或三维配置或组合，包括改变开孔管、集管、亚集管和管道阵列的标称厚度、直径、横截面形状、间距、方向和其它尺寸和参数，。
当用到燃料、稀释剂、水、空气、氧气、和氧化剂这些术语时，所述方法可普遍适用于这些流体的其它组合或其它反应性或非反应性流体的其它组合。当涉及流体数量时，这些方法可普遍适用于包括分次输送的数量和连续流体流量。当描述到装配方法时，可有效地采用各种替代的装配方法来进行配置，以获得本文教导或提示的一种或多种实施方案的效益或优点。
当涉及横向、轴向、径向、圆周或其它方向时，应当理解任何使用曲线坐标的常规坐标系均可使用，包括笛卡尔、圆柱、球形坐标系或其它的专门系统，如环形系统。类似地，当涉及一个或多个横向或轴向分布或剖面时，应当理解根据需要或指示所述配置和方法可类似地应用于一种或多种曲线方向中的空间控制。类似地，所述接触器、队列、装置或管路方向可以常规方式重排，以获得所述方法和特征的其它有益的组合。
当流体输送控制涉及控制喷射液滴或微喷射流的尺寸和流速的时，应当理解所述控制措施可采用一个或多个措施来控制穿过孔80的喷射压差分布、孔振荡、和/或使用本文所述的一个或多个措施或使用调节孔位置、流体压力和周围电磁场的类似方法来控制孔80外的电磁场。
虽然在一定程度上描述了本发明组件、技术和方面的细节，但应当理解在不脱离本文公开的精神和范围的前提下，在本文描述的具体设计、结构和方法中可以进行各种修改。
本领域所属技术人员在不脱离本发明的基本精神和范围的前提下，可得到本发明的各种修改和应用。应当理解，本发明不限于本文以示例性方式描述的实施方案，而应包括所有的等价物。

Claims (84)

1.反应器，其用来使至少包含第一反应物的第一流体和包含第二反应物的第二流体反应，并且将第一流体、第二流体以及所述第一流体与第二流体的反应产物中的一个或多个部分与稀释剂流体混合以构成反应产物，所述反应器包括：
输送管，该输送管具有轴向方向及与该轴向方向相互区别的第一和第二横向方向，所述第一和第二横向方向限定了经过轴上位置的平面，该平面在所述输送管内表面以内的面积限定了所述输送管在所述轴位置的横截面积；
反应物分布部分，该部分包括至少一具有内表面和外表面、及多个从所述内表面延伸到所述外表面的反应物分布孔的反应物管状部分，所述内表面限定了所述第一流体的第一流动路径，且所述的多个反应物分布孔的密度分布为单位输送管截面积上的局部平均孔空间密度，且所述反应物分布孔具有与至少一个所述横向方向有关的尺寸分布；
稀释剂分布部分，该部分包括至少一具有内表面和外表面、及多个从所述内表面延伸到所述外表面的稀释剂孔的稀释剂管状部分，所述内表面限定了所述稀释剂的第一稀释剂流动路径，且所述的多个稀释剂孔具有与至少一个所述横向方向有关的密度分布和尺寸分布；
反应物输送系统，该系统用于向所述反应物分布部分供应所述第一流体；
第二流体输送系统，该系统用于向所述输送管供应至少部分所述第二流体，其中所述的输送管限定了所述第二流体的第二流动路径；
稀释剂输送系统，该系统用于向所述稀释剂分布部分供应至少部分所述稀释剂；
控制器，该控制器用于控制所述第一流体，所述第二流体和所述稀释剂流体向所述反应器的输送；以及
其中，对所述稀释剂孔和所述反应物孔的与至少一个所述横向方向有关的密度分布和尺寸分布进行配置，使得能够在靠近所述反应器出口的输送管横截面内的至少一个横向方向控制所述反应产物的组分分布、温度分布、压力分布和速度分布中的至少一种分布，所述输送管横截面的方向与所述输送管轴成横向关系。
2.如权利要求1所述的反应器，还包括众多的输送区域，其中至少两个相邻分布孔的间距、在横向方向上到相邻管状分布部分的距离、以及在轴向下游方向选择的类似距离限定了至少一个孔周围的所述输送区域，其中将输送经过该孔的流体控制在该输送区域内。
3.如权利要求2所述的反应器，其中通过相对于所述输送管内的众多区域内的所述第二反应物的流量控制所述第一反应物的输送，来控制所述第一反应物对第二反应物的比例在与所述输送管轴成横向的方向上的分布。
