[0001] 本发明涉及新颖的换热设备，该换热设备用于提供歧管中充足的热量，以通过外部内燃蒸汽机进行发电，该歧管包含加热盘管中的工作流体。此类新颖的换热器包括盘管，所述盘管环绕中心加热室，从而使所述盘管暴露至逐渐提升的温度，使得工作流体首先被蒸发，并且然后在换热器的通向发动机部分的出口点处最终过热成“干燥”蒸汽。以此方式，加热工作流体的更大的效率得以实现，同时所有流体在压力下转变成气体，以实现所需的发动机(无论是涡轮式的或者活塞式的)等、用于产生能量的运动或者可以认为是合适的其它用途。而且，该换热设备的构造减少了在盘管本身上产生灰烬或其它炭黑残留的倾向，从而允许显著减少外部盘管表面上的装配的绝热体，并且允许采用相对容易的手段按需要从换热设备的内部清理所述残留。通过此类新颖设备，实现非常有效且高效地加热所需的工作流体，同时通过最大程度暴露工作盘管中的过热气体而高比例地利用燃烧资源(诸如废油、再循环气体、合成气体等)。一旦利用处于蒸汽状态的该工作流体，则该总体系统允许工作流体进行再循环(冷凝)以重复加热或者将特定量的工作流体递送到内燃机作为可行的润滑剂和冷却剂。由此，附加地，该新颖的换热设备可以与任何类型的蒸汽或其它形式的内燃机结合使用。

[0002] 该新颖的换热器因此允许用于燃烧任意类型燃料的一体式发电机，该燃料可以被焚烧以产生充足的热量来用于蒸汽型发动机的工作流体。此类新颖设备允许为此目的而进行更高效率地蒸发工作流体和/或使气体过热，由此将更高的效率传送到具有干燥蒸汽和/或气体的发动机部件。而且，冷凝此类获得的干燥蒸汽(或类似物)的能力也有助于该整体封闭的系统的总体性能。另外，利用该新颖换热设备的、这种类型的内燃机提供了合适的环境以有效地消除在所产生的废气中获得的可感知水平的氮和/或硫的氧化物的可能性。

[0003] 所涉及的燃烧的燃料可以是任意类型的材料，该材料在燃烧时能够产生必要的放热效果，从而可产生足够的温度以在该设备本身中从工作流体源生成蒸汽。此类燃料可以是来自车辆或装备的废油或用过的油、来自饭馆的废植物油或食用油、柴油、汽油、合成气体、天然气、甲烷和类似物。由此，紧凑的高千瓦发电设备可以设置有此类换热装置并且因此包含在本发明中，并且还涉及一种利用此类发电机以从紧凑源提供电力到电网和/或电灯、装备和类似物的方法。由此，该换热器实际上与用于此类目的的任意类型的内燃机设备结合使用，以允许以各种方式递送和/或产生电荷，而不论该发电系统的总体大小和构造。

[0004] 多年来已经开发了多种不同的发电机。许多发电机依赖于燃烧化石燃料(具体地，汽油和柴油)，以产生热量，该热量最终转化成机械能(通过诸如内燃机和斯特林发动机等各种发动机类型)。然而，此类燃烧化石燃料的发电机(以及燃烧废油的类型)会产生氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)的排放问题，因此需要引起注意并且需要可能的额外的过滤器技术以保护使用者和环境免于受此类有毒排放物(具体是由于需要高温来焚烧液体燃料，在存在空气的情况下，液体燃料会产生此类不期望的副产物)危害。而且，由于为此目的需要进行燃料精练，所以用于此类装置作用所需要的特定燃料类型通常受限且是昂贵的。虽然对于短期目的(例如，断电时)而言，由此类装置获得的千瓦发电量是可接受的，但是，遗憾地，对于将电力提供到电网或者用于较长时期供电而言，此类装置是高度不理想的。

[0005] 同样地，其它现有发电机依赖于内燃机，这些内燃机呈现体积庞大和/或极重的构造，并且需要用于特定位置。虽然此类构造是有效的，但是这些内燃机事实上相当精密，并且/或者对于此类目的是效率很低的，而且使用了高度精练且昂贵的燃料来工作。遗憾地，为了在发电时使这些内燃机工作而产生了众多问题，使得所需要的燃料在活塞缸中以爆炸方式点燃，此立刻将目标燃料燃烧到产生高温的点，但是这个过程太快而不能合适地且完全地焚烧燃料本身，因此导致不期望地产生NOx和SO2排放物。换句话说，用于在该规模和输出的此类发电装置的现有设计在它们的燃料类型方面是受限的(更不必说燃烧和排放收集的适当平衡)，从而使得对于用户来说提供成本效益好的发电机是值得的。而且，如上所述，持续安全的问题以及燃料燃烧排放问题使此类现有装置在任何所需位置处进行实际长期使用的可用性具有严重问题，特别是没有增加对排放控制部件的开支时更是如此。

[0006] 在一个单独的考虑中，在均授予Schoell的美国专利第7,080,512号、第7,856,122号以及第7,992,386号(作为实例)中存在有特别有效的热再生蒸汽机，这些蒸汽机具体构造成纳入并且引入一系统中，在该系统中，水蒸发源是来自生产过程中的废热。
此类系统因此捕获通常不能使用的热量，并且将此类源与变成蒸汽(或者类似于蒸气)的工作流体结合，以藉由改型的多活塞发动机来发电。将此类特定的有效蒸汽机与任何其他类型热源的结合的可能性未作讨论，并且也没有提供可能将此类装置与任何类型的热源一起使用所需要的必要部件，所述任何类型的热源除了指定作为大型反应器的排气类型的热源之外。由此，虽然此类特定热再生发动机与某些废热源结合是高效的，但是还没有研究使用任何其它类型的热源的可能性，更不必说将单独发动机直接纳入此类热再生类型的设备，特别地对于小型设备，无论在千瓦发电上总体最终结果如何，均是如此。

[0007] 由此，明确地需要提供一种成本效益好、有效的、环境友好的使用低面积发电机组技术的发电机。遗憾地，至今上述现有设备的缺陷在发电机行业中可购买到的发电机类型内仍旧在一定程度上留有大的遗漏。本发明克服了上述问题，并且在较窄的范围内提供了一种设备，该设备实现所有这些目标并且具有能力来产生高千瓦的电量用以直接引入电网和/或电灯、装备和类似物。

[0008] 另外，目前在用于实施蒸汽机或内燃机的换热器行业中缺乏明显的改进。过去的开发已包括标准盘管结构，该标准盘管结构经受热源并且对于蒸汽机至少将工作流体转换成蒸气并且因此将蒸气传送到发动机以用于机械运动的目的。遗憾地是，专注于发动机的改进尚未产生对于过去的典型换热器的任何显著修改。虽然该类型的大多数设备是封闭系统(以至少减少热量损失)，但是用于此类过程的典型构造允许直接热暴露于目标盘管而在温度上没有任何明显变化。一种系统不仅弥补可能存在于允许立即加热而非逐渐加热的盘管设备中的问题，而且考虑到了由于来自燃料和气体燃烧的烟灰或其它碳的副产物所造成的盘管隔热的可能性，该系统至少会对内燃机行业是非常具有吸引力的。然而，至今且如上所述，还尚未提供此类改进。

