CN104903551B - 用于电功率产生系统的部分负载控制的系统和方法 - Google Patents

用于电功率产生系统的部分负载控制的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开的说明性实施方式包括用于电功率产生系统的部分负载控制的系统以及操作用于电功率产生系统的部分负载控制的系统的方法。

Description

用于电功率产生系统的部分负载控制的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年3月15日提交的名称为“SYSTEMS AND METHODS FOR PARTLOAD CONTROL OF ELECTRICAL POWER GENERATING SYSTEMS”的美国非临时申请13/843,668，和于2012年9月26日提交的名称为“MODULAR POWER INFRASTRUCTURE”的美国临时申请61/744,439的优先权，并通过引用将它们并入本文。前述的申请和/或通过引用并入本文的任何其它参考文献与本公开内容冲突时，在一定程度上本公开内容起控制作用。
技术背景
本发明涉及做功流体和它们在热力学循环中的用途。
发明内容
所公开的说明性实施方式包括用于电功率产生系统的部分负载控制的系统以及操作用于电功率产生系统的部分负载控制的系统的方法。
前述的概述仅是说明性的，并且不旨在以任何方式进行限制。通过参考附图和下面的详细描述，除了以上描述的说明性的方面、实施方式和特征以外，进一步的方面、实施方式和特征也将变得显而易见。
附图说明
图1是电功率产生系统的说明性实施方式的示意图。
图2是热输入模块的说明性实施方式的示意图。
图3是图1的电功率产生系统实施的热力循环的熵与温度的曲线图。
图4是电功率和循环压力的效率的关系的曲线图。
图5描绘了存量(超临界流体)质量和压缩机入口压力之间的关系。
图6描绘了低压腿，贮存器(罐)以及高压腿的压力和压缩机入口压力之间的关系。
图7描绘了电功率产生系统的所有部件的入口和出口温度作为在压缩机入口的存量循环压力的函数的关系曲线图。
图8电功率产生系统的另一个说明性实施方式的示意图。
图9是图8的电功率产生系统实施的热力循环的熵与温度的关系曲线图。
图10是电功率产生系统的另一个说明性实施方式的示意图。
图11是图8的由电功率产生系统实施的热力循环的熵与温度的关系曲线图。
图12是散热模块的说明性实施方式的示意图。
图13是处理模块的说明性实施方式的示意图。
图14是做功模块的说明性实施方式的示意图。
图15-21是模块化功率基础设施网络的说明性实施方式的示意图。
图22-24是分布式电功率基础设施网络的说明性实施方式的示意图。
图25A是控制电功率产生器的部分负载的说明性方法的流程图。
图25B-25F示出图25A的流程图的方法的细节。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考了附图，这些附图形成该详细描述的一部分。除非上下文另外指示，否则在附图中相似的符号通常标识相似的部件。
在详细描述、附图和权利要求中的示例性实施方式并不意味是限制性的。在不偏离在此处提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施方式，并且可以进行其它改变。
本领域的技术人员将认识到，本文中所描述的部件(例如，操作)、装置、对象和伴随它们的讨论用作例子是为了概念清楚的目的，并且各种配置修改都包括在内。因此，如本文所用，所阐述的具体范例和所附的讨论意在表示它们更一般的类别。在一般情况下，使用任何特定的示例意在代表其类别，并且不含有的特定部件(例如，操作)、装置和对象不应视为限制性的。
本申请使用正式标题大纲为了清晰呈现。然而，可以理解的是，标题大纲是为了演示的目的，以及不同类型的主题可以在整个申请中被讨论(例如，装置/结构可在处理/操作标题下加以讨论和/或处理/操作可以在结构/处理标题下加以讨论；和/或单主题描述可以跨越两个或更多个主题标题)。因此，使用正式标题大纲不旨在以任何方式进行限制。
下面描述的技术的许多实施方式可以采取计算机可执行指令的形式，计算机可执行指令包括由可编程计算机执行的程序。本领域技术人员将理解，该技术可以在下面描述并示出的计算机系统以外的计算机系统上实施。该技术可以包含在专门编程、配置或构造成执行一个或多个下文描述的计算机可执行指令的专用计算机或数据处理器中。因此，如本文通常使用的术语“计算机”和“控制器”指代任何数据处理器，并且可以包括因特网设备和手持式设备(包括掌上型计算机，可佩戴计算机，蜂窝或移动电话，多处理器系统，基于处理器的或可编程的消费电子产品，网络计算机，小型计算机等)。由这些计算机处理的信息可以在任何合适的显示介质上呈现，包括CRT显示器或LCD。
该技术还可以在分布式环境中实施，其中任务或模块由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块或子程序可以位于本地和远程存储器存储设备中。下面描述的该技术的各方面可被存储或分布在计算机可读介质(包括磁性或光学可读或可移动计算机磁盘)上，以及电子地分布在网络上。在具体实施方式中，针对该技术的各个方面的特定的数据结构和数据传输也包括在该技术的范围之内。
综述
鉴于综述的方式，所公开的说明性实施方式包括用于电功率产生系统的部分负载控制的系统以及操作用于电功率产生系统的部分负载控制的系统的方法。
简要地参考图1，在通过非限制性示例的方式给出的说明性实施方式中，提供说明性的部分负载控制系统100，其用于控制使用超临界流体16能操作地执行热力循环的电功率产生系统9中的电功率产生器27的部分负载，并且包括至少第一压缩机14和膨胀器26，第一压缩机14具有入口34和出口36并被构造成压缩超临界流体16，膨胀器26具有耦合以接收压缩的超临界流体16的入口49，具有出口50，并且被构造成将超临界流体16的焓的下降转换为机械能，电功率产生器27耦合到膨胀器26。在非限制性实施方式中，部分负载控制系统100包括被配置为响应于电功率产生器27要求的电功率输出的电平来控制压缩机入口34的压力的控制器系统102以及具有超临界流体16的贮存器104，该贮存器104，响应于控制器系统102，在压缩机出口36和膨胀器入口49之间以及在膨胀器出口50和压缩机入口34之间以流体连通的方式能操作地可耦合。如本文所用的，“超临界”流体是指在循环的一个或多个操作部分期间处于超临界状态的流体。
通过综述的方式继续，本文公开的部分负载控制系统的实施方式通过控制在电功率产生系统中压缩机的入口压力来提供对产生的电功率的部分负载控制(即，对部分负载的电功率产生器的控制)，该电功率产生系统响应于电功率产生器的要求的电功率输出电平使用超临界流体能操作地执行热力循环。因为功率循环被关闭(如但不限于闭环布雷顿循环)，通过改变所述压缩机的入口压力，闭环中的超临界流体的平均密度可有利地向上或向下调整。因此，即使压缩机和涡轮轴速度可保持基本恒定，通过闭环的超临界流体的质量流率也可以通过改变压缩机的入口压力来控制，从而影响所产生的电功率。因此如下面将要描述的，在此公开的部分负载控制系统的实施方式可以帮助调整产生的功率而不改变涡轮机的轴速度，和/或可以帮助进行电功率的改变，同时降低对系统效率的影响，和/或可以帮助减轻部件温度的变化而不论部分负载功率。
部分负载控制系统的各种实施方式可用于能操作以执行合适的热力学循环的任何合适的电功率产生系统，热力学循环包括大多数类型的闭环布雷顿循环(包括具有多个下述特征中的任何一个的电功率产生系统：再加热，中间冷却，简单恢复，再压缩，和/或压缩机恢复)。为此目的，通过非限制性实例，基于说明而不是限制的目的，阐述在此公开的电功率产生系统(即使用简单的恢复，再压缩，和压缩机恢复)的例子。旨在不限制在此公开的电功率产生系统的例子，并不推断这样的限制。
如已知的，布雷顿热力循环的一般特征在于做功流体的加压，例如通过下述方式进行：压缩和/或泵吸，对做功流体增加热量，在用于将做功流体的动能、热能或势能转换成机械能的热膨胀的装置中使加热和加压的流体膨胀，然后从做功流体排出能量。在密闭系统中，膨胀后的做功流体被重新加压，并且所述做功流体以循环方式经过上述过程。
如所已知的，做功流体可以在热力循环过程中的一个或多个点能够转变成超临界状态。此外，做功流体可以在热力循环的每一个点是完全在超临界状态内的。如还已知的，超临界状态被定义为是在高于流体的临界点的温度和压力的状态。当在超临界状态时，相对于在其理想状态下的流体的加压，流体能够在熵少量变化的情况下转变到较高的压力。超临界流体的可压缩性使得相对于处于气态的流体的类似的压缩能减少压缩阶段的数量。超临界流体相对其流体状态也显示出降低的粘度和表面张力。这些特征的组合允许超临界做功流体能显示出在旋转机械中的高质量流率，从而减小旋转机械实现给定量的做功输出所需面积的大小。
可以在各种实施方式中使用多个超临界流体(如氙、氪、二氧化碳和/或氦)中的任何一个或者多个。这些超临界流体可以是混合物的形式，以及纯的形式。这些超临界流体也可以与任何数量的有机气体，或气态杂质混合。为简洁起见，本讨论将总体涉及使用在超临界状态的二氧化碳(有时称为“sCO2”)；然而，应该理解的是，类似的原理也适用于其它的上述超临界流体或它们的混合物。为此目的，根据特定应用的需要，可以使用上述的超临界流体中的任何一种或多种。例如，使用任何特定的超临界流体的考虑因素可以包括所需的热机械能量转换系统的操作温度或压力的选择。因此，并不旨在并且不推断对任何特定的超临界流体的限制。
为此目的，将在下面通过非限制性示例的方式讨论用于电功率产生系统的部分负载控制的系统的说明性实施方式。将解释使用简单恢复，再压缩，以及压缩机恢复的说明性电功率产生系统(具有部分负载的控制系统)的非限制性的例子。此外，将在下面通过非限制性示例的方式讨论包括说明性电功率产生系统(具有部分负载的控制系统)的各种实施方式的模块化功率基础设施网络。
在简单的恢复布雷顿循环中的部分负载控制
返回参照图1，在一个实施方式中，说明性部分负载控制系统100控制使用超临界流体16能操作地执行热力循环的说明性电功率产生系统9。在各种实施方式中，电功率产生系统9包括超临界功率模块12和热源(诸如热输入模块22)，并根据包括简单恢复的闭环布雷顿热力循环进行操作。电功率产生系统9的说明性实施方式首先通过非限制性示例进行说明，随后通过部分负载控制系统100的说明性实施方式的非限制性示例进行说明。
首先转到电功率产生系统9的实施方式，并且通过说明而非限制的方式给出，在一些实施方式中，超临界功率模块12和热输入模块22可以被设置为单独的模块；即，超临界功率模块12和热输入模块22每一个可以设置在它自己的壳体、外壳或类似物中。在这样的实施方式中，超临界流体16可离开超临界功率模块12，并进入热输入模块22，通过热输入模块22加热，然后离开所述热输入模块，并进入超临界功率模块12。
然而，超临界功率模块12和热输入模块22不需要被设置为单独的模块。为此，在一些实施方式中，超临界功率模块12和热输入模块22可以一起设置在一个壳体、外壳、或类似物中。在一些这样的实施方式中，所述一个壳体、外壳或类似物可被认为是“模块”(如下面讨论的)。然而，所述一个壳体、外壳或类似物不必是“模块”。为此，在一些其它这种实施方式中，一个壳体、外壳或类似物可不被认为是“模块”。
超临界功率模块12可以将在超临界流体16的焓的下降转换为机械能(并且，在稍后讨论的一些实施方式中，可供给超临界流体到可以耦合以接收来自超临界功率模块12的超临界流体的任何其它合适的模块)。如上所述，超临界功率模块12根据布雷顿热力循环进行操作。在图1中所示的实施方式中，超临界功率模块12实现了简单的恢复布雷顿循环(如将在下面参照图2进行说明的)
在图1所示的实施方式中，如将在以下通过说明的方式而不是限制的方式给出的细节进行说明，超临界功率模块12适当地包括压缩机14、复热器18、出口通路20、入口通路24、膨胀器26、至少一个电功率产生器27和冷却器28。还如下面所解释的，在一些实施方式中，超临界功率模块12可包括至少一个超临界流体供应通路30和至少一个超临界流体返回通路32。
压缩机14被构造成压缩超临界流体16，即提高超临界流体16的压力。压缩机14具有入口34和出口36。在各种实施方式中，压缩机14适当地可被实现为提高超临界流体16的压力的任何合适的装置，诸如压缩机或泵等。在一些实施方式中，压缩机14用轴38被能操作地耦合到膨胀器26。在这样的实施方式中，膨胀器26将在超临界流体16的焓的下降转换为机械能，机械能包括轴38的旋转，从而旋转压缩机14A。应当理解，可以经由机械耦合(如齿轮箱等等)或者(如果需要)通过磁耦合，能操作地耦合压缩机14至膨胀器26。
复热器18被构造成加热压缩的超临界流体16。复热器18适当地是任何类型的热交换器，如管壳式热交换器，印刷电路热交换器，等等。复热器18的热交换器可以根据需要使用任何合适的流动方向(如交叉流方向、逆流方向或平流方向)来实现。根据特定应用的需要，复热器18适当地设定尺寸为具有选定的传热能力。在图1中所示的实施方式中，复热器18与压缩机出口36流体连通。复热器18包括与压缩机出口36以流体连通方式耦合的入口42，和限定复热器18的热交换器的一侧的出口44。复热器还包括与膨胀器26以流体连通方式耦合以接受膨胀的超临界流体16的入口46，和限定了复热器18的热交换器的另一侧的出口48。热从在入口46和在热交换器的另一侧上的出口48之间流动的膨胀的超临界流体16被传输到在入口42和热交换器的一侧的出口44之间流动的压缩的超临界流体16。
