CN102337972A - 超导热传递系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超导热传递系统，具体而言，涉及一种系统，包括超导热传递组件，该组件包括，第一超导热传递管道(12)，第二超导热传递管道(14)，以及超导热传递接触开关(10)，该接触开关(10)构造成打开和闭合第一超导热传递管道(12)与第二超导热传递管道(14)之间的间隙。

Description

超导热传递系统

技术领域

本文公开的主题涉及用于在各种应用例如燃气涡轮发动机中使用的热传递系统。

背景技术

燃气涡轮发电机常常用于为电网发电。燃气涡轮发电机典型地是布置在发电设备例如整体气化联合循环(IGCC)发电设备中的静止单元。然而，燃气涡轮发电机也可用于移动单元例如大型拖车中。这些移动的燃气涡轮发电机对于遭受自然灾害、用电管制(brownout)、停电或其它电力短缺的地区。基于它们的位置，燃气涡轮机可能经历非常不利的环境条件。例如，当这些燃气涡轮机在寒冷气候下使用时，在燃气涡轮机吸气时过滤器上会结冰。不论是在过滤器上还是在流动通路中的其它部位上的结冰都会阻塞气流并降低涡轮机性能。遗憾的是，冰有可能聚集且如果其分离会导致发动机故障。由于冰而损坏的燃气涡轮机修理起来很昂贵且可能需要大量的停机时间。

发明内容

以下概述了范围与最初主张权利的发明相称的特定实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。

在第一实施例中，一种系统包括超导热传递组件，该组件包括：第一超导热传递管道，第二超导热传递管道以及超导热传递接触开关，该接触开关构造成打开和闭合第一超导热传递管道与第二超导热传递管道之间的间隙。

在第二实施例中，一种系统包括超导热传递组件，该组件包括：超导热传递管道，其包括沿包封在超导热传递管道内的内表面设置的超导热传递涂层，其中超导热传递管道包括与第二端部相对的第一端部，以及流量控制器，该流量控制器配置成控制跨第一端部的第一流体的流量，以在第一流体与超导热传递管道之间传递热量。

在第三实施例中，一种系统包括超导热传递组件，该组件包括：包括第一管道区段和第二管道区段的第一超导热传递管道，其中第一管道区段包括沿包封在第一管道区段内的第一内表面设置的第一超导热传递涂层，并且第二管道区段包括沿包封在第二管道区段内的第二内表面设置的第二超导热传递涂层；第一传导接触开关，其构造成打开和闭合第一管道区段和第二管道区段之间的第一间隙；包括第三管道区段和第四管道区段的第二超导热传递管道，其中第三管道区段包括沿包封在第三管道区段内的第三内表面设置的第三超导热传递涂层，且第四管道区段包括沿包封在第四管道区段内的第四内表面设置的第四超导热传递涂层；第二传导接触开关，其构造成打开和闭合第三管道区段与第四管道区段之间的第二间隙；以及控制器，其配置成独立地控制第一传导接触开关和第二传导接触开关。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中：