4.如权利要求2所述的反应器，其中所限定的输送区域包括至少一个反应物孔和一个稀释剂孔，所述孔中每一个都将流体输送入所述输送区域中的一个或多个输送亚区内。
5.如权利要求4所述的反应器，其中将部分输送亚区进一步调控为具有较高的稀释剂对第一反应物比的稀释剂较富集区域，而相对地，将其它输送亚区调控为具有较低的稀释剂对第一反应物比的稀释剂较贫乏区域。
6.如权利要求5所述的反应器，其中所述稀释剂贫乏亚区中至少一个含有可燃混合物。
7.如权利要求1所述的反应器，还包括稀释剂组分小于给定温度下的第一反应物、第二反应物和稀释剂的熄灭组成的输送区域，其中高于所述熄灭组成的稀释剂组分将会使所述反应熄灭至低于该温度下的自持续率。
8.如权利要求1所述的反应器，其中输送到所述反应器的稀释剂总量超过了预混合组合物的熄灭组成，该预混合组分包括输送到所述反应器的全部第一反应物和全部第二反应物。
9.如权利要求8所述的反应器，其中输送到空间亚区的稀释剂量或者高于所述热熄灭极限或者低于所述热熄灭极限，所述空间亚区是由至少两个相邻稀释剂流体分布孔和到相邻管状稀释剂分布部分的距离所限定的。
10.如权利要求9所述的反应器，其中输送到至少一个输送区域的所述稀释剂的量为低于所述第一流体和第二流体对该特定区域的熄灭组成的100％，并高于68％。
11.如权利要求9所述的反应器，其中输送到位于管状分布部分之间的输送区域内的至少一个输送亚区的所述稀释剂的量低于所述第一流体和第二流体对该特定区域的熄灭组成的100％，并高于68％。
12.如权利要求9所述的反应器，其中所述区域内的可反应输送亚区中间散布着在不可反应输送亚区，其中输送到所述可反应输送亚区的稀释剂量低于所述熄灭组成浓度，输送到所述不可反应输送亚区的稀释剂量超过所述熄灭组成浓度。
13.如权利要求12所述的反应器，其中所述的可反应输送亚区包括低于所述熄灭组成浓度的汽化的稀释剂，以及液态稀释剂，所述液态稀释剂在反应开始后蒸发。
14.如权利要求1所述的反应器，其中至少部分所述稀释剂输送部分的至少一部分位于所述反应器第一反应物输送部分的上游。
15.如权利要求14所述的反应器，其中部分所述稀释剂在到达所述第一和第二反应物之间的快速反应的发生位置之前蒸发。
16.如权利要求1所述的反应器，其中对所述的稀释剂孔分布进行设置，从而使所有的所述稀释剂都在到达与所述输送管轴成横向的方向上的蒸发轴向距离的特定分布之前蒸发。
17.如权利要求1所述的反应器，其中对一个或多个参数的分布加以设置，使所有所述稀释剂在到达所述特定蒸发距离分布之前蒸发，所述参数选自稀释剂孔尺寸、稀释剂密度、穿过所述孔的输送压力落差及管状部分间隙。
18.如权利要求1所述的反应器，其中所规定的第一流体分布的标准偏差在超过80％的所述输送管横截面积上的变化小于质量流量的15％。
19.如权利要求1所述的反应器，还包括至少一个管状部分，每个管状部分具有一个有效外表面和多个内壁，所述内壁限定了多条用于所述反应物流体或所述稀释剂流体的液态或气态流体的流动路径。
20.如权利要求1所述的反应器，其中稀释剂流体和反应物流体经由至少两个或更多个通道进行输送。
21.如权利要求1所述的反应器，还包括点火器，其配置成用来点燃所述第一流体和第二流体之间的反应。
22.如权利要求1所述的反应器，其中所述反应物分布部分的至少一个管状部分邻近于所述稀释剂分布部分的至少一个稀释剂管状部分，从而为所述反应物分布部分的至少一部分提供温度控制。
23.如权利要求22所述的反应器，其中至少一个稀释剂管状部分的至少一部分配置为靠近至少一个反应物分布部分的至少一部分，其中对所述第一、第二流体的温度进行限制，并减少不必要的反应产物以避免堵塞所述反应物孔。
24.如权利要求1所述的反应器，其中对所述稀释剂孔朝向的横向分布进行设置，以在至少一个横向方向对所述稀释剂输送的分布进行控制。
