具有冷却的冷却空气换热器系统的热力发动机技术方案

一种热力发动机包括：压缩机，其提供来自热力发动机的核心流径的压缩空气流；冷却的冷却空气(CCA)换热器系统，压缩空气流从压缩机提供至该换热器系统；冷却剂供应系统，其将冷却剂流提供至CCA换热器而与CCA换热器处的压缩空气流处于热连通，其中冷却剂供应系统和CCA换热器一起限定CCA回路，压缩空气流过CCA回路而与冷却剂处于热连通；以及热区段，其沿燃烧气体流过其中的核心流径设置在压缩机区段下游，其中热区段限定次级流径，通过次级流径提供来自CCA换热器的压缩空气流。

Thermal Engine with Cooled Air Heat Exchanger System

【技术实现步骤摘要】
具有冷却的冷却空气换热器系统的热力发动机
本主题大体上涉及包括换热器系统的热力发动机和涡轮机。
技术介绍
热力发动机如燃气和蒸汽涡轮发动机可包括用于在发动机各处的流体的热传递的换热器。冷却的流体用于发动机的各个结构处的热衰减，以便提高构件结构寿命，或改进或改变发动机的空气动力学或热动力学循环。然而，热力发动机内的换热器系统大体上在性能方面受限，从而限制了流体可被冷却的程度。因此，冷却流体在其提供热衰减以提高构件结构寿命的能力方面受限。另外，由于经由换热器的压力损失，故已知的换热器在冷却流体可被提供至一个或多个构件或系统的程度方面大体上受限。因此，充分冷却的流体可能缺乏克服热力发动机的较高压力区段(如，在燃烧区段或膨胀区段处)所必需的压力。当热力发动机(如涡轮机)大体上提高或试图提高燃烧区段和膨胀区段处的燃烧气体温度或压力，从而使在其内部且热接近较高温的结构暴露(这可缩短构件或系统寿命)时，此限制变得更成问题。因此，需要提供向冷却流体提供改进的热传递来用于热力发动机的各个构件或系统处的热衰减的热力发动机和换热器。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在以下描述中被阐述，或可根据描述而显而易见，或可通过实践本专利技术而习知。本公开内容的方面涉及一种热力发动机，其包括：提供来自热力发动机的核心流径的压缩空气流的压缩机；压缩空气流从压缩机提供至其的冷却的冷却空气(CCA)换热器系统；冷却剂供应系统，其将冷却剂流提供至CCA换热器而与CCA换热器处的压缩空气流处于热连通，其中冷却剂供应系统和CCA换热器一起限定CCA回路，压缩空气流过CCA回路而与冷却剂处于热连通；以及沿燃烧气体流过其中的核心流径设置在压缩机区段下游的热区段，其中热区段限定次级流径，通过该次级流径提供来自CCA换热器的压缩空气流。在一个实施例中，压缩空气流限定来自压缩机区段处的核心流径的入口温度和入口压力。压缩空气流限定比入口温度小大约2%与大约50%之间的热区段处的次级流径处的出口温度。压缩空气流限定大于压缩机区段处的核心流径处的压缩空气流的入口压力的大约90%的次级流径处的出口压力。在各种实施例中，CCA换热器包括一个或多个换热器元件，冷却剂流过该换热器元件而与来自压缩机区段的压缩空气处于热连通。在一个实施例中，CCA换热器还包括设置在多个换热器元件之间的一个或多个阀。阀选择性地使来自一个或多个换热器元件的压缩空气流的至少一部分旁通。在另一个实施例中，CCA换热器进一步使来自多个换热器元件的一个或多个压缩空气流再组合以产生限定出口温度和/或出口压力的压缩空气流。在其它各种实施例中，多个换热器元件设置成并行布置。在又一些其它各种实施例中，多个换热器元件设置成串流布置。在一个实施例中，冷却剂供应系统限定燃料系统、润滑剂系统、液压流体系统、制冷剂系统、旁通空气流通路，或压缩机放气装置(bleed)中的一个或多个。