利用有機(jī)介質(zhì)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種將太陽光用作熱源的同時(shí)能夠獲得高效率的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置E具備壓縮機(jī)(1)、加熱器(3)、渦輪(5)及中間冷卻器(9)，所述壓縮機(jī)(1)壓縮第一工作介質(zhì)(M1)；所述加熱器(3)用外部的熱源加熱上述被壓縮的第一工作介質(zhì)；所述渦輪(5)從所述第一工作介質(zhì)獲取動力；所述中間冷卻器(9)設(shè)置在所述壓縮機(jī)(1)上，將由所述壓縮機(jī)的低壓壓縮部(1a)所壓縮的第一工作介質(zhì)冷卻并供給所述壓縮機(jī)的高壓壓縮部，在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置E中，設(shè)置有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)(RU1)，該有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)(RU1)將作為上述中間冷卻器(9)的冷卻介質(zhì)的有機(jī)物當(dāng)作第二工作介質(zhì)(M2)。
【專利說明】利用有機(jī)介質(zhì)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求申請日為2012年4月5日申請的日本專利申請2012-086210的優(yōu)先權(quán)，將其全部內(nèi)容以參照的方式引入作為本申請的一部分。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種具備將有機(jī)物用作工作介質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)的復(fù)合型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0004]近年來，作為環(huán)境問題和能源問題的一種解決對策，提出了一種在電力需要者附近設(shè)置小規(guī)模的發(fā)電設(shè)備并進(jìn)行供電的分散型能源供給系統(tǒng)。作為承擔(dān)分散性能源供給系統(tǒng)的一部分任務(wù)的電源之一，考慮利用中/小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(例如專利文獻(xiàn)I)。在分散型電源中，尤其是使效率提高成為重要的技術(shù)問題。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開2007-159225號公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一 )要解決的技術(shù)問題
[0009]但是，作為使中/小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的效率提高的方法，從尺寸上制約的觀點(diǎn)考慮，高溫化、高壓力比化比較困難。另外，以往以來，通過將燃?xì)鉁u輪的排熱作為用于工作燃?xì)忸A(yù)熱的再生循環(huán)化或者作為用作蒸汽渦輪的熱源的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化，由此綜合性地提高系統(tǒng)整體的效率，但是通過進(jìn)行適于再生循環(huán)的低壓力比發(fā)動機(jī)的開發(fā)或者對用于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的低輸出/高效率的蒸汽渦輪的開發(fā)來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高效率極為困難。
[0010]因此，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種通過極其有效地利用燃?xì)鉁u輪的熱而可以獲得高效率的復(fù)合型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置，具備壓縮機(jī)、加熱器、渦輪、中間冷卻器及有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)，所述壓縮機(jī)壓縮第一工作介質(zhì)；所述加熱器用外部的熱源加熱上述被壓縮的第一工作介質(zhì)；所述渦輪從所述第一工作介質(zhì)獲取動力；所述中間冷卻器設(shè)置在所述壓縮機(jī)上，將由所述壓縮機(jī)的低壓壓縮部所壓縮的第一工作介質(zhì)冷卻并供給所述壓縮機(jī)的高壓壓縮部；所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)將作為所述中間冷卻器的冷卻介質(zhì)的有機(jī)物當(dāng)作第二工作介質(zhì)。
[0013]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過將低沸點(diǎn)的有機(jī)物用作與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)組合的朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)的工作介質(zhì)，能夠有效利用通過壓縮機(jī)的低溫工作介質(zhì)的熱，因此作為發(fā)動機(jī)裝置整體能夠得到極高的效率。
