逆布雷顿循环热引擎制造技术

一种装置(2)包括内燃引擎(4)和逆布雷顿循环热引擎(6)。来自内燃引擎(4)的热排气含有水分。热排气驱动逆布雷顿循环热引擎。位于排气的流路中介于逆布雷顿循环涡轮机和逆布雷顿循环压缩机之间的冷凝器(22)冷凝来自排气的水分中的至少一些以形成冷凝水。该冷凝水跟随再循环路径(30)以便作为工作流体被再引入到上述一个或多个热引擎或另外的热引擎中，例如，利用蒸汽产生换热器(20)，冷凝水通过排气被加热以产生驱动蒸汽涡轮机(32)的蒸汽。

Reverse Brayton cycle heat engine

A device (2) includes an internal combustion engine (4) and an inverse Brayton cycle thermal engine (6). The hot exhaust from the internal combustion engine (4) contains water. The heat exhaust drives the reverse Brayton cycle heat engine. The flow path in the exhaust is mediated by the condensers (22) between the reverse Brayton cycle turbine and the reverse Brayton cycle compressor, which condenses at least some of the water from the exhaust to form condensate water. The condensate follows the recirculation path (30) to be reintroduced as a working fluid to one or more heat engines or other heat engines, for example, using steam to generate heat exchangers (20), and condensate is heated through the exhaust to produce steam to drive the steam turbine (32).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】逆布雷顿循环热引擎
本公开涉及热引擎。更具体地，本公开涉及逆布雷顿循环热引擎。
技术介绍
已知提供了逆布雷顿循环热引擎，该逆布雷顿循环热引擎具有由热气驱动的涡轮机，来自涡轮机的排气由与涡轮机共享公共轴的压缩机压缩。通过这种方式，可以从热气中的热量提取能量。增加从热气回收能量的效率的措施是有利的。
技术实现思路
本公开的至少一些实施例提供了一种装置，包括：多个热引擎，每个热引擎利用各自的热引擎循环来操作，所述多个热引擎中的至少一个热引擎燃烧燃料并产生作为燃烧产物的包含水分的排气，所述多个热引擎包括逆布雷顿循环热引擎，该逆布雷顿循环热引擎具有由所述排气驱动的逆布雷顿循环涡轮机和由所述逆布雷顿循环涡轮机驱动的逆布雷顿循环压缩机，所述逆布雷顿循环压缩机从所述逆布雷顿循环涡轮机接收所述排气并进行压缩；以及冷凝器，位于所述排气的流路中介于所述逆布雷顿循环涡轮机和所述逆布雷顿循环压缩机之间，以冷凝来自所述排气的所述水分中的至少一些以形成冷凝水。本技术认识到，当驱动布雷顿循环热引擎的热气是由另一热引擎内燃料燃烧产生的排气时，则该排气作为燃烧产物通常可以包含水分。在排气的流路中介于逆布雷顿循环涡轮机和逆布雷顿循环压缩机之间提供冷凝器以冷凝排气内的水分中的至少一些具有如下优点：减少通过逆布雷顿循环压缩机的质量流，从而减少了该压缩机为了排出此排气而需要做的功量。与使用逆布雷顿循环压缩机增大了可压缩排气的压力相比，冷凝水可以在需要较少的功的情况下来排放，因为由于冷凝水的固有不可压缩性，增加其压力需要较少的能量。在已经使用冷凝器从排气中回收至少一些冷凝水(即，液态形式的水)的情况下，本专利技术的一些实施例可以提供再循环路径以将冷凝水的至少一些供应作为多个热引擎中的至少一个热引擎的至少部分工作流体(一般而言)。