[0009] 本发明的显著优势是提供一种发电机组设备，该发电机组设备产生至少6.0(优选地为至少6.5，并且更优选地为至少8.5)千瓦每工作小时的电力，并且具有至多13.5平方英尺区域的占地面积。该创造性设备和方法的另一优势是使用废油、合成气、天然气、丙烷、甲烷、柴油、汽油和类似物，它们直接连接到热再生发动机并且作为用于热再生发动机的热源而存在，以如上所述产生最低的动力水平。本发明的另一优势是该总体系统能够使用工作流体作为蒸汽资源和发动机润滑油，所有的工作流体都在再生系统中，该再生系统不需要引入任何其它的工作流体。另外，本发明的另一优势是能够安全地使用穿过冷凝系统的空气以提供某个敞开的或限定的空间中的热源，由此产生CHP(热电联供)设备。本发明的又一优势是能够通过换热器提供一种合适的热源，该换热器有效地将加热盘管暴露于不同的温度水平，由此符合存在于其中的工作流体从液态到气态的逐渐改变，并且将加热盘管暴露于足够高的温度中以确保所附连的发动机设备中的有效能量和较高能量。而且，另一优势是能够限制在与工作流体盘管有限的接触区域上由燃烧火焰产生的灰烬和其它碳副产物，由此允许在不必从盘管表面移除隔热副产物的情形下进行更长时间的燃烧并且由此允许更长时间的能量输出。另外，本发明的显著优势是提供了相对小的管直径，所述管直径允许加热盘管在换热设备中更大数量的匝数，由此进一步允许更大量的表面面积，以用于更有效地加热工作流体。本发明的再一优势是换热器能够将逐渐增加的温度水平提供到小直径加热盘管，以提供有效的蒸发,接着进行过热，从而当工作流体输送到发动机时适当地提供总体为气态的所需工作流体以将能量转化成运动。

[0010] 因此，本发明包含一种一体发电机，该发电机需要至多4.6平方英尺区域的总占地面积，其中，所述发电机包括框架，三个独立主要部件附连到该框架并且是以堆叠关系或并排关系构造的(如该位置可以保证的)，所述部件包括：a)热发生器部件，包括：i)燃烧室，其用于燃烧或焚烧挥发性燃料，燃烧或焚烧挥发性燃料产生的温度足以在工作流体暴露于该温度时将工作流体蒸发成蒸汽；ii)点火装置，用以在所述燃烧室内产生火花；iii)空气压缩机(设置在该系统的内部或近侧)，用于将所述燃烧室内的液体燃料雾化；iv)换热器，包括至少一个小直径盘管，工作流体存在于所述盘管中，并且当所述盘管暴露于由所述发热器部件所产生的热量时，所述工作流体蒸发以在所述盘管中变成蒸汽；b)蒸汽机，包括i)多个径向构造的活塞，存在于基本相同的平面中，来自所述换热器的所述蒸汽穿过所述活塞以由此产生活塞运动；ii)使驱动轴旋转；iii)冷凝器，包括冷却区域，在穿过所述活塞后，所述蒸汽穿过所述冷却区域；v)散热器，包括散热器风扇以将所述蒸汽冷凝成工作流体冷凝物，或者包括带有用于冷却冷却水的装置(例如，空气处理器)的水-水板式换热器；vi)储器，用于采集所述冷凝物；vii)一个泵，用于将所述冷凝物的至少一部分递送到所述换热器，以用于在其中进行再循环并且引回到所述活塞；和viii)另一泵，用于将所述冷凝物的至少一部分递送到所述活塞，以用于其润滑；以及c)发电机部件，所述驱动轴的运动为该发电机部件产生电荷；其中所述热发生器直接连接到所述换热器，以将足够高的温度提供到所述至少一个盘管。附连到此类发电机的可以是任何数量的典型的电气系统部件以允许输送到特定设备零件或者电力网。通过此类热再生系统产生电荷的方法也包含在此发明中。然而，本发明也包含其本身的新颖换热设备，该换热设备包括壳体，该壳体具有顶板、底板、两个侧板、前板和后板，其中，所述壳体包括位于其中的由耐热管形成的加热歧管，其中所述耐热管以垂直于所述前板的关系构造，并且从所述前板延伸，使得所述管包括位于所述壳体中的开口；其中，所述壳体包括分隔管，所述分隔管构造成相对于所述后板成垂直关系，并且从所述后板延伸，使得所述管包括位于所述壳体中的开口，并且在所述分隔管中设置有所述耐热管；其中，所述壳体包括能量保留盘，所述能量保留盘沿所述后板的内壁设置，并且因此基本垂直于所述分隔管；其中，所述壳体包括环绕所述分隔管的至少一个盘管；并且其中，所述壳体还包括位于所述后板中的至少两个排气端口，并且所述排气端口的一个设置在所述分隔管和所述顶板之间，而另一个设置在所述分隔管和所述底板之间；其中，所述盘管设置成从位于所述歧管的后端处的入口点运送工作流体进入到所述歧管中到达邻近于位于所述内缸边缘和所述歧管的前边缘之间所述开口的位置处的出口点；并且其中，存在于所述歧管中的盘管的圈数的平均数量在25至45的范围内。另外，也考虑，此类新颖换热器设备与任何类型的工作流体结合用于蒸汽类型的发动机(即，蒸汽机)以及包括此类组合的发电方法。

[0011] 由此，在本文所描述的一个可能实施例中，一体的发电机仅需要连续引入燃料源以产生电荷；对于用于作用的装置，不需要进一步引入工作流体。如上所述，各部件的堆叠构造允许便于液体冷凝并且从热发生器部件进行合适的排热。此类构造由此允许高效的发电机，该发电机具有非常小的占地面积，并且允许连续地引入任何类型的挥发性燃料源。该特定系统允许使用废油(作为一个实例)，由此提供了可减少将此类不期望的材料排放到环境中的可能性的手段。然而，如上所述，该装置可以使用用于此类目的的液体形式或气体形式的任何类型的挥发性材料。如果废油(或者类似的液体源)用于此类目的，则该燃烧室包括进一步的精炼以确保该材料的合适焚烧，即，雾化器附连到进给泵和压缩器，以确保废油或类似液体分成存在于点火部件中的微滴。如果废油或液体以液体形式(即，高度粘性)存在，则即使没有不合适之物存在，合适地点燃此燃烧源的可能性也会极其受限。由此，对于将废油或液体减少到充分小的微滴的必要性允许完成废油的点燃或其充分利用，以用于再次高效地且完全地利用此类燃料源。管线内的加热器也可以存在，以合适地将废油加热到有助于雾化和点燃过程的温度。另外，在某些情况下，由于归因于雾化步骤的任何压力累积或者可能的障碍物可能在馈送线中产生阻挡)，所以将此类液体燃料源连续地传送到热发生器证明是困难的。为了弥补此类可能的问题，该装置可以包括溢流保护部件(虹吸贮器)，其中，馈送线通向贮器，传送线从贮器通向热发生器；然而，此类贮器设定在更大的贮器中，该更大的贮器从其中捕获任何的溢流，并且附连到返回馈送线，以到达废油或液体源，从而确保该燃料最终用于其意图的目的。可替换地，该总体设备可以包括用于液体燃料源的直接馈送线，该直接馈送线在溢流或压力堆积问题的情形下带有切断开关。当然，如上所述，如果使用气体燃料源，该雾化器会是不必要的，也不需要所述类型的任何溢流保护。用于气体管线的直接馈送线也可以在此类情形下与切断开关一起使用。废油燃料会直接泵送到用于消除虹吸贮器的雾化器中。

[0012] 更详细地，对于此类可能的实施例，如上所述的蒸汽机部件包括与位于热发生机部件中产生的热量接触并且因此暴露于此热量的热蒸汽管线，所述蒸汽管线具有暴露的表面区域，该暴露的表面区域允许热传递以改变在所述蒸汽管线中的工作流体的相，即，从液体到蒸汽。然后，所获得的蒸汽递送到位于该发动机中的注射阀(用于穿过活塞)以及排气阀通路，以将排出的蒸汽从至少一个活塞(缸)递送到冷凝器。此时，排出的蒸汽相变为所述冷凝系统中的液体，然后收集在储器(贮器)中。随后，所收集的冷凝工作流体返回到蒸汽管线或者直接传送到发动机作为润滑剂。

[0013] 用于此类可替换实施例的发动机本身是驱动组件，该驱动组件包括在单个水平面中构造的多个缸，其中相关数量的活塞可移动地保持在每个相关的缸中并且包括构造成且设置成用于在每个缸中的密封往复运动的活塞头；曲柄轴或驱动轴；曲柄凸轮，其固定到所述曲柄轴，并且能够与所述曲柄轴一起旋转；连接杆，其枢转地连接在所述活塞和所述曲柄凸轮之间；和注射阀，其在关闭位置和打开位置之间工作以将蒸汽的加压负荷释放到所述缸的顶部中。因此，此类发动机与上述蒸汽管线连接以允许加压蒸汽注入以使得产生足够动能以产生存在于其发动机部件本身下方的附连发电机中的旋转运动的方式驱动其中的活塞。此类电动机是典型的发电机，作为一个实例，该发电机允许金属盘管附近的磁铁旋转以产生并捕获电子。