出口通路20被构造成将来自复热器18的加热的压缩的超临界流体16提供到热源，如热输入模块22。出口通路20包括合适的隔离阀21。热源(如热输入模块22)适当地加热从出口通路20提供到热源的超临界流体。入口通路24被构造成提供来自热源22的加热的压缩的超临界流体16。入口通路24包括合适的隔离阀25。
另外参考图2阐述热输入模块22的进一步说明性的非限制性的细节。热输入模块22包括超临界流体加热单元500。超临界流体加热单元500适当地产生或收集热量并传输热量到超临界流体16。
超临界流体加热单元500包括加热器502和超临界流体热交换器504。加热器502产生或收集热量。在一些实施方式中，加热器502可以从其它热源(例如但不限于地热、太阳能、工艺热、废热、等等)收集(和/或聚集)热量。在一些其它实施方式中，加热器502可以例如通过氧化或燃烧等产生热量。
超临界流体热交换器504能操作地与加热器502以热连通方式耦合并将热量从加热器502传输给超临界流体16。超临界流体热交换器504适当地是任何合适类型的热交换器，如管壳式热交换器、印刷电路热交换器，等等。如所期望的，超临界流体热交换器504可使用任何合适的流动方向(如交叉流方向，逆流方向或并行流动方向)来实现。根据特定应用的需要，超临界流体热交换器504适当地设定尺寸为具有选定的热量传输能力。
超临界流体热交换器504的一侧具有入口506和出口508，入口506可以以流体连通方式耦合以接收来自出口通路20的超临界流体16，出口508可以以流体连通方式耦合以将加热的超临界流体16提供到入口通路24。
超临界流体热交换器504的另一侧具有入口510和出口512，入口510被耦合以从加热器502接收热量。出口512可以根据需要排出到周围环境或可耦合到任何其它合适的模块或多个模块以供应废热到其中。
应当理解，热输入模块22的各种实施方式可以包括多于一个的加热器502。在这样的实施方式中，加热器502可以是可彼此结合的上面所讨论的热的不同来源或收集器/集中器。此外，应当理解，根据特定应用的需要，热输入模块22的各种实施方式可包括多于一个的超临界流体热交换器504。
返回参照图1，膨胀器26被耦合以接收来自热源(如热输入模块22)的加热的压缩的超临界流体16，并构造成将超临界流体16的焓的下降转换为机械能，机械能例如但不限于轴38的转动。膨胀器26可适当地包括能够使从入口通路24接收的热的超临界流体16膨胀并将超临界流体16的焓的下降转换为机械能的任何合适的装置。这样，在一些实施方式中，膨胀器26可适当地包括但不限于涡轮或涡轮机，例如但不限于涡轮膨胀器、膨胀涡轮机、离心涡轮、轴流式涡轮，和/或类似物。在这样的实施方式中，膨胀器26使轴38以非常高的旋转速度(例如但不限于比每分钟3600转大得多的旋转速度)旋转。在一些其它实施方式中，膨胀器26适宜地也可包括往复式发动机。应当会理解，在一些实施方式中，根据特定应用的需要，可提供多于一个的膨胀器26。
如图1的实施方式所示，膨胀器26具有与入口通路24以流体连通方式操作性地耦合的入口49和与复热器18的入口46以流体连通方式操作性地耦合的出口50，以将来自膨胀的超临界流体16的热量传输到压缩的超临界流体16。
电功率产生器27可用轴38能操作地耦合到膨胀器26。电功率产生器27可以是本领域中已知的任何合适的电功率产生器，诸如汽轮发电机、交流发电机、或本领域中已知的任何其它合适的电功率产生器。电功率产生器27可设定尺寸为具有根据特定应用的需要的电功率产生容量。此外，应当理解，在一些实施方式中，根据特定应用的需要，可提供多于一个的电功率产生器27。通过非限制性示例的方式给出，根据特定的应用，在一些实施方式中，在一些实施方式中，电功率产生器27(或所有的电功率产生器27)可以具有在2-6KWe之间的范围内的额定功率。在一些实施方式中并且通过非限制性实例的方式给出，电功率产生器27(或所有的电功率产生器27)可以具有约5KWe左右量级的额定功率。应当理解，不旨在限制并且不应推断有关电功率产生器27(或所有的电功率产生器27的累积额定功率)的额定功率。
冷却器28被构造成冷却来自复热器18的膨胀的超临界流体16并提供冷却的超临界流体16到压缩机14。冷却器28具有入口52和出口54，入口52以流体连通方式能操作地耦合到复热器18的出口48，出口54以流体连通方式能操作地耦合到压缩机14的入口34。冷却器28可以是适于冷却超临界流体16的任何冷却器。例如并且通过说明的方式而非限制的方式给出，在各个实施方式中，冷却器28可以包括：“湿”冷却器，例如冷凝器；像管壳式热交换器或印刷电路热交换器之类热交换器；或“干”冷却器，如强制空气冷却“辐射器”等等。
在解释部分负载控制系统100的实施方式之前，将在下面参照图3讨论电功率产生系统9的实施方式的操作。在图3、图9和11中，字母标号(例如，A，B，C等对应于一个设定点，和字母数字标号(例如，A1，B1，C1等)对应的另一设定点。
针对诸如由电功率产生系统9实施的简单的恢复循环，将熵(Kj/kg-K)相对于温度(度K)作图。在下面的讨论中，在图2中所示的热力循环的阶段都被映射到可以实现与之相关联的阶段的电功率产生系统9的相应的部件。做出字母标号(在图1和图3中所示)以将在图3所示的循环的阶段与图1所示的相关的部件相关联。
图3绘出了沿x轴的熵(以Kj/kg-K为单位)与沿y轴的温度(以度K为单位)的关系曲线200。应当理解，仅通过示意的方式而非限制性的方式给出熵和温度的值。应当进一步理解，根据特定用途的需要，熵和温度的值会受可以被或可以不被提供给模块化功率基础设施网络中的其它模块(图1和2中未示出)的超临界流体16的量的影响。
现在参考图1和3，在点A与B之间，在接近基本上等熵的过程中超临界流体16的温度被升高，因为压缩机14中超临界流体16的压力被升高(近似于公知的关系PV＝nRT)。在点B和C之间，在复热器18的入口42和复热器18的出口44之间，超临界流体16的温度和焓被升高。在点C和D之间，在出口通路20和入口通道24之间，超临界流体16的温度通过热源(如热输入模块22)被升高。在点D和E之间，在接近基本上等熵过程中超临界流体16的温度被降低，因为超临界流体16膨胀，并且在膨胀器26中其压力相应降低。在点E和F之间，在复热器18的入口46和复热器18的出口48之间超临界流体16的温度和焓被降低。在点F和A之间，超临界流体16的温度和焓通过冷却器28进一步降低。
应当理解，如图3所示，在一些实施方式中，在图3所示的热力循环的所有阶段期间，超临界流体16可以保持在超临界状态。然而，应理解的是，在沿曲线200所示的过程期间的一个或多个点，可能存在并非超临界状态的状态。然而，为了简单起见，只参照超临界流体16而非参照具有不是超临界流体的属性的一个或多个属性的流体。
控制系统适当地包括控制器系统102，被设置成与电功率产生系统9的部件有效通信以监控各种参数，并提供反馈以控制电功率产生系统9的操作。然而，部分负载控制将在下面之后进行解释。控制系统可适当地监控电功率产生系统9内的对应于点A、B、C、D、E和F(图1和3)的选定位置处的至少温度、压力、以及流速。在一些实施方式中，控制系统还可以适当地监控轴38的速度和/或发电机27的电负载。在一些实施方式中，控制系统可监控热输入模块22中的热通量。控制系统适当地比较被监控的条件与所期望的参数，产生合适的控制信号，并控制模块化功率基础设施网络10的部件，以改变轴38的速度(如果必要)、压缩机14的压缩比、由热输入模块22增加的热量和/或类似参数。该控制系统适当地可以用任何合适的控制器(例如控制器系统102)来实现，例如但不限于任何适当的逻辑控制器等等，任何适合的传感器(例如热电偶、压力传感器、流率传感器、转速传感器、电压传感器、电流传感器、电功率传感器和/或热通量传感器)和任何合适的控制致动器(例如但不限于节流阀、变阻器、等等)。
现在转到部分负载控制系统100的实施方式，并且仅通过说明而非限制的方式给出，在一些实施方式中，部分负载控制系统100包括被配置为响应于电功率产生器27的要求的电功率输出的电平来控制压缩机入口34的压力的控制器系统102，和具有超临界流体16的贮存器104，该贮存器104响应于所述控制器系统102，在所述压缩机出口36与所述膨胀器入口49之间和在所述膨胀器出口50与所述压缩机入口34之间，以流体连通方式能操作地可耦合。如以上所讨论的，超临界流体16的平均密度有利地可以通过改变压缩机入口34的压力向上或向下调整。因此，即使压缩机和涡轮的轴38的速度可以保持基本上恒定，通过闭环的超临界流体16的质量流率可以通过改变压缩机入口34的压力来控制，从而影响所产生的电功率。
在各种实施方式中，传感器(未示出)位于整个电功率产生系统9，并监视参数，该参数包括：在压缩机出口36和膨胀器入口49之间的、在膨胀器出口50和压缩机入口34之间的、在贮存器104中的超临界流体的温度(T)，以及加热器502(图2)的出口温度；在压缩机出口和膨胀器入口之间的、以及膨胀器出口与压缩机入口之间的、在贮存器中的超临界流体的压力(p)；来自电功率产生器27要求的电功率输出；以及来自电功率产生器27的实际的电功率输出。
在各种实施方式中，控制器系统102包括适当的计算机处理部件，诸如但不限于计算机处理单元、可编程逻辑元件、计算机控制器等等。控制器系统102的实施方式包括被配置为将压缩机入口压力与电功率产生器的要求的电功率输出相关联的合适的计算机处理部件。例如，在一些实施方式中，计算机处理部件可以被配置为实现具有包括与电功率产生器27的电功率输出相关联的压缩机入口压力的条目的查找表。在一些其它实施方式中，计算机处理部件可以被构造为实施对压缩机入口压力与电功率产生器的要求的电功率输出的关系曲线的拟合。应当理解的是，根据特定应用的需要，设定点(下文讨论)可以基于效率以及电功率和压力、温度，质量流率可以被用来确定用于调整的环路库存。
在各种实施方式中，贮存器104具有超临界流体16在其中，并响应于控制器系统102，在压缩机出口36和膨胀器入口49(也称为高压腿)之间和在膨胀器出口50和压缩机入口34(也称为低压腿)之间以流体连通的方式能操作地耦合。贮存器104的压力适当地在低压腿压力和高压腿压力之间。其结果是，由于所期望的超临界流体16可从贮存器104输送到低压腿，从而将超临界流体加入到低压腿并向上调整超临界流体的平均密度，这增加压缩机入口34的压力，并增加通过所述电功率产生器产生的电功率。或者，由于所期望的超临界流体16可从高压腿输送到贮存器104，因此超临界流体从高压腿被除去，并向下调整超临界流体的平均密度，从而降低压缩机入口34的压力，并降低通过所述电功率产生器产生的电功率。
通过选择适当的低压腿体积，高压腿体积，贮存器体积，以及电功率产生系统9内的总体积，在部分负载控制的合乎期望的范围内，贮存器104的压力可适当地建立并保留在低压腿压力和高压腿压力之间。通过非限制性示例的方式给出，在各种实施方式中，低压腿体积，高压腿体积和贮存器104的体积每可以都是约1立方米(适合于约5MWe的发电机)，低压腿压力适当地可以在约5000千帕和约8000千帕之间的范围，高压腿压力适当地可以在14000千帕和24,000千帕之间的范围，贮存器104的压力适当地可以在约9,000千帕左右到约11,000千帕之间的范围，并且总填充质量是约500千克。
在各种实施方式中，隔离阀106被布置在贮存器104与在压缩机出口36和膨胀器入口49(即，高压腿)之间的管部件之间，隔离阀108被设置在贮存器104与在膨胀器出口50和压缩机入口36(即，低压腿)之间的管部件之间。隔离阀106和108可以是可由控制器系统102致动的任何合适类型的隔离阀。隔离阀106和108通常被关闭(“NS”)。隔离阀106和108响应于控制器系统102适宜地能操作。在一些实施方式中，隔离阀108可设置在贮存器104以及耦合到冷却器28的入口52的管部件之间，从而在将超临界流体16从贮存器104添加到低压腿(由于隔离阀108中的超临界流体16可以膨胀)时减轻可由低温和低压的波动引起的扰动。
在一些实施方式中，贮存器104可以包括布置在其中的热交换器110。热交换器104响应于控制器系统102适当地能操作，以控制在贮存器104中的超临界流体16的温度。根据特定应用的需要，热交换器110可以用任何适合的热交换装置来实现。例如，热交换器110可以包括加热/冷却流体可以流过其中的管道或管回路或段、管道或管线圈、等等。例如，将热量从贮存器104中的超临界流体16传递给流过热交换器110的流体以冷却贮存器104，从而避免贮存器104无意中的过热，这可能是合乎期望的。作为另一示例，将热量从流过热交换器110的流体传递给贮存器104中的超临界流体16以加热该贮存器104，从而帮助保持贮存器104的单相超临界流体，以避免在系统启动期间可具有运行效益的该贮存器104中的冷凝。
部分负载控制系统100的实施方式如下所述地操作。电功率产生系统9根据以上参照图3说明的热力循环运行，并且如上所述，电功率产生器27产生电力。当需要将由电功率产生器产生的电功率输出电平27(例如，响应于设置在发电机上的电力需求方面的变化)从实际的电功率输出电平(称为“设定点A“)改变到不同的电功率输出电平(称为“设定点B”)，合适的命令将在控制系统内生成并发送到控制器系统102以将净电功率从设定点A改变至设定点B.