图1是超导热传递管道和超导热传递接触开关的一个实施例的示意图；

图2是带有多个超导热传递管道和对应的超导热传递接触开关的一个实施例的示意图；

图3是带有通过超导热传递管道连接的超导热传递歧管和相关的超导热传递接触开关的一个实施例的示意图；

图4是带有驱动装置的超导热传递管道的一个实施例的示意图，该驱动装置使其中一个超导热传递管道移动成与其它超导热传递管道接触；

图5是在图4的线5-5内截取的超导热传递管道末端和它们的接触表面的一个实施例的示意图；

图6是在图4的线5-5内截取的超导热传递管道末端和它们的接触表面的一个实施例的示意图；

图7是在图4的线5-5内截取的超导热传递管道末端和它们的接触表面的一个实施例的示意图；

图8是带有由驱动装置驱动的超导热传递连接器的超导热传递管道的一个实施例的示意图；

图9是带有由驱动装置驱动的超导热传递连接器的超导热传递管道的一个实施例的示意图；

图10是使用超导热传递管道来将能量从燃气涡轮机排气流转移到燃气涡轮机进气的用于燃气涡轮机的防结冰系统的一个实施例的示意图；

图11是使用超导热传递管道来将能量从中冷器冷却器转移到燃气涡轮机进气的用于燃气涡轮机的防结冰系统的一个实施例的示意图；以及

图12是使用超导热传递管道来将能量从燃气涡轮机排气转移到燃气涡轮机进气的用于燃气涡轮机的防结冰系统的一个实施例的示意图。

零部件清单

10  传递接触开关

12  热传递管道

14  热传递管道

16  高能量储器

18  低能量储器

20  控制器

22  传感器

32  传递接触开关

34  传递接触开关

36  传递接触开关

38  高能量源

40  低能量源

42  控制器

44  超导热传递管道

46  超导热传递管道

48  传感器

70  高能量源

72  超导热传递管道

74  超导热传递歧管

76  超导热传递管道

78  超导热传递管道

80  超导热传递管道

82  超导热传递管道

84  开关

86  开关

88  开关

90  开关

92  热传递管道

94  热传递管道

96  热传递管道

98  热传递管道

100 歧管

102 超导热传递管道

104 低能量源

106 控制器

108 仅一个传感器

120 超导热传递管道

122 超导热传递管道

124 驱动装置

126 箭头

130 传感器

128 控制器

140 末端

142 末端

144 面

146 壁

148 面

150 壁

160 末端

162 末端

164 凸锥形表面

166 凹锥形表面

180 末端

182 末端

184 半圆形表面

186 月牙形表面

200 超导热传递连接器

202 传递管道末端

204 传递管道末端

206 驱动装置

208 箭头

210 传感器

212 内表面

214 外表面

216 外表面

218 宽度

230 连接器

236 驱动装置

238 箭头

240 控制器

242 传感器

232 管道末端

234 管道末端

244 相应管道

246 相应管道

260 燃气涡轮机

262 排气流

264 热传递管道

266 热传递管道

268 传导接触开关

270 控制器

274 热交换器

276 热进入空气

278 过滤器

290 燃气涡轮机

292 压缩机

294 压缩机

296 294；涡轮

298 中间级冷却器

300 超导热传递管道

302 排气流

304 热传递管道

306 传导接触开关

308 控制器

310 进气道

312 热交换器

314 热进入空气

316 过滤器

332 排气烟囱

334 主排气烟囱

336 副排气烟囱

338 门

340 门

342 超导热传递管道

344 控制器

346 多个接触开关

348 热交换器

350 进气道

352 空气

354 空气过滤器

具体实施方式

下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施方案的开发过程中，与任何工程或设计方案一样，必须做出许多实施方案特定的决定以实现开发者的既定目标，例如服从可能因实施方案而异的系统相关和商业相关的约束。此外，应当理解的是，此类开发努力可能是复杂和耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说却是设计、装配和制造的日常工作。

当介绍本发明各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”和“所述”意指存在一个或多个这样的元件。用语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的且意味着可能存在有别于所列元件的其它元件。

所公开的实施例涉及超导热传递系统和方法，且具体地涉及构造成使结构之间的超导热传递生效和失效的超导热传递开关。如本文所用，所公开的“超导热传递”结构可由有效导热率为相当的铜杆的10,000倍或更高的任何材料制成。尽管可在各种结构之间使用该超导热传递开关，但所公开的实施例在热传递管道(例如，实心杆或中空管道)的背景下介绍该开关。然而，超导热传递开关可用于使不限于管道状结构的其它结构之间的超导热传递生效和失效。在某些实施例中，该超导热传递开关可用于控制从压缩机级、燃烧器、涡轮级或燃气涡轮发动机的排气区段到燃气涡轮发动机的进气道的超导热传递。在这些实施例中，到进气道的超导热传递可用于升高进气温度和/或减少结冰。然而，该超导热传递开关可用于不限于燃气涡轮发动机的各种其它系统中。

如以下详细论述的，所公开的实施例包括各种超导热传递开关，以控制不同结构例如超导热传递管道之间的热流动。例如，超导热传递管道之间的空间可通过管道中的一个的移动、选择性地桥接该空间的元件的移动或它们的组合来打开和闭合。再例如，超导热传递管道可选择性地对热源例如燃气涡轮机排气暴露和屏蔽。选择性的暴露可通过使热传递管道进出热源(例如，燃气涡轮机排气)或通过打开和闭合通向超导热传递管道的热源流来实现。例如，该超导热传递管道可伸入包封件，该包封件通过打开和闭合沿燃气涡轮发动机的排气流动通路的旁通门而选择性地接收燃气涡轮机排气。在一些实施例中，多个超导热传递开关可用于提供结构之间超导热传递的分散梯级(step)。例如，多个超导热传递开关可安装在一对超导热传递歧管之间。以下论述提供前述超导热传递开关的各种实施例的细节，但并非旨在对任何结构或应用加以限制。

图1是在热区或高能量源16与冷区或低能量目标18之间选择性地连接和分离两个超导热传递管道12和14的超导热传递接触开关10的示意图。在某些实施例中，接触开关10可通过使管道12和14中的一个或两个移动、使元件跨越管道12和14之间的空间移动或它们的组合来选择性地桥接管道12和14之间的空间。高能量源16可包括来自设备构件例如整体气化联合循环(IGCC)设备构件、气化构件、气体处理构件、压缩机或诸如燃气涡轮发动机的发动机的废热。低能量目标18是可受益于从高能量源16获取的附加热量的任何构件、流体或目标。因此，类似于高能量源16，低能量目标18可包括一个或多个设备构件。在某些实施例中，高能量源16可包括来自一个或多个压缩级、燃烧器、涡轮级或燃气涡轮发动机的排气区段的热量，而低能量目标18可包括进气区段。因此，接触开关10可用于选择性地将燃气涡轮发动机中产生的热量传递到进气区段，从而加热进气和/或减少结冰。

如图1中所示，控制器20控制超导热传递接触开关10。当控制器20闭合接触开关10时，能量能够从高能量源16经管道12和14流到低能量目标18。当控制器20打开接触开关10时，能量不能从高能量源16经管道12和14流到低能量目标18。如上所述，接触开关10及管道12和14可具有大约为相当的铜杆的10,000倍或更高的有效导热率。在一些实施例中，控制器10可接收来自操作人员的输入。例如，如果操作员观察到低能量目标18(例如，燃气涡轮发动机的进气区段)中结冰，则操作员可借助控制器20闭合接触开关10。同样，如果操作员未观察到低能量目标18中的任何结冰，则操作员可借助控制器20断开接触开关10。在再进一步的实施例中，一个或多个传感器22将反馈信号传输到控制器20，以实现接触开关10的自动控制。控制器20在没有操作员输入的状态下解释来自传感器20的信号并判断是否断开或闭合接触开关10。传感器22可包括温度传感器、湿度传感器、应变仪、空气流量传感器、光学传感器、重量传感器、振动传感器、排放传感器或任何其它适当的传感器。这些传感器22可传达关于低能量目标18中冰的实际存在、可能的结冰或即将开始结冰的可能性的信息，从而触发控制器20来致动接触开关10。然而，传感器22可用于指示不限于结冰的任何其它参数，且然后触发控制器20断开或闭合接触开关10。

图2是具有构造成使超导热传递生效和失效的开关系统26的超导热传递系统24的示意图。在所示的实施例中，开关系统26包括多个超导热传递接触开关28，包括接触开关30、32、34和36。然而，其它实施例可具有任何数量的接触开关28，例如1到100个。接触开关28在热区或高能量源38与冷区或低能量目标40之间选择性地连接和分离第一组超导热传递管道39与第二组超导热传递管道41。例如，接触开关30选择性地连接和分离第一超导热传递管道44和第二超导热传递管道46，接触开关32选择性地连接和分离第一超导热传递管道48和第二超导热传递管道50，接触开关34选择性地连接和分离第一超导热传递管道52和第二超导热传递管道54，且接触开关36选择性地连接和分离第一超导热传递管道56和第二超导热传递管道58。通过第一管道39、接触开关28和第二管道41的每个超导热传递通路可具有相等或不同的热传递容量。例如，接触开关28及管道39和41可由增加或减小热传递容量的不同材料和/或截面积制成。此外，各接触开关28可单独或与其它接触开关28结合使用，以提供热区38与冷区40之间的超导热传递的分散变化。

控制器42响应于手动输入、来自一个或多个传感器60的传感器反馈、储存在存储器中的指令或它们的组合来控制各超导热传递开关28。当控制器42闭合接触开关28时，能量能够从高能量源38经管道39和41流向低能量目标40。当控制器42断开接触开关28时，能量不能从高能量源38经管道39和41流向低能量目标40。如上所述，接触开关28及管道39和41可具有为相当的铜杆的大约10,000倍或更高的有效导热率。控制器20可单独或与其它开关结合而选择性地断开和闭合各接触开关28，从而提供系统24的热传递容量的分散梯级。在所示的实施例中，该一个控制器42配置成控制所有开关28。在其它实施例中，可为各接触开关28使用独立的控制器42。

一个或更多传感器60向控制器42提供反馈，以有利于接触开关28的控制。在具有用于各接触开关28的独立的控制器42的实施例中，一个或多个传感器60可专用于每个控制器42，以有利于各接触开关28的独立控制，或传感器60可在控制器42之间被共用。传感器60可包括温度传感器、湿度传感器、应变仪、空气流量传感器、光学传感器、重量传感器、振动传感器、排放传感器或任何其它适当的传感器。在某些实施例中，传感器60和管道41可分布于低能量目标40中的不同部位，例如，系统中的不同冷点。例如，如果第一冷点中的传感器60指示热量需求，则控制器42可断开接触开关30，以便能够经管道44和46向第一冷点进行超导热传递。同样，如果第二冷点中的传感器60指示热量需求，则控制器42可断开接触开关32，以便能够经管道48和50向第二冷点进行超导热传递。类似于低能量目标40中的分布，管道39和传感器60可分布于高能量源38中的不同部位，其中各部位可对应于不同温度或热量供应。控制器42可基于这些不同的热点和冷点、环境条件和其它因素选择性地断开和闭合接触开关28。这些传感器60可传达关于低能量目标40中冰的实际存在、可能的结冰或即将开始结冰的可能性的信息，从而触发控制器42来致动接触开关28。然而，传感器60可用于指示不限于结冰的任何其它参数，且然后触发控制器42断开或闭合接触开关28。

