BRPI1011938B1

BRPI1011938B1 - sistema e método para gerenciar problemas térmicos em um ou mais processos industriais.

Info

Publication number: BRPI1011938B1
Application number: BRPI1011938-8A
Authority: BR
Inventors: Timothy James Held
Original assignee: Echogen Power Systems, Inc
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2020-12-01
Also published as: MX2012000059A; BRPI1011938A2; US9441504B2; CN102575532B; JP2012530878A; NO20120029A1; CN102575532A; AU2010264462B2; AU2010264462A1; EP2446122B1; EP2446122A1; US20120128463A1; ZA201200229B; EP2446122A4; JP5681711B2; CA2766637A1; WO2010151560A1

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA GERENCIAR PROBLEMAS TÉRMICOS EM UM OU MAIS PROCESSOS INDUSTRIAIS. A presente invenção refere-se, em geral, a um sistema que permite um ou ambos dentre: (i) tratar várias questões de gestão térmica (por exemplo, resfriamento de entrada de ar) em turbinas a gás, motores de turbina a gás, equipamentos de processo industrial e/ou motores de combustão interna; e (ii) proporcionar um motor de aquecimento baseado em fluido supercrítico. Em uma modalidade, a presente invenção utiliza, pelo menos, um fluido de trabalho selecionado a partir amônia, dióxido de carbono, nitrogênio ou outro meio de fluido de trabalho adequado. Numa outra modalidade, a presente invenção utiliza dióxido de carbono ou amônia como um fluido de trabalho para alcançar um sistema que permite a abordagem de problemas de refrigeração de entrada em uma turbina a gás, motor de combustão interna ou outras aplicações industriais, enquanto também produz um motor de aquecimento baseado em fluido supercrítico como um segundo ciclo utilizando o calor residual da turbina a gás e/ou motor de combustão interna para criar um ciclo de potência combinada.

Description

SISTEMA E MÉTODO PARA GERENCIAR PROBLEMAS TÉRMICOS EM UM OU MAIS PROCESSOS INDUSTRIAIS.

DADOS DE PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido de patente reivindica a prioridade do pedido provisório de patente dos Estados Unidos n° 61/219. 195, depositado em 22 de junho de 2009, intitulado "Sistema e método para gerenciar problemas térmicos em motores de turbina a gás," a totalidade do qual é aqui incorporada por referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção relaciona-se, em geral, com um sistema que permite que um ou ambos: (i) abordar várias questões de gestão térmica (por exemplo, resfriamento de ar de entrada) em turbinas a gás, motores de turbina a gás, equipamentos de processo industrial e/ou motores de combustão interna; e (ii) proporcionar um motor de aquecimento baseado em fluido supercrítico. Em uma modalidade, a presente invenção utiliza, pelo menos, um fluido de trabalho selecionado a partir de amónia, dióxido de carbono, nitrogênio, ou outro meio fluido de trabalho adequado. Em uma outra modalidade, a presente invenção utiliza dióxido de carbono ou amónia tal como um fluido de trabalho para alcançar um sistema que permite a abordagem de problemas de refrigeração de entrada em uma turbina a gás, motor de combustão interna ou outra aplicação industrial, enquanto proporciona também um motor de aquecimento baseado em fluido supercrítico como um segundo ciclo utilizando o calor residual da turbina a gás e/ou motor de combustão interna para criar um ciclo de potência combinada.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Várias abordagens têm sido sugeridas para abordar vários problemas de gerenciamento térmico (por exemplo, resfriamento do ar de entrada, recuperação de calor residual) em turbinas a gás, motores de turbina a gás, motores de combustão internos e outros processos industriais. Tais abordagens incluem aquelas discutidas no relatório intitulado Experimental and Theoretical Investigations of New Power Cycles and Advanced Falling Film Heat Exchangers pelo Departamento de Energia dos EUA em conjunto com a Universidade do Novo México.

Neste relatório, dois ciclos termodinâmicos novos foram propostos e investigados com base na segunda lei da termodinâmica. Dois programas de computador foram desenvolvidos para se encontrar efeitos de parâmetros de sistema importantes sobre a distribuição irreversível de todos os componentes no ciclo de: (1) o primeiro ciclo baseou-se em um ciclo triplo combinado (Brayton/Rankine/Rankine)/(Gás/vapor/amônia) capaz de produzir altas produtividades; e (2) o segundo ciclo é um ciclo combinado (Brayton/Rankine)/(gás/amônia) com refrigeração de ar de entrada no compressor integrado capaz de produzir de alta potência e eficiência. Os ciclos propostos e os resultados obtidos das análises da segunda lei dos ciclos foram publicados em Energy Conversion and Management and ASME proceedings (Conversão e Gestão de Energia e processos de ASME) (IMEC&E 2001).

Devido o acima exposto, há uma necessidade na arte referente aos sistemas de que são projetados para abordar várias questões de gestão térmica para vários dispositivos que {por exemplo, turbinas a gás, motores de turbina a gás, equipamentos de processo industrial e/ou motores de combustão interna). Em um exemplo, não existe uma necessidade para um sistema que é capaz de abordar várias questões de gestão térmica (por exemplo, resfriamento de ar de entrada) em turbinas a gás, motores de turbina a gás, motores de combustão interna e/ou outro equipamento de processo industrial.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção relaciona-se, em geral, com um sistema que permite, um ou ambos: (i) abordar vários problemas de gerenciamento térmico {por exemplo, resfriamento de ar de entrada) em turbinas a gás, motores de turbina a gás, equipamentos de processo industrial e/ou motores de combustão interna; e (ii) proporcionar uma máquina de aquecimento baseado em fluido supercrítico. Em uma modalidade, a presente invenção utiliza, pelo menos, um fluido de trabalho selecionado a partir de amónia, dióxido de carbono, nitrogênio, ou de outro meio fluido de trabalho adequado. Em uma outra modalidade, a presente invenção utiliza dióxido de carbono ou amónia tal como um fluido de trabalho para alcançar um sistema que permite a abordagem de problemas de refrigeração de entrada em uma turbina a gás, motor de combustão interna ou outra aplicação industrial, enquanto proporciona também um motor a calor baseado em fluido supercrítico como um segundo ciclo utilizando o calor residual a partir da turbina a gás e/ou motor de combustão interna para criar um ciclo de potência combinada.