该库存控制器102将利用查询表或如图4所示的对净电功率与压缩机入口压力的关系曲线的拟合(例如，曲线拟合)，以确定压缩机入口34的压力的新的设定点压力B。在图4中展示了电功率和效率与回路压力的关系。另外参照图4并通过说明性示例而非限制的方式给出，当压缩机入口34的压力(低压腿)从8000千帕被减少到5000千帕(即，33％的压力降)时，净电功率从3645kWe下降至1233kWe。因此，33％的压力降导致电功率减少三分之一。此外，应当理解，在整个功率变化的范围内，净效率几乎保持恒定。在这个说明性的情况中，效率降低仅2个百分点，从34.1％下降到32.1％。因此，应当理解，部分负载电功率可以在很宽的范围内变化，而压缩机入口34的压力有相对小的变化，净电气效率可以保持相对恒定。合适的查找表可以用与电功率产生器27的电功率输出相关联的压缩机入口34的压力的条目构成，如在图4中所示。表中提供的数值可以通过分析预测工具、测试和/或两者来确定。
隔离阀106和108通常是关闭的。如果新的设定点压力B与功率设定点B是在部分负载控制系统100的操作范围之内，则控制器系统102将发送合适的命令，以打开隔离阀106或隔离阀108，从而填充或排出来自回路的超临界流体，如下所述。
如果在设定点功率B的所需功率低于当前功率，则控制器系统102将造成隔离阀106打开且高压腿通过隔离阀106填充贮存器104。以这种方式，在回路中的库存(即，超临界流体的质量)被从高压腿除去，由此使压缩机入口34的压力、质量流率、以及通过电功率产生器27产生的电功率降低。同样地，如果设定点功率B超过实际当前功率，则控制器系统102将导致隔离阀108打开，从而使超临界流体库存从该贮存器104增加到环路，从而增加压缩机入口34的压力和来自所述电功率产生器27的电功率输出。
在一些实施方式中，控制器系统102可以实现在可以帮助隔离阀106和108不被以过高的速度循环的功率设置点周围+/-f％(如在约3％-5％之间的值或一些其它合适的值)的死区。这将允许新的功率电平漂移+/-f％，而无需打开或关闭隔离阀106或108。当实际功率在设定点的+/-f％内时，隔离阀106和108将被闭合。当实际功率转换为在设定点功率的+/-f％内的值(即死区之内)时，打开的隔离阀106或108将被闭合。在一些实施方式中，也可以实施时间延迟，以避免隔离阀106和108的快速打开或闭合。在一些实施方式中，如果需要，比例积分微分(“PID”)的反馈控制可用于缓慢地打开或闭合隔离阀106或108，而非使用上述使用全开和全闭合阀门的途径。
下面阐述关于库存质量和库存压力的性能的细节。另外参照图5，曲线显示(超临界流体)库存的质量(在低压腿，贮存器104，高压腿，和总回路中)与压缩机入口34的压力之间的关系。如图5所示，从贮存器104去除的质量和(经由低压腿)在回路中放入的质量增加了低压腿质量和高压腿质量和压力，这反过来增加了产生的电功率。应当理解，总循环库存是常数(这个非限制性的例子中，500千克)，而不管压缩机入口34的压力或产生的部分负载功率如何。应当理解，根据特定应用的需要，总填充质量可以具有任何适当的值。以非限制性示例的方式给出，一个实施方式可以具有约500千克的总填充质量。在一些实施方式中，总的系统填充质量可以是在从约447千克的最小填充质量到约780千克的最大填充质量的范围内。
另外参照图6，曲线显示在低压腿、贮存器104、以及高压腿中的压力和压缩机入口34的压力之间的关系。从图6应当理解，可选择高压腿、低压腿、贮存器104的体积以及可选择总体积，使得在部分负载控制系统100的操作范围内，贮存器104的压力在高压腿压力和低压腿压力之间。其结果是，在整个设计的部分负载功率范围内，部分负载控制系统100可以从回路添加或除去超临界流体。
如示于图6，在一个实施方式中，其中最低填充质量是约447千克，即使当填充质量为500千克时，在8000千帕的压缩机入口压力的贮存器104(槽)压力线与在8000千帕的低压腿线几乎相交。在一般情况下，理想的是选择保持贮存器104中的压力尽可能低的总填充库存，因为较高贮存器104的压力需要较大、较大规模的、且较昂贵的槽。
类似地，在一个实施例方式中，其中最大总系统填充质量是约780千克，在780千克贮存器104(槽)压力线向上滑动，如果填充质量过大(在非限制性示例中，大于780千克)，贮存器104(槽)压力线将与高压腿压力线相交。因此，改变总填充库存具有将贮存器104(槽)压力线向上和向下滑动的效果。应当理解，贮存器104(槽)的压力线不与低压腿压力线也不与高压腿压力线相交是合乎期望的。
通过适当选择高压腿体积，低压腿体积，贮存器104的体积，和超临界流体16的总填充质量，有可能安排使容器104的压力可以大于该低压腿的压力，以及贮存器104的压力可小于高压腿的压力。应当理解，在这种方式下，通过根据图4中所示的关系调节压缩机入口34的压力，由电功率产生器27产生的电功率的电平可以从最小设计值相对平滑地过渡到最大设计值。还应当理解，增加/降低压缩机入口34的压力也可引起增加/降低在所有其它回路的压力。
另外参照图7，应当理解，部件入口和出口温度基本上不随着部分负载功率的变化而改变。图7示出了电功率产生系统9的所有部件的入口和出口温度作为在压缩机入口34的库存回路压力的函数。如所观察到的，温度的变化是非常小的并且是高达30-40K左右(而不是几百度，如果在功率输出(take-off)方案中通过改变加热器出口处的温度或通过使用压缩机的速度变化(其中的涡轮机和发电机以恒定轴速度旋转，而压缩机可以以不同的速度旋转)获得部分负载功率变化，通常可以观察到几百度)。由于较低的热循环，在整个功率范围内温度的小的波动，可以有助于促进主要热部件(主热交换器，复热器18，以及冷却器28)的寿命延长。此外，并另外参考图3，由于压缩机入口34的压力被降低(在一个非限制性的实施方式中，从8000千帕降低至5000千帕)由T-S曲线所指示的总的功率循环保持相同的形状，但将被转换为右侧(从点A至点A1)，从而使所有部件的温度保持非常接近其原来的(满功率)的温度。
现在，已经说明了部分负载控制系统100实施方式的部件和操作，提供一种模块化电源基础设施网络10，其包括电功率产生系统9(包括部分负载控制系统100)以及接收来自超临界功率模块12的超临界流体并将超临界流体返回到其中的至少一个其它模块，这是合乎期望的。在一些这样的实施方式中，至少一个超临界流体供应通路30被构造成供应来自超临界功率模块12的超临界流体16。根据特定应用的需要，从超临界功率模块12供应的超临界流体16可以是膨胀的超临界流体16和/或压缩的超临界流体16。根据特定应用的需要，超临界流体16可以经由超临界流体供应通路30从超临界功率模块12供应到在模块化功率基础设施网络中的任何其它合适的模块或多个模块(图1中未示出)。
根据特定应用的需要，将在各种温度和熵水平的超临界流体16从超临界功率模块12提供到模块化功率基础设施网络中的一个或多个模块(图1中未示出)是合乎期望的。因此，在各种实施方式中，超临界流体供应通路30适当地可以设置在以下部件中的一个或多个之间的位置上：压缩机14的出口36和复热器18的入口42；复热器18的出口44和出口通路20中的隔离阀21；入口通路24中的隔离阀25和膨胀器48的入口49；膨胀器26的出口50和复热器18的入口46；复热器18的出口48和冷却器28的入口52；以及冷却器28的出口54和压缩机14的入口34。每个超临界流体供应通路30通过合适的隔离阀56隔离。
在这样的实施方式中，至少一个超临界流体返回通路32被构造成将超临界流体16从其它模块或多个模块(图1中未示出)返回到超临界功率模块12，超临界流体16经由超临界流体供应通路30已经供应到所述其它模块或多个模块。因此，在各种实施方式中，超临界流体返回通路32适当地可以设置在以下部件中的一个或多个部件之间的位置上：压缩机14的出口36和复热器18的入口42；复热器18的出口44和出口通路20中的隔离阀21；入口通路24中的隔离阀25和膨胀器48的入口49；膨胀器26的出口50和复热器18的入口46；复热器18的出口48和冷却器28的入口52；以及冷却器28的出口54和压缩机14的入口34。每个超临界流体返回通路32经由合适的隔离阀58隔离。
然而，在电功率产生系统9的其它实施例中，超临界功率模块12不包括任何超临界流体供应通道30，也不包括任何超临界流体返回路径32。相反，该超临界功率模块本身可以包括它采用的用于操作的所有的超临界流体。
在各种实施例中，超临界功率模块12适当地可以是，但不必定是，设置在一个模块化，集装箱化的平台(未在图1中示出)。另外，如果需要的话，各种模块化功率基础设施网络的实施例10除了包括超临界功率模块12和热输入模块22外，还可包括一个或多个其它模块(图1中未示出)，该一个或多个其它模块可以与模块化功率基础设施网络10内的各种模块连接，以根据需要对于特定应用，帮助解决各种问题，例如但不限于各种供油选择，不同的操作环境，加热和冷却的需要，机械的工作要求，选址的限制，和/或效率需求。
上述超临界功率模块12的部件可以适宜地(但不必定要)与管道、导管、配件、连接件和类似物相互连接，这些管道、导管、配件、连接件和类似物适合于温度和压力条件以及与包含在其中并流过其中的超临界流体16兼容。此外，在一些实施方式中，如果需要，超临界功率模块12的部件之间的连接件可以用“快速断开”型配件制成，从而有助于促成超临界功率模块12的模块化。此外，在一些实施方式中，超临界功率模块12的部件的物理布置可以被标准化。即，可分配设置量的空间用于特定部件，且无论特定部件的大小或额定值如何，标准的安装垫等都可以被用于特定部件，从而也有助于促成超临界功率模块12的模块化。
在一些实施方式中，如果需要，超临界功率模块12和其它模块之间的连接件，如在出口通路20、入口通路24、超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32的终端的连接件，可以用“快速断开”型接头制成，从而有助于促成模块化功率基础设施网络10的模块化。
在一些实施方式中，超临界功率模块12可以(但不必定要)在一个或多个标准容器(例如远洋货运集装箱等等)中实现，从而有助于促成模块化功率基础设施网络10的模块化。此外，标准容器可以被认为包括通过道路、卡车、火车、空运、或水运船只运送的任何这样的容器。
在讨论可以包括在模块化电源基础设施网络的其它实施例中，根据需要，可以由电功率产生系统9的实施例中实现的另一个热力循环将被讨论。应理解，其它模块可以根据需要被包括在一个模块化电源基础设施网络的任何实施例，而与电功率产生系统9内实现热力循环无关。
再压缩布雷顿循环
现在参考图8和9，在另一个实施方式中，说明性电功率产生系统309适当地实现再压缩布雷顿循环。应当理解，电功率产生系统309和电功率产生系统9(图1)共享上面已经讨论的许多通用的部件。为简洁起见，将不再重复关于对电功率产生系统309和电功率产生系统9(图1)是通用的部件的细节。相同的标号将用于指代对电功率产生系统309和电功率产生系统9(图1)通用的部件。
在说明性实施方式中，电功率产生系统309适当地实现再压缩布雷顿循环。就概述角度而言，压缩机314A被构造成压缩超临界流体16。复热器318A被构造成加热来自压缩机314A的压缩的超临界流体16。压缩机314B被构造成与压缩机314A并行地压缩超临界流体16。复热器318B被构造成加热来自压缩机314A和压缩机314B的压缩的超临界流体16。出口通路20被构造成将加热的压缩的超临界流体16从复热器318B提供到热源，热源如热输入模块22。入口通路24被构造成提供来自热源(如热输入模块22)的加热的压缩的超临界流体16。膨胀器26被耦合以接收来自热源的加热的压缩的超临界流体16，并构造成将超临界流体16的焓的下降转换为机械能。电功率产生器27能操作地耦合到膨胀器26。冷却器28被构造成冷却来自复热器318A的膨胀的超临界流体16并提供冷却的超临界流体16到压缩机314A。在一些实施方式中，如果需要，至少一个超临界流体供应通路30可以被构造成供应来自超临界功率模块312中的超临界流体16，至少一个超临界流体返回通路32可以被构造成将超临界流体16返回到超临界功率模块312。
应该理解的是，根据特定应用的需要，压缩机314A和压缩机314B可以与压缩机14(图1)相同，或基本相似。压缩机314A具有入口334A和出口336A，并且压缩机314B具有入口334B和出口336B。压缩机314A和压缩机314B以与上面就压缩机14所讨论的方式的相同的方式适当地用轴38能操作地连接到膨胀器26(图1)。
还应该理解的是，根据特定应用的需要，复热器318A和复热器318B可以与复热器18(图1)相同，或基本相似。复热器318A具有在复热器318A的热交换器的一侧上的入口342A和出口344A，和在复热器318A的热交换器的另一侧上的入口346A和出口348A。复热器318B具有在复热器318B的热交换器的一侧上的入口342B和出口344B，和在复热器318B的热交换器的另一侧上的入口346B和出口348B。
复热器318A的入口342A与压缩机314A的出口336A以流体连通方式耦合。复热器318B的入口342B与复热器318A的出口344A以及压缩机314B的出口336B以流体连通方式耦合。出口通路20与复热器318B的出口344B以流体连通方式耦合。膨胀器26的出口50与复热器318B的入口346B以流体连通方式耦合。复热器318B的出口348B与复热器318A的入口346A以流体连通方式耦合。
复热器318A的出口348A与冷却器28的入口52以及压缩机314B的入口334B以流体连通方式耦合。这样，压缩机314A和压缩机314B并行压缩超临界流体16。根据特定应用的需要，可以确定到压缩机314A的超临界流体16的流量与到压缩机314B的超临界流体16的流量的比率。
关于电功率产生系统309(包括部分负载控制系统100)的其它细节与上述那些关于电功率产生系统9(图1)(包括部分负载控制系统100)的细节是相同的，并且不需要为理解而重复。应当理解，根据特定应用的需要，类似于电功率产生系统9(图1)，电功率产生系统309可以包括一个以上的膨胀器26和一个以上的电功率产生器27。
现在，已经讨论了说明性电功率产生系统309及其部件，将在下面参照图9讨论电功率产生系统309的实施方式的操作。
另外参照图9，针对诸如由电功率产生系统309所执行的循环之类简单的再压缩循环，将熵(Kj/kg-K)相对于温度(度K)作图。在下面的讨论中，在图9中所示的热力循环的阶段都被映射到可以实现与之相关联的阶段的电功率产生系统309的相应的部件。做出字母标号(在图8和图9中所示)以将在图9所示的循环的阶段与图8所示的相关的部件相关联。
图9绘出了沿x轴的熵(以Kj/kg-K为单位)与沿y轴的温度(以度K为单位)的关系曲线400。应当理解，仅通过示意的方式而非限制性的方式给出熵和温度的值。应当进一步理解，根据特定用途的需要，熵和温度的值会受可以被或可以不被提供给模块化功率基础设施网络中的其它模块(图3和4中未示出)的超临界流体16的量的影响。