[0014] 由此，此类可能优选的总体设备不浪费任何的产生适当热量水平以蒸发工作流体(诸如去离子水变成蒸汽；也可以使用诸如甲苯的其他工作流体，以使该工作流体进行相同的高压蒸发)所需的燃料源，以贡献所需的高压蒸汽(或其它工作流体结果)从而开启蒸汽机的工作。在蒸汽驱动特定蒸汽机的活塞等之后，高温且高压的蒸汽然后冷凝在上述冷凝系统中，以作为初始工作流体进行重整。当燃烧并且焚烧其它燃料源材料时，该工作流体由此连续地经受高温并且该过程再次开始，最终产生至少6.0千瓦每小时的电力。

[0015] 由此，该一体设备允许通过热动力过程和冷凝过程而实现在其中使用的具体工作流体的连续可再用性。使用者以某种方式采取的仅有必要的动作会是连续地引入可适当燃烧的废油或者能够容易地产生所需高温以蒸发目标工作流体的燃料。也在合适的环境中执行焚烧步骤以避免产生包含过量气体的氮和/或硫，并且因此，甚至当高温焚烧(并因此氧化)时，避免不需要的氮化物和硫化物，因此在此程度上提供更安全的发电机。来自燃料燃烧/焚烧的排气仍旧必须进行处理，但是就可能危险的氧化物而言必须与更洁净的燃烧气体结合，并且一般可以从环境中去除废油的能力提供了比用于该发电目的的其它设备的显著改善的环境影响。

[0016] 另外，紧凑的一体设备的可能实施例包括燃烧室和具有呈径向圆形构造的活塞的蒸汽机，该实施例在发电上提供了一种能力，该能力在之前是难以(如果可以的话)从每单位建筑面积的功率的角度借助所确定的燃料获得的。该13.5平方英尺的一体设备提供了该高度期望的有益效果，特别在以下方面更是如此：允许使用者可以产生足够功率来增大设施中的电气要求，减少在工作期间所需的电力，减少设施峰值功率需求的成本影响，并且/或者能够通过将功率卖给当地电网来产生收益。该紧凑构造允许容易地运输和泊送，并且(至少从通风以及热敏感性的角度来看)相当容易地发现在使用期间用于放置的合适位置。而且，此类小且紧凑的尺寸也便于使用者能够将该设备移动到用于电网和/或配电板连接的任何位置。

[0017] 由此，用于该设备的可能实施例包括该具体蒸汽机部件所需的所有具体部件，以及在该部件和燃烧室(产生热的)部件之间的合适连接件，以允许从焚烧选定燃料源而适当、连续(按需)和有效地产生热量。下面将更详细地描述此，此对于该具体设备和方法是具有较大必要性的，特别地，该设备和方法用于并且特别合适地构造成允许通过该一体装置的燃烧室部件合适地传送燃料源。该过程步骤使用油泵(用于废油)或者合适的供应管(用于气体燃料)，以首先通过上述双容器贮器或直接馈送线将燃料源引入燃烧室。废油或其它燃料设置在外部油箱(该外部油箱不被认为是该创造性一体装置的一部分)中，并且以上述方式藉由合适的管线进行连接。

[0018] 然后，该燃料源移动通过该管线(在此通过油泵或虹吸管线)经由过滤器(例如，用以移除较大的碎屑或其它不期望的材料，如移除灰尘)，并且然后被引入燃烧/焚烧室(可选地穿过双容器虹吸贮器，以分配合适数量的燃料；如上所述，该可选的贮器不需要用于气体燃料，因为气体燃料处于气相)。由于具有该相对较小且紧凑的构造，用于产生此类结果而不会明显影响该总体装置的其它部件的合适构造是十分重要的。然后，燃料从该贮器行进到加热器，该加热器提供足够的热量以增加废油燃料源的温度，从而允许在燃料实际燃烧之前进行合适且立即的雾化和点火。用于加热器的功率首先通过配电板/网或者电池来提供。然后，加热的燃料源移动到实际燃烧/焚烧室中。

[0019] 由于具有该相对较小且紧凑的构造，用于产生此类结果而不会明显影响该总体装置的其它部件的合适构造是十分重要的。

[0020] 另外，该一体装置实施例的设计是塔状构造，其在顶部处具有合适的排气口，并且其矩形底部接触相对平坦的表面以用于合适的稳定性。该装置的最大总体高度是大约84英寸，而如上所述，方形底部的面积最大且作为最佳尺寸测量是大约13.5平方英尺。

[0021] 如上进一步所述的，本发明的另一方面是提供了一种新颖的换热设备，以在总体发电系统的情形中提供使工作流体蒸发和过热的高效方法。开始，重要的是注意，该新颖的换热设备执行两个基本功能，即，它有效地且高效地燃烧任何液体或气体类型的燃料以产生热量，并且它将此热量传送到流过小直径管的工作流体。由此，该燃料必须总是处于合适的气态(诸如，对于一个非限制性实例，是甲烷)或者液体形式，该液体形式能够通过经由分散喷嘴组件的压缩空气和压力的组合而雾化。以此方式，该初始燃烧过程提供了用以点燃并且连续地且基本均匀地燃烧以产生合适热源的燃烧燃料的必要状态。该液体燃料被雾化、分散成细滴、随空气蒸发并且通过泵装置(例如正排量泵)的作用来递送和计量。该泵在每次旋转中递送一定体积的燃料，从而通过例如驱动马达的旋转速度而允许受控(计量)的递送速率。气体燃料可以通过使用例如压力调整阀和孔口以类似方式进行递送。当然，在此情形中，燃料泵是不必要的。然而，为此目的，该总体设备可以合适地装配有可替换递送装置以允许按要求来使用可替换燃料。类似地，为此目的，该设备也可以包括移除一个递送选项并且用另一选项来更换它的装置。

[0022] 再次如所述，允许在合适地加热工作流体时具有更高效率的能力基本上开始于使用显著多的可用表面面积，以在换热设备本身的界限内进行热传递。为此目的，意识到开始考虑小直径管(优选地从3/8英寸至1/2英寸)在此方面提供最佳效果，尤其是能够允许更大数量的盘管依次存在于整个歧管上。以此方式，该管越小，盘管的数量越大，并且由此，用于实现热传递的表面面积就越大。位于该燃烧室内的该管系统是热量实际上从该燃烧室交换到存在于管系统中的工作流体的实际部件。通过使用机械泵，工作流体从冷凝器输送到位于换热设备中的入口点。因此，藉由制成用于热传递的此类较大表面面积，该总体过程变得极其有效。

[0023] 然而，在此之外，更意识到，将盘管引入换热歧管的特定位置中允许现有技术中所考虑的甚至更高的效率。特别重要的是，它已经公开在换热设备歧管中在其一端上放置的热源允许更大量的热量朝向相对的歧管端向外导引。上述反射板的存在允许热量合适地“收集”，并且沿相反方向进行导引，以及在歧管本身中产生显著紊流。此允许燃料的燃烧效率明显增加。由内缸所产生的在歧管开口处的总体温度是大约1,800°F至2,000°F。在此时，热气流在换热歧管的外室中“向下游”移动，流经该盘管的初始过热部并且绕着该初始过热部流动到歧管中的入口点(蒸发段)。气流仍从上述高温冷却到大约900°F的温度。在此时，该工作流体也会具有大约400°F的温度。随着该气体进一步朝向排气口流动，该气体将它的减少的热量传送到盘管中的工作流体，在排气口处(例如气体出口点)的气体的温度为大约400°F而在相同位置处(例如工作流体入口点)的工作流体的温度为大约110°F。由此，通过这些温度变化，可以容易理解的是，工作流体沿渐进路径移动到更高温的区域，再次说明，这因此便于在该创造性换热设备中从初始蒸发相热传递到过热相。因此，以此方式“控制”热量水平的能力提供了用于总体换热方法的非常意想不到的有益效果，即，工作流体会在歧管中的其入口点以低于该歧管的其出口点处的温度经受热传递。此又允许工作流体的温度的逐渐爬升，并且因此至少是双重步骤加热程序，该双重步骤加热程序已被认为是极具重要性的，因为它是“反向流动”换热过程，其中两种流体根据热力学第一定律交换热能量(例如，热量从较高温流动到较低温)。然后，初始地，该工作流体会因此经受足够的温度以蒸发成蒸汽。当工作流体继续以通过盘管移动时，该温度继续增加，以允许热能量增加到所获得的蒸汽发生过热的点。此类过程有效地移除其中的其它水气，并且由此导致有高度价值的“干燥”蒸汽。再次，通过与小直径结合，并且因此与大表面面积、盘管结合，从排气口位置提供此类逐渐加热到位于歧管上的最高温位置处的能力提供了之前在该行业中不能获得的高度有益的高效过程。