图3是具有构造成使超导热传递生效和失效的开关系统64的超导热传递系统62的示意图。在所示的实施例中，开关系统64包括在热区或高能量源70与冷区或低能量目标104之间设置在歧管系统68中的多个超导热传递接触开关66。如下所述，歧管系统68构造成使得能够在源70与目标104之间以较少的管道使用多个接触开关66。

高能量源70联接到通向歧管系统68的超导热传递歧管74的超导热传递管道72上。歧管74通过多个超导热传递管道75——包括管道76、78、80和82——联接到开关系统64上。例如，管道76联接到超导热传递接触开关84上，管道78联接到超导热传递接触开关86上，管道80联接到超导热传递接触开关88上，且管道82联接到超导热传递接触开关90上。开关系统64又经多个超导热传递管道91——包括管道92、94、96和98——联接到歧管系统68的超导热传递歧管100上。例如，管道92联接到超导热传递接触开关84上，管道94联接到超导热传递接触开关86上，管道96联接到超导热传递接触开关88上，且管道98联接到超导热传递接触开关90上。在所示的实施例中，一组四个超导热传递通路贯通接触开关66和对应的管道75和91。然而，其它实施例可包括由接触开关66及对应的管道75和91限定的任何数量的超导热传递通路(例如，1到100个)。最后，歧管100通过超导热传递管道102联接到低能量目标104上。在所示的实施例中，单个管道72联接到歧管74上且单个管道102联接到歧管100上。在其它实施例中，任何数量的管道可联接到歧管74和100上。

图3的系统62包括控制器106，该控制器106配置成响应于手动输入、来自一个或多个传感器108的传感器反馈、储存在存储器中的指令或它们的组合来控制每个超导热传递接触开关66。当控制器106闭合接触开关66时，能量能够从高能量源70经管道72和102及管道75和91流向低能量目标104。当控制器106断开接触开关66时，能量不能从高能量源70经管道72和102及管道75和91流向低能量目标104。如上所述，接触开关66以及管道72和102及管道75和91可具有为相当的铜杆的大约10,000倍或更高的有效导热率。控制器106可单独或与其它开关结合而选择性地断开和闭合各接触开关66，从而提供系统62的热传递容量中的分散梯级。在所示的实施例中，该一个控制器106配置成控制所有开关66。在其它实施例中，可为各接触开关66使用独立的控制器106。

一个或多个传感器108向控制器106提供反馈，以有利于接触开关66的控制。在具有用于各接触开关66的独立的控制器106的实施例中，一个或多个传感器108可专用于每个控制器106，以有利于各接触开关66的独立控制，或传感器108可在控制器106之间被共用。传感器108可包括温度传感器、湿度传感器、应变仪、空气流量传感器、光学传感器、重量传感器、振动传感器、排放传感器或任何其它适当的传感器。控制器106可基于来自传感器108的反馈信号选择性地断开和闭合接触开关66。例如，这些传感器108可传达关于低能量目标104中冰的实际存在、可能的结冰或即将开始结冰的可能性的信息，从而触发控制器106来致动接触开关66。然而，传感器108可用于指示不限于结冰的任何其它参数，然后触发控制器106来断开或闭合接触开关66。

图4是具有构造成使超导热传递管道120和122之间的超导热传递生效和失效(例如，打开和闭合空间114)的开关系统112的超导热传递系统110的一个实施例的示意图。在所示的实施例中，开关系统112包括驱动装置124，该驱动装置124联接到超导热传递管道120上，使得驱动装置124可以选择性地使管道120沿朝向和远离管道122的方向126移动，以打开和闭合中间空间114。在某些实施例中，驱动装置124可构造成使两个管道120和122朝向和远离彼此移动，或第二驱动装置可联接到管道122上并与驱动装置124配合。在任一实施例中，管道120和122中的一者或两者移动以使通过管道120和122的超导热传递生效和失效。

如上所述，控制器128接收来自传感器130的信号。控制器128解释这些信号，以判断接触开关112是否应当闭合或断开。如果控制器128基于这些信号判断接触开关112需要断开，则控制器128用信号通知驱动装置124使超导热传递管道120远离超导热传递管道122移动。如果控制器128基于这些信号判断接触开关112需要闭合，则控制器128用信号通知驱动装置124使管道120朝管道122移动直到它们的末端彼此接触。管道120和122之间的接触形成贯通管道120和122的超导热传递通路。

图5是在图4的线5-5内截取的管道120和122的一个实施例的局部示意图，示出了超导热传递管道末端140和142。如上所述，驱动装置124选择性地使管道末端140和142朝向和远离彼此移动，以打开和闭合空间114，从而控制管道120和122之间的超导热传递。在所示的实施例中，管道末端140包括平坦端面144和圆柱形壁146，而管道末端142包括平坦端面148和圆柱形壁150。所示的平坦端面144和148总体上垂直于管道120和122的轴线。因此，当接触开关122使用驱动装置124来使管道120和/或122沿方向126朝彼此移动时，平坦端面144和148最终互相接触并沿垂直于管道120和122的轴线的平坦界面传热。在某些实施例中，平坦端面144和148可包括一层或多层，以增加跨该平坦界面的热传递。此外，保护套管152可绕管道末端140和142设置，以阻挡杂质进入平坦端面144和148之间的空间114。保护套管152可由绝热材料制成和/或套管152可从圆柱形壁146偏移，使得传导热传递通路在平坦端面144和148互相偏离时不存在。