现在参考图8和9，在点A与B之间，以及在点A’与B’之间，在接近基本上等熵过程中超临界流体16的温度被升高，因为在压缩机314A和压缩机314B中的超临界流体16的压力分别被升高(近似于公知的关系PV＝nRT)。在点B和B’之间，在复热器318A的入口342A和复热器318A的出口344A之间，超临界流体16的温度和焓被升高。在点B’与C之间，在复热器318B的入口342B和复热器318B的出口344B之间，超临界流体16的温度和焓被升高。在点C和D之间，在出口通路20和入口通路24之间，超临界流体16的温度和焓通过热源(例如热输入模块22)被升高。在点D与E之间，因为超临界流体16膨胀并且在膨胀器26中其压力相应降低，因此在接近基本上等熵过程中，超临界流体16的温度和焓被降低。在点E和F’之间，在复热器318B的入口346B和复热器318B的出口348B之间，超临界流体16的温度和焓被降低。在点F’与F之间，在复热器318A的入口346A和复热器318A的出口348A之间，超临界流体16的温度和焓被降低。在点F与A之间，超临界流体16的温度和焓通过冷却器28进一步被降低。
还应当理解，如图9所示，在一些实施方式中，在图9所示的热力循环的所有阶段期间，超临界流体16可以保持在超临界状态。然而，应当理解，在沿曲线400所示的过程期间的一个或多个点，可以存在并非超临界状态的状态。然而，为了简单起见，只参照超临界流体16而非参照具有不是超临界流体的属性的一个或多个属性的流体。
此外，由于压缩机入口334A和334B的压力被降低(在非限制性实施方式中，从8000千帕至5000千帕)由T-S曲线所指示的总功率循环保持相同的形状，但将被转换为右侧(从点A到点A1)，从而使所有的部件的温度能保持非常接近其原来的(全功率)的温度。
再压缩恢复布雷顿循环
现在参考图10和11，在另一个实施方式中，说明性电功率产生系统1009适当地实现再压缩恢复布雷顿循环。应当理解，电功率产生系统1009和电功率产生系统9(图1)共享上面已经讨论的许多通用的部件。为简洁起见，将不再重复关于对电功率产生系统1009和电功率产生系统9(图1)是通用的部件的细节。相同的标号将用于指代对电功率产生系统1009和电功率产生系统9(图1)通用的部件。
在说明性实施方式中，电功率产生系统1009适当地实现再压缩恢复布雷顿循环。鉴于概述的方式，压缩机1014A被构造成压缩超临界流体16。复热器1018A被构造成加热来自压缩机1014A的压缩的超临界流体16。压缩机1014B被构造成压缩从复热器1018A接收的超临界流体16。复热器1018B被构造成加热来自压缩机1014B的压缩的超临界流体16。出口通路20被构造成将加热的压缩的超临界流体16从复热器1018B提供到热源，热源如热输入模块22。入口通路24被构造成提供来自热源(如热输入模块22)的加热的压缩的超临界流体16。膨胀器26被耦合以接收来自热源22的加热的压缩的超临界流体16，并构造成将超临界流体16的焓的下降转换为机械能。电功率产生器27能操作地耦合到膨胀器26。冷却器28被构造成冷却来自复热器1018A的膨胀的超临界流体16并提供冷却的超临界流体16到压缩机1014A。在一些实施方式中，如果需要，至少一个超临界流体供应通路30可以被构造成供应来自超临界功率模块1012中的超临界流体16，至少一个超临界流体返回通路32可以被构造成将超临界流体16返回到超临界功率模块1012。
应该理解的是，根据特定应用的需要，压缩机1014A和压缩机1014B可以与压缩机14(图1)相同，或基本相似。压缩机1014A具有入口1034A和出口1036A，并且压缩机1014B具有入口1034B和出口1036B。压缩机1014A和压缩机1014B以与上面就压缩机14所讨论的方式相同的方式适当地用轴38能操作地连接到膨胀器26(图1)。
还应该理解的是，根据特定应用的需要，复热器1018A和复热器1018B可以与复热器18(图1)相同，或基本相似。复热器1018A具有在复热器1018A的热交换器的一侧上的入口1042A和出口1044A，和在复热器1018A的热交换器的另一侧上的入口1046A和出口1048A。复热器1018B具有在复热器1018B的热交换器的一侧上的入口1042B和出口1044B，和在复热器1018B的热交换器的另一侧上的入口1046B和出口1048B。
复热器1018A的入口1042A与压缩机1014A的出口1036A以流体连通方式耦合。复热器1018A的出口1044A和压缩机1014B的入口1034B以流体连通方式耦合。压缩机1014B的出口1036B与复热器1018B的入口1042B以流体连通方式耦合。出口通路20与复热器1018B的出口1044B以流体连通方式耦合。膨胀器26的出口50与复热器1018B的入口1046B以流体连通方式耦合。复热器1018B的出口1048B与复热器1018A的入口1046A以流体连通方式耦合。
复热器1018A的出口1048A与冷却器28的入口52以流体连通方式耦合。这样，压缩机1014A和压缩机1014B串联压缩超临界流体16。复热器1018A加热离开压缩机1014A的超临界流体并冷却离开复热器1018B的出口1048B的膨胀的超临界流体。
关于电功率产生系统1009(包括部分负载控制系统100)的其它细节与上述那些关于电功率产生系统9(图1)(包括部分负载控制系统100)的细节是相同的，并且不需要为理解而重复。应当理解，根据特定应用的需要，类似于电功率产生系统9(图1)，电功率产生系统1009可以包括一个以上的膨胀器26和一个以上的电功率产生器27。
现在，已经讨论了说明性电功率产生系统1009及其部件，将在下面参照图9讨论电功率产生系统1009的实施方式的操作。
另外参照图11，针对诸如由电功率产生系统1009所执行的循环之类的简单的压缩器恢复循环，将熵(Kj/kg-K)相对于温度(度K)作图。在下面的讨论中，在图11中所示的热力循环的阶段都被映射到可以实现与之相关联的阶段的电功率产生系统1009的相应的部件。做出字母标号(在图10和图11中所示)以将在图11所示的循环的阶段与图10所示的相关的部件相关联。
图11绘出了沿x轴的熵(以Kj/kg-K为单位)与沿y轴的温度(以度K为单位)的关系曲线2000。应当理解，仅通过示意的方式而非限制性的方式给出熵和温度的值。应当进一步理解，根据特定用途的需要，熵和温度的值会受可以被或可以不被提供给模块化功率基础设施网络中的其它模块(图10和11中未示出)的超临界流体16的量的影响。
现在参考图10和11，在点A与B之间，在接近基本上等熵过程中超临界流体16的温度被升高，因为在压缩机1014A中的超临界流体16的压力被升高(近似于公知的关系PV＝nRT)。在点B和A’之间，在复热器1018A的入口1042A和复热器1018A的出口1044A之间，超临界流体16的温度和焓被升高。在点A’和B’之间，在接近基本上等熵过程中，超临界流体16的温度被升高，因为在压缩机1014B中超临界流体16的压力被升高(近似于公知的关系PV＝nRT))。在点B’与C之间，在复热器1018B的入口1042B和复热器1018B的出口1044B之间，超临界流体16的温度和焓被升高。在点C和D之间，在出口通路20和入口通路24之间，超临界流体16的温度和焓通过热源(例如热输入模块22)被升高。在点D与E之间，因为超临界流体16膨胀并且在膨胀器26中其压力相应降低，因此在接近基本上等熵过程中超临界流体16的温度和焓被降低。在点E和F’之间，在复热器1018B的入口1046B和复热器1018B的出口1048B之间，超临界流体16的温度和焓被降低。在点F’与F之间，在复热器1018A的入口1046A和复热器1018A的出口1048A之间，超临界流体16的温度和焓被降低。在点F与A之间，超临界流体16的温度和焓通过冷却器28进一步被降低。
还应当理解，如图11所示，在一些实施方式中，在图11所示的热力循环的所有阶段期间，超临界流体16可以保持在超临界状态。然而，应当理解，在沿曲线2000所示的过程期间的一个或多个点，可以存在并非超临界状态的状态。然而，为了简单起见，只参照超临界流体16而非参照具有不是超临界流体的属性的一个或多个属性的流体。
如以上所讨论的，在各种实施方式中，复热器1018A将留在离开复热器1018B的膨胀(较低压)的超临界流体16中的热量传输到进入压缩机1014B的更高压力的超临界流体16。另外，复热器1018B将热量从膨胀的超临界流体16传输到离开压缩机1014B的超临界流体16。因此，离开复热器1018B的膨胀的超临界流体16的温度被降低(相对于简单恢复)且进入复热器1018B的压缩的超临界流体16的温度被升高。相对于简单恢复，这些说明性实施方式可以有助于导致较低的平均散热温度和更大量的恢复热，这相比于简单恢复功率循环可以有助于提高平均热加成温度。。
此外，由于压缩机入口1034A的压力被降低(在非限制性实施方式中，从8000千帕至5000千帕)由T-S曲线所指示的总功率循环保持相同的形状，但将被转换为右侧(从点A到点A1)，从而使所有的部件的温度能保持非常接近其原来的(全功率)的温度。
模块化功率基础设施网络的其它模块
现在，已经讨论了可通过超临界功率模块的实施方式实现的说明性热力学循环，将讨论可以根据需要包括在模块化功率基础设施网络的实施方式中的另外的模块。应当理解，其它模块可以根据需要被包括在模块化功率基础设施网络的任何实施方式中，而不管超临界功率模块内实现的热力循环如何。下面描述的其它模块可以帮助根据需要配置模块化功率基础设施网络的不同的实施方式以执行各种功能。还应理解的是，通过包括如所期望的其它模块重新配置模块化功率基础设施网络的各种实施方式的能力可以有助于促进模块化功率基础设施网络的模块化。
现在参考图1、8、10和12，模块化功率基础设施网络的各种实施方式可包括一个或多个散热模块600。在这样的实施方式中，散热模块600允许来自从超临界功率模块(无论在其中实现的热力循环如何)的实施方式供应的超临界流体16的热量传输到散热器(未示出)，该散热器具有低于供应至散热模块600的超临界流体16的温度的整体温度。举非限制性示例而言，来自从超临界功率模块的实施方式供应的超临界流体16的热量到散热器的传输对于帮助提高超临界流体16的泵吸或压缩的效率会是合乎期望的。为此，来自从超临界功率模块的实施方式供应的超临界流体16的热量到散热器的传输降低了超临界流体16的焓，由此提高超临界流体16的密度，这可以有助于提高超临界流体16的泵吸或压缩的效率。
散热模块600的实施方式包括至少一个散热热交换器602。根据特定应用的需要，散热热交换器602可以是任何合适类型的热交换器。在一些实施方式中，简单地来自从超临界功率模块的实施方式提供的超临界流体16的热传输到散热器可能是期望的。在一些这样的情况下，散热器可以是具有低于超临界流体16的温度的整体温度的像大的水体(如湖泊，河流，海洋等)这样的贮存器，而散热热交换器602可以是任何可接受的热交换器，如管壳式热交换器、印刷电路热交换器、等等。在其它这样的情况下，散热器可以是环境空气，散热热交换器602可以是构造成提供用于蒸发冷却的任何可接受的热交换器(诸如，例如，构造成喷射液体到冷却盘管的热交换器)。在另一些这样的情况下，散热热交换器602可以是辐射器，在辐射器中散热器是吹过线圈的环境空气，超临界流体16流过该线圈。
在一些其它实施方式中，散热器可以是流体的贮存器，其具有的整体温度低于超临界流体16的温度，为所期望的目的，向其中传输来自超临界流体16的热量并提高整体温度是合乎期望的。在这样的情况下，举非限制性实施例而言，所述超临界功率模块(无论在其中实现的热力循环如何)的实施方式可以是能够提供在其中另外未使用的热量以服务要求热输入的外部系统的，热输入例如但不限于区域供热，住宅供热，商业供热，工业加热，结构加热，工艺加热，等等。
每个来往于散热热交换器602的两侧的供应和返回管线可包括隔离阀604。在一些实施方式中，如果需要，散热模块600和其它模块之间的连接件，如那些在超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32的端部的连接件，可以用“快速断开”型接头制成，从而有助于促进模块化功率基础设施网络的模块化。另外，如果需要，在一些实施方式中，来自散热热交换器602的超临界流体16可以根据需要被提供到用于加热的任何其它合适的模块(并最终返回到超临界流体返回通路32)，而不是被直接返回到超临界流体返回通路32。
现在参考图1、8、10和13，模块化功率基础设施网络的各种实施方式可包括一个或多个处理模块700。在这些实施方式中，处理模块700允许来自由热源(未示出)供应的流体的热量传输到由超临界功率模块(无论在其中实现的热力循环如何)的实施方式所提供的超临界流体16，从而冷却由热源供应的流体。
处理模块700的实施方式包括至少一个膨胀装置702(例如但不限于膨胀阀等等)和至少一个处理热交换器704。根据特定应用的需要，处理热交换器704可以是任何合适类型的热交换器，如管壳式热交换器、印刷电路热交换器，等等。膨胀装置702使超临界流体16膨胀，从而降低压力并导致焓的下降(和所导致的温度的下降)。在处理热交换器704中，热从由热源供应的流体(以及具有整体温度高于已经通过膨胀装置702膨胀的超临界流体16的温度)传输到已经通过膨胀装置702膨胀的超临界流体16。
根据特定应用的需要，处理模块700可以用于提供来自任何适当的热源的流体的冷却，例如但不限于计算设备、HVAC系统、工艺冷却、建筑和结构的冷却，等。
每个来往于处理热交换器704的两侧的供应和返回管线可包括隔离阀706。在一些实施方式中，如果需要，处理模块700和其它模块之间的连接件，如那些在超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32的端部的连接件，可以用“快速断开”型接头制成，从而促进模块化功率基础设施网络的模块化。另外，如果需要，在一些实施方式中，来自处理热交换器704的超临界流体16可以根据需要被提供到用于冷却的任何其它合适的模块(并最终返回到超临界流体返回通路32)，而不是被直接返回到超临界流体返回通路32。
现在参考图1、8、10和13，模块化功率基础设施网络的各种实施方式可以包括一个或多个做功模块800。在这样的实施方式中，根据特定应用的需要，做功模块800包括至少一个热机械做功装置802，转换从超临界功率模块(无论在其中实现的热力循环如何)的实施方式提供的超临界流体16的能量成机械做功或电气做功。