Em uma modalidade, a presente invenção relaciona-se a um sistema que é projetado tanto para se obter um resfriamento de ar de entrada em turbinas a gás, motores de turbina a gás, motores de combustão interna e/ou outros processos industriais {por exemplo, compressão de gás ou ar) , enquanto proporciona também um motor a calor baseado em fluido supercrítico como um segundo ciclo utilizando o calor residual a partir da turbina a gás, motor de combustão interna, e/ou outro processo industrial para criar um ciclo de potência combinada como aqui mostrado e descrito.

Em uma outra modalidade, a presente invenção relaciona-se com um sistema para condicionamento de temperatura de ar de entrada para uma turbina compreendendo: pelo menos uma turbina tendo em um lado de entrada e um lado de saída; pelo menos, um trocador de calor de entrada de ar operativamente acoplado ao lado de entrada de pelo menos uma turbina, em que pelo menos um trocador de calor de ar de entrada é projetado para remover calor do ar de entrada que está sendo fornecido ao lado de entrada de pelo menos uma turbina e transferir tal calor através de um fluido de trabalho para um circuito inferior; pelo menos, um trocador de calor de saída de ar operativamente acoplado ao lado de saída de pelo menos uma turbina, em que pelo menos um trocador de calor de saída de ar é projetado para remover calor a partir do ar que de saída está sendo gerado por pelo menos uma turbina e transferir tal calor através de um fluido de trabalho para o circuito inferior; em que o circuito inferior é projetado para utilizar tal calor transferido de pelo menos um trocador de calor do ar de entrada e pelo menos um trocador de calor de saída de ar para fornecer adequadamente fluido de trabalho condicionado de volta para ambos trocador de calor de ar de entrada e trocador de calor de saída de ar.

Em ainda outra modalidade, a presente invenção relaciona-se a um método condicionamento de temperatura de ar de entrada para uma turbina, o método compreendendo as etapas de: fornecer, pelo menos, uma turbina tendo um lado de entrada e um lado de saída; fornecer, pelo menos, um trocador de calor de entrada de ar operativamente acoplado ao lado de entrada de pelo menos uma turbina, em que pelo menos um trocador de calor de entrada de ar é projetado para remover calor do ar de entrada que está sendo fornecido ao lado de entrada de pelo menos uma turbina e transferir tal calor através de um fluido de trabalho para um circuito inferior; fornecer, pelo menos, um trocador de calor de saída de ar operativamente acoplado ao lado de saída de pelo menos uma turbina, em que pelo menos um trocador de calor de saída de ar é projetado para remover calor a partir do ar de saída que está sendo gerado por, pelo menos, uma turbina e transferir tal calor através de um fluido de trabalho para o circuito inferior; em que o circuito inferior é projetado para utilizar tal calor transferido a partir de, pelo menos, um trocador de calor de entrada de ar e, pelo menos, um trocador de calor de saída de ar para fornecer adequadamente fluido de trabalho condicionado de volta tanto para, pelo menos, um trocador de calor de entrada de ar, quanto, pelo menos, um trocador de calor de saída de ar.

Em ainda outra modalidade, a presente invenção relaciona-se a um sistema para o condicionamento da temperatura de ar compreendendo: pelo menos uma fonte de calor; pelo menos, um primeiro trocador de calor operativamente acoplado a, pelo menos, uma fonte de calor, e projetado para remover e/ou utilizar o calor residual a partir da fonte de calor para transferir tal calor para um fluido de trabalho; pelo menos, um compressor operativamente acoplado por via de o fluido de trabalho a, pelo menos um primeiro trocador de calor, em que, pelo menos, um compressor é projetado para receber o fluido de trabalho carregado de calor gerado por, pelo menos, um primeiro trocador de calor e utilizar, ou manar calor a partir de, o fluido de trabalho carregado de calor de forma a proporcionar um fluido de trabalho resfriado; pelo menos, um segundo trocador de calor operativamente acoplado a pelo menos um compressor em que pelo menos um segundo trocador de calor é projetado para receber o fluido de trabalho resfriado e para utilizar o fluido de trabalho resfriado para remover o calor do, ou condicionar a temperatura do, ar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma ilustração de um sistema, de acordo com uma modalidade da presente invenção;
A Figura 2 é uma ilustração de um outro sistema, de acordo com uma modalidade da presente invenção;
A Figura 3 é uma ilustração de um outro sistema, de acordo com uma modalidade da presente invenção;
A Figura 4 é uma ilustração de um outro sistema, de acordo com uma modalidade da presente invenção; e
Figura 5 é uma ilustração de um outro sistema, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção relaciona-se, em geral, com um sistema que permite, um ou ambos dentre: (i) abordar vários problemas de gerenciamento térmico {por exemplo, resfriamento de ar de entrada) em turbinas a gás, motores de turbina a gás, equipamentos de processo industrial e/ou motores de combustão interna, e (ii) proporcionar um motor térmico baseado em fluido supercrítico. Em uma modalidade, a presente invenção utiliza, pelo menos, um fluido de trabalho selecionado a partir de amónia, dióxido de carbono, nitrogênio, ou outro meio fluido de trabalho adequado. Em uma outra modalidade, a presente invenção utiliza dióxido de carbono ou amónia como um fluido de trabalho para alcançar um sistema que permite a abordagem de problemas de refrigeração de entrada em uma turbina a gás, motor de combustão interna ou outra aplicação industrial, enquanto proporciona também um motor de aquecimento baseado em fluido supercrítico como um segundo ciclo utilizando o calor residual a partir da turbina a gás e/ou motor de combustão interna para criar um ciclo de potência combinada.

