CH701186B1 - System zum Konditionieren des in eine Turbomaschine eintretenden Luftstroms. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Aufbereitung eines Luftstroms, der in eine Luft atmende Maschine eintritt. Das System umfasst ein Luftaufbereitungssystem (200), zur Anpassung einer physikalische Eigenschaft des Luftstroms, welches ein Modul (205) enthält, das Folgendes umfasst: ein Vorbehandlungs-Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium, das dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anzupassen, falls eine Umgebungsbedingung innerhalb eines Bereichs liegt, wobei das Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium Düsen (235) aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein Fluid in den Luftstrom zu sprühen; und ein Aufbereitungssystem (260) mit einem Austauschmedium (220), das dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anzupassen, um zusätzliche Ausgangsleistung der Luft atmenden Maschine zu erzeugen, wobei das Aufbereitungssystem (260) mit Austauschmedium ein direktes Austauschmedium (220) und einen Fluidverteiler (210) umfasst; wobei das Luftaufbereitungssystem (200) für eine Verdunstung ausgelegt ist, für den Fall, dass das Fluid, das dem Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium und dem Aufbereitungssystem mit Austauschmedium (260) zugeführt wird, annähernd über der Taupunkttemperatur liegt; und wobei das Luftaufbereitungssystem (200) zur Abkühlung ausgelegt ist, für den Fall, dass das Fluid, das dem Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium und dem Aufbereitungssystem mit Austauschmedium (260) zugeführt wird, annähernd unter der Taupunkttemperatur liegt.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein System, das dazu dient, den Luftstrom aufzubereiten, der in das Einlasssystem einer Luft atmenden Maschine eintritt.

[0002] Luft atmende Maschinen erzeugen und/oder wandeln Energie um, die für ganz unterschiedliche Anwendungen genutzt wird. Diese Maschinen können auf einem Wärmetauscher, einem Luftstrahlturbotriebwerk, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, einer Gasturbine, einem Flugzeugtriebwerk, einer Luftderivatmaschine, oder dergleichen basieren. Obwohl sich die folgende Erörterung hauptsächlich auf Gasturbinen bezieht, sind die erörterten Konzepte nicht auf Gasturbinen beschränkt.

[0003] Eine Gasturbine enthält gewöhnlich ein Einlasssystem, einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt, einen Turbinenabschnitt und einen Auslassabschnitt. Eine Gasturbine kann, wie im Folgenden beschrieben, arbeiten: Das Einlasssystem nimmt den Luftstrom aus der unmittelbaren Umgebung der Gasturbine auf. Als Nächstes verdichtet der Verdichterabschnitt den Luftstrom. Anschliessend strömt der verdichtete Luftstrom zu dem Verbrennungsabschnitt, wo vor der Verbrennung eine Brennstoffvermischung stattfinden kann. Darauf erzeugt der Verbrennungsprozess ein gasförmiges Gemisch, das den Turbinenabschnitt antreibt. Anschliessend wandelt der Turbinenabschnitt die Energie des gasförmigen Gemisches in die mechanische Energie eines Drehmoments um. Das Drehmoment wird dann üblicherweise genutzt, um einen elektrischen Generator, einen mechanischen Antrieb, oder dergleichen anzutreiben.

[0004] Die Leistung einer Gasturbine ist gewöhnlich durch die Ausgabeleistung, den thermischen Wirkungsgrad und/oder den Wärmeverbrauch bestimmt. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit des eintretenden Luftstroms haben einen bedeutenden Einfluss auf die Gasturbinenleistung. Im Allgemeinen sinkt der Wirkungsgrad der Gasturbine mit dem Ansteigen der Temperatur des Luftstroms.

[0005] Vielfältige Systeme wurden bisher eingesetzt, um die Temperatur des Einlassluftstroms zu verringern. Das primäre Ziel dieser Systeme basiert darauf, die Gasturbinenleistung unter Umgebungsbedingungen zu steigern, in denen der Luftstrom eine relativ hohe Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit aufweist. Diese Systeme versuchen, dieses Ziel durch eine Aufbereitung des Luftstroms vor dem Eintritt in den Verdichterabschnitt zu erreichen. Eine Aufbereitung kann als der Vorgang eines Anpassens wenigstens einer physikalischen Eigenschaft des Luftstroms erachtet werden. Die physikalische Eigenschaft kann, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Feuchtkugeltemperatur, eine Trockenkugeltemperatur, eine Luftfeuchtigkeit und eine Dichte beinhalten. Die Wirkung eines Anpassens der physikalischen Eigenschaft des Luftstroms sollte darauf basieren, die Leistung der Gasturbine zu verbessern.

[0006] Einige bekannte Beispiele dieser Systeme umfassen Verdunstungskühler, mechanische Kühler, Absorptionskühler, thermische Energiesysteme, und dergleichen. Diese Systeme können an vielfältigen Stellen um die Gasturbine eingerichtet sein.

[0007] Im Zusammenhang mit bekannten Systemen zur Aufbereitung des in eine Gasturbine eintretenden Luftstroms bestehen einige Probleme. Die mit den bekannten Systemen verbundenen Vorteile rechtfertigen nicht die mit dem Einbau verbundenen Kosten. Der Einsatz eines Verdunstungskühlsystems ist möglicherweise in Bereichen beschränkt, wo heisse und feuchte Bedingungen herrschen. Bekannte Abkühlungssysteme erfordern eine Kühlschlange, die die Kosten des Abkühlungssystems erheblich steigert. Einige bekannte Gasturbinenkraftwerke verwenden sowohl ein Verdunstungskühlsystem als auch Abkühlungssysteme. Im vorliegenden Fall erfordern die getrennten Konstruktionen dieser Systeme zusätzliche Einbauzeit sowie ausreichend Raum in der Nähe der Gasturbine, und erhöhen ebenfalls die Betriebs- und Wartungskosten.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0008] Aus den im Vorausgehenden erwähnten Gründen ist der vorliegenden Erfindung die Aufgabe gestellt, ein System zur Aufbereitung eines Einlassluftstroms zu schaffen, das eine Verbesserung der Einsatzfähigkeit in heissen und feuchten Bereichen erlauben, und auch in heissen und trockenen Bereichen wirkungsvoll arbeitet, eine einzelne Konstruktion umfasst, die in der Lage ist, eine Kühlung durch Verdunstung und Abkühlung zu bewirken und ein Abkühlungssystem umfasst, das ohne eine Kühlschlange auskommt.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein System zum Aufbereiten eines Luftstroms gemäss Anspruch 1 gelöst, der in eine Luft atmende Maschine eintritt, wobei zu dem System gehören: ein Luftaufbereitungssystem (200), im Folgenden ACS genannt, das dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft eines Luftstroms anzupassen, der in eine Luft atmende Maschine eintritt, wobei das ACS (200) auf einem Modul (205) basiert, und wobei das Modul (205) Folgendes umfasst: ein arbeitendes Vorbehandlungs-Aufbereitungssystem ohne Austauschmedium, das dazu eingerichtet ist (230) eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anzupassen, falls eine Umgebungsbedingung innerhalb eines Bereichs liegt; wobei das Vorbehandlungs-Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium Düsen (235) aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein Fluid in den Luftstrom zu sprühen; und ein Aufbereitungssystem (260) mit Austauschmedium, das dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anzupassen, um zusätzliche Ausgangsleistung der Luft atmenden Maschine zu erzeugen, wobei das Aufbereitungssystem (260) mit Austauschmedium einen direkten Vermittler oder ein direktes Austauschmedium (220) und einen Fluidverteiler (210) umfasst, wobei das ACS (200) zur Verdunstung ausgelegt ist, falls das Fluid, das dem Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium und dem Aufbereitungssystem (260) mit Austauschmedium zugeführt wird, eine Temperatur aufweist, die angenähert höher ist als die Taupunkttemperatur; und wobei das ACS (200) zur unmittelbaren Abkühlung ausgelegt ist, falls das Fluid, das dem Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium und dem Aufbereitungssystem (260) mit Austauschmedium zugeführt wird, eine Temperatur aufweist, die angenähert niedriger ist als die Taupunkttemperatur.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0010] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen gleichartige Bezugszeichen über die Zeichnungen hinweg gleichartige Elemente repräsentieren. <tb>Fig. 1<SEP>veranschaulicht schematisch eine Umgebung, in der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeiten kann. <tb>Fig. 2<SEP>veranschaulicht schematisch in einer Seitenansicht Module eines Luftaufbereitungssystems, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. <tb>Fig. 3<SEP>veranschaulicht schematisch ein Luftaufbereitungssystem, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0011] Die folgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen. Es fallen auch andere Ausführungsbeispiele mit anderen Konstruktionen und Arbeitsschritten in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.

[0012] Eine bestimmte Terminologie ist im Vorliegenden möglicherweise lediglich zum Zweck der Vereinfachung eingesetzt und ist nicht im Sinne einer Beschränkung der Erfindung zu verstehen. Beispielsweise beschreiben Begriffe wie «oberhalb», «unterhalb», «oberster», «unterster», «oberer», «unterer», «linker», «vorderer», «rechter», «horizontaler», «vertikaler», «stromaufwärts gelegener», «stromabwärts gelegener», «vorderer» und «hinterer» lediglich die in den Figuren gezeigte Anordnung. Tatsächlich können die Komponenten in einer beliebigen Richtung ausgerichtet sein, und die Terminologie sollte daher, wenn nicht anders lautend spezifiziert, in dem Sinne verstanden werden, dass derartige Abweichungen eingeschlossen sind.

[0013] In dem hier verwendeten Sinne sollte die Nennung eines Elements oder Schritts im Singular und die Voranstellung des unbestimmten Artikels nicht in dem Sinne verstanden werden, dass der Plural der Elemente oder Schritte ausgeschlossen ist, es sei denn, ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich erwähnt. Ausserdem soll eine Bezugnahme auf «ein Ausführungsbeispiel» der vorliegenden Erfindung weitere Ausführungsbeispiele, die die aufgeführten Ausstattungsmerkmale verwenden, nicht ausschliessen.

[0014] Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft ein Luftaufbereitungssystem (ACS), das dazu dient, den Luftstrom aufzubereiten, der in eine Luft atmende Maschine, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, in eine Gasturbine eintritt. Wie erörtert, kann eine Aufbereitung als ein Vorgang erachtet werden, der wenigstens eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anpasst. Die physikalische Eigenschaft kann eine Feuchtkugeltemperatur, eine Trockenkugeltemperatur, eine relative Luftfeuchtigkeit, eine Dichte, oder dergleichen beinhalten. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Hauptkomponenten des ACS in einer einzelnen Konstruktion angeordnet sein, die als ein Modul angesehen werden kann. In Abhängigkeit von der Anwendung des ACS können in die Luft atmende Maschine mehrere Module physikalisch und/oder funktionsgerecht integriert sein. Die nachfolgende Erörterung beschreibt im Einzelnen ein nicht als beschränkend zu bewertendes Ausführungsbeispiel des ACS, das in eine Gasturbine integriert ist.

[0015] Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein ACS schaffen, das ein ohne Austauschmedium arbeitendes Aufbereitungssystem und ein mit Austauschmedium arbeitendes Aufbereitungssystem aufweist, die beide in Fig. 2 und 3 veranschaulicht sind. Ein Ausführungsbeispiel des ACS kann die Anpassungsfähigkeit eines Betriebs in einem Verdunstungsmodus oder in einem Abkühlungsmodus des Systems vorsehen. Im vorliegenden Fall kann das ACS als ein Verdunstungssystem arbeiten, falls die Fluide, die dem ohne Vermittler arbeitenden Aufbereitungssystem und dem mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem zugeführt werden, eine Temperatur aufweisen, die über der Taupunkttemperatur liegt. In ähnlicher Weise kann das ACS als ein Abkühlungssystem arbeiten, falls die Fluide, die dem ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem und dem mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem zugeführt werden, eine Temperatur aufweisen, die unter der Taupunkttemperatur liegt.

[0016] Indem nun auf die Figuren eingegangen wird, in denen die unterschiedlichen Bezugsnummern über die unterschiedlichen Ansichten hinweg gleichartige Elemente repräsentieren, veranschaulicht Fig. 1 schematisch eine Umgebung, in der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeiten kann. Fig. 1 zeigt ein Einlasssystem 100, das gewöhnlich integral mit einem Verdichter 145 einer Gasturbine hergestellt ist. Die folgende Beschreibung zeigt einen Überblick einer typischen Anordnung eines Einlasssystems 100. Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit anderen Konstruktionen des Einlasssystems 100 verwendet werden, die in den Figuren nicht dargestellt sind.

[0017] Das Einlasssystem 100 kanalisiert den in den Figuren durch einen oder mehrere grosse Pfeile dargestellten Luftstrom, der durch den Verdichter 145 eingesaugt wird. Der Luftstrom stammt gewöhnlich aus der Umgebung, in der die Gasturbine arbeitet. Zunächst umströmt der Luftstrom eine Wetterhaube 105, die in der Lage ist, den Eintritt von Wetterelementen, z.B. Regen, Schnee, Hagel, oder dgl., in den Verdichter 145 zu verhindern. Der Luftstrom kann anschliessend ein Einlassfiltergehäuse 110 durchströmen, das Fremdkörper und Partikel aus dem Luftstrom weitgehend entfernt. Als Nächstes kann der Luftstrom durch das ACS 200 strömen, das in der Lage ist, eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms aufzubereiten. Anschliessend kann der Luftstrom durch ein Übergangsstück 120 und durch einen Einlasskanal 125 strömen; diese Komponenten können die Geschwindigkeit und den Druck des Luftstroms anpassen. Danach kann der Luftstrom durch einen Schalldämpferabschnitt 130 strömen. Anschliessend kann der Luftstrom durch ein Entnahmewärme-Einlassvorwärmungssystem 135 strömen, das bei seinem Einsatz die Temperatur des Luftstroms vor dem Eintritt in den Verdichter 145 erhöht. Ein Schmutzsieb 140 oder dgl. kann stromabwärts des Einlasskanals 125 angeordnet sein und kann im Wesentlichen den Eintritt von Partikeln in den Verdichter 145 verhindern.

[0018] Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine Seitenansicht von Modulen 205 eines Luftaufbereitungssystems 200, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das Hauptkomponenten des Luftaufbereitungssystems 200 mit einem Modul 205 aufweist. Fig. 2 veranschaulicht ausserdem, wie ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Integration mehrerer Module 205 ermöglicht, die sich alle in einem Einlasssystem 100 unterbringen lassen. Drei (3) ähnliche Module 205 sind in Fig. 3 in einer gestapelten Anordnung veranschaulicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde die Verwendung von redundanten Bezugsziffern von Komponenten/Elementen beschränkt. Beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, ist die Bezugsziffer einer Komponente 210, die einen Fluidverteiler repräsentiert, lediglich an dem obersten Modul 205 zu sehen. Die beiden unteren Module 205 weisen, wie in Fig. 2 veranschaulicht, diesen Fluidverteiler 205 ebenfalls auf.

[0019] In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Hauptkomponenten des ACS 200 in dem Modul 205 angeordnet sein. Diese können Komponenten des ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems 230, des mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems 260 und eines Dunstbeseitigers 225 beinhalten. Im Betrieb können die Module 205 aus einem Sammelrohr 275 ein Fluid aufnehmen, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, Wasser, ein von Wasser unterschiedliches Kühlfluid oder Kombinationen davon. Das Sammelrohr 275 kann das Fluid in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des ACS 200 aus der Zufuhr 240 des nicht abgekühlten Fluids oder aus der Zufuhr 265 des abgekühlten Fluids, aufnehmen. Das Sammelrohr 275 kann anschliessend das Fluid unmittelbar zu dem dritten Ventil 300 und/oder zu dem Modul 205 abführen.

[0020] Ein Ausführungsbeispiel des ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems 230 kann (schematisch in Fig. 2 veranschaulichte) Sprühdüsen 235 aufweisen. Die Sprühdüsen 235 können dazu dienen, den Luftstrom vor dem Einsatz des mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems 260 vorzubehandeln. Die Vorbehandlung soll ein nahezu einheitliches Temperaturprofil des aus dem direkten Austauschmedium 220 austretenden Luftstroms errichten. Die Sprühdüsen 235 können Fluidtröpfchen mit einer Abmessung erzeugen, die eine weitgehende Verdunstung erlaubt, bevor der Luftstrom in einen Einlass 145 eintritt. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Sprühdüsen 235 eine Düsenabmessung von etwa 2.54 mm (0,1 Zoll) bis ungefähr 6.35 mm (0,25 Zoll) aufweisen. Im vorliegenden Fall kann ein Fluidsystemdruck weniger als etwa 1034.2135 x 10<3>Pa (150 psi Pfund pro Quadratzoll) betragen.

[0021] Zu den Komponenten des mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems 260, die in einem Ausführungsbeispiel des Moduls 205 untergebracht sind, können gehören: ein Fluidverteiler 210; ein Fluidverteilerpolster 215; ein direktes Austauschmedium 220; und eine Zufuhr 265 eines abgekühlten Fluids. Der Fluidverteiler 210 kann oberhalb des direkten Austauschmediums 220 angeordnet sein und das Fluid von der Zufuhr 265 des abgekühlten Fluidsaufnehmen. Der Fluidverteiler 210 kann die Form einer Mehrfachdüsenkonstruktion aufweisen, die einem Duschkopf oder dergleichen ähnelt.

[0022] Das direkte Austauschmedium 220 wirkt im Wesentlichen als ein Wärmetauscher, der das Fluid nutzt, um eine physikalische Eigenschaft, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, die Trockenkugeltemperatur des Luftstroms anzupassen. Im Wesentlichen erlaubt ein Ausführungsbeispiel des direkten Vermittlers 220 es dem Fluid, mit dem strömenden Luftstrom in unmittelbare Berührung zu kommen. Die geringere Temperatur des Fluids kann die Trockenkugeltemperatur verringern und/oder eine weitere physikalische Eigenschaft des Luftstroms anpassen.

[0023] Ein Ausführungsbeispiel des direkten Vermittlers 220 kann den Typ eines ein Medium nutzenden Wärmeaustauschers beinhalten. Dieser Typ eines direkten Vermittlers 220 ermöglicht im Allgemeinen einen Wärmeübertragungsvorgang durch einen unmittelbaren Kontakt, was den Wärmeübergangswiderstand im Vergleich zu einem Kühlschlangenwärmetauscher auf ein Minimum reduziert. Ausserdem kann dieses Ausführungsbeispiel des direkten Vermittlers 220 aus einem gewellten, querprofilierten Material erzeugt werden, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, aus Nylon, einem Kunststoff, einer Kohlenstofffaser, einem Zellulosematerial, einem synthetischen Polymer, einem Metall oder Kombinationen davon. Dieser Vorteil kann einen Verzicht auf eine verhältnismässig kostspielige Kupferverrohrung oder auf Aluminiumrippen erlauben, die im Allgemeinen eingesetzt werden, um einen auf einer Kühlschlange basierenden Wärmetauscher herzustellen. Dieses Ausführungsbeispiel des direkten Vermittlers 220 kann eine Reduzierung der Menge und Qualität eines für die Ausbildung der Wärmeübertragungsoberflächen verwendeten Materials erlauben, so dass Kosten- und Gewicht verringert werden können.

[0024] Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des mit Vermittler arbeitenden Aufbereitungssystems 260 kann ein Fluidverteilerpolster 215 enthalten. Im vorliegenden Fall verteilt der Fluidverteiler 210 das Fluid über das Fluidverteilerpolster 215. Das Fluidverteilerpolster 215 dient dazu, das Fluid dem direkten Vermittler 220 zuzuführen. Dies kann dazu beitragen, sicherzustellen, dass das Fluid das direkte Austauschmedium 220 angemessen benetzt. Wie in Fig. 2 veranschaulicht, kann das Fluidverteilerpolster 215 unterhalb des Fluidverteilers 210 und oberhalb des direkten Vermittlers 220 angeordnet sein.

[0025] Ein Ausführungsbeispiel des Fluidverteilerpolsters 215 kann vielfältig dimensionierte Strömungsbegrenzungen aufweisen, um den Luftstrom über das direkte Austauschmedium 220 zu lenken. Dieses Merkmal kann eine Optimierung einer Strömungsrate ermöglichen, die dem Fluidverteilerpolster 215 zugeordnet ist. Beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, kann eine Anwendung des ACS 200 in einer ersten Hälfte des direkten Austauschmediums 220 mehr Fluid erfordern. Im vorliegenden Fall können die Löcher in dem Abschnitt des Fluidverteilerpolster 215, der das Fluid zu der ersten Hälfte des direkten Austauschmediums 220 liefert, grösser ausgebildet sein, als die Löcher in dem Abschnitt, der das Fluid zu der zweiten Hälfte des direkten Austauschmediums 220 liefert.

[0026] Das Modul 205 kann ausserdem einen Dunstbeseitiger 225 aufweisen. Der Dunstbeseitiger 225 dient im Allgemeinen dazu, einen Teil des Fluids zu entfernen, das aufgrund des Betriebs des ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems 230 und/oder des mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems 260 in dem Luftstrom mitgenommen sein kann. Wie in Fig. 2 veranschaulicht, ist der Dunstbeseitiger 225 in einem Ausführungsbeispiel des Moduls 205 mit Blick auf das ohne Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystems 230 und auf das mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 260 stromabwärts angeordnet.

[0027] Fig. 2 veranschaulicht ausserdem, wie mehrere Module 205 eines ACS 200 in ein einzelnes Einlasssystem 100 integriert sein können. Fig. 2 veranschaulicht, wie drei (3) voneinander unabhängige, ohne Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssysteme 230 eine gemeinsame Zufuhr von nicht abgekühltem Fluid aus dem Sammelrohr 275 und einen gemeinsamen Auffangbehälter 250 aufweisen können. Fig. 2 veranschaulicht ausserdem, wie drei (3) voneinander unabhängige, mit Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssysteme 260 ausserdem eine gemeinsame Zufuhr von abgekühltem Fluid aus dem Sammelrohr 275 und einen Fluidrückstrom 245 aufweisen können, und wie sämtliche einen Auffangbehälter 250 mit den ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystemen 230 gemeinsam nutzen können.

[0028] Fig. 3 veranschaulicht schematisch ein Luftaufbereitungssystem 200, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 zeigt die Komponenten des ACS 200, einschliesslich derjenigen Komponenten, die möglicherweise nicht in dem Modul 205 angeordnet sind. Wie nachstehend beschrieben, können diese Komponenten ein Bestandteil des ersten Aufbereitungskreislaufs 255 und/oder des zweiten Aufbereitungskreislaufs 280 sein. Der erste Aufbereitungskreislauf 255 kann den ACS 200 als in einem unmittelbaren Verdunstungsmodus arbeitend repräsentieren. Im vorliegenden Fall können zu dem ersten Aufbereitungskreislauf gehören: die Zufuhr 240 des nicht abgekühlten Fluids; das ohne Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem 230; das mit Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem 260; der Auffangbehälter 250; der Fluidrückstrom 245, der mit einer Pumpe 270 verbunden sein kann; ein erstes Ventil 290, das ein Dreiwegventil sein kann; und ein drittes Ventil 300. Der erste Aufbereitungskreislauf 255 kann ferner eine Aufbereitungsfluidzufuhr 305 und ein Aufbereitungszufuhrventil 310 aufweisen, das kollektiv dazu dienen kann, den ersten Aufbereitungskreislauf 255 des Fluids wiederaufzufüllen, das während des Verdunstungsvorgangs verbraucht wurde.

[0029] Der zweite Aufbereitungskreislauf 280 kann das ACS 200 im Betrieb eines unmittelbaren Abkühlmodus repräsentieren. Zu dem zweiten Aufbereitungskreislauf 280 können gehören: die Zufuhr 265 des abgekühlten Fluids; das ohne Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem 230, das mit Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem 260; der Auffangbehälter 250; der Fluidrückstrom 245; die Pumpe 270; das erste Ventil 290; die Quelle 285; das zweite Ventil 295; und das dritte Ventil 300.

[0030] Im Betrieb kann das ACS 200 mindestens zwei Betriebsmodi durchführen: einen Verdunstungskühlungsmodus, der hauptsächlich den ersten Aufbereitungskreislauf 255 nutzen kann, und den Abkühlmodus, der hauptsächlich den zweiten Aufbereitungskreislauf 280 nutzen kann. Wie erörtert, kann ein Ausführungsbeispiel des ACS 200 die Anpassungsfähigkeit eines Betriebs in einem Verdunstungssystemmodus oder in einem Abkühlungssystemmodus vorsehen. Im vorliegenden Fall kann das ACS 200 als ein Verdunstungskühlsystem arbeiten, falls die Fluide, die dem ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 230 und dem mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 260 zugeführt werden, eine Temperatur aufweisen, die über der Taupunkttemperatur liegt. In ähnlicher Weise kann das ACS 200 als ein Abkühlungssystem arbeiten, falls die Fluide, die dem ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 230 und dem mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 260 zugeführt werden, eine Temperatur aufweisen, die unter der Taupunkttemperatur liegt.

[0031] Die folgende Erörterung verschafft einen Überblick über die Funktion eines Ausführungsbeispiels des ACS 200. Im vorliegenden Fall weist das erörterte Ausführungsbeispiel ein Fluidverteilerpolster 215 auf. Andere Ausführungsbeispiele des ACS 200, die das Fluidverteilerpolster 215 nicht aufweisen, können gemäss ähnlichen Verfahrensschritten arbeiten.

[0032] Ein Betrieb des ACS 200 in dem Verdunstungskühlungsmodus kann die folgenden, nicht als beschränkend anzusehenden, Schritte aufweisen. Das ohne Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem 230 und das mit Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem 260, von denen Abschnitte in dem Modul 205 integriert sein können, können das Fluid nahezu gleichzeitig über das Sammelrohr 275 aufnehmen, das von der Zufuhr 240 des nicht abgekühlten Fluids 240 beschickt sein kann. Als Nächstes können die Sprühdüsen 235, während der Luftstrom durch das Modul 205 strömt, den Luftstrom mit dem Fluid besprühen. Anschliessend kann das Fluidverteilerpolster 215, während der Luftstrom stromabwärts strömt, Fluid direkt auf den Luftstrom ausbringen, der nun durch das direkte Austauschmedium 220 strömt. Dann können Teile des Fluids zu dem Auffangbehälter 250 ablaufen.

[0033] Anschliessend kann der Fluidrückstrom 245 einen Teil des in dem Auffangbehälter 250 enthaltenen Fluids zu einem Einlass einer Pumpe 270 liefern. Ausserdem können die Aufbereitungsfluidzufuhr 305 und das Aufbereitungszufuhrventil 310 veranlassen, dass dem Einlass der Pumpe 270 Aufbereitungsfluid zugeführt wird. Als Nächstes kann ein Auslass der Pumpe 270 das Fluid in Richtung des ersten Ventils 290 befördern. In dem ein Dreiwegventil verwendenden Ausführungsbeispiel kann das erste Ventil 290 es dem Fluid erlauben, von der Pumpe 270 in den ersten Aufbereitungskreislauf 255 zu strömen.

[0034] Nachdem der Luftstrom an dem ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 230 und an dem direkten Austauschmedium 220 vorbeiströmt, kann der Luftstrom anschliessend stromabwärts zu dem Dunstbeseitiger 225 strömen. Gleichzeitig kann die Aufbereitungsfluidzufuhr 305 dem ersten Aufbereitungskreislauf 255 über das Aufbereitungszufuhrventil 310 Aufbereitungsfluid liefern. Wie erörtert, dient das Aufbereitungsfluid im Allgemeinen dazu, das während des Verdunstungsvorgangs verbrauchte Fluid wiederaufzufüllen.

[0035] In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der erste Aufbereitungskreislauf 255 es erlauben, das Fluid vertikal und horizontal auf den Luftstrom zu sprühen. Im vorliegenden Fall kann das dritte Ventil 300 geöffnet werden, wenn der erste Aufbereitungskreislauf 255 in Betrieb ist.

[0036] Ein Betrieb des Abkühlmodus kann die folgenden, nicht als beschränkend zu bewertenden Schritte aufweisen. Das ohne Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem 230 und das mit Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem 260, von denen Abschnitte in dem Modul 205 integriert sein können, können das Fluid nahezu gleichzeitig über das Sammelrohr 275 aufnehmen, das von der Zufuhr 265 des abgekühlten Fluids beschickt sein kann. Als Nächstes können die Sprühdüsen 235, während der Luftstrom durch das Modul 205 strömt, den Luftstrom mit dem Fluid besprühen. Anschliessend kann das Fluidverteilerpolster 215 es dem Fluid erlauben, mit dem durch den direkten Austauschmedium 220 strömenden Luftstrom in Berührung zu kommen. Danach können Teile des Fluids in den Auffangbehälter 250 ablaufen. Anschliessend kann der Fluidruckstrom 245 einen Teil des in dem Auffangbehälter 250 enthaltenen Fluids zu einem Einlass einer Pumpe 270 liefern. Als Nächstes kann ein Auslass der Pumpe 270 das Fluid in Richtung des ersten Ventils 290 befördern. Im vorliegenden Fall kann das erste Ventil 290 es dem Fluid ermöglichen, von der Pumpe 270 in den zweiten Aufbereitungskreislauf 280 zu strömen. Ausserdem kann eine Quelle 285 dem zweiten Aufbereitungskreislauf 285 Fluid bereitstellen, falls zusätzliches Fluid erforderlich ist. Die Quelle 285 kann auf einer beliebigen Zufuhr basieren, die in der Lage ist, die erforderliche Strömungsrate und den erforderlichen Druck des Fluids bereitzustellen. Beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, kann die Quelle 285 wenigstens ein thermisches Speicherungssystem, einen Speicherbehälter, ein Kühlfluidsystem oder dergleichen beinhalten. Nachdem der Luftstrom an dem direkten Austauschmedium 220 vorbeiströmt, kann der Luftstrom anschliessend stromabwärts zu dem Dunstbeseitiger 225 strömen.

[0037] In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine Strömungsrate des durch die Düsen strömenden Fluids erhöht werden, um an Komponenten des ACS 200 eine Reinigungsfunktion durchzuführen. Dieses Merkmal kann dazu beitragen, einen effizienten Betrieb und einen hohen Wirkungsgrad des ACS 200 aufrecht zu erhalten. Beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, kann die Reinigungsfunktion das direkte Austauschmedium 220 reinigen.