在一些实施方式中并且通过非限制性示例的方式给出，做功模块800提供旋转机械能形式的机械做功可能是合乎期望的。在这样的实施方式中，热机械做功装置802可以包括膨胀器(例如涡轮机)，其使超临界流体16膨胀，并将在超临界流体16的焓的下降转换为旋转机械能。以举例的方式而不是限制的方式给出，合适的涡轮机可以包括涡轮膨胀器、膨胀涡轮机、离心涡轮机、轴流式涡轮机和/或类似物。以非限制性示例的方式给出，在这种情况下，热机械做功装置802可以旋转地驱动利用合适的轴或任何合适的齿轮装置耦合到所述热机械做功装置802(在此情况下，往复式发动机)的钻头以根据需要应用于诸如但不限于采矿、建筑、化石燃料勘探、化石燃料提取、工业或商业应用等等。通过另一非限制性示例的方式给出，根据工业或商业应用的需要，热机械做功装置802可旋转地驱动端部执行器，诸如缓冲器等。不论由热机械做功装置802提供的转动机械能是否用于旋转地驱动如上所讨论的与其连接的任何合适的机械做功装置，在一些实施方式中，热机械做功装置802都可根据需要旋转地驱动一个或多个合适的电功率发电机，从而产生电能。
在一些其它实施方式中，并且通过非限制性示例的方式给出，做功模块800提供以轴向机械能形式的机械做功可能是合乎期望的。在这样的实施方式中，热机械做功装置802可以包括膨胀器(如往复式发动机)，其使超临界流体16膨胀，并将超临界流体16的焓的下降转换为轴向机械能。以非限制性示例的方式给出，在这种情况下，热机械做功装置802可以轴向地驱动被适当地耦合到所述热机械做功装置802(在此情况下，往复式发动机)的锤或打桩机刀头，以根据需要，用于诸如但不限于采矿、建筑、化石燃料勘探、化石燃料提取、工业或商业应用等等应用。不论由热机械做功装置802提供的轴向机械能是否用于轴向驱动如上所讨论的与其连接的任何合适的机械做功装置，在一些实施方式中，热机械做功装置802都可以根据需要轴向地驱动一个或多个合适的电功率发电机，从而产生电能。
在一些实施方式中，做功模块800提供旋转机械能和轴向机械能的形式的机械做功可能是合乎期望的。在这样的实施方式中，至少一个热机械做功装置802可以包括诸如如上面所讨论的涡轮机之类的膨胀器，其使超临界流体16膨胀并将超临界流体16的焓的下降转换为旋转机械能，以及如往复式发动机之类的膨胀器，其使超临界流体16膨胀并将超临界流体16的焓的下降转换为轴向机械能。以举例的方式而不是限制性的方式给出，这样的说明性热机械做功装置802(或热机械做功装置802)可用于轴向和转动地驱动结合的锤/钻。不论由热机械做功装置802提供的轴向和转动的机械能是否用于轴向驱动如上所讨论的与其连接的任何合适的机械做功装置，在一些实施方式中，热机械做功装置802都可以根据需要轴向地驱动一个或多个合适的电功率发电机和/或可旋转地驱动一个或多个合适的电功率发电机，从而产生电能。
不管做功模块800是否提供任何合适的机械做功，在各种实施方式中，一个或多个热机械做功装置802都可以包括一个或多个热电发电机。在这种情况下，热电发电机利用称为“塞贝克效应”(或“热电效应”)的现象将来自超临界流体16的热能直接转换成电能。
每个来往于热机械做功装置802的供应和返回管线可以包括隔离阀804。在一些实施方式中，如果需要，做功模块800和其它模块之间的连接件，如那些在超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32的端部的连接件，可以用“快速断开”型接头制成，从而有助于促进模块化功率基础设施网络的模块化。另外，如果需要，在一些实施方式中，来自热机械做功设备802的超临界流体16可以根据需要被提供到用于加热、冷却或转换以做功的任何其它合适的模块(并最终返回到超临界流体返回通路32)，而不是被直接返回到超临界流体返回通路32。
在模块化功率基础设施网络的各种实施方式中，各种模块可根据特定应用的需要相结合。应当理解，可以不考虑由超临界功率模块实现的热力循环进行这样的组合。
为此目的，并且现在参照图15，在一些实施方式中，说明性的模块化功率基础设施网络10、130、1010可包括至少一个超临界功率模块12、312、1012，经由出口通路20和入口通路24与至少一个超临界功率模块12、312以流体连通方式耦合的至少一个热输入模块22，以及经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12312、1012以流体连通方式耦合的至少一个散热模块600。根据特定应用的需要，这样的实施方式可以提供组合的加热和功率(“CHP”)。
现在参考图16，在一些实施方式中，说明性的模块化功率基础设施网络10、130、1010可包括至少一个超临界功率模块12、312、1012，经由出口通路20和入口通路24与至少一个超临界功率模块12以流体连通方式耦合的至少一个热输入模块22，以及经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个处理模块700。根据特定应用的需要，这样的实施方式可以提供组合的冷却和功率(“CCP”)。
现在参考图17，在一些实施方式中，说明性的模块化功率基础设施网络10、130、1010可包括至少一个超临界功率模块12、312、1012，经由出口通路20和入口通路24与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个热输入模块22，以及经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个做功模块800。
现在参考图18，在一些实施方式中，说明性的模块化功率基础设施网络10、130、1010可包括至少一个超临界功率模块12、312、1012，经由出口通路20和入口通路24与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个热输入模块22，经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个散热模块600，以及经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个做功模块800。根据特定应用的需要，这样的实施方式可以提供CHP。
现在参考图19，在一些实施方式中，说明性的模块化功率基础设施网络10、130、1010可包括至少一个超临界功率模块12、312、1012，经由出口通路20和入口通路24与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个热输入模块22，经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个处理模块700，以及经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个做功模块800。根据特定应用的需要，这样的实施方式可以提供CCP。
现在参考图20，在一些实施方式中，说明性的模块化功率基础设施网络10、130、1010可包括至少一个超临界功率模块12、312、1012，经由出口通路20和入口通路24与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个热输入模块22，经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个散热模块600，经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个处理模块700。根据特定应用的需要，这样的实施方式可以提供结合的加热、冷却和功率(“CHCP”)。
现在参考图21，在一些实施方式中，说明性的模块化功率基础设施网络10、130、1010可包括至少一个超临界功率模块12、312、1012，经由出口通路20和入口通路24与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个热输入模块22，经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个散热模块600，以及经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个处理模块700，以及经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与至少一个超临界功率模块12、312、1012以流体连通方式耦合的至少一个做功模块800。根据特定应用的需要，这样的实施方式可以提供CHCP。
现在参考图22-24，应当理解，模块化功率基础设施网络10、130、1010的实施方式可以提供分布式电功率产生和/或分布式电功率网基础设施(无论任何的超临界功率模块10、130、1010中实施的热力循环如何)(以下统称为“分布式电功率基础设施网络”)。说明性的分布式电功率基础设施网络可以包括至少一个热输入模块22和两个或更多个超临界功率模块10、130、1010(无论在其中实现的热力学循环如何)，每个超临界功率模块10、130、1010包括至少一个电功率产生器27(在图22-24中未示出)。分布式电功率基础设施网络的实施方式可以产生和分配针对应用的电功率，所述应用包括但不限于电网规模的电力公共设施、当地公共设施、微电网、计算设施和设备、电机、矿山、军事基地、远程电力、交通运输设备、电池、飞轮等。
应当理解，在分布式电功率基础设施网络的各种实施方式中，超临界流体可以根据需要被加热和分配。作为一个非限制性的例子，并如图22所示，每个热输入模块22可经由出口通路20和入口通路24与相关的超临界功率模块10、130、1010以流体连通方式直接耦合。作为另一个非限制性的例子，并如图23所述，一个热输入模块22可经由出口通路20和入口通路24与一个以上的超临界功率模块10、130、1010以流体连通方式直接耦合。作为另一个非限制性的例子并如图24所示，一个热输入模块22可经由出口通路20和入口通路24与一个超临界功率模块10、130、1010以流体连通方式直接耦合，这继而可以经由超临界流体供应通路30和超临界流体返回通路32与另一个超临界功率模块10、130、1010以流体连通方式直接耦合。还应当认识到，尽管在图22-24中未示出，但根据特定应用的需要，分布式电功率基础设施网络的实施方式可包括任何一个或多个散热模块600、处理模块700和/或做功模块800。
说明性方法
现在，已经讨论了电功率产生系统、模块化功率基础设施网络和分布式电功率基础设施网络的说明性实施方式，说明性的方法将通过非限制性示例的方式进行讨论。所述方法的实施方式可以结合上面公开的电功率产生系统9、309和1009的实施方式使用。上面公开的电功率产生系统9、309和1009的细节已经如上所述，通过引用被并入，并且为了说明性方法的实施方式的理解不需要被重复。
下面是一系列描绘代表性实施方式的流程图。为了易于理解，流程图被组织为使得初始的流程图通过示例性实施方案来呈现实施方案，此后以下的流程图将其它(例如，替代)实施方案和/或初始流程图的扩展呈现为建立在一个或多个较早呈现的流程图上的子组件的操作或额外的组件操作。本领域技术人员将理解，本文所用演示的形式(例如，用呈现示例性实施方案的流程图的演示开始，此后提供后续的流程图的补充和/或进一步的细节)一般使得各种处理实施方案能被快速和容易理解。此外，本领域的技术人员将进一步理解，本文所用的演示的形式也使其本身非常适用于模块化和/或面向对象的程序设计范例。
现在参考图25A，在一个实施方式中，提供了一种用于控制电功率产生器的部分负载的说明性方法2500。在框2502，方法2500开始。在框2504，用具有入口和出口的至少第一压缩机压缩超临界流体，所述第一压缩机具有第一入口压力。在框2506，用膨胀器使超临界流体膨胀并将超临界流体的焓的下降转换为机械能，所述膨胀器具有耦合以接收压缩的超临界流体的入口并具有出口。在框2508，用耦合到膨胀器的电功率产生器以第一电功率输出电平产生电。在框2510，使压缩机入口压力与电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联。在框2512，响应于压缩机的入口压力与电功率产生器的要求的第二电功率输出电平之间建立的关联，压缩机入口压力被控制成第二压缩机入口压力。在框2514，响应于压缩机入口压力被控制成第二压缩机入口压力，以第二电功率输出电平产生电。在框2514，方法2500结束。
另外参照图25B，在一些实施方式中，在框2510，使压缩机入口压力与电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联可以包括在框2518访问具有包括与电功率产生器的电功率输出相关联的压缩机入口压力的条目的查找表。
参照图25C，在一些实施方式中，在框2510，使压缩机入口压力与电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联可以包括对在框2520输入压缩机入口压力与电功率产生器的要求的电功率输出的关系曲线的拟合(例如，曲线拟合)。
参照图25D，在一些实施方式中，在框2512，响应于压缩机入口压力与电功率产生器的要求的第二电功率输出电平之间的关联性，压缩机入口压力被控制成第二压缩机入口压力可以包括在框2522响应于将压缩机入口压力与电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联，将贮存器与在所述压缩机出口与所述膨胀器入口之间和在所述膨胀器出口与所述压缩机入口之间流体连通的超临界流体能操作地耦合。
参照图25E，在一些实施方式中，在框2512，响应于压缩机入口压力与电功率产生器的要求的第二电功率输出电平之间的关联性，压缩机入口压力被控制成第二压缩机入口压力可以进一步包括在框2524，响应于将压缩机入口压力与电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联执行从下列操作中选择的至少一种操作：将超临界流体从所述压缩机出口和所述膨胀器入口之间的管部件输送到所述贮存器以及将超临界流体从所述贮存器输送到所述膨胀器出口和所述压缩机入口之间的管部件。
参考图25F，在一些实施方式中，在框2526，在贮存器中的超临界流体的温度可被改变。
下面同时提交的美国申请通过引用并入本文：名称为“MODULAR POWERINFRASTRUCTURE NETWORK,AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”的美国专利申请号13/843,033(代理人案号No.87255.8001US1)和名称为“THERMODYNAMIC CYCLE WITHCOMPRESSOR RECUPERATION,AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS”的美国专利申请号13/843,517(代理人案号87255.8003US)。
在本说明书中引用的和/或在任何申请数据表中列出的所有上述美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开，在此通过参考引入本文，只要与本发明没有不一致。
对于本文基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以从复数转换到单数和/或从单数转换到复数，只要适合于上下文和/或应用。为清楚起见，未清楚阐述各种单数/复数变换。
