JP2006523294A - 反応装置 - Google Patents
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Abstract
熱的に希釈された発熱反応装置システムは、分散穿孔接触器チューブまたはダクトにより燃焼器内に分布された多数の噴出孔を含む。穿孔接触器は、希釈剤流体および１つまたは複数の反応物質流体を送出して酸化剤流体と混合する。穿孔チューブの周囲の多数の微小噴流は、反応物質流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の組成を送出、混合、および、制御する。反応装置は、軸に沿った方向、および、１つまたは２つの横方向における組成プロファイル、組成比プロファイル、および、温度プロファイルの１つまたは複数を制御し、温度勾配を低減し、かつ、パワー、効率、および、排出物を改善する。
Description
本出願は、２００４年１月２２日出願の仮出願第６０／４４２０９６号明細書および２００４年１月２４日出願の仮出願第６０／４４２８４４号明細書の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で優先権を主張する。
本発明は、一般にいくつかの流体を一緒に制御混合する方法、および、それらの流体における化学反応および／または物理的変化を全般的に実施および制御する方法に関する。
多くの物理的および化学的な工程は、第１の流体の、および、２つ以上の流体の一緒の混合体の送出を必要とする。このような工程での混合の有効性は多くの物理現象に左右される。混合は、混合される液体の表面積または（例えば、液体、蒸気、および／または、気体などの）各流体間の界面面積に左右されることがある。直接接触している２つの流体間の熱交換の場合、工程は、２つの流体間の界面面積に、したがって、固有界面面積（質量当たりの表面積）に一部左右される。他の例において、液体と気体性流体との間の化学反応は、液体から蒸発した蒸気とその周囲の気体性流体との間に典型的に発生する。
２つの流体を一緒に混合するための伝統的な方法は、第１の流体を第２の流体に噴射するように配列された比較的少数の噴射ノズルに依存する。このような方法は、局所濃度が所望の平均濃度よりも高いか、または、低い可能性のある領域を生成する。このような不連続は、所望の物理的または化学的な工程に悪影響を及ぼす可能性がある。２つ以上の流体の一緒の混合を改善するための装置および方法に対する必要性がある。
関連するいくつかの燃焼器は、小さな液滴を作成し、かつ、酸化剤を含有する流体または「酸化剤流体」中にそれらの液滴を分配するために、燃焼器内に液体もしくは気体性燃料および／または液体もしくは蒸気希釈剤を噴霧または噴射するための少数の噴射器を使用している。例えば、ジーゼル燃料および水または水蒸気の圧縮空気中への噴霧である。高速噴射を使用した渦巻き、薄い円錐、または、空気の補助は、噴射器の噴出孔より小さな液滴を形成するために様々に使用されている。このような対策を使用しても、与えられたいかなる流体の流体送出の所望の横方向の分布も得ることは困難である。これに対応して、所望の組成または第１の流体に対する第２の流体の比、特に空間的に所望の組成を得ることは困難である。
燃焼などの発熱反応を使用すると、燃料および酸化剤に対する断熱「火炎」または反応温度がしばしば高くなり、そのため、希釈剤がしばしば使用されている。しかし、従来の慣行は、燃焼器を出る高エネルギー流体の温度および酸化剤の組成の空間的または横方向の分布を制御することが困難であることを見出している。これに対応して、局所的に高い温度から形成される窒素の酸化物などの排出物質における困難性がある。同様に、より低温の部分から、および、関連技術の燃焼器における酸素の不足から残される未燃焼の炭化水素の排出を制御することがしばしば困難である。
したがって、本発明の１つの実施形態は、流体、酸化剤含有流体、および、希釈剤含有流体を含む燃料を送出および混合するための多数の噴出孔の空間分布を含んだ、燃焼器または発熱反応装置システムに関する。分散されたこれらの噴出孔は、１つまたは複数の燃料、酸化剤、および、希釈剤の流体の１つまたは複数の流体送出分布を、送出、混合、および、制御する。分散された噴出孔は、穿孔された１つまたは複数の接触器チューブ内で通路に沿って、かつ、これの周囲に定置することができる。燃焼器は、１つまたは複数の所望の流体組成比分布、温度プロファイル、および、温度勾配を制御し、流量、組成、および、温度の不確実性を低減し、かつ、１つまたは複数の副生成物または汚染物質を削減する。
本発明の特定の実施形態は、以下の長所の１つまたは複数を含むことができる。流体の組成、混合、および、温度の空間分布を改善する。２つ以上の流体の混合の程度および比の空間分布を改善し、それにより、特に発熱反応に対して、有効率、均一性、および、少なくとも２つの流体間の反応の程度を改善する。例えば、空気または酸素濃縮空気中での天然ガスまたはジーゼル燃料の燃焼である。発熱反応装置内の１つまたは複数の反応流体を基準とした希釈剤流体の導入の均一性、混合の程度、および、空間分布を改善する。例えば、燃料流体と空気または酸素濃縮空気との混合物中への水の送出である。平均反応装置出口温度を下回る反応流体の温度を改善し、それにより、部分的反応の生成物を削減する。例えば、平均燃料器出口温度を下回る燃焼ガスの温度を上昇させ、それにより、反応率の均一性を改善し、それにより、未燃焼炭化水素および一酸化炭素といった排出物質などの副生成物を削減する。予備混合された燃焼の安定性限界または迅速反応限界をもたらす濃度よりも高い希釈剤流体濃度を備えた高エネルギー流体を送出する。平均反応装置出口温度を超えている反応装置内の高エネルギー流体の温度および滞留時間を低減し、それにより、副生成物の形成を削減する。例えば、平均燃焼器出口温度（タービン取入れ口温度）を超えている燃焼ガスの温度および滞留時間を低減し、それにより、ＮＯｘの形成および排出を削減する。反応が不活性になる比および／または反応停止（「消火」）比を超えた反応物質流体に対する液体および／または気体性希釈剤流体の合計比を使用して、反応流体および反応生成物を冷却し、それにより、これらの流体を使用する従来技術よりも大きな冷却と低反応性の流体および／または生成物温度とを提供する。特定の熱反応パワーに対して発熱反応装置内に噴射される気体性熱希釈剤を低減し、それにより、反応装置にわたって反応流体の圧力降下からのエネルギー損失を低減し、かつ、システムの熱力学的効率を上昇させる。例えば、燃焼器への希釈剤空気を低減する。特定のパワーに対する燃焼器の保全性のために流体を冷却する必要性を低減し、それにより、燃焼器にわたって高エネルギー流体の圧力降下およびエネルギー損失を低減し、対応する圧縮パワー、圧力、および、ポンプ損失を低減し、したがって、システムの熱力学的効率を上昇させる。燃焼器出口にわたって高エネルギー流体の温度の変化（タービン取入れ口温度に対する「パターン係数」）を低減し、特定の平均燃焼器出口温度に対するピーク燃焼器出口温度を低下させ、それにより、タービン構成部分の損傷を低減する。ピーク燃焼器出口に対する平均の比を上昇させ、最大動作空間ピークタービン取入れ口温度（ＴＩＴ）に対して平均タービン取入れ口温度を上昇させ、それにより、システムの熱力学的効率を上昇させる（すなわち、パターン係数を低減する）。温度制御の精度を改善し、時間に従った燃焼器出口温度（タービン取入れ口温度）の不確実性を低減し、それにより、タービンブレードおよび羽根の温度に対する制御を改善し、したがって、構成部分の寿命を改善し、修理および交換の費用を削減し、かつ、純収入の現在価値を向上させる。
他の実施形態は、以下の長所の１つまたは複数を提供することができる。燃焼器出口高エネルギー流体温度プロファイルをタービンの羽根およびブレードの所望の運転温度プロファイルにより近く構成し、それにより、平均タービン取入れ口温度およびシステムの熱力学的効率を上昇させる。燃焼器の壁への熱流束のピークの大きさおよび分布を低減し、したがって、燃焼器壁の冷却、燃焼器壁の周囲およびそれに沿った温度分布、ならびに、それらの流束、温度、および、分布の時間的速度を低減し、それにより、燃焼器の応力疲労、酸化、資本費用、および、稼働とメンテナンスの費用を低減し、かつ、熱力学的効率を改善する。単位体積当たりの高エネルギー流体の平均エンタルピ、および、したがって特定の燃焼器出口温度（ＣＥＴ）およびタービン取入れ口温度に対する燃焼器を介した許容可能熱流量を増大させ、それにより、総タービン出力を上昇させる。希釈剤流体として使用されている過剰な気体性酸化剤流体を低減し、それにより、圧縮器のパワー、サイズ、資本費用、および、メンテナンス費用を低減し、かつ、システムの正味出力および効率を上昇させる。噴流を帯電させ、かつ、流体を混合するための静電的な方法を提供する。火炎または爆発が水送出システムの上流の予備混合された領域または微小液滴の燃料の領域に進行することを妨害または防止するための障壁を、燃料および酸化剤に効果的に提供する方法を提供し、それにより、システムの安全性を改善する。燃焼器および遷移区画壁を直接介した燃焼器内への希釈剤流体送出を排除し、熱の壁応力および穴応力の集中を排除する。燃焼器壁を冷却するのに必要な冷媒をポンプ送出するために必要な寄生ポンプ損失を低減し、それにより、システムの正味パワーおよび熱効率を上昇させる。噴射されたほとんどまたは全ての希釈剤流体を再生およびリサイクルし、それにより、（例えば水などの）希釈剤流体を購入および処理する費用を削減する。噴射された希釈剤流体を再生するために必要な圧力降下および／または寄生ポンプ損失を低減する。燃焼器を出る高エネルギー流体の温度および／または熱伝導特性の空間的および時間的な分布および変化を、低減および／または制御する。タービンのブレードおよび羽根の下流の加熱の空間的および時間的な分布および変化を低減および／または制御し、かつ、それに対応して、それらのブレードおよび羽根のクリープ、低サイクル疲労、高サイクル疲労、酸化、および、腐食を低減し、したがって、構成部分のメンテナンスおよび交換の費用を削減する。燃焼器、遷移部、および、タービンの構成部分の交換およびメンテナンスの費用を削減する。少なくとも１０Ｈｚのコヒーレントな音響励起が可能な空間的に分布した燃焼源を提供する。発熱反応装置内の圧力発振の発生および程度を低減し、それにより、設備の疲労、メンテナンスおよび交換の費用、ならびに、音響照射を低減する。
特定の実施形態の他の長所は、以下の１つまたは複数を含むことができる。燃焼器内の圧力発振を低減および制御し、それにより、燃焼器、遷移片、および／または、タービン構成部分の疲労、ならびに、関連構成部分のメンテナンスおよび交換の費用を低減する。組み合わされた高エネルギー流体の膨張と熱回収設備のサイズおよび占有面積とを低減し、それにより、動力系の総資本費用を削減する。希薄燃焼器に使用されている従来の火炎ホルダと比較して、より大きな流量において火炎を安定させることが可能な火炎ホルダを提供する一方、より小さなポンプ損失およびより少ない排出物質を達成する。点火を改善するために、火炎点火器から燃料酸化剤混合物中に熱噴流を噴出する方法を提供する。燃焼器内の不燃性混合物を架橋する方法を提供する。熱応力および排出物質を低減するために火炎ホルダにおける燃焼および発熱率を制御する。従来のシステムよりも大きな線形性、広範な周波数応答、および、大きな効率を備えた、燃焼ガスを音響的に調整する方法を提供する。材料を迅速に溶解、反応、および／または、混合させるための、音響反応装置および滞留室内での精密に制御された温度での制御された高圧発振を発生する。
特定の実施形態は、以下の１つまたは複数を含む目的または長所を有することができる。２つ以上の流体の送出に対する精密なタイミングの合った制御を提供し、それにより、流量の均一性および制御を改善する。１つまたは複数の混合流体の流量を精密に定量化する。流体の反応と共に変化する下流のパラメータを精密にモニタする。下流の流体反応パラメータから導出される反応物質の精密な質量比を見積もる。反応物質の質量比をモニタすることにより、第１の精密に制御された反応物質送出速度を基準とした第２の不完全に決定された反応物質流体流量の質量流量比を精密に制御し、それにより、反応を改善する。反応物質の導出された質量比に応じて、第１精密に制御された流体反応物質の流量に対して第２の流体反応物質の送出を精密に制御し、それにより、反応に対する制御を実質的に改善し、品質を改善し、かつ、副生成物を削減する。ポンプ速度の精密さおよび正確さを改善し、それにより、流量の測定における不確実性を改善する。温度制御および／または密度における不確実性を改善し、それにより、体積および質量流量における不確実性を改善する。流体流量の制御の正確さを改善する。流れの方向に交差する方向における空間的流体比の制御を管理し、それにより、全体的な流体比の制御を改善する。流れを横切って均一な混合要素を提供し、大きな流体発振を削減し、かつ、混合の均一性を改善する。より迅速な精密流体制御を提供し、それにより、時間に従った流体比の変化を低減する。流体流量を、その変動を含めて動的に制御する。流体流量およびその不確実性を正確に定量化する。液体流量を５００Ｈｚより良好に動的に制御する。流体流量を＋／−２％より良好に動的に制御する。動的流量の不確実性を＋／−４％より良好に見積もる。平均流体流量を＋／−１％より良好に動的に制御する。平均流量の不均一性を＋／−２％より良好に見積もる。流体を送出し、かつ、均一に混合するために必要なエネルギーを低減する。流体比の空間的および時間的な送出のより高い均一性を提供する。
従来技術に対して達成された本発明および長所を説明する目的のために、本発明の実施形態の特定の目的および長所が上記に説明されたことに注意されたい。当然、そのような目的または長所の全てが、必ずしも本発明のいずれかの特定の実施形態により達成することができるわけではないことが理解されよう。したがって、例えば、当業者は、本発明が、本明細書に教示されている１つの長所または１群の長所を達成または増やす形で、本明細書に教示または提案されている可能性のある他の目的または長所を必ずしも達成せずとも、具体化または実施できることを理解されよう。
このように要約された本発明の全体的性質ならびにその特徴および長所のいくつかを有しているが、特定の好ましい実施形態およびその修正は、本発明の１つの実施形態による特徴および長所を各々が有する以下の図面を参照して、本明細書の詳細な説明から当業者には明らかとなろう。
〔〔選択された構成部分および用語一覧〕〕
以下は、本発明のいくつかの実施形態を記述および説明するうえで利用されるいくつかの構成部分および特定の用語の一覧である。
２ 分散反応装置システムまたは分散接触器システム
３ 第１の流路
４ 第２の流路
５ 第３の流路
６ チューブ内部表面
７ チューブ外部表面
８ チューブ
９ チューブの軸
１０ 流体通路、穿孔接触器チューブまたは部材の周囲の分散噴出孔
１１ 第１または燃料流体分散噴出孔通路、燃料流体穿孔接触器チューブ
１２ 液体燃料分散噴出孔通路、液体燃料穿孔接触器チューブ
１３ 気体性燃料分散噴出孔通路、気体性燃料穿孔接触器チューブ
１４ 熱希釈剤流体分散噴出孔通路、希釈剤穿孔接触器チューブ
１５ 燃料流体通路
１６ 二連通路接触器穿孔チューブ
１７ 熱希釈剤通路
１８ 化合物二連通路接触器穿孔チューブ
１９ 架橋流体接触器穿孔チューブ
２０ 同心通路接触器穿孔チューブ
２１ 曲線穿孔チューブ区間または円弧
２２ 絶縁希釈剤接触器穿孔チューブ
２４ 絶縁希釈剤噴霧接触器穿孔チューブ
２６ 流線型三連通路接触器穿孔チューブ
２８ カスプ配置三連通路接触器穿孔チューブ
３０ チューブ壁
３１ チューブ内壁
３２ 肉薄チューブ壁区間
３３ チューブ側壁
３４ 熱障壁コーティング
３５ 機械的保護コーティング、磨耗または腐食障壁コーティング
３６ 内部チューブ補強体またはチューブ構造区間
３７ 外部チューブ支持体
３８ チューブ構造リブ
３９ 結束部
４０ フィン補強体または熱フィン
４２ ウェブ補強体
４４ 穿孔ウェブ
４６ フィン補強体チューブ
４８ 二連フィン補強体チューブ
５０ チューブ振動器
５４ 曲線柔軟供給チューブ
５６ 燃焼器
５７ 内部燃焼器取付け台
５８ 外部燃焼器取付け台
５９ 燃焼器壁
６０ 燃焼器ライナ
６１ チューブフィンライナ
６２ チューブフィン冷媒通路
６４ 平坦フィン
６６ 襞付きフィン
６７ フィン膨張用隙間
６９ 化合物巻包みライナ
７０ チューブフィン補強リブ
７２ 柔軟アレイ構造支持体
７４ チューブ接続穴
８０ 噴出孔（非円形開口部を含むことができる。）
８２ 燃料流体噴出孔または燃料噴出孔
８３ 熱希釈剤噴出孔または希釈剤噴出孔
８４ 軸に沿った噴出孔、主に軸に沿っている構成部分を備えた噴出孔
８５ 放射状噴出孔、主に放射状になった構成部分を備えた噴出孔
８６ 角度付き噴出孔、流れに対して垂直から大幅にずれた角度を持つ噴出孔
８７ より大きな噴出孔開口部
８８ 噴出孔入口
８９ より小さな噴出孔開口部
９０ 噴出孔出口
９１ 六角形噴出孔アレイ
９２ 直交または長方形噴出孔アレイ
９３ 柱状アレイ
９４ 流体サンプラチューブ
９６ サンプラ希釈剤接触器チューブ
１００ 火炎ホルダ、点火決定器、点火器、点火バーナ、または、点火用火炎
１０２ 修正トロイダル室
１０３ 内側凹面再差向け器
１０４ 燃料流体チューブ／通路
１０６ 熱希釈剤チューブ／通路、希釈剤チューブ通路、ダクト、または、部材
１０７ 酸化剤取入れ口ポート
１０８ 主酸化剤チューブ／通路
１１０ 点火用酸化剤チューブ／通路
１１１ 周上通路
１１２ 混合物送出ポート
１１４ 熱ガス吸入ポート
１１６ 熱ガス送出火炎チューブ
１１８ 火炎ホルダ構造支持体
１２０ 絶縁／熱障壁コーティング
１２１ 熱障壁「フィンガ」
１２２ 流線型シュラウド
１２４ 点火器
１２６ 点火器励起源
１３０ 流体ダクト
１３２ 流体ダクト壁
１３４ 流体ダクト入口燃焼器取入れ口、気化器取入れ口、飽和器取入れ口
１３６ 流体ダクト／燃焼器出口、燃焼器取出し口、気化器取出し口、飽和器取出し口
１４０ 合焦共鳴ダクト
１４２ バネフィン冷媒ダクト
１４４ 循環器ダクト、楕円ダクト、円筒形ダクト
１４５ 長方形ダクト
１４６ 環状ダクト
１４８ 希釈剤流体ダクト
１５０ 絶縁
１５２ 絶縁くさび
１５４ 絶縁リング
１５６ 絶縁タイル
１５８ 放射状絶縁バネ
１６０ 軸に沿った絶縁バネ
１６８ 燃焼器外部囲壁
１７０ 圧力容器
１７２ 圧力容器壁
１７６ 圧力容器フィードスルー
１７８ 圧力容器冷却システム
１８０ 様々な熱障壁
１８２ 様々な放射状遮蔽体、様々な穿孔熱遮蔽体、様々ないくつかの遮蔽体
１８４ 様々な絶縁熱障壁、様々な厚さ、様々な絶縁網羅域
１８８ 様々な熱伝導表面、様々な深さのフィン、様々ないくつかのフィン
１９２ 燃焼器シリンダ
１９４ ダクト滑動ポート、シリンダスロットポート
１９６ ダクト側面ポート、シリンダ側面ポート
２２０ 多通路化合物接触器チューブ
２２２ チューブ通路またはチューブダクト
２２４ 第１の流体チューブダクト、例えば、燃料流体チューブ通路
２２８ 第３の流体チューブダクト、例えば、熱希釈剤チューブ通路、希釈剤チューブ通路
２２９ 流線型延長部分またはキャップ
２３０ 流量制御弁
２３１ サブダクト弁
２４０ マニホルド
２４２ 燃料流体マニホルド
２４４ 熱希釈剤マニホルド、希釈剤マニホルド
２４６ 多通路マニホルド
２４７ 中央マニホルドヘッダ
２４９ マニホルド壁
２５０ マニホルド接続穴
２５４ 二次マニホルドまたはサブマニホルド
２５５ チューブダクト結合複合体
２５６ 取付け凹み／リッジ
２５７ 中部間ダクト
２５８ 結束体層
２５９ 化合物二次マニホルド
２６０ 直接接触器噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６１ 下流増大「喇叭型」凹面噴出孔アレイまたは凹面穿孔チューブアレイ
２６２ 「喇叭型」円錐噴出孔アレイまたは「喇叭型」穿孔チューブアレイ
２６３ 下流減少「漏斗型」凸面噴出孔アレイまたは凹面穿孔チューブアレイ
２６４ 「漏斗型」円錐噴出孔アレイまたは円錐穿孔チューブアレイ
２６５ 楕円平面噴出孔アレイ、楕円、擬似楕円、または、円形穿孔チューブアレイ
２６６ 長方形もしくは台形平面噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６７ 環状平面噴出孔アレイまたは環状平面穿孔チューブアレイもしくは区間
２６８ 長方形テントもしくはピラミッド型噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６９ 環状テント噴出孔アレイまたは環状テント穿孔チューブ区間もしくはアレイ
２７０ 楕円もしくは円筒形噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７１ カンもしくは「頂冠型」噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７２ カスプ配置噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７４ 噴出孔サブアレイまたは穿孔接触器チューブアレイモジュールもしくはアレイ区間
２７６ 加熱器チューブ
２７７ 内部加熱器チューブ壁
２７８ 外部加熱器チューブ壁
２７９ 加熱器チューブの列体または壁
２８０ 構造支持体
２９０ 微小旋回翼
２９１ チューブ外装「定間隔」「鞍型」板翼微小旋回翼
２９２ 「座位」鞍型板翼微小旋回翼
２９３ チューブ間「定間隔」「Ｔシャツ型」羽根微小旋回翼
２９４ 「座位」Ｔシャツ型微小旋回翼
２９６ 微小旋回翼リブ
２９７ 微小旋回翼板翼
２９８ 微小旋回翼羽根
２９９ 小型旋回翼
３００ 高電圧電源
３０２ 接地電極
３０４ 正電極
３０６ 負電極
３０８ 第１の電圧電極
３１０ 第２の電圧電極
３１２ 第３の電圧電極
３１４ 支持絶縁体
３１６ 高電圧フィードスルー
３２０ 燃焼器電極、分配器電極
３２２ 燃料流体アレイ電極
３２４ 希釈剤アレイ電極
３２６ グリッド電極
３２８ 冷却されたチューブ状電極
３３０ 軸に沿った電極
３３２ 周辺電極
３３４ ダクト中央電極
３４０ 伝導性液体隔離体
３４２ 接地済み供給ポンプ
３４３ 穿孔液体分配器
３４４ 隔離液滴塔
３４６ 希釈剤回収器、液体希釈剤、または、液滴回収器
３４８ 絶縁支持体
３５０ 上昇された電圧供給ポンプ
３６０ 第１の流体送出システムまたは燃料送出システム
３６１ 第３の流体送出システムまたは希釈剤送出システム
３７０ 圧力／流量調整器
３７２ 点火用火炎／火炎ホルダ燃料送出システム
３７３ 点火用火炎／火炎ホルダ熱希釈剤送出システム
３７４ 回転式作動器
３７６ 回転ポンプヘッド
３７７ ポンプロータ
３７８ 線形作動器
３７９ ソレノイド
３９０ 流体フィルタ、気体フィルタ、または、空気フィルタ
３９２ 噴霧式直接接触器フィルタ
３９４ 流量均一化器／修正器
４００ 酸化剤送出システムとも呼ばれる第２の流体送出システム
４０４ 分散接触器予備冷却器
４０６ 送風機
４０７ 圧縮器
４０８ 第１の／低圧圧縮器
４０９ 送風機／圧縮器吸入口／入口
４１０ 第１の相互冷却器
４１２ 第２の／中圧力圧縮器
４１４ 第２の相互冷却器
４１６ 第３の／高圧圧縮器
４１７ 後段冷却器
４１８ 点火用／火炎ホルダ酸化剤送出システム
４２０ ディフューザ
４２１ ディフューザ羽根または分割器羽根
４２２ 混合領域または接続ダクト
４２４ 燃焼室
４２６ 平衡区画または遷移区画／片
４２９ ディフューザ羽根支持体
４４０ エキスパンダ（タービンまたはエンジン）
４４４ 低圧タービン
４４６ タービンステージ
４４８ タービン羽根（「ノズル」）
４５０ タービンブレード（「当て盤」）
４６６ ギヤ列
４６８ 可変速駆動装置
４７０ 熱交換器または熱回収システム
４８０ 濃縮器
４８４ 直接接触濃縮器
４８５ 冷却熱交換器、冷却ジャケット
５００ 発電機
５０２ 再圧縮器
５５０ 物理パラメータセンサまたはトランスデューサ
５５２ 圧力センサまたはトランスデューサ
５５４ 差分圧力センサまたはトランスデューサ
５５８ 温度センサまたはトランスデューサ
５６０ 第１の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、燃料流体流量センサ
５６２ 第２の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、酸化剤流体流量センサ
５６４ 第３の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、熱希釈剤流体流量センサ
５７０ 組成センサまたはトランスデューサ
５７２ 酸素センサまたはトランスデューサ
５７４ ＮＯｘセンサまたはトランスデューサ
５７６ 一酸化炭素センサまたはトランスデューサ（ＣＯ）
５８０ 運動センサ／速度計
５８２ ポンプ位置センサもしくはトランスデューサ、または、速度計、あるいは、回転式エンコーダ
５８４ 圧縮器／送風機位置もしくは速度計、または、トランスデューサ
５８６ 流量調整器制御センサまたはトランスデューサ（例えば、位置／運動センサ）
５８８ 制御システム
５９０ 制御装置
５９２ 第１の流体制御装置、例えば、燃料流体制御装置
５９４ 第２の流体制御装置、例えば、酸化剤流体制御装置
５９６ 第３の流体制御装置、例えば、熱希釈剤流体制御装置
６００ モータ
６０２ ロータ
６０４ 強化巻包み体
６０６ ロータシャフト
６０８ 固定子
６１２ 空洞コアベアリング
９０１ 流体を含む第１の反応物質、または、流体を含む燃料の１つまたは複数を一般に含み、任意で熱希釈剤を含み、本明細書においては総称的に「燃料流体」とも呼ばれる第１の流体（例えば、典型的に燃料穿孔チューブまたはダクトを通過し、かつ、噴出孔から外に出る、燃料および熱希釈剤を含む気体性、液体、もしくは、流動化粉末状の燃料または混合物）。
９０２ 希釈された第１の流体、すなわち、熱希釈剤流体を含む一般に第１の流体または燃料流体（例えば、水素、一酸化炭素、窒素および過剰空気、ならびに、エタノールに溶解された水の混合物としての発生炉ガス）
９０３ 点火用第１の流体、すなわち、第１の反応物質または燃料流体の１つまたは複数を一般に含む第１の流体流量の小さな部分であり、本明細書においては総称的に点火用燃料とも呼ばれる流体（例えば、第１の流体の一部、または、より燃焼性の高い燃料流体のより小さな流量などの、典型的により小さな燃料流量）
９０４ 第２の流体、すなわち、第２の反応物質または酸化剤を含む一般に流体であり、熱希釈剤流体を任意で含み、本明細書においては総称的に「酸化剤流体」とも呼ばれ、かつ、「湿潤酸化剤」を含むことができる流体（例えば、１つまたは複数の穿孔チューブを横切る流体ダクトを典型的に通過するか、でなければ、酸化剤穿孔チューブを典型的に通過する、水蒸気または水と任意で混合された湿潤空気または酸素強化空気）。
９０６ 点火用第２の流体、すなわち、第２の流体よりも小さな流体流量であり、第２の反応物質または酸化剤の１つまたは複数を一般に含み、本明細書においては総称的に点火用酸化剤とも呼ばれる流体。
９０７ 第３の流体、すなわち、不活性流体、または、穏やかな酸化剤などの低反応性を持つ流体を含み、熱を吸収または供与でき、かつ、エンタルピおよび温度を変化させることができる本明細書においては総称的に「熱希釈剤」、「希釈剤流体」、または、「冷却希釈剤」とも呼ばれ、この希釈剤流体が気化可能である時には「蒸気希釈剤」および「液体希釈剤」として時々区別される一般に「熱希釈剤」または「希釈剤流体」（例えば、典型的に熱希釈剤穿孔チューブを通過して噴出孔から出る、水、水蒸気、過剰空気、二酸化炭素、または、燃焼の再循環された生成物）。
９０８ 点火用第３の流体、すなわち、熱希釈剤の１つまたは複数、および、時々は過剰酸化剤流体を一般に含み、本明細書においては点火用希釈剤と呼ばれる、第３の流体流量よりも小さな流体流量。
９０９ 希釈済み燃料混合物、すなわち、取入れ口での条件では不燃性となるように、かつ、加熱された際には可能に可燃となるように十分に希釈された流体を含む燃料。
９１１ 反応可能混合物、すなわち、第１の流体または燃料流体、および、第２の流体または酸化剤流体を含み、第３の流体または熱希釈剤を任意で含み、本明細書においては総称的に可燃混合物とも呼ばれる一般に流体である比較的迅速な反応が可能な流体（例えば、希薄な、および濃厚な可燃限界内の、湿潤空気と気体性燃料もしくは液体燃料との混合物、または、水蒸気燃料混合物）。
９１２ 反応中の流体、すなわち、２つ以上の反応物質流体を一般に含む、化学反応を経験中の流体。
９２０ 高エネルギー流体、すなわち、反応の生成物、ならびに第１の流体および第２の流体の残滓部分を含む一般に高温加圧流体であり、かつ、一般に熱希釈剤を含む、エネルギーを送出することが可能な流体（例えば、圧縮空気などの酸化物流体と燃料流体を燃焼し、かつ、水蒸気および過剰空位で希釈することにより形成された高温加圧流体）。
９２４ 膨張した流体、すなわち、タービンまたは往復エンジンなどのエキスパンダまたは運転エンジンの下流の流体で、排気流体または使用済み流体とも呼ぶこともできる。
９６０ 噴霧、噴流、および、液滴
９６２ 第１の流体の噴流、噴霧、微小噴流、または、微小噴霧
９６６ 第３の流体の噴流、噴霧、または、微小噴流
９７０ 領域
９７２ 燃料濃厚下位領域、希釈剤希薄下位領域
９７３ 燃料希薄下位領域、希釈剤濃厚下位領域
〔〔選択されたパラメータ〕〕
チューブ最小内部直径Ｄｉ
チューブ最小外部直径Ｄｏ
チューブ内部面積Ａｏ
チューブ壁厚Ｔ＝（Ｄｏ−Ｄｉ）／２
薄いチューブ壁厚ｔ
チューブ中央間の間隔Ｈ
チューブ間隙間Ｇ
噴出孔内部直径ｄｉ
噴出孔外部直径ｄｏ
噴出孔面積ａｏ
内部開口部での噴出孔内部圧力ｐｉ
外部開口部での噴出孔外部圧力ｐｏ
噴出孔中心間の間隔ｈ
噴出孔間隙間ｇ
噴出孔軸角度アルファ（ａ）
噴出孔横方向向き角度シータ（？）
噴出孔アレイ幅Ｗ
第１の横方向におけるプロファイル
放射状圧力分布Ｐｒ）
放射状速度分布Ｖｐｒ
放射状温度分布Ｔｐｒ
放射状密度分布Ｒｈｏｐｒ
放射状質量流量分布Ｍｄｐｒ
第２または周上横方向におけるプロファイル
周上圧力分布Ｐｐｃ
周上速度分布Ｖｐｃ
周上温度分布Ｔｐｃ
周上密度分布Ｒｈｏｐｃ
周上質量流量分布Ｍｄｐｃ
ディフューザ羽根間角度ベータβ
チューブ最小内部直径Ｄｉ
チューブ最小外部直径Ｄｏ
チューブ内部面積Ａｏ
チューブ壁厚Ｔ＝（Ｄｏ−Ｄｉ）／２
薄チューブ壁厚ｔ
チューブ中心間の間隔Ｈ
チューブ間隙間Ｇ
噴出孔内部直径ｄｉ
噴出孔外部直径ｄｏ
噴出孔面積ａｏ
内部開口部における噴出孔内部圧力ｐｉ
外部開口部における噴出孔外部圧力ｐｏ
噴出孔中心間の間隔ｈ
噴出孔間隙間ｇ
噴出孔軸角度アルファ（ａ）
噴出孔横方向向き角度シータ（？）
圧力分布Ｐ登録商標）
速度分布Ｖ登録商標）
温度分布Ｔ登録商標）
密度分布
質量流量分布
以下は、本発明のいくつかの実施形態を記述および説明するうえで利用されるいくつかの構成部分および特定の用語の一覧である。
２ 分散反応装置システムまたは分散接触器システム
３ 第１の流路
４ 第２の流路
５ 第３の流路
６ チューブ内部表面
７ チューブ外部表面
８ チューブ
９ チューブの軸
１０ 流体通路、穿孔接触器チューブまたは部材の周囲の分散噴出孔
１１ 第１または燃料流体分散噴出孔通路、燃料流体穿孔接触器チューブ
１２ 液体燃料分散噴出孔通路、液体燃料穿孔接触器チューブ
１３ 気体性燃料分散噴出孔通路、気体性燃料穿孔接触器チューブ
１４ 熱希釈剤流体分散噴出孔通路、希釈剤穿孔接触器チューブ
１５ 燃料流体通路
１６ 二連通路接触器穿孔チューブ
１７ 熱希釈剤通路
１８ 化合物二連通路接触器穿孔チューブ
１９ 架橋流体接触器穿孔チューブ
２０ 同心通路接触器穿孔チューブ
２１ 曲線穿孔チューブ区間または円弧
２２ 絶縁希釈剤接触器穿孔チューブ
２４ 絶縁希釈剤噴霧接触器穿孔チューブ
２６ 流線型三連通路接触器穿孔チューブ
２８ カスプ配置三連通路接触器穿孔チューブ
３０ チューブ壁
３１ チューブ内壁
３２ 肉薄チューブ壁区間
３３ チューブ側壁
３４ 熱障壁コーティング
３５ 機械的保護コーティング、磨耗または腐食障壁コーティング
３６ 内部チューブ補強体またはチューブ構造区間
３７ 外部チューブ支持体
３８ チューブ構造リブ
３９ 結束部
４０ フィン補強体または熱フィン
４２ ウェブ補強体
４４ 穿孔ウェブ
４６ フィン補強体チューブ
４８ 二連フィン補強体チューブ
５０ チューブ振動器
５４ 曲線柔軟供給チューブ
５６ 燃焼器
５７ 内部燃焼器取付け台
５８ 外部燃焼器取付け台
５９ 燃焼器壁
６０ 燃焼器ライナ
６１ チューブフィンライナ
６２ チューブフィン冷媒通路
６４ 平坦フィン
６６ 襞付きフィン
６７ フィン膨張用隙間
６９ 化合物巻包みライナ
７０ チューブフィン補強リブ
７２ 柔軟アレイ構造支持体
７４ チューブ接続穴
８０ 噴出孔（非円形開口部を含むことができる。）
８２ 燃料流体噴出孔または燃料噴出孔
８３ 熱希釈剤噴出孔または希釈剤噴出孔
８４ 軸に沿った噴出孔、主に軸に沿っている構成部分を備えた噴出孔
８５ 放射状噴出孔、主に放射状になった構成部分を備えた噴出孔
８６ 角度付き噴出孔、流れに対して垂直から大幅にずれた角度を持つ噴出孔
８７ より大きな噴出孔開口部
８８ 噴出孔入口
８９ より小さな噴出孔開口部
９０ 噴出孔出口
９１ 六角形噴出孔アレイ
９２ 直交または長方形噴出孔アレイ
９３ 柱状アレイ
９４ 流体サンプラチューブ
９６ サンプラ希釈剤接触器チューブ
１００ 火炎ホルダ、点火決定器、点火器、点火バーナ、または、点火用火炎
１０２ 修正トロイダル室
１０３ 内側凹面再差向け器
１０４ 燃料流体チューブ／通路
１０６ 熱希釈剤チューブ／通路、希釈剤チューブ通路、ダクト、または、部材
１０７ 酸化剤取入れ口ポート
１０８ 主酸化剤チューブ／通路
１１０ 点火用酸化剤チューブ／通路
１１１ 周上通路
１１２ 混合物送出ポート
１１４ 熱ガス吸入ポート
１１６ 熱ガス送出火炎チューブ
１１８ 火炎ホルダ構造支持体
１２０ 絶縁／熱障壁コーティング
１２１ 熱障壁「フィンガ」
１２２ 流線型シュラウド
１２４ 点火器
１２６ 点火器励起源
１３０ 流体ダクト
１３２ 流体ダクト壁
１３４ 流体ダクト入口燃焼器取入れ口、気化器取入れ口、飽和器取入れ口
１３６ 流体ダクト／燃焼器出口、燃焼器取出し口、気化器取出し口、飽和器取出し口
１４０ 合焦共鳴ダクト
１４２ バネフィン冷媒ダクト
１４４ 循環器ダクト、楕円ダクト、円筒形ダクト
１４５ 長方形ダクト
１４６ 環状ダクト
１４８ 希釈剤流体ダクト
１５０ 絶縁
１５２ 絶縁くさび
１５４ 絶縁リング
１５６ 絶縁タイル
１５８ 放射状絶縁バネ
１６０ 軸に沿った絶縁バネ
１６８ 燃焼器外部囲壁
１７０ 圧力容器
１７２ 圧力容器壁
１７６ 圧力容器フィードスルー
１７８ 圧力容器冷却システム
１８０ 様々な熱障壁
１８２ 様々な放射状遮蔽体、様々な穿孔熱遮蔽体、様々ないくつかの遮蔽体
１８４ 様々な絶縁熱障壁、様々な厚さ、様々な絶縁網羅域
１８８ 様々な熱伝導表面、様々な深さのフィン、様々ないくつかのフィン
１９２ 燃焼器シリンダ
１９４ ダクト滑動ポート、シリンダスロットポート
１９６ ダクト側面ポート、シリンダ側面ポート
２２０ 多通路化合物接触器チューブ
２２２ チューブ通路またはチューブダクト
２２４ 第１の流体チューブダクト、例えば、燃料流体チューブ通路
２２８ 第３の流体チューブダクト、例えば、熱希釈剤チューブ通路、希釈剤チューブ通路
２２９ 流線型延長部分またはキャップ
２３０ 流量制御弁
２３１ サブダクト弁
２４０ マニホルド
２４２ 燃料流体マニホルド
２４４ 熱希釈剤マニホルド、希釈剤マニホルド
２４６ 多通路マニホルド
２４７ 中央マニホルドヘッダ
２４９ マニホルド壁
２５０ マニホルド接続穴
２５４ 二次マニホルドまたはサブマニホルド
２５５ チューブダクト結合複合体
２５６ 取付け凹み／リッジ
２５７ 中部間ダクト
２５８ 結束体層
２５９ 化合物二次マニホルド
２６０ 直接接触器噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６１ 下流増大「喇叭型」凹面噴出孔アレイまたは凹面穿孔チューブアレイ
２６２ 「喇叭型」円錐噴出孔アレイまたは「喇叭型」穿孔チューブアレイ
２６３ 下流減少「漏斗型」凸面噴出孔アレイまたは凹面穿孔チューブアレイ
２６４ 「漏斗型」円錐噴出孔アレイまたは円錐穿孔チューブアレイ
２６５ 楕円平面噴出孔アレイ、楕円、擬似楕円、または、円形穿孔チューブアレイ
２６６ 長方形もしくは台形平面噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６７ 環状平面噴出孔アレイまたは環状平面穿孔チューブアレイもしくは区間
２６８ 長方形テントもしくはピラミッド型噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６９ 環状テント噴出孔アレイまたは環状テント穿孔チューブ区間もしくはアレイ
２７０ 楕円もしくは円筒形噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７１ カンもしくは「頂冠型」噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７２ カスプ配置噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７４ 噴出孔サブアレイまたは穿孔接触器チューブアレイモジュールもしくはアレイ区間
２７６ 加熱器チューブ
２７７ 内部加熱器チューブ壁
２７８ 外部加熱器チューブ壁
２７９ 加熱器チューブの列体または壁
２８０ 構造支持体
２９０ 微小旋回翼
２９１ チューブ外装「定間隔」「鞍型」板翼微小旋回翼
２９２ 「座位」鞍型板翼微小旋回翼
２９３ チューブ間「定間隔」「Ｔシャツ型」羽根微小旋回翼
２９４ 「座位」Ｔシャツ型微小旋回翼
２９６ 微小旋回翼リブ
２９７ 微小旋回翼板翼
２９８ 微小旋回翼羽根
２９９ 小型旋回翼
３００ 高電圧電源
３０２ 接地電極
３０４ 正電極
３０６ 負電極
３０８ 第１の電圧電極
３１０ 第２の電圧電極
３１２ 第３の電圧電極
３１４ 支持絶縁体
３１６ 高電圧フィードスルー
３２０ 燃焼器電極、分配器電極
３２２ 燃料流体アレイ電極
３２４ 希釈剤アレイ電極
３２６ グリッド電極
３２８ 冷却されたチューブ状電極
３３０ 軸に沿った電極
３３２ 周辺電極
３３４ ダクト中央電極
３４０ 伝導性液体隔離体
３４２ 接地済み供給ポンプ
３４３ 穿孔液体分配器
３４４ 隔離液滴塔
３４６ 希釈剤回収器、液体希釈剤、または、液滴回収器
３４８ 絶縁支持体
３５０ 上昇された電圧供給ポンプ
３６０ 第１の流体送出システムまたは燃料送出システム
３６１ 第３の流体送出システムまたは希釈剤送出システム
３７０ 圧力／流量調整器
３７２ 点火用火炎／火炎ホルダ燃料送出システム
３７３ 点火用火炎／火炎ホルダ熱希釈剤送出システム
３７４ 回転式作動器
３７６ 回転ポンプヘッド
３７７ ポンプロータ
３７８ 線形作動器
３７９ ソレノイド
３９０ 流体フィルタ、気体フィルタ、または、空気フィルタ
３９２ 噴霧式直接接触器フィルタ
３９４ 流量均一化器／修正器
４００ 酸化剤送出システムとも呼ばれる第２の流体送出システム
４０４ 分散接触器予備冷却器
４０６ 送風機
４０７ 圧縮器
４０８ 第１の／低圧圧縮器
４０９ 送風機／圧縮器吸入口／入口
４１０ 第１の相互冷却器
４１２ 第２の／中圧力圧縮器
４１４ 第２の相互冷却器
４１６ 第３の／高圧圧縮器
４１７ 後段冷却器
４１８ 点火用／火炎ホルダ酸化剤送出システム
４２０ ディフューザ
４２１ ディフューザ羽根または分割器羽根
４２２ 混合領域または接続ダクト
４２４ 燃焼室
４２６ 平衡区画または遷移区画／片
４２９ ディフューザ羽根支持体
４４０ エキスパンダ（タービンまたはエンジン）
４４４ 低圧タービン
４４６ タービンステージ
４４８ タービン羽根（「ノズル」）
４５０ タービンブレード（「当て盤」）
４６６ ギヤ列
４６８ 可変速駆動装置
４７０ 熱交換器または熱回収システム
４８０ 濃縮器
４８４ 直接接触濃縮器
４８５ 冷却熱交換器、冷却ジャケット
５００ 発電機
５０２ 再圧縮器
５５０ 物理パラメータセンサまたはトランスデューサ
５５２ 圧力センサまたはトランスデューサ
５５４ 差分圧力センサまたはトランスデューサ
５５８ 温度センサまたはトランスデューサ
５６０ 第１の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、燃料流体流量センサ
５６２ 第２の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、酸化剤流体流量センサ
５６４ 第３の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、熱希釈剤流体流量センサ
５７０ 組成センサまたはトランスデューサ
５７２ 酸素センサまたはトランスデューサ
５７４ ＮＯｘセンサまたはトランスデューサ
５７６ 一酸化炭素センサまたはトランスデューサ（ＣＯ）
５８０ 運動センサ／速度計
５８２ ポンプ位置センサもしくはトランスデューサ、または、速度計、あるいは、回転式エンコーダ
５８４ 圧縮器／送風機位置もしくは速度計、または、トランスデューサ
５８６ 流量調整器制御センサまたはトランスデューサ（例えば、位置／運動センサ）
５８８ 制御システム
５９０ 制御装置
５９２ 第１の流体制御装置、例えば、燃料流体制御装置
５９４ 第２の流体制御装置、例えば、酸化剤流体制御装置
５９６ 第３の流体制御装置、例えば、熱希釈剤流体制御装置
６００ モータ
６０２ ロータ
６０４ 強化巻包み体
６０６ ロータシャフト
６０８ 固定子
６１２ 空洞コアベアリング
９０１ 流体を含む第１の反応物質、または、流体を含む燃料の１つまたは複数を一般に含み、任意で熱希釈剤を含み、本明細書においては総称的に「燃料流体」とも呼ばれる第１の流体（例えば、典型的に燃料穿孔チューブまたはダクトを通過し、かつ、噴出孔から外に出る、燃料および熱希釈剤を含む気体性、液体、もしくは、流動化粉末状の燃料または混合物）。
９０２ 希釈された第１の流体、すなわち、熱希釈剤流体を含む一般に第１の流体または燃料流体（例えば、水素、一酸化炭素、窒素および過剰空気、ならびに、エタノールに溶解された水の混合物としての発生炉ガス）
９０３ 点火用第１の流体、すなわち、第１の反応物質または燃料流体の１つまたは複数を一般に含む第１の流体流量の小さな部分であり、本明細書においては総称的に点火用燃料とも呼ばれる流体（例えば、第１の流体の一部、または、より燃焼性の高い燃料流体のより小さな流量などの、典型的により小さな燃料流量）
９０４ 第２の流体、すなわち、第２の反応物質または酸化剤を含む一般に流体であり、熱希釈剤流体を任意で含み、本明細書においては総称的に「酸化剤流体」とも呼ばれ、かつ、「湿潤酸化剤」を含むことができる流体（例えば、１つまたは複数の穿孔チューブを横切る流体ダクトを典型的に通過するか、でなければ、酸化剤穿孔チューブを典型的に通過する、水蒸気または水と任意で混合された湿潤空気または酸素強化空気）。
９０６ 点火用第２の流体、すなわち、第２の流体よりも小さな流体流量であり、第２の反応物質または酸化剤の１つまたは複数を一般に含み、本明細書においては総称的に点火用酸化剤とも呼ばれる流体。
９０７ 第３の流体、すなわち、不活性流体、または、穏やかな酸化剤などの低反応性を持つ流体を含み、熱を吸収または供与でき、かつ、エンタルピおよび温度を変化させることができる本明細書においては総称的に「熱希釈剤」、「希釈剤流体」、または、「冷却希釈剤」とも呼ばれ、この希釈剤流体が気化可能である時には「蒸気希釈剤」および「液体希釈剤」として時々区別される一般に「熱希釈剤」または「希釈剤流体」（例えば、典型的に熱希釈剤穿孔チューブを通過して噴出孔から出る、水、水蒸気、過剰空気、二酸化炭素、または、燃焼の再循環された生成物）。
９０８ 点火用第３の流体、すなわち、熱希釈剤の１つまたは複数、および、時々は過剰酸化剤流体を一般に含み、本明細書においては点火用希釈剤と呼ばれる、第３の流体流量よりも小さな流体流量。
９０９ 希釈済み燃料混合物、すなわち、取入れ口での条件では不燃性となるように、かつ、加熱された際には可能に可燃となるように十分に希釈された流体を含む燃料。
９１１ 反応可能混合物、すなわち、第１の流体または燃料流体、および、第２の流体または酸化剤流体を含み、第３の流体または熱希釈剤を任意で含み、本明細書においては総称的に可燃混合物とも呼ばれる一般に流体である比較的迅速な反応が可能な流体（例えば、希薄な、および濃厚な可燃限界内の、湿潤空気と気体性燃料もしくは液体燃料との混合物、または、水蒸気燃料混合物）。
９１２ 反応中の流体、すなわち、２つ以上の反応物質流体を一般に含む、化学反応を経験中の流体。
９２０ 高エネルギー流体、すなわち、反応の生成物、ならびに第１の流体および第２の流体の残滓部分を含む一般に高温加圧流体であり、かつ、一般に熱希釈剤を含む、エネルギーを送出することが可能な流体（例えば、圧縮空気などの酸化物流体と燃料流体を燃焼し、かつ、水蒸気および過剰空位で希釈することにより形成された高温加圧流体）。
９２４ 膨張した流体、すなわち、タービンまたは往復エンジンなどのエキスパンダまたは運転エンジンの下流の流体で、排気流体または使用済み流体とも呼ぶこともできる。
９６０ 噴霧、噴流、および、液滴
９６２ 第１の流体の噴流、噴霧、微小噴流、または、微小噴霧
９６６ 第３の流体の噴流、噴霧、または、微小噴流
９７０ 領域
９７２ 燃料濃厚下位領域、希釈剤希薄下位領域
９７３ 燃料希薄下位領域、希釈剤濃厚下位領域
〔〔選択されたパラメータ〕〕
チューブ最小内部直径Ｄｉ
チューブ最小外部直径Ｄｏ
チューブ内部面積Ａｏ
チューブ壁厚Ｔ＝（Ｄｏ−Ｄｉ）／２
薄いチューブ壁厚ｔ
チューブ中央間の間隔Ｈ
チューブ間隙間Ｇ
噴出孔内部直径ｄｉ
噴出孔外部直径ｄｏ
噴出孔面積ａｏ
内部開口部での噴出孔内部圧力ｐｉ
外部開口部での噴出孔外部圧力ｐｏ
噴出孔中心間の間隔ｈ
噴出孔間隙間ｇ
噴出孔軸角度アルファ（ａ）
噴出孔横方向向き角度シータ（？）
噴出孔アレイ幅Ｗ
第１の横方向におけるプロファイル
放射状圧力分布Ｐｒ）
放射状速度分布Ｖｐｒ
放射状温度分布Ｔｐｒ
放射状密度分布Ｒｈｏｐｒ
放射状質量流量分布Ｍｄｐｒ
第２または周上横方向におけるプロファイル
周上圧力分布Ｐｐｃ
周上速度分布Ｖｐｃ
周上温度分布Ｔｐｃ
周上密度分布Ｒｈｏｐｃ
周上質量流量分布Ｍｄｐｃ
ディフューザ羽根間角度ベータβ
チューブ最小内部直径Ｄｉ
チューブ最小外部直径Ｄｏ
チューブ内部面積Ａｏ
チューブ壁厚Ｔ＝（Ｄｏ−Ｄｉ）／２
薄チューブ壁厚ｔ
チューブ中心間の間隔Ｈ
チューブ間隙間Ｇ
噴出孔内部直径ｄｉ
噴出孔外部直径ｄｏ
噴出孔面積ａｏ
内部開口部における噴出孔内部圧力ｐｉ
外部開口部における噴出孔外部圧力ｐｏ
噴出孔中心間の間隔ｈ
噴出孔間隙間ｇ
噴出孔軸角度アルファ（ａ）
噴出孔横方向向き角度シータ（？）
圧力分布Ｐ登録商標）
速度分布Ｖ登録商標）
温度分布Ｔ登録商標）
密度分布
質量流量分布
〔いくつかの例示的な定義〕
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、多くの技術用語を使用している。明確さを向上させるための尽力において、これらの用語のいくつかは、先ず本節において説明する。これらの技術用語が広義の用語であり、かつ、以下に提供されている定義に加えて通常の意味でも使用されていることを理解されたい。特定の特徴および構成部分の以下の定義は例示的なものであり、かつ、いかなる形でも限定するものとは考えられない。
噴出孔：チューブ、空洞などの口または開口；開口部
開口部：開放された場所または部分；穴；隙間；開口
開口：（１）開口部；穴；隙間、（２）カメラ、望遠鏡などにおいて光が通過してレンズに入る開口部、または、開口部の直径
穴：硬い本体、織物などにおける、または、これを介した開口部；穿孔；裂け目、亀裂；中空になった場所または空洞；掘削部分；窪み；Ｗｅｂｓｔｅｒ１９１３を再編。
ダクト：（１）気体または液体が移動するチューブ、流路、または、流溝；．．．（４）ワイヤまたはケーブルが通る、空気が循環または排気されるパイプまたは導管。
１マイクロ−メータまたはマイクロメータ（μｍ）＝１ミクロン＝１００万分の１メータ
１ナノ−メータまたはナノメータ（ｎｍ）＝１０億分の１メータ
１ミル＝千分の１インチ＝０．００１”＝２５．４μｍ
１マイクロ−インチまたはマイクロインチ＝０．０００，００１”＝２５．４ｎｍ
規定された：本明細書においては、所望もしくは必要の、規定された、所定の、予備選択された、または、その他で選択されたパラメータを一般的に指す。
曲線の：所望に応じて、１つまたは複数の線形および／または曲線性区間を含む線全体の形状。例えば、円錐区間、放物線の、楕円の、双曲線の、正弦波の、対数の、指数の曲線を含む線形、多項式、および／もしくは、超越的な関数を含む。
座標系：直交、円筒、球、環状、または、他の適した曲線座標系、あるいは、それらの組み合わせを含む、平面または空間的なダクトまたは他の流体送出システムを構成するために使用される系。
全噴出孔差分流体圧力Ｐｏｄａ：最小噴出孔８０を含む全ての噴出孔から流体を噴出させるために十分な噴出孔のアレイにわたる差分圧力。
等量比またはファイ：第２の反応物質に対する第１の反応物質の、または酸化物流体に対する燃料流体の化学量論的比を基準とした、第２の反応物質流量に対する第１の反応物質流量、または酸化物流体流量に対する燃料流体流量の比。すなわち、ラムダの逆数（例えば、空気に対するジーゼル燃料の化学量論的比を基準とした空気に対するジーゼル燃料の比）。
過剰酸化剤比、ラムダ、または、過剰空気比：第１の反応物質に対する第２の反応物質の化学量論的比、または燃料流体に対する化学量論的な酸化剤流体を基準とした、第１の反応物質または燃料流体流量に対する第２の反応物質または酸化剤流体流量の比。すなわち、ファイの逆数。
ラムダ分布：ラムダ、または燃料流体に対する酸化剤流体の相対的な化学量論的比の分布（例えば、燃料に対する酸素の化学量論的比を基準とした燃料に対する酸素の比）。
濃厚な混合物または組成：化学量論的比よりも多い燃料（または少ない酸化剤）を含む流体、すなわち、ラムダが１より小さいか、またはファイが１より大きい。
希薄な混合物または組成：化学量論的比よりも少ない燃料（または多い酸化剤）を含む流体、すなわち、ラムダが１より大きいか、またはファイが１より小さい。
希釈剤エンタルピの変化：熱容量、気化の潜熱、および化学的解離による変化の１つまたは複数を含む２つの状態間の希釈剤のエンタルピにおける変化。
固有希釈剤エンタルピの変化：２つの状態間の単位質量当たりのエンタルピにおける変化。
総希釈剤エンタルピの変化：個々の取入れ口条件から所望の燃焼器平均出口温度までの全ての希釈剤流体成分のエンタルピの変化であって、燃料および酸化剤ならびに燃焼の関連生成物を除き、かつ、熱希釈剤蒸気、熱希釈剤液体、（希薄な混合物における）過剰酸化剤流体、（濃厚な混合物における）過剰燃料流体、ならびに、空気中の窒素、アルゴン、および二酸化炭素などの酸化剤含有流体中の非酸化剤成分を含むいずれの他の非反応中成分を含む。
過剰な熱発生：燃焼生成物の温度を、燃焼器取出し口における高エネルギーガスの所望の温度に上昇させるために必要な熱より過剰な燃焼の熱。
燃焼の冷却：過剰な熱発生に等しく、かつ、全熱希釈剤成分のエンタルピにおける総増加量に等しい高温燃焼ガスのエンタルピにおける低下。
プロファイル：円筒形または環状ダクトにおける放射方向などの方向に沿ったパラメータの変化を記述する関数または分布。本明細書においては、他の横方向または軸方向に対しても、または、周方向などの方向に沿った「パターン」を記述するためにも使用することができる。
噴流放出断面積：流体噴流が噴出孔を出る際の流体噴流の正味断面積。
噴出孔流量係数：総噴出孔放出断面積に対する噴流放出断面積の比。
流体流量：質量に基づいた流体の流量の比、または、もし指定があれば、モルまたは体積比。
流体流量方向：流体流量方向の「上流」および「下流」は、流体ダクト１３０内の一次流の方向を一般に指す。すなわち、酸化剤含有流体９０４および高エネルギー流体９２０の全般的な流れの方向。
流体流量プロファイル：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った流体流量の分布。
流体流量比：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った２つの流体流量の比。
流体流量比プロファイル：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った２つの流体の比の分布。
流体流量比プロファイル範囲：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った上部および下部の流体流量比の範囲の分布。
噴出孔差分最小圧力Ｐｏｄｍ：最大噴出孔８０から流体を噴出するために十分な噴出孔のアレイにわたる差分圧力。
噴出孔差分流体分圧Ｐｏｄｐ：最小噴出孔ではなく、より大きな噴出孔８０のいくつかから流体を噴出するために十分な噴出孔のアレイにわたる差分圧力。
温度：流体のある点または平均温度におけるその流体の熱力学的温度。
温度プロファイル：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った流体中の温度の分布。
温度プロファイル範囲：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った上部温度プロファイルおよび下部温度プロファイル。
不確実性：国際的定義により評価された不確実性。例えば、ＮＩＳＴ ＴＮ １２８７を参照。
温度不確実性：流体または成分の温度における不確実性。
流量不確実性：流体流量における不確実性。
比不確実性：流体流量における不確実性。
降下率：最大流量に対する最小流量の比、または、最小流量に対する最大流量により除された流量の減少量として記述される。例えば、最大流量に対する最小流量の比１０％；降下率９０％；降下率１０：１。
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、多くの技術用語を使用している。明確さを向上させるための尽力において、これらの用語のいくつかは、先ず本節において説明する。これらの技術用語が広義の用語であり、かつ、以下に提供されている定義に加えて通常の意味でも使用されていることを理解されたい。特定の特徴および構成部分の以下の定義は例示的なものであり、かつ、いかなる形でも限定するものとは考えられない。
噴出孔：チューブ、空洞などの口または開口；開口部
開口部：開放された場所または部分；穴；隙間；開口
開口：（１）開口部；穴；隙間、（２）カメラ、望遠鏡などにおいて光が通過してレンズに入る開口部、または、開口部の直径
穴：硬い本体、織物などにおける、または、これを介した開口部；穿孔；裂け目、亀裂；中空になった場所または空洞；掘削部分；窪み；Ｗｅｂｓｔｅｒ１９１３を再編。
ダクト：（１）気体または液体が移動するチューブ、流路、または、流溝；．．．（４）ワイヤまたはケーブルが通る、空気が循環または排気されるパイプまたは導管。
１マイクロ−メータまたはマイクロメータ（μｍ）＝１ミクロン＝１００万分の１メータ
１ナノ−メータまたはナノメータ（ｎｍ）＝１０億分の１メータ
１ミル＝千分の１インチ＝０．００１”＝２５．４μｍ
１マイクロ−インチまたはマイクロインチ＝０．０００，００１”＝２５．４ｎｍ
規定された：本明細書においては、所望もしくは必要の、規定された、所定の、予備選択された、または、その他で選択されたパラメータを一般的に指す。
曲線の：所望に応じて、１つまたは複数の線形および／または曲線性区間を含む線全体の形状。例えば、円錐区間、放物線の、楕円の、双曲線の、正弦波の、対数の、指数の曲線を含む線形、多項式、および／もしくは、超越的な関数を含む。
座標系：直交、円筒、球、環状、または、他の適した曲線座標系、あるいは、それらの組み合わせを含む、平面または空間的なダクトまたは他の流体送出システムを構成するために使用される系。
全噴出孔差分流体圧力Ｐｏｄａ：最小噴出孔８０を含む全ての噴出孔から流体を噴出させるために十分な噴出孔のアレイにわたる差分圧力。
等量比またはファイ：第２の反応物質に対する第１の反応物質の、または酸化物流体に対する燃料流体の化学量論的比を基準とした、第２の反応物質流量に対する第１の反応物質流量、または酸化物流体流量に対する燃料流体流量の比。すなわち、ラムダの逆数（例えば、空気に対するジーゼル燃料の化学量論的比を基準とした空気に対するジーゼル燃料の比）。
過剰酸化剤比、ラムダ、または、過剰空気比：第１の反応物質に対する第２の反応物質の化学量論的比、または燃料流体に対する化学量論的な酸化剤流体を基準とした、第１の反応物質または燃料流体流量に対する第２の反応物質または酸化剤流体流量の比。すなわち、ファイの逆数。
ラムダ分布：ラムダ、または燃料流体に対する酸化剤流体の相対的な化学量論的比の分布（例えば、燃料に対する酸素の化学量論的比を基準とした燃料に対する酸素の比）。
濃厚な混合物または組成：化学量論的比よりも多い燃料（または少ない酸化剤）を含む流体、すなわち、ラムダが１より小さいか、またはファイが１より大きい。
希薄な混合物または組成：化学量論的比よりも少ない燃料（または多い酸化剤）を含む流体、すなわち、ラムダが１より大きいか、またはファイが１より小さい。
希釈剤エンタルピの変化：熱容量、気化の潜熱、および化学的解離による変化の１つまたは複数を含む２つの状態間の希釈剤のエンタルピにおける変化。
固有希釈剤エンタルピの変化：２つの状態間の単位質量当たりのエンタルピにおける変化。
総希釈剤エンタルピの変化：個々の取入れ口条件から所望の燃焼器平均出口温度までの全ての希釈剤流体成分のエンタルピの変化であって、燃料および酸化剤ならびに燃焼の関連生成物を除き、かつ、熱希釈剤蒸気、熱希釈剤液体、（希薄な混合物における）過剰酸化剤流体、（濃厚な混合物における）過剰燃料流体、ならびに、空気中の窒素、アルゴン、および二酸化炭素などの酸化剤含有流体中の非酸化剤成分を含むいずれの他の非反応中成分を含む。
過剰な熱発生：燃焼生成物の温度を、燃焼器取出し口における高エネルギーガスの所望の温度に上昇させるために必要な熱より過剰な燃焼の熱。
燃焼の冷却：過剰な熱発生に等しく、かつ、全熱希釈剤成分のエンタルピにおける総増加量に等しい高温燃焼ガスのエンタルピにおける低下。
プロファイル：円筒形または環状ダクトにおける放射方向などの方向に沿ったパラメータの変化を記述する関数または分布。本明細書においては、他の横方向または軸方向に対しても、または、周方向などの方向に沿った「パターン」を記述するためにも使用することができる。
噴流放出断面積：流体噴流が噴出孔を出る際の流体噴流の正味断面積。
噴出孔流量係数：総噴出孔放出断面積に対する噴流放出断面積の比。
流体流量：質量に基づいた流体の流量の比、または、もし指定があれば、モルまたは体積比。
流体流量方向：流体流量方向の「上流」および「下流」は、流体ダクト１３０内の一次流の方向を一般に指す。すなわち、酸化剤含有流体９０４および高エネルギー流体９２０の全般的な流れの方向。
流体流量プロファイル：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った流体流量の分布。
流体流量比：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った２つの流体流量の比。
流体流量比プロファイル：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った２つの流体の比の分布。
流体流量比プロファイル範囲：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った上部および下部の流体流量比の範囲の分布。
噴出孔差分最小圧力Ｐｏｄｍ：最大噴出孔８０から流体を噴出するために十分な噴出孔のアレイにわたる差分圧力。
噴出孔差分流体分圧Ｐｏｄｐ：最小噴出孔ではなく、より大きな噴出孔８０のいくつかから流体を噴出するために十分な噴出孔のアレイにわたる差分圧力。
温度：流体のある点または平均温度におけるその流体の熱力学的温度。
温度プロファイル：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った流体中の温度の分布。
温度プロファイル範囲：横方向に沿った、もしくは、軸方向に沿った、または、指定されていれば、曲線に沿った上部温度プロファイルおよび下部温度プロファイル。
不確実性：国際的定義により評価された不確実性。例えば、ＮＩＳＴ ＴＮ １２８７を参照。
温度不確実性：流体または成分の温度における不確実性。
流量不確実性：流体流量における不確実性。
比不確実性：流体流量における不確実性。
降下率：最大流量に対する最小流量の比、または、最小流量に対する最大流量により除された流量の減少量として記述される。例えば、最大流量に対する最小流量の比１０％；降下率９０％；降下率１０：１。
〔序文〕
特定の実施形態における流体の混合と燃焼または反応とを制御する目標および目的は、以下の通りである。目標：清浄で効率的な多流体発熱化学反応装置または燃焼器を提供する。目的：低排出物質ならびに低い吸入排出および寄生損失を備え、燃料流体、酸化剤流体、および、熱希釈剤流体を徹底的に混合し、かつ、燃焼させる効率的な多流体燃焼器を提供する。
特定の実施形態における流体の混合と燃焼または反応とを制御する目標および目的は、以下の通りである。目標：清浄で効率的な多流体発熱化学反応装置または燃焼器を提供する。目的：低排出物質ならびに低い吸入排出および寄生損失を備え、燃料流体、酸化剤流体、および、熱希釈剤流体を徹底的に混合し、かつ、燃焼させる効率的な多流体燃焼器を提供する。
好ましい方法は、発熱反応装置または燃焼器を形成するために、１つまたは複数の分散直接流体接触器またはそれらの組み合わせを使用することである。例えば、ジーゼル燃料または天然ガスの１つまたは双方を圧縮空気で燃焼させる一方、この空気、燃焼、および／または、高エネルギー流体を冷却するために、水および水蒸気の１つまたは双方を送出する燃焼器である。本発明の実施形態は、目的を達成するために以下の要約されたステップの１つまたは複数を含む。
直接接触器穿孔流体ダクトまたはチューブに沿って、かつ、この周囲に分布した多数の小さな穴を介して、互いに緊密に接した燃料流体、酸化物流体、および、希釈剤流体を送出および導入することにより、数多くの下位領域における流体送出組成を制御する。
１つまたは複数の方向における燃料、希釈剤、および、酸化剤流体の送出の空間的分布を制御するように、噴出孔のサイズ、間隔、および、向き、ならびに、ディフューザ通路の取出し口対取入れ口を構成する。
相対的気化速度を調整し、所望の気化を達成し、かつ、燃焼およびガスの温度プロファイルならびに滞留時間を改善するために、燃料液滴および空気通路に対して希釈剤液滴の相対的サイズ、周波数、温度、および、差分圧力を調整する。
多数の流体噴流の各々について、多数の燃料および水のチューブの各々について渦巻きを発生させることにより、かつ、任意で、分散されたチューブの周囲に取付けられた乱流発生羽根により、空間的に分散された乱流混合を作り出す。
混合を改善し、かつ／または、液滴サイズを低減するために電場を印加する。
高エネルギー流体組成および特性を制御するために近化学量論的燃焼、燃焼およびポンプ速度センサ、ならびに、迅速なポンプ励起を使用する。
〔〔反応装置内の多数の噴出孔を介した流体の分配〕〕
本発明のいくつかの好ましい実施形態は、所望の空間的分布を備えた第１の流体および第３の流体を送出し、反応装置内でそれらの流体を第２の流体と混合し、反応装置内で第１の流体中の第１の反応物質を第２の流体中の第２の反応物質と反応させ、かつ、この反応に影響を及ぼし、または、制御するために第３の流体を使用するための装置および方法に関する。以下に説明するように、いくつかの実施形態は、反応装置内に第３の流体を送出するために反応装置内に空間的に噴出孔を構成、配向し、かつ、分布させる。いくつかの実施形態は、同様に、第１の流体を送出するように反応装置内に空間的に流体噴出孔を構成する。これらの流体は、所望の、または、必要な分布の組成を備えて、反応装置内で多数の下位領域内に送出され、かつ、ここで混合される。第１および２の反応物質は、反応装置内で、反応に影響を及ぼす第３の流体と反応させられ、反応生成物および残存流体は高エネルギー流体を形成する。
本発明のいくつかの好ましい実施形態は、所望の空間的分布を備えた第１の流体および第３の流体を送出し、反応装置内でそれらの流体を第２の流体と混合し、反応装置内で第１の流体中の第１の反応物質を第２の流体中の第２の反応物質と反応させ、かつ、この反応に影響を及ぼし、または、制御するために第３の流体を使用するための装置および方法に関する。以下に説明するように、いくつかの実施形態は、反応装置内に第３の流体を送出するために反応装置内に空間的に噴出孔を構成、配向し、かつ、分布させる。いくつかの実施形態は、同様に、第１の流体を送出するように反応装置内に空間的に流体噴出孔を構成する。これらの流体は、所望の、または、必要な分布の組成を備えて、反応装置内で多数の下位領域内に送出され、かつ、ここで混合される。第１および２の反応物質は、反応装置内で、反応に影響を及ぼす第３の流体と反応させられ、反応生成物および残存流体は高エネルギー流体を形成する。
第１の流体を送出するために動作可能な第１の流体噴出孔は、流体通路を含み、かつ、流路を形成している第２の流体通路またはダクト内に定置された曲線表面に沿って構成された少なくとも１つの第１の分配部材の周囲に分布している。例えば、分配部材は、多数の小さな噴出孔を含む穿孔チューブを含むことができる。多数の噴出孔は、第２の反応物質または酸化剤を含有する流体中に第１の反応物質含有流体の多数の小さな液滴または微小噴流を制御された形で送出する。
同様に、第３の流体を送出するために動作可能な第３の流体噴出孔は、同様に、第３の曲線表面に沿って構成された第３の流体通路を含む少なくとも１つの第３の分配部材の周囲に分布している。第３の分配部材は、同様に、第３の反応物質の小さな液滴または微小噴流を送出する別の多数の同様に小さな噴出孔を含む別の穿孔チューブを含むことができる。
ユーザは、好ましくは、２つ以上の流体が混合され、かつ／または、反応させられる燃焼器ダクト内の多数の領域および下位領域を構成する。各混合領域は、典型的に第２の流体の流れを伴った第１の流体または第３の流体の１つのための少なくとも１つの分配噴出孔を含むように構成されている。領域は、好ましくは、第２の流体の流れを伴った第１および第３の流体の各々のための少なくとも１つの分配噴出孔を含む。
流体ダクト内に多数の噴出孔および流体通路を含む多数の領域を構成することにより、ユーザは、好ましくは、効果的な制御された第１、第２、および、第３の流体の混合、および、それらの少なくとも２つの間の反応を得る。流体ダクト内の他の領域において少なくとも２つの流体を送出および混合するように多数の小さな噴出孔をさらに構成することは、混合、および、反応の制御を改善する。
〔〔混合発熱反応物質〕〕
図１を参照すると、ユーザは、好ましくは、２つ以上の反応物質を送出および混合するために、１つまたは複数の分散直接流体接触器１０の周囲に、反応装置内に空間的に分布された多数の噴出孔８０を設ける。これらは、それらの反応物質の空間的な送出、混合、および、反応に対する制御を改善する。このことは、発熱的に（すなわち、熱の放出を伴って）反応する２つ以上の流体を混合し、かつ、反応させる際に特に重要となる。直接流体接触器１０は、第２の流体を横切って明確な方法でチューブ壁３０を介して１つまたは複数の流体の液滴および／または微小噴流を送出する多数の噴出孔８０を提供する。
図１を参照すると、ユーザは、好ましくは、２つ以上の反応物質を送出および混合するために、１つまたは複数の分散直接流体接触器１０の周囲に、反応装置内に空間的に分布された多数の噴出孔８０を設ける。これらは、それらの反応物質の空間的な送出、混合、および、反応に対する制御を改善する。このことは、発熱的に（すなわち、熱の放出を伴って）反応する２つ以上の流体を混合し、かつ、反応させる際に特に重要となる。直接流体接触器１０は、第２の流体を横切って明確な方法でチューブ壁３０を介して１つまたは複数の流体の液滴および／または微小噴流を送出する多数の噴出孔８０を提供する。
様々な実施形態において、第２の流体は、流体ダクト１３０を介して分散直接流体接触器１０の上流開口部に送出される。この第２の流体は、一般に圧縮空気などの酸化剤含有ガスであるが、非常に様々な流体反応物質のいずれかとすることができる。様々な実施形態において、この流体ダクト１３０は、分散直接流体接触器１０のいくつかまたは全てを通って下流に延長されている。
この方法は、多孔質媒体内で、特に多孔質セラミック中で、または、これを介して発熱反応物質を混合し、かつ、反応させることにより引き起こされる従来技術の燃料分配器システムにおける熱ショックの問題を全般的に回避する一方、匹敵する、または、より良好な混合を達成する。
〔熱希釈剤流体を混合する〕
図１を参照すると、ユーザは、好ましくは、様々な実施形態において、燃料含有流体９０１、酸化剤含有流体９０４、および、反応流体９１２の１つまたは複数、または、それらの流体の混合物中に１つまたは複数の熱希釈剤含有流体９０７を送出するための１つまたは複数の分散直接流体接触器１０を設ける。このような希釈剤流体は、好ましくは、発熱して反応する流体９１２（すなわち、熱の放出を伴う）または加熱された生成物の温度をより良好に制約するために使用されている。希釈剤直接流体接触器１４は、第２の流体を横切って明確な方法で１つまたは複数の流体の液滴および／または微小噴流を送出する多数の噴出孔を設けている。
図１を参照すると、ユーザは、好ましくは、様々な実施形態において、燃料含有流体９０１、酸化剤含有流体９０４、および、反応流体９１２の１つまたは複数、または、それらの流体の混合物中に１つまたは複数の熱希釈剤含有流体９０７を送出するための１つまたは複数の分散直接流体接触器１０を設ける。このような希釈剤流体は、好ましくは、発熱して反応する流体９１２（すなわち、熱の放出を伴う）または加熱された生成物の温度をより良好に制約するために使用されている。希釈剤直接流体接触器１４は、第２の流体を横切って明確な方法で１つまたは複数の流体の液滴および／または微小噴流を送出する多数の噴出孔を設けている。
〔分散反応装置〕
図１は、第１の流体９０１、第２の流体９０４、および、第３の流体９０７を混合するために使用することができる分散反応装置システム２の１つの実施形態を示す。第１の流体は、第１の流体送出システム３６０により第１の流体マニホルド２４２の取入れ口に送出される。第２の流体は、第２の流体送出システム４００により流体ダクト１３０の取入れ口１３４に送出される。第３の流体は、第３の流体送出システム３６１により第３の流体マニホルド２４４の取入れ口に送出される。
図１は、第１の流体９０１、第２の流体９０４、および、第３の流体９０７を混合するために使用することができる分散反応装置システム２の１つの実施形態を示す。第１の流体は、第１の流体送出システム３６０により第１の流体マニホルド２４２の取入れ口に送出される。第２の流体は、第２の流体送出システム４００により流体ダクト１３０の取入れ口１３４に送出される。第３の流体は、第３の流体送出システム３６１により第３の流体マニホルド２４４の取入れ口に送出される。
流体の送出は、流体圧力、流体温度、および、流体組成の１つまたは複数を含む物理的または組成流体特性トランスデューサを使用して、ダクト１３０の取入れ口および取出し口において流体パラメータをモニタすることを含むことができる制御システム５８８により制御される。分散反応装置システム２は、曲線経路に沿って流体ダクト１３０内に定置された第１の流体のための分散穿孔接触器１０を含む。反応装置システム２は、他の曲線経路に沿って流体ダクト１３０内に同様に定置された第３の流体のための他の分散穿孔接触器１０をさらに含む。外部チューブ支持体３７は、必要に応じて個別のチューブ１０を支持するために使用することができる。アレイ支持体７２は、不当な応力を引き起こさずに、差分熱膨張を収容するための十分な柔軟性を持つ分散接触器アレイ２６０を支持するために使用されている。
燃焼器立面図である図２に示すように、第１の流体を送出する分散流体送出部材または接触器１０は、部分的には細長い、または、チューブ状の流体送出ダクトまたはチューブから、そのチューブのチューブ壁３０を介して多数の噴出孔８０を形成することにより形成することができる。チューブ壁３０は、第１の流体９０１に対する第１の流路３を規定する内部表面６、および、ダクト１３０により包含された外部表面７を有する。第１の流路３は、チューブ壁３０の断面に垂直に示されている。
図１および図３を参照すると、チューブ壁３０には、接触器チューブ１０に沿って、かつ、これの周囲に分散された多数の小さな噴出孔８０（すなわち、穴または開口部）が設けられている。以下により詳細に説明するように、第１の流体９０１は、第１の流路３に沿ってチューブ１０を介して、かつ、続いて、噴出孔８０により形成された第３の流路５を介して、流体ダクト１３０により規定された第２の流路４内に流れるように差し向けられる。第２の流体９０４は、第１の流体９０１と第２の流体９０４がダクト１３０内で一緒に混合されるように、ダクト１３０を介して第２の流路４に沿って差し向けられる。第２の流路４は、横方向チューブ１０の断面に公称上平行として示すが、このチューブに対していかなる角度とすることもできる。
以下により詳細に説明するように、いくつかの実施形態において、ユーザは、第１の流体９０１を噴出孔８０を介して押しやり、かつ、第２の流体９０４中に第１の流体９０１の微小噴霧、微小噴流、液滴（または、泡沫）９６０を形成するために、十分な穿孔チューブ１０の内外間の差分噴出圧を作り出す。いくつかの実施形態において、第２の流体９０４は、第２の流体９０４中に所望の差分噴出圧で送出される第１の流体９０１の微小流、微小噴流、液滴、または、泡沫を飛沫同伴するために、噴出孔８０を横切って流れる。
例え「チューブ」の辞書による定義が「円筒形に壁で囲まれた部材」を指すとしても、出願人は、分配部材がそのような限定された定義を有することは意図していないことを理解されたい。代わりに、出願人は、本明細書において「チューブ」を、第１の流体を送出するための第１の流路を規定する通路を形成する内部表面を有した、分散された部材を指すために使用している。この分散された部材は、しばしば延伸され壁で囲まれた部材である。これは、以下の説明から明らかとなるような様々な断面形状を有することができる。この分散された部材は、しばしば丸いが、細長い、円錐の、１つまたは複数の他の形状のスロットまたは穴の形状とすることができる噴出孔を含む。
第１の流体は、天然ガスまたはジーゼル燃料などの一般に燃料含有流体である一方、第２の流体は、空気または酸素強化空気などの一般に酸化剤含有流体である。しかし、第１および第２の流体が、２つ以上の反応成分を含むいかなる２つの流体も指すことができることを理解されたい。第３の流体は、第１と第２の反応物質間の反応および結果として得られるエネルギー流体の特性に影響を及ぼす水、水蒸気などの一般に希釈剤含有流体である。第３の流体は、反応に影響を及ぼすために使用されるいかなる希釈剤含有流体も同様に指すことができ、水もしくは二酸化炭素などの反応生成物の１つ、あるいは排気ガス、空気もしくは窒素、または、アルゴンなどの希ガスなどの反応物の１つを含むことができる。
〔〔多区画燃焼器〕〕
図２を参照すると、分散反応装置システム２は、ダクト１３０内に多数の領域を含む反応装置または燃焼器５６を備えてさらに構成することができる。これらは、第１の流体または燃料含有流体９０１を、第２の流体または酸化剤含有流体９０４および第３の流体または希釈剤含有流体９０７に送出し、かつ、混合するための混合領域または混合区画４２２、ならびに、燃料および酸化剤を反応または燃焼させるための燃焼室４２４を含むことができる。
図２を参照すると、分散反応装置システム２は、ダクト１３０内に多数の領域を含む反応装置または燃焼器５６を備えてさらに構成することができる。これらは、第１の流体または燃料含有流体９０１を、第２の流体または酸化剤含有流体９０４および第３の流体または希釈剤含有流体９０７に送出し、かつ、混合するための混合領域または混合区画４２２、ならびに、燃料および酸化剤を反応または燃焼させるための燃焼室４２４を含むことができる。
燃焼器５６は、好ましくは、希釈剤含有流体を送出するために定置された多数の希釈剤噴出孔および燃料含有流体を送出するために定置された多数の燃料噴出孔を含む、燃料および希釈剤送出および混合領域４２２を含む。これらの流体送出噴出孔は、１つまたは複数の分散接触器１０の周囲に構成されている。混合区画は、燃焼器内の多数の下位領域で、燃料含有流体９０１および希釈剤含有流体９０７の１つまたは双方を酸化剤含有流体９０７と混合するように構成されている。
混合区画４２２は、１つまたは複数の直接接触器チューブアレイ２６０内に構成された多数の分散コントラクタを含むことができる。これらのチューブアレイは、ディフューザの取出し口の近くの上流、ならびに、さらに下流などの多数の位置に定置することができる。これらは、水蒸気などの蒸気希釈剤含有流体、および、水などの液体希釈剤含有流体の１つまたは双方を送出するように構成することができる。
１つまたは複数の接触器アレイ２６０も、同様に、混合領域４２２内で、天然ガスなどの気体性燃料含有流体としての燃料の一部、および、ジーゼル燃料などの液体燃料含有流体としての一部の１つまたは双方を送出および混合するように構成されている。この流体送出および混合領域は、好ましくは、液体燃料または希釈剤流体の１つまたは双方の気化を、これらが供給された時に所望の程度まで可能にするように構成されている。
燃焼器５６は、典型的に、送出および混合領域４２２の下流に燃焼室４２４を含むように構成される。点火器１００は、典型的に、燃焼室の上流端部の近くに構成される。燃焼器５６は、燃焼室４２４の下流かつ反応装置取出し口１３６の上流に平衡室４２６を含むことができる。燃焼器５６は、燃焼室４２４の下流部分または平衡領域４２６の上流領域にさらなる希釈剤送出接触器１０を含むことができる。これらは、通常液体希釈剤を送出するために構成されている。燃焼器５６のより高温の壁６０は、燃焼室４２４および平衡区画４２６内の高温に耐えるように冷却することができる。チューブフィンライナ６１は、これらの高温区間を内張りおよび冷却するために使用することができる。
動力系における燃焼器などの加圧反応装置の構成において、反応装置システム２は、燃焼器５６に対して取入れ口１３４に酸化剤含有流体９０４を送出するための酸化剤送出システム４００を含む。燃焼器の上流部分は、入来酸化剤含有流体の速度を低減するためのディフューザ区画４２０として構成することができる。ディフューザ４２０は、好ましくは、流体ダクト１３０内の第２の流体流量分布の速度のより所望される分布を達成するためのいくつかの第２の流体通路を含むように構成される。これらの通路は、混合領域４２２に加圧空気または酸素強化空気を送出するために、上流ディフューザ領域において多数のディフューザ羽根４２１を備えたディフューザ４２０として構成することができる。
〔〔分散流体反応装置〕〕
図１を参照すると、本明細書に説明されている分散流体反応装置システム２は、多数の空間的に分散された噴出孔を使用して規定された形で、１つまたは複数の希釈剤流体と組み合わされた２つ以上の反応流体を効果的に混合する。本発明のいくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、第１の反応物質含有流体を相補的な第２の反応物質含有流体中に分配するために１つまたは複数の分散直接流体接触器１０を使用する。例えば、燃料を圧縮空気中に分配する。ユーザは、流体ダクト１３０の軸に沿ってその周囲の上流および下流に互いの周囲に平行に２つ以上の燃料チューブと希釈剤チューブを整列することができる。
図１を参照すると、本明細書に説明されている分散流体反応装置システム２は、多数の空間的に分散された噴出孔を使用して規定された形で、１つまたは複数の希釈剤流体と組み合わされた２つ以上の反応流体を効果的に混合する。本発明のいくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、第１の反応物質含有流体を相補的な第２の反応物質含有流体中に分配するために１つまたは複数の分散直接流体接触器１０を使用する。例えば、燃料を圧縮空気中に分配する。ユーザは、流体ダクト１３０の軸に沿ってその周囲の上流および下流に互いの周囲に平行に２つ以上の燃料チューブと希釈剤チューブを整列することができる。
図３を参照すると、接触器１０は、横方向噴出孔８２および角度の付いた噴出孔８６を含むことができる。上流および／または下流チューブは、絶縁または熱障壁コーティング３４の層により保護することができる。これらのチューブは、特に上流側で腐食コーティング３５によりさらに保護することができる。これらのチューブは、好ましくは、中央燃料送出チューブを介して通常は送出される燃料の温度を制御するための希釈剤の１つまたは複数の流れを含む。それらのチューブは、保護用熱フィン４０を使用することもできる。これらのフィンは、燃料チューブのそばを流れる高温酸化剤含有流体から中央の１つまたは２つの燃料チューブを保護するために設けることができる。熱フィン４０は、差分熱膨張を収容するために襞付きとすることができる。これらのフィンは、必要に応じて他の軸に沿って襞付きとすることができる。
これらの方法は図４においてさらに例示されており、同図で、方位チューブ１０の周囲に分散された方位噴出孔アレイは、ダクト壁１３２を備えた環状ダクト１４６内の燃焼器内の方位アレイの周囲に構成されている。多数の噴出孔は、第２の反応物質または酸化剤含有流体中に制御された形で第１の反応物質含有流体の多数の小さな微小噴霧、微小噴流、または、液滴を送出する。この方法は、第２の反応物質含有流体中に第１の反応物質の制御された分布を作り出す。このことは、反応装置全体にわたって第２の反応物質に対する第１の反応物質の比の良好に制御された空間的分布、例えばさらに制御された空間的分布をもたらす。
多数の流体は、これらの噴出孔および接触器を介して分配することができる。例えば、図７における噴出孔および接触器の拡大斜視図を参照すると、流体Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、および、Ｆ４は、取入れ口１３４から取出し口１３６に進行する横方向流体流Ｆ５に対して接触器チューブ１０の周囲に分散された噴出孔８０を介して分配することができる。示すように、噴出孔の構成は、断面積当たりの噴出孔の数である噴出孔空間密度、および／または、噴出孔の向きを含めて各流体に対して異なることができる。
〔〔多数の混合領域〕〕
様々な実施形態において、ユーザは、これらの方法を適用し、ならびに、チューブ間隙間Ｇをさらに構成することができ、かつ、１つまたは複数の差分流体送出圧力をさらに制御することができる。燃焼器の軸に沿って見ている図５の拡大図を参照すると、これらの方法は、接触器チューブ１０における噴出孔８０から噴出された第１の反応物質流体９０１の多数の小さな均一な微小噴流または液滴を発生させる。
様々な実施形態において、ユーザは、これらの方法を適用し、ならびに、チューブ間隙間Ｇをさらに構成することができ、かつ、１つまたは複数の差分流体送出圧力をさらに制御することができる。燃焼器の軸に沿って見ている図５の拡大図を参照すると、これらの方法は、接触器チューブ１０における噴出孔８０から噴出された第１の反応物質流体９０１の多数の小さな均一な微小噴流または液滴を発生させる。
これらの微小噴流は、今度は、かなり狭い空間的またはサイズの分布を備えた第１の反応物質の渦または液滴に分散する。このような構成において、分散チューブ１０間の隙間Ｇ、噴出孔８０のサイズ、および、噴出孔８０にわたる差分圧力は、好ましくは、チューブ間の隙間を貫通する微小噴流を形成するように調整されている。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、隣接したチューブ間の隙間Ｇにわたる噴流貫通中間距離を構成する。例えば、好ましくはチューブ間隙間Ｇの約９０％であり、５％から２００％の範囲にある。他の構成において、微小噴流は液滴の形成を増加させるために、隣接したチューブに当たり、かつ、これから跳ね飛ぶように構成される。
図５をさらに参照すると、これらの流体噴流は、反応装置内の領域９７０内の第２の反応物質含有流体流９０４を交差して分配される。これらの領域９７０は、典型的に、分配チューブに沿った噴出孔横方向間隔ｈおよび酸化剤含有流体９０４の流れを横切る方向におけるチューブ間隙間に関する。これらの領域は、典型的に約ｈ＊Ｇに等しい断面積を有する。例えば、１ｍｍ×１０ｍｍもしくは１０ｍｍ２の桁以下である。対照的に、燃焼器ダクト１３０は、約１００ｍｍの半径を有し、約３０，０００ｍｍ２の正味断面積を持つ。この実施例において、ユーザは、ダクトの断面内に約３，０００の領域を構成している。ユーザは、好ましくは、各領域内で流体の送出および流体組成の混合を構成する。ユーザは、分配器１０への流体流をさらに制御する。
流体流を構成および制御することにより、この方法は、ダクト断面内で約１００の領域の制御を提供することができる。ユーザは、好ましくは、約３３０の領域を制御し、かつ、より好ましくは、１，０００以上の領域を制御する。
〔〔点火用混合物〕〕
図４をさらに参照すると、火炎ホルダ１００は、好ましくは、燃焼器アレイの上流端部の近くに設けられている。点火器１２４も設けることができる。ユーザは、他の接触器を横切って構成されたさらなる燃料を送出するための架橋接触器１９を設けることができる。架橋接触器は、希釈剤含有流体を送出するための第２の架橋接触器１９を含むことができる。これらの接触器は、燃焼器内での燃料濃厚領域から燃料希薄領域を横切り他の燃料濃厚領域への燃焼の移動を改善するための可燃混合物を備えた架橋領域９７２を形成する。
図４をさらに参照すると、火炎ホルダ１００は、好ましくは、燃焼器アレイの上流端部の近くに設けられている。点火器１２４も設けることができる。ユーザは、他の接触器を横切って構成されたさらなる燃料を送出するための架橋接触器１９を設けることができる。架橋接触器は、希釈剤含有流体を送出するための第２の架橋接触器１９を含むことができる。これらの接触器は、燃焼器内での燃料濃厚領域から燃料希薄領域を横切り他の燃料濃厚領域への燃焼の移動を改善するための可燃混合物を備えた架橋領域９７２を形成する。
流体は、マニホルド２４０により接触器１０に供給される。流体流量は、弁３７０により制御される。分離されたパージ用流量は、パージ弁２３２を介して接続されたマニホルドを介して供給することができる。
〔〔熱希釈剤直接流体接触器〕〕
燃焼および他の高度に発熱性の反応において、希釈剤流体は、火炎の温度および燃焼ガスの温度を低下させるために、特に燃焼器構成部分を保護するため、かつ、窒素の酸化物（ＮＯｘ）の形成を制限または低減するために加えられる。しかし、過剰な空気または他の圧縮気体性熱希釈剤を加える従来の方法は、大きな圧縮パワーならびにポンプおよび寄生パワーの損失をもたらす。ガスタービンなどのエネルギー変換システムにおいて、酸化剤流体を圧縮するために必要なパワーは、エキスパンダにより生成された総パワーの大きな部分を消費する。
燃焼および他の高度に発熱性の反応において、希釈剤流体は、火炎の温度および燃焼ガスの温度を低下させるために、特に燃焼器構成部分を保護するため、かつ、窒素の酸化物（ＮＯｘ）の形成を制限または低減するために加えられる。しかし、過剰な空気または他の圧縮気体性熱希釈剤を加える従来の方法は、大きな圧縮パワーならびにポンプおよび寄生パワーの損失をもたらす。ガスタービンなどのエネルギー変換システムにおいて、酸化剤流体を圧縮するために必要なパワーは、エキスパンダにより生成された総パワーの大きな部分を消費する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体または燃料流体および酸化剤流体の混合物中に流体熱希釈剤を分配するための分散直接流体接触器システム２を使用する。（例えば、図１を参照。）ユーザは、好ましくは、酸化剤流体中に液体および／または気体性熱希釈剤を均一に分配するために、これらの直接分散接触器法を使用する。例えば、圧縮空気中への水または水蒸気である。燃料分散接触器の場合のように、分散希釈剤接触器は、燃焼器または反応装置の流体ダクトを横切る大幅により制御された、または、均一な希釈剤／燃料比を提供する。
〔チューブおよび噴出孔の構成〕
ユーザは、以下、「‘１９１特許出願」と呼ぶ２００３年１０月１５日に出願の「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｉｘｉｎｇ Ｆｌｕｉｄｓ」と題された米国特許出願番号第１０／６８６１９１号明細書においてＨａｇｅｎ他により教示された方法を含めて、分配通路またはチューブの周囲に噴出孔を構成している。いくつかの実施形態は以下に説明される。
ユーザは、以下、「‘１９１特許出願」と呼ぶ２００３年１０月１５日に出願の「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｉｘｉｎｇ Ｆｌｕｉｄｓ」と題された米国特許出願番号第１０／６８６１９１号明細書においてＨａｇｅｎ他により教示された方法を含めて、分配通路またはチューブの周囲に噴出孔を構成している。いくつかの実施形態は以下に説明される。
〔噴出孔アレイの構成〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、噴出孔中心が約「ｈ」の間隔で間隔を空けられている直径「ｄ」の噴出孔８０の実質的に六角形のアレイを使用する。ユーザは、好ましくは、噴出孔直径の少なくとも約３倍（３＊ｄ）である間隔で噴出孔の中心を位置決めする。また、噴出孔面積に対する穿孔チューブ表面積の比は、約３１．５＊ｈ２／ｐ＊ｄ２または約９．９２である。同様に、ユーザは、噴出孔面積に対する穿孔チューブ表面積の比が約４＊ｈ２／ｐ＊ｄ２または約１１．５である直交アレイを使用することもできる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、噴出孔中心が約「ｈ」の間隔で間隔を空けられている直径「ｄ」の噴出孔８０の実質的に六角形のアレイを使用する。ユーザは、好ましくは、噴出孔直径の少なくとも約３倍（３＊ｄ）である間隔で噴出孔の中心を位置決めする。また、噴出孔面積に対する穿孔チューブ表面積の比は、約３１．５＊ｈ２／ｐ＊ｄ２または約９．９２である。同様に、ユーザは、噴出孔面積に対する穿孔チューブ表面積の比が約４＊ｈ２／ｐ＊ｄ２または約１１．５である直交アレイを使用することもできる。
噴出孔８０は、好ましくは、液体燃料を使用して小さな液滴または微小噴流を形成するようにサイズが決定される。穿孔分配チューブ１０において多数の噴出孔８０を使用することにより、本明細書に説明するように、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体の正味断面積に対する所望の、または、必要な比を持つ噴出孔８０の累積断面積を設ける。例えば、ユーザは、チューブ１０、１１、１２、または、１３のいずれかの側面上に少なくとも約６μｍの六角形の間隙で約２μｍの直径の噴出孔８０のアレイを備えた穿孔シートを使用することができる。幅約３．５ｍｍのアレイ幅は、噴出孔８０の列当たりの穿孔チューブ長さの線形ｃｍ当たり約０．０００１０５ｃｍ２の噴出孔面積を与える。
ユーザは、本明細書に説明されているように液滴サイズを低減するための二次的方法を提供することができる。このような対策の場合、ユーザは、気体性および液体の燃料の双方に対して共通の噴出孔サイズを使用することができる。より低い送出圧力およびより小さな密度における気体性燃料流体の場合、気体性燃料噴出孔の累積断面積は、好ましくは、液体燃料の場合より大きい。多数の噴出孔８０は、気体性燃料を送出するための幾分かの面積を提供する一方、小さな噴出孔８０は、液体燃料に対して小さな液滴サイズ、および、より低い送出圧力を可能にする。
〔チューブ間隙間〕
いくつかのアレイ構成において、ユーザは、好ましくは、所望の、または、必要な正味固有噴出孔面積またはチューブ間の正味断面流れ隙間当たりの噴出孔面積を達成するために、正味噴出孔面積に対してチューブ間の面積を調整する。この面積は、所望の酸化剤／燃料比を得るために個々の差分圧力に従って調整されている。例えば、ユーザは、チューブ間の間隔Ｈ、噴出孔数および／または噴出孔サイズ、および、噴出孔にかかる第１または第３の流体の差分圧力、ならびに、チューブにかかる第２のまたは酸化剤含有流体流における圧力降下を調整する。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において所望の、または、必要な化学量論的比の約１００％から約１２０％の範囲における燃料に対する酸化剤の比ラムダを達成するために、これらのパラメータを調整する。他の構成において、ユーザは、所望の、または、必要な化学量論的比の一般に約２５％から約７００％の相対酸化剤／燃料比ラムダを調整する。
いくつかのアレイ構成において、ユーザは、好ましくは、所望の、または、必要な正味固有噴出孔面積またはチューブ間の正味断面流れ隙間当たりの噴出孔面積を達成するために、正味噴出孔面積に対してチューブ間の面積を調整する。この面積は、所望の酸化剤／燃料比を得るために個々の差分圧力に従って調整されている。例えば、ユーザは、チューブ間の間隔Ｈ、噴出孔数および／または噴出孔サイズ、および、噴出孔にかかる第１または第３の流体の差分圧力、ならびに、チューブにかかる第２のまたは酸化剤含有流体流における圧力降下を調整する。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において所望の、または、必要な化学量論的比の約１００％から約１２０％の範囲における燃料に対する酸化剤の比ラムダを達成するために、これらのパラメータを調整する。他の構成において、ユーザは、所望の、または、必要な化学量論的比の一般に約２５％から約７００％の相対酸化剤／燃料比ラムダを調整する。
例えば、いくつかの構成において、ユーザは約７ｍｍの分配チューブ間の流れ隙間Ｇを設ける。ユーザは、各チューブの周囲のこれらの穿孔分配アレイの全幅を、チューブ間の隙間間隔とほぼ同じ幅に設定することができる。例えば、２＊３．５ｍｍまたは７ｍｍである。１つの噴出孔８０から次の噴出孔８０への噴出孔穴間隔ｈは、少なくともほぼ３＊ｄに設定することができる。したがって、六角形または直交アレイの場合の全噴出孔面積に対するチューブ間面積の比は、標準的な空気を想定すると、それぞれ約３．９３％および２０％の過剰酸化剤となる。
ユーザは、いくつかの構成における所望の燃料／酸化剤流体圧力比に対するこの基本比を調整するために、噴出孔サイズ、空間密度、流体流量、および、液滴サイズ分布に対してチューブ間隙間Ｇを変更する。例えば、約Ｇ＝７．４１ｍｍまたは８．０８ｍｍのチューブ間隙間では、ユーザは、（噴出孔直径ｄの約３倍の噴出孔８０間の間隔ｈを持つ六角形アレイを想定すると）天然ガスに対する等価の比の約１１０％または１２０％の燃料噴出孔８２の面積に対するチューブ間酸化剤流面積の比を得る。
〔燃料および希釈剤の噴出孔およびチューブの相対位置〕
様々な実施形態において、ユーザは、第２の流体流に対して穿孔燃料および希釈剤分配チューブの位置を構成する。ユーザは、燃料を予備加熱するため、および／または、重合、コーキング、および、燃料の堆積を回避するために燃料チューブを保護するため、相対的な液体気化、多燃料、希釈剤の多位相および／または多温度、燃料チューブの所望の遮蔽の１つまたは複数を達成するように分配チューブを配列することができる。
様々な実施形態において、ユーザは、第２の流体流に対して穿孔燃料および希釈剤分配チューブの位置を構成する。ユーザは、燃料を予備加熱するため、および／または、重合、コーキング、および、燃料の堆積を回避するために燃料チューブを保護するため、相対的な液体気化、多燃料、希釈剤の多位相および／または多温度、燃料チューブの所望の遮蔽の１つまたは複数を達成するように分配チューブを配列することができる。
図３を参照すると、２つの燃料チューブが好ましく設けられている。例えば、このような組み合わせは、天然ガスなどの気体性燃料に対して１つの燃料チューブを、かつ、ジーゼル燃料などの液体燃料に対しては別の燃料チューブを設けることにより多燃料機能に対して使用することができる。同様に、１つのチューブにはジーゼル燃料などの高揮発性燃料を、かつ、別のチューブにはバンカーＣ重油などの低揮発性燃料を供給することができる。気体性燃料チューブは、液体燃料チューブをコーキングから保護するために、より大きな熱流束のある側に定置することができる。
このようなチューブの各組は、流体ダクト１３０を横切る適切に規定された混合を提供するように構成することができる。この構成は、比較的小さな費用で組み立てるために便利である。例えば、それらの各組は、ダクトを横切る燃料に対する希釈剤のかなり均一な比を提供するように構成することができる。
いくつかの構成において、ユーザは、希釈剤流体分配チューブに対して幾分かの角度で燃料流体分配チューブを配向する。これらの配向は、第１の分配アレイに対する異なった角度で第２の分配アレイ中に渦を発生することにより、より大きな混合を提供する。互いに垂直な燃料流体および希釈剤分配アレイを持つ構成は、より大きな程度のそのような渦の相互混合を提供する。ユーザは、所望により中間的な向きも使用することができる。
図３を参照すると、ユーザは、好ましくは、１つまたは複数の穿孔燃料分配チューブの下流に穿孔希釈剤分配チューブを定置する。このような構成は、火炎面に到達する前に気化するために、希釈剤に対するよりも燃料流体に対してより多くの時間を提供する。同様に、液体希釈剤は、燃焼の開始点の下流の燃料が気化する燃料の近くに送出することができる。希釈剤の気化を基準としたより大きな燃料流体の気化は、完全に気化した希釈剤との混合物に対して燃焼安定性を高める。この気化は、燃料と希釈剤が完全に予備混合および霧化された場合に、ユーザが、可燃混合物を形成するよりも多くの希釈剤を上流に送出することも可能にする。
希釈剤チューブを下流に定置することは、燃焼中の高温ガスおよび下流の輻射と上流の燃料分配チューブの間の熱遮蔽を設けるためにさらに使用される。ユーザは、隣接した燃料チューブ内の燃料の温度上昇を制御するために、下流希釈剤流の温度を調整することができる。例えば、ユーザは、好ましくは、燃料の重合またはコーキング、および、燃料噴出孔８２を詰まらせることの確率を低減するために、１００°Ｃ未満に液体燃料の温度を制御する。
同様に、圧縮酸化剤含有流体は、１００°Ｃを超える温度をもたらす圧力まで圧縮することができる。したがって、ユーザは、燃料温度を制御するために１つまたは複数の燃料チューブの上流に別の希釈剤チューブを設けることができる。例えば、希釈剤チューブが燃料チューブの上流および／または下流に定置することができる図３を参照されたい。
〔交番する燃料および希釈剤の噴出孔およびチューブ〕
図１１を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、流体ダクトを介して流れる第２の（酸化剤）流体を横切って、かつ、その流体中に流体の噴霧または噴流を送出する燃料および希釈剤分配チューブの周囲に、燃料および希釈剤噴出孔を定置している。これらの燃料および希釈剤チューブは、ダクトを横切って交番するように構成することができる。ユーザは、本明細書および‘１９１特許出願に説明されている噴出孔構成および配向方法ならびに流体制御方法の１つまたは複数を使用して多数の領域内に流体送出を構成することができる。例えば、図１１を参照すると、燃料噴流９６２および希釈剤噴流９６６は、角度の付いた個々の噴出孔８６から酸化剤含有流体流９０４中に上流に噴出することができる。このような噴出孔８６は、同様に酸化剤流体中に下流に流体を噴出するように構成することもできる。同様に、このような噴流は、横方向噴出孔８５から酸化剤流にほぼ垂直に送出することもできる。直径Ｄのチューブは、ダクトを横切って距離Ｈに間隔を空けられ、個々の流体の送出および混合を構成するために所望されているようにチューブ間に隙間Ｇを設けている。
図１１を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、流体ダクトを介して流れる第２の（酸化剤）流体を横切って、かつ、その流体中に流体の噴霧または噴流を送出する燃料および希釈剤分配チューブの周囲に、燃料および希釈剤噴出孔を定置している。これらの燃料および希釈剤チューブは、ダクトを横切って交番するように構成することができる。ユーザは、本明細書および‘１９１特許出願に説明されている噴出孔構成および配向方法ならびに流体制御方法の１つまたは複数を使用して多数の領域内に流体送出を構成することができる。例えば、図１１を参照すると、燃料噴流９６２および希釈剤噴流９６６は、角度の付いた個々の噴出孔８６から酸化剤含有流体流９０４中に上流に噴出することができる。このような噴出孔８６は、同様に酸化剤流体中に下流に流体を噴出するように構成することもできる。同様に、このような噴流は、横方向噴出孔８５から酸化剤流にほぼ垂直に送出することもできる。直径Ｄのチューブは、ダクトを横切って距離Ｈに間隔を空けられ、個々の流体の送出および混合を構成するために所望されているようにチューブ間に隙間Ｇを設けている。
図１１をさらに参照すると、酸化剤流９０４に垂直に向けられた噴出孔８５から噴出されるものなどの１つまたは複数の流体噴流は、次の分配チューブの近くの下位領域へ、隙間の大部分を横切って貫通するように構成することができる。同様に、上流に向けられた角度の付いた噴出孔８６から噴出されるものなどの１つまたは複数の流体噴霧または噴流も、チューブ隙間Ｇを横切って距離のより小さな部分を貫通するように構成することができる。より小さな貫通を伴ったこのような噴流も、下流に向けられた角度の付いた噴出孔８６を使用して形成することができる。
そのような燃料噴流およびそのような希釈剤噴流の各々少なくとも１つを組み合わせることにより、ユーザは、少なくとも１つの燃料濃厚（希釈剤希薄）下位領域９７２および少なくとも１つの燃料希薄（希釈剤濃厚）下位領域９７３を含む領域９７０を形成することができる。いくつかの構成において、ユーザは、下位領域９７２および９７３の組み合わせを含む領域９７０を形成することができる。領域９７０の少なくとも１つにおいて、より燃料濃厚な領域９７２の少なくとも１つは、好ましくは、流体取入れ口の条件において可燃混合物を形成するように構成されている。火炎ホルダは、好ましくは、可燃混合物を有するそのような領域９７２の近くに構成される。
同様に、この噴出孔構成方法を適用することにより、ユーザは、好ましくは、領域９７０内に３つ以上の下位領域を形成する。燃料噴流より隙間をさらに遠く（または、燃料噴流より少なく）横切って貫通する希釈剤噴流を使用することにより、ユーザは、チューブのより近くなどに、燃料が希薄な（希釈剤が濃厚な）混合物でいくつかの下位領域９７３を形成することができる。同様に、ユーザは、チューブ間の隙間の中央の近くなどに、燃料が濃厚な混合物でいくつかの下位領域９７２を形成することができる。
同様に、微小噴霧は、燃料および希釈剤の噴流の双方が隙間内の領域９７０へ、個々の相補的距離の周囲を貫通するように構成することにより、燃料および希釈剤のかなり均一な混合物を供給するように構成することができる。
ユーザは、好ましくは、領域９７０を燃料が濃厚な下位領域９７２と燃料が希薄な下位領域９７３の間で交番するように構成する。例えば、燃料および希釈剤の噴出孔の組み合わせは、チューブ１０のより近くに燃料濃厚下位領域９７２を、および、中央のより近くに希釈剤濃厚下位領域９７３を形成する噴流を送出するように構成することができる。
燃料濃厚下位領域９７２を形成することにより、ユーザは、安定した燃焼を達成することができる一方、点火を消火する予備混合された可燃限界より大きな全体的な希釈剤含有量を有する。希釈剤濃厚混合物は、燃焼の下流で、燃焼中の燃料と漸進的に混合する。このような対策の場合、組み合わされた下位領域９７２および９７３内への希釈剤の送出は、もし燃料、希釈剤、および、酸化剤の各流体が均一に予備混合されていれば、可燃混合物を形成できるより多くの希釈剤を供給するように構成することができる。
ユーザは、混合を増大させるため、および／または、液滴を微小液滴により効果的に分割するために、ユーザが貫通距離を隙間の中に調整したいと所望した時に、噴霧または噴流が、好ましくは隙間を横切って、および／または、上流に噴霧して大部分の距離を貫通するように構成する。ユーザが隙間を横切る大きな貫通を求める時、ユーザは、好ましくは、放射状の噴出孔を使用する。より短い噴霧は、より小さなポンプ作業ならびにより少ない混合を必要とするために使用することができる。下位領域は、チューブを低温に保つうえで役立つように、チューブのより近くにより大きな希釈剤を備えて構成することができる。下位領域９７３を燃料チューブに隣接して燃料が希薄（希釈剤が濃厚）に構成することは、燃焼を燃料チューブからより離れて構成するうえで役立てるために使用することができ、これにより、燃料チューブへの熱流束を低減する。
いくつかの状況において、ユーザは、燃料分配チューブを希釈剤分配チューブに平行、または、可能にその下流に構成することができる。このことは、下流の冷却器の表面上での燃料の濃縮を回避または低減することができる。
〔燃料と希釈剤のチューブの組〕
