專(zhuān)利名稱(chēng)：混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及具有燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)和朗肯 (rankine)循環(huán)系統(tǒng)的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種各樣的工商業(yè)過(guò)程和操作產(chǎn)生了非常大量的廢熱。實(shí)例廢熱源包括來(lái)自空間加熱組件、蒸汽鍋爐、發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻系統(tǒng)的熱。當(dāng)廢熱是低等級(jí)的(例如具有例如低于300 攝氏度(570華氏度)的溫度的廢熱)時(shí)，傳統(tǒng)的熱回收系統(tǒng)不能以足以使能量的回收節(jié)省成本的效率來(lái)運(yùn)行。最終結(jié)果是大量的廢熱簡(jiǎn)單地排到大氣、地面或水中。一般而言，在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，空氣在壓縮機(jī)或多級(jí)壓縮機(jī)中被壓縮。壓縮空氣在燃燒室中與燃料(例如天然氣、輕燃料油等)混合和燃燒。由于燃燒而產(chǎn)生的排氣被用來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪，渦輪可用來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力或?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)。在暖和的日子里，由于壓縮機(jī)的入口處的升高的空氣溫度，燃?xì)廨啓C(jī)的性能可降低。可通過(guò)在壓縮機(jī)級(jí)之間在中間冷卻空氣來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。在傳統(tǒng)上，使用冷卻塔來(lái)將由于在壓縮機(jī)級(jí)之間的空氣的中間冷卻而產(chǎn)生的熱排到環(huán)境中。中間冷卻器熱通常被浪費(fèi)，這是因?yàn)樗ㄟ^(guò)冷卻塔排到環(huán)境中。而且，需要大型的熱交換器和風(fēng)扇來(lái)將處于低溫的這個(gè)熱排到環(huán)境中。在另一個(gè)應(yīng)用中，可使用朗肯循環(huán)系統(tǒng)來(lái)發(fā)電，而不增加燃?xì)廨啓C(jī)排放的輸出?；镜睦士涎h(huán)典型地包括渦輪發(fā)電機(jī)、蒸發(fā)器/鍋爐、冷凝器和液體泵。在傳統(tǒng)上，在這種朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，在膨脹過(guò)程之前使工作流體預(yù)熱、蒸發(fā)和過(guò)熱。但是，很大一部分的熱在沸騰溫度處被提取來(lái)加熱工作流體，從而導(dǎo)致“窄點(diǎn)(pinch-point) ”問(wèn)題，其限制了可通過(guò)加熱工作流體來(lái)提取的熱的量或在空氣和工作流體之間的最低可能平均溫差。因此，存在對(duì)于克服了上面論述的缺陷的增強(qiáng)的系統(tǒng)和方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，公開(kāi)了一種混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)?；旌鲜絼?dòng)力發(fā)生系統(tǒng)包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)、中間冷卻器和第二壓縮機(jī)。第一壓縮機(jī)構(gòu)造成以便壓縮入口空氣流，以產(chǎn)生處于第一壓力的第一出口空氣流。中間冷卻器聯(lián)接到第一壓縮機(jī)上，并且構(gòu)造成以便冷卻離開(kāi)第一壓縮機(jī)的第一出口空氣流，以產(chǎn)生第二出口空氣流。第二壓縮機(jī)聯(lián)接到中間冷卻器上，并且構(gòu)造成以便壓縮離開(kāi)中間冷卻器的第二出口空氣流，以產(chǎn)生處于第二壓力的第三出口空氣流。超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上。超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接到中間冷卻器上，以便以與第一出口空氣流成熱交換關(guān)系的方式使工作流體循環(huán)，以將處于超臨界壓力的工作流體從第一溫度加熱到超過(guò)工作流體的臨界溫度的第二溫度，以及冷卻離開(kāi)第一壓縮機(jī)的第一出口空氣流。根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，一種超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)中間流體回路聯(lián)接到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上，中間流體回路構(gòu)造成以便使傳熱流體循環(huán)。傳熱流體以與第一出口空氣流成熱交換關(guān)系的方式循環(huán)，并且工作流體以與傳熱流體成熱交換關(guān)系的方式循環(huán)， 以將處于超臨界壓力的工作流體從第一溫度加熱到超過(guò)工作流體的臨界溫度的第二溫度， 以及冷卻離開(kāi)第一壓縮機(jī)的第一出口空氣流。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，公開(kāi)了其一種與混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)相關(guān)的方法。


