วัฏจักรเบรย์ตันหรือที่รู้จักกันในชื่อวัฏจักรจูลเป็นวัฏจักรทางเทอร์โมไดนามิกที่อธิบายการทำงานของ เครื่องยนต์ความร้อน บางชนิด ที่มีอากาศหรือก๊าซอื่น ๆ เป็นของไหลทำงานลักษณะเด่นคือ การอัดและการขยาย ตัวแบบไอเซนโทรปิกและการเพิ่ม และการปล่อยความร้อน แบบไอโซบาริกแม้ว่าเครื่องยนต์ในทางปฏิบัติจะมี ขั้นตอน แบบอะเดียแบติกมากกว่าแบบไอเซนโทรปิกก็ตาม

การใช้งานที่พบได้บ่อยที่สุดในปัจจุบันคือในเครื่องยนต์เจ็ทแบบใช้ลมหายใจและเครื่องยนต์ กังหันก๊าซ

วัฏจักรเครื่องยนต์นี้ตั้งชื่อตามGeorge Brayton (1830–1892) วิศวกร ชาวอเมริกัน ผู้พัฒนาเครื่องยนต์ Brayton Ready Motor ในปี 1872 โดยใช้คอมเพรสเซอร์ลูกสูบและตัวขยายลูกสูบ^{[ 1 ]} เครื่องยนต์ที่ใช้วัฏจักรนี้ได้รับการเสนอและจดสิทธิบัตรครั้งแรกโดยJohn Barber ชาวอังกฤษ ในปี 1791 โดยใช้คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบและตัวขยายกังหัน^{[ 2 ]}

วัฏจักรเบรย์ตันมีสองประเภทหลัก คือ แบบปิดและแบบเปิด ในวัฏจักรแบบปิด ก๊าซทำงานจะอยู่ภายในเครื่องยนต์ ความร้อนจะถูกนำเข้าโดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือการเผาไหม้ภายนอกและถูกระบายออกโดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ในวัฏจักรแบบเปิด อากาศจากบรรยากาศจะถูกดูดเข้าไป ผ่านสามขั้นตอนของวัฏจักร และถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศอีกครั้ง วัฏจักรแบบเปิดช่วยให้เกิดการเผาไหม้ภายในได้ แม้ว่าวัฏจักรจะเป็นแบบเปิด แต่โดยทั่วไปแล้วสำหรับ การวิเคราะห์ทางเทอร์ โมไดนามิกส์ จะถือว่า ก๊าซไอเสียถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในท่อไอดี ทำให้สามารถวิเคราะห์ได้เหมือนกับวัฏจักรแบบปิด