図１２を参照すると、燃料のより濃厚な（希釈剤のより希薄な）下位領域９７２と燃料のより希薄な下位領域９７３（希釈剤のより濃厚な）、または、燃料と希釈剤のより均一な混合物の同様の効果は、放射状噴出孔８５および角度の付いた噴出孔８６の１つまたは双方を含み、互いの上流と下流に定置された２つ以上の個々の燃料チューブ１１および希釈剤チューブ１４の周囲に構成された燃料および希釈剤の噴出孔の組み合わせを使用して、他の実施形態において達成することができる。したがって、このチューブの組は、本明細書に説明されているように、放射状または円周上の構成でダクトを横切って構成されている。
図１２を参照すると、燃料のより濃厚な（希釈剤のより希薄な）下位領域９７２と燃料のより希薄な下位領域９７３（希釈剤のより濃厚な）、または、燃料と希釈剤のより均一な混合物の同様の効果は、放射状噴出孔８５および角度の付いた噴出孔８６の１つまたは双方を含み、互いの上流と下流に定置された２つ以上の個々の燃料チューブ１１および希釈剤チューブ１４の周囲に構成された燃料および希釈剤の噴出孔の組み合わせを使用して、他の実施形態において達成することができる。したがって、このチューブの組は、本明細書に説明されているように、放射状または円周上の構成でダクトを横切って構成されている。
図１２に示す実施形態において、燃料チューブ１１上の角度の付いた噴出孔８６は、チューブ間隙間Ｇを横切って途中まで貫通する上流の角度の付いた噴流を備えて構成されている。この実施形態において、噴出孔８６は、燃料噴流が各側から隙間を横切る距離の約３分の２まで貫通するように配向されて示す。このような実施形態の場合、燃料は、隙間Ｇを横切る距離の約３分の１および３分の２の２つの位置９７２に燃料濃厚混合物を形成する。
示す構成において、希釈剤チューブにおける噴出孔は、‘１９１特許出願の図２６および図２７に示されているものと同様に構成することができる。この実施形態において、希釈剤噴出孔の１つの組は、次のチューブ１４の近くに燃料希薄下位領域９７３を形成するために、希釈剤チューブ１４からの希釈剤噴流９６６が隙間Ｇのほとんどを横切って貫通するように構成されて示されている。他の噴出孔は、希釈剤噴流が隙間Ｇのほぼ中央まで、または、より好ましくは、チューブ間の間隔の４分の３まで貫通するように構成することができる。
燃料および希釈剤の噴霧は、燃料を希釈剤と混合するうえで役立てるために、好ましくは、重複する一方、所望されているように燃料濃厚下位領域９７２および燃料希薄下位領域９７３を提供する。
燃料および希釈剤の噴霧は、燃料を希釈剤と混合するうえで役立てるために、好ましくは、重複する一方、所望されているように燃料濃厚下位領域９７２および燃料希薄下位領域９７３を提供する。
したがって、噴出孔を構成し、かつ、流体圧力を制御することにより、ユーザは、個々の燃料および希釈剤の噴霧、噴流の貫通および向きを構成することができ、かつ、隙間を横切る１つ、２つ、または、それ以上の燃料濃厚下位領域９７２を形成することができる。ユーザは、同様に、隙間を横切る少なくとも１つ、および、好ましくは２つ以上の燃料希薄（希釈剤濃厚）下位領域９７３を形成することができる。
個々の燃料濃厚および希釈剤濃厚下位領域における相対燃焼性は、これらのチューブの上流で酸化剤含有流体と混合される希釈剤の量を伴う燃料および希釈剤の相対流量により調整することができる。燃料濃厚領域９７２は、好ましくは、可燃混合物を形成するように構成される一方、希釈剤濃厚領域は、好ましくは、燃焼または高エネルギー流体と迅速に混合するより高い濃度の希釈剤を有する。この方法は、かなり安定した火炎を提供し、ＮＯｘの形成を削減するために火炎を迅速に冷却する一方、燃料およびＣＯの大きな完全燃焼を達成するために酸化剤中に効果的に混合する。
同様の形で、ユーザは、噴流が隙間距離の一部を貫通する上記出願の図２８および図２９に示されている噴出孔および噴流を形成するものと同様の方法を使用して、領域９７０を構成することができる。
〔混合下位領域の構成〕
図１３を参照すると、流体領域９７０は、燃料噴流および希釈剤噴流を構成することにより、燃料濃厚下位領域９７２および燃料希薄（希釈剤濃厚）下位領域９７３に構成することができる。例えば、２つ、４つ、もしくは、６つの燃料および希釈剤噴流の組、または、他の組み合わせを使用する。燃料濃厚領域９７２は、上記に説明したように、より大きな領域９７０内で相補的な燃料希薄（希釈剤濃厚）下位領域９７３と一まとめにされているか、または、それが散在している。
図１３を参照すると、流体領域９７０は、燃料噴流および希釈剤噴流を構成することにより、燃料濃厚下位領域９７２および燃料希薄（希釈剤濃厚）下位領域９７３に構成することができる。例えば、２つ、４つ、もしくは、６つの燃料および希釈剤噴流の組、または、他の組み合わせを使用する。燃料濃厚領域９７２は、上記に説明したように、より大きな領域９７０内で相補的な燃料希薄（希釈剤濃厚）下位領域９７３と一まとめにされているか、または、それが散在している。
異なった領域９７０は、分配チューブに沿って構成することができる。これらの領域は、好ましくは、濃厚下位領域９７２がチューブの軸に沿った方向で燃料希薄下位領域９７３の隣にしばしば定置されるように、下位領域の組に構成される。このことは、効果的な混合を提供する一方、燃焼と迅速に混合する希釈剤濃厚領域が周囲に散在された、燃焼を開始するための燃料濃厚領域を提供する。このことは、燃焼領域内での燃料と希釈剤のより大きな混合の達成に役立つ一方、燃料濃厚領域９７２を使用することにより燃焼安定性を上昇させる。
図１３の左側を参照すると、例えば、ユーザは、隙間の中央およびチューブの近くに燃料希薄下位領域９７３を備えた少なくとも１つの領域９７０を構成することができる。これらの領域は、（図１２に示すものなどのように）隙間を横切る距離のほぼ３分の１および３分の２に散在された燃料濃厚下位領域９７２を備えて構成することができる。
これに対応して、ユーザは、図１３の右側の隣の領域９７０に示すように、相補的な位置の燃料濃厚領域９７２および燃料希薄下位領域９７３を備えた少なくとももう１つの領域９７０を形成するように、燃料および希釈剤の個々のチューブ上の噴出孔を構成することができる。これらの領域は、図１３に示すように、燃料チューブ１１および希釈剤チューブ１４の周囲に概略が描かれているように、放射状噴出孔８５および角度の付いた噴出孔８６の相補的な構成を使用することができる。すなわち、第２の領域９７０は、隙間を横切る距離のほぼ３分の１および３分の２に燃料希薄下位領域９７２を、および、隙間の中央およびチューブの近くに燃料濃厚下位領域９７３を示す。
ユーザは、同様に、‘１９１特許出願に教示されている方法に従って、より非対称的な濃度の燃料濃厚および希釈剤濃厚下位領域を備えた領域を構成することができる。これらの方法は、本明細書に説明されている方法を使用して、チューブ隙間を横切る、ならびに、チューブに沿った温度勾配を設けるために使用することができる。
〔一緒に巻かれた燃料および希釈剤の各分配チューブ〕
図５３を参照すると、ユーザは、例えば円筒形アレイ２６５を形成するために、共通の穿孔分配チューブ１６内に噴出孔８０を含む燃料流体および希釈剤流体の通路を設けることができる。ユーザは、同様に、燃料流体および希釈剤流体の分配チューブを一緒に巻くこと、または、等価の多通路分配チューブを形成することができる。いくつかの構成において、燃料流体および希釈剤流体のチューブは、チューブの交番する各対間に隙間Ｇを備えて背中合わせに巻かれている。他の構成において、燃料流体および希釈剤流体の分配チューブは、互いの上流／下流で、または、その逆で一緒に巻かれている。隙間Ｇは、チューブの各対間に設けることができる。
図５３を参照すると、ユーザは、例えば円筒形アレイ２６５を形成するために、共通の穿孔分配チューブ１６内に噴出孔８０を含む燃料流体および希釈剤流体の通路を設けることができる。ユーザは、同様に、燃料流体および希釈剤流体の分配チューブを一緒に巻くこと、または、等価の多通路分配チューブを形成することができる。いくつかの構成において、燃料流体および希釈剤流体のチューブは、チューブの交番する各対間に隙間Ｇを備えて背中合わせに巻かれている。他の構成において、燃料流体および希釈剤流体の分配チューブは、互いの上流／下流で、または、その逆で一緒に巻かれている。隙間Ｇは、チューブの各対間に設けることができる。
〔曲線分配チューブ〕
ユーザは、一般に、燃料流体および希釈剤流体の分配チューブを平行な円弧、円形、螺旋、または、同様の曲線の形態に形成する。このことは、円形ダクト１４４、矩形ダクト１４５、環状ダクト１４６、環状区間、または、他の曲線流体ダクト１３０の交差区間を満たす便利な手段を提供する。このような構成において、ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、互いの上流／下流の平行なアレイ内に燃料流体および希釈剤チューブを配向する。これらの曲線チューブは、好ましくは、１つまたは複数の放射状マニホルド２４０に接続される。
ユーザは、一般に、燃料流体および希釈剤流体の分配チューブを平行な円弧、円形、螺旋、または、同様の曲線の形態に形成する。このことは、円形ダクト１４４、矩形ダクト１４５、環状ダクト１４６、環状区間、または、他の曲線流体ダクト１３０の交差区間を満たす便利な手段を提供する。このような構成において、ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、互いの上流／下流の平行なアレイ内に燃料流体および希釈剤チューブを配向する。これらの曲線チューブは、好ましくは、１つまたは複数の放射状マニホルド２４０に接続される。
代案として、ユーザは、アレイを満たす連続した螺旋または同様の空間に分配チューブを構成することができる。ユーザは、好ましくは、燃料流体および希釈剤分散接触器アレイの各々を「喇叭型」構成２６２に構成し、かつ、これらを互いの上流／下流に定置する。（例えば、図２８を参照。）他の構成において、ユーザは、燃料流体および希釈剤のチューブを平行かつ互いに隣接して配向する。
〔平行線形噴出孔分配通路または接触器チューブアレイ〕
いくつかの構成において、ユーザは、分配噴出孔または接触器チューブを備えた燃料流体および希釈剤通路の平行アレイ２６０を構成する。ユーザは、これらのアレイを、好ましくは互いの上流／下流で交番する平行なアレイに配列することができる。このような構成は、矩形流体ダクト１４５において好ましい。
いくつかの構成において、ユーザは、分配噴出孔または接触器チューブを備えた燃料流体および希釈剤通路の平行アレイ２６０を構成する。ユーザは、これらのアレイを、好ましくは互いの上流／下流で交番する平行なアレイに配列することができる。このような構成は、矩形流体ダクト１４５において好ましい。
〔角度の付いた分配チューブアレイ〕
他の構成において、ユーザは、燃料流体および希釈剤接触器チューブを互いにある角度で構成する。例えば、液体燃料チューブを直角に、かつ、水分配チューブの上流（または、下流）にする。このような垂直アレイは、第１のアレイに横方向の第２のアレイ内に渦を作り出す。このことは、平行アレイに比較して下流での混合を改善する。
他の構成において、ユーザは、燃料流体および希釈剤接触器チューブを互いにある角度で構成する。例えば、液体燃料チューブを直角に、かつ、水分配チューブの上流（または、下流）にする。このような垂直アレイは、第１のアレイに横方向の第２のアレイ内に渦を作り出す。このことは、平行アレイに比較して下流での混合を改善する。
〔狭い熱希釈剤流体隙間〕
気体性燃料を酸化剤流体と予備混合する際、燃焼から予備混合領域へ戻る逆火に対する危険がしばしばある。燃料直接接触器１３と希釈剤直接接触器１４の間の領域は、燃料と酸化剤の可燃混合物を形成する予備混合領域として機能することができる。ユーザは、この予備混合区画内への燃焼の逆火に対する障壁を設けるために、希釈剤流体チューブ間の狭い隙間Ｇを使用することができる。このことは、燃焼器の爆発および破壊のリスクを大幅に低減することができる。
気体性燃料を酸化剤流体と予備混合する際、燃焼から予備混合領域へ戻る逆火に対する危険がしばしばある。燃料直接接触器１３と希釈剤直接接触器１４の間の領域は、燃料と酸化剤の可燃混合物を形成する予備混合領域として機能することができる。ユーザは、この予備混合区画内への燃焼の逆火に対する障壁を設けるために、希釈剤流体チューブ間の狭い隙間Ｇを使用することができる。このことは、燃焼器の爆発および破壊のリスクを大幅に低減することができる。
したがって、爆発し易い燃料／酸化剤混合物の場合、ユーザは、燃料流体送出チューブ１３の下流の隣接した穿孔希釈剤流体チューブ１４間の酸化剤流体流隙間Ｇを、形成された燃料／酸化剤流体混合物に対する最大実験安全隙間（ＭＥＳＧ）より小さく構成することができる。例えば、メタン／空気燃焼に対する燃焼器を構成するうえで、ユーザは、好ましくは、メタン／空気予備混合の下流の隣接した穿孔希釈剤送出チューブ１４間の希釈剤隙間Ｇを、メタン／空気に対して許容されたＭＥＳＧより小さく構成する（すなわち、境界条件によって約１．１２ｍｍとなるなど、様々に報告されている）。
これに対応して、ユーザは、好ましくは、希釈剤分散接触器１４と酸化剤流体ダクト壁１３２の間の隙間をこのＭＥＳＧより小さく構成する。このことは、関連技術における分離された構成部分により提供される火炎の伝播および爆発の保護を提供する直接接触器という恩恵を提供する。他の実施形態において、チューブ間隙間Ｇは、どのような燃料流体と酸化剤流体の混合物が使用されようとも、それに対応するＭＥＳＧより小さくなるように調整されている。
接触器チューブが限界熱容量を供給する場合、ユーザは、希釈剤送出チューブ１４を、この送出チューブの上流または下流で熱伝導性帯状片でさらに補強することができ、かつ、伝導性帯状片間の隙間を個々のＭＥＳＧより小さく構成することができる。この逆火障壁の有効性をさらに確実にするために、ユーザは、燃料を酸化剤に送出および混合する前にある流量の希釈剤をさらに必要とすることができる。
〔迅速な交換取付け台〕
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダ１００および点火器１２４の１つまたは双方を直ちに取り外し、かつ、設置するために、燃焼器の上流端部上に内部迅速交換取付け台５７を設ける。ユーザは、好ましくは、分散接触器アレイ２６０を便利かつ直ちに取外し、かつ、交換するために十分な開口部を使用して直ちに装着および取外しされるように、燃焼器５６の上流端部上の外部迅速交換取付け台５８をさらに構成する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダ１００および点火器１２４の１つまたは双方を直ちに取り外し、かつ、設置するために、燃焼器の上流端部上に内部迅速交換取付け台５７を設ける。ユーザは、好ましくは、分散接触器アレイ２６０を便利かつ直ちに取外し、かつ、交換するために十分な開口部を使用して直ちに装着および取外しされるように、燃焼器５６の上流端部上の外部迅速交換取付け台５８をさらに構成する。
〔〔燃料および酸化剤を送出および混合する〕〕
〔燃料直接流体接触器〕
燃焼は、発熱反応の主要な分類である。図２８を参照すると、いくつかの実施形態において、分散直接流体接触器システム２は、酸化剤流体（酸化剤含有流体）中に流体燃料を分配するために使用されている。これらの方法は、液体もしくは気体性炭化水素燃料、または、炭素および／または水素を含む他の燃料などの流体燃料を均一に分配するために使用されている。これらの方法は、好ましくは、これらの燃料流体を圧縮空気、酸素強化空気、または、酸素などの酸化剤流体中に分配する。
〔燃料直接流体接触器〕
燃焼は、発熱反応の主要な分類である。図２８を参照すると、いくつかの実施形態において、分散直接流体接触器システム２は、酸化剤流体（酸化剤含有流体）中に流体燃料を分配するために使用されている。これらの方法は、液体もしくは気体性炭化水素燃料、または、炭素および／または水素を含む他の燃料などの流体燃料を均一に分配するために使用されている。これらの方法は、好ましくは、これらの燃料流体を圧縮空気、酸素強化空気、または、酸素などの酸化剤流体中に分配する。
この方法は、酸化剤流体を横切る所望の分布に分配された燃料流体のかなり狭い分布を持つ比較的小さな液滴を提供する。例えば、かなり均一な分布においてである。代案として、直接流体接触器は、燃焼器内の酸化剤流体の流れを横切って分配された燃料流体の多数の均一な微小噴流を提供するために使用される。微小噴流は、微小渦、乱流、および／または、渦流を作り出し、かなり狭い空間的またはサイズの分布を持つ燃料流体小液滴に分割する。この分散接触器法は、有孔媒体内で燃料流体を混合し、かつ、燃焼させることにより引き起こされる熱ショックを回避する一方、匹敵する、または、より良好な混合を達成する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体を横切って均一に分配された燃料流体および希釈剤流体の非常に小さな実質的に単分散液滴を提供するために、本明細書に説明されている燃料分配法を使用する。代案として、ユーザは、燃焼器内の酸化剤流体の流れを横切って分配された燃料流体の多数の均一な微小噴流を提供するために、この方法を使用する。
微小噴流は、微小渦流を発生し、かつ、狭い空間的またはサイズの分布を持つ燃料流体液滴に分割する。この分散接触器法は、有孔媒体内で燃料流体を混合し、かつ、燃焼させることにより引き起こされる熱ショックを回避する一方、匹敵する、または、より良好な混合を達成し、かつ、未酸化または部分的に酸化された燃料成分に対する十分な酸化剤を維持する。
これらの分散流体接触器法は、関連技術の燃料流体噴霧または気体性もしくは燃料流体分配器よりも、酸化剤流体中に燃料流体のはるかに均一な分布を作り出す。このことは、燃焼器を横切る酸化剤／燃料比ラムダのより均一な分布をもたらす。
〔分散直接燃料接触器を介した燃料流体の送出〕
ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、燃料流体（または、反応物質）を直接流体接触器１１を介して燃焼器内に送出または噴射し、かつ、酸化剤流体と混合する。ユーザは、好ましくは、燃料流体の粘度を低下させるために粘性の高い液体燃料を予備加熱する。このことは、ユーザがより低い圧力および／またはより小さな液滴で燃料流体を送出することを可能にする。
ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、燃料流体（または、反応物質）を直接流体接触器１１を介して燃焼器内に送出または噴射し、かつ、酸化剤流体と混合する。ユーザは、好ましくは、燃料流体の粘度を低下させるために粘性の高い液体燃料を予備加熱する。このことは、ユーザがより低い圧力および／またはより小さな液滴で燃料流体を送出することを可能にする。
予備加熱された燃料含有流体が構成成分の少なくとも１つに関して過熱されると、この流体は、より低い圧力の酸化剤含有流体に進入するや、素早く蒸気の泡の核を作る。続いて、液滴内の泡は、素早く膨張し、かつ、液滴を粉砕す（「爆破す」または「瞬間燃焼させ」）る。同様に、ユーザは、過熱された液体熱希釈剤を含む液体燃料を送出することもできる。混入された過熱希釈剤液体小液滴は、素早く泡の核を作り、かつ、膨張し、周囲の燃料流体を粉砕する。過熱および分散送出のこの組み合わせられた方法は、上記に説明された従来の噴射器による燃料流体の酸化剤および流体希釈剤とのより制御され、かつ、効果的な混合を作り出す。
〔瞬間燃焼する過熱燃料流体に従った噴出孔サイズ〕
ユーザが燃料流体を過熱する構成においては、燃料流体中で泡が核を作り、かつ、液滴をより小さな小液滴に粉砕す（「爆破す」または「瞬間燃焼させ」）る。それにより、ユーザは、噴出孔８０より小さなサイズの小液滴を得る。このことは、達成された液滴サイズより大きな噴出孔８０の使用を可能にする。例えば、いくつかの実施形態は、分配される流体の過熱の程度によって、直径が約４μｍ以下の小液滴を達成するために、直径が約１５μｍから３０μｍの噴出孔８０を使用することができる。
ユーザが燃料流体を過熱する構成においては、燃料流体中で泡が核を作り、かつ、液滴をより小さな小液滴に粉砕す（「爆破す」または「瞬間燃焼させ」）る。それにより、ユーザは、噴出孔８０より小さなサイズの小液滴を得る。このことは、達成された液滴サイズより大きな噴出孔８０の使用を可能にする。例えば、いくつかの実施形態は、分配される流体の過熱の程度によって、直径が約４μｍ以下の小液滴を達成するために、直径が約１５μｍから３０μｍの噴出孔８０を使用することができる。
〔コーキングさせない燃料流体の予備加熱〕
ユーザは、好ましくは、エキスパンダの下流の膨張した流体から熱を抽出する熱交換器を使用して燃料流体を予備加熱する。例えば、「使用済み」燃料または排気ガスにおいて、いくつかの構成における熱効率を改善するためにする。４−炭素鎖以上の炭化水素の加熱において、ユーザは、好ましくは、重大なコーキングまたは重合を引き起こす温度範囲の外に（未満またはより高く）温度を制限する。例えば、１９９２年のＫｉｒｋｉｎおよびＤａｖｉｄにより編集されたＡＳＴＭ ＳＴＰ １１３８に記載されているものなどである。したがって、噴流燃料に対しては、ユーザは、好ましくは、燃料流体温度を約３７３Ｋ（約１００°Ｃまたは約２１２°Ｆ）未満に、または、約５７３Ｋ（約３００°Ｃまたは約５２７°Ｆ）より高く制限する。
ユーザは、好ましくは、エキスパンダの下流の膨張した流体から熱を抽出する熱交換器を使用して燃料流体を予備加熱する。例えば、「使用済み」燃料または排気ガスにおいて、いくつかの構成における熱効率を改善するためにする。４−炭素鎖以上の炭化水素の加熱において、ユーザは、好ましくは、重大なコーキングまたは重合を引き起こす温度範囲の外に（未満またはより高く）温度を制限する。例えば、１９９２年のＫｉｒｋｉｎおよびＤａｖｉｄにより編集されたＡＳＴＭ ＳＴＰ １１３８に記載されているものなどである。したがって、噴流燃料に対しては、ユーザは、好ましくは、燃料流体温度を約３７３Ｋ（約１００°Ｃまたは約２１２°Ｆ）未満に、または、約５７３Ｋ（約３００°Ｃまたは約５２７°Ｆ）より高く制限する。
燃料流体は、好ましくは、この限度近くまで表面熱交換器を介して加熱される。いくつかの構成において、燃料流体は、好ましくは、加熱が燃料噴出孔を部分的または完全に詰まらせるために十分な重合またはコーキングを引き起こす温度より低い温度に過熱される。すなわち、燃料流体が、燃料流体の少なくともいくつかの蒸気圧が、燃料流体が送出される燃焼器内の流体の少なくとも一部の圧力より大きくなる温度に到達するまでである。
ユーザは、好ましくは、燃料流体から熱交換器の他の側で高温流体を使用する。ユーザは、好ましくは、燃料流体の重合およびコーキングを回避または制御するために、熱分解、コーキング、または、重合の温度より低く燃料流体を保つために、高温流体の温度を制御する。ユーザは、好ましくは、高温流体の温度を、燃料流体により許容可能な最高温度未満に、熱交換器の壁を横切るいかなる温度降下分も加えた温度に制御する。
〔高温流体の直接加熱〕
いくつかの構成において、ユーザは、直接接触熱交換器を使用して高温希釈剤含有流体を燃料流体と混合する。このような構成において、ユーザは、好ましくは、高温希釈剤流体を燃料流体と緊密に混合するために１つまたは複数の直接接触器を使用する。大きな体積を持つ流体はダクトを介して、また、より小さな体積は直接接触器を介して一般に送出される。同様の構成において、ユーザは、直接的にせよ間接的にせよ、燃料流体を加熱するための固体粒子の流体化流と流体を混合するために直接接触器を使用する。
いくつかの構成において、ユーザは、直接接触熱交換器を使用して高温希釈剤含有流体を燃料流体と混合する。このような構成において、ユーザは、好ましくは、高温希釈剤流体を燃料流体と緊密に混合するために１つまたは複数の直接接触器を使用する。大きな体積を持つ流体はダクトを介して、また、より小さな体積は直接接触器を介して一般に送出される。同様の構成において、ユーザは、直接的にせよ間接的にせよ、燃料流体を加熱するための固体粒子の流体化流と流体を混合するために直接接触器を使用する。
〔過熱液体の瞬間燃料および噴出孔サイズ〕
ユーザは、放出された液滴中で泡が核を作り、かつ、液滴を、燃焼器に送出されるはるかに小さな小液滴に粉砕するように、燃料流体および／または液体熱希釈剤流体を過熱することができる。例えば、好ましくは、重合およびコーキングにさほど敏感でないメタノールまたはエタノールなどの純浄な燃料を使用してである。このような構成において、ユーザは、所望の液滴サイズより大きな噴出孔サイズを分散接触器において設ける一方、過熱されていない液体に比較して、泡の核形成および液滴粉砕により小さな液滴サイズを達成している。
ユーザは、放出された液滴中で泡が核を作り、かつ、液滴を、燃焼器に送出されるはるかに小さな小液滴に粉砕するように、燃料流体および／または液体熱希釈剤流体を過熱することができる。例えば、好ましくは、重合およびコーキングにさほど敏感でないメタノールまたはエタノールなどの純浄な燃料を使用してである。このような構成において、ユーザは、所望の液滴サイズより大きな噴出孔サイズを分散接触器において設ける一方、過熱されていない液体に比較して、泡の核形成および液滴粉砕により小さな液滴サイズを達成している。
〔分散直接二連流体接触器〕
いくつかの構成において、ユーザは直接流体接触器内に２つの通路を構成することができる。例えば、ユーザは、隣接した燃料通路を介して希釈剤および燃料を供給することができる。
いくつかの構成において、ユーザは直接流体接触器内に２つの通路を構成することができる。例えば、ユーザは、隣接した燃料通路を介して希釈剤および燃料を供給することができる。
燃料の利用可能性および変動する価格のリスクを低減するために、ユーザは、好ましくは、燃焼器内に２つ以上の燃料流体を分配するために１つまたは複数の分散直接接触器１１を使用する。ユーザは、二連燃料接触器１１の１つまたは双方の通路を介して液体または気体性の燃料の１つまたは双方を供給すること、例えば天然ガスとジーゼル燃料のいずれかまた双方を分配することができる。
〔共同直接二連燃料接触器〕
流体密度、粘度、酸化剤／燃料比ラムダ、および、吐出係数の差、ならびに、特に異なった噴射圧力により、気体性燃料接触器１３における気体性燃料に対して必要な燃料吐出面積は、液体燃料接触器１２において必要な噴出孔８０の面積よりも一般にはるかに大きい。気体性燃料に対する十分な面積を提供するために、ユーザは、正味燃料噴出孔面積に対する噴出孔のない横方向断面における正味流れ面積の比が、気体性燃料に対する酸化剤流体の所望の、または、必要な比より小さくなるように、噴出孔８０の数およびサイズを好ましく調整する。
流体密度、粘度、酸化剤／燃料比ラムダ、および、吐出係数の差、ならびに、特に異なった噴射圧力により、気体性燃料接触器１３における気体性燃料に対して必要な燃料吐出面積は、液体燃料接触器１２において必要な噴出孔８０の面積よりも一般にはるかに大きい。気体性燃料に対する十分な面積を提供するために、ユーザは、正味燃料噴出孔面積に対する噴出孔のない横方向断面における正味流れ面積の比が、気体性燃料に対する酸化剤流体の所望の、または、必要な比より小さくなるように、噴出孔８０の数およびサイズを好ましく調整する。
本明細書に説明されている設計原理を使用して、ユーザは、気体性および液体の燃料の双方に対して同じ分散直接燃料接触器１１を使用することができる。ユーザは、独立した気体性燃料接触器をさらに提供する。この組み合わせは、気体性燃料に対して必要な接触器面積を低減する。ユーザは、好ましくは、所望または必要である燃料に対する酸化剤の比に調整する。例えば、一般に、５０％から８００％の化学量論的比ラムダ、かつ、好ましくは約１００％から約１２０％の化学量論的比の範囲内にする。
〔二連分散直接燃料接触器〕
いくつかの構成において、ユーザは、１つは気体性燃料接触器１３、他は液体燃料接触器１２の２つの燃料分散直接接触器１１を設ける。これらの接触器は、様々なサイズの噴出孔８０を使用することができる。例えば、気体性燃料に対してはより大きな噴出孔８０および液体燃料に対してはより小さな噴出孔８０である。気体性燃料は、好ましくは、可変弁を使用して気体性燃料接触器１３および液体燃料接触器１２の双方にダクト誘導される。このことは、独立した気体性燃料接触器１３に比較して気体性燃料に対して必要な噴出孔面積を低減する。
いくつかの構成において、ユーザは、１つは気体性燃料接触器１３、他は液体燃料接触器１２の２つの燃料分散直接接触器１１を設ける。これらの接触器は、様々なサイズの噴出孔８０を使用することができる。例えば、気体性燃料に対してはより大きな噴出孔８０および液体燃料に対してはより小さな噴出孔８０である。気体性燃料は、好ましくは、可変弁を使用して気体性燃料接触器１３および液体燃料接触器１２の双方にダクト誘導される。このことは、独立した気体性燃料接触器１３に比較して気体性燃料に対して必要な噴出孔面積を低減する。
〔二連分散燃料接触器の位置〕
気体性燃料接触器１３は、液体燃料接触器１２の上流に位置することができる。このことは、液体燃料での下流チューブのコーティングを回避する便益を有する。この支援は、下流燃料チューブ１２および下流液体燃料噴流により達成された気体性および液体の燃料の酸化剤燃料との気体性混合を増大させる。
気体性燃料接触器１３は、液体燃料接触器１２の上流に位置することができる。このことは、液体燃料での下流チューブのコーティングを回避する便益を有する。この支援は、下流燃料チューブ１２および下流液体燃料噴流により達成された気体性および液体の燃料の酸化剤燃料との気体性混合を増大させる。
しかし、重合が問題とはならないメタノールなどの燃料を使用していると、液体燃料分配チューブ１２は、気体性燃料分配チューブ１３から上流に有利に設置することができる。下流チューブをずれた位置に設置することにより、このチューブは、より大きな液体燃料液滴を破壊することができる。
〔分散直接二連燃料接触器に対する噴出孔のサイズおよび間隔〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、１つは液体燃料に、および、他は公称上は気体性燃料に対する２つの燃料流体通路１５を使用する二連通路流体接触器１６を構成する。液体燃料が使用されると、希釈剤流体および／または酸化剤流体は、公称上の気体性燃料通路を介して送出することができる。燃焼熱および可能な重合またはコーキングから液体燃料を絶縁するうえで役立てるために、気体性燃料通路は、液体燃料通路の下流に定置することができる。チューブ断面は、抗力を低減するために流線型にすることができる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、１つは液体燃料に、および、他は公称上は気体性燃料に対する２つの燃料流体通路１５を使用する二連通路流体接触器１６を構成する。液体燃料が使用されると、希釈剤流体および／または酸化剤流体は、公称上の気体性燃料通路を介して送出することができる。燃焼熱および可能な重合またはコーキングから液体燃料を絶縁するうえで役立てるために、気体性燃料通路は、液体燃料通路の下流に定置することができる。チューブ断面は、抗力を低減するために流線型にすることができる。
分散直接燃料接触器における個々の通路に対する噴出孔８０の数およびサイズは、所望の圧力比、噴出孔にわたる相対差分チューブ／ダクト圧力、流体の粘度、単位体積当たりの燃焼の比熱、および、対応する体積流量要件に従って構成されている。
〔燃料接触器構成〕
入来する酸化剤流体の速度は、典型的に燃焼器にわたって変化する。ユーザは、好ましくは、設計段階において、所定の場所の分配接触器アレイを使用して、この吸入速度プロファイルを測定する。続いて、ユーザは、いくつかの実施形態において、燃焼器流体ダクト１３０にわたる所望の、または、必要な酸化剤／燃料比ラムダを達成するために、燃料噴出孔８２の空間密度を変化させることにより、設計におけるこの流体速度分布を獲得する。
入来する酸化剤流体の速度は、典型的に燃焼器にわたって変化する。ユーザは、好ましくは、設計段階において、所定の場所の分配接触器アレイを使用して、この吸入速度プロファイルを測定する。続いて、ユーザは、いくつかの実施形態において、燃焼器流体ダクト１３０にわたる所望の、または、必要な酸化剤／燃料比ラムダを達成するために、燃料噴出孔８２の空間密度を変化させることにより、設計におけるこの流体速度分布を獲得する。
酸化剤流体の位置、向き、および、速度の変化は、流体微小噴流の相対的貫通および下流での混入に影響を及ぼす。ユーザは、好ましくは、対応する微小噴流からの流れを横切る液滴の平均漸近位置を位置決めするために、分配チューブの周囲の噴出孔８０の位置、向き、および、サイズを調整する。例えば、ユーザは、上流の噴出孔を流れに対してより横方向に配向し、それにより、微小噴流はチューブ間隙間Ｇのほぼ中央に到達する。さらに下流の分配チューブの周囲の噴出孔は、横方向の流体流にわたる漸近小液滴を位置決めするためにダクト軸により近くに配向されている。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、横方向の運動量成分を増加／減少させるために、噴出孔８６の向きまたは下流への角度をより上流／下流側に調整する。このことは、横方向の流れの中への流体の貫通の程度を変化させる。
修正された構成において、ユーザは、横方向に流れる流体中への対応する貫通を増加させるために流体噴射の質量および運動量を増加させるため、より大きな噴出孔８０を作成する。
〔燃料差分圧力〕
ユーザは、好ましくは、ほとんどの横方向微小噴流が、酸化剤流体の最高圧力および最高流量においてチューブ間隙間Ｇを横切るほぼ中間点に到達するように、分配燃料流体にわたる設計差分燃料圧力５５４（ｐｉ−ｐｏ）を調整する。ユーザは、好ましくは、下流の、または、軸に沿って配向されたほとんどの微小噴流が（下流の乱流内で混合の前に）燃料チューブを越えるように、最大酸化剤流体圧力における最小差分燃料圧力を調整する。
ユーザは、好ましくは、ほとんどの横方向微小噴流が、酸化剤流体の最高圧力および最高流量においてチューブ間隙間Ｇを横切るほぼ中間点に到達するように、分配燃料流体にわたる設計差分燃料圧力５５４（ｐｉ−ｐｏ）を調整する。ユーザは、好ましくは、下流の、または、軸に沿って配向されたほとんどの微小噴流が（下流の乱流内で混合の前に）燃料チューブを越えるように、最大酸化剤流体圧力における最小差分燃料圧力を調整する。
ユーザは、好ましくは、酸化剤流体の圧力および／または速度の変化を補償するために、噴出孔８０にわたる流体差分圧力を調整する。
ユーザは、いくつかの実施形態において、好ましくは、１つまたは複数の流体ポンプを作動する、および／または、酸化物流体圧縮器４０７（または、送風機４０６またはポンプ）を作動するために、１つまたは複数の可変速度電気式または機械式駆動装置４６８を設ける。酸化剤圧縮器４０６は、いくつかの構成において、直接に、または、ギヤ列４６６を介してエキスパンダ４４０により駆動される。
ユーザは、好ましくは、２つ以上の燃料流体、希釈剤流体、および、酸化剤流体を送出するために、ポンプ、圧縮器／送風機４０６、４０７、４０８、４１２、４１６、または、対応する回転式作動器３７４の１つまたは複数に対する少なくとも１つの運動計５８０を設ける。例えば、高分解能光回転式エンコーダ５８２は、圧縮器／送風機４０６／４０７に対して燃料ポンプおよび希釈剤ポンプの１つまたは双方、ならびに、同様の高分解能光回転式エンコーダ５８４に対して使用することができる。ユーザは、いくつかの実施形態において、さらに好ましくは、圧縮器４０７、エキスパンダ４４０、および、再圧縮器５０２の１つまたは複数にわたる圧力をモニタするために絶対または差分圧力センサ５５４を設ける。これらの構成部分およびセンサは、ユーザが、燃料流体の送出圧力に対する酸化剤流体の送出圧力の比を精密に制御することを、および、これに対応して、酸化剤流体および燃料流体の相対流量を制御することを可能にする。
〔多通路化合物接触器チューブ〕
ユーザは、いくつかの実施形態に対して、１つまたは複数の多通路化合物接触器チューブを形成するために、図３に示す多数のチューブを採用することができ、かつ、分散接触器チューブ内に２つ、３つ、または、それ以上の通路を構成することができる。これらの多通路化合物チューブ２２０は、図４０および図４２に示す多流体接触器に対して各流体構成する方法と同様に、多数の流体を送出するために使用することができる。これらの通路は、例えば、燃料流体通路１０４および希釈剤流体通路１０６として使用することができる。
ユーザは、いくつかの実施形態に対して、１つまたは複数の多通路化合物接触器チューブを形成するために、図３に示す多数のチューブを採用することができ、かつ、分散接触器チューブ内に２つ、３つ、または、それ以上の通路を構成することができる。これらの多通路化合物チューブ２２０は、図４０および図４２に示す多流体接触器に対して各流体構成する方法と同様に、多数の流体を送出するために使用することができる。これらの通路は、例えば、燃料流体通路１０４および希釈剤流体通路１０６として使用することができる。
図３８をさらに参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、３つの近接した流体通路を備えた多通路直接接触器穿孔チューブ２６を形成する。これらの多数の通路は、好ましくは、第２の酸化剤流体中の抗力および圧力降下を低減するために多通路接触器チューブ内で上流／下流に配向されている。
燃料通路１０４は、好ましくは、多通路チューブ２６の中央近くに構成される。希釈剤流体は、好ましくは、燃料通路１０４の上流の希釈剤通路１０６を介して送出される。同様に、さらなる希釈剤流体は、好ましくは、燃料通路１０４の下流の希釈剤流体通路１０６を介して送出される。上流希釈剤流体通路１０６は、有利に、燃料通路１０４の周囲およびこれを横切って流れる高温酸化剤流体による過熱から燃料流体を保護する。下流希釈剤通路１０６は、好ましくは、下流の燃焼熱による過熱から燃料通路１０４における燃料流体を保護する。
ユーザは、好ましくは、本明細書に指定されている燃料流体噴出孔および／または希釈剤噴出孔の数、位置、および、向きを、必要または所望である如くに調整する。これらの噴出孔は、好ましくは、酸化剤流体流にほぼ垂直に流体を噴射するように配向された放射状噴出孔８５を利用する。同様に、角度の付いた噴出孔８６は、酸化剤流の中にある角度で上流または下流に流体を噴射するように構成することができる。噴出孔８４は、酸化剤流の中に、または、これと共に流体を全般的に上流または下流に噴射するように構成することができる。
上流／下流の寸法に対する通路断面は、所望の流線型化および圧力降下を達成する一方、必要な流体通路断面および流体抗力屈曲力などに耐えるための強度を提供するために、同じく調整される。チューブ壁およびチューブの非真円性の程度は、好ましくは、所望の噴出圧力に耐えるように調整されている。チューブ壁は熱障壁コーティング３４で保護することができる。
ユーザは、好ましくは、これらの多通路化合物接触器チューブ２２０を対応する多通路マニホルド２４６に接続する。修正された実施形態において、これらの近接する通路は、各チューブを一体に付き合わせ、または、接着することにより形成される。いくつかの実施形態において、ユーザは、所望の、または、必要な冷却の程度によって、隣接した燃料チューブの上流または下流に冷却希釈剤通路を設ける。（例えば、水冷媒通路である。）修正された構成において、ユーザは、燃料流体および希釈剤流体に対して背中合わせＤのチューブまたは二連通路チューブ１６を設ける。（例えば、図３１、図３２、および、図３６を参照。）
修正された構成において、ユーザは、多通路接触器チューブ２２０または継ぎ手チューブの１つの端部において燃料通路またはチューブを閉鎖し、かつ、多通路チューブ２２０の他の端部において希釈剤通路を閉鎖している。燃料流体通路の開放端部は、好ましくは、燃料マニホルド２４２に接続されている一方、多通路接触器チューブ２２０の他の端部における希釈剤通路は希釈剤マニホルドに接続されている。他の構成において、ユーザは、燃料流体および希釈剤通路の双方を、多通路チューブ２２０の１つまたは複数の端部における多通路マニホルド２４６に接続する。
図３９は、曲線および穿孔接触器（「チューブ」）壁で形成された三連通路接触器チューブ２８を備えた実施形態を示す。希釈剤通路は、高温酸化剤流体および燃焼熱により過剰に加熱されることから燃料流体を絶縁および保護するために、燃料通路の上流側および／または下流側の１つまたは双方に隣接して設けられている。希釈剤噴出孔は、燃料の近くに希釈剤を送出するため、かつ、近くの火炎面を介して希釈剤を噴流するために設けられている。
少なくとも１つの外部壁は、１つまたは複数の凹面または「三日月」型の「カスプ」に形成することができる。例えば、流線型の形状を形成するために、頂点は上流に向けられることができ、他の２つの頂点は下流を指している。このことは、燃料が、接触器壁を濡らさずに、かつ、「コーキングする」傾向を低減しつつ、より容易に送出されることを可能にする。
このカスプ配置された構成において、燃料送出噴出孔８６は、好ましくは、三連流体通路接触器チューブ内の燃料通路１５の外部下流部分の近くに、流れに対してある角度で形成されている。このことは、燃料流体が、チューブの側面から「あとだれ」すること、および、燃焼により近い下流表面上のコークの堆積を引き起こす可能性のある形で加熱されることを防止するうえで役立つ。
ユーザは、これに対応して、希釈剤流体通路１７の下流壁の１つまたは複数に希釈剤流体噴出孔８３を設ける。これらの軸に沿って配向された希釈剤噴出孔８４は、横方向の接触器軸よりも下流に、かつ、主に酸化剤流体流の軸に向けて、かつ、ダクト軸とほぼ一線上に配向することができる。軸に沿った噴出孔８４は、液体希釈剤が燃焼ガス中で気化する火炎面の下流を介して希釈剤流体を送出するために使用することができる。同噴出孔８４は、三連通路接触器の下流側に燃料流体を運び戻すことから、三連通路接触器の先端に近い渦を再循環させること、および、そこでコークを形成することの可能性を低減することに役立つ。外部下流希釈剤噴出孔８３は、外向きに角度を付けることができる。
ユーザは、好ましくは、上流の高温空気からの熱および下流の燃焼熱から燃料流体を保護するために燃料通路１５を絶縁する。この絶縁は、噴出孔８２を覆う部分は除き、熱障壁コーティング３４で燃料通路１５をコーティングすることにより設けることができる。この熱障壁コーティング３４は、希釈剤噴出孔８３を除き、希釈剤流体通路１７の外部表面も覆うことができる。熱障壁コーティング３４は、燃焼および時々は再循環中の高温ガスからの輻射を受ける下流に面した表面を覆うことができる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、熱障壁コーティング３４でチューブ１０をコーティングし、かつ、続いて、熱障壁コーティング３４およびその下のチューブ壁３０を介して流体通路１５、１７内に噴出孔３２をレーザで開ける。ユーザが狭い噴出孔８２を所望または必要とする場合、ユーザは、好ましくは、同噴出孔８２を、熱障壁コーティング（ＴＢＣ）および壁の一部を介してより大きな直径の噴出孔を開け、薄くなった壁区間３２を形成するステップの２−ステップ工程で形成する。続いて、ユーザは、薄くなった壁３２を介して最終的な微小噴出孔をレーザで開ける。他の方法において、ユーザは、レジストのコーティングで噴出孔を形成し、かつ、保護し、チューブの周囲にＴＢＣをコーティングし、ならびに、続いて、レジストのコーティングを除去する。
ユーザは、入来する酸化剤流体（例えば、圧縮空気）が圧縮により燃料流体のコーキングまたは重合の温度より高く加熱される高い圧縮比において保護するために、このような熱障壁コーティング３４を特に塗布する。ユーザは、好ましくは、流体通路、特に燃料チューブが燃焼の輻射および循環中の高温ガスに露出される場合に、このような熱的に好ましいものも塗布する。
ユーザは、好ましくは、重大なコーキングおよび／または重合を、そのような反応に敏感な燃料流体中に引き起こす温度範囲より低く燃料流体の温度を維持するために冷媒の流量および温度を調節する。すなわち、４−炭素鎖以上の炭化水素を持つ燃料流体に対して全般的にである。（例えば、ジェット燃料に対しては、約３７３Ｋもしくは約１００°Ｃもしくは２１２°Ｆ未満、または、約５７３Ｋもしくは約３００°Ｃもしくは５２７°Ｆを超えて。）これらの対策は、噴出孔８０および三連通路接触器表面を、コークの形成または燃料の重合により目が詰まることから保護するうえで役立つ。ユーザは、好ましくは、燃料流体が噴出孔を介して送出されるまで、燃料流体をこれらの温度より低く維持する。
この「カスプ配置された」構成は、薄い帯状片を、帯状片の軸の周囲でより大きな凸面円弧およびより小さな凹面円弧に形成し、２つの円弧を互いに向けて覆って折り曲げ、かつ、向かい合う円弧の先端を接着して燃料分配通路１５を形成することにより組み立てることができる。第２の薄い帯状片は、好ましくは、上流希釈剤流体通路１７を形成するために、自身の先端の近くで燃料通路１５に結束部３９を使用して結束されている２つの円弧先端と下流で向かい合うより大きな上流凹面円弧に形成される。第３の薄い帯状片は、好ましくは、下流希釈剤流体通路１７を形成するために、結束部３９を使用して自身の先端の近くで円弧に下流で向かい合い、かつ、燃料通路１５の下流側に結束されたより小さな下流凹面に形成される。
いくつかの構成において、流線型三連通路接触器（例えば、図３８、図３９を参照）は、同様な形状を持つダイを使用して溶融体からの押出し成形もしくは凝固により、または、三連通路を形成するための同様の方法を使用することにより形成することができる。他の構成において、これらの接触器は、図３６、図３７、および、図３８に示す形状を形成する方法と同様に、薄い帯状片を必要な形状に折り曲げることにより形成される。さらなる修正構成において、ユーザは、そのような構成を、図３９に示す円弧の形成および結束方法を使用して形成する。
〔酸化剤流体系〕
いくつかの実施形態において、（例えば、酸化剤含有流体または酸化剤流体などの）第２の反応物質含有流体は、好ましくは、ダクト１３０を介して分散接触器１０に送出される。他の構成において、酸化剤は、分散接触器１０を介してダクト１３０に吸引され、分散接触器から下流で膨張する。例えば、分散接触器を煙突の基部を横切って定置することによる。
いくつかの実施形態において、（例えば、酸化剤含有流体または酸化剤流体などの）第２の反応物質含有流体は、好ましくは、ダクト１３０を介して分散接触器１０に送出される。他の構成において、酸化剤は、分散接触器１０を介してダクト１３０に吸引され、分散接触器から下流で膨張する。例えば、分散接触器を煙突の基部を横切って定置することによる。
図２８を参照すると、ユーザは、いくつかの実施形態において、好ましくは、圧力容器１７２によりダクト１３０および分散接触器１０を取り囲む。ユーザは、大気圧より実質的に高い圧力および流体ダクト１３０を横切って所望または必要とされる差分圧力で流体を送出し、かつ、反応させるために必要な差分圧力を持続するように圧力容器を構成する。ユーザは、好ましくは、圧力容器１７２の壁を介した１つまたは複数の圧力容器フィードスルー１７６または等価の通路を介して、圧力容器を介して燃焼器に燃料および／または熱希釈剤含有流体を送出する。
ユーザは、いくつかの実施形態において、好ましくは、温度が燃料の重合またはコーキング温度より高い時に、特に、高い圧縮比で（例えば、高温圧縮空気などの）圧縮酸化剤流体を冷却する。ユーザは、好ましくは、低温の希釈剤流体で高温の第２の流体を冷却するために、低圧圧縮器４０８と高圧圧縮器４１２、４１６の間で表面熱交換器相互冷却器４１０、４１４を使用する。続いて、加熱された希釈剤は、好ましくは、本明細書に説明されているように燃焼器に送出される。
いくつかの実施形態において、ユーザは、希釈剤流体を希釈剤接触器１４またはノズルを介して１つまたは複数の圧縮器４０７、４０８、４１２、および／または、４１６内に送出する。さらなる修正例において、ユーザは、圧縮ガスを冷却するために送風機／圧縮器入口４０９内に流体を混入するために分散直接接触器予備冷却器４０４を使用する。このような構成において、ユーザは、好ましくは、直接接触器予備冷却器４０４を形成するために、本明細書に説明されている流線型希釈剤流体接触器１４を使用する。
これらの冷却策は、断熱圧縮に必要な圧縮エネルギーより低く、かつ、等温圧縮のより近くに圧縮エネルギーを低減する。（すなわち、冷却策は「擬似等温」圧縮を提供する。）
コーキングまたは重合の問題をさらに低減するために必要または所望であるように、いくつかの構成において、高温圧縮酸化剤流体は、後段冷却器４１７によりさらに冷却される。加熱された希釈剤は、好ましくは、下流に燃焼器内に送出される。
〔ディフューザ〕
ディフューザは、関連技術では、（例えば、圧縮器などの）酸化剤送出システムから出る大きな流体速度を低減するために使用されている。しかし、関連技術は、横方向に沿って評価された酸化剤流体の軸に沿った流れの横方向分布を制御するディフューザの能力を効果的には利用していない。図１４を参照すると、多通路ディフューザ４２０は、好ましくは、圧縮酸化剤含有流体を受領する取入れ口１３４を備えて構成され、より小さな速度の流体が取出し口１３６から送出される。ディフューザは、速度をより効果的に低減するために多数の羽根４２１を有する。マニホルド２４０は、取出し口の近くのディフューザに希釈剤などの流体を送出するために使用されている。ディフューザ羽根支持体４２９は、ディフューザダクト壁１３２に対してディフューザ羽根を支持するために必要に応じて設けられている。二次マニホルド２５４は、接触器チューブに流体をさらに分配することができる。接触器、分配器、および、ディフューザの羽根の詳細は、図１５、図１６、図１８、および、図１９の拡大図に示す。
ディフューザは、関連技術では、（例えば、圧縮器などの）酸化剤送出システムから出る大きな流体速度を低減するために使用されている。しかし、関連技術は、横方向に沿って評価された酸化剤流体の軸に沿った流れの横方向分布を制御するディフューザの能力を効果的には利用していない。図１４を参照すると、多通路ディフューザ４２０は、好ましくは、圧縮酸化剤含有流体を受領する取入れ口１３４を備えて構成され、より小さな速度の流体が取出し口１３６から送出される。ディフューザは、速度をより効果的に低減するために多数の羽根４２１を有する。マニホルド２４０は、取出し口の近くのディフューザに希釈剤などの流体を送出するために使用されている。ディフューザ羽根支持体４２９は、ディフューザダクト壁１３２に対してディフューザ羽根を支持するために必要に応じて設けられている。二次マニホルド２５４は、接触器チューブに流体をさらに分配することができる。接触器、分配器、および、ディフューザの羽根の詳細は、図１５、図１６、図１８、および、図１９の拡大図に示す。
本明細書に説明されているように、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器内の酸化剤流の軸に沿った速度の空間または横方向の分布における空間的ばらつきを低減するために多数の分割器羽根４２１を備えた多通路ディフューザ４２０を使用する。これらの対策は、今度は、吹き飛ばし状態に到達せずに許容可能な平均流体流量をユーザが上昇させることを可能にする。
ほとんどの過剰な（例えば、圧縮空気などの）気体性熱希釈剤を（例えば、水および水蒸気などの）気化可能熱希釈剤と好ましく置き換えることにより、ユーザは、圧縮器４０７のサイズの大きな低減を達成する。（例えば、希薄燃焼の場合より約６５％小さい。）このような低減された酸化剤流体流の構成の場合、ユーザは、好ましくは、酸化剤流のこの大きな変化を収容するように圧縮器４０７と燃焼器５６の間にディフューザ４２０を構成する。このようなより小さな流量の場合、ディフューザのポンプ損失は対応して急落する。
図１４を参照すると、多数のディフューザ分割器羽根４２１が、好ましくは、酸化剤流体の膨張を制御するために使用されている。例えばユーザは、少なくとも４つの分割器羽根４２１、好ましくは、６つ以上の分割器羽根、かつ、最も好ましくは７つから１７個の分割器羽根を設けることができる。これらの羽根は、少なくとも５つの流体通路、好ましくは７つ以上の通路、かつ、最も好ましくは８つから１８個の通路を提供する。このことは、一般にゼロから３つの分割器羽根を使用する一般の関連技術に対して速度プロファイルを大幅に改善する。
図１４をさらに参照すると、分割器羽根４２１の軸に沿った長さは、好ましくは、取入れ口の近くでの有限な羽根の厚さおよび境界の構成を可能にするように調整されている。したがって、ディフューザ取入れ口は、１つの羽根について最初に分割することができる。したがって、幾分かの距離だけ下流において、結果として得られた２つの流路は、さらに２つの分割器羽根により分割することができる。したがって、４つのディフューザ空気通路が、好ましくは、８つのディフューザ流体通路を形成するためにさらに４つの分割器羽根によりさらに分割される。
より均一な流量分布が必要な場合、これらの羽根は、１６個の通路を形成するためにさらに分割される。同様に、ディフューザ取入れ口は、１１個の分割器羽根を備えた１２個の通路を形成するために、先ず２つのディフューザ羽根で、次に３つの羽根で、かつ、６つの羽根で分割することができる。
図１４を参照すると、ユーザは、好ましくは、ポンプ作業、資本費用、および、メンテナンス費用の正味現在費用を削減するために、隣接した分割器羽根４２１間の羽根対羽根角度ベータβおよび対応するディフューザの軸長を調整する。ユーザは、好ましくは、羽根表面積と共に増加する表面摩擦、低減された羽根対羽根角度ベータと共に減少するディフューザまたは乱流損失、羽根の数およびその表面積と共に上昇する資本費用、および、羽根が動作に問題のある際の時間および数と共に情報するポンプ作業および清掃の費用を考慮する。
ユーザは、好ましくは、最低ポンプ作業の領域の近くに羽根対羽根角度を選択する。ユーザは、好ましくは、追加の羽根のより高い資本およびメンテナンスの費用を説明するために、羽根対羽根角度ベータを最低のポンプ作業の角度より少し大きく構成する。これに対応して、羽根対羽根角度ベータは、好ましくは、最低資本費用に対する角度より小さく構成される。
角度は、好ましくは、ディフューザの膨張乱流損失および表面摩擦損失からの流体ポンプ費用に対して、増加された羽根の数の資本費用の正味現在価値を低減するように調整されている。例えば、含まれている分割器羽根対羽根角度は、全般的に、約４から１６度の範囲に、好ましくは約６から１３度の範囲内に、かつ、最も好ましくは約８から１０度の範囲に構成されている。
ユーザは、好ましくは、ディフューザの取入れ口の吸入量に対して横方向の質量流量分布の変化を評価する。例えば、図２２を参照すると、軸に沿った圧縮器を出る圧縮されたガスの速度および質量流量は、放射方向における強く変化する横方向速度プロファイルを有する。このことは、ハブおよび外部壁の近くにより低い速度を、かつ、中央の近くだが半分以上外側にピーク速度を持つ反転ねじれ放物面と類似する。求心的流体加速度があるため、外側に向かって増加する放射方向のこれに対応する横方向圧力プロファイルがある。壁およびハブの近くでの冷却も、中央付近よりも辺縁部でより低い放射方向の同様の横方向温度プロファイルをもたらす。
ユーザは、出口などの与えられた軸に沿った位置における放射状流体密度プロファイルを考慮するために、これらの圧力および温度横方向分布を組み合わせることができる。（または、ユーザは平均値および個々のプロファイルを使用する。）ユーザは、放射方向における横方向質量流量プロファイルを得るために、この横方向密度プロファイルを横方向速度プロファイルと組み合わせることができる。したがって、ユーザは、ハブから外部壁への累積横方向質量流量分布を得るために、放射質量流量プロファイルを取り、かつ、積分することができる。
図１４を参照すると、ユーザは、好ましくは、望ましい空間酸化剤流体流量分布に近づくために、ディフューザ流体通路の取入れ口に対する取出し口の横方向分布を構成する。例えば、環状燃焼器内の横方向または放射状質量流量分布である。
図１４をさらに参照すると、例えば、ユーザは、燃焼器の軸に横方向の単位面積当たりのかなり均一な質量流量を構成することを一般に所望する。直接接触器および噴出孔の分布の設計を容易にするために、ユーザは、好ましくは、分割器羽根の取出し口を、流れに対して横方向にかなり均一な間隔を有するように構成する。例えば、環状ディフューザにおいてかなり均一な放射状間隔を備えるようにする。
ユーザは、好ましくは、羽根出口における単位面積当たりほぼ均一な質量流量を送出するために適切な流体流量を受け入れるため、羽根出口における間隔および面積に対して、個々のディフューザ分割器羽根の上流端部における分割器羽根４２１の間隔の個々の羽根対羽根の間隔および面積を調整する。例えば、ユーザは、累積質量流量分布を取り、かつ、ほぼ等しい質量流量漸増分に分割する。それらの質量流量の分割分から、ユーザは、個々の分割器羽根４２１の取入れ口端部を定置するための放射状の間隔および位置を得る。
ユーザは、燃焼器を出る空間質量流量分布および速度分布を制御することを所望する。例えば、タービン取入れ口流量に対して所望されるようにする。一般に、ユーザは、かなり均一な質量流量分布および速度分布を所望する。しかし、分割器羽根の出口と下流の利用デバイスへの入口の間の燃焼器壁は、境界層を形成して壁に沿った流量を実質的に低減する抗力をもたらす。
この抗力を補償するために、いくつかの構成において、ユーザは、外部および内部ディフューザ壁の隣の羽根対羽根取入れ口間隔を、ダクトの中央により近い他の取入れ口羽根対羽根間隔に対して増加させる。このことは、環状燃焼器室の中央に対して壁により近い速度を上昇させる。しかし、流れが燃焼器出口に到達する時までに、この速度上昇は壁により急激に低下され、他で得られるよりも燃焼器を横切ったより均一な速度プロファイルを残す。
図２２を参照すると、多通路ディフューザは、ディフューザ通路の中央に対応する最大値および分割器羽根４２１の端部に対応する最小値を持つディフューザの出口を横切る速度プロファイルの変化を提供する。これらの「上流」速度変化は、ディフューザ分割器羽根４２１のない単一のディフューザに対するディフューザ速度プロファイルより実質的に小さい。
速度プロファイルをさらに滑らかにするために、ユーザは、好ましくは、速度の変動が落ち着くことができるディフューザ羽根と燃焼領域の間に混合領域を設ける。ガス中の乱流は、距離に従った速度の指数的な急落を提供する。ユーザは、横方向速度プロファイルの急落の所望の程度を達成するために、分割器羽根４２１と下流の燃料および希釈剤分配接触器チューブの間の距離を選択することができる。図２２の「下流多通路ディフューザ」曲線により示されるように、多くのディフューザ羽根と設定距離のこの組み合わせは、「上流」速度プロファイルよりも小さな変動、および、羽根のないディフューザを出る従来の流れよりもはるかに均一な流体速度を提供する。
このような対策により、ユーザは、好ましくは、燃焼器を出る高エネルギー流体の流量の１つまたは複数の空間分布を調整する。このことは、利用デバイスの設計者により所望されている１つまたは複数の横方向分布プロファイルに実質的に近い流量分布プロファイルを提供する。例えば、タービン取入れ口のパターン係数およびパターンプロファイルである。例えば、これらの構成は、関連技術に比較して、燃焼器ダクトを放射状に横切った実質的により均一な圧力および速度の分布を提供することができる。これらの係数は、今度は、タービンなどの下流のエキスパンダによる作業抽出の機械的効率を実質的に改善する。
いくつかの構成において、ユーザは周上方向における横方向流体分布を構成することができる。一般に、均一な周上流体流量分布が所望されている。しかし、これは空間的な適用に対して所望または必要に応じて調整することができる。
〔流量および組成の分布プロファイル〕
様々な構成において、ユーザは、好ましくは、１つまたは複数の流体流量に関連して所望の送出プロファイルを備えた流体を送出するように１つまたは複数の直接接触器における噴出孔を構成する。これらの噴出孔は、１つまたは複数の所望の組成プロファイルまたは温度プロファイルを提供するように調整されている。より詳細には、ユーザは、多燃料機能を提供するように２つ以上の燃料流体送出チューブを構成する。例えば、図３を参照されたい。このような実施形態の場合、噴出孔の直径、向き、および、間隔、ならびに、チューブ間間隔は、燃料の各々に対する１つまたは複数の方向の所望の空間燃料送出分布を提供するように、かつ、酸化剤／燃料比の所望の空間分布を提供するように構成される。
様々な構成において、ユーザは、好ましくは、１つまたは複数の流体流量に関連して所望の送出プロファイルを備えた流体を送出するように１つまたは複数の直接接触器における噴出孔を構成する。これらの噴出孔は、１つまたは複数の所望の組成プロファイルまたは温度プロファイルを提供するように調整されている。より詳細には、ユーザは、多燃料機能を提供するように２つ以上の燃料流体送出チューブを構成する。例えば、図３を参照されたい。このような実施形態の場合、噴出孔の直径、向き、および、間隔、ならびに、チューブ間間隔は、燃料の各々に対する１つまたは複数の方向の所望の空間燃料送出分布を提供するように、かつ、酸化剤／燃料比の所望の空間分布を提供するように構成される。
〔酸化剤流体中への希釈剤送出〕
いくつかの反応装置システムにおいて、沸騰水などによってちょうど気化しつつある希釈剤により取り戻すことができるよりも多くの熱が、下流の高エネルギー流体流からの加熱流体希釈剤によって取り戻すことができる。したがって、いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、希釈された酸化剤流体を形成するために、酸化剤含有流体流中に加熱された液体希釈剤および飽和した、または、過熱された希釈剤蒸気の１つまたは双方を供給する。例えば、圧縮空気と混合するために熱水および水蒸気の双方を送出することによる。分散希釈剤送出を多通路ディフューザと好ましく組み合わせることにより、ユーザは、希釈剤含有流体が酸化剤含有流体と高度に制御された形で混合することができる多数の領域を達成する。これらの領域は、希釈剤含有流体および酸化剤含有流体の所望の空間分布を達成するように構成することができる。
いくつかの反応装置システムにおいて、沸騰水などによってちょうど気化しつつある希釈剤により取り戻すことができるよりも多くの熱が、下流の高エネルギー流体流からの加熱流体希釈剤によって取り戻すことができる。したがって、いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、希釈された酸化剤流体を形成するために、酸化剤含有流体流中に加熱された液体希釈剤および飽和した、または、過熱された希釈剤蒸気の１つまたは双方を供給する。例えば、圧縮空気と混合するために熱水および水蒸気の双方を送出することによる。分散希釈剤送出を多通路ディフューザと好ましく組み合わせることにより、ユーザは、希釈剤含有流体が酸化剤含有流体と高度に制御された形で混合することができる多数の領域を達成する。これらの領域は、希釈剤含有流体および酸化剤含有流体の所望の空間分布を達成するように構成することができる。
ユーザは、気化した液体を、および、好ましくは過熱蒸気を希釈剤として送出することをしばしば所望する。例えば、気化した水、および、好ましくは過熱された水蒸気はエキスパンダの下流の膨張した流体から熱を抽出する熱回収水蒸気発生器を備えて形成されるなど、希釈剤流体として利用可能とすることができる。図１４を参照すると、ユーザは、好ましくは、接触器チューブ１０のアレイを介してディフューザの取出し口の近くに希釈剤蒸気を導入する。この構成は、液体希釈剤および液体燃料を気化するために利用可能な熱を増加させる、および、希釈剤と酸化剤を予備混合するためのより多くの時間の便益を提供する。これらは、好ましくは、ディフューザの近くの上流で所望の希釈剤の実質的な部分を分配し、かつ、混合もする。このことは、液体希釈剤が気化し、かつ、酸化剤流体と混合するためのより多くの時間を提供する。いくつかの燃料は、逆火の制限または下流構成部分を介した逆火の制御の範囲内でディフューザ取出し口の近くにも供給することができる。
図１５を参照すると、ユーザは、好ましくは、ディフューザの下流端部の近くに位置する直接接触器を介して、これらの加熱希釈剤液体および蒸気流を送出する。ユーザは、好ましくは、この希釈剤送出領域の下流の気化および／または混合領域を設ける。この領域は、液体希釈剤の所望の部分が気化し、かつ、燃料送出区間に到達する前に酸化剤流体と混合するように、十分な滞留時間でサイズを決定することができる。液体希釈剤は、好ましくは、希釈剤蒸気の酸化剤含有流体との混合を改善するために、同様に穿孔された分配チューブ１０を介して送出された過熱希釈剤噴出孔８０の下流の穿孔分配チューブ１０の周囲に横方向噴出孔８０を介して送出される。
図１５において、接触器チューブ１０は、ディフューザの下流端部の近くのディフューザ羽根内に示されている。例えば、ユーザは、熱水分散接触器、および、続いて、混合／気化領域が後に続くディフューザの下流の分散接触器を介して飽和した、または、過熱された水蒸気９０７を送出する。図１８を参照すると、これらの分配チューブ１０は、ディフューザ分割器羽根４２１の下流端部と位置合わせすることもできる。ここで、羽根は、ディフューザチューブの直径とほぼ同じ横方向幅に構成することができ、かつ、チューブに付き合わせにより接続することができる。噴出孔８０は、好ましくは、横方向酸化剤流体流に垂直に配向される。
他の構成において、図１６を参照すると、ユーザは、好ましくは、ディフューザ出口の近くのディフューザ羽根にほぼ垂直に走らせるように希釈剤接触器チューブ１０を構成する。ここで、接触器チューブ１０は（図１４のディフューザ支持リブ４２９と同様の）ディフューザ羽根４２１に対する支持機能も提供する。接触器チューブ１０は熱膨張をより良好に収容するために曲げ込むことができる。
図１９を参照すると、接触器チューブ１０は、ディフューザ取出し口の近くのディフューザ羽根４２１の下流に、かつ、これに垂直に構成することができる。接触器噴出孔８０は、今や接触器チューブ１０に垂直に、ならびに、酸化剤流体流に横方向に向けられて構成することができる。このことは、断面流面積当たりの噴出孔の正味空間密度を変化させるための最大の分解能を提供する。
図１６および図１９を参照すると、接触器チューブ１０は、羽根の下流端部の近くのディフューザ羽根４２１に垂直に構成することができる。このような構成において、ユーザは、（図１５および図１８におけるように）接触器チューブがディフューザ羽根に平行に配向されている時よりも、酸化剤流体流量の変化に対して、希釈剤流体（または、燃料流体）の送出においてより高い分解能を得る。
図１６を参照すると、ユーザは、ディフューザ羽根端部の上流のディフューザ羽根に横方向に希釈剤接触器を設けることができる。同様に、図１９を参照すると、ユーザは、分割器羽根４２１の端部の下流に、かつ、これに垂直に放射状接触器チューブ１０を設けることができる。
例えば、ユーザは、ディフューザ出口羽根に横方向の酸化剤質量流量プロファイルに比例して希釈剤送出速度を構成する。希釈剤を質量流量に比例して送出することにより、ユーザは、好ましくは、希釈された酸化剤の組成の横方向プロファイルに対して、はるかに厳しい制御を提供する。例えば、全過剰希釈剤／酸化剤横方向分布である。この制御は、下流の燃焼および高エネルギー流体における温度均一性に対する制御を改善する。希釈剤の噴射は、横方向速度プロファイルの変動を緩和するうえでも役立つ。
逆に、（図１５および図１８におけるような）ディフューザ羽根に平行な接触器を介して送出された希釈剤流体からの横方向噴霧および抗力は、接触器がディフューザ羽根４２１に垂直である時よりも、ディフューザ通路の下流の横方向酸化剤流体速度プロファイルの摂動を、より効果的に低減する。必要または所望に応じて、本明細書に説明されている微小渦巻きは、ディフューザ出口の近くの接触器チューブの周囲にさらに構成することができるか、または、速度の変動をさらに緩和するうえで役立つためにディフューザ羽根出口に沿って定置することができる。ユーザは、このような対策が、より少ない費用で、かつ、従来のディフューザよりもコンパクトな構成で、燃焼器を横切った横方向速度プロファイルにおける実質的により小さな摂動を提供すると予測している。
同様に、ユーザは、好ましくは、１つまたは複数の燃料流体が送出される場所の近くの燃焼器に対して横方向の酸化剤質量流量送出プロファイルを評価する。ユーザは、これに対応して、燃焼器を横切った１つまたは複数の所望の酸化剤対燃料分布プロファイルを達成するために所望の燃料流体送出プロファイルを達成するように燃料流体接触器送出噴出孔を構成する。例えば、ユーザは、相対的な燃料に対する酸化剤の比ラムダの所望の範囲内の燃料対する酸化剤の比を達成することを一般に所望する。
したがって、ユーザは、上限燃料対酸化剤プロファイルおよび下限燃料対酸化剤プロファイルの所望の範囲内の所望の燃料対酸化剤比プロファイルを達成するために、燃料接触器を介して送出された燃料流体送出プロファイルを構成することを求める。例えば、ユーザは、局所燃料対酸化剤比ラムダを１．０と２．０の間、より好ましくは１．０１と１．４９の間、かつ、最も好ましくは１．０２と１．２４の間に制御することができる。結果として、平均ラムダ値は約１．０から１．５、より好ましくは１．０１と１．２４の間、かつ、最も好ましくは範囲１．０１と１．１２の間に制御することができる。
ユーザは、さらに好ましくは、所望の燃料対希釈剤プロファイルを達成するために、１つまたは複数の希釈剤送出接触器を介して１つまたは複数の希釈剤送出プロファイルを構成する。ユーザは、好ましくは、燃焼器を横切る対応して所望される温度プロファイルを達成するために、この所望の燃料対希釈剤プロファイルを調整する。これに対応して、ユーザは、より好ましくは、所望の上限温度プロファイルおよび所望の下限温度プロファイルに到達する。続いて、ユーザは、所望に応じて温度プロファイルを修正するために、現在の希釈剤エンタルピおよび流体温度に対して、エンタルピおよび温度と共に希釈剤を送出するために１つまたは複数の希釈剤送出接触器を構成および制御する。ユーザは、好ましくは、所望の上限および下限温度プロファイルまたは上限および下限燃料流体対希釈剤プロファイルの範囲内の１つもしくは複数の燃料対希釈剤比プロファイルおよび／または等価の温度プロファイルを達成するために、送出プロファイルおよび希釈剤流量を制御する。
いくつかの構成において、ユーザは、燃焼器出口の近くの、および、これに横方向の高エネルギー流体における１つまたは複数の所望の温度分布プロファイルを検討する。続いて、ユーザは、それらの所望の下流温度プロファイルを達成するために１つまたは複数の上流温度プロファイルを評価する。ユーザは、好ましくは、温度プロファイルにおけるこれらの変換の評価において、燃焼器内の乱流、拡散混合、燃焼、ノズル密度、壁抗力、壁冷却、および、輻射の１つまたは複数を考慮する。同様に、ユーザは、所望の変換に到達するために実験的方法を使用することができる。
〔最大流量の制御〕
圧縮器４０７およびエキスパンダ４４０（例えば、タービン）は、超えるとシステムがサージするか、かつ／または、不安定になり、ならびに、圧縮器が自己破壊することがある与えられた流体組成に対する最大逆圧および速度を有する。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、混合物の範囲および予想される圧力の組み合わせに対する流量に対して所望に応じた安全域を選択し、かつ、安全動作境界を確立する。従来のシステムにおいては、酸化剤流体（例えば、空気）の流量がこの上方限界を形成する。
圧縮器４０７およびエキスパンダ４４０（例えば、タービン）は、超えるとシステムがサージするか、かつ／または、不安定になり、ならびに、圧縮器が自己破壊することがある与えられた流体組成に対する最大逆圧および速度を有する。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、混合物の範囲および予想される圧力の組み合わせに対する流量に対して所望に応じた安全域を選択し、かつ、安全動作境界を確立する。従来のシステムにおいては、酸化剤流体（例えば、空気）の流量がこの上方限界を形成する。
しかし、ＶＡＳＴ熱力学サイクルのいくつかの実施形態において、酸化剤の流量は、好ましくは、非常に希薄な燃焼を伴う従来のタービンにおいては、酸素含有流体の流量よりもはるかに少ない。ＶＡＳＴサイクルは、好ましくは、排出物および／または高温区間の温度を制御するために、高温燃焼器およびタービンが希薄燃焼限界の近くで動作する動力系の従来の酸化剤流体流量よりも少なくとも３５％低く、かつ、好ましくは６５％低い酸化剤流体流量を使用する。（例えば、ＶＡＳＴサイクルにおける圧縮器パワーは、約１２９０°Ｃから約１５２５°Ｃで動作する冷却されたブレードを持つ従来のタービンに対する６５％に比較して、総タービンパワーの約３５％以下である。）
関連する気体性熱希釈剤なしに気体性酸化剤を供給していると、液体熱希釈剤により冷却されている酸素ＶＡＳＴサイクルは、圧縮空気を使用する従来の希薄燃焼動力系において使用される圧縮器の僅か約７％のサイズになった小さな圧縮器を必要とする。液体酸素を燃焼または反応システムに送出していると、ユーザは、これに対応してより小さな液体ポンプを設ける。
より低い温度のタービン４４４に対して、ＶＡＳＴ熱力学サイクルは、従来の単純なサイクル、または、非冷却ブレードで動作する復帰型Ｂｒａｙｔｏｎサイクルシステムに比較して、圧縮空気のはるかに小さな部分を必要とする。例えば、約９５０°Ｃの非冷却ブレードで動作するために微小タービン４４４における高エネルギー流体を冷却するため、約６６７％の過剰空気を使用する従来のシステムにより必要とされる圧縮空気流量の僅か約１５％を持つ希釈剤として水を使用することである。
したがって、ユーザは、好ましくは、超えると圧力が酸化剤圧縮器をサージさせる圧縮器サージ境界内に燃焼器内の圧力を保つために、そのような燃料流体および酸化剤流量に対する熱希釈剤流量（例えば、水）に動作限界を確立する。より好ましくは、ユーザは、反応装置の圧力および温度を制御するために液体希釈剤および液体燃料の送出を制御する。このことは、より迅速な圧力制御の便益を有する。
等価に、ユーザは、好ましくは、吸入物の湿度に対して調整される燃焼器動作圧力および高エネルギー流体温度に応じた熱希釈剤および燃料流体流量ならびに酸化剤／燃料比に対する圧縮器サージ限界および所望のタービン温度の組み合わせに対する動作領域を形成する。好ましくは、ユーザは、反応装置圧力を圧縮器サージ限界内に、かつ、高エネルギー流体の温度を特定の温度または特定の温度範囲内に双方とも制御するために、希釈剤および燃料の双方を制御する。好ましくは、ユーザは、反応装置の圧力および高エネルギー流体の温度を迅速に制御するために、液体希釈剤および液体燃料としての希釈剤および流体燃料の少なくとも一部の送出を制御する。
より好ましくは、ユーザは、高エネルギー流体の温度をかなり均一に制御するために燃料および希釈剤を一緒に制御する一方、反応装置の圧力を圧縮器サージ限界より低く制御する。このことは、熱疲労を低減する一方、圧縮器サージを制御する。ユーザは、好ましくは、少なくとも１つの横方向における反応装置の圧力および高エネルギー流体の温度の空間分布を制御するために燃料および希釈剤の分布を制御するための分散接触器を使用する。
〔燃焼器アレイへの多段流体送出に伴う広範な燃焼量変更〕
有効燃焼量変更比を上昇させるために、ユーザは、好ましくは、各々が適度の燃焼量変更比を有する流体分配アレイを結合する。例えば、図９を参照すると、ユーザは、好ましくは、燃料分配接触器チューブ（例えば、１２および１３）ならびに希釈剤分配接触器穿孔チューブ１４の多数の組を設ける。燃料流体および／または希釈剤接触器アレイのこれらの組は、好ましくは、より大きな燃焼量変更比を提供するために連続して大きさを変えられ、かつ、作動される。ユーザは、同様に、全体的な有効燃焼量変更比をさらに上昇させるために設定された各噴出孔アレイに締切り弁を設けることができる。アレイは、好ましくは、互いに軸に沿って位置合わせされる。このことは、アレイにわたる酸化剤流体流に対する抗力の低減に役立つ。
有効燃焼量変更比を上昇させるために、ユーザは、好ましくは、各々が適度の燃焼量変更比を有する流体分配アレイを結合する。例えば、図９を参照すると、ユーザは、好ましくは、燃料分配接触器チューブ（例えば、１２および１３）ならびに希釈剤分配接触器穿孔チューブ１４の多数の組を設ける。燃料流体および／または希釈剤接触器アレイのこれらの組は、好ましくは、より大きな燃焼量変更比を提供するために連続して大きさを変えられ、かつ、作動される。ユーザは、同様に、全体的な有効燃焼量変更比をさらに上昇させるために設定された各噴出孔アレイに締切り弁を設けることができる。アレイは、好ましくは、互いに軸に沿って位置合わせされる。このことは、アレイにわたる酸化剤流体流に対する抗力の低減に役立つ。
図９を参照すると、（例えば、１２、１３、および、１４などの）示す位置合わせされた分配チューブの列体と同様の形で、ユーザは、燃焼量変更比を増加するための機能を提供するために、燃料および希釈剤の１つまたは双方に対して２つ以上の分配チューブを設けることができる。このように行なう際に、ユーザは、好ましくは、分配チューブの各組当たりの正味噴出孔面積を、各組に対する燃焼量変更比の累積的な積に構成する。ユーザは、好ましくは、各組に対する完全な比の制御を提供するために、希釈剤および燃料流体分配チューブの各組に独立した燃料流体および希釈剤のポンプを設ける。修正された構成において、ユーザは、１つまたは複数の組に流量制御弁２３０を設ける。例えば、ニードル弁である。代案として、ユーザは、１つまたは複数の組にオン／オフ制御弁を設ける。
例えば、各噴出孔アレイ（分配チューブ）の組に対する５倍の燃焼量変更比の場合、ユーザは、好ましくは、第１の組の噴出孔面積の約５倍に設定された第２の噴出孔アレイを構成する。例えば、チューブ１２の等価物対チューブ１３である。より大きなアレイ上の締切り弁と組み合わされると、この組み合わせは、２５の組み合わせ流燃焼量変更比を与える。第１の組を使用すると、第２の組または双方の組は一緒に、２６から１の比を提供する。これらの範囲は、組と流量範囲の組み合わせ間で幾分かの重複を提供する。
流量比は、圧力比の平方根として典型的に通用する。５：１の面積比を持つ２つのチューブの組、および、流量において５対１の燃焼量変更比を使用することにより、ユーザは、流量における少なくとも約２５：１の全体的な燃焼量変更比を達成する。すなわち、設計流量の４％から１００％である。ユーザは、このようにする一方、さもなくば複数の範囲を結合せずに必要となった６２５：１の圧力範囲に比較して、チューブの各組における噴出孔にわたる過剰差分圧力の約２５：１の範囲を維持する。
例えば、４０倍の大気圧比で動作している燃焼器の場合、ユーザは約２５の過剰（ゲージ）流体圧力範囲を使用することができる。ユーザは、各組における流量の約５から１の燃焼器量変更比を達成するために約４バーゲージから約１００バーゲージの２５倍流体送出差分圧力範囲を選択することができる。（すなわち、絶対値で約４４バーから約１４０バー、または絶対値で約６４７ｐｓｉから約２，０５８ｐｓｉ）。いくつかの変形において、ユーザは、各組におけるより低い差分流体圧力を、燃焼器の絶対圧力Ｐｃに各噴出孔における液体表面張力を克服するために必要な圧力を加えたものの範囲内に低減する。このことは、独立した締切り弁を必要としない流体締切り現象のさらなる便益を提供する。例えば、小さな噴出孔で水などの液体希釈剤を使用する時である。
所望または必要に応じて、ユーザは、燃焼量変更比をさらに拡張するために、差分流体送出圧力を、従来の高圧ジーゼル噴射システムのそれの典型的なものに拡張することができる。（例えば、約２，６００バーまたは３９，０００ｐｓｉにすることができる）。
ユーザは、好ましくは、所望の噴霧貫通、液滴サイズ、気化速度、および、排出物などを達成するために、個々の流体の相対流体密度および流量、相対表面張力、粘度、温度、熱容量、ならびに、液体潜熱を考慮するためにこれらのパラメータを希釈剤接触器チューブ１４と燃料流体接触器チューブ１１の間で調整する。
‘１９１特許出願における図６０を参照すると、ユーザは、直接接触器アレイを放射状の向きに配列し、かつ、同アレイを環状燃焼器ダクト内に軸に沿って位置合わせすることができる。ユーザは、マニホルド２４０、弁３７０、下位マニホルド２５４、および、接触器チューブを含む接触器アレイを構成することができる。本出願の図８を参照すると、‘１９１特許出願の図６０と合わせて、ユーザは、１つまたは複数の燃料含有流体および１つまたは複数の希釈剤含有流体を送出するために、これらの構成を結合し、かつ、独立した弁を備えた接触器アレイの多数の組を組み立てることができる。このような燃料および希釈剤接触器チューブは、好ましくは、抗力を最小に抑えるために流体ダクトの軸に平行に位置合わせされる。
ユーザは、燃料接触器チューブと、対応する下位マニホルドおよび締切り弁に接続された希釈剤接触器チューブとの多数の組を使用することができる。例えば、これらの接触器アレイの組は、幾分かの重複を持つ２つの範囲付近に調整することができる。例えば、燃料および希釈剤のいずれか、または、双方に対するデジタル制御を使用して７または８倍の燃焼量変更比を与えるために、公称上、１対２から４の比に、または、１：１：２：４の組み合わせにすることができる。これらのチューブは、環状燃焼器室の外部壁または内部壁の近くの外周の１つまたは双方の周囲の周上マニホルドに接続される。放射状接触器は、好ましくは、挟み込まれる方式で接続される。例えば、最大のアレイに対する２つ毎の接触器、第２に大きいアレイに対する４つ毎の接触器、および、２つの最小アレイに対する８つ毎の接触器である。
このようなアレイにわたる酸素含有流体の定常流を使用して、アレイのこのような構成は、個々の燃料および希釈剤放射状接触器の近くに可燃混合物を形成することができる。これらの方法を使用して、ユーザは、３：１を超える、４：１、６：１、７：１、または、８：１などの燃焼量変更比を達成することができる。
このような多数の燃焼量変更範囲は、より大きくさえある柔軟性を提供するために説明されたアナログ範囲と結合され、かつ、燃料および／もしくは希釈剤の制御において、または、多燃料機能の提供において範囲を持つことができる。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダに対して同様の燃焼量変更範囲を設ける。ユーザは、これに対応して、好ましくは、火炎ホルダを介した希釈剤および燃料流体の流量の設計を、より大きな、および、より小さな希釈剤／燃料分配チューブの組にほぼ同じに比例するように調整する。
例えば、上記の実施例の場合、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダの設計流量を最小の希釈剤／燃料チューブ面積の組の流量よりも５倍小さい大きさにする。各々が約５：１の燃焼量変更比を有する場合の２つの希釈剤／燃料の組の火炎ホルダとの約１２５：２５：５の比におけるこのような組み合わせは、約１２５から１の全体的流量燃焼量変更比を提供する。これは、（燃焼器の１つの組を介した圧力制御のみに対して公称上必要な１５６２５の圧力比に比較して）僅か約２５：１の範囲にわたり各構成部分の圧力比を制御しつつ達成される。
ユーザが酸化剤流量に対してより大きな制御を所望または必要とする時、ユーザは、好ましくは、酸化剤送出システムを酸化剤含有流体の流量をより効果的に制御するように構成する。燃料流体および希釈剤分配の場合のように、ユーザは、好ましくは、燃焼量変更比を上昇させ、かつ、制御を改善するために様々なサイズの多数の送風機４０６または圧縮器４０７を設ける。ユーザは、好ましくは、圧縮器４０７の少なくとも１つに対して広範な線形範囲を提供する容積式圧縮器４０７を使用する。例えば、ユーザは、全能力の１０％未満までの適切に線形な範囲を有するものなどのスクリュー圧縮器を使用することができる。同圧縮器は、好ましくは、３から２０倍大きな範囲の他のより大きな圧縮器と一緒により速い高分解能を提供するために使用される。
このような対策の場合、ユーザは、好ましくは、広範な燃焼量変更範囲にわたる燃焼器にわたっての全般に均一な酸化剤／燃料比および希釈剤／燃料比を提供する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、燃焼器を、希釈剤チューブと燃料流体チューブの多数の組を備えた多数の区分に構成する。ユーザは、好ましくは、周に沿った（「パイ型」）の区分を形成する。修正された構成において、ユーザは、放射状に増大する区分を設ける。
例えば、ユーザは、多数の周に沿った区分に構成された環状燃焼器５６を提供する。上記の実施例において、ユーザは、より小さな、および、より大きな面積の組を約５：１の角度比に準備する。この比は、燃焼器出口１３６に放射状にわたる均一な温度および流量を提供する一方、周に沿った方向の流量の一部を変化させる。
図４および図１４を参照すると、ユーザは、区分された希釈剤／燃料チューブの組に関連して酸化剤含有流体を供給するダクトを多通路ディフューザが有するように構成することができる。図８を参照すると、これらのディフューザ通路は、区分された希釈剤流体チューブの組に対応するために酸化剤流体が酸化剤流量を変化させるための区分されたダクトに構成することができる。必要に応じて、これらの区分ダクトは、燃焼および酸化剤流量燃焼量変更を制御するうえで役立つように１つまたは複数の弁を使用して構成することができる。
図８、および、‘１９１特許の図６０を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、より小さな組から希釈剤および燃料流体の１つまたは複数のより大きな組の中に希釈剤チューブおよび燃料流体チューブを点在させる。例えば、環状区分燃焼器における５：１の区分面積比について、ユーザは、約４つ（または、５つ）の燃料流体および希釈剤チューブにより取り囲まれた１つの中央燃料流体および希釈剤チューブを設ける（すなわち、いずれの側にも約２つ）。円周が大きくなるに従って、ユーザは、４つの外部希釈剤およびチューブリングにより覆われた複合面積は、中央希釈剤およびチューブリングにより覆われた面積の約５倍を形成するようにチューブ間の隙間面積を調整する。
〔〔分配チューブの構成〕〕
分配チューブは流線型にすることができ、かつ、酸化剤流体の流れを促進するように配列することができる。このことは、燃焼器にわたる圧力損失を低減することができ、かつ、システムの熱力学的効率を改善することができる。
分配チューブは流線型にすることができ、かつ、酸化剤流体の流れを促進するように配列することができる。このことは、燃焼器にわたる圧力損失を低減することができ、かつ、システムの熱力学的効率を改善することができる。
〔非円形分配チューブ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体チューブを、酸化剤流体流中に対面するより狭い断面を備えた非円形形状に成形することによりチューブ列体にわたる圧力降下および抗力係数を低減する。ユーザは、好ましくは、寄生ポンプ損失と流体の下流混合の程度との間の所望のバランスを達成するために、（例えば、抗力係数Ｃｄ０などの）チューブの流線型化の程度およびチューブ間の隙間Ｇを調整する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体チューブを、酸化剤流体流中に対面するより狭い断面を備えた非円形形状に成形することによりチューブ列体にわたる圧力降下および抗力係数を低減する。ユーザは、好ましくは、寄生ポンプ損失と流体の下流混合の程度との間の所望のバランスを達成するために、（例えば、抗力係数Ｃｄ０などの）チューブの流線型化の程度およびチューブ間の隙間Ｇを調整する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、チューブの下流部分が上流部分よりも流れに対して横方向により狭く押圧されているようにチューブを形成することにより、流線型化された、または、空気力学的に形状決定された分配チューブを形成する。ユーザは、これらの形状を形成するために、必要に応じて多数の成形ローラもしくはガイド、または、他の方法を使用することができる。流線型形状は、好ましくは、与えられた断面に対して最小の抗力を有するように設計された非常に低い抗力の胴梁または対称のエアフォイルに類似する。（参照。例えば、「Ａｉｒｆｏｉｌ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ Ｔｏｏｌ」は、約０．００５の抗力係数Ｃｄ０を持つＳｅｌｉｇのＳ６０６３エアフォイルを示す。）
いくつかの実施形態において、ユーザは、チューブを楕円形または長円形に成形するために、円形チューブを側面から側面により平らに押しつぶすことにより、楕円形または長円形の分配チューブを形成する。これらのチューブは、円形チューブよりも小さな抗力を有し、したがって、流体の圧力降下およびポンプ損失を低減する。
〔多通路分配チューブ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、多通路分配チューブ内に燃料流体および冷却希釈剤の双方に対する通路を設け、かつ、構成する。ユーザは、好ましくは、１つの流体が互いの上流に、かつ、他の流体が互いの下流に噴射されるように、二連通路接触器穿孔チューブ内の２つの流体通路を、流れと直列になるように配向する。代案として、ユーザは、燃料流体が合同通路の一方の側に、かつ、冷却希釈剤流体が他方の側に排出されるように、これらの通路を流れに対して横方向に配向する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、多通路分配チューブ内に燃料流体および冷却希釈剤の双方に対する通路を設け、かつ、構成する。ユーザは、好ましくは、１つの流体が互いの上流に、かつ、他の流体が互いの下流に噴射されるように、二連通路接触器穿孔チューブ内の２つの流体通路を、流れと直列になるように配向する。代案として、ユーザは、燃料流体が合同通路の一方の側に、かつ、冷却希釈剤流体が他方の側に排出されるように、これらの通路を流れに対して横方向に配向する。
〔二連通路直接接触器チューブ〕
図３１を参照すると、ユーザが隣接した穿孔チューブを介して燃料流体および希釈剤流体の双方を送出したいと所望すると、ユーザは、噴出孔８０の２つの列体を備えた二連通路接触器チューブ１６を設けることができる。例えば、燃料流体および希釈剤流体の２つの合同穿孔チューブである。燃料流体は、好ましくは、下流の熱による過熱から燃料を保護するために希釈剤の上流に送出される。
図３１を参照すると、ユーザが隣接した穿孔チューブを介して燃料流体および希釈剤流体の双方を送出したいと所望すると、ユーザは、噴出孔８０の２つの列体を備えた二連通路接触器チューブ１６を設けることができる。例えば、燃料流体および希釈剤流体の２つの合同穿孔チューブである。燃料流体は、好ましくは、下流の熱による過熱から燃料を保護するために希釈剤の上流に送出される。
ユーザは、同様に、チューブを多チューブ通路２２２を含むように押出し成形することにより、二連通路接触器分配チューブ１６を形成することができる。例えば、一緒に接続され、かつ、チューブ内壁３１により分離された燃料通路２２４および希釈剤流体通路２２８を備えるようにすることができる。ユーザは、流線型の形状を設けることができる一方、燃料および希釈剤分配チューブアレイにわたる酸化剤流体流に対する抗力および圧力降下を低減するために、２つのチューブ通路２２２を薄いチューブ壁３０に組み込む。
図３３を参照すると、ユーザは、多流体通路を備えた二連通路接触器分配チューブ１６を形成することができる。例えば、ユーザは、チューブをＤ字型に成形し、かつ、２つのチューブを２以上の結束部３９で背中合わせに一緒に結束することができる。ユーザは、好ましくは、２つのＤチューブ間の接合壁を第２の流体の横方向の流れに垂直に（すなわち、燃焼器の軸にほぼ横方向に）配向する。ユーザは、好ましくは、‘１９１特許出願に説明されているものなどの２つの薄壁分配チューブから二連通路接触器分配チューブを形成することができる。このことは、均一な噴出孔の形成を容易にする薄壁チューブのエッジ上での壁の単一の厚さのみを必要とする。
燃料チューブ通路２２４は燃料流体を送出するために使用することができる。燃料チューブ通路は、好ましくは、二連通路接触器分配チューブ１６の上流側に構成される。同様に、希釈剤流体は二連通路接触器分配チューブ１６の下流側に好ましくは配向された希釈剤流体チューブ通路２２８を介して送出することができる。修正された構成において、燃料流体と希釈剤の空間的分離を強化するために、ユーザは接合壁を第２の流体流と一線上に配向する（以下を参照）。
図３２を参照すると、ユーザは、かすがいのように薄いシートの両エッジを包み上げ、かつ、覆うことにより、流線型二連通路接触器分配チューブ１６を形成することができる。ユーザは、シートの両端を互いに、かつ、シートの中央部分に固着することができる。修正された実施形態において、ユーザは、楕円形の外部ダクト形状を２つの通路に分離する帯状片を形成するために、薄いシートのエッジをさらに曲げる。いくつかの構成において、ユーザは、単一の帯状片から１つまたは２つの通路で分配チューブを形成する。補強体または輻射シールド４０はチューブに追加することができる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、薄壁チューブを先ず楕円形に平らにすることにより二連通路接触器分配チューブを形成する。続いて、ユーザは、砂時計型チューブを形成するために楕円の短軸にわたる楕円形チューブをさらに凹ませる。チューブをこのようにさらに成形することにより、ユーザは、チューブ壁３０が中央で接合された「８の字」型チューブを形成する。続いて、これらは、溶接、ハンダ付け、ろう付け、または、糊付けなどの適した手段を使用して結束部３９を使用して一緒に固着される。
図３４を参照すると、ユーザは、ウェブ補強体スペーサ４４により分離された２つの流体通路を定置する。この補強体は、流体が流れることを可能にするために穿孔されて示されている。補強体は、２つの近接するチューブ間の差分膨張を収容するために襞が付けられて示されている。
この補強体は、「８の字」型チューブを形成し、かつ、続いて、「ダンベル」型チューブを形成するためにより、大きなチューブを中央で押しつぶすことにより成形することもできる。細長い形状は、２つの通路に横方向の短軸の周囲に曲がった長さおよび堅牢さを提供する。この増強された強度および堅牢さは分離された別個のチューブの強度より大きい。
〔燃料／希釈剤の構成〕
ユーザは、高信頼性の燃焼を達成し、かつ、燃料を効率的に燃焼させるように燃焼器を構成する一方、実質的な窒素酸化物の形成を回避することを所望している。ユーザは、好ましくは、燃焼の上流で希釈剤を混合する一方、燃焼の開始の下流で気化させるためにさらなる希釈剤を送出する。
ユーザは、高信頼性の燃焼を達成し、かつ、燃料を効率的に燃焼させるように燃焼器を構成する一方、実質的な窒素酸化物の形成を回避することを所望している。ユーザは、好ましくは、燃焼の上流で希釈剤を混合する一方、燃焼の開始の下流で気化させるためにさらなる希釈剤を送出する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、効率的な燃焼を達成するために、高信頼性の燃焼を開始させ、かつ、燃焼中の流体の温度を上昇させるために、燃料、希釈剤、および、酸化剤の可燃混合物を達成するように燃料噴出孔を構成する。ユーザは、好ましくは、進行中の燃焼を制限または冷却し、かつ、温度が所望の上限より高く上昇する程度を防止または低減するために、より多くの希釈剤流体を混合し、それにより、窒素の酸化物の形成を低減する。
さらに、ユーザは、好ましくは、燃料流体流量に対する希釈剤流体流量の相対比を調整するために、分配チューブに沿った噴出孔の相対空間密度を調整する。
分配チューブに沿った噴出孔８０の相対空間密度をさらに調整することに加え、ユーザは、好ましくは、所望の燃焼器温度プロファイルを達成するために平均燃料流体および／または冷却希釈剤の気化速度プロファイルを変化させるため、第２の流体流量に対して、燃料噴出孔８２と冷却希釈剤噴出孔８３を軸に沿って別個に分布させる。ユーザは、好ましくは、燃焼限界および燃焼安定性を上昇させる一方、それでも火炎を迅速に冷却するために、冷却希釈剤の気化の大部分を燃焼の開始後に位置させる。
従って、ユーザは、好ましくは、燃料流体を上流に噴射し、かつ、希釈剤流体を下流に噴射するように、二連流体接触器の燃料流体および希釈剤流体の通路を配向する。このことは、希釈剤が気化し、かつ／または、燃料流体および酸化剤流体と混合する際に希釈剤流体により冷却される前に気化および燃焼を開始するための先頭起動を燃料流体に与える。
さらに、ユーザは、好ましくは、気化が燃焼のピーク速度の付近またはやや後に発生するように、燃料流体気化および燃焼に対して冷却希釈剤の気化の大部分を調整するために軸に沿った速度および液滴サイズを調整する。すなわち、最大放熱率の後。このことは、燃焼温度が、ほぼ平均燃焼出口温度に初期に迅速に上昇することを可能にする。この方法は、燃焼温度を制約し（好ましくは、制限または固定し）、かつ、迅速に冷却し、この平均温度を上回る燃焼温度の大きな上昇を防止または低減する。このことは、燃焼器５６にわたる温度の変化を低減する。（すなわち、１に向かってパターン係数およびタービンプロファイル係数を低減する。）これらの対策は、ピーク燃焼温度および高温の継続時間または滞留時間を低減し、それにより、ＮＯｘの形成を低減する。
（ジーゼル燃料および／または水などの）液体燃料および／または冷却希釈剤の場合、液滴の気化速度は表面積にほぼ比例する（または、体積または質量の２／３乗にほぼ比例する）。修正された実施形態において、ユーザは、好ましくは、各液体に対して、噴出孔８０の数に対する相対噴出孔サイズａｏを調整することにより、他の流体に対して１つの液体の気化速度を調整する。このように行なう際に、ユーザは相対液滴直径および液滴数を調整する。したがって、ユーザは、液体の各々に対して総液体表面積および相対気化速度を調整することができる。ユーザは、燃料流体および熱希釈剤流体の相対液低サイズおよび相対質量流量を独立に制御するためにこれらの対策を使用する。
燃料流体および希釈剤流体の軸に沿った相対送出量を調整するために、ユーザは、１つまたは複数の燃料噴出孔８２、配向された希釈剤流体噴出孔８３、および、軸に沿った噴出孔８４の軸に沿った位置および分離を調整することができる。このことは、関連する噴霧の相対通過滞留時間および気化領域を調整する。このことは、同様に、燃焼流域を基準とした気化の相対量、および、燃料流体の気化プロファイル対希釈剤流体の気化プロファイルの調整を可能にする。ユーザは、燃料流体と冷却希釈剤のチューブ間の分離を変更することにより、これを達成する。ユーザは、合同チューブ内で冷却希釈剤通路から燃料流体を分離するウェブ補強体または穿孔ウェブの軸に沿った長さも調整することができる。同様に、ユーザは、個々の、または、合同チューブ内の各流体通路の周囲の噴出孔８０の相対位置を調整することができる。‘１９１特許出願に説明されている方法を使用して、ユーザは、微小噴流の軸に沿った向き、および、結果的に、燃料および希釈剤の軸に沿った相対分布を調整するために噴出孔を配向することができる。ユーザは、燃料および希釈剤の軸に沿った送出を調整するためにこれらの対策の２つ以上をさらに組み合わせることができる。
〔〔３−流体反応装置構成方法〕〕
図２１に描かれている３−流体反応装置または燃焼器の構成方法を参照すると、ユーザは、好ましくは、第１および第３の流体流を第２の流体流に送出し、混合し、かつ、反応させるように接触器チューブをモデル化および構成する。例えば、燃料含有流体および希釈剤含有流体を酸化剤含有流体に送出し、混合し、かつ、反応させるためである。３−流体反応装置の構成方法は系をモデル化し、設計上の制約を組み込み、かつ、必要な横方向流量分布を備えた個々の反応する、および、希釈剤流体を送出するための必要な噴出孔の対応する空間分布および構成を導出する。例えば、燃料噴出孔および希釈剤噴出孔の２つ以上の分布は、燃料含有流体および希釈剤含有流体を酸化剤含有流体の長さ中に送出するために１つまたは複数の燃料接触器および希釈剤接触器内に構成される。
図２１に描かれている３−流体反応装置または燃焼器の構成方法を参照すると、ユーザは、好ましくは、第１および第３の流体流を第２の流体流に送出し、混合し、かつ、反応させるように接触器チューブをモデル化および構成する。例えば、燃料含有流体および希釈剤含有流体を酸化剤含有流体に送出し、混合し、かつ、反応させるためである。３−流体反応装置の構成方法は系をモデル化し、設計上の制約を組み込み、かつ、必要な横方向流量分布を備えた個々の反応する、および、希釈剤流体を送出するための必要な噴出孔の対応する空間分布および構成を導出する。例えば、燃料噴出孔および希釈剤噴出孔の２つ以上の分布は、燃料含有流体および希釈剤含有流体を酸化剤含有流体の長さ中に送出するために１つまたは複数の燃料接触器および希釈剤接触器内に構成される。
この構成方法において、ユーザは、設計、流体、機械的および熱化学的構成部分および工程、ならびに、系に対する設計上の制約をモデル化する１組の連立方程式を準備し、かつ、解く。ユーザは系に対する境界条件を提供する。ユーザは、この方程式および使用されるソフトウェアツールにより必要とされる「初期推測」を提供することを含め、パラメータを初期化する。ユーザは、解となる系に対する所望の、または、規定された空間プロファイルの制約をさらに指定する。続いて、ユーザは、方程式のシステムを解く。これらの方程式の解は、反応する流体系の様々な特性の所望の、または、規定された空間プロファイルを与える必要な、または、結果的な構成を与える。
系モデルによっては、様々な解法技術を使用することができる。例えば、反応装置を線形の系として近似すると、行列系線形解法手順を利用することができる。所望される正確さは、非線形特性およびパラメータを組み込むことを必要とし、反復法系非線形解法は、解に対して収斂するために使用することができ、所望されるパラメータに対する初期推測を使用する。
〔境界条件の設定〕
図２１を続けて参照すると、ユーザは、反応系に送出された流体の全特性を使用して基本境界条件を典型的に設定する。これらの条件は、流体質量流量、密度、温度、圧力、および、入来する流体の各々に対する核種の濃度を含むことができる。より好ましくは、ユーザは、流体特性が実質的である場合に、これらの特性の横方向分布を含む。例えば、特に環状燃焼器内の放射状方向において、圧縮器から燃焼器に進入する酸化剤含有流体の速度、密度、および、質量流量の横方向分布である。これらの特性は、典型的な発熱工程に対する燃料、酸化剤、および、希釈剤の供給量の搭載および性質などの工程の全体的な動作パラメータにさらに基づくこともできる。
図２１を続けて参照すると、ユーザは、反応系に送出された流体の全特性を使用して基本境界条件を典型的に設定する。これらの条件は、流体質量流量、密度、温度、圧力、および、入来する流体の各々に対する核種の濃度を含むことができる。より好ましくは、ユーザは、流体特性が実質的である場合に、これらの特性の横方向分布を含む。例えば、特に環状燃焼器内の放射状方向において、圧縮器から燃焼器に進入する酸化剤含有流体の速度、密度、および、質量流量の横方向分布である。これらの特性は、典型的な発熱工程に対する燃料、酸化剤、および、希釈剤の供給量の搭載および性質などの工程の全体的な動作パラメータにさらに基づくこともできる。
〔パラメータの初期化〕
図２１を参照すると、ユーザは、解決法および／または使用されるソフトウェアプログラムにより必要とされる如くにパラメータおよび変数を初期化する。例えば、解法技術に基づいて初期推測が必要とされる場合、ユーザは、好ましくは、解決システムの出力の値の予備見積りを提供する。これらの推測は、反応する流体系の様々な特性の所望の、または、規定された空間プロファイルをもたらす必要の可能性のある、または、結果的な構成に対応させることができる。
図２１を参照すると、ユーザは、解決法および／または使用されるソフトウェアプログラムにより必要とされる如くにパラメータおよび変数を初期化する。例えば、解法技術に基づいて初期推測が必要とされる場合、ユーザは、好ましくは、解決システムの出力の値の予備見積りを提供する。これらの推測は、反応する流体系の様々な特性の所望の、または、規定された空間プロファイルをもたらす必要の可能性のある、または、結果的な構成に対応させることができる。
例えば、構成法の１つの目標が噴出孔の空間密度および直径の横方向分布を決定することである可能性がある場合、解法は、噴出孔直径に対する０．１ｍｍ、噴出孔間隔に対する１．０ｍｍ、および、チューブ間の隙間Ｇに対する１０ｍｍなどのこれらのパラメータに対する初期推測を必要とする可能性がある。所望の出力が特性の不均一な分布である場合に対して、ユーザは、初期推測に対する均一なプロファイル（すなわち、単一値）、または、線形的に変化するプロファイルを提供する傾向のある可能性がある。
与えられた構成工程において、初期化されたパラメータまたは制約の数は、独立した変数が解かれることに備えるための出力値の数よりも通常小さい。一般的に言えば、初期化されたパラメータは、（圧縮器圧力、燃料流量、燃料に対する酸化剤の比、燃焼速度、および、所望の燃焼器出口速度、および、温度などの）流体の流れの熱化学的な特性を含む系の分散された、または、一括した特性のいずれかとすることができる。これらの特性は、噴霧または噴流の貫通、速度、および、円錐の角度などの流れの特性とすることができる。同様に、それらは、反応装置の物理特性、（チューブ長、チューブ間の隙間Ｇ、噴出孔の数、噴出孔間隔ｈ、噴出孔直径、および、向きなどの）典型的に空間的次元とすることができる。ユーザは、解法および所望のパラメータによっては、いくつかの特性に対する空間分布を規定する必要のある可能性がある。いくつかのパラメータは、構成または解法または利用されるソフトウェアに従った方程式の系を解くために初期化される必要のある可能性がある。