[0024] 然而，用于该新颖换热设备的该总体构造提供了之前未适当研究的又一重要有益效果。由于设置在换热器歧管的一端上的热源(如果愿意，为燃烧腔)的存在以及产生耐热管的内缸的存在，实际燃烧作用导致产生在极其受限结构中的火焰。如上所注意的，并且如下更详细描述的，该燃烧火焰将热量向外导引到歧管中(并且在内缸中)以到达反射板。任何燃烧副产物会以类似方式进行类似地导引。由此，灰烬或其它碳基材料主要产生在换热设备中的该区域中。该歧管的构造包括从后板(包括反射板)向后朝向前板(包括热源以及通向位于内缸外部的外室的开口)180度转弯并且然后从前板到排气口的另一180度转弯，该构造不仅产生了有效燃烧其中燃料的所需要的紊流，并且也对于任何固体烟灰或焦炭材料(燃烧副产物，特别是从碳氢基燃料产生的)通向外室以及因此通向盘管产生很大的困难。以此方式，接触和附着到该盘管表面的灰烬或焦炭材料进行隔热的可能性大大减小。特别地，由于从歧管中的热源方向产生的动量和之后需要过度方向改变以实际达到位于第一位置处的盘管表面，此类有益效果是可以实现的。

[0025] 另外，尽管如此，产生极有效燃烧结果的进一步可能性使得可以合适地将火焰控制到确保高温水平的水平。为此目的，在开始时，初始设计可以包括利用例如两个电气加热器以用于更高粘性的液体燃料(即废油和类似物)。一个加热器会因此安装在位于燃烧器组件之前液体燃料供应线上，然后，第二加热器会安装在刚好在雾化喷嘴之前的最终递送管上。该构造有助于通过燃料雾化和蒸发的双重过程来最优化燃料利用。然后，在此情形下，当将燃料递送到雾化喷嘴时，压缩空气(例如“一次空气”或者“雾化空气”)也在喷嘴出口之前与液体混合(通过受控的流动)。然后电火花点燃位于燃烧器组件中的压缩空气/液体燃料混合物，使得当产生单个火花时，只要其他空气/燃料流到该点，燃料点火过程便变得连续且一直存在。

[0026] 由此，压缩空气执行用于燃烧步骤的双重作用：它便于通过它的压缩特性进行雾化并且它引入必要的氧气来提供“富混合物”以在第一位置处进行合适地燃烧。藉由非雾化液体燃料，实际燃烧此类材料的能力士极其低的；再加上与厌氧环境结合，几乎没有机会开始点火，更不必说此后的一直燃烧。该“富混合物”由此允许受控的点火开始，同时保持燃烧室中的空气/氧气，由此，为此目的，辅助所提供的燃料的连续的点火和燃烧。可以通过强制鼓风机来提供此类空气和/或氧气的二次供应，该强制鼓风机由电动马达提供并且能够通过阻尼机构来调整它的递送速率。控制燃烧过程中的总体空气流动的能力是非常重要的，因为此类供应的过量会实际上导致降低温度的火焰(例如视觉上呈现短且明亮的黄白色)。通过此类可能的冷却效果，过量的空气实际上将燃烧室的温度降低到理想调整的火焰温度以下。不充足的空气供应(或者空气流动程度太低)产生长的黄橙色火焰，此表示在具有所需氧气的情况下正在燃烧的碳氢量太多。此一般导致产生非常不期望水平的灰烬(再次，如前所注意的，未燃烧的碳和/或其他物质存在于该燃料中)。通过该情形，也不会达到理想的温度，但是此类灰烬(和其它副产物)会在工作流体管上形成热传递阻塞涂层，特别是当所产生的灰烬量相当大(此情况通常在雾化空气等非常少时发生)的情形下更是如此。盘管的靠近歧管前板的过热区的存在导致在该盘管区域中形成烟灰和焦炭涂层的非常大的可能性。该天然的碳堆积的隔热属性会有害地影响此类特定构造的管的热传递属性要求。因此如上所注意的，该创造性换热设备合适地构造成通过在歧管的区域中对燃烧室进行处理来弥补此类可能性，该处理使灰烬或焦炭相当困难地运动到盘管本身。歧管的耐热材料基本形成用于燃烧的燃料流的物理防护。另外，该换热设备可以相对于总体电动机发电机组来设置，使得前板实际上水平放置而非竖直放置，由此导致燃烧室中火焰向下导向歧管中，而非在其中水平导向。由此，尽管耐热材料靠近燃烧火焰(并且因此暴露于与之相关联的上升的温度)，但耐热材料有益地能够保持它的形式和形状。另外，此类材料具有较低的热传递系数，由此防止任意大量的热量穿过歧管(从而导致排气口是用于此类散热的初始源)。如上所注意的，重定向热量的紊流效果以及引起此类重定向的材料的存在，不仅有利于在盘管/热量界面处升高的温度，而且也倾向于实现燃料源本身的完全且有效的燃烧。因此，不仅对于任何灰烬或焦炭材料难以实际上通过歧管传递到位于第一位置处的盘管表面，而且换热设备的实际构造也大大降低了燃烧副产物可能性水平(特别是由于燃烧气流在歧管区域处处于它的峰值温度，即大约1800°F至2000°F，此足以燃烧过量的燃料)。保持在燃烧室或歧管中的任何燃烧颗粒可能在总体系统中消耗,或者作为轻的干燥惰性的灰烬的产生，该灰烬能够容易地从歧管清除。如果该类型的任何残余附连到盘管，则此不会对热传递造成相当大的影响。而且，该创造性换热设备的构造还便于通过使用铰链门和类似物以及移除检查所需要的所有部件和灰烬等来进行清理。可以存在或产生在其中的任何其它的颗粒(例如，夹杂的矿物颗粒或金属颗粒)也会主要保持在燃烧室中，在燃烧室中，这些颗粒或者燃烧或者在周期性清理过程中容易地被去除。

[0027] 该创造性的换热设备附件优选地由钢板制成，钢板为换热管、燃烧室中的耐热缸、耐热盘以及燃烧器组件提供了足够的结构支持。如上所注意的，用于清理、检查和服务的入口是通过两个端门，这两个端门可以藉由螺栓来移除或者在铰链上并且在各端(如上所述，前板或燃烧器端或者后板或排气端)处摆动打开。歧管壳体的内周界与以隔热方式加衬，以最小化热量损失到外部，并且减小附近人员受到来自热表面的热灼伤的暴露(此也可以有助于将热气流导向换热管)。

[0028] 该创造性的换热设备的包含压力的部件(诸如蒸发和过热管)可以藉由耐腐蚀不锈钢、软钢或者它们的组合(优选地合金316)构造。此类管材料应当具有至少10,000磅/每平方英寸(PSI)的设计爆破压强。

[0029] 另外，出于各种原因，过热出口优选地配装有压力释放阀。此类阀优选地是由美国机械工程协会(ASME)评估的，其能够释放过量压力和体积的工作流体到安全排出点。该工作流体本身应当具有特别用于抗压力零件腐蚀的化学性能。