25.如权利要求1所述的反应器，其中所述的稀释剂孔具有朝外或者朝内的锥角，并且这些锥角的横向分布在至少一个所述横向方向上是变化的。
26.如权利要求1所述的反应器，其中在所述反应器中还包括至少一个换热系统。
27.如权利要求1所述的反应器，其中所述的换热壁还包括隔离层、一个或多个辐射护罩、开孔的辐射护罩之中的一种或多种，其能用来控制所述壁的换热性能，对隔离层的热阻、所述开孔的辐射护罩的开孔程度以及辐射护罩的数目分布之中的一个或多个进行设置，以控制所述高能流体和所述换热壁之间的热传递。
28.如权利要求1所述的反应器，其中所述反应器系统还包括位于一个或多个稀释剂管状部分之间的狭窄通道，这些稀释剂管状部分位于所述流体输送管内的第一流体和第二流体形成可反应混合物的位置的下游，所述狭窄通道的尺寸设置为可抑制火焰向狭窄通道的上游蔓延。
29.如权利要求1所述的反应器，其中所述输送管还包括能降低所述第二流体的速度的扩散器，该扩散器至少部分位于所述反应物分布部分的上游。
30.如权利要求29所述的反应器，其中所述扩散器包括多个分流翼片，这些分流翼片配置成用来形成多个影响第二流体在其中的流动速度的扩散器通道。
31.如权利要求29所述的反应器，其中所述的多个扩散器通道配置成用来在所述扩散器下游的至少一个横向方向获得所需的所述第二流体轴向质量流率的横向分布。
32.如权利要求29所述的反应器，其中所需第二流体横向分布是均匀分布。
33.如权利要求29所述的反应器，其中所需第二流体横向分布在位于所述扩散器下游的输送管管壁附近要高于所述输送管中心处。
34.如权利要求29所述的反应器，配置了多个扩散器通道，其配置成用来在所述输送管中获得轴向质量流率的横向分布，其中该轴向质量流率的标准偏差小于规定轴向质量流率的15％，该结果是在位于所述扩散器下游及所述反应开始处上游的输送管横截面内评估的。
35.如权利要求29所述的反应器，其中所述多个扩散器通道中每一个均限定了入口面积和出口面积，其中对每一扩散器通道的出口面积对进口面积的比值进行设置，以在所述扩散器下游的至少一个所述横向方向上获得所需的第二流体轴向质量流率的横向分布。
36.如权利要求29所述的反应器，其中所述多个扩散器通道中每一个均限定相邻扩散器通道壁之间的坡口角度为约4-14度。
37.如权利要求29所述的反应器，其中至少一个稀释剂管状部分的至少一部分接近并基本上垂直于构成所述扩散器通道的分流翼片的下游边缘。
38.如权利要求29所述的反应器，其中至少一个稀释剂管状部分的至少一部分接近并基本上平行于构成所述扩散器通道的分流翼片的下游边缘。
39.如权利要求29所述的反应器，其中所述稀释剂输送系统的至少一部分位于所述扩散器出口的下游及所述燃料输送系统的至少一部分的上游。
40.使第一反应物与第二反应物反应的方法，该方法还将稀释剂流体与所述第一反应物和第二反应物两者中至少一种以及反应产物混合形成产物流体，其中所述方法包括：
提供反应器；其具有轴向方向和与之相互区别的第一和第二横向方向，所述第一和第二横向方向限定了通过轴上某位置的平面，该平面在所述反应内表面内的面积限定了所述反应在所述轴位置的横截面积；
提供第一反应物输送系统，其用于向所述反应器输送含有所述第一反应物的第一反应流体；
提供第二反应物输送系统，其用于向所述反应器输送含有所述第二反应物的第二反应流体；
提供稀释剂输送系统，其用于向所述反应器输送所述稀释剂流体；
在至少一个所述横向方向控制进入所述反应器的所述第二反应物流体的空间输送；
在至少一个所述横向方向控制进入所述反应器的所述稀释剂流体的空间输送；及
其中通过控制所述第二反应物流体和稀释剂在至少一个所述横向方向的至少一种空间分布来在接近所述反应器出口的反应器截面的至少一个横向方向控制反应产物组成、温度、压力和速度中的至少一个。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述稀释剂流体包括流体水。