〔連立方程式を解く〕
図２１を続いて参照すると、ユーザは、反応装置システムの様々な特性間の関係を決定し、かつ、数学的表示または方程式の点でこれらの関係を式化する。続いて、ユーザは、それらの連立方程式を解く。
図２１を続いて参照すると、ユーザは、反応装置システムの様々な特性間の関係を決定し、かつ、数学的表示または方程式の点でこれらの関係を式化する。続いて、ユーザは、それらの連立方程式を解く。
図２１を続いて参照すると、ユーザは、好ましくは、反応装置の構造、構成部分、および、構成を記述するシステム内の関係を考慮する。例えば、それらは、引っ張り強度、チューブ寸法、および、許容チューブ差分圧力の間の関係を含むことができる。同様に、ユーザは、流体送出および流体に対する所望の質量流量の確立において、噴出孔の面積（直径）、間隔、および、向き、ならびに、チューブ間の横方向および軸に沿った間隔（隙間）および長さを考慮する。
図２１を続いて参照すると、ユーザは、反応装置システムを含む様々な相互作用する流体の特性を関連付ける方程式を含む。方程式のこれらの組は、流体機械学、熱力学、化学運動学、または、他の基本的な物理および化学の分野の問題に固有な関係を含むことができる。
流体機械学的関係に関して、ユーザは、反応装置システム内の様々な流れの状況に適用される関係を決定するために、（連続性方程式に捕捉された）流体系の運動量の保存の法則を利用することができる。これらの関係は、層状または乱流の噴流および噴霧の発達、貫通、および、円錐の角度を網羅する相関を含むことができる。これらの関係は、個々の速度および密度に基づき様々な液滴発達の方式を含むことができる。同様に、液滴の分布、液滴または流体の混入、および、粘性の消失を含むことができる。分配チューブ内、特に噴出孔内の剪断応力および粘性抗力は、検討される必要のある可能性がある。これらは、チューブ壁／噴出孔にわたる差分圧力および様々な速度プロファイルの発達をさらに含むことができる。
ユーザは、これらのシステムのモデル化において基本的な関係を補完するために実験的なデータを使用することができる。１つの次元に関するモデルは、好ましくは、初期に、続いて、ジーゼルエンジンをモデル化するために使用されているものなどの多次元モデル化技術を使用する完全ＣＦＤモデルを後に使用することができる。
エネルギー保存の法則は、好ましくは適用され、流体系の流体機械学的および熱力学的な特性と連携し、かつ、（軸に沿った正味速度などの）一括した運動、（乱流などの）小規模または無作為の運動、（系の温度により代表される）放散されたモード、または、（系内の化学的核種の結合内に編成される）化学モードにおけるエネルギーを考慮する。
系の化学運動学的、流体機械学的、および、熱力学的な特性に基づく熱伝導および他の伝達現象を考慮する関係は、好ましくは、構成方程式系に組み込まれる。これらの関係は、所望のパワーを達成するための燃料および酸化剤流量を含む燃焼を含む。それらは、同様に、高エネルギー流体の温度を制御するために燃焼の過剰な熱に対して、総過剰希釈剤を得るために所望される希釈剤送出量を含む。
このような伝達モデルは、流体小液滴の気化速度などの追加の設計基準の組み込みを可能にする。（例えば、温度差に対して調整された「直径の二乗」法則による。）
図２１を続けて参照すると、燃焼器を構成するために、システムを定義する独立した関係の数は、好ましくは、システムの構成を定義する特性および空間変数の総数に等しく選択される。ユーザは、これらの変数のいくつかに数値を割り当てることができ、それらの数値を制約または規定された出力として確立する。残りの変数に対して決定された解の数値は、これらの変数が表す特性に対する必要な空間的および時間的な数値、分布、または、プロファイルとなる。
図２２から図２７を参照すると、規定された環状断面および所望の酸化剤流体の（例えば、放射状などの）横方向の速度の分布またはプロファイルを備えた燃焼器として構成された反応装置の１の実施形態である。ユーザは、チューブの隙間、直径、および、チューブ間噴流貫通距離も規定する。反応の化学作用を制御するために、ユーザは、システムの等量比放射状プロファイルを指定する。これら全ての制約をシステムに適用すると、ユーザは、反応装置構成モデルを採用し、燃料流体送出接触器に対するチューブ噴出孔の直径および間隔に対する提案された放射状プロファイルをもたらす。この燃料流体チューブ噴出孔構成は、システムの温度を上昇させる傾向のある燃焼の過剰な熱に対する放射状プロファイルをもたらす。燃焼器出口温度またはタービン取入れ口温度などのシステムの追加設計限界に基づいて、ユーザは、システムの燃焼後温度を規定された放射状プロファイルに制約することを所望できる。燃料の送出および燃焼の後のシステムへの希釈剤流体の送出は、第一に、この温度制御を達成するために機能する。この温度プロファイルの制約をシステムに適用すると、ユーザは、第二に、反応装置構成モデルを適用し、チューブ噴出孔直径に対する提案された放射状プロファイルおよび希釈剤流体送出接触器に対する間隔をもたらす。ユーザは、小液滴の形でシステムに送出された液体流体の気化の挙動および速度を制御するために、追加の構成を行なうことができる。
〔酸化剤流速プロファイル〕
図２２を参照すると、燃焼器内の酸化剤流体に対する軸に沿った速度プロファイルは、ディフューザの下流に示されている。例えば、典型的な単一のディフューザからもたらされるディフューザを出る酸化剤流の速度プロファイルは、関連技術の典型として示されている。この構成において、単一通路ディフューザは、円環の内壁から外壁への距離の約３分の２に流体速度のピークを有するとしてモデル化されている。例えば、軸に沿った圧縮器の下流の単一通路ディフューザから予測される可能性のあるものなどである。
図２２を参照すると、燃焼器内の酸化剤流体に対する軸に沿った速度プロファイルは、ディフューザの下流に示されている。例えば、典型的な単一のディフューザからもたらされるディフューザを出る酸化剤流の速度プロファイルは、関連技術の典型として示されている。この構成において、単一通路ディフューザは、円環の内壁から外壁への距離の約３分の２に流体速度のピークを有するとしてモデル化されている。例えば、軸に沿った圧縮器の下流の単一通路ディフューザから予測される可能性のあるものなどである。
対称的に、ユーザは、好ましくは、ディフューザの下流での規定された速度分布を達成するように多羽根ディフューザを構成する。より好ましくは、ユーザは、ダクトにわたりより均一である速度プロファイルを規定する。例えば、壁における速度が静止的である一方、ユーザは、好ましくは、流れが一次下流燃料送出領域に到達する時点までに、中央により近いダクト断面の約８０％に対して、軸に沿ったかなり均一な速度を達成する。このことは、所望の燃料／酸化剤比の分布を達成することを実質的に容易にする。
１つの実施形態を実証するために、９つの通路またはチャンネルを備えた（すなわち、８つの流れ分割器羽根を備えた）多羽根ディフューザからもたらされた横方向速度プロファイルが示されている。この羽根付きディフューザの例は、２００ｍｍの近似内径および２５０ｍｍの近似外径のディフューザ取出し口を備えた環状ダクトとしてモデル化されている。選択された９−通路分割器羽根ディフューザの決定された流量の下流の速度プロファイルが、単一通路ディフューザの同プロファイルより実質的により均一であることに注意されたい。関連する燃焼ディフューザが１つから４つの通路を典型的に有する一方、ユーザは、好ましくは、５つ以上の流れ分割器羽根を使用し、より均一な横方向速度分布を達成するために６つ以上の通路を与える。
図２２をさらに参照すると、この実施形態において、「上流」と名称を付された速度プロファイルは、多通路ディフューザの出口の近くの上流位置における第２または酸化剤含有流体速度の横方向または放射状速度プロファイルを描いている。同様に、「下流」と名称を付された速度プロファイルは、分散接触器が燃料流体およびさらなる希釈剤流体を送出し、かつ、それらを酸化剤含有流体と混合する地点の近くなどのさらに下流の地点での酸化剤流体速度の横方向または放射状速度分布を描いている。酸化剤流体速度プロファイルの周期変動の振幅は、振幅が「上流」の位置から「下流」の位置に移動するに従って抑制される。例えば、示す実施形態において、上流での速度はディフューザ分割器羽根の取出し口の約５．２ｃｍ下流においてモデル化される一方、「下流位置」は羽根付きディフューザ取出し口の端部の約４２ｃｍ下流としてモデル化されている。これらの方法により、ユーザは、好ましくは、標準偏差が軸に沿った平均速度の約１５％以下である軸に沿った速度の横方向分布を達成する。
〔横方向の特性分布の制約〕
ユーザは、制約として、または、１つまたは複数の指定された方向において規定された曲線分布を使用して、パラメータおよび特性の１つまたは複数の他の空間分布を設定または規定することができる。例えば、ダクトの横方向区間にわたってである。例えば、これらは、燃焼器に送出される如くに酸化剤流体、燃料流体、熱希釈剤流体の圧力および温度を含むことができる。
ユーザは、制約として、または、１つまたは複数の指定された方向において規定された曲線分布を使用して、パラメータおよび特性の１つまたは複数の他の空間分布を設定または規定することができる。例えば、ダクトの横方向区間にわたってである。例えば、これらは、燃焼器に送出される如くに酸化剤流体、燃料流体、熱希釈剤流体の圧力および温度を含むことができる。
〔一次設計制約〕
ユーザは、好ましくは、システムを定義する特性およびパラメータの１つまたは複数の所望の空間プロファイルまたは分布を規定または制約する。例えば、１つまたは複数の横方向の方向である。これらの制約は、燃焼器の取出し口の近くの１つまたは複数の横方向における高エネルギー流体の温度および残存酸化剤成分などの一次設計制約を含むことができる。例えば、一連の典型的な制約は図２３に描かれている。
ユーザは、好ましくは、システムを定義する特性およびパラメータの１つまたは複数の所望の空間プロファイルまたは分布を規定または制約する。例えば、１つまたは複数の横方向の方向である。これらの制約は、燃焼器の取出し口の近くの１つまたは複数の横方向における高エネルギー流体の温度および残存酸化剤成分などの一次設計制約を含むことができる。例えば、一連の典型的な制約は図２３に描かれている。
ユーザは、燃焼器内の燃料対酸化剤空間分布ラムダ（化学量論的燃料対酸化剤比を基準とした実際の酸化剤／燃料質量流量）を規定することができる。例えば、図２３は、例として、円環の内径の近くで１（化学量論的比）に近い低い値から変化し、外径に向かって増加する酸化剤／燃料プロファイル横方向分布を示す１つの実施形態を描いている。
燃焼器取出し口における内径から外径への空間温度分布は、高温燃焼器構成部分、および、特にタービンの羽根およびブレードなどの下流の利用デバイスの高温構成部分に対する同分布の主な影響のために、一般に規定される。いくつかの実施形態において、ユーザは、第１の横方向における所望の不均一な温度分布、および、第２の横方向における所望の均一な温度分布を規定する。例えば、環状燃焼器におけるそれぞれ放射状方向および方位方向である。
例えば、図２３に描かれている実施形態は、タービンへの取入れ口において所望される潜在温度「プロファイル係数」に対応する円環内径から外径への横方向における温度の分布またはプロファイルを描いている。（温度分布は平均温度により変倍することによる温度プロファイルとして示されている。）この温度プロファイルは、燃焼器を出て、かつ、タービンに進入する高エネルギー流体に対して所望される、または、必要である可能性のあるものなどの反転ねじれ放物線として示されている（すなわち、「タービン取入れ口温度」）。これは、内径および外径におけるより低い温度を持つ円環の中央から外向きに突き出すように示されている。対応する方位温度分布は均一な「パターン係数」として取られている。
燃焼器を出る高エネルギー流体の所望の温度空間分布および軸に沿った速度の対応する空間分布から、ユーザは、燃焼器出口における高エネルギー流体の温度、圧力、および、速度の所望の空間分布に対する温度、圧力、および、流量の取入れ口条件から、酸化剤および燃料ならびに燃焼の結果の生成物を上昇させるために必要な熱を超える燃焼の過剰熱の空間分布を得る。燃焼のこの過剰熱から、ユーザは、取入れ口流体条件から燃焼器出口における所望の高エネルギー温度への希釈剤総エンタルピ変化を達成するために必要な希釈剤含有流体送出量を導出する。このことは、酸化剤含有流体および燃料含有流体ならびに希釈剤含有流体中の全ての希釈剤流体および成分を含む。（図示しない。）
〔二次設計制約〕
ユーザは、同様に、燃焼器の組立てを容易にするために選択された設計制約を適用することができる一方、所望の一次制約を達成する。例えば、ユーザは、流体噴流貫通距離の横方向分布、および、それぞれ燃料接触器チューブおよび希釈剤接触器チューブの１つまたは双方に対する流体接触器チューブ間の隙間を指定することができる。ユーザは、好ましくは、特に第１の横方向において、所望の温度および酸化剤／燃料プロファイルを達成するように所望される如くの燃料噴流貫通距離および希釈剤噴流貫通距離を構成する。（例えば、「プロファイル係数」を制御するためである。）‘１９１特許出願に詳述されている方法を使用して、ユーザは、より好ましくは、典型的に酸化剤の流れに横方向に、チューブ間の隙間内の分布をより精密に制御するようにチューブに沿った噴出孔の向きの分布を構成する。
ユーザは、同様に、燃焼器の組立てを容易にするために選択された設計制約を適用することができる一方、所望の一次制約を達成する。例えば、ユーザは、流体噴流貫通距離の横方向分布、および、それぞれ燃料接触器チューブおよび希釈剤接触器チューブの１つまたは双方に対する流体接触器チューブ間の隙間を指定することができる。ユーザは、好ましくは、特に第１の横方向において、所望の温度および酸化剤／燃料プロファイルを達成するように所望される如くの燃料噴流貫通距離および希釈剤噴流貫通距離を構成する。（例えば、「プロファイル係数」を制御するためである。）‘１９１特許出願に詳述されている方法を使用して、ユーザは、より好ましくは、典型的に酸化剤の流れに横方向に、チューブ間の隙間内の分布をより精密に制御するようにチューブに沿った噴出孔の向きの分布を構成する。
図２３を参照すると、燃料および希釈剤接触器に対する接触器チューブ間の隙間の１つの実施形態は、１つの実施形態に対する放射状に配向された（「スポーク状の」）燃料および希釈剤送出チューブに対して見出されるものなどの内径から外径に線形に増加するように示されている。図２３において、燃料噴流貫通距離は燃料チューブ間の隙間に比例し、かつ、これ未満に選択されている。同様に、希釈剤噴流貫通は同じく希釈剤チューブ間の隙間に比例するように示されている。しかし、ここで、希釈剤噴流貫通距離は、チューブ間の隙間を超えて示されている。ジーゼル燃料との希釈剤として水を使用するこの構成において、このことは、水分配チューブの下流の水濃厚帯域を与える一方、燃料を主にチューブ間に送出する。このような構成は、予備混合された燃焼限界よりも燃焼の上流へのより多くの希釈剤の送出を可能にする。
〔連立方程式を解く〕
図２１を続いて参照すると、ユーザは、所望の出力値を得るために必要な連列方程式を解くために進む。例えば、図２４を参照すると、ユーザは、噴出孔のサイズ、間隔、空間密度などの噴出孔パラメータの所望の、または、必要な空間分布に対して解く。解法によっては、方程式はパラメータの平均値により、または、方程式の１つのサイズを他のサイズで除することにより正規化することができる。これらの方法は、所望の数値解を見出すうえで役立つ可能性がある。
図２１を続いて参照すると、ユーザは、所望の出力値を得るために必要な連列方程式を解くために進む。例えば、図２４を参照すると、ユーザは、噴出孔のサイズ、間隔、空間密度などの噴出孔パラメータの所望の、または、必要な空間分布に対して解く。解法によっては、方程式はパラメータの平均値により、または、方程式の１つのサイズを他のサイズで除することにより正規化することができる。これらの方法は、所望の数値解を見出すうえで役立つ可能性がある。
〔横方向噴出孔構成〕
図２４を参照すると、ユーザは、穿孔希釈剤および燃料流体接触器に対する単位ダクト断面積当たりの所望または必要である噴出孔サイズおよび噴出孔正味固有密度の分布を達成するために連立方程式を解く。希釈剤および燃料に対する穿孔接触器チューブ間分布を規定することにより、正味固有空間密度は、燃料および希釈剤接触器チューブに沿った対応する間隔の横方向噴出孔分布に変換される。ユーザは、規定された特性およびパラメータプロファイルを達成するために、これらのプロファイルを決定するために反応装置構成方法を適用する。示す実施形態において、多通路ディフューザを出る酸化剤含有流体流における周期的な軸に沿った速度および質量流量の変動は、（図２２および図２３に示すような）より円滑に変化する規定された温度、および、所望される酸化剤／燃料横方向分布を達成するために収容される。
図２４を参照すると、ユーザは、穿孔希釈剤および燃料流体接触器に対する単位ダクト断面積当たりの所望または必要である噴出孔サイズおよび噴出孔正味固有密度の分布を達成するために連立方程式を解く。希釈剤および燃料に対する穿孔接触器チューブ間分布を規定することにより、正味固有空間密度は、燃料および希釈剤接触器チューブに沿った対応する間隔の横方向噴出孔分布に変換される。ユーザは、規定された特性およびパラメータプロファイルを達成するために、これらのプロファイルを決定するために反応装置構成方法を適用する。示す実施形態において、多通路ディフューザを出る酸化剤含有流体流における周期的な軸に沿った速度および質量流量の変動は、（図２２および図２３に示すような）より円滑に変化する規定された温度、および、所望される酸化剤／燃料横方向分布を達成するために収容される。
図２４を参照すると、希釈剤直径の横方向分布および対応する希釈剤噴出孔間の有効横方向間隔の分布は、平均噴出孔直径および間隔により正規化されたプロファイルとして示されている。図２４は、図２３に示す酸化剤／燃料プロファイルを達成するために所望される対応する燃料噴出孔直径プロファイルおよび燃料噴出孔間隔プロファイルをさらに描く。これらの周期的な流体送出比は、酸化剤流体速度プロファイルの周期性と同期しており、規定された燃料対酸化剤比および生成物温度をもたらす。したがって、ユーザは、温度の横方向分布および高エネルギー流体の酸化剤／燃料成分に対する所望される緊密な制御を達成することができる。ユーザは、これを行なう一方、主な過剰空気希釈剤および高ポンピングならびに関連技術で利用されているマクロ循環を回避する。
図２６は、反応装置システムに小液滴の形で送出された燃料および希釈剤流体の気化速度、距離、および／または、時間を支配するための追加の反応装置構成を示す。ユーザは、燃料および希釈剤流体の各々の気化距離を規定することができる。したがって、反応装置構成方法を適用する際、ユーザは、酸化剤流体中への噴射または送出の時点で燃料流体および希釈剤流体の最大液滴サイズを決定することができる。システムに対する他の制約が噴出孔の直径を事前に決定する程度まで、ユーザは、本明細書に説明されている電気的励起などの追加の霧化技術を適用することにより必要な液滴サイズを得ることができる。
〔チューブ壁の厚さ〕
ユーザは、好ましくは、分配チューブ内の圧力分布および噴出孔にわたる対応する差分圧力を評価する。この評価から、ユーザは、その圧力差を持続するために必要なチューブの厚さを評価する。例えば、燃料含有流体分配チューブおよび希釈剤含有流体分配チューブに対してである。
ユーザは、好ましくは、分配チューブ内の圧力分布および噴出孔にわたる対応する差分圧力を評価する。この評価から、ユーザは、その圧力差を持続するために必要なチューブの厚さを評価する。例えば、燃料含有流体分配チューブおよび希釈剤含有流体分配チューブに対してである。
図２５を参照すると、ユーザは、１つの実施形態において、所望の横方向に配向された接触器チューブに沿った噴出孔当たりの必要な燃料および希釈剤の流量、ならびに、噴出孔にわたる送出圧力差の対応する分布を評価することができる。例えば、内径から外径へである。これらの圧力から、ユーザは、例えば直ちに利用可能であるものなどのチューブ寸法の中から選択して、燃料接触器および希釈剤接触器に対してそれぞれ最高差分圧力を高信頼性で持続するための適した結果的なチューブ壁の厚さを決定する。
しかし、噴出孔直径に対する壁の厚さの比は、噴流質量分布、および、重複する噴流の影響を考慮すると、噴出孔を介して送出された流体円錐の角度、および、その結果の横方向流体分布にさらに影響を及ぼす。所望の横方向流体分布を達成するために、噴霧円錐の角度に対するより精密な制御が所望される場合、ユーザは、噴出孔のサイズ、位置、および、向きだけでなく、‘１９１特許出願の図５に教示されているように噴出孔の近くのチューブの深さを好ましくは制御することにより噴出孔の深さもさらに調整することができる。例えば、レーザ掘削により噴出孔を取り囲む中間領域におけるチューブを部分的に薄くすることにより調整することができる。ユーザは、噴霧円錐の角度を調整するために噴出孔の内向きまたは外向きの配向も調整することができる。レーザ光線を合焦させるために使用されているレンズの焦点距離を調整することにより、ユーザは、噴出孔が掘られる円錐角度をさらに制御することができる。
同様な解法は、流体送出量、流体送出量比、および、同様の流体および反応パラメータの所望の分布を達成するために、他の発熱システムまたは他の化学的に反応する流体システムに適用することができる。
〔気化の制約〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、１つまたは複数の空間的および／または時間的な制約内で所望の程度の気化などの所望の気化パラメータを達成するためにシステムを制約することを求めている。したがって、ユーザは、流体送出接触器の下流の軸に沿った距離の横方向分布内で所望の程度の気化を達成することを所望することができる。図２６を参照すると、ユーザは、第１の気化距離における燃料気化距離横方向プロファイルおよび希釈剤気化距離横方向プロファイルを指定することができる。気化距離および速度の空間分布から、ユーザは、気化距離を達成するための所望の気化時間を得る。
いくつかの実施形態において、ユーザは、１つまたは複数の空間的および／または時間的な制約内で所望の程度の気化などの所望の気化パラメータを達成するためにシステムを制約することを求めている。したがって、ユーザは、流体送出接触器の下流の軸に沿った距離の横方向分布内で所望の程度の気化を達成することを所望することができる。図２６を参照すると、ユーザは、第１の気化距離における燃料気化距離横方向プロファイルおよび希釈剤気化距離横方向プロファイルを指定することができる。気化距離および速度の空間分布から、ユーザは、気化距離を達成するための所望の気化時間を得る。
〔気化モデル〕
気化を評価するために、ユーザは、直径二乗法則を使用して第１次気化を検討することができる。このことは、液体液滴の温度の周囲の流体の温度に対する差を検討することを指すことができる。気化の時間および境界条件から、ユーザは、その所望の気化時間で気化することができる最大液滴サイズを得ることができる。続いて、そのサイズになった液滴に対する気化の所望の確率から、ユーザは、サウタ平均直径などの液体液滴の所望のサイズの目安を得ることができる。例えば、図２６を参照すると、ユーザは、環状半径の内側から外側への放射方向などの第１の横方向に沿った最大燃料液滴サイズ横方向分布および最大希釈剤希釈剤液滴サイズ横方向分布を得る。
気化を評価するために、ユーザは、直径二乗法則を使用して第１次気化を検討することができる。このことは、液体液滴の温度の周囲の流体の温度に対する差を検討することを指すことができる。気化の時間および境界条件から、ユーザは、その所望の気化時間で気化することができる最大液滴サイズを得ることができる。続いて、そのサイズになった液滴に対する気化の所望の確率から、ユーザは、サウタ平均直径などの液体液滴の所望のサイズの目安を得ることができる。例えば、図２６を参照すると、ユーザは、環状半径の内側から外側への放射方向などの第１の横方向に沿った最大燃料液滴サイズ横方向分布および最大希釈剤希釈剤液滴サイズ横方向分布を得る。
〔一般化〕
当業者がこのような空間噴出孔分布、噴出孔構成、および、配向の方法理解しているように、流体送出方法およびシステム構成方法は、１つ、２つ、または、３つの次元における同様の、または、他の所望の空間的制約を達成するために反応系システムへの他の流体の送出および混合に対してシステムを構成することに適用することができる。方法は、穿孔チューブを使用した反応装置内に噴出孔を分布させることについて説明された一方、噴出孔を分布させる一方で他の非チューブ状ダクトを介して流体を供給する他の方法も同様に使用することができる。
当業者がこのような空間噴出孔分布、噴出孔構成、および、配向の方法理解しているように、流体送出方法およびシステム構成方法は、１つ、２つ、または、３つの次元における同様の、または、他の所望の空間的制約を達成するために反応系システムへの他の流体の送出および混合に対してシステムを構成することに適用することができる。方法は、穿孔チューブを使用した反応装置内に噴出孔を分布させることについて説明された一方、噴出孔を分布させる一方で他の非チューブ状ダクトを介して流体を供給する他の方法も同様に使用することができる。
〔〔希釈剤の制御〕〕
〔希釈剤温度の制御〕
本明細書に説明されているような燃焼の上流の燃料および熱希釈剤分散接触器の場合、ユーザは、関連技術に比較して希釈剤／燃料比を実質的に上昇させ、かつ、希釈剤として使用されている過剰空気を低減している。ユーザは、液体希釈剤の送出をさらに構成および制御する。
〔希釈剤温度の制御〕
本明細書に説明されているような燃焼の上流の燃料および熱希釈剤分散接触器の場合、ユーザは、関連技術に比較して希釈剤／燃料比を実質的に上昇させ、かつ、希釈剤として使用されている過剰空気を低減している。ユーザは、液体希釈剤の送出をさらに構成および制御する。
〔気化可能流体希釈剤の送出〕
火炎速度および火炎安定性は、化学量論的条件の近くでは最大となる。窒素および過剰空気のような低熱容量ガスにより希釈されると、火炎速度および火炎安定性は燃焼の希薄限界において最小となる。しかし、空気または酸素中での近化学量論的燃焼は、高い燃焼温度および大きなＮＯｘ形成を引き起こす。
火炎速度および火炎安定性は、化学量論的条件の近くでは最大となる。窒素および過剰空気のような低熱容量ガスにより希釈されると、火炎速度および火炎安定性は燃焼の希薄限界において最小となる。しかし、空気または酸素中での近化学量論的燃焼は、高い燃焼温度および大きなＮＯｘ形成を引き起こす。
そのような気体性または酸化剤含有希釈剤により冷却する代わりに、ユーザは、好ましくは、希釈された酸化剤流体を形成するために気化可能液体熱希釈剤の多数の噴流を酸化剤流体と混合する。例えば、ユーザは、直ちに気化し、かつ、希釈された酸化剤流体または「湿潤酸化剤」流体を形成する微小な霧を形成するために、空気中に水の多数の微小噴流を送出するための直接接触器を使用することができる。ユーザは、好ましくは、エキスパンダの下流の膨張させられた流体からの回収熱により形成されたものなどの熱水を使用する。このことは、熱効率の改善に役立つ。
ユーザは、（例えば、空気などの）希釈剤流体として過剰な酸化剤含有流体を送出することによるよりも、気化可能な液体希釈剤を送出することにより、はるかに精密な流量制御を達成する。希釈剤として液体の水を使用することは、はるかに精密な温度制御およびより均一な温度条件を提供する。同時に、この方法は、化学量論的条件により近い火炎に点火すること、ならびに、したがって、燃焼流体の温度を希釈および制限することにより、より安定した火炎を提供する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、例えば約８４６°Ｃ（１，５５５°Ｆ）から約１，７１９°Ｃ（３，１２６°Ｆ）の市販または実験用タービンの範囲にわたり燃焼器出口温度（または、タービン取入れ口温度）を制御する。したがって、ユーザは、好ましくは、必要に応じて燃焼器に送出された燃料流体に対して希釈剤流体の部分を制御する。例えば、現在のタービン燃焼器の範囲にわたり（液体燃料に対しては）質量により約７：１から約１．５：１の比においてである。
本明細書に説明されている如くの下流希釈剤混合方法の場合、ユーザは、希釈剤として使用された幾分または全ての過剰空気を置換する一方、燃焼安定性限界を超えずに代替の熱希釈剤を供給する。これらの対策は、より均一な混合をさらに提供し、より低いＮＯｘおよびＣＯ排出物を達成する。
このような分配チューブアレイの構成は、関連技術よりも燃焼ガスのより制御された混合および冷却を提供する。このことは、特に希釈剤として過剰酸化剤含有流体を使用する時に、燃焼器壁を介して噴射された希釈剤を備えた構成におけるよりも、より効果的な混合およびより良好な温度制御を提供する。このことは、化学量論的条件により近い、より低い過剰希釈剤および動作を可能にする。このことは、より高い効率を可能にする一方、ＮＯｘおよびＣＯ排出物を削減する。
ある関連技術は、１０μｍから２０μｍの水の小液滴の微小霧が水の蒸気または水蒸気よりも火炎を消火するうえで４倍効果的となる可能性があることを示している。例えば、Ｔｈｏｍａｓ（２００２）である。火炎を熱的に制御するために送出したいと希望する水の量は、もし微小な５０μｍの小液滴で送出されれば、特にこれが均一に混合され、かつ、全てが燃焼の前に上流に送出されれば、火炎を消火することができる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、このような火炎消火限界を克服するために希釈剤送出の方法および比を制御する。ユーザは、好ましくは、流体送出噴出孔のサイズを決定し、かつ、以下の各項となるように、より均一な液体液滴、または、あるサイズのより狭い液滴サイズ分布を作り出す。
ａ）燃料流体点火に先立つ燃焼の過剰熱に対する熱希釈剤総量、特に気化された液体熱希釈剤の量（に加えて、過剰酸化剤流体および他の流体の量）は、可燃限界未満であり、したがって、希釈剤および希釈剤霧に燃焼を消火することを回避させる。
ｂ）燃料流体点火に先立って送出された熱希釈剤の液滴サイズは、十分に大きい、および／または、小さな液滴の空間数密度は点火器の消火を回避するために燃焼の開始に先立って十分に小さい。
ｃ）規定された、所定の、または、予備選択されたサイズまたは質量より大きな液滴は燃焼器を出る前に、例えばエキスパンダに進入する前に所望の確率に気化される。修正された構成において、噴出孔は本明細書および‘１９１特許出願に説明されているように、サイズを段階的または徐々に変えることができる。
より詳細には、点火の上流の気体性熱希釈剤および小さな希釈剤液滴の有効熱希釈剤総量は、点火の消火を回避するために制御される。すなわち、温度の十分な上昇を防止することにより、または、混合物を冷却し過ぎることにより、点火を消火または停止するための十分な有効表面積を備えたより大きな液滴の部分を除いた過剰熱容量に対する熱希釈剤総量である。
〔火炎面を介した希釈剤微小噴流の送出〕
燃焼温度を制御するのに十分な熱希釈剤の微小液滴を送出するために、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、熱希釈剤の微小噴流を送出する分散噴出孔を設ける。ユーザは、好ましくは、火炎面を介して噴流を送出するようにこれらの噴流噴出孔を構成する。図２８を参照すると、噴出孔は、送出された噴流が好ましくは火炎面および火炎面を介した流れに垂直に配向されるように、燃料接触器および希釈剤接触器の下流部分においてさらに構成することができる。
燃焼温度を制御するのに十分な熱希釈剤の微小液滴を送出するために、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、熱希釈剤の微小噴流を送出する分散噴出孔を設ける。ユーザは、好ましくは、火炎面を介して噴流を送出するようにこれらの噴流噴出孔を構成する。図２８を参照すると、噴出孔は、送出された噴流が好ましくは火炎面および火炎面を介した流れに垂直に配向されるように、燃料接触器および希釈剤接触器の下流部分においてさらに構成することができる。
ユーザは、好ましくは、所望の希釈剤送出量が酸化剤流体の速度より速い希釈剤速度をもたらすように、噴出孔サイズおよび間隔ｈ、ならびに、燃焼器圧力を超える希釈剤流体圧力をさらに構成する。例えば、当初は空気より速く流れる液体水噴流による。希釈剤噴流も燃料流体速度より速くすることもできる。
したがって、ユーザは、好ましくは、火炎面を貫通し、かつ、火炎面のすぐ後で迅速に気化する多数の微小噴流を形成する。噴流は、好ましくは、火炎面の前で多数の小液滴に崩壊し、多数の液滴は、燃焼を冷却する火炎内での大きな気化を備えて火炎面を貫通する。噴流は、より均一な液滴サイズに対する層状となるように構成することができる。同様に、小液滴は、酸化剤含有流体により火炎内に搬送することができる。噴流のモデル化において、ユーザは、好ましくは、流体の速度および密度に対する相対降下ならびに液滴の表面エネルギーおよび粘度に基づき層状対乱流噴流、ならびに、小液滴崩壊の異なった方式を考慮する。例えば、ＫＩＶＡおよびＳｔａｒ ＣＤなどのＣＦＤ符号に組み込まれた方法を使用してである。
このような方法により、ユーザは、大きな固有表面積（ｍ２／ｋｇ）を備え、火炎面に到達する前に比較的低い気化速度を備える希釈剤流体を送出するが、気化速度が火炎面の後に急速に上昇する場合においてである。これにより、ユーザは、高温燃焼ガス中での大きな気化および希釈冷却を達成する。このことは、迅速な冷却および実質的なＮＯｘ排出物の回避という便益を提供する一方、熱希釈剤の高濃度微小霧の存在による火炎の不活性化または消火を回避する。
〔火炎の伝播、可燃性を増強するための噴出孔構成〕
関連技術は、液滴を備えた等方性（均一な）流体における火炎の伝播の制限を示すモデルを説明している。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、火炎の伝播速度を上昇させ、かつ、可燃性限界を引き上げるために希釈剤小液滴および燃料小液滴を非等方的に（不均一に）定置する。例えば、ユーザは、等方性噴出孔分布におけるよりも、特定の選択された領域においては、燃料噴出孔８２を一緒により緊密に定置することができる。ユーザは、これに対応して、希釈剤噴出孔８３を、燃料流体領域に相補的な領域において等方的な分布よりも緊密に一緒に定置する。ユーザは、不均一な構成で噴流を送出するために噴出孔を配向することができる。ユーザは、希釈剤噴流を燃料噴流とは異なって送出するために燃料および希釈剤噴出孔を配向することもできる。
関連技術は、液滴を備えた等方性（均一な）流体における火炎の伝播の制限を示すモデルを説明している。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、火炎の伝播速度を上昇させ、かつ、可燃性限界を引き上げるために希釈剤小液滴および燃料小液滴を非等方的に（不均一に）定置する。例えば、ユーザは、等方性噴出孔分布におけるよりも、特定の選択された領域においては、燃料噴出孔８２を一緒により緊密に定置することができる。ユーザは、これに対応して、希釈剤噴出孔８３を、燃料流体領域に相補的な領域において等方的な分布よりも緊密に一緒に定置する。ユーザは、不均一な構成で噴流を送出するために噴出孔を配向することができる。ユーザは、希釈剤噴流を燃料噴流とは異なって送出するために燃料および希釈剤噴出孔を配向することもできる。
このような形で、ユーザは、燃料および希釈剤の異なった組成との混合を形成する。これらの混合物は、異なった燃焼性境界を有し、かつ、異なった火炎伝播速度をもたらす。
図１１を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、交番する燃料および希釈剤穿孔チューブを備えた分散接触器を構成することができる。同様に、図１２を参照すると、ユーザは、燃料および希釈剤を組で送出する多数のチューブまたは多通路チューブを設けることができる（例えば、円形、螺旋、円錐、または、横方向アレイなどである）。
このような噴出孔構成を使用すると、ユーザは、燃料流体または希釈剤流体における代替となるより高濃度の領域を設けるために、相対噴霧貫通または噴出孔の向きを調整することができる。このような交番する燃料濃厚および希薄領域を使用すると、火炎は、燃料濃厚領域に沿って優先的に伝播する。したがって、燃焼中のガスおよび／または高温燃焼ガスは、隣接した希釈剤濃厚領域と混合し、かつ、それを冷却する。
火炎を燃焼可能な燃料濃厚帯に沿って優先的に伝播することで支援することに加えて、ユーザは、好ましくは、火炎が１つの燃料濃厚帯から１つの希薄中間帯領域を超えて次の燃料濃厚帯に飛び移ることを支援するために、燃料希薄下位領域を横切る可燃性燃料濃厚混合物を備える領域を設けるように噴出孔および噴出孔の向きを構成する。例えば、図４を参照すると、ユーザは、好ましくは、交番する燃料および希釈剤分配チューブアレイ２６０を横切って定置された少なくとも１つの架橋穿孔燃料チューブ１９を設ける。（例えば、円周に沿った、または、螺旋形のチューブを横切って放射状に、または、平行なチューブを横切って横方向にである）。架橋燃料チューブ１９に沿った燃料噴出孔は、上流の流れを使用して架橋チューブにより形成された可燃混合物９１１の所望の組成を達成するのに十分な燃料を加えるために、架橋チューブに沿った燃料送出量の分布を送出するように構成することができる。加えて、希釈剤架橋チューブ１９は、燃料架橋チューブ１９に平行な燃料および希釈剤チューブアレイ２６０を横切って定置することもできる。このことは、コーキングを防止するために燃料架橋チューブ内の燃料を冷却することに役立つ。同チューブ１９は下流の燃料の燃焼を冷却するために希釈剤を送出することもできる。例えば、燃焼内で気化する水の液滴である。
図４をさらに参照すると、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダ（決定器）１００の近くに架橋燃料チューブ１９の中央端部を定置する。他の構成において、ユーザは、点火器１２４を架橋燃料チューブ１９の端部の上流端部の近くに定置する。架橋燃料チューブ１９は、火炎ホルダ１００から他の燃料分配チューブの各々に、かつ／または、これを横切って、火炎を優先的に搬送する。（例えば、円周に沿ったチューブを横切って放射状にである）。架橋燃料チューブ１９は、火炎が燃料希薄領域９０９を横切って燃料架橋帯９７２に沿って伝播することを支援する可燃混合物を供給するように構成されている。したがって、火炎は、燃料濃厚帯９７２に沿ってダクトを横切って架橋燃料チューブ１９から伝播する。（例えば、円周に沿った帯付近にである）。代案として、ユーザは、燃料分配アレイ２６０を横切って少なくとも１つの架橋燃料分配チューブ１９を設ける。
これに対応して、横方向のチューブアレイ２６０を使用して、ユーザは、いくつかの実施形態において、それらの燃料流体および希釈剤チューブアレイ２６０を横切るために架橋穿孔燃料および希釈剤分配チューブ１９を優先的に設ける。以前のように、ユーザは、火炎が架橋燃料チューブ１９によりアレイを横切って運び出される横方向アレイの中央の近くに火炎ホルダ１００を優先的に定置する。ユーザは、横方向チューブを横切って火炎を運び出すために横方向アレイを横切って少なくとも１つ、かつ、好ましくは２つ以上の架橋燃料流体分配チューブ１９を定置する。
ユーザは、好ましくは、火炎を火炎ホルダ１００からそれらの下流チューブに搬送することを容易にするための架橋燃料濃厚帯を設けるために、チューブアレイ２６０の残り部分の少し上流にこれらの架橋燃料流体分配チューブ１９を定置する。代案として、同チューブ１９は、下流に構成される。可燃性限界の制約内で、ユーザは、さらに好ましくは、いくつかの実施形態において、システム全体を通じて所望の平均希釈剤／燃料比を提供するために、これに対応する希釈剤分配チューブをこれらの放射状または交差する架橋燃料分配チューブ１９の下流に設ける。
より大きなサイズの液滴を使用して、ユーザは、好ましくは、流れを横切る所望の構成で液滴を定置するために燃料噴出孔を配列する。例えば、かなり均一にする。しかし、（例えば、約５０μｍ未満の）非常に微小な液滴を使用して、希釈剤液滴を燃料含有流体と均一に混合することは、燃料が点火することを防止または妨害することがある。例えば、‘１９１特許出願に教示されている方法を参照すると、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、燃料流体液滴から空間的に分離して希釈剤液滴を定置するために、燃料噴出孔８２から横方向に分離して希釈剤噴出孔８３を集中させる。したがって、ユーザは、好ましくは、集中した燃料および希釈剤流体の横方向に交番する領域を設けるために燃料噴出孔８２および希釈剤噴出孔８３を配向する。図３９を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、角度の付いた噴出孔８６または軸に沿った噴出孔８４を形成するために流れに横方向よりも、第２の流体の流れと一線上に、より軸に沿って噴出孔８０を配向することができる。
ユーザは、いくつかの構成において噴出孔をより緊密に一緒に横方向に位置させている。こうすることにより、ユーザは、近接する希釈剤小液滴間隔を低減するために希釈剤噴出孔８３の横方向間隔を、および、燃料流体噴流と燃料流体小液滴の間の近接する間隔を低減するために燃料噴出孔８２の横方向間隔を低減する。いくつかの構成において、燃料噴出孔８２および希釈剤噴出孔８３は、燃料流体液滴を希釈剤液滴から全般的に異なった横方向の位置に送出するために、燃焼室５６の軸に対して異なって角度を付けられている。加えて、または、代案として、ユーザは、希釈剤または燃料流体領域内での横方向または軸に沿った小液滴の間隔を低減する一方、燃料流体および希釈剤領域を分離するために、燃料流体および希釈剤の合同脈動を、それらの個々の分配チューブにおいて提供する。
このような対策により、ユーザは、いくつかの領域で希釈剤／燃料流体の濃度を低減し、それにより、燃料流体の可燃性限界および燃料流体高濃度領域に沿った火炎伝播速度を改善する。これらの対策は、関連技術におけるよりも、より良好な混合およびより迅速な気化を備えて、燃料流体に沿って緊密に定置された希釈剤流体をそれでも供給する。
〔燃料流体および希釈剤の送出の時間的位相設定〕
小さな液滴に対して燃料伝播速度を上昇させる、および／または、液体熱希釈剤／燃料流体比を低減するための代案方法として、ユーザは、燃料流体小液滴および希釈剤液体小液滴が燃焼器に沿った流体流として交番して放出されるように燃料流体小液滴放出および希釈剤液体小液滴放出のタイミングを制御する。このような時間的位相制御を使用して、ユーザは、好ましくは、希釈剤を燃料流体と異相に送出する。すなわち、ユーザは、燃料のガスまたは小液滴、続いて、希釈剤液滴などのより高い濃度の交番する帯または位相を形成する。この方法は、燃料帯内の燃料流体小液滴に沿った火炎伝播速度を上昇させる。逆に、この方法は、燃料酸化剤混合物が燃焼を防止されるように燃料領域内の初期希釈剤濃度を低く保つ。ユーザは、好ましくは、交番する希釈剤および燃料の帯が一緒に緊密になり、かつ、燃焼、希釈剤の気化、分配チューブにより引き起こされた渦により生成された乱流によりすぐに混合するように、それらの帯の時間を計る。
小さな液滴に対して燃料伝播速度を上昇させる、および／または、液体熱希釈剤／燃料流体比を低減するための代案方法として、ユーザは、燃料流体小液滴および希釈剤液体小液滴が燃焼器に沿った流体流として交番して放出されるように燃料流体小液滴放出および希釈剤液体小液滴放出のタイミングを制御する。このような時間的位相制御を使用して、ユーザは、好ましくは、希釈剤を燃料流体と異相に送出する。すなわち、ユーザは、燃料のガスまたは小液滴、続いて、希釈剤液滴などのより高い濃度の交番する帯または位相を形成する。この方法は、燃料帯内の燃料流体小液滴に沿った火炎伝播速度を上昇させる。逆に、この方法は、燃料酸化剤混合物が燃焼を防止されるように燃料領域内の初期希釈剤濃度を低く保つ。ユーザは、好ましくは、交番する希釈剤および燃料の帯が一緒に緊密になり、かつ、燃焼、希釈剤の気化、分配チューブにより引き起こされた渦により生成された乱流によりすぐに混合するように、それらの帯の時間を計る。
微小液滴を備えた燃料流体対希釈剤の濃度を分離することにより、この方法は、希釈剤、燃料流体、および、酸化剤流体の混合物における火炎を消火せずに、または、火炎が開始および伝播することを防止もしくは妨害せずに燃料流体に対する微小液滴の形の熱希釈剤液体の総比を増大することを可能にする。しかし、この時間的位相制御方法は、小液滴放出の速度に基づき健全かつ励起された共鳴を発生することができる。したがって、ユーザは、好ましくは、燃焼器内の重大な共鳴周波数を回避するために小液滴放出の速度を調整する。
周波数制御の範囲を増大するために、ユーザは、この送出周波数を調整するために燃料流体小液滴の短時間の破裂または微小噴流の短時間の噴出をさらに提供する。続いて、ユーザは、これに対応する希釈剤小液滴の破裂または希釈剤微小噴流の噴出を供給するために熱希釈剤を調整するが、相補的な位相を使用する。ユーザは、さらに好ましくは、干渉性の燃焼を生成し、かつ、燃焼器の共鳴を低減するために、共鳴周波数よりも速くこれらの送出の周波数および／または位相を変更する。
〔火炎面の下流の希釈剤接触器チューブ〕
図２を参照すると、ユーザは、火炎面の下流に１つまたは複数の希釈剤接触器チューブ２２を設けることができる。いくつかの実施形態において、ユーザは、少なくとも１つの熱希釈剤分配チューブ２２を燃焼の火炎面または発熱反応区画の上流に、かつ、１つをその下流に設ける。下流の分配チューブ２２は、好ましくは、燃焼の近くで、および、高エネルギー流体中で高温を取り扱うことのできる材料から作成されている。
図２を参照すると、ユーザは、火炎面の下流に１つまたは複数の希釈剤接触器チューブ２２を設けることができる。いくつかの実施形態において、ユーザは、少なくとも１つの熱希釈剤分配チューブ２２を燃焼の火炎面または発熱反応区画の上流に、かつ、１つをその下流に設ける。下流の分配チューブ２２は、好ましくは、燃焼の近くで、および、高エネルギー流体中で高温を取り扱うことのできる材料から作成されている。
図２をさらに参照すると、例えば、ユーザは、下流の分配チューブ２２を、窒化珪素、炭化珪素、ムライト、単結晶サファイヤ、多結晶サファイヤ、酸化アルミニウムなどの適した高温セラミック材料、または、他の適した高温材料から形成することができる。サファイヤは、高い強度を有し、かつ、約１，５００°Ｃ以上の温度に耐えることができる。（サファイヤの融点は約２，０５３°Ｃである。サファイヤは約１，８００°Ｃから約２，０００°Ｃの温度に耐えるとして様々に報告されており、かつ、弾道ミサイルのノーズコーンを形成するために使用されている。）
同様に、ユーザは、下流接触器をハステロイなどの高温合金から形成することができる。必要または所望に応じて、ユーザは、好ましくは、分配チューブを高温燃焼ガスから保護するために熱障壁コーティングまたは他の適した絶縁コーティングを設ける。高温ガスタービン羽根およびブレードに対して使用されているものと同様の熱コーティングが好ましくは使用され、同コーティングは熱および酸化の双方の保護を提供する。このような構成において、ユーザは、好ましくは、より低温の希釈剤流体の流れが下流接触器を覆い包み、高温燃焼ガスから保護するように希釈剤分配チューブの上流部分に沿って少なくともいくつかの希釈剤噴出孔を配向する。このことは、分配チューブの表面の上流付近から下流への分配チューブの外部表面の気化および／またはフィルム冷却を提供する。
このような下流希釈剤チューブは、好ましくは、希釈剤チューブのより大きな冷却および保護を提供するために水などの液体希釈剤を分配する。気化された、かつ／または、過熱された希釈剤も使用することができる。例えば、ガスタービンなどのエキスパンダ４４０から放出された高温排気ガスからの回収熱により生成された水蒸気である。
〔速度、圧力、および、乱流の分布の構成〕
関連技術において、燃焼器ライナを介した非常に過剰な酸化剤含有流体の送出は、平均の圧力または速度の２５％となる燃焼器に横方向にわたる静止圧および軸に沿った速度の変化をもたらす。圧力および軸に沿った速度の横方向の分布のこのような変化は、例えばタービンの羽根およびブレードなどの下流エキスパンダの効率に有意に影響を及ぼす。
関連技術において、燃焼器ライナを介した非常に過剰な酸化剤含有流体の送出は、平均の圧力または速度の２５％となる燃焼器に横方向にわたる静止圧および軸に沿った速度の変化をもたらす。圧力および軸に沿った速度の横方向の分布のこのような変化は、例えばタービンの羽根およびブレードなどの下流エキスパンダの効率に有意に影響を及ぼす。
ユーザは、好ましくは、１つまたは双方の横方向などにおいて燃焼器を出る高エネルギー流体の１つまたは複数の空間測定値における軸に沿った速度、横方向速度、または、乱流および静止圧の１つまたは複数の空間分布を構成するために、空間流体送出および燃焼器構成部分を調整するように、燃焼器内の１つまたは複数の構成部分パラメータを構成する。ユーザは、それらを燃焼器内で構成することもできる。
これらのパラメータは、多通路ディフューザの構成、希釈剤と燃料の穿孔接触器の位置合わせ、断面、および、間隔、噴出孔の構成、向き、および、流体噴射圧力、ならびに、微小渦巻きの間隔、羽根角度、および、構成、ならびに、総過剰希釈剤の組成の１つまたは複数から、様々に選択することができる。
〔軸に沿った速度の空間分布の構成〕
図２２を参照すると、軸に沿った速度分布を構成するために、ユーザは、好ましくは、多羽根ディフューザ内の通路取入れ口に対する取出し口の面積比を含めて、ディフューザ通路の数および個々の流体通路の構成を構成する。これらのパラメータの１つまたは複数を調整することにより、ユーザは、ディフューザ出口の隣の近くの少なくとも１つの横方向における軸に沿った速度の空間分布を構成することができる。
図２２を参照すると、軸に沿った速度分布を構成するために、ユーザは、好ましくは、多羽根ディフューザ内の通路取入れ口に対する取出し口の面積比を含めて、ディフューザ通路の数および個々の流体通路の構成を構成する。これらのパラメータの１つまたは複数を調整することにより、ユーザは、ディフューザ出口の隣の近くの少なくとも１つの横方向における軸に沿った速度の空間分布を構成することができる。
これらのパラメータを使用して、ユーザは、噴出孔の向きを、酸化剤の流れと整列させるから、酸化剤の流れに横方向に流れる、または、酸化剤の流れと逆に、もしくは、それに対して上流に整列させる範囲内で調整することができる。図２７を参照すると、これらのパラメータの１つまたは複数を使用して、ユーザは、好ましくは、希釈剤の軸に沿った速度の寄与の横方向分布を調整する。これは、多通路ディフューザを出る軸に沿った速度の横方向分布の少なくとも一部を調整または補償するように構成することができる。このことは、燃焼器を出る高エネルギー流体の軸に沿った速度のより均一な横方向分布を提供する。取入れ口ディフューザおよび噴出孔の分布を構成することにより、ユーザは、好ましくは、速度の横方向分布をより所望または必要である分布に調整する。
ユーザは、ダクトを横切るチューブ遮断係数（チューブ間隔Ｈで除されたチューブ直径Ｄ）を構成することができる。ユーザは、同様に、微小渦巻き混合要素のサイズ、羽根角度、および、有効空間濃度の空間分布を構成することができる。これらのパラメータは、有効抗力および逆圧に、かつ、したがって、軸に沿った速度分布に影響を及ぼす。
このような対策を使用して、軸に沿った速度の横方向分布の変化は、軸に沿った平均速度の一般に１８％未満、好ましくは６％未満、かつ、最も好ましくは２％未満の少なくとも１つの横方向における燃焼器出口１３６を横切る軸に沿った平均速度の変化の標準偏差を有するように構成することができる。
〔横方向圧力分布の構成〕
本明細書に説明されている燃料流体および希釈剤の分配方法を使用して、ユーザは、燃焼器出口を横切る横方向圧力分布を制御するように酸化剤含有流体、希釈剤含有流体、および、燃料含有流体の横方向分布の１つまたは複数を構成する。ユーザは、直径に対して流体噴射圧力および速度を調整することができ、かつ、燃焼器に送出される流体の質量対力学的エネルギー比をそのように調整することができる。
本明細書に説明されている燃料流体および希釈剤の分配方法を使用して、ユーザは、燃焼器出口を横切る横方向圧力分布を制御するように酸化剤含有流体、希釈剤含有流体、および、燃料含有流体の横方向分布の１つまたは複数を構成する。ユーザは、直径に対して流体噴射圧力および速度を調整することができ、かつ、燃焼器に送出される流体の質量対力学的エネルギー比をそのように調整することができる。
気体性希釈剤は、燃焼器内にはるかに低い差分送出圧力および運動エネルギーで一般に送出され、続いて、液体希釈剤が同様に送出される。したがって、ユーザは、燃焼器内に送出された総過剰希釈剤エンタルピ変化に対する運動エネルギーの比を調整するように液体希釈剤または気体性希釈剤の１つまたは双方、ならびに、個々の流体噴射圧力、噴出孔、および、送出速度を構成することができる。
ユーザは、圧力対速度の変化を調整するために、液体希釈剤噴出孔に対する蒸気希釈剤の横方向分布を調整することができる。
同様の方法において、ユーザは、気体性希釈剤に対する液体希釈剤の比の横方向分布を構成することができる。例えば、過剰空気に対する水噴霧の比である。ユーザは、燃焼および希釈剤の気化による流体体積の増加の横方向の比を構成するために同比を調整する。このことは、今度は、流体の軸に沿った速度および圧力の横方向分布に影響を及ぼす。
ユーザは、逆圧、および、したがって、横方向圧力分布を調整するようにチューブ間の間隔の横方向分布をさらに構成することができる。同様に、ユーザは、断面積に対する遮断係数またはチューブ幅の横方向空間分布を調整することができる。さらに、下流の平衡または遷移区画の影響の断面積の軸に沿った構成は、圧力および速度の分布の双方に幾分かの影響を有する。
これらのディフューザ、燃料および希釈剤噴出孔、送出チューブパラメータ、ならびに、平衡区画の形状は、好ましくは、少なくとも１つの横方向において出口を横切る所望のまたは必要である空間圧力および軸に沿った空間速度の分布を達成するために構成される。例えば、環状燃焼器における放射状方向において、より均一な横方向圧力および速度の分布を提供するためである。
これらの対策により、横方向圧力分布の変化は、平均静止圧の一般に１８％未満、好ましくは６％未満、かつ、最も好ましくは２％未満の燃焼器出口１３６を横切る平均圧力の変化の標準偏差を有するように構成することができる。
〔乱流または横方向速度の横方向分布の構成〕
良好な混合を達成するために、関連技術は燃焼の下流の燃焼器壁を介して燃焼器内に希釈剤として（例えば、圧縮空気などの）大量の過剰酸化剤含有流体を一般に噴射する。このことは、軸に沿った流れの２５％から５０％の燃焼器を出る高エネルギー流体の乱流レベル、および、燃焼器取入れ口圧力の４％から８％のライナにわたる圧力降下をもたらす。
良好な混合を達成するために、関連技術は燃焼の下流の燃焼器壁を介して燃焼器内に希釈剤として（例えば、圧縮空気などの）大量の過剰酸化剤含有流体を一般に噴射する。このことは、軸に沿った流れの２５％から５０％の燃焼器を出る高エネルギー流体の乱流レベル、および、燃焼器取入れ口圧力の４％から８％のライナにわたる圧力降下をもたらす。
本明細書に説明されているように、ユーザは、好ましくは、ダクトを横切る多くの領域における燃料、希釈剤、および、酸化剤の流体の送出および混合を構成することにより、ほとんどのこのようなマクロ混合および大きな圧力降下に対する必要性を回避する。ユーザは、分割器羽根の数を調整することにより多羽根ディフューザの通路の数を構成することができる。これらの羽根は、流れが羽根壁における定常流から羽根のほぼ中央の全量流の範囲にわたるに従い、各分割器羽根出口のいずれの側にも２つの強い剪断応力領域をもたらす。これらの剪断応力領域が減衰するに従い、同領域は、下流の混合および乱流をもたらす。必要に応じて、ユーザは、分割器羽根に全般に横方向にディフューザ通路をさらに分割することができる。これらは、必要に応じて剪断応力領域の数を増加させることができる。
ユーザは、ダクトを横切って分布された制御され、かつ、効率的な局所混合を設けるように微小旋回翼を構成することができる。ユーザは、軸に沿って与えられた速度を規準として様々な程度の横方向混合を提供するために軸に対して噴出孔を構成および配向することができる。ユーザは、送出される流体質量流量に対して送出される運動エネルギーの程度を調整するように噴出孔直径および流体送出圧力を構成することができる。
接触器チューブの各々は、抗力をもたらし、かつ、下流の渦を形成し、乱流および混合をもたらす。‘１９１特許出願に教示されている方法を使用して、ユーザは、チューブ抗力を調整するように接触器チューブの断面を構成することができる。ユーザは、横方向流れおよび乱流を追加するように微小な板翼のようにチューブを対称的に構成することができる。
液体希釈剤は、気化され、かつ、加熱されると気体性希釈剤よりもはるかに大きく体積が増加する。この気化は、平均速度成分のないさらなる混合乱流を提供する。液体希釈剤対気体性希釈剤組成は、そのような無作為乱流の部分対差し向けられた運動エネルギーを調整するように構成することができる。
ユーザは、好ましくは、燃焼器内の所望の空間分布に向かった流体乱流の測定値の空間分布を構成するために、これらの混合および乱流調整の方法の１つまたは複数を利用する。例えば、ダクトを横切る少なくとも１つの横方向において、および／または、燃焼器の軸に沿った乱流を調整するためである。例えば、この測定値はＲＭＳ乱流、または、横方向に沿った平均絶対速度とすることができる。ユーザは、燃焼器を出る流れの平均乱流を軸に沿った平均速度の２０％未満に、好ましくは１０％未満に、かつ、より好ましくは軸に沿った平均速度の５％未満に調整するように、これらのパラメータの１つまたは複数を構成することができる。
ユーザは、好ましくは、燃焼器出口の近くの乱流の横方向分布を、燃焼器出口領域の中央８０％を横切る１０％未満、かつ、より好ましくは５％未満に構成する。出口平面内の乱流をこのように低減することにより、ユーザは、下流エキスパンダの効率を改善する。
〔希釈剤噴霧清掃〕
修正された構成において、ユーザは、好ましくは、エキスパンダ４４０内に合焦した大きな希釈剤噴霧をさらに供給するように下流の希釈剤接触器チューブを構成する。この下流の絶縁された希釈剤噴霧接触器チューブ２４は、好ましくは、より大きな高圧噴射噴出孔を備えた第２の希釈剤送出チャンネルを利用する。これらの噴出孔は、気化を確実にするための小さな液滴よりも、エキスパンダ４４０を清掃するために適したより大きな液滴サイズを備えた強い噴射噴霧を供給する。
修正された構成において、ユーザは、好ましくは、エキスパンダ４４０内に合焦した大きな希釈剤噴霧をさらに供給するように下流の希釈剤接触器チューブを構成する。この下流の絶縁された希釈剤噴霧接触器チューブ２４は、好ましくは、より大きな高圧噴射噴出孔を備えた第２の希釈剤送出チャンネルを利用する。これらの噴出孔は、気化を確実にするための小さな液滴よりも、エキスパンダ４４０を清掃するために適したより大きな液滴サイズを備えた強い噴射噴霧を供給する。
〔非対称微小噴流〕
多くの構成において、ユーザは、好ましくは、所望または必要である高エネルギーガスの温度を達成するように燃料に対する熱希釈剤の質量比を構成する。例えば、好ましくは１を超える質量比で構成する。
多くの構成において、ユーザは、好ましくは、所望または必要である高エネルギーガスの温度を達成するように燃料に対する熱希釈剤の質量比を構成する。例えば、好ましくは１を超える質量比で構成する。
いくつかの構成において、ユーザは、様々な相対質量流量を供給するために、希釈剤流体と燃料流体に対する噴出孔にわたる設計差分圧力の比を調整する。噴出孔にわたる流体の差分圧力を上昇させることは、一般に噴出孔の閉塞率内でその流量、運動量、および、貫通距離を増大させる。
いくつかの構成において、ユーザは、質量流量に対する希釈剤の比を調整するために燃料噴出孔のサイズに対する希釈剤噴出孔のサイズの比を変更する。噴出孔サイズを増大させることは噴出孔出口直径を増大させ、かつ、周囲の流体への噴流の貫通距離を増大させる。
ユーザは、好ましくは、燃料質量流量に対する希釈剤の比を調整するために、一次パラメータとして燃料噴出孔に対する希釈剤噴出孔の数の比を調整する。（ほとんどの）構成において、ユーザは、燃料に対する熱希釈剤の所望の比を達成するために、噴出孔サイズ、噴出孔の数、流体過剰圧力、ならびに、流体温度、流体表面張力、および、流体粘度の何らかの組み合わせを調整する。ユーザは、燃料に対する希釈剤の空間分布を調整し、かつ、所望または必要である温度プロファイルを調整するために直接接触器に沿い、かつ、これを横切るこの比を変化させる。
〔微小噴流の様々な長さ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、チューブのより小さな組にチューブのより大きな組が点在された場所に、希釈剤および燃料のチューブの２つ以上の組を設ける。このような構成において、ユーザは、好ましくは、より小さな組をより大きな組から軸に沿って下流にずらす。ユーザは、さらに好ましくは、より大きな領域の組より、より小さな領域の組に対してより長い微小噴流を形成するように流体圧力、噴出孔サイズ、噴出孔の位置合わせ、および、噴出孔の向きを構成する。より長い微小噴流はより小さな組からの希釈剤および燃料流体を全ての組を横切る酸化剤流と均一に混合するうえで役立つ。
いくつかの実施形態において、ユーザは、チューブのより小さな組にチューブのより大きな組が点在された場所に、希釈剤および燃料のチューブの２つ以上の組を設ける。このような構成において、ユーザは、好ましくは、より小さな組をより大きな組から軸に沿って下流にずらす。ユーザは、さらに好ましくは、より大きな領域の組より、より小さな領域の組に対してより長い微小噴流を形成するように流体圧力、噴出孔サイズ、噴出孔の位置合わせ、および、噴出孔の向きを構成する。より長い微小噴流はより小さな組からの希釈剤および燃料流体を全ての組を横切る酸化剤流と均一に混合するうえで役立つ。
〔〔噴出孔接触器分配アレイの構成〕〕
様々な実施形態において、ユーザは、接触器分配アレイ内に接触器チューブを構成する。図５２を参照すると、いくつかの構成において、接触器チューブ１０のアレイは、全般的に平坦な接触器アレイ２６５を形成するように構成することができる。他の構成において、接触器アレイは三次元空間アレイに構成される。図１を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、空間噴出孔分配アレイを円錐形、楕円形、放物線形、複合放物線形、双曲線形、または、所望もしくは必要に応じた他の空間噴出孔アレイなどに形成する。（‘１９１特許出願に教示されている方法も参照。）いくつかの構成において、ユーザは、分配チューブを、流体ダクト１３０の軸に対してある角度に配向する。
様々な実施形態において、ユーザは、接触器分配アレイ内に接触器チューブを構成する。図５２を参照すると、いくつかの構成において、接触器チューブ１０のアレイは、全般的に平坦な接触器アレイ２６５を形成するように構成することができる。他の構成において、接触器アレイは三次元空間アレイに構成される。図１を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、空間噴出孔分配アレイを円錐形、楕円形、放物線形、複合放物線形、双曲線形、または、所望もしくは必要に応じた他の空間噴出孔アレイなどに形成する。（‘１９１特許出願に教示されている方法も参照。）いくつかの構成において、ユーザは、分配チューブを、流体ダクト１３０の軸に対してある角度に配向する。
〔アレイ開放配向〕
これらのアレイは下流開放凹面「喇叭型」構成（頂点は上流）に、または、逆の下流閉鎖凸面「漏斗型」構成（頂点は下流）に配向することができる。
これらのアレイは下流開放凹面「喇叭型」構成（頂点は上流）に、または、逆の下流閉鎖凸面「漏斗型」構成（頂点は下流）に配向することができる。
図１を参照すると、凹面噴出孔表面２６１は（頂点を上流にして）下流に向き合うように配向することができる。図２８を参照すると、この「喇叭型」２６２アレイ開放噴出孔は、反応流体９１２が上昇された温度にあり、かつ、熱または可視域の輻射を放出する燃焼器５６を含む発熱反応装置の設計に重要である。
対立する「漏斗型」構成２６４は、図４４に示すように下流に低減する表面を備えた下流凸面噴出孔表面を形成するために、流れに（頂点は下流で）上流に向き合う。噴出孔表面円錐角度または軸に対するチューブ角度は、小さなまたは狭い円錐角度を使用することにより、長い凹面または「喇叭型」分配チューブアレイ２６２の外側から内側に酸化剤流体を差し向けるために使用することができる。同様に、流体は、「漏斗型」アレイを使用して内側から外側に差し向けることもできる。
図１を参照すると、ユーザは、全般的に平坦な噴出孔分布構成を下流開放凹面噴出孔アレイ２６１に延伸または拡張することができる。アレイは、好ましくは円錐アレイの頂点から周辺に放射状に配向された１つまたは複数の流体分配マニホルド２４２に接続することができる。例えば、アレイは、凹面噴出孔分配アレイ２６１を形成するために、マニホルド間で円弧１０を形成するか、または、凸面形状の周囲で何らかの螺旋角度に接触器チューブ１０を巻くことができる。ユーザは、図２８に示すように、円錐噴出孔アレイ２６２を形成するために円形円弧を使用することができる。このようなアレイは、燃焼器の断面空間を満たす一方、平坦なアレイよりも酸化剤流体流に対して隣接したチューブ間により多くの余地を提供する。このことは、凹面噴出孔アレイ２６１を横切って流れる流体中の抗力および関連する圧力降下、ならびに、関連するポンプ損失を低減する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、凹面燃料分配アレイ２６１を使用することができる。このような構成において、燃料流体の送出、気化、希釈剤の気化、および、燃焼は空間的に分配される。（例えば、円錐形、放物面形、楕円面形、または、同様の非平坦表面である。）軸に沿った燃料流体分布は、今度は、燃焼音およびフィードバックの影響を分配する。このことは音響フィードバックを有意に低減し、かつ、拡散させる。
〔円錐または「喇叭型」凹面アレイ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、「喇叭型」下流開放凹面分配アレイ燃焼器構成２６２を選択および形成する。（例えば、円錐「喇叭型」アレイに対する図２８を参照。）このような実施形態は、流体ダクト１３０を横切るかなり均一な燃焼を提供するうえで有用である一方、流体および熱希釈剤分配アレイにわたる圧力降下を低減する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、「喇叭型」下流開放凹面分配アレイ燃焼器構成２６２を選択および形成する。（例えば、円錐「喇叭型」アレイに対する図２８を参照。）このような実施形態は、流体ダクト１３０を横切るかなり均一な燃焼を提供するうえで有用である一方、流体および熱希釈剤分配アレイにわたる圧力降下を低減する。
これらの「喇叭型」構成２６２は、ユーザが輻射場および輻射フィードバックを増大させることを所望または必要とする時にも有用である。このような実施形態において、「喇叭型」構成２６２は、凹面火炎領域内のこのような熱または可視域輻射を増大させる。これに対応して、この構成は、中心的な燃焼から分配アレイを取り囲む流体ダクト１３０を遮蔽する。
この構成は、部分的な「黒体」（または、「灰色」体）を形成する。この凹面燃焼器アレイ２６１内の凹面火炎からの輻射は、凹面分配アレイ２６１に進入する燃料流体を加熱し、かつ、気化させる。この輻射は、凹面分配アレイ２６１の頂点の近くの火炎ホルダ（点火決定器）１００を強化する。このことは、第１および第２の流体が混合し、かつ、反応を開始する上流に幾分かの「フィードバック」を提供する。
「喇叭型」円錐燃焼器２６２内で火炎が確立されると、火炎ホルダ１００と周囲の穿孔分配チューブ配管の間の領域は、取り囲む火炎および火炎ホルダ１００からの輻射を経験する。この領域は、燃焼器５６内のさらに下流の火炎および周囲の表面からの輻射も経験する。
この乱流性の火炎伝達および輻射は、火炎ホルダ１００が、従来技術よりも実質的に高い速度で燃料／酸化剤／希釈剤混合物を高信頼性で点火することを可能にする。このことは、燃焼安定性限界における流体質量流量を実質的に上昇させる。
熱伝導速度および安定した燃焼速度におけるこれらの改善は、「喇叭型」直接燃料接触器２６２の円錐角度が狭くなるに従い増大する。４５度より小さな円錐角度（９０度未満の先端角度）に対して、火炎が燃焼器の取入れ口から取出し口に横切るための時間に比較した燃焼器の中央から外径に伝播する時間は、火炎伝播速度を上回る有効流体流量での動作を許容する。
より小さな円錐角度は燃焼器の長さおよび関連する費用を増加させる。これらの係数に適切に重み付けして、ユーザは、約５と８５度の間、好ましくは約１５と６０度の間、かつ、最も好ましくは約２０と３０度の間の円錐角度で「喇叭型」直接燃料接触器２６２を一般に構成する。（すなわち、先端角度は一般に約１０°と１７０°の間、好ましくは約２０°と１６０°の間、かつ、最も好ましくは約４０°から６０°の間である。）
〔高速の流れへの点火〕
関連する燃焼器技術において高信頼性燃焼を達成するために、加圧酸化剤流体流量は、燃焼器内で火炎速度未満に強く低減される。ユーザは、３−流体燃焼器を比較的高い速度で流走する流体に持続的に点火するように構成することができる。ユーザは、いくつかの実施形態において、流体送出および燃焼器パラメータを、可燃流体の従来の火炎伝播速度と同等、または、それよりも大きな速度を達成できるように特に構成することができる。
関連する燃焼器技術において高信頼性燃焼を達成するために、加圧酸化剤流体流量は、燃焼器内で火炎速度未満に強く低減される。ユーザは、３−流体燃焼器を比較的高い速度で流走する流体に持続的に点火するように構成することができる。ユーザは、いくつかの実施形態において、流体送出および燃焼器パラメータを、可燃流体の従来の火炎伝播速度と同等、または、それよりも大きな速度を達成できるように特に構成することができる。
図１および図２８をさらに参照すると、ユーザは、好ましくは、燃焼器流体ダクト１３０内の少なくとも１つの分散燃料接触器および／または１つの分散希釈剤接触器の穿孔チューブ配管を構成する。１つまたは複数の分散直接流体接触器内の多数の通路は、燃料流体および酸化剤流体を送出および混合するように構成されている。分散接触器アレイ２６０は、好ましくは、下流の増大する凹面チューブアレイ２６１内に構成されている（例えば、「喇叭型」構成の下流開放円錐アレイ２６２もしくは同様の楕円形アレイ、または、長方形２６８、または、環状テントアレイ２６９である）。
したがって、ユーザは、好ましくは、「喇叭型」分散接触器アレイ２６１により形成された膨張する凹面流体分配表面の上流端部の近くに火炎ホルダ１００を定置する。このような構成を使用すると、火炎ホルダから流入する熱および火炎は、凹面分散直接接触器２６１の近くの区間により送出された燃料／酸化剤混合物に点火する。
火炎ホルダは、凹面接触器アレイ２６１の次の下流区間を越えて軸に沿って延長する火炎を生成する。続いて、火炎からの輻射および対流した高温ガスは、凹面分散接触器２６１の次の放射状に外向きおよび下向きの区間により送出された燃料酸化剤混合物を加熱し、かつ、これに点火する。このような構成により、火炎は未燃焼燃料の次の部分に沿って下流に進行する。
〔近断熱燃焼区画〕
図４および図２８をさらに参照すると、点火用火炎および燃焼から分散燃料接触器および分散希釈剤接触器に輻射された熱は、それらの表面を加熱する。それらの表面は、入来する燃料流体、希釈剤流体、および、酸化剤流体により冷却される。したがって、分散接触器に輻射された熱は、燃焼区画に迅速に戻される。さらに、火炎ホルダ１００から輻射、対流、および、伝導されたほとんど全ての熱は、周囲の燃料含有ガスおよび分散接触器に伝達または搬送される。
図４および図２８をさらに参照すると、点火用火炎および燃焼から分散燃料接触器および分散希釈剤接触器に輻射された熱は、それらの表面を加熱する。それらの表面は、入来する燃料流体、希釈剤流体、および、酸化剤流体により冷却される。したがって、分散接触器に輻射された熱は、燃焼区画に迅速に戻される。さらに、火炎ホルダ１００から輻射、対流、および、伝導されたほとんど全ての熱は、周囲の燃料含有ガスおよび分散接触器に伝達または搬送される。
さらに、燃焼が凹面接触器アレイ２６１の内部面中および周囲であるため、火炎に露出された接触器表面は、凹面接触器アレイ２６１の内部面の残り部分のほとんどの周囲で火炎からの輻射を経験する。このことは、入来する燃料流体および酸化剤流体をさらに加熱し、それらの流体に点火し、燃焼するうえで役立つ。
凹面アレイを形成するように火炎ホルダおよび接触器をこのように構成することにより、それらは、点火用火炎および燃焼からの熱伝導を効果的に取り込み、かつ、改善する。したがって、燃焼器５６の上流部分は、燃焼区画から除去される正味の熱はほとんどなく、近断熱的条件下で動作する。
図２８をさらに参照すると、このような構成を使用すると、火炎は、凹面部分（例えば、円錐）の上流端部における内部軸から凹面部分（または、円錐）の最外下流エッジに、火炎が燃焼器の上流から下流端部に流れにより搬送される時間内に効果的に伝播しなければならないのみである。したがって、ユーザは、好ましくは、燃焼ガスの軸に沿った流体速度により除された横方向火炎伝播速度の逆正接として燃焼器の「円錐角度」の半分を設計する。ここで、ユーザは、半円錐角を分散燃料流体接触器の軸と凹面分散接触器アレイの発散する表面との間の角度として定義する。すなわち、（下流で増大する）「喇叭型」円錐燃焼器２６２は、０°と９０°の間の半角を有する。逆に、（下流で減少する）「漏斗型」円錐燃焼器２６４などの下流減少凸面接触器アレイ２６３は、９０°と１８０°の間の半角を有する。
分配チューブを設けることにより、ユーザは、分配チューブの各々の下流に渦を形成する。これらの渦は、混合および対流による熱の搬送に役立つ。いくつかの実施形態において、ユーザは、流体に対して軸に沿った渦を生成するために流体分配チューブに沿って微小旋回翼を設けることによりこの乱流性混合をさらに増大させる。節「微小旋回翼混合増強器」の本明細書における説明を参照されたい。
〔凸面「漏斗型」アレイ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、下流閉鎖「漏斗型」凸面噴出孔アレイ構成２６４を選択する。（例えば、円錐「漏斗型」アレイに対する図４４を参照。）ここで、最大噴出孔アレイ開口部は上流に向き合い、最小アレイ開口部は下流に向き合う（または「を指す」）。
いくつかの実施形態において、ユーザは、下流閉鎖「漏斗型」凸面噴出孔アレイ構成２６４を選択する。（例えば、円錐「漏斗型」アレイに対する図４４を参照。）ここで、最大噴出孔アレイ開口部は上流に向き合い、最小アレイ開口部は下流に向き合う（または「を指す」）。
燃焼器において、この構成は下流凸面分布アレイの外に火炎を生成する。熱はアレイから外に輻射する。このことは、特に冷却された外部ダクト壁１３２を使用して、燃料流体または流体分配チューブへの輻射環境および輻射フィードバックを低減する。この構成は、分布アレイの下流かつ外に、より均一な熱−混合区画を創出する。
ユーザは、ダクト内に下流減少凸面円錐燃焼器２６４を構成することができる。すなわち、「漏斗型」構成においてである。同燃焼器２６４は加熱チューブを内部的に加熱するために典型的に使用される。このような燃焼器において、上流のより外側の分散接触器チューブからの燃焼からの熱は、内向きかつ下流の分散接触器からの形成された近くの下流可燃混合物に対流により搬送される。このような構成は、原油、アスファルト、および、粘性化学薬品などのタンク内の流体を加熱するために頻繁に使用されている。
「漏斗型」燃焼器構成において、幾分かの輻射は燃焼熱を隣接した下流内向き混合物に伝達する。より低い輻射熱の搬送を補償するために、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、可燃混合物に点火し、かつ、点火を持続させるための少なくとも１つの火炎ホルダ１００を設ける。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの上流火炎ホルダ１００からの火炎チューブ１１６を、「漏斗型」分散接触器２６４の外部上流端部の近くの少なくとも１つの位置に設ける。他の実施形態において、ユーザは、火炎ホルダ１００を燃焼器５６の外部上流端部の１つの位置の近くに定置する。
〔テントおよび他のアレイ〕
分散噴出孔表面または接触器チューブアレイの向きが円錐の実施例を使用して凹面または凸面アレイに関して説明された一方、当業者は、‘１９１特許出願の図５８および図５９に描かれている方法と類似の、かつ、本明細書に説明されているようなピラミッド型もしくは矩形テント型アレイ２６８、または、環状テントアレイ２６８を配向するうえで、ならびに、他の曲線三次元噴出孔アレイに対して、同様の便益が得られることを観察されよう。
分散噴出孔表面または接触器チューブアレイの向きが円錐の実施例を使用して凹面または凸面アレイに関して説明された一方、当業者は、‘１９１特許出願の図５８および図５９に描かれている方法と類似の、かつ、本明細書に説明されているようなピラミッド型もしくは矩形テント型アレイ２６８、または、環状テントアレイ２６８を配向するうえで、ならびに、他の曲線三次元噴出孔アレイに対して、同様の便益が得られることを観察されよう。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体および燃料流体を空間的に制御された形で燃焼領域に送出するように分散接触器を１つまたは複数のテントアレイに構成する。ユーザは、好ましくは、テントアレイに向かい合う下流凹面、すなわち、「喇叭型」構成における上流頂点において分散点火用火炎を構成する。テントアレイは、円形ダクト、環状ダクト、および、矩形ダクト、または、その他で所望のダクトの形状と同様に構成することができる。（例えば、‘１９１特許出願の図５８および図５９を参照。）
〔ダクト軸に垂直な平面アレイ〕
図５２を参照すると、ユーザは、分散噴出孔または穿孔分配チューブを燃焼器流体主ダクトの軸に垂直（「垂直」）に配向されたかなり平坦なアレイに構成することができる。例えば、円形ダクト１４４内の円形平面アレイ２６５である。すなわち、典型的に、酸化剤含有流体のほとんどが流れるダクトである。これらの平面噴出孔アレイは、円形平面アレイ２６５、矩形平面アレイ２６６、環状平面アレイ２６７、または、ダクトに合わせるための所望もしくは必要である同様の曲線アレイとすることができる。（例えば、図４８、図４９、図５０、および、図５２を参照。）円形流体ダクト１４４において、ユーザは、分配チューブを螺旋アレイ内に包み込むことができる。同様に、ユーザは、分配チューブを、１つまたは複数のマニホルド２４０、好ましくは放射状に構成された放射状マニホルド２０４に接続された円または円の円弧に構成することができる。非円形流体ダクト１３０において、ユーザは、分配アレイを、流体ダクト１３０の１つまたは複数の側面に平行または垂直に形成することができる。ユーザは、分配チューブ１０を流体ダクト１３０の側面に平行に配向された対応するマニホルド２４０に接続する。このような平面アレイ構成は軸に沿ったコンパクトな構成という便益を提供する。
図５２を参照すると、ユーザは、分散噴出孔または穿孔分配チューブを燃焼器流体主ダクトの軸に垂直（「垂直」）に配向されたかなり平坦なアレイに構成することができる。例えば、円形ダクト１４４内の円形平面アレイ２６５である。すなわち、典型的に、酸化剤含有流体のほとんどが流れるダクトである。これらの平面噴出孔アレイは、円形平面アレイ２６５、矩形平面アレイ２６６、環状平面アレイ２６７、または、ダクトに合わせるための所望もしくは必要である同様の曲線アレイとすることができる。（例えば、図４８、図４９、図５０、および、図５２を参照。）円形流体ダクト１４４において、ユーザは、分配チューブを螺旋アレイ内に包み込むことができる。同様に、ユーザは、分配チューブを、１つまたは複数のマニホルド２４０、好ましくは放射状に構成された放射状マニホルド２０４に接続された円または円の円弧に構成することができる。非円形流体ダクト１３０において、ユーザは、分配アレイを、流体ダクト１３０の１つまたは複数の側面に平行または垂直に形成することができる。ユーザは、分配チューブ１０を流体ダクト１３０の側面に平行に配向された対応するマニホルド２４０に接続する。このような平面アレイ構成は軸に沿ったコンパクトな構成という便益を提供する。
〔円筒形噴出孔アレイ〕
図５３を参照すると、ユーザは、分散噴出孔アレイを全般に円筒形のチューブ構成２６５に形成することができる。例えば、二連通路接触器チューブ１６を使用することによりできる。ユーザは、酸化剤含有流体を円筒形アレイ２６５の外の流体ダクト１３０内に放射状に送出することができる。例えば、絶縁キャップ１５７を使用することなどによりダクトへの取入れ口１３４において円筒形チューブアレイ２６５の中央端部を遮断することによる。同様に、ユーザは、ダクトの取出し口１３６の近くの円筒形チューブアレイ２６５とダクト壁１４４の間でダクトの一部を遮断することができる。例えば、絶縁リング１５４を使用することによる。
図５３を参照すると、ユーザは、分散噴出孔アレイを全般に円筒形のチューブ構成２６５に形成することができる。例えば、二連通路接触器チューブ１６を使用することによりできる。ユーザは、酸化剤含有流体を円筒形アレイ２６５の外の流体ダクト１３０内に放射状に送出することができる。例えば、絶縁キャップ１５７を使用することなどによりダクトへの取入れ口１３４において円筒形チューブアレイ２６５の中央端部を遮断することによる。同様に、ユーザは、ダクトの取出し口１３６の近くの円筒形チューブアレイ２６５とダクト壁１４４の間でダクトの一部を遮断することができる。例えば、絶縁リング１５４を使用することによる。
ユーザは、同様に、チューブから放射状に外向きになった側面通路またはダクトから酸化剤含有流体を導入することができる。一般に円筒形燃焼区画が所望または必要である時に、この円筒形構成が有用である。
〔「頂冠型」噴出孔アレイ〕
さらなる実施形態において、ユーザは、燃料および希釈剤分配アレイを「頂冠型」チューブ構成２７１に形成する。（例えば、‘１９１特許出願の図６６を参照。）流体が端部通路または側面通路から流体ダクトに放射状に導入される時、または、端部壁燃焼区画を含む全般的に円筒形の燃焼区画が所望または必要とされる時に、ユーザはこのようなアレイを選択することができる。
さらなる実施形態において、ユーザは、燃料および希釈剤分配アレイを「頂冠型」チューブ構成２７１に形成する。（例えば、‘１９１特許出願の図６６を参照。）流体が端部通路または側面通路から流体ダクトに放射状に導入される時、または、端部壁燃焼区画を含む全般的に円筒形の燃焼区画が所望または必要とされる時に、ユーザはこのようなアレイを選択することができる。
〔モジュール式または「缶型」燃焼器〕
いくつかの構成において、ユーザは、モジュール式燃焼器に適合するように構成された分散接触器アレイを含むモジュール式燃焼器、一般に円筒形の燃焼器、または、「缶型」燃焼器を形成する。（例えば、本出願の図１、図２８、図５２、図５３に、および、同様に‘１９１特許出願の図６５および図６６に描かれている燃焼器構成を参照。）例えば、ユーザは、モジュール式燃焼器を形成する所望に応じて、平面接触器アレイ、凹面接触器アレイ、「喇叭型」接触器アレイ２６２、「頂冠」接触器アレイ２７１、または、同様の接触器アレイを利用することができる。
いくつかの構成において、ユーザは、モジュール式燃焼器に適合するように構成された分散接触器アレイを含むモジュール式燃焼器、一般に円筒形の燃焼器、または、「缶型」燃焼器を形成する。（例えば、本出願の図１、図２８、図５２、図５３に、および、同様に‘１９１特許出願の図６５および図６６に描かれている燃焼器構成を参照。）例えば、ユーザは、モジュール式燃焼器を形成する所望に応じて、平面接触器アレイ、凹面接触器アレイ、「喇叭型」接触器アレイ２６２、「頂冠」接触器アレイ２７１、または、同様の接触器アレイを利用することができる。
〔「缶型環状」燃焼器〕
「缶型」または「缶型環状」の構成の円筒形燃焼器は、当技術分野で知られている。さらなる実施形態において、ユーザは、各々が環状燃焼器アレイに構成された分配噴出孔の凹面アレイを含む複数のモジュール式燃焼器を形成する。ユーザは、好ましくは、（図示しない）缶型環状チューブアレイを形成するために、２つ以上のモジュール式缶型燃焼器間の流体連絡ダクトを設ける。ユーザは、個々のモジュール式燃焼器間の燃焼と圧力をバランスさせるために役立つようにこのような連絡ダクトおよびアレイを構成する。
「缶型」または「缶型環状」の構成の円筒形燃焼器は、当技術分野で知られている。さらなる実施形態において、ユーザは、各々が環状燃焼器アレイに構成された分配噴出孔の凹面アレイを含む複数のモジュール式燃焼器を形成する。ユーザは、好ましくは、（図示しない）缶型環状チューブアレイを形成するために、２つ以上のモジュール式缶型燃焼器間の流体連絡ダクトを設ける。ユーザは、個々のモジュール式燃焼器間の燃焼と圧力をバランスさせるために役立つようにこのような連絡ダクトおよびアレイを構成する。
〔相対分配器アレイの構成〕
ユーザは、チューブアレイを介して酸化剤流体が流れ、かつ、燃料流体に対する酸化剤流体の送出面積比のより所望の比を達成する際の酸化剤流体の圧力降下を低減するために、チューブ間の隙間を調整することができる。同様な形で、ユーザは、好ましくは、燃料流体分配チューブと希釈剤分配チューブの間の軸に沿った距離を構成する。
ユーザは、チューブアレイを介して酸化剤流体が流れ、かつ、燃料流体に対する酸化剤流体の送出面積比のより所望の比を達成する際の酸化剤流体の圧力降下を低減するために、チューブ間の隙間を調整することができる。同様な形で、ユーザは、好ましくは、燃料流体分配チューブと希釈剤分配チューブの間の軸に沿った距離を構成する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、近くのチューブ間の流路を増加するためにチューブを軸に沿って置き換える。このような拡張された凹面水および燃料流体分配表面を使用して、燃料流体および水チューブ分配領域内の正味ガス通路面積は、燃焼器内の下流の同面積に同様とすることができる。チューブを離して広げることにより、ユーザは、チューブ間により大きな通路を作成し、その通路にわたる圧力降下を低減する。このことは、結果的なポンプ損失を低減し、対応して、システム効率および投資に対する内部利益率を上昇させる。
他の実施形態において、ユーザはチューブを軸に沿って置き換える一方、平面構成に比較して同様のチューブ間の隙間を設ける。この拡張構成は、チューブ間の同じ正味通路面積に対して、ダクト内により多くの分配チューブを提供する。他の実施形態において、ユーザは、チューブ間を流れる流体に対する圧力降下を増大または低減するための横方向隙間間隔を増大または低減する。
熱希釈剤分配チューブに対する燃料分配チューブ間の軸に沿った相対間隔を調整することにより、燃料流体および希釈剤流体の軸に沿った相対気化時間および程度を調整することができる。燃料流体および希釈剤チューブの軸に沿った相対間隔を調整することにより、ユーザは、軸に沿った相対燃料および熱希釈剤濃度を調整することができ、したがって、点火性および燃焼安定性の限界に影響を及ぼす。ユーザは、火炎面に対して熱希釈剤が気化する場合に影響を及ぼすために、軸に沿ったこの相対間隔を使用することができる。この調整は、燃焼器内の温度プロファイルも、したがって、ＮＯｘおよびＣＯ排出物も変化させる。
いくつかの構成において、ユーザは、燃料流体流面積に対する酸化剤流体流面積の比（すなわち、累積燃料噴出孔面積）および／または熱希釈剤流面積（すなわち、累積希釈剤噴出孔面積）を調整するために、熱希釈剤チューブに対する燃料流体チューブの放射状または横方向間隔を調整する。これらの間隔は、今度は、（個々の圧力、ならびに、チューブアレイおよびチューブ噴出孔にわたる圧力差に近似的に比例する）酸化剤／燃料および希釈剤／燃料の比に影響を及ぼす。
ユーザが抗力、圧力降下、および、ポンプ損失の低減を所望または必要とする場合、ユーザは、分配チューブを介して流れる酸化剤流体と一線上に分配チューブを配向することができる。例えば、ダクトの軸と全般に一線上にである。同様に、分配が合理化されると、チューブ断面の長軸は酸化剤流路と、または、ほぼダクト軸と位置合わせすることができる。
他の構成において、ユーザが酸化剤流体流を再差し向けすることを所望する場合、ユーザは、好ましくは、横方向に細長い分配チューブを流体流とある角度に配向する。ユーザは、‘１９１特許出願の図４０に示されているように、流れを再差し向けるうえで役立つように空気力学的に構成された断面を持つチューブを同様に使用することができる。修正された実施形態において、ユーザは、上流チューブアレイを使用して１つの方向に酸化剤含有流を差し向けることができる。したがって、ユーザは、下流チューブアレイ流と共に、この流れを再差し向けし戻すことができる。
様々な実施形態において、ユーザは、必要または所望に応じて、熱希釈剤分配チューブに対して燃料流体分配チューブを配向する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料穿孔チューブ接触器１１および希釈剤燃料穿孔チューブ接触器１４を互いの上流／下流に構成する。この構成は、放射状に交番する燃料チューブ１１および希釈剤チューブ１４と比較して、それらのチューブにわたって流れる第２の流体中の圧力降下を低減する。最低圧力降下が所望または必要である場合、ユーザは、好ましくは、チューブを互いの上流／下流に位置合わせする。
他の実施形態において、より大きな乱流および混合が所望または必要である場合、ユーザは、好ましくは、下流チューブが上流隙間Ｇと位置合わせされるようにジグザグにする。
〔交番する燃料流体および希釈剤のチューブ〕
ユーザは、交番する燃料流体および希釈剤流体の分配チューブのアレイを構成する。例えば、これらの分配チューブは交番する螺旋として巻くことができる。これらのチューブは、同心円または平面アレイなどにも構成することができる。
ユーザは、交番する燃料流体および希釈剤流体の分配チューブのアレイを構成する。例えば、これらの分配チューブは交番する螺旋として巻くことができる。これらのチューブは、同心円または平面アレイなどにも構成することができる。
〔音響干渉性または共鳴〕
ユーザは、音響干渉性を提供するように空間噴出孔アレイを構成することができる。例えば、音響スピーカを形成するために、または、燃焼室内に共鳴を提供するためにできる。例えば、図５２の平面アレイ、または、図４もしくは図８に示されているものと類似する浅い凹面アレイを参照されたい。
ユーザは、音響干渉性を提供するように空間噴出孔アレイを構成することができる。例えば、音響スピーカを形成するために、または、燃焼室内に共鳴を提供するためにできる。例えば、図５２の平面アレイ、または、図４もしくは図８に示されているものと類似する浅い凹面アレイを参照されたい。
ユーザは、直接接触流体分配アレイを、浅い凹面噴出孔アレイ２６１または浅い円錐もしくは平面表面に構成することができる。このことは、例えば、音響スピーカまたは混合物の共鳴混合などの所望に応じた音響干渉性を強化する。流体は、好ましくは、噴出孔アレイの中央頂点から放射状のマニホルドを介して穿孔分配チューブに分配される。噴出孔表面の軸に沿った位置は、好ましくは、アレイの頂点に対して酸化剤含有流体が軸に沿って進行する時間に対して、分配アレイを介した噴出孔への圧力パルスの時間を調整するために中心からの放射状距離に応じて調整される。この表面構成を調整することにより、ユーザは、軸に沿った流体送出位相表面を調整する。したがって、ユーザは、音響フィードバックを変化させるために凹面表面の構成を調整することができる。
このような構成において、ユーザは、好ましくは、コヒーレントな分配表面２６６にわたる調整が取られた燃料流体液滴噴射を発生させるために、燃料流体マニホルド２４２内の液体燃料の圧力をパルス化または変調する。ユーザは、液滴送出速度を変化させるように液体供給圧力の周波数および振幅を構成する。このことは、様々な燃焼速度を作り出す。同速度は、平面接触器アレイ２６６にわたるガスの加熱および膨張の速度をコヒーレントに変化させ、平面音響源を形成する。すなわち、「スピーカ」である。
このような構成において、ユーザは、好ましくは、希釈剤マニホルド２４４の液体圧力を同様にパルス化または変調する。ユーザは、燃料流体液滴が実質的に同じ速度で噴射された直後に液体希釈剤液滴が形成されるように、噴射の速度および位相を調整することができる。このことは、燃料流体帯の直後に（例えば、水などの）液体希釈剤液滴の帯を形成する。燃焼している燃料帯は、希釈剤液滴の帯を気化させる熱を作り出す。この熱はその帯内のコヒーレントな急速な膨張を引き起こす。このことは、液体供給変調と同様の変調を備えた音響源を作り出す。
いくつかの構成において、より大きな音響源を形成するために、ユーザは、好ましくは、より大きな音響アレイ内に多数のコヒーレントな音響源を構成する。ユーザは、好ましくは、より大きな音響源に合焦させる、焦点距離を調整する、かつ／または、音響ビームを所望に応じて操縦するために音響源間の位相関係（または、遅延）を調整する。
修正された実施形態において、ユーザは、音響特性を調整するように空間接触器アレイ２６０を構成する。凹面または凸面開放アレイの向きおよび「円錐角」は、特に反応流を使用して、これらの分配アレイ内および周辺の音響形態にさらに影響を及ぼす。
いくつかの実施形態において、ユーザが音響共鳴（「圧力発振」または「雑音」）の振幅を低減することを所望または必要である場合、ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０または関連する下流（または上流）のダクトもしくは設備内の重大な音響共鳴モードを低減するために中間円錐角度（平面と円筒形表面の中間）を選択する。（例えば、図２８を参照。）このことは、音響共鳴を制御する受動的手段を提供する。
アレイを介して平面に垂直な（アレイの縦軸に垂直な）縦方向音響モードを増大させるために、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、円錐角度またはアレイ開口角度がほとんど、または、全くない全般に平坦なチューブアレイ２６６を選択する。（例えば、図５２を参照。）流体ダクト１３０の軸に垂直な（アレイの軸に全般的に垂直な）放射状音響モードを最大化するために、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、円筒形アレイ２７０を選択し、かつ、同アレイ２７０をゼロまたは１８０度に近い、または、等しい「円錐角度」またはアレイ開口角度に構成する。（例えば、図５３を参照。）
図５４を参照すると、ユーザは、合焦共鳴ダクト１４０または燃焼室を使用することにより、燃焼室内で音響モードを励起することができ、かつ、好ましくは、音響フィードバックを最大化することができる。下流の壁は、好ましくは、延長された複合放物面濃縮器として構成されている。例えば、流れの軸の周囲で複合放物面濃縮器曲線を回転することにより得られる三次元複合放物面濃縮器表面としてである。上流の壁は、好ましくは、全般的に楕円形の形状に取入れ口ポート開口部を構成する。ユーザは、好ましくは、上流の壁の近くの共鳴器にわたる燃料および希釈剤分配チューブの凹面アレイ２６１を定置する。火炎ホルダ１００は、好ましくは、中心の近く、かつ、分配アレイの下流に位置する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、強い音響燃焼発振を生成するために燃料流体および／または希釈剤噴射を制御する。これらの噴射は、複合放物面濃縮器壁により燃焼器出口１３６の近くの領域に全般的に合焦される。このことは、下流出口チューブ内に高温ガスを備えた強い共鳴を提供する。このような構成は、吸入酸化剤流体と共に供給された成分を溶融および／または混合するために有用である。他の実施形態において、ユーザは円筒形「缶型」燃焼器または矩形燃焼器を形成し、かつ、その燃焼器を横切って、または、その周囲に適した平面アレイを定置する。ユーザは、好ましくは、縦方向または放射状モードを好ましく励起するために燃焼器の直径対長さ比を２より大きく、または、２未満に調整する。
〔内燃エンジン〕
いくつかの実施形態において、分散アレイは、（気体性燃料、液体燃料、または、水などの）少なくとも１つの流体を（例えば、空気から酸素強化空気から酸素の範囲にわたる）酸化剤含有流体と共に運転エンジン内に噴射する。いくつかの構成において、ユーザは、１つまたは複数の直接流体接触器アレイ２６０を介して燃料流体および熱希釈剤の双方を分配する。（例えば、ジーゼル燃料および水である。）
いくつかの実施形態において、分散アレイは、（気体性燃料、液体燃料、または、水などの）少なくとも１つの流体を（例えば、空気から酸素強化空気から酸素の範囲にわたる）酸化剤含有流体と共に運転エンジン内に噴射する。いくつかの構成において、ユーザは、１つまたは複数の直接流体接触器アレイ２６０を介して燃料流体および熱希釈剤の双方を分配する。（例えば、ジーゼル燃料および水である。）
従来のシステムは、非常に高い圧力のポンプを使用して１つまたは少数の燃料流体を少数の噴出孔を介して燃焼室に噴射する。これは、空気が激しく圧縮された後にしばしば行われている。加圧流体中への噴射は実質的な噴流貫通を達成するための高速を必要とする。
図５８を参照すると、ユーザは、多数の噴出孔を燃焼室の周辺に、例えば穿孔分配チューブ１０を介して、分布させることができる。ユーザは、好ましくは、燃焼室内に燃料流体の多数の微小噴流を噴射する。穿孔チューブは、好ましくは、ピストン走行の限界の上方のシリンダヘッド空間の周囲に巻かれる。噴出孔は、好ましくは、壁から離れて、燃焼室の中央を指す。噴出孔は、混合を増大させる流体に幾分かの渦巻きまたは乱流成分を与えるために接線となる向きに配向することができる。
この方法は、希釈剤および／または燃料流体が、酸素含有流体が燃焼室内で圧縮される時点までに大きく貫通し、かつ、気化することを可能にする。このことは、より均一な滞留時間を備えたはるかに小さくより均一な液滴を提供する。これは大幅に改善された荷電均一性をもたらす。
関連技術において、開口部、ポート、シリンダスロットポート、または、エンジンシリンダもしくは同様の通路の壁内、もしくは、その周囲の穿孔を介して空気を吸入する様々なエンジンが作成されている。図５５、図５６、図５７、および、図５８を参照すると、ユーザは、いくつかの構成において、好ましくは、穿孔分配チューブを介して少なくとも１つの流体、一般には燃料流体または希釈剤のいずれかの分配に備えるために直接接触器システムを適用する。ユーザは、流線型穿孔チューブ１０のアレイを燃焼シリンダ１９２の壁の周囲に、開口部の周囲に、または、これらの開口部の１つまたは複数にわたり分散されて定置することができる。
本発明のいくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、１つまたは複数の穿孔チューブ内の多数の通路を介して燃料流体および希釈剤流体の双方を送出する。ユーザは、好ましくは、そのような流線型穿孔チューブのアレイを、燃焼シリンダ１９２内への開口部を覆って同シリンダ１９２の壁の周囲に定置する。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、薄い流線型穿孔チューブを燃焼シリンダ１９２の周囲にこれらの開口部を覆って燃焼シリンダ壁１９２に接線となる方向に巻く。（例えば、図５５を参照。）ユーザは燃料流体通路を燃料流体供給マニホルド２４２、および、希釈剤供給マニホルド２４４への熱希釈剤通路にそれぞれ接続する。（例えば、ジーゼル燃料と水である）
他の実施形態において、ユーザは穿孔チューブを燃焼シリンダ１９２の壁の周囲にシリンダ軸に平行に定置する。（例えば、図５６を参照。）ユーザは、燃料分配通路を燃料流体マニホルド２４２および希釈剤マニホルド２４４への熱希釈剤通路にそれぞれ接続する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、流体を燃焼シリンダ１９２内に送出するために、１つまたは複数の穿孔分配チューブをこれらのシリンダ壁の開口部の１つまたは両方の側面の周囲に定置する。（例えば、図５７を参照。）チューブは、好ましくは、乱流および抗力を低減するために、シリンダスロットポート１９４のいずれの側面にも燃焼シリンダ１９２の壁内に凹ませられる。
燃料流体と希釈剤流体の１つまたは双方は、好ましくは、多数の微小噴出孔を介して微小噴流としてシリンダ開口部内に噴射される。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、所望の累積微小噴流噴出孔面積を提供するために必要な多数の噴出孔の列を設ける。これらの多数の微小噴流は、少数の噴出孔からの従来の噴霧よりもはるかに多くの微小噴流を提供する。ユーザは、好ましくは、所望の貫通を達成するために噴出孔サイズおよび流体差分圧力を調整する。ユーザは、好ましくは、必要な流量を達成するように噴出孔の数を構成する。例えば、噴出孔の線形縦方向間隔、ならびに、噴出孔列の数および横方向間隔を調整することによる。
例えば、直径が約１２５ｍｍの燃焼シリンダ１９２の周囲の約５ｍｍ幅のスロット１９４は、約１，９６０ｍｍ２の入口断面積を提供する。スロット１９４の２つのエッジは、約７８５ｍｍの周辺長を形成する。したがって、各通路に対する各スロット壁の周囲の列当たりに約６μｍ毎に約２μｍの噴出孔を形成するユーザは、燃料流体および熱希釈剤の通路の各々内に列当たり約１３０，８００個の噴出孔および微小噴流を設ける。分散噴出孔のこのような構成は、周辺噴出孔列当たり約０．４１ｍｍ２の総噴出孔面積を提供する。分配チューブの周囲に約１００列の噴出孔を設けることにより、ユーザは、周辺分散チューブ当たり約４１ｍｍ２の総噴出孔面積を設ける。
修正された実施形態において、ユーザは、微小噴流を燃焼シリンダ１９２内に噴霧するために噴出孔を配向する。このような微小噴流構成は、穿孔チューブのアレイにわたる圧力降下を低減する。
他の実施形態において、ユーザは、１つまたは複数の吸入ダクトまたはポートを介して流れている流体中に１つまたは複数の流体を送出するために、これらのダクトまたはポートにわたる穿孔分配チューブの１つまたは複数のアレイを定置する。このような実施形態は、所望または必要とする特徴を提供するために、本明細書で説明されているように、円筒形、平面、円錐形、または、他のアレイを使用する。
図５８を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、ダクトまたはポート開口部の周囲に定置された穿孔分配チューブを設ける。これらのチューブは、好ましくは、流体ダクト壁１３２に凹まされている。穿孔チューブは、吸入空気中の液体の気化の量を調整するための滞留時間を調整するためにダクト内の上流に定置することができる。
図５８を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、１つまたは複数の穿孔分配チューブを流体ダクト１３０内、周囲、または、これにわたり設ける。例えば、‘１９１特許出願の図９０を参照すると、これらの穿孔燃料および希釈剤接触器は吸入弁の上流のエンジンへの吸入ポートの周辺部分の周囲に分布させることができる。噴出孔は‘１９１特許出願の図８５および図８６に示すものなどのダクト内への異なる貫通に噴流を送出するように構成することができる。例えば、異なったサイズになった噴出孔および／または多数の圧力接触器を設けることによる。
ユーザは、少なくとも１つの軸に沿った穿孔分配チューブを流体ダクト１３０の軸に沿って、好ましくは燃料流体および希釈剤流体に対する二連通路を備えた同軸接触器として定置することができる。第２の穿孔分配チューブは、同心通路接触器穿孔チューブ２０を形成するために、好ましくは第１の分配チューブの上流に定置され、かつ、好ましくは第１のチューブの周囲に同心に定置される。燃料流体および希釈剤流体は、２つの穿孔分配チューブ内にそれぞれ送られる。マニホルド２４０または供給チューブは、好ましくは、穿孔分配チューブを支持するために使用される。この構成は、噴霧が流体ダクト１３０内に外向きに移動する間に広がる場合に、微小噴流に特に適している。
いくつかのエンジンは、主シリンダに接続された予備室を使用している。いくつかの実施形態において、ユーザは、流体をそれらの予備室内に送出するために、そのような予備室に接続する１つまたは複数の流体ダクトまたはポートにわたり、または、それらの周囲に１つまたは複数の穿孔分配チューブを定置する。（図５８と同様。）燃料流体および熱希釈剤流体の１つまたは双方は、好ましくは、多数の微小噴出孔を介して微小噴流として入口ポート内に噴射される。修正された実施形態において、噴出孔の向きは燃焼シリンダ内に向けられている。
他の実施形態において、穿孔分配チューブはそのような予備室に導く、または、これからの流体ダクトの周囲に、または、これに沿って定置される。
〔〔多通路接触器チューブ〕〕
図４１を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、多通路接触器チューブ２２０を形成するように接触器チューブ１０内に多数のチューブ通路２２２を構成する。例えば、これらのチューブは、液体燃料および気体性燃料、または、多数の燃料に対する１つまたは２つの燃料通路２２４を有することができる。これらのチューブは、好ましくは、１つまたは複数の希釈剤流体通路２２８を有する。これらのチューブは、燃料通路を保護する、および／または、希釈剤を送出することができる。