[0030] 此外，安装在该创造性换热设备上的其它仪器监视入口压力和出口压力以及工作流体供应泵送流量。用于测量工作流体入口和出口以及燃烧产品温度(特别是在除去时)的温度计也可以用于包含该创造性换热设备的总体电动系统。而且，如果需要，可以在燃烧器附近安装简单的视孔，以用于检测和调整用于燃烧所供应的燃料的合适燃烧。该燃烧器组件本身也因此包括用于监测空气和初级雾化空气供应的各种压力计，以及用于燃烧器的功率和燃烧器处于工作状态的指示灯。附图说明

[0031] 图1是本文所述的使用液体燃料燃烧方法的整体发电系统的流程图。

[0032] 图2是本文所述的使用气体燃料燃烧方法的整体发电系统的流程图。

[0033] 图3描绘了图1所示整体发电系统的一个可能优选实施例。

[0034] 图3A示出了具有不同燃烧室和馈送线的整体发电系统的另一可能的优选实施例。

[0035] 图4是图3中所示发电设备的燃烧部件和发动机部件的侧向剖视图。

[0036] 图4A是图3A所示另一可能的优选发电设备的侧向剖视图。

[0037] 图5是存在于创造性发电设备中的双壁虹吸贮器的可能优选实施例的侧向剖视图。

[0038] 图6是用于液体燃料焚烧的创造性发电设备的燃烧室的内部的实施例的侧向剖视图。

[0039] 图7是示出了废热发动机的星型轴承(即曲柄盘)和活塞-缸布置的分离俯视图。

[0040] 图8是示出了用于控制低压蒸汽或气体注入废热发动机的每个缸内的蒸汽进入阀和进入阀控制组件的分离俯视剖视图。

[0041] 图10是以剖视图示出的从图8中的6所标示的区域中取出的分离视图，该图示出了在缸的一个处、处于开放位置以允许低压蒸汽或气体注入缸的顶部的进入阀。

[0042] 图11是以剖视图示出的分离视图，该图示出了处于关闭位置的图10的进入阀。

[0043] 图12A-12D示出了缸中的活塞从上死点位置经由排气冲程的往复运动。

[0044] 图13是创造性换热设备的一个可能的优选实施例的细节剖视图。

[0045] 图14是利用具有不同类型涡轮发动机的创造性换热设备所实现的可能优选方法的示意图。

[0046] 为了提供该创造性电气设备的更详尽的细节，给出了非限制性附图及其描述。本领域普通技术人员会理解的是，该整体发明的范围不会因为所述附图和描述而受到限制。

[0047] 根据本发明的优选实施例，图1以流程图形式示出了该整体创造性方法。该整体系统包括三个不同的子系统，即，燃料子系统、发动机系统和电气系统。所有三个系统依次连接到彼此而提供发电能力，通过燃料子系统中的燃料的燃烧而产生热量270，以生成蒸汽285来驱动发动机子系统中的发动机290，该发动机子系统又允许电气子系统中的马达360产生电力375。在燃料子系统中，燃料储存在燃料箱200中(燃料可以按需要从外部充满)。
燃料205经由泵210输送通过过滤步骤220，进而输送到预热器240中。可选地，该系统可以包括诸如直接馈送线或诸如图5所示的虹吸贮器225，以将适量的燃料以高效的方式分布到燃烧室260。在其它方面，直接馈送线以此类方式传送燃料。预热步骤240将燃料加热到120℃至160℃之间的温度，然后将已预热的燃料引到存在于燃烧室260中的喷嘴，以用于雾化和焚烧，从而产生热量270。预热步骤240通过产生合适的粘度而特别地便于燃料雾化(诸如图6所示)，燃料的雾化又便于在燃烧室260内进行焚烧。通过压缩器引入空气250也便于雾化。在燃烧(焚烧)260后，废气产生并且被释放到周围环境265中。然后，由燃烧步骤260所生成的热量270被捕获并且传送到发动机子系统。

[0048] 在加热子系统中，来自燃料子系统的热量270暴露于换热器盘管280，在换热器盘管280中存在工作流体，该工作流体蒸发以在其中形成蒸汽285。该蒸汽/工作流体285然后传送到多活塞发动机290中，在此处，蒸汽压力迫使发动机中的活塞在缸壳内前后移动(如图7至图12D所示)。然后在步骤300中，通过将蒸汽暴露于散热器302和冷却风扇304以降低工作流体的温度，以产生冷凝液体，由此，冷凝蒸汽，冷凝液体储存在贮器310中(贮器310包括过滤器以去除任何杂质)。经冷凝的工作流体然后传送到两个泵中的一个：。进料泵320将工作流体移动到高压泵330以重新引入换热器280中，同时发动机润滑油泵340将冷凝的工作流体传送到活塞发动机290中以作为其中的润滑剂起作用。

[0049] 发动机子系统的运动活塞经由曲柄轴(如图4所示)连接到电动马达360，以将由此产生的机械能345传送到发生器/电动马达360(诸如发电机)以由此产生电荷。曲柄轴马达组件360连接到转速计370，转速计370读取来自马达350的信号365以在使用过程中指示马达的速度。马达360可以由此从该机械能345产生一定量的电力375，将此类电信号和电荷发送到受控的继电器380、主断路器385并且然后到达配电板390，以允许控制器决定所产生的电力的目标目的地，无论该目标是电网400还是设备395的独立部件(或多个部件)均如此。

[0050] 图2提供了可替换的设备，但是该设备利用气体燃料而不是液体燃料。在此类设备中，具有直接馈送到焚烧炉中的步骤260，而不需要雾化部件。

[0051] 通过图3的概览图，提供有一种占地面积小的发电设备10，该发电设备10净重为约600磅，并且仅需要4.6平方英尺的空间(以及用于安全分散废气和任何热量的合适位置)。该设备10位于4柱框架12上以允许各个单独部件(本质上如在图1中的子系统所限定的部件)的竖直放置(即堆叠构造)。在设备10的顶部具有燃烧室14，该燃烧室14构造成允许换热单元合适地搁置在里面，并且充分紧密地靠近焚烧部件(例如，如图6所示)。而且，该燃烧室提供了在其中产生的热量的气旋运动以完全暴露于盘管(例如图4中的160)，所述盘管存在于换热器部件内。排气管34存在于燃烧室14的中部和顶部，以允许适当地释放焚烧燃料废气。在燃烧室14中进行焚烧步骤期间，工作流体(诸如自来水、去离子水、甲苯、低碳酒精和类似物)存在于所述盘管中。在其中暴露于充分的热量后，工作流体蒸发以形成蒸汽(温度在400°F和1000°F之间)，然后将蒸汽经由位于设备10上的隔热蒸汽管线16而向下泵送到多活塞发动机18。然后，由于蒸汽存在，允许活塞(如图7至图12D所示)行进，从而产生机械能，然后该机械能经由曲柄轴20传送到发电机22。曲柄联接件20A设置用以当发动机18放缓工作或者停止工作时防止发电机22旋转来驱动发动机18。同时，蒸汽形式的工作流体依次从发动机18移动到包括散热器26和冷却风扇
24的冷凝单元23，然后，所有冷凝液体移动到贮水器28。然后，所供应的工作流体经由进料泵32返回输送到位于燃烧室14中的换热器，或者直接输送到发动机18中以因此作为润滑剂起作用。另外，包括仪表36以监测该整体设备10的压力、每分钟转数和其它类似物理属性。

[0052] 图4示出了图3的创造性设备的燃料子系统和发动机子系统的内部部件。燃烧室114由隔热护罩166(由合适的金属制成以承受高温并且将内部产生的热量维持在其中)覆盖，在该隔热护罩166内容纳有焚烧器(图6)。燃烧室114构造成允许围绕换热器盘管160的热量的气旋性环流，作为一个实例，换热盘管160由不锈钢制成。将工作流体经由压力泵引入盘管160，其中与盘管160一致的用于换热的表面区域便于以高效且有效的方式产生蒸汽。隔热蒸汽管线162通向发动机缸18以允许将蒸汽传送到发动机18。排气管134将废气从焚烧器分散到周围环境中。

[0053] 蒸汽管线162因此将蒸汽移动到歧管524，歧管524通向发动机141的发动机缸140、150，以藉由在移动通过其中的蒸汽来驱动活塞142、152，从而通过连续的活塞冲程来产生机械能。活塞142、152包括连接到凸轮轴120的连接件118，该凸轮轴120将活塞的运动向下转移到发电机。