Em uma modalidade, o propósito da presente invenção é duplo: (i) agir como um motor de aquecimento baseado em supercrítico fluido como um segundo ciclo utilizando o calor residual a partir de uma turbina a gás e/ou motor de combustão interna (ICE) para criar um ciclo de potência combinada, e (ii) ter uma solução integrada para a turbina a gás/refrigeração de ar do ICE (esquema em anexo) . Nesta modalidade, a presente invenção é projetada para ser primariamente um motor de aquecimento de ciclo inferior com um componente de resfriamento de compressão de vapor dinâmico que pode ser usado quando condições ambientes mais elevadas são encontradas e, assim, aumentar a produção global do ciclo combinado. Em uma outra modalidade, o ciclo baseado em fluido supercrítico pode ser usado para fornecer resfriamento de carga de entrada para um dispositivo de compressão de ar ou de gás, reduzindo assim o trabalho termodinâmico exigido para a compressão. A entrada de calor para este processo poderia no todo ou em parte, ser fornecida pelo calor desperdiçado na compressão.

Em uma modalidade, a presente invenção será descrita em relação a uma turbina a gás GE-10 da General Electric. No entanto, a presente invenção não está limitada à mesma. Pelo contrário, a presente invenção pode ser aplicada a qualquer turbina adequada, turbina a gás, equipamento de processo industrial e/ou motor de combustão interna. Considerando isto, o desempenho previsto para a modalidade da Figura 1 envolve as condições de trabalho de uma turbina a gás GE-10 da General Electric e as vantagens adquiridas através da utilização de um sistema integrado em conformidade com uma modalidade da presente invenção. Para fins ilustrativos, até 28 por cento da potência de uma turbina de gás típica (por exemplo, uma GE-10) é perdida quando a temperatura ambiente se eleva a partir de 15 °C (59 °F) a 45 °C (113 °F) . Ao mesmo tempo, o custo da eletricidade pode aumentar substancialmente durante dias quentes, devido ao aumento da demanda de ar condicionado residencial e comercial. A diminuição de desempenho da turbina a gás também leva à diminuição do desempenho do segundo ciclo. Por exemplo, uma diminuição de 5,0 por cento na potência de saída ocorre em um segundo ciclo de NH3, o GE10 exemplar sobre a variância/diferença de temperatura ac ima mencionada.

No que diz respeito à modalidade, onde a presente invenção é aplicada a uma turbina a gás GE 10 da General Electric (GE-10), os cálculos de exemplo neste documento envolvem uma turbina a gás GE-10 operando a temperaturas ambientes de 15 °C (59 °F) e 30 °C (86 °F) . A temperatura de gás de combustão da turbina a gás pelas especificações operacionais da GE-10 é de 489,5 °C (914 °F) e 505 °C (941 °F), a temperaturas ambientes de 15 °C (59 °F) e 30 °C (86 °F) , respectivamente. As massas de gases combustíveis que fluem sem resfriamento de entrada a estas duas condições ambientais são 47 kg/s (373.086 lbs/h) e 42 kg/s (333.396 lbs/h), respectivamente. A taxa de fluxo de massa de gás de combustão para a condição de resfriamento de entrada integrada coincide com a situação a 15 °C (59 °F) . A quantidade de ar de entrada para a condição resfriada de entrada integrada é determinada através da remoção da massa de gás natural necessária com base na taxa de calor prescrita e 9.570 kJ/kg (20.000 btu/lb) para o gás natural. A taxa de fluxo de entrada de ar usada para a solução integrada é de 46,2 kg/s (366.966 lbs/h).

O desempenho de um segundo ciclo induzido por amónia utilizando o calor residual a partir do GE-10, a 15 °C (59 °F) irá adicionar 3.310 kW de energia líquida a um rendimento de 11,250 kW de uma turbina a gás GE-10 o que equivale a um rendimento de ciclo combinado de 14.560 kW. Isto equivale a um aumento de 29,4 por cento na potência ao longo de um ciclo simples. Sem resfriamento de entrada a condição ambiente de 3 0 °C (86 °F) , a quantidade de potência entregue pelo segundo ciclo diminui para 3.189 kW a 3 0 °C (86 °F) . Combinado com uma queda na potência medida da turbina a gás para 10.000 kW, a produção de potência total do ciclo combinado diminui em 9,4 por cento. A diminuição na produção de potência do segundo ciclo é um resultado direto da diminuição na potência de turbina a gás.

Ao adicionar o ciclo de refrigeração integrado, o poder de turbina a gás já não cai para 10.000 kW, mas permanece em 11,250 kW devido à temperatura consistente do ar de entrada de 15 °C (59 °F), independentemente da temperatura do ambiente. Além disso, a taxa de calor do ciclo simples permanece em 11,500 kJ/kW.h (10.900 Btu/kW.h) em oposição ao aumento para 12.100 kJ/kW.h (11,374 Btu/kW.h) a 30 °C (86 °F). A produção do segundo ciclo cai para 3.123 kW devido à adição da energia do compressor. 0 aumento no desempenho de turbina a gás acrescido da produção do segundo ciclo de amónia leva a uma produção do ciclo combinado de 14,374 kW; um aumento de 9,0 por cento no dia a 30 °C (86 °F) ao longo do ciclo combinado de amónia básica e um aumento de 45,1 por cento no desempenho do ciclo simples à mesma temperatura ambiente.

No exemplo onde um fluido de trabalho de amónia é utilizado em ligação com um GE-10, algumas variações nas condições de operação pode incluir o seguinte: pressões laterais elevadas variam tipicamente de 10,3 a 20,7 MPa (1500-3000 psia), temperaturas laterais elevadas variam tipicamente de 149 °C a 482 °C (300 - 900 0 F) , pressões de motor de aquecimento laterais baixas variam tipicamente de 2,1 a 4,2 MPa (300-600 psia), pressões de refrigeração variam tipicamente de 0,1 a 0,69 MPa (14,7-100 psia) e condições ambientais tão elevadas como 50 °C (12 °F) . Devido a isto, a presente invenção não está restrita a qualquer conjunto de condições de operação, nem a um fluido de trabalho em particular. Em vez disso, a presente invenção, tal como seria apreciada por uma pessoa de habilidade na arte, pode ser projetada para operar em uma ampla gama de diversas condições, e com vários fluidos diferentes de trabalho. Como tal, a presente invenção é para ser amplamente interpretada à luz da divulgação aqui contida.