此处所描述的主题有时表明包含在不同的其它部件中或与不同的其它部件连接的不同的部件。但是应当理解，这样描绘的架构仅仅是示例性的，并且事实上实现相同的功能的许多其它体系结构可以被实现。在概念意义上，以实现相同的功能的部件的任何合适的布置被有效地“关联”，使得实现期望的功能。因此，这里组合以实现特定功能的任何两个部件可以被看作是彼此“相关联”，使得实现期望的功能，而不管架构或中间部件。同样，如此关联的任何两个部件也可以被视为彼此“能操作地连接”，或彼此“能操作地耦合”，以实现期望的功能，并且能够被如此关联的任何两个部件也可以被视为彼此“能操作地耦接”，以实现期望的功能。能操作地耦接的具体实例包括但不限于物理上可配对和/或物理上相互作用的部件，和/或无线地可相互作用的，和/或无线地相互作用的部件，和/或逻辑上相互作用和/或逻辑上可相互作用的部件。
在一些情况下，在本文中一个或多个部件可以称为“配置成”、“由...配置”、“可配置为”、“能操作/操作为”、“适于/可适于”、“能够”、“可符合/符合”等。本领域技术人员会认识到，这样的术语(例如“配置成”)一般可以包括活动状态的部件和/或不活动状态的部件和/或待机状态的部件，除非上下文另有要求。
尽管已经示出和描述了本文所描述的本主题的特定方面，但显而易见的是，在不脱离本文所描述的主题和其更宽的方面的条件下，本领域技术人员基于本文的教导可以做出变化和修改，因此，所附的权利要求在其范围内涵盖在本文中所描述的主题的真实精神和范围内的所有这些变化和修改。本领域技术人员将理解，通常地，本文中使用的术语并且特别是在所附的权利要求(例如，所附权利要求书的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放式”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”，等等)。本领域技术人员还将理解，如果有意引入权利要求陈述的特定数量，则这样的意图将在权利要求被明确地陈述，并且在不存在这样的陈述的情况下不存在这样的意图。例如，作为对理解的帮助，下面的所附权利要求可包含引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的用法，以引入权利要求陈述。然而，使用这样的短语不应被理解为意味着，通过不定冠词“一”或“一个”引入的权利要求陈述限定含有这样引入的权利要求陈述的任何特定权利要求为仅包含一个这种陈述的权利要求，即使当相同的权利要求包括引导短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词例如“一”或“一个”时(例如，“一”和/或“一个”通常应被解释为是指“至少一个“或”一个或多个”)也如此；这同样适用于使用用于引入权利要求陈述的定冠词。此外，即使所引入的权利要求陈述的特定数量被明确记载，本领域的技术人员将认识到，这样的陈述应通常被解释为意指至少所列举的数量(例如，没有其它修饰语的无修饰的陈述“两个陈述”通常意指至少两个陈述或两个或更多个陈述)。此外，在类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用语被使用的情况下，通常这样的结构在使本领域技术人员将理解该惯用语(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不局限于具有单独的A，单独的B，单独的C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，和/或A，B和C一起等的系统)的意义上使用。在类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用语被使用的情况下，通常这样的结构在使本领域技术人员将理解该惯用语(如，“具有A、B或C中的至少一个”将包括但不局限于具有单独的A，单独的B，单独的C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，和/或A、B和C一起等的系统)的意义上使用。本领域技术人员还将理解，无论在说明书、权利要求书或附图中的通常表示两个或多个可选术语的转折词和/或短语应该被理解为设想包括术语中的一个，术语中两者择一或术语两者的可能性，除非上下文另有规定。例如，短语“A或B”将通常被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
对于所附权利要求书，本领域的技术人员将理解本文列举的操作通常可以任何适当的顺序来执行。此外，虽然在序列中呈现各种操作流程，但是应当理解，各种操作可以与那些示出的顺序不同的顺序来执行，或可同时执行。这种替代的顺序的例子可包括重叠的、交错的、中断的、重新排序的、递增的、预备的、补充的、同时的、反转的或其它变化的顺序，除非上下文另外指示。此外，术语如“响应于”、“涉及到”或其它过去时态的形容词通常不意图排除这样的变化，除非上下文另有规定。
本领域的技术人员将理解，前面的具体的示例性方法和/或装置和/或技术都代表在本文其它地方教导的更一般性的方法和/或装置和/或技术，如在这里提交的权利要求中的和/或在本发明的其它地方的方法和/或装置和/或技术。
虽然各种方面和实施方式已在此公开，但对那些本领域技术人员而言其它方面和实施方式将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施方式是为了说明的目的，并且不旨在进行限制，真正的范围和精神由以下的权利要求表明。

Claims (27)

1.一种用于控制电功率产生器的部分负载的部分负载控制系统，所述电功率产生器是电功率产生系统的一部分，所述电功率产生系统使用超临界流体能操作地执行热力循环并且包括(a)至少第一压缩机，所述第一压缩机具有入口和出口并被构造成压缩超临界流体，以及(b)膨胀器，所述膨胀器具有耦合以接收压缩的超临界流体的入口、出口、并被构造成将超临界流体的焓的下降转换成机械能，所述膨胀器耦合到所述电功率产生器，所述部分负载控制系统包括：
计算机控制器系统，其能操作地耦合到所述电功率产生器并被编程为直接响应于所述电功率产生器的要求的电功率输出的电平来控制压缩机入口压力；以及
贮存器，其具有超临界流体，且所述贮存器响应于所述计算机控制器系统将超临界流体加入到所述电功率产生系统或从所述电功率产生系统排出超临界流体，所述贮存器在所述压缩机出口和所述膨胀器入口之间以及在所述膨胀器出口和所述压缩机入口之间与所述电功率产生系统流体连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机控制器系统包括被编程为将压缩机入口压力与电功率产生器的要求的电功率输出相关联的计算机处理部件。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述计算机处理部件被编程为执行具有包括与电功率产生器的电功率输出相关联的压缩机入口压力以及对压缩机入口压力与电功率产生器的要求的电功率输出的关系曲线的拟合的条目的查找表中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机控制器系统被配置为监测多个参数，所述参数包括：
在压缩机出口和膨胀器入口之间以及在膨胀器出口和压缩机入口之间，在所述贮存器中的超临界流体的温度；
在压缩机出口和膨胀器入口之间以及在膨胀器出口和压缩机入口之间，在所述贮存器中的超临界流体的压力；
电功率产生器的要求的电功率输出；以及
来自电功率产生器的实际电功率输出。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述贮存器包括设置于其中的热交换器，所述热交换器响应于所述控制器系统是能操作的。
6.一种用于控制电功率产生器的部分负载的系统，其包括：
电功率产生系统，其使用超临界流体能操作地执行热力循环，所述电功率产生系统包括：
至少一个压缩机，其具有入口和出口并构造成压缩超临界流体；
膨胀器，其具有耦合以接收压缩的超临界流体的入口、具有出口、并被构造成将超临界流体的焓的下降转换成机械能；以及
所述电功率产生器，其耦合到所述膨胀器；以及
部分负载控制系统，其配置成控制所述电功率产生器的部分负载，所述部分负载控制系统包括：
计算机控制器系统，其能操作地耦合到所述电功率产生器以直接响应于所述电功率产生器的要求的电功率输出的电平来控制压缩机入口压力；以及
具有超临界流体的贮存器，所述贮存器响应于所述计算机控制器系统将超临界流体加入到所述电功率产生系统或从所述电功率产生系统排出超临界流体，所述贮存器在所述压缩机出口和所述膨胀器入口之间以及在所述膨胀器出口和所述压缩机入口之间与所述至少一个压缩机和所述膨胀器流体连通。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述计算机控制器系统包括被编程为将压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的电功率输出相关联的计算机处理部件。
8.根据权利要求7所述的系统，所述计算机处理部件被编程为执行具有包括与电功率产生器的电功率输出相关联的压缩机入口压力以及对压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的电功率输出的关系曲线的拟合的条目的查找表中的至少一个。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述计算机控制器系统被编程为监测多个参数，所述参数包括：
在所述压缩机出口和所述膨胀器入口之间以及在所述膨胀器出口和所述压缩机入口之间，在所述贮存器中的超临界流体的温度；
在所述压缩机出口和所述膨胀器入口之间以及在所述膨胀器出口和所述压缩机入口之间，在所述贮存器中的超临界流体的压力；
所述电功率产生器的要求的电功率输出；以及
来自所述电功率产生器的实际电功率输出。
10.根据权利要求6所述的系统，其中：
所述压缩机入口具有第一压力以及所述压缩机出口具有大于所述第一压力的第二压力；以及
所述贮存器具有在所述第一压力和所述第二压力之间的第三压力。
11.根据权利要求6所述的系统，其中，所述部分负载控制系统包括设置在所述贮存器与在所述压缩机出口和所述膨胀器入口之间的管部件之间的第一隔离阀，以及设置在所述贮存器与在所述压缩机出口和所述膨胀器入口之间的管部件之间的第二隔离阀，所述第一隔离阀和所述第二隔离阀响应于所述计算机控制器系统能操作。
12.根据权利要求11所述的系统，其还包括构造成冷却来自所述膨胀器的膨胀的超临界流体并提供冷却的超临界流体到所述压缩机的冷却器，并且其中所述第二隔离阀被设置在所述贮存器与耦合到所述冷却器的入口的管部件之间。
13.根据权利要求6所述的系统，其中，所述贮存器包括设置于其中的热交换器，所述热交换器响应于所述计算机控制器系统能操作。
14.根据权利要求6所述的系统，其中：
所述至少一个压缩机包括：
第一压缩机，所述第一压缩机被构造成压缩超临界流体，并且其中所述入口是第一入口，所述出口是第一出口；以及
第二压缩机，所述第二压缩机被构造成压缩超临界流体，并且具有与所述第一入口并行耦合的第二入口，并且还具有第二出口；以及其中
所述计算机控制器系统被配置成响应于来自所述电功率产生器要求的所述电功率输出的所述电平来控制所述第一压缩机和所述第二压缩机的入口压力。
15.根据权利要求6所述的系统，其中：
所述至少一个压缩机包括：
第一压缩机，所述第一压缩机被构造成压缩超临界流体，并且其中所述入口是第一入口，所述出口是第一出口；以及
第二压缩机，所述第二压缩机被构造成压缩超临界流体并且具有与所述第一出口以流体连通方式耦合的第二入口并且还具有第二出口；以及其中
所述计算机控制器系统被编程为响应于来自所述电功率产生器的电功率输出的所述电平来控制所述第一压缩机的入口压力。
16.一种控制电功率产生器的部分负载的方法，所述方法包括：
用具有入口和出口的至少第一压缩机压缩超临界流体，所述压缩机具有第一入口压力；
用膨胀器使超临界流体膨胀并将超临界流体的焓的下降转换成机械能，所述膨胀器具有耦合以接收压缩的超临界流体的入口并具有出口；
用耦合到所述膨胀器的电功率产生器以第一电功率输出电平产生电；
将压缩机入口压力直接与所述电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联；
直接响应于将压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联，将压缩机入口压力控制成第二压缩机入口压力；以及
直接响应于将压缩机入口压力控制成所述第二压缩机入口压力，以第二电功率输出电平产生电。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的所述第二电功率输出电平相关联包括访问具有包括与电功率产生器的电功率输出相关联的压缩机入口压力的条目的查找表。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，将压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联包括对输入压缩机入口压力与电功率产生器的要求的电功率输出的关系曲线的拟合。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，将压缩机入口压力控制成所述第二压缩机入口压力包括响应于将所述压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的所述第二电功率输出电平相关联，在所述压缩机出口与所述膨胀器入口之间以及在所述膨胀器出口与所述压缩机入口之间将贮存器与超临界流体能操作地耦合。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，控制压缩机入口压力进一步包括执行从下列操作中选择的至少一种操作：
将超临界流体从所述压缩机出口和所述膨胀器入口之间的管部件输送到所述贮存器；以及
响应于将压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联将超临界流体从所述贮存器输送到所述膨胀器出口和所述压缩机入口之间的管部件。
21.根据权利要求19所述的方法，其还包括改变所述贮存器中的超临界流体的温度。
22.一种用于控制电功率产生器的部分负载的系统，包括：
超临界功率模块，其包括：
压缩机，其具有入口和出口并被构造成压缩超临界流体；
复热器，其构造成加热压缩的超临界流体；
出口通路，其构造成将加热的压缩的超临界流体从所述复热器提供到热源；
入口通路，其构造成提供来自所述热源的加热的压缩的超临界流体；
膨胀器，其具有耦合以接收来自所述热源的加热的压缩的超临界流体的入口，所述膨胀器具有出口并被构造成将超临界流体的焓的下降转换成机械能；