[0014]在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，優(yōu)選還具備設(shè)置在將從所述渦輪排出的所述第一工作介質(zhì)進(jìn)行排出的排氣通道上并將從所述渦輪排出的第一工作介質(zhì)作為加熱介質(zhì)的熱交換器，以及將作為該熱交換器受熱介質(zhì)的有機(jī)物當(dāng)作第三工作介質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，使用有機(jī)介質(zhì)，由于不僅利用通過壓縮機(jī)的工作介質(zhì)的熱，還利用從渦輪排出的工作介質(zhì)的熱來獲取動力，因此作為發(fā)動機(jī)裝置整體能夠得到極高的效率。
[0015]在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，作為所述加熱器，也可以具有將太陽光作為熱源并加熱所述第一工作介質(zhì)的太陽能式加熱器。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用作為自然能源的太陽光，抑制對環(huán)境的負(fù)荷的同時(shí)提高發(fā)動機(jī)裝置的效率。
[0016]權(quán)利要求書和/或說明書和/或說明書附圖所公開的至少兩種結(jié)構(gòu)的任意組合，均包含在本發(fā)明中。特別是權(quán)利要求書的各權(quán)利要求的兩項(xiàng)以上的任意組合，也包含在本發(fā)明中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]通過參照附圖對以下適宜的實(shí)施方式進(jìn)行說明，可更加清楚地理解本發(fā)明。但是，實(shí)施方式及附圖僅用于圖示及說明，不應(yīng)用于確定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書確定。在附圖中，多個(gè)附圖上相同附圖標(biāo)記表示相同或與其相當(dāng)?shù)牟糠帧?br> [0018]圖1是表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019]圖2是表示圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置的變形例的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面基于附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置(以下，簡稱為“發(fā)動機(jī)裝置”)E的概略結(jié)構(gòu)圖。該發(fā)動機(jī)裝置E具備三個(gè)發(fā)動機(jī)單元:燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)單元GU、第一朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元RUl及第二朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元RU2，各發(fā)動機(jī)單元⑶、RU1、RU2分別驅(qū)動如發(fā)電機(jī)單元GE1、GE2、GE3這樣的負(fù)載。
[0021]燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)單元⑶具有:壓縮機(jī)1、燃燒器3及第一渦輪5，所述壓縮機(jī)I壓縮第一工作介質(zhì)Ml ;所述燃燒器3是對通過壓縮機(jī)I壓縮的第一工作介質(zhì)Ml進(jìn)行加熱的加熱器；所述第一渦輪5從該燃燒的第一工作介質(zhì)Ml獲取動力。在本實(shí)施方式中，使用空氣作為第一工作介質(zhì)Ml。
[0022]壓縮機(jī)I由低壓壓縮部Ia和高壓壓縮部Ib組成，在該低壓壓縮部Ia與高壓壓縮部Ib之間設(shè)置中間冷卻器9。通過該中間冷卻器9冷卻被低壓壓縮部Ia壓縮的第一工作介質(zhì)M1，由此使高壓壓縮部Ib的壓縮功變小，提高效率。從壓縮機(jī)I排出的高壓的第一工作介質(zhì)Ml，其在通過再生熱交換器13后，輸送至燃燒器3。再生熱交換器13利用由第一渦輪5排出的高溫的第一工作介質(zhì)Ml的熱，來預(yù)熱從壓縮機(jī)I流向燃燒器3的第一工作介質(zhì)Ml0
[0023]在將從第一渦輪5排出的第一工作介質(zhì)Ml向外部排出的排氣通道中的再生熱交換器13的下游，進(jìn)一步設(shè)置熱交換器15。從再生熱交換器13排出的第一工作介質(zhì)Ml作為加熱介質(zhì)通過熱交換器15后向外部排出。
[0024]第一朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元RUl將通過中間冷卻器9的第一工作介質(zhì)Ml的熱作為熱源加熱第二工作介質(zhì)M2，形成氣體，用該成為氣體的第二工作介質(zhì)M2驅(qū)動第二渦輪17，從第二渦輪17獲取動力。從第二渦輪17排出的第二工作介質(zhì)M2通過第一冷凝器19冷凝后，再次供給中間冷卻器9及第二渦輪17。
[0025]第一朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元RUl的構(gòu)成為使用有機(jī)物作為第二工作介質(zhì)M2的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)。特別地，由于被壓縮機(jī)壓縮的過程中第一工作介質(zhì)Ml的溫度為100°C?200°C程度，為較低溫，因此作為第二工作介質(zhì)M2，優(yōu)選使用低沸點(diǎn)的有機(jī)介質(zhì)，在該例中，使用氟利昂類的有機(jī)介質(zhì)，例如HFC-134a、HFC-245fa或HFC_365mfc等。
[0026]第二朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元RU2，如前所述，以通過熱交換器15的作為加熱介質(zhì)的第一工作介質(zhì)Ml的熱為熱源來加熱第三工作介質(zhì)M3，通過該被加熱的第三工作介質(zhì)M3來驅(qū)動第三渦輪，從第三渦輪21獲取動力。從第三渦輪21排出的第三工作介質(zhì)M3通過第二冷凝器23凝縮后再次供給熱交換器15及第三渦輪21。