这可以提高这些热引擎的操作效率。在一些示例实施例中，再循环路径可以将冷凝水的至少一些供应作为驱动逆布雷顿循环涡轮机本身的部分进入流体。这增加了通过逆布雷顿循环热引擎的排气中的水量，其方式提高了冷凝器可以从排气中冷凝出水的效率。在其它示例实施例中，与上述分开地或者与之组合，多个热引擎包括内燃引擎，该内燃引擎燃烧燃料以产生排气。在这样的系统内，再循环路径可以将冷凝水的至少一些供应作为内燃引擎的热引擎循环的部分进入流体。这可以用于改善内燃引擎的操作特性，例如冷却进气以增加其密度，和/或降低排气中不希望的排放物的水平。在另外的示例实施例中，或者与上述特征相结合或者与上述特征相分开，多个热引擎可以包括蒸汽驱动的热引擎，其中再循环路径将冷凝水的至少一些供应至蒸汽产生换热器，蒸汽产生换热器向冷凝水传递热量以产生驱动蒸汽驱动的热引擎的蒸汽。这允许蒸汽产生换热器与蒸汽驱动的热引擎一起作用，以通过蒸汽驱动的热引擎使用冷凝水作为工作流体而将热量转化为功。虽然可以理解的是，蒸汽驱动的热引擎可以采用各种不同的形式，但是适合于这种用途的一种形式是蒸汽涡轮机。尽管蒸汽产生换热器可以将来自各种不同源的热量传递给冷凝水以产生蒸汽来驱动蒸汽驱动的热引擎，但是改善从系统进行热回收的一种特定布置是：当蒸汽产生换热器将来自燃烧燃料的热量传递给冷凝水时，诸如通过从排气(可以在逆布雷顿循环热引擎的涡轮机与压缩机之间流动的流体内)中提取热量。在一些实施例中，排出蒸汽驱动的热引擎的排出蒸汽可以直接排放到周围环境。然而，在其他实施例中，当排出蒸汽被供应作为多个热引擎中的至少一个的至少部分工作流体时，效率可以提高。排出蒸汽的这种路线可以提高蒸汽驱动的热引擎的效率，和/或提高接收热引擎的效率或其他性能特征。在一些示例实施例中，排出蒸汽可被供应到在逆布雷顿循环涡轮机和逆布雷顿循环压缩机之间流动的排气中。逆布雷顿循环热引擎内的流路中的此点通常具有低压力(例如，低于大气压)，这提高蒸汽驱动的热引擎可以运行的效率。在一些示例实施例中，逆布雷顿循环涡轮机和逆布雷顿循环压缩机可以安装在公共轴上。此公共轴也可以驱动发电机来从逆布雷顿循环热引擎回收能量。机械上有效的实施方式可以安排成使得蒸汽驱动的热引擎也安装在该公共轴上。这减少了所需组件的数量并提高了效率。各种涡轮机、压缩机和热引擎的适当配置(例如，设计旋转速度、尺寸、惯性矩等)将有助于公共轴的共用。在内燃引擎与逆布雷顿循环热引擎一起操作的实施例中，在逆布雷顿循环热引擎以外，内燃引擎也可包括具有涡轮增压器压缩机和涡轮增压器涡轮机的涡轮增压器，涡轮增压器压缩机和涡轮增压器涡轮机也安装在公共轴上，从而减少了组件数量并提高了效率。本公开的其他实施例提供一种装置，其包括：多个热引擎装置，用于将热量转换为功，每个热引擎装置使用各自的热引擎循环操作，所述多个热引擎装置中的至少一个热引擎装置燃烧燃料并产生作为燃烧产物的包含水分的排气，所述多个热引擎装置包括逆布雷顿循环热引擎装置，该逆布雷顿循环热引擎装置具有由所述排气驱动的逆布雷顿循环涡轮机装置，该逆布雷顿循环涡轮机装置驱动逆布雷顿循环压缩机装置，该逆布雷顿循环压缩机装置接收来自所述逆布雷顿循环涡轮机的所述排气并进行压缩；以及冷凝器装置，位于排气的流路中介于所述逆布雷顿循环涡轮机和所述逆布雷顿循环压缩机之间，用于冷凝来自所述排气的水分中的至少一些以形成冷凝水。本公开的另外的实施例提供了一种操作热引擎的方法，包括：在至少一个热引擎内燃烧燃料并产生作为燃烧产物的包含水分的排气；用所述排气驱动逆布雷顿循环涡轮机，并用所述逆布雷顿循环涡轮机驱动逆布雷顿循环压缩机以接收来自所述逆布雷顿循环涡轮机的所述排气并进行压缩；以及在所述排气的流路中介于所述逆布雷顿循环涡轮机和所述逆布雷顿循环压缩机之间的位置处，冷凝来自所述排气的水分中的至少一些以形成冷凝水。附图说明现在将仅以示例的方式通过参照附图来描述示例实施例，在附图中：图1示意性地图示了具有包括逆布雷顿循环热引擎的多个热引擎的第一示例实施例；图2示意性地图示了具有包括逆布雷顿循环热引擎的多个热引擎的第二示例实施例；和图3是示意性地图示了图1和图2的示例实施例的操作的流程图。具体实施方式图1示意性地图示了装置2，装置2包括多个热引擎。这些热引擎包括内燃引擎4和逆布雷顿循环热引擎6，其中逆布雷顿循环热引擎6包括安装在公共轴12上的逆布雷顿循环涡轮机8和逆布雷顿循环压缩机10。