ในปี ค.ศ. 1872 จอร์จ เบรย์ตัน ได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรสำหรับ "Ready Motor" ของเขา ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ความร้อนแบบลูกสูบที่ทำงานบนวัฏจักรพลังงานก๊าซ เครื่องยนต์นี้เป็นแบบสองจังหวะและสร้างพลังงานในทุกรอบการหมุน เครื่องยนต์เบรย์ตันใช้คอมเพรสเซอร์ลูกสูบและตัวขยายลูกสูบแยกกัน โดยอากาศอัดจะถูกทำให้ร้อนด้วยไฟภายในขณะที่เข้าสู่กระบอกสูบขยาย รุ่นแรกๆ ของเครื่องยนต์เบรย์ตันเป็นเครื่องยนต์ไอซึ่งผสมเชื้อเพลิงกับอากาศขณะที่เข้าสู่คอมเพรสเซอร์ โดยใช้ก๊าซในเมืองหรือใช้คาร์บูเรเตอร์แบบพื้นผิว สำหรับการใช้งานแบบเคลื่อนที่ ^{[ 3 ]}เชื้อเพลิง/อากาศถูกบรรจุอยู่ในอ่างเก็บ/ถัง จากนั้นจึงส่งไปยังกระบอกสูบขยายและเผาไหม้ เมื่อส่วนผสมของเชื้อเพลิง/อากาศเข้าสู่กระบอกสูบขยาย มันจะถูกจุดด้วยเปลวไฟนำร่อง มีการใช้ตะแกรงเพื่อป้องกันไม่ให้ไฟเข้าไปหรือไหลกลับไปยังอ่างเก็บ ในรุ่นแรกๆ ของเครื่องยนต์ ตะแกรงนี้บางครั้งอาจชำรุดและทำให้เกิดการระเบิด ในปี ค.ศ. 1874 เบรย์ตันได้แก้ปัญหาการระเบิดโดยการเติมเชื้อเพลิงก่อนถึงกระบอกสูบขยาย เครื่องยนต์ใช้เชื้อเพลิงที่หนักกว่า เช่น น้ำมันก๊าดและน้ำมันเชื้อเพลิง การจุดระเบิดยังคงเป็นเปลวไฟนำร่อง^{[ 4 ]}เบรย์ตันผลิตและจำหน่าย "มอเตอร์พร้อมใช้งาน" เพื่อใช้งานหลากหลาย เช่น การสูบน้ำ การทำงานของโรงสี การเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และการขับเคลื่อนเรือ มอเตอร์พร้อมใช้งานเหล่านี้ผลิตขึ้นตั้งแต่ปี 1872 จนถึงช่วงปี 1880 มีความเป็นไปได้ว่ามีการผลิตมอเตอร์ดังกล่าวหลายร้อยเครื่องในช่วงเวลานี้ เบรย์ตันได้อนุญาตให้ซิโมนในสหราชอาณาจักรใช้การออกแบบนี้ มีการใช้รูปแบบต่างๆ มากมาย บางแบบเป็นแบบทำงานด้านเดียวและบางแบบเป็นแบบทำงานสองด้าน บางแบบมีคานเดินด้านล่าง บางแบบมีคานเดินด้านบน มีการสร้างทั้งแบบแนวนอนและแนวตั้ง ขนาดมีตั้งแต่ต่ำกว่า 1 แรงม้าไปจนถึงมากกว่า 40 แรงม้า นักวิจารณ์ในสมัยนั้นอ้างว่าเครื่องยนต์ทำงานได้อย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพที่เหมาะสม^{[ 4 ]}

เครื่องยนต์แบบ Brayton-cycle เป็นหนึ่งในเครื่องยนต์สันดาปภายในรุ่นแรกๆ ที่ใช้สำหรับขับเคลื่อน ในปี 1875 จอห์น ฮอลแลนด์ ใช้เครื่องยนต์ Brayton ในการขับเคลื่อนเรือดำน้ำแบบขับเคลื่อนด้วยตนเองลำแรกของโลก (เรือ Holland หมายเลข 1) ในปี 1879 เครื่องยนต์ Brayton ถูกนำมาใช้ในการขับเคลื่อนเรือดำน้ำลำที่สอง คือFenian Ramเรือดำน้ำของจอห์น ฟิลิป ฮอลแลนด์ ถูกเก็บรักษาไว้ใน พิพิธภัณฑ์ Patersonในเขตประวัติศาสตร์ Old Great Fallsของเมือง Paterson รัฐนิวเจอร์ซีย์^{[ 5 ]}

ในปี พ.ศ. 2421 จอร์จ บี. เซลเดนได้จดสิทธิบัตรรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในคันแรก^{[ 6 ]} เซลเดน ได้รับแรงบันดาลใจจากเครื่องยนต์สันดาปภายในที่เบรย์ตันคิดค้นขึ้นและจัดแสดงในงานนิทรรศการครบรอบร้อยปีในฟิลาเดลเฟียในปี พ.ศ. 2419 เซลเดนจึงจดสิทธิบัตรรถยนต์สี่ล้อที่ใช้เครื่องยนต์หลายสูบขนาดเล็กและเบากว่า จากนั้นเขาก็ยื่นแก้ไขคำขอหลายครั้ง ซึ่งทำให้กระบวนการทางกฎหมายยืดเยื้อออกไป ส่งผลให้ล่าช้าไป 16 ปี ก่อนที่สิทธิบัตร^{[ 6 ]}จะได้รับการอนุมัติในวันที่ 5 พฤศจิกายน พ.ศ. 2438 ในปี พ.ศ. 2446 เซลเดนฟ้องฟอร์ดในข้อหาละเมิดสิทธิบัตร และเฮนรี ฟอร์ดต่อสู้กับสิทธิบัตรของเซลเดนจนถึงปี พ.ศ. 2454 เซลเดนไม่เคยผลิตรถยนต์ที่ใช้งานได้จริง ดังนั้นในระหว่างการพิจารณาคดี จึงมีการสร้างเครื่องจักรสองเครื่องตามแบบร่างสิทธิบัตร ฟอร์ดโต้แย้งว่ารถยนต์ของเขาใช้เครื่องยนต์แบบสี่จังหวะAlphonse Beau de Rochasหรือเครื่องยนต์แบบ Ottoและไม่ใช่เครื่องยนต์แบบ Brayton-cycle ที่ใช้ในรถยนต์ของเซลเดน ฟอร์ดชนะการอุทธรณ์ในคดีเดิม^{[ 7 ]}