所述电功率产生器，其耦合到所述膨胀器；以及
冷却器，其构造成冷却来自所述膨胀器的膨胀的超临界流体并提供冷却的超临界流体到所述压缩机；以及
部分负载控制系统，其配置为控制所述电功率产生器的部分负载，所述部分负载控制系统包括：
计算机控制器系统，其能操作地耦合到所述电功率产生器并且被编程为直接响应于所述电功率产生器的要求的电功率输出的电平来控制压缩机入口压力；以及
具有超临界流体的贮存器，所述贮存器响应于所述计算机控制器系统将超临界流体加入到所述电功率产生系统或从所述电功率产生系统排出超临界流体，所述贮存器在所述压缩机出口与所述膨胀器入口之间以及在所述膨胀器出口与所述压缩机入口之间与所述压缩机和所述膨胀器流体连通。
23.根据权利要求22所述的系统，其还包括：
超临界流体供应通路，其构造成供应来自所述超临界功率模块的超临界流体；以及
超临界流体返回通路，其构造成将超临界流体返回到所述超临界功率模块。
24.一种用于控制电功率产生器的部分负载的系统，包括：
超临界功率模块，其包括：
第一压缩机，其构造成压缩超临界流体；
第一复热器，其构造成加热来自所述第一压缩机的压缩的超临界流体；
第二压缩机，其构造成压缩与所述第一压缩机并行的超临界流体；
第二复热器，其构造成加热来自所述第一压缩机和所述第二压缩机的压缩的超临界流体；
出口通路，其构造成将加热的压缩的超临界流体从所述第二复热器提供到热源；
入口通路，其构造成提供来自所述热源的加热的压缩的超临界流体；
膨胀器，其耦合以接收来自所述热源的加热的压缩的超临界流体并构造成将超临界流体的焓的下降转换成机械能；
所述电功率产生器，其耦合到所述膨胀器
冷却器，其构造成冷却来自所述第一复热器的膨胀的超临界流体并将冷却的超临界流体提供到所述第一压缩机；以及
部分负载控制系统，其配置为控制所述电功率产生器的部分负载，所述部分负载控制系统包括：
计算机控制器系统，其能操作地耦合到所述电功率产生器并被编程为直接响应于所述电功率产生器的要求的电功率输出的电平来控制第一和第二压缩机入口压力；以及
具有超临界流体的贮存器，所述贮存器响应于所述计算机控制器系统将超临界流体加入到所述电功率产生系统或从所述电功率产生系统排出超临界流体，所述贮存器在所述第一和第二压缩机出口与所述膨胀器入口之间以及在所述膨胀器出口与所述第一和第二压缩机入口之间与所述第一和第二压缩机流体连通。
25.根据权利要求24所述的系统，其还包括：
超临界流体供应通路，其构造成供应来自所述超临界功率模块的超临界流体；以及
超临界流体返回通路，其构造成将超临界流体返回到所述超临界功率模块。
26.一种用于控制电功率产生器的部分负载的系统，其包括：
超临界功率模块，其包括：
第一压缩机，其构造成压缩超临界流体；
第一复热器，其构造成加热来自所述第一压缩机的压缩的超临界流体；
第二压缩机，其构造成压缩从所述第一复热器接收的加热的超临界流体；
第二复热器，其构造成加热来自所述第二压缩机的压缩的超临界流体；
出口通路，其构造成将加热的压缩的超临界流体从所述第二复热器提供到热源；
入口通路，其构造成提供来自所述热源的加热的压缩的超临界流体；
膨胀器，其耦合以接收来自所述热源的加热的压缩的超临界流体并构造成将超临界流体的焓的下降转换成机械能；
所述电功率产生器，其耦合到所述膨胀器；以及
冷却器，其构造成冷却来自所述第一复热器的膨胀的超临界流体并将冷却的超临界流体提供到所述第一压缩机；以及
部分负载控制系统，其配置为控制所述电功率产生器的部分负载，所述部分负载控制系统包括：
计算机控制器系统，其能操作地耦合到所述电功率产生器并被编程为直接响应于所述电功率产生器的要求的电功率输出的电平来控制压缩机入口压力；以及
具有超临界流体的贮存器，所述贮存器响应于所述计算机控制器系统将超临界流体加入到所述电功率产生系统或从所述电功率产生系统排出超临界流体，所述贮存器在所述第二压缩机出口与所述膨胀器入口之间以及在所述膨胀器出口与所述第一压缩机入口之间与所述第一压缩机、所述第二压缩机和所述膨胀器流体连通。
27.一种用于控制电功率产生器的部分负载的系统，所述系统包括：
装置，用于用具有入口和出口的至少第一压缩机压缩超临界流体，所述压缩机具有第一入口压力；
装置，用于用膨胀器使超临界流体膨胀并将超临界流体的焓的下降转换成机械能，所述膨胀器具有耦合以接收压缩的超临界流体的入口并具有出口；
装置，用于用耦合到所述膨胀器的电功率产生器以第一电功率输出电平产生电；
装置，用于将压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的第二电功率输出电平直接相关联；
装置，用于直接响应于将压缩机入口压力与所述电功率产生器的要求的第二电功率输出电平相关联，将压缩机入口压力控制成第二压缩机入口压力；以及
装置，用于直接响应于将压缩机入口压力控制成所述第二压缩机入口压力，以第二电功率输出电平产生电。
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Families Citing this family (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10094219B2 (en) 2010-03-04 2018-10-09 X Development Llc Adiabatic salt energy storage
US8820083B2 (en) 2012-09-26 2014-09-02 Supercritical Technologies, Inc. Thermodynamic cycle with compressor recuperation, and associated systems and methods
WO2014052927A1 (en) 2012-09-27 2014-04-03 Gigawatt Day Storage Systems, Inc. Systems and methods for energy storage and retrieval
US9638065B2 (en) * 2013-01-28 2017-05-02 Echogen Power Systems, Llc Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
AU2014225990B2 (en) 2013-03-04 2018-07-26 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
US9562471B1 (en) * 2013-05-01 2017-02-07 Sandia Corporation Method for controlling start-up and steady state performance of a closed split flow recompression brayton cycle
US9624793B1 (en) * 2013-05-01 2017-04-18 Sandia Corporation Cascaded recompression closed Brayton cycle system
KR20150017610A (ko) * 2013-08-07 2015-02-17 삼성테크윈 주식회사 압축기 시스템
US8925320B1 (en) * 2013-09-10 2015-01-06 Kalex, Llc Methods and apparatus for optimizing the performance of organic rankine cycle power systems
BR112016019829B1 (pt) * 2014-02-26 2022-01-25 Peregrine Turbine Technologies, Llc Método para gerar energia em um sistema que inclui um ciclo de fluido supercrítico e sistema configurado para gerar energia
KR102166546B1 (ko) * 2014-05-28 2020-10-16 한국전력공사 가변 열원을 적용한 초임계 브레이튼 사이클 통합 제어 장치
WO2016073245A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-12 Echogen Power Systems, L.L.C. Valve network and method for controlling pressure within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system with a turbopump
WO2016073252A1 (en) 2014-11-03 2016-05-12 Echogen Power Systems, L.L.C. Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
US20160197534A1 (en) * 2015-01-05 2016-07-07 Dennis Melvin WALKER Hvac system with energy recovery mechanism
WO2016130870A1 (en) * 2015-02-12 2016-08-18 Parker-Hannifin Corporation Gear expander for energy recovery
CN107429577B (zh) * 2015-03-25 2019-10-18 西屋电气有限责任公司 超临界二氧化碳发电布雷顿循环系统和方法
DE102015105878B3 (de) * 2015-04-17 2016-06-23 Nexus Gmbh Überkritischer Kreisprozess mit isothermer Expansion und Freikolben-Wärmekraftmaschine mit hydraulischer Energieauskopplung für diesen Kreisprozess
EP3106645B1 (en) 2015-06-15 2018-08-15 Rolls-Royce Corporation Gas turbine engine driven by sco2 cycle with advanced heat rejection
EP3109433B1 (en) 2015-06-19 2018-08-15 Rolls-Royce Corporation Engine driven by sc02 cycle with independent shafts for combustion cycle elements and propulsion elements
EP3121409B1 (en) 2015-07-20 2020-03-18 Rolls-Royce Corporation Sectioned gas turbine engine driven by sco2 cycle
EP3153690A1 (en) 2015-10-08 2017-04-12 Rolls-Royce Corporation All co2 aircraft
US11762843B2 (en) 2016-12-16 2023-09-19 Steve Richardson System, method, and apparatus for common contact management
US10863014B2 (en) 2016-12-16 2020-12-08 Steve Richardson System, method, and apparatus for common contact management
US10233787B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Storage of excess heat in cold side of heat engine
US10233833B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Pump control of closed cycle power generation system
US10082045B2 (en) 2016-12-28 2018-09-25 X Development Llc Use of regenerator in thermodynamic cycle system
US11053847B2 (en) 2016-12-28 2021-07-06 Malta Inc. Baffled thermoclines in thermodynamic cycle systems
US10458284B2 (en) 2016-12-28 2019-10-29 Malta Inc. Variable pressure inventory control of closed cycle system with a high pressure tank and an intermediate pressure tank
US10280804B2 (en) 2016-12-29 2019-05-07 Malta Inc. Thermocline arrays
US10221775B2 (en) * 2016-12-29 2019-03-05 Malta Inc. Use of external air for closed cycle inventory control
US10801404B2 (en) * 2016-12-30 2020-10-13 Malta Inc. Variable pressure turbine
US10082104B2 (en) 2016-12-30 2018-09-25 X Development Llc Atmospheric storage and transfer of thermal energy
US10436109B2 (en) * 2016-12-31 2019-10-08 Malta Inc. Modular thermal storage
US11678615B2 (en) 2018-01-11 2023-06-20 Lancium Llc Method and system for dynamic power delivery to a flexible growcenter using unutilized energy sources
IT201800006187A1 (it) * 2018-06-11 2019-12-11 System for recovering waste heat and method thereof/sistema per recuperare calore residuo e relativo metodo