[0027]第二朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元RU2的構(gòu)成也為使用有機(jī)物作為第三工作介質(zhì)M3的有機(jī)物的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)。作為從第一渦輪5排出的排氣的第一工作介質(zhì)Ml由于在通過再生熱交換器13后也維持在200°C?300°C程度的較高溫，因此可以使用沸點(diǎn)高于第二工作介質(zhì)M2的高沸點(diǎn)的有機(jī)介質(zhì)，在該例中，使用石油類的有機(jī)介質(zhì)，例如丁烷或戊烷。
[0028]此外，第二朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元RU2也可以構(gòu)成為使用水作為第三工作介質(zhì)M3的蒸汽渦輪?；蛘咭部梢允÷缘诙士涎h(huán)發(fā)動機(jī)單元RU2，如本實(shí)施方式這樣使用有機(jī)介質(zhì)，不僅利用通過壓縮機(jī)I的第一工作介質(zhì)Ml的熱，還利用從第一渦輪5排出的第一工作介質(zhì)Ml的熱來獲取動力，因此作為發(fā)動機(jī)裝置E整體能夠得到更高的效率。
[0029]另外，作為本實(shí)施方式的變形例，如圖2所示，作為對被壓縮機(jī)壓縮的第一工作介質(zhì)Ml加熱的加熱器，可以設(shè)置在添加于燃燒器3的上游側(cè)且以太陽光SL用作熱源的太陽能式加熱器31。按照這樣構(gòu)成，通過使用作為自然能源的太陽光SL對第一工作介質(zhì)Ml再次加熱，由此進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)裝置E的效率。
[0030]如前所述，在本實(shí)施方式的發(fā)動機(jī)裝置E中，通過使用低沸點(diǎn)的有機(jī)物作為與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)單元GU組合的朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)(尤其是第一朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)RUl)的工作介質(zhì)M2的，能夠有效利用通過壓縮機(jī)I的較低溫的工作介質(zhì)的熱，因此作為發(fā)動機(jī)裝置E整體能夠得到極高的效率。
[0031]如上所述，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種補(bǔ)充、改變或刪除。因此，這樣的補(bǔ)充、改變及刪除也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0032]附圖標(biāo)記說明
[0033]I 一壓縮機(jī)
[0034]3 —燃燒器(加熱器)
[0035]5—第一渦輪
[0036]9—中間冷卻器
[0037]13 —再生熱交換器
[0038]15 —熱交換器
[0039]31—太陽能式加熱器
[0040]E —燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置
[0041]GU—燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)單元
[0042]RUl—第一朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元
[0043]RU2—第二朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)單元
[0044]Ml —第一工作介質(zhì)
[0045]M2—第二工作介質(zhì)
[0046]M3 —第三工作介質(zhì)
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置，具備壓縮機(jī)、加熱器、渦輪、中間冷卻器及有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)； 所述壓縮機(jī)壓縮第一工作介質(zhì)； 所述加熱器用外部的熱源加熱上述被壓縮的第一工作介質(zhì)； 所述渦輪從所述第一工作介質(zhì)獲取動力； 所述中間冷卻器設(shè)置在所述壓縮機(jī)上，將由所述壓縮機(jī)的低壓壓縮部所壓縮的第一工作介質(zhì)冷卻并供給所述壓縮機(jī)的高壓壓縮部； 所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)將作為所述中間冷卻器的冷卻介質(zhì)的有機(jī)物當(dāng)作第二工作介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置，其特征在于，還具備設(shè)置在將從所述渦輪排出的所述第一工作介質(zhì)進(jìn)行排出的排氣通道上并將從所述渦輪排出的第一工作介質(zhì)作為加熱介質(zhì)的熱交換器，以及將作為該熱交換器的受熱介質(zhì)的有機(jī)物當(dāng)作第三工作介質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)裝置，其特征在于，作為所述加熱器，具有將太陽光作為熱源并加熱所述第一工作介質(zhì)的太陽能式加熱器。
【文檔編號】F03G6/00GK104204458SQ201380018445
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月5日
【發(fā)明者】谷村和彥, 田中良造, 杉本隆雄, 森下浩志, 卡斯頓·庫斯特爾, 迪特·博恩, 雷內(nèi)·博朗 申請人:川崎重工業(yè)株式會社