[0054] 图3A示出了发电设备10A，其具有与图3中的设备10相同的基本发动机部件和再循环部件(并且图3A的在图3中出现的所有零件都以相同的附图标记标记，但是加上后缀“A”)。不同的燃烧室14A的形状是矩形的，排气管34A位于该燃烧室14A侧部(而不是伸出它的顶部)。另外，蒸汽馈送管线17A引导通过中心馈送管线15A而不是引导通过四个独立的管线(如图3中由16示出的)。

[0055] 图4A示出了矩形燃烧室115A(图3的14A)的内部部件，该矩形燃烧室115A包括由耐火管121A形成的加热歧管119A，工作流体输送盘管123A盘绕该加热歧管119A。反射板的能量保留盘129A位于燃烧室的另一端上，以允许所产生的热量通过该歧管环流，从而允许工作流体输送盘管123A高效且最佳的暴露。然后在燃烧步骤时，工作流体可以合适地被加热以产生用于通过传送管线116A、137A、139A最终输送到发动机设备118的必要蒸汽。敞开空间存在于歧管119A中并存在于具有工作流体盘管123A的空间中，以允许进一步且最大地暴露到由燃料/气体燃烧所产生的热量。存在有流通分隔板117A以产生周围腔室
135A，在周围腔室135A中，绕整个歧管119A还具有递送盘管125A。该周围腔室135A通向排气路径133A，排气路径133A通向共有的排气管134A以在燃烧且工作流体进行热暴露之后递送废气。递送盘管125A将蒸汽(之前的工作流体)引入中心蒸汽馈送管线137A，该蒸汽馈送管线137A又以径向方式分流到各独立的馈送管线139A中，并到达蒸汽馈送管线
116A以到达发动机118上。该不同的燃烧室通过在燃料燃烧后合适地暴露于高温而非常有效且高效产生蒸汽。然而，如果需要，工作流体盘管123A可以存在于整个歧管119A上；然而，已经认识到在歧管中提供更大的敞开空间的能力允许更好地使高温保留以更有效地产生蒸汽，并且潜在地使蒸汽更长地保留用于输送通过发动机，以更加可靠且高效地发电。

[0056] 在以上图4和图4A中所描述的可能的优选的非限制性燃烧室的任一个中的工作流体盘管(管)可以具有任何的长度和直径以配装在所提供的空间中，并且允许最佳地暴露于燃烧热源以使得其中的工作流体性质上变为气体。由此，外径为1/4英寸至5/8英寸、优选地为3/8英寸的盘管围绕燃烧室35至45匝(圈)(在图4中环绕燃烧室，在图4A中围绕耐热管)。另外，从燃烧室通向馈送线并到达发动机的其它盘管(管道)也具有类似的构造。

[0057] 如上所述，当液体燃料馈送到燃烧室时防止液体燃料溢流和/或压力堆积的可替换实例是贮器，该贮器设计成允许高效利用供应燃料(而且，直接馈送管线也可以提供对此类潜在问题的有效补救)。在一个可能的实施例中，为此目的，包括双壁虹吸贮器。图5示出了具有内室510的可能的优选贮器500。位于两个室520之间的空间连续地控制来自内室510的溢流，并借助于箱管线550引回燃料箱(图1的200)。以此方式，贮器管线530将燃料从该箱传送到内室10，其中，燃料在内室510中沉淀以用于由燃烧管线540进行虹吸以将燃料递送到燃烧室(图3中的14)。由于由燃烧管线540虹吸的燃料量相对较小，但是连续递送合适数量的燃料对于连续地操作整体设备是必要的，所以双壁贮器500在不浪费燃料源本身的情形下提供了该能力。

[0058] 由于是液体燃料源，燃烧步骤可能需要手段来增加燃料的可燃表面面积，以特别地来减少实现燃料本身的合适且完全焚烧所需要的温度。为此目的，图5提供了一个可能的优选实施例，该实施例包括位于燃烧室580中且附连到燃烧室580的雾化部件575。部件590包括燃料预热器560，来自燃料贮器(如图5所示)的燃烧管线550附连到该燃料预热器560，以用于将液体燃料递送到燃料预热器560。预热器560将燃料温度增加至120℃至160℃的初始水平，以便于燃料雾化。然后，雾化管线570通向燃烧室580并且直接到达雾化装置590，随后，雾化装置590将预热的液化燃料分离成从液滴到细雾的任何范围的尺寸。所获得的雾化液体退出雾化器590，进入点火器600的范围，在此处，点燃所获得的雾化燃料(存在氧化剂)，以产生充分的热量，然后传送到换热器(图4的160)。

[0059] 通过这些程序连续地产生热量，因此接着将蒸汽传送到蒸汽机以产生机械能。图7至图12D提供了该可能的优选发动机。参照这些附图中的某些视图，并且首先参照图4，其中示出了蒸汽机部件，并且该蒸汽机部件总体上以10表示。蒸汽机10的上部12具有径向布置的缸20。低压(即，通常在20psi至200psi之间)、低温(即，通常在400°F至
1000°F之间)的蒸汽从燃烧室(图3的13、图3A的14A)产生。该低压、低温的蒸汽通过蒸汽管线(图3的16、图3A的15A)导向，该蒸汽管线连接到位于总体圆形的歧管18上的蒸汽入口19，该圆形的歧管18支承在蒸汽机10的上部12上。歧管18构造成并设置成将该低压平均地分布到位于各缸20处的进入阀。蒸汽机10的中部14包括冷凝器30，该冷凝器30包括由折叠的星形冷凝器壁34围绕的室32。存在于蒸汽管线(图3的16、图3A的
16A)中并且输送通过蒸汽机10的蒸汽被发送通过冷却风扇(图3的24、图3A的24A)以及散热器(图3的26、图3A的26A)来进行冷凝，并且返回到燃烧室(图3的14、图3A的
14A)或者到该蒸汽机110中作为润滑剂或冷却剂。通过旋转曲柄轴(图3的20、图3A的
20A)来驱动位于该蒸汽机上的流体泵136。

[0060] 参照图7，处于径向布置的每个缸20包括往复活塞组件50，该往复活塞组件50包括活塞头52，该活塞头52以往复运动的方式在缸20中运动通过完整的活塞冲程。连接杆54枢转地联接到活塞头52和中部曲柄盘或星型轴承60。更具体地，每个往复活塞组件50的连接杆54在上端处借助于曲柄销轴承56枢转地联接到活塞头52。类似地，连接杆54的下端借助于且柄销轴承58枢转地联接到曲柄盘60。曲柄盘60偏心地固定到曲柄轴24。更具体地，在曲柄轴24上的曲柄臂可旋转地配装到曲柄盘60的中心，使得曲柄盘60的中心相对于曲柄轴24的纵向轴线偏离。当将蒸汽注入每个缸20的顶部并且活塞52在该缸中向下运动时，连接杆54枢转并且将相对于曲柄轴24上的纵向轴线偏离的曲柄盘60上的力进行传输，从而当该曲柄轴转动时，使曲柄盘60绕曲柄轴24的中心纵向轴线以轨道运动方式进行运动。在曲柄盘60上绕完全轨道运动的运动以及曲柄轴24的完整转动使得每个连接杆54的下枢转端行进通过圆形路径，如图12A至图12D中的箭头所示的。与每个缸相关联的各限制销64固定到曲柄盘60并且特别地相对于彼此间隔开且布置，以邻抵位于连接杆54的下端上的耳部59，从而限制每个连接杆54的角向偏转。