在另一个实施例中，冷却剂是液态或气态燃料、制冷剂、超临界气体、液态金属、惰性气体、旁通空气流、压缩空气或它们的组合。本公开内容的另一个方面涉及一种热力发动机，其包括：核心发动机，核心发动机包括构造成生成压缩空气流的压缩机区段和限定次级流径的热区段；成串流布置设置在压缩机区段与热区段之间的冷却的冷却空气(CCA)换热器系统，其中压缩机区段、CCA换热器系统和热区段的次级流径一起限定CCA回路；构造成将冷却剂流提供至CCA换热器系统的冷却剂供应系统；以及包括处理器和配置成存储在由处理器执行时致使处理器执行操作的指令的存储器的控制器。操作包括：使限定入口温度和入口压力的压缩空气从压缩机区段流过CCA回路而与来自冷却剂供应系统的冷却剂处于热连通；以及使压缩空气从CCA换热器流至次级流径，该压缩空气在热区段处限定比入口温度小大约2%与大约50%之间的出口温度，且还在次级流径处限定入口压力的大约90%或更大的出口压力。在各种实施例中，操作还包括：在热力发动机的高功率状态下在压缩机区段处生成压缩空气流；以及将压缩空气流的至少一部分从压缩机区段提取到CCA回路。在一个实施例中，操作还包括操作CCA换热器来生成限定旁通空气、制冷剂、超临界流体、液态金属、燃料、惰性气体或压缩空气中的一种或多种的冷却剂处的最大温度升高。在其它各种实施例中，操作还包括：在热力发动机的低或中功率状态下在压缩机区段处生成压缩空气流；以及将压缩空气流的至少一部分从压缩机区段提取到CCA回路。在一个实施例中，操作还包括在热力发动机限定低或中功率状态时中断限定一个或多个旁通空气流的冷却剂流。在又一些其它各种实施例中，操作还包括调节CCA换热器处的阀，以限定压缩空气流的不同温度和不同压力。在一个实施例中，操作还包括经由调整在压缩机中来自核心流径的压缩空气从其处被提供至CCA换热器的位置来调整压缩空气的入口温度和入口压力中的一个或多个。在另一个实施例中，经由混合来自核心流径的压缩空气流来调整压缩空气的入口温度和入口压力中的一个或多个。在一个实施例中，操作还包括至少基于热力发动机的操作状态来确定压缩空气的期望出口温度、出口压力或两者。在另一个实施例中，操作还包括调节CCA换热器处的一个或多个阀，以使第一出口温度和/或第一出口压力的冷却剂与入口温度和/或入口压力的冷却剂相混合，以产生期望出口压力和温度的冷却剂。在各种实施例中，操作还包括将冷却剂的温度保持在相对于从CCA换热器流出的冷却剂流的期望出口温度和/或压力的操作约束内。在一个实施例中，操作约束包括燃烧区段处的最大燃料温度、最大润滑剂温度，或最小化旁通空气流量中的一个或多个。本专利技术的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求而变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，且连同描述用于阐释本专利技术的原理。技术方案1.一种热力发动机，所述热力发动机包括：压缩机，其提供来自所述热力发动机的核心流径的压缩空气流；冷却的冷却空气(CCA)换热器系统，所述压缩空气流从所述压缩机提供至所述换热器系统；冷却剂供应系统，其将冷却剂流提供至所述CCA换热器而与所述CCA换热器处的所述压缩空气流处于热连通，其中所述冷却剂供应系统和CCA换热器一起限定CCA回路，所述压缩空气流过所述CCA回路而与所述冷却剂处于热连通；以及热区段，其沿燃烧气体流过其中的所述核心流径设置在所述压缩机区段下游，其中所述热区段限定次级流径，通过所述次级流径提供来自所述CCA换热器的压缩空气流，并且其中所述压缩空气流限定来自所述压缩机区段处的所述核心流径的入口温度和入口压力，并且进一步其中所述压缩空气流限定比所述入口温度小大约2%与大约50%之间的所述热区段处的所述次级流径处的出口温度，并且进一步其中所述压缩空气流限定大于所述压缩机区段处的核心流径处的压缩空气流的所述入口压力的大约90%的所述次级流径处的出口压力。