図４１を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、多通路接触器チューブ２２０を形成するように接触器チューブ１０内に多数のチューブ通路２２２を構成する。例えば、これらのチューブは、液体燃料および気体性燃料、または、多数の燃料に対する１つまたは２つの燃料通路２２４を有することができる。これらのチューブは、好ましくは、１つまたは複数の希釈剤流体通路２２８を有する。これらのチューブは、燃料通路を保護する、および／または、希釈剤を送出することができる。
〔多通路チューブ構成部分〕
図４１を参照すると、ユーザは、１つの薄い帯状片を取り、かつ、多通路接触器チューブ２２０の２つのチューブ側面壁３３を形成するために、この帯状片を折り曲げることにより、多通路接触器チューブを形成することができる。これらのチューブは、多通路接触器アレイの上流または下流の延長部分２２９を使用することができる。例えば、抗力を低減するため、または、チューブを強化するためである。ユーザは、（例えば、希釈剤流体に対する燃料流体および希釈剤通路２２８に対する燃料通路２２４などの）２つ以上の通路を形成するように２つのチューブ側面壁３３間の１つまたは複数のチューブ内壁３１を構成することができる。
図４１を参照すると、ユーザは、１つの薄い帯状片を取り、かつ、多通路接触器チューブ２２０の２つのチューブ側面壁３３を形成するために、この帯状片を折り曲げることにより、多通路接触器チューブを形成することができる。これらのチューブは、多通路接触器アレイの上流または下流の延長部分２２９を使用することができる。例えば、抗力を低減するため、または、チューブを強化するためである。ユーザは、（例えば、希釈剤流体に対する燃料流体および希釈剤通路２２８に対する燃料通路２２４などの）２つ以上の通路を形成するように２つのチューブ側面壁３３間の１つまたは複数のチューブ内壁３１を構成することができる。
ユーザは、好ましくは、これらのチューブ内壁３１が１つから別の多通路チューブ２２０に力を伝達することができるように同内壁３１を形成する。例えば、通路間に壁を形成するためのチューブ内壁３１は、好ましくは、チューブの軸に垂直に構成されている。ユーザは、好ましくは、結束体層２５８を形成するために通路間チューブ内壁３３の両端部を適した結束材料でコーティングする。（例えば、接触表面を覆うハンダ、ろう付け、または、接着剤の層である。）ユーザは、好ましくは、薄い帯状片の下流エッジまたは接触器両側面を一緒に結束する。結束体層２５８は、好ましくは、燃料流体がコーキングまたは重合を開始する温度より実質的に高いが、結束されている材料の構造温度より低い温度において強度を保持する結束材料から形成される。
いくつかの実施形態において、曲線接触器チューブ１０を使用して、ユーザは、好ましくは、２つの帯状片を２つの相補的な接触器側面に形成する。それらの帯状片は、側面帯状片の上流および下流のエッジの少なくとも１つ、かつ、好ましくは双方において一緒に結束する。ユーザは、好ましくは、製造の容易さおよび迅速さのために、組立てに先立って薄い帯状片内に噴出孔を掘る。代案として、噴出孔は、多通路チューブ２２０またはより大きな組立体の組立ての後に形成することもできる。
〔燃料流体温度の制御〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、いくつかの構成において燃料流体を室温より高く予備加熱する。逆に、ユーザは、いくつかの構成で耐用年数にわたる総費用が懸念となる場合に、燃料流体のコーキングまたは重合が同費用を大幅に上昇させる温度未満に、送出されている燃料流体の温度を制御することができる。（例えば、ネット燃料に対して約３７３Ｋもしくは約１００°Ｃもしくは２１２°Ｆ未満、または、約５７３Ｋもしくは約３００°Ｃもしくは５２７°Ｆより高くする。）
いくつかの実施形態において、ユーザは、いくつかの構成において燃料流体を室温より高く予備加熱する。逆に、ユーザは、いくつかの構成で耐用年数にわたる総費用が懸念となる場合に、燃料流体のコーキングまたは重合が同費用を大幅に上昇させる温度未満に、送出されている燃料流体の温度を制御することができる。（例えば、ネット燃料に対して約３７３Ｋもしくは約１００°Ｃもしくは２１２°Ｆ未満、または、約５７３Ｋもしくは約３００°Ｃもしくは５２７°Ｆより高くする。）
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、燃料流体通路に隣接した１つまたは複数の通路内に希釈剤流体を誘導する。ユーザは、隣接した熱希釈剤通路を備えた熱交換表面に対して燃料流体通路の露出された表面を燃料のコーキングまたは重合を制御するように必要な如くに構成することができる。ユーザは、いくつかの構成において、燃料予備加熱の程度を制御するために希釈剤流体の温度を制御することができる一方、コーキングおよび重合を回避する。すなわち、燃料チューブに隣接した熱希釈剤は燃料の温度より低く制御することができる。ユーザは、所望または必要に応じて、熱伝導を低減するための熱障壁コーティングを加えることができる。
〔複合接触器アレイ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、多通路分散接触器チューブのアレイを、多数の噴出孔を介して燃料流体および希釈剤流体の双方を送出するように構成する。図４０および図４１を参照すると、これらの図は、多通路接触器チューブ２２０の多通路マニホルド２４６への接続、および、チューブ／ダクト結合複合体２５５またはチューブ間ダクト２５７を介したそれらの接合を通常含む。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、多通路分散接触器チューブのアレイを、多数の噴出孔を介して燃料流体および希釈剤流体の双方を送出するように構成する。図４０および図４１を参照すると、これらの図は、多通路接触器チューブ２２０の多通路マニホルド２４６への接続、および、チューブ／ダクト結合複合体２５５またはチューブ間ダクト２５７を介したそれらの接合を通常含む。
加圧エネルギー変換システムにおいて、圧縮は、燃料を重合またはコーキングさせるためにいくつかの場合では十分な上流からの入来空気を加熱する。下流の燃焼からの熱も同様に燃料を加熱することができる。ユーザは、好ましくは、燃料を保護するために燃料に沿って希釈剤をダクトで流す。
ユーザは、燃焼または高温燃焼ガスに直接には曝されない、または、より少なく曝されるチューブアレイ側面に向かって燃料通路および噴出孔のいくつか、または、全てを構成することができる。例えば、「喇叭型」接触器アレイにおいて、ユーザは、好ましくは、多通路接触器チューブ２２０の放射状に外側の部分上の露出した燃料流体通路表面および噴出孔を、「喇叭型」アレイ内の、および、その下流の中央燃焼から離して構成する。放射状に内側の表面は、より少ない露出した燃料通路表面および噴出孔を有する、または、それらを全く有さないとすることができる。ユーザは、好ましくは、より多くの熱希釈剤通路表面および噴出孔を、燃焼の輻射により多く曝される放射状に内側の部分上に構成する。
修正された構成において、ユーザは、熱束流の大きな発生源により近い、または、これに曝されている燃料流体通路の大部分または全てを覆うために熱希釈剤通路を設けることができる。例えば、典型的に、燃焼により近い、または、下流の多通路接触器２２０の下流または放射状に内側の部分である。ユーザは、好ましくは、燃焼から離して燃料流体通路を覆うために熱希釈剤通路のより小さな部分を構成する、または、全くしない。燃焼温度がより高い場合、ユーザは、好ましくは、燃焼から離した（上流）ものに比較して燃焼に向かって（下流に）より多くの希釈剤通路２２８を構成する。
ユーザは、所望に応じた圧力で酸化剤流体を燃焼器に供給する。例えば、単純な微小タービンなどの低圧力タービンから高圧タービンの圧力の範囲にわたる。例えば、単純な微小タービンに対する約４以下から高圧タービンに対する約６０以上の範囲にわたる圧力比である。ユーザは、より好ましくは、中程度から大型の市販タービンに対する２０から４５の範囲内の圧力比を収容するように燃焼器を構成する。
より高い圧力は、より高い酸化剤流体温度をもたらす。ユーザは、好ましくは、燃料流体を所望の温度、特に高い圧力比および酸化剤流体温度に保つために、上流の圧縮加熱酸化剤流体に向けて十分な希釈剤流体を送出するように希釈剤接触器を構成する。
ユーザは、燃料流体と希釈剤流体の間の熱伝導が燃料流体の温度を、特に燃焼および高温ガスからの熱の存在において、所望の範囲内に維持するように複合多通路接触器チューブ２２０を構成することができる。例えば、ユーザは、燃料流体および／または希釈剤流体の温度を所望の範囲内に制御するために、燃料流体および希釈剤流体の通路に対して、必要に応じて、（一般に下流の）燃焼のより近くに配向された熱希釈剤冷却および希釈剤通路の一部を、（一般に上流の）入来する高温圧縮酸化剤流体のより近くに配向された熱希釈剤冷却および希釈剤通路に対して調整する。ユーザは、Ｊｏｒｄａｌ（２００１）により示されている如くの熱伝導を考慮する方法を使用することができる。これらの方法は、輻射および流量乱流などの変化を考慮するために、かつ、必要に応じて相補的な有限要素熱伝導ツールが結合された計算流体動力学（ＣＦＤ）を使用することにより、さらに拡張することができる。
高い輻射熱束流から多通路接触器チューブを保護するために、希釈剤流体の一部は、チューブの周囲の保護的または冷却フィルムを形成するような方法で噴出孔から噴射することができる。これは、専用の通路および噴出孔または有孔層を利用することができる。保護的流体層の使用は、燃焼器ライナおよびタービンブレードの双方に対してガスタービン技術において使用されている。しかし、冷却流体は、通常は圧縮空気である。本発明において、保護的流体は、液体の水である可能性が高い。ユーザは、外部燃料流体通路壁を覆って、同通路壁を保護するために薄いフィルムを設けるために、いくつかの熱希釈剤噴出孔を上流に定置することができる。
図２８を参照すると、凹面または凸面の空間噴出孔アレイを使用して、燃焼からの輻射および高温流動ガスは対角方向から来進することができる。いくつかの実施形態において、ユーザは、非対称複合直接接触器チューブおよび／または非対称の形になった流体流量もしくは希釈剤温度を構成する。例えば、チューブ、燃料、および、希釈剤の送出は非対称熱伝導を収容するために構成されている。ユーザは、燃焼の輻射および再循環する高温ガスに比較して、加熱酸化剤含有流体からの熱束流の１つまたは双方を考慮することができる。例えば、図２９を参照すると、熱障壁コーティング３４は燃焼および／または高温取入れ口酸化剤流体の最も近くのチューブの側面上に設けることができる。多通路接触器チューブ２２０内の希釈剤通路は、１つの方向からのより高い熱流に他の方向より堪えるために、特に拡大することができる、または、いくつかの希釈剤通路を介して他の通路に比較してより多くの希釈剤もしくはより低温の希釈剤を流すことができる。例えば、特に平面アレイにおいて下流対上流からである。
〔二次マニホルド〕
図４２を参照すると、ユーザは、二次複合マニホルド２５９を構成し、かつ、それを複合チューブダクト結合複合体２５５または等価な複合マニホルドに接続することができる。１つまたは複数の複合多通路燃焼器アレイ２２０は、二次マニホルド２５９に接続することができる。図４２および４３を参照すると、二次マニホルドおよび接触器アレイは、六角形アレイまたは直交もしくは同様のアレイを形成するように構成することができる。
図４２を参照すると、ユーザは、二次複合マニホルド２５９を構成し、かつ、それを複合チューブダクト結合複合体２５５または等価な複合マニホルドに接続することができる。１つまたは複数の複合多通路燃焼器アレイ２２０は、二次マニホルド２５９に接続することができる。図４２および４３を参照すると、二次マニホルドおよび接触器アレイは、六角形アレイまたは直交もしくは同様のアレイを形成するように構成することができる。
図４０を参照すると、ユーザは、２つ以上の多通路接触器チューブ２２０間に、または、分散接触器チューブ２２０と隣接したチューブダクト２５５もしくは等価の多通路マニホルドとの間に１つまたは複数のチューブ間ダクト２５７を結束することにより、有効複合二次マニホルドを形成することができる。ユーザは、チューブ／ダクト結合複合体２５５またはチューブ間ダクト２５７の噛み合い表面の各々の間に、かつ、任意で多通路接触器チューブ２２０の対応するかみ合い表面にも、結束体層２５８を設けることができる。修正された構成において、ユーザは、多通路チューブ２２０をマニホルド、チューブ／ダクト結合複合体２５５、および／または、チューブ間ダクト２５７に直接結束する。
図４２を参照すると、ユーザは、一次マニホルド２４０を２つ以上の分散接触器チューブ２２０に接続する１つまたは複数の複合二次マニホルド２５９を構成することができる。
ユーザは、二次マニホルド２５４を介した流量に比例して二次マニホルド２５４内の流れ断面積を調整することができる。ユーザは、二次マニホルド２５４にわたる酸化剤流体流の横方向の外部断面を調整することができる。ユーザは、好ましくは、二次マニホルド２５４にわたり酸化剤流体を圧縮およびポンプすることと比較して、二次マニホルド２５４を介して流体をポンプする耐用年数にわたる総費用を低減するために、これらのパラメータを調整する。
修正された構成において、ユーザは直接接触器チューブ１０の間の、または、これにわたるチューブ間ダクト２５７の数を、それらのチューブ間ダクト２５７を介した総流量にほぼ比例して調整する。二次マニホルド２５４の断面積またはチューブ間ダクト２５７の数を調整するこのような方法は、横方向に流れる酸化剤流体の圧力降下を低減するうえで役立つ。
ユーザは、マニホルド２４０から二次マニホルド２５４または分散接触器チューブ１０に流体を流すことをユーザが所望する各位置において、マニホルド壁２４９を介して穴２５０を接続する１つまたは複数のマニホルドを形成する。ユーザは、そのようなより大きなマニホルド穴２５０を「切り抜き」レーザ掘削することができる。代案として、これらのマニホルド穴は、レジストエッチングまたは他の方法を使用して形成することができる。
ユーザは、流体がマニホルド（一次または二次）２４０または１つもしくは複数の二次マニホルド２５４またはチューブ間ダクト２５７から分散接触器チューブ１０に流れる必要がある各位置において、分散接触器チューブ１０または多通路チューブ２２０のチューブ壁３０内に１つまたは複数の接続穴７４を構成する。
分散接触器チューブ１０を多流体通路と接続する時、チューブ間ダクト２５７は、好ましくは、対応する多数の内部通路を有する。他の構成において、ユーザは、希釈剤流体を誘導するための二次マニホルド２５４を形成するようにチューブ間ダクト２５７の１つまたは複数の組を構成する一方、チューブ間ダクト２５７の１つまたは複数の他の組は燃料流体を誘導する。
〔曲線接触器チューブアレイ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは曲線直接接触器チューブ１０のアレイを形成する。このような構成において、ユーザは、好ましくは、曲線側面帯状片を形成し、かつ、続いて、分散接触器チューブ１０または多通路接触器２２０を形成するためにそれらの帯状片を一緒に結束する。続いて、ユーザは、好ましくは、曲線直接接触器チューブアレイ２６０を形成するために、曲線分配器チューブ１０をダクト間チューブ２５７および結束体層２５８と組立てる。組み立てられた直接接触器チューブ１０、ダクト間チューブ２５７、および、結束体層２５８は、好ましくは、一緒に適切に保持される一方、結束体層２５８は接触器チューブをダクト間チューブに結束する。例えば、上昇された温度においてである。
いくつかの実施形態において、ユーザは曲線直接接触器チューブ１０のアレイを形成する。このような構成において、ユーザは、好ましくは、曲線側面帯状片を形成し、かつ、続いて、分散接触器チューブ１０または多通路接触器２２０を形成するためにそれらの帯状片を一緒に結束する。続いて、ユーザは、好ましくは、曲線直接接触器チューブアレイ２６０を形成するために、曲線分配器チューブ１０をダクト間チューブ２５７および結束体層２５８と組立てる。組み立てられた直接接触器チューブ１０、ダクト間チューブ２５７、および、結束体層２５８は、好ましくは、一緒に適切に保持される一方、結束体層２５８は接触器チューブをダクト間チューブに結束する。例えば、上昇された温度においてである。
修正された構成において、ユーザは、分散接触器１０の１つまたは双方の端部を二次マニホルド２５４に接続する。他の構成において、ユーザは、分散接触器１０の上流側を二次マニホルド２５４に結束する。
ユーザは、好ましくは、隣接した直接流体接触器１０の流線型の形状を補完するようにチューブ間ダクト２５７の端部形状を構成する。他の構成において、チューブ間ダクト２５７は、表面が平坦な直接流体接触器１０に従い、かつ、それらに結束される平坦な端部を備えて形成される。
〔混成接触器チューブおよびマニホルド〕
図４１を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、直接接触器チューブ１０、多通路接触器チューブ２２０を形成するために帯状片を形成する。例えば、矩形帯状片を使用してである。ユーザは、好ましくは、チューブ側壁３３に横方向に位置決めされた他の薄い帯状片からチューブ間壁３１を形成する。チューブ間壁３１は、好ましくは、ジグ内に保持され、かつ、チューブ側壁３３の１つに結束される。続いて、ユーザは、他の壁をその上に結束する。代案として、チューブ間壁３１は、細いワイヤにより一線になって保持することができる。ユーザは、流線型化を改善するために上流／下流の追加を使用してこれらの矩形を補うことができる。例えば、Ｖ字型とされる、もしくは、いくつかの円弧から形成された、もしくは、半円筒形、または、同様の流線型とされる追加部分である。
図４１を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、直接接触器チューブ１０、多通路接触器チューブ２２０を形成するために帯状片を形成する。例えば、矩形帯状片を使用してである。ユーザは、好ましくは、チューブ側壁３３に横方向に位置決めされた他の薄い帯状片からチューブ間壁３１を形成する。チューブ間壁３１は、好ましくは、ジグ内に保持され、かつ、チューブ側壁３３の１つに結束される。続いて、ユーザは、他の壁をその上に結束する。代案として、チューブ間壁３１は、細いワイヤにより一線になって保持することができる。ユーザは、流線型化を改善するために上流／下流の追加を使用してこれらの矩形を補うことができる。例えば、Ｖ字型とされる、もしくは、いくつかの円弧から形成された、もしくは、半円筒形、または、同様の流線型とされる追加部分である。
図４０、４２、および、４３を参照すると、ユーザは、マニホルド２４０、二次マニホルド２５４、および／または、チューブ間ダクト２５７内に多数の通路を形成するために、チューブ間壁を同じく使用することができる。ユーザは、薄い穿孔帯状片からチューブ側壁３３を形成することができる。このような構成は、チューブ間ダクト２５７、二次マニホルド２５４、および／または、マニホルド２４０へのチューブの接続を単純化し、かつ、組立て費用を削減する。修正された構成において、ユーザは、ダクト内通路壁から直線的に帯状片を延長する。流線型の形状は好ましくはこれらの延長部分に形成される。
〔混成接触器アレイ〕
図４１を参照すると、多通路接触器アレイは薄い穿孔帯状片３３を１組のダクト内通路壁に、１組のチューブ内ダクト２５７と共に接合することにより形成される。ユーザは、好ましくは、構成部分間の接触の領域を覆って結束体層２５８を設ける。薄い穿孔帯状片３３は、好ましくは、ダクト内通路壁を越えて外に延長する。ダクト内通路壁を越えて外に延長する部分は、好ましくは、流線型を提供するために円弧に形成される。したがって、ユーザは、多通路接触器アレイを形成するためにこれらの構成部分の複数の組を積み上げる。
図４１を参照すると、多通路接触器アレイは薄い穿孔帯状片３３を１組のダクト内通路壁に、１組のチューブ内ダクト２５７と共に接合することにより形成される。ユーザは、好ましくは、構成部分間の接触の領域を覆って結束体層２５８を設ける。薄い穿孔帯状片３３は、好ましくは、ダクト内通路壁を越えて外に延長する。ダクト内通路壁を越えて外に延長する部分は、好ましくは、流線型を提供するために円弧に形成される。したがって、ユーザは、多通路接触器アレイを形成するためにこれらの構成部分の複数の組を積み上げる。
構成部分のこのアレイは、結束中に上流および下流の帯状片流線型延長部分を一緒に押圧することを含めて、構成部分を一緒に所定の位置に保持するジグ内に締め付けることができる。結束は、適した熱または他の結束施策を使用することにより行なうことができる。
修正された構成において、ユーザは、組立て後のアレイ内の流体通路を、通路壁を外向きに、好ましくは成形ジグ間で、圧力成形するために通常の動作圧力より大きな差分圧力に加圧する。この加圧は、多通路接触器チューブ２２０のさもなくば平坦な側面に幾分かのさらなる流線型化を提供する。
〔チューブ／ダクト結合複合体〕
図４０を参照すると、ユーザは、隣接した多通路チューブ２２０の組またはマニホルドに接続するための１組の向かい合う側面上に、および、隣接したチューブ内ダクト２５７に対する他の１組の向かい合う側面上に通路を備えた直線的なチューブ／ダクト結合複合体２５５を同様に形成することができる。（図４２も参照。）ユーザは、好ましくは、チューブとチューブ間ダクト２５７の間の組立ておよび結束を容易にするために、チューブ／ダクト結合複合体２５５上に取付け凹み／リッジ２５６を形成する。チューブ側壁３３は、好ましくは、結束を改善するために、これらの取付け凹み／リッジ２５６を重複させる。
図４０を参照すると、ユーザは、隣接した多通路チューブ２２０の組またはマニホルドに接続するための１組の向かい合う側面上に、および、隣接したチューブ内ダクト２５７に対する他の１組の向かい合う側面上に通路を備えた直線的なチューブ／ダクト結合複合体２５５を同様に形成することができる。（図４２も参照。）ユーザは、好ましくは、チューブとチューブ間ダクト２５７の間の組立ておよび結束を容易にするために、チューブ／ダクト結合複合体２５５上に取付け凹み／リッジ２５６を形成する。チューブ側壁３３は、好ましくは、結束を改善するために、これらの取付け凹み／リッジ２５６を重複させる。
いくつかの構成において、チューブ／ダクト結合複合体２５５およびチューブ内ダクト２５７は、好ましくは、ダクト内の流体の圧力降下および寄生ポンピングを低減するため、ならびに、ダクトにわたる酸化剤流体の抗力係数およびポンプ費を低減するために、多通路接触器チューブ２２０に対して上流／下流方向に延伸されている。これらのダクトは、好ましくは、横方向に流れる酸化剤流体中の圧力降下を低減するために流線型化されている。このことは、本明細書に説明されているように、側面帯状片から多通路接触器チューブ２２０の組立てと同様の形で達成することができる。
〔複合二次マニホルド〕
いくつかの構成において、ユーザは、多通路チューブの直線アレイを形成するための本明細書に説明されている方法により、チューブ／ダクト結合複合体２５５をチューブ間ダクト２５７と接合することにより複合二次マニホルド２５９を形成する。したがって、より短い多通路接触器チューブ２２０は、これらの複合二次マニホルド２５９間に積み上げられる。
いくつかの構成において、ユーザは、多通路チューブの直線アレイを形成するための本明細書に説明されている方法により、チューブ／ダクト結合複合体２５５をチューブ間ダクト２５７と接合することにより複合二次マニホルド２５９を形成する。したがって、より短い多通路接触器チューブ２２０は、これらの複合二次マニホルド２５９間に積み上げられる。
修正された実施形態において、ユーザは、多通路アレイを形成するために、本明細書に説明されている分散接触器チューブの１つまたは複数の組み合わせをチューブ／ダクト結合複合体と共に利用する。
〔多通路接触器モジュール〕
図４３を参照すると、ユーザは、より大きなアレイにおいて互いに隣接して位置決めされるように適切に構成されている直接接触器チューブ１０または多通路直接接触器チューブ２２０から穿孔接触器アレイモジュール２７４を形成することができる。例えば、ユーザは、環状区間を満たすために、六角形のアレイモジュール、矩形もしくは直交アレイモジュール、または、台形の円弧になったモジュールを形成する。
図４３を参照すると、ユーザは、より大きなアレイにおいて互いに隣接して位置決めされるように適切に構成されている直接接触器チューブ１０または多通路直接接触器チューブ２２０から穿孔接触器アレイモジュール２７４を形成することができる。例えば、ユーザは、環状区間を満たすために、六角形のアレイモジュール、矩形もしくは直交アレイモジュール、または、台形の円弧になったモジュールを形成する。
〔多通路接触器モジュールのアレイ〕
図４３を参照すると、多数の接触器アレイモジュール２７４は、例えば六角形または直交アレイに、今度はより小さなアレイから形成されている各モジュールを備えて、アレイに配列されている。六角形アレイを使用して、ユーザは、好ましくは、六角形になった少なくとも１つの分散接触器チューブ１０または多通路接触器チューブ２２０を設ける。ユーザは、隅部分により覆われた比較的大きなダクト面積を収容するためにそれらの部分の近くに角度を持たされたより多くの噴出孔を設けることができる。ユーザは、内向きおよび外向きの双方に噴霧する微小噴流を形成する周囲の六角形直接接触器チューブ１０または多通路チューブ２２０内に外向きに噴霧する微小噴流を形成するために、軸に沿った中央六角形直接接触器を設けることができる。
図４３を参照すると、多数の接触器アレイモジュール２７４は、例えば六角形または直交アレイに、今度はより小さなアレイから形成されている各モジュールを備えて、アレイに配列されている。六角形アレイを使用して、ユーザは、好ましくは、六角形になった少なくとも１つの分散接触器チューブ１０または多通路接触器チューブ２２０を設ける。ユーザは、隅部分により覆われた比較的大きなダクト面積を収容するためにそれらの部分の近くに角度を持たされたより多くの噴出孔を設けることができる。ユーザは、内向きおよび外向きの双方に噴霧する微小噴流を形成する周囲の六角形直接接触器チューブ１０または多通路チューブ２２０内に外向きに噴霧する微小噴流を形成するために、軸に沿った中央六角形直接接触器を設けることができる。
〔マニホルドヘッダ〕
図４３を参照すると、ユーザは、燃料流体マニホルド２４２および希釈剤マニホルド２４４を中央マニホルドヘッダ２４７に、好ましくはダクト軸の近くで接続することができる。これらのマニホルド接続は、好ましくは、ユーザが１組のアレイモジュール２７４を一緒に組立て、かつ、それらをこのヘッダ２４７に接続することができるように対称であるようにすることができる。支持リブ３８は必要に応じて使用される。
図４３を参照すると、ユーザは、燃料流体マニホルド２４２および希釈剤マニホルド２４４を中央マニホルドヘッダ２４７に、好ましくはダクト軸の近くで接続することができる。これらのマニホルド接続は、好ましくは、ユーザが１組のアレイモジュール２７４を一緒に組立て、かつ、それらをこのヘッダ２４７に接続することができるように対称であるようにすることができる。支持リブ３８は必要に応じて使用される。
例えば、ユーザは、六角形モジュール２７４がダクト軸の近くに、ダクト軸からずれたモジュールの次のリング内に、または、ダクト軸からずれたモジュールの第２のリング内に、などのいずれにするかに従って、１つまたは複数の燃料流体マニホルド２４２および希釈剤マニホルド２４４を備えた１組の六角形モジュール２７４を中央ヘッダ２４７に形成する。
同様に、ユーザは、好ましくは、スティフニングリブ３８を、六角形アレイモジュールと流体マニホルドの１つの間に、または、等価な中央構造支持体に設ける。例えば、希釈剤マニホルド２４４に設ける。ユーザは、好ましくは、マニホルド２４２、２４４の構成に同様のアレイモジュール２７４の放射状位置に対応する組に、これらのスティフニングリブ３８を構成した。
このようなモジュール式構成は、燃焼器の全断面積を満たす一体式アレイを除去しなければならないことに比較して、燃焼器圧力容器内の比較的小さな圧力容器ポートを介して１つまたは複数のアレイモジュール２７４の除去および交換を容易にする。修正された構成において、ユーザは、アレイモジュール２７４と中央ヘッダ２４７などの間を接続するために燃料流体および希釈剤マニホルド２４２、２４４の異なった組を設けることができる。
〔チューブ内希釈剤流量〕
図４１を参照すると、ユーザは、多通路接触器チューブ２２０を形成するために多数の通路間壁３１を設けることができる。時々、多通路チューブを使用すると、応力を低減するために通路間壁内に圧力均等化穴を形成することが望ましいことがある。ユーザは、隣接した通路２２２への希釈剤流体および／または燃料流体に対する通路を設けるためにそれらの通路間壁３１を介して噴出孔８０を設けることができる。このことは、多通路接触器チューブ２２０内の応力を低減するために通路２２２間の圧力を均等化するうえで役立つ。
図４１を参照すると、ユーザは、多通路接触器チューブ２２０を形成するために多数の通路間壁３１を設けることができる。時々、多通路チューブを使用すると、応力を低減するために通路間壁内に圧力均等化穴を形成することが望ましいことがある。ユーザは、隣接した通路２２２への希釈剤流体および／または燃料流体に対する通路を設けるためにそれらの通路間壁３１を介して噴出孔８０を設けることができる。このことは、多通路接触器チューブ２２０内の応力を低減するために通路２２２間の圧力を均等化するうえで役立つ。
図４０、４２、および、４３を参照すると、ユーザは、二次マニホルド２５４、複合二次マニホルド２５９、または、マニホルド２４６を同様に形成することができる。ユーザは、多通路接触器チューブ２２０の外壁内に噴出孔８０を、そのような隣接した内部通路２２２内に二次マニホルド２５４、複合二次マニホルド２５９、または、マニホルド２４６を同様に設けることができる。ユーザは、これらの内部および外部噴出孔８０を介して希釈剤流体を送出することができる。このことは、対応する多通路接触器チューブ２２０と、二次マニホルド２５４、２５９および／またはマニホルド２４６の間にそれらの通路２２２への対応する流体接続を設けなければならないことなしに、隣接した内部通路から通路間壁３１内の噴出孔を介して流体を送出する手段を提供する。このような噴出孔８０は、関連する外部壁３３、２４９を冷却するために、それらの通路を介して希釈剤流体流を送出する方法も提供する。
〔上流／下流流線型キャップ〕
図４０を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、薄い帯状片から多通路接触器チューブ２２０を形成している。ユーザは、Ｕ字型、Ｖ字型、二重円弧ゴシック天井型、または、流線型の延長部分２２９を多通路接触器チューブ２２０の上流および／または下流に追加する。
図４０を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、薄い帯状片から多通路接触器チューブ２２０を形成している。ユーザは、Ｕ字型、Ｖ字型、二重円弧ゴシック天井型、または、流線型の延長部分２２９を多通路接触器チューブ２２０の上流および／または下流に追加する。
〔〔微小旋回翼混合増強器〕〕
図５９を参照すると、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、第２の（酸化剤含有）流体９０４が噴出孔にわたり、かつ、分配チューブの間を流れる如くに流体ダクトの軸にある角度で流体の多数の超小型の流れを形成し、かつ、差し向けるために、多数の超小型混合要素または微小旋回翼２９０を設けている。微小旋回翼は、好ましくは、効率を改善するためのエアフォイル断面形状２９７を備えて形成されるが、単純に角度の付いた、曲がった、または、曲面の板体から形成することができる。これらの角度の付いた流体噴流は、それらの分配チューブの間および下流でダクトの軸にある角度で酸化剤含有流体に横方向の運動量を与える。これらの角度の付いた超小型の流れは、典型的に分配チューブにある角度または垂直になった第２の流体流内に超小型または中程度の渦を作り出す。
図５９を参照すると、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、第２の（酸化剤含有）流体９０４が噴出孔にわたり、かつ、分配チューブの間を流れる如くに流体ダクトの軸にある角度で流体の多数の超小型の流れを形成し、かつ、差し向けるために、多数の超小型混合要素または微小旋回翼２９０を設けている。微小旋回翼は、好ましくは、効率を改善するためのエアフォイル断面形状２９７を備えて形成されるが、単純に角度の付いた、曲がった、または、曲面の板体から形成することができる。これらの角度の付いた流体噴流は、それらの分配チューブの間および下流でダクトの軸にある角度で酸化剤含有流体に横方向の運動量を与える。これらの角度の付いた超小型の流れは、典型的に分配チューブにある角度または垂直になった第２の流体流内に超小型または中程度の渦を作り出す。
〔チューブを覆うまたはチューブ間の微小旋回翼〕
ユーザは、応用例に対する所望または必要に応じて、チューブを覆って、チューブ間に、または、多数のチューブにわたり微小旋回翼を様々に構成することができる。
ユーザは、応用例に対する所望または必要に応じて、チューブを覆って、チューブ間に、または、多数のチューブにわたり微小旋回翼を様々に構成することができる。
図５９を参照すると、第２の流体中にそのような角度の付いた混合噴流を形成するために、いくつかの実施形態において、ユーザは、流体ダクトの軸に対してある角度の分配チューブ１０にわたり流れる流体９０４を差し向けるために、隣接した分配チューブ１０間に「Ｔ字型」微小旋回翼２９４を定置している（すなわち、チューブの軸に対して０度から９０度の間の角度で）。
ユーザは、好ましくは、分配チューブ１０の半分を覆って取付けるために「Ｔ字型」微小旋回翼２９４の各下部外側部分を切り出す。続いて、ユーザは、好ましくは、適切な如くに、それらの分配チューブに微小旋回翼を結束する。例えば、糊付け、ハンダ付け、ろう付け、または、溶接による。代案として、「Ｔ字型」微小旋回翼２９１は、別個に取付けられたか、または、一緒に接続された分配接触器チューブの間に切削され、かつ、圧力嵌めされるか、または、「圧着」される。
ユーザは、混合の所望の空間分布を提供するために接触器チューブに沿って微小旋回翼を構成することができる。その結果、微小旋回翼は、特に、軸から様々な距離を持つ環状または円形の実施形態においては、隣接した接触器チューブ間にジグザグに置くことができるか、または、整列されないことが可能である。
図６０を参照すると、他の実施形態において、ユーザは、１つまたは複数の分配チューブ１０を覆う２つの脚部を備えた「鞍型」微小旋回翼２９１を同様に設置している。「鞍型」微小旋回翼２９１の中央の区間は２つの「脚部」を形成するために切り出されており、そのため、同旋回翼２９１は、分配チューブ１０を覆って取付けられている。これらの微小旋回翼は、所望の形状の羽根２９８内に突き出され、かつ、切り出され、または、曲げられることができる。
図６０を参照すると、修正された実施形態において、ユーザは、補強体として機能するために多数の接触器チューブにわたり取付けられた１つまたは複数の微小旋回翼リブ２９６を設置している。これらのリブ２９６は、「Ｔ字型」微小旋回翼または「鞍型」微小旋回翼のいずれかと一緒に結束された多数の微小旋回翼２９０と等価である。修正された構成において、「Ｔシャツ型」微小旋回翼または「鞍型」微小旋回翼の頂部バーは、凹面接触器アレイまたは凸面接触器アレイなどにあるものなどの隣接したチューブ間の軸に沿った変位を収容するために、垂直バーまたは「シャツ」に対して非対称的にねじられている。
図６０を参照すると、ユーザは、好ましくは、分配チューブのいずれかの側面上で流れを逆方向に差し向けるために、「ストライディング」構成における逆方向に「鞍型」微小旋回翼２９１の２つの旋回翼羽根２９８を曲げている。
ユーザは、好ましくは、帯状片を頭合わせの「鞍型」微小旋回翼の輪郭に成形する。ユーザは、好ましくは、この帯状片の２つの側面を２つの相補的な空気力学的形状に成形する。ユーザは、流体を効率的に再差し向けするための２つのエアフォイル２９７を形成するために、これらの形状体を互いを覆い、かつ、その上に曲げ、ならびに、それらの形状体を結束する。代案として、ユーザは、単一の帯状片を交番して差し向けられたエアフォイル２９７に成形し、続いて、同エアフォイル２９７は、「定間隔」「鞍型」微小旋回翼２９１を形成するために半体に切断される。例えば、レーザまたは水噴流切断法を使用することによる。
修正された構成において、ユーザは、「Ｔシャツ型」微小旋回翼２９４の「シャツ」の部分の下流に切れ目を入れる。続いて、ユーザは、「定間隔」構成における逆方向に曲げるために、「Ｔシャツ型」微小旋回翼の２つの旋回翼エアフォイル２９７または羽根２９８を形成する。このことは、チューブ間の隙間Ｇのいずれかの側で流れを逆方向に差し向ける。（例えば、図６２および図６５を参照。）
修正された構成において、ユーザは、「鞍型」微小旋回翼２９１および２９２または「Ｔシャツ型」微小旋回翼２９３および２９４のいずれかにおいてエアフォイル２９７を近似する単純な単一厚さの曲がった羽根２９８に帯状片を成形する。この単純な曲がり部分は、好ましくは、流れを効率的に差し向けるための均一な曲線を有する。このような単純な曲がった羽根２９８は、効率的ではないにしても作成するためにより高価ではない。
修正された構成において、ユーザは、双方の「脚部」が同じ方向の「座位」構成において分配チューブを覆って双方の微小旋回翼エアフォイル２９７または羽根２９８を同じ方向に曲げることにより、「鞍型」構成２９２の「座位」微小旋回翼を形成する（図６３および図６５を参照）。１つの構成において、ユーザは、単一の曲がったエアフォイル２９７または羽根２９８を備えた「座位」「Ｔシャツ型」微小旋回翼２９４を設け、かつ、同旋回翼２９４を「座位」構成における２つの分配チューブ間に定置する（図５９、図６３、および、図６４を参照）。多数の「座位」微小旋回翼は一緒に接続することができ、かつ、多数のチューブにわたり定置することができる。このような微小旋回翼は、流れの少なくとも一部を脚部の方向に再差し向けする。ユーザは、微小旋回翼の脚部のエッジに沿って微小渦も作り出す。
ユーザは、分散接触器チューブ１０の上流に１つまたは複数の旋回翼エアフォイル２９７または羽根２９８を配向または構成することができる。微小旋回翼は、上流にずらすことができ、そのため、羽根は、噴出孔に直接的には干渉しない。代案として、ユーザは、分配接触器チューブ１０の下流に旋回翼エアフォイル２９７または羽根２９８を置くこともできる。
図６２を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、チューブの周囲に螺旋形の微小旋回翼２９６を形成するために分配チューブを薄い帯状片で包んでいる。例えば、引張り成形または押出し成形され、かつ、チューブ表面に垂直に位置決めされる。これらの微小旋回翼２９６は、「鞍型」「定間隔」微小旋回翼構成２９１と同様に、分配チューブのいずれかの側面上に交番する継続した「旋回翼」羽根を発生する乱流を形成する。これらの微小旋回翼２９６は、円形チューブまたは楕円形チューブの周囲に直ちに形成される。同旋回翼２９６は、より空気力学的な形状になったチューブの周囲に形成することができる。
〔微小旋回翼流の向き〕
図６２から図６５を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、４つの一般的な構成からの微小旋回翼の羽根を構成する。隙間当たりの２つの羽根または脚部を検討し、かつ、隣接した２つの隙間を取ると、２つ以上の微小旋回翼エアフォイル２９７の羽根、または、チューブ１０当たり（または、隙間Ｇ当たり）の羽根２９８から形成することができる４つの構成がある。これらの構成は、最大乱流、最大マクロ渦巻きに対して、または、所望に応じた構成と共に、または、それらの間で構成することができる。４つの実施形態は図６２から図６５に描かれている。
図６２から図６５を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、４つの一般的な構成からの微小旋回翼の羽根を構成する。隙間当たりの２つの羽根または脚部を検討し、かつ、隣接した２つの隙間を取ると、２つ以上の微小旋回翼エアフォイル２９７の羽根、または、チューブ１０当たり（または、隙間Ｇ当たり）の羽根２９８から形成することができる４つの構成がある。これらの構成は、最大乱流、最大マクロ渦巻きに対して、または、所望に応じた構成と共に、または、それらの間で構成することができる。４つの実施形態は図６２から図６５に描かれている。
したがって、ユーザは、流れにわたる所望の混合を達成するように微小旋回翼構成部分を構成する。
ユーザは、このような微小旋回翼を円形ダクト１４４に一般に適用する。他の構成において、ユーザは、このような微小旋回翼を、環状または矩形の流体ダクト１４５または必要または所望に応じた他の構成に直ちに適用する。このような効率的な微小旋回翼は、特に発熱化学反応および燃焼において一般に望ましい乱流および混合を増大させる。
図６２の左側を参照すると、より効果的な混合を与えるための最高微小乱流に一般的に対して、ユーザは、好ましくは、交番するエアフォイル２９７または羽根２９８を隙間Ｇ内に、かつ、これに対応して隣接した隙間内に逆方向に配向する。これらのエアフォイル２９７または羽根２９８は、分配チューブ１０間の隙間に沿って「座位」「Ｔ字型」微小旋回翼２９３のアレイとして構成することができる。同様に、図６２の中央を参照すると、ユーザは、好ましくは、同じ方向に配向された旋回翼２９１を備えた接触器チューブを覆って定置された対向する脚部を備えた「定間隔」「鞍型」微小旋回翼２９１のアレイを構成する。
図６２の右側を参照すると、螺旋形微小旋回翼２９６は、隣接したチューブ内に同じ方向に包むこともできる。これらの螺旋形微小旋回翼は、個々の鞍型またはＴシャツ型微小旋回翼構成により形成されたものに類似した微小渦を形成する。このような構成は、流体ダクト１３０全体にわたる第２の流れ中に最大の微小乱流および混合を供給する。
このように配向された微小旋回翼は、各半チューブ隙間について方向を変化させる第２の流体への横方向の回転運動量成分を与える。この流れの向きは、微小羽根２９０の与えられた密度に対する微小渦の最大密度を引き起こすことができる。典型的に、対向する微小旋回翼の脚部間の各接触器チューブ１０および各チューブ隙間Ｇの下流で形成する少なくとも１つの微小渦がある。
ユーザは、微小旋回翼の脚部または羽根２９８脚部の幅を隙間Ｇの幅の５％と５０％の間に構成することができる。混合を増加させるために、ユーザは、好ましくは、脚部幅を２０％と４０％の間、かつ、より好ましくは３０％と３５％の間に構成する。このような構成は、微小旋回翼脚部の各エッジの脚部の周囲に微小渦を形成し、ならびに、微小旋回翼脚部の方向に沿って配向された微小流を形成する。
図６３を参照すると、超小型乱流および最大マクロ旋回翼に対して構成するために、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、全てのエアフォイル／羽根を同じ方向に配向している。例えば、ユーザは、好ましくは、流れの軸に対して、同じ方向に配向された羽根を供えた分配チューブ１０に沿ってチューブ間の隙間Ｇに「座位」「Ｔ字型」微小旋回翼２９４のアレイを定置する。同様に、同じ方向の流れ渦巻きを達成するために、ユーザは、好ましくは、全てが同じ方向に配向された接触器チューブを覆う「座位」「鞍型」微小旋回翼２９２のアレイを構成する。これらのアレイは、全てが同じ方向に配向された旋回翼脚部を備えた微小旋回翼リブを使用することと等価である。
このように配向された微小旋回翼は、微小羽根、微小フォイル、または、微小リブがこのように構成および配向される下位領域を覆って同じ方向に横方向回転運動量成分を第２の流体に与える。これらの微小旋回翼は、比較的少数の微小渦を接触器チューブ１０またはチューブの隙間Ｇの下流に形成する。
中間乱流に対して、ユーザは、好ましくは、図６４および図６５に示すように、同じ方向に、しかし、列間またはチューブにわたり定置されたエアフォイル／羽根の「対」を構成する。
図６４の左側を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、分配チューブ１０間の隙間Ｇに沿って「座位」「Ｔ字型」微小旋回翼２９２のアレイを定置している。ユーザは、これらの羽根を交番するチューブ隙間Ｇに逆の方向に配向する。代案として、図６４の中央を参照すると、流れの同じ向きを達成するために、ユーザは、接触器チューブを覆って、接触器チューブ１０の各対の隙間にわたり逆の方向に全般に配向された「定間隔」「鞍型」微小旋回翼２９１のアレイを構成する。
同様に、図６４の右側を参照すると、螺旋形微小旋回翼２９６も隣接したチューブ内に逆の方向に包むことができる。これらの螺旋形微小旋回翼は、個々の鞍型またはＴシャツ型微小旋回翼構成により形成されたものと同様の微小渦を形成する。
このように配向された微小旋回翼は、各チューブ隙間Ｇと共に方向を変える第２の流体に横方向の回転運動量成分を与える。典型的に、このような構成は、逆回転流の間の各接触器チューブの中央の下流で形成する一連の微小渦を形成する。
同様な中間乱流に対して、ユーザは、好ましくは、図６５に示すように、列間またはチューブにわたり逆向きのエアフォイル／羽根の対を構成している。例えば、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、分配チューブ１０間の隙間Ｇに沿って「定間隔」「Ｔ字型」微小旋回翼２９３のアレイを定置する。ユーザは、交番するチューブ隙間Ｇを備えて逆方向に差し向けられるように羽根を配向する。
同様に、流れの同じ向きを達成するために、ユーザは、好ましくは、接触器チューブを越えて、交番する接触器チューブ１０を備えて逆方向に全般に配向された「座位」「鞍型」微小旋回翼２９２のアレイを構成する。対応して、ユーザは、逆向きに差し向けられた「定間隔」「Ｔ字型」アレイと逆向きに差し向けられた「座位」「鞍型」アレイを組み合わせることができる。
このように配向された微小旋回翼は、接触器チューブ１０の各組と共に方向を変える第２の流体に横方向の回転運動量成分を与える。典型的に、各接触器隙間の下流に、すなわち、チューブに対応した逆回転の流れ間のチューブ間の隙間Ｇの中央のほぼ下流に形成する少なくとも１つの微小渦がある。
〔微小旋回翼間隔〕
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、チューブ間の横方向隙間の約半分で分配チューブに沿って微小旋回翼２９０の間隔を空ける。ユーザは、好ましくは、分配接触器チューブ１０または、多通路チューブ２２０のアレイにわたる圧力降下をユーザが低減または増大させる必要があるかどうか、または、燃焼器５６内の混合をユーザが低減または増大させる必要があるかにより、この間隔を低減または増大させる。混合および圧力降下の程度を増大させることは、ダクトにわたる軸に沿った速度のより均一な横方向分布を形成する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、チューブ間の横方向隙間の約半分で分配チューブに沿って微小旋回翼２９０の間隔を空ける。ユーザは、好ましくは、分配接触器チューブ１０または、多通路チューブ２２０のアレイにわたる圧力降下をユーザが低減または増大させる必要があるかどうか、または、燃焼器５６内の混合をユーザが低減または増大させる必要があるかにより、この間隔を低減または増大させる。混合および圧力降下の程度を増大させることは、ダクトにわたる軸に沿った速度のより均一な横方向分布を形成する。
ユーザは、好ましくは、微小旋回翼エアフォイル２９７または羽根２９８の吸入口をその位置において入来する酸化剤流体と整列させる。例えば、通常は流体ダクト１３０の軸と整列される。ユーザは、微小旋回翼出口におけるエアフォイルまたは羽根の角度が流れの軸から約５から８０度それるように、微小旋回翼エアフォイル２９７または羽根２９８の出口角度を構成することができる。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、これらのエアフォイルまたは羽根を微小旋回翼吸入口から１０から５０度に、かつ、より好ましくは１５から３０度に構成する。（例えば、流体ダクト１３０の軸からである）。ユーザは、好ましくは、分散接触器チューブ１０もしくは多通路チューブ２２０もしくは穿孔チューブアレイモジュール２７４のアレイにわたる圧力降下をユーザが必要とするかどうか、または、ユーザが燃焼器５６内の混合を増大させる必要があるかどうかに従って、この微小旋回翼羽根角度を増大または低減する。
微小旋回翼２９０は、好ましくは、熱洗浄の温度を取ることが可能である耐腐食性材料で作成される。ユーザは、好ましくは、蓄積された物質がガス化されるまで分配接触器チューブを使用して微小旋回翼２９０を加熱することにより、上流の空気／ガスフィルタ３９０を逃れた微小な繊維および物質を定期的に除去する。（水または水蒸気などの）穏やかに酸化する希釈剤流体を使用して、希釈剤は上流で、または、接触器チューブを介して加えられ、かつ、加熱または予備加熱される。加熱された（例えば、水蒸気などの）希釈剤は、炭質材料をガス化し、かつ、除去するために同材料とさらに反応する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、より均一な混合を提供するために微小旋回翼２９０を設置する。燃焼ガスと希釈剤流体をより均一に混合することにより、微小旋回翼２９０は穿孔分配接触器チューブに沿った、および、これにわたるの双方の温度プロファイルを滑らかにする。
いくつかの構成において、ユーザは、燃焼器５６内の１つまたは複数の他の構成部分に沿って微小旋回翼２９０を追加することができる。例えば、マニホルド２４０に、チューブリブ支持体３８に、および、チューブ補強体３６に沿ってできる。「鞍型」タイプ微小旋回翼２９１は、好ましくはこれらの構成部分を覆って取付けられる。
修正された構成において、ユーザは、好ましくは、微小旋回翼エアフォイル２９７または羽根２９８を接触器チューブ１０、２２０に垂直に構成する。さらなる修正において、ユーザは、より均一な混合を提供するために、平行および垂直な配向の混合体を設ける。
〔微小旋回翼の構成〕
図６０を参照すると、接触器チューブ１０の周囲に微小混合器または微小旋回翼２９０を定置することは、燃焼器内に多数の中程度渦および／または微小渦ならびに乱流を作り出す。中程度の渦は、典型的に従来のマクロ渦巻き発生器より実質的に小さな規模である。（例えば、２９１などの）またがりタイプ微小旋回翼を使用して、微小旋回翼脚部の各エッジも２つの微小渦を作り出すことがある。より大きな中程度渦は、多数の微小渦に変質する。
図６０を参照すると、接触器チューブ１０の周囲に微小混合器または微小旋回翼２９０を定置することは、燃焼器内に多数の中程度渦および／または微小渦ならびに乱流を作り出す。中程度の渦は、典型的に従来のマクロ渦巻き発生器より実質的に小さな規模である。（例えば、２９１などの）またがりタイプ微小旋回翼を使用して、微小旋回翼脚部の各エッジも２つの微小渦を作り出すことがある。より大きな中程度渦は、多数の微小渦に変質する。
ユーザは、ダクトを横切る所望の横方向分布を使用してこれらの微小渦を形成することができる。例えば、ユーザは、軸に沿った流体流量の横方向分布に比例した数の単位面積当たりの微小旋回翼を構成することができる。同様に、微小旋回翼は均一に構成することもできる。したがって、これらの微小旋回翼は、酸化剤流体、燃料流体、および／または、希釈剤流体の効果的または均一な混合を提供する。これらの微小旋回翼は、典型的に従来の混合方法よりも効果的である。
図６０を参照すると、例えば、微小旋回翼２９０を７ｍｍ離れて間隔を空けられたチューブに沿って７ｍｍ毎に定置することは、１平方メータ当たり約２０，０００の微小旋回翼を形成する。同様に、（例えば、２９１および／または２９２などの）２つの分離された脚部または羽根を各々供えた微小旋回翼２９０を使用することは、１平方メータ当たり約４０，０００の微小旋回翼を設ける。各微小旋回翼羽根は、その微小旋回翼羽根の各エッジに沿って、分離された微小渦を作り出すことができる。したがって、微小旋回翼アレイ構成によっては、ユーザは、１平方メータ当たり４０，０００から８０，０００の中程度渦および微小渦を形成する。これらの中程度渦は、多数の微小渦に崩壊し、これらの微小渦は、進行および減衰する間に、今度はより小さなより多数のナノ渦に崩壊する。
これらの微小旋回翼２９０は、単位面積当たりの噴出孔の与えられた数当たりに同様に構成することができる。例えば、約０．７ｍｍ毎の噴出孔がある場合、約７ｍｍ毎に微小旋回翼を定置することは、チューブにわたる、または、隙間に向き合うチューブ壁内の微小旋回翼当たり約２０の噴出孔を与える。
微小旋回翼がチューブの一部を閉鎖する場合、噴出孔は、好ましくは、旋回翼間の開放領域内の単位断面当たりのより高密度の固有噴出孔を使用して再構成される。同様に、旋回翼羽根の１つの側面、続いて他の側面上により大きな速度の酸化剤速度がある場合、より速く流れる交差流に流体を送出するようにより多くの噴出孔を構成することができる。
〔噴出孔の向きの構成〕
ユーザは、‘１９１特許出願に教示されているように、混合を改善するために接触器チューブ噴出孔を様々に配向することができる。（例えば、節「チューブ軸に対する噴出孔の角度上の向き」、および、同出願の図３０、図３１、図３２、および、図３３を参照。）
ユーザは、‘１９１特許出願に教示されているように、混合を改善するために接触器チューブ噴出孔を様々に配向することができる。（例えば、節「チューブ軸に対する噴出孔の角度上の向き」、および、同出願の図３０、図３１、図３２、および、図３３を参照。）
燃焼器において、希釈剤流体質量流量は、燃料質量流量の３から７倍とすることができる。したがって、希釈剤微小噴流の向きを構成することにより、ユーザは、実質的に横方向の乱流および混合を達成することができる。ユーザは、接触器チューブに沿った、ならびに、接触器チューブにわたる横方向の乱流の程度および混合を同様に調整することができる。
〔微小旋回翼および噴出孔の向きの構成〕
ユーザは、局所的微小旋回翼エアフォイル２９７または微小旋回翼羽根２９８により酸化剤流体流に与えられた方向と一線上にある向きベクトル成分を使用して接触器チューブ上で噴出孔を配向することができる。このことは、酸化剤流体流の追加された横方向運動量成分および混合の程度を全般的に上昇させる。代案として、ユーザは、噴出孔を出る流体微小噴流の貫通の程度を上昇させるために、横方向の酸化剤流に垂直または直角により向けて噴出孔を配向することができる。液体燃料流体を使用して、このことは、微小旋回翼エアフォイル２９７または微小旋回翼羽根２９８上の液体の飛び跳ねを低減する。
ユーザは、局所的微小旋回翼エアフォイル２９７または微小旋回翼羽根２９８により酸化剤流体流に与えられた方向と一線上にある向きベクトル成分を使用して接触器チューブ上で噴出孔を配向することができる。このことは、酸化剤流体流の追加された横方向運動量成分および混合の程度を全般的に上昇させる。代案として、ユーザは、噴出孔を出る流体微小噴流の貫通の程度を上昇させるために、横方向の酸化剤流に垂直または直角により向けて噴出孔を配向することができる。液体燃料流体を使用して、このことは、微小旋回翼エアフォイル２９７または微小旋回翼羽根２９８上の液体の飛び跳ねを低減する。
ユーザは、微小旋回翼エアフォイル２９７または微小旋回翼羽根２９８により与えられた酸化剤流体流の方向を横切って、または、これと逆に接触器チューブ噴出孔を配向することもできる。このことは、混合をさらに改善する。ユーザは、微小旋回翼羽根により作り出された渦に燃料または希釈剤流体を噴射するために噴出孔を同様に配向することができる。このことは、流体の混合に役立つ。
〔〔燃焼を改善するための電場〕〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６内に電場を発生させるために高電圧および１つまたは複数の燃焼器電極３２０を設ける。これらの電場は、好ましくは、噴流のサイズを低減する、より小さな液滴を作り出すために使用される一方、より大きな噴出孔８０を可能にする。同電場は、好ましくは、燃焼ガスにおける混合を増大させるためにも使用される。これらの方法は、燃焼を改善し、温度の均一性を改善し、排出物を削減し、かつ、流体濾過要件および噴出孔の目詰まりを低減する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６内に電場を発生させるために高電圧および１つまたは複数の燃焼器電極３２０を設ける。これらの電場は、好ましくは、噴流のサイズを低減する、より小さな液滴を作り出すために使用される一方、より大きな噴出孔８０を可能にする。同電場は、好ましくは、燃焼ガスにおける混合を増大させるためにも使用される。これらの方法は、燃焼を改善し、温度の均一性を改善し、排出物を削減し、かつ、流体濾過要件および噴出孔の目詰まりを低減する。
〔電気的に励起された直接接触器アレイ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、電場励起を追加する。この励起は、特に粘性燃料流体について、微小噴流のサイズおよび液体液滴サイズを低減する便益を提供する。このような実施形態において、ユーザは、燃料穿孔チューブ電極３２２および／または希釈剤穿孔分配チューブ電極３２４および／またはそれらの直接接触器の対応するアレイにわたり、または、それらの間に高電圧を印加する。（例えば、図６６および図６７を参照。）電極３２２、３２４にわたる、または、それらの間の電場は分散接触器の１つまたは双方から形成された液体噴流を狭窄させる。この狭窄は、噴流を崩壊させ、かつ、電場なしに形成されると思われるよりも小さな液滴を形成する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、電場励起を追加する。この励起は、特に粘性燃料流体について、微小噴流のサイズおよび液体液滴サイズを低減する便益を提供する。このような実施形態において、ユーザは、燃料穿孔チューブ電極３２２および／または希釈剤穿孔分配チューブ電極３２４および／またはそれらの直接接触器の対応するアレイにわたり、または、それらの間に高電圧を印加する。（例えば、図６６および図６７を参照。）電極３２２、３２４にわたる、または、それらの間の電場は分散接触器の１つまたは双方から形成された液体噴流を狭窄させる。この狭窄は、噴流を崩壊させ、かつ、電場なしに形成されると思われるよりも小さな液滴を形成する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体と希釈剤分配チューブアレイの間に差分高電圧を印加する。ユーザは、第１の電圧の第１の電気接続を燃料流体分配チューブ電極３２２に、かつ、第２の電圧の第２の電気接続を希釈剤分配チューブ電極３２４に接続する。このような構成において、ユーザは、それらの分配チューブ電極３２２、３２４の間に電場を形成する。電場はアレイ間の電圧および間隔の差の関数となっている。
１つまたは双方のチューブアレイ内の噴出孔から放射された液体噴流は、他のアレイに引き寄せられる。この電場は、各液体噴流を狭める。したがって、液体噴流は、小さな液滴に崩壊する。小液滴は、励起なしで形成すると思われる液滴の直径よりも小さい。これらの液滴は、噴出孔の直径よりも全般に大幅に小さい。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、燃料流体および希釈剤燃料分配チューブ電極３２２、３２４を、対応する燃料流体および希釈剤流体マニホルドに装着する。ユーザは、それらの流体マニホルド間に高電圧励起を印加する。この印加を行なうために、ユーザは、流体マニホルドを互いから電気的に絶縁する。もし燃料流体または希釈剤のいずれかが導電性であれば、高電圧は、非導電性液体アレイに印加することができる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、互いの上流および下流に定置された燃料接触器穿孔チューブ電極３２２と希釈剤接触器穿孔チューブ電極３２４の間に高電圧を印加する。（例えば、図６６および図６７を参照。）発生された電場は、燃料流体噴流を下流に引き寄せ、かつ、第２または酸化剤流体の流れの方向におけるより高い速度を持つ小液滴を形成する。（例えば、図６６および図６７を参照。）
電場は、同様に希釈剤液体噴流も引き寄せ、かつ、狭める。気体性燃料の上流に液体希釈剤を定置することは、液体希釈剤が下流に流れるに従い液体希釈剤の単純な崩壊を提供する。希釈剤分配チューブ電極３２４が燃料分配チューブ電極３２２の下流にあると、電気的引き寄せと比較した（例えば、空気などの）酸化剤流体による抗力の相対強度は、液滴が上流に移動されるか、または、下流に反抗されるかを決定する。いずれにせよ、電気励起を使用して、より小さな液滴が形成される。
ユーザは、好ましくは、燃焼を高信頼性で達成する一方、燃焼温度を制約するために、所望または必要の燃料流体および希釈剤の高信頼性の気化速度を達成するために、上流／下流の順序、および、チューブ電極アレイ３２２、３２４のアレイ間隔を調整する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、交番する導電性穿孔燃料電極３２２および穿孔熱希釈剤チューブ電極３２４の間に高い差分電圧を印加する。したがって、ユーザは、交番するチューブ３２２、３２４の間で電場を発生する。いくつかの構成において、これらの分配チューブ３２２、３２４は酸化剤流体の流れに横方向に全般的に配向されている。（例えば、図６６を参照。）
交番する燃料分配チューブ電極３２２および希釈剤分配チューブ電極３２４の間の電場は、それらのチューブから出発する個々の噴流が酸化剤ガス流に横方向に隣接したチューブに向けて引き寄せられるようにする。横方向の電場は、希釈剤および／または燃料アレイ３２２、３２４からの液体液滴が酸化剤流体流に横方向に引き寄せられるようにする。これらの電場は、液体燃料および希釈剤噴流が狭窄し、かつ、電場のない構成におけるより小さな液滴を形成するようにする。したがって、小液滴は、小液滴が下流に流れるに従い第２の流体中に混入される。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、液体燃料穿孔チューブ電極３２２および／もしくは液体希釈剤穿孔チューブ電極３２４または対応する直接接触器アレイの少なくとも１つに全般的に平行な少なくとも１つの分離された電極またはグリッド電極３２６を設ける。（例えば、図６６を参照する。）ユーザは、必要または所望の電圧を印加するために高電圧電源３００を設ける。高電圧は、高電圧電源３００から絶縁された導体により流体ダクト壁１３２に、かつ、続いて、高電圧フィードスルー３１６によりダクト壁１３２を介して送出される。流体ダクト１３２の内部で、高電圧フィードスルー３１６は、グリッド電極３２６および液体分配器３２２および／または３２４に、それらの間に高電圧を印加するために接続される。高電圧は、グリッド電極３２６と、燃料流体および希釈剤分配チューブ３２２、３２４の少なくとも１つとの間に高圧電場を作り出す。電極またはグリッド電極３２６は、好ましくは、グリッド３２６と直接接触器３２２、３２４の間を流れる流体よりも大幅に導電性である比較的導電性の材料から形成される。
液体噴流を上流に引き寄せることを回避するために、いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、希釈剤アレイの下流に電気グリッド電極３２６を設ける。（例えば、図６６を参照。）したがって、ユーザは、希釈剤アレイに印加された第２の電圧より高い第３の電圧を使用して、この希釈剤アレイを励起する。ユーザは、好ましくは、希釈剤液体分配アレイに平行、かつ、これから下流に構成されたスクリーンとしてこのグリッド電極３２６を形成する。ユーザは、軸に沿った流体流の抗力に耐えるために十分強靭かつ堅固なスクリーンを作成する。ユーザは、好ましくは、抗力を低減するために、このスクリーンを流線型リブ３８および／またはワイヤを使用して形成する。代案として、ユーザは、スクリーンを流線型構造体により支持する。ユーザは、適した構造的支持絶縁体３１４により流体ダクト壁１３２からこの励起グリッド電極３２６を支持する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、チューブから冷却された電極３２８を形成する。この形成は、冷却された電極３２８が燃料流体および希釈剤分配チューブの下流にあり、かつ、同電極が燃焼からの熱を経験する燃焼器の近くにあるか、または、高温燃焼ガス内にある時に特に行われる。したがって、ユーザは、チューブ電極３２８を冷却するために、同電極３２８を介して希釈剤流体を流す。（例えば、図６６を参照。）
冷却されたチューブ状電極３２８は、好ましくは、高温絶縁熱障壁コーティング３４でコーティングされる。このコーティングは、チューブ状電極３２８を燃焼からの放射状熱流束から保護し、かつ、高温ガスからの対流による熱伝導を低減する。このコーティングは、チューブ状電極３２８を冷却するために必要な冷却希釈剤の流量も低減する。結果として得られる加熱された希釈剤は、好ましくは、上流に燃焼器５６内に送出される。
他の構成において、好ましいチューブ電極３２８は、希釈剤流体をダクトで流し、かつ、分配するために使用される。続いて、加熱された希釈剤は、チューブ電極３２８内の穿孔を介して燃焼ガスおよび／または高エネルギー流体９２０中に送出される。
修正された構成において、ユーザは、励起チューブまたはチューブ状グリッド電極３２８を希釈剤チューブの下流かつ同チューブと一線に定置する。希釈剤チューブ内の上流の軸に沿った噴出孔８４は、好ましくは、下流の励起チューブを軸に沿って指している。このことは、チューブ状電極励起チューブ３２８にわたり流れる高温ガスの温度を低下させ、同チューブの温度および冷却要件を低下させる。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、冷却されたチューブ状電極３２８を内部導体を備えた高温材料のチューブから成形する。例えば、単結晶または多結晶サファイヤまたは酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、または、金属導体を取り囲む他の適した高温材料から成形する。修正された構成において、ユーザは、冷却された金属電極チューブ３２８を覆って絶縁サファイヤスリーブを設ける。
このような構成において、ユーザは、好ましくは、希釈剤分配チューブアレイを燃料流体分配チューブアレイから電気的に隔離する。ユーザは、好ましくは、第１の電圧がゼロに固定されるように、スパークおよび爆発を回避するための安全対策として燃料流体分配システムを接地する。（例えば、図６６、図６７を参照。）
ユーザは、特により重い燃料流体の場合に、従来の噴射方法より大きな噴出孔を使用してより小さな液滴を作成するうえで役立てるために高い電場を印加する。送出された流体が導電性である場合、従来の継続的な液体接続を持つ電場は、液体希釈剤を介した幾分かの電流をもたらす。（例えば、水熱希釈剤またはメタノール燃料を使用してである。）いくつかの構成において、希釈剤液体の供給を励起システムから隔離するために、ユーザは、好ましくは、導電性液体隔離体３４０を設ける。（例えば、図６８を参照。）したがって、ユーザは、好ましくは、希釈剤流体のいかなる電解、および、水素などの爆発性ガスの潜在的発生も低減する。
このような構成において、ユーザは、好ましくは、絶縁性支持体３４８上に支持された鉛直ダクトを備えた電気的に隔離された液体液滴塔３４４の頂部において穿孔液体分配器アレイ３４４を設ける。塔ダクトの壁は、好ましくは、非導電性材料で形成されている。接地された供給ポンプ３４２は液体を液体分散アレイ３４３に送出する。液体分配器アレイ３４３内の噴出孔８０は、好ましくは直接下方を指す。ユーザは、このチューブアレイを介して希釈剤液体の均一な流れをさらに供給し、実質的に単分散液滴の（または、代案として狭い液滴分布を持つ）定常流をもたらす。小液滴回収器３４６は、液体液滴を回収する。続いて、回収された液体は、上昇された電圧の供給ポンプ３５０により送出される。
ユーザは、好ましくは、液滴間の間隔の効果を含めて、液体蒸気を介した電気勾配がその蒸気中の絶縁破壊場より小さくなるように、塔の高さおよび／または希釈剤分配アレイに印加された第２の電圧を調整する。液滴のこの「雨」を供給することにより、ユーザは、電気的隔離を希釈剤分配システムと希釈剤供給源の間に効果的に設ける。
電場を使用して、ユーザは、好ましくは、特にユーザがさもなくば電場なしで必要としたものと比較した粘性燃料流体を使用して、同じまたはより小さな液体小液滴を達成するためにより大きな噴出孔直径を使用する。このことは、ポンプ作業要件および噴出孔の目詰まりの確率を低減する。
ユーザは、好ましくは、噴出孔を電場励起共に一緒に比較的緊密に定置する。最小噴出孔間隔は、好ましくは、噴出孔の直径の約３倍から噴出孔の直径の約２倍に（または、所望または必要に応じて噴出孔の直径の可能に１．５倍まで）低減する。
〔燃焼ガスの電気的制御〕
燃焼ガスまたは高温流体中のイオン性成分は、印加された電場の方向に力を受ける。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、少なくとも１つの下流電極（または、グリッド電極３２６）を燃焼ガスの少なくともいくつかよりさらに下流に定置する。下流電極と少なくとも１つの上流分配チューブの間の高電圧源は、電極と分配チューブの間に電場を作り出す。この電場は、上流または下流の燃焼ガスまたは高温流体中の荷電成分を大きく加速する軸に沿った成分を有する。
燃焼ガスまたは高温流体中のイオン性成分は、印加された電場の方向に力を受ける。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、少なくとも１つの下流電極（または、グリッド電極３２６）を燃焼ガスの少なくともいくつかよりさらに下流に定置する。下流電極と少なくとも１つの上流分配チューブの間の高電圧源は、電極と分配チューブの間に電場を作り出す。この電場は、上流または下流の燃焼ガスまたは高温流体中の荷電成分を大きく加速する軸に沿った成分を有する。
火炎ホルダは燃焼を安定化させるために一般に使用されている。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダを燃焼室の電場励起中に組み込む。例えば、図６７を参照すると、ユーザは、少なくとも１つの火炎を保持する軸に沿った電極３３０を流体接触器アレイの下流に定置することができる。「喇叭型」接触器アレイ２６２を使用して、軸に沿ったこの電極３３０は、好ましくは、流体ダクト１３０の軸の近くに所在する。この軸に沿った電極３３０は、好ましくは、中央火炎ホルダ１００により支持され、かつ、燃焼器５６の残り部分から電気的に隔離されている。軸に沿ったこの電極３３０は、高電圧電源３００に、好ましくは、接地３０２からの、かつ、最も近くの上流直接接触器アレイより大きな電圧差で接続される。
図６７を参照すると、ユーザは、好ましくは、少なくとも１つの下流火炎保持周辺電極３３２を流体接触器の周辺の周囲に定置する。（例えば、「喇叭型」円錐接触器２６２の周辺の近くの下流にである。）「喇叭型」接触器２６２を使用すると、この構成は最も冷却された輻射の最も少ない燃焼ガスの近くでの火炎保持能力に役立てることができる。この電極は高電圧電源３００に、好ましくは、接地からの、かつ、最も近くの上流直接接触器アレイより大きな電圧差で接続される。
図６７を参照すると、ユーザは、燃料流体および希釈剤直接接触器アレイの下流にグリッド電極を形成するために多数のチューブ状電極３２８を定置することができる。チューブ状電極３２８は、好ましくは、同電極を燃焼熱から保護するために熱的に絶縁されている。ユーザは、好ましくは、これらのチューブ状電極３２８を希釈剤流体で冷却する。加熱された希釈剤は、好ましくは、上流希釈剤直接接触器アレイを介してダクトを流され、かつ、送出される。代案として、加熱された希釈剤は、続いて、好ましくは燃焼ガス中に送出される。
図５７を参照すると、ユーザは、好ましくは、ダクト中央電極３３４を２つ以上の穿孔分配チューブ間に定置する。いくつかの周上スロットポート構成において、例えば、穿孔分配チューブは、好ましくは壁に、および、好ましくは差込みに所在する。
ユーザは、好ましくは、ダクト中央励起電極３３４を周辺穿孔分配チューブ間の流体ダクト１３０の中央に輪として形成する。このダクト中央電極３３４は、好ましくは高電圧源に接続される一方、周辺分配チューブおよび燃焼シリンダ１９２は、好ましくは接地３０２に接続される。中央円形ダクト中央励起電極３３４は、好ましくは、燃焼シリンダ１９２または隣接した構造的支持体２８０上に取付けられた１つまたは複数の電気絶縁体３１４により支持される。
液体燃料および／または希釈剤が穿孔分配チューブを介して送出されると、それらのチューブと中央ダクト中央励起電極３３４の間の電場は、超小型液体噴流の断面積を減少させる。（例えば、微小噴流を形成するために可能に十分に噴流を「局部絞り」する。）これらの微小噴流は、非常に小さな液滴に崩壊する。横方向酸化剤流体流は、これらの小さな液滴を側面ポート１９６に沿って燃焼シリンダ１９２に搬送する。
流体の極性は、好ましくは、いくつかの実施形態において、上流方向の燃焼ガスの荷電高温成分を加速するように選択される。高温荷電成分のこの対向流は、上流の可燃混合物の点火に役立てることができる。このことは、下流で流れる流体の前面における火炎の安定性を改善する。この電場火炎ホルダは、火炎が安定したまま存続する上方流量限界を大幅に増大させることができる。このようなより大きな流体流量は、燃焼器の単位断面積当たりに発生させることができる熱パワーを増大させることができる。また、同流体流量は、消炎時間を低減もし、かつ、プラントの利用率を改善もする。
正に帯電したイオンおよび分子は、周囲の気体分子を引き寄せ、かつ、混入する。正に帯電した流体成分は電子よりも大きな水力学的断面を有する。（帯電したガスまたは蒸気分子。）下流の正電極３０４および上流の負電極３０６を使用して、正に帯電した分子および分子群は、上流に流れ、かつ、自身と共に周囲の気体分子を引きずる。
同様に、いくつかの電子は、周囲の分子を引き寄せる。例えば、希釈剤または燃料流体の小液滴の近くの電荷である。いくつかの電子は、流体中の他の大きな成分に付着する（例えば、スス粒子およびエアロゾルである）。負の上流電極３０６および正の下流電極３０４は、このように負に帯電した粒子を下流に加速する。このような構成は、負に帯電した希釈剤小液滴を加速し、それらの液滴が燃焼ガス中に移動するうえで役立つ。このような希釈剤の加速は、熱希釈剤液滴を下流に移動させることに役立てることができ、かつ、燃料／酸化剤／希釈剤混合物の対応する気化および冷却に役立てることができる。
いくつかの構成において、ユーザは、１つまたは複数の電極の極性を本明細書に説明されている極性に対して逆にすることができる。
いくつかの構成において、ユーザは、軸に沿った流体流と一線になった軸に沿った電場を印加および変調（例えば、発振かつ／またはパルス化）することができる。変動する軸に沿った電場は、燃焼流体中のイオン性核種を軸に沿った方向に沿って加速する。移動中のイオン性核種は、今度は燃焼流体に発振抗力を引き起こす。このことは、燃焼流体中の混合を改善することができる。
変動する軸に沿った電場は、軸に沿った燃料流体および希釈剤の混合を大幅に増大することができる。このことは、燃焼流体中の温度均一性および燃料／酸化剤比を改善することができる。改善された混合および改善された温度均一性は、今度は、窒素酸化物の形成を削減することができ、かつ、残存未燃焼燃料および一酸化炭素の酸化を増大させることができる。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、燃焼室内の共鳴周波数と同様の周波数におけるが、そのような共鳴を可能に低減するためにそれらの共鳴とは異相で燃焼ガスを励起するために電場を印加する。（または、いかなる関連ダクト流送および運転エンジンも含めて、それらの倍音と同様の。）同様に、ユーザは、いかなる関連ダクト流送および運転エンジンも含む燃焼室内の共鳴周波数以外の周波数で燃焼ガスを励起するために電場を印加することができる。このことは、燃焼器内に発振電気励起を印加することにより生成または増幅される音響場および共鳴を低減するうえで役立てることができる。
この励起信号を形成するために、ユーザは、好ましくは、「ホワイト」またはランダムノイズ中の共鳴周波数を除去（または、低減）することにより形成される「ピンク」ノイズを作成する。いくつかの構成において、ユーザは、燃焼器内の音をモニタする。ユーザは、好ましくは、測定された燃焼室の音のフーリエ変換を形成する。ユーザは、共鳴周波数を除去または適切に低減する。続いて、ユーザは、修正されたフーリエスペクトルから所望の「ピンクノイズ」を「再構築」する。続いて、再構築された信号の振幅は、燃焼のノイズおよび共鳴を低減するために適したフィードバックで制御される。
いくつかの実施形態において、ユーザは、燃焼器内の印加高電圧を、これを音響スピーカまたは超音波ホーンとして使用するために変調する。励起された気体核種の非常に小さな質量は、かなり線形的なスピーカを形成することができる。この方法は、超音波領域および準可聴領域に大幅に拡張することができる広範な音響応答範囲を備えたスピーカを形成することができる。いくつかの実施形態において、ユーザは、所望または必要な音響励起を達成するために、流体送出速度の振幅および相対位相ならびに発振電場励起を合わせて制御する。
いくつかの構成において、ユーザは、燃焼ガスの流れの方向に横方向の成分を持つ電場を印加する。横方向の電場を印加することは、流れているイオン性核種が流れおよび電場の双方に横方向の加速度成分で加速されるようにする。
例えば、図６７を参照すると、ユーザは、中央電極と周辺ダクトの間に高電圧を印加することにより流れに横方向の電場を形成することができる。例えば、円形流体ダクト内の「喇叭型」構成である。
この横方向加速度は、隣接した燃料流体および希釈剤液滴にわたり高温イオン性ガスを移動させることにより燃焼流体の混合を改善することができる。この横方向電場は、好ましくは燃料流体および希釈剤分配アレイにより形成された可燃燃料混合物にわたり火炎ホルダから外向きに高温イオン性ガスを加速するように構成されている。同様に、この横方向電場は、流体ダクト１３０を下る酸化剤流体流に横方向に、荷電燃料流体および／または希釈剤液滴を加速することができる。
図６６を参照すると、ユーザは、矩形テントアレイなどの凹面アレイの外に電極を構成することができる。例えば、電圧は、接触器１２または１４から形成されたものなどの１つまたは複数の接触器アレイの外（もしくは、上流）または中（下流）のいずれかに電気グリッドアレイ３２６に印加することができる。電気グリッドは、同様に、図４などの、または、‘１９１特許出願の図５９に示すような環状アレイとして構成された接触器アレイ内に構成することができる。
電圧は、ダクト壁１３２内の絶縁体フィードスルー３１６を介して供給された電極３１２に接続することができる。電圧は、電極３１２と接触器アレイの１つに接続された他の電極の間に印加される。例えば、図６６に示すようにダクトおよび電極を接地３０２に接続することによる。電圧は、好ましくは爆発の危険を低減するために燃料アレイに接続される。
電場は、流れに横方向の他の方向におけるイオン性流を加速することができる。このような横方向の高温ガスの加速は、火炎が可燃流体混合物の１つの部分から他の部分に、または、１つの液滴から隣の液滴に飛び移る速度を改善することができる。このことは、有効火炎速度および火炎の安定性を増大することができる。
いくつかの構成において、高電圧は、第２の接触器アレイに印加される。例えば、図６６に示すように、グリッドアレイ３２４に接続され、かつ、高電圧電極３０８に接続された希釈剤接触器１４である。
いくつかの構成において、ユーザは、電極３２８を他の接触器アレイの下流に、かつ、絶縁体３１６を介して送られた高電圧電極３１０に接続されて設けることができる。下流の燃焼からの熱をより良く収容するために、ユーザは、好ましくは、電気グリッド３２８を形成するための１つまたは複数の導電性チューブを使用する。ユーザは、流体を希釈剤９０７などの同チューブを冷却するための流体をチューブを介して送出する。導電性チューブは、チューブ壁を介して幾分かの希釈剤９０７を送出するために、かつ、チューブの外を冷却するために穿孔することができる。噴出孔は、冷却された電極の周囲に冷却流を供給するために上流に配向することができる。
このような改善された混合は、流体中の局所的な高温および低温箇所をさらに低減することができる。局所的な高温箇所を低減することは、拡張されたゼルドヴィッチ熱ＮＯｘ形成速度を指数的に低減することにより窒素の酸化物の形成を大幅に低減することができる。同様に、このことは、酸化剤および燃料核種の混合を改善することができる。これらの係数の双方とも、一酸化炭素および未燃焼燃料の酸化を改善することができる。
‘１９１特許出願の図８０を参照すると、ユーザは、アースに接続された接触器を介して１つの流体を送出し、かつ、上昇された電圧に接続された接触器を介して他の流体を送出することができる。ユーザは、同様に、平行電極間、または、流体流に横方向のグリッド電極３２６間に高電圧を印加することにより電場を印加することができる。
修正された構成において、横方向電場は、パルス化および／または発振の形に変調される。このような変動する横方向電場を印加することは、高温イオン性流体を先ず１つの横方向に、かつ、続いて、その逆方向に加速することができる。このような、横方向高温ガスの運動は、燃焼流体および高温燃焼ガス中の燃料、希釈剤、および、高温ガスの混合を改善することができる。
修正された構成において、ユーザは、これらの方法を組み合わせている。ユーザは、好ましくは、燃料および／または希釈剤液滴をイオン化するために燃料および／または希釈剤分配チューブに、かつ／または、これらにわたり１つまたは複数の励起電圧を供給する。ユーザは横方向電場をさらに印加および変調することができる。このような発振電場は、イオン化されたガス、荷電燃料流体液滴、および／または、荷電希釈剤液滴を流体流に横方向に加速することができる。このことは、気化および燃焼流体の混合に役立てることができる。
〔〔燃焼器構成部分の熱制御〕〕
ユーザは、好ましくは、高温、強い熱勾配、および、高い差分熱膨張を収容するようにいくつかの特徴および構成部分を備えた反応装置または燃焼器を構成する。
ユーザは、好ましくは、高温、強い熱勾配、および、高い差分熱膨張を収容するようにいくつかの特徴および構成部分を備えた反応装置または燃焼器を構成する。
〔差分熱膨張の収容〕
ユーザは、好ましくは、特に連続した構成部分の軸に垂直な熱勾配からの差分膨張を収容するための対策を提供する。接触器間に差分温度を持つ１つまたは複数の直接接触器を使用する構成において、ユーザは、好ましくは、特に接触器が全般的に平行であり、かつ、同じ材料で作成されている時に、実質的な差分熱膨張を収容するための１つまたは複数の対策を提供する。ユーザは、それらの構成部分の温度および／または熱膨張係数の主な変化により引き起こされる燃焼器ライナ６０および圧力容器１７０ならびに／または燃焼器１６８の外部筐体の熱膨張の主な差を収容するための１つまたは複数の対策を提供することができる。
ユーザは、好ましくは、特に連続した構成部分の軸に垂直な熱勾配からの差分膨張を収容するための対策を提供する。接触器間に差分温度を持つ１つまたは複数の直接接触器を使用する構成において、ユーザは、好ましくは、特に接触器が全般的に平行であり、かつ、同じ材料で作成されている時に、実質的な差分熱膨張を収容するための１つまたは複数の対策を提供する。ユーザは、それらの構成部分の温度および／または熱膨張係数の主な変化により引き起こされる燃焼器ライナ６０および圧力容器１７０ならびに／または燃焼器１６８の外部筐体の熱膨張の主な差を収容するための１つまたは複数の対策を提供することができる。
図６を参照すると、多数の直接接触器１０に沿った差分膨張を収容するために、ユーザは、好ましくは、影響を受けた接触器の少なくとも１つを１つまたは複数の自由な全長、曲げ込み、蛇行形状、周期的な曲げ、または、同様の曲線区間に形成する。例えば、それらの接触器が異なった温度の流体または異なった温度に曝される可能性のある時である。最も単純な構成において、ユーザは、接触器チューブ区間を膨張に関して放射状の動きを可能にする自立型曲線の長さとして構成する。このことは、実質的な応力なしに支持体３７間に放射状の膨張を可能にする。
曲げ込みが提供されると、これらの接触器は、好ましくは、より高温の接触器に構成され、かつ、第１の流体ダクト１３０の軸に平行に位置合わせされる。それらの曲げ込みは、ダクト軸１３０に横方向に位置合わせすることができる。ユーザは、曲げ込みを例えば含む接触器に対して柔軟な支持体３７を設けることができる。ユーザは、より大きな温度差を持つ接触器にはより小さな膨張係数を備えた異なった温度差を経験する接触器を形成するために、異なる熱膨張係数の材料を使用することができる。
図３および図２９から図３５に示すように、熱フィン４０またはウェブ４２が接触器チューブ１０またはライナ６０の１つまたは複数に装着されている場合、ユーザは、好ましくは、フィンとチューブまたはウェブとチューブの間の差分膨張を収容するために接触器チューブ１０またはライナ６０の少なくとも１つの側面上に襞付きフィン６６を形成するようにフィンまたはウェブに曲げ込みまたは襞を構成する。フィンの曲げ込みまたは襞の程度は、好ましくはチューブからの距離を増大させるに従い上昇する。代案として、均一な襞を使用することもできる。再差向け器の表面の突出部の軸に沿った差分膨張を収容するために、ユーザは、いくつかの構成において、より高温の再差向け器表面内に周期的な隙間を設けることができる。
いくつかの構成において、図３６および図３７に示すように、ユーザは、好ましくは、フィンとチューブの間の差分膨張に備えるために、チューブに装着されたフィンもしくはウェブまたはチューブフィンライナ内に、１つまたは複数の膨張スロットまたは隙間６７を設けることができる。ユーザが近くのチューブ間にフィンまたはウェブを設けた時、ユーザは、チューブ間での運動を可能にし、かつ、過剰な応力を回避するために、チューブ間のウェブを２つの分離したフィンに切断することができる。ユーザは、チューブ間に支持を提供するために、曲線区間を備えた補強体をさらに設ける。修正された構成において、ユーザは、隣接したチューブ間での相対的な運動からのウェブ区間における応力を低減するために、チューブ１０間のウェブを帯状片に成形または切断し、かつ、そのウェブ帯状片をチューブの軸から幾分かの程度まで離して成形するか、または、曲げる。
ユーザは、好ましくは、隣接した接触器チューブ間の横方向隙間の間隔の変化を低減するように、曲げ込みの軸が第２の流体流に、または、ダクトにほぼ軸に沿って位置合わせされている場合のフィンに曲げ込みを構成する。修正された構成に関して、ユーザは、差分熱膨張の主方向に依存して、第２の流体流もしくはダクトの向きに横方向に、または、軸に沿った方向と横方向の間の中間の方向に曲げ込みを構成する。
図１を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、接触器アレイ２６１とダクト１３０の間に柔軟な支持体接続部７２を設けることにより、差分熱膨張、振動、および／または、発振を収容している。同様に、ユーザは、接触器、ライナ、および、ダクトまたは圧力容器１７０の１つまたは複数の間の相対熱膨張を曲げるか、または、収容するために、補強体、リブ、下位マニホルド、または、マニホルドを支持するうえで、曲げ込み、蛇行区間、螺旋曲線、曲げ、または、同様の曲線区間を設ける。
図１を参照すると、接触器がマニホルドまたは下位マニホルドに接続されている場合、マニホルドは、好ましくは、マニホルドまたは下位マニホルドの接続部からの接触器の膨張の程度を低減するために、接触器の全長内に構成される。マニホルドは、好ましくは、マニホルドから延長する、または、マニホルド間の接触器の相対長を低減するために接触器に沿って対称的、かつ、途中または均一に接続される。
〔差分膨張の低減〕
図２８を参照すると、差分熱膨張が隣接した接触器１０、燃焼器ライナ６０、圧力容器１７０、および、燃焼器外部囲壁１６８の１つまたは複数の間で経験される場合、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、差分膨張の程度を低減するためにその差分膨張に影響を及ぼしている相対パラメータの１つまたは複数を調整する。様々な構成において、ユーザは、接触器１０の１つまたは双方に影響を及ぼしている加熱または冷却速度の１つまたは複数、および、接触器１０の１つまたは双方の熱膨張係数を調整する。加熱（または、冷却）速度を調整するために、ユーザは加熱（または、冷却）速度に影響を及ぼしている１つまたは複数の係数をさらに調整する。
図２８を参照すると、差分熱膨張が隣接した接触器１０、燃焼器ライナ６０、圧力容器１７０、および、燃焼器外部囲壁１６８の１つまたは複数の間で経験される場合、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、差分膨張の程度を低減するためにその差分膨張に影響を及ぼしている相対パラメータの１つまたは複数を調整する。様々な構成において、ユーザは、接触器１０の１つまたは双方に影響を及ぼしている加熱または冷却速度の１つまたは複数、および、接触器１０の１つまたは双方の熱膨張係数を調整する。加熱（または、冷却）速度を調整するために、ユーザは加熱（または、冷却）速度に影響を及ぼしている１つまたは複数の係数をさらに調整する。
いくつかの構成において、ユーザは流体温度、流体流量、および、内部乱流を含む内部熱伝導係数に影響を及ぼしている１つまたは複数のパラメータを調整する。例えば、ユーザは以下を行なうことができる。
相対流体温度：接触器に送出される相対流体温度を調整するために熱交換器を使用すること（例えば、熱水対燃料対水蒸気である）。
相対流量：１つまたは複数の送出マニホルドおよび回収器マニホルドの間の接触器１０の１つまたは複数を介して流量の１つまたは複数を調整すること。
内部乱流：乱流を変化させるために内部チューブ壁および／または内部構成部分の表面粗さを調整すること。
図３を参照すると、差分熱膨張を低減するために、ユーザは、熱障壁コーティング３４を設けること、熱障壁コーティング３４の厚さを調整すること、または、障壁コーティング材料の熱伝導率を調整することの１つまたは複数を含めて、接触器チューブ１０を介して流れる燃焼ガスと流体の間のチューブ壁３０の熱伝導率を調整することができる。
図３を参照すると、いくつかの構成において差分熱膨張を低減するために、ユーザは、接触器チューブ１０への外部熱伝導を低減する。ユーザは、接触器チューブ１０を介して流れる熱希釈剤９０７のフィルムを設けることができる。熱希釈剤のこのフィルムは上流の希釈剤噴出孔を配向することにより形成することができ、接触器チューブの周囲で下流に流れ戻る希釈剤をもたらす。このフィルムは、熱希釈剤９０７の噴流が接触器チューブ１０を介して下流に流れるように希釈剤噴出孔を下流に差し向けることにより同様に形成することができる。図２８をさらに参照すると、熱フィン３６は、下流の燃焼の輻射から接触器１０またはチューブフィンライナ６１を保護するために使用することができる。
〔保護的腐食障壁〕
図３を参照すると、ユーザは、燃料中の研磨性成分から接触器チューブ１０を保護するための機械的保護的研磨または腐食障壁コーティング３５を設けることができる。このような研磨障壁コーティング３５は、かなりの量の灰分を持つ重油を使用する時に一般に設けられている。このようなコーティングは、直接接触器１０を介して流れる第２の流体中の微粉炭などの流動化粉体を含む燃料流体を送出する時に特に重要である。このようなコーティングは、直接的なぶつかりに対して保護するためにチューブの上流側に中心的に配向される。このコーティングは、腐食し易い接触器の周囲の他の領域を覆っても設けられる。
図３を参照すると、ユーザは、燃料中の研磨性成分から接触器チューブ１０を保護するための機械的保護的研磨または腐食障壁コーティング３５を設けることができる。このような研磨障壁コーティング３５は、かなりの量の灰分を持つ重油を使用する時に一般に設けられている。このようなコーティングは、直接接触器１０を介して流れる第２の流体中の微粉炭などの流動化粉体を含む燃料流体を送出する時に特に重要である。このようなコーティングは、直接的なぶつかりに対して保護するためにチューブの上流側に中心的に配向される。このコーティングは、腐食し易い接触器の周囲の他の領域を覆っても設けられる。
〔柔軟な供給チューブ〕
燃焼は燃焼器ライナ６０を加熱し、このことは、流体ダクトおよび／または圧力容器を基準とした差分膨張を引き起こす。図１を参照すると、ユーザは、好ましくは、様々な実施形態において、燃焼器５６内の燃料マニホルド２４２に燃料流体を供給するための曲線経路に好ましくは構成された柔軟な供給チューブ５４を設ける。燃料マニホルド２４２のない構成において、曲線の柔軟な供給チューブ５４は、分散燃料接触器チューブ１１に直接的に燃料流体を送出することができる。曲線経路は、好ましくは、経験される最大差分熱膨張を直ちに収容できる螺旋形または蛇行形の部分を含む。いくつかの実施形態において、同様の柔軟な供給チューブ５４も、希釈剤流体マニホルド２４４または熱希釈剤分散接触器チューブ１４に希釈剤流体を送出するために使用される。図５２を参照すると、柔軟な供給チューブ５４は、振動させられているアレイに流体を送出するために使用することができる。このような柔軟なチューブは、チューブアレイのこのような差分膨張または振動もしくは制御された発振を収容することができる。
燃焼は燃焼器ライナ６０を加熱し、このことは、流体ダクトおよび／または圧力容器を基準とした差分膨張を引き起こす。図１を参照すると、ユーザは、好ましくは、様々な実施形態において、燃焼器５６内の燃料マニホルド２４２に燃料流体を供給するための曲線経路に好ましくは構成された柔軟な供給チューブ５４を設ける。燃料マニホルド２４２のない構成において、曲線の柔軟な供給チューブ５４は、分散燃料接触器チューブ１１に直接的に燃料流体を送出することができる。曲線経路は、好ましくは、経験される最大差分熱膨張を直ちに収容できる螺旋形または蛇行形の部分を含む。いくつかの実施形態において、同様の柔軟な供給チューブ５４も、希釈剤流体マニホルド２４４または熱希釈剤分散接触器チューブ１４に希釈剤流体を送出するために使用される。図５２を参照すると、柔軟な供給チューブ５４は、振動させられているアレイに流体を送出するために使用することができる。このような柔軟なチューブは、チューブアレイのこのような差分膨張または振動もしくは制御された発振を収容することができる。
〔支持体および膨張に対する流体接続〕
燃焼ライナの大きな熱膨張を収容するために、ユーザは、好ましくは、ライナを、１つの軸に沿ったかなり硬く、あるいは、堅固な断面領域を介して周囲の圧力容器に接続する。ライナの残り部分は、この支持体の位置に対して燃焼器の上下に膨張することが可能である。屈曲または滑動により熱膨張を収容する他のライナ支持体は、上流および下流に設けることができる。
燃焼ライナの大きな熱膨張を収容するために、ユーザは、好ましくは、ライナを、１つの軸に沿ったかなり硬く、あるいは、堅固な断面領域を介して周囲の圧力容器に接続する。ライナの残り部分は、この支持体の位置に対して燃焼器の上下に膨張することが可能である。屈曲または滑動により熱膨張を収容する他のライナ支持体は、上流および下流に設けることができる。
燃料含有流体および希釈剤含有流体のマニホルドまたは下位マニホルドは、好ましくは軸に沿った共通の位置の近くの圧力容器を介して通過される。圧力容器を介して流体通路を通過させるための軸に沿ったこの位置は、好ましくは燃焼器ライナが支持されている位置の近くである。軸に沿ったこの位置から、曲線柔軟供給チューブ５４は、燃焼器内の接触器アレイに接続するように構成されている。
〔形態係数輻射遮蔽〕
様々な凹面アレイ実施形態２６２または２６１において、各分配チューブ自体は、自身が形成する形態係数遮断により、および、燃焼器ライナ６０（「壁」）からの高温ガスの機械的分離により火炎の輻射から壁を遮蔽する。（例えば、図２８を参照。）ユーザは、好ましくは、２つ以上の燃料流体および冷却希釈剤通路を多通路チューブ内に設ける。（例えば、図３１を参照。）
様々な凹面アレイ実施形態２６２または２６１において、各分配チューブ自体は、自身が形成する形態係数遮断により、および、燃焼器ライナ６０（「壁」）からの高温ガスの機械的分離により火炎の輻射から壁を遮蔽する。（例えば、図２８を参照。）ユーザは、好ましくは、２つ以上の燃料流体および冷却希釈剤通路を多通路チューブ内に設ける。（例えば、図３１を参照。）
必要に応じて、ユーザは、穿孔分配チューブの軸に沿った寸法を楕円形、卵型、または、より空気力学的な形状の形に延長する。このことは、火炎により見られる断面積（「形態係数」）を増大させる。凹面構成において、このような延伸は、燃焼の輻射からの燃焼の壁またはライナの固有遮蔽を増大させる。軸に沿ったこの延長は、流線型化も増大させ、かつ、抗力、圧力降下、および、流体ポンプ作業費用を低減する。このことは、希釈剤の気化に対して燃料の気化を増加させ、ならびに、輻射遮蔽を増加させる。（例えば、図３１を参照。）
いくつかの構成において、ユーザは、中間接続ウェブ補強体４２を備えた２つの通路を形成する。（例えば、図２９を参照。）修正された構成において、ユーザは、チューブの分離をさらに延長し、かつ、近接するウェブ補強体４２により提供された火炎と燃焼器壁５９またはライナ６０の間の輻射遮蔽を高める。修正された構成において、ユーザは、軸に沿って流れる第２の流体により冷却を増大させるために穿孔ウェブ４４を使用する。
このようなウェブ補強体輻射遮蔽４２、４４は、熱フィンとして機能し、近接する通路を通過する流体に、および、チューブ通路２２２およびウェブ補強体４２を横断する酸化剤流体に回収し戻された輻射されたエネルギーの大きな部分を回収および返却する。
ユーザは、２つの通路および１つ、２つ、または、３つのスペーサまたはフィンをさらに形成する。（例えば、図２９、図３３、図３５を参照。）ユーザは、好ましくは、帯状片内に４つの半円区間を形成し、帯状片を折り、かつ、２つの辺を結束部３９で一緒に結束する。このことは、間に構造的なウェブ補強体４２を備えた２つの通路を一般に形成する。いくつかの構成において、ユーザは、例としてこの方法を使用して、２つの通路の上流または下流に１つまたは２つのフィンをさらに設ける。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体分配チューブを冷却するため、および、燃焼熱から燃焼器ライナを遮蔽するため、および、さもなくば燃焼器壁を介して出て行くであろう燃焼熱を回収するために、チューブに、または、チューブ間にフィンを接続する。例えば、ユーザは、好ましくは、各チューブの上流および／または下流部分に、または、（上記に説明したように）各単一または合同燃料冷却希釈剤チューブに、それらのチューブの横方向断面をさらに拡張するため、および、輻射遮蔽としての有効性を増大させるためにフィン補強体４０または輻射遮蔽体を装着する。（例えば、図３２から図３７を参照。）このことは、チューブに横方向に流れている第２の流体の抗力により作り出された曲げモーメントに対してチューブを補強するうえでさらに役立つ。
いくつかの実施形態において、ユーザは、フィン補強体チューブ４６を形成するための輻射遮蔽を形成するフィン補強体４０、ウィング、または、ウェブ補強体４２に１つの側面において装着された流体通路を備えた流線型または空気力学的な分配チューブ１０を形成するために、チューブの１つの側面内に流体通路を形成し、かつ、他の側面を平たくつぶす。（例えば、図３２を参照。）
図３３を参照すると、ユーザは、共通二連通路接触器チューブ１６のいずれかの側面上に２つのフィン補強体４０を形成するために、チューブに補強体４０を装着する方法を使用することができる。これらのフィンの付いた拡張部分は、火炎に対する輻射遮蔽として機能することができ、かつ、チューブを介して流れる冷却希釈剤ならびにチューブおよびフィンにわたり流れる酸化剤流体にそのエネルギーを流すことができる。（例えば、図３３を参照。）図３５を参照すると、ユーザは、第２のフィン補強体チューブ４６または上流もしくは下流のいずれかの他のチューブとのフィン補強体チューブ接触器４６の組み合わせを設けることができる。
図３４を参照すると、ユーザは、フィン補強体４０を輻射遮蔽として機能させるために接触器チューブ１０に追加する（図２９に示す如くの）方法をさらに拡張することができる。ユーザは、２つのチューブ通路を接合する穿孔ウェブ補強体４４を設けることができる。ユーザは、ウェブ補強体４４により接合された通路の上流および／または下流にフィン補強体４０を装着することによりウェブ補強体４４を１つまたは双方の通路の他の側面上に拡張することができる。
ユーザは、好ましくは、Ｖ字型（または、Ｕ字型）拡張部分をフィン補強体４０としてチューブの上流または下流端部の１つまたは双方に装着する。（例えば、図３６および図３７を参照。）このような拡張部分は、大きな構造的曲げ強さおよび流線形状の双方を追加する。他の構成において、ユーザは、より低い費用を提供する単純なフィン補強体４０を追加する。（例えば、図３３を参照。）
ユーザは、好ましくは、帯状片を取り、その帯状片をチューブに成形し、かつ、続いて、熱フィン、補強体、および／または、輻射遮蔽を形成するためにその拡張部分を曲げ戻すことにより１つのフィン補強体４０を備えた遮蔽チューブを形成する。（例えば、図３６を参照。）この組立体は、好ましくは帯状片のエッジがその帯状片の他の部分と接触する２つの線に沿って結束される。
図３７を参照すると、ユーザは、２つのフィン補強体４０を備えた二連フィン補強体チューブ４８を同様に形成することができる。この組立体は、好ましくは帯状片のエッジがこの帯状片の他の部分と接触する４つの線に沿って結束される。流体通路の各外側チューブ壁３０は、１つの帯状片のみの厚さを有し、そのため、ユーザは小さな噴出孔を形成するために同通路を穿孔することができる。
〔絶縁コーティング〕
高エネルギー流体９２０の許容温度を上昇させるために、ユーザは、好ましくは、燃料流体および希釈剤分配チューブ配管を保護高温絶縁セラミック（「障壁」）コーティング３４でコーティングする。コーティング３４は、好ましくは下にある金属を腐食から保護し、かつ、高エネルギー流体９２０から金属壁温度への温度降下を増大させるように設計される。このようなコーティング３４は、タービンのブレード４５０および羽根をコーティングするために使用されているものと同様である。
高エネルギー流体９２０の許容温度を上昇させるために、ユーザは、好ましくは、燃料流体および希釈剤分配チューブ配管を保護高温絶縁セラミック（「障壁」）コーティング３４でコーティングする。コーティング３４は、好ましくは下にある金属を腐食から保護し、かつ、高エネルギー流体９２０から金属壁温度への温度降下を増大させるように設計される。このようなコーティング３４は、タービンのブレード４５０および羽根をコーティングするために使用されているものと同様である。
輻射加熱および燃料流体ラインおよび噴射器のコーキングまたは間詰まりを低減するために、ユーザは、好ましくは、燃料流体ラインおよび噴射器を熱障壁コーティング３４で絶縁する。ユーザは、火炎に最も近いチューブアレイおよびそれの火炎に対面する部分を特にコーティングする。
チューブは、高温ガスからチューブを保護するためにコーティングすることができる。上流および下流の双方の側のコーティングは、チューブ全体をより均一な温度に保つことができ、熱膨張または分布を低減する。しかし、火炎に最も近い側のコーティングは最も役立つ。同様に、火炎に近いチューブを除き、全てのチューブ、および、特にそのようなコーティングにより燃料の便益を最も多く搬送するチューブはコーティングすることができる。このようなコーティングは、（燃料または希釈剤などの）流れている流体によっては冷却されない補強体および他の構造体に関しても重要となる。
もし熱障壁コーティングが塗布される前に流体分配噴出孔が形成されたなら、噴出孔は、コーティングが完了した後で加熱または燃焼により除去することができる可溶性または可燃性の材料で保護または充填されるべきである。代案として、もしチューブ配管にコーティングが塗布された後で噴出孔が作成されたなら、コーティングは、噴出孔が掘られる前に除去される必要がある。
ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、所望または必要に応じて、フィン補強体拡張部分４０を熱障壁コーティング３４もしくは同様の絶縁材料でコーティングするか、または、絶縁材料から形成する。（例えば、図３０および図２９を参照。）このようなフィン補強体拡張部分４０は、各チューブの輻射遮蔽係数を増大させ、ならびに、チューブを保護および補強する。
チューブ内の伝導による冷却に加え、チューブを離れる、かつ、気化する小液滴はチューブを流れ過ぎていくガスを、および、結果的にチューブをさらに冷却する。
〔燃焼器ライナ〕
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、燃焼器出口にわたりかなり均一な温度を送出するように燃焼器を構成する。例えば、１に近いパターン係数。このようにするうえで、ユーザは、好ましくは、軸に沿った大きな流体流量、燃焼および高温ガスからの大きな熱束流、温度勾配、および、熱応力に耐えることができる内部燃焼壁または「ライナ」６０を設ける。ユーザは、好ましくは、燃焼からの大きな熱束流に耐えることができる材料の燃焼器流体ダクト壁１３２または燃焼ライナ６０を形成する。例えば、一般に約１，２００Ｋ（約９２７°Ｃまたは１，７０１°Ｆ）より高い出口高エネルギー流体中の平均温度をもたらす燃焼である。より好ましくは、燃焼器壁は、現在の大型タービン燃焼器に対して、約１，６００Ｋ（約１，３２７°Ｃまたは２，４２１°Ｆ）より高い、かつ、より好ましくは約１，８００Ｋ（約１，５２７°Ｃまたは２，７８１°Ｆ）より高い温度を扱う。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、燃焼器出口にわたりかなり均一な温度を送出するように燃焼器を構成する。例えば、１に近いパターン係数。このようにするうえで、ユーザは、好ましくは、軸に沿った大きな流体流量、燃焼および高温ガスからの大きな熱束流、温度勾配、および、熱応力に耐えることができる内部燃焼壁または「ライナ」６０を設ける。ユーザは、好ましくは、燃焼からの大きな熱束流に耐えることができる材料の燃焼器流体ダクト壁１３２または燃焼ライナ６０を形成する。例えば、一般に約１，２００Ｋ（約９２７°Ｃまたは１，７０１°Ｆ）より高い出口高エネルギー流体中の平均温度をもたらす燃焼である。より好ましくは、燃焼器壁は、現在の大型タービン燃焼器に対して、約１，６００Ｋ（約１，３２７°Ｃまたは２，４２１°Ｆ）より高い、かつ、より好ましくは約１，８００Ｋ（約１，５２７°Ｃまたは２，７８１°Ｆ）より高い温度を扱う。
冷媒として使用された過剰空気のほとんどを置換するために、ユーザがかなり均一に分布した希釈剤流体を供給する構成において、ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、燃焼ライナを介して従来は差し向けられていた冷媒空気流の全てまたはほとんどを排除する。これを行なううえで、ユーザは、燃焼器ライナ６０を介して冷却用噴出孔により、かつ、その周囲に従来は形成されていた大きな熱勾配および応力勾配を排除する。
ライナを介した熱希釈剤の冷却流を排除または低減することにより、ユーザは、これにより、燃焼器壁の近くの高エネルギー流体温度の低下を排除または低減する。このことは、平均高エネルギー流体温度を上昇させ、それにより、タービンなどの下流の利用デバイスの熱効率を上昇させる。
ユーザは、燃焼器ライナ６０に対して高温構造材料を使用することができる。例えば、ユーザは、好ましくは、燃焼器ライナ６０を多結晶サファイヤ、単結晶サファイヤ、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、または、他の適した高温材料から形成する。例えば、サファイヤは、大きな強度を有し、かつ、約１，５００°Ｃ以上の温度に耐えることができる。サファイヤの融点は、約２，０５３°Ｃである。サファイヤは、約１，８００°Ｃから約２，０００°Ｃの温度に耐えるとして様々に報告されており、かつ、弾道ミサイルのノーズコーンを形成するために使用されている。このことは、燃焼器ライナを介した大きな空気流および噴出孔のほとんどまたは全てを排除する便益を与える。
代案として、ユーザは、ライナをハスタロイなどの高温合金から形成する。金属ライナを使用して、ユーザは、好ましくは、高温ガスからライナを保護するために熱障壁コーティング（ＴＢＣ）３４を設ける。
図２８を参照すると、ユーザは、燃焼ライナを冷却ダクト１４２で包むことができる。これらのダクトは、好ましくはバネ搭載型である。他の構成において、これらのダクトは、ライナを形成するための冷媒通路６２を備えたチューブフィン６１を使用する。冷媒通路６２は、ライナ内に組み込まれる。ユーザは、所望の温度を超えないように燃焼器ライナの温度を制御するために、これらの冷却ダクトを介して希釈剤流体を供給する。このような冷媒ダクトは、タービン４４０の取入れ口区間により一般に管理されている如くの燃焼器出口１３６（ＴＩＴ）の最高温度を収容することができる。
これらの冷却ダクトは、好ましくはダクトの材料および所望の温度に従って適した希釈剤流体で冷却される。例えば、燃焼器内の上流接触器を介して送出されるべきダクトで流す前の水蒸気をさらに過熱するための水蒸気冷却である。他の構成において、水冷媒は、燃焼器内でより高い温度を可能にするために使用される。
ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、燃焼器５６を介して軸に沿った高速で流走する流体を収容することが可能な燃焼器ライナ６０を設ける。例えば、好ましくは３５ｍ（１１５（４５フィート／秒）より速くである。
修正された構成において、ユーザは、高温を扱うことが可能なリボン壁要素６９を鋳物を覆う重なり合う螺旋形帯内に包むことにより複合燃焼器ライナ６０を形成する。例えば、リボン６９は、好ましくは結晶または多結晶のサファイヤまたは他の適した高温材料の薄いシートから形成される。他の構成において、リボン６９は、高温金属から形成され、かつ、好ましくは熱障壁コーティング３４により被覆される。
高温螺旋リボンは、好ましくは、リボンのより平らな上流部分が放射状に外向きであり、かつ、隣接した巻付け材料のより平らな放射状内向き下流部分と重なり合うように変形Ｓ字型に形成される。（例えば、図３０を参照。）隣接した巻付け材料の内部表面は、互いに位置合わせされ、かなり滑らかな内部表面を形成する。螺旋形に包まれたライナは、好ましくは、放射状に外向きの表面上の螺旋形巻付けリボン６９に結束された多数の補強リブで補強されている。これらの構成は、温度勾配および差分熱膨張を収容するうえで役立てるための柔軟性を提供する。
いくつかの修正において、ユーザは、好ましくは、リボン壁６９を（図示しない）熱希釈剤マニホルドに接続された多数の区間に構成する。加熱された希釈剤は、（図示しない）他の希釈剤回収マニホルドに送出される。したがって、加熱された希釈剤は、上流端部の近くで燃焼器内に送出される。
他の構成において、高温ライナは、優先的に境界を接した、または、重ね合わされた円形リングまたは軸に沿った帯状片から形成される。いくつかの構成において、多数の巻付け材料、帯状片、リングは、隣接した構成部分に周期的に結束されている。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６の断面に対して適切な形状になった一連の絶縁「リング」で燃焼ライナを形成する。ユーザは、好ましくは、適合する曲線形状でリングを形成する。（例えば、「溝の中のトング」である。）ユーザは、好ましくは、リング１５４を互いに対して滑らかに境界を接するように保つために、上流の低温の端部から絶縁燃焼器ライナリング１５４をバネ搭載するために少なくとも１つの軸に沿った絶縁バネ１６０を設ける。そのようなリング１５４は、容易に相対熱膨張を収容する。他の構成において、燃焼器ライナは、くさび１５２またはタイル１５６で作成することができる。ユーザは、絶縁くさび１５２またはタイル１５６を互いに対してきちんと境界を接したままに保つために対応する放射状絶縁バネ１５８を使用する。累積熱応力を低減することにより、ユーザは、連続したライナを使用するよりも実質的に高い熱転移に備える。
いくつかの実施形態において、凹面「喇叭型」３−流体分散接触器２６２は、燃焼器ライナ６０の上流部分の大きな部分を実質的に遮蔽する。したがって、ユーザは、好ましくは、従来のシステムにおけるよりもダクトのその遮蔽された部分に対するより低い温度要件を持つダクト壁１３２または燃焼器ライナ６０を使用する。
〔保護的熱絶縁〕
高温タービン４４０のいくつかの世代に対する燃焼器出口１３６の温度（「タービン取入れ口温度」、ＴＩＴ）は、一般の構造金属の運転強度を超えており、かつ、新奇な高温材料の限界を押し上げている。例えば、「Ｅ」クラスのタービンに対する約１，１００°Ｃから、ＧＥ社のＨクラスタービンにおいて同社により所望されている約１，４４０°Ｃから約１，５２５°Ｃの火炎温度までである。航空機エンジンは、約１００Ｋ高い温度で動作する。タービンブレードの超合金の最高運転温度は、そのような運転温度を時間とともに幾分か上昇させる技術を使用して約１，１００°Ｃである。このような高い運転温度が必要または所望である場合、ユーザは、好ましくは、燃焼および高エネルギー流体９２０に露出されている構成部分、特に構造的構成部分を冷却および絶縁する。
高温タービン４４０のいくつかの世代に対する燃焼器出口１３６の温度（「タービン取入れ口温度」、ＴＩＴ）は、一般の構造金属の運転強度を超えており、かつ、新奇な高温材料の限界を押し上げている。例えば、「Ｅ」クラスのタービンに対する約１，１００°Ｃから、ＧＥ社のＨクラスタービンにおいて同社により所望されている約１，４４０°Ｃから約１，５２５°Ｃの火炎温度までである。航空機エンジンは、約１００Ｋ高い温度で動作する。タービンブレードの超合金の最高運転温度は、そのような運転温度を時間とともに幾分か上昇させる技術を使用して約１，１００°Ｃである。このような高い運転温度が必要または所望である場合、ユーザは、好ましくは、燃焼および高エネルギー流体９２０に露出されている構成部分、特に構造的構成部分を冷却および絶縁する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、火炎に露出されている燃焼室内の表面の少なくとも幾分かを覆うために保護セラミック熱障壁コーティング（「ＴＢＣ」）コーティング３４を設ける。このコーティングは、基板を腐食から保護し、かつ、周囲の流体への輻射熱伝導を強化する高温輻射表面を形成する。
〔高温絶縁〕
ユーザは、好ましくは、多くの構成において、燃焼器ライナ６０と周囲の圧力容器１７０の間に高性能高温絶縁１５０を設ける。（例えば、図４４および図２８を参照。）絶縁材料は、好ましくは燃焼器ライナ６０または燃焼室４２４内の温度を収容する。例えば、ユーザは、好ましくは、約１，７９８Ｋ（約１，５２５°Ｃまたは２，７７７°Ｆ）の燃焼器高エネルギー流体９２０の温度に対して約１，９２２ＫＦ（約１，６４９°Ｃまたは３，０００°Ｆ）での持続動作が可能な繊維状または発泡アルミナタイプの絶縁を使用する。このような絶縁は、好ましくは、費用を削減するためにより低い温度に対する珪酸アルミナまたは同様の材料と混合される。より高温に対して、ユーザは、好ましくは、スペースシャトルのタイルに使用されているようなジルコニアまたは同様の材料を使用する。
ユーザは、好ましくは、多くの構成において、燃焼器ライナ６０と周囲の圧力容器１７０の間に高性能高温絶縁１５０を設ける。（例えば、図４４および図２８を参照。）絶縁材料は、好ましくは燃焼器ライナ６０または燃焼室４２４内の温度を収容する。例えば、ユーザは、好ましくは、約１，７９８Ｋ（約１，５２５°Ｃまたは２，７７７°Ｆ）の燃焼器高エネルギー流体９２０の温度に対して約１，９２２ＫＦ（約１，６４９°Ｃまたは３，０００°Ｆ）での持続動作が可能な繊維状または発泡アルミナタイプの絶縁を使用する。このような絶縁は、好ましくは、費用を削減するためにより低い温度に対する珪酸アルミナまたは同様の材料と混合される。より高温に対して、ユーザは、好ましくは、スペースシャトルのタイルに使用されているようなジルコニアまたは同様の材料を使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼ライナを絶縁くさび１５２、リング１５４、または、タイル１５６で形成する。（例えば、図６９から図７１を参照。）燃焼器６０の円筒形または同様の内部構成において、くさび１５２またはタイル１５６は、より狭い内部周長およびより広い外部周長を一般に有する。（例えば、図７０を参照。）このような構成は、当然、くさび１５２またはタイル１５６を周上に所定の位置に保持する。絶縁を所定の位置にさらに保持するために、ユーザは、好ましくは、絶縁の横方向側面を「溝の中のトング」板エッジと同様の原理で適合する凹面／凸面形状に成形する。（例えば、図７０および図７１を参照。）
修正された構成において、ユーザは、好ましくは、絶縁くさび１５２またはタイル１５６と周囲の圧力容器１７０の間にバネ搭載を設ける。絶縁リング１５４に対して、ユーザは、好ましくは、熱膨張を収容する一方、リング間通路をきつく保つための軸に沿ったバネ搭載を設ける。絶縁１５０は、異なる比率で膨張および収縮し、かつ、周囲の圧力容器１７０より多く加熱される。
いくつかの構成において、ユーザは、絶縁タイル１５６を使用する。ユーザは、好ましくは、絶縁タイル１５６を支持するため、または、冷媒チューブもしくは圧力容器１７０に絶縁タイル１５６を結束するための冷媒チューブに対する留め金を設ける。
〔圧力容器の冷却〕
様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器および高温高エネルギー流体から圧力容器１７０および他の燃焼器構成部分を保護するために絶縁および／または冷却システム１７８を設ける。（例えば、図２８、６９から図７１を参照。）ユーザは、熱損失（利得）をさらに低減し、効率を改善し、かつ、人間を保護するために高温（または、低温）構成部分の外部も絶縁する。例えば、ユーザは、好ましくは、圧力容器１７２の外に絶縁１５０を設け、かつ、圧力容器に隣接してフィン付き冷却チューブ１４８を設置する。
様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器および高温高エネルギー流体から圧力容器１７０および他の燃焼器構成部分を保護するために絶縁および／または冷却システム１７８を設ける。（例えば、図２８、６９から図７１を参照。）ユーザは、熱損失（利得）をさらに低減し、効率を改善し、かつ、人間を保護するために高温（または、低温）構成部分の外部も絶縁する。例えば、ユーザは、好ましくは、圧力容器１７２の外に絶縁１５０を設け、かつ、圧力容器に隣接してフィン付き冷却チューブ１４８を設置する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において外部圧力容器１７０の隣に希釈剤流体をダクトで流す。希釈剤流体の温度および流量は、好ましくは圧力容器１７０を標準ＡＳＭＥ圧力容器条件内に保つために制御される。したがって、加熱された希釈剤は、好ましくは、燃焼器壁５９を介して失われた熱を高エネルギー流体に戻すために燃焼室５６にダクトで流される。
ユーザは、好ましくは、圧力容器１７０の内部に沿って冷却熱希釈剤ダクト１４２を設ける。（例えば、図７０を参照。）ユーザは、圧力容器１７０の内部の周囲に横方向に冷却ダクト１４２を巻き付ける。同様に、ユーザは、バネ搭載冷却ダクト１４２が圧力容器１７０の内部壁に沿って軸に沿って定置されることを規定する。これらの方法は、圧力容器１７０の内部を冷却し、好ましくは、外部を冷却することによるよりも圧力容器に対して低い平均温度の便益を提供する。他の構成において、ユーザは、圧力容器１７０の周囲にバネ搭載冷却ダクト１４２を巻き付ける。（例えば、図７１を参照。）
冷却ダクト１４２は、好ましくは圧力容器１７０との、および、圧力容器と絶縁の間の接触面積を増大させる延長フィンまたは「平坦な」接触表面を有する。このことは、冷却ダクトと圧力容器１７０の間の熱伝導に役立つ。ユーザは、好ましくは、良好な接触を確実にするために幾分かのバネ搭載下方張力を設けるために、この冷媒ダクト１４２に軸に沿った、または、同様の幾分かの曲げ込みを設ける。
〔内部燃焼器ライナ壁に沿った冷却ガス流〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器ライナ６０に隣接した燃料流体分配器の周囲に流体流路を設ける。この流路は燃焼器ライナ６０に沿って冷却流体流を送出する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器ライナ６０に隣接した燃料流体分配器の周囲に流体流路を設ける。この流路は燃焼器ライナ６０に沿って冷却流体流を送出する。
様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器ライナを冷却および保護するために、燃焼器ライナ６０の放射状に内側の壁に沿って希釈剤流体を送出するための分散穿孔チューブを使用する。ユーザは、燃焼器壁５９への燃料流体分配チューブ配管の外部エッジ間に熱希釈剤分配接触器の周辺区間を設けることができる。ユーザは、この周辺接触器を介して液体希釈剤をさらに送出することができる。この冷却分配チューブ配管を介した酸化剤含有流体は、燃焼器壁５９またはライナ６０に沿って放出された液体液滴を混入する。
ユーザは、内部燃焼器壁５９に沿って窒素も送出し、または、汚れた燃焼ガスを再循環もすることができる。このことは、燃焼を妨害し、かつ、燃焼器ライナ６０に沿ったガス温度を制限する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、基部金属温度を第１の規定されたレベル未満に、かつ、したがって、最大壁温度を第２の規定されたレベル未満に維持するために、この周辺冷却区画内の液体／ガス比を制御する。
Ｇｉｎｔｅｒへの米国特許第５６１７７１９号明細書、米国特許第５７４３０８０号明細書、および、米国特許第６２８９６６６号明細書は、燃焼器ライナ６０の外部壁に沿って酸化剤含有流体をダクトで、および、他の流体ダクトによりライナを取り囲んで流すことを教示した。同特許は、燃焼器ライナ６０の外部壁を流れ過ぎる流体中に希釈剤流体を送出することをさらに教示した。本発明のいくつかの実施形態において、希釈剤流体は、ライナを冷却するためにライナの外部（放射状に外向きの）壁を伝ってダクトで流される。希釈剤流体は、好ましくはライナ６０に平行な直接流体接触器１４を介して送出される。したがって、加熱された希釈剤流体は、燃焼室４２４に導入される。代案として、希釈剤流体は、ライナ６０自体内でダクトで流される。（例えば、図２８、図３０を参照。）
〔冷却されたチューブフィン複合燃焼ライナ〕
図２８を参照すると、いくつかの実施形態において、冷却されたライナを構成する。例えば、ユーザは、好ましくは、希釈剤流体通路を有するフィン付きチューブフィンライナ６１を使用する複合燃焼器ライナを形成する。このライナは、好ましくは燃焼器の最高温領域に少なくとも沿って設けられる。例えば、分散接触器の下流端部を燃焼のほとんどの少なくとも下流に形成する。図３０を参照すると、混成複合チューブフィンライナ６１は、好ましくは上流側および下流側で希釈剤流体チューブに接続された熱伝導性フィン６６を備えたチューブフィン流体通路６２を含む。
図２８を参照すると、いくつかの実施形態において、冷却されたライナを構成する。例えば、ユーザは、好ましくは、希釈剤流体通路を有するフィン付きチューブフィンライナ６１を使用する複合燃焼器ライナを形成する。このライナは、好ましくは燃焼器の最高温領域に少なくとも沿って設けられる。例えば、分散接触器の下流端部を燃焼のほとんどの少なくとも下流に形成する。図３０を参照すると、混成複合チューブフィンライナ６１は、好ましくは上流側および下流側で希釈剤流体チューブに接続された熱伝導性フィン６６を備えたチューブフィン流体通路６２を含む。
ユーザは、好ましくは、燃焼器チューブフィンライナ６１を形成するためにフィン付きチューブを螺旋形の形に巻く。チューブ間隔は、好ましくは壁温度の動作による最大変化を収容するために十分な１つのフィンの端部と隣のチューブの間に膨張隙間を提供する。ユーザは、好ましくは、希釈剤流体を燃焼区画内の流体にチューブフィン冷媒通路６２を介して対向流の形でダクトで流す。チューブフィンライナ冷媒通路６２の上流端部は、好ましくは１つまたは複数の希釈剤送出流体マニホルドに接続される。他の構成において、チューブフィン通路６２は、順流の形でダクトで流される。
図３０を参照すると、燃焼に向かったチューブフィンライナ６０のフィンおよびチューブの１つまたは双方の側面は、好ましくは熱障壁コーティング３４でコーティングされる。熱障壁コーティング３４の厚さは、好ましくは、差分熱膨張によるチューブフィンライナ６１と熱障壁コーティング３４の間の界面における熱誘発応力を制御するために、チューブフィンライナ６１の軸に沿った長さおよび温度上昇に比例して調整される。
希釈剤流体チューブ１４は、好ましくは、放射方向の深さを低減し、かつ、軸に沿った網羅範囲を増大するためにいくつかの実施形態において平らにつぶされるか、または、延伸される。放射状に内側の下流フィンは、好ましくは粗さおよび抗力を低減するためにチューブの放射状に最も内側の区間と一線上となる。放射状に外向き（好ましくは上流の）フィンおよび同フィンの熱障壁コーティング３４は、好ましくは、隣接したチューブ／フィンライナ６１の放射状に内向き（好ましくは下流の）フィンを収容するために十分に放射状に外向きにずらされる。
このことは、好ましくは高速ガス流に対する実質的に「水平な」内部表面を提供する。ユーザは、好ましくは、所望または必要に応じて、動作中の温度が変化するに従った燃焼器５６の内部または流体ダクト１３０と外部圧力容器１７０の間の差分膨張の幾分か、または、全てを収容するために、１つのチューブのフィンと隣接したチューブの間に小さな隙間を設ける。
このような実施形態において、少なくとも１つ、かつ、好ましくは３つの軸に沿ったチューブ／フィン補強リブ７０は、好ましくは巻かれたチューブ／フィンライナ６１の放射状に外向きの側面に装着される。修正された構成において、このようなチューブ／フィン補強リブ７０は、巻かれたチューブ／フィンライナの螺旋形の円柱に横方向に螺旋形の形で巻かれる。補強リブ７０は、好ましくは燃焼器ライナ６０またはチューブ／フィンライナ６１に構造的支持を与えるために圧力容器１７０に延長され、かつ、装着される。いくつかの構成において、補強リブ７０は、差分熱膨張を収容するために所望または必要に応じて屈曲能力を与えるために曲げ込みをさらに含む。
周期的に重なり合ったチューブおよびフィンならびに補強リブ７０のこのような構成は、燃焼器が加熱および冷却されるに従った軸に沿った、かつ、周上の直ちの屈曲を提供する一方、燃焼器ライナ６０またはチューブ／フィンライナ６１に対して構造的な支持を提供する。このような構造は、迅速な起動および停止において経験される可能性のある非常に急速な加熱および冷却速度を収容するための能力を組み込む。
他の構成において、フィン付きチューブは、円筒形円弧に形作られ、かつ、軸に沿った１つまたは複数の流体マニホルド２４０に接続される。逆に、フィン付きチューブは、軸に沿って構成し、かつ、１つまたは複数の周上流体マニホルド２４０に接続することもできる。
修正された実施形態において、本明細書に説明されているチューブ／フィンは、ライナを冷却するために（放射状に外向きの）高温絶縁燃焼ライナ６０の周囲に巻かれる。ライナは、好ましくは良好な温度および熱ショック特性を持つムライトまたは同様の高温セラミックで作成される。
このような構成において、チューブ／フィンは、好ましくはフィンに垂直な変動する曲線で形成される。このような折り畳まれたフィン付きチューブは、好ましくは軽い張力で内部絶縁ライナの周囲に巻かれる。絶縁ライナおよびチューブ／フィンライナが加熱されるに従い、チューブ／フィンライナは、典型的に絶縁ライナより速く膨張する。曲線は、好ましくは絶縁ライナと巻かれたチューブ／フィンライナの間の動作による最大差分熱膨張を収容するために十分に予備張力が加えられる。
〔ライナ支持体〕
いくつかの構成において、燃焼器ライナ６０は、好ましくはチューブ／フィンアレイ支持体７２を備えた外部周囲圧力容器１７０に対して支持され、かつ、接続されている。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、曲げ込み、螺旋コイル、または、同様の構成でこれらの柔軟な支持体を構成する。これらの支持体は、システムが加熱および冷却されるに従った差分熱膨張を収容するための屈曲を提供する。他の実施形態において、絶縁ライナは、希釈剤流体を搬送する冷却チューブで同ライナを巻くことにより冷却される。
いくつかの構成において、燃焼器ライナ６０は、好ましくはチューブ／フィンアレイ支持体７２を備えた外部周囲圧力容器１７０に対して支持され、かつ、接続されている。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、曲げ込み、螺旋コイル、または、同様の構成でこれらの柔軟な支持体を構成する。これらの支持体は、システムが加熱および冷却されるに従った差分熱膨張を収容するための屈曲を提供する。他の実施形態において、絶縁ライナは、希釈剤流体を搬送する冷却チューブで同ライナを巻くことにより冷却される。
〔音響圧力の減衰〕
燃焼器５６内の圧力発振は、重大な破損または疲労を引き起こすことがある。図３０を参照すると、隙間は、好ましくは音響圧力発振に対して減衰をもたらすために燃焼器チューブ／フィンライナ６１の重なり合うフィン間に構成される。（例えば、図３０を参照。）ユーザは、好ましくは、隣接したチューブからの重なり合うフィン間に減衰室を設けるために少なくとも放射状に内向きの（好ましくは下流の）フィン６２を皺を寄せる、または、「襞を寄せる」。例えば、襞付きフィン６２と平面フィン６４の間、または、２つの襞付きフィン６２の間である。（例えば、図２９を参照。）圧力発振は、大きな音響減衰をもたらす重なり合うフィン間に形成された通路の内外に高エネルギー流体９２０を移動させる。圧力の大きさは、好ましくは、特により高い周波数での主共鳴を減衰するために調整される。襞寄せは、チューブ／フィンの上流側と下流側の間の差分熱膨張をさらに収容する。
燃焼器５６内の圧力発振は、重大な破損または疲労を引き起こすことがある。図３０を参照すると、隙間は、好ましくは音響圧力発振に対して減衰をもたらすために燃焼器チューブ／フィンライナ６１の重なり合うフィン間に構成される。（例えば、図３０を参照。）ユーザは、好ましくは、隣接したチューブからの重なり合うフィン間に減衰室を設けるために少なくとも放射状に内向きの（好ましくは下流の）フィン６２を皺を寄せる、または、「襞を寄せる」。例えば、襞付きフィン６２と平面フィン６４の間、または、２つの襞付きフィン６２の間である。（例えば、図２９を参照。）圧力発振は、大きな音響減衰をもたらす重なり合うフィン間に形成された通路の内外に高エネルギー流体９２０を移動させる。圧力の大きさは、好ましくは、特により高い周波数での主共鳴を減衰するために調整される。襞寄せは、チューブ／フィンの上流側と下流側の間の差分熱膨張をさらに収容する。
このような隙間または皺寄せがチューブ／フィンライナ６１に構成された場合、ユーザは、好ましくは、フィンに対する熱利得を低減し、かつ、冷却ダクトが設計温度を維持することを可能にするために、熱障壁コーティングをそのフィンの内側に拡張する。
〔〔火炎ホルダ／点火決定器〕〕
図１を参照すると、様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体と酸素の可燃混合物に点火するために少なくとも１つの「火炎ホルダ」１００（「火炎安定化器」、「点火決定器」、または、「点火用バーナ」）を設ける。（例えば、図２８、図４４、図５２、図５４、図６７などを参照。）火炎ホルダ１００は、好ましくは周囲の可燃混合物の高信頼性の燃焼を確実にするために進行中の点火源を設ける。
図１を参照すると、様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体と酸素の可燃混合物に点火するために少なくとも１つの「火炎ホルダ」１００（「火炎安定化器」、「点火決定器」、または、「点火用バーナ」）を設ける。（例えば、図２８、図４４、図５２、図５４、図６７などを参照。）火炎ホルダ１００は、好ましくは周囲の可燃混合物の高信頼性の燃焼を確実にするために進行中の点火源を設ける。
〔３−流体火炎ホルダ〕
図７２を参照すると、ユーザは、点火権威者に、好ましくは、酸化剤、燃料、および、希釈剤を混合し、かつ、燃焼させる「３−流体火炎ホルダ」を形成するための点火用燃料流体送出システム３７２、点火用熱希釈剤送出システム３７３、および、点火用酸化剤流体送出システム４１８を設ける。ユーザは、好ましくは、点火用燃焼の温度を制御し、かつ、点火用燃焼の強度および温度の低減、ならびに、ＮＯｘ形成の低減を含む本明細書に説明されている長所のいくつかを提供するように希釈剤送出を含む火炎ホルダを構成する。
図７２を参照すると、ユーザは、点火権威者に、好ましくは、酸化剤、燃料、および、希釈剤を混合し、かつ、燃焼させる「３−流体火炎ホルダ」を形成するための点火用燃料流体送出システム３７２、点火用熱希釈剤送出システム３７３、および、点火用酸化剤流体送出システム４１８を設ける。ユーザは、好ましくは、点火用燃焼の温度を制御し、かつ、点火用燃焼の強度および温度の低減、ならびに、ＮＯｘ形成の低減を含む本明細書に説明されている長所のいくつかを提供するように希釈剤送出を含む火炎ホルダを構成する。
図７２を参照すると、ユーザは、好ましくは、３−流体火炎ホルダ１００に送出される点火用希釈剤流体９０８として水蒸気（または水）を使用する。ユーザは、好ましくは、約１．５以下の酸化剤／燃料比ラムダを得、かつ、燃焼の強度および温度を低減するための水蒸気希釈剤を送出するように点火用酸化剤流体９０６の点火用酸化剤流体送出および点火用燃料９０２の点火用燃料流体送出を構成する。水蒸気希釈剤は、高温点火用ガス中にかなりの量のＯＨラジカルを発生する。高温点火用流体は、好ましくは約１，３００Ｋと約１，９００Ｋ（１，０２７°Ｃと１，６２７°Ｃ、または、１，８８０°Ｆと２，９６０°Ｆ）の間で形成される。このことは、点火および燃焼に役立つ一方、主なＮＯｘ形成を回避するための良好な濃度のＯＨおよび炭化水素ラジカルをもたらす。
〔凹面再差向け器火炎ホルダ〕
図７３に示されているいくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、２つの逆向きの内部凹面再差向け器本体１０３を設ける。これらの凹面逆向き再差向け器１０３は、外部の軸に沿った流体流の存在下での内部渦をトラップし、かつ、安定化させるための効率的な手段を提供する。曲線表面を好ましくは備えた外部シュラウド１２２は、好ましくは本体を流線型化し、したがって、火炎ホルダを介して流れる第２の流体による圧力降下を低減する。流線型シュラウド１２２のこれらの外部凸面表面は、ベルヌイ効果により横方向ポートの外側の圧力をさらに低減し、高温ガスを外側に引き出す。
図７３に示されているいくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、２つの逆向きの内部凹面再差向け器本体１０３を設ける。これらの凹面逆向き再差向け器１０３は、外部の軸に沿った流体流の存在下での内部渦をトラップし、かつ、安定化させるための効率的な手段を提供する。曲線表面を好ましくは備えた外部シュラウド１２２は、好ましくは本体を流線型化し、したがって、火炎ホルダを介して流れる第２の流体による圧力降下を低減する。流線型シュラウド１２２のこれらの外部凸面表面は、ベルヌイ効果により横方向ポートの外側の圧力をさらに低減し、高温ガスを外側に引き出す。
これらの内側に凹面の再差向け器１０３は、好ましくは、火炎ホルダ１００内の再循環ガスを少なくとも部分的に囲い込み、かつ、光学的に取り囲む内部空洞の一部を形成する。これらの高温の逆向きまたは囲い込み表面は、強化された内部輻射束流を備えた（すなわち、「黒体」に近い）「灰色体」を形成する。このことは、燃料流体の気化、熱平衡、および、燃焼を改善する。
修正された実施形態において、ユーザは、２つの逆向き再差向け器１０３に、それらの間に隙間を定置する。他の変形において、ユーザは、本明細書に説明されている火炎ホルダ１００の便益の幾分かを得るために渦発生体に対抗するものとして１つの内部的に凹面の再差向け器１０３を設ける。
いくつかの実施形態において、ユーザは、火炎ホルダ１００の縦方向軸などの周囲の回転の２つの表面を形成するために、逆向きのＣ字型曲線を取り、かつ、これらの曲線をずれた軸の周囲に延長することにより内部的に凹面の再差向け器表面を形成する。火炎ホルダ１００は、好ましくは第２の流体ダクトに平行な自身の縦方向軸と配向される。例えば、互いに対面する凹面内部表面を備えた２つの逆向きの傘に類似する。（例えば、図７２、図７３、図７４、および、図７５を参照。）
図７２および図７３を参照すると、いくつかの実施形態において、内部に凹面に湾曲した表面１０３の上流および下流の外部表面は、上流の酸化剤流体吸入ポート１０７および下流高温ガス出口ポート１１４を交番して扇型に作成することができる。（例えば、図７２および図７３を参照。）扇型に作成された凹面再差向け器１０３は、上流対面扇型が、酸化剤含有流体を捕捉し、かつ、凹面渦火炎ホルダ１００内に混入させるためのスコップまたは吸入ポート１０７を形成するようにずらされている。同様に、下流対面扇形は、高温流体を周囲の流体中に放射状に噴射するための高温ガス出口ポート１１４を形成する。
〔火炎チューブ〕
図４４を参照すると、ユーザは点火源、点火用火炎、および／または、火炎ホルダ１００からの少なくとも１つの高温ガス送出火炎チューブ１１６を含み、かつ、同チューブ１１６を燃焼器５６内に形成された可燃混合物の近くに定置することができる。ユーザは、好ましくは、上流空洞または火炎ホルダ１００内に火炎を確立する。火炎チューブ１１６は高温ガスまたは燃焼中の混合物を点火源、点火用火炎、または、火炎ホルダ１００の少なくとも１つから直接接触器燃料流体および希釈剤流体分配アレイの下流の可燃混合物中に差し向ける。
図４４を参照すると、ユーザは点火源、点火用火炎、および／または、火炎ホルダ１００からの少なくとも１つの高温ガス送出火炎チューブ１１６を含み、かつ、同チューブ１１６を燃焼器５６内に形成された可燃混合物の近くに定置することができる。ユーザは、好ましくは、上流空洞または火炎ホルダ１００内に火炎を確立する。火炎チューブ１１６は高温ガスまたは燃焼中の混合物を点火源、点火用火炎、または、火炎ホルダ１００の少なくとも１つから直接接触器燃料流体および希釈剤流体分配アレイの下流の可燃混合物中に差し向ける。
火炎チューブ１１６は、好ましくは接触器の上流端部の近くの分散接触器の下流の可燃混合物の近くで出る。火炎チューブ１１６は、好ましくは燃焼器５６内の少なくとも１つの位置で可燃混合物に点火する。火炎チューブ１１６は、少なくとも１つの下流火炎ホルダ１００の近く、または、その中でも出ることができる。
〔トロイダルトラップされた渦火炎決定器〕
図７２を参照すると、ユーザは、好ましくは、修正されたトロイダル形状の燃焼室１０２を形成するように火炎ホルダ１００の内部に凹面の再差向け器１０３を構成する。この「ドーナツ」形状構造１０２は、点火用火炎からの高温ガスを再循環するための内部室を設ける。（例えば、図７３、図７４、および、図７５を参照。）高温ガスは、もし存在すれば可燃混合物の近くの部分を点火するために火炎ホルダ１００におけるポートから流れ出す。火炎ホルダ構造支持体１１８は、燃焼器５６内に火炎ホルダ１００を支持するために設けられる。
図７２を参照すると、ユーザは、好ましくは、修正されたトロイダル形状の燃焼室１０２を形成するように火炎ホルダ１００の内部に凹面の再差向け器１０３を構成する。この「ドーナツ」形状構造１０２は、点火用火炎からの高温ガスを再循環するための内部室を設ける。（例えば、図７３、図７４、および、図７５を参照。）高温ガスは、もし存在すれば可燃混合物の近くの部分を点火するために火炎ホルダ１００におけるポートから流れ出す。火炎ホルダ構造支持体１１８は、燃焼器５６内に火炎ホルダ１００を支持するために設けられる。
トロイダル構成の内部表面は、多くの実施形態において、再循環中のガスをほとんど完全に囲い込み、かつ、光学的に取り囲む。これらの高温囲い込み表面は、「黒体」を近似する。高温表面は、修正されたトロイダル室内にかなり均一な強い輻射場を発生する。再循環中の高温ガスおよび強い輻射場は、必要に応じて燃料流体の気化を容易にする。同ガスおよび同輻射場は、可燃混合物をさらに加熱し、より容易に点火可能な可燃混合物を形成する。
図７３を参照すると、修正されたトロイダル室１０２は、点火用火炎または全火炎を吹き消すことができる発振乱渦、渦、および、同様の変化（「突風」）から保護された中程度のかなり良好に制御された流れ場をさらに設ける。いくつかの構成において、修正されたトロイダル室１０２の壁、再差向け器１０３、および／または、構造支持体１１８は、高い内部および／もしくは外部温度または高温ガスからそれらを保護するための絶縁または熱障壁コーティング１２０で被覆される。
図７３を参照すると、点火用酸化剤流体流を供給するために、総酸化剤流体の一部は、好ましくは、様々な実施形態において、下流または上流の端部のいずれかから通常は、軸に沿って修正されたトロイダル室１０２に差し向けられる。（図７４および図７５も参照。）修正されたトロイダル室１０２の修正された逆向き内部凹面表面１０３は、いくつかの実施形態において、軸について対称的な広がる先端を形成する。これらの先端は、広がり、かつ、突き当たる流体流を本来の流体流に１８０度再差向けし戻す。図７４を参照すると、ユーザは、好ましくは、燃料接触器１２を介して送出された燃料９０３の点火用流れと混合するため、および、軸に沿った混合物吸入ポート１１２を介して混合し、かつ、流すために、突き当たる酸化剤流体を点火用酸化剤通路１０８内に差し向けるための収斂するダクトにトロイダル火炎ホルダの上流部分を形成する。上流吸入ダクトおよび少なくとも１つの横方向下流出口ポートを定置することにより、ユーザは、酸化剤流体を火炎ホルダ内に、かつ、これを介して吸引する圧力差を提供することができる。
収斂するダクトを使用した圧力差は、軸に沿った混合物吸入ポート１１２を介して下流の吸入流体を加速する。逆向きの凹面表面１０３は、この噴流を内部渦内に再差向けする。この吸入噴流は、渦をさらに駆り立てる隣接した内部流体も混入する。第１の逆向き凹面表面１０３の向かい側の第２の逆向き凹面表面１０３は、内部渦を継続させるための相補的な表面を形成する。２つの内部凹面表面１０３は、修正されたトロイダル室１０２を形成する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、より小さな点火用酸化剤チューブ１１０を主酸化剤流体通路１０８の上流、かつ、これと軸に沿って一線上に定置する。ユーザは、この点火用酸化剤チューブ１１０を介して点火用酸化剤流体流を送出するために火炎ホルダ酸化剤送出システム４１８を設ける。小さな点火用圧縮機／送風機またはポンプは、酸化剤流体を火炎ホルダに送出するために、この送出システム内に設けられる。この点火用吸入チューブ１１０により形成された軸に沿った噴流は、主酸化剤通路１０８における周囲の流体から混合送出ポート１１２を介して修正されたトロイダル室１０２にさらなる酸化剤を混入する。
図７５を参照すると、ユーザは、吸入酸化剤流体を火炎ホルダ１０２の下流部分に少なくとも１つの周上通路１１１内にダクトで流すことができる。この位置で、流体は、下流の軸に沿ったポート１１２を介して火炎ホルダ１０２の中央部分内に送出される。この下流流体吸入口は、渦流を（外部の流れに対して）軸に沿った「下流」から軸に沿った「上流」に逆転させる。
周上通路１１１を介した流れは、火炎ホルダ１０２の壁を冷却する。必要または所望である場合、この冷却は、火炎ホルダ１０２内の燃焼または火炎ホルダの外の主燃焼の１つまたは双方から加熱されているトロイダル室の壁の温度を低下させる。
いくつかのこのような実施形態において、ユーザは、好ましくは、点火用酸化剤流体流９０６をこの周上通路１１１内に差し向けるために周上ダクト１０８または点火用チューブ１１０を設ける。上記のように、これらの点火用酸化剤流は、周囲の酸化剤流体を周上通路１１１内に混入する。
図７３、７４、および、７５を参照すると、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダ１０２に流れ込む酸化剤含有流体９０６中に噴射される穿孔燃料接触器チューブ１２を介した１つまたは複数の点火用燃料流体流を供給する。ユーザは、酸化剤含有流体流内の、または、これに隣接した燃料分配通路またはチューブ１２を定置および構成する。これらの通路またはチューブは、燃料流体が、内部表面に接触する前に混合、気化、および、好ましくは燃焼するように構成されている。
ユーザは、好ましくは、重合およびコーキングを回避、低減、または、制御するために、火炎ホルダ１０２内の燃焼ならびにダクト内の主燃焼から燃料通路を保護するために同通路を定置する。
図７３、７４、および、７５を参照すると、ユーザは、好ましくは、燃料／酸化剤混合物中に、および／または、火炎決定器１０２の内部渦燃焼火炎内に点火用希釈剤流を分配するために、穿孔希釈剤接触器チューブ１４を設ける。ユーザは、好ましくは、燃料流体通路と燃焼または高温ガスの間に、熱希釈剤を備えた通路を定置する。ユーザは、好ましくは、高温ガス中に所望の温度を達成する一方、ＮＯｘおよび他の汚染物資の排出を制約するために、適した希釈剤流体／燃料流体の流れを供給するための熱希釈剤噴出孔を構成する。
いくつかの構成において、希釈剤流体は、火炎ホルダ１００の構造の一部を冷却する一方、捕捉された渦を支持および冷却する流れを供給する。熱希釈剤通路を介して周上ダクト１１１内に送出される希釈剤流体は、それらの壁、および、再差向け器１０３を形成する下流凹面渦を含む火炎ホルダ１０２の下流部分を冷却する。いくつかの構成において、希釈剤流体は、軸に沿った構造ダクトを介して下流再差向け器１０３に差し向けられる。特に、ユーザは、好ましくは、火炎または最高温ガスが燃料流体および酸化剤吸入口の反対側の広がり円錐などに突き当たる火炎ホルダ１０２の最高温部分を冷却する。（例えば、図７４、図７５を参照。）
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、希釈剤流体および／または酸化剤流体（ならびに可能に燃料流体）を形成された穿孔分配チューブ１４または通路１０８を介して修正されたトロイダル火炎ホルダ１０２を含む上流および下流の内部に凹面の構造体１０３に送出する。ユーザは、必要または所望に応じて、これらの送出チューブ１４または通路１０８を定置し、かつ、相対噴出孔サイズ、位置、および、向きを調整する。
火炎ホルダ内への酸化剤流体流および火炎ホルダを出る高温ガスの流れは、内部渦を支持する一次運動量の交換を提供する。ユーザは、酸化剤流体流を火炎ホルダ１０２内に差し向け、かつ、高温ガスを火炎ホルダから外に差し向ける。これらは１つまたは複数の内部渦を支持する一次運動量の交換を提供する。燃焼は、火炎ホルダ内のガスを膨張させ、出口の流量を上昇させる。
内部渦をさらに支持するために、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体通路１２、酸化剤通路１０８、および／または、熱希釈剤通路１４、ならびに、酸化剤流体、希釈剤流体、および、燃料流体の流れの少なくとも１つを、流体流の局所方向における速度成分を備えた修正されたトロイダル室１０２内に定置および配向する。
いくつかの構成において、これらの流体は、局所渦流の方向に従ってトロイダル渦の軸に沿った「下流」端部から「上流に」（外部に）、または、「上流」端部から「下流に」差し向けられる。（例えば、図７４および図７５を参照。）（注意：「上流」および「下流」は火炎ホルダ１００に対して外部の主第２の流体流の方向を指す。火炎ホルダ内で軸に沿って下流から上流に移動するトロイダル火炎ホルダ１００内の流れ。）
例えば、図７５を参照すると、ユーザは、流体を噴射するために穿孔チューブまたは流体通路を火炎ホルダの下流端部に設けることができ、かつ、好ましくは、流体を下流の軸に沿ったポート１１２または下流凹面渦形成本体１０３の内径から上流に差し向けることができる。それらの点火用流体を送出するために、ユーザは、好ましくは、流体を上流から下流の軸に沿った取入れ口に送出するために、周上ダクト１１１などを火炎ホルダの内部と外部の壁の間に設ける。これらの点火用流体の送出は、下流取入れ口への外部チューブによっても提供することができる。
同様に、図７３を参照すると、ユーザは、点火用燃料流体および点火用希釈剤流体を下流に流れる点火用酸化剤流体流中に分配するために、穿孔接触器チューブ１２および１４を上流凹面表面１０３の上流外部半径内に設けることができる。
他の実施形態において、ユーザは、流体を凹面渦形成本体１０３の外部エッジから放射状に内向きに差し向けることができる。いくつかの構成において、これらの下流の位置への流体は、下流凹面渦形成構造体１０３の軸に沿ったチューブ状構造支持体に沿って送出される。他の構成において、これらの流体は、局所渦の方向に依存して、軸から放射状に外向きに、かつ／または、円周から放射状に内向きに、放射状噴出孔８５を介して軸に向けて差し向けられる。他の構成において、ユーザは、揮発性希釈剤液体の気化により形成された蒸気を噴射する。
図７２を参照すると、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの高温ガスポート１１４が高温ガスを火炎ホルダ１０２から放射状に外向きに下流への周囲の流体流中に噴射するように、同ポート１１４を構成する。（例えば、図７２、図７３、図７４、および、図７５を参照。）いくつかの構成において、高温噴流は、燃焼中の流体を含むことができる。高温ガス噴流は、周囲の流体を対流により加熱する。
ユーザは、好ましくは、高温ガスを外向きかつ近くの直接接触流体分配器表面に全般に平行に（これにわたって）差し向けるために、高温ガス出口ポート１１４を定置し、かつ、先行する表面を配向する。ユーザは、好ましくは、周囲の凹面表面１０３より大幅に大きな出口半径を持つ出口に先行する囲われた火炎ホルダ１０２内に表面を構成する。この表面は、高温高エネルギー流体９２０の外向きの流れを周囲のガス流中に差し向ける。
図７２を参照すると、ユーザは、好ましくは、ダクトの上流／下流軸に沿って高温ガスが火炎ホルダ１０２を出るために高温ガスポート１１４を延伸する。（図７３も参照。）このような延伸ダクト１１４は、丸い噴流よりも周囲の軸に沿った流れをさらに貫通する高温ガスの軸に沿って細長い噴流を形成する。
〔点火器〕
図７３を参照すると、点火用燃焼は、点火用燃料送出１２および軸に沿った混合物ポート１１２の１つまたは双方の中または近くの少なくとも１つの点火器１２４を使用して開始される。（図７４および図７５も参照。）ユーザは、同様に、可燃混合物に点火するために酸化剤流体の高圧圧縮加熱も使用することができる。
図７３を参照すると、点火用燃焼は、点火用燃料送出１２および軸に沿った混合物ポート１１２の１つまたは双方の中または近くの少なくとも１つの点火器１２４を使用して開始される。（図７４および図７５も参照。）ユーザは、同様に、可燃混合物に点火するために酸化剤流体の高圧圧縮加熱も使用することができる。
点火器１２４は、好ましくは燃料流体および酸化剤流体の可燃混合物が形成される近くに定置される。ユーザは、好ましくは、燃焼を開始させるために点火器を励起する。続いて、点火器１２４は、好ましくは所望の信頼性を備えて動作を継続するために十分に火炎ホルダが加熱された後に、電源を切ることができる。代案として、ユーザは、他の構成において、ダクト内の可燃混合物に点火するために少なくとも１つの点火器１２４を使用することができる。より高い燃焼信頼性が所望または必要である場合、ユーザは、好ましくは、少なくとも１つが可燃混合物に点火することを確実にするために多数の点火器１２４を使用する。
図７３、７４、および、７５を参照すると、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、燃料酸化剤混合物中に燃焼を開始させるために、好ましくは火炎ホルダの上流端部の近くで、スパーク点火器１２４を使用する。ユーザは、好ましくは、点火器を励起するために電磁エネルギーが必要である場合、点火器励起源１２６を設け、かつ、これを個々の点火器１２４に接続する。
いくつかの実施形態において、誘導加熱器は、可燃混合物に点火するために燃焼器もしくは火炎ホルダ内の、または、関連する燃焼室内の抵抗を加熱するために構成される。他の実施形態において、ユーザは、可燃混合物に点火するための熱を供給するためにマイクロ波発生器および集光ダクトを設けることができる。ユーザは、好ましくは、マイクロ波吸収点火用構成部分が高温になり、かつ、周囲の可燃混合物に点火するまで、可燃混合物と接触しているマイクロ波ダクト出口の近くで同構成部分を加熱するためにマイクロ波を使用する。ユーザは、好ましくは、マイクロ波と点火用構成部分の間にマイクロ波透過壁を設ける。このマイクロ波透過壁は、燃焼室からマイクロ波ダクトを分離および保護する。
修正された構成において、ユーザは、いくつかの実施形態において、流体成分を直接または間接に加熱し、かつ、火炎ホルダ内の可燃混合物に点火するためにマイクロ波エネルギーを供給する。マイクロ波周波数に実質的に透明な材料は、好ましくは火炎ホルダの上流側構造、または、火炎ホルダにつながる可燃混合物を備えた何らかのチューブもしくは小室の少なくとも部分を形成する。マイクロ波エネルギーは、好ましくは火炎ホルダを加熱するために軸に沿って供給されるか、または、可燃混合物を保持する小室に接続される。
ユーザは、いくつかの実施形態において、同様に、光ファイバおよびレンズを介して燃焼室または凹面捕捉渦火炎ホルダ内に導かれたレーザ光によるパワーを供給する。合焦されたレーザ光は、非常に濃縮されたエネルギー送出を提供し、焦点において非常に大きなパワーおよび高温をもたらす。これは、続いて、燃料酸化剤混合物に点火する。ユーザは、同様に太陽エネルギーを合焦させることもできる。
ユーザは、同様に、いくつかの実施形態において、小室内の触媒性表面点火器１２４およびシステムを、その触媒性表面の周囲に可燃混合物を供給するために設ける。他の実施形態において、ユーザは、いくつかの実施形態において、火炎ホルダの近くの燃料流体に点火するための代案または追加の方法として予熱栓を設けることができる。これらは、好ましくは、火炎ホルダ内、または、分散点火用システムに沿った少なくとも１つの位置における保護表面の下流などの保護された領域内とする。
〔〔支持構造体および構成部分〕〕
流体分配アレイは、横方向流体流に対する、ならびに、重力および振動に対する支持を必要とする。アレイおよび支持構造体は、所望または必要に応じて高温熱束流に対しても保護することができる。
流体分配アレイは、横方向流体流に対する、ならびに、重力および振動に対する支持を必要とする。アレイおよび支持構造体は、所望または必要に応じて高温熱束流に対しても保護することができる。
〔上流支持リブ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、穿孔分配チューブを互いに対して補強または支持するために、少なくとも１つ、かつ、好ましくは３つ以上のチューブ支持リブ３８または補強もしくは支持構造体を設ける。いくつかの構成において、ユーザは、穿孔分配チューブ１０を互いに対して接続および支持するためのチューブ補強体３６として他の補強ワイヤまたは柱を使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、穿孔分配チューブを互いに対して補強または支持するために、少なくとも１つ、かつ、好ましくは３つ以上のチューブ支持リブ３８または補強もしくは支持構造体を設ける。いくつかの構成において、ユーザは、穿孔分配チューブ１０を互いに対して接続および支持するためのチューブ補強体３６として他の補強ワイヤまたは柱を使用する。
ユーザは、好ましくは、下流の燃焼および関連した輻射熱束流からリブを離し、かつ、遮蔽するために分配チューブの上流にこれらの支持リブ３８を定置する。このことは、リブ３８がチューブの下流に定置された場合よりもリブ３８をより冷却された状態に保つ。
〔流体分配マニホルド〕
ユーザは、一般に、個々の流体をチューブに供給するために穿孔流体分配チューブを少なくとも１つのマニホルド２４０に接続する。ユーザは、好ましくは、それぞれ燃料に対する分離された燃料マニホルド２４２および熱希釈剤分配チューブに対する希釈剤マニホルド２４４を設ける。（例えば、ジーゼル燃料マニホルド２４２および水マニホルド２４４である。）
ユーザは、一般に、個々の流体をチューブに供給するために穿孔流体分配チューブを少なくとも１つのマニホルド２４０に接続する。ユーザは、好ましくは、それぞれ燃料に対する分離された燃料マニホルド２４２および熱希釈剤分配チューブに対する希釈剤マニホルド２４４を設ける。（例えば、ジーゼル燃料マニホルド２４２および水マニホルド２４４である。）
ユーザは、好ましくは、燃料流体通路またはチューブを多通路接触器チューブ２２０または合同チューブの１つの端部で閉鎖し、かつ、希釈剤通路を多通路接触器チューブ２２０の他の端部において閉鎖する。燃料流体通路の開放端部は、好ましくは燃料流体マニホルドに接続される一方、二連通路チューブ１６の他の端部における希釈剤通路は、希釈剤マニホルドに接続される。
他の構成において、多通路マニホルド２４６は、多数の流体を送出するために使用される。このような構成において、ユーザは、多通路チューブ２２０の燃料流体および希釈剤通路の双方を多通路マニホルド２４６に接続する。
最大許容金属作業温度よりも高い高エネルギー流体９２０の温度を収容するために、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、燃焼器および運転エンジンの周囲およびその中の構造体を、個々の燃焼中流体および／または高エネルギー流体９２０の温度未満に内部的または外部的に冷却する。ユーザは、熱利得を低減するために絶縁熱障壁コーティング３４をさらに塗布する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、支持構造体またはリブとして、かつ、流体供給通路としての双方で流体マニホルド２４０を利用する。流体マニホルド２４０は、好ましくは分配チューブを互いに対して支持する。流体マニホルド２４０は、好ましくは燃焼器内の分配アレイを支持する。流体マニホルド２４０は、分散接触器アレイ１０上を移動中の第２の流体からの抗力を燃焼器壁に、かつ、そこから圧力容器１７０に伝達する。
ユーザは、好ましくは、低温の外部と高温の燃焼器内部または内部燃焼器ライナ６０の間の差分熱膨張を収容するために、たわみ屈曲、螺旋、または、同様の湾曲した部分を設ける。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、構造リブ３８およびマニホルド２４０の少なくともいくつかを、これらのリブ３８およびマニホルド２４０からの流体抗力、圧力降下、および、ポンプ損失を低減するために流線型化する。流線型化の軸に沿った延伸は、第２の流れに垂直な軸の周囲の曲げモーメントをさらに増大させる。この延伸は、横方向の流体流により引き起こされる曲げの力に耐える支持体、リブ３８、および、マニホルド２４０の能力を改善する。
〔チューブ振動器〕
図５２を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、アレイ内の燃料流体チューブ接触器および／または希釈剤流体チューブ接触器の１つまたは双方を振動させるためにチューブ振動器５０を設けることができる。接触器アレイは、好ましくはチューブリブ３８により補強され、かつ、柔軟な取付け台７２により支持されている。流体は、好ましくは柔軟な供給チューブ５４を介してアレイに送出される。（‘１９１特許出願の図５０、節１１．９「チューブ／噴出孔を振動させる」の説明および柔軟な構造支持体に関する関連討論を参照。）
図５２を参照すると、いくつかの実施形態において、ユーザは、アレイ内の燃料流体チューブ接触器および／または希釈剤流体チューブ接触器の１つまたは双方を振動させるためにチューブ振動器５０を設けることができる。接触器アレイは、好ましくはチューブリブ３８により補強され、かつ、柔軟な取付け台７２により支持されている。流体は、好ましくは柔軟な供給チューブ５４を介してアレイに送出される。（‘１９１特許出願の図５０、節１１．９「チューブ／噴出孔を振動させる」の説明および柔軟な構造支持体に関する関連討論を参照。）
〔非対称な希釈剤および燃料チューブの位置〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダの近くに燃料チューブを定置する。このような構成は火炎ホルダが可燃混合物に点火するうえで役立つ近化学量論的燃料濃厚領域を火炎ホルダの隣に設ける。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダの近くに燃料チューブを定置する。このような構成は火炎ホルダが可燃混合物に点火するうえで役立つ近化学量論的燃料濃厚領域を火炎ホルダの隣に設ける。
同様に、ユーザは、好ましくは、所望または必要に応じてダクト壁の近くに希釈剤チューブを定置する。このことは、所望または必要である場合にダクト壁を冷却するうえで役立つ。他の構成において、ユーザは、火炎ホルダの隣に希釈剤チューブを設ける。このことは、火炎ホルダを冷却するうえで役立つ。
〔〔熱希釈剤の送出：水および水蒸気〕〕
ユーザは、好ましくは、特に液体の水を希釈剤として使用する時に、希釈剤流体を精密に送出するための制御を提供する。（例えば、図７６を参照。）従来技術は、燃料に対する水の比が燃焼消火限界または圧縮器サージ限界を超える前に、燃焼に先立つこの比に対する重大な限界を有する。（例えば、ＬｅＦｅｂｖｒｅ １９９８は「より小さな」燃料／空気の限界における１：１：１の水／燃料の質量／質量について記している。）対照的に、以前のＶＡＳＴ特許において、Ｇｉｎｔｅｒは、燃焼中のガス中に、および、燃焼後の燃焼器５６内に含む燃焼器内への水の噴射による少なくとも最大約１６：１の水／燃料の質量／質量の動作を教示および報告した。それらの特許および動作は、燃焼に先立って幾分かの希釈剤流体を酸化剤流体中に送出することを含んでいた。（例えば、水および／または水蒸気を圧縮空気中にである。）
ユーザは、好ましくは、特に液体の水を希釈剤として使用する時に、希釈剤流体を精密に送出するための制御を提供する。（例えば、図７６を参照。）従来技術は、燃料に対する水の比が燃焼消火限界または圧縮器サージ限界を超える前に、燃焼に先立つこの比に対する重大な限界を有する。（例えば、ＬｅＦｅｂｖｒｅ １９９８は「より小さな」燃料／空気の限界における１：１：１の水／燃料の質量／質量について記している。）対照的に、以前のＶＡＳＴ特許において、Ｇｉｎｔｅｒは、燃焼中のガス中に、および、燃焼後の燃焼器５６内に含む燃焼器内への水の噴射による少なくとも最大約１６：１の水／燃料の質量／質量の動作を教示および報告した。それらの特許および動作は、燃焼に先立って幾分かの希釈剤流体を酸化剤流体中に送出することを含んでいた。（例えば、水および／または水蒸気を圧縮空気中にである。）
〔最小の希釈剤〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、一酸化炭素および他の可燃成分を満足に酸化するために所望または必要である過剰酸化剤流体の少なくとも最低量を供給する。これに対応して、ユーザは、好ましくは、続いて、高エネルギー流体の温度を所望または必要である最高温度に制御するために分散接触器１４を介して十分な希釈剤流体を追加する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、一酸化炭素および他の可燃成分を満足に酸化するために所望または必要である過剰酸化剤流体の少なくとも最低量を供給する。これに対応して、ユーザは、好ましくは、続いて、高エネルギー流体の温度を所望または必要である最高温度に制御するために分散接触器１４を介して十分な希釈剤流体を追加する。
ユーザは、好ましくは、所望または必要に応じて高エネルギー流体を約１°Ｃ以上冷却するために酸化剤含有流体および／または燃料含有流体に十分な希釈剤流体を追加する一方、例えば約１１０％の酸化剤／燃料化学量論的比ラムダまたは燃料に対する希釈剤流体の質量による約０．０７％以上の比における約１，９５７°Ｃから約１，９５６°Ｃ以下で、相対比熱、気化の潜熱、エンタルピなどを計算する。
〔最大希釈剤揮発性冷却〕
修正された実施形態において、ユーザは、好ましくは、高エネルギー流体の温度を低下させるために直接接触器を介して希釈剤流体をさらに追加する。ユーザは、好ましくは、希釈剤を気化させるために十分な速度で希釈剤を供給し、かつ、かなり均一な飽和高エネルギー流体を形成する。ユーザは、高エネルギー流体が飽和する温度を低下させるために必要な冷たい、または、寒冷な熱希釈剤を供給する。修正された構成において、ユーザは、希釈剤流体の揮発性冷却と共に、高エネルギー流体を冷却するために表面熱交換器を設ける。
修正された実施形態において、ユーザは、好ましくは、高エネルギー流体の温度を低下させるために直接接触器を介して希釈剤流体をさらに追加する。ユーザは、好ましくは、希釈剤を気化させるために十分な速度で希釈剤を供給し、かつ、かなり均一な飽和高エネルギー流体を形成する。ユーザは、高エネルギー流体が飽和する温度を低下させるために必要な冷たい、または、寒冷な熱希釈剤を供給する。修正された構成において、ユーザは、希釈剤流体の揮発性冷却と共に、高エネルギー流体を冷却するために表面熱交換器を設ける。
例えば、近化学量論的燃焼では、ユーザは１．５：１から７：１以上の熱希釈剤／燃料の質量／質量を直ちに追加する。例えば、水の飽和限界に到達せずに約１，７１９°Ｃから約８４６°Ｃ以下の範囲にわたる温度を低下させるための水／ジーゼル＃２である。（すなわち、１００％の相対湿度）。例えば、表２を参照。
より少ない過剰酸化剤流体ならびに燃焼および高エネルギー流体により到達可能なより高い温度を使用して、ユーザは、加湿空気タービン（「ＨＡＴ」）サイクルまたは揮発ガスタービン（「ＥｖＧＴ」）もしくは加湿空気水噴射タービン（「ＨＡＷＩＴ」）サイクルシステムと同様のシステムを例えば備えた従来の熱システムにおける飽和器により得ることができるよりも、大きな希釈剤流体の比を備えた実質的により高い温度範囲に対して、希釈剤流体で温度を制御することができる。希釈剤の気化は、このような従来の構成で達成することができるよりもはるかに小さな設備ではるかに速い。
〔希釈剤の最大冷却〕
修正された実施形態において、ユーザは、高エネルギー流体を希釈剤飽和条件より低く冷却するために直接接触器を介して希釈剤流体をさらに供給する。（例えば、本明細書の直接接触冷却器の説明を参照。）このような構成において、ユーザは、希釈剤液滴と高エネルギー流体の間に所望される熱平衡の一部を達成するために直接接触希釈剤冷却に対して十分な滞留時間を提供する。このような構成を使用して、ユーザは、高エネルギー流体または他の上昇した温度の流体を送出された熱希釈剤流体の温度の約１°Ｃ以内の温度に冷却することができる。
修正された実施形態において、ユーザは、高エネルギー流体を希釈剤飽和条件より低く冷却するために直接接触器を介して希釈剤流体をさらに供給する。（例えば、本明細書の直接接触冷却器の説明を参照。）このような構成において、ユーザは、希釈剤液滴と高エネルギー流体の間に所望される熱平衡の一部を達成するために直接接触希釈剤冷却に対して十分な滞留時間を提供する。このような構成を使用して、ユーザは、高エネルギー流体または他の上昇した温度の流体を送出された熱希釈剤流体の温度の約１°Ｃ以内の温度に冷却することができる。
気温に近い、または、それより低い温度が必要である場合、ユーザは、好ましくは、希釈剤流体を希釈剤流体の凝固点近くにまで冷やす、または、冷却する。例えば、水を使用して、ユーザは約２°Ｃ（または、氷を形成せずに０°に近い同様の温度）に冷却された「高エネルギー」流体における温度を達成する。流体温度をより低い温度に制御するために、ユーザは、好ましくは、低温希釈剤流体を直接接触器を介して送出する。例えば、フッ化炭化水素である。
酸化剤流体として酸素または酸素濃厚空気を使用している時、ユーザは、酸化剤流体が希釈剤で少なくとも飽和されるまで、希釈剤流体を同様に追加する。ここで、希釈剤流体は、過剰酸化剤流体または除去された窒素などの一部を使用する代わりに、燃焼温度を制約し、かつ、高エネルギー流体を効果的に「冷却」するために使用される。
〔燃焼に先立つ最大希釈剤〕
希釈剤／燃料総送出量に対する燃焼限界を回避するために、本発明のいくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、効果的に気化され、かつ、燃焼の開始の上流の燃料流体と混合された希釈剤流体の量に対する少なくとも動作限界を確立する。これらの限界は、好ましくは空気／燃料比および流体温度を計算する一方で確立される。液滴サイズおよび表面効果が燃焼限界にさらに影響を及ぼす場合、ユーザは、好ましくは、これらの希釈剤流体限界に表面積、液滴サイズ分布、または、他の有効パラメータを組み込む。
希釈剤／燃料総送出量に対する燃焼限界を回避するために、本発明のいくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、効果的に気化され、かつ、燃焼の開始の上流の燃料流体と混合された希釈剤流体の量に対する少なくとも動作限界を確立する。これらの限界は、好ましくは空気／燃料比および流体温度を計算する一方で確立される。液滴サイズおよび表面効果が燃焼限界にさらに影響を及ぼす場合、ユーザは、好ましくは、これらの希釈剤流体限界に表面積、液滴サイズ分布、または、他の有効パラメータを組み込む。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼の開始の上流に送出された希釈剤流体の位置、液滴サイズ、流量、および、軸に沿った速度を制御する。所望または必要に応じて、ユーザは、好ましくは、燃焼の所望の開始に先立って存在する気化した希釈剤流体の量または液滴のサイズ分布もしくは表面積を増大または減少させるために、希釈剤流体の速度の軸に沿った成分または液滴サイズの１つまたは複数を増加または減少させる。ユーザは、希釈剤速度の軸に沿った成分を調整するためにチューブにわたる差分圧力、希釈剤流体の粘度、および／または、噴出孔の向きの軸に沿った成分を様々に変化させる。同様に、ユーザは、好ましくは、噴射の位置をさらに下流または上流に調整する。
このような対策を使用して、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、気化の臨界量未満および／または液滴の臨界濃度未満が火炎に先立って発生するように、下流で希釈剤流体を燃焼中のガス中に噴射する。送出された希釈剤流体の残り部分は、好ましくは燃焼中のガス中で、または、燃焼の大部分の後に高エネルギー流体９２０中で気化する。
分散流体接触器は、酸化剤流体、燃料流体、および、希釈剤流体の従来の対策よりも均一かつ／または制御された分布を提供する。このような対策は、一酸化炭素および他の未酸化燃料成分ならびに副生成物に寄与する従来システムの冷点を回避または低減する。このような対策は窒素の実質的な酸化物が形成される熱点も低減する。
このような対策により、このような実施形態において、ユーザは、好ましくは、かなりの量の希釈剤流体を燃焼の上流に送出する。いくつかの構成において、ユーザは希釈剤流体を燃焼の下流に送出する。したがって、いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体を約１５０％の化学量論的比未満に低減する。これに対応して、ユーザは、好ましくは、希釈剤を関連技術で経験された従来の消火限界より過剰に送出する。
ユーザは、好ましくは、燃焼器への酸化剤流体吸入を飽和させる量よりも多い量の希釈剤を送出する。加湿空気タービン（ＨＡＴ）サイクル、気化ガスタービン（ＥｖＧＴ）、回復水噴射（ＲＷＩ）、水蒸気噴射ガスタービン（ＳＴＩＧ）、および、加湿空気水噴射タービン（ＨＡＷＩＴ）サイクルにおいて空気を飽和させる水による水噴射の限界を比較されたい。例えば、Ｌｕｎｄｓｔｒｏｍ（２００２）により報告されたように、ＨＡＴまたは気化ガスタービンサイクルにおいて水が吸入空気を飽和させる約１５１％未満の化学量論的酸化剤／燃料である。
〔点火用燃焼／火炎ホルダの制御〕
点火用火炎および火炎ホルダは、従来システムにおけるＮＯｘ総排出量のかなりの部分に寄与する。点火用火炎は熱的に制御されないために、ＮＯｘの形成は、点火用対主火炎における比例した熱エネルギーより典型的にはるかに大きい。
点火用火炎および火炎ホルダは、従来システムにおけるＮＯｘ総排出量のかなりの部分に寄与する。点火用火炎は熱的に制御されないために、ＮＯｘの形成は、点火用対主火炎における比例した熱エネルギーより典型的にはるかに大きい。
いくつかの実施形態において、ユーザは、特に燃焼を開始するために可燃混合物に点火する時に、時間に従った希釈剤流量をさらに制御する。ユーザは、好ましくは、点火源を起動し、ならびに、続いて、酸化剤流体と燃料流体を化学量論的酸化剤／燃料の比の近くに、ごく少量の希釈剤流体および少し過剰な酸化剤を使用して供給し、かつ、混合する。
一旦可燃混合物が点火すれば、ユーザは、好ましくは、燃焼中のガス、ピーク燃焼温度、燃焼室４２４内の高エネルギー流体９２０、平衡化室もしくは遷移区画／片４２６内の高エネルギー流体９２０、ならびに／または、（タービンの第１段４４６のタービン羽根４４８およびタービンブレード４５０内などの）運転エンジン、燃料分配アレイ、および、希釈剤流体分配アレイ内の高エネルギー流体９２０、の少なくとも１つの温度を制御するために燃料に対して希釈剤流体の率を増加させる。
このような動作中、酸化剤／燃料比は、好ましくは、燃料および一酸化炭素などの可燃副生成物を効果的に酸化するための十分な過剰酸化剤をそれでも備えて、化学量論的比に近い所望の可燃範囲内に維持される。温度および／または過剰酸化剤を制約することは、窒素の酸化物の排出物の形成を実質的に低減する。
このような実施形態は、点火を容易にし、起動中に排出物の形成を制約し、かつ、多くの従来動作に共通な希薄限界近くで希釈剤／酸化剤／燃料混合物に点火する一般的な困難を克服する。
本明細書に説明されているように火炎ホルダ１００または点火用火炎を使用する時、ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、それらをパージし、可燃混合物を誘導し、かつ、好ましくは可燃酸化剤／燃料／混合物に点火する。続いて、ユーザは、本明細書に説明されているように、希釈剤流体を使用して燃焼および／または関連した流体および構成部分を冷却する。いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、初期温度を低下させるために可燃混合物に点火する前に可燃混合物を希釈するために、幾分かの希釈剤流体を供給する。しかし、燃料に対する希釈剤流体の比は、混合物を可燃範囲内に維持するために制約される。
ユーザは、好ましくは、排出物を低減し、火炎安定性を維持し、かつ、火炎ホルダ１００を保護するように火炎ホルダ１００内の燃焼温度および温度分布をより均一に制御するために、噴出孔の頻度および分布を調整する。ユーザは、好ましくは、爆発性の混合物を火炎ホルダ１００からパージするために点火用酸化剤流を使用する。続いて、ユーザは、点火器１２４を始動させ、かつ、燃料流体の送出を開始する。
一旦火炎が開始すれば、ユーザは、好ましくは、火炎ホルダ１００内の燃焼を制御するために希釈剤流体の送出を開始する。ユーザは、好ましくは、点火用燃焼の速度および温度、ならびに、高温流体の温度および周囲の燃焼器への放出速度を制御するために燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の送出速度を制御する。
火炎ホルダ１００を使用して、燃料流体、酸化剤、および、希釈剤の送出速度、ならびに、対応する熱の発生速度は、好ましくは小さく開始され、かつ、いくつかの実施形態においては所望の値まで適した速度で上昇される。このことは、火炎ホルダ１００における熱的加熱の速度および熱応力ならびに関連した構造体を所望または必要である限界まで制限する。
ユーザは、同様に、周囲の燃焼器および下流の運転エンジンを加熱するための時間にわたる火炎ホルダ１００への酸化剤流体、燃料流体、および、希釈剤流体の流量を、同燃焼器および同エンジンを所望の動作温度にまで上昇させるための適した速度に制御する一方、従来のシステムを始動するうえで共通の熱ショックを低減する。このことは、従来のシステムに典型的な熱応力ならびにメンテナンスおよび修理の費用を実質的に低減する。
本明細書に説明されているように点火用火炎および／または火炎ホルダ１００における流体温度および／または過剰な酸化剤を制約することは、従来の動作におけるＮＯｘ形成の主要な形成源を実質的に低減する。同様に、十分な過剰酸化剤を供給すること、および、少なくとも１つの規定の滞留時間にわたり燃焼器にわたり温度を所望の温度より高く維持することは、未燃焼の燃料（または未燃焼の炭化水素「ＵＨＣ」）および一酸化炭素（ＣＯ）を許容可能な濃度に低減する。
〔〔空間温度プロファイル〕〕
ユーザは、好ましくは、熱放出プロファイルに対する総過剰希釈剤の有効比を制御することにより１つ、２つ、または、３つの次元における空間温度分布を精密に制御する。すなわち、追加された希釈剤に含まれる全ての希釈剤、酸化剤含有流体、および、燃料含有流体を含む希釈剤流体エンタルピの有効増加である。この空間温度分布は、噴出孔のサイズ、噴出孔の向き、噴出孔の空間密度（噴出孔の数／単位断面積）、噴出孔の空間分布の構成における多くの柔軟度を使用して様々に構成および制御され、かつ、燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の各々に対する時間におけるパラメータを制御して、ユーザは、空間および時間の組成プロファイルおよび／または温度プロファイルの構成における非常に高い柔軟性および制御を達成する。
ユーザは、好ましくは、熱放出プロファイルに対する総過剰希釈剤の有効比を制御することにより１つ、２つ、または、３つの次元における空間温度分布を精密に制御する。すなわち、追加された希釈剤に含まれる全ての希釈剤、酸化剤含有流体、および、燃料含有流体を含む希釈剤流体エンタルピの有効増加である。この空間温度分布は、噴出孔のサイズ、噴出孔の向き、噴出孔の空間密度（噴出孔の数／単位断面積）、噴出孔の空間分布の構成における多くの柔軟度を使用して様々に構成および制御され、かつ、燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の各々に対する時間におけるパラメータを制御して、ユーザは、空間および時間の組成プロファイルおよび／または温度プロファイルの構成における非常に高い柔軟性および制御を達成する。
〔空間温度プロファイル〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、設計送出条件に対する酸化剤流体流を基準とした所望の燃料流体および希釈剤流体の分布を提供するために、相対燃料流体および熱希釈剤噴出孔の相対的な数、サイズ、位置、および、向きを調整する。これらのパラメータは、燃料流体に対する過剰酸化剤流体および希釈剤流体の放射状および周上（または、横方向）の組成分布比、ならびに、熱放出速度に影響を及ぼす。いくつかの実施形態において、ユーザは、燃料接触器および希釈剤接触器の周囲の燃料流体および希釈剤の噴出孔の相対的な数、サイズ、位置、および、向き、ならびに、軸方向に沿ったそれらの接触器の２つ以上の位置および間隔を調整することにより、軸に沿った組成および軸に沿った温度プロファイルを調整する。これらの組み合わせの制御は、高エネルギーガスの時間平均空間温度プロファイルを対応して制御する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、設計送出条件に対する酸化剤流体流を基準とした所望の燃料流体および希釈剤流体の分布を提供するために、相対燃料流体および熱希釈剤噴出孔の相対的な数、サイズ、位置、および、向きを調整する。これらのパラメータは、燃料流体に対する過剰酸化剤流体および希釈剤流体の放射状および周上（または、横方向）の組成分布比、ならびに、熱放出速度に影響を及ぼす。いくつかの実施形態において、ユーザは、燃料接触器および希釈剤接触器の周囲の燃料流体および希釈剤の噴出孔の相対的な数、サイズ、位置、および、向き、ならびに、軸方向に沿ったそれらの接触器の２つ以上の位置および間隔を調整することにより、軸に沿った組成および軸に沿った温度プロファイルを調整する。これらの組み合わせの制御は、高エネルギーガスの時間平均空間温度プロファイルを対応して制御する。
〔分配チューブに沿った温度プロファイル〕
本明細書に説明されている方法を使用して、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、（ダクトまたは第２の流体流に一般に垂直な）分配チューブに平行な燃焼器にわたる空間または横方向の温度の分布またはプロファイルを構成する。組成プロファイルおよび温度プロファイルを構成するために、ユーザは、好ましくは、噴出孔サイズ、噴出孔空間密度、噴出孔の向き、ならびに、燃料分配チューブ１１に沿った、および、希釈剤流体分配チューブ１４に沿ったチューブ間の隙間を構成する。これらの方法は、ユーザが以下のような均一から空間的に変化する、から、段階的飛び移りの範囲にわたる広範な曲線空間温度プロファイルを提供することを可能にする。
本明細書に説明されている方法を使用して、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、（ダクトまたは第２の流体流に一般に垂直な）分配チューブに平行な燃焼器にわたる空間または横方向の温度の分布またはプロファイルを構成する。組成プロファイルおよび温度プロファイルを構成するために、ユーザは、好ましくは、噴出孔サイズ、噴出孔空間密度、噴出孔の向き、ならびに、燃料分配チューブ１１に沿った、および、希釈剤流体分配チューブ１４に沿ったチューブ間の隙間を構成する。これらの方法は、ユーザが以下のような均一から空間的に変化する、から、段階的飛び移りの範囲にわたる広範な曲線空間温度プロファイルを提供することを可能にする。
本明細書に説明されている高分解能液体送出システムおよび高精度速度センサを使用して、ユーザは、好ましくは、酸化剤／燃料の比を化学量論的比の約１０５％に制御する。（希釈剤なしでこれらのパラメータを備えた燃焼は非常に高い近化学量論的断熱火炎温度をもたらす。）続いて、ユーザは、好ましくは、燃焼器内の、および、燃焼器を離れる際の高エネルギー流体中の所望または必要である温度に火炎面が到達する前および／または後に希釈剤流体を追加することにより、高エネルギー流体中のこの温度を低下または制約する。
説明されたいくつかの構成において、ユーザは、酸化剤流に横方向の穿孔分配チューブに沿った噴出孔の高い分解能を提供する。例えば、２μｍの噴出孔を使用した列当たり約１６７噴出孔／ｍｍである。ユーザは、好ましくは、液滴を広がらせるために、流れに対して好ましくは様々な向きで分配チューブの周囲に周辺円弧に沿って多数の列を追加する。約６列の噴出孔を使用して、ユーザは、分配チューブ当たりにｍｍ当たり約１，０００の噴出孔、または、１メートル当たり１００万の噴出孔を公称上設ける。
噴出孔の空間密度を調整することにより、ユーザは、高い分解能を備えた希釈剤／燃料比を直ちに構成する。例えば、分配チューブの横方向の各ｍｍ内に温度範囲の直ちに０．１％以内である。燃焼ガスおよび希釈剤流体の混合物は、軸に沿った距離と共に乱流により円滑化される。したがって、ユーザは、燃焼器出口１３６の温度（またはタービン取入れ口温度）に対する高温燃焼を使用したこのような対策により高度に制御された温度を提供する。
〔分配チューブに沿った均一な温度プロファイル〕
いくつかの構成において、ユーザは、燃料および酸化剤流体の流量の変化を補償し、かつ、燃焼器を出る高エネルギー流体９２０全体を通じた高度に均一な温度プロファイルを達成するように流体分配チューブを構成する。本明細書に説明されている精密な空間流体分布技術を使用して、ユーザは、好ましくは、温度を、酸化剤流体流に横方向の穿孔分配チューブに沿って１ｍの区間にわたり各ｍｍ内に気温より高く１，５００Ｋ上の温度範囲にわたり約１．５°Ｋ内に制御する。すなわち、約２８８Ｋ（１５°Ｃまたは５９°Ｆ）から約１，７８８Ｋ（１，５１５°Ｃまたは２，７５９°Ｆ）。拡散および乱流は空間温度勾配におけるこれらの変化をさらに低減する。
いくつかの構成において、ユーザは、燃料および酸化剤流体の流量の変化を補償し、かつ、燃焼器を出る高エネルギー流体９２０全体を通じた高度に均一な温度プロファイルを達成するように流体分配チューブを構成する。本明細書に説明されている精密な空間流体分布技術を使用して、ユーザは、好ましくは、温度を、酸化剤流体流に横方向の穿孔分配チューブに沿って１ｍの区間にわたり各ｍｍ内に気温より高く１，５００Ｋ上の温度範囲にわたり約１．５°Ｋ内に制御する。すなわち、約２８８Ｋ（１５°Ｃまたは５９°Ｆ）から約１，７８８Ｋ（１，５１５°Ｃまたは２，７５９°Ｆ）。拡散および乱流は空間温度勾配におけるこれらの変化をさらに低減する。
これに対応して、ユーザは、好ましくは、燃焼器壁の近くに所望されるより高い燃焼温度を持つ空間温度分布を収容する燃焼器ライナ／壁を設ける。これらの壁は、本明細書に説明されているように、より高い温度を収容し、熱障壁コーティング３４を提供し、かつ／または、燃焼器ライナ冷却方法を提供する材料を含む。
これに対応して、ユーザは、好ましくは、壁の近くの高エネルギー流体９２０内のより高い温度を収容し、かつ、高エネルギー流体ダクト１３０にわたりより均一な温度分布を提供する高温壁材料および／または冷却された壁を使用して燃焼室４２４とエキスパンダ４４０の間に遷移区画を設ける。
いくつかの構成において、ユーザは、いくつかの構成において、噴出孔空間密度比を体系的に調整することにより中程度に均一な熱勾配を提供するように燃焼器を構成する。例えば、説明されているように分配チューブ長の約１，０００／ｍｍの噴出孔固有密度を使用して、ユーザは、均一な勾配を持つ燃焼ガスの温度を調整するために燃料噴出孔８２の空間密度に対する熱希釈剤噴出孔８３の空間密度の比を直ちに調整する。例えば、約５１５°Ｃから約１，５１５°Ｃの１ｍにわたる約１，０００Ｋまたは約１Ｋ／ｍｍの熱勾配である。（このような場合、ユーザは、燃焼器出口１３６における温度を制約するために必要な希釈剤／燃料質量比を達成するために、希釈剤噴出孔８３および燃料噴出孔８２の相対直径ならびに相対圧力を調整する。）
強い熱勾配が所望または必要である場合、ユーザは、好ましくは、非常に急速な横方向温度勾配（または、「段階的」温度飛び移り）を提供するために噴出孔空間密度を変更する。例えば、燃焼区画の近くで約１ｍｍにわたる約１，５００Ｋの熱段階的飛び移りを潜在的に提供する。すなわち、公称上、分配チューブのすぐ下流の燃焼における１００万Ｋ／ｍのオーダーの温度勾配である。（乱流および拡散が燃焼の開始から軸に沿って下流でこの熱勾配を漸進的に低減することに注意されたい。）
同様の形で、ユーザは、入来する流体の条件に対して過剰熱放出速度に対する総過剰熱希釈剤の比を調整することにより、必要または所望であるいかなる曲線または任意の空間温度プロファイルも提供するようにこのような構成を修正する。例えば、酸化剤および燃料流体を備えて送出された過剰希釈剤および入来の境界条件に対して調整された、燃料および熱放出に対して、希釈剤送出量の空間分布を調整することによる。このことは、分配チューブに沿った燃料流体噴出孔８２の空間密度に対して希釈剤噴出孔８３の面積の空間密度を調整すること、および、関与する差分流体送出圧力に対して調整することを含む。このような構成を使用して、ユーザは、約１Ｋ／ｍ（０．０４５°Ｆ／ｉｎ）未満から約１００万Ｋ／ｍ（４５，０００°Ｆ／ｉｎ）以上の約６桁の大きさで変化する穿孔分配チューブに沿った、かつ、酸化剤流体流に横方向の熱勾配を提供する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、分配チューブにわたる曲線温度プロファイルを提供する。例えば、分配チューブが所望の温度プロファイルに垂直な周上方向に配向された場合に上記に説明したようにタービン設計者により所望される如くの放射状ねじれ反転放物線温度プロファイルを設けるためである。この場合、ユーザは、環状ダクト１４６を放射状にわたり燃料流体および希釈剤の分配チューブの１つの組から隣の組に噴出孔間隔などを調整する一方、円環と直列に周上に分配チューブを配向する。
いくつかの応用例において、ユーザは、タービン製造業者により燃焼器から所望されるものに温度プロファイルを構成する。例えば、環状燃焼器構成において、タービン設計者は、下流でのタービンブレード４５０の動きに対応した周上での均一な温度をより好む。これに対応して、従来の設計において、タービン設計者は、ハブに近い内径からシュラウドに近い外径へのタービン羽根４４８および／またはブレードに放射状にわたる反転されたほぼ放物線のプロファイルをより好む。ブレードの先端は、冷却がより困難であり、かつ、羽根またはブレードの中央部分より低温にしばしば設計されている。ブレードの根元またはハブは、ブレードが回転するに従いより大きな求心（「遠心」）力を経験する。したがって、ブレードの根元は、しばしばブレードの中央部分より低温に保たれる。ピーク温度は、しばしばブレードの中央から外側にねじれている。
（タービンブレードに対するなどの）ねじれた反転放物線温度プロファイルにおいて最高の分解能および精度を提供するために、ユーザは、好ましくは、穿孔分配チューブを放射状に構成し、かつ、同チューブを周上マニホルドに、好ましくは燃焼器外周の少なくとも周囲で接続する。ユーザは、流体圧力を均一に改善するために内部マニホルドをさらに追加し、かつ、構造支持体を追加する。ユーザは、好ましくは、高エネルギー流体９２０の温度を本明細書に説明されている如くの所望の温度に調整するために、放射状酸化剤流体質量流量および温度分布プロファイルに対して、噴出孔空間密度、放射状熱希釈剤流体および／または燃料流体の分配チューブの向き（および、任意で噴出孔サイズ）を調整する。酸化剤質量流量および温度は、今度は速度および密度の分布から、かつ、したがって、（例えば、圧縮空気などの）酸化剤流体の放射状の温度および圧力の分布から評価される。
放射状直接接触器を備えた環状燃焼器において、ユーザは、ハブからシュラウドへの放射状距離の増加と共に増加する接触器間の隙間を考慮する。ユーザは、好ましくは、所望の噴流貫通距離に従って噴出孔サイズを調整する。ユーザは、これに対応して、流体噴流流量の変化、および、酸化剤流体質量流量の放射状プロファイルを考慮するために正味有効噴出孔面積の空間密度を調整する。
いくつかの構成において、ユーザは、燃焼中のガスまたは高エネルギー流体９２０の平均温度よりも低温の燃焼器壁温度が所望または必要である。このような状況において、ユーザは、燃焼器の残り部分内の温度と比較して燃焼器壁の近くに所望されるより低い空間温度分布を達成するために、希釈剤／燃料のより大きな比、および／または、燃料／酸化剤のより小さな比を送出するために燃焼器ライナ／壁の近くの分配器チューブの端部における噴出孔面積空間密度を調整することができる。この方法は、関連技術において典型的に得られる第２の程度の（例えば、指数的に変化する）プロファイルよりも、燃焼器壁の近くにおけるはるかに鋭い温度勾配を可能にする。この温度プロファイルは、壁の近くに放物線分布を備えた「寄せ棟」または修正された「寄せ棟」に類似して見える。
例えば、ユーザは、最高ブレード温度の近くでより平らな温度プロファイルを提供するように、タービンに高エネルギー流体を送出するための空間温度分布を調整する。ユーザは、対応して、規定されたブレードの根元および先端の温度制約に到達するために、ブレードの根元および先端の近くにより急峻な温度勾配を提供する。
壁の近くでの高エネルギー流体温度の鋭い降下を持つ燃焼器内のかなり均一な高エネルギー流体温度を提供するように空間温度分布を調整することにより、ユーザは、第２の程度の温度勾配を持つ燃焼器壁を介して送出された気体性希釈剤を使用して冷却する従来の方法よりも、高エネルギー流体の実質的により高い平均温度を達成する。例えば、ユーザは、環状燃焼器の中央５０％において１，５００°Ｃの均一な温度を提供することができる一方、放物線温度プロファイルを介して円環の内側および外側２５％においては流体温度を１，０００°Ｃの壁温度に降下させる。
外部半径の５０％である内部環半径およびダクトにわたる均一な速度を仮定すると、修正された「寄せ棟」温度プロファイル方法のこの実施形態は、１，６９０Ｋ（１，４１７°Ｃ）の公称平均温度を提供する。ダクトにわたる同じ均一な速度を仮定すると、同じ１，５００°Ｃのピーク流体温度および同じ１，０００°Ｃ壁温度を持つ従来の反転放物線温度プロファイルは、１，６０６Ｋ（１，３３３°Ｃ）の平均温度を与える。（実際の質量重み付けされた平均温度は、平均速度プロファイルに対して調整されると同じ規模の改善をもたらす。）このことは、この修正された「寄せ棟」温度プロファイルを備えて燃焼器を出る高エネルギー流体中に５．２％より高い絶対平均温度を公称上提供する。
３４３Ｋ（７０°Ｃ）の平均カルノー排気温度を仮定すると、この実施形態は、高エネルギー流体における同じピーク温度および同じ燃焼器壁温度を備えたカルノーサイクル効率において公称１．３４％の改善をもたらす温度プロファイルを調整することにより、平均高エネルギー温度を改善する。すなわち、従来のねじれ反転放物線または指数温度プロファイルに対してパワーサイクルの熱力学的性能を実質的に上昇させる。
従来の放物線温度プロファイル（相対距離に基づく第２次変化）を使用すると、ダクトの外側２５％における温度の変化は、ダクトにわたって途中から内側２５％における温度変化の４００％である。説明された温度分布を使用すると、ユーザは、燃焼器ダクトにわたって途中からダクト壁への相対横方向距離とともに指数的に（２．７３次）または第３次以上で変化する温度変化を達成する。例えば、長さ中央から壁への途中２５％の点の温度変化の少なくとも９００％である２５％の点から壁への外側部分における温度変化を与える。
〔分配チューブに横方向にわたる温度プロファイル〕
同様な方法において、ユーザは、好ましくは、分配チューブに横方向（垂直）（および、ダクト軸または酸化剤流体流にほぼ垂直）にわたり温度プロファイルを制御するために構成を修正する。ユーザは、好ましくは、噴出孔サイズ、噴出孔空間密度、噴出孔向き、および、燃焼器にわたり１つの分配チューブから隣の分配チューブへのチューブ間の隙間を構成する。いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、ダクトに横方向の温度プロファイル（または温度分布）を変化させるために熱希釈剤分配チューブにこれらの対策を適用する一方、かなり均一な酸化剤／燃料比を送出するか、または、所望の横方向酸化剤燃料プロファイルを補償する。
同様な方法において、ユーザは、好ましくは、分配チューブに横方向（垂直）（および、ダクト軸または酸化剤流体流にほぼ垂直）にわたり温度プロファイルを制御するために構成を修正する。ユーザは、好ましくは、噴出孔サイズ、噴出孔空間密度、噴出孔向き、および、燃焼器にわたり１つの分配チューブから隣の分配チューブへのチューブ間の隙間を構成する。いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、ダクトに横方向の温度プロファイル（または温度分布）を変化させるために熱希釈剤分配チューブにこれらの対策を適用する一方、かなり均一な酸化剤／燃料比を送出するか、または、所望の横方向酸化剤燃料プロファイルを補償する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、ダクト軸に横方向に、かつ、燃料流体分配チューブ１１および希釈剤分配チューブ１４の向きに垂直に燃焼器５６にわたるかなり均一な温度プロファイルを提供するように、本明細書に説明されているように燃料流体分配チューブ１１および／または熱希釈剤チューブ１４を構成する。このことは、ピーク出口温度により近くするために、燃焼器５６を出る高エネルギー流体９２０の平均温度をさらに引き上げる。このことは、下流タービンブレードに対してより低い温度「プロファイル係数」をもたらし、かつ、対応して高い熱力学的効率を備えた高エネルギー流体中のより高い平均温度を可能にする。
温度勾配が分配チューブを横方向にわたって（流体流に垂直に）所望される場合、ユーザは、さらに好ましくは、分配チューブにわたりより均一な温度勾配を提供するために分配チューブの１つの側から他の側へ噴出孔サイズ、噴出孔の向き、および、空間密度を調整する。噴出孔の向きを‘１９１特許出願に教示されているように構成することにより、ユーザは、チューブ間の隙間にわたり様々な距離に希釈剤を送出するように個々の噴霧を構成する。燃料および希釈剤の噴出孔の１つまたは双方の向きをこのように調整することにより、ユーザは、チューブ間の隙間ならびに１つの隙間から隣の隙間にわたる温度分布に対する制御を達成する。
分配チューブに横方向の温度の段階的飛び移りという極端な場合、ユーザは、好ましくは、境界上の分布の１つの側から他の側への希釈剤送出を調整する一方、分配チューブの残り部分は、均一に低いまたは高い温度をそれぞれ供給する。このことは、より鋭い熱勾配を提供する。代案として、ユーザは、温度段階の境界にわたる１つのチューブから隣のチューブへの燃料に対する希釈剤流体の比を変化させることにより温度段階を変化させる。
いくつかの構成において、ユーザは、燃焼中のガスまたは高エネルギー流体９２０の温度より低温の燃焼器壁温度が所望または必要である。このような状況において、ユーザは、好ましくは、燃焼器壁の近くで、燃焼器５６の残り部分内よりも大きな希釈剤／燃料の比、および／または、より低い燃料／酸化剤の比を送出する。極端な場合、ユーザは、好ましくは、燃焼器ライナ／壁６０の隣に燃料流体分配チューブのない希釈剤送出チューブを設ける。修正された場合には、ユーザは、チューブの１つの側に噴出孔を備え、かつ、他の側にはない燃料流体分配チューブを設ける。
下流ピーク温度（例えば、タービンブレード構造構成部分のピーク温度）により制限されたより均一な温度を提供することにより、ユーザは、従来の応用例と比較して燃焼器にわたりより高い温度を持つ構成を提供する。これに対応して、ユーザは、同じピーク温度を持つそのようなより高い周辺および平均温度を収容する燃焼器壁、遷移区間壁、ならびに、エキスパンダの羽根およびブレードを設ける。ユーザは、好ましくは、ダクト壁の近くの熱損失および熱勾配を低減するために、この構成において燃焼器壁を絶縁する。
環状燃焼器における放射状プロファイルの構成と同様に、ユーザは、環状燃焼器の周囲に周上流体流量および温度のプロファイルまたは同様の「パターン係数」を構成する。ユーザは、均一な周上流体流量プロファイルを形成することを一般に求める。ユーザは、これに対応して、接触器を均一な燃料対酸化剤、および、燃料対希釈剤の比を達成するように構成する。これらの比は、今度は均一な温度プロファイルをもたらす。代案として、プロファイルは均一なプロファイル以外の所望のプロファイルを達成するように構成することもできる。
〔軸に沿った温度プロファイル〕
ユーザは、いくつかの構成において燃焼器内の軸に沿った温度プロファイルを制御するために空間噴出孔分布を構成する。
ユーザは、いくつかの構成において燃焼器内の軸に沿った温度プロファイルを制御するために空間噴出孔分布を構成する。
本明細書に説明されているように、接触器に沿って軸に沿った成分を備えて分布した多数の噴出孔を介した流体の送出は、軸に沿って間隔を空けられた、または、分布した噴流を供給する。このような対策を使用して、ユーザは、燃焼器にわたる軸に沿った熱温度プロファイルに対する大きな制御を軸に沿った混合および燃焼に提供する。
ユーザは、燃焼器内の燃料接触器アレイ１４に対して希釈剤接触器１１の１つまたは複数のアレイを軸に沿って位置を変えることができる。ユーザは、さらに好ましくは、このアレイを希釈剤流体、希釈された酸化剤の１つまたは複数と組み合わせる。このような対策を使用して、ユーザは、燃焼器にわたる温度プロファイルを制御するためのさらなる方法を提供する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、燃焼器に沿って軸に沿った空間構成部分を備えた分散接触器のアレイを構成することができる。軸に沿って配向された接触器は主マニホルドに接続された横方向下位マニホルドに接続することができる。このような構成は、燃料流体および希釈剤流体の酸化剤流体との送出および混合に対するより多くの制御を可能にする。このことは、希釈された酸化剤を形成するための酸化剤流体との、および、希釈された燃料を形成するための燃料流体との希釈剤の混合と組み合わせることができる。例えば、高度に湿潤な、または、飽和した空気を形成するために圧縮空気に水蒸気または水を噴霧する、または、水をアルコールと混合する。
ユーザは、噴出孔を間隔を空けて分布させるこれらの方法を燃焼器内の軸に沿った構成部分と組み合わせることができる。いくつかの応用例において、ユーザは、燃焼器を全般にわたるが、実質的に軸に沿って配向された角度で曲線接触器を構成する。同様に、ユーザは、全般に軸に沿った方向におけるが、１つまたは双方の横方向における軸角度から実質的にずれて配向された他の曲線接触器を構成する。
例えば、ユーザは凹面「喇叭型」アレイ、凸面「漏斗型」アレイ、ピラミッド型テントアレイ、矩形テントアレイ、環状テントアレイ、または、他の曲線の下流に配向された凹面もしくは凸面三次元空間アレイを構成することができ、ここで、接触器は、第２の流体ダクト軸に横方向に、もしくは、ダクト軸に主に軸に沿って、もしくは、ハブに全般に放射状に配向することができるか、または、横方向および軸に沿った次元に対して主に中間の角度での構成とすることができる。例えば、平面「矢筈」アレイをそれの「背骨」マニホルドの周囲に曲げることにより環状アレイを形成する。
これらの接触器アレイは、２つ以上の流体を第３の流体とダクトで流し、かつ、混合するための多数の通路を有する複合接触器でさらに構成することができる。例えば、燃料流体および希釈剤流体を送出および混合し、かつ、それらを酸化剤流体と混合すること。同様に、ユーザは、第２のダクト軸に沿って、または、同様に１つもしくは双方の横方向に沿って、または、それらの方向の２つ以上の変位成分を備えて、互いを基準とした相互に位置を変えられた多数の曲線アレイを形成することができる。
〔曲線組成および温度プロファイルの範囲〕
関連慣行は、大量の流体混合物の入来温度の境界条件を超える同混合物の温度の上昇を評価する。ここで、ユーザは、入来温度の分布の対応する境界条件に対して温度のこの上昇の少なくとも１つの分布を評価する。さらに特に、ユーザは、少なくとも１つの横方向および／または軸に沿った方向における温度上昇の１つまたは複数の所望または必要である分布を達成するために、それらの横方向および／または軸に沿った方向における対応する燃料流体および酸化剤流体の温度境界条件に対して、「過剰な熱発生に対する総希釈剤冷却の比」、または、等価の「温度上昇」の空間分布を評価する。
関連慣行は、大量の流体混合物の入来温度の境界条件を超える同混合物の温度の上昇を評価する。ここで、ユーザは、入来温度の分布の対応する境界条件に対して温度のこの上昇の少なくとも１つの分布を評価する。さらに特に、ユーザは、少なくとも１つの横方向および／または軸に沿った方向における温度上昇の１つまたは複数の所望または必要である分布を達成するために、それらの横方向および／または軸に沿った方向における対応する燃料流体および酸化剤流体の温度境界条件に対して、「過剰な熱発生に対する総希釈剤冷却の比」、または、等価の「温度上昇」の空間分布を評価する。
ここで、総希釈剤冷却は、熱容量、気化の潜熱、および、（希薄組成における）総過剰酸化剤流体に対する化学分解、（濃厚組成における）過剰燃料流体の熱希釈剤蒸気、熱希釈剤液体、および、化学量論的反応流体以外のいかなる他の構成要素の１つまたは複数を含む総希釈剤エンタルピの変化として評価される。過剰な熱発生は、化学量論的反応燃料流体および酸化剤流体を所望の高エネルギー流体出口温度に加熱するために必要な熱より過剰な熱発生として評価される。続いて、ユーザは、過剰熱発生の分布に対する総希釈剤エンタルピの所望の分布の比を制御するために、１つまたは複数の制御可能な個別の流体流量プロファイルを評価する。
流体の送出、混合、および、測定における不確実性のために、関連する所望の、または、実際の大量の流体の温度は、所望または必要である確率内の上限値と下限値の間であると時々述べられている。例えば、９５％の確率で１，４５０°Ｃと１，５５０°Ｃの間。
本方法において、ユーザは、流体温度の１つまたは複数の空間分布を、所望または必要である確率に対する１つまたは複数の上限温度空間分布と１つまたは複数の下限空間温度分布の間の不確実性範囲内に発生するとして述べている。例えば、ユーザは、所望の確率に対する１つまたは複数の横方向または軸に沿った方向において、１つまたは複数の所望の上限温度プロファイルおよび所望の下限温度プロファイルを構成することができる。例えば、温度は、９５％の確率に対して環状燃焼器の内径と外径の間の反転ねじれ放物線として述べることができる。
これらの空間温度境界内の空間温度分布を達成するために、ユーザは、同様の境界内の酸化剤流体および燃料流体に対して熱希釈剤の対応する空間流体送出分布を確立する。続いて、ユーザは、好ましくは、所望の流量不確実性内のそれらの所望の流体プロファイルの実質的に範囲内に、個別の横方向または軸に沿った流体流量分布が入るように流体送出噴出孔を構成し、かつ、それらの分布をそれぞれ制御する。これに対応して、ユーザは、最終的な横方向または軸に沿った燃料流体に対する流体酸化剤の比のプロファイル、燃料流体に対する希釈剤蒸気流体の比のプロファイル、および、燃料流体に対する液体希釈剤の比のプロファイルの１つまたは複数が所望の比の不確実性内に対する所望の流体比プロファイル内となるように、１つまたは複数の個々の流体流量分布の比の分布を制御する。
より好ましくは、ユーザは、過剰熱発生に対する総エンタルピ変化の比の横方向分布を温度上昇の横方向分布を制御するように構成する。ユーザは、好ましくは、燃焼器出口における所望の横方向温度プロファイルを達成するために未反応の燃料流体および酸化剤流体の等価な流体温度分布の境界条件に対して制御する。これらの方法は、所望の温度プロファイル範囲内かつ所望の温度不確実性内の温度プロファイルを結果的に達成する。
〔〔空間燃焼器加熱器〕〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、生成物流体を加熱するための表面熱交換器にわたり高エネルギー流体を供給するように、本明細書および‘１９１特許出願に説明されているような多流体燃焼器を構成する。例えば、加熱器チューブを介して生成物流体を加熱する。ユーザは、熱伝導を制御するために高エネルギー流体の温度および／または流量を制御することができる。ユーザは、輻射遮蔽、絶縁障壁、および、熱交換器の表面またはフィンの１つまたは複数のパラメータを使用して熱交換器の壁を介した熱伝導も変化させることができる。これらの方法の１つまたは複数を使用することにより、ユーザは、好ましくは、熱伝導壁を介した生成物流体への熱束流を制御する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、生成物流体を加熱するための表面熱交換器にわたり高エネルギー流体を供給するように、本明細書および‘１９１特許出願に説明されているような多流体燃焼器を構成する。例えば、加熱器チューブを介して生成物流体を加熱する。ユーザは、熱伝導を制御するために高エネルギー流体の温度および／または流量を制御することができる。ユーザは、輻射遮蔽、絶縁障壁、および、熱交換器の表面またはフィンの１つまたは複数のパラメータを使用して熱交換器の壁を介した熱伝導も変化させることができる。これらの方法の１つまたは複数を使用することにより、ユーザは、好ましくは、熱伝導壁を介した生成物流体への熱束流を制御する。
〔加熱壁を介して〕
いくつかの応用例において、ユーザは、内部チューブ壁表面２７７、外部チューブ壁表面２７８、または、加熱器チューブもしくは加熱チューブ列体２７９の壁を介して加熱器チューブ２７６を使用した材料または生成物流体の加熱を求める。このような応用例において、ユーザは、所望の温度プロファイルまたは熱伝導プロファイルを提供するために熱伝導表面への熱伝導速度の制御を求める。
いくつかの応用例において、ユーザは、内部チューブ壁表面２７７、外部チューブ壁表面２７８、または、加熱器チューブもしくは加熱チューブ列体２７９の壁を介して加熱器チューブ２７６を使用した材料または生成物流体の加熱を求める。このような応用例において、ユーザは、所望の温度プロファイルまたは熱伝導プロファイルを提供するために熱伝導表面への熱伝導速度の制御を求める。
〔外部の加熱〕
いくつかの加熱の応用例において、加熱器チューブは、加熱チューブを介して流れる生成物を加熱するために外部チューブ壁表面の周囲で「火炎に曝される」（加熱される）。例えば、化学薬品精製所は、生成物を「分留」するために原油またはエチレンを含む高圧垂直加熱器チューブ２７６を一般に加熱する。例えば、直系が約１２５ｍｍ（６インチ）かつ高さが約１２．２ｍ（４０フィート）。これらのチューブは、一般に天然ガスを使用して下方から火炎に曝される。このような加熱は、加熱器チューブ列体２７９における周上の、垂直の、かつ、チューブ間からの双方の実質的な熱的変化をもたらす。加熱器チューブ２７６は、一般に自身の冶金学的限界またはその付近で動作される。このことは、必然的な高い動作および修理の費用を伴う高価な加熱器チューブを必要とする。
いくつかの加熱の応用例において、加熱器チューブは、加熱チューブを介して流れる生成物を加熱するために外部チューブ壁表面の周囲で「火炎に曝される」（加熱される）。例えば、化学薬品精製所は、生成物を「分留」するために原油またはエチレンを含む高圧垂直加熱器チューブ２７６を一般に加熱する。例えば、直系が約１２５ｍｍ（６インチ）かつ高さが約１２．２ｍ（４０フィート）。これらのチューブは、一般に天然ガスを使用して下方から火炎に曝される。このような加熱は、加熱器チューブ列体２７９における周上の、垂直の、かつ、チューブ間からの双方の実質的な熱的変化をもたらす。加熱器チューブ２７６は、一般に自身の冶金学的限界またはその付近で動作される。このことは、必然的な高い動作および修理の費用を伴う高価な加熱器チューブを必要とする。
〔内部の加熱〕
いくつかの加熱の応用例において、各社は、加熱チューブの内部表面を加熱することによりアスファルトまたは化学薬品を加熱している。例えば、Ｕ字型チューブ加熱器を使用して大型アスファルトタンクにおいて。従来のバーナは、入口の近くのチューブ壁３０を介して直ちに燃焼させる一方、さらに下流へは熱伝導をほとんど供給しない。このことは、一般に修理のための高価な停止時間をもたらし、かつ、火災の危険を作り出す。図４４を参照すると、ユーザは、加熱器チューブ２７７を介して高エネルギー流体を送出するように燃焼器を構成することができる。ユーザは、燃焼器自体を加熱器チューブ内に構成することができる。
いくつかの加熱の応用例において、各社は、加熱チューブの内部表面を加熱することによりアスファルトまたは化学薬品を加熱している。例えば、Ｕ字型チューブ加熱器を使用して大型アスファルトタンクにおいて。従来のバーナは、入口の近くのチューブ壁３０を介して直ちに燃焼させる一方、さらに下流へは熱伝導をほとんど供給しない。このことは、一般に修理のための高価な停止時間をもたらし、かつ、火災の危険を作り出す。図４４を参照すると、ユーザは、加熱器チューブ２７７を介して高エネルギー流体を送出するように燃焼器を構成することができる。ユーザは、燃焼器自体を加熱器チューブ内に構成することができる。
加熱器チューブの「列」もしくは「壁」または加熱器チューブ列体２７９の２つの側面を加熱することは、「内部」を加熱するように見える。このような構成において、ユーザは、好ましくは、所望の空間加熱を提供するために加熱器チューブ列体２７９のいずれかの側面上に１つまたは複数の分散燃焼アレイを設ける。同様に、加熱器チューブ列体２７９間に加熱を提供することは「内部」加熱のように見える。このような構成において、ユーザは、好ましくは、所望の空間加熱を提供するために加熱器チューブ列体２７９間に１つまたは複数の分散燃焼アレイを設ける。
〔「喇叭型」の囲い込まれたチューブ加熱器アレイ〕
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、加熱器チューブ２７６および同チューブの含有物を加熱するために同チューブの長さのほとんどに沿って同チューブを囲い込む、または、取り囲むための環状「喇叭型」分散燃焼器アレイ２６２または「円筒形」分散燃焼器アレイを設ける。分散燃焼器は好ましくはダクトにより取り囲まれる。すなわち、燃焼器は、加熱チューブが円環の内部壁を形成する環状ダクト１４６として構成することができる。ユーザは、好ましくは、ダクトおよび分散燃焼器を介して空気を供給するための送風機を設ける。煙突または排気筒もダクトを介して空気を引き出すために使用することができる。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、加熱器チューブ２７６および同チューブの含有物を加熱するために同チューブの長さのほとんどに沿って同チューブを囲い込む、または、取り囲むための環状「喇叭型」分散燃焼器アレイ２６２または「円筒形」分散燃焼器アレイを設ける。分散燃焼器は好ましくはダクトにより取り囲まれる。すなわち、燃焼器は、加熱チューブが円環の内部壁を形成する環状ダクト１４６として構成することができる。ユーザは、好ましくは、ダクトおよび分散燃焼器を介して空気を供給するための送風機を設ける。煙突または排気筒もダクトを介して空気を引き出すために使用することができる。
高圧下で流体を加熱することを必要とする応用例において、ユーザは、好ましくは、加圧燃焼器により取り囲まれた加熱器チューブを設ける。図２８と組み合わせて図４を参照すると、ユーザは、高温加熱器チューブ２７６を取り、かつ、これを燃焼器ライナ１３２内に「喇叭型」燃焼器アレイにより取り囲むことができる。ユーザは、好ましくは、ダクトを絶縁１５０で取り囲む。ユーザは、圧力封じ込めを提供するために燃焼器の周囲に圧力容器１７２またはチューブをさらに設ける。ユーザは、上昇された圧力における酸化剤含有流体を供給するために適した圧縮器を使用することができる。
これらの方法は高温加熱器チューブ２７６にわたる圧力降下を低減する便益を提供する。もし加熱器チューブに沿った温度制御をさらに改善すれば。１つまたは双方の特徴は、ユーザが加熱器チューブ内の生成物流体中の所望の温度分布を改善することを可能にする。これらの方法は生成物がより高温に加熱されることを可能にする。
従来の「喇叭型」燃焼器は、距離に比例して漸進的に増大する燃焼をもたらす。いくつかの応用例において、ユーザは、所望の温度プロファイルを達成するために所望または必要である燃焼器に沿った燃焼速度を制御するために燃焼器の直径およびチューブ間隔Ｈを調整することができる。例えば、ユーザは、加熱器チューブに沿ったより均一な加熱速度を達成するなどのために、分散燃焼器をより放物線または楕円の凹面燃焼表面として構成することができる。
ユーザは、より均一な空間燃焼速度を提供するために、当初にチューブの空間密度をさらに高め、かつ、より漸進的でなく下流に設けることができる。このような構成において、フィンまたは輻射遮蔽は、穿孔分配チューブ間の酸化剤流体の流量を調整するために隣接した同チューブ間の隙間を調整するために設けられる。
〔「円筒形」燃焼アレイ加熱器〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、加熱チューブを加熱するために同チューブの周囲に、または、ダクト内に、または、同チューブ間に円筒形燃焼アレイを適用する。（例えば、空気などの）酸化剤流体を円筒形燃焼器に通すために、円筒形アレイの１つの側面は流体ダクト入口１３４の近くで、かつ、他の側面は流体ダクト出口１３６で遮断されている。
いくつかの実施形態において、ユーザは、加熱チューブを加熱するために同チューブの周囲に、または、ダクト内に、または、同チューブ間に円筒形燃焼アレイを適用する。（例えば、空気などの）酸化剤流体を円筒形燃焼器に通すために、円筒形アレイの１つの側面は流体ダクト入口１３４の近くで、かつ、他の側面は流体ダクト出口１３６で遮断されている。
流れの乱流および壁抗力のために、円筒形燃焼器に沿って流れる高エネルギー流体中には漸進的な圧力降下がある。いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、分配チューブを、上流端部における空気の隙間を低減するために一緒により緊密に、かつ、下流端部における空気の隙間を増大させるために同チューブを離し広げるように調整する。このことは圧力降下を補償するうえで、かつ、燃焼器に沿ったより均一な酸化剤／燃料の比を維持するうえで役立つ。
他の構成において、ユーザは、酸化剤の流量の変化を補償するように分配チューブにわたる差分燃料および希釈剤圧力を調整する。いくつかの構成において、ユーザは、噴出孔の間隔、サイズ、および／または、数を分散燃焼器を介した酸化剤流量の変化を同様に補償するように調整する。
〔凸面または「漏斗型」燃焼器アレイ〕
図４４を参照すると、ユーザは、加熱器チューブ２７６またはダクトの内部表面を加熱するために加熱器チューブ２７６内またはダクト内に凸面または「漏斗型」燃焼アレイ２６４を適用することができる。図４８を参照すると、ユーザは、加熱チューブ２７６を加熱するために加熱チューブ列体における加熱チューブ２７６間に凸面または「漏斗型」燃焼器アレイ２６４を適用することができる。上流端部における漏斗型燃焼器アレイ２６４と外部加熱器チューブまたはダクトの間のいかなる隙間も、好ましくは分散燃焼器に（例えば、空気などの）酸化剤流体を通すために入口で遮断される。例えば、図５３に示す方法を使用して適するように構成された絶縁スペーサまたはリング１５４を使用することによる。
図４４を参照すると、ユーザは、加熱器チューブ２７６またはダクトの内部表面を加熱するために加熱器チューブ２７６内またはダクト内に凸面または「漏斗型」燃焼アレイ２６４を適用することができる。図４８を参照すると、ユーザは、加熱チューブ２７６を加熱するために加熱チューブ列体における加熱チューブ２７６間に凸面または「漏斗型」燃焼器アレイ２６４を適用することができる。上流端部における漏斗型燃焼器アレイ２６４と外部加熱器チューブまたはダクトの間のいかなる隙間も、好ましくは分散燃焼器に（例えば、空気などの）酸化剤流体を通すために入口で遮断される。例えば、図５３に示す方法を使用して適するように構成された絶縁スペーサまたはリング１５４を使用することによる。
「漏斗型」の燃焼器配向を使用する構成において、ライナ燃料および希釈剤分配チューブの構成は、混合−燃焼表面積に比例して漸進的に減衰する吸入口の近くの燃焼のより大きな量をもたらすことがある。加熱の応用例は、長さに沿ったより継続的な熱伝導をより好むことがあり、かつ、チューブを燃やし尽くすことを回避することができる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、上流の燃焼を減少させ、かつ、下流の燃焼を増加させるように、上流開放の放物線または楕円の形状などのより凸面の形状に燃焼器表面アレイを調整する。いくつかの構成において、ユーザは、燃焼器に沿った所望の燃焼速度および温度プロファイルを達成するように酸化剤／燃料および希釈剤／燃料の比を調整するために、分配チューブ間の間隔Ｈ、噴出孔サイズ、噴出孔空間構成（密度および／または数）、および／または、噴出孔にわたる差分圧力を調整する。（「喇叭型」および「円筒形」の燃焼器アレイを備えた修正と比較されたい。）
〔カスプ配置された燃焼器アレイ〕
ユーザは、ダクト以外のバーナアレイの外側の塗装を加熱するための外部バーナアレイを形成するように凸面または「漏斗型」燃焼アレイを修正することができる。酸化剤含有流体は、これらの外部バーナアレイの中央まで送出され、かつ、「漏斗型」アレイと同様の燃料と希釈剤の噴出孔アレイの間を流れ出る。例えば、図４８を参照すると、ユーザは、１つまたは複数の外部バーナアレイ２７２を形成し、かつ、加熱器チューブ２７６の周囲、または、それらの間に定置することができる。
ユーザは、ダクト以外のバーナアレイの外側の塗装を加熱するための外部バーナアレイを形成するように凸面または「漏斗型」燃焼アレイを修正することができる。酸化剤含有流体は、これらの外部バーナアレイの中央まで送出され、かつ、「漏斗型」アレイと同様の燃料と希釈剤の噴出孔アレイの間を流れ出る。例えば、図４８を参照すると、ユーザは、１つまたは複数の外部バーナアレイ２７２を形成し、かつ、加熱器チューブ２７６の周囲、または、それらの間に定置することができる。
外部燃焼器２７２またはダクトと近くの上流端部における加熱器チューブの間の隙間は、好ましくは、（例えば、空気などの）入来酸化剤流体を、分散外部燃焼器２７２の中央通路を介して流れるように押しやるために遮断される。例えば、図４４および図５３に示す方法を使用して、カスプ配置された接触器リング間の遮断スペーサとして適切に構成された絶縁「リング」１５４を使用する。同様に、絶縁くさび１５２は加熱器チューブに対して軸に沿って配向された接触器間のスペーサとして使用することができる。
図５１を参照すると、分散接触器２７２の中央通路は、好ましくはキャップ１７５を使用することにより下流端部で遮断される。このことは、接触器チューブ間を流れるように全ての酸化剤流体を差し向けるうえで役立つ。
外部燃焼器アレイ２７２における燃料および希釈剤の接触器チューブは、図４９に示すように加熱器チューブの軸に横方向に、または、図５１に示すように加熱器チューブに沿って軸に沿って配向することができる。空間熱束流密度および／またはチューブの数を低減するために、絶縁スペーサは、加熱器チューブの軸に横方向に、または、軸に沿ってのいずれかで、燃料および希釈剤の接触器チューブの各組の間に定置することができる。図４９を参照すると、絶縁リング１５４は、カスプ配置された接触器リング間でスペーサとして使用することができる。同様に、絶縁くさび１５２は、図５１に示すように加熱器チューブに対して軸に沿って配向された接触器間でスペーサとして使用することができる。
図４８を継続して参照すると、外部バーナアレイ２７２は、円形に構成することができ、加熱器チューブの六角形列体内に定置することができる。これらのバーナアレイは、好ましくは三角形アレイに、または、より好ましくは外向きに凹面の「カスプ配置された」チューブアレイ２７２に構成される。これらのカスプ配置された燃焼器アレイ２７２は、円筒形に形成された外部円形燃焼器アレイよりも、加熱器チューブの全長に沿って加熱器チューブから等距離により均一に燃焼火炎を定置する。これらの構成は、加熱器チューブ表面にわたり、より制御された加熱を提供する。例えば、加熱器チューブの周囲でより均一にする。
修正された構成において、加熱器の外部表面の曲面は、経済性、効率、品質、および／または、他の係数に対して必要または所望である如くに凹面カスプ、三角形もしくは四角形、凸面円弧、または、円形の間で変化される。燃料および／または希釈剤の送出速度は、加熱器チューブからの放射状の距離などの空間的変化を補償するために加熱器チューブの周囲でさらに構成することができる。
図５０を参照すると、カスプ配置された燃焼器２７２は、加熱器チューブの直交アレイにおける４つの加熱器チューブから等距離に同様に定置することができる。カスプの軸は、好ましくは、アレイの角部が加熱器チューブ間を指す近隣の加熱器チューブの垂直二等分線に沿って位置合わせされている。
カスプ配置されたアレイの突出点は、好ましくは、酸化剤流体がカスプの外部エッジに流れるための余地を設けるために丸められている。燃焼器表面を形成する燃料流体および希釈剤流体の分配チューブは、流体送出マニホルド２４０および／またはリブ３８により支持することができる。これらは、好ましくはカスプの突出点の近くの燃焼器の内部に定置される。
「カスプ配置された」燃焼器配向を使用した構成において、カスプ配置されたアレイ２７２に沿った高エネルギーガスの燃焼の速度および温度の１つまたは双方は、好ましくは加熱器チューブ表面に対して燃焼器表面積の変化を補償するように調整される。それらの速度および温度は好ましくは、加熱器チューブに沿った、かつ、その周囲の熱送出速度の規定された空間分布を達成するための所望の空間温度および所望の空間高エネルギー流体流量により近く、空間的な燃焼速度および温度の分布を提供するように構成される。
〔燃焼の壁〕
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、熱伝導の「壁」にわたる、または、加熱器チューブの列体にわたる制御された加熱を伴う燃焼の「壁」を形成するための分散接触器チューブの全般に平面的なチューブアレイ２６６を設ける。同様に、いくつかの構成において、ユーザは、２つのそのような「燃焼の壁」を加熱器チューブの単一の列体のいずれかの側面に設ける。これらの壁は、全般的に均一な熱伝導表面に対して構成することができる。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、熱伝導の「壁」にわたる、または、加熱器チューブの列体にわたる制御された加熱を伴う燃焼の「壁」を形成するための分散接触器チューブの全般に平面的なチューブアレイ２６６を設ける。同様に、いくつかの構成において、ユーザは、２つのそのような「燃焼の壁」を加熱器チューブの単一の列体のいずれかの側面に設ける。これらの壁は、全般的に均一な熱伝導表面に対して構成することができる。
円筒形燃焼器アレイの場合のように、ユーザは、本明細書または‘１９１特許出願に説明されている他の燃焼器および燃焼器アレイの構成に対して説明された原理を使用して燃焼器アレイパラメータを調整することができる。
〔熱伝導構成〕
図４４を参照すると、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、可変熱障壁または遮蔽１８０を、燃焼および／または高エネルギー流体と熱伝導表面の間の熱伝導速度を修正するために追加する。このことは、以下のように、熱伝導壁を介した熱交換の速度（および、好ましくは、より均一な熱交換速度）をより便利に構成するための手段を提供する。（例えば、「漏斗型」燃焼アレイ２６４と流体ダクト壁１３２の間の図４４を参照。）高エネルギー流体は、壁を加熱している間に通常は冷えていくので、熱障壁は、通常は熱抵抗が低下し、かつ、熱伝統壁に沿って距離と共に漸進的に減衰する熱障壁を形成する。これらの対策は、内部または外部の双方から生成物流体を加熱することを含めて、熱伝導壁の１つまたは双方の面上に構成することができる。
図４４を参照すると、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、可変熱障壁または遮蔽１８０を、燃焼および／または高エネルギー流体と熱伝導表面の間の熱伝導速度を修正するために追加する。このことは、以下のように、熱伝導壁を介した熱交換の速度（および、好ましくは、より均一な熱交換速度）をより便利に構成するための手段を提供する。（例えば、「漏斗型」燃焼アレイ２６４と流体ダクト壁１３２の間の図４４を参照。）高エネルギー流体は、壁を加熱している間に通常は冷えていくので、熱障壁は、通常は熱抵抗が低下し、かつ、熱伝統壁に沿って距離と共に漸進的に減衰する熱障壁を形成する。これらの対策は、内部または外部の双方から生成物流体を加熱することを含めて、熱伝導壁の１つまたは双方の面上に構成することができる。
〔様々な輻射遮蔽−漸進的に穿孔〕
図４５を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、高エネルギー流体および／または燃焼区画と熱伝導壁の間の様々な特性を備えた輻射遮蔽１８２として様々な熱障壁を構成する。例えば、様々な輻射遮蔽１８２は、漸進的に増加する孔などによる漸進的穿孔熱遮蔽により形成されるものなどの輻射に対する漸進的に変化する吸蔵を有することができる。孔の他の変形は、輻射遮蔽の有効性を変化させるために同様に使用することができる。
図４５を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、高エネルギー流体および／または燃焼区画と熱伝導壁の間の様々な特性を備えた輻射遮蔽１８２として様々な熱障壁を構成する。例えば、様々な輻射遮蔽１８２は、漸進的に増加する孔などによる漸進的穿孔熱遮蔽により形成されるものなどの輻射に対する漸進的に変化する吸蔵を有することができる。孔の他の変形は、輻射遮蔽の有効性を変化させるために同様に使用することができる。
孔または網羅範囲の正味サイズを漸進的に変化させることにより、ユーザは、輻射遮蔽を漸進的に変化させることができる。輻射遮蔽１８２のこのような変化は、対流による熱伝導も漸進的に変化させる。例えば、漸進的穿孔熱遮蔽１８２を益々通過する高温ガスとしてである。
熱障壁を変化させることは、変化する幅の熊手を備えた櫛またはフォークの形状などの輻射遮蔽を変化させることにより燃焼器または高エネルギー流体と熱伝導壁の間で輻射の遮断を変化させることを含むことができる。他の空間パターンは、加熱器壁表面にわたる様々な輻射遮蔽１８２の網羅範囲を変化させるために使用することができる。同様に、ユーザは、輻射遮蔽の数を変化させることができる。例えば、軸に沿った距離と共に漸進的に数を減らす（または、数を増やす）遮蔽を使用することによる。（例えば、図４７を参照。）
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、加熱器壁の少なくとも１つの壁に沿った少なくとも１つの曲線に沿った熱抵抗を漸進的に変化させることを有する加熱器壁表面の一部に沿って熱障壁を設ける。例えば、図４６を参照すると、漸進的に抵抗性を持つ熱障壁１８４は漸進的に薄くなる（または、厚くなる）熱障壁コーティング１２０または絶縁を含むことができる。このことは、熱伝導に対する抵抗を漸進的に減少させる（または、増加させる）。同様に、様々な熱障壁は、様々な幅の「フィンガ」１２１を備えた櫛または手の形状などの可変絶縁障壁により熱伝導壁の網羅範囲を変化させることを含むことができる。他の空間パターンは、加熱器壁表面にわたる熱障壁の網羅範囲を変化させるために使用することができる。これらの熱障壁は、熱交換器の壁の高エネルギー流体側または生成物流体側のいずれかに定置することができる。
ユーザは、いくつかの実施形態において、熱交換壁を介した熱伝導を変化させるために熱交換壁の有効熱伝導表面を変化させることができる。例えば、ユーザは丸い表面から襞付き表面に変化させることができる。図４７を参照すると、表面の変更は、熱交換器壁２７６の少なくとも１つの側面上に熱伝導性フィン１８８を設けることを含むことができる。ユーザは、高エネルギー流体から熱交換壁への熱伝導を制御するためにフィンの有効表面積を変更することができる。図４７に描かれているように、例えば、ユーザは、熱強化フィンの深さを変更することができる。同様に、ユーザは、熱交換フィンの数を変更することもできる。
〔〔流体加熱の構成方法〕〕
図８１を参照すると、ユーザは、好ましくは、所望の制約を備えて生成物流体を加熱するように燃焼器および熱伝導表面を構成する流体加熱構成方法を適用する。
図８１を参照すると、ユーザは、好ましくは、所望の制約を備えて生成物流体を加熱するように燃焼器および熱伝導表面を構成する流体加熱構成方法を適用する。
〔境界条件および初期化〕
図８１を参照すると、ユーザは、好ましくは、加熱される生成物流体を含む送出されている流体の境界条件を準備するために図２１の燃焼器構成方法を適用する。ユーザは、同様に利用される解法および／またはソフトウェアにより必要とされるパラメータを初期化する。
図８１を参照すると、ユーザは、好ましくは、加熱される生成物流体を含む送出されている流体の境界条件を準備するために図２１の燃焼器構成方法を適用する。ユーザは、同様に利用される解法および／またはソフトウェアにより必要とされるパラメータを初期化する。
〔熱伝導係数の分布〕
このような構成において、ユーザは、好ましくは、加熱されている生成物流体に伝導される熱束流の分布またはプロファイルを構成および制御する。例えば、生成物流体側の熱伝導壁上または同壁の近くの曲線に沿ってである。
このような構成において、ユーザは、好ましくは、加熱されている生成物流体に伝導される熱束流の分布またはプロファイルを構成および制御する。例えば、生成物流体側の熱伝導壁上または同壁の近くの曲線に沿ってである。
例えば、ユーザは加熱器チューブの内側または外側の軸の線に沿って熱束流を構成し、かつ、制御することができる。同様に、ユーザは熱伝導チューブの内部または外部周辺に沿って、または、その近くで軸に横方向の方位方向において熱束流を構成し、かつ、制御することができる。
これらの対策は、熱伝導壁に入射する輻射束流を制御することを含むことができる。例えば、図４５を参照すると、このことは、高エネルギー流体と熱伝導壁の間の輻射障壁の有効性を構成することを含むことができる。図４６を参照すると、ユーザは、熱伝導壁のいずれか１つの、または、両方の側の有効熱障壁１８４を調整することができ、かつ、熱伝導壁の表面に沿った、または、同表面の近くの曲線に沿った壁を介した有効熱束流を制御することができる。
図４７を参照すると、ユーザは、熱伝導壁のいずれか１つまたは両方の側面に沿った有効熱伝導表面を調整することができる。例えば、熱伝導フィン１８８を追加することにより、または、壁に襞を寄せることによる。これらの対策を使用して、ユーザは、熱伝導壁の表面に沿った曲線に沿って有効対流熱伝導表面を構成する。
これらの熱伝導係数の１つまたは複数を構成することにより、ユーザは、１つまたは複数の横方向および軸に沿った方向においてこのような加熱システムにおける熱伝導壁を介した熱伝導速度を構成することができる。高エネルギー流体および熱伝導係数を制御するこのような方法の１つまたは複数を利用することにより、ユーザは、好ましくは、加熱システムの周囲に１つまたは複数の方向に沿って空間熱送出束流の分布またはプロファイルを構成し、かつ、制御する。例えば、軸に沿って、または、横方向にである。
〔加熱された流体のパラメータおよび制約〕
図８１を参照すると、ユーザは、図２１の構成方法と同様に加熱システムに所望の制約を適用する。このことは、生成物流体中の最大温度を含むことができる。例えば、生成物の破壊または副生成物の形成を防止するためである。同様の制約は、熱伝導システム内の生成物流体における時間に従った所望の温度プロファイルとすることができる。他の制約は、生成物流体ダクトにわたる流体の平均流量および横方向速度分布とすることができる。ユーザは所望の加熱速度を容易にするために加熱システムの生成物側に沿った生成物流量および流れの構成を制御することもできる。
図８１を参照すると、ユーザは、図２１の構成方法と同様に加熱システムに所望の制約を適用する。このことは、生成物流体中の最大温度を含むことができる。例えば、生成物の破壊または副生成物の形成を防止するためである。同様の制約は、熱伝導システム内の生成物流体における時間に従った所望の温度プロファイルとすることができる。他の制約は、生成物流体ダクトにわたる流体の平均流量および横方向速度分布とすることができる。ユーザは所望の加熱速度を容易にするために加熱システムの生成物側に沿った生成物流量および流れの構成を制御することもできる。
ユーザは、好ましくは、生成物流体熱容量および生成物流体取入れ口温度に対して加熱されている流体の熱伝導束流および流れの構成を制御し、かつ、加熱されている流体の温度分布をそのように制御する。高エネルギー流体、熱伝導表面、および、生成物流体の１つまたは複数における温度センサを使用することにより、ユーザは、高エネルギー流体、熱伝導表面、および、加熱された生成物流体の１つまたは複数の温度を所望の温度不確実性に対する所望の温度または温度プロファイル内により精密に制御する。
〔加熱システム出力パラメータ〕
モデルパラメータおよび制約を使用して、ユーザは、所望の加熱システム構成を得るための連立方程式を解く。これらの方程式は、熱伝導束流の１つまたは複数の空間分布、高エネルギー流体の温度、高エネルギー流体の流量、熱絶縁、輻射障壁、および、熱伝導表面を含むことができる。
モデルパラメータおよび制約を使用して、ユーザは、所望の加熱システム構成を得るための連立方程式を解く。これらの方程式は、熱伝導束流の１つまたは複数の空間分布、高エネルギー流体の温度、高エネルギー流体の流量、熱絶縁、輻射障壁、および、熱伝導表面を含むことができる。
〔〔精密な動的流体送出制御〕〕
〔関連技術：流体送出設備〕
流体送出システムは、遠心移動空洞または容積式ターボ機械および加圧設備（例えば、ポンプまたは圧縮器）を使用する。遠心ポンプ上のポンプ発生水頭（差分圧力）はポンプ親和性法則に従ってポンプを介して体積流量と共に変化する。変化は、ポンプの固有設計に依存して僅かまたは大きくすることができる。移動空洞ポンプにより発生された水頭は、流量の変化と共に全般に僅かに変化するが、それでも重要である。
〔関連技術：流体送出設備〕
流体送出システムは、遠心移動空洞または容積式ターボ機械および加圧設備（例えば、ポンプまたは圧縮器）を使用する。遠心ポンプ上のポンプ発生水頭（差分圧力）はポンプ親和性法則に従ってポンプを介して体積流量と共に変化する。変化は、ポンプの固有設計に依存して僅かまたは大きくすることができる。移動空洞ポンプにより発生された水頭は、流量の変化と共に全般に僅かに変化するが、それでも重要である。
〔関連技術：計量型ポンプ〕
計量型ポンプは差分圧力の非常に大きな変化にわたり精密な平均流量を提供することができる（例えば、＋／−０．１％）。しかし、計量型ポンプは、実質的に動的な圧力および流量のパルス化に従って流体を送出する。ピストンポンプは、これが停止し、かつ、再充填する間の平均流量の１００％のパルス変化を引き起こす。容積式ギヤポンプは、これらのパルス化を低減するが、それでも実質的である。
計量型ポンプは差分圧力の非常に大きな変化にわたり精密な平均流量を提供することができる（例えば、＋／−０．１％）。しかし、計量型ポンプは、実質的に動的な圧力および流量のパルス化に従って流体を送出する。ピストンポンプは、これが停止し、かつ、再充填する間の平均流量の１００％のパルス変化を引き起こす。容積式ギヤポンプは、これらのパルス化を低減するが、それでも実質的である。
〔関連技術：多位相ポンプ水頭〕
数社は、ゆっくりと変化可能なストロークでポンプ水頭を提供する。それらの会社は、圧力のパルス化を低減するためにずれた位相の関係の多数の水頭をさらに組み合わせる。例えば、Ｂｒａｎ ａｎｄ Ｌｕｅｂｅ社は、そのような設備を供給している。それらの設備がパルス化を約＋／−１０％から３０％に低減することを主張する者もいる。
数社は、ゆっくりと変化可能なストロークでポンプ水頭を提供する。それらの会社は、圧力のパルス化を低減するためにずれた位相の関係の多数の水頭をさらに組み合わせる。例えば、Ｂｒａｎ ａｎｄ Ｌｕｅｂｅ社は、そのような設備を供給している。それらの設備がパルス化を約＋／−１０％から３０％に低減することを主張する者もいる。
〔関連技術：パルス化緩衝器〕
Ｂｒａｎ ａｎｄ Ｌｕｅｂｂｅ社および他社は、ポンプ送出速度の変化により引き起こされた流体のパルス化を低減するためにパルス化緩衝器を供給する。これらの緩衝器は、どのように構成されているかによってはパルス化を１桁以上の大きさで低減することができる。しかし、このような緩衝器は、ポンプ制御と流体送出の間に時間遅延をもたらしている。このことは、ポンプによる流体の即座の動的制御を減らし、かつ、排除することさえできる。しかし、ポンプに対するストロークの制御は平均流量が所望の如くに制御されることをそれでも確実にする。
Ｂｒａｎ ａｎｄ Ｌｕｅｂｂｅ社および他社は、ポンプ送出速度の変化により引き起こされた流体のパルス化を低減するためにパルス化緩衝器を供給する。これらの緩衝器は、どのように構成されているかによってはパルス化を１桁以上の大きさで低減することができる。しかし、このような緩衝器は、ポンプ制御と流体送出の間に時間遅延をもたらしている。このことは、ポンプによる流体の即座の動的制御を減らし、かつ、排除することさえできる。しかし、ポンプに対するストロークの制御は平均流量が所望の如くに制御されることをそれでも確実にする。
〔関連技術：発熱反応における比の変化および不確実性〕
発熱反応の場合、反応物質の、および、送出された反応物質に対する希釈剤の比の変化は反応速度、温度、および、生成物の品質の結果的諸変異、ならびに、不要な副生成物の形成に実質的な変化をもたらす。このタイプの流体送出システムは送出されている流体に様々な圧力変動を加える。例えば、遠心連続空洞または計量型のポンプは送出される流体において幾分かの規模のパルス状流を各々が典型的にもたらす。
発熱反応の場合、反応物質の、および、送出された反応物質に対する希釈剤の比の変化は反応速度、温度、および、生成物の品質の結果的諸変異、ならびに、不要な副生成物の形成に実質的な変化をもたらす。このタイプの流体送出システムは送出されている流体に様々な圧力変動を加える。例えば、遠心連続空洞または計量型のポンプは送出される流体において幾分かの規模のパルス状流を各々が典型的にもたらす。
〔関連技術：圧力発振および圧力フィードバック〕
加圧酸化剤流体における燃焼中燃料流体は、燃焼器内の圧力発振をもたらす。これらの圧力発振は、燃料流体および酸素含有流体用の送出ダクトにフィードバックすることができる。Ｌｅ Ｆｅｂｖｒｅ（１９９８）は、燃焼の放射された音響パワーが一般に１００Ｈｚから２，０００Ｈｚの広いスペクトル内の３００から５００Ｈｚの間にピークを有することを観察している。燃焼器内では、５０Ｈｚから１８０Ｈｚの圧力発振周波数を持つ雑音（「グロール」または「騒音」）のために、燃焼が不安定化される。これらは、エンジン停止の問題を悪化させる。より大きな動作速度において、エンジンは、２００Ｈｚから５００Ｈｚの周波数で発振（「ハウリング」または「ハム発生」）することがある。
加圧酸化剤流体における燃焼中燃料流体は、燃焼器内の圧力発振をもたらす。これらの圧力発振は、燃料流体および酸素含有流体用の送出ダクトにフィードバックすることができる。Ｌｅ Ｆｅｂｖｒｅ（１９９８）は、燃焼の放射された音響パワーが一般に１００Ｈｚから２，０００Ｈｚの広いスペクトル内の３００から５００Ｈｚの間にピークを有することを観察している。燃焼器内では、５０Ｈｚから１８０Ｈｚの圧力発振周波数を持つ雑音（「グロール」または「騒音」）のために、燃焼が不安定化される。これらは、エンジン停止の問題を悪化させる。より大きな動作速度において、エンジンは、２００Ｈｚから５００Ｈｚの周波数で発振（「ハウリング」または「ハム発生」）することがある。
送出液体流体と気体性酸化剤の間の流れインピーダンスの差は、燃料に対する酸化剤の送出量の比の結果的な急速な変動をもたらす。気体性燃料の場合、異なる送出圧力および圧縮器タイプは、変化する流れインピーダンスをもたらす。これらのインピーダンスは、変化する流量または変動、および、したがって、変化する酸素／燃料混合比をもたらす。燃焼の熱音響効率は、高エネルギー流体９２０の全圧の１％を大幅に超えるまで圧力発振を増強させることができる。このような高圧発振は、燃焼器５６の未熟な失敗を引き起こすことがある。燃焼発振は、タービンブレード４５０の急速な高周波励起を引き起こすことがあり、この励起は、数分以内にエキスパンダ４４０の急速な破壊を引き起こすことがある。
〔関連技術：燃料フィードバック制御〕
関連技術において、流体送出速度のこれらの変動を制御するために流体フィードバックを使用するための努力が払われてきた。例えば、圧力発振が測定され、続いて、圧力発振を低減するためにそれらの発振に対して燃料流体流量を変調するための努力が払われる。
関連技術において、流体送出速度のこれらの変動を制御するために流体フィードバックを使用するための努力が払われてきた。例えば、圧力発振が測定され、続いて、圧力発振を低減するためにそれらの発振に対して燃料流体流量を変調するための努力が払われる。
〔正確で精密な流体送出方法〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、以下の方法の１つまたは複数を使用して１つまたは複数の流体送出システム３６０、３６１、または、４００を形成することにより、関連技術に対して改善する。（例えば、図７６を参照。）いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体のパルス化および燃焼発振を引き起こす流体送出の作動における変化を低減するための能動的および受動的な方法の１つまたは双方を使用する。ユーザは、好ましくは、残存流量（漏れ）を補償し、かつ、流体送出システム３６０、３６１、４００を精密に較正する。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、圧力、圧力変動、温度、および、流体成分からのフィードバックを加える。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体送出システム３６０、３６１、４００の制御をさらに改善するために残存反応物質および副生成物をモニタする。ユーザは、１つまたは複数の分散穿孔チューブアレイを介して流体を送出するために、この動的送出方法をさらに使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、以下の方法の１つまたは複数を使用して１つまたは複数の流体送出システム３６０、３６１、または、４００を形成することにより、関連技術に対して改善する。（例えば、図７６を参照。）いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体のパルス化および燃焼発振を引き起こす流体送出の作動における変化を低減するための能動的および受動的な方法の１つまたは双方を使用する。ユーザは、好ましくは、残存流量（漏れ）を補償し、かつ、流体送出システム３６０、３６１、４００を精密に較正する。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、圧力、圧力変動、温度、および、流体成分からのフィードバックを加える。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体送出システム３６０、３６１、４００の制御をさらに改善するために残存反応物質および副生成物をモニタする。ユーザは、１つまたは複数の分散穿孔チューブアレイを介して流体を送出するために、この動的送出方法をさらに使用する。
〔燃料送出システム〕
ユーザは、好ましくは、規定された量の液体を送出するため、および／または、必要または所望に応じて規定された送出速度で液体を送出するために１つまたは複数の容積式または計量型のポンプを使用する。（例えば、図７６を参照。）代案として、同様な方法は、１つまたは複数の液体流体および／または気体性流体を加圧もしくは圧縮および送出するために連続空洞ポンプおよび／または遠心ポンプと共に使用することができる。
ユーザは、好ましくは、規定された量の液体を送出するため、および／または、必要または所望に応じて規定された送出速度で液体を送出するために１つまたは複数の容積式または計量型のポンプを使用する。（例えば、図７６を参照。）代案として、同様な方法は、１つまたは複数の液体流体および／または気体性流体を加圧もしくは圧縮および送出するために連続空洞ポンプおよび／または遠心ポンプと共に使用することができる。
〔音響燃料送出応答速度〕
タービン動力システムにおいて圧力発振を制御するために、ユーザは、好ましくは、大きなトルク、小さな慣性、および、短い流体送出ラインを備えて燃料流体送出システム３６０を構成する。例えば、好ましくは、少なくとも２００Ｈｚの応答、好ましくは７００Ｈｚを超え、かつ、より好ましくは１．５ｋＨｚを超える応答を達成するためにである。音声音響応用例に対して、ユーザは、５ｋＨｚを超える、および、好ましくは２０ｋＨｚの人間の可聴応答感度に向かってより高い周波数を求める。このような性能を達成するために、ユーザは、少なくともそれらの周波数に等しい、好ましくは少なくともそれらの周波数の４倍の制御作動能力を必要とする。閉鎖ループ制御を提供するために、ユーザは、好ましくは、それらの制御値の少なくとも２倍のセンサ応答速度を使用する。
タービン動力システムにおいて圧力発振を制御するために、ユーザは、好ましくは、大きなトルク、小さな慣性、および、短い流体送出ラインを備えて燃料流体送出システム３６０を構成する。例えば、好ましくは、少なくとも２００Ｈｚの応答、好ましくは７００Ｈｚを超え、かつ、より好ましくは１．５ｋＨｚを超える応答を達成するためにである。音声音響応用例に対して、ユーザは、５ｋＨｚを超える、および、好ましくは２０ｋＨｚの人間の可聴応答感度に向かってより高い周波数を求める。このような性能を達成するために、ユーザは、少なくともそれらの周波数に等しい、好ましくは少なくともそれらの周波数の４倍の制御作動能力を必要とする。閉鎖ループ制御を提供するために、ユーザは、好ましくは、それらの制御値の少なくとも２倍のセンサ応答速度を使用する。
ユーザは、好ましくは、小さなパルス状振幅を持つ容積式ポンプを使用する。数社では、平均流量の＋／−３％未満のパルス変動規模を持つ容積式精密ギヤポンプを製造している。回転当たり５つのパルスを備えて４００Ｈｚ（２４，０００ ＲＰＭ）で動作する時、流体出力は、２０ｋＨｚの小さなパルス速度を公称上有する。他社では、平均流量の＋／−１％のパルス変動を持つ連続空洞タイプの容積式ポンプを製造している。
ポンプ作業を改善し、かつ、このようなパルス化を低減するために、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、互いに均一な位相の送出配列における２つ以上の容積式ポンプ水頭を使用して複合容積式ポンプを構成する。正弦波容積式ポンプに対して、ユーザは、１つのポンプからの大きなパルスが他のポンプの小さなパルスに適合するように、２つの容積式ポンプ水頭を互いに平行だが異相に配列する。これらの２つのポンプの取出し口は、２つの流体が共通のパイプ内で合流するまで、２つの流体に対して異相の関係を維持するために等しい長さのパイプで接合されている。代案として、異なる長さのパイプは、ポンプ間の位相における対応する変化と共に使用することができる。
非正弦波的流量に対して、ユーザは、ポンプ水頭の数により除された１つのポンプ水頭のパルス間の位相角により同相に移されたポンプ水頭を持つ３つ以上のポンプ水頭を選択する。例えば、６つの裂片を持つギヤ水頭は１つの裂片と隣の裂片の間に６０度の回転角度を有する。したがって、ユーザは、３つのポンプ水頭を、第１のポンプ水頭から約２０度および約４０度移された第２および第３のポンプ水頭を備えて構成する。この構成は、実質的に小さなパルス流量振幅を有する。例えば、３％の平均単一水頭パルス変動を備えた３つの精密な容積式ポンプを使用した複合水頭に対して平均流量の約１％未満である。
このような複合ポンプ水頭は、ポンプ水頭数の裂片数倍に等しい回転当たりのパルスをもたらす。例えば、水頭当たり６つの裂片を各々持つ３つのポンプ水頭は回転当たり１８の発振パルスをもたらす。約１００ｒｐｓ（６，０００ｒｐｍ）のポンプ作動速度において、このことは、約１，８００Ｈｚの公称複合流体パルス速度を与える。
〔精密回転式作動器およびポンプ〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体ポンプの１つまたは複数を作動させるための高応答性精密回転式作動器を設ける。すなわち、慣性に対するトルクの大きな比を持つモータである。例えば、ユーザは、いくつかの実施形態において、大きな応答速度でこのポンプを精密に作動するために、複合容積式ポンプに高応答性モータを装着することができる。より好ましくは、このような高速応答性送出は、液体燃料および液体希釈剤を関連技術よりも実質的に速く送出および制御するために使用することができる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体ポンプの１つまたは複数を作動させるための高応答性精密回転式作動器を設ける。すなわち、慣性に対するトルクの大きな比を持つモータである。例えば、ユーザは、いくつかの実施形態において、大きな応答速度でこのポンプを精密に作動するために、複合容積式ポンプに高応答性モータを装着することができる。より好ましくは、このような高速応答性送出は、液体燃料および液体希釈剤を関連技術よりも実質的に速く送出および制御するために使用することができる。
図７７を参照すると、ユーザは、好ましくは、適用されたトルクを増加させ、かつ／または、回転式作動器の結合された慣性を減少させる。このことは、モータ／ポンプ応答性を大幅に改善する。ユーザは、好ましくは、システムの応答性を上昇させるために大きなトルクおよび小さな慣性を持つモータ６００を使用する。例えば、ユーザは、好ましくは大きな速度を備えた２０，０００秒−２を超えるトルク／慣性を持つモータを使用することができる。数社では、トルクを増大させる一方、回転子の慣性を減少させるために薄い伝導性円筒または円盤から回転子を作成している。このようなモータは、従来の鉄製コアのモータよりも実質的に大きなトルク／慣性、および、加速を提供する。
例えば、（カリフォルニア州のベンチュラのＧ＆Ｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．に譲渡された）ＧｒａｈａｍおよびＹａｎｋｉｅへの米国特許第６１１１３２９号明細書は、薄い銅製の円筒形回転子の使用を教示している。同発明者は、彼らのＴｈｉｎＧａｐ（登録商標）サーボモータが分塊、ヒステリシス、鉄損失、または、積層うなりのない迅速な応答速度をもたらす小さな慣性を持つ大きなトルクを提供すると主張している。彼らの３００ＷモデルであるＴＧ３２００ブラシモータの回転子は、報告によると２３，１００秒−２の連続ピークトルク／慣性を有する。このモデルのモータは、５８３Ｈｚ（３５，０００ＲＰＭ）の報告によるピーク速度を有する。この技術は、より大きな、または、より小さなトルク、パワー、および、速度に規模調整することができる。
代案として、薄い円盤（「ディスク」または「パンケーキ」）型のモータは、いくつかの実施形態で使用することができる。（例えば、ニューヨークのＴｈｅ Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ Ｍｏｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｇｒｏｕｐ ｏｆ Ｃｏｍｍａｃｋは、大きなトルクおよび小さな慣性を備えたＳｅｒｖｏＤｉｓｃ（登録商標）モータを製造している。）モータに対して同様の慣性を持つポンプを仮定すると、このようなモータポンプシステムは、１０，０００ラジアン／秒−２のオーダのトルク／慣性を有することができる。このことは、液体の慣性を考慮する前であれば、約０．６ｍｓの応答時間を持つ約１．６ｋＨｚの応答速度を示唆する。
図７７を参照すると、ユーザは様々な流体流を作動するために使用される１つまたは複数のモータを冷却するための冷媒を使用することができる。例えば、ユーザは、固定子６０８に沿って冷媒流体をダクトで流すために固定子６０８の隣に冷媒ジャケット４８５を設ける。より好ましくは、ユーザは、冷媒として希釈剤９０７を使用し、かつ、続いて、加熱された希釈剤を再生する。この加熱された希釈剤は好ましくは、モータによって発生されたさもなくば失われる熱を再利用するために、熱交換システムに送出される。例えば、加熱された希釈剤を燃焼器に送出することによる。
例えば、図７７および図７８を参照すると、ユーザは、内部回転子を備えてモータを構成することができ、かつ、モータ内部で冷媒流体を噴霧するために１つまたは複数の穿孔希釈剤チューブ１０を設けることができる。対応する熱冷却ジャケット４８５は、所望または必要に応じて固定子６０８を冷却するために固定子６０８の周囲に設けることができる。モータは、希釈剤９０７により冷却することができる。
ユーザは、好ましくは、回転子６０２を少なくとも１つの端部上で、好ましくは低い方の端部で空洞コアベアリング６１２または空洞シャフトで支持する。このことは、希釈剤に対して取入れ口および取出し口を提供する。好ましくは、このことは、少なくとも１つの希釈剤分散直接接触器１０が、空洞コアベアリングの中心を介して構成され、かつ、回転子の長さに沿って内部に定置されることを可能にする。希釈剤は、空洞コアベアリング６１２を介して接触器１４から回転子内にも噴霧することができる。
回転子６０２は、好ましくは冷媒が回転子から離れて流れる、または、これから流れ出るうえで役立つように垂直に配向される。回転子から放出された加熱された希釈剤は、希釈剤回収器３４６内に回収される。この回収は、好ましくは重力により送られる。代案として、回転子は、所望または必要に応じて水平に、または、中間の向きに配向することができる。これに従って、希釈剤回収器３４６は、特定の構成に対して必要な如くに適した飛び跳ね遮蔽と緊密に結合される。
図７９を参照すると、回転子６０２は、モータ６００の外部に、および、固定子６０８は同内部に定置することができる。ここで、ユーザは、好ましくは、回転子６０２に冷媒流体を噴霧するためにモータの外に１つまたは複数の熱希釈剤穿孔分配チューブ１４を定置する。ユーザは、固定子６０８を冷却するために、固定子６０８内に冷却ジャケット４８５を同様に設置する。
このような構成は、外部および内部の回転子の双方を（対応する内部または外部固定子と共に）冷却することを可能にする。ユーザは、好ましくは、低伝導性および大きな誘電定数を持つ冷媒流体を選択する。様々な構成は超純水、炭化フッ素、または、同様の冷媒を使用することができる。例えば、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社は、「Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）」炭化フッ素を製造している。
いくつかの実施形態において、回転子は、好ましくは冷媒が回転子を離れて流れる、または、これから流れ出るうえで役立つように垂直に配向される。代案として、回転子は、所望または必要に応じて水平に、または、中間の向きに配向することができる。
他の実施形態において、ユーザは、熱伝導速度を大幅に改善する一方、寄生風摩擦を低減するために、高性能回転子を希釈剤回収器３４６で囲い込み、かつ、囲いを低粘度ガスで満たす。ユーザは、好ましくは、冷媒ガスとして水素を、または、代わりにヘリウムを使用する。この冷媒ガスは、好ましくは上記のように分散接触器１４を介して回転子６０２に差し向けられる。続いて、水素ガスにより吸収された熱は、熱交換システム４７０との接触により除去される。加熱された希釈剤流体は、好ましくは、この寄生ポンプ熱の大部分を回収するためにこの熱交換器を通過する。冷却速度を改善する他の方法は、伝導性回転子にわたる空気流を増加させるための送風機を設けることである。
円筒形回転子を冷却するこれらの改善された方法は、より大きな、または、より小さなパワーのモータにおける応答速度を改善するためにより大きな、または、より小さなサイズに直ちに規模調整される。これらの方法は、円盤型モータなどの他のタイプの導体モータに同様に適用可能である。
このような伝導性円筒または円盤の場合の一次トルク制限は、回転子および固定子の導体自体の抵抗性加熱により引き起こされた温度限界である。薄い隙間円筒モータは、報告によれば、約６１６Ｋ（３４３°Ｃ、６５０°Ｆ）の最大動作温度を有する。
関連技術における応答速度を改善するために、ユーザは、好ましくは、回転子６０２および／または固定子６０８に供給される冷却の速度を上昇させるために、本明細書に説明されている冷却方法を使用する。より好ましくは、ユーザは、回転子、および、同じく固定子を冷却するために液体希釈剤を使用する。このような直接接触液体冷却は、関連するガス冷却に比較して冷却の速度を実質的に上昇させる。
このような改善された冷却方法を使用して、作動電流は、導体の温度を上昇させずに実質的に増加させることができる。これに対応して、モータの達成可能なトルク／慣性比は、冷却を増加させることにより実質的に上昇させることができる一方、約３４３°Ｃ（６５０°Ｆ）の同じ最大動作温度を維持する。
一定の抵抗を仮定すれば、熱の発生は、電流の二乗として増加する。すなわち、冷却速度を４倍することにより、電流および対応してトルク／慣性は２倍になる。例えば、空冷の代わりに液体冷却を使用することにより、ユーザは、２５，０００秒−２より好ましくは２０％以上実質的に大きいトルク／慣性を得ると予測している。例えば、３０，０００秒−２以上である。このような改善された冷却方法を使用して、ユーザは、組み合わせモータ／ポンプ応答速度を好ましくは１０％以上改善することができる。このことは、好ましくは、組み合わせモータ／ポンプ応答速度の１．７ｋＨｚより高速への、かつ、より好ましくは３．２ｋＨｚより高速への上昇をもたらす。
流体噴射応答はモータと噴出孔の間での流体慣性、流体の圧縮性、および、マニホルド２４０および分配チューブの硬さまたは柔軟性に依存する。図７７を参照すると、ユーザは、好ましくは、流体慣性および遅延時間を低減するために、ポンプ水頭を分配アレイの中央近くに取付ける。ポンプ水頭は、好ましくは流体応答の対称性を改善するためにアレイの中央近くに位置する。ユーザは、好ましくは、回転式ポンプ水頭３７６を分配チューブに接続するために短いマニホルド２４０を使用する。例えば、ポンプ水頭は、接触器アレイの外部寸法の半分の距離内に中心の近くに位置することができる。
本明細書に説明されているように高性能作動器と組み合わされた時、ユーザは、液体慣性がモータ／ポンプ慣性以下であると仮定すれば、このような方法が８００Ｈｚを超える液体噴射応答速度を達成すると予測している。
このような改善された流量応答速度は、液体燃料タービンおよび内燃往復エンジンなどの運転エンジンにおける燃料流体および希釈剤の流量制御を改善することに有益である。このようなより高速の流体制御は、ロボットマニピュレータなどの液圧作動および制御にも有益である。
このような改善された冷却方法は、超伝導材料が入手可能となるに従い、超伝導モータにもさらに拡大され、この場合、超伝導導体は、米国特許第６１１１３２９号明細書に教示されているものなどの銅製導体に取って代わる。超伝導導体とともに、ユーザは、冷却された水素、ヘリウム、窒素、または、モータの温度を超伝導点より低く維持するために十分な温度および流量を備えた他の適した冷却された流体を使用する。
図７７を参照すると、ユーザは、組み合わせポンプ水頭３７６内に各流体に１つずつの２つのポンプを設けることができる。これらのポンプは、２つのタイプの燃料または燃料流体および希釈剤流体の双方または２のタイプの希釈剤を送出するために使用することができる。２つのポンプ回転子３７７は、モータ６００により一緒に駆動することができる。このことは、希釈剤流体および燃料流体の互いにほぼ比例した送出に対する迅速な制御を提供する。この制御は、ユーザが燃料および希釈剤に対して迅速な制御を提供する一方、高エネルギー流体の温度を比較的一定に保つことを可能にする。ユーザは、２つのポンプを別個に駆動するために２つのモータ６００および２つのシャフト６０６をさらに設ける。例えば、モータシャフト６０６は同心とすることができる。この構成は、過剰な熱容量に対する総過剰希釈剤および、したがって、温度に対する迅速な制御を提供する。
改善された冷却速度は、より大きな電流および潜在的により大きな速度を可能にする。しかし、回転速度を上昇させることは回転子にかかる求心加速度（外側には「慣性力」）をさらに増加させる。図７８を参照すると、補強材料６０４の巻き込み体を強化することは、より大きな速度に回転子６０２導体を制約するために提供することができる。補強材料に対して、ユーザは、好ましくは、密度比に大きな強度を与える大きな引張り強さおよび低密度を持つ材料を使用する。例えば、補強材料はガラス繊維、黒鉛、単結晶サファイヤ、および、炭素ナノチューブとすることができる。
図７９を参照すると、ユーザは、好ましくは、外部回転子６０２および内部固定子６０８を備えてモータを構成する。ここで、強化巻込み体６０２は、回転子６０２を冷却するために強化巻込み体６０２上に接触器１４を使用して噴霧されている冷媒希釈剤を備えて回転子の外にある。強化巻込み体６０２は、より好ましくは、補強帯間に回転子導体を露出している帯として構成される。希釈剤接触器１４内の噴出孔は、好ましくは最大の冷却を達成するために補強帯間のこれらの隙間に主に位置合わせするように構成される。このことは、回転子導体の直接接触液体冷却を可能にする一方、より大きな速度の動作に対して回転子導体をそれでも補強する。このことは、図７７に示すものなどの固定子と回転子の間の補強巻込み体に対する必要性をさらに排除する。この構成は、ユーザが同じまたはより薄い回転子固定子隙間に対して等しいまたはより多い補強巻込み体６０４を達成することを可能にする。この構成は、ユーザが回転子および固定子の双方を効果的に冷却することを可能にする。
図７７を参照すると、ユーザは、好ましくは、モータ６００およびポンプ水頭３７６を一緒に構成する。モータの回転子自体は、回転子導体、接触器、回転子端部、はずみ車、および、シャフトを様々に含む大きな慣性を提供する。ポンプを駆動するためにモータを使用するうえで、ポンプ回転子はさらなる慣性を提供する。
ユーザは、モータ回転子とポンプ回転子を緊密に結合することにより接合シャフトを最小に抑え、かつ、好ましくは排除することにより慣性をさらに低減することができる。図７９を参照すると、ユーザは、好ましくは、結合されたユニットとしてポンプの回転子３７７上にモータの回転子６０２を直接取付けるように構成する。ユーザは、好ましくは、ポンプ水頭回転子３７７およびモータ回転子端部を単一の結合されたユニットとして構成することにより（図７７に示す）回転子端部を排除する。このことは、発生されたトルクを回転子端部に、続いて、共通のシャフトに、かつ、続いて、ポンプ回転子に伝達する必要のない伝導性帯からポンプ回転子３７７への直接トルク伝達を提供する。このことは、構造および費用を簡略化する。このことは、高性能が所望される場合に慣性を低減する。ポンプ回転子は、好ましくはポンプ搬送された流体による回転子導体の冷却を改善するために、強度に対する熱伝導の大きな比を持つ材料から形成される。
モータおよびポンプの回転子は、細い円筒により接続することもできる。同様に、細い円筒は、個々の（図７７に示すものなどの）接続端部円盤の慣性を低減するためにモータおよびポンプの端部における硬い円盤のいくつかに取って代わるために使用することができる。
このような実施形態において、ポンプ水頭は、モータ上のはずみ車により以前に従来から提供されている小さな量の慣性を提供する。（例えば、ユーザは、好ましくは、米国特許第６１１１３２９号明細書に教示されているものなどの回転子および対応するモータシャフトに接続されたはずみ車を最小に抑える。例えば、細い支持円筒を所定の位置に設けることによる。）このような方法は、モータポンプの応答性を実質的に改善する一方、費用および複雑さを低減する。
この構成を補完するために、ユーザは、ユーザが整流子をポンプ回転子の近くに好ましくは維持するように電気的導体または整流子を設置することができ、このことは、図７７に示すように回転子の中心まで希釈剤がダクトで流れることを可能にすることによる冷却に役立つ。代案として、整流子は、ポンプ回転子端部から回転子の他の端部に、回転子および固定子を冷却するために希釈剤を送出するために設けられた同様の手段を使用して定置することができる。例えば、モータ内に、および、その周囲でポンプを介してダクトで流すことによる。
ユーザは、燃料および希釈剤の双方を接触器アレイを介して送出することを一般に所望する。ユーザは、好ましくは、互いに積み上げられた、すなわち、燃料および希釈剤の各々に対して１つの２つのポンプ回転子を持つ混成ポンプ水頭を形成する。図７７に示すように、この混成ポンプ水頭は、燃料流体９０１および希釈剤流体９０７に対してポンプ水頭に進入し、かつ、これを出る２組のマニホルドを含む。
同様の実施形態において、ユーザは、よりコンパクトなシステムを提供する一方、ポンプ送出されている流体にポンプを介して回転子冷却をそれでも供給するように回転子の周囲にポンプ水頭を構成することができる。
修正された実施形態において、ユーザは、所望または必要である速度で流体を送出するように（または、とびとびの量の流体を送出するように）ポンプを作動するように、高分解能ステップモータを制御する。ユーザは、好ましくは、ポンプを駆動するために回転当たり２００以上のステップ（ステップ当たり１．８度以下）を持つステップモータを使用する。これらのモータは、様々な供給元から入手可能である。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、必要または所望に応じて分解能をさらに改善するための制御装置ステップ当たり多数の微小ステップの能力を持つ高分解能微小ステップ制御装置５９０を備えた高分解能ステップモータを駆動する。例えば、多数の会社が、ステップ当たり１０から５０の微小ステップを持つステップモータに対する微小ステップ制御装置５９０を供給している。例えば、分解能当たり約２００ステップのステップモータを持つステップ当たり約５０微小ステップの制御装置を使用することは、分解能当たり約１０，０００の微小ステップを提供する。
〔線形作動器／ソレノイド〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、流れている流体の圧力を動的に変化させるために１つまたは複数の線形作動器３７８またはソレノイド作動器３７９を設ける。線形作動器３７８またはソレノイド３７９は、好ましくはマニホルド２４０の柔軟な壁を作動する。この動的圧力変調は、穿孔分配チューブを介した液体小液滴送出速度を変化させる。ユーザは、好ましくは、線形作動器３７８もしくはソレノイド３７９または他の圧力もしくは流量変調器３７０をモニタするために流量変調器の位置、運動、または、変位の各センサ５８６を設ける。（例えば、図７６を参照。）他の構成において、線形作動器３７８またはソレノイド３７９は、柔軟な膜壁に適用されるか、または、流体の漏れを低減するための詰め物を備えたシリンダ内の液圧ピストンのように使用される。
いくつかの実施形態において、ユーザは、流れている流体の圧力を動的に変化させるために１つまたは複数の線形作動器３７８またはソレノイド作動器３７９を設ける。線形作動器３７８またはソレノイド３７９は、好ましくはマニホルド２４０の柔軟な壁を作動する。この動的圧力変調は、穿孔分配チューブを介した液体小液滴送出速度を変化させる。ユーザは、好ましくは、線形作動器３７８もしくはソレノイド３７９または他の圧力もしくは流量変調器３７０をモニタするために流量変調器の位置、運動、または、変位の各センサ５８６を設ける。（例えば、図７６を参照。）他の構成において、線形作動器３７８またはソレノイド３７９は、柔軟な膜壁に適用されるか、または、流体の漏れを低減するための詰め物を備えたシリンダ内の液圧ピストンのように使用される。
〔制御装置〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、高い時間分解能を持つ所望の回転式および／または線形作動器３７４、３７８を迅速に駆動することが可能な高速制御装置５９０を使用する。ユーザは、好ましくは、１つまたは複数のこのような制御装置５９０を燃料制御装置５２９、熱希釈剤制御装置５９６、および／または、酸化剤流体制御装置５９４として使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、高い時間分解能を持つ所望の回転式および／または線形作動器３７４、３７８を迅速に駆動することが可能な高速制御装置５９０を使用する。ユーザは、好ましくは、１つまたは複数のこのような制御装置５９０を燃料制御装置５２９、熱希釈剤制御装置５９６、および／または、酸化剤流体制御装置５９４として使用する。
様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、線形作動器３７８の最大微小ステップ制御速度を、ポンプのストロークまたはポンプの回転当たりのステップ数の設計ポンプ速度倍に基づく最大設計モータステップ速度に設定する。代案として、もし微小ステップ制御電子回路の帯域が限定されていたなら、ユーザは、回転当たりの結合微小ステップを、ステップモータおよび微小ステップの回転当たりの微小ステップ数により除された最大微小ステップ制御帯域に調整する。微小ステップ制御装置５９０を使用して、ユーザは、ステップ周波数の約４分の１の実際の制御周波数を公称上達成する（ナイキストの定理によるステップ周波数の理想的な半分未満）。
ユーザは、好ましくは、所望の制御応答時間より大幅に短い指令サイクル時間を有するように高速制御装置５９０を選択する。例えば、ミネソタ州チャスカのＰａｒｋｅｒ Ａｃｒｏｌｏｏｐ社は、１５０ＭＨｚのクロック速度を持つＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社のＴＭＳ３２０Ｃ３Ｘデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用した高速８−軸運動制御装置Ｍｏｄｅｌ ＡＣＲ８０２０を供給している。デジタル／アナログ変換器は、１６ビットの分解能における（すなわち、ほぼ１／６５，０００分解能）秒当たり１０万以上の設定値を備えて多くの会社から入手可能である。
このようなプロセッサおよびクロック速度を使用して、このような回路板は、約５０μ秒内でサーボフィードバックループ内の変化を登録し、かつ、約１５０μ秒毎に新しい制御パラメータに更新する。このような制御および作動器システムは、（ポンプおよび液体の慣性を除き）５ｋＨｚのオーダの閉鎖ループ制御帯域を公称上は有する。
このようなシステムは、約１５０μ秒以下毎に新しい制御速度または複合パターンに同様に更新することができる。これらのシステムは、今度は最大約４ＭＨｚのステップ出力速度でステップモータを駆動することができる。４ＭＨｚのステップ速度を使用して、この制御装置５９０は、高速１０，０００微小ステップ／回転ステップモータシステムを約４００Ｈｚ（２４，０００ ＲＰＭ）の回転速度まで公称上は制御する。４ＭＨｚステップ出力速度を使用して、制御装置５９０は、１ＭＨｚの開放ループ制御より良好なものが公称上は可能な励起システムを公称上は有する。
Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔおよび他社は、より高性能のＤＳＰを開発中である。高出力電子回路はサブナノ秒の応答時間を備えて利用可能である。したがって、ユーザは、このような精密運動制御装置５９０および駆動装置の速度がより高性能の電子回路を使用して速まると予測している。
ユーザは、好ましくは、典型的に観察される音響圧力発振周波数より実質的に大きな、大きさが好ましくは１桁大きい流体送出運動感知速度を使用する。例えば、ユーザは、約＋−１０％の変化を持つ最大設計速度の約９０％の平均設計速度を想定する。すなわち、最大設計速度の約８１％から９９％で動作する。例えば、４ＭＨｚの最大ステップパルス速度を使用すると、これは、約３．２０ＭＨｚから３．９６ＭＨｚのパルス速度をもたらす。すなわち、７６０ｋＨｚ（約３．６Ｍｈｚの＋／−３６０ｋＨｚ）の範囲。
〔改善されたフィードバック分解能〕
ユーザは、好ましくは、（例えば、ポンプ回転式エンコーダ５８２および／または圧縮器回転式エンコーダ５８４などの）高速高分解能運動エンコーダまたは速度計５８０を装着することにより、流体送出システム３６０、３６１、４００の制御分解能を改善する。（例えば、図７６を参照。）ユーザは、好ましくは、制御装置５９０の作動速度と少なくとも同程度に高速に、好ましくは、かつ、偶数倍以上高速に動作することが可能なエンコーダ電子回路システムを使用する。例えば、４ＭＨｚ微小ステップ作動器を備えた４、８、または、１６ＭＨｚのエンコーダ電子回路システムを使用する。
ユーザは、好ましくは、（例えば、ポンプ回転式エンコーダ５８２および／または圧縮器回転式エンコーダ５８４などの）高速高分解能運動エンコーダまたは速度計５８０を装着することにより、流体送出システム３６０、３６１、４００の制御分解能を改善する。（例えば、図７６を参照。）ユーザは、好ましくは、制御装置５９０の作動速度と少なくとも同程度に高速に、好ましくは、かつ、偶数倍以上高速に動作することが可能なエンコーダ電子回路システムを使用する。例えば、４ＭＨｚ微小ステップ作動器を備えた４、８、または、１６ＭＨｚのエンコーダ電子回路システムを使用する。
したがって、ユーザは、好ましくは、モータおよびポンプの組み合わせの最大速度により除されたエンコーダ処理電子回路の最高信頼性動作周波数によりエンコーダ分解能を選択する。例えば、４００Ｈｚ（２４，０００ＲＰＭ）の最大設計動作速度を持つモータ／ポンプを使用する時、ユーザは、好ましくは、４ＭＨｚの出力が可能なエンコーダ電子回路と共に、分解能当たり１０，０００パルスが可能な回転式エンコーダポンプ速度計５８２を使用する。同様な運動エンコーダ５８４は、好ましくは高速微小タービン圧縮器／タービンシステムに対して使用される。より大きな構成において、エンコーダは、好ましくは６０Ｈｚ（３，６００ＲＰＭ）の設計速度を持つ圧縮器４０７に対して４ＭＨｚの出力に対する回転当たり約６６，６６７個のパルスを有する。
〔大トルク／慣性作動器〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、所望の時間枠内に迅速な微小漸増または微小ステップ運動を達成することが可能な圧力／流量変調器３７０または流体送出回転式作動器３７４を使用する。（例えば、５マイクロ秒内、または、それより良好にする。）（例えば、図７６を参照。）こうするために、ユーザは、好ましくは、回転慣性に対するトルク（または、ソレノイド３７２または他の線形作動器に対する力／慣性）の非常に大きな比を有する高応答回転式作動器３７４を使用して開始する。このことは、非常に迅速な加速および速度変化を可能にする。例えば、この流体送出作動器に対して、ユーザは、好ましくは、慣性に対するトルクの非常に大きな比を有する薄い導体のサーボ回転子を使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、所望の時間枠内に迅速な微小漸増または微小ステップ運動を達成することが可能な圧力／流量変調器３７０または流体送出回転式作動器３７４を使用する。（例えば、５マイクロ秒内、または、それより良好にする。）（例えば、図７６を参照。）こうするために、ユーザは、好ましくは、回転慣性に対するトルク（または、ソレノイド３７２または他の線形作動器に対する力／慣性）の非常に大きな比を有する高応答回転式作動器３７４を使用して開始する。このことは、非常に迅速な加速および速度変化を可能にする。例えば、この流体送出作動器に対して、ユーザは、好ましくは、慣性に対するトルクの非常に大きな比を有する薄い導体のサーボ回転子を使用する。
〔小慣性流体の推進設備〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、小さな慣性／流量を備えた流体加圧設備を使用する。ユーザは、好ましくは、非常に小慣性の回転式ポンプ水頭３７６などの小慣性／流量の流体加圧設備と大トルク／慣性作動器を組み合わせる。したがって、ユーザは、好ましくは、大ポンピングトルク／慣性を備えた回転式ポンプ水頭３７６を。例えば、小直径および長い軸に沿った長さを備えて。このことは、低密度を好ましくは持つポンプ水頭に対する大強度／密度の材料を使用することによりさらに改善することができる。例えば、ユーザは、好ましくは、マグネシウムまたはマグネシウム合金から回転式ポンプ構成部分を形成する。代案として、ユーザは、必要または所望に応じてアルミニウム合金またはステンレス鋼を使用することができる。ユーザは、好ましくは、ポンプの磨耗および潜在的な空洞損傷を低減するために、ポンプ構成部分を適した硬い表面でコーティングする。例えば、ユーザは、耐久性を増大させるためにダイヤモンド表面コーティングを使用するか、または、他の適した硬い表面材料を使用することができる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、小さな慣性／流量を備えた流体加圧設備を使用する。ユーザは、好ましくは、非常に小慣性の回転式ポンプ水頭３７６などの小慣性／流量の流体加圧設備と大トルク／慣性作動器を組み合わせる。したがって、ユーザは、好ましくは、大ポンピングトルク／慣性を備えた回転式ポンプ水頭３７６を。例えば、小直径および長い軸に沿った長さを備えて。このことは、低密度を好ましくは持つポンプ水頭に対する大強度／密度の材料を使用することによりさらに改善することができる。例えば、ユーザは、好ましくは、マグネシウムまたはマグネシウム合金から回転式ポンプ構成部分を形成する。代案として、ユーザは、必要または所望に応じてアルミニウム合金またはステンレス鋼を使用することができる。ユーザは、好ましくは、ポンプの磨耗および潜在的な空洞損傷を低減するために、ポンプ構成部分を適した硬い表面でコーティングする。例えば、ユーザは、耐久性を増大させるためにダイヤモンド表面コーティングを使用するか、または、他の適した硬い表面材料を使用することができる。
〔小流体慣性の送出システム〕
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、流体加圧システムと流体送出位置の間に短い流体送出チューブを使用する。ユーザは、好ましくは、流体チューブの長さ、および、流体を加速および送出するために克服されなければならない流体の慣性を低減するために、流体分配アレイの中央近くに流体ポンプを設置する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、流体加圧システムと流体送出位置の間に短い流体送出チューブを使用する。ユーザは、好ましくは、流体チューブの長さ、および、流体を加速および送出するために克服されなければならない流体の慣性を低減するために、流体分配アレイの中央近くに流体ポンプを設置する。
同様に、ユーザは、同じく好ましくは、流体源から加圧設備に比較的短い送出ラインを選択する。このような対策は、送出されている流体の機械的慣性を大幅に低減する。
〔直列の多段流体加圧システム〕
より高い送出圧力が必要とされる場合、ユーザは、好ましくは、必要な送出圧力の大部分を提供するために１つまたは複数の従来の流体推進システムを設ける。続いて、ユーザは、１つまたは複数の直接接触器を介して送出されている流体の高精度および／または高性能の制御に対する１つまたは複数の低差分圧力送出システムを使用する。
より高い送出圧力が必要とされる場合、ユーザは、好ましくは、必要な送出圧力の大部分を提供するために１つまたは複数の従来の流体推進システムを設ける。続いて、ユーザは、１つまたは複数の直接接触器を介して送出されている流体の高精度および／または高性能の制御に対する１つまたは複数の低差分圧力送出システムを使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、流体を加圧設備に送出し、かつ、送出性能を改善するために必要なトルクを低減するために一次および二次圧力システムに燃料流体および／または熱希釈剤流体または反応物質を送出する。ユーザは、好ましくは、最終的な流体加圧と送出設備にかかる低差分圧力があるように基本圧力で流体を供給する。例えば、ユーザは、高性能かつ／または高精度のポンプ水頭を使用する。このような二連圧力システムは、高圧の燃焼または反応システム内に液体を送出するために必要な圧力およびトルクを実質的に低減する。
そうするために、ユーザは、好ましくは、流体が直接流体接触器にわたり流れる際に燃焼器（または反応装置）内で酸化剤流体中に流体を送出するために必要な平均圧力に好ましくは近い平均圧力で最終的な流体送出設備にこれらの流体の１つまたは複数を供給する。他の構成において、ユーザは酸化剤流体の圧力の近くから直接接触器を介して流体を送出するために必要な最低圧力の近くまでの範囲内の一次流体圧力を送出する。
一次流体／燃料送出システム３６０、３６１は、好ましくは一次圧力ポンプからの流体パルス化の幾分かを緩衝するように適切にサイズ決定された蓄積器を組み込む一方、所望または必要に応じて平均応答速度を提供する。ユーザは、主酸化剤流体送出システム４００より速い応答速度を持つ流体蓄積器および主流体ポンプ制御システムを一般に構成する。
他の実施形態において、ユーザは、直接接触器にわたる差分圧力が二次送出ポンプの制御能力より小さくなるように、一次と二次送出ポンプの間の圧力変動を緩衝するための十分な能力および／または柔軟性を備えた中間送出ラインを設ける。
ユーザは、好ましくは、所望または必要に応じて、迅速な高周波応答速度を提供し、かつ、直接接触器にわたる差分圧力変動を制御するための二次燃料流体送出システムを設ける。
〔精密ポンプ水頭分解能〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、最終的な流体送出ポンプを駆動するための高分解能ステップモータを利用する。このようなステップモータを使用して、ユーザは、ポンプパルス当たりの高分解能の位置感知および作動を達成する。ユーザは、好ましくは、回転当たりより小さい多数のパルスを与える多数の水頭および多数の裂片を備えた複合ポンプを使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、最終的な流体送出ポンプを駆動するための高分解能ステップモータを利用する。このようなステップモータを使用して、ユーザは、ポンプパルス当たりの高分解能の位置感知および作動を達成する。ユーザは、好ましくは、回転当たりより小さい多数のパルスを与える多数の水頭および多数の裂片を備えた複合ポンプを使用する。
例えば、ユーザは、回転当たり４０，０００パルスを備えた高精度位置エンコーダ、または、複合ポンプ水頭を備えた回転当たり１０，０００微小ステップのステップモータ／制御装置の組み合わせを備えた同様の高分解能位置トランスデューサを設ける。同様に、各々が６つのギヤ裂片を備えた、互いに対して同相関係にある３つのギヤ水頭を使用することは、回転当たり１８個のパルスを与える。
ポンプモータの回転当たりのこのような１８個の流量パルスを使用して、ユーザは、複合流量パルスサイクル当たり約２，２２２個のエンコーダパルスの公称分解能を得る（＝４０，０００／１８）。このような構成を使用して、ユーザは、各流量パルスサイクルの９０度当たり約５５５個のエンコーダパルスを得る。このことは、各流体パルス振幅の約０．２％に等しい各流体パルスの約０．０５％の回転測定分解能を与える。
〔精密パルス制御分解能〕
このような複合ポンプ水頭および約２００ｋＨｚの応答を持つ微小ステップモータを使用して、ユーザは、流体パルス当たり約５５５微小ステップを得る、これは、流体パルス周期の０．２％未満の制御装置５９０における公称分解能を与える。したがって、ユーザは、流体パルスを制御されない流体パルスの変化の約＋／−０．２％内に制御することを予測する。ポンプ水頭流量特性、および、微小ステップ制御装置５９０と流体作動器の間の位相遅延を較正することにより、ユーザは、開放サイクルに基づく流量制御のこのような改善を提供する。
このような複合ポンプ水頭および約２００ｋＨｚの応答を持つ微小ステップモータを使用して、ユーザは、流体パルス当たり約５５５微小ステップを得る、これは、流体パルス周期の０．２％未満の制御装置５９０における公称分解能を与える。したがって、ユーザは、流体パルスを制御されない流体パルスの変化の約＋／−０．２％内に制御することを予測する。ポンプ水頭流量特性、および、微小ステップ制御装置５９０と流体作動器の間の位相遅延を較正することにより、ユーザは、開放サイクルに基づく流量制御のこのような改善を提供する。
〔小パルス計量型ポンプ〕
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、比較的円滑な流量送出および低ピーク流量パルスレベルを備えた計量型ポンプを使用する。数社では、設計流量の約３％のピーク流量パルス化レベルを持つ多裂片正ギヤ水頭ポンプを供給している。このような高精度低パルス化容積型ポンプを高応答モータおよび高速制御装置５９０と組み合わせることにより、ユーザは、緩衝器なしで開放サイクルに基づき流体流量を、最高流量の少なくとも＋／−１％、好ましくは少なくとも＋／−０．１％、および、潜在的に約＋／−０．０１％以上に制御することを予測する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、比較的円滑な流量送出および低ピーク流量パルスレベルを備えた計量型ポンプを使用する。数社では、設計流量の約３％のピーク流量パルス化レベルを持つ多裂片正ギヤ水頭ポンプを供給している。このような高精度低パルス化容積型ポンプを高応答モータおよび高速制御装置５９０と組み合わせることにより、ユーザは、緩衝器なしで開放サイクルに基づき流体流量を、最高流量の少なくとも＋／−１％、好ましくは少なくとも＋／−０．１％、および、潜在的に約＋／−０．０１％以上に制御することを予測する。
〔周波数変調制御〕
ポンプが駆動される速度を各回転内で動的に制御することにより、ユーザは、好ましくは、複合ポンプからのパルスの大きさを低減する。ユーザは、好ましくは、各パルスにおける微小ステップモータ制御装置５９０の漸増的作動を備えた周波数変調信号を供給する制御方法を使用する。平均流量は平均周波数に対応する。高い、および、低い周波数は、ポンピングされた流量からのパルスを滑らかにするためにパルスの最小値および最大値に調整される。周波数の最小値および最大値の相対位相は、パルスを制御に非同期させるための感知および作動における位相遅延を考慮するために、パルスに対してずらすことができる。
ポンプが駆動される速度を各回転内で動的に制御することにより、ユーザは、好ましくは、複合ポンプからのパルスの大きさを低減する。ユーザは、好ましくは、各パルスにおける微小ステップモータ制御装置５９０の漸増的作動を備えた周波数変調信号を供給する制御方法を使用する。平均流量は平均周波数に対応する。高い、および、低い周波数は、ポンピングされた流量からのパルスを滑らかにするためにパルスの最小値および最大値に調整される。周波数の最小値および最大値の相対位相は、パルスを制御に非同期させるための感知および作動における位相遅延を考慮するために、パルスに対してずらすことができる。
〔非線形複合ポンプ制御〕
ユーザは、好ましくは、ポンプ放出速度を完全なシャフトの回転を介した回転運動当たりの流体変位の関数として特徴付けている。例えば、回転のリットル／度である。ユーザは、好ましくは、所望の微小ステップ作動器、高分解能ステップモータ、および、精密回転式エンコーダ速度計５８２を所定の位置に使用してそのようにする。例えば、ユーザは、完全な回転にわたる各微小ステップ遷移に対して累積的なミリリットル流量を得る。
ユーザは、好ましくは、ポンプ放出速度を完全なシャフトの回転を介した回転運動当たりの流体変位の関数として特徴付けている。例えば、回転のリットル／度である。ユーザは、好ましくは、所望の微小ステップ作動器、高分解能ステップモータ、および、精密回転式エンコーダ速度計５８２を所定の位置に使用してそのようにする。例えば、ユーザは、完全な回転にわたる各微小ステップ遷移に対して累積的なミリリットル流量を得る。
ユーザは、好ましくは、モータの制御を改良し、流体の粘度、ポンプ速度、および、ポンプにわたる差分圧力の関数として容積型ポンプを迂回する流体の漏れを考慮するために同制御を増大させる。ユーザは、（継続した速度を持つ）発生された流体パルスの非正弦的性質を考慮するために同制御をさらに改良し、非正弦的作動を補償して流量をさらに滑らかにする形で微小ステップモータ制御を駆動するために作動パルス速度を調整する。
〔規定された非線形流量〕
いくつかの実施形態において、円滑な流量に対する励起を発生するために本明細書に説明されている方法を使用して、ユーザは、好ましくは、所望または必要に応じて他の非線形流量を使用してこの基本補償速度を変調する。ユーザは、好ましくは、所望の流量を達成するためにポンプモータ作動速度またはステップパルス速度を修正する。例えば、ユーザは、流量を線形の形で円滑に徐々に規定された平均流量まで上昇させ、そこに保持することを達成するために規定されたステップモータ制御速度の変化速度を制御する。ユーザは、同様に、さらに流量を所望の値にまで徐々に下降させる。続いて、ユーザは、所望の作動速度または微小ステップ速度を算出することによりいかなる所望の非線形の形でも流れの速度を調整し、かつ、この速度を制御装置５９０に供給する。
いくつかの実施形態において、円滑な流量に対する励起を発生するために本明細書に説明されている方法を使用して、ユーザは、好ましくは、所望または必要に応じて他の非線形流量を使用してこの基本補償速度を変調する。ユーザは、好ましくは、所望の流量を達成するためにポンプモータ作動速度またはステップパルス速度を修正する。例えば、ユーザは、流量を線形の形で円滑に徐々に規定された平均流量まで上昇させ、そこに保持することを達成するために規定されたステップモータ制御速度の変化速度を制御する。ユーザは、同様に、さらに流量を所望の値にまで徐々に下降させる。続いて、ユーザは、所望の作動速度または微小ステップ速度を算出することによりいかなる所望の非線形の形でも流れの速度を調整し、かつ、この速度を制御装置５９０に供給する。
〔高低流量兼用並列ポンプ〕
他の構成において、ユーザは、２つ以上のポンプを並列に設置することにより達成可能な流量制御の精度および減量比を改善する。ユーザは、小型複合ポンプと並列に大型複合ポンプを設け、この場合、小型ポンプの流量制御の範囲は、大型ポンプの平均流量からの流れの速度の最大差を超える。例えば、主流量変化の少なくとも３３％以下、好ましくは１０％以下の小型ポンプ流量制御を選択する。主流量のパルス変化が３３％から３％であると仮定すると、ユーザは、小型の方のポンプを介して主流量の約１０％から０．３％の制御を達成する。
他の構成において、ユーザは、２つ以上のポンプを並列に設置することにより達成可能な流量制御の精度および減量比を改善する。ユーザは、小型複合ポンプと並列に大型複合ポンプを設け、この場合、小型ポンプの流量制御の範囲は、大型ポンプの平均流量からの流れの速度の最大差を超える。例えば、主流量変化の少なくとも３３％以下、好ましくは１０％以下の小型ポンプ流量制御を選択する。主流量のパルス変化が３３％から３％であると仮定すると、ユーザは、小型の方のポンプを介して主流量の約１０％から０．３％の制御を達成する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、複合ポンプ水頭と下流圧力センサ５５２の間に流量均一化器および／または修正器３９４を設ける。ユーザは、好ましくは、主ポンプシステムの最大パルス部分の範囲より大きな設計能力を持つ第２の複合ポンプを設ける。ユーザは、好ましくは、この小型の方の複合ポンプを同ポンプの流量の小さな部分内に制御する。これらの対策は流量の均一性および制御を大幅に改善する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、乱流を低減するために、主流体通路の壁の周囲かつ壁と同じ表面内の分散接触器を介して、この微小タイミング調整済み流体流量を主流体流量中に導入する。代案として、もしこの調整済み流量が主流量と均一に混合される必要があれば、ユーザは、この調整済み流量を流れにわたって定置された分散接触器を介して導入する。
例えば、ユーザは、好ましくは、各々が約６０ｋｇ／ｓの総量に対して約２０ｋｇ／ｓを送出することが可能な１群の並列の３つの大型ポンプを選択する。ユーザは、好ましくは、これらのポンプを同相のずれを備えて並列に結合し、かつ、それらを上記のように制御する。もしこの３つのポンプ水頭の組み合わせのパルス変化が約＋／−２％であれば、このことは、約１．４ｋｇ／ｓの流量変動を与える。
ユーザは、一般に小型複合ポンプを同ポンプの流量の少なくとも約＋／−１０％かつ好ましくは約＋／−０．２％だけ制御する。例えば、６０ｋｇ／ｓに対して約＋／−１５０ｇ／ｓに、かつ、好ましくは約＋／−３ｇ／ｓにである。小型複合ポンプの周波数制御は好ましくは、主複合ポンプ制御およびさらに下流に対する周波数制御よりも実質的に高速である。（例えば、少なくとも２倍かつ好ましくは大きさで１桁速い。）このような方法を使用して、ユーザは、最大設計流量の少なくとも＋／−０．１％かつ好ましくは＋／−０．０１％、可能に＋／−０．００２％のオーダの組み合わせ制御分解能を予測している。
〔燃焼ポンプシステム〕
他の実施形態において、ユーザは、並列になったポンプに供給される圧力を上昇させるために１つまたは複数のポンプを直列に設けることにより流れの圧力をさらに上昇させる一方、精密な制御を保持する。第１の複合ポンプは、圧力上昇の大部分を供給する。第２の対のポンプは、上記に説明した如くの対応するより精密な制御を備えて圧力上昇の小さな部分を供給する。他の構成において、第１のポンプは、平均送出圧力を一般に供給する一方、第２の組のポンプは、所望または必要に応じて差分圧力を供給する。
他の実施形態において、ユーザは、並列になったポンプに供給される圧力を上昇させるために１つまたは複数のポンプを直列に設けることにより流れの圧力をさらに上昇させる一方、精密な制御を保持する。第１の複合ポンプは、圧力上昇の大部分を供給する。第２の対のポンプは、上記に説明した如くの対応するより精密な制御を備えて圧力上昇の小さな部分を供給する。他の構成において、第１のポンプは、平均送出圧力を一般に供給する一方、第２の組のポンプは、所望または必要に応じて差分圧力を供給する。
〔点火用火炎および火炎ホルダへの流体送出〕
様々な構成において、ユーザは、好ましくは、燃料流体および希釈剤流体を点火用火炎および／または火炎ホルダ１００に供給するようにサイズ決定された制御可能流体送出システム３６０、３６１を設ける。これらの流体送出システム３６０、３６１は、好ましくは、いくつかの実施形態において、点火用火炎および火炎ホルダ１００の少なくとも１つへの燃料流体および希釈剤流体の圧力および流量を制御するために、可変速駆動装置４６８もしくは可変流量制御弁２３０または同様のシステムを含む。
様々な構成において、ユーザは、好ましくは、燃料流体および希釈剤流体を点火用火炎および／または火炎ホルダ１００に供給するようにサイズ決定された制御可能流体送出システム３６０、３６１を設ける。これらの流体送出システム３６０、３６１は、好ましくは、いくつかの実施形態において、点火用火炎および火炎ホルダ１００の少なくとも１つへの燃料流体および希釈剤流体の圧力および流量を制御するために、可変速駆動装置４６８もしくは可変流量制御弁２３０または同様のシステムを含む。
いくつかの構成において、点火用流体送出システムは、燃料流体および／または希釈剤流体に対する加圧タンクまたは蓄積タンクを利用する。（例えば、プロパン用タンク、ジーゼル燃料を含む加圧蓄積タンク、または、濾過済み水を含む加圧蓄積タンクである。）
〔精密圧力感知〕
流体流の平均圧力を正確に感知するために、ユーザは、好ましくは、高精度圧力センサ５５２を使用する。（例えば、図７６を参照。）例えば、約＋／−０．１％かつ好ましくは約＋／−０．０１％の不確実性を持ち、かつ、好ましくは大きさが少なくとも１桁、潜在的には１００万分の１の桁の優れた分解能を持つ石英共鳴圧力センサ。（例えば、ワシントン州レドモンドのＰａｒｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社は、Ｄｉｇｉｑｕａｒｔｚ圧力トランスデューサを供給している。）このような圧力センサ５５２は、フィードバック制御装置において流れの一体制御に対する超精密圧力信号を供給する。流量の迅速な変動を感知するために、ユーザは、好ましくは、流れの平均圧力と同じ静圧を流体に供給し、かつ、その参照流体と所望の流れの間に迅速な圧力センサ５５２を定置する。このことは、迅速な差分フィードバック制御に対する信号を供給する。
流体流の平均圧力を正確に感知するために、ユーザは、好ましくは、高精度圧力センサ５５２を使用する。（例えば、図７６を参照。）例えば、約＋／−０．１％かつ好ましくは約＋／−０．０１％の不確実性を持ち、かつ、好ましくは大きさが少なくとも１桁、潜在的には１００万分の１の桁の優れた分解能を持つ石英共鳴圧力センサ。（例えば、ワシントン州レドモンドのＰａｒｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社は、Ｄｉｇｉｑｕａｒｔｚ圧力トランスデューサを供給している。）このような圧力センサ５５２は、フィードバック制御装置において流れの一体制御に対する超精密圧力信号を供給する。流量の迅速な変動を感知するために、ユーザは、好ましくは、流れの平均圧力と同じ静圧を流体に供給し、かつ、その参照流体と所望の流れの間に迅速な圧力センサ５５２を定置する。このことは、迅速な差分フィードバック制御に対する信号を供給する。
〔精密加圧設備の制御〕
説明したように、２０ｋＨｚから２００ｋＨｚの信号速度を使用して複合ポンプを制御することにより、ユーザは、好ましくは、平均流量を１０，０００分の１単位で、かつ、好ましくは１００，０００分の１単位で、または、＋／−０．００２％より良好に調整する。したがって、ユーザは、平均流量を、定常流の絞りに伴う流れ圧力に基づく設定流量の少なくとも＋／−１％以内、好ましくは＋／−０．１％以内から最も好ましくは＋／−０．０１％以内にリアルタイムで制御できると予測している。ユーザは、好ましくは、流量の振幅変動を総流量の＋／−１％より良好に、好ましくは＋／−０．１％より良好に、かつ、最も好ましくは＋／−０．０１％より良好に積極的に制御する。
説明したように、２０ｋＨｚから２００ｋＨｚの信号速度を使用して複合ポンプを制御することにより、ユーザは、好ましくは、平均流量を１０，０００分の１単位で、かつ、好ましくは１００，０００分の１単位で、または、＋／−０．００２％より良好に調整する。したがって、ユーザは、平均流量を、定常流の絞りに伴う流れ圧力に基づく設定流量の少なくとも＋／−１％以内、好ましくは＋／−０．１％以内から最も好ましくは＋／−０．０１％以内にリアルタイムで制御できると予測している。ユーザは、好ましくは、流量の振幅変動を総流量の＋／−１％より良好に、好ましくは＋／−０．１％より良好に、かつ、最も好ましくは＋／−０．０１％より良好に積極的に制御する。
〔パルス化バッファおよび緩衝器〕
ユーザが流体圧力および流量パルス化の低減を所望し、または、必要とする場合、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、柔軟な膨張室として機能する比較的薄い壁の楕円形チューブにより流れをダクトで流す。このことは、高周波バッファを提供する。代案として、ユーザは、接続通路内に幾分かの流体抵抗を持つ一連の柔軟な膨張室を設けることにより流体パルス化または残存パルスの一部をさらに低減することができる。
ユーザが流体圧力および流量パルス化の低減を所望し、または、必要とする場合、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、柔軟な膨張室として機能する比較的薄い壁の楕円形チューブにより流れをダクトで流す。このことは、高周波バッファを提供する。代案として、ユーザは、接続通路内に幾分かの流体抵抗を持つ一連の柔軟な膨張室を設けることにより流体パルス化または残存パルスの一部をさらに低減することができる。
例えば、いくつかの構成において、膨張室は、流体パルス化および送出速度の変化を低減するためにポンプシステムと流体接触器の間で使用することができる。他の構成において、例えば、これらのパルス化緩和システムは、好ましくは一次加圧流体ポンプと二次流体制御ポンプの間で使用される。
〔酸化剤流体送出システム〕
ユーザは、好ましくは、所望または必要である流量および流体パラメータに対応する酸化剤流体送出システム４００を設ける。（例えば、図７６を参照。）燃焼システムの場合、圧縮空気は、酸化剤として酸素を送出するために使用される一般的な流体である。いくつかのシステムでは、酸素濃厚空気または酸素が供給されている。いくつかの化学反応においては、他の気体性または液体流体酸化剤が供給されている。
ユーザは、好ましくは、所望または必要である流量および流体パラメータに対応する酸化剤流体送出システム４００を設ける。（例えば、図７６を参照。）燃焼システムの場合、圧縮空気は、酸化剤として酸素を送出するために使用される一般的な流体である。いくつかのシステムでは、酸素濃厚空気または酸素が供給されている。いくつかの化学反応においては、他の気体性または液体流体酸化剤が供給されている。
多くの実施形態において、ユーザは、一般に軸流、放射状、または、遠心圧縮器である気体性圧縮器４０７に対してターボ機械を使用する。これらの圧縮器は、好ましくはかなり狭い速度および流量の範囲にわたり動作する応用例に対して使用される。
ユーザは、好ましくは、線形性を改善し、かつ／または、システムの減量運転比を拡大するために移動空洞圧縮器４０７を設ける。例えば、インディアナ州のエルクハートのＫｏｂｅｌｃｏ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ（Ａｍｅｒｉｃａ）， Ｉｎｃ．社は、高い効率および広範な減量運転比にわたる線形性を備えた圧縮器を供給している。（例えば、報告によれば、１００％減量から約１０％以下の減量範囲にわたり、約＋／−１％の線形性である。）
いくつかの実施形態において、ユーザは、燃料流体および熱希釈剤流体の送出に対して本明細書で説明されている対策と同様のタイプの圧縮器４０７を組み合わせる。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、小型移動空洞圧縮器を大型ターボ圧縮器４０７に組み合わせる。ユーザが小さな流量が所望または必要である時、ユーザは、好ましくは、吸入量を変化させるために流量制御弁２３０を、または、ターボ圧縮器４０７に羽根を設ける。このような組み合わせは、大型のシステムに対して中程度の費用をもたらす一方、より小さな流量においてより高い効率および制御可能性をもたらす。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの火炎ホルダ１００または点火バーナに酸化剤流体を供給するための適切にサイズ決定された制御可能な流体送出システムを設ける。ユーザは、好ましくは、火炎ホルダ１００内の１つまたは複数の点火用のチューブまたはダクトに、または、点火用火炎の近くに点火用酸化剤流体を送出する。（例えば、図２８および図４４を参照。）
高圧燃焼システムの場合、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、適した圧縮器４０７、バッファタンク、および、可変流量制御システムを設ける。いくつかの構成において、ユーザは、酸化剤流量を制御するために少なくとも１つの可変流量制御弁２３０を使用する。例えば、ニードル弁または他の調整可能な弁である。他の構成において、ユーザは、可変速移動空洞または容積式ポンプを、好ましくはパルス化緩衝と共に使用する。
他の実施形態において、ユーザは、所望の圧力で火炎ホルダ１００に様々な酸化剤流量を供給するために可変速ポンプまたは圧縮器４０７を設けることができる。他の構成において、ユーザは、火炎ホルダ１００および燃焼器５６への流量に対する制御、または、両者の間の流量の比に対する制御と組み合わされた共通の加圧システムを利用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは液体酸化剤を供給する。ユーザは、好ましくは、燃料流体３６０および希釈剤流体３６１に対して本明細書に説明されているものと同様の酸化剤流体送出システムを使用する。
〔酸化剤送出速度センサ〕
ユーザは、好ましくは、様々な実施形態において、燃料流体および熱希釈剤送出システムに対する本明細書に説明されているものと同様の（例えば、送風機４０６または圧縮器４０７などの）酸化剤送出システムに対する適した高分解能速度トランスデューサまたはエンコーダ５８４を設ける。ユーザは、好ましくは、圧縮器４０７への吸入口および出口における流体圧力をモニタするために絶対精度圧力センサ５５２を設ける。代案として、ユーザはゲージまたは差分圧力センサ５５４を設ける。
ユーザは、好ましくは、様々な実施形態において、燃料流体および熱希釈剤送出システムに対する本明細書に説明されているものと同様の（例えば、送風機４０６または圧縮器４０７などの）酸化剤送出システムに対する適した高分解能速度トランスデューサまたはエンコーダ５８４を設ける。ユーザは、好ましくは、圧縮器４０７への吸入口および出口における流体圧力をモニタするために絶対精度圧力センサ５５２を設ける。代案として、ユーザはゲージまたは差分圧力センサ５５４を設ける。
〔〔制御〕〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の１つまたは複数の精密制御が可能な制御システムを設ける。（例えば、図７６を参照。）ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているものなどのパラメータをモニタするために様々な物理パラメータセンサ５５０を設ける。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の１つまたは複数の精密制御が可能な制御システムを設ける。（例えば、図７６を参照。）ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているものなどのパラメータをモニタするために様々な物理パラメータセンサ５５０を設ける。
〔燃料の制御〕
ユーザは、好ましくは、機械的および熱エネルギーの流量（「パワー」）の所望の燃焼を供給する高エネルギー流体９２０中に流量を発生させるために十分な速度で燃料流体を送出する。液体燃料送出システムは高い効率を有する。いくつかの実施形態において、ユーザは、これらの条件における送出システム効率により除された所望の燃料質量流量により燃料流体送出システム速度を制御する。ユーザは、好ましくは、高精度第１流体／燃料流量センサ５６０で燃料流体流量をモニタする。
ユーザは、好ましくは、機械的および熱エネルギーの流量（「パワー」）の所望の燃焼を供給する高エネルギー流体９２０中に流量を発生させるために十分な速度で燃料流体を送出する。液体燃料送出システムは高い効率を有する。いくつかの実施形態において、ユーザは、これらの条件における送出システム効率により除された所望の燃料質量流量により燃料流体送出システム速度を制御する。ユーザは、好ましくは、高精度第１流体／燃料流量センサ５６０で燃料流体流量をモニタする。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、ポンプにわたる差分圧力、ポンプ速度、流体粘度、流体密度、および、燃焼の流体熱の小さな影響により液体燃料送出速度効率を調整する。
気体性燃料の場合、Ｋｏｂｅｌｃｏ社によるものなどの移動空洞ポンプは、広範にわたる速度を持つかなり線形的な送出を提供する。
他の実施形態において、ユーザは送出された機械的および熱のパワー速度に関連したフィードバック対策を使用する。ユーザは、所望または必要であるシステム出力パラメータを所望の確率内で達成するように燃料流体供給速度を調整するためにこれらのフィードバック対策を使用する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、一定または規定されたエンタルピ上昇を送出するために燃料流体密度の変化を補償するために燃料流体送出速度を調整する。ユーザは、好ましくは、連続または準連続を基本として燃料流体密度を動的に測定するための高分解能インライン密度測定システムを設ける。
ユーザは、好ましくは、流体密度を少なくとも０．１％、かつ、好ましくは０．０１％より良好に評価できるコレオリスメータまたは共鳴密度室を設ける。例えば、有効数字５桁まで密度を測定する共鳴室濃度計を使用することによる。
いくつかの構成において、ユーザは、所望の不確実性を十分持って燃焼の熱と相関する燃料流体パラメータをモニタする。続いて、ユーザは、好ましくは、エンタルピの一定または規定の増加、および、使用可能なエネルギーおよび／または形成された高エネルギー流体９２０の温度の結果的な上昇を備えて、燃料、酸化剤、および、希釈剤を送出するために、燃料の燃焼の熱の変化を補償するように燃料流体送出速度を調整する。
例えば、密度変化に対する調整に加えて、ユーザは、好ましくは、インライン高分解能屈折率モニタを設ける。密度と屈折率を組み合わせることにより、ユーザは、好ましくは、燃焼の熱における主な変化に対して調整する。
必要または所望に応じて、ユーザは、好ましくは、所望される不確実性に対して燃料流体の燃焼の熱を定期的に評価するために燃料流体の組成を測定するためのインラインまたはサンプリング分光学的機器を設ける。例えば、近赤外線（「ＮＩＲ」）、フーリエ変換赤外線（「ＦＴＩＲ」）、質量分光分析法、または、同様の方法を使用する。このような設備は、現在は市販されており、約＋／−０．１％以上に良好な不確実性を主張している。
修正された実施形態において、ユーザは、いくつかの、または、それ以上のこれらの対策および制御対策を組み合わせる。このような分光学的測定方法を密度および／または屈折率の測定と組み合わせることにより、ユーザは、好ましくは、燃焼の熱を評価し、かつ、それに従って燃料流体送出速度を調整する。例えば、約＋／−０．１％、かつ、好ましくは＋／−０．０１％のオーダ以上に良好のエンタルピ上昇速度を達成するために燃料流体送出速度を評価し、かつ、調整する。
〔重み付けされたガスおよび温度の測定値〕
ユーザは、好ましくは、流れにわたる多数の点において温度をサンプル採取することにより流れにわたり温度を平均できる。その結果は、好ましくは、適切に平均された質量流量の結果に到達するために、質量流量および対応する面積に対して重み付けされる。
ユーザは、好ましくは、流れにわたる多数の点において温度をサンプル採取することにより流れにわたり温度を平均できる。その結果は、好ましくは、適切に平均された質量流量の結果に到達するために、質量流量および対応する面積に対して重み付けされる。
酸素／燃料比の横方向分布、および、結果としての酸素／高エネルギーガス比は、従来システムにおいては不十分に制御され、かつ、不十分に知られている。同様に、燃焼器にわたる流体の速度および圧力の分布は、従来システムにおいて不十分に知られている。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、燃焼器５６にわたる多数の位置から温度を測定し、かつ、高エネルギー流体９２０のサンプルを採取する。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、高エネルギー流体９２０の組成を評価するために少なくとも１つの組成センサ５７０を設ける。（例えば、図７６を参照。）高エネルギーガス９２０は、好ましくは測定の遅延を低減するために燃焼システムの近くに位置する機器を使用して短いラインでサンプル採取される。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６を出る高エネルギー流体９２０中の静圧および速度の分布を較正する。ユーザは、好ましくは、高エネルギー流体９２０の質量流量に比例してガスのサンプル採取位置および温度測定位置を選択する。ユーザは、さらに好ましくは、その結果を、高エネルギー流体９２０中の対応する質量重み付けされた流量と緊密に相関する温度およびガス流量の平均測定値を得るために、較正し、かつ、重み付けする。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器出口１３６の近くの高エネルギー流体中にダクトにわたり流体サンプリングチューブ９４を定置する。このサンプリングチューブ９４は、好ましくは高エネルギー流体により引き起こされる温度および抗力を扱うことができる高温材料から形成される。例えば、ユーザは、好ましくは、サンプリングチューブ９４を結晶サファイヤチューブ（好ましくは、単結晶または他の多結晶）から形成する。サンプルチューブ９４は、好ましくは流線型化されている。修正された構成において、サンプルチューブ９４は、複合サンプリング希釈剤接触器チューブ９６を形成するために熱希釈剤分配チューブ１４と結合される。上流の噴出孔は、好ましくはガスをサンプリングするために使用される一方、下流の横方向に軸に沿って配向された噴出孔は希釈剤流体を送出する。噴出孔は、好ましくはサファイヤによりかなり良く吸収されるレーザ周波数を使用してサファイヤチューブ壁３０を介してレーザ掘削される。（例えば、Ｗａｌｔｈａｎ ＭＡ社のＢｉｒｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎは、サファイヤ円盤を介して直径が７．５ミクロンまたは０．０００３インチに噴出孔をレーザ掘削する。）