42.如权利要求40所述的方法，还包括通过控制输送经过所述稀释剂输送系统的稀释剂量来控制所述反应器的平均出口温度。
43.如权利要求40所述的方法，还包括通过声学激发所述反应器内的反应流体。
44.如权利要求43所述的方法，还包括将所述流体激发到至少10赫兹。
45.如权利要求40所述的方法，还包括对进入所述反应器的所述第二流体的空间输送进行调节，以减小所述反应器内的流体压力摆动。
46.如权利要求40所述的方法，还包括对进入所述反应器的所述稀释剂流体的空间输送进行调节以减小压力摆动。
47.如权利要求40所述的方法，还包括对所述反应进行电激发。
48.如权利要求47所述的方法，还包括生成火焰区域并将该火焰区域激发到至少2千赫兹。
49.如权利要求40所述的方法，还包括在所述反应器内提供扩散器，并在该扩散器出口附近以蒸汽形式输送部分所述稀释剂。
50.如权利要求40所述的方法，还包括在所述反应器内提供扩散器，并在该扩散器出口附近以液体形式输送部分所述稀释剂。
51.如权利要求40所述的方法，其中至少部分由所述稀释剂输送系统输送的液态稀释剂在进入所述反应器时仍未蒸发。
52.如权利要求40所述的方法，还包括向所述反应器输送液态和气态稀释剂，其中将所述液态稀释剂输送到气态稀释剂输送下游的反应器。
53.如权利要求40所述的方法，其中所述第二反应物输送系统和所述第二反应物输送系统配置成用来形成散布的可燃和不可燃区域，还包括提供横贯所述可燃和不可燃区域的可燃流体横向区域。
54.如权利要求40所述的方法，其中所述第一反应物包括含氧流体，所述第二反应物包括可燃燃料，且所述稀释剂包括可蒸发液体。
55.如权利要求40所述的方法，还包括在所述燃烧室内使所述第一反应物和所述第二反应物燃烧。
56.如权利要求40所述的方法，其中将所述稀释剂输送到火焰前沿的下游。
57.如权利要求40所述的方法，还包括通过控制离开稀释剂输送系统的稀释剂沿至少第一横向方向的轴向速度分布来控制所述稀释剂的蒸发。
58.如权利要求40所述的方法，还包括控制所述燃烧器中的稀释剂在至少一个所述横向方向的蒸发。
59.如权利要求40所述的方法，还包括向所述第二反应物输送系统或所述稀释剂输送系统提供高电压电源，并在所述反应器内产生高电压电场。
60.如权利要求59所述的方法，还包括振荡所述高电压电场。
61.如权利要求40所述的方法，还包括提供带有冷却剂通道的所述反应器，并且用随后输送到所述反应器的稀释剂来在所述反应器的某部分冷却其至少一部分。
62.如权利要求40所述的方法，还包括通过控制所述总稀释剂的焓变来控制离开所述燃烧器的高能流体的温度，其中所述焓变控制不依赖于输送到所述燃烧器的汽化稀释剂的流量。
63.流体输送系统，包括：
泵，其包括至少一个以往复或旋转方式运动的泵组件，所述泵组件在每个泵循环以流量输送分布输送流体，并能运行通过多个流体输送循环；
马达，该马达可运作地耦合到所述至少一个泵组件来产生所述往复或旋转运动；以及
控制器，该控制器可运作地连接到所述马达，以控制所述至少一个泵组件的往复或旋转运动；所述控制器配置成用来在单个泵循环内改变用于驱动所述至少一个泵组件的往复或旋转运动的马达动力或转矩的时间分布，从而控制由所述泵输送的物流的流量输送分布，其中相对于正弦马达驱动所述控制器能降低所述流量输送的波动。
64.如权利要求63所述的流体输送系统，还包括至少一个能够在每个马达循环提供至少一个位置参考的位置参考传感器，和至少一个能够确定所述马达组件的加速度、速度和位置之中的一个或多个的运动传感器，且所述控制器包括反馈途径，其利用所述传感器来改变所述流体输送循环中的所述至少一个泵组件的往复或旋转运动的马达驱动。
65.如权利要求64所述的流体输送系统，其中所述运动传感器在每个泵循环能够提供至少1000次测量。
66.如权利要求64所述的流体输送系统，其中所述控制器每秒能够改变所述马达转矩至少1000次。