Em uma modalidade, a presente invenção proporciona diversas vantagens, incluindo, mas não limitadas a, (i) o uso de fluido supercrítico que remove o ponto de aperto de temperatura que está envolvido com vaporização, bem como as questões que lidam com o fluxo de duas fases; (ii) o uso de fluido supercrítico que irá conduzir a um projeto de trocador de calor residual que permite temperaturas mais elevadas dos fluidos de trabalho relativas a um gerador de vapor de recuperação de calor baseado em vapor de pressão única; (iii) o uso de dióxido de carbono ou amónia supercríticos permite uma operação de um ciclo em que não há nenhuma condensação dentro da turbina sem a adição de um superaquecedor.

A presente invenção também permite o alcance de um fluxo de massa consistente através do ciclo de potência ao mesmo tempo em que gera uma quantidade variável de refrigeração para o resfriador de entrada conforme as mudanças de temperatura ambiente. Em uma modalidade, isto é conseguido através da remoção do refrigerante após a etapa de condensação do ciclo de potência e reintroduzindo-o antes da bomba. Uma vantagem desta modalidade é que o ciclo de potência, que estará em execução em todos os momentos, permanecerá no ponto de operação em todos os momentos em termos de pressões, fluxo de massa, bem como temperaturas. Essa consistência de operação vai permitir que todos os componentes trabalhem da melhor forma e, assim, mantém a eficiência do ciclo no seu ponto projetado. Como a necessidade para refrigerantes é aumentada em dias quentes, o fluido de trabalho será removido a partir do lado de baixa pressão do sistema, mas será reintroduzido em uma forma utilizável antes da bomba de sem afetar o ciclo de potência.

Além disso, a presente invenção permite se tomar uma corrente lateral de fluido de trabalho a partir de qualquer ponto na porção de alta pressão do ciclo de geração de energia e usar isso para um ejetor no ciclo de resfriamento. Isto irá permitir um componente de menor custo, bem como evitar que o desempenho diminua devido à eficiência do motor do compressor {ainda haverá uma perda de eficiência associada com o ejetor).

Além disso, em outra modalidade, a presente invenção permite que qualquer um dentre constituintes de nitrogênio e hidrogênio que podem ser criados dentro do processo de baseado em amónia sejam separados e a realização de um ou mais dos procedimentos a seguir com o referido nitrogênio e/ou hidrogênio: (i) regenerar amónia através do processo de Haber e adicionar a amónia gerada de volta ao sistema; (ii) recolher o hidrogênio livre e usá-lo como matéria-prima para a célula combustível e/ou combustão; (iii) coletar hidrogênio e nitrogênio separadamente e recolhê-los para o consumo comercial; e/ou (iv) ventilar o nitrogênio e incendiar o hidrogênio. Deve-se notar que os itens de (i) a (iv) acima são de natureza exemplificativa e muitas outras utilizações potenciais para quaisquer de tais nitrogênio e/ou hidrogênio gerados pelos sistemas da presente invenção existem mas não são enumeradas aqui pela questão de brevidade.

A presente invenção também permite a reciclagem do gás combustível a partir da extremidade traseira da turbina a gás para a entrada conseguindo desse modo atingir uma capacidade aumentada de captura das emissões de CO2 provenientes da turbina a gás pela proporção de um fluxo mais concentrado de CO2/ e para reduzir as emissões de N0X, através da redução em temperatura de pico da chama. 0 bloqueio da rota principal para este processo é a alta temperatura na qual o gás combustível reciclado, até 40 por cento do fluxo de gás combustível, iria ser re-introduzido na entrada. A solução integrada da presente invenção e ilustrada na Figura 1 elimina este problema de várias maneiras. Primeiro, o gás combustível já vai ser resfriado a uma temperatura mais baixa do que a do trocador de calor removendo calor para o ciclo de geração de energia. Em segundo lugar, um aumento no refrigerante pode ser enviado para o ar de entrada para compensar qualquer aumento de temperatura introduzido pelo gás combustível reciclado. Terceiro, o recuperador pode ser diminuído em eficácia permitindo, assim, que mais energia seja removida do gás combustível. Isto irá permitir uma temperatura mais baixa do gás combustível e pode, em seguida, ser adicionado à entrada da turbina a gás sem afetar o desempenho.

A presente invenção também permite integrar redutores catalíticos seletivos baseados em amónia atuais (SCR), com o motor de aquecimento baseado em amónia. Unidades de SCR são utilizadas com turbinas a gás, a fim de reduzir emissões de N0X para atender aos padrões da EPA. Um fluxo lateral de amónia pode ser removido a partir de qualquer lugar no sistema e injetado no fluxo de gás combustível com um sistema de reparação adicionando-se amónia de volta ao motor de aquecimento antes da bomba.

Figura 1 revela um sistema 100 em conformidade com uma modalidade da presente invenção. No sistema 100, a amónia é utilizada para alcançar um sistema que permite a abordagem de problemas de refrigeração de entrada em uma turbina a gás e/ou um motor de combustão interna, enquanto proporciona também um motor de aquecimento baseado em amónia supercrítica como um segundo ciclo utilizando o calor residual a partir da turbina a gás e/ou motor de combustão interna para criar um ciclo de potência combinada. Tal como é ilustrado na Figura 1, o sistema 100 inclui um trocador de calor 102 que é projetado para abaixar a temperatura de entrada do ar fornecido para turbina 104. Turbina 104 pode ser qualquer turbina adequada incluindo, mas não limitada a, uma turbina a gás. Em uma modalidade, a turbina 104 é composta de compressor 106, combustor 108 e da turbina 110. Como já deve ser reconhecido por aqueles de habilidade na arte, a presente invenção não está limitada a apenas uma turbina a gás, ou a uma turbina a gás tendo a configuração acima mencionada. Em vez disso, a presente invenção é para ser amplamente interpretada e é aplicável a uma ampla gama de motores movidos a ar, ou outros processos industriais, tais como compressão de gás ou de ar, onde o controle de temperatura de ar de entrada é desejado. Tal como aqui utilizado, qualquer compressor utilizado em conjunto com as modalidades da presente invenção pode ser independentemente selecionados a partir de um compressor mecânico ou um compressor fluido (por exemplo, um ejetor).

No que diz respeito ao trocador de calor 102, qualquer trocador de calor adequado pode ser utilizado, incluindo, mas não limitando a, um ou mais trocadores de calor que contenham em cada uma deles um ou mais núcleos, onde cada núcleo utiliza a tecnologia de microcanais.

Tal como aqui utilizado, a "tecnologia de microcanais" inclui, mas não está limitada a, trocadores de calor que contêm um ou mais microcanais, mesocanais, e/ou minicanais. Como aqui utilizados os termos "microcanais", "mesocanais", e/ou "minicanais" são utilizados alternadamente. Além disso, os microcanais, mesocanais, e/ou minicanais da presente invenção não estão limitados a um tamanho, largura e/ou comprimento particular. Qualquer tamanho, largura, ou comprimento adequado pode ser utilizado dependendo de uma variedade de fatores. Além disso, qualquer orientação dos microcanais, mesocanais, e/ou minicanais pode ser utilizada em conjunto com as várias modalidades da presente invenção.

Em uma outra modalidade, um trocador de calor em conformidade com a presente invenção pode ser formado com um ou mais núcleos tendo em um ou mais painéis de troca de calor de circuito impresso (PCHE) . Tais painéis são conhecidos na arte, e são descritos nas Patentes dos Estados Unidos Nos 6.921.518; 7.022.294; e 7.033.553, todas as quais são aqui incorporadas por referência, em suas totalidades, para os seus ensinamentos relacionados a painéis de troca de calor de circuito impresso (PCHE). Outros trocadores de calor adequados para o uso como um regenerador no sistema da Figura 1 são divulgados no Pedido de Patente dos Estados Unidos publicado sob o N° 2006/0254759, a revelação do qual é aqui incorporado na sua totalidade.

Em ainda outra modalidade, qualquer tipo de trocador de calor conhecido por aqueles de habilidade na arte pode ser aqui utilizado contanto que tal trocador de calor tenha a capacidade de gerir e/ou de cumprir os requerimentos térmicos do sistema no qual ele é incorporado. Em ainda outra modalidade, a presente invenção não se relaciona apenas ao fornecimento de um sistema que permite a abordagem de vários problemas de gerenciamento térmico em motores de turbina a gás avançados, mas também a um sistema que é projetado para tratar de questões de gerenciamento de energia.

No que diz respeito à turbina 104, gases combustíveis da mesma são fornecidos por qualquer meio de transferência adequado para outro trocador de calor 112. No que diz respeito ao trocador de calor 112, este trocador de calor pode ser selecionado a partir de trocadores de calor semelhantes àqueles discutidos acima, com relação ao trocador de calor 102. Além disso, como é ilustrado na Figura 1, o ar de entrada é resfriado por um trocador de calor 102 e fornecido à turbina 104 através de qualquer meio de transferência adequado. Por sua vez, os subcomponentes da turbina 104 são também devidamente conectados como é conhecido para aqueles de habilidade na arte. No que diz respeito ao meio de transferência adequado, tal meio inclui, mas não está limitado a, tubulações, tubos, dutos, dutos de exaustão, etc. que são projetados para suportar as diversas condições ambientais vivenciadas nas aplicações de turbina aqui reveladas. Tais critérios de projeto não são discutidos neste documento, para efeitos de concisão já que eles são bem conhecidos por aqueles de habilidade na arte.

Como pode ser visto na modalidade da Figura 1, o sistema 100 utiliza um fluido de trabalho adequado em combinação com vários trocadores de calor e meios de transferência de calor adequados para puxar "calor" a partir do ar de entrada que entra no trocador de calor 102 gerando ao mesmo tempo ar de entrada resfriado para a turbina 104. No que diz respeito ao sistema 100 da Figura 1, o fluido de trabalho pode ser qualquer fluido de trabalho adequado, incluindo, mas não limitado a, amónia, dióxido de carbono, (seja ele supercrítico ou de outra forma), nitrogênio, fluidos de trabalho inertes, ou qualquer combinação adequada de dois ou mais dos mesmos. Em um exemplo, o sistema da Figura 1 utiliza um fluido de trabalho de amónia. Como será apreciado mediante a leitura e compreensão da Figura 1, o fluido de trabalho da presente invenção não está sempre em um estado líquido. Pelo contrário, como seria aparente para aqueles de habilidade na arte, o fluido de trabalho da presente invenção sofre várias mudanças de fase, a fim de realizar os objetivos declarados do sistema 100.

Como pode ser visto na Figura 1, o sistema 100 contém vários trocadores de calor adicionais (por exemplo, trocadores de calor 114, 116, 118 e 120) , pelo menos, um compressor adicional (eg, 122), pelo menos, um expansor adicional (por exemplo, 124), um número adequado de válvulas (por exemplo, 128), um misturador estático (por exemplo, 126), pelo menos, uma bomba (por exemplo, 130) e pelo menos uma válvula de expansão (por exemplo, 132). Como seria apreciado por aqueles de habilidade na arte, os parâmetros do processo detalhado na Figura 1 são de natureza exemplificativa e em nenhuma maneira são destinados a limitar o âmbito de aplicação da presente invenção. Pelo contrário, a presente invenção é amplamente aplicável a uma ampla gama de situações nas quais se deseja "puxar" calor de um ponto, ou área, de um sistema e "movê-lo" para outro ponto, ou área.

Em uma outra modalidade, o misturador estático 126 pode ser modificado como se segue. O misturador 126 poderia ser projetado para ter líquido de baixa temperatura vindo no topo, vapor de alta temperatura entrando a partir do ponto no meio, adequado, com qualquer resfriamento adicional necessário para a condensação sendo adicionado. Esta condensação pode ser integrada com trocadores de calor 114 e 116. Todo o líquido condensado vai ser retirado do fundo.

Com relação aos componentes adicionais, nos dois circuitos inferiores do sistema 100, os vários trocadores de calor adicionais podem ser selecionados a partir dos trocadores de calor discutidos acima. Pelo menos um compressor adicional (por exemplo, 122), pelo menos um expansor adicional (por exemplo, 124), as válvulas (por exemplo, 126 e 128), pelo menos uma bomba (por exemplo, 130) e pelo menos uma válvula de expansão (por exemplo, 132) podem ser selecionados a partir de uma ampla gama de componentes conhecidos destes tipos que estão disponíveis no mercado, ou podem projetados adequadamente para o sistema divulgado. Novamente, os componentes adicionais dos circuitos inferiores da Figura 1 são conectados através de meios e transferência adequados selecionados a partir daqueles discutidos acima. 0 tipo de componentes selecionados, neste caso, vai depender das especificações de concepção exatas do sistema a ser criado.

