CN105765832B - 具有多路冷却的发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种发电机组具有外壳，舱壁将所述外壳分隔为高压隔室和低压隔室。第一风扇位于所述高压隔室中并将环境空气吸入到所述高压隔室中，并且将所述高压隔室加压到大于环境压力的第一压力。辐射器位于所述高压隔室内，使得所述高压隔室中的加压空气流过所述辐射器并流出所述高压隔室。发电机位于所述高压隔室中并且提供从所述高压隔室到所述低压隔室的气体流动路径。发动机位于所述低压隔室中，并且联接到所述辐射器以进行冷却并且穿过所述舱壁联接到所述发电机以驱动所述发电机。

Description

具有多路冷却的发电系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年9月27日提交的、题为“ELECTRICAL POWER GENERATION SYSTEMWITH MULTIPLE PATH COOLING(具有多路冷却的发电系统)”的美国临时专利申请61/883,751的优先权，该临时专利申请的全部内容出于任何目的并入本文中。
技术领域
本发明总体涉及发电机。
背景技术
经常被称为发电机组的发电系统通常包括由柴油或其它内燃机驱动的发电机，诸如交流发电机。发电机部件通常包装在外壳内。发电机组实施是变化的，包括移动和固定应用两者、主要和待机/备用电源、受控和非受控环境等。
在许多应用中，期望的是，发电机组在室外运转，能够耐受温度、湿度、降水等的极端环境。另选地或另外地，往往存在这样的期望，即尽量减少从发电机组发出的噪声，同时维持足够小的发电机组外形，以提高发电机组的效率、可维护性、可靠性和/或可制造性，以及提供操作者友好的输入/输出发电机组对接。存在进一步提高发电机组性能的持续期望。
附图说明
图1是依据本发明的实施方式的发电系统的示意图。
图2是依据本发明的实施方式的发电系统的立体图。
图3是图2的发电系统的发动机隔室部的视图。
图4是图2的发电系统的交流发电机隔室部的视图。
图5是图2的发电系统的一部分的视图。
图6是图2的发电系统的一部分的视图。
图7是依据本发明的实施方式的发电系统的第一立体图。
图8是图7的发电系统的第二立体图，示出的侧面与图7所示的侧面对置。
图9是对图1至图8的发电系统有用的若干不同辐射器的示意图。
图10是依据本发明的实施方式图示其模块化特性的发电系统的立体图。
图11是依据本发明的实施方式图示其模块化特性的发电系统的立体图。
图12是依据本发明的实施方式图示其模块化特性的发电系统的立体图。
图13是依据本发明的实施方式图示其模块化特性的发电系统的立体图。
图14是依据本发明的实施方式的发电系统的第一立体图。
图15是图14的发电系统的第二立体图，示出的侧面与图14所示的侧面对置。
图16是依据本发明的实施方式具有冷空气再循环预热模式的发电系统的示意图。
图17至图18是依据本发明的实施方式大小为标准ISO容器的发电系统的立体图。
图19至图21是依据本发明的实施方式示出模块化配置的图17至图18的发电系统的示意图。
虽然本发明可修改为各种修改和另选形式，但是具体实施方式以举例的方式示出在图中并在下面详细描述。然而，并不意在将本发明限于描述的特定实施方式。相反，本发明意在涵盖落入由所附权利要求书限定的本发明范围内的所有修改、等同物和另选。
具体实施方式
本发明总体涉及依据本发明的实施方式发电系统。常规的发电机外壳通常为能够易于运输并适度现场保护环境的简单盒形。发电机组的一些实施方式利用所述外壳作为盒形风洞，空气在一端由低压辐射器风扇带动并由交流发电机、发动机和辐射器驱动以在退出外壳之前轮流对其分别进行冷却。空气进气和排放的折流可限制为以这种布置放置在开放的外壳端上，这可导致灰尘和水排除问题以及噪声传播问题。此外，空气流由低压源(诸如常规轴向辐射器风扇)驱动，可进一步限制折流、约束、多个空气流动路径或旋绕型管道的利用率，同时对发电机组的要求仍然有效。