[0038] Wie beschrieben, bieten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einem Anwender viele Vorteile gegenüber bekannten Systemen. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Anwendungs- und Nutzungsbandbreite des Einsatzes eines direkten Austauschmediums 220 in Luftaufbereitungssystemen 200 erweitern. In Abhängigkeit von den Temperaturniveaus kann die Aufbereitung des Luftstroms durchgeführt werden: a) durch einen reinen Verdunstungsvorgang, wenn die Fluidtemperatur grösser oder gleich der Feuchtkugeltemperatur des Luftstroms ist; oder b) in dem Abkühlungsvorgang, wenn die Fluidtemperatur wesentlich niedriger ist als die Feuchtkugeltemperatur des Luftstroms. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können durch eine Regelung der Temperatur des Fluids eine Anpassungsfähigkeit für die Steuerung des Masses der Aufbereitung bereitstellen.

[0039] Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Anpassungsfähigkeit der Wirtschaftlichkeit des Gasturbinenbetriebs steigern, indem während der Stromerzeugung die Wahl zwischen einer direkten Verdunstungskühlung und einer direkten Abkühlung ermöglicht ist. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann gegenüber den bekannten Kälteschlangenaggregaten eine verbesserte Wirtschaftlichkeit, reduzierte Verpackungskosten, die geringeren Druckabfälle und sonstige konstruktive Vorteile bieten.

[0040] Obwohl die vorliegende Erfindung im Einzelnen mit Bezug auf lediglich wenige Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, sollte dem Fachmann klar sein, dass nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele zu beschränken, da vielfältige Modifikationen, Auslassungen und Hinzufügungen an den offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne materiell von der neuen Lehre und den Vorteilen der Erfindung, insbesondere mit Blick auf die im Vorausgehenden erläuterte Lehre, abzuweichen. Dementsprechend sollen sämtliche Modifikationen, Auslassungen, Hinzufügungen und äquivalenten Formen abgedeckt sein, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

[0041] Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht ein Luftaufbereitungssystem (ACS) 200 vor, das dazu dient, den Luftstrom aufzubereiten, der in eine Luft atmende Maschine, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, eine Gasturbine eintritt. Die Aufbereitung kann als ein Verfahren erachtet werden, das wenigstens eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anpasst. Die physikalische Eigenschaft kann eine Feuchtkugeltemperatur, eine Trockenkugeltemperatur, eine relative Luftfeuchtigkeit, eine Dichte oder dergleichen beinhalten. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Hauptkomponenten des ACS 200 in einer einzelnen Konstruktion angeordnet sein, die als ein Modul 205 angesehen werden kann. In Abhängigkeit von der Anwendung des ACS 200 können mehrere Module 205 physikalisch und/oder funktionsgerecht in die Luft atmende Maschine integriert sein. Ein ACS 200 kann ein ohne Austauschmedium arbeitendes Aufbereitungssystem 230 und ein mit Austauschmedium arbeitendes Aufbereitungssystem 260 aufweisen. Ein Ausführungsbeispiel des ACS 200 kann die Anpassungsfähigkeit eines Betriebs in einem Verdunstungssystemmodus oder einem Abkühlungssystemmodus vorsehen. Im vorliegenden Fall kann das ACS 200 als ein Verdunstungssystem arbeiten, falls die Fluide, die dem ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 230 und dem mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 260 zugeführt werden, eine Temperatur aufweisen, die über der Taupunkttemperatur liegt. In ähnlicher Weise kann das ACS 200 als ein Abkühlungssystem arbeiten, falls die Fluide, die dem ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 230 und dem mit Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystem 260 zugeführt sind, eine Temperatur aufweisen, die unter der Taupunkttemperatur liegt.

Bezugszeichenliste

[0042] <tb>100<SEP>Einlasssystem <tb>105<SEP>Wetterhaube <tb>110<SEP>Einlassfiltergehäuse <tb>120<SEP>Übergangsstück <tb>125<SEP>Einlasskanal <tb>130<SEP>Schalldämpferabschnitt <tb>135<SEP>Einlassabzapfwärme <tb>140<SEP>Schmutzsieb <tb>145<SEP>Verdichter <tb>200<SEP>Luftaufbereitungssystem <tb>205<SEP>Modul <tb>210<SEP>Fluidverteiler <tb>215<SEP>Fluidverteilerpolster <tb>220<SEP>Direktes Austauschmedium <tb>225<SEP>Dunstbeseitiger <tb>230<SEP>Ohne Austauschmedium arbeitendes Aufbereitungssystem <tb>235<SEP>Sprühdüse <tb>240<SEP>Zufuhr eines nicht abgekühlten Fluids <tb>245<SEP>Fluidrückstrom <tb>250<SEP>Auffangbehälter <tb>255<SEP>Erster Aufbereitungskreislauf <tb>260<SEP>Auf Austauschmedium begründetes Aufbereitungssystem <tb>265<SEP>Zufuhr eines abgekühlten Fluids <tb>270<SEP>Pumpe <tb>275<SEP>Sammelrohr <tb>280<SEP>Zweiter Aufbereitungskreislauf <tb>285<SEP>Abgekühlte Fluidquelle <tb>290<SEP>Erstes Ventil <tb>295<SEP>Zweites Ventil <tb>300<SEP>Drittes Ventil <tb>305<SEP>Aufbereitungsfluidzufuhr <tb>310<SEP>Aufbereitungszufuhrventil

Claims (10)