修正された構成において、サンプルチューブ９４またはサンプリング希釈剤接触器チューブ９６は、熱障壁コーティングにより被覆され、かつ、熱希釈剤通路により、その内部で冷却される高温金属から形成される。
例えば均一な噴出孔の空間密度を、線形チューブに対する乱流速度プロファイルにより増倍された円周に比例させることにより、横方向距離当たりの正味サンプリング噴出孔面積は、その半径における流体速度により増倍されたその半径での円周に比例するように、サンプリングチューブ９４は、高エネルギー流体をサンプリングするためのダクトにわたり分布した噴出孔が穿孔されている。同様に、均一な噴出孔の空間密度を、周上サンプラアレイまたは螺旋形サンプラアレイに対する速度プロファイルに比例させることによる。
このような実施形態は、燃焼器ライナ６０への輻射の入射を低減することにより燃焼器ライナ６０を介して希釈剤流体を導入する必要性をさらに低減または排除する。ユーザは、さらに好ましくは、燃焼器ライナ６０を冷却するために燃焼器ライナ６０の周囲の希釈剤流路またはダクトを使用する。ユーザは、好ましくは、直接流体接触器１４を介して燃焼器５６にわたり加熱された希釈剤をかなり均一に導入する。
このような方法は、燃焼器５６にわたる静圧および流体速度の均一性を実質的に改善する。分散流体接触器を使用した実施形態は、燃焼器５６にわたる酸素／燃料比および熱希釈剤／燃料比の空間分布を実質的に改善する。
これらの方法は、燃焼器５６を出る真の質量流量との高エネルギー流体９２０中で測定された酸素濃度の相関の線形性および正確さを非常に大幅に改善する。これらの方法は、燃焼器５６を出る高エネルギー流体９２０の測定温度と真の平均温度またはピーク温度の間の相関も同様に改善する。
〔酸化剤の制御〕
ＶＡＳＴサイクルにおいて、ユーザは、好ましくは、燃料流体を効果的に燃焼させ、かつ、ほとんどの残存一酸化炭素を酸化するために十分な酸素を送出する。（例えば、図７６を参照。）（同様に、ユーザは反応に対して十分な酸化剤を供給する。）
ＶＡＳＴサイクルにおいて、ユーザは、好ましくは、燃料流体を効果的に燃焼させ、かつ、ほとんどの残存一酸化炭素を酸化するために十分な酸素を送出する。（例えば、図７６を参照。）（同様に、ユーザは反応に対して十分な酸化剤を供給する。）
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、燃料に対する酸素の比を所望の値近くに、または、所望の確率内の所望または必要である範囲内に維持する。これらの方法は、一酸化炭素および未燃焼燃料の排出物を低減する、および／または、熱システムの効率を改善するという様々な便益を提供する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、酸化剤および燃料流体の送出速度の１つまたは双方を精密に制御することにより酸化剤／燃料比を制御する。このような制御における一次制限は、酸化剤／燃料比を測定する感度および安定性である。本発明において、ユーザは、好ましくは、酸素／燃料比を化学量論的比の近くに操作し、かつ、制御する。このことは、酸化剤が燃料または反応物質と反応する際に酸化剤の実質的な低減をもたらす。
例えば、いくつかの実施形態において、約１０％の過剰な酸化剤の場合、ユーザは、標準的な空気を使用すると、燃焼の結果得られる燃焼後の酸素濃度が燃焼ガス中で約９１％低下すると予測している。（例えば、空気中の２０．９％の酸素の１０％として約２．１％に。本明細書の表１を参照。）この部分は、希釈剤流体として供給され、かつ、燃焼により形成された水から形成された水蒸気または水の蒸気により希釈される。
このことから便益を得るために、ユーザは、好ましくは、酸素の全規模範囲を高エネルギー流体９２０の結果的な酸素濃度よりやや高くに規模決定する。例えば、全規模酸素濃度を約２２％から約２．２％に低減する。このような規模決定は、酸素濃度の測定値における実質的により良好な分解能を提供する。これに対応して、このことは、希釈剤流体としての過剰酸素含有空気を使用して燃焼が希釈された場合に従来方法に比較して酸素／燃料比の測定を改善する。
一酸化炭素（ＣＯ）を適切に制御し、かつ、燃焼させ尽くすために、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、酸素／燃料比を全規模動作の近くの化学量論的比の約１０１％から約１２０％の範囲内に制御する。このような低過剰酸素部分は、分散流体接触器による酸素と燃料流体の効果的な制御された送出および混合により使用可能となっている。
例えば、化学量論的酸素流量の約１１０％を使用している時、ユーザは、好ましくは、全規模の約＋／−１％、好ましくは＋／−０．１％の感度を備えて約２．２％または２．５％のＯ２全規模に規模決定された機器を使用する。このような構成を使用して、ユーザは、好ましくは、化学量論的酸化剤／燃料比の約＋／−０．０３％より良好な感知における相対感度を達成する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、燃焼器５６を出る高エネルギー流体９２０をモニタするために高分解能酸素センサ５７２を使用する。（例えば、図７６を参照。）（例えば、ネバダ州ヘンダーソンのＳａｂｌｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社は、常磁性系の酸素分析器を供給している。Ｓａｂｌｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ社は、同社のモデルＰＡ−１Ｂが全規模の０から１００％において約０．１％より良好な不確実性を備えて酸素濃度を測定すると主張している。同モデルは、報告によれば、約１００万分の１、すなわち、０．０００１％の分解能を有する。応答速度は比較的速く、約０．１５秒で読みの約９５％に到達する。）修正された構成において、ユーザは、ジルコニア酸素センサを使用して低い酸素濃度においてだが、より遅い応答速度で同様の分解能を得る。
本技術は、ユーザが気体の流量よりもはるかに精密かつ正確に液体流量を制御および較正することを可能にする。（例えば、空気の流れに比較した液体燃料および水の流れである。）本明細書に説明されている規模決定方法により、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、吸入酸素流量よりもはるかに精密に残存酸素濃度を測定する。例えば、燃焼器５６に送出された酸化剤流体に対する０．１％の酸素濃度および約０．５％の流量不確実性と比較した高エネルギー流体９２０または膨張した流体９２４中の全流量の約０．０１％の出力酸素分解能を持つ。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、高エネルギー流体９２０または膨張した流体９２４中の残存酸素濃度を制御するために酸化剤流体の送出速度を調整するように酸化剤流体送出システム４００内に１つまたは複数の加圧器の速度を制御する。例えば、１つまたは複数の圧縮器の速度である（例えば、軸流圧縮器、遠心圧縮器、移動空洞圧縮器、送風機４０６または扇風機である。）代案として、ユーザは、煙突または同様な流れ制御システムを使用している時に圧下を調整するために緩衝器または阻流板を制御する。
酸化剤流量は、好ましくは残存酸化剤濃度を好ましい確率または不確実性内の規定された値の近くに維持するために制御される。他の実施形態において、酸化剤濃度は、所望または必要の範囲内に維持される。このような制御を調整する迅速さは、残存酸化剤濃度が測定される場合に依存して、酸化剤流体送出システム４００から燃焼システムおよび利用システムを介した反応物質流の遅延により制約される。
気体流量を改善するための液体および残存物の測定：いくつかの実施形態において、ユーザは、燃料流体および（例えば、水などの）液体熱希釈剤を送出し、かつ、それらの流体流を測定し、ならびに、気体性酸化剤流体または気体性燃料流体を使用するよりも実質的により正確に機器を較正する。（例えば、空気および天然ガスの代わりにメタノールおよび水である。）同様に、過剰空気のような酸化剤流体の代わりに水および水蒸気のような希釈剤流体を使用した近化学量論的燃焼を使用することにより、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体流の入力酸化剤濃度より実質的に小さい高エネルギー流体中の残存酸化剤濃度を達成する。（例えば、１５％に比較した１．５％である）。ユーザは、好ましくは、酸化剤濃度に比例している不確実性を与える機器を使用して酸化剤濃度を測定する（例えば、読みの１％である。）質量の継続性により、続いて、ユーザは、入来気体性燃料流量のバランスの測定の不確実性および分解能を改善または「訂正」する。ユーザは、好ましくは、システムの制御、設備の較正を改善し、かつ、性能の劣化をモニタするためにこのような対策を使用する。
ポンプおよび圧縮器の速度：このような構成において、ユーザは、好ましくは、流体送出速度および相対送出圧力を精密に測定するために最近の速度センサおよび圧力センサ５５２を使用する。（例えば、平均のポンプおよび圧縮器速度を回転式エンコーダを使用して約１０，０００分の１、かつ、好ましくは約１００，０００分の１以上に良好に測定し、かつ、同様の分解能まで共鳴水晶圧力センサ５５２を使用して送出システム内の絶対および差分圧力を測定する。）
質量流量：同様に、ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、高精度質量バランスを使用して液体流量を較正する。（例えば、約２ｇおよび好ましくは０．２ｇの分解能で約２００ｋｇの燃料流体または水の送出速度を測定することによる。）ユーザは、好ましくは、現在の技術より実質的に良好な相対流量を評価するために、必要に応じて、送出システムの前で、および、直接流体接触器の前の燃焼器５６内で液体および気体性の密度、圧力、および、温度を測定する。
（例えば、約１０，０００分の１かつ好ましくは約１００，０００分の１以上に良好にパラメータを測定することによる。いくつかの会社では、このオーダの分解能で液体密度を測定する共鳴室密度計を供給している。例えば、Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ Ｍｏｂｒｅｙ社は、約０．０２ｋｇ／ｍ３の再現性および約０．１５ｋｇ／ｍ３の正確さを備えた液体密度トランスデューサであるモデル７８３５、ならびに、天然ガスに対して約０．０１％の再現性および約０．１５％の正確さを備えたガス密度計であるモデル７８１２を供給している。他社では、実験室用設備においてより一層高い分解能を提供している。）
パワー速度の制御：いくつかの実施形態において、ユーザは、パワーの所望の変化の少なくとも約２倍に相当する応答速度で時間変化するパワーを制御するために燃料流体流量を調整する。
音響流量の制御：燃焼器内の音響圧力発振を制御するために、ユーザは、好ましくは、少なくとも約２００Ｈｚ、好ましくは約７００Ｈｚ以上に良好な、かつ、最も好ましくは約１．５Ｈｚ以上に良好に流体送出速度を達成する。
燃料流体パラメータ：ユーザは、好ましくは、燃焼の熱に関連するパラメータを使用して燃料流体入力の組成を評価するために（近赤外線またはＮＩＲシステムなどの）分光学的方法を使用して燃料流体入力を継続的にモニタする。（例えば、少なくとも相対的な炭素、水素、酸素成分、ならびに、好ましくは燃料拘束窒素、硫黄、水、ならびに、様々な炭素：炭素、炭素：水素、および、炭素：酸素、酸素：水素成分である。）燃料流体の密度および組成は、好ましくは燃焼の熱および送出されたエンタルピの速度の変化を評価するために使用される。
酸化剤流体の組成：乾燥空気の組成はよく知られている。このような実施形態において、ユーザは、好ましくは、知られている主要でない変数、大気の温度、圧力、移り変わる季節、および、その日の時刻と共に変化する主に湿度および二酸化炭素を測定することにより吸入空気の組成を精製する。このことは、流体送出経路および燃焼器５６内で希釈剤流体として送出される水の送出および気化に対してさらに修正される。
燃料および燃焼生成物：ユーザは、好ましくは、二酸化炭素および水蒸気の形成の速度を化学反応化学量論から導出するために液体燃料送出の測定された速度および燃料流体組成を使用する。ユーザは、これに対応して、高エネルギー流体９２０中の酸素流量の減少を算出する。ユーザは、同様に好ましくは、希釈剤流体の送出速度を測定し、かつ、気体性希釈剤の結果的な送出速度を得る。（例えば、水および水蒸気である。）
残存酸化剤：ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されている如くの高精度に、燃焼器５６を離れる高エネルギー流体９２０および／または膨張した流体９２４中の少なくとも１つの位置において残存酸素濃度を測定するために酸素センサ５７２を設ける。（例えば、図７６を参照。）修正された実施形態において、この残存濃度は、燃焼器５６への流れ中の酸素濃度を測定することにより補完される。
燃料に対する酸化剤の比：ユーザは、好ましくは、供給される燃料対酸化剤の比を高エネルギー流体９２０または膨張した流体９２４中の測定された酸素濃度と共に燃料、希釈剤、および、酸化剤の質量を使用して標準的な化学量論および物理化学的方法を使用して導出する。改善された流量を最小二乗法により得るために多数の対策が好ましくは使用される。
酸化剤流量：ユーザは、好ましくは、燃料流量倍された燃料対酸化剤のこの評価された比から酸化剤流量を評価する。
酸化剤流体流量：ユーザは、同様に、好ましくは、評価された吸入酸化剤流量に対して吸入流体組成から（例えば、酸素含有流体などの）酸化剤流体の流量を導出する。ユーザは、さらに好ましくは、吸入流体中の希ガスおよび他の主要でない成分も考慮する。これらの導出された酸化剤および酸化剤流体流量は、従来の気体性流体流の測定方法よりも実質的により精密かつ正確である。それらは、より小さな不確実性も有する。（すなわち、それらの速度はより「正確」である。）いくつかの構成において、ユーザは、代替の測定として、かつ／または、測定の不確実性を改善するために第２の流体／酸化剤流体流量センサ５６２も設ける。
洗練：いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、未燃焼の燃料（または、未反応の反応物質）および副生成物の排出量を測定することにより、これらの手順を洗練する。例えば、本明細書に説明されているように、一酸化炭素（ＣＯ）および／または窒素酸化物（ＮＯｘ）である。ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、燃焼器５６を出る高エネルギーガス９２０をモニタするために一酸化炭素センサ５７６および／またはＮＯｘセンサ５７４を設ける。（例えば、図７６を参照。）これらの洗練は、好ましくは吸入燃料流体中の窒素成分ならびに可能に硫黄および硫黄酸化物排出物、さらに、重大であれば不活性成分を含む。
〔一酸化炭素排出量〕
燃料流体流量の急速な変化は、酸化剤／燃料比に、および、結果的に一酸化炭素および未燃焼燃料の排出量に影響を及ぼす。続いて、ユーザは、好ましくは、未酸化成分の排出量を所望の範囲内に維持するために、酸化剤／燃料比を所望の範囲内に回復するように圧縮器４０７の速度を調整する。
燃料流体流量の急速な変化は、酸化剤／燃料比に、および、結果的に一酸化炭素および未燃焼燃料の排出量に影響を及ぼす。続いて、ユーザは、好ましくは、未酸化成分の排出量を所望の範囲内に維持するために、酸化剤／燃料比を所望の範囲内に回復するように圧縮器４０７の速度を調整する。
ＣＯ排出量を測定することは、酸化剤流体の所望の範囲より大きいか、または、小さい時に所望の酸化剤／燃料比の高感度の相対測定値も提供する。例えば、いくつかの実施形態において、ＣＯ排出量は、送出された過剰酸化剤部分が、化学量論的比の約３％から１５％の所望の範囲より実質的に大きく、または、小さく進行するに従い増加する。このような精密な酸素およびＣＯセンサのこのような組み合わせを使用して、ユーザは、酸化剤／燃料比を一般に＋／−１％以内、好ましくは約＋／−０．１％以内、かつ、最も好ましくは＋／−０．０１％にまで動的かつ迅速に制御することを予測する。
〔窒素酸化物排出量（ＮＯｘ）〕
窒素の酸化物（ＮＯｘ）の熱による形成の速度は、酸素濃度および窒素濃度の双方に比例し、かつ、絶対温度に指数的に比例する。ＮＯｘ形成の機構は酸素およびＯＨラジカルの濃度により強く影響を受ける。説明された様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、過剰な酸素含有流体を水などの他の希釈剤流体で置き換える。したがって、ユーザは、高温燃焼ガスおよび高エネルギー流体９２０中の酸素および酸素イオンの濃度を実質的に低下させる。ユーザは、同様にＯＨイオン濃度を上昇させる。これらのより低い酸素イオンおよびより高いＯＨ濃度は同じ温度の従来システムに比較してＮＯｘ生成速度を実質的に低下させる。
窒素の酸化物（ＮＯｘ）の熱による形成の速度は、酸素濃度および窒素濃度の双方に比例し、かつ、絶対温度に指数的に比例する。ＮＯｘ形成の機構は酸素およびＯＨラジカルの濃度により強く影響を受ける。説明された様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、過剰な酸素含有流体を水などの他の希釈剤流体で置き換える。したがって、ユーザは、高温燃焼ガスおよび高エネルギー流体９２０中の酸素および酸素イオンの濃度を実質的に低下させる。ユーザは、同様にＯＨイオン濃度を上昇させる。これらのより低い酸素イオンおよびより高いＯＨ濃度は同じ温度の従来システムに比較してＮＯｘ生成速度を実質的に低下させる。
過剰酸素流体を置き換えるこれらの方法は、対応して窒素濃度も低下させる。いくつかの実施形態において、ユーザは、酸化剤流体に対して酸素濃厚空気、または、かなり純粋な酸素さえさらに使用する。希釈剤流体を供給するこれらの方法を使用して、ユーザは、燃焼中ガスおよび高エネルギー流体９２０中の窒素の濃度をさらに実質的に低下させる。このより低い窒素は、対応して、同じ温度で希釈剤流体として過剰空気を使用する従来システムに比較してＮＯｘ生成速度を低減する。
これらの効果を組み合わせることにより、ユーザは、与えられた温度に対して酸素および窒素濃度の生成物を低減することが可能であり、これにより、ＮＯｘの形成の速度をさらに低下させる。ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、燃焼器５６を出る高エネルギーガス９２０をモニタするためにＮＯｘ成分センサを設ける。（例えば、図７６を参照。）
〔燃料流体および酸化剤流体の組み合わせ制御〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、従来の制御により一般に達成されているより狭い所望または必要の範囲内に酸化剤／燃料比を維持するために、燃料送出速度および酸化剤送出速度の双方を一緒にモニタし、かつ、動的に制御する。このような実施形態を使用して、ユーザは、好ましくは、酸化剤／燃料比を＋／−１％以上に良好な不確実性、および、約＋／−０．１％かつ好ましくは約＋／−０．０１％以上に良好な感度を備えて所望の範囲内に制御する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、従来の制御により一般に達成されているより狭い所望または必要の範囲内に酸化剤／燃料比を維持するために、燃料送出速度および酸化剤送出速度の双方を一緒にモニタし、かつ、動的に制御する。このような実施形態を使用して、ユーザは、好ましくは、酸化剤／燃料比を＋／−１％以上に良好な不確実性、および、約＋／−０．１％かつ好ましくは約＋／−０．０１％以上に良好な感度を備えて所望の範囲内に制御する。
ユーザは、好ましくは、燃料流体送出速度における燃料流体の完全燃焼に対する化学量論的モル酸化剤流体送出速度要件に比例するモル酸化剤流体送出速度を制御する。少ない排出物および効率が重要となる場合、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、これらの速度を一緒に、酸化剤送出および燃料流体の送出制御速度の遅い方において制御する。
気体性流量が噴出孔面積および噴出孔にわたる差分圧力の平方根について変化するため、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、特に気体性燃料に対して、空気／燃料比を制御するために酸化剤流体圧力に対する燃料流体圧力の比を調整する。ユーザは、好ましくは、燃料流体に対する酸化剤流体の圧力比および対応する燃料流体に対する酸化剤の送出モル比を精密に制御するために、電気的または機械式の駆動装置およびタービン圧縮器４０７の速度を変化させ、かつ、差分圧力センサ５５４および（例えば、回転速度センサ５８２、５８４および流量変調器位置／運動センサ５８６などの）運動センサをモニタする。
〔熱希釈剤流量の制御〕
ユーザは、好ましくは、希釈剤流体の送出の速度を精密に制御することにより、反応装置を出る反応物質ガスの温度を制御する。（例えば、図７６を参照。）本明細書に説明されているように、ユーザは、様々な実施形態において、一般に燃料流体に対する酸化剤の比を狭い範囲内に制御する。ユーザは、好ましくは、希釈剤流量をモニタするために高精度第３流体／熱希釈剤流量センサ５６４を設ける。
ユーザは、好ましくは、希釈剤流体の送出の速度を精密に制御することにより、反応装置を出る反応物質ガスの温度を制御する。（例えば、図７６を参照。）本明細書に説明されているように、ユーザは、様々な実施形態において、一般に燃料流体に対する酸化剤の比を狭い範囲内に制御する。ユーザは、好ましくは、希釈剤流量をモニタするために高精度第３流体／熱希釈剤流量センサ５６４を設ける。
その結果、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体に対する希釈剤流体の比を狭い範囲に制御し、それにより、高エネルギー流体９２０の温度を対応する狭い範囲内に制御する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、液体ポンプ動作速度に対する非常に精密なフィードバックを提供するために、高分解能光学もしくは線形エンコーダ、または、対応する回転式もしくは線形トランスデューサ、あるいは、同様の方法を設ける。このような対策は、燃料流体および熱希釈剤液体の流量の制御を実質的に改善する。
ユーザは、好ましくは、極端な動作条件下で速度を上昇させるために、より高い信頼性およびさらなる制御柔軟性を提供するように、最大安全動作速度の一部における「正常」または所望の設計動作速度を選択する。したがって、ユーザは、ポンプ性能をモニタするために適した高速測定システムを使用する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、回転当たり最大分解能を与えるために、選択されたエンコーダまたはトランスデューサシステムの最大動作周波数をポンプの最大速度で除する。例えば、約１００Ｈｚ（すなわち、６，０００ ＲＰＭにおいて）の最大安全ポンプ動作速度を備えた１ＭＨｚが可能な光学的エンコーダ電子回路に対して、ユーザは、回転当たり約１０，０００パルスのエンコーダ分解能を選択する。ユーザは、好ましくは、ポンプ速度、流体粘度、および、圧力差に応じてポンプ流量を較正する。このような分解能および較正を使用することにより、ユーザは、ポンプ速度の非常に迅速な精密測定値を、および、その結果、流体送出速度の変化に対するより高速かつより精密な制御を得る。
いくつかの実施形態において一体制御をさらに改善するために、ユーザは、好ましくは、送出されている流体の１つまたは複数を保持する容器の質量の変化を測定するために高分解能測定システムを設ける。
例えば、約１，５００，０００分の１の分解能を持つ非常に正確な産業用質量計量システムは市販されている。すなわち、１５０ｋｇにおける０．１ｇ、または、３００ｋｇにおける０．２ｇの分解能。（例えば、Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ Ａｇを参照。）ユーザは、好ましくは、毎秒５０の読みの動的速度で０．２ｇまで、軽量のタンクまたはドラムにおいて、約２００ｋｇ以上の燃料流体の重さを量る。（すなわち、１００ｋｇ当たり０．１ｇ＝１００万分の１または約０．０００１％。）このことは、燃料流体または液体希釈剤タンクが再充填されなければならない前に１時間を超えて約５０ｇ／ｓの流量を供給する。ユーザは、好ましくは、このシステムを燃料流体および熱希釈剤のポンプを較正するために使用する。（例えば、ポンプを較正するために一定温度の超純水を使用する。したがって、ジーゼルまたはメタノール燃料の送出にこれを適用する。）ユーザは、好ましくは、温度に従った流体密度の変化を補償するために、送出されている流体の温度をモニタする。
柔軟に結合された送出チューブ：ユーザは、好ましくは、液体供給容器と下流の送出システムの間の実質的に水平な送出チューブのいずれの端部上にも２つの対称的な低強度柔軟チューブ結合部を設ける。このことは、重力の影響を隔離するうえで役立つ。質量測定システム上のそのような流体結合部の流体流出速度および強度。ユーザは、好ましくは、質量バランスの土台を実質的に一定のレベルに維持するために重量を補償する測定システムを使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、質量の測定値に影響を及ぼす係数をモニタおよび訂正する。例えば、測定された重量を大気の浮力、液体平均高さ、および、局所重力に対して補償するためのチューブ端部の相対高さ、または、チューブの傾斜、および、結合部を曲げることの影響、大気圧、および、湿度である。（例えば、重力の日周変化および潮汐による変化は約２５０μＧａｌまたは１００万分の０．２５である。高度における３ｍｍの差が局所重力を９８０Ｇａｌのうちの約１μＧａｌ変化させる。１５０万分の１の公称質量分解能は約２ｍの平均液体高さの変化に等価である。）
ユーザは、好ましくは、燃料流体と希釈剤流体を十分に絶縁されたタンク内で混合し、かつ、平衡する。ユーザは、好ましくは、熱水および冷水の大型絶縁タンクを設ける。熱水および冷水の流れは、好ましくは、送出された液体の温度をより精密に制御するために、燃料流体および希釈剤の流れに対して液体／液体熱交換器を介して十分に制御された比率で混合される。これらの対策は、燃料流体および希釈剤の密度の実質的により良い制御を提供する。このことは、従来技術に比較して燃料流体および希釈剤の送出速度の安定性および不確実性をさらに改善する。
約１００Ｈｚで動作しているポンプで約５０ｇ／ｓを送出することは、約０．５ｇ／回転のポンプ分解能を与える。エンコーダの分解能および回転当たり約１０，０００微小ステップの制御を使用して、ユーザは、微小ステップ当たり２０マイクログラムのオーダの漸増動的流量分解能を公称上達成する。このことは、一体制御の公称分解能よりも約４，０００倍高い動的分解能を与える。（すなわち、質量による３００ｋｇにおける約０．２ｇの分解能に比較した０．０１％または２０マイクログラム。）
ユーザは、好ましくは、少なくとも２５０Ｈｚ、かつ、好ましくは１ｋＨｚより良好な動的応答を持つ燃料流体送出速度を制御する。例えば、約１００Ｈｚ（約６，０００ＲＰＭ）で動作するポンプを使用して、かつ、好ましくは約１ＭＨｚの周波数応答を持つエンコーダを使用して、ユーザは、回転当たり約１０，０００微小ステップを提供し、かつ、回転の１％当たり約１００微小ステップを得る。このことは、流量の０．０１％の動的分解能または秒当たり公称質量分解能の４０倍を示唆する。高分解能ポンプ制御の高分解能質量測定システムとの組み合わせを使用して、ユーザは、好ましくは、一体制御の対策において４０００万分の１の桁の動的流量制御分解能を達成する。（すなわち、２５ｐｐｂまたは約５０ｍｇ／２００ｋｇ以上に良好。）
このような高分解能の高速測定およびポンプのシステムを使用することにより、ユーザは、少なくとも２５０Ｈｚ、好ましくは１ｋＨｚ以上に良好な動的応答を達成する。ユーザは、同じく好ましくは、全規模の少なくとも０．０１％、かつ、恐らくは全規模の約０．００１％以上の累積または積分分解能も得る。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、精密流量制御ポンプにわたる差分圧力をモニタする。ユーザは、好ましくは、この差分圧力に応じたポンプ漏れを較正する。このような漏れを訂正することは、高い正確さのポンプ速度測定値および高い正確さの流体質量流量測定値と共に使用された時にポンプ較正の再現性および正確さを実質的に改善する。
高分解能の動的測定またはエンコーダシステムを使用して、ユーザは、好ましくは、加速度および減速度を評価するためにエンコーダ速度の差を取る。必要であれば、一層より速くかつより高分解能である差分制御を提供するために、エンコーダパルスの到着時刻をモニタおよび微分することができる。したがって、ユーザは、好ましくは、十分に比例的かつ一体の制御として精密な差分制御を達成する。パラメータの組み合わせは、高応答性ＰＩＤ制御を提供する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、燃焼器５６内の指数的に重み付けされた軸に沿った有効な温度プロファイルをモニタするために、絶対温度への指数的な依存性を持つ高エネルギー流体９２０中のＮＯｘ排出物濃度を、酸素および窒素の濃度と共に使用する。分散流体接触器は、燃焼器５６にわたるかなり均一な流体分布および燃焼速度を提供する。与えられた酸化剤／燃料比に対して、高エネルギー流体９２０の平均温度は、一般に希釈剤流体／燃料比に比例して変化する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、ＮＯｘ排出量および燃焼器出口１３６の温度の変化の少なくとも１つを測定された希釈剤／燃料比に相関させる。これらの相関は、好ましくは主火炎（燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤の流量）および火炎ホルダ１００（点火用燃料９０２、点火用酸化剤９０６、および、点火用希釈剤９０８の流量）からもたらされるＮＯｘおよび温度を別個に考慮することにより洗練される。ユーザは、好ましくは、火炎ホルダから燃焼器壁への道程の約３分の２でＮＯｘ排出量を評価する。ユーザは、好ましくは、ＣＦＤモデルを使用して燃焼をさらにモデル化し、かつ、測定されたパラメータでこれらのモデルを較正する。
ユーザは、好ましくは、これらの相関を高エネルギー流体９２０の温度の代替測定値を提供するために使用する。例えば、予備混合された火炎中のＮＯｘ排出量は、報告によれば１，３００°Ｃから１，５００°Ｃ（２，３７２°Ｆから２，７３２°Ｆ）の範囲内で約１０ｐｐｂ／Ｋから３０ｐｐｂ／Ｋに変化する。（例えば、Ｂｈａｒｇａｖａ、Ｃｏｌｋｅｔ、および、Ｓｏｗａ他、１９９９を参照。）５ｐｐｍの全規模を備えたＮＯｘ排出物測定システムを提供し、かつ、全規模の約１％または５０ｐｐｂの分解能を主張する設備が入手可能である。（例えば、ＡＢＢを参照。）このことは、約５Ｋから１．６Ｋの公称分解能を明らかに提供する。
ユーザは、好ましくは、燃焼器出口１３６（またはタービン取入れ口温度−ＴＩＴ）の温度を評価するために高分解能温度測定システムのアレイを使用する。例えば、サファイヤ繊維多周波数温度測定システムは入手可能であり、最大２，０００°Ｃまでに約０．０１°Ｃの分解能を主張する。（例えば、Ｌｕｘｔｒｏｎ Ｃｏｒｐ．を参照。）
大型パワータービンのタービンブレード４５０の組は、一般に数１００万ドルしている。約＋／−１０°Ｃの平均温度変化が典型的に高温ブレードの平均寿命を２倍にまたは半分にすると考える者もいる。ユーザは、好ましくは、燃焼器出口温度を＋／−５°Ｃより良好な不確実性を備えた大型システムに特における所望の燃焼器出口温度プロファイルに制御するために本明細書に説明されている実施形態を使用する。このことは、関連従来技術に比較して燃焼器５６を出る高エネルギー流体９２０の実質的により良い制御および均一性を提供する。（例えば、可能に２以上の係数による。）本明細書の実施形態により提供された改善された温度制御は、タービンブレード４５０を交換する費用、パワーを発生する費用、および、計画にない停止のリスクを実質的に低減する。
〔ターボ機械の較正〕
本明細書に説明されている改善された直接接触流体の分配、測定、および、制御方法を使用して、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、ターボ機械の較正を改善するために、燃料流体、希釈剤流体、および、酸化剤流体の流量および圧力の改善された測定値を使用する。
本明細書に説明されている改善された直接接触流体の分配、測定、および、制御方法を使用して、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、ターボ機械の較正を改善するために、燃料流体、希釈剤流体、および、酸化剤流体の流量および圧力の改善された測定値を使用する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、ターボ機械のパワーおよび効率の較正の不確実性をさらに改善するために燃料流体としてメタノールを使用する。メタノールの燃焼の熱は、ジーゼル燃料よりもはるかに低い不確実性を備えて測定されている。メタノールは、ボイラのパワーレベル燃焼において使用されている。ユーザは、好ましくは、重要でない燃料成分に対する燃焼の熱を訂正するために燃料用メタノールの温度、密度、および、組成を測定する。
このような較正を使用して、ユーザは、好ましくは、温度に従った流体流に対する一定の体積および一定の圧力での複合熱容量を導出するために、改善された流れ組成を詳細な成分熱容量と共に使用する。続いて、ユーザは、改善された不確実性に応じたポリトロープ効率を導出するためにこれらの改善された値を使用する。したがって、これらの値は、これらのデータが入手可能となるので、または、本明細書において得られたデータに適合するために、好ましくは水の組成および圧力の変化に対して調整される。
ユーザは、好ましくは、必要または所望に応じてシステムの較正を改善するために発電機５００における寄生損失を較正する。例えば、ユーザは、好ましくは、風損失および摩擦対速度および成分温度をモニタするために、発電機５００を回転させ、かつ、発電機５００を接続解除するためにクラッチを使用し、ならびに、回転低下試験を行なう。ユーザは、同様に熱損失を評価するために冷媒流量および温度変化をモニタする。ユーザは、発電機５００の速度対ベアリング温度、冷媒流量、および、温度、ならびに、他の適切なパラメータを維持するために必要なトルクを慎重に測定することもできる。
同様に、ユーザは、好ましくは、エキスパンダ４４０と発電機５００の間のトルクを測定するために高い正確さのトルクチューブを設ける。これと共に、ユーザは、各位相に対する対応する電圧および電流の波形を任意で含む発電機出力を測定するための高分解能パワー計を設け、かつ、対応するパワー係数ならびに実際の、および、無効な電力を算出する。
このような実施形態においてエキスパンダ４４０を較正するために、ユーザは、好ましくは、圧縮器４０７、燃焼器５６、および、エキスパンダ４４０を所望の動作温度にまで平衡化する。続いて、ユーザは、較正用運転を実行し、燃料、希釈剤、および、酸化剤の流体流量を所望のパワーレベル、タービン取入れ口温度、および、過剰酸化剤濃度にまで調整する。
ユーザは、好ましくは、流量測定における不確実性を改善するために本明細書に説明されている精密質量流量測定方法を使用する。ユーザは、同様に、好ましくは、燃焼器出口および／またはタービン入口／出口にわたる残存排気酸化剤レベル、流量、温度、圧力、および、断面積を測定する。続いて、ユーザは、好ましくは、これらのパラメータを酸化剤流体流量の不確実性を改善するために使用する。これらの対策は、質量流量、エンタルピ発生速度、および、タービン効率における不確実性を大幅に低減する。
いくつかの応用例において、ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているタービン較正方法を圧縮器４０７を介した流量および圧縮器の効率を同様に較正するために適用する。
〔液滴サイズおよび気化〕
修正された実施形態において、ユーザは、燃料含有流体および希釈剤含有流体の１つまたは双方に対して液滴のサイズおよび速度を調整するために流体送出に影響を及ぼすパラメータを制御することができる。ユーザは、流体粘度を調整するために流体温度を制御することができる。流体の組成および添加物は、粘度をさらに調整するために調整することができる。
修正された実施形態において、ユーザは、燃料含有流体および希釈剤含有流体の１つまたは双方に対して液滴のサイズおよび速度を調整するために流体送出に影響を及ぼすパラメータを制御することができる。ユーザは、流体粘度を調整するために流体温度を制御することができる。流体の組成および添加物は、粘度をさらに調整するために調整することができる。
いくつかの構成において、ユーザは、液滴サイズを調整するために分配チューブが励起される周波数を調整する。ユーザは、液滴のサイズおよび噴射速度を調整するために流体パルス化の周波数および振幅を同様に調整する。これらの係数は、液滴のサイズ、噴射速度、および、送出速度に影響を及ぼす。これらは今度は液滴の気化速度に影響を及ぼす。
〔迅速な酸化剤流量の制御〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、所望または必要である酸化剤流量を達成するための所望の圧縮器速度を算出するために、非常に正確な入力および出力の圧力測定値、圧縮器速度測定値、および、希釈剤流体吸入組成と共に、改善された効率を使用する。（例えば、図７６を参照。）ユーザは、好ましくは、この所望の速度を迅速に達成し、かつ、所望の酸化剤流量をするために、圧縮器４０７に対するパワーを変化させる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、所望または必要である酸化剤流量を達成するための所望の圧縮器速度を算出するために、非常に正確な入力および出力の圧力測定値、圧縮器速度測定値、および、希釈剤流体吸入組成と共に、改善された効率を使用する。（例えば、図７６を参照。）ユーザは、好ましくは、この所望の速度を迅速に達成し、かつ、所望の酸化剤流量をするために、圧縮器４０７に対するパワーを変化させる。
この方法は、圧縮器４０７を高信頼性かつ正確に制御することができる速度を実質的に上昇させる。この方法は、動力系を介した流体流量に対する、ならびに、排気または膨張した流体９２４中の組成をサンプリングし、かつ、正確に測定するための時刻に対する長い遅延を回避する。
〔圧縮器の効率／汚損〕
続いて、いくつかの実施形態において、実際に達成された酸化剤流量は、好ましくは残存酸化剤組成および本明細書に説明されている関連する方法を使用して評価され、かつ、洗練される。続いて、ユーザは、好ましくは、現在の条件、流量パラメータ、および、圧縮器速度計５８４を使用した圧縮器速度における現在の圧縮器効率を抽出するために、これらの改訂された結果を使用する。
続いて、いくつかの実施形態において、実際に達成された酸化剤流量は、好ましくは残存酸化剤組成および本明細書に説明されている関連する方法を使用して評価され、かつ、洗練される。続いて、ユーザは、好ましくは、現在の条件、流量パラメータ、および、圧縮器速度計５８４を使用した圧縮器速度における現在の圧縮器効率を抽出するために、これらの改訂された結果を使用する。
ユーザは、さらに好ましくは、圧縮器を駆動するために使用されるパワーをモニタする。酸化剤流量を送出するために必要なパワーは圧縮器の機械的効率の他の測定値を提供する。
ユーザは、好ましくは、これらの方法を圧縮器の効率の変化をモニタするために使用する。これらの変化から、ユーザは、好ましくは、圧縮器４０７をいつ清掃または交換するかを決定するために相対収益および運転費用を評価する。
〔タービンの効率／停止／腐食〕
十分な速度およびサイズでタービンブレード４５０に衝撃を与える液体液滴は、表面を腐食することができ、ブレードの機械的効率を低減する。
十分な速度およびサイズでタービンブレード４５０に衝撃を与える液体液滴は、表面を腐食することができ、ブレードの機械的効率を低減する。
タービン羽根４４８および／またはタービンブレード４５０の腐食速度を制限するために、ユーザは、好ましくは、タービン羽根４４８および／またはブレードに衝撃を与える前に希釈剤小液滴が所望のサイズより小さく実質的に低下するまで、同液滴が気化するように希釈剤噴出孔のサイズおよび位置を調整する。このサイズは、好ましくは小液滴が表面に衝撃を与える時に作り出されるピーク圧力がその表面の衝撃強度より小さくなるように選択される。分散接触器に均一な、または、知られているサイズ分布を持つ多数の分散噴出孔を作成することにより、ユーザは、関連技術に比較してはるかに均一なサイズ分布を持つ小液滴を作成する。このことは、所望のサイズより大きな液滴を形成する確率を実質的に低減する。
ユーザは、好ましくは、液滴がエキスパンダ４４０内の下流表面に衝撃を与える前に液滴を所望のサイズより小さく気化するために燃焼ガスが十分な温度を有するように希釈剤噴射の速度を制御する。
いくつかの構成において、圧縮器４０７および（例えば、タービンブレード４５０などの）エキスパンダ４４０の効率を回復するために、ユーザは、好ましくは、定期的な洗浄期間を設ける。これらの期間中、ユーザは送出圧力を最大に上昇させ、かつ、液体希釈剤を最大速度で送出し、燃料送出は最低であるか、または、全くない。このことは、気化速度を低減し、残存希釈剤の液滴サイズおよび送出速度を増大させる。このことはブレードに重大な液体衝撃をもたらす。このことは汚損物質の重大な表面蓄積を除去する。
この方法は、好ましくは、汚損物質の硬さまたは付着によっては、必要に応じて追加の噴霧チューブと組み合わせられる。ユーザは、好ましくは、希釈剤（水／水蒸気または「湿気」）の送出を最大化することにより高エネルギー流体９２０中の希釈剤濃度を上昇させる。このことは、噴射された洗浄噴霧の気化を実質的に低減し、従来の洗浄方法に比較して液滴の衝撃および洗浄の有効性を増大させる。
分離された下流希釈剤噴霧接触器が設けられた場合、ユーザは、好ましくは、この高い希釈剤比を下流希釈剤噴霧接触器を介した強い希釈剤噴霧と組み合わせる。この組み合わせは、動力系をラインから完全に切り離さずに低減された動作条件下でオンライン洗浄を提供する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、本明細書および‘１９１特許出願に説明されている洗浄方法を利用する。燃焼器は好ましくは爆発の危険を低減するためにパージされ、かつ、緩慢な継続流が供給される。適用された熱速度は、いずれの残存希釈剤流体および／または燃料の気化からも過剰圧力による堆積を回避するために慎重に制御される。温度は、燃焼器への損傷を回避、低減、あるいは制御するためにさらに制御される。
ユーザが直接流体接触器に微小旋回翼２９０を装着すると、高温熱処理により微小旋回翼も清掃される。同様に、燃料流体チューブおよび噴出孔は、好ましくはこの高温清掃方法で清掃される。
〔噴出孔の清掃〕
いくつかの燃料は、特定の温度下で炭化または重合する傾向を持つ。例えば、１００°Ｃから３００°Ｃの範囲における大分子量の石油燃料および不飽和炭化水素である。ユーザは、好ましくは、噴出孔を介した燃料の自由な流れを妨害することのある残滓の堆積物を除去するための対策を提供する。例えば、「コーキング」または「てかり」である。
いくつかの燃料は、特定の温度下で炭化または重合する傾向を持つ。例えば、１００°Ｃから３００°Ｃの範囲における大分子量の石油燃料および不飽和炭化水素である。ユーザは、好ましくは、噴出孔を介した燃料の自由な流れを妨害することのある残滓の堆積物を除去するための対策を提供する。例えば、「コーキング」または「てかり」である。
図１０を参照すると、いくつかの構成において、ユーザは、いくつかの構成において、燃料マニホルド２４２および燃料分配チューブ１１を介して希釈剤流体を差し向けるために、パージシステムを提供することができる。例えば、ユーザは、希釈剤マニホルド２４４を設け、かつ、これをパージ弁２３２で燃料マニホルド２４２に接続する。希釈剤マニホルドは、好ましくはシステムの停止に先立ち、または、液体燃料流体が停止される時に、燃料流体マニホルド２４２、燃料流体分配チューブ１１、および、個々の噴出孔から燃料、特に液体燃料を吹き飛ばす、または、パージするために水、水蒸気、または、同様の希釈剤を送出することができる。修正された構成において、ユーザは、液体燃料流体を追い出すための吹き飛ばし酸化剤流体を差し向けるためにパージ弁２３２を設ける。
このような構成を使用して、ユーザは、好ましくは、１つの流体を流すことから第２の流体を流すことに変更される際に連続した流体流を提供する弁を使用する。このことは、燃料流体が燃料流体通路を流れていず、かつ、コーキングまたは重合の温度内に加熱する遷移期の衝撃を回避するうえで役立つ。
いくつかの構成において、ユーザは、化学的および／または機械的な作用により炭化水素成分を除去するために燃料流体送出システムを介して過熱希釈剤蒸気を送出することを提供することができる。例えば、過熱された水蒸気を発生させ、かつ、燃料流体送出システムを介してこれを送出する。これらの方法は、好ましくは、噴出孔の機械的な圧力清掃に加えて、過熱された水蒸気でコークスまたは重合した燃料などのいずれの残存燃料成分も化学的に反応させ、かつ、ガス化するために水蒸気と炭素または炭質材料の間の酸化反応を使用する。
修正された構成において、ユーザは、希釈剤蒸気を加熱し、かつ、これを接触器チューブ１２またはそれらのチューブの上流を介して送出するための予備加熱器を設ける。チューブにわたる圧力降下が設計条件を超えないことを確実にするために注意が払われる。ユーザは、このような過熱希釈剤清掃を電気抵抗加熱と組み合わせることも、または、過熱希釈剤を形成するために後者を使用することもできる。
停止の間、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、必要または所望に応じて、過剰な加熱および燃料のコーキング、重合、または、送出チューブへの損傷を防止または低減するために、燃料送出チューブおよびマニホルド、特に燃料流体チューブを冷却するための希釈剤流体を供給する。希釈剤は、好ましくは隣接した熱希釈剤通路を介して、および／または、燃料流体および／もしくはチューブを過熱する危険がなくなるまでは燃料流体通路を介して送出される。同様に、始動時に、ユーザは、好ましくは、燃料流体および／またはチューブの過熱を防止または回避するために十分な比率における燃料流体と共に希釈剤流体を供給する。
〔流体マニホルド〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、短い穿孔分配チューブへの多数の媒体が接続する１つまたは複数の流体送出マニホルド２４０を設ける。（例えば、図５５、図５６、および、図６９を参照。）このことは、分配アレイにわたる小液滴の送出における時間遅延および位相遅延を低減する。このことは、分配チューブに沿った漸増的な流体送出および分配チューブ内の流体流れ摩擦により引き起こされるものなどの分配チューブに沿った累積的な圧力降下も低減する。このことはより均一な液滴分布を提供する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、短い穿孔分配チューブへの多数の媒体が接続する１つまたは複数の流体送出マニホルド２４０を設ける。（例えば、図５５、図５６、および、図６９を参照。）このことは、分配アレイにわたる小液滴の送出における時間遅延および位相遅延を低減する。このことは、分配チューブに沿った漸増的な流体送出および分配チューブ内の流体流れ摩擦により引き起こされるものなどの分配チューブに沿った累積的な圧力降下も低減する。このことはより均一な液滴分布を提供する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、本明細書および‘１９１特許出願に説明されている方法の１つまたは複数の各々につき、分散穿孔チューブアレイを介した燃料流体送出を制御および変調する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、本明細書における燃料流体を変調するために説明されている方法の１つまたは複数の各々につき、分散穿孔チューブアレイを介した希釈剤流体送出を制御および変調する。ユーザにおいては、好ましくは、動力系の効率、および、排出物の１つまたは複数を制御するために燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の１つまたは複数の送出速度を制御する。
ユーザは、さらに好ましくは、燃料燃焼効率、燃料燃焼安定性、燃料／酸化剤／希釈剤の混合、残存排出物、ならびに、圧力発振の周波数および大きさの１つまたは複数を制御するために希釈剤流体と燃料流体の送出の間の変調位相または時間関係を制御する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、迅速な連続で燃料流体と希釈剤のパルスを交番に送出するために送出位相を調整する。このことは、火炎燃焼の安定性ならびに燃料流体および一酸化炭素の燃焼完了を改善する一方、燃焼温度を迅速に低下させるために希釈剤と緊密に相互混合する。分配チューブは、燃焼中のガスと希釈剤流体を迅速に混合する平行な渦を発生する。ユーザは、好ましくは、燃焼器内の音響共鳴を低減するために変調周波数を制御する。
チューブに送出された流体パルスは、その流体に対する音の速度に従って分配チューブを進行するために時間がかかる。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、分配チューブのその部分に到達する流体パルスの遅延を補償するために、ダクトに対して分配チューブの縦方向の位置を調整する。内部流体圧力が分配チューブに沿って大幅に変化する場合、ユーザは、好ましくは、噴出孔を介して流体を送出するための時間の対応する増加を考慮するために調整する。
能動的な流体分配制御の縦方向の干渉性を低下させることをユーザが所望または必要とする実施形態において、ユーザは、好ましくは、分配チューブを流体マニホルド２４０からの距離を増加させて上流に曲げる。このことは、流体パルスの時間遅延を増加させ、かつ、流体マニホルド２４０から分配チューブアレイの周囲、または、これにわたる流体送出の相対位相を増加させる。このことは、燃焼室内の熱化学的干渉性を低減する。
熱化学的干渉性をさらに低減するために、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、奇数の流体マニホルド２４０を設ける。ユーザは、さらに好ましくは、ダクト軸の周囲の軸に沿った調整装置の上流／下流に奇数の分配チューブを設ける。燃料流体および希釈剤の分配チューブは、好ましくは混合の制御を保全するために一緒に調整される。
能動的な流体分配制御の縦方向の干渉性を増加させることをユーザが所望または必要とする実施形態において、ユーザは、好ましくは、分配チューブを介して送出されている内部の流体の遅延に比例して下流で分配チューブを曲げる。例えば、熱化学スピーカの形成を所望する時に流体の燃焼または気化の軸に沿った（例えば、「平均の」または「円錐の」）干渉性を増加させるためにである。
関連技術において、１．０５から１．１５のパターン係数は一般的であり、典型的な値は１．１０である。（すなわち、燃焼器にわたる平均温度上昇により除された燃焼器出口温度の最大から平均の差。）このことは、（例えば、Ｈシリーズのタービンに対して）１，５００Ｋの温度の上昇に対して約７５Ｋから２２５Ｋ（約１３５°Ｆから４０５°Ｆ）の温度の範囲を示唆する。
説明されている改善された温度制御方法を使用して、ユーザは、好ましくは、燃焼器出口にわたる温度分布を大幅に改善し、それにより、パターン係数および、結果的に、下流の高温構成部分の寿命を大幅に改善する。
このような実施形態において、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、下流流体温度をモニタするための高分解能高精度温度センサ５５８を設ける。例えば、ユーザは、いくつかの構成において、少なくとも約１°Ｃの分解能および好ましくは約０．１°Ｃの分解能、ならびに、１００ｍｓの応答時間を持つ高エネルギー流体流中に定置された熱センサを使用する。ユーザは、最も好ましくは、約１０ｍｓの応答および約０．０１°Ｃの精度を持つ熱センサを使用する。例えば、薄膜熱電対もしくは抵抗器、または、多周波数サファイヤもしくは水晶繊維熱センサである。（例えば、英国のＱｕｉｎｅｔｉＱ社は高速表面熱センサを開発した。）サファイヤ繊維熱感知システムは、約２，０００°Ｃまでの公称範囲を備えた公称分解能０．０１°Ｃを備えて入手可能である。（カリフォルニア州サンタクララのＬｕｘｔｒｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社。）ユーザは、好ましくは、制御システムの熱フィードバック分解能および安定性を改善するために、このような精密温度センサ５５８のアレイおよび平均された結果を使用する。約０．０１°Ｃの温度感度は、燃焼器出口１３６の温度を約０．０２°Ｃのレベルの温度制御に制御するためのフィードバックを供給する。測定分解能は、必要に応じてさらに上昇させることができる。
他の実施形態において、ユーザは、好ましくは、熱に敏感な表面上に少なくとも１つの温度センサ５５８を定置する。例えば、燃焼器ライナ上、曲線曲がり部分の外径などの高速領域における遷移区画ライナの内部壁上。同様に、最大の熱伝導および温度の位置の近くのタービン羽根の上流側にである。他の好ましい位置は、表面が最高温であるハブから先端近くの途中のほぼ中央から３／２までの第１段タービンブレードの上流側表面上である。これらの温度センサは、熱電対、光高温測定走査、熱抵抗センサなどをさらに含むことができる。
温度制御の不確実性の主な制限は、温度センサ５５２の絶対的再現性および較正、温度プロファイルまたは「パターン係数」を評価するために使用されるセンサの数、流体の乱流および渦電流、ならびに、周波数応答におけるものである。
このような改善された制御実施形態を使用して、ユーザは、従来のタービン燃焼システムに使用されている約＋／−１０°Ｃの制御に比較して燃焼器内の温度制御を実質的に改善する。このような改善された混合物比および温度制御を使用することにより、ユーザは、高温区間構成部分の温度寿命ならびにエネルギー変換システムの効率およびパワーに対する制御を実質的に改善する。例えば、燃焼器ライナ、遷移区画ライナ、タービン羽根、および、タービンブレード４５０を含む。
〔酸化剤送出の制御〕
様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、送出された燃料に対する酸化剤の比を制御するために酸化剤含有流体および／または燃料流体の送出速度を制御する。この比は、燃焼、排出物の形成、パワー、および、効率に大きく影響を及ぼす。
様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、送出された燃料に対する酸化剤の比を制御するために酸化剤含有流体および／または燃料流体の送出速度を制御する。この比は、燃焼、排出物の形成、パワー、および、効率に大きく影響を及ぼす。
過剰空気を低減することは、窒素および過剰酸素をポンプ送出するために必要なタービン燃焼システム内の寄生ポンプ損失を低減する。しかし、理論的な化学量論的比において、または、それの近くで、不完全な混合および燃焼の不均一性は完全なＣＯの燃焼を妨害し、いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、酸化剤／燃料比を化学量論的比の約１０１％から約１２０％に制御する。このような低過剰酸化剤部分は、分散流体接触器による酸素と燃料の非常に均一な送出および混合により、使用可能となっている。
本発明を使用して作り出された改善された均一性、混合、および、燃焼を使用して、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、一酸化炭素および他の未燃焼燃料成分が十分に酸化されることを確実にするために約３％から約１２％の過剰酸素を供給する。このことは、ポンプ損失を合同して低減し、かつ、効率を改善する。
約１０％の酸素から約５％の過剰酸素に過剰酸素含有流体を低減することは（約１，２００°Ｃに冷却されたタービンブレード４５０を備えたエキスパンダを仮定すると）動力系の熱動力学的効率を完全ＶＡＳＴサイクルにおける約１．４％点改善する。
物理的係数は燃焼する酸化剤／燃料比の範囲を制限する。説明された実施形態において、燃料流体送出システムは、酸化剤送出システムよりも大幅に速く応答する。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、所望または必要に応じて酸化剤／燃料比に対する動作境界を確立する。ユーザは、好ましくは、信頼できる上限と下限酸化剤／燃料動作限界を確立するために上限と下限物理的燃焼限界の間に信頼性のある余裕を設ける。
優れた動作実施を保つうえで、ユーザは、燃焼器および動力系を介して酸化剤流体を流すことにより、それらから潜在的に爆発性のいかなる混合物もパージする。ユーザは、所望の燃料流体の可燃性に基づく慎重な数の体積交換に基づき、少なくとも最低の時間にわたりパージする。いくつかの実施形態において、ユーザは、燃焼器内の酸化剤／燃料比が「下限の」燃料濃度燃焼限界の物理的境界より高いことをチェックするために揮発性燃料について燃料濃度をモニタする。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、点火用火炎または火炎ホルダ１００の少なくとも１つに、安全な点火を容易にするためにパージし、かつ、制御された流量を提供するために十分な酸化剤流体を送出する。
いくつかの実施形態において、摩擦を克服し、かつ、他の寄生損失を提供し、ならびに、より小さなパワーにおけるより低い変換効率を収容するために必要な最低パワーをシステムは有することができる。このような状況において、ユーザは、好ましくは、少なくともこのような最低パワーレベルにおいてパワーを持続するための燃料流体送出速度を確立する。修正された実施形態において、ユーザは、好ましくは、所望または必要に応じて、最低の収益性または投資に対する内部利益率を維持するための最低効率パワーレベルを設定する。
〔効率〕
ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、流体送出システム、膨張および再圧縮システムの効率を評価する。詳述された方法の精度は、ユーザが従来の方法に比較してより良好に効率をモニタすることを可能にする。
ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、流体送出システム、膨張および再圧縮システムの効率を評価する。詳述された方法の精度は、ユーザが従来の方法に比較してより良好に効率をモニタすることを可能にする。
これらの実施形態のいくつかを使用して、ユーザは、効率の低下および効率低下の速度をより精密に評価する。これらのパラメータから、ユーザは、システムの正味の現在価値を高めるために停止時間、稼働率の収入、および、運転費用に対して圧縮器および／またはエキスパンダ４４０をいつ、どの程度徹底的に清掃するかをより良く評価する。
ユーザは、好ましくは、運転範囲内で所望または必要の効率を達成するための速度で燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体を送出するために送出システムを制御する。これらの速度は、所望の速度と比較して、結果的な機械、電気、熱、および／または、冷却のパワーからのフィードバックにより微調整される。このような組み合わされた対策は、動力系において発生された高エネルギー流体９２０に対するより高速かつより正確な制御を提供する。
〔パワー〕
ユーザは、好ましくは、所望または必要であるパワーを送出するためにシステム動作効率に対して流体流量を制御する。ユーザは、これに対応して、好ましくは、高エネルギー流体９２０の平均温度を所望または必要の温度に制御するために希釈剤／燃料比を制御する。したがって、ユーザは、好ましくは、それらのパワー条件において効率を改善し、かつ、排出物を削減するために酸化剤／燃料比を調整する。
ユーザは、好ましくは、所望または必要であるパワーを送出するためにシステム動作効率に対して流体流量を制御する。ユーザは、これに対応して、好ましくは、高エネルギー流体９２０の平均温度を所望または必要の温度に制御するために希釈剤／燃料比を制御する。したがって、ユーザは、好ましくは、それらのパワー条件において効率を改善し、かつ、排出物を削減するために酸化剤／燃料比を調整する。
緊急時または近局所全停状態において、ユーザは、好ましくは、エキスパンダ４４０を介してパワーを最大化するために、圧縮器の圧力比および／または燃焼器５６により送出される高エネルギー流体９２０の温度を上昇させる。ユーザは、好ましくは、流体の速度および温度の限界により課されたエキスパンダ４４０のチョーク限界の近くで、すなわち、第１段ブレードにおいてマッハ１近くで動作する。ユーザは、好ましくは、タービンブレード４５０の寿命の低下および工場の稼働率を緊急時パワーを発生させることからの増加した収入とバランスさせる。
〔〔排出物の制御〕〕
高温の変化は燃焼器の排出物に強く影響を及ぼし、かつ、対応して、副生成物を形成するか、または、化学反応装置内の未反応化学物質をもたらす。したがって、ユーザは、燃焼器の横方向の１つまたは双方における温度プロファイルの均一性を高めることを求める。ユーザは、より均一な反応および熱滞留時間を提供するために燃焼器軸に沿ってこれを行なうことを求める。
高温の変化は燃焼器の排出物に強く影響を及ぼし、かつ、対応して、副生成物を形成するか、または、化学反応装置内の未反応化学物質をもたらす。したがって、ユーザは、燃焼器の横方向の１つまたは双方における温度プロファイルの均一性を高めることを求める。ユーザは、より均一な反応および熱滞留時間を提供するために燃焼器軸に沿ってこれを行なうことを求める。
〔熱滞留時間〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６にわたり燃料に対する酸化剤の十分に制御された混合物を提供するための穿孔燃料分配チューブのアレイを構成する。ユーザは、これに対応して、希釈剤／燃料比を制御し、かつ、燃焼器５６にわたり高エネルギー流体９２０の温度プロファイルを燃焼器出口の近くの実質的に均一な温度に制約するように、穿孔希釈剤分配チューブの１つまたは複数のアレイを構成する、かつ／または、熱希釈剤流量を制御する。これらの方法により、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６の周囲での制御された気化、混合を提供する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６にわたり燃料に対する酸化剤の十分に制御された混合物を提供するための穿孔燃料分配チューブのアレイを構成する。ユーザは、これに対応して、希釈剤／燃料比を制御し、かつ、燃焼器５６にわたり高エネルギー流体９２０の温度プロファイルを燃焼器出口の近くの実質的に均一な温度に制約するように、穿孔希釈剤分配チューブの１つまたは複数のアレイを構成する、かつ／または、熱希釈剤流量を制御する。これらの方法により、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６の周囲での制御された気化、混合を提供する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６にわたる実質的に均一な燃料流体の気化、均一な混合、および、均一な温度プロファイルを提供する。燃料流体送出を希釈剤送出の上流に定置すること、および、相対的な燃料流体および希釈剤噴出孔サイズを構成することにより、ユーザは、軸に沿った温度プロファイルを調整する。ユーザは、好ましくは、燃焼が平均温度を特定のレベルにまで上昇させることを許容する。したがって、ユーザは、燃焼器５６内の軸に沿った温度プロファイルを制約するために希釈剤の送出、気化速度、および、冷却速度の１つまたは複数を急速に上昇させる。
拡張されたゼルドヴィッチ機構により、窒素酸化物は、絶対温度の平方根により除されたアーレニウスの式による指数的絶対温度に比例してさらに形成する。本明細書に説明されている方法により、ユーザは、好ましくは、燃焼器出口１３６において温度が所望の温度を超える程度を制約する。さらに、ユーザは、燃焼中のガスがそれらの温度を超えて留まる滞留時間を制約する。これらの要因の双方は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の形成の速度を実質的に低下させる。
拡張されたゼルドヴィッチ機構を介して、窒素酸化物は酸素濃度倍された窒素濃度の平方根に比例して形成する。希釈剤流体を供給することにより、ユーザは、好ましくは、燃焼後の過剰酸化剤を従来の超希薄燃焼に対する１５％以上の代わりに高エネルギー流体混合物の約５％かつ好ましくはこれ未満に低減する。窒素濃度も希釈剤流体の存在により大幅に低減される。これらの濃度パラメータはそれだけで、同じ温度の従来の希薄燃焼に比較してゼルドヴィッチＮＯｘ形成速度において約４０％以上の低減をもたらす。
これらの好ましい均一な分布、混合、温度プロファイル、および、滞留時間制御方法により、ユーザは、典型的にＮＯｘ形成を気体性燃料についてだけでなく液体燃料についてさえ厳重な法制化された限度より低く低減する。（例えば、ＳｔａｒＣＤを使用したＣＦＤ算出による＃２ジーゼルについては１５％のＯ２に等価な体積で２ｐｐｍより低いＮＯｘである）。
〔未燃焼成分の滞留時間〕
ユーザは、好ましくは、いかなる残存燃料およびいかなる形成された一酸化炭素（ＣＯ）も所望または必要な排出物の程度より低く燃焼させるために、与えられた最低温度より高い温度で十分な滞留時間を提供するように燃焼器内の希釈剤流量および燃焼器の容積を構成する。
ユーザは、好ましくは、いかなる残存燃料およびいかなる形成された一酸化炭素（ＣＯ）も所望または必要な排出物の程度より低く燃焼させるために、与えられた最低温度より高い温度で十分な滞留時間を提供するように燃焼器内の希釈剤流量および燃焼器の容積を構成する。
この構成を使用すると、未燃焼燃料および酸化剤と反応されない形成された一酸化炭素（ＣＯ）のある燃焼器内の低温領域がほとんど存在しない。より均一な混合、より均一な温度プロファイル、および、最低温度は、より速い燃焼反応速度をもたらす。これらの速度は、ユーザが関連技術よりもＣＯおよび未燃焼炭化水素を低減するために実質的により短い滞留時間を使用することを可能にする。
〔〔時間に関する温度プロファイル〕〕
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、時間と共に燃焼器内の混合物の組成および／または温度プロファイルを変化させるように流体流量および流体流量の変化の速度を制御する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、時間と共に燃焼器内の混合物の組成および／または温度プロファイルを変化させるように流体流量および流体流量の変化の速度を制御する。
〔時間に関する温度制御〕
ユーザは、同様に時間に従った燃料に対する希釈剤流体の比を、約１，５００°Ｃにおいて約１°、好ましくは０．１°、かつ、最も好ましくは０．０１°までの温度センサ５５２の読みに対して少なくとも約１％、好ましくは約０．１％、かつ、最も好ましくは約０．０１％（例えば、約１，５００Ｋのうちの約１５Ｋ、１．５Ｋまたは０．１５Ｋ）に制御する。ユーザは、この制御の程度を少なくとも約１００秒間、好ましくは約１，０００秒間（約１７分間）以上、かつ、最も好ましくは約１０，０００秒間（約３時間）以上にわたり公称上達成する。したがって、ユーザは、好ましくは、１０，０００秒当たり１Ｋより良好な安定性を備えて平均温度を制御する。このような構成を使用して、ユーザは、好ましくは、大きさの約４から５桁、かつ、好ましくは実質的にこれを超える温度制御のダイナミックレンジを達成する。
ユーザは、同様に時間に従った燃料に対する希釈剤流体の比を、約１，５００°Ｃにおいて約１°、好ましくは０．１°、かつ、最も好ましくは０．０１°までの温度センサ５５２の読みに対して少なくとも約１％、好ましくは約０．１％、かつ、最も好ましくは約０．０１％（例えば、約１，５００Ｋのうちの約１５Ｋ、１．５Ｋまたは０．１５Ｋ）に制御する。ユーザは、この制御の程度を少なくとも約１００秒間、好ましくは約１，０００秒間（約１７分間）以上、かつ、最も好ましくは約１０，０００秒間（約３時間）以上にわたり公称上達成する。したがって、ユーザは、好ましくは、１０，０００秒当たり１Ｋより良好な安定性を備えて平均温度を制御する。このような構成を使用して、ユーザは、好ましくは、大きさの約４から５桁、かつ、好ましくは実質的にこれを超える温度制御のダイナミックレンジを達成する。
いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、所望または必要である温度プロファイルを提供するために本明細書に説明されている分散接触器温度制御方法を使用する。例えば、結晶の引き上げにおいて、結晶化され、かつ、引き上げられている材料の所望の溶解点温度の位置は、好ましくは所望の垂直結晶化位置に調整される。例えば、１，５００°Ｃ近くの水晶または２，０５０°Ｃ近くのサファイヤである。同様に、溶解点より高い好ましい範囲から溶解点より低い好ましい範囲への曲線熱プロファイルは、好ましくは所望の温度勾配に調整される。
熱勾配の向きは、好ましくは垂直な軸、または、例えば重力などの加速度ベクトルと一線上にある軸について対称である。このことは、熱から電気および熱に戻す変換の非効率なしに高い程度の高温での温度制御を提供する。
動作中、いくつかの構成において、ユーザは、酸化剤流量に対して燃料流体および希釈剤流体の流量を動的に制御する。本明細書に説明されている方法を使用して、いくつかの構成において、少なくとも１０Ｈｚから１００Ｈｚ、かつ、好ましくは約１ｋＨｚ以上の液体送出制御が好ましくは提供される。前述の実施例を使用すると、このことは、いくつかの構成において、１００ｍｓまたは１０ｍｓ以内で少なくとも１０Ｋから１００Ｋ、かつ、好ましくは約１ｍｓ以内で約１，５００Ｋの温度範囲にわたる燃焼および気化の下流の高エネルギー流体９２０の温度を調整する潜在力を示している。したがって、ユーザは、好ましくは、約１００Ｋ／ｓから１０，０００Ｋ／ｓ以上かつ好ましくは約１００万Ｋ／ｓの速度で時間における温度プロファイルを制御する。
このような動的制御の能力を使用して、ユーザは、好ましくは、このような構成を、例えば、合金、ガラス、セラミック製品などの材料を焼結するために温度をかなり一定に保持するために使用する。これらの方法は、同様に、材料を迅速に急冷する。例えばガラスまたは合金を焼き戻しするためにである。
〔燃料および希釈剤の燃焼の電気励起の制御〕
ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において横方向電場を印加および変調する。発振場はイオン化ガス、荷電燃料流体液滴、および／または、荷電希釈剤液滴を流体流に横方向に加速する。このことは気化中および燃焼中の流体の混合に役立つ。ユーザは、好ましくは、混合、燃焼効率、排出物削減、火炎安定性、および、システム稼働率を制御するために電場の振幅および周波数を制御する。ユーザは、好ましくは、システムの正味の現在価値を低減するためにパラメータを制御する。
ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において横方向電場を印加および変調する。発振場はイオン化ガス、荷電燃料流体液滴、および／または、荷電希釈剤液滴を流体流に横方向に加速する。このことは気化中および燃焼中の流体の混合に役立つ。ユーザは、好ましくは、混合、燃焼効率、排出物削減、火炎安定性、および、システム稼働率を制御するために電場の振幅および周波数を制御する。ユーザは、好ましくは、システムの正味の現在価値を低減するためにパラメータを制御する。
〔燃焼器圧力発振の制御〕
穿孔分配チューブのアレイを展開することにより、ユーザは、好ましくは、非常に多くの燃料噴出孔８２および燃料流体微小噴流を設ける。これらは、好ましくは下流開放凹面アレイ２６１に構成される。これらは、非常に均一に分布された多段燃焼を提供する。したがって、ユーザは、燃焼器内の圧力発振を実質的に低減する受動的手段を提供する。
穿孔分配チューブのアレイを展開することにより、ユーザは、好ましくは、非常に多くの燃料噴出孔８２および燃料流体微小噴流を設ける。これらは、好ましくは下流開放凹面アレイ２６１に構成される。これらは、非常に均一に分布された多段燃焼を提供する。したがって、ユーザは、燃焼器内の圧力発振を実質的に低減する受動的手段を提供する。
いくつかの構成において、ユーザは、燃焼周波数の開放サイクル制御を適用する。ユーザは、第一に好ましくは、能動的な流体送出励起なしに燃焼圧力発振周波数を測定する。本明細書に説明されているように、この励起信号を形成するために、ユーザは、好ましくは、フーリエ変換抽出および、続いて、逆重畳積分により「ホワイト」またはランダムノイズ中の共鳴周波数を除去（または、低減）することにより形成される「ピンク」ノイズを作成する。続いて、ユーザは、好ましくは、「ピンク」ノイズを使用して燃料流体および／または希釈剤流体の送出速度を音響的に励起する。すなわち、いかなる関連したダクト配管および運転エンジンも含めた燃焼室内で共鳴周波数以外の周波数において。このことは、燃焼器内の音響場および共鳴を低減する。
燃焼中のガスは、最大表面積を有する。共鳴周波数以外の周波数の音響励起を印加することは、利用可能な表面積を利用し、「ピンク」ノイズにおいて除去された共鳴周波数の発振を防止または低減する。
修正された構成において、ユーザは、好ましくは、この開放サイクル制御を燃焼器からの音響フィードバックを含めるように拡張する。動的共鳴周波数は、圧力発振センサによりモニタされる。続いて、これらの周波数は、本明細書に説明されている如くの動的「ピンク」ノイズを形成するために除去される。この「ピンク」ノイズ信号は燃焼共鳴を能動的に低減するために燃料流体および／または希釈剤流体に適用される。相対時間遅延（または位相）は、圧力発振を低減するために燃料流体および／または希釈剤流体を異相で送出するように調整される。
いくつかの実施形態において、ユーザは、自然共鳴に対する発振周期および燃焼器に対する固有小液滴加熱時間を識別する。続いて、ユーザは、好ましくは、固有小液滴加熱時間に対する発振周期の比が固有小液滴加熱時間に対する発振周期の最大応答関数を回避するように分散穿孔チューブにおける噴出孔にわたる噴出孔サイズおよび差分流体圧力の１つまたは双方を調整する。すなわち、この比は、好ましくは０．６から離れており、かつ、好ましくは０．３より小さく、または、０．９より大きい。したがって、ユーザは、好ましくは、燃焼器内の縦方向または放射状の共鳴をタイミングをずらすように液滴サイズおよび気化時間を調整する。
燃料流体の供給源を分配することは、燃焼のフィードバックを低減する重要な手段である。我々の好ましい穿孔分散チューブアレイにより、ユーザは、燃料流体を燃焼器内で空間的に非常に効果的に分配する手段を提供する。
もし穿孔チューブ配管が燃焼器内で平面のチューブアレイ２６６に形成されていれば、軸に沿った大きな燃焼フィードバックに対する潜在力がある。したがって、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、燃料流体供給を軸に沿って、ならびに、放射状に分配する。燃焼フィードバックを低減するために、ユーザは、好ましくは、穿孔燃料分配チューブ配管を、下流増大円錐形、楕円形、放物線形、または、他の凹面表面などの下流凹面燃料分配アレイ２６１に形成する。（例えば、図２８を参照。）
従来の燃焼器は、燃焼器にわたり、かつ、これに沿って温度に実質的な変化を有する。燃焼器区間に当たる火炎は、高温および熱勾配を引き起こす。輻射火炎は、燃料流体小液滴に戻るかなりの量の急速な輻射エネルギー伝導を作り出し、燃焼フィードバックを作り出す。したがって、希釈剤ガスとの従来の混合は、最終的にこれらの高温を平均出口温度に低減する。燃料流体および希釈剤の双方に対して分散直接流体接触器を展開することにより、ユーザは、非常に良好な渦混合と共に、非常に均一な燃料、酸化剤、および、希釈剤の分布を提供する。温度の均一性を高めることにより、ユーザは、熱変動により駆動されているフィードバックループを低減する。
流れにわたり燃料流体および希釈剤に対して直接流体接触器を分布させることにより、ユーザは、酸化剤流体（空気）を隣接した流体分配チューブ間の隙間を介して強制的に流すことにより分散流体緩衝器を作成する。燃焼器内の円錐形の形状になった直接流体接触器内の圧力発振は、分散接触器を形成している穿孔チューブ間に発振する流体流を作成する。下流の乱流と共にこのような発振により作成されたチューブにわたる抗力は、圧力発振を受動的に緩衝する。ユーザは、緩衝対寄生圧力降下の大きさをチューブの寸法およびチューブ間の間隔Ｈを調整することにより調整する。
分配チューブを介して燃料流体および気化した液体の液滴を発生させることにより、ユーザは、燃焼器にわたり燃料流体中で液滴を均一に混合する。液滴を流体に混入させることにより、ユーザは、小液滴の周囲のガス流により作り出された抗力により音響緩衝を作成する。例えば、重い霧は、音響を大幅に緩衝する。燃料流体および流体に混入された気化した希釈剤液滴は燃焼器内に分散された緩衝機構を作り出す。ユーザは、抗力および液滴持続時間に影響を及ぼす液滴のサイズおよび温度を調整することにより緩衝の程度を調整する。
これらの分配され気化した希釈剤液体液滴を展開することにより、ユーザは、これらの小液滴の気化速度および冷却速度の対応した相殺する変化による燃料の熱放出および火炎温度の動的変動に対する緩衝を提供する。この緩衝は、動的燃焼ガス温度の上昇または下降を低減し、かつ、燃料流体源に輻射または伝導され戻される熱の動的変化も低減する。
燃料を分配するために我々の直接流体接触器を使用することにより、ユーザは、燃料流体供給の速度を動的かつ精密に制御する。燃料流体パルスの振幅および／または周波数制御により、ユーザは、圧力発振に対して燃料流体の気化および燃焼の位相を制御する。ユーザは、圧力発振を圧力、音響、振動、または、加速度の各センサで感知する。続いて、ユーザは、燃料送出および燃焼の位相を、圧力発振とは効果的に異相となるように調整し、かつ、フィードバック制御で両位相を低減する。
同様に、ユーザは、気化した希釈剤流体の供給および分配の速度を動的かつ精密に制御するために直接流体接触器を使用する。燃料流体の場合のように、ユーザは、燃料流体が燃焼器から漏れ出る速度を動的に上昇または下降させることができる。低い差分圧力において、ユーザは、流体表面エネルギーを克服し、かつ、液滴を形成するために必要な差分圧力の上下に差分圧力を制御することによりデジタル流体流量制御をさらに達成する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器内の圧力発振を制御するための振幅および位相の制御を備えた効果的なフィードバックを提供するために、圧力発振の速度の少なくとも２倍の時間的制御を備えた協調された空間的方法で分散接触器を介して燃料流体および／または液体希釈剤を。すなわち、発振周期の半分の応答時間でである。
例えば、大型タービン燃焼器５６は、典型的に約１００Ｈｚから６００Ｈｚの範囲の圧力発振を示す。６００Ｈｚの周波数の共鳴圧力発振および圧力発振サイクル当たり少なくとも２つの液滴を仮定すると、ユーザは、好ましくは、燃焼器にわたり整列された噴出孔を仮定すると、噴出孔当たりで秒当たり好ましくは少なくとも１，２００個の発生速度を備えた燃料流体および／または希釈剤小液滴を発生する。もし我々が１，０００個の噴出孔を介して０．８３ｇ／ｍｌの密度で５０ｇ／ｓのジーゼル燃料を送出すると仮定すれば、これは、約５０ｎｌ／液滴をもたらす。このことは、約０．５ｍｍまたは５００ミクロン以下の液滴直径を与える。このことは、本明細書に説明されている高周波ポンプ制御方法と共に、分散接触器および多数の噴出孔を使用して達成可能に見える。
ユーザは、さらに好ましくは、燃焼の開始からの液滴気化時間が共鳴周波数の半分未満となるように液滴サイズを調整する。例えば、液滴が火炎面を通過する際のＤ矩形タイプ気化速度を使用して気化時間が６００Ｈｚに対して約０．８ｍｓ未満となるようにサウタ平均直径Ｓ３２を調整する。（例えば、Ｔｈｏｍａｓ ２００２を参照。）５から５０ミクロンのオーダの噴出孔を掘る能力を使用すると、このことは達成可能に見える。
ユーザは、さらに好ましくは、共鳴の方向における効果的な噴出孔の整列を周期の約半分内に調整する。例えば、６００Ｈｚの軸に沿った共鳴において約１０ｍ／ｓのガス流に対して、ユーザは、好ましくは、噴出孔を約８ｍｍ内に軸に沿って整列させる。大型噴出孔アレイに対して、ユーザは、流体圧力パルスが分散接触器アレイにわたり進行するための時間遅延を考慮するために噴出孔の軸に沿った位置をさらに洗練する。例えば、１ｍのチューブを介した５，０００ｍ／ｓの音の速度を仮定すると、これは０．２ｍｓになる。１０ｍ／ｓのガス流の場合、これは隣接した約２ｍｍの下流を必要とする。
これらの対策を補完するために、ユーザは、好ましくは、燃焼器発振を低減するように燃料流体および／または希釈剤の双方の振幅、送出周波数、および、位相（タイミング）を調整するために燃焼器発振圧力をモニタし、かつ、閉鎖ループフィードバック制御方法を使用する。適した較正を使用して、ユーザは、動作パラメータの幾分かの範囲にわたり開放ループの形でこれらを制御することができる。
修正された実施形態において、ユーザは、好ましくは、気体性燃料および／または希釈剤の流れと共に、液体燃料および／または希釈剤流体の制御された流れを送出する。例えば、エタノール、ジーゼル燃料、または、天然ガスと共に水または水蒸気、および、空気または湿潤空気の流れを使用する。
〔軸に沿った希釈剤／燃料のプロファイルの火炎限界の制御〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、必要または所望に応じて軸に沿った希釈剤／燃料プロファイルを制御するために希釈剤送出の軸に沿ったプロファイルを制御する。修正された実施形態において、ユーザは、この希釈剤／燃料の軸に沿ったプロファイルを制御するために希釈剤の一部を制御する。例えば、ユーザは、希釈剤の一部、好ましくは総希釈剤流量の５０％未満、かつ、より好ましくは総希釈剤流量の２５％未満を動的に制御する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、必要または所望に応じて軸に沿った希釈剤／燃料プロファイルを制御するために希釈剤送出の軸に沿ったプロファイルを制御する。修正された実施形態において、ユーザは、この希釈剤／燃料の軸に沿ったプロファイルを制御するために希釈剤の一部を制御する。例えば、ユーザは、希釈剤の一部、好ましくは総希釈剤流量の５０％未満、かつ、より好ましくは総希釈剤流量の２５％未満を動的に制御する。
軸に沿った希釈剤／燃料プロファイルを制御することにより、ユーザは、湿潤酸化剤と湿潤燃料の混合物が点火するか否かを制御する。始動条件下で、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体と燃料流体の混合物の可燃性を高めるために上流の希釈剤／燃料プロファイルを低減する。混合物に点火した後、ユーザは、好ましくは、ＮＯｘの形成を削減するために酸化剤流体と燃料流体の混合物の希釈剤含有量を増加させるために希釈剤／燃料の軸に沿ったプロファイルの上流部分を増加させる。
燃焼器圧力発振が重大な問題である場合、ユーザは、好ましくは、燃焼発振の規模を低減（または増大）させるために、軸に沿った希釈剤／燃料プロファイルを火炎安定性限界の周囲で燃焼の軸に沿った開始の近くに動的に制御する。
〔高分解能希釈剤／燃料比の制御〕
様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６を出る高エネルギー流体９２０の温度を制御するために希釈剤／燃料比を制御する。（例えば、図７６を参照。）例えば、水／燃料比をジーゼル燃料＃２および約１１０％の化学量論的空気を使用して約３．１：１に制御することは、約１，８００Ｋ（約１，５２７°Ｃまたは１，７８０°Ｆ）の温度を持つ高エネルギー流体９２０を形成する。このことは、（羽根の後かつブレードの前の「タービン入口温度」がＴＩＴよりも約４０°Ｃ低い閉鎖回路水蒸気冷却を仮定したタービン入口温度が最大約１，４８７°Ｃである）「Ｈクラス」タービンの技術の上限範囲と同様である。同様に、約１１０％の化学量論的空気を使用して水／燃料比を約４．６：１に維持することは、高エネルギー流体９２０の運転温度を約１，５６３Ｋ（約１，２９０°Ｃまたは２，３５４°Ｆ）に制御する。このことは、Ｆクラスタービンの技術と同様である。（例えば、「タービン入口温度」がＴＩＴよりも約１１１°Ｃ低い空冷を仮定すると、約，１，１７９°Ｃの羽根の後かつブレード前の「タービン入口温度」を持つ。）
様々な実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃焼器５６を出る高エネルギー流体９２０の温度を制御するために希釈剤／燃料比を制御する。（例えば、図７６を参照。）例えば、水／燃料比をジーゼル燃料＃２および約１１０％の化学量論的空気を使用して約３．１：１に制御することは、約１，８００Ｋ（約１，５２７°Ｃまたは１，７８０°Ｆ）の温度を持つ高エネルギー流体９２０を形成する。このことは、（羽根の後かつブレードの前の「タービン入口温度」がＴＩＴよりも約４０°Ｃ低い閉鎖回路水蒸気冷却を仮定したタービン入口温度が最大約１，４８７°Ｃである）「Ｈクラス」タービンの技術の上限範囲と同様である。同様に、約１１０％の化学量論的空気を使用して水／燃料比を約４．６：１に維持することは、高エネルギー流体９２０の運転温度を約１，５６３Ｋ（約１，２９０°Ｃまたは２，３５４°Ｆ）に制御する。このことは、Ｆクラスタービンの技術と同様である。（例えば、「タービン入口温度」がＴＩＴよりも約１１１°Ｃ低い空冷を仮定すると、約，１，１７９°Ｃの羽根の後かつブレード前の「タービン入口温度」を持つ。）
燃焼器内の流体流は、好ましくは、様々な実施形態において、約１０ｍ／ｓであり、かつ、一般に約０．５ｍ／ｓから約２００ｍ／ｓの範囲内である。いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、燃料流体に対する希釈剤の送出量の質量での所望の比を達成するために、燃料流体の小液滴に比例した速度で希釈剤の小液滴を発生し、相対送出圧力、噴出孔サイズ、および、流体温度を調整している。ユーザは、好ましくは、液体燃料と希釈剤の所望の体積流量に比例させて燃料流体および希釈剤の噴出孔の数および面積をさらに調整する。（すなわち、所望の温度により燃料流体の小液滴当たり希釈剤流体の約３から６個の小液滴。）このような比は、好ましくは液体と気体性の燃料および／または希釈剤の、および、湿潤燃料および湿潤酸化剤に対する組み合わせを収容するように調整される。
高精度燃料流体送出のこのような能力およびこのような高い液滴送出速度を使用して、ユーザは、好ましくは、希釈剤／燃料比を少なくとも約０．０１％に制御するために十分な小液滴送出速度を提供し、かつ、好ましくは、ユーザは、この比を平均で毎秒約３０回に調整することができる。
本明細書に説明されている動的流量制御を使用して、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、少なくとも約＋／−０．３％の、好ましくは約＋／−０．１％の、かつ、最も好ましくは約＋／−０．０１％以上に良好な希釈剤流体／燃料比の制御を提供する。例えば、このような制御を使用して、いくつかの構成において、ユーザは、液体希釈剤および液体燃料の流量に対して約＋／−０．３％より良好な制御を提供し、それにより、約１，５００Ｋから約１，８００Ｋ（約１，５２７°Ｃまたは２，７８０°Ｆへ）の高エネルギー流体９２０の温度の平均上昇に対して約＋／−６°Ｃ内の制御を達成する。このことは、約＋／−１０°Ｃまたは約＋／−１％の従来の相対制御不確実性と比較する。
同様に、（例えば、水／ジーゼル燃料を）約＋／−０．１％に、かつ、好ましくは＋／−０．０１％にまで制御することにより、ユーザは、燃焼器出口１３６において約１，８００Ｋで約＋／−２°Ｃの、かつ、最も好ましくは＋／−０．２°Ｃまでの制御を達成する。
高分解能速度トランスデューサまたはエンコーダを設けることにより、ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、希釈剤流体および燃料流体の流量を高精度でモニタおよび制御する。例えば、いくつかの構成を使用して、ユーザは、少なくとも約０．１％より良好な、好ましくは約０．０１％までの、かつ、最も好ましくは約０．００１％までの燃焼器出口１３６の与えられた位置における平均希釈剤流体／燃料比に対する制御フィードバックを測定および提供するために十分な流体ポンプに対する高精度エンコーダ制御を提供する。
ユーザは、さらに好ましくは、質量流量の制御を改善するために希釈剤流体および燃料流体の密度をモニタする。密度測定を補完するために、希釈剤および燃料流体の温度は、希釈剤および燃料流体の送出制御装置５９２の応答時間より長い時間に対して、好ましくは少なくとも０．１％より、好ましくは約０．０１％より、かつ、最も好ましくは約０．００１％より小さな変化で密度を維持するために十分に制御される。この実施例において、このような制御の組み合わせを使用して、ユーザは、好ましくは、燃焼器出口１３６のある位置における高エネルギー流体９２０の温度安定性を少なくとも＋／−２°Ｃ以内に、好ましくは約０．２°Ｃ、かつ、最も好ましくは約０．０２°Ｃまでに維持する。
説明された運動制御作動器は、いくつかの実施形態において、水および／または液体燃料の噴射圧力に対して約２５０Ｈｚより大幅に高い、および、可能に７００Ｈｚを超える公称制御応答速度を有すると予測されている。（例えば、可能に１ｋＨｚを超えるものである。）中間反応速度は１秒よりはるかに速く、かつ、約１ミリ秒以下より可能に速く公称上は発生することができる。
約１ｍの公称反応装置長を仮定すると、約１０ｍ／ｓ以上に速い流体流は約０．１ｓ（１００ｍｓ）以下の滞留時間を有する。本明細書に説明されている如くの改善された流れ送出プロファイル、および、これらの分散燃焼器により提供される改善された混合速度は、いくつかの実施形態において、約１ｍより実質的に短い燃焼器および約１０ｍ／ｓより速い流量を可能にする可能性が高い。これらの要因は、これに対応して、燃焼器内での滞留時間を実質的に１００ｍｓ以内に低減する。
一般に入手可能なポンプおよび圧縮器４０７を使用すると、液体燃料および液体希釈剤の送出量を変更できる速度は、酸化剤流体送出量を変更できる速度より実質的に大きい。いくつかの状況において、ユーザは、酸化剤送出の速度を対応して変更できる速度より速い燃料送出速度（すなわち、パワー）を低減または増加させることを所望または必要としている。より速い変更の速度を提供するために、ユーザは、好ましくは、範囲内で動作するためのバッファ酸化剤／燃料比を提供する。
ユーザは、好ましくは、最小酸化剤／燃料比を、燃料および燃料副生成物を酸化し、かつ、排出物を効果的に削減するために所望または必要であるほぼ比に設定する。ユーザは、同様に最大酸化剤／燃料比を、それより高くユーザが機能することを所望または必要とするより低い効率レベルにほぼ設定する。
パワーの急速な変化が所望または必要である場合、ユーザは、燃料送出速度をこの所望の過剰酸化剤／燃料の範囲内に変更する。続いて、ユーザは、好ましくは、酸化剤／燃料比を過剰酸化剤／燃料範囲内の好ましい値に戻すように酸化剤流体の送出速度を調整する。
ユーザが急速な変化を予期すると、修正された実施形態において、ユーザは、好ましくは、急速な変化に対する範囲を増大するためにこの範囲の上端に向けて酸化剤／燃料比を増大させる。ユーザが少数の変化を予期すると、ユーザは、同様に、好ましくは、システム効率を改善するために酸化剤／燃料比を低下させる。
迅速な制御が所望される場合に主に気体性燃料を使用する構成において、ユーザは、好ましくは、二連燃料接触器を使用し、かつ、迅速な制御が可能な液体ポンプを使用して第２の液体燃料を送出する。
希釈剤および燃料流体の小液滴の形成の相対的な周波数、振幅、および、位相は燃焼区画および燃焼器内の音響励起および音響増幅に影響を及ぼす。（例えば、図７６を参照。）ユーザは、この音響励起およびフィードバックに影響を及ぼし、かつ、これらを制御するために、液体燃料励起に対して希釈剤励起の周波数、振幅、および／または、位相を調整する。このことは、音波の発生に対する希釈剤の影響を低減または増大させる。すなわち、ユーザは応用例によってこれを増幅または緩衝することができる。燃料流体および／または希釈剤の励起を変調することにより、音響増幅は、低減または増大させることができる。この励起は、音響増幅を低減するために無作為化することができる。
〔〔流体送出量プロファイルの制御〕〕
いくつかの構成において、ユーザは、ダクトにわたり横方向に分布された多数の噴出孔を設ける。ユーザは、流体送出量の横方向プロファイルの１つまたは好ましくは双方を制御する。同様に、ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０に沿って軸に沿って多数の噴出孔を分布させる。したがって、ユーザは、流体ダクト内の軸に沿った流体送出量プロファイルならびに横方向プロファイルに対して制御を提供する。ユーザは、さらに好ましくは、流体送出量に対して時間的な制御を提供する。
いくつかの構成において、ユーザは、ダクトにわたり横方向に分布された多数の噴出孔を設ける。ユーザは、流体送出量の横方向プロファイルの１つまたは好ましくは双方を制御する。同様に、ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０に沿って軸に沿って多数の噴出孔を分布させる。したがって、ユーザは、流体ダクト内の軸に沿った流体送出量プロファイルならびに横方向プロファイルに対して制御を提供する。ユーザは、さらに好ましくは、流体送出量に対して時間的な制御を提供する。
〔燃料流体のプロファイル〕
本明細書に説明されている対策により、ユーザは、好ましくは、燃料流体９０１の液滴または微小噴流の送出、ならびに、対応する液滴サイズの分布または流体微小噴流サイズおよび貫通の分布を制御するために多数の噴出孔および流体の制御を使用する。ユーザは、いくつかの構成において、燃焼器内の燃料流体９０１を送出する横方向および軸に沿った空間プロファイルの１つまたは複数をさらに制御する。
本明細書に説明されている対策により、ユーザは、好ましくは、燃料流体９０１の液滴または微小噴流の送出、ならびに、対応する液滴サイズの分布または流体微小噴流サイズおよび貫通の分布を制御するために多数の噴出孔および流体の制御を使用する。ユーザは、いくつかの構成において、燃焼器内の燃料流体９０１を送出する横方向および軸に沿った空間プロファイルの１つまたは複数をさらに制御する。
〔酸化剤流体のプロファイル〕
本明細書に説明されている対策により、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体９０４の送出量を制御するために多数の噴出孔および流体の制御を使用する。分割器羽根および酸化剤分散接触器アレイ２６０の１つまたは複数の使用により、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、燃焼器内の酸化剤流体を送出する横方向および軸に沿った空間プロファイルの１つまたは複数を制御する。
本明細書に説明されている対策により、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体９０４の送出量を制御するために多数の噴出孔および流体の制御を使用する。分割器羽根および酸化剤分散接触器アレイ２６０の１つまたは複数の使用により、ユーザは、好ましくは、いくつかの構成において、燃焼器内の酸化剤流体を送出する横方向および軸に沿った空間プロファイルの１つまたは複数を制御する。
〔希釈剤流体のプロファイル〕
本明細書に説明されている対策により、ユーザは、好ましくは、希釈剤流体９０７の液滴または微小噴流の送出、ならびに、対応する液滴サイズの分布またはサイズ、および流体微小噴流の貫通の分布を制御するために多数の噴出孔および流体の制御を使用する。ユーザは、いくつかの構成において、希釈剤流体９０７を送出する横方向および軸に沿った空間プロファイルの１つまたは複数をさらに制御する。
本明細書に説明されている対策により、ユーザは、好ましくは、希釈剤流体９０７の液滴または微小噴流の送出、ならびに、対応する液滴サイズの分布またはサイズ、および流体微小噴流の貫通の分布を制御するために多数の噴出孔および流体の制御を使用する。ユーザは、いくつかの構成において、希釈剤流体９０７を送出する横方向および軸に沿った空間プロファイルの１つまたは複数をさらに制御する。
〔過剰な熱発生に対する総希釈剤の制御〕
ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０内の燃料流体９０１、酸化剤流体９０４、および、希釈剤流体９０７の軸に沿ったプロファイルを制御する。ユーザは、その結果、流体ダクト１３０内の過剰熱発生に対する総希釈剤の軸に沿ったプロファイルを制御する。このような制御により、ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０に沿った軸に沿った温度プロファイルを制御する。
ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０内の燃料流体９０１、酸化剤流体９０４、および、希釈剤流体９０７の軸に沿ったプロファイルを制御する。ユーザは、その結果、流体ダクト１３０内の過剰熱発生に対する総希釈剤の軸に沿ったプロファイルを制御する。このような制御により、ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０に沿った軸に沿った温度プロファイルを制御する。
これらの流体が送出される流体ダクト１３０にわたり横方向に分布した多数の噴出孔８０を設けることにより、ユーザは、１つまたは双方の横方向における流体プロファイルを制御する。燃焼器内の過剰熱発生に対する総希釈剤の横方向プロファイルを制御することにより、ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０に横方向の１つまたは双方の方向における燃焼器１３６の出口にわたる温度プロファイルを制御する。
いくつかの構成において、ユーザは、燃焼器出口の近くの燃焼器内で高エネルギー流体にわたる所望の位置において温度を測定するために１つまたは複数の温度トランスデューサ５５８をさらに設ける。同様に、これらの温度トランスデューサ５５８は、燃焼器出口の下流の高エネルギー流体流にわたる所望の位置において温度を測定することができる。例えば、タービン羽根またはタービンブレード上などの下流の利用デバイスの表面上である。ユーザは、好ましくは、流体ダクト１３０に横方向の１つまたは複数の方向におけるピーク温度、平均温度、または、温度プロファイルの１つまたは複数をさらに制御するためにこのような温度測定値を使用する。
同様に、ユーザは、燃焼器内の２つ以上の軸に沿った位置における温度を測定するために温度トランスデューサ５５８を設ける。これらの方法を組み合わせることにより、ユーザは、軸に沿った温度プロファイルならびに燃焼器内の１つまたは双方の横方向における横方向プロファイルを制御する。このことは、燃焼器内の三次元温度プロファイル制御を効果的に提供する。
〔過剰熱発生に対する総希釈剤の可変性の制御〕
燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の１つまたは複数の送出の時間可変性を制御することにより、ユーザは、好ましくは、過剰熱発生に対する総希釈剤の比における可変性および、結果的に、燃焼器出口１３６に送出される高エネルギー流体の平均流体温度の時間可変性を制御する。過剰熱発生に対する総希釈剤の空間可変性を制御するために多数の噴出孔とこの制御を組み合わせることにより、ユーザは、過剰熱発生に対する総希釈剤の空間および時間の可変性をさらに制御する。その結果、ユーザは、好ましくは、燃焼器を出る高エネルギー流体の温度の空間および時間の可変性の双方を制御する。
燃料流体、酸化剤流体、および、希釈剤流体の１つまたは複数の送出の時間可変性を制御することにより、ユーザは、好ましくは、過剰熱発生に対する総希釈剤の比における可変性および、結果的に、燃焼器出口１３６に送出される高エネルギー流体の平均流体温度の時間可変性を制御する。過剰熱発生に対する総希釈剤の空間可変性を制御するために多数の噴出孔とこの制御を組み合わせることにより、ユーザは、過剰熱発生に対する総希釈剤の空間および時間の可変性をさらに制御する。その結果、ユーザは、好ましくは、燃焼器を出る高エネルギー流体の温度の空間および時間の可変性の双方を制御する。
〔〔発熱性化学反応〕〕
いくつかの実施形態において、燃焼下の説明された３−流体反応装置および直接接触器熱交換器ならびに熱交換器は、非常に様々な発熱性化学反応においてより均一に管理および加減するために同様に使用することができる。
いくつかの実施形態において、燃焼下の説明された３−流体反応装置および直接接触器熱交換器ならびに熱交換器は、非常に様々な発熱性化学反応においてより均一に管理および加減するために同様に使用することができる。
〔発熱反応装置〕
燃焼の場合のように、いくつかの実施形態において、ダクトにわたる少なくとも１つの分散直接接触器は、発熱的に反応する少なくとも２つの反応物質流体を混合するために使用される。より良い混合および温度に対する制御は、反応中の温度の局所的上昇を大幅に制約する。このことは、今度は生成物の品質を改善し、かつ、副生成物の頻度を低減する。
燃焼の場合のように、いくつかの実施形態において、ダクトにわたる少なくとも１つの分散直接接触器は、発熱的に反応する少なくとも２つの反応物質流体を混合するために使用される。より良い混合および温度に対する制御は、反応中の温度の局所的上昇を大幅に制約する。このことは、今度は生成物の品質を改善し、かつ、副生成物の頻度を低減する。
修正された構成において、１つまたは複数の反応物質は、分散接触器内の１つまたは複数の通路を介してその接触器にわたり流れる第２の反応物質中に混合され、かつ、送出されることが可能である。他の実施形態において、１つまたは複数の分散接触器は、１つまたは複数の追加の反応物質中にかなり均一に分配および混合するために第１の接触器の下流に位置することができる。
〔直接接触冷却〕
燃焼の場合のように、ユーザは、好ましくは、低温熱希釈剤を分配および混合するために第１の接触器の下流に少なくとももう１つの希釈剤分散接触器１４を定置する。希釈剤流体は、反応中に放出された発熱による熱の幾分かを吸収し、それにより、反応中の混合物および生成物の温度の上昇を制約する。この温度を制御することは、副生成物の反応を低減または回避し、かつ、生成物の品質を改善する。
燃焼の場合のように、ユーザは、好ましくは、低温熱希釈剤を分配および混合するために第１の接触器の下流に少なくとももう１つの希釈剤分散接触器１４を定置する。希釈剤流体は、反応中に放出された発熱による熱の幾分かを吸収し、それにより、反応中の混合物および生成物の温度の上昇を制約する。この温度を制御することは、副生成物の反応を低減または回避し、かつ、生成物の品質を改善する。
〔混合要素〕
直接流体接触器は、穿孔チューブの各々の下流で発生された、ならびに、マニホルド２４０ならびに補強体３６およびリブ３８からの乱流により、第２の流体流にわたる分布した混合を提供する。修正された構成において、混合要素は、反応物質の混合をさらに改善するために下流で追加される。ユーザは、好ましくは、不活性の球体、繊維、または、化学工業において使用されているものなどの他のより複雑な混合要素を使用する。
直接流体接触器は、穿孔チューブの各々の下流で発生された、ならびに、マニホルド２４０ならびに補強体３６およびリブ３８からの乱流により、第２の流体流にわたる分布した混合を提供する。修正された構成において、混合要素は、反応物質の混合をさらに改善するために下流で追加される。ユーザは、好ましくは、不活性の球体、繊維、または、化学工業において使用されているものなどの他のより複雑な混合要素を使用する。
〔エキスパンダ〕
いくつかの実施形態において、高温流体中の反応の熱は、好ましくはさらに回収される。高エネルギー流体の圧力および温度が十分である場合、反応の熱は、好ましくは先ず１つまたは複数のタービン４４０、４４４を介して膨張させることにより回収される。
いくつかの実施形態において、高温流体中の反応の熱は、好ましくはさらに回収される。高エネルギー流体の圧力および温度が十分である場合、反応の熱は、好ましくは先ず１つまたは複数のタービン４４０、４４４を介して膨張させることにより回収される。
〔直接接触濃縮および熱の回収〕
いくつかの実施形態において、膨張した流体および／またはより低温の流体中の残存熱は、好ましくは、濃縮器４８０を使用することにより回収される。ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されている如くの垂直対向流構成における熱交換器である直接接触加熱器４８４を使用する。高温ガスからの熱は、加熱された熱冷媒または希釈剤中に回収される。続いて、この加熱された熱液体は、地域暖房のための、または、所望または必要に応じた他の熱のニーズに対して使用される水蒸気を発生させるために、直接接触加熱器を介して様々な他の吸熱反応システムを加熱するために使用される。
いくつかの実施形態において、膨張した流体および／またはより低温の流体中の残存熱は、好ましくは、濃縮器４８０を使用することにより回収される。ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されている如くの垂直対向流構成における熱交換器である直接接触加熱器４８４を使用する。高温ガスからの熱は、加熱された熱冷媒または希釈剤中に回収される。続いて、この加熱された熱液体は、地域暖房のための、または、所望または必要に応じた他の熱のニーズに対して使用される水蒸気を発生させるために、直接接触加熱器を介して様々な他の吸熱反応システムを加熱するために使用される。
他の構成において、ユーザは表面熱交換器を使用する。腐食性の流体成分があると、熱交換器およびダクト配管はステンレス鋼、エポキシ、ガラス、または、サファイヤなどの耐腐食性材料により形成またはコーティングされる。
〔典型的な発熱反応〕
本発明の様々な実施形態は化学的および生化学的な反応の全範囲にわたり反応を実施するために使用される。これらの反応は、アルキル化、カルボニル化、カルバミル化、塩化処理、直接酸化、エトキシ化、ハロゲン化、ヒドロホルミル化、水素添加処理、ニトロ化、溶液重合化、硫酸化、スルホン化を含むことができるが、これらに限定されない。
本発明の様々な実施形態は化学的および生化学的な反応の全範囲にわたり反応を実施するために使用される。これらの反応は、アルキル化、カルボニル化、カルバミル化、塩化処理、直接酸化、エトキシ化、ハロゲン化、ヒドロホルミル化、水素添加処理、ニトロ化、溶液重合化、硫酸化、スルホン化を含むことができるが、これらに限定されない。
このような反応は、非常に様々な化学物質、生化学物質、および、食品を生産するために使用することができる。これら物質は、界面活性剤、解乳化剤、乳化剤、炭化水素燃料、合成潤滑剤、ハロゲン化炭化水素、炭化水素溶剤、有機ポリマー、防火剤、繊維製品処理剤、抗生物質、抗ウィルス剤、抗菌剤、防カビ剤、除草剤、防虫剤、殺虫剤、殺鼠剤、食料品などを含むことができるが、これらに限定されない。
様々な実施形態は、以下の化学物質を製造するために使用することができる。すなわち、エチレンからのエタノール、エチレンの酸化による酸化エチレン、酸化エチレンからのエチレンアミン、エチレンの酸素化によるエチレングリコール、二塩化エチレンからのエタノールアミン、アントラキノンを使用した過酸化水素、無水マレイン酸、プロピレンおよびベンゼンからのｎ−ブタンフェノール、フェノールからのアジピン酸、シクロヘキサンからのカプロラクタム、ベンゼンからのシクロヘキサノール、エチレングリコールエチルエーテル、酢酸からのクロロ酢酸、酸化プロピレン、プロピレンからのｎ−ブタノール、プロピレンからのアクリル酸、マレイン酸からのテトラヒドロフラン、および、アクリル酸をエステル化することによるｎ−ブチルアクリレート、である。
乳化剤または界面活性剤は、アルキルベンゼンスルホン酸塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、第二アルカンスルホン酸塩、エステルスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルグリセリルエーテルスルホン酸塩、アルキルグリセリルスルホン酸塩、メチルエステルスルホン酸塩、天然脂肪スルホン酸塩、天然油スルホン酸塩、アルコール硫酸塩、アルコールエーテル硫酸塩などを含むことができる。
〔〔吸熱反応の混合および加熱〕〕
発熱反応に加え、他の実施形態は好ましくは、吸熱反応を実施するために流体をかなり均一に混合するために直接分散接触器を利用する。吸熱反応は、反応物質の温度を上昇させ、かつ、反応を促進するために系に熱を加えることを一般に含む。
発熱反応に加え、他の実施形態は好ましくは、吸熱反応を実施するために流体をかなり均一に混合するために直接分散接触器を利用する。吸熱反応は、反応物質の温度を上昇させ、かつ、反応を促進するために系に熱を加えることを一般に含む。
〔直接接触加熱器〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、直接接触熱交換器として１つまたは複数の直接分散接触器を使用する。これらの接触器は、反応中の流体９１２を加熱するために第３の流体を反応系にかなり均一に追加する。この第３の流体は、好ましくは、燃焼または系内の他の場所の熱源により加熱された高温流体を冷却するために、分散直接接触燃焼器内の熱交換流体または熱希釈剤流体として、この流体を使用することにより加熱される。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、直接接触熱交換器として１つまたは複数の直接分散接触器を使用する。これらの接触器は、反応中の流体９１２を加熱するために第３の流体を反応系にかなり均一に追加する。この第３の流体は、好ましくは、燃焼または系内の他の場所の熱源により加熱された高温流体を冷却するために、分散直接接触燃焼器内の熱交換流体または熱希釈剤流体として、この流体を使用することにより加熱される。
〔混成冷却および反応物質〕
いくつかの構成において、ユーザは、熱を供給するため、および、系内の吸熱または発熱反応物質の１つとしての双方で水を供給する。例えば、メタン、重油、石炭、または、一酸化炭素および水素までの他の炭化水素をガス化または改質するための水シフト反応においてである。修正された構成において、ユーザは、所望の圧力および生成物に対して所望の反応の速度、冷却を達成するために、希釈剤流体の一部を水に調整する。
いくつかの構成において、ユーザは、熱を供給するため、および、系内の吸熱または発熱反応物質の１つとしての双方で水を供給する。例えば、メタン、重油、石炭、または、一酸化炭素および水素までの他の炭化水素をガス化または改質するための水シフト反応においてである。修正された構成において、ユーザは、所望の圧力および生成物に対して所望の反応の速度、冷却を達成するために、希釈剤流体の一部を水に調整する。
〔間接混成熱回収〕
いくつかの修正された実施形態において、高温燃焼流体から熱を回収するために使用される加熱された液体は、
いくつかの修正された実施形態において、高温燃焼流体から熱を回収するために使用される加熱された液体は、
続いて、所望の吸熱反応の反応物質および／または生成物の少なくとも１つを加熱するために表面熱交換器内で使用される。このような加熱された流体の１つまたは複数は、それらの流体を均一に混合し、かつ、反応させるためにさらなる分散接触器を使用して送出される。他の修正において、他の加熱された流体も反応中の流体９１２をさらに加熱するために使用することができる。分散直接接触器のこのような組み合わせは、より均一な混合、より小さな圧力降下、および、ポンプ作業費用、ならびに、より効率的な熱交換および熱回収という便益を提供する。
〔〔流体燃料、反応物質、および、希釈剤／加熱器〕〕
３−流体反応装置／燃焼器の様々な実施形態は、以下に詳述されている非常に様々な流体燃料または流体化燃料の１つまたは複数を含む１つまたは複数の燃料流体を使用する。いくつかの実施形態は、好ましくは、液体および気体性の燃料の双方から選択された多数の燃料流体に備える。例えば、天然ガスおよびジーゼル燃料である。このことは、燃料の価格または入手可能性の変動からの経済的リスクを低減するという便益を提供する。
３−流体反応装置／燃焼器の様々な実施形態は、以下に詳述されている非常に様々な流体燃料または流体化燃料の１つまたは複数を含む１つまたは複数の燃料流体を使用する。いくつかの実施形態は、好ましくは、液体および気体性の燃料の双方から選択された多数の燃料流体に備える。例えば、天然ガスおよびジーゼル燃料である。このことは、燃料の価格または入手可能性の変動からの経済的リスクを低減するという便益を提供する。
〔液体燃料〕
本発明のいくつかの実施形態において、流体燃料は、非常に様々な液体燃料の１つまたは複数を含むことができる。例えば、
航空燃料、ガソリン、灯油、ジーゼル燃料、燃料油、バンカー油、原油、タールサンド油、シェール油、重化石液、石炭誘導燃料流体、および、液化天然ガス（ＬＮＧ）を含む液体石油燃料および蒸留燃料。
パーム油、ココナツ油、大豆油、ナタネ油、キャノーラ油、および、落花生油を含む植物油。
このような植物油のエステル。
バイオマスまたは化石炭化水素を加熱することにより形成された熱分解燃料。
メタノール、エタノール、および、メチル第三ブチルエーテルを含む酸化された燃料流体。
液体水素、液体アンモニアを含む非炭素液体燃料。
本発明のいくつかの実施形態において、流体燃料は、非常に様々な液体燃料の１つまたは複数を含むことができる。例えば、
航空燃料、ガソリン、灯油、ジーゼル燃料、燃料油、バンカー油、原油、タールサンド油、シェール油、重化石液、石炭誘導燃料流体、および、液化天然ガス（ＬＮＧ）を含む液体石油燃料および蒸留燃料。
パーム油、ココナツ油、大豆油、ナタネ油、キャノーラ油、および、落花生油を含む植物油。
このような植物油のエステル。
バイオマスまたは化石炭化水素を加熱することにより形成された熱分解燃料。
メタノール、エタノール、および、メチル第三ブチルエーテルを含む酸化された燃料流体。
液体水素、液体アンモニアを含む非炭素液体燃料。
〔気体性燃料〕
本発明のいくつかの実施形態において、１つまたは複数の燃料流体は、非常に様々な気体性燃料の１つまたは複数を含むことができる。例えば、
天然ガス、炭層メタン、プロパン、および、ブタンを含む化石または石油ベースのガス。
ガス化石炭、タールサンド、および、重油を含む空気、酸素濃厚空気、または、酸素で化石燃料をガス化することにより生産される（一酸化炭素、水素、および、窒素を含む）発生炉ガスまたは（一酸化炭素および水素を含む）合成ガス。これらの気体性燃料は、流体供給量、反応の圧力、および、温度によって様々な量の一酸化炭素および水素を含む。同燃料は、メタンおよび他の炭化水素、ならびに、任意で窒素および二酸化炭素を含む残存未反応燃料および／または希釈剤の様々な追加部分を一般に含む。
同様の範囲の組成を持つ空気、酸素濃厚空気、または、酸素中でバイオマスをガス化することからの発生炉ガスまたは合成ガス。
水素、アンモニア、または、他の非炭素気体性燃料など。
本発明のいくつかの実施形態において、１つまたは複数の燃料流体は、非常に様々な気体性燃料の１つまたは複数を含むことができる。例えば、
天然ガス、炭層メタン、プロパン、および、ブタンを含む化石または石油ベースのガス。
ガス化石炭、タールサンド、および、重油を含む空気、酸素濃厚空気、または、酸素で化石燃料をガス化することにより生産される（一酸化炭素、水素、および、窒素を含む）発生炉ガスまたは（一酸化炭素および水素を含む）合成ガス。これらの気体性燃料は、流体供給量、反応の圧力、および、温度によって様々な量の一酸化炭素および水素を含む。同燃料は、メタンおよび他の炭化水素、ならびに、任意で窒素および二酸化炭素を含む残存未反応燃料および／または希釈剤の様々な追加部分を一般に含む。
同様の範囲の組成を持つ空気、酸素濃厚空気、または、酸素中でバイオマスをガス化することからの発生炉ガスまたは合成ガス。
水素、アンモニア、または、他の非炭素気体性燃料など。
〔水を持つ燃料〕
いくつかの実施形態において、１つまたは複数の流体燃料は、流体の水を含む。例えば、
上記の液体燃料のいずれかで、任意で例えば「Ｏｒｉｍｕｌｓｉｏｎ」（登録商標）などの乳化剤または界面活性剤で乳化された水を含む燃料水エマルジョン。
燃料中の水小液滴、および、水中の燃料小液滴を含む燃料と混合された水。
水霧、水の蒸気、または、水蒸気と混合された気体性燃料。
上記の燃料流体の混合物。
いくつかの実施形態において、１つまたは複数の流体燃料は、流体の水を含む。例えば、
上記の液体燃料のいずれかで、任意で例えば「Ｏｒｉｍｕｌｓｉｏｎ」（登録商標）などの乳化剤または界面活性剤で乳化された水を含む燃料水エマルジョン。
燃料中の水小液滴、および、水中の燃料小液滴を含む燃料と混合された水。
水霧、水の蒸気、または、水蒸気と混合された気体性燃料。
上記の燃料流体の混合物。
〔流体化された固体燃料〕
いくつかの実施形態において、１つまたは複数の流体燃料は、希釈剤流体を使用して固体燃料粒子を懸濁、混入、または、流動化し、かつ、その流動化され希釈された燃料を燃焼器内に送出する方法を含む。これらの方法は、石炭などの粉末化された燃料を流動化するために過熱された希釈剤を使用することができる。続いて、高温希釈済み燃料と希釈された酸化剤の双方ともが流動化燃料の流れを直ちに許容するために十分大きな噴出孔または通路を介して共通の小室に送出される場合に、高温希釈済み燃料は、好ましくは希釈された酸化剤と混合される。希釈済み燃料用ダクトは、好ましくは、凝縮および目詰まりを防止するために絶縁され、かつ、任意で加熱される。続いて、希釈済み燃料と希釈済み酸化剤の混合物は火炎ホルダに点火するためにこれに通され、希釈済み流体の残り部分が追加される。続いて、高エネルギー流体は、その後の運用による必要に応じて清掃排除される。
いくつかの実施形態において、１つまたは複数の流体燃料は、希釈剤流体を使用して固体燃料粒子を懸濁、混入、または、流動化し、かつ、その流動化され希釈された燃料を燃焼器内に送出する方法を含む。これらの方法は、石炭などの粉末化された燃料を流動化するために過熱された希釈剤を使用することができる。続いて、高温希釈済み燃料と希釈された酸化剤の双方ともが流動化燃料の流れを直ちに許容するために十分大きな噴出孔または通路を介して共通の小室に送出される場合に、高温希釈済み燃料は、好ましくは希釈された酸化剤と混合される。希釈済み燃料用ダクトは、好ましくは、凝縮および目詰まりを防止するために絶縁され、かつ、任意で加熱される。続いて、希釈済み燃料と希釈済み酸化剤の混合物は火炎ホルダに点火するためにこれに通され、希釈済み流体の残り部分が追加される。続いて、高エネルギー流体は、その後の運用による必要に応じて清掃排除される。
このような構成は、粉末化亜短、瀝青炭粉、無煙炭粉を含む空気または流体燃料中に混入または流動化された微小に粉砕されたいずれかの石炭などの燃料の供給を含む。
おが屑、木材粉、活性炭粉、小麦粉、稲もみ殻、トウモロコシ、小麦、カラス麦、サトウキビ、ココナツパーム、および、油ヤシからのものを含む粉砕された農業残留物を含む、空気または流体燃料中に混入または流動化された微小に粉砕されたいずれかのバイオマス。
〔酸化剤〕
様々な燃料流体または反応物質に対応して、ユーザは、様々な実施形態において、酸素、または、様々な酸化剤もしくは相補的な反応物質を含む酸化剤の１つまたは複数を送出するための反応物質または酸化剤流体を提供する。いくつかの酸化剤流体は窒素、水、二酸化炭素、および、アルゴンなどの希ガスなどの１つまたは複数の希釈剤流体をさらに含む。
様々な燃料流体または反応物質に対応して、ユーザは、様々な実施形態において、酸素、または、様々な酸化剤もしくは相補的な反応物質を含む酸化剤の１つまたは複数を送出するための反応物質または酸化剤流体を提供する。いくつかの酸化剤流体は窒素、水、二酸化炭素、および、アルゴンなどの希ガスなどの１つまたは複数の希釈剤流体をさらに含む。
〔空気〕
多くの実施形態は燃焼器または反応装置に酸素を供給するために酸化剤流体として空気を利用する。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、酸化剤流体流量を制御する際に、空気の湿度、温度、および、圧力の変化を補償する。
多くの実施形態は燃焼器または反応装置に酸素を供給するために酸化剤流体として空気を利用する。ユーザは、好ましくは、いくつかの実施形態において、酸化剤流体流量を制御する際に、空気の湿度、温度、および、圧力の変化を補償する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、酸化剤流体から塵および繊維を除去するために液体希釈剤流体を噴霧するための噴霧式直接流体接触器フィルタ３９２を使用する。例えば、吸入空気を濾過する。このフィルタは、ガス／空気フィルタ３９０に好ましくは代わる、または、これに加えることができる。いくつかの構成において、ユーザは、好ましくは、空気フィルタ３９０をいつ清掃または交換するかを決定するために吸入ガス／空気フィルタ３９０にわたる圧力降下をモニタするための差分圧力センサ５５４を設ける。
ユーザは、好ましくは、空気を冷却および濾過の双方を行なうために低温液体希釈剤を使用する。このような濾過は、（例えば、圧縮器の羽根およびブレード上などの）圧縮器４０７における、および、（例えば、エキスパンダの羽根およびブレード上などの）エキスパンダ４４０における繊維の蓄積の速度を低減する。空気を冷却することは、特に暑い日には、より大きな能力を圧縮器に与える。濾過は、圧縮器およびエキスパンダの故障の率を低下させ、したがって、停止時間、清掃の費用を低減し、かつ、圧縮器および効率を平均化する。濾過は、さらに流体（ガス／空気）フィルタ３９０にわたる圧力降下を低減し、圧縮器のポンプ作業パワーを低減する。
空気を濾過するために直接接触フィルタ３９２を使用して水噴霧を使用する時、ユーザは、好ましくは、湿度の変化からの、および、噴霧式直接接触フィルタ３９２を介して希釈剤を使用することからの水分組成の変化を補償するために、燃焼に先立って希釈剤送出量を制御する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、液体酸素、液体酸素の気化により生産された酸素、電気分解、膜、もしくは、固体電解質酸素分離により形成された酸素、または、他の方法により生産された酸素の１つまたは複数を含む酸化剤流体を送出する。
従来の未希釈酸素燃料燃焼は、非常に高温の高エネルギー流体９２０を生成する。非常に高い温度は、耐久性持続性燃焼器ライナ６０を形成することを困難にする。いくつかの実施形態において、熱希釈剤分配チューブアレイは、燃料流体および希釈剤流体を非常に近接して分配する。このことは、高温高エネルギー流体９２０の温度を実質的に制約する。液体酸素を使用する構成において、ユーザは、好ましくは、制御された組成の空間分布を備えて燃料流体、酸化剤、および、希釈剤の効果的な混合を改善するために、直接接触器チューブ１０を介して酸素を送出する。例えば、かなり均一な組成はダクトにわたり構成することができる。
このような実施形態により得られるより低いピーク流体温度は、燃焼に高信頼性で耐える燃焼器を作成することをはるかに単純にする。同様に、熱希釈剤分配チューブおよび輻射遮蔽フィンは、燃料流体分配チューブにより経験される熱束流を強く低減する。ユーザは、好ましくは、壁の近くの温度を中央のより近くよりも低く制御する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、酸素濃度が標準的な空気に対して様々な方法の１つまたは複数により上昇されている酸素「強化」空気を含む酸化剤流体を送出する。これらの方法は、圧力振動ゼオライト濃度系および真空圧力振動濃度系を含むことができる。膜酸素強化方法も使用することができる。酸素燃焼の場合のように、穿孔燃料流体および酸化剤流体分配チューブアレイは、燃焼温度を実質的に制約し、かつ、燃焼器の設計を単純化する。
他の化学反応を行なういくつかの実施形態において、オペレータは、好ましくは、塩素、酸化エチレン、および、過酸化水素を含む非常に様々な適した酸化剤を含む１つまたは複数の酸化剤流体を送出する。
〔熱希釈剤／冷媒流体／加熱流体〕
多くの実施形態は、反応流体９１２を冷却し、かつ、高エネルギー流体９２０の温度を制約するために直接接触分配器を介して流体の水を含む希釈剤流体を送出する。
多くの実施形態は、反応流体９１２を冷却し、かつ、高エネルギー流体９２０の温度を制約するために直接接触分配器を介して流体の水を含む希釈剤流体を送出する。
低温水は、好ましくは圧力容器１７０および／または燃焼ライナなどの熱に敏感な構成部分を先ず冷却するために使用される。ユーザは、好ましくは、一般のＡＳＭＥ規格に準拠するさほど高価ではない圧力容器構成部分を利用するために、圧力容器１７０の温度を約５３３Ｋ（約２６０°Ｃまたは５００°Ｆ）より低く維持するように圧力容器冷却システム１７８を設計する。
したがって、ユーザは、好ましくは、燃焼器内に加熱された水を希釈剤流体として送出するために直接流体接触器を使用する。このことは、燃焼器からの熱損失を大幅に低減する。
ユーザは、好ましくは、膨張した流体から、より低温の希釈剤流体中に熱を回収するために熱交換器を使用する。加熱された希釈剤は、好ましくは燃焼器に送出し戻される。このことはＶＡＳＴシステムの熱効率を増大させる。
ユーザは、好ましくは、エキスパンダ４４０を出るガスを、希釈剤流体を凝縮し、かつ、液体熱希釈剤を回収するために十分に冷却する。例えば、水を形成するために水蒸気部分の少なくとも一部を凝縮する。ユーザは、好ましくは、少なくとも燃焼器の出口の上流のエネルギー変換システム内に送出されただけの水を回収する。
いくつかの実施形態は燃焼温度を制約するために燃焼により形成された二酸化炭素の一部を含む希釈剤流体を送出する。
関連技術の希薄燃焼パワーシステムは、希釈剤流体として過剰空気を一般に使用する。本実施形態は、好ましくは熱効率を改善するために希釈剤流体として使用された過剰空気を低減する。いくつかの構成において、ユーザは、窒素、二酸化炭素、水の蒸気、および、幾分かの過剰酸素を含む幾分かの再循環された燃焼ガスまたは膨張したガス９２４を含む希釈剤流体を送出する。
いくつかの実施形態は、分散直接接触器の１つまたは複数において希釈剤流体として低蒸気圧の天然または合成の油を含む熱希釈剤を送出する。炭化フッ素など合成流体は、いくつかの構成において、いくつかの応用例により、同流体の特別な熱特性および／またはかなり不活性な化学特性のために、所望または必要に応じて使用される。
いくつかの実施形態において、分散接触器は、温度を制約する（または、押し上げる）ために、少なくとも１つの冷却された（または、加熱された）反応物質および／または生成物を含む１つまたは複数の第１および／または第２の流体を反応中の成分に、送出し、かつ、それらを混合する。特に、いくつかの対策は、二酸化炭素、水の蒸気、窒素、および／または、関連する希ガスの少なくとも一部を含む膨張したガスまたは排気ガスの一部を再循環する。このような対策は、生成物分離および精製システムならびに反応物質再循環システムを実質的に単純化する。
〔回収可能な二酸化炭素の形成〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、使用され、かつ、膨張された後に二酸化炭素が分離される高エネルギー流体を生産することを所望する。このような応用例に対して、ユーザは、好ましくは、ピーク設計動作条件において、燃料に対する酸化剤の空間相対比ラムダを約１００％から１５０％の範囲、好ましくは１０１％から１２０％に、かつ、最も好ましくは１０２％から１１０％の範囲内に制御する。これらの組成は、好ましくは燃焼の開始の近くの多くの領域に供給され、上流燃焼表面の周囲に分配される。このような制御は、ユーザが燃焼器にわたり高エネルギー流体中に低レベルの一酸化炭素および未燃焼炭化水素を持つ効率的な燃焼を達成することを可能にする。例えば、３７５領域以上である。熱希釈剤は、高エネルギー流体中の所望の空間温度制御を達成するために同様に構成される。組成および効率的な混合に対するこのような制御は、ユーザが低汚染物質レベルと共に非常に低いレベルの過剰酸化剤含有流体の双方を達成することを可能にする。
いくつかの実施形態において、ユーザは、使用され、かつ、膨張された後に二酸化炭素が分離される高エネルギー流体を生産することを所望する。このような応用例に対して、ユーザは、好ましくは、ピーク設計動作条件において、燃料に対する酸化剤の空間相対比ラムダを約１００％から１５０％の範囲、好ましくは１０１％から１２０％に、かつ、最も好ましくは１０２％から１１０％の範囲内に制御する。これらの組成は、好ましくは燃焼の開始の近くの多くの領域に供給され、上流燃焼表面の周囲に分配される。このような制御は、ユーザが燃焼器にわたり高エネルギー流体中に低レベルの一酸化炭素および未燃焼炭化水素を持つ効率的な燃焼を達成することを可能にする。例えば、３７５領域以上である。熱希釈剤は、高エネルギー流体中の所望の空間温度制御を達成するために同様に構成される。組成および効率的な混合に対するこのような制御は、ユーザが低汚染物質レベルと共に非常に低いレベルの過剰酸化剤含有流体の双方を達成することを可能にする。
例えば、５０ｐｐｍまたは好ましくは１５ｐｐｍ、かつ、より好ましくは５ｐｐｍ未満のオーダの一酸化炭素レベルである。
本明細書に説明されている実施形態は、燃焼に対して酸素強化空気または酸素を使用しない全ての関連技術の冷却された排気ガス中に二酸化炭素の最高濃度をもたらすと確信されている。例えば、冷却および乾燥された高エネルギー流体中の残存酸素および炭素を示す表１を参照されたい。
例えば、（標準圧縮空気中の酸素などの）酸化剤流体中の化学量論的酸素の１１０％を使用してジーゼル燃料を燃焼させると、結果として得られる二酸化炭素（ＣＯ２）は、凝縮された膨張流体中に体積で約１３．３４％の非凝縮可能物質を形成する（水の蒸気を除いた乾燥状態に基づき、ジーゼル＃２がＣ１２Ｈ２６または質量で１９．４２％により表されると仮定する）。このことは、酸素が乾燥状態に基づき残存非凝縮可能ガスの体積で１５％（質量で１６．３９％）を形成する化学量論空気の３３４％における取入れ口空気を使用した希薄燃焼を使用する体積で約４．２６％の二酸化炭素（質量で６．４０％）と比較される。
したがって、化学量論的空気の約１１０％におけるジーゼル＃２の燃焼の場合、ユーザは、化学量論的空気の約３３４％を使用して動作する従来の希薄燃焼システムにより得られる質量で約３０３％の濃度の二酸化炭素を得る。これらの実施形態の下流の冷却された膨張流体中のより高い濃度の二酸化炭素は、超希薄燃焼を使用して動作する従来工程に比較して、二酸化炭素を分離するための大幅に低いエネルギー使用および費用をもたらす。
多くの構成において、ユーザは、好ましくは、過剰酸化剤含有流体を低減し、かつ、酸化剤流体中の非酸化剤希釈剤をさらに低減することができる。酸素または酸素強化空気を使用したこのような燃焼は、いくつかの実施形態において、幾分かの、または、実質的に全ての窒素および他の非凝縮可能気体性熱希釈剤を排除する。いくつかの実施形態において、空気中の窒素および他の希釈剤を低減または除去することは、膨張した高エネルギー流体９２４から燃焼により形成される二酸化炭素を分離するエネルギー、設備、および、費用を同様に低減する。
〔二酸化炭素排気ガスの応用例〕
いくつかの実施形態は、炭素供給産物食料生産、エネルギー作物生産、海洋牧場、または、海洋養殖として二酸化炭素濃厚排気ガスを利用する。これらの実施形態において形成された非常に低いＮＯｘ濃度は、このような応用例に対して非常に望ましい炭素供給を提供する。このことは、野菜、果物、または、他の園芸産物の熟成の加速に対するＮＯｘの作用を大幅に低減する。他の構成において、ユーザは、好ましくは、熟成を積極的に強化かつ加速する必要性がある場合にＮＯｘ生成を積極的に増加させるために燃焼器内の温度を上昇させる。
いくつかの実施形態は、炭素供給産物食料生産、エネルギー作物生産、海洋牧場、または、海洋養殖として二酸化炭素濃厚排気ガスを利用する。これらの実施形態において形成された非常に低いＮＯｘ濃度は、このような応用例に対して非常に望ましい炭素供給を提供する。このことは、野菜、果物、または、他の園芸産物の熟成の加速に対するＮＯｘの作用を大幅に低減する。他の構成において、ユーザは、好ましくは、熟成を積極的に強化かつ加速する必要性がある場合にＮＯｘ生成を積極的に増加させるために燃焼器内の温度を上昇させる。
他の実施形態において、ユーザは、医薬品の生産、生合成工程、または、他の高炭素応用例に対して、出口ガスから二酸化炭素を分離し、かつ、二酸化炭素強化ガスを供給する。説明された実施形態は二酸化炭素を回収し、かつ、利用または備蓄するためのより効率的かつ費用効果の大きい方法を提供する。
〔〔３−流体燃焼器／乾燥器〕〕
いくつかの実施形態において、３−流体反応装置は燃焼器兼乾燥器として使用される。第１の分散接触器１１は、燃料流体を分配し、かつ、これをダクト内で（空気などの）酸化剤流体と混合する。ユーザは、好ましくは、高温高エネルギー流体を発生させるためにこの可燃混合物を燃焼器内で燃焼させる。ユーザは、好ましくは、所望の流体または材料を乾燥させるために所望される温度にまで高エネルギー流体を冷却するために十分な希釈剤流体を送出するために、第２の分散接触器１４を使用する。
いくつかの実施形態において、３−流体反応装置は燃焼器兼乾燥器として使用される。第１の分散接触器１１は、燃料流体を分配し、かつ、これをダクト内で（空気などの）酸化剤流体と混合する。ユーザは、好ましくは、高温高エネルギー流体を発生させるためにこの可燃混合物を燃焼器内で燃焼させる。ユーザは、好ましくは、所望の流体または材料を乾燥させるために所望される温度にまで高エネルギー流体を冷却するために十分な希釈剤流体を送出するために、第２の分散接触器１４を使用する。
〔粉末に対する乾燥〕
ユーザは、好ましくは、高エネルギー流体中にかなり均一な形で溶液、懸濁液、または、エマルジョンを送出するために第３の分散接触器１４を使用する。したがって、高温ガスは、迅速に気化し、かつ、所望の粉末を形成するために乾燥される材料を含む液体の均一な小液滴を乾燥する。
ユーザは、好ましくは、高エネルギー流体中にかなり均一な形で溶液、懸濁液、または、エマルジョンを送出するために第３の分散接触器１４を使用する。したがって、高温ガスは、迅速に気化し、かつ、所望の粉末を形成するために乾燥される材料を含む液体の均一な小液滴を乾燥する。
３−流体反応装置／乾燥器は、好ましくは連続した燃焼および流れを使用する。このような３−流体反応装置／乾燥器は、従来の乾燥器よりも実質的により迅速に、かつ、より小型の装置でより均一な粉末を供給すると確信されている。修正された実施形態において、燃料流体流量および任意で酸素含有流体の流量は変動する、または、パルス化された燃焼を形成するために変調することができる。
本明細書の実施形態により形成される高エネルギー流体は、好ましくは所望の乾燥製品により耐えられる最大温度にまで直接接触器を介して希釈剤流体を使用して冷却される。
乾燥される材料が高い燃焼温度を耐えることができる場合、製品含有流体は、好ましくは燃焼に先立ち直接流体接触器１０を介して送出される。この構成において、この高エネルギー流体は、燃焼に対する希釈剤流体、ならびに、乾燥される材料に対する担体として機能する。いくつかの場合において、このことは、第２の熱希釈剤直接接触器１４に取って代わることができる。
〔製品の分離〕
このような実施形態の変形において、粉末製品は、分散直接接触器の部分に説明されている重力、衝突、および、電気集塵を含む様々な分離方法により分離される。
このような実施形態の変形において、粉末製品は、分散直接接触器の部分に説明されている重力、衝突、および、電気集塵を含む様々な分離方法により分離される。
さらなる実施形態において、いくつかの燃料材料は、高温燃焼流体および回収されたその製品で乾燥することができる。したがって、他の分散接触器は、流体をさらに気化させ、かつ、さらなる粉末を形成するために残存するかなり高温のガスにわたりさらなる材料含有流体を分配するために使用することができる。この流体も同様に回収される。
いくつかの実施形態において、高温ガスは、湿潤または湿性の燃料に使用される。したがって、乾燥された燃料は、一次または予備の燃料流体として燃焼システム内で使用される。
〔繊維スラリの乾燥〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、繊維を乾燥するために繊維のスラリを介して高エネルギー流体および高エネルギー流体の直接噴流を形成する。例えば、紙、ティッシュペーパ、および、繊維板の製造においてである。繊維がスクリーン上でマットに形成される場合、高エネルギー流体は、繊維およびマットを乾燥するためにマットに対して、または、マットにわたり差し向けられる。
いくつかの実施形態において、ユーザは、繊維を乾燥するために繊維のスラリを介して高エネルギー流体および高エネルギー流体の直接噴流を形成する。例えば、紙、ティッシュペーパ、および、繊維板の製造においてである。繊維がスクリーン上でマットに形成される場合、高エネルギー流体は、繊維およびマットを乾燥するためにマットに対して、または、マットにわたり差し向けられる。
〔液体担体および希釈剤の再生利用〕
乾燥後の残存排気高温ガス中の熱を回収するために、第３の分散接触器は、好ましくは直接接触熱交換器を形成するために使用される。低温流体、好ましくは水が、高温流体と好ましくは垂直対向流構成において接触するために使用される。このような好ましい熱回収構成は、低温ガスの排気および高温流体中の残存熱の回収をもたらす。同構成は、同様に好ましくは使用されている希釈剤流体および液体担体を凝縮させ、かつ、回収する。
乾燥後の残存排気高温ガス中の熱を回収するために、第３の分散接触器は、好ましくは直接接触熱交換器を形成するために使用される。低温流体、好ましくは水が、高温流体と好ましくは垂直対向流構成において接触するために使用される。このような好ましい熱回収構成は、低温ガスの排気および高温流体中の残存熱の回収をもたらす。同構成は、同様に好ましくは使用されている希釈剤流体および液体担体を凝縮させ、かつ、回収する。
熱を回収するために水が使用される場合、加熱された水は、好ましくは再生利用され、かつ、乾燥されるさらなる材料を溶解、懸濁、または、乳化するための担体として使用される。担体として炭化水素が使用されると、炭化水素と水は分離され、かつ、別個に再生利用される。
〔〔交番直接接触分配チューブ〕〕
いくつかの実施形態において、本明細書に説明されている直接接触分配チューブは、本明細書に説明されている実施形態の１つまたは複数の長所のいくつかを提供する他の手段によりさらに構築および／または組立てすることができる。
いくつかの実施形態において、本明細書に説明されている直接接触分配チューブは、本明細書に説明されている実施形態の１つまたは複数の長所のいくつかを提供する他の手段によりさらに構築および／または組立てすることができる。
〔有孔分配チューブ〕
いくつかの実施形態において、本明細書に説明されている直接接触分配チューブは詳述された穿孔材料の代わりに有孔材料から形成されたチューブ壁３０で構築される。例えば、焼結材料、開放気泡セラミック、もしくは、プラスチック発泡体、または、固有の空孔率を提供する適切な結晶構造を有する材料から、あるいは、金属性または非金属性繊維を使用してである。説明された様々なアレイにおいて流線型の形態になったこのような有孔性チューブを使用することは、従来の噴射方法に比較してダクトにわたる流体送出量の空間均一性を改善する。有孔性チューブは、穿孔チューブに比較して厳正ではない濾過を必要とすることがある。
いくつかの実施形態において、本明細書に説明されている直接接触分配チューブは詳述された穿孔材料の代わりに有孔材料から形成されたチューブ壁３０で構築される。例えば、焼結材料、開放気泡セラミック、もしくは、プラスチック発泡体、または、固有の空孔率を提供する適切な結晶構造を有する材料から、あるいは、金属性または非金属性繊維を使用してである。説明された様々なアレイにおいて流線型の形態になったこのような有孔性チューブを使用することは、従来の噴射方法に比較してダクトにわたる流体送出量の空間均一性を改善する。有孔性チューブは、穿孔チューブに比較して厳正ではない濾過を必要とすることがある。
〔多ノズル分配チューブ〕
修正された実施形態において、ユーザは、多数のノズルを本明細書に説明されている流線型分配チューブ１０に沿って、かつ／または、その周囲に定置する。ユーザは、好ましくはダクトにわたる空間的網羅範囲を改善するために、好ましくはノズル上に多数の噴出孔を設け、かつ、噴出孔を多くの方向に配向する。いくつかの構成において、ノズルは、分配チューブから外に延長されている。分配チューブ、ノズル、および、噴出孔は、好ましくはダクトにわたりかなり均一に微小噴流または小噴流を噴霧するように構成される。
修正された実施形態において、ユーザは、多数のノズルを本明細書に説明されている流線型分配チューブ１０に沿って、かつ／または、その周囲に定置する。ユーザは、好ましくはダクトにわたる空間的網羅範囲を改善するために、好ましくはノズル上に多数の噴出孔を設け、かつ、噴出孔を多くの方向に配向する。いくつかの構成において、ノズルは、分配チューブから外に延長されている。分配チューブ、ノズル、および、噴出孔は、好ましくはダクトにわたりかなり均一に微小噴流または小噴流を噴霧するように構成される。
〔多ノズルマニホルド〕
修正された実施形態において、ユーザは、分散噴出孔および多数の微小噴流の便益の幾分かを得るために、様々な実施形態に説明されている流線型マニホルド２４０に沿って、かつ／または、その周囲に多数のノズルを定置する。ユーザは、好ましくは、ノズル上に多数の噴出孔を設け、かつ、噴出孔を多くの方向に配向する。多数のマニホルド２４０はダクトの向きにより好ましく放射状または横方向に構成される。いくつかの構成において、ユーザは、延長チューブ上でマニホルド２４０からノズルを外に延長する。
修正された実施形態において、ユーザは、分散噴出孔および多数の微小噴流の便益の幾分かを得るために、様々な実施形態に説明されている流線型マニホルド２４０に沿って、かつ／または、その周囲に多数のノズルを定置する。ユーザは、好ましくは、ノズル上に多数の噴出孔を設け、かつ、噴出孔を多くの方向に配向する。多数のマニホルド２４０はダクトの向きにより好ましく放射状または横方向に構成される。いくつかの構成において、ユーザは、延長チューブ上でマニホルド２４０からノズルを外に延長する。
このような方法は、ダクトにわたり分布する多数の位置に多数の流体噴流を作り出す。このことは、関連技術に比較して噴霧の空間分布ならびに酸化剤／燃料および希釈剤／燃料の比を改善する。
〔微小旋回翼および小型旋回翼〕
修正された実施形態において、本明細書に説明されている微小旋回翼２９０は、好ましくは第２の流れの乱流を増加させ、かつ、混合を増大させるために分配チューブに沿って、または、それらの間に定置される。より大きな小型旋回翼２９９はより大規模の乱流を発生させるために代案として設けられる。
修正された実施形態において、本明細書に説明されている微小旋回翼２９０は、好ましくは第２の流れの乱流を増加させ、かつ、混合を増大させるために分配チューブに沿って、または、それらの間に定置される。より大きな小型旋回翼２９９はより大規模の乱流を発生させるために代案として設けられる。
〔混合要素〕
修正された実施形態において、ユーザは、好ましくは、乱流および混合を増加させるために穿孔分配チューブ１０の周囲に、かつ／または、その下流に混合要素を設ける。これらの混合要素は、金属、セラミック、または、他の非金属材料から形成された球体、繊維、繊維性媒体、有孔媒体、および／または、複雑な混合形状で形成することができる。
修正された実施形態において、ユーザは、好ましくは、乱流および混合を増加させるために穿孔分配チューブ１０の周囲に、かつ／または、その下流に混合要素を設ける。これらの混合要素は、金属、セラミック、または、他の非金属材料から形成された球体、繊維、繊維性媒体、有孔媒体、および／または、複雑な混合形状で形成することができる。
〔混成送出システム〕
いくつかの構成において、ユーザは、希釈剤流体および／あるいは燃料流体（または、１つもしくは複数の対応する反応物質）を送出する方法を組み合わせる。ユーザは、本明細書に説明されている１つまたは複数の分散接触器または他の方法を使用して、圧縮器４０７の後かつタービンの前に希釈剤流体のかなりの部分を供給する。希釈剤流体送出速度のバランスは、好ましくは本明細書に説明されている他の送出方法の１つまたは複数により提供される。
いくつかの構成において、ユーザは、希釈剤流体および／あるいは燃料流体（または、１つもしくは複数の対応する反応物質）を送出する方法を組み合わせる。ユーザは、本明細書に説明されている１つまたは複数の分散接触器または他の方法を使用して、圧縮器４０７の後かつタービンの前に希釈剤流体のかなりの部分を供給する。希釈剤流体送出速度のバランスは、好ましくは本明細書に説明されている他の送出方法の１つまたは複数により提供される。
このことは、圧縮器４０７の上流での水噴霧濾過および／または空気中への霧化のために直接接触器を設けることを含む。ユーザは、同様に好ましくは、圧縮器４０７、４０８、または、送風機４０６の吸入口４０９への水の混入を提供するために直接接触器の流線型アレイをである。このことは、より均一な噴霧の分布に関連技術より小さな圧力降下を提供する。
修正された構成において、ユーザは、１つまたは複数の他の希釈剤送出システムと共に、燃焼および温度のプロファイルをより均一に制御するために分散接触器１０を設ける。例えば、分散接触器に予備圧縮器霧化、圧縮器４０７に混入された水噴霧、水噴霧圧縮器水、圧縮器内水噴霧、圧縮器間噴霧、圧縮器後水噴霧（冷却器後）、水飽和器、回収熱交換器内への噴霧、または、燃焼器５６内の水もしくは水蒸気の噴射システムなどの１つまたは複数の水または水蒸気の送出システムを設ける。
〔〔反応中の混合物および高エネルギー流体の制御〕〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、混合物組成および温度プロファイルに対する制御を高めるために熱システム内に直接接触器を追加する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、混合物組成および温度プロファイルに対する制御を高めるために熱システム内に直接接触器を追加する。
〔気体性希釈剤の置換〕
いくつかの実施形態において、ユーザは、燃料燃料、酸化剤流体、および、希釈剤流体のかなり均一な混合を提供するために分散接触器送出方法を利用する。これらの混合方法を使用して、ユーザは、好ましくは、化学量論的酸化剤／燃料比にかなり近く動作させる一方、流体混合物のほとんどにわたる化学量論的比より希薄な所望または必要の部分より実質的に大きな酸化剤／燃料比を維持する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、燃料燃料、酸化剤流体、および、希釈剤流体のかなり均一な混合を提供するために分散接触器送出方法を利用する。これらの混合方法を使用して、ユーザは、好ましくは、化学量論的酸化剤／燃料比にかなり近く動作させる一方、流体混合物のほとんどにわたる化学量論的比より希薄な所望または必要の部分より実質的に大きな酸化剤／燃料比を維持する。
いくつかの実施形態において、ユーザは、好ましくは、希釈剤流体として従来使用されている気体性希釈剤流体または（例えば、過剰空気などの）過剰酸化剤流体の幾分かからほとんどを置換する。例えばユーザは、燃焼を熱的に希釈するために従来使用されている約３３４％酸化剤／燃料から酸化剤流体を減少させるために、この制御された形で希釈剤を供給する。（すなわち、乾燥排気における体積で１５％のＯ２。）ユーザは、好ましくは、過剰な酸化剤流体を希釈剤流体で置換し、かつ、約１００％から１５０％の化学量論的比の酸化剤／燃料の範囲内で動作させる。ユーザは、より好ましくは、総圧縮酸化剤流体に、約１０２％から約１１５％の化学量論的比の範囲内で送出された酸化剤を供給する。
〔温度制御〕
ユーザは、好ましくは、希釈剤流体を追加することにより、燃焼器を離れる燃焼流体および／または高エネルギーガスの温度プロファイルを制御する。ユーザは、好ましくは、希釈剤流体を液体希釈剤として熱システム内にポンプ送出する。ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、１つまたは複数の分散接触器を介して液体の、および／または、気化された、もしくは、過熱された熱希釈剤を送出する。ユーザは、好ましくは、従来技術よりも大幅に均一である本実施形態を使用した水／燃料および空気／燃料の空間分布を作成する。このことは空間温度の変化の大幅な低減をもたらす。
ユーザは、好ましくは、希釈剤流体を追加することにより、燃焼器を離れる燃焼流体および／または高エネルギーガスの温度プロファイルを制御する。ユーザは、好ましくは、希釈剤流体を液体希釈剤として熱システム内にポンプ送出する。ユーザは、好ましくは、本明細書に説明されているように、１つまたは複数の分散接触器を介して液体の、および／または、気化された、もしくは、過熱された熱希釈剤を送出する。ユーザは、好ましくは、従来技術よりも大幅に均一である本実施形態を使用した水／燃料および空気／燃料の空間分布を作成する。このことは空間温度の変化の大幅な低減をもたらす。
いくつかの構成において、ユーザは、水または水蒸気の送出量を増加させるために火炎の下流の燃焼器の周囲、これに沿って、かつ、これの中に追加のノズルを設ける。
ユーザは、好ましくは、結果的に反応した混合物または高エネルギー流体の温度を制御するために、送出された燃料に対する送出された希釈剤流体の比率を制御する。ユーザは、好ましくは、いかなる過剰な酸化剤および／または気体性熱希釈剤もしくは他の反応物質、ならびに、反応または高エネルギー流体の温度を変化させる流体の各々の温度、圧力、および、熱容量を考慮する。
例えば、表２は、吸入空気中に約６０％の相対湿度を持つ約７８８Ｋ（約５１５°Ｃまたは約９５９°Ｆ）で（例えば、１０バールなどの）約１０の圧力比で圧縮空気の化学量論的比の約１１０％で約３５０Ｋ（約７７°Ｃまたは１７１°Ｆ）で供給された＃２ジーゼル燃料を燃焼させた時に、様々な水／燃料比で希釈剤流体として水を送出することにより達成される典型的な温度を示す。取入れ口の水は約３００Ｋ（約２７°Ｃまたは８１°Ｆ）の大気条件で供給される。
例えば、約１１０％の過剰空気において、ユーザは、好ましくは、温度を約８４６°Ｃに制御するために、ジーゼル＃２を使用して約７：１の水／燃料の質量／質量を供給する。同様に、ユーザは、好ましくは、出口温度を約１，６１１°Ｃに制御するために約２：１の水／燃料の質量／質量を供給する。７：１から２：１のこの範囲は、ほとんどの市販ガスタービンのタービン取入れ口温度の範囲を網羅する。（すなわち、未冷却ブレードに対する約９００°ＣからＧＥ社のＨクラスの技術に対する１，５２５°Ｃ。）
他の実施例において、ユーザは、好ましくは、約１，７２０°Ｃの高エネルギー流体中の温度を達成するために、約１１０％の過剰空気でジーゼル＃２について約１．５：１の水／燃料の比を供給する。この温度は、高温実験用セラミックタービンにおいて使用されているタービン取入れ口温度と同様である。ジーゼル＃２の場合の約１：１の水／燃料の比は、約１，８２９°Ｃの高エネルギー流体温度を達成する。
ユーザは、一般に利用可能な熱化学的反応またはコンピューター用流体動力学プログラムを使用して、他の温度、過剰希釈剤もしくは過剰気体性希釈剤の他の比、様々な取入れ口条件もしくは熱回収、または、天然ガスまたは他の燃料流体に対する同様の水／燃料比を直ちに算出する。
本明細書に説明されている実施形態を使用して、ユーザは、燃焼器を出る高エネルギー流体の温度を約２，０７３Ｋ（約１，８００°Ｃまたは約３，２７２°Ｆ）より低く制御するために希釈剤流体を送出する。ユーザは、この温度を冷却された流体希釈剤の温度より高く制御する。（例えば、水に対して約１°Ｃまたは約３４°Ｆである。）
多くの構成において、希釈剤流体の質量流量は、好ましくは燃料の質量流量よりも大きい。例えば、ユーザは、高エネルギー流体の温度を約１，６１１°Ｃから約８４６°Ｃの範囲に制御するために、水／ジーゼル＃２に対して約２：１から約７：１の燃料に対する希釈剤の比を提供する。この比は、ほとんどの市販ガスタービンの好ましい設計のタービン取入れ口温度の範囲を網羅する。
従来技術は、燃焼器内で火炎を消火せずに、または、多くのＣＯ排出もしくは圧力発振を引き起こさずに送出できる水の量において制限されている。例えば、典型的に質量で水／燃料の約１．１：１未満である。本実施形態において、ユーザは、好ましくは、質量で水／燃料の少なくとも約１．５：１を達成する。ユーザは、高エネルギー流体の温度を必要などのような温度にも低減するために接触器アレイを好ましくは使用して追加の希釈剤を供給することができる。
本明細書に説明されている方法により、ユーザは、高エネルギー流体の温度を１００°Ｃまでのより低い温度の全範囲にわたり制御することができる。水蒸気は、例えば１５°Ｃの大気条件にまで冷媒を使用することによりさらに凝縮することができる。冷却された水を使用して、ユーザは、温度を約１°Ｃにまで同様に制御することができる。他の希釈剤を使用すると、ユーザは、結果的に冷却され、かつ、乾燥された流体の温度を、窒素または酸素の沸点などの所望に応じたより低い温度にさらに冷却することができる。
〔〔一般化〕〕
前述の説明から、分散接触、混合、および／または、３つ以上の流体の反応に対する新規な手法が本明細書に説明された１つまたは複数の方法を使用して開示されたことが理解されよう。本発明の構成部分、技術、および、態様が特定の程度の特殊性と共に説明された一方、本開示の精神および範囲から逸脱せずに本明細書の上記に説明された特定の設計、構成、および、方法においては多くの変更を行えることは明らかである。
前述の説明から、分散接触、混合、および／または、３つ以上の流体の反応に対する新規な手法が本明細書に説明された１つまたは複数の方法を使用して開示されたことが理解されよう。本発明の構成部分、技術、および、態様が特定の程度の特殊性と共に説明された一方、本開示の精神および範囲から逸脱せずに本明細書の上記に説明された特定の設計、構成、および、方法においては多くの変更を行えることは明らかである。
寸法が与えられている場合、その寸法は、全般に例示の目的のためであり、かつ、規定的なものではない。当然、当業者が理解するように、流体送出噴出孔、流体通路、および、他の構成部分の他の適したサイズ、向き、構成、および、分布は必要または所望に応じて有効に利用することができ、本明細書に教示または示唆された如くの便益および長所の１つまたは複数を達成するという目標への相当なる検討を与える。
チューブまたはアレイの構成が提供されている場合、それらの構成の同様の二次元的または三次元的構成またはそれらの構成の組み合わせは、穿孔チューブ、マニホルド、下位マニホルド、および、チューブアレイに対する公称上の厚さ、直径、断面形状、間隔、配向、および、他の寸法ならびにパラメータを変更することを含めて有効に利用することができる。
燃料、希釈剤、水、空気、酸素、および、酸化剤の用語が使用された場合、方法は、それらの流体の他の組み合わせに、または、他の反応流体および非反応流体の他の組み合わせに全般に適用可能である。流体の量が言及されている場合、これらの方法は、何倍かで送出された量を含むように、および、連続した流体流に全般に適用可能である。組立て方法が説明されている場合、様々な代案組立て方法が、本明細書に教示または示唆された如くの実施形態の１つまたは複数の便益および長所を達成するための構成を達成するために有効に利用することができる。
横方向、軸に沿った、放射状、周上、または、他の方向が言及されている場合、直交、円筒、球、または、他の環状系などの専用化された系を含めて、曲線座標を使用したいずれの一般的な座標系も利用することができることが理解されよう。同様に、１つまたは複数の横方向または軸に沿った分布またはプロファイルが言及された時は、構成および方法が所望または規定に応じた１つまたは複数の曲線方向における空間的制御に同様に適用することが理解されよう。同様に、接触器、アレイ、デバイス、または、ダクトの配向は、説明された特徴および方法の他の有益な組み合わせを達成するために全般に再配列することができる。
流体送出制御が液滴または微小噴流の噴射のサイズおよび流量の制御に言及する場合、本明細書に説明された１つまたは複数の対策を使用して、または、噴出孔位置、流体圧力、および、周囲の電磁場を変調する同様の手段を使用して、噴出孔８０にわたる差分噴射圧力の分布を制御するため、噴出孔を振動させるため、および／または、噴出孔８０の外の電磁場を制御するための１つまたは複数の対策を、制御対策が利用できることが理解されよう。
本発明の構成部分、技術、および、態様が特定の程度の特殊性と共に説明された一方、本開示の精神および範囲から逸脱せずに本明細書の上記に説明された特定の設計、構成、および、方法においては、多くの変更を行えることは明らかである。
当業者には、本発明の真の精神または範囲から逸脱せずに本発明の様々な修正および応用例を想起することができる。本発明は、例示の目的のために本明細書に述べられた実施形態には限定されないが、各要素が与えられた等価性の全範囲を含むことを理解されたい。
１０ 流体通路、穿孔接触器チューブまたは部材の周囲の分散噴出孔
１１ 第１の、または、燃料流体分散噴出孔通路、燃料流体穿孔接触器チューブ
１２ 液体燃料分散噴出孔通路、液体燃料穿孔接触器チューブ
１３ 気体性燃料分散噴出孔通路、気体性燃料穿孔接触器チューブ
１４ 熱希釈剤流体分散噴出孔通路、希釈剤穿孔接触器チューブ
１５ 燃料流体通路
１６ 二連通路接触器穿孔チューブ
１７ 熱希釈剤通路
１８ 化合物二連通路接触器穿孔チューブ
１９ 架橋流体接触器穿孔チューブ
２０ 同心通路接触器穿孔チューブ
２１ 曲線穿孔チューブ区間または円弧
２２ 絶縁希釈剤接触器穿孔チューブ
２４ 絶縁希釈剤噴霧接触器穿孔チューブ
２６ 流線型三連通路接触器穿孔チューブ
２８ カスプ配置三連通路接触器穿孔チューブ
３０ チューブ壁
３１ チューブ内壁
３２ 肉薄チューブ壁区間
３３ チューブ側壁
３４ 熱障壁コーティング
３５ 機械的保護コーティング、磨耗または腐食障壁コーティング
３６ 内部チューブ補強体またはチューブ構造区間
３７ 外部チューブ支持体
３８ チューブ構造リブ
３９ 結束部
４０ フィン補強体または熱フィン
４２ ウェブ補強体
４４ 穿孔ウェブ
４６ フィン補強体チューブ
４８ 二連フィン補強体チューブ
５０ チューブ振動器
５４ 曲線柔軟供給チューブ
５６ 燃焼器
５７ 内部燃焼器取付け台
５８ 外部燃焼器取付け台
５９ 燃焼器壁
６０ 燃焼器ライナ
６１ チューブフィンライナ
６２ チューブフィン冷媒通路
６４ 平坦フィン
６６ 襞付きフィン
６７ フィン膨張用隙間
６９ 化合物巻包みライナ
７０ チューブフィン補強リブ
７２ 柔軟アレイ構造支持体
７４ チューブ接続穴
８０ 噴出孔（は非円形開口部を含むことができる。）
８２ 燃料流体噴出孔または燃料噴出孔
８３ 熱希釈剤噴出孔または希釈剤噴出孔
８４ 軸に沿った噴出孔、主に軸に沿っている構成部分を備えた噴出孔
８５ 放射状噴出孔、主に放射状になった構成部分を備えた噴出孔
８６ 角度付き噴出孔、流れに対して垂直から大幅にずれた角度を持つ噴出孔
８７ より大きな噴出孔開口部
８８ 噴出孔入口
８９ より小さな噴出孔開口部
９０ 噴出孔出口
９１ 六角形噴出孔アレイ
９２ 直交または長方形噴出孔アレイ
９３ 柱状アレイ
９４ 流体サンプラチューブ
９６ サンプラ希釈剤接触器チューブ
１００ 火炎ホルダ、点火決定器、点火器、点火バーナ、または、点火用火炎
１０２ 修正トロイダル室
１０３ 内側凹面再差向け器
１０４ 燃料流体チューブ／通路
１０６ 熱希釈剤チューブ／通路、希釈剤チューブ通路、ダクト、または、部材
１０７ 酸化剤取入れ口ポート
１０８ 主酸化剤チューブ／通路
１１０ 点火用酸化剤チューブ／通路
１１１ 周上通路
１１２ 混合物送出ポート
１１４ 熱ガス吸入ポート
１１６ 熱ガス送出火炎チューブ
１１８ 火炎ホルダ構造支持体
１２０ 絶縁／熱障壁コーティング
１２１ 熱障壁「フィンガ」
１２２ 流線型シュラウド
１２４ 点火器
１２６ 点火器励起源
１３０ 流体ダクト
１３２ 流体ダクト壁
１３４ 流体ダクト入口燃焼器取入れ口、気化器取入れ口、飽和器取入れ口
１３６ 流体ダクト／燃焼器出口、燃焼器取出し口、気化器取出し口、飽和器取出し口
１４０ 合焦共鳴ダクト
１４２ バネフィン冷媒ダクト
１４４ 循環器ダクト、楕円ダクト、円筒形ダクト
１４５ 長方形ダクト
１４６ 環状ダクト
１４８ 希釈剤流体ダクト
１５０ 絶縁
１５２ 絶縁くさび
１５４ 絶縁リング
１５６ 絶縁タイル
１５８ 放射状絶縁バネ
１６０ 軸に沿った絶縁バネ
１６８ 燃焼器外部囲壁
１７０ 圧力容器
１７２ 圧力容器壁
１７６ 圧力容器フィードスルー
１７８ 圧力容器冷却システム
１８０ 様々な熱障壁
１８２ 様々な放射状遮蔽体、様々な穿孔熱遮蔽体、様々ないくつかの遮蔽体
１８４ 様々な絶縁熱障壁、様々な厚さ、様々な絶縁網羅域
１８８ 様々な熱伝導表面、様々な深さのフィン、様々ないくつかのフィン
１９２ 燃焼器シリンダ
１９４ ダクト滑動ポート、シリンダスロットポート
１９６ ダクト側面ポート、シリンダ側面ポート
２２０ 多通路化合物接触器チューブ
２２２ チューブ通路またはチューブダクト
２２４ 第１の流体チューブダクト、例えば、燃料流体チューブ通路
２２８ 第３の流体チューブダクト、例えば、熱希釈剤チューブ通路、希釈剤チューブ通路
２２９ 流線型延長部分またはキャップ
２３０ 流量制御弁
２３１ サブダクト弁
２４０ マニホルド
２４２ 燃料流体マニホルド
２４４ 熱希釈剤マニホルド、希釈剤マニホルド
２４６ 多通路マニホルド
２４７ 中央マニホルドヘッダ
２４９ マニホルド壁
２５０ マニホルド接続穴
２５４ 二次マニホルドまたはサブマニホルド
２５５ チューブダクト結合複合体
２５６ 取付け凹み／リッジ
２５７ 中部間ダクト
２５８ 結束体層
２５９ 化合物二次マニホルド
２６０ 直接接触器噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６１ 下流増大「喇叭型」凹面噴出孔アレイまたは凹面穿孔チューブアレイ
２６２ 「喇叭型」円錐噴出孔アレイまたは「喇叭型」穿孔チューブアレイ
２６３ 下流減少「漏斗型」凸面噴出孔アレイまたは凹面穿孔チューブアレイ
２６４ 「漏斗型」円錐噴出孔アレイまたは円錐穿孔チューブアレイ
２６５ 楕円平面噴出孔アレイ、楕円、擬似楕円、または、円形穿孔チューブアレイ
２６６ 長方形もしくは台形平面噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６７ 環状平面噴出孔アレイまたは環状平面穿孔チューブアレイもしくは区間
２６８ 長方形テントもしくはピラミッド型噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６９ 環状テント噴出孔アレイまたは環状テント穿孔チューブ区間もしくはアレイ
２７０ 楕円もしくは円筒形噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７１ カンもしくは「頂冠型」噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７２ カスプ配置噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７４ 噴出孔サブアレイまたは穿孔接触器チューブアレイもしくはアレイ区間
２７６ 加熱器チューブ
２７７ 内部加熱器チューブ壁
２７８ 外部加熱器チューブ壁
２７９ 加熱器チューブの列体または壁
２８０ 構造支持体
２９０ 微小旋回翼
２９１ チューブ外装「定間隔」「鞍型」板翼微小旋回翼
２９２ 「座位」鞍型板翼微小旋回翼
２９３ チューブ間「定間隔」「Ｔシャツ型」羽根微小旋回翼
２９４ 「座位」Ｔシャツ型微小旋回翼
２９６ 微小旋回翼リブ
２９７ 微小旋回翼板翼
２９８ 微小旋回翼羽根
２９９ 小型旋回翼
３００ 高電圧電源
３０２ 接地電極
３０４ 正電極
３０６ 負電極
３０８ 第１の電圧電極
３１０ 第２の電圧電極
３１２ 第３の電圧電極
３１４ 支持絶縁体
３１６ 高電圧フィードスルー
３２０ 燃焼器電極、分配器電極
３２２ 燃料流体アレイ電極
３２４ 希釈剤アレイ電極
３２６ グリッド電極
３２８ 冷却されたチューブ状電極
３３０ 軸に沿った電極
３３２ 周辺電極
３３４ ダクト中央電極
３４０ 伝導性液体隔離体
３４２ 接地済み供給ポンプ
３４３ 穿孔液体分配器
３４４ 隔離液滴塔
３４６ 希釈剤回収器、液体希釈剤、または、液滴回収器
３４８ 絶縁支持体
３５０ 上昇された電圧供給ポンプ
３６０ 第１の流体送出システムまたは燃料送出システム
３６１ 第３の流体送出システムまたは希釈剤送出システム
３７０ 圧力／流量調整器
３７２ 点火用火炎／火炎ホルダ燃料送出システム
３７３ 点火用火炎／火炎ホルダ熱希釈剤送出システム
３７４ 回転式作動器
３７６ 回転ポンプヘッド
３７７ ポンプロータ
３７８ 線形作動器
３７９ ソレノイド
３９０ 流体フィルタ、気体フィルタ、または、空気フィルタ
３９２ 噴霧式直接接触器フィルタ
３９４ 流量均一化器／修正器
４００ 酸化剤送出システムとも呼ばれる第２の流体送出システム
４０４ 分散接触器予備冷却器
４０６ 送風機
４０７ 圧縮器
４０８ 第１の／低圧圧縮器
４０９ 送風機／圧縮器吸入口／入口
４１０ 第１の相互冷却器
４１２ 第２の／中圧力圧縮器
４１４ 第２の相互冷却器
４１６ 第３／高圧圧縮器
４１７ 後段冷却器
４１８ 点火用／火炎ホルダ酸化剤送出システム
４２０ ディフューザ
４２１ ディフューザ羽根または分割器羽根
４２２ 混合領域または接続ダクト
４２４ 燃焼室
４２６ 平衡区画または遷移区画／片
４２９ ディフューザ羽根支持体
４４０ エキスパンダ（タービンまたはエンジン）
４４４ 低圧タービン
４４６ タービンステージ
４４８ タービン羽根（「ノズル」）
４５０ タービンブレード（「当て盤」）
４６６ ギヤ列
４６８ 可変速駆動装置
４７０ 熱交換器または熱回収システム
４８０ 濃縮器
４８４ 直接接触濃縮器
４８５ 冷却熱交換器、冷却ジャケット
５００ 発電機
５０２ 再圧縮器
５５０ 物理パラメータセンサまたはトランスデューサ
５５２ 圧力センサまたはトランスデューサ
５５４ 差分圧力センサまたはトランスデューサ
５５８ 温度センサまたはトランスデューサ
５６０ 第１の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、燃料流体流量センサ
５６２ 第２の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、酸化剤流体流量センサ
５６４ 第３の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、熱希釈剤流体流量センサ
５７０ 組成センサまたはトランスデューサ
５７２ 酸素センサまたはトランスデューサ
５７４ ＮＯｘセンサまたはトランスデューサ
５７６ 一酸化炭素センサまたはトランスデューサ（ＣＯ）
５８０ 運動センサ／速度計
５８２ ポンプ位置センサもしくはトランスデューサ、または、速度計、あるいは、回転式エンコーダ
５８４ 圧縮器／送風機位置もしくは速度計、または、トランスデューサ
５８６ 流量調整器制御センサまたはトランスデューサ（例えば、位置／運動センサ）
５８８ 制御システム
５９０ 制御装置
５９２ 第１の流体制御装置、例えば、燃料流体制御装置
５９４ 第２の流体制御装置、例えば、酸化剤流体制御装置
５９６ 第３の流体制御装置、例えば、熱希釈剤流体制御装置
６００ モータ
６０２ ロータ
６０４ 強化巻包み体
６０６ ロータシャフト
６０８ 固定子
６１２ 空洞コアベアリング
９０１ 総称的に「燃料流体」と呼ばれる第１の流体
９０２ 一般に第１の流体または燃料流体
９０３ 総称的に点火用燃料と呼ばれる流体
９０４ 第２の流体または総称的に酸化剤流体
９０６ 点火用第２の流体または総称的に点火用酸化剤
９０７ 第３の流体または総称的に熱希釈剤、希釈剤流体、もしくは、冷却希釈剤
９０８ 点火用第３の流体または点火用希釈剤
９０９ 希釈済み燃料混合物
９１１ 反応可能混合物または総称的に可燃混合物
９１２ 反応中の流体
９２０ 高エネルギー流体
９２４ 膨張した流体または排気流体もしくは使用済み流体
９６０ 噴霧、噴流、および、液滴
９６２ 第１の流体の噴流、噴霧、微小噴流、または、微小噴霧
９６６ 第３の流体の噴流、噴霧、または、微小噴流
９７０ 領域
９７２ 燃料濃厚下位領域、希釈剤希薄下位領域
９７３ 燃料希薄下位領域、希釈剤濃厚下位領域
１１ 第１の、または、燃料流体分散噴出孔通路、燃料流体穿孔接触器チューブ
１２ 液体燃料分散噴出孔通路、液体燃料穿孔接触器チューブ
１３ 気体性燃料分散噴出孔通路、気体性燃料穿孔接触器チューブ
１４ 熱希釈剤流体分散噴出孔通路、希釈剤穿孔接触器チューブ
１５ 燃料流体通路
１６ 二連通路接触器穿孔チューブ
１７ 熱希釈剤通路
１８ 化合物二連通路接触器穿孔チューブ
１９ 架橋流体接触器穿孔チューブ
２０ 同心通路接触器穿孔チューブ
２１ 曲線穿孔チューブ区間または円弧
２２ 絶縁希釈剤接触器穿孔チューブ
２４ 絶縁希釈剤噴霧接触器穿孔チューブ
２６ 流線型三連通路接触器穿孔チューブ
２８ カスプ配置三連通路接触器穿孔チューブ
３０ チューブ壁
３１ チューブ内壁
３２ 肉薄チューブ壁区間
３３ チューブ側壁
３４ 熱障壁コーティング
３５ 機械的保護コーティング、磨耗または腐食障壁コーティング
３６ 内部チューブ補強体またはチューブ構造区間
３７ 外部チューブ支持体
３８ チューブ構造リブ
３９ 結束部
４０ フィン補強体または熱フィン
４２ ウェブ補強体
４４ 穿孔ウェブ
４６ フィン補強体チューブ
４８ 二連フィン補強体チューブ
５０ チューブ振動器
５４ 曲線柔軟供給チューブ
５６ 燃焼器
５７ 内部燃焼器取付け台
５８ 外部燃焼器取付け台
５９ 燃焼器壁
６０ 燃焼器ライナ
６１ チューブフィンライナ
６２ チューブフィン冷媒通路
６４ 平坦フィン
６６ 襞付きフィン
６７ フィン膨張用隙間
６９ 化合物巻包みライナ
７０ チューブフィン補強リブ
７２ 柔軟アレイ構造支持体
７４ チューブ接続穴
８０ 噴出孔（は非円形開口部を含むことができる。）
８２ 燃料流体噴出孔または燃料噴出孔
８３ 熱希釈剤噴出孔または希釈剤噴出孔
８４ 軸に沿った噴出孔、主に軸に沿っている構成部分を備えた噴出孔
８５ 放射状噴出孔、主に放射状になった構成部分を備えた噴出孔
８６ 角度付き噴出孔、流れに対して垂直から大幅にずれた角度を持つ噴出孔
８７ より大きな噴出孔開口部
８８ 噴出孔入口
８９ より小さな噴出孔開口部
９０ 噴出孔出口
９１ 六角形噴出孔アレイ
９２ 直交または長方形噴出孔アレイ
９３ 柱状アレイ
９４ 流体サンプラチューブ
９６ サンプラ希釈剤接触器チューブ
１００ 火炎ホルダ、点火決定器、点火器、点火バーナ、または、点火用火炎
１０２ 修正トロイダル室
１０３ 内側凹面再差向け器
１０４ 燃料流体チューブ／通路
１０６ 熱希釈剤チューブ／通路、希釈剤チューブ通路、ダクト、または、部材
１０７ 酸化剤取入れ口ポート
１０８ 主酸化剤チューブ／通路
１１０ 点火用酸化剤チューブ／通路
１１１ 周上通路
１１２ 混合物送出ポート
１１４ 熱ガス吸入ポート
１１６ 熱ガス送出火炎チューブ
１１８ 火炎ホルダ構造支持体
１２０ 絶縁／熱障壁コーティング
１２１ 熱障壁「フィンガ」
１２２ 流線型シュラウド
１２４ 点火器
１２６ 点火器励起源
１３０ 流体ダクト
１３２ 流体ダクト壁
１３４ 流体ダクト入口燃焼器取入れ口、気化器取入れ口、飽和器取入れ口
１３６ 流体ダクト／燃焼器出口、燃焼器取出し口、気化器取出し口、飽和器取出し口
１４０ 合焦共鳴ダクト
１４２ バネフィン冷媒ダクト
１４４ 循環器ダクト、楕円ダクト、円筒形ダクト
１４５ 長方形ダクト
１４６ 環状ダクト
１４８ 希釈剤流体ダクト
１５０ 絶縁
１５２ 絶縁くさび
１５４ 絶縁リング
１５６ 絶縁タイル
１５８ 放射状絶縁バネ
１６０ 軸に沿った絶縁バネ
１６８ 燃焼器外部囲壁
１７０ 圧力容器
１７２ 圧力容器壁
１７６ 圧力容器フィードスルー
１７８ 圧力容器冷却システム
１８０ 様々な熱障壁
１８２ 様々な放射状遮蔽体、様々な穿孔熱遮蔽体、様々ないくつかの遮蔽体
１８４ 様々な絶縁熱障壁、様々な厚さ、様々な絶縁網羅域
１８８ 様々な熱伝導表面、様々な深さのフィン、様々ないくつかのフィン
１９２ 燃焼器シリンダ
１９４ ダクト滑動ポート、シリンダスロットポート
１９６ ダクト側面ポート、シリンダ側面ポート
２２０ 多通路化合物接触器チューブ
２２２ チューブ通路またはチューブダクト
２２４ 第１の流体チューブダクト、例えば、燃料流体チューブ通路
２２８ 第３の流体チューブダクト、例えば、熱希釈剤チューブ通路、希釈剤チューブ通路
２２９ 流線型延長部分またはキャップ
２３０ 流量制御弁
２３１ サブダクト弁
２４０ マニホルド
２４２ 燃料流体マニホルド
２４４ 熱希釈剤マニホルド、希釈剤マニホルド
２４６ 多通路マニホルド
２４７ 中央マニホルドヘッダ
２４９ マニホルド壁
２５０ マニホルド接続穴
２５４ 二次マニホルドまたはサブマニホルド
２５５ チューブダクト結合複合体
２５６ 取付け凹み／リッジ
２５７ 中部間ダクト
２５８ 結束体層
２５９ 化合物二次マニホルド
２６０ 直接接触器噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６１ 下流増大「喇叭型」凹面噴出孔アレイまたは凹面穿孔チューブアレイ
２６２ 「喇叭型」円錐噴出孔アレイまたは「喇叭型」穿孔チューブアレイ
２６３ 下流減少「漏斗型」凸面噴出孔アレイまたは凹面穿孔チューブアレイ
２６４ 「漏斗型」円錐噴出孔アレイまたは円錐穿孔チューブアレイ
２６５ 楕円平面噴出孔アレイ、楕円、擬似楕円、または、円形穿孔チューブアレイ
２６６ 長方形もしくは台形平面噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６７ 環状平面噴出孔アレイまたは環状平面穿孔チューブアレイもしくは区間
２６８ 長方形テントもしくはピラミッド型噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２６９ 環状テント噴出孔アレイまたは環状テント穿孔チューブ区間もしくはアレイ
２７０ 楕円もしくは円筒形噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７１ カンもしくは「頂冠型」噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７２ カスプ配置噴出孔アレイまたは穿孔チューブアレイ
２７４ 噴出孔サブアレイまたは穿孔接触器チューブアレイもしくはアレイ区間
２７６ 加熱器チューブ
２７７ 内部加熱器チューブ壁
２７８ 外部加熱器チューブ壁
２７９ 加熱器チューブの列体または壁
２８０ 構造支持体
２９０ 微小旋回翼
２９１ チューブ外装「定間隔」「鞍型」板翼微小旋回翼
２９２ 「座位」鞍型板翼微小旋回翼
２９３ チューブ間「定間隔」「Ｔシャツ型」羽根微小旋回翼
２９４ 「座位」Ｔシャツ型微小旋回翼
２９６ 微小旋回翼リブ
２９７ 微小旋回翼板翼
２９８ 微小旋回翼羽根
２９９ 小型旋回翼
３００ 高電圧電源
３０２ 接地電極
３０４ 正電極
３０６ 負電極
３０８ 第１の電圧電極
３１０ 第２の電圧電極
３１２ 第３の電圧電極
３１４ 支持絶縁体
３１６ 高電圧フィードスルー
３２０ 燃焼器電極、分配器電極
３２２ 燃料流体アレイ電極
３２４ 希釈剤アレイ電極
３２６ グリッド電極
３２８ 冷却されたチューブ状電極
３３０ 軸に沿った電極
３３２ 周辺電極
３３４ ダクト中央電極
３４０ 伝導性液体隔離体
３４２ 接地済み供給ポンプ
３４３ 穿孔液体分配器
３４４ 隔離液滴塔
３４６ 希釈剤回収器、液体希釈剤、または、液滴回収器
３４８ 絶縁支持体
３５０ 上昇された電圧供給ポンプ
３６０ 第１の流体送出システムまたは燃料送出システム
３６１ 第３の流体送出システムまたは希釈剤送出システム
３７０ 圧力／流量調整器
３７２ 点火用火炎／火炎ホルダ燃料送出システム
３７３ 点火用火炎／火炎ホルダ熱希釈剤送出システム
３７４ 回転式作動器
３７６ 回転ポンプヘッド
３７７ ポンプロータ
３７８ 線形作動器
３７９ ソレノイド
３９０ 流体フィルタ、気体フィルタ、または、空気フィルタ
３９２ 噴霧式直接接触器フィルタ
３９４ 流量均一化器／修正器
４００ 酸化剤送出システムとも呼ばれる第２の流体送出システム
４０４ 分散接触器予備冷却器
４０６ 送風機
４０７ 圧縮器
４０８ 第１の／低圧圧縮器
４０９ 送風機／圧縮器吸入口／入口
４１０ 第１の相互冷却器
４１２ 第２の／中圧力圧縮器
４１４ 第２の相互冷却器
４１６ 第３／高圧圧縮器
４１７ 後段冷却器
４１８ 点火用／火炎ホルダ酸化剤送出システム
４２０ ディフューザ
４２１ ディフューザ羽根または分割器羽根
４２２ 混合領域または接続ダクト
４２４ 燃焼室
４２６ 平衡区画または遷移区画／片
４２９ ディフューザ羽根支持体
４４０ エキスパンダ（タービンまたはエンジン）
４４４ 低圧タービン
４４６ タービンステージ
４４８ タービン羽根（「ノズル」）
４５０ タービンブレード（「当て盤」）
４６６ ギヤ列
４６８ 可変速駆動装置
４７０ 熱交換器または熱回収システム
４８０ 濃縮器
４８４ 直接接触濃縮器
４８５ 冷却熱交換器、冷却ジャケット
５００ 発電機
５０２ 再圧縮器
５５０ 物理パラメータセンサまたはトランスデューサ
５５２ 圧力センサまたはトランスデューサ
５５４ 差分圧力センサまたはトランスデューサ
５５８ 温度センサまたはトランスデューサ
５６０ 第１の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、燃料流体流量センサ
５６２ 第２の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、酸化剤流体流量センサ
５６４ 第３の流体流量センサまたはトランスデューサ、例えば、熱希釈剤流体流量センサ
５７０ 組成センサまたはトランスデューサ
５７２ 酸素センサまたはトランスデューサ
５７４ ＮＯｘセンサまたはトランスデューサ
５７６ 一酸化炭素センサまたはトランスデューサ（ＣＯ）
５８０ 運動センサ／速度計
５８２ ポンプ位置センサもしくはトランスデューサ、または、速度計、あるいは、回転式エンコーダ
５８４ 圧縮器／送風機位置もしくは速度計、または、トランスデューサ
５８６ 流量調整器制御センサまたはトランスデューサ（例えば、位置／運動センサ）
５８８ 制御システム
５９０ 制御装置
５９２ 第１の流体制御装置、例えば、燃料流体制御装置
５９４ 第２の流体制御装置、例えば、酸化剤流体制御装置
５９６ 第３の流体制御装置、例えば、熱希釈剤流体制御装置
６００ モータ
６０２ ロータ
６０４ 強化巻包み体
６０６ ロータシャフト
６０８ 固定子
６１２ 空洞コアベアリング
９０１ 総称的に「燃料流体」と呼ばれる第１の流体
９０２ 一般に第１の流体または燃料流体
９０３ 総称的に点火用燃料と呼ばれる流体
９０４ 第２の流体または総称的に酸化剤流体
９０６ 点火用第２の流体または総称的に点火用酸化剤
９０７ 第３の流体または総称的に熱希釈剤、希釈剤流体、もしくは、冷却希釈剤
９０８ 点火用第３の流体または点火用希釈剤
９０９ 希釈済み燃料混合物
９１１ 反応可能混合物または総称的に可燃混合物
９１２ 反応中の流体
９２０ 高エネルギー流体
９２４ 膨張した流体または排気流体もしくは使用済み流体
９６０ 噴霧、噴流、および、液滴
９６２ 第１の流体の噴流、噴霧、微小噴流、または、微小噴霧
９６６ 第３の流体の噴流、噴霧、または、微小噴流
９７０ 領域
９７２ 燃料濃厚下位領域、希釈剤希薄下位領域
９７３ 燃料希薄下位領域、希釈剤濃厚下位領域
Claims (84)
- 反応生成物を形成するために、少なくとも、第１の反応物質を含む第１の流体と第２の反応物質を含む第２の流体とを反応させ、かつ、希釈剤流体を、前記第１の反応物質、前記第２の反応物質、および、両者の反応の生成物の１つまたは複数の部分と混合するための反応装置において、
前記反応装置は：
軸に沿った方向、ならびに、前記軸に沿った方向から相互に別個の第１および第２の横方向を有するダクトであって、前記第１および第２の横方向は軸に沿った位置を介して平面を規定し、前記平面の面積は前記軸に沿った位置において前記ダクトの断面積を規定する前記ダクトの内部表面内であるダクトと；
内部表面および外部表面を有する少なくとも１つの反応物質チューブ状部分を含む反応物質分配部分であって、前記内部表面は前記第１の流体に対する第１の流路を規定し、かつ、前記内部表面から前記外部表面に延長する複数の反応物質分配噴出孔を有し、前記複数の反応物質分配噴出孔はダクト断面積当たり局所的に平均化された空間密度の噴出孔である密度分布を有し、かつ、サイズの分布を有し、前記分布は前記横方向の少なくとも１つに関する反応物質分配部分と；
内部表面および外部表面を有する少なくとも１つの希釈剤チューブ状部分を含む希釈剤分配部分であって、前記内部表面は前記希釈剤に対する第１の希釈剤流路を規定し、かつ、複数の希釈剤噴出孔は前記希釈剤チューブ状部分の前記内部表面から前記外部表面に延長し、前記複数の希釈剤噴出孔は密度およびサイズの分布を有し、前記分布は前記横方向の少なくとも１つに関する希釈剤分配部分と；
前記第１の流体を前記反応物質分配部分に供給するための反応物質送出システムと；
前記第２の流体の少なくとも部分を前記ダクトに供給するための第２の流体送出システムであって、前記ダクトは前記第２の流体のために第２の流路を規定する第２の流体送出システムと；
希釈剤の少なくとも部分を前記希釈剤分配部分に供給するための希釈剤送出システムと；
前記反応装置への前記第１の流体、前記第２の流体、および、前記希釈剤流体の送出量を制御するための制御装置と；を含み、
前記希釈剤噴出孔の、および、前記反応物質噴出孔の前記横方向の少なくとも１つに関した前記密度およびサイズの分布は、前記反応物質の組成、温度、圧力、および、速度の少なくとも１つの分布が前記ダクトの軸に横の方向に沿って取られた反応装置出口の近くの前記ダクトの断面内の少なくとも１つの横方向において制御されるように構成されている反応装置。 - 多数の送出領域をさらに含み、少なくとも２つの近くの分配噴出孔の間隔、横方向における隣接したチューブ状分配部分への距離、および、軸に沿った下流方向において選択された同様の距離は少なくとも１つの噴出孔の周囲の前記送出領域を規定し、その噴出孔を介した流体の送出はその送出領域内で制御される請求項１に記載の反応装置。
- 第２の反応物質に対する第１の反応物質の比の分布は、前記ダクト内の多数の領域内の前記第２の反応物質の流量に対して前記第１の反応物質の送出量を制御することにより、前記ダクト軸に横の方向において制御される請求項２に記載の反応装置。
- 前記規定された送出領域は、各々が流体を前記送出領域内の１つまたは複数の送出下位領域内に送出する少なくとも１つの反応物質噴出孔および１つの希釈剤噴出孔を含む請求項２に記載の反応装置。
- 送出下位領域は、第１の反応物質に対する希釈剤のより小さな比を有する希釈剤希薄となるように制御された他の送出下位領域と比較して、第１の反応物質に対する希釈剤のより大きな比を持つ希釈剤濃厚となるようにさらに制御されている請求項４に記載の反応装置。
- 前記希釈剤希薄下位領域の少なくとも１つは可燃混合物を含む請求項５に記載の反応装置。
- 与えられた温度において第１の反応物質、第２の反応物質、および、希釈剤の消火組成物よりも少ない希釈剤を有する送出領域をさらに含み、前記消火組成物より多い希釈剤組成物は前記反応をその温度での自己持続速度より小さく消火する請求項１に記載の反応装置。
- 前記反応装置に送出される希釈剤の総量は、前記反応装置に送出される総第１の反応物質量および総第２の反応物質量を使用した予備混合された組成物に対する消火組成物を越える請求項１に記載の反応装置。
- 少なくとも２つの隣接した希釈剤流体分配噴出孔、および、隣接したチューブ状希釈剤分配部分への距離により規定された空間下位領域に送出される希釈剤の量は前記熱消火限界の上または下のいずれかである請求項８に記載の反応装置。
- 少なくとも１つの送出領域に送出された前記希釈剤は、その指定された領域に対して、前記第１および第２の反応物質に対する前記消火組成物の１００％未満かつ約６８％より多い請求項９に記載の反応装置。
- 前記チューブ状分配部分間の送出領域内の少なくとも１つの送出下位領域に送出された希釈剤は、その指定された下位領域に対して、前記第１および第２の反応物質に対する前記消火組成物の１００％未満かつ約６８％より多い請求項９に記載の反応装置。
- その領域内の消火組成物濃度未満の送出された希釈剤量を持つ前記反応可能送出下位領域には、前記消火組成物濃度を越える送出された希釈剤量を持つ非反応可能送出下位領域が点在されている請求項９に記載の反応装置。
- 前記反応可能送出下位領域は、前記消火組成物濃度未満の気化した希釈剤に加え、前記反応の開始後に気化する液体希釈剤を含む請求項１２に記載の反応装置。
- 前記希釈剤送出部分の少なくとも一部の少なくとも部分は前記反応装置内の前記第１の反応物質送出部分の上流に位置されている請求項１に記載の反応装置。
- 前記希釈剤の部分は前記第１と第２の反応物質間の急速な反応の開始の位置の前に気化される請求項１４に記載の反応装置。
- 前記希釈剤噴出孔分布は、前記希釈剤の全てが前記ダクト軸に横の方向における気化の軸に沿った距離の指定された分布に先立ち気化されるように構成されている請求項１に記載の反応装置。
- 希釈剤噴出孔サイズの分布、希釈剤密度、前記噴出孔にわたる差分送出圧力、および、チューブ状部分の隙間の１つまたは複数は、前記希釈剤の全てが前記指定された気化距離分布に先立ち気化されるように構成されている請求項１に記載の反応装置。
- 前記規定された第１の流体分布の標準偏差は前記ダクト断面積の８０％にわたる質量流量の１５％未満だけ変化する請求項１に記載の反応装置。
- 少なくとも１つのチューブ状部分をさらに含み、各チューブ状部分は前記反応流体または前記希釈剤流体のいずれかの液体または気体性流体に対する複数の流路を規定する１つの有効外部表面および複数の内部壁を有する請求項１に記載の反応装置。
- 希釈剤流体および反応物質流体は少なくとも２つ以上の通路を介して送出される請求項１に記載の反応装置。
- 前記第１の流体と前記第２の流体の間の反応に点火するように構成された点火器をさらに含む請求項１に記載の反応装置。
- 前記反応物質分配部分の前記少なくとも１つのチューブ状部分は、前記反応物質分配部分の少なくとも部分の温度制御を提供するために、前記希釈剤分配部分の少なくとも１つの希釈剤チューブ状部分に隣接して所在する請求項１に記載の反応装置。
- 少なくとも１つの希釈剤チューブ状部分の少なくとも部分は少なくとも１つの反応物質分配部分の少なくとも部分の近くに構成され、前記第１第２の流体の温度を制約し、かつ、不要な反応生成物が前記反応物質噴出孔を詰まらせることを低減する請求項２２に記載の反応装置。
- 前記希釈剤噴出孔の噴出孔の配向の横方向分布は、少なくとも１つの横方向における希釈剤送出量の分布を制御するように構成されている請求項１に記載の反応装置。
- 前記希釈剤噴出孔は内向きまたは外向きの向きを有する円錐角を有し、かつ、横方向の少なくとも１つにおけるこれらの円錐角の横方向分布は変化される請求項１に記載の反応装置。
- 前記反応装置内に少なくとも１つの熱交換システムをさらに含む請求項１に記載の反応装置。
- 熱交換壁は、前記壁の熱伝導特性を制御するために動作可能な絶縁層、穿孔輻射遮蔽、１つまたは複数の輻射遮蔽の１つまたは複数を、前記高エネルギー流体と前記熱交換壁の間の熱伝導を制御するように構成された絶縁層の熱抵抗、前記穿孔輻射遮蔽の穿孔の程度、および、輻射遮蔽の数の分布の１つまたは複数をさらに含む請求項１に記載の反応装置。
- 前記反応装置システムは、前記流体ダクト内の第１の流体と第２の流体の反応可能混合物の形成の下流で希釈剤チューブ状部分の１つまたは複数間に狭い通路をさらに含み、前記狭い通路は火炎が狭い通路の上流に伝播することを制約するために動作可動であるようにサイズ決定されている請求項１に記載の反応装置。
- 前記ダクトは前記反応物質分配部分の上流に少なくとも部分的に定置されたディフューザをさらに含み、前記第２の流体の速度を低減する請求項１に記載の反応装置。
- 前記ディフューザは、中の第２の流体流の速度に影響を及ぼす複数のディフューザ通路を形成するように構成された複数の流量分割器羽根を含む請求項２９に記載の反応装置。
- 前記複数のディフューザ通路は前記ディフューザの下流の横方向の少なくとも１つにおける前記第２の流体の軸に沿った質量流量の所望の横方向分布を達成するように構成されている請求項２９に記載の反応装置。
- 前記所望の横方向第２の流体分布は均一である請求項２９に記載の反応装置。
- 前記所望の横方向第２の流体分布は、前記ダクトの中央に比較して、前記ディフューザの下流の前記ダクトの壁の近くでより高い請求項２９に記載の反応装置。
- 前記複数のディフューザ通路を構成することは前記ダクト内の軸に沿った質量流量の横方向分布を達成するように構成されており、前記軸に沿った質量流量の標準偏差は、前記ディフューザの下流および反応の開始の上流のダクト断面において評価された、前記軸に沿った質量流量の規定された横方向分布の１５％未満である請求項２９に記載の反応装置。
- 前記複数のディフューザ通路の各々は取入れ口面積および取出し口面積を規定し、前記ディフューザ通路の各々の前記取入れ口面積に対する前記取出し口面積の比は前記ディフューザの下流で横方向の少なくとも１つにおける前記第２の流体の軸に沿った質量流量の所望の横方向分布に到達するように構成されている請求項２９に記載の反応装置。
- 前記複数のディフューザ通路の各々は約４と１４度の間である隣接したディフューザ通路壁間の先端角を規定する請求項２９に記載の反応装置。
- 少なくとも１つの希釈剤チューブ状部分の少なくとも部分は前記ディフューザ通路を形成する前記流体分割器羽根の下流側エッジに実質的に垂直に、かつ、近くに定置されている請求項２９に記載の反応装置。
- 前記少なくとも１つの希釈剤チューブ状部分の少なくとも部分は前記ディフューザ通路を形成する前記流体分割器羽根の下流側エッジに実質的に平行に、かつ、近くに定置されている請求項２９に記載の反応装置。
- 前記希釈剤送出システムの少なくとも部分は前記ディフューザの出口の下流、かつ、前記燃料送出システムの少なくとも部分の上流に所在する請求項２９に記載の反応装置。
- 生成物流体を形成するために、第１の反応物質を第２の反応物質と反応させ、かつ、希釈剤流体を前記第１および第２の反応物質ならびに反応生成物の少なくとも１つと混合する方法において、
前記方法は：
反応装置を設けるステップであって、前記反応装置は軸に沿った方向、ならびに、前記軸に沿った方向から相互に別個の第１および第２の横方向を有し、前記第１および第２の横方向は軸に沿った位置を介して平面を規定し、前記平面の面積は前記軸に沿った位置において前記反応の断面積を規定する前記反応の内部表面内に制約されるステップと；
前記第１の反応物質を含む第１の反応物質流体を前記反応装置に送出するための第１の反応物質送出システムを設けるステップと；
前記第２の反応物質を含む第２の反応物質流体を前記反応装置に送出するための第２の反応物質送出システムを設けるステップと；
前記希釈剤流体を前記反応装置に送出するための希釈剤送出システムを設けるステップと；
前記横方向の少なくとも１つにおいて、前記反応装置内への前記第２の反応物質流体の空間送出量を制御するステップと；
前記横方向の少なくとも１つにおいて、前記反応装置内への前記希釈剤流体の空間送出量を制御するステップと；を含み、
前記横方向の少なくとも１つにおいて、前記第２の反応物質流体および前記希釈剤の少なくとも１つの空間分布を制御するステップは、前記反応装置の断面において取られた前記反応装置の出口の近くの少なくとも１つの横方向において前記反応生成物の組成、温度、圧力、および、速度の少なくとも１つを制御する方法。 - 前記希釈剤流体は流体の水を含む請求項４０に記載の方法。
- 前記希釈剤送出システムを介して送出された希釈剤の量を制御することにより前記反応装置の平均取出し口温度を制御するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記反応装置内で反応中流体を音響的に励起するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記流体を少なくとも１０Ｈｚに励起するステップをさらに含む請求項４３に記載の方法。
- 前記反応装置内への前記第２の流体の空間送出量を前記反応装置内での流体圧力発振の低減に変調するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 圧力発振の低減するために前記反応装置内への前記希釈剤の空間送出量を変調するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記反応を電気的に励起するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 火炎領域を発生し、かつ、前記火炎領域を少なくとも２ｋＨｚに励起するステップをさらに含む請求項４７に記載の方法。
- 前記反応装置内にディフューザを設け、かつ、前記希釈剤の部分を前記ディフューザ出口の近くに蒸気として送出するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記反応装置内にディフューザを設け、かつ、前記希釈剤の部分を前記ディフューザ出口の近くに液体として送出するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記希釈剤送出システムにより送出された前記液体希釈剤の少なくとも部分は、前記反応装置に進入する際に未気化のまま留まる請求項４０に記載の方法。
- 液体および蒸気の希釈剤を前記反応装置に送出ステップをさらに含み、前記液体希釈剤は前記蒸気希釈剤送出量の下流で前記反応装置に送出される請求項４０に記載の方法。
- 前記第２の反応物質送出システムおよび前記第２の反応物質送出システムは点在された可燃領域および不燃領域を形成するように構成され、かつ、前記可燃領域および前記不燃領域を横断する可燃流体の横方向領域を設けるステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記第１の反応物質は酸素含有流体を含み、前記第２の反応物質は可燃燃料を含み、かつ、前記希釈剤は揮発性液体を含む請求項４０に記載の方法。
- 前記第１の反応物質を前記第２の反応物質と前記燃焼室内で燃焼させるステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記希釈剤は火炎面の下流に送出される請求項４０に記載の方法。
- 少なくとも第１の横方向に沿った希釈剤送出システムの希釈剤から離れて前記希釈剤の軸に沿った速度分布を制御することにより前記希釈剤の気化を制御するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記横方向の少なくとも１つに関して前記反応装置内の前記希釈剤の気化を制御するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記第２の反応物質送出システムまたは前記希釈剤送出システムに高電圧電源を設け、かつ、前記反応装置内に高電圧電場を発生させるステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記高電圧電場を制御するステップをさらに含む請求項５９に記載の方法。
- 前記反応装置に冷媒通路を設け、かつ、前記反応装置にその後に送出される希釈剤で前記反応装置の一部の少なくとも部分を冷却するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記燃焼器に送出されている気化された希釈剤の流量とは独立に総希釈剤エンタルピ変化を制御することにより前記燃焼器を出る高エネルギー流体の温度を制御するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 流体送出システムにおいて：
ポンプサイクル当たりに流れ送出分布を持つ流体を送出するために往復または回転の形で運動する少なくとも１つのポンプ部材を含み、かつ、複数の流体送出サイクルを介して移動して動作可能なポンプと；
前記往復または回転の運動を生成するために前記少なくとも１つのポンプ部材に動作可能に結合されたモータと；
前記少なくとも１つのポンプ部材の前記往復または回転の運動を制御するために前記モータに動作可能に接続された制御装置であって、前記ポンプにより送出される前記流れの流れ送出量分布を制御するために単一のポンプサイクル中に前記少なくとも１つのポンプ部材の前記往復または回転の運動を作動するためのモータの力またはトルクの時間分布を変化させるように構成され、正弦波状のモータ作動に対して流れ送出量の変動を低減するように動作可能である制御装置と；を含む流体送出システム。 - モータのサイクル当たり少なくとも１つの位置参照を提供することが可能な少なくとも１つの位置参照センサと、前記モータ部材の加速度、速度、および、位置の１つまたは複数を決定することが可能な少なくとも１つの運動センサと、前記流体送出サイクル中に前記少なくとも１つのポンプ部材の前記往復または回転の運動のモータ作動を変化させるために前記センサを利用するフィードバックルーチンを含む前記制御装置と、をさらに含む請求項６３に記載の流体送出システム。
- 前記運動センサはポンプサイクル当たり少なくとも１，０００個の測定値を供給するように動作可能である請求項６４に記載の流体送出システム。
- 前記制御装置は前記モータのトルクを毎秒少なくとも１，０００回変化させるように動作可能である請求項６４に記載の流体送出システム。
- 使用されているモータ位置センサは少なくとも０．０５％の分解能でポンプサイクル当たり少なくとも２，０００個の測定値を供給するように動作可能であり、前記制御装置は毎秒少なくとも２，０００回の閉鎖ループ帯域で前記モータのトルクを変化させるように動作可能である請求項６４に記載の流体送出システム。
- モータの回転子は少なくとも１０，０００往復秒２の慣性に対するトルクの比を有する請求項６３に記載の流体送出システム。
- モータの回転子および固定子は気化された冷媒を使用して冷却され、前記モータの回転子は３０，０００往復秒２の慣性に対するトルクの比を有する請求項６３に記載の流体送出システム。
- 前記ポンプは反応物質および希釈剤流体を含む反応物質液の少なくとも１つを送出するように動作可能である請求項６３に記載の流体送出システム。
- 前記ポンプは、反応物質を含む反応物質液を送出するように動作可能な第１ポンプ部材と、希釈剤液を送出するように動作可能な第２のポンプ部材と、を含む請求項６３に記載の流体送出システム。
- 前記ポンプは、第１のモータセンサを備えた第１のモータ回転子により作動される第１のポンプ部材と、第２のモータセンサを備えた第２のモータ回転子により作動される第２のポンプ部材と、を含み、前記制御装置は前記モータの回転子を独立に制御するように動作可能である請求項７１に記載の流体送出システム。
- 前記ポンプは流体を周囲の空間内に送出する多数の噴出孔を含む細長い流体分配部材に結合されている請求項７０に記載の流体送出システム。
- 前記細長い流体分配部材は横方向の次元を有する空間アレイに構成されており、ポンプは分配アレイの中心の横方向寸法の距離内に配置される請求項７３に記載の流体送出システム。
- 反応生成物を形成するために希釈剤により希釈された少なくとも２つの反応物質を反応させるための反応装置を設計する方法において、
前記反応装置は：
軸に沿った方向、ならびに、前記軸に沿った方向から相互に別個の第１および第２の横方向を有するダクトであって、前記第１および第２の横方向は軸に沿った位置を介して平面を規定し、前記平面の面積は前記軸に沿った位置において前記ダクトの断面積を規定する前記ダクトの内部表面内に制約されているダクトと；
外部表面および内部表面を有する少なくとも１つのチューブ状部分を含む第１の反応物質分配部分であって、前記内部表面は前記第１の流体に対する第１の流路を規定し、複数の第１の流体分配噴出孔は前記内部表面から前記外部表面に延長し、前記複数の第１の流体分配噴出孔は前記横方向の少なくとも１つに関する空間密度分布およびサイズ分布を有する第１の反応物質分配部分と；
外部表面および内部表面を有する少なくとも１つの希釈剤チューブ状部分を含む希釈剤分配部分であって、前記内部表面は前記希釈剤に対する第１の希釈剤流路を規定し、複数の希釈剤噴出孔は前記希釈剤チューブ状部分の前記内部表面から前記外部表面に延長し、かつ、前記複数の希釈剤噴出孔は前記横方向の少なくとも１つに関する空間密度分布およびサイズ分布を有する希釈剤分配部分と；を含み、
前記方法は：
第１の反応物質を含む第１の反応物質流体、第２の反応物質を含む第２の反応物質流体、および、希釈剤流体に対する所望の送出質量流量、流体取入れ口パラメータ、ならびに、前記反応装置を出る反応生成物流体の所望の出力圧力および温度を決定するステップと；
前記第１の反応物質分配部分を構成するステップと；
前記第２の流体に対する第２の流路を規定する前記ダクトを構成するステップと；
前記横方向の少なくとも１つに関する前記第２の流体の軸に沿った速度の横方向分布を決定するステップと；
前記希釈剤分配部分を構成するステップと；
前記横方向の少なくとも１つに関する前記第１の反応物質噴出孔の空間密度分布およびサイズ分布を構成するステップと；
前記横方向の少なくとも１つに関する前記希釈剤噴出孔の空間密度分布およびサイズ分布を構成するステップと；を含み、
前記横方向の少なくとも１つに関する第１の反応物質濃度に対する第２の反応物質濃度の組成比、および、前記生成物流体の温度の少なくとも１つの、前記横方向の少なくとも１つにおける所望の横方向分布を達成する方法。 - 生成物流体を形成するために、第１の反応物質を第２の反応物質と反応させ、かつ、希釈剤流体を前記第１および第２の反応物質ならびに反応生成物の少なくとも１つと混合する方法において、
前記方法は：
反応装置を設けるステップであって、前記反応装置は軸に沿った方向、ならびに、前記軸に沿った方向から相互に別個の第１および第２の横方向を有し、前記第１および第２の横方向は軸に沿った位置を介して平面を規定し、前記平面の面積は前記軸に沿った位置において前記反応装置の断面積を規定する前記反応の内部表面内に制約されているステップと；
前記第１の反応物質を含む第１の反応物質流体を前記反応装置に供給するための第１の反応物質送出システムを設けるステップと；
前記第２の反応物質を含む第２の反応物質流体を前記反応装置に供給するための第２の反応物質送出システムを設けるステップであって、前記第２の反応物質送出システムは複数の通路を含むディフューザを含むステップと；
前記希釈剤流体を前記反応装置に送出するための希釈剤送出システムを設けるステップと；
前記横方向の少なくとも１つにおいて前記反応装置内への前記第１の反応物質流体の空間送出量を制御するステップと；
前記横方向の少なくとも１つにおいて前記反応装置内への前記希釈剤流体の空間送出量を制御するステップと；を含み、
前記横方向の少なくとも１つにおいて前記第２の反応物質流体および前記希釈剤の少なくとも１つの空間分布を制御し、前記反応装置の断面において取られた前記反応装置の出口の近くの少なくとも１つの横方向において前記反応生成物の組成、温度、圧力、および、速度の少なくとも１つを制御する方法。 - ２つの反応物質流体間の反応により形成された反応流体の組成を正確に制御する方法において、
前記方法は：
反応装置内のダクト内に定置された反応物質分散接触器を介して前記反応装置に第１の液体反応物質を送出するステップと；
多数の流路を介して前記ダクト内に第２の流体共反応物質を送出するステップであって、前記ダクトは軸に沿った方向、ならびに、前記軸に沿った方向から相互に別個の第１および第２の横方向を有し、前記第１および第２の横方向は軸に沿った位置を介して平面を規定し、前記平面の面積は前記軸に沿った位置において前記反応の断面積を規定する前記反応の内部表面内に制約されているダクトであるステップと；
前記横方向の少なくとも１つにおいて前記反応装置内への前記第１の液体反応物質の空間送出量を制御するように反応物質分散接触器を構成するステップと；
前記反応物質および前記共反応物質の１つの残存成分濃度を測定するステップと；を含み、
測定された前記残存成分濃度は前記反応の上流で反応装置内の前記反応物質または共反応物質の濃度の１５％未満であり、
前記残存成分濃度を測定するセンサは総送出量の＋／−０．５％未満の不確実性で前記残存成分濃度を測定するように動作可能であり、
総流量の＋／−１％未満の不確実性で前記第１の反応物質の質量流量を測定するステップと、
前記残存成分濃度を測定するために十分な前記反応装置取出し口にわたる多数の位置において前記反応生成物をサンプリングするステップであって、第１の反応物質に対する第２の反応物質の比において約＋／−１％の不確実性を達成するステップと、を含む方法。 - 超えると圧力が前記第２の反応物質送出システム内でサージを引き起こす指定された圧縮器サージ境界内に前記反応装置内の圧力を制御するように、希釈剤流体および第１の反応物質流体の前記反応装置への送出量を制御するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
- 前記指定された圧縮器サージ境界内に前記反応装置内の圧力を制御するように、かつ、前記生成物流体の温度を制御するように希釈剤流体および第１の反応物質流体の送出量を制御するステップをさらに含む請求項７８に記載の方法。
- 前記反応装置への希釈剤流体および第１の反応物質流体の送出量の空間分布を制御するステップをさらに含み、前記横方向の少なくとも１つにおいて前記反応装置内の圧力の分布を前記指定された圧縮器サージ境界内に制御し、かつ、前記横方向の少なくとも１つにおいて前記生成物流体の温度の分布を制御する請求項７８に記載の方法。
- 加圧反応装置を制御する方法において、
前記方法は：
反応装置を設けるステップであって、前記反応装置は軸に沿った方向、ならびに、前記軸に沿った方向から相互に別個の第１および第２の横方向を有し、前記第１および第２の横方向は軸に沿った位置を介して平面を規定し、前記平面の面積は前記軸に沿った位置において前記反応の断面積を規定する前記反応の内部表面内に制約されているステップと；
第１の反応物質を含む第１の反応物質流体を前記反応装置に送出するための第１の反応物質送出システムを設けるステップと；
第２の反応物質を含む第２の反応物質流体を前記反応装置に送出するための第２の反応物質送出システムを設けるステップと；
気化された希釈剤を含む希釈剤流体を前記反応装置に送出するための希釈剤送出システムを設けるステップと；
第１の反応物質を第２の反応物質と反応させ、それにより反応生成物を形成するステップと；
前記第１および第２の反応物質ならびに反応生成物の少なくとも１つと希釈剤流体を混合させ、それにより、反応生成物および希釈剤を含む生成物流体を形成するステップと；
超えると圧力が前記第２の反応物質送出システム内でサージを引き起こす指定された圧縮器サージ境界内に前記反応装置内の圧力を制御するように、希釈剤流体および第１の反応物質流体の前記反応装置への送出量を制御するステップと；を含む加圧反応装置を制御する方法。 - 前記生成物流体の温度を制御するステップをさらに含む請求項８１に記載の方法。
- 前記横方向の少なくとも１つにおいて前記反応装置内への前記第２の反応物質流体の空間送出量を制御するステップと、前記横方向の少なくとも１つにおいて前記反応装置内への前記希釈剤流体の空間送出量を制御するステップをさらに含み、前記横方向の少なくとも１つにおいて前記第２の反応物質流体および前記希釈剤の少なくとも１つの空間分布を制御するステップは前記反応装置の断面において取られた前記反応装置の出口の近くの少なくとも１つの横方向において前記反応生成物の組成、温度、圧力、および、速度の少なくとも１つを制御する請求項８１に記載の方法。
- 希釈剤流体および第１の反応物質流体の前記反応装置への送出量の空間分布を制御するステップをさらに含み、前記横方法の少なくとも１つにおいて前記反応装置内の圧力の空間分布を前記指定された圧縮器サージ境界内に制御し、かつ、前記横方法の少なくとも１つにおいて前記生成物流体の温度の空間分布を制御し、前記空間分布は前記横方向の少なくとも１つにおいて取られている請求項８３に記載の方法。
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