ในปี พ.ศ. 2430 เบรย์ตันได้พัฒนาและจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์น้ำมันแบบฉีดตรงสี่จังหวะ^{[ 8 ]}ระบบเชื้อเพลิงใช้ปั๊มแบบปรับปริมาณได้และการฉีดเชื้อเพลิงเหลวแบบแรงดันสูงชนิดสเปรย์ เชื้อเพลิงเหลวถูกดันผ่านวาล์วแบบสปริง (หัวฉีด) ซึ่งทำให้เชื้อเพลิงแตกตัวเป็นหยดเล็กๆ การฉีดถูกกำหนดเวลาให้เกิดขึ้นที่หรือใกล้จุดสูงสุดของจังหวะการอัด ตัวจุดประกายไฟแพลทินัมเป็นแหล่งกำเนิดการจุดระเบิด เบรย์ตันอธิบายสิ่งประดิษฐ์นี้ว่า: “ผมได้ค้นพบว่าน้ำมันหนักสามารถเปลี่ยนเป็นสภาพที่แตกตัวละเอียดได้ด้วยกลไกภายในส่วนการจุดระเบิดของกระบอกสูบ หรือในห้องเผาไหม้ที่เชื่อมต่อกัน” อีกส่วนหนึ่งระบุว่า “เท่าที่ผมรู้ ผมได้ควบคุมความเร็วโดยการควบคุมการปล่อยเชื้อเพลิงเหลวโดยตรงเข้าไปในห้องเผาไหม้หรือกระบอกสูบในสภาพที่แตกตัวละเอียดซึ่งเอื้อต่อการเผาไหม้ทันที” นี่น่าจะเป็นเครื่องยนต์เครื่องแรกที่ใช้ระบบการเผาไหม้แบบลีนเพื่อควบคุมความเร็วและกำลังของเครื่องยนต์ ด้วยวิธีนี้ เครื่องยนต์จะจุดระเบิดในทุกจังหวะการทำงาน และความเร็วและกำลังขับจะถูกควบคุมโดยปริมาณเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปเท่านั้น

ในปี พ.ศ. 2333 เบรย์ตันได้พัฒนาและจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์น้ำมันแบบสี่จังหวะที่ใช้แรงดันอากาศ^{[ 9 ]}ระบบเชื้อเพลิงจะส่งเชื้อเพลิงที่ระเหยเป็นไอในปริมาณที่แปรผันไปยังศูนย์กลางของกระบอกสูบภายใต้แรงดันที่จุดสูงสุดหรือใกล้เคียงกับจุดสูงสุดของจังหวะการอัด แหล่งกำเนิดการจุดระเบิดคือตัวจุดประกายไฟที่ทำจากลวดแพลทินัม ปั๊มฉีดเชื้อเพลิงแบบแปรผันปริมาณจะส่งเชื้อเพลิงไปยังหัวฉีดซึ่งจะผสมกับอากาศเมื่อเข้าสู่กระบอกสูบ คอมเพรสเซอร์ขนาดเล็กที่ขับเคลื่อนด้วยข้อเหวี่ยงเป็นแหล่งจ่ายอากาศ เครื่องยนต์นี้ยังใช้ระบบเผาไหม้แบบลีนด้วย