當(dāng)參照附圖來(lái)閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，相同的符號(hào)在所有圖中表示相同的部件，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的具有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)的圖示；
圖2是溫度⑴一熵⑶的(關(guān)系)的圖解表示，其用以比較傳統(tǒng)的亞臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的逆流中間冷卻器的圖示； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的逆流中間冷卻器的圖示；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的、具有通過(guò)中間流體回路聯(lián)接到超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)上的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)的圖示。部件列表
10混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng) 12燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 14超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng) 16燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 18第一壓縮機(jī) 20第二壓縮機(jī) 22渦輪 23液體區(qū)域 24燃?xì)廨啓C(jī)軸 25兩相區(qū)域 26燃燒器 27蒸氣區(qū)域觀負(fù)載發(fā)電機(jī)
29表示傳統(tǒng)的亞臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)的曲線 30入口空氣
31表示超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)的曲線 32第一出口空氣流
33表示從第一壓縮機(jī)供應(yīng)的第一出口空氣流的冷卻曲線 34中間冷卻器 35蛇形盤(pán)管 36第二出口空氣流37翅片盤(pán)管 38第三出口空氣流 39壓力殼體 40燃料 42燃燒排氣 44經(jīng)膨脹的氣體 46膨脹器 48發(fā)電機(jī) 50冷凝器 51回流換熱器 52泵
54中間流體回路 56熱交換器 58泵。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的各方面，公開(kāi)了一種混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)?；旌鲜絼?dòng)力發(fā)生系統(tǒng)包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)、中間冷卻器、第二壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。第一壓縮機(jī)構(gòu)造成以便壓縮入口空氣流，以產(chǎn)生處于第一壓力的第一出口空氣流。中間冷卻器聯(lián)接到第一壓縮機(jī)上，并且構(gòu)造成以便冷卻離開(kāi)第一壓縮機(jī)的第一出口空氣流，以產(chǎn)生第二出口空氣流。第二壓縮機(jī)聯(lián)接到中間冷卻器上，并且構(gòu)造成以便壓縮離開(kāi)中間冷卻器的第二出口空氣流，以產(chǎn)生處于第二壓力的第三出口空氣流。超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接到中間冷卻器上，以便以與第一出口空氣流成熱交換關(guān)系的方式使工作流體循環(huán)，以將處于超臨界壓力的工作流體從第一溫度加熱到超過(guò)工作流體的臨界溫度的第二溫度，以及冷卻離開(kāi)第一壓縮機(jī)的第一出口空氣流。在某些實(shí)施例中，超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)中間流體回路聯(lián)接到中間冷卻器上。如本文中所論述，由于在中間冷卻燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)而產(chǎn)生的熱可被超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)用來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。另外，超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)為在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)的兩個(gè)級(jí)之間的壓縮空氣提供了足夠的冷卻。