67.如权利要求64所述的流体输送系统，其中所用马达位置传感器在每个泵循环能以至少0.05％的分辨率进行至少2000次测量，并且所述控制器能够以每秒至少2000次的闭环带宽来改变所述马达转矩。
68.如权利要求63所述的流体输送系统，其中马达转子的转矩对惯量的比值至少为10,000秒-2。
69.如权利要求63所述的流体输送系统，其中用可蒸发的冷却剂来冷却马达转子和定子，并且所述马达转子的转矩对惯量的比值至少为30,000秒-2。
70.如权利要求63所述的流体输送系统，其中所述泵能输送至少一种含有反应物和稀释剂液体的反应物液体。
71.如权利要求63所述的流体输送系统，其中所述泵包括能输送含反应物的反应物流体的第一泵组件，和能输送稀释剂液体的第二泵组件。
72.如权利要求71所述的流体输送系统，其中所述泵包括由带有第一马达传感器的第一马达转子驱动的第一泵组件，和由带有第二马达传感器的第二马达转子驱动的第二泵组件，其中所述控制器能分别控制所述马达转子。
73.如权利要求70所述的流体输送系统，其中所述泵与伸长的流体分布组件结合，所述流体分布组件包括众多用于将所述液体送入周围空间的孔。
74.如权利要求73所述的流体输送系统，其中将所述伸长的流体分布组件配置为具有横向尺寸的空间阵列，其中所述泵放置在所述分布阵列中心的横向尺寸距离内。
75.设计反应器的方法，所述反应器用来使至少两种经稀释剂稀释的反应物反应形成反应产物，所述反应器包括：
输送管，该输送管具有轴向方向及与该轴向方向相互区别的第一和第二横向方向，所述第一和第二横向方向限定了经过轴上某位置的平面，该平面在所述输送管内表面内的面积限定了所述输送管在所述轴位置的横截面积；
第一反应物分布部分，该部分包括至少一具有内表面和外表面、及多个从所述内表面延伸到所述外表面的第一流体分布孔的管状部分，所述内表面限定了所述第一流体的第一流动路径，且所述的多个第一反应物分布孔具有与至少一个所述横向方向有关的空间密度分布和尺寸分布；
稀释剂分布部分，该部分包括至少一具有内表面和外表面、及多个从所述内表面延伸到所述外表面的稀释剂孔的稀释剂管状部分，所述内表面限定了所述稀释剂的第一稀释剂流动路径，且所述的多个稀释剂孔具有与至少一个所述横向方向有关的空间密度分布和尺寸分布；
所述方法包括：
确定所需的含有第一反应物的第一反应物流体、含有第二反应物的第二反应物流体和稀释剂流体的输送质量流量，所述流体入口参数以及所需出口压力及离开所述反应器的反应产物流体的温度；
配置所述第一反应物分布部分；
配置所述输送管，其限定了所述第二流体的第二流动路径；
确定所述第二流体的轴向速度与至少一个所述横向方向有关的横向分布；
配置所述稀释剂分布部分；
配置所述第一反应物孔与至少一个所述横向方向有关的空间密度分布和尺寸分布；以及
配置所述稀释剂孔与至少一个所述横向方向有关的空间密度分布和尺寸分布；
其中在至少一个所述横向方向获得第二反应物浓度对第一反应物浓度的组成比及所述产物流体温度之中至少一个与至少一个所述横向方向相关的所需横向分布。
76.使第一反应物与第二反应物反应的方法，该方法还将所述第一反应物和第二反应物中至少一个与稀释剂流体及反应产物混合形成产物流体，其中所述方法包括：
提供反应器；其具有轴向方向和与之相互区别的第一和第二横向方向，所述第一和第二横向方向限定了通过轴上某位置的平面，该平面在所述反应内表面内的面积限定了所述反应器在所述轴位置的横截面积；
提供第一反应物输送系统，其用于向所述反应器输送含有所述第一反应物的第一反应流体；
提供第二反应物输送系统，其用于向所述反应器输送含有所述第二反应物的第二反应流体；所述第二反应物输送系统包括具有多个通道的扩散器；
提供稀释剂输送系统，其用于向所述反应器输送所述稀释剂流体；
在至少一个所述横向方向控制进入所述反应器的所述第一反应物流体的空间输送；