图6是在图4的线5-5内截取的管道120和122的一个实施例的局部示意图，示出了超导热传递管道末端160和162。如上所述，驱动装置124选择性地使管道末端160和162朝向和远离彼此移动以打开和闭合空间114，从而控制管道120和122之间的超导热传递。在所示的实施例中，管道末端160包括凸锥形端面164，且管道末端162包括凹锥形端面166。凸锥形端面164和凹锥形端面166用于若干功能。例如，凸锥形端面164和凹锥形端面166有利于对齐。当管道末端160和162互相靠近时，锥形端面164和166使表面164的锥形尖端168朝表面166的锥形凹部170逐渐移动，从而使管道120的轴线172与管道122的轴线174对齐。凸锥形端面164和凹锥形端面166还用于提供管道末端160和162之间的楔入配合或压缩配合，从而确保管道120和122之间的紧密界面和有效的传导热传递。此外，凸锥形端面164和凹锥形端面166增加了管道末端160和162之间的接触表面积，这也增加了管道120和122之间的传导热传递。类似于图5的实施例，锥形端面164和166可包括一层或多层，以增加跨锥形界面的热传递。

图7是在图4的线5-5内截取的管道120和122的一个实施例的局部示意图，示出了超导热传递管道末端180和182。如上所述，驱动装置124选择性地使管道末端180和182朝向和远离彼此移动以打开和闭合空间114，从而控制管道120和122之间的超导热传递。在所示的实施例中，管道末端180包括凸弯曲端面184(例如，凸起表面)，而管道末端182包括凹弯曲端面186(例如，凹陷表面)。凸弯曲端面184和凹弯曲端面186用于若干功能。例如，凸弯曲端面184和凹弯曲端面186有利于对齐。随着管道末端180和182互相靠近，弯曲端面184和186逐渐使管道120的轴线188与管道122的轴线190对齐。凸弯曲端面184和凹弯曲端面186还起作用以提供管道末端180和182之间的楔入配合或压缩配合，从而确保管道120和122之间的紧密界面和有效的传导热传递。此外，凸弯曲端面184和凹弯曲端面186增加了管道末端180和182之间的接触表面积，这也增加了管道120和122之间的传导热传递。类似于图5的实施例，弯曲端面184和186可包括一层或多层，以增加跨锥形界面的热传递。

图8是具有构造成使超导热传递管道120和122之间的超导热传递生效和失效(例如，打开和闭合空间196)的开关系统194的超导热传递系统192的一个实施例的局部示意图。开关系统194包括经由驱动装置206选择性地联接超导热传递管道末端202和204的超导热传递连接器200。在所示的实施例中，驱动装置206联接到连接器200上而不是管道120和122上，且驱动装置206构造成使连接器200沿轴线方向208或210沿着管道末端202和204纵向移动。例如，驱动装置206可使连接器200移至桥接管道末端202和204之间的间隙196的所示位置，或驱动装置206可使连接器200移至远离管道末端202或204中的一者以打开管道末端202和204之间的间隙196(即，使桥接分开)的位置。如下所述，驱动装置206对接收来自一个或多个传感器214的反馈的控制器212做出响应，从而实现开关系统194的自动控制。

所示的连接器200具有选择性地接触管道末端202的外表面218和管道末端204的外表面220的内表面216。例如，连接器200可为具有绕相应的管道末端202和204(例如，环形表面218和220)设置的内表面216(例如，环形表面)的中空圆筒体。因此，表面216和218限定第一环形接触界面222且表面216和220限定第二环形接触界面224。这些接触界面222和224具有在连接器200与管道末端202和204之间的径向压缩力，而不是在管道末端202和204的端面之间的轴向压缩力。接触界面222和224具有可通过调节连接器200的长度226来增加或减少的表面积。例如，可设置更大的长度226以增加该表面积，从而增加跨连接器200的超导热传递的量。此外，环形表面216、218和/或220可涂覆有高导热率材料，以增加连接器200与管道120和122之间的超导热传递。

如上所述，控制器212接收来自一个或多个传感器214的信号。例如，传感器216可包括温度传感器、湿度传感器、应变仪、空气流量传感器、光学传感器、重量传感器、振动传感器、排放传感器或任何其它适当的传感器。控制器212解释这些信号，以判断接触开关194是否应当闭合或断开。如果控制器212基于这些信号判断接触开关194需要断开，则控制器212用信号通知驱动装置206使连接器远离管道末端202或204中的一者移动，以打开间隙196。如果控制器212基于这些信号判断接触开关194需要闭合，则控制器212用信号通知驱动装置206使连接器200移至通过与管道末端202和204两者相接触而桥接间隙196的所示位置。连接器200与管道120和122之间的接触通过管道120和122及连接器200形成超导热传递通路。

图9是具有配置成使超导热传递管道120和122之间的超导热传递生效和失效(例如，打开和闭合空间234)的开关系统232的超导热传递系统230的一个实施例的局部示意图。开关系统232包括经由驱动装置242选择性地联接超导热传递管道末端238和240的超导热传递连接器236。在所示的实施例中，驱动装置242联接到连接器236上而不是管道120和122上，且驱动装置242构造成使连接器236沿轴线方向244或246沿着管道末端238和240纵向移动。例如，驱动装置242可使连接器236移至桥接管道末端238和240之间的间隙234的所示位置，或驱动装置242可使连接器236移至远离管道末端238或240中的一者以打开管道末端238和240之间的间隙234(即，使桥接分开)的位置。如下所述，驱动装置242对接收来自一个或多个传感器250的反馈的控制器248做出响应，从而实现开关系统232的自动控制。

所示的连接器236具有选择性地接触管道末端238的外表面253(例如，扩大的端部254)和管道末端240的外表面255(例如，扩大的端部256)的内表面252。例如，连接器236可为具有绕相应的扩大端部256(例如，环形表面253和255)设置的内表面252(例如，环形表面)的中空圆筒体。因此，表面252和253限定第一环形接触界面257且表面252和255限定第二环形接触界面258。这些接触界面257和258具有在连接器236与扩大的端部254和256之间的径向压缩力，而不是在管道末端238和240的端面之间的轴向压缩力。与图8的实施例相比，接触界面257和258由于扩大的端部254和256相对于管道120和122的直径260的较大直径259而具有增加的表面积。例如，直径259可大致为直径260的1.1到20倍，从而显著增加了界面257和258的表面积。类似于图8的实施例，连接器236的长度也可被调节以改变界面257和258的表面积。结果，该增加的表面积可显著增加跨连接器236的超导热传递的量。此外，环形表面252、253和/或255可涂覆有高导热率材料，以增加连接器236与管道120和122之间的超导热传递。

如上所述，控制器248接收来自一个或多个传感器250的信号。控制器248解释这些信号，以判断接触开关232是否应当闭合或断开。如果控制器248基于这些信号判断接触开关232需要断开，则控制器248用信号通知驱动装置242使连接器236远离扩大的端部254或256中的一者移动以打开间隙234。如果控制器248基于这些信号判断接触开关232需要闭合，则控制器248用信号通知驱动装置242使连接器236移至通过与两个扩大的端部254和256相接触而桥接间隙234的所示位置。连接器236与扩大的端部254和256之间的接触通过管道120和122及连接器236形成超导热传递通路。

图10是具有超导热传递系统的防结冰系统262的一个实施例的示意图，该超导热传递系统263带有开关系统264，该开关系统264构造成出于减少或抑制结冰的目的使超导热传递生效和失效。在所示的实施例中，超导热传递系统263包括设置在超导热传递管道265和266之间的开关系统264，其中开关系统264包括联接到诸如图1-9中所示的传导接触开关268上的控制器267。例如，接触开关268可包括联接到管道265或266中的一者上以选择性地使管道265和266朝向或远离彼此移动的驱动装置，选择性打开和闭合管道265和266之间的间隙的联接到连接器上的驱动装置，或它们的组合。防结冰系统262使用超导热传递系统263来通过控制接触开关268的位置而选择性地将热量从热源269传递到冷区270。如果控制器267确定需要减少或抑制结冰，则控制器267可命令接触开关268桥接管道265和266之间的间隙，以实现从热源269到冷区270的超导热传递。否则，控制器267可命令接触开关268打开管道265和266之间的间隙，以使超导热传递失效。

在所示的实施例中，防结冰系统262联接到燃气涡轮发动机271上。然而，系统262可用于任何适当的应用例如机械、发动机、压缩机、车辆或工厂设备的防结冰。燃气涡轮发动机271包括一个或更多压缩级、一个或更多燃烧器以及一个或更多涡轮级。例如，燃气涡轮发动机271操作以通过进气道272接收空气，经由压缩级中的压缩机叶片压缩空气，在燃烧器中燃烧空气和燃料的混合物，利用热燃烧气体驱动涡轮级中的涡轮叶片，并输出排气流273。排气流273携带了大量的热量，并用作所示实施例中的热源269。然而，其它实施例可使用其它热源，例如气化器、气体处理单元或另一设备构件。相反，进气道272代表冷区270，其温度可根据气候、季节和天气条件变化。如图所示，防结冰系统262使用超导热传递系统263来通过控制接触开关268的位置选择性地将热量从排气流273传递到进气道272。

在进气道272中，防结冰系统262包括构造成将热量从管道266传递到进入空气流276的热交换器274，以及用于从进入空气流276去除微粒物质和/或水分的过滤器278。在某些实施例中，热交换器274可包括联接到管道266上或与管道266成一体的多个鳍片。例如，管道266可终止于伸入过滤器278上游的气流276的鳍片。然而，热交换器274也可包括与过滤器278、过滤器壳体或进入燃气涡轮发动机271的气流通路中的其它结构的直接连接。在某些实施例中，防结冰系统262也可将超导热传递系统263联接到容易结冰或在低温下性能下降的其它构件上，例如，用于燃气涡轮发动机271的水喷射系统和/或燃料喷射系统。

图11是具有超导热传递系统282的防结冰系统280的一个实施例的示意图，该超导热传递系统282带有开关系统284，该开关系统264配置成出于减少或抑制结冰的目的使超导热传递生效和失效。在所示的实施例中，超导热传递系统282包括设置在超导热传递管道286和288之间的开关系统284，其中开关系统284包括联接到诸如图1-9中所示的传导接触开关292上的控制器290。例如，接触开关292可包括联接到管道286或288中的一者上以选择性地使管道286和288朝向或远离彼此移动的驱动装置，选择性打开和闭合管道286和288之间的间隙的联接到连接器上的驱动装置，或它们的组合。防结冰系统280使用超导热传递系统282来通过控制接触开关292的位置选择性地将热量从热源294传递到冷区296。如果控制器290确定需要减少或抑制结冰，则控制器290可命令接触开关292桥接管道286和288之间的间隙，以实现从热源294到冷区296的超导热传递。否则，控制器290可命令接触开关292打开管道286和288之间的间隙，以使超导热传递失效。

在所示的实施例中，防结冰系统280联接到燃气涡轮发动机298上。然而，系统280可用于任何适当的应用例如机械、发动机、压缩机、车辆或工厂设备的防结冰。燃气涡轮发动机298包括一个或更多压缩级、一个或更多燃烧器以及一个或更多涡轮级。例如，所示的燃气涡轮发动机298包括上游压缩级300、下游压缩机302、压缩机中冷器304、至少一个燃烧器306和至少一个涡轮级308。燃气涡轮发动机298操作以通过进气道310接收空气，经由压缩级300和302中的压缩机叶片压缩空气，冷却压缩级300和302之间的压缩机中冷器304中的空气，在燃烧器306中燃烧空气和燃料的混合物，利用热燃烧气体驱动涡轮级308中的涡轮叶片，并输出排气流312。在所示的实施例中，中冷器304被用作热源294，而不是如图10中所示使用排气流312作为热源。在其它实施例中，热源294可包括燃气涡轮发动机298的其它内部构件，例如燃烧器306或涡轮级308。类似于图10的实施例，进气道310代表冷区296，该冷区296的温度可根据气候、季节和天气条件变化。如图所示，防结冰系统280使用超导热传递系统282来通过控制接触开关292的位置而选择性地将热量从中冷器304传递到进气道310。

在进气道310中，防结冰系统280包括构造成将热量从管道288传递到进入空气流316的热交换器314，以及用于从进入空气流316去除微粒物质和/或水分的过滤器318。在某些实施例中，热交换器314可包括联接到管道288上或与管道288成一体的多个鳍片。例如，管道288可终止于伸入过滤器316上游的气流318的鳍片。然而，热交换器314也可包括与过滤器318、过滤器壳体或进入燃气涡轮发动机298的气流通路中的其它结构的直接连接。在某些实施例中，防结冰系统280也可将超导热传递系统282联接到容易结冰或在低温下性能下降的其它构件上，例如，用于燃气涡轮发动机298的水喷射系统和/或燃料喷射系统。

图12是具有超导热传递系统322的防结冰系统320的一个实施例的示意图，该超导热传递系统322带有控制系统324，该控制系统324配置成出于减少或抑制结冰的目的使超导热传递生效和失效。在所示的实施例中，控制系统324包括联接到开关系统328和门系统330上的控制器326。开关系统328包括设置在第一组超导热传递管道334与第二组超导热传递管道336之间的一组传导接触开关332，其中各开关332选择性地打开和闭合一对相邻的管道334和336之间的间隙。各开关332可具有如图1-9中所示的一个或更多特征。门系统330包括联接到门340上的驱动装置338、联接到门344上的驱动装置342和至少一个传感器346。

防结冰系统320使用开关系统328和/或门系统330来选择性地将热量从热源348传递到冷区350，以减少或抑制结冰。例如，如果控制器326确定需要减少或抑制结冰，则控制器326可命令一个或更多接触开关332桥接相应管道334和336之间的间隙，以实现从热源348到冷区350的超导热传递。桥接管道334和336之间的间隙的各开关332提供了系统322的热传递能力的递增。否则，控制器326可命令一个或多个接触开关332打开管道334和336之间的间隙，以使系统322的热传递能力递减。再例如，如果控制器326确定需要减少或抑制结冰，则控制器326可命令驱动装置338和342开启门340和344，以实现跨管道334(例如，管道的端部)的热流体流，从而实现从热源348到冷区350的超导热传递。否则，控制器326可命令驱动装置338和342关闭门340和244，以堵塞跨管道334的热流体流。加之，控制器326使用门系统330来基本堵塞热源348或将热源348(例如，热流体流)与管道334连接，同时控制器326使用开关系统328来递增地改变第一组管道334与第二组管道336之间的超导热传递的量。控制器326可响应于来自热源348中的传感器346、冷区350中的传感器347或系统320中其它部位的传感器的反馈来自动控制开关系统328和门系统330。

在所示的实施例中，防结冰系统320联接到燃气涡轮发动机352上。然而，系统320可用于任何适当的应用例如机械、发动机、压缩机、车辆或工厂设备的防结冰。燃气涡轮发动机352包括一个或更多压缩级、一个或更多燃烧器以及一个或更多涡轮级。燃气涡轮发动机352操作以通过进气道354接收空气，经由压缩级中的压缩机叶片压缩空气，在燃烧器中燃烧空气和燃料的混合物，利用热燃烧气体驱动涡轮级中的涡轮叶片，并输出排气流356。在所示的实施例中，使用排气流356作为热源348，同时使用进气道354作为冷区350。排气流356在其流经烟囱系统358时可被门系统330选择性地接近。如图所示，烟囱系统358包括主排气管或烟囱360和副排气管或旁通烟囱362。门340限定从烟囱360到烟囱362的进口或旁路，而门344限定来自烟囱362的出口。防结冰系统320使用门系统330来选择性地开启和关闭门340和344，以使旁通排气流364能够或不能通过门340、跨越烟囱262内部的管道334并通过门344出来。当门340和344开启时，排气流364根据开关332的位置将热量传递到管道334且随后传递到进气道354。当门340和344关闭时，排气流364不能将热量传递到管道334。

在进气道354中，防结冰系统320包括构造成将热量从管道336传递到进入空气流368的热交换器366，以及用于从进入空气流368去除微粒物质和/或水分的过滤器370。在某些实施例中，热交换器366可包括联接到管道336上或与管道336成一体的多个鳍片。例如，管道336可终止于伸入过滤器370上游的气流368的鳍片。然而，热交换器366也可包括与过滤器370、过滤器壳体或进入燃气涡轮发动机352的气流通路中的其它结构的直接连接。在某些实施例中，防结冰系统320也可将超导热传递系统322联接到容易结冰或在低温下性能下降的其它构件上，例如，用于燃气涡轮发动机352的水喷射系统和/或燃料喷射系统。

本发明的技术效果包括一种超导热传递系统，其包括用于选择性地使从热源到冷区的超导热传递生效和失效的控制系统。该控制系统可包括多个超导热传递管道(或其它结构)以及选择性地连接和分离从一个管道到另一个管道的超导热传递通路的接触开关。该控制系统还可包括用于选择性地打开和闭合跨管道的热流体流(例如，排气流)的门系统。在某些实施例中，防结冰系统可结合超导热传递系统以便用于各种应用中，例如用于燃气涡轮发动机的进气道的防结冰。

此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

超导热传递组件，包括：

第一超导热传递管道(12)；

第二超导热传递管道(14)；以及

超导热传递接触开关(10)，其构造成打开和闭合所述第一超导热传递管道与所述第二超导热传递管道之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一超导热传递管道(264)联接到排气导管(262)上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一超导热传递管道(300)联接到压缩机的不同级(292，294)之间的中间级冷却器(298)上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二超导热传递管道(266)联接到进气区段(272)上。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一超导热传递管道(264)联接到燃气涡轮发动机(260)的排气导管(262)上，且所述第二超导热传递管道(266)联接到所述燃气涡轮发动机(260)的进气区段(272)上。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传导接触开关(10)包括联接到驱动装置(124)上的控制器(128)，其中所述驱动装置(124)构造成使所述第一超导热传递管道(120)相对于所述第二超导热传递管道(122)移动或所述驱动装置(124)构造成使所述第二超导热传递管道(122)相对于所述第一超导热传递管道(120)移动。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传导接触开关(10)包括联接到驱动装置(206)上的控制器(208)，其中所述驱动装置(206)构造成使传导接触结构(200)移过所述第一传导热传递管道(202)与所述第二超导热传递管道(204)之间的间隙。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一超导热传递管道(160)包括凸接触表面(164)且所述第二超导热传递管道(162)包括凹接触表面(166)，并且所述控制器(20)配置成开启和闭合所述凸接触表面与所述凹接触表面之间的间隙。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述凸接触表面和所述凹接触表面包括弯曲表面(184)或锥形表面(164)。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一超导热传递管道(140)包括第一平坦接触表面(144)且所述第二超导热传递管道(142)包括第二平坦接触表面(148)，并且所述控制器(20)配置成开启和闭合所述第一平坦接触表面(144)与所述第二平坦接触表面(148)之间的间隙。

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