1. System zum Aufbereiten eines Luftstroms, der in eine Luft atmende Maschine zur Erzeugung und/oder Umwandlung von Energie eintritt, wobei das System aufweist: ein Luftaufbereitungssystem, nachfolgend ACS genannt (200), das dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft eines Luftstroms anzupassen, der in eine Luft atmende Maschine eintritt, wobei das ACS (200) ein Modul (205) enthält, und wobei das Modul (205) Folgendes umfasst: ein Vorbehandlungs-Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium, das dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anzupassen, falls eine Umgebungsbedingung innerhalb eines Bereichs liegt, wobei das Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium Düsen (235) aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein Fluid in den Luftstrom zu sprühen; und ein Aufbereitungssystem (260) mit einem Austauschmedium (220), das dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anzupassen, um zusätzliche Ausgangsleistung der Luft atmenden Maschine zu erzeugen, wobei das Aufbereitungssystem (260) mit Austauschmedium ein direktes Austauschmedium (220) und einen Fluidverteiler (210) umfasst; wobei das ACS (200) für eine Verdunstung ausgelegt ist, für den Fall dass das Fluid, das dem Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium und dem Aufbereitungssystem mit Austauschmedium (260) zugeführt wird, annähernd über der Taupunkttemperatur liegt; und wobei das ACS (200) zur Abkühlung ausgelegt ist, für den Fall, dass das Fluid, das dem Aufbereitungssystem (230) ohne Austauschmedium und dem Aufbereitungssystem mit Austauschmedium (260) zugeführt wird, annähernd unter der Taupunkttemperatur liegt.

2. System nach Anspruch 1, das System einen ersten Aufbereitungskreislauf (255) aufweist mit einer Zufuhr (240) eines nicht abgekühlten Fluids, die dazu eingerichtet ist, das Fluid auf die Düsen (235) zu verteilen, dem Fluidverteiler (210) und einem Fluidverteilerpolster (215) zur Zuführung des Fluids auf das direkte Austauschmedium (220) und zur Benetzung des direkten Austauschmediums (220) durch das Fluid und einem Behälter (250) zum Sammeln von Teilen des verteilten Fluids.

3. System nach Anspruch 2, wobei das System einen zweiten Aufbereitungskreislauf (280) aufweist mit einer Zufuhr eines abgekühlten Fluids (265), die dazu eingerichtet ist, das Fluid aus einer Fluidquelle den Düsen (285), dem Fluidverteiler (210), einem Fluidverteilerpolster (215) zur Zuführung des Fluids auf das direkte Austauschmedium (220) und zur Benetzung des direkten Austauschmediums durch das Fluid und einem Fluidrückstrom (245) zuzuführen, der dazu dient, einen Teil des Fluids, das durch die Düsen (235), den Fluidverteiler (210) und die Fluidverteilerpolster (215) verteilt wurde, dem Behälter (250) zuzuführen.

4. System nach Anspruch 1, wobei das direkte Austauschmedium (220) aus einem Material hergestellt ist, das wenigstens einen Kunststoff, ein Metall oder Kombinationen davon enthält, wobei der Kunststoff ein Nylonmaterial, eine Kohlenstofffaser, eine Zellulose oder einen synthetischen Polymer ist.

5. System nach Anspruch 1, wobei ein Systemdruck des Fluids, das die Düsen (235) des ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems (230) verlässt, weniger als etwa 1034.2135 x 10<3>Pa, d.h. 150 Pfund pro Quadratzoll, beträgt.

6. System nach Anspruch 5, wobei eine Düsenabmessung jeder der Düsen in einem Bereich von 2.54 mm, d.h. 0,1 Zoll, bis 6.35 mm, d.h. 0,25 Zoll, bemessen ist.

7. System nach Anspruch 3, wobei das Fluid Wasser, ein von Wasser unterschiedliches Kühlfluid oder Kombinationen davon aufweist und wobei die Fluidquelle (285) wenigstens ein thermisches Speichersystem, einen Speicherbehälter und ein Kühlwassersystem aufweist.

8. System nach Anspruch 1, wobei das System dazu ausgelegt ist, eine Strömungsrate des Fluids, das durch die Düsen (235) strömt, zu steigern, um an wenigstens einer Komponente des ACS (200) eine Reinigungsfunktion durchzuführen.

9. Luft atmende Maschine mit einem System nach Anspruch 1, wobei das Modul (205) des Luftaufbereitungssystems (200) in einem Einlasssystem (100) der Luft atmenden Maschine angeordnet ist, wobei das Einlasssystem (100) wenigstens eines von Folgendem aufweist: eine Wetterhaube (105); ein Einlassfiltergehäuse (110); ein Übergangsstück (120); einen Einlasskanal (125); und einen Einlasszapfwärmeabschnitt (135).

10. Luft atmende Maschine nach Anspruch 9, wobei eine Anordnung von Komponenten in dem Modul (205) Folgendes umfasst: das ohne Austauschmedium arbeitende Aufbereitungssystem (230), das stromabwärts des Einlassfiltergehäuses (110) angeordnet ist, das direkte Austauschmedium (220), das stromabwärts des ohne Austauschmedium arbeitenden Aufbereitungssystems (230) angeordnet ist, ein Fluidverteilerpolster (215), das oberhalb des direkten Austauschmediums (220) angeordnet ist, den Fluidverteiler (210), der oberhalb des Fluidverteilungspolsters (215) angeordnet ist, und einen Dunstbeseitiger (225), der stromabwärts des direkten Austauschmediums (220) angeordnet ist.