เดิมที รูดอล์ฟ ดีเซลเสนอวงจรการอัดที่สูงมาก อุณหภูมิคงที่ โดยที่ความร้อนจากการอัดจะมากกว่าความร้อนจากการเผาไหม้แต่หลังจากการทดลองหลายปี เขาก็ตระหนักว่าวงจรอุณหภูมิคงที่นั้นใช้ไม่ได้ผลในเครื่องยนต์ลูกสูบ เครื่องยนต์ดีเซลรุ่นแรกๆ ใช้ระบบเป่าลม ซึ่งริเริ่มโดยเบรย์ตันในปี พ.ศ. 2333 ดังนั้น เครื่องยนต์รุ่นแรกๆ เหล่านี้จึงใช้วงจรความดันคงที่^{[ 10 ]}

• ตัวอย่างของเครื่องยนต์เบรย์ตัน
• 
  เครื่องยนต์แก๊สเบรย์ตัน ปี 1872
• 
  เครื่องยนต์แบบคานเดินของเบรย์ตัน ปี 1872
• 
  เครื่องยนต์เบรย์ตัน ปี 1875
• 
  เครื่องยนต์ไบรตันแบบสองจังหวะแรงดันคงที่ ผ่าครึ่งตาม ปี 1877
• 
  เครื่องยนต์ลมเป่าสี่จังหวะของเบรย์ตัน ปี 1889
• 
  เครื่องยนต์ลมเป่าสี่จังหวะ Brayton ปี 1890

• ปี 1791 สิทธิบัตรฉบับแรกสำหรับกังหันก๊าซ (จอห์น บาร์เบอร์ สหราชอาณาจักร)
• ปี 1904 โครงการกังหันก๊าซที่ไม่ประสบความสำเร็จโดยฟรานซ์ สโตลเซ่ในเบอร์ลิน (คอมเพรสเซอร์แบบแกนหมุนตัวแรก)
• กังหันก๊าซ Armengaud-Lemaleปี 1906 ในฝรั่งเศส (คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง ไม่ก่อให้เกิดพลังงานที่ใช้งานได้จริง)
• 1910 กังหันก๊าซเครื่องแรกที่มีการเผาไหม้แบบไม่ต่อเนื่อง ( Holzwarth 150 kW, การเผาไหม้ตามปริมาตรคงที่)
• ปี 1923 มีการประดิษฐ์เทอร์โบชาร์จเจอร์ไอเสียตัวแรกเพื่อเพิ่มกำลังให้กับเครื่องยนต์ดีเซล
• ปี 1939 เครื่องบินเจ็ทHeinkel He 178 ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท ซึ่ง เป็นเครื่องบินเจ็ทลำแรกของโลก ทำการบินครั้งแรก และยังมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันก๊าซเครื่องแรกของโลกที่ประดิษฐ์โดยBrown-Boveriจากเมือง Neuchâtel ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ (ใช้หัวเผา Velox, คอมเพรสเซอร์ และระบบควบคุมการไหลของกังหันโดย Stodola)

เครื่องยนต์แบบเบรย์ตันประกอบด้วยส่วนประกอบสามส่วน ได้แก่คอมเพรสเซอร์ห้องผสม และเครื่อง ขยาย

เครื่องยนต์เบรย์ตันสมัยใหม่เกือบทั้งหมดเป็นแบบกังหัน แม้ว่าเบรย์ตันจะผลิตเฉพาะเครื่องยนต์ลูกสูบเท่านั้นก็ตาม ในเครื่องยนต์เบรย์ตันดั้งเดิมในศตวรรษที่ 19 อากาศโดยรอบจะถูกดูดเข้าไปในคอมเพรสเซอร์ลูกสูบ ซึ่งจะถูกอัด ซึ่ง ในอุดมคติแล้วเป็นกระบวนการไอเซนโทรปิกจากนั้นอากาศอัดจะผ่านไปยังห้องผสมซึ่งจะมีการเติมเชื้อเพลิงเข้าไป ซึ่งเป็นกระบวนการไอโซบาริกส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงที่ถูกอัดจะถูกจุดในกระบอกสูบขยายตัว และพลังงานจะถูกปล่อยออกมา ทำให้ความร้อนของอากาศและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ขยายตัวผ่านลูกสูบ/กระบอกสูบ ซึ่งเป็นอีกกระบวนการไอเซนโทรปิกในอุดมคติ งานบางส่วนที่ได้จากลูกสูบ/กระบอกสูบจะถูกนำไปใช้ในการขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ผ่านระบบเพลาข้อเหวี่ยง