内燃引擎4具有涡轮增压器14，涡轮增压器14包括涡轮增压器压缩机16和涡轮增压器涡轮机18。在操作中，进气被涡轮增压器压缩机16压缩并且与内燃引擎4内的燃料混合以驱动内燃引擎4并产生热排气，该排气在进入逆布雷顿循环热引擎6之前通过涡轮增压器涡轮机18。涡轮增压器压缩机16和涡轮增压器涡轮机18安装在公共轴12上(并且可以是公共部件，以便系统内部件数量减少)，公共轴12还承载着逆布雷顿循环涡轮机8和逆布雷顿循环压缩机10。在其他示例实施例中，涡轮增压器和逆布雷顿循环热引擎不需要共用公共轴。作为来自内燃引擎4对燃料(例如汽油、柴油、LPG、LNG或其组合)和空气进行燃烧的产物，进入逆布雷顿循环热引擎6的热排气含有水分。排气驱动逆布雷顿循环涡轮机8并以降低的压力(例如，低于大气压)从逆布雷顿循环涡轮机8排出。排气沿着逆布雷顿循环涡轮机8和逆布雷顿循环压缩机10之间的流路行进。该流路通过蒸汽产生换热器20和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：多个热引擎，每个热引擎利用各自的热引擎循环来操作，所述多个热引擎中的至少一个热引擎燃烧燃料并产生作为燃烧产物的包含水分的排气，所述多个热引擎包括逆布雷顿循环热引擎，该逆布雷顿循环热引擎具有由所述排气驱动的逆布雷顿循环涡轮机和由所述逆布雷顿循环涡轮机驱动的逆布雷顿循环压缩机，所述逆布雷顿循环压缩机从所述逆布雷顿循环涡轮机接收并压缩所述排气；以及冷凝器，位于所述排气的流路中介于所述逆布雷顿循环涡轮机和所述逆布雷顿循环压缩机之间，以冷凝来自所述排气的所述水分中的至少一些以形成冷凝水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.11 GB 1521853.01.一种装置，包括：多个热引擎，每个热引擎利用各自的热引擎循环来操作，所述多个热引擎中的至少一个热引擎燃烧燃料并产生作为燃烧产物的包含水分的排气，所述多个热引擎包括逆布雷顿循环热引擎，该逆布雷顿循环热引擎具有由所述排气驱动的逆布雷顿循环涡轮机和由所述逆布雷顿循环涡轮机驱动的逆布雷顿循环压缩机，所述逆布雷顿循环压缩机从所述逆布雷顿循环涡轮机接收并压缩所述排气；以及冷凝器，位于所述排气的流路中介于所述逆布雷顿循环涡轮机和所述逆布雷顿循环压缩机之间，以冷凝来自所述排气的所述水分中的至少一些以形成冷凝水。2.根据权利要求1所述的装置，包括再循环路径，以将所述冷凝水的至少一些供应作为所述多个热引擎中的至少一个热引擎的至少部分工作流体。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述再循环路径将所述冷凝水的至少一些供应作为驱动所述逆布雷顿循环涡轮机的部分进入流体。4.根据权利要求1、2和3中任一项所述的装置，其中，所述多个热引擎包括内燃引擎以燃烧所述燃料并产生所述排气。5.根据权利要求2和权利要求4所述的装置，其中，所述再循环路径将所述冷凝水的至少一些供应作为所述内燃引擎的热引擎循环的部分进入流体。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个热引擎包括蒸汽驱动的热引擎，并且所述再循环路径将所述冷凝水中的至少一些供应至蒸汽产生换热器，所述蒸汽产生换热器向所述冷凝水传递热量以产生驱动所述蒸汽驱动的热引擎的蒸汽。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述蒸汽驱动的热引擎是蒸汽涡轮机。8.根据权利要求6和7中任一项所述的装置，其中，所述蒸汽产生换热器将来自燃烧所述燃料的热量传递给所述冷凝水。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述蒸汽产生换热器将来自在所述排气的流路中介于所述逆布雷顿循环涡轮机和所述逆布雷顿循环压缩机之间的排气的热量传递给所述冷凝水。10.根据权利要求6至...

【专利技术属性】
技术研发人员：科林·科普兰，罗伯特·赛昂，西蒙·琼斯，
申请(专利权)人：希塔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB