CN101676537A - 使用系统排气进行冷却的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用系统排气进行冷却的系统及方法。提供了一种用于操作包括多个流体流和包含装置的多个构件(16)的系统的方法。该方法包括从装置(12)排放的排气流(18)分离冷却流体(22)，以及从多个流体流(14)中的至少一个、多个构件(16)中的至少一个或两者传递热量给冷却流体。该系统(10)包括多个流体流(14)、包含装置(12)的多个构件(16)、用于从冷却流体(22)分离排气流(18)的分离器(20)，以及热交换器(32)，其中，该装置(12)包括用于排放排气流(18)的排气器件。热交换器(32)从多个流体流(14)中的至少一个、多个构件(16)中的至少一个或两者传递热量给冷却流体(22)。

Description

使用系统排气进行冷却的系统及方法
技术领域
[0001]本文大体上涉及利用系统排气的冷却系统。
背景技术
[0002]在各种应用中，可能会产生对该应用的主要目的不起作用的副产物或废物流。例如，在一些应用中，对排放温室气体如二氧化碳的忧虑在不断上升。因此提出了用于减少和/或分离温室气体的各种技术。例如，已在概念性设计中提出了将俘获的二氧化碳用于食品应用(例如，液态二氧化碳或“干冰”)、自然资源开采，以及其它用途。
[0003]因此，需要一种利用副产物和/或废物流的改进方法。
发明内容
[0004]本文提供了用于操作一种系统的方法，该系统包括多个流体流和包含装置的多个构件。该方法包括从该装置排放的排气流中分离出冷却流体，以及从多个流体流中的至少一个、多个构件中的至少一个，或两者传递热量给冷却流体。
本文还提供了一种系统，其包括多个流体流、包含装置的多个构件、用于从排气流分离出冷却流体的分离器，以及热交换器，其中，包含装置的多个构件包括用于排放排气流的排气器件。热交换器从多个流体流中的至少一个、多个构件中的至少一个，或两者传递热量给冷却流体。
[0005]本文还提供了一种系统，其包括多个流体流、包含装置的多个构件、用于从排气流分离出冷却流体的分离器，以及至少一个流体流入口，其中，包含装置的多个构件包括用于排放排气流的排气器件。该至少一个流体流入口用于将冷却流体添加到多个流体流中的至少一个、多个构件中的至少一个，或两者中。
[0006]通过如下详细描述、附图以及权利要求，本发明的其它目的、特征及优点将变得显而易见。
附图说明
[0007]图1示出了根据本发明实施例制造的燃气涡轮机系统10的示意图。
[0008]图2示出了根据本发明实施例制造的另一燃气涡轮机系统40的示意图。
[0009]图3示出了根据本发明实施例制造的又一燃气涡轮机系统50的示意图。
零件清单
10燃气涡轮机系统
12装置
14流体流
16构件
18排气流
20分离器
22冷却流体
24热交换器
26外部环境
28储存容器
30压缩机
32热交换器
34流体流入口
36压缩机
38压缩机
40燃气涡轮机系统
具体实施方式
[0010]作为对上文的概括，本文包含了一种方法以及包括多个流体流和多个构件的系统。下文描述且在图1至图3中示出了该方法的实施例和该系统的实施例。尽管图1至图3是参照用于燃气涡轮机系统的实施例进行了图示和描述，但应当理解到，具有系统排气且可利用冷却流体来冷却的具有多个流体流和多个构件的任何系统(例如，其它涡轮系统、GE的H系统涡轮系统、涡轮机系统、电机系统)同样可用于本文的备选实施例或由本文的备选实施例来制造。
[0011]图1示出了本文的实施例，该实施例为包括装置12的燃气涡轮机系统10。燃气涡轮机系统10还包括多个流体流14和除装置12外的多个其它构件16。在图1的实施例中，装置12为燃气涡轮机，且包括流体流14和多个构件16。在其它实施例中，装置12可为但不限于其它涡轮、涡轮机、电机等。在图1中，燃气涡轮机12具有排放排气流18的排气器件。
[0012]在备选实施例中，其它流体流14可包括但不限于进气流、燃料流等。在一些实施例中，构件16可包括但不限于涡轮叶片、转子、定子、涡轮翼型件、涡轮喷嘴、热交换器、空气压缩机、喷燃器、燃烧器、输出轴等。
[0013]将排气流18引入分离器20中，以便从排气流中分离出冷却流体22。在一些实施例中，分离器20可为但不限于冷却流体吸收器/释放器、冷凝器、冷却器等。在图1的实施例中，冷却流体22为二氧化碳。然而，应当理解到，在其它实施例中，冷却流体22可包括其它气体或液体，如液态水或水蒸气、空气，或氢气。
[0014]然后，在冷却流体调节设备30中改变或调整二氧化碳22的温度、压力，和/或相态。在图1的实施例中，冷却流体调节设备30为压缩机。然而，应当理解到，在其它实施例中可使用任何冷却流体调节设备30来改变冷却流体22的温度、压力，和/或相态。在该特定实施例中，将二氧化碳22从排气压力压缩至更高的第二压力。在一个实施例中，第二压力可为2000磅/平方英寸(psia)。本领域的普通技术人员应当会理解到，在其它实施例中，二氧化碳22可从第一压力压缩至在特定系统中用作冷却流体的任何适合的压力。
[0015]在备选实施例中，冷却流体22可使其温度和/或压力降低。在特定实施例中，冷却流体22的相态可从气态变成液态或固态。在其它实施例中，冷却流体22可使其温度、压力，和/或相态改变，以便于对流体流14或构件16进行最佳地冷却。然而，应当理解到，本领域的普通技术人员将能够选择冷却流体22的合适温度、压力和相态来冷却流体流14或构件16(例如，温度低于流体流或构件使得热量传递给冷却流体22)。例如，在一些实施例中，二氧化碳22可用于传递来自于供送给燃气涡轮机12入口设备的进入空气中的热量，以增大空气的密度和相关质量流，从而增大燃气涡轮机12输出。
[0016]在图1中，二氧化碳22从压缩机30供送到热交换器24中，该热交换器24与燃气涡轮机12的构件16形成热连通。具体而言，热交换器24容许二氧化碳22穿过构件16，使得来自于构件的热量传递给二氧化碳，从而降低该构件的温度。在备选实施例中，热交换器24可包括任何类型的热交换器，如并流式热交换器、逆流式热交换器、相变热交换器、管壳式热交换器、板式热交换器、再生式热交换器、绝热轮式热交换器、流体热交换器、动力刮面式热交换器等。在备选实施例中，冷却流体22可代替通常使用的冷却剂(如，空气等)来使用。
[0017]如图1中所示，部分二氧化碳22可储存在储存容器28中。应当理解到，在备选实施例中，冷却流体22可储存在本技术领域中所公知的适于储存冷却流体的任何容器中。在备选实施例中，储存容器28可能并不存在，并且冷却流体22可在其它过程或应用中使用或消耗。在一些实施例中，燃气涡轮机系统10可适于将部分二氧化碳22或任何其它冷却流体与外部环境26隔离。因此，这些实施例可在闭路冷却路径中使用二氧化碳22，使得基本上所有的二氧化碳都可与外部环境26隔离。
[0018]燃气涡轮机系统10还包括其它构件16，如热交换器32，以便例如使用二氧化碳22来冷却或加热燃料流或产生蒸汽。在穿过热交换器32之后，二氧化碳22再次在压缩机30中受到压缩，以储存在储存容器28中。
[0019]图2示出了根据本文的实施例的燃气涡轮机系统40的另一个实施例。图1和图2中相似的元件以相似的标号编号。燃气涡轮机系统40包括流体流入口34，用于将二氧化碳22添加到流体流14中以冷却该流体流。应当理解到，在备选实施例中，只要冷却流体22适于在系统工作期间与流体流相混合，则该冷却流体可以是用以冷却该流体流的系统10中的任何流体流14。
[0020]图3示出了根据本发明实施例的燃气涡轮机系统50的又一个实施例。图1和图3中相似的元件以相似的标号编号。燃气涡轮机系统50包括附加构件16，该附加构件16为附加的压缩机36和38。压缩机36可用来进一步压缩冷却流体22，以便储存在储存容器28中。压缩机38可用于再次压缩冷却流体22，以补偿没有热量从构件16传递至其中的冷却流体与从与构件16和热交换器32形成热连通的热交换器24中返回的冷却流体之间的任何压差。
[0021]本文还提供了一种用于操作包括多个流体流和包含有装置的多个构件的系统的方法。该方法包括从该装置排放的排气流中分离出冷却流体，以及将热量从多个流体流中的至少一个、多个构件中的至少一个，或两者中传递给冷却流体。根据一些实施例，该系统、流体流、构件、装置、冷却流体和排气流可类似于上文所述的系统、流体流、构件、装置、冷却流体和排气流。
[0022]根据一些实施例，该方法还可包括将至少一部分冷却流体与系统外的环境相隔离。根据其它实施例，该方法还可包括储存冷却流体。
[0023]根据一些实施例，该方法还可包括在热传递步骤之前改变冷却流体的温度、压力、相态或其组合。在特定实施例中，改变步骤包括降低冷却流体的温度、压力，或两者。在还有的其它实施例中，热传递步骤包括将冷却流体添加到多个流体流的至少一个中。在一些实施例中，热传递步骤包括使冷却流体穿过与多个流体流中的至少一个、多个构件中的至少一个，或两者形成热连通的热交换器中。
[0024]在特定实施例中(在此，装置包括燃气涡轮机以及冷却流体包括二氧化碳)，该方法还包括将二氧化碳的温度从第一温度降低至第二温度。本领域的普通技术人员应会理解到，在其它实施例中，冷却流体可使其温度降低至任何温度，以在特定系统中用作冷却流体。
[0025]在不受理论束缚的情况下，普遍相信本文的方法及系统的实施例可冷却系统如燃气涡轮机系统的流体流和构件，以便优化其工作。在一些实施例中，如燃气涡轮机系统中，二氧化碳可在对其存储或以其它方式处理之前用作冷却流体，从而在其储存之前影响二氧化碳的性质，最大限度地增加系统的资源，以及加强装置的工作，以抵消因隔离二氧化碳所引起的效率损失。
[0026]很显然，上文仅涉及本申请的优选实施例，以及在不脱离由所附权利要求及其等同方案所限定的本发明的总体精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可作出许多变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于操作系统(10，40)的方法，所述系统(10，40)包括多个流体流(14)和包含装置(12)的多个构件(16)，所述方法包括：
从所述装置(12)排放的排气流(18)中分离出冷却流体(22)；以及
从所述多个流体流(14)中的至少一个、所述多个构件(16)中的至少一个，或两者传递热量给所述冷却流体(22)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装置(12)包括涡轮。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将至少一部分所述冷却流体(22)与所述系统外部的环境(26)相隔离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在热传递步骤之前，改变所述冷却流体(22)的温度、压力、相态或其组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热传递步骤包括：将所述冷却流体(22)添加到所述多个流体流(14)中的至少一个中。
6.一种系统(10)，包括：
多个流体流(14)；
包含装置(12)的多个构件(16)，所述装置(12)包括用于排放排气流(18)的排气器件；
用于从所述排气流(18)中分离出冷却流体(22)的分离器(20)；以及
热交换器(24)，其用于从所述多个流体流(14)中的至少一个、所述多个构件(16)中的至少一个，或两者传递热量给所述冷却流体(22)。
7.根据权利要求6所述的系统(10)，其特征在于，所述装置(12)包括涡轮。
8.根据权利要求6所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)适于将至少一部分所述冷却流体(22)与所述系统外部的环境(26)相隔离。
9.根据权利要求6所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)还包括冷却流体(22)调节设备，其用于改变所述冷却流体(22)的温度、压力、相态或其组合。
10.一种系统(40)，包括：
多个流体流(14)；
包含装置(12)的多个构件(16)；
包含装置(12)的多个构件(16)，所述装置(12)包括用于排放排气流(18)的排气器件；
用于从所述排气流(18)中分离出冷却流体(22)的分离器(20)；以及
至少一个流体流入口(34)，其用于将所述冷却流体(22)添加到所述多个流体流(14)中的至少一个中。
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