[0061] 图8至图11中示出了蒸汽注射阀组件。参照图8、图10和图11，阀头70位于每个缸的顶部处。该阀头包括阀座72和阀盖74。提升阀76相对于阀座72在打开位置(参见图10)和关闭位置(参见图11)之间运动。来自歧管18的蒸汽导向位于阀头70中的阀室78内，并且当提升阀76打开时蒸汽经由入口80注射并且进入缸20的顶部中。阀室78由隔热材料82围绕以当关闭阀76时维持阀室78内的蒸汽的温度。细长阀杆84从提升阀朝向凸轮从动件导环86向内延伸，如图8至图9B所看到的。参照图8，可以看到阀杆84以与缸20相同的径向构造进行布置，其中阀杆84从位于缸的顶部处的阀头70向内延伸到凸轮从动件导环86。阀杆84的每个都延伸通过阀杆管88，该阀杆管88配装到位于阀头70的基部处的密封装置90。密封垫91和O形环92有助于阻止蒸汽从阀头70逃逸。阀杆管88的相对内侧端配装到附连管94，该附连管94延伸到凸轮从动件导环86中。配装到每个阀杆84的端部处的各凸轮从动件96定位成相对于凸轮从动件导环86的内周以等距间隔向内径向延伸到凸轮从动件导环86中的区域87内。各凸轮从动件96由位于相应附连管
94中的回位弹簧97向内朝向位于该导环中的区域推动。

[0062] 滚珠轴承凸轮滚柱100连接到星型轴承的顶部，并且/或者凸轮滚柱联结到曲柄轴。凸轮滚柱100沿由凸轮从动件导环86所环绕的内部区域87中的圆形路径进行运动。当凸轮滚柱100在凸轮从动件导环86内的偏心路径中运动时，凸轮平衡块102稳定凸轮滚柱100的运动。凸轮滚柱100被特别地定尺寸、构造和设置用于接触位于阀杆84的端部上的凸轮从动件96。更具体地，当凸轮滚柱100绕轨道路径运动时，它总是与至少一个凸轮从动件96接触。活塞50运动以驱动星型轴承60和曲柄轴24，该运动也用于使凸轮滚柱
100沿其圆形路径运动。当凸轮滚柱100接触各凸轮从动件96时，相关联的阀杆84被轴向向外推动以打开相应的提升阀76，从而将蒸汽注入相关联的缸20中。如前所述，凸轮滚柱
100总是与至少一个凸轮从动件96接触，使得在任何给定时刻，蒸汽被注入至少一个缸中。
当凸轮滚柱100移动离开一个凸轮从动件96时，该凸轮滚柱100同时接触下一个凸轮从动件96，使得具有蒸汽注入两个相邻缸的重叠期。

[0063] 参照图12A至图12D，位于各缸20内的每个活塞组件50包括带有密封件53的活塞头52，该密封件53接合该缸的内壁表面。当在排气冲程期间连接杆54角向移位时(参见图12D)，位于连接杆54的顶端上的、由具有顶点的大体三角形形成物限定的阀挺杆110撞击位于活塞头52顶部上的排气簧片阀120。阀挺杆110抵着簧片阀瓣的弹簧作用力将排气簧片阀120从放松位置推动到升高位置，该簧片阀瓣在一端由紧固件122固定到活塞头52。如图11D所看到的，由于簧片阀瓣120处于打开位置，在缸的上部中的低压蒸汽经由通过活塞头52形成的端口130释放，以允许当活塞50返回到上死点位置时蒸汽排放到发动机10的冷凝室132中。在此类发动机中，该发动机的各缸52以径向构造布置，同时缸盖51和阀53延伸到气旋炉中。凸轮70移动推杆74以控制蒸汽注射阀53的打开。在较高的发动机转速时，蒸汽注射阀53完全打开以将蒸汽注入缸52中，从而使得活塞头54径向向内推动。活塞头54的运动使得连接杆56径向向内移动以旋转曲柄盘61和曲柄轴60。每个连接杆56连接到曲柄盘61。更具体地，连接杆联接部的内圆形表面装配有轴承环59用以绕毂63接合在曲柄盘61上。在优选实施例中，曲柄盘61由支承材料形成，该支承材料环绕连接杆联接部的外表面，从而提供双面支承件(double-backed bearing)以承载活塞载荷。
连接杆56由该曲柄盘61驱动。这些杆绕该圆形轴承的周界等距安装。将活塞连接杆连结到曲柄盘61的双面支承件的下部设计成限制连接杆56的角向偏移，使得在曲柄轴60的一个完全旋转期间维持所有六个连接杆之间的间隙。曲柄盘61的中心结合到单个曲柄轴轴颈62，该轴颈62偏离曲柄轴60的中心轴线。虽然连接杆56的底端沿围绕曲柄盘61的圆形旋转，但是曲柄盘61在其上运行的曲柄轴轴颈62的偏置形成一几何形状，该几何形状使得这些杆的所获得的旋转绕椭圆路径进行。该独特几何形状赋予发动机的工作两个优势。
第一，在每个活塞的动力冲程过程中，它的连接杆与驱动活塞的运动竖直对齐，从而传送该冲程的全部力。第二，在连接杆56和曲柄盘61之间的偏置、在曲柄盘和曲柄轴轴颈62之间的偏置以及曲柄轴轴颈62和曲柄轴60本身偏置，三者结合以形成杠杆臂，该杠杆臂在不增加活塞行程的距离的情形下将每个单独动力冲程的力放大。由此，提高了机械效率。该布置也为蒸汽进出提供了延长的时间。

[0064] 在超临界压力下的蒸汽由作用在蒸汽注射针阀53上的机械联接节流机构允许进入该发动机的缸52。为了承受600°F至1,000°F的工作温度，该针阀53在它们的阀杆的底部处由水进行水冷，所述水由水润滑泵96通过管道输送并且返回到冷凝器30。沿着阀杆的中部，一系列迷宫密封件或阀杆中的凹槽与垫圈和下唇密封件一起形成每个阀杆和衬套之间的密封，该阀在该衬套中移动。此密封和分离了流过阀杆顶部的冷却剂，该冷却剂在每个阀的头部和座部处的压力为大约225psi。可以藉由在阀组件的上体中加工得到的螺纹来移除该阀53并且调整它的坐置间隙。允许过热蒸汽进入的该针阀53由位于每个阀摇臂80中的弹簧积极地关闭，所述阀摇臂80安装到发动机壳体的周界。在静止状态下，每个弹簧82施加足够的压力以保持阀53关闭。

[0065] 通过安装有曲柄轴的凸轮环84来开启用于打开每个阀的运动。位于凸轮环上的凸角(lobe)85强迫节流从动件76“碰撞”单个缸52的推杆74。每个推杆74从径向构造的六缸发动机的中心附近向外延伸到针阀摇杆80。在推杆74上的节流从动件76的力克服弹簧封闭压力并且打开阀53。在从动件、摇杆臂80和推杆74之间的接触由安装在每个针阀摇杆臂80上的螺纹调整座确定。

[0066] 通过改变每个推杆74延伸的距离，实现对发动机的节流控制，同时进一步延伸会将该针阀打开更大的量以允许更多的过热流体进入。所有六个杆74穿过节流控制环78，该节流控制环78以弧形旋转，从而使每个推杆74的内端依靠在每个凸轮从动件的臂上的位置变化(参见图8)。除非凸轮从动件76由凸轮凸角85提升，否则该推杆74所依靠的沿该从动件的所有位置都同样地被“封闭”。当该节流环78的弧形移位时，推杆74的依靠点会将杆臂进一步向外并远离从动件的支点移位。当凸轮凸角85碰撞该从动件76时，该臂穿过的弧形距离增大，因此进一步驱动推杆74并由此进一步打开针阀53。附连到节流环并延伸到发动机壳体外部的单个杠杆用以使节流环的弧形移位，并且因此变为发动机节流阀。

[0067] 当节流环78行进时，允许更多的蒸汽进入缸中，从而允许每分钟转数(RPM)增加。当RPM增加时，泵90供应液压以将凸轮环84向前提升到高速。凸轮环84在两相位中移动，顶起凸轮以减少凸轮凸角持续时间和使凸轮定时提前。当RPM增加到预定位置时，此逐渐发生。移位杆102弹簧加载在移动杆104上以允许套筒86提升凸轮环84。

[0068] 为了使该发动机反转，必须通过关闭节流阀而停止该发动机。使该发动机反转不能通过选择变速齿轮来实现，而是通过改变定时来实现。更具体地，当套筒凸轮销88在凸轮环中的螺旋沟槽中行进时，通过推动移动杆104以将凸轮套筒86提升到曲柄轴60上，从而使曲柄推进凸轮经过上死点，由此，使该发动机反转。当活塞沿反向旋转的方向相对于曲柄轴成角度地推动曲柄盘时，该发动机当前将反向运行。该转变运动仅仅改变定时，但是不改变凸轮凸角到达阀口的持续时间。此将在反转中给予充分的扭矩和自启动。在反转中不需要高速。