Um arranjo para todos os componentes acima identificadas do sistema 100 é ilustrado na Figura 1. Na Figura 1, o sistema 100 é utilizada para reduzir a temperatura do ar de entrada a partir de um ambiente a, por exemplo, 86 °F a 59 °F (30°C a 15°C). Isto é realizado através da utilização do trocador de calor 102 e de um fluido de trabalho que é fornecido ao trocador de calor 102. O ar de temperatura reduzida é, então, fornecido como ar de entrada para a turbina 104 que é projetada para queimar combustível (por exemplo, gás natural, carvão, ou petróleo) e fornecer gases de exaustão e calor residual ao trocador de 112.

Em uma outra modalidade, vários componentes do sistema 100 podem ser eliminados para render um sistema simplificado dependendo do objetivo a ser realizado. Como alternativa, vários componentes do sistema 100 podem ser substituídos por válvulas de controle e um ejetor. A Figura 3 é uma ilustração de um sistema 300 exibindo o ejetor 334 no lugar do compressor 122 da Figura 1. 0 fluido de condução para o ejetor pode ser derivado a partir do anterior para o trocador de calor 318, para o trocador de calor 312 ou para o expansor 324. Uma válvula de controle será adicionada ao sistema, no ponto ótimo para a remoção de fluido para agir como o fluido de condução para o ejetor.

Em uma outra modalidade, os componentes podem ser adicionados ao sistema 100, a fim de separar e coletai qualquer gás hidrogênio ou nitrogênio criado durante o ciclo térmico do fluido de trabalho de amónia no interior do motor de aquecimento. A Figura 4 é uma ilustração de um sistema 400 que usa o mesmo motor de aquecimento e refrigeração de entrada como Figura 1. No entanto, o sistema 400 inclui um reator do processo de Haber para regenerar a amónia. A Figura 4 mostra a adiçao do tanque flash 434 que separa o nitrogênio e o hidrogênio gasosos ainda presentes após a etapa de condensação da amónia no trocador de calor 420. Nitrogênio e hidrogênio gasosos sao separados no tanque flash 434 e fornecidos ao compressor 436 onde eles são comprimidos para a pressão de reação. Nitrogênio e hidrogênio comprimidos são entregues a um reator catalítico 438 com o produto sendo amónia gasosa e o excesso de nitrogênio e hidrogênio sendo reciclado para a extremidade frontal do reator. Calor vai precisar ser entregue ao reator catalítico 438, ele poderia vir a partir de uma fonte externa ou a partir de calor residual interno. Esta amónia é expandida através da válvula de expansão 440 para a pressão operacional do lado inferior do motor de aquecimento. O fluido expandido é combinado com a válvula de gás comprimido 442. Todos os outros componentes dentro da Figura 4 são consistentes com a Figura 1. Em ainda outra modalidade, o sistema 400 pode ser projetado para utilizar um ciclo superior de Rankine ou Brayton de CO2 para lidar com a troca direta a partir de uma exaustao de turbina a gás (Figura 5).

A Figura 2 é uma ilustração de um sistema 200 em conformidade com uma outra modalidade da presente invenção onde os gases de saída da turbina 204 são resfriados utilizando um sistema baseado em fluido de trabalho em conformidade com a presente invenção. Em uma modalidade, o fluido de trabalho é o dióxido de carbono. No entanto, esta modalidade não está limitada ao mesmo. Em vez disso, qualquer fluido de trabalho adequado, ou a combinação dos fluidos de trabalho, pode ser utilizado em conexão com esta modalidade. A Turbina 204 do sistema 200 é composta de compressor 206, combustor 208 e turbina 210. A turbina 204 fornece gases combustíveis ao trocador de calor 212 que são, em seguida, resfriados e fornecidos para o resfriamento adicional ao trocador de calor 250. Trocadores de calor 212 e 250 são conectados a um sistema de circuito duplo que utiliza um fluido de trabalho selecionado dentre aqueles discutidos acima, para puxar calor a partir dos gases combustíveis gerados pela turbina 204. Tal como aqui utilizado, "turbina" destina-se a significar uma turbina a gás, um motor de turbina a gás, um motor de combustão interna, ou qualquer outro item de equipamento de processo industrial que produz exaustão e entradas de ar.

Conforme mostrado na Figura 2, o sistema 200 inclui, pelo menos, um trocador de calor adicional (por exemplo, 256 e 258), pelo menos, um compressor adicional (por exemplo, 252), pelo menos, um expansor adicional (pelo menos, 254), diversas válvulas (por exemplo, 260 e 262), e pelo menos uma bomba (por exemplo, 260) . Novamente, os componentes adicionais dos circuitos inferiores da Figura 2 são conectados através de meios de transferência adequados selecionados a partir daqueles discutidos acima. O tipo de componente selecionado, neste caso, vai depender das especificações de concepção exatas do sistema a ser criado.

Como seria apreciado por aqueles de habilidade na arte, os parâmetros do processo detalhado na Figura 2 são de natureza exemplificativa e de nenhuma maneira são destinados a limitar o âmbito de aplicação da presente invenção. Pelo contrário, a presente invenção é amplamente aplicável a uma ampla gama de situações em que se deseja "puxar" calor de um ponto ou uma área, de um sistema e "movê-lo" para outro ponto, ou área.

A Figura 5 é uma ilustração de ainda uma outra modalidade da presente invenção, onde a presente invenção contém, pelo menos, dois circuitos distintos e cada circuito utiliza seu próprio fluido de trabalho. Em um exemplo, cada circuito pode usar fluidos de trabalho iguais ou diferentes. Fluidos de trabalho adequados são escolhidos a partir daqueles observados acima. Em uma outra modalidade, diferentes fluidos de trabalho são utilizados em cada circuito. Em um exemplo, um circuito de utiliza o C02 como um fluido de trabalho e o outro utiliza amónia (NH3) . Como pode ser visto na Figura o ar de entrada 5 para uma turbina a gás é resfriado usando um sistema de ciclo duplo onde um ciclo utiliza dióxido de carbono como um fluido de trabalho e o outro ciclo utiliza amónia tal como um fluido de trabalho. Nesta modalidade, os dois ciclos estão interligados através de um trocador de calor.