图1是根据本公开的一些实施方式的发电系统10的示意图。为简单起见，发电系统10将随后被称为发电机组10。如图所示，发电机组10包括外壳12，外壳12至少部分地使发电机组10的内部部件与具有例如环境压力的周围环境隔离。外壳12可配置成保护发电机组10免受诸如风、降水和极端温度的环境因素，并且提供能够运送发电机组10的结构。虽然本发明的实施方式相对于发电系统或发电机组外壳进行描述，但是应注意的是，可构想电力生产之外的其它发动机外壳并且包括但不限于液压发电、机械发电或泵送。一些应用是固定的，而其它是移动或半移动的(例如，船舶电站或火车电站)。
外壳12经由舱壁18被分为第一或发电机隔室14和第二或发动机隔室16。如下面更详细描述的，在发电机组10运转期间，相对于外壳12外侧的环境压力的第一相对较高压力可以创建在交流发电机隔室14(即高压隔室、空气处理隔室或冷却隔室)内。相对于环境压力的第二升高压力创建在发动机隔室16内。在本发明的实施方式中，交流发电机隔室14的第一相对较高压力比发动机隔室16的第二相对较高压力的压力高。高压隔室14包括入口区20和出口区22。低压隔室16包括出口区24。入口区20提供了环境空气经过外壳12并进入发电机隔室14的进口。发电机隔室14内的空气可以经过出口区22而退出外壳12。发动机隔室16内的空气可以经过出口区24而退出外壳12。
第一风扇26和辐射器28位于高压隔室14中。在一些实施方式中，如图所示，高压入口区20流体联接到挡板或通气管导管48，经由它将来自高压入口区20的空气提供给邻近第一风扇26的区域。挡板或通气管导管48(如果存在)可以减少从外壳的内部传播的噪声。在一些实施方式中，虽然未明确图示，但是高压入口区20可选地包括扰流片或可以移动而调节穿过高压入口区20的空气流的其它结构。在一些实施方式中，具有入口和出口端口上的扰流片可以另外允许环境密封。例如，这可以在发电机组未运转或在运输中时防止水或灰尘侵入，或者作为“寒冷天气套件”的一部分用于维持外壳内部或发动机隔室16中来自辅助加热器的热量。
发动机36示出在发动机隔室16中。发动机36穿过舱壁18机械地连接到发电机30。在图示的实施方式中，高压隔室14和低压隔室16一般相对于外壳12的基座80彼此水平间隔开。在图示的实施方式中，低压出口区24相对于外壳12的基座80位于发动机36上方。在图示的实施方式中，辐射器28一般相对于外壳的基座80位于第一风扇26上方，并且风扇28围绕大致平行于基座80的轴线旋转。这些特征可以在本发明的其它实施方式中有差异地配置。例如，辐射器28可以相对于第一风扇26位于高压隔室14内的其它位置，或者以其它方式与高压隔室14流体连通，例如，由管道联接。
第一风扇26经由高压入口区20将气体(诸如空气)吸入到高压隔室14中，并且将高压隔室14中的气体加压到比外壳12外部的环境压力大的第一压力。在一些实施方式中，第一风扇26将高压隔室14内侧的气体加压到介于约4英寸水柱至约12英寸水柱的范围内的压力。在一些实施方式中，设置泄水孔或引流孔以允许水或液体引流到高压隔室的底部、空气入口通气管导管48、出口区64、24(即空气排放)和低压隔室16的一个或全部中。
在一些实施方式中，第一风扇26包括但不限于轴向、离心或混合的流动风扇。第一风扇26也可以是电动马达、直接机械、带驱动或液压驱动的风扇。在一些情况下，发电机组10可以包括用于驱动第一风扇26的电动马达40。在一些实施方式中，如图所示，电动马达40布置在高压隔室14内。在其它实施方式(未示出)中，马达40、第一风扇26和/或辐射器28位于高压隔室14外部的其它区域中，并且由管道或其它手段流体连通而联接到高压隔室14。在其它实施方式中，风扇是恒速的、速度连续可变的，或者具有离散可选的运转速度和/或流速。空气流和压力还可在本发明的实施方式中通过使用导管限制或扰流片手动或主动调节。