在至少一个所述横向方向控制进入所述反应器的所述稀释剂流体的空间输送；及
其中控制所述第二反应物流体和稀释剂中至少一种在至少一个所述横向方向的空间分布，其中在接近所述反应器出口的反应器截面的至少一个横向方向控制反应产物组成、温度、压力和速度其中至少一种。
77.准确控制由两个反应物流体之间的反应形成的反应流体的组分的方法，包括：
经由位于所述反应器中的输送管内的反应物分布式接触器将第一液态反应物送入反应器；
经由多个流体通道将第二流体共反应物送入所述输送管中；该输送管具有轴向方向及与该轴向方向相互区别的第一和第二横向方向，所述第一和第二横向方向限定了经过轴上某位置的平面，该平面在所述输送管内表面内的面积限定了所述输送管在所述轴位置的横截面积；
对所述反应物分布式接触器进行设置从而在至少一个所述横向方向控制所述第一液态反应物向所述反应器的空间输送；以及
测量所述反应物和所述共反应物两者之一的残留组分浓度；
其中所测量的残留组分浓度小于所述反应器内所述反应上游的反应物或共反应物浓度的15％；
其中测量所述残留组分浓度的传感器能以小于所述总流量的±0.5％的不确定度测量所述残留组分浓度；
以小于所述总流量的±1％的不确定度来测量第一反应物的质量流量；
在横跨所述反应器出口的多个位置获取足量的所述反应产物样品以测量所述残留组分浓度，其对第二反应物与第一反应物比例的不确定度为约±1％。
78.如权利要求40所述的方法，还包括控制稀释剂流体和第一反应物流体向所述反应器的输送，从而将所述反应器内的压力控制在所述特定压缩机湍振界限内，超过该界限会在所述第二反应物输送系统中造成湍振。
79.如权利要求78所述的方法，还包括控制稀释剂流体和第一反应物流体的输送，从而将所述反应器内的压力控制在所述特定压缩机湍振界限内并控制所述产物流体的温度。
80.如权利要求78所述的方法，还包括控制稀释剂流体和第一反应物流体向所述反应器的输送的空间分布，其中将所述反应器内的压力在至少一个所述横向方向的分布控制在所述特定压缩机湍振界限内，并控制所述产物流体在至少一个所述横向方向的温度分布。
81.控制加压反应器的方法，包括：
提供反应器；其具有轴向方向和与之相互区别的第一和第二横向方向，所述第一和第二横向方向限定了通过轴上某位置的平面，该平面在所述反应内表面内的面积限定了所述反应在所述轴位置的横截面积；
提供第一反应物输送系统，其用于向所述反应器输送含有第一反应物的第一反应流体；
提供第二反应物输送系统，其用于向所述反应器输送含有第二反应物的第二反应流体；
提供稀释剂输送系统，其用于向所述反应器输送所述稀释剂流体；
将第一反应物和第二反应物反应形成反应产物；
将稀释剂流体与所述第一反应物和第二反应物两者中至少一种及反应产物混合形成含有反应产物和稀释剂的产物流体；
并且控制稀释剂流体和第一反应物流体向所述反应器的输送，从而将所述反应器内的压力控制在特定压缩机湍振界限内，超过该界限会在所述第二反应物输送系统中造成湍振。
82.如权利要求81所述的方法，还包括对所述产物流体温度的控制。
83.如权利要求81所述的方法，还包括在至少一个所述横向方向控制第二反应物流体向所述反应器的输送的空间分布，以及在至少一个所述横向方向控制稀释剂流体向所述反应器的输送的空间分布，其中通过控制所述第二反应物流体和稀释剂中至少一种在至少一个所述横向方向的空间分布来在接近所述反应器出口的反应器截面的至少一个横向方向控制反应产物组成、温度、压力和速度中的至少一种。
84.如权利要求83所述的方法，还包括控制稀释剂流体和第一反应物流体向所述反应器的输送的空间分布，其中将所述反应器内压力在至少一个所述横向方向的空间分布控制在所述特定压缩机湍振界限内，并控制所述产物流体在至少一个所述横向方向的温度的空间分布，所述空间分布对应至少一个所述横向方向。
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