參照?qǐng)D1，公開(kāi)了示例性混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)10?；旌鲜絼?dòng)力發(fā)生系統(tǒng)10包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)12和超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14。根據(jù)本發(fā)明的各方面的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)12包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)16。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)16包括通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)軸M相互聯(lián)接的第一壓縮機(jī)(即低壓壓縮機(jī))18、第二壓縮機(jī)(即高壓壓縮機(jī))20和渦輪22。第二壓縮機(jī) 20聯(lián)接到燃燒器沈上。燃燒器沈的出口聯(lián)接到渦輪22的入口上。負(fù)載發(fā)電機(jī)觀以機(jī)械的方式聯(lián)接到渦輪22上，并且構(gòu)造成以便產(chǎn)生功率。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)16操作來(lái)將負(fù)載發(fā)電機(jī)觀保持在期望的速度和負(fù)荷處。第一壓縮機(jī)18通過(guò)過(guò)濾器(未顯示)吸入入口空氣30 (即環(huán)境空氣)，并且壓縮空氣30，以產(chǎn)生處于第一壓力的第一出口空氣流32?？諝?0的溫度由于壓縮的原因而被提高。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)12包括聯(lián)接在第一壓縮機(jī)18和第二壓縮機(jī)20之間的中間冷卻器34。來(lái)自第一壓縮機(jī)18的壓縮空氣(即第一出口空氣流)32穿過(guò)中間冷卻器34。在運(yùn)行期間，壓縮空氣32流過(guò)中間冷卻器34，使得在被輸送到第二壓縮機(jī)20中之前，空氣的溫度被降低。在該示例性實(shí)施例中，在超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14中循環(huán)的工作流體用來(lái)幫助去除來(lái)自壓縮空氣的熱，以產(chǎn)生第二出口空氣流36。來(lái)自中間冷卻器34的經(jīng)冷卻的壓縮空氣(即第二出口空氣流)36供應(yīng)給第二壓縮機(jī)20。第二壓縮機(jī)20構(gòu)造成以便壓縮經(jīng)冷卻的空氣36，以產(chǎn)生處于第二壓力的第三出口空氣流38，第二壓力高于第一壓力。燃料40在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)12的燃燒器沈中與來(lái)自第二壓縮機(jī)20的壓縮空氣(即第三出口空氣流)38混合，并且被燃燒，以提高第三出口空氣流38的溫度。來(lái)自燃燒器沈的燃燒排氣42供應(yīng)給渦輪22。渦輪22通過(guò)使排氣42膨脹來(lái)提取能量，用于使聯(lián)接到壓縮機(jī) 18,20和發(fā)電機(jī)觀上的燃?xì)廨啓C(jī)軸M旋轉(zhuǎn)。經(jīng)膨脹的氣體44通過(guò)渦輪22的出口排出。在示出的實(shí)施例中，超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14聯(lián)接到中間冷卻器34上。工作流體通過(guò)超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14循環(huán)。在某些實(shí)施例中，超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14是超臨界有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，并且工作流體是有機(jī)工作流體。有機(jī)工作流體可包括丁烷、丙烷、戊烷、環(huán)己胺、環(huán)戊烷、噻吩、酮、芳香族化合物、制冷劑(例如R134a、R245fa)，或它們的組合。在某些其它實(shí)施例中，工作流體包括非有機(jī)工作流體。超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14以這樣的方式聯(lián)接到中間冷卻器34上即使得以與第一出口空氣流32成熱交換關(guān)系的方式使工作流體循環(huán)。在某些實(shí)施例中，工作流體和第一出口空氣流32通過(guò)中間冷卻器34沿逆流方向循環(huán)。工作流體在超過(guò)其臨界壓力的壓力處被從第一溫度加熱到超過(guò)其臨界溫度的第二溫度。同時(shí)，離開(kāi)第一壓縮機(jī)的第一出口空氣流被充分地冷卻。超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14的工作流體在中間冷卻器34中用作冷卻劑，以有利于去除來(lái)自由第一壓縮機(jī)18提供的壓縮空氣32的熱。當(dāng)來(lái)自第一壓縮機(jī)18的壓縮空氣32在其進(jìn)入第二壓縮機(jī)20之前被冷卻時(shí)，工作流體被加熱。處于超臨界狀態(tài)的工作流體然后穿過(guò)膨脹器46(在一個(gè)實(shí)例中，其包括徑向型膨脹器)，以驅(qū)動(dòng)構(gòu)造成以便產(chǎn)生功率的發(fā)電機(jī)48。在膨脹過(guò)程期間，工作流體會(huì)經(jīng)歷膨脹到更低的壓力，并且典型地進(jìn)入過(guò)熱流體狀態(tài)。本文中應(yīng)當(dāng)注意到，提到壓力為更低，這是與在亞臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)中膨脹之后的工作流體的壓力相比。在某些其它示例性實(shí)施例中， 膨脹器46可為軸向型膨脹器、徑向型膨脹器或高溫螺桿型膨脹器、往復(fù)型膨脹器，或它們的組合。在穿過(guò)膨脹器46之后，處于相對(duì)更低的壓力和更低的溫度的工作流體蒸氣會(huì)穿過(guò)冷凝器50。在冷凝器50中，工作流體蒸氣冷凝成液體，該液體然后被泵52泵送到中間冷卻器34。然后可重復(fù)該循環(huán)。取決于循環(huán)布局，在進(jìn)入冷凝器50之前，工作流體可穿過(guò)回流換熱器51，以預(yù)熱液體工作流體。在這種實(shí)施例中，回流換熱器51構(gòu)造成以便在從冷凝器50供應(yīng)的冷凝的工作流體供應(yīng)給中間冷卻器34之前，通過(guò)以與從膨脹器46供應(yīng)的經(jīng)膨脹的工作流體成熱交換關(guān)系的方式使該冷凝的工作流體循環(huán)，來(lái)預(yù)熱該(從冷凝器50供應(yīng)的)冷凝的工作流體。如上面所論述，在中間冷卻的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，中間冷卻器熱通常被浪費(fèi)， 并且需要大型的熱交換器和風(fēng)扇來(lái)排出處于低溫的這種熱。而且在傳統(tǒng)上，在朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，在膨脹過(guò)程之前使工作流體預(yù)熱、蒸發(fā)和過(guò)熱。這會(huì)導(dǎo)致“窄點(diǎn)”的問(wèn)題，其限制了通過(guò)加熱工作流體來(lái)從空氣中可能提取的熱的量或在空氣(第一出口空氣流)和工作流體之間的最低可能平均溫差。通過(guò)借助于泵52控制通過(guò)中間冷卻器34的工作流體的質(zhì)量流量
7來(lái)控制在第一出口空氣流32和工作流體之間的溫差。根據(jù)本發(fā)明的各方面，超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)的工作流體在超臨界壓力處被從第一溫度加熱到超過(guò)工作流體的臨界溫度的第二溫度，而工作流體沒(méi)有相變。換句話說(shuō)，工作流體在超臨界壓力處被加熱，而沒(méi)有恒溫蒸發(fā)。因此，避免了“窄點(diǎn)”問(wèn)題。因此，可在空氣 (第一出口空氣流)和工作流體之間有更低的平均溫差的情況下更高效地提取熱。因?yàn)闊峤粨Q過(guò)程的不可逆性更低，所以可更高效地提取熱，并且工作流體溫度和工作流體的質(zhì)量流量相對(duì)更高。提高了動(dòng)力產(chǎn)生效率，并且充分地滿足了中間冷卻器的冷卻需求。參照?qǐng)D2，示出了溫度(T)一熵(S)關(guān)系的圖解表示，其用以比較傳統(tǒng)的亞臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)。工作流體的液體區(qū)域、兩相區(qū)域和蒸氣區(qū)域分別由參考標(biāo)號(hào)23、25和27表示。表示傳統(tǒng)的亞臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)的曲線由參考標(biāo)號(hào)四指示。表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)的曲線由參考標(biāo)號(hào)31表示。表示從第一壓縮機(jī)供應(yīng)的第一出口空氣流的冷卻曲線由參考標(biāo)號(hào)33指示。本文中應(yīng)當(dāng)注意，在示出的圖2中，在第一出口空氣流的冷卻曲線33和超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)的加熱曲線31之間的減小的間隙表示在空氣和工作流體之間有更低的平均溫差的情況下更高效地提取熱。由于蒸氣線的正斜率的原因，工作流體經(jīng)歷了膨脹，并且典型地進(jìn)入過(guò)熱流體狀態(tài)。參照?qǐng)D3，公開(kāi)了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的中間冷卻器34。在示出的實(shí)施例中，中間冷卻器34是逆流熱交換器。顯示了熱的第一出口空氣流32和冷的第二出口空氣流36沿著一個(gè)方向，并且顯示了通過(guò)蛇形盤(pán)管35的工作流體流沿著相反方向。參照?qǐng)D4，公開(kāi)了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的中間冷卻器34。在示出的實(shí)施例中，中間冷卻器34是逆流熱交換器。中間冷卻器34包括設(shè)置在壓力殼體39的內(nèi)部的翅片盤(pán)管37。工作流體流過(guò)翅片盤(pán)管37。顯示了熱的第一出口空氣流32和冷的第二出口空氣流36沿著相對(duì)于工作流體流逆流的方向。參照?qǐng)D5，公開(kāi)了示例性混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)10。系統(tǒng)10類(lèi)似于在圖1中示出的實(shí)施例，只是朗肯循環(huán)系統(tǒng)14通過(guò)中間流體回路M聯(lián)接到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)12上。在示出的實(shí)施例中，傳熱流體通過(guò)中間流體回路M循環(huán)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳熱流體是水。在另一個(gè)實(shí)施例中，傳熱流體是導(dǎo)熱油?？刹捎眠@種實(shí)施例來(lái)將工作流體與空氣分開(kāi)，以防有任何泄露。中間回路M以這樣的方式聯(lián)接到中間冷卻器34上即使得以與第一出口空氣流 32成熱交換關(guān)系的方式使傳熱流體循環(huán)。在某些實(shí)施例中，傳熱流體和第一出口空氣流32 通過(guò)中間冷卻器34沿相逆的流向循環(huán)。中間冷卻器34用來(lái)使用第一出口空氣流32來(lái)將傳熱流體加熱到相對(duì)更高的溫度。因此，第一出口空氣流32也被充分地冷卻，以產(chǎn)生第二出口空氣流36。第二出口空氣流36然后供應(yīng)給第二壓縮機(jī)20，如前面的實(shí)施例中論述的那樣。來(lái)自中間冷卻器34的熱的傳熱流體通過(guò)熱交換器56 (即加熱器)以與超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14的工作流體成熱交換關(guān)系的方式循環(huán)。工作流體在超臨界壓力處被從第一溫度加熱到超過(guò)工作流體的臨界溫度的第二溫度。同時(shí)，離開(kāi)熱交換器56的傳熱流體被冷卻。超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14的工作流體在熱交換器56中用作冷卻劑，以有利于通過(guò)傳熱流體從壓縮空氣32去除熱。當(dāng)來(lái)自第一壓縮機(jī)18的壓縮空氣32在其進(jìn)入第二壓縮機(jī)20 之前被冷卻時(shí)，工作流體經(jīng)由傳熱流體加熱。類(lèi)似于圖1的實(shí)施例，處于超臨界狀態(tài)的工作流體然后穿過(guò)膨脹器46，以驅(qū)動(dòng)構(gòu)造成以便產(chǎn)生功率的發(fā)電機(jī)48。在超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)14中的其余的步驟類(lèi)似于圖1的實(shí)施例。然后使用泵58來(lái)將傳熱流體從熱交換器56泵送回到中間冷卻器34。不像傳統(tǒng)的系統(tǒng)那樣，根據(jù)圖1和2的實(shí)施例，工作流體不是在恒定的溫度處蒸發(fā)，而是在單相中被加熱(沒(méi)有相變)。工作流體作為“超臨界的、稠密的、類(lèi)似蒸氣的流體” 供應(yīng)給膨脹器46。在膨脹過(guò)程期間，工作流體會(huì)經(jīng)歷膨脹，并且典型地進(jìn)入過(guò)熱流體狀態(tài)。雖然本文中僅說(shuō)明和描述了本發(fā)明的某些特征，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許多修改和改變。因此，將理解到，所附權(quán)利要求書(shū)意圖覆蓋落在本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(12)，其包括第一壓縮機(jī)(18)，其構(gòu)造成以便壓縮入口空氣流(30)，以產(chǎn)生處于第一壓力的第一出口空氣流(32)；中間冷卻器(34)，其聯(lián)接到所述第一壓縮機(jī)(18)上，并且構(gòu)造成以便冷卻離開(kāi)所述第一壓縮機(jī)(18)的所述第一出口空氣流(32)，以產(chǎn)生第二出口空氣流(36)；以及第二壓縮機(jī)(20)，其聯(lián)接到所述中間冷卻器(34)上，并且構(gòu)造成以便壓縮離開(kāi)所述中間冷卻器(34)的所述第二出口空氣流(36)，以產(chǎn)生處于第二壓力的第三出口空氣流(38)； 以及聯(lián)接到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(1 上的超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)(14)，其中，所述超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)(14)聯(lián)接到所述中間冷卻器(34)上，以便以與所述第一出口空氣流(32) 成熱交換關(guān)系的方式使工作流體循環(huán)，以將處于超臨界壓力的所述工作流體從第一溫度加熱到超過(guò)所述工作流體的臨界溫度的第二溫度，以及冷卻離開(kāi)所述第一壓縮機(jī)(18)的所述第一出口空氣流(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)(14)包括超臨界有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述工作流體在所述超臨界壓力處被從所述第一溫度加熱到超過(guò)所述工作流體的所述臨界溫度的所述第二溫度，而所述工作流體沒(méi)有相變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)(14)聯(lián)接到所述中間冷卻器(34)上，以便以與所述第一出口空氣流(32)成熱交換關(guān)系的方式使所述工作流體沿逆流方向循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)(14)包括膨脹器(46)，所述膨脹器06)構(gòu)造成以便使從所述中間冷卻器(34)接收到的經(jīng)加熱的工作流體膨脹到更低的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)(14)進(jìn)一步包括冷凝器(50)，所述冷凝器(50)聯(lián)接到所述膨脹器G6)上，并且構(gòu)造成以便使從所述膨脹器G6)供應(yīng)的所述工作流體冷凝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(1 進(jìn)一步包括燃燒器( )，所述燃燒器06)聯(lián)接到所述第二壓縮機(jī)00)上，并且構(gòu)造成以便燃燒燃料GO)和離開(kāi)所述第二壓縮機(jī)00)的所述第三出口空氣流(38)的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(1 進(jìn)一步包括渦輪(22)，所述渦輪(2 聯(lián)接到所述燃燒器06)上，并且構(gòu)造成以便使從所述燃燒器06)離開(kāi)的燃燒排氣G2)膨脹，以產(chǎn)生動(dòng)力。
9.一種混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)，包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(12)，其包括第一壓縮機(jī)(18)，其構(gòu)造成以便壓縮入口空氣流(30)，以產(chǎn)生處于第一壓力的第一出口空氣流(32)；中間冷卻器(34)，其聯(lián)接到所述第一壓縮機(jī)(18)上，并且構(gòu)造成以便冷卻離開(kāi)所述第一壓縮機(jī)(18)的所述第一出口空氣流(32)，以產(chǎn)生第二出口空氣流(36)；以及第二壓縮機(jī)(20)，其聯(lián)接到所述中間冷卻器(34)上，并且構(gòu)造成以便壓縮離開(kāi)所述中間冷卻器(34)的所述第二出口空氣流(36)，以產(chǎn)生處于第二壓力的第三出口空氣流(38)； 以及超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)(14)，其通過(guò)中間流體回路(54)聯(lián)接到所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(1 上，所述中間流體回路(54)構(gòu)造成以便使傳熱流體循環(huán)，其中，所述傳熱流體以與所述第一出口空氣流(32)成熱交換關(guān)系的方式循環(huán)，并且所述工作流體以與所述傳熱流體成熱交換關(guān)系的方式循環(huán)，以將處于超臨界壓力的所述工作流體從第一溫度加熱到超過(guò)所述工作流體的臨界溫度的第二溫度，以及冷卻離開(kāi)所述第一壓縮機(jī)(18)的所述第一出口空氣流(32)。
10. 一種運(yùn)行混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)(10)的方法，包括通過(guò)第一壓縮機(jī)(18)來(lái)壓縮入口空氣流(30)，以產(chǎn)生處于第一壓力的第一出口空氣流(32)；通過(guò)中間冷卻器(34)來(lái)冷卻離開(kāi)所述第一壓縮機(jī)(18)的所述第一出口空氣流(32)， 以產(chǎn)生第二出口空氣流(36)；以及通過(guò)第二壓縮機(jī)00)來(lái)壓縮離開(kāi)所述中間冷卻器(34)的所述第二出口空氣流(36)， 以產(chǎn)生處于第二壓力的第三出口空氣流(38)；其中，冷卻所述第一出口空氣流(3 包括以與所述第一出口空氣流(3 成熱交換關(guān)系的方式使超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)(14)的工作流體循環(huán)，以將處于超臨界壓力的所述工作流體從第一溫度加熱到超過(guò)所述工作流體的臨界溫度的第二溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)及其方法。一種混合式動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)、中間冷卻器和第二壓縮機(jī)。第一壓縮機(jī)構(gòu)造成壓縮入口空氣流以產(chǎn)生第一出口空氣流。中間冷卻器聯(lián)接到第一壓縮機(jī)，且構(gòu)造成冷卻第一出口空氣流以產(chǎn)生第二出口空氣流。第二壓縮機(jī)聯(lián)接到中間冷卻器，且構(gòu)造成壓縮第二出口空氣流以產(chǎn)生第三出口空氣流。超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。超臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接到中間冷卻器，以便以與第一出口空氣流成熱交換關(guān)系的方式使工作流體循環(huán)來(lái)將超臨界壓力處的工作流體從第一溫度加熱到超過(guò)工作流體的臨界溫度的第二溫度，以及冷卻第一出口空氣流。
文檔編號(hào)F02C6/18GK102345511SQ20111020577
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者S. 于克 P., W. 弗羅因德 S., J. 弗賴(lài) T. 申請(qǐng)人:通用電氣公司