US10883388B2 (en) 2018-06-27 2021-01-05 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11230948B2 (en) * 2019-01-16 2022-01-25 Raytheon Technologies Corporation Work recovery system for a gas turbine engine utilizing an overexpanded, recuperated supercritical CO2 bottoming cycle
US11708766B2 (en) * 2019-03-06 2023-07-25 Industrom Power LLC Intercooled cascade cycle waste heat recovery system
US11927116B2 (en) * 2019-10-28 2024-03-12 Peregrine Turbine Technologies, Llc Methods and systems for starting and stopping a closed-cycle turbomachine
EP3816413A1 (de) 2019-11-04 2021-05-05 Siemens Aktiengesellschaft Druckregelung für geschlossene joule-kreisprozesse
CN116575994A (zh) 2019-11-16 2023-08-11 马耳他股份有限公司 双动力系统泵送热电储存动力系统
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
US11396826B2 (en) 2020-08-12 2022-07-26 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with electric heating integration
EP4193042A1 (en) 2020-08-12 2023-06-14 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with thermal plant integration
US11454167B1 (en) 2020-08-12 2022-09-27 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with hot-side thermal integration
US11480067B2 (en) 2020-08-12 2022-10-25 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with generation cycle thermal integration
US11286804B2 (en) 2020-08-12 2022-03-29 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with charge cycle thermal integration
US11486305B2 (en) 2020-08-12 2022-11-01 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with load following
CN112177694A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 中国核动力研究设计院 同轴冷侧预压缩超临界二氧化碳布雷顿循环系统及方法
WO2022125816A1 (en) 2020-12-09 2022-06-16 Supercritical Storage Company, Inc. Three reservoir electric thermal energy storage system
US11721980B2 (en) 2021-11-15 2023-08-08 Kalindha Rashmi LLC Power generation system employing power amplifying thermo-mechanical inverter technology
CN114483236A (zh) * 2021-12-20 2022-05-13 华电电力科学研究院有限公司 一种基于有机朗肯循环的火电机组低温余热发电系统
CN114508396B (zh) * 2022-01-12 2023-08-18 中南大学 一种超高温氦气-超临界二氧化碳联合布雷顿循环系统
US11802496B2 (en) * 2022-03-31 2023-10-31 Southwest Research Institute Direct-fired supercritical carbon dioxide power cycle that generates power and hydrogen
US11536164B1 (en) * 2022-04-29 2022-12-27 Hamilton Sundstrand Corporation Closed-loop brayton cycle system with turbine blade cooling
CN115750016B (zh) * 2022-11-17 2024-08-20 中国核动力研究设计院 一种超临界二氧化碳再压缩循环系统的停机系统及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6581384B1 (en) * 2001-12-10 2003-06-24 Dwayne M. Benson Cooling and heating apparatus and process utilizing waste heat and method of control
US7685820B2 (en) * 2006-12-08 2010-03-30 United Technologies Corporation Supercritical CO2 turbine for use in solar power plants
US8015812B1 (en) * 2004-04-13 2011-09-13 Southwest Solar Technologies, Inc. Power conversion systems

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3939328A (en) * 1973-11-06 1976-02-17 Westinghouse Electric Corporation Control system with adaptive process controllers especially adapted for electric power plant operation
US4498289A (en) 1982-12-27 1985-02-12 Ian Osgerby Carbon dioxide power cycle
US4765143A (en) 1987-02-04 1988-08-23 Cbi Research Corporation Power plant using CO2 as a working fluid
US4995234A (en) * 1989-10-02 1991-02-26 Chicago Bridge & Iron Technical Services Company Power generation from LNG
US6470683B1 (en) 1999-08-30 2002-10-29 Science Applications International Corporation Controlled direct drive engine system
US6957536B2 (en) 2003-06-03 2005-10-25 The Boeing Company Systems and methods for generating electrical power from solar energy
US7637457B2 (en) * 2004-04-30 2009-12-29 Lawrence Livermore National Security, Llc Rankine-Brayton engine powered solar thermal aircraft
US7313926B2 (en) * 2005-01-18 2008-01-01 Rexorce Thermionics, Inc. High efficiency absorption heat pump and methods of use
US8099198B2 (en) 2005-07-25 2012-01-17 Echogen Power Systems, Inc. Hybrid power generation and energy storage system
US7900450B2 (en) 2005-12-29 2011-03-08 Echogen Power Systems, Inc. Thermodynamic power conversion cycle and methods of use
MX2008014558A (es) 2006-05-15 2009-01-27 Newcastle Innovation Ltd Un metodo y sistema para la generacion de energia a partir de una fuente de calor.
WO2008022406A1 (en) * 2006-08-25 2008-02-28 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A heat engine system
CN101529055A (zh) * 2006-08-25 2009-09-09 联邦科学及工业研究组织 热力发动机系统
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
US8397506B1 (en) 2009-06-03 2013-03-19 Steven A. Wright Turbo-alternator-compressor design for supercritical high density working fluids
MX2012000059A (es) 2009-06-22 2012-06-01 Echogen Power Systems Inc Sistema y metodo para manejar problemas termicos en uno o mas procesos industriales.
US8613195B2 (en) * 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US8794002B2 (en) * 2009-09-17 2014-08-05 Echogen Power Systems Thermal energy conversion method
US20120017597A1 (en) 2010-07-23 2012-01-26 General Electric Company Hybrid power generation system and a method thereof
US20140007577A1 (en) 2010-10-14 2014-01-09 Trond Melhus Method and System for the Utilization of an Energy Source of Relatively Low Temperature
US20120102996A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 General Electric Company Rankine cycle integrated with absorption chiller
US8857186B2 (en) 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
CN102251876A (zh) * 2011-06-28 2011-11-23 罗良宜 跨临界低温空气能热力发电装置
US9745899B2 (en) 2011-08-05 2017-08-29 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Enhancing power cycle efficiency for a supercritical Brayton cycle power system using tunable supercritical gas mixtures
US8820083B2 (en) 2012-09-26 2014-09-02 Supercritical Technologies, Inc. Thermodynamic cycle with compressor recuperation, and associated systems and methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6581384B1 (en) * 2001-12-10 2003-06-24 Dwayne M. Benson Cooling and heating apparatus and process utilizing waste heat and method of control
US8015812B1 (en) * 2004-04-13 2011-09-13 Southwest Solar Technologies, Inc. Power conversion systems
US7685820B2 (en) * 2006-12-08 2010-03-30 United Technologies Corporation Supercritical CO2 turbine for use in solar power plants

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