O sistema 500 da Figura 5 compreende um trocador de calor 502 que está posicionado na extremidade de entrada de uma turbina a gás 504, em que trocador de calor 502 é de um tipo ou concepção conforme discutido acima e é capaz de utilizar um fluido de trabalho para condicionar a temperatura de um gás de entrada (por exemplo, ar) antes da entrada do gás de entrada na turbina a gás 504. A turbina a gás 504 fornece calor residual a um trocador de calor residual 506 que é de um tipo ou concepção conforme discutido acima. Trocador de calor residual 506 está operativamente acoplado a uma turbina 508 e uma bomba 510. Como pode ser visto a partir da Figura 5, a bomba 510 também está operativamente acoplada a um condensador 512. A turbina 508, condensador 512 e uma segunda turbina 514 são todos operativamente acoplados a um trocador de calor 516 como é ilustrado na Figura 5. A turbina 514 está operativamente acoplada a um segundo condensador 518. O Condensador 518 está, como é ilustrado na Figura 5, também operativamente acoplado a um compressor, ou bomba, 520, uma válvula de expansão 522 e uma segunda bomba 524, como é ilustrado na Figura 5. Compressor, ou bomba, 520 e válvula de expansão 522 também são ambos operativamente acoplados ao trocador de calor 502 da maneira ilustrada na Figura 5. Finalmente, na modalidade da Figura 5, a segunda bomba 524 está operativamente acoplada ao trocador de calor 516 em uma maneira ilustrada na Figura 5.

No que diz respeito às Figuras de 1 a 5, essas Figuras ilustram modalidades da presente invenção, que são projetadas para atingir o resfriamento simultâneo de ar ou de gás em combinação com a utilização do calor residual a partir de qualquer processo industrial, ou de combustão. Devido a isto, as Figuras de 1 a 5 são ilustrativas de modalidades apenas exemplares da presente invenção e, assim,, as modificações destas modalidades estão dentro do âmbito de aplicação da presente invenção e seriam aparentes para uma pessoa de habilidade na arte.

Processos industriais, ou de combustão, que se beneficiam a partir dos sistemas da presente invenção incluem quaisquer processos industriais, ou de combustão, onde tal processo torna-se mais eficiente quando um gás (por exemplo, ar) é condicionado de maneira tal que aumenta a sua densidade e/ou reduz a sua temperatura. Em uma modalidade, tais processos incluem, mas não estão limitados a, aqueles processos realizados por turbinas a gás, motores de combustão interna, compressores de ar, compressores de gás, ou qualquer combinação dos mesmos. Em uma modalidade, a presente invenção é vantajosa de modo que ela permite a temperatura de condicionamento de um gás de entrada a fim de permitir um aumento na eficiência operacional de um dispositivo que está sujeito à degradação do desempenho quando a temperatura de entrada do gás de entrada aumenta.

Em ainda outra modalidade, a presente invenção compreende uma combinação de um sub-sistema projetado para alcançar o condicionamento da temperatura de um gás {por exemplo, um gás de entrada ou ar de entrada para um processo industrial) com um sub-sistema projetado para utilizar calor residual para potencializar o sub-sistema projetado para alcançar o condicionamento da temperatura, bem como, em algumas concretizações, permitir que o subsistema de calor residual gere energia ou potência utilizável adicional que pode ser utilizada para qualquer finalidade desejada. Assim, nesta modalidade, o sub-sistema de calor residual da presente invenção é, por vezes aqui referido como um ciclo, circuito ou circuito inferior que utiliza um fluido de trabalho, como aqui definido, para atingir o(s) objetivo(s) acima mencionado(s). Da mesma forma, em um exemplo, a presente invenção alcança a integração de um sub-sistema projetado para alcançar o condicionamento da temperatura de um gás (por exemplo, um gás de entrada ou ar de entrada para um processo industrial) com um sub-sistema projetado para utilizar calor residual para conduzir o sub-sistema de condicionamento de temperatura acima mencionado, bem como para permitir que o sub-sistema de calor residual gere energia ou potência utilizável adicional que pode ser utilizada para qualquer finalidade desejada. Em um exemplo, esta modalidade é alcançada por um circuito inferior (como pode ser visto nas porções inferiores das Figuras de 1 a 5), que utiliza calor residual fornecido ao circuito inferior para conduzir e realizar o condicionamento da temperatura acima mencionado, bem como operar como um motor de aquecimento que pode gerar, ou produzir, a potência, ou a energia, adicional que pode ser exportada para fora do sistema e utilizada para qualquer finalidade desejada.

No que diz respeito às temperaturas e/ou pressões divulgadas em qualquer uma das, ou todas, Figuras de 1 a 5, essas temperaturas e pressões são de natureza exemplificativa. Como seria aparente para aqueles de habilidade na arte, dependendo do dispositivo e/ou condições aos quais a presente invenção está sendo aplicado tais temperaturas e pressões podem, devem ou vão mudar. Além disso, em alguns exemplos, os sistemas da presente invenção serão transcríticos ou supercríticos. Desta forma, como seria sabido por aqueles de habilidade na arte mediante a leitura e entendimento da presente divulgação, algumas porções dos sistemas da presente invenção vão ser sub-críticas, enquanto outras porções serão supercríticas. Na verdade, um aspecto do sistema de inventivo é o de que o fluido de trabalho pode ser um fluido supercrítico, um líquido sub-crítico e/ou um vapor sub-crítico em locais diferentes dentro do sistema inventivo.

Embora a invenção tenha sido descrita em detalhe com referência especial a certos aspectos aqui detalhados, outros aspectos podem alcançar os mesmos resultados. Variações e modificações da presente invenção irão ser óbvias para aqueles habilitados na arte, e a presente invenção se destina a cobrir nas reivindicações anexas todas essas modificações e equivalentes.

Claims

Sistema (100, 200, 300, 400, 500) para condicionamento da temperatura do ar de entrada para uma turbina (104, 204, 304, 404, 504) caracterizado por compreender:
pelo menos uma turbina tendo em um lado de entrada e um lado de saída;
pelo menos um trocador de calor de entrada de ar (102, 302, 402, 502) operativamente acoplado ao lado de entrada de pelo menos uma turbina, em que pelo menos um trocador de calor de entrada de ar é projetado para remover calor a partir do ar de entrada que está sendo fornecido ao lado de entrada de pelo menos uma turbina e transferir tal calor através de um fluido de trabalho para um circuito inferior
pelo menos um trocador de calor de saída de ar (112, 212, 312, 412, 512) operativamente acoplado ao lado de saída de pelo menos uma turbina, em que pelo menos um trocador de calor de saída de ar está projetado para remover calor a partir do ar de saída que está sendo gerado por pelo menos uma turbina e transferir tal calor através de um fluido de trabalho para o circuito inferior;
em que o circuito inferior é projetado para utilizar tal calor transferido a partir de pelo menos um trocador de calor de ar de entrada e pelo menos um trocador de calor de saída de ar para fornecer adequadamente fluido de trabalho condicionado de volta para ambos (pelo menos um) trocador de calor de ar de entrada e (pelo menos um) trocador de calor de saída de ar.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é selecionado a partir de amônia, dióxido de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é o dióxido de carbono.
Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é o dióxido de carbono supercrítico.
Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é a amônia.
Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é a amônia supercrítica.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um trocador de calor de entrada de ar utiliza a tecnologia de microcanais.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um trocador de calor de entrada de ar utiliza um ou mais núcleos de trocadores de calor de circuito impresso.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um trocador de calor de saída de ar utiliza a tecnologia de microcanais.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um trocador de calor de saída de ar utiliza um ou mais núcleos de trocadores de calor de circuito impresso.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito inferior é projetado para utilizar o calor residual presente no lado de saída de pelo menos uma turbina em combinação com pelo menos um trocador de calor do ar de entrada para render uma redução na temperatura do ar de entrada fornecido ao lado de entrada de pelo menos uma turbina.
Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito inferior compreende:
pelo menos um primeiro trocador de calor de circuito inferior projetado para receber um fluido de trabalho carregado de calor a partir de pelo menos um trocador de calor de saída de ar; e
pelo menos um compressor de circuito inferior operativamente acoplado através do fluido de trabalho ao primeiro trocador de calor de circuito inferior, em que pelo menos um compressor de circuito inferior é projetado para utilizar, ou manar calor a partir de, o fluido de trabalho carregado de calor de modo a render um fluido de trabalho resfriado,
em que o fluido de trabalho resfriado é fornecido a pelo menos um trocador de calor do ar de entrada para o uso na redução da temperatura do ar de entrada fornecido para o lado de entrada de pelo menos uma turbina.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito inferior é um motor de aquecimento projetado para utilizar o calor transferido para condicionar o ar de entrada e gerar um excedente de potência ou a energia.
Método para condicionamento de temperatura de ar de entrada para uma turbina (104, 204, 304, 404, 504), o método caracterizado por compreender as etapas de:
fornecer, pelo menos, uma turbina tendo um lado de entrada e um lado de saída;
fornecer, pelo menos, um trocador de calor de entrada de ar (102, 302, 402, 502) operativamente acoplado ao lado de entrada de, pelo menos, uma turbina, em que pelo menos um trocador de calor de entrada de ar é projetado para remover calor a partir do ar de entrada que está sendo fornecido ao lado de entrada de pelo menos uma turbina e transferir tal calor através de um fluido de trabalho para um circuito inferior;
fornecer, pelo menos, um trocador de calor de saída de ar (112, 212, 312, 412, 512) operativamente acoplado ao lado de saída de pelo menos uma turbina, em que pelo menos um trocador de calor de saída de ar está projetado para remover calor a partir do ar de saída que está sendo gerado por pelo menos uma turbina e transferir tal calor através de um fluido de trabalho para o circuito inferior;
em que o circuito inferior transfere calor a partir de pelo menos um trocador de calor do ar de entrada e pelo menos um trocador de calor de saída de ar para fornecer adequadamente fluido de trabalho condicionado de volta tanto para o (pelo menos um) trocador de calor de entrada de ar quanto para o (pelo menos um) trocador de calor de saída de ar.
Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é selecionado a partir de amônia, dióxido de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é o dióxido de carbono.
Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é o dióxido de carbono supercrítico.
Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é a amônia.
Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é a amônia supercrítica.
Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos um trocador de calor de entrada de ar utiliza a tecnologia de microcanais.
Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos um trocador de calor de entrada de ar utiliza um ou mais núcleos de trocador de calor de circuito impresso.
Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos um trocador de calor de saída de ar utiliza a tecnologia de microcanais.
Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos um trocador de calor de saída de ar utiliza um ou mais núcleos de trocador de calor de circuito impresso.
Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o circuito inferior utiliza o calor residual presente no lado de saída de pelo menos uma turbina em combinação com pelo menos um trocador de calor do ar de entrada para gerar uma redução na temperatura do ar de entrada fornecido ao lado de entrada de pelo menos uma turbina.
Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o circuito inferior compreende:
pelo menos um primeiro trocador de calor de circuito inferior projetado para receber um fluido de trabalho carregado de calor a partir de, pelo menos, um trocador de calor de saída de ar; e
pelo menos um compressor de circuito inferior operativamente acoplado através do fluido de trabalho para pelo menos o primeiro trocador de calor de circuito inferior, em que pelo menos um compressor de circuito inferior é projetado para utilizar, ou manar calor a partir do fluido de trabalho carregado de calor a fim de render um fluido de trabalho resfriado,
em que o fluido de trabalho resfriado é fornecido a, pelo menos, um trocador de calor de entrada de ar para o uso na redução da temperatura do ar de entrada fornecido para o lado de entrada de pelo menos uma turbina.
Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o circuito inferior é um motor de aquecimento projetado para utilizar calor transferido para condicionar o ar de entrada e gerar energia ou potência excedente.