技术方案2.根据技术方案1所述的热力发动机，其特征在于，所述CCA换热器包括：一个或多个换热器元件，所述冷却剂流过所述换热器元件而与来自所述压缩机区段的压缩空气处于热连通。技术方案3.根据技术方案2所述的热力发动机，其特征在于，所述CCA换热器还包括：设置在多个换热器元件之间的一个或多个阀，其中所述阀选择性地使来自一个或多个换热器元件的压缩空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热力发动机，所述热力发动机包括：压缩机，其提供来自所述热力发动机的核心流径的压缩空气流；冷却的冷却空气(CCA)换热器系统，所述压缩空气流从所述压缩机提供至所述换热器系统；冷却剂供应系统，其将冷却剂流提供至所述CCA换热器而与所述CCA换热器处的所述压缩空气流处于热连通，其中所述冷却剂供应系统和CCA换热器一起限定CCA回路，所述压缩空气流过所述CCA回路而与所述冷却剂处于热连通；以及热区段，其沿燃烧气体流过其中的所述核心流径设置在所述压缩机区段下游，其中所述热区段限定次级流径，通过所述次级流径提供来自所述CCA换热器的压缩空气流，并且其中所述压缩空气流限定来自所述压缩机区段处的所述核心流径的入口温度和入口压力，并且进一步其中所述压缩空气流限定比所述入口温度小大约2%与大约50%之间的所述热区段处的所述次级流径处的出口温度，并且进一步其中所述压缩空气流限定大于所述压缩机区段处的核心流径处的压缩空气流的所述入口压力的大约90%的所述次级流径处的出口压力。

【技术特征摘要】
2018.01.17 US 15/8736051.一种热力发动机，所述热力发动机包括：压缩机，其提供来自所述热力发动机的核心流径的压缩空气流；冷却的冷却空气(CCA)换热器系统，所述压缩空气流从所述压缩机提供至所述换热器系统；冷却剂供应系统，其将冷却剂流提供至所述CCA换热器而与所述CCA换热器处的所述压缩空气流处于热连通，其中所述冷却剂供应系统和CCA换热器一起限定CCA回路，所述压缩空气流过所述CCA回路而与所述冷却剂处于热连通；以及热区段，其沿燃烧气体流过其中的所述核心流径设置在所述压缩机区段下游，其中所述热区段限定次级流径，通过所述次级流径提供来自所述CCA换热器的压缩空气流，并且其中所述压缩空气流限定来自所述压缩机区段处的所述核心流径的入口温度和入口压力，并且进一步其中所述压缩空气流限定比所述入口温度小大约2%与大约50%之间的所述热区段处的所述次级流径处的出口温度，并且进一步其中所述压缩空气流限定大于所述压缩机区段处的核心流径处的压缩空气流的所述入口压力的大约90%的所述次级流径处的出口压力。2.根据权利要求1所述的热力发动机，其特征在于，所述CCA换热器包括：一个或多个换热器元件，所述冷却剂流过所述换热器元件而与来自所述压缩机区段的压缩空气处于热连通。3.根据权利要求2所述的热力发动机，其特征在于，所述CCA换热器还包括：设置在多个换热器元件之间的一个或多个阀，其中所述阀选择性地使来自一个或多个换热器元件的压缩空气流的至少一部分旁通。4.根据权利要求3所述的热力发动机，其特征在于，所述CCA换热器进一步使来自所述多个换热器元件的一个或多个压缩空气流再组合以产生限定出口温度和/或出口压力的所述压缩空气流。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA尼尔加斯，BW米勒，JD兰博，MR塞尔尼，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US