เครื่องยนต์กังหันแก๊สก็เป็นเครื่องยนต์ Brayton เช่นกัน โดยมีส่วนประกอบ 3 ส่วน ได้แก่ เครื่องอัดอากาศ ห้อง เผาไหม้และกังหันแก๊ส^{[ 11 ]}

วัฏจักรเบรย์ตันในอุดมคติ:

1. กระบวนการไอเซนโทรปิก – อากาศโดยรอบถูกดูดเข้าไปในคอมเพรสเซอร์และถูกอัดความดัน
2. กระบวนการความดันคงที่ – อากาศอัดจะไหลผ่านห้องเผาไหม้ ซึ่งเชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้และทำให้อากาศร้อนขึ้น กระบวนการนี้เป็นกระบวนการความดันคงที่ เนื่องจากห้องเผาไหม้เปิดให้มีการไหลเข้าและออกได้
3. กระบวนการไอเซนโทรปิก – อากาศที่ถูกทำให้ร้อนและอัดแน่นจะคายพลังงานออกมาโดยการขยายตัวผ่านกังหัน (หรือชุดกังหัน) พลังงานบางส่วนที่ได้จากกังหันจะถูกนำไปใช้ในการขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์
4. กระบวนการความดันคงที่ – การระบายความร้อน (สู่ชั้นบรรยากาศ)

วัฏจักรเบรย์ตันจริง:

1. กระบวนการอะเดียแบติก – การอัด
2. กระบวนการความดันคงที่ – การเติมความร้อน
3. กระบวนการอะเดียแบติก – การขยายตัว
4. กระบวนการความดันคงที่ – การระบายความร้อน

เนื่องจากทั้งการบีบอัดและการขยายตัวไม่สามารถเป็นไอเซนโทรปิกได้อย่างแท้จริง การสูญเสียผ่านคอมเพรสเซอร์และตัวขยายจึงเป็นแหล่งที่มาของประสิทธิภาพ การทำงานที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ โดยทั่วไป การเพิ่มอัตราส่วนการบีบอัดเป็นวิธีที่ตรงที่สุดในการเพิ่มกำลังเอาต์พุตโดยรวมของระบบเบรย์ตัน^{[ 13 ]}

ประสิทธิภาพของวัฏจักรเบรย์ตันในอุดมคติคือโดยที่คืออัตราส่วนความจุความร้อน [ ^{14 ] รูป}ที่ 1 แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของวัฏจักรเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่ออัตราส่วนความดันเพิ่มขึ้น รูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่ากำลังเอาต์พุตจำเพาะเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่ออุณหภูมิขาเข้าของกังหันก๊าซเพิ่มขึ้นสำหรับค่าอัตราส่วนความดันสองค่าที่แตกต่างกัน ${\displaystyle \eta =1-{\frac {T_{1}}{T_{2}}}=1-\left({\frac {P_{1}}{P_{2}}}\right)^{(\gamma -1)/\gamma }}$${\displaystyle \gamma }$

• 
  รูปที่ 1: ประสิทธิภาพของวัฏจักรเบรย์ตัน
• 
  รูปที่ 2: กำลังเอาต์พุตจำเพาะของวัฏจักรเบรย์ตัน

อุณหภูมิก๊าซสูงสุดในวัฏจักรเกิดขึ้น ณ จุดที่มีการถ่ายโอนงานไปยังกังหันแรงดันสูง (ทางเข้าโรเตอร์) ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิก๊าซสูงสุดในเครื่องยนต์ (โซนการเผาไหม้) อุณหภูมิสูงสุดของวัฏจักรถูกจำกัดโดยวัสดุของกังหันและอายุการใช้งานที่ต้องการของกังหัน นอกจากนี้ยังจำกัดอัตราส่วนความดันที่สามารถใช้ในวัฏจักรได้ สำหรับอุณหภูมิทางเข้ากังหันที่คงที่ งานสุทธิที่ได้ต่อวัฏจักรจะเพิ่มขึ้นตามอัตราส่วนความดัน (ดังนั้นประสิทธิภาพเชิงความร้อน ) และงานสุทธิที่ได้ หากงานต่อวัฏจักรน้อยลง จะต้องใช้อัตราการไหลของมวลที่มากขึ้น (ดังนั้นระบบจึงใหญ่ขึ้น) เพื่อรักษากำลังไฟฟ้าที่ได้เท่าเดิม ซึ่งอาจไม่คุ้มค่า ในการออกแบบทั่วไปส่วนใหญ่ อัตราส่วนความดันของกังหันก๊าซจะอยู่ระหว่างประมาณ 11 ถึง 16 ^{[ 15 ]}

กำลังขับของเครื่องยนต์เบรย์ตันสามารถเพิ่มขึ้นได้โดย:

• การอุ่นซ้ำ (Reheat) ซึ่งของเหลวทำงาน —ในกรณีส่วนใหญ่คืออากาศ—ขยายตัวผ่านชุดกังหัน จากนั้นผ่านห้องเผาไหม้ที่สองก่อนที่จะขยายตัวสู่ความดันบรรยากาศผ่านชุดกังหันสุดท้าย มีข้อดีคือช่วยเพิ่มกำลังขับที่ทำได้สำหรับอัตราส่วนการอัดที่กำหนดโดยไม่เกิน ข้อจำกัด ทางโลหะวิทยา ใดๆ (โดยทั่วไปประมาณ 1000 °C) การใช้เครื่องเผาไหม้เสริม (Afterburner)สำหรับเครื่องยนต์เครื่องบินไอพ่นก็สามารถเรียกว่า "การอุ่นซ้ำ" ได้เช่นกัน แต่เป็นกระบวนการที่แตกต่างออกไปตรงที่อากาศที่ถูกอุ่นซ้ำจะขยายตัวผ่านหัวฉีดแรงขับแทนที่จะเป็นกังหัน ข้อจำกัดทางโลหะวิทยาจะลดลงบ้าง ทำให้สามารถใช้ความร้อนซ้ำได้สูงขึ้นมาก (ประมาณ 2000 °C) การอุ่นซ้ำมักใช้เพื่อปรับปรุงกำลังจำเพาะ และมักเกี่ยวข้องกับการลดลงของประสิทธิภาพ ผลกระทบนี้จะเด่นชัดเป็นพิเศษในเครื่องเผาไหม้เสริมเนื่องจากปริมาณเชื้อเพลิงพิเศษที่ใช้มีปริมาณมาก
• ในการพ่นเกิน หลังจากขั้นตอนคอมเพรสเซอร์แรก น้ำจะถูกฉีดเข้าไปในคอมเพรสเซอร์ ทำให้การไหลของมวลภายในคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น เพิ่มกำลังเอาต์พุตของกังหันอย่างมีนัยสำคัญ และลดอุณหภูมิขาออกของคอมเพรสเซอร์^{[ 16 ]}ในขั้นตอนคอมเพรสเซอร์ที่สอง น้ำจะถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซอย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดการระบายความร้อนบางส่วนผ่านความร้อนแฝงของการระเหย

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เบรย์ตันสามารถปรับปรุงได้โดย:

• ดังแสดงในรูปที่ 1 ข้างต้น การเพิ่มอัตราส่วนความดันจะเพิ่มประสิทธิภาพของวัฏจักรเบรย์ตัน ซึ่งคล้ายคลึงกับการเพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพที่พบในวัฏจักรออตโตเมื่ออัตราส่วนการอัดเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัดในทางปฏิบัติเกิดขึ้นเมื่อเพิ่มอัตราส่วนความดัน ประการแรก การเพิ่มอัตราส่วนความดันจะเพิ่มอุณหภูมิขาออกของคอมเพรสเซอร์ เนื่องจากอุณหภูมิของกังหันมีขีดจำกัดที่กำหนดโดยข้อจำกัดทางโลหะวิทยาและอายุการใช้งาน การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่อนุญาต (เชื้อเพลิงที่เพิ่มเข้ามา) ในห้องเผาไหม้จึงลดลง นอกจากนี้ เนื่องจากความยาวของใบพัดคอมเพรสเซอร์จะเล็กลงเรื่อยๆ ในขั้นตอนความดันที่สูงขึ้น ช่องว่างการทำงานคงที่ผ่านคอมเพรสเซอร์ระหว่างปลายใบพัดและตัวเรือนเครื่องยนต์จะกลายเป็นเปอร์เซ็นต์ที่ใหญ่ขึ้นของความสูงของใบพัดคอมเพรสเซอร์ ทำให้เกิดการรั่วไหลของอากาศผ่านปลายใบพัดมากขึ้น ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์ลดลง และมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในกังหันก๊าซขนาดเล็ก (เนื่องจากใบพัดมีขนาดเล็กกว่าโดยธรรมชาติ) สุดท้าย ดังที่เห็นได้ในรูปที่ 1 ประสิทธิภาพจะคงที่เมื่ออัตราส่วนความดันเพิ่มขึ้น ดังนั้น การเพิ่มอัตราส่วนความดันให้สูงขึ้นไปอีกจึงไม่ก่อให้เกิดประโยชน์มากนัก หากอัตราส่วนความดันนั้นอยู่ในระดับสูงอยู่แล้ว
• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน^{[ 17 ]} – หากวงจร Brayton ทำงานที่อัตราส่วนความดันต่ำและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสูงในห้องเผาไหม้ ก๊าซไอเสีย (หลังจากขั้นตอนกังหันสุดท้าย) อาจยังคงร้อนกว่าก๊าซขาเข้าที่ถูกอัด (หลังจากขั้นตอนการอัดสุดท้ายแต่ก่อนห้องเผาไหม้) ในกรณีนั้น สามารถใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากไอเสียไปยังก๊าซที่ถูกอัดแล้ว ก่อนที่จะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ พลังงานความร้อนที่ถ่ายโอนจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่อย่างมีประสิทธิภาพ จึงเพิ่มประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม การรีไซเคิลความร้อนในรูปแบบนี้เป็นไปได้ก็ต่อเมื่อเครื่องยนต์ทำงานในโหมดประสิทธิภาพต่ำด้วยอัตราส่วนความดันต่ำตั้งแต่แรก การถ่ายโอนความร้อนจากทางออก (หลังจากกังหันสุดท้าย) ไปยังทางเข้า (ก่อนขั้นตอนคอมเพรสเซอร์แรก) จะลดประสิทธิภาพลง เนื่องจากอากาศขาเข้าที่ร้อนกว่าหมายถึงปริมาตรที่มากขึ้น ดังนั้นคอมเพรสเซอร์จึงต้องทำงานมากขึ้น สำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวไครโอเจนิก เช่นไฮโดรเจนอาจเป็นไปได้ที่จะใช้เชื้อเพลิงในการทำให้อากาศขาเข้าเย็นลงก่อนการอัดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ แนวคิดนี้ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดถี่ถ้วนสำหรับเครื่องยนต์SABRE
• เครื่องยนต์เบรย์ตันยังเป็นส่วนประกอบครึ่งหนึ่งของ ระบบ วัฏจักรผสมซึ่งทำงานร่วมกับเครื่องยนต์แรงไคน์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมให้สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการทำงานร่วมกับเครื่องยนต์แรงไคน์จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม แต่ก็ไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพของวัฏจักรเบรย์ตันเองแต่อย่างใด
• ระบบผลิต พลังงานร่วม (Cogeneration)ใช้ประโยชน์จากความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องยนต์เบรย์ตัน โดยทั่วไปใช้สำหรับการผลิตน้ำร้อนหรือให้ความร้อนแก่อาคาร

วงจร Brayton แบบปิดจะหมุนเวียนของของเหลวทำงานโดยอากาศที่ถูกขับออกจากกังหันจะถูกนำกลับเข้าไปในคอมเพรสเซอร์ วงจรนี้ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในการให้ความร้อนแก่ของเหลวทำงานแทนที่จะใช้ห้องเผาไหม้ภายใน วงจร Brayton แบบปิดถูกนำมาใช้ เช่น ในกังหันก๊าซแบบวงจรปิดสำหรับการผลิตพลังงานในอวกาศ^{[ 18 ]}

ในปี พ.ศ. 2545 วงจร Brayton พลังงานแสงอาทิตย์แบบไฮบริดแบบเปิดได้ถูกนำมาใช้งานอย่างสม่ำเสมอและมีประสิทธิภาพเป็นครั้งแรก โดยมีการตีพิมพ์เอกสารที่เกี่ยวข้อง ภายใต้กรอบของโครงการ SOLGATE ของสหภาพยุโรป^{[ 19 ]}อากาศถูกทำให้ร้อนจาก 570 เป็นมากกว่า 1000K เข้าไปในห้องเผาไหม้ การผสมผสานเพิ่มเติมเกิดขึ้นระหว่างโครงการ Solhyco ของสหภาพยุโรป โดยใช้วงจร Brayton แบบไฮบริดกับพลังงานแสงอาทิตย์และไบโอดีเซลเท่านั้น^{[ 20 ]}เทคโนโลยีนี้ได้รับการขยายขนาดเป็น 4.6 MW ภายในโครงการ Solugas ซึ่งตั้งอยู่ใกล้เมืองเซบียา ซึ่งปัจจุบันกำลังสาธิตในระดับก่อนเชิงพาณิชย์^{[ 21 ]}

วัฏจักรเบรย์ตันที่ขับเคลื่อนในทิศทางตรงกันข้ามจะใช้พลังงานในการเคลื่อนย้ายความร้อน ทำให้เป็นรูปแบบหนึ่งของวัฏจักรทำความเย็นแก๊สเมื่ออากาศเป็นของเหลวทำงาน จะเรียกว่าวัฏจักรเบลล์โคลแมน^{[ 22 ]}

นอกจากนี้ยังใช้ใน อุตสาหกรรม LNGสำหรับการลดอุณหภูมิ LNG โดยใช้พลังงานจากกังหันก๊าซในการขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์

นี่คือวัฏจักรเบรย์ตันแบบเปิด ซึ่งสร้างงานจากความร้อนเช่นกัน แต่มีลำดับขั้นตอนที่แตกต่างกัน อากาศที่เข้ามาจะถูกทำให้ร้อนก่อนที่ความดันบรรยากาศ จากนั้นจึงผ่านกังหัน ทำให้เกิดงานขึ้น ก๊าซซึ่งขณะนี้มีความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศ จะถูกทำให้เย็นลงในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน คอมเพรสเซอร์จะเพิ่มความดันอีกครั้งเพื่อให้ก๊าซสามารถถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศได้

NASA กำลังพิจารณาวงจร Brayton สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บนดวงจันทร์ที่จะปล่อยในปี 2030 ^{[ 23 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับวัฏจักรเบรย์ตัน

• เครื่องยนต์โรตารี่บริทาลัส
• เครื่องยนต์ความร้อน
• ระบบปรับอากาศ
• วัฏจักรแรงไคน์

• บทความวิทยาศาสตร์วันนี้เกี่ยวกับเครื่องยนต์เบรย์ตัน
• [1]
• ระบบกังหันก๊าซพลังงานแสงอาทิตย์: การออกแบบ ต้นทุน และมุมมองในอนาคต
• เฮลเลอร์, ปีเตอร์; แฟนเดอร์, มาร์คุส; เดงค์, ธอร์สเทน; เทลเลซ, เฟลิกซ์; บัลเบร์เด้, อันโตนิโอ; เฟอร์นันเดซ, เฆซุส; ริง, อาริก (2006) "การทดสอบและประเมินผลระบบกังหันก๊าซพลังงานแสงอาทิตย์" พลังงานแสงอาทิตย์ . 80 (10): 1225– 1230. Bibcode : 2006SoEn...80.1225H . ดอย : 10.1016/ j.solener.2005.04.020