[0069] 排出的蒸汽被导向通过初级盘管，该初级盘管也用以预热发电机(图3中的22、图3A中的22A)中的水。然后，该排出的蒸汽被导向通过位于压缩冷凝离心系统中的冷凝器
30。如上所述，冷却空气环流通过平板，在排气换热器42中加热并且被导入燃烧器40中。
空气的该再热循环大幅增加了发动机的效率和紧凑性。

[0070] 该发动机的水递送要求由多相泵90满足，该多相泵90包括三个压力泵系统。一个是邻近地安装在同一壳体中的高压泵系统92。中压泵系统94供应水压以启动间隙容积阀，并且供应水压以运行凸轮定时机构。低压泵系统96提供对发动机的润滑和冷却。高压单元将水从冷凝槽34泵送通过六个独立的管线21、经由内燃室22的盘管到达六个针阀53的每个，所述针阀53将过热流体提供到发动机的动力水头。该多相泵90的高温段包含径向布置的活塞，所述活塞极其类似于发动机的较大动力头的构造。在水泵活塞的每个处终止的水递送管线由歧管98连接，该歧管98连接到所有六个递送管线所共有的调节器，该调节器作用以平衡并调节到达动力头的六个活塞的水递送压力。所有都调节到达动力水头的六个活塞的水递送压力。在多相泵中的所有泵送子单元由中部轴驱动。该泵驱动轴由机械联接器连接到主发动机曲柄轴60。当停止发动机时，辅助电动马达泵送水，从而维持重新开启发动机所需的水压。

[0071] 由此，该整个一体式设备的必要部件包括：工作流体泵、所使用的燃料源加热器、双容器虹吸贮器、至少一个燃烧风扇、具有用于水/蒸汽运动的盘绕金属(诸如，作为一个实例，不锈钢)管线的燃烧室、一个具有点火器的燃料注射器、排气系统、联轴器、发电机、冷却风扇和散热器组件、冷凝贮器、空气压缩器(可选的)，以及专用蒸汽发动机，该发动机具有附连到凸轮轴的径向圆柱形活塞。此类部件设置有其它开关、合适的管路和布线，以及其它部件(诸如测量计、安装板和金属框架)，以提供紧凑且高效的设备，以通过便携的构造并通过利用废油、柴油、汽油、天然气、甲烷或合成气燃料源来发电。

[0072] 专用蒸汽发动机本身的必要部件包括：冷凝器、蒸汽发生机和主发动机部分，该主发动机部分具有阀、缸、活塞、推杆、主轴承、凸轮和凸轮轴。通过吸气风机将环境空气引入到燃烧室中。在燃烧室中，空气与来自燃烧雾化器的燃料混合并且由电点火器点燃。燃烧器燃烧在燃烧室中的雾化燃料，该燃烧室合适地定尺寸成允许完全焚烧该燃料。热气在过热盘管(最靠近火焰的较大管)上行进，并且然后，在排出气道之前重定向到其余盘管。在所述管中的蒸汽温度会达到450华氏度至600华氏度之间的温度。该发动机的各缸以径向构造布置。在燃烧室中，蒸汽被过热并且维持在达大约200psi至300psi的压力。

[0073] 排出的蒸汽被导向通过位于活塞正下方的冷凝器。从此处，流体/蒸汽沿其路径行经通过散热器，到达位于总体设备底部的冷凝桶。如上所述，来自冷凝器的热量可以被捕获并用以加热邻近于该设备的空间，或者甚至传送通过管道以到达选定的区域。藉由工作流体的此连续循环，冷凝器将连续地呈现放热状态，该放热状态允许此类有益功能。

[0074] 发动机的速度和扭矩由用以打开和关闭位于发动机头中的针型阀的摇杆和凸轮设计控制。当打开该阀时，高压、高温蒸汽注入缸中并且允许在活塞的顶部以高压膨胀。另外，它提供了这样的系统，即在该系统中，此类至少一个电网进一步包括连接到至少一个更大的输电网的至少一个连接器。如果需要，该总体设备也可以连接到单个或多个电力输出口(或者甚至直接连接到利用以此方式产生的电力的设备)。

[0075] 图13示出了创造性换热设备815的各内部部件，该换热设备815包括由耐火管821形成的加热歧管819，工作流体输送盘管823盘绕该加热歧管819。用于反射板的能量保留盘829位于燃烧室的相对端部，以允许所产生的热量通过该歧管环流，从而允许工作流体输送盘管823高效且最佳的暴露。然后在燃烧步骤时，工作流体可以合适地被加热以产生用于最终输送到发动机设备(例如图14中的850)的必要蒸汽。敞开空间存在于歧管
819中以及存在于具有工作流体盘管823的空间中，以允许进一步且最大地暴露至由燃料/气体燃烧所产生的热量。存在有流通分隔板817以产生周围腔室835，在周围腔室835中，绕整个歧管819还具有递送盘管825。该周围腔室835通向排气路径833，排气路径833通向共有的排气管834以在燃烧且工作流体进行热暴露之后递送废气。递送盘管825将蒸汽(之前的工作流体)引入中心蒸汽馈送管线(图14中的857)，该蒸汽馈送管线到达发动机(图14中的850)上。该不同的燃烧室通过在燃料燃烧后合适地暴露于高温而非常有效且高效产生蒸汽。然而，如果需要，工作流体盘管823可以存在于整个歧管819上；然而，已经认识到在歧管中提供更大的敞开空间的能力允许更好地使高温保留以更有效地产生蒸汽，并且潜在地使蒸汽更长地保留用于输送通过发动机，以更加可靠且高效地发电。

[0076] 在可能的优选的非限制的燃烧室中的任一个内的工作流体盘管(管)825必须在特定直径范围内，以允许最大量的盘管存在于歧管819中以用于传递热量的最佳表面面积。由此，具有从1/4英寸至1/2英寸、优选地从大约3/8英寸至1/2英寸的外径的盘管围绕该燃烧室XX至YY匝(圈)。另外，从燃烧室通向馈送线并到达发动机的其它盘管(管)也具有类似的构造。

[0077] 图14由此示出了具有燃烧器组件840和排气管842的换热设备815。进水口870将工作流体(在此，水，但是也可以使用其它流体)馈送到换热设备815，在换热设备815处，工作流体转化成蒸汽。蒸汽出口848通向去湿器849，去湿器849辅助移除可能存在于从换热设备815产生的蒸汽中的所有过量水气。发动机入口管线846引导通过阀847，以控制到达独立涡轮发动机850的蒸汽供应。该发动机850包括涡轮部件852，该涡轮部件852通过引入来自换热设备815的干燥蒸汽而工作。来自蒸汽的压力和热量使涡轮机852转动，涡轮机852然后旋转发电机部件854，该发电机部件854发电。然后，蒸汽经由蒸汽出口856退出涡轮机852，以在冷凝器858中汇集。来自去湿器849的所获得的水气通向所述冷凝器858。以此方式，已被用过的蒸汽和/或残余湿气可以被收集并且转化回到液体形式，该液体又可通过换热设备815以及通过涡轮发动机850进行再循环。冷凝器858通向真空泵860，并经由流量计862通向冷凝管864，并且最终到达高压馈送管线868。高压馈送管线
868又通向入口馈送管线870，该入口馈送管线870将工作流体输送回到换热设备815中。

[0078] 另外，冷凝器858也可以将流体进给到贮器890以用于经由具有阀894的冷却入口管线892而输送到涡轮发动机850。以此方式，该工作流体除了作为蒸汽源起作用外，也可以用作发动机850中的冷却剂/润滑剂。

[0079] 已经完全公开本发明的细节和实质，并且已经呈现目前所考虑的实践本发明的最佳实施方式。对于本领域普通技术人员将显而易见的是，可以在不偏离本发明概念的情况下对本发明的元件进行修改、代替和增加，本发明的范围仅由所要求保护的权利要求书限定和限制。