在一些实施方式中，发电机组10具有控制箱42，控制箱42包括联接到第一风扇26和/或马达40的风扇控制系统。在一些实施方式中，风扇控制系统被配置成取决于冷却需要以若干不同速度中的一种来运转第一风扇26。在其它实施方式中，控制箱42具有联接到高压隔室16的空气入口并具有联接到周围环境的出口，以允许冷却的空气流穿过控制箱42。在其它实施方式中，发电机组控制器、并联装置和连接端子也位于控制箱42中。进一步应注意的是，位于发电机组外壳12的端部处的控制箱42便于经由穿过外壳12端壁的出入面板(未示出)保养并出入控制箱42。可以结合发电机组10使用的控制算子和控制算法的实例可以在美国公报2011/0248511 A1中找到，该公报的全部内容出于所有目的通过引用并入本文中。
辐射器28在入口区20和出口区22之间布置在高压隔室14中。在示出的实施方式中，辐射器定位在与高压出口区22相邻的位置。高压隔室14内的加压气体流过辐射器28并经过高压出口区22流出高压隔室14。流过辐射器28的加压气体相对较冷，因为加压气体还未通过流过或横跨发电机组10内的任何加热部件(诸如发动机36)进行预热。
发电机30可以包括穿过发电机30的气体流动路径(不可见)，其允许气体在发电机30的定子和转子之间并围绕发电机30的定子和转子流动，从而冷却发电机30。穿过发电机30的气体流动路径从位于高压隔室14中的入口区开口32延伸至穿过舱壁18延伸到低压隔室16中的出口区开口34。发动机36联接到辐射器28用于冷却发动机36。应注意的是，在另选实施方式中，发电机30不穿透舱壁18；而在其它实施方式中，穿过舱壁18并部分地位于两个隔室中；而在进一步其它实施方式中，发电机30位于高压隔室14中并且仅联接轴穿透舱壁18。
在一些实施方式中，如图所示，发电机组10包括第二风扇38，用以加压低压隔室16。在图示的实施方式中，第二风扇38位于低压隔室16中并且可布置在发电机30和发动机36之间。在一些实施方式中，第二风扇38是发电机30的一部分并由此被发动机36驱动，因为发电机30被发动机36驱动。在一些实施方式中，第二风扇38是离心风扇。在其它实施方式中，第二风扇38是可选的，或者位于低压隔室16的外部。应注意的是，在本发明的另选实施方式中，从高压隔室14经过舱壁18进入低压隔室16中的气体流动路径穿过舱壁18中的管道。
第二风扇38经由发电机出口区开口34将气体吸入到低压隔室16中，并且将低压隔室16中的气体加压到第二压力。在本发明的一些实施方式中，第二压力小于第一压力，但大于环境压力。在一些实施方式中，第二风扇38将低压隔室16中的气体加压到介于约0英寸水柱至约4英寸水柱的范围内的压力。低压隔室16中的加压气体经由低压出口区24流出低压隔室16。用于冷却发电机30的空气以及低压隔室16内的其它空气从而受迫离开外壳12。
在一些实施方式中，除了高压入口区20和高压出口区22，高压隔室14相对于环境压力基本上被密封(例如，除了因制造差异和公差产生的开口，基本没有空气流开口)。在一些实施方式中，除了低压出口区24，低压隔室16相对于环境压力基本上被密封。在一些实施方式中，除了发电机气体流动路径，舱壁18基本上将高压隔室14与低压隔室16密封。发电机组10的其它实施方式具有进和/或出高压隔室14和/或低压隔室16的其它气体入口和出口。
在一些实施方式中，发动机36可以是涡轮增压的；而在其它实施方式中，发动机36是自然吸气的。在一些实施方式中，燃烧空气入口44从高压隔室14拉出相对较冷且加压的气体，为发动机36提供燃烧空气。将认识到，相对较冷的空气密度更大，并由此存在为发动机36提供相对较冷的燃烧空气的性能优势。发动机36还联接到可选的排气后处理系统46，排气后处理系统46用于平静并清洁退出发动机36的燃烧气体。在其它实施方式中，燃烧空气入口44可以经由外壳12向周围环境开放。
在一些实施方式中，如将在下面更详细地讨论，排气后处理系统46可浸在退出高压隔室14的相对较冷气体中。在一些情况下，排气系统46可浸在退出低压隔室16的相对较暖气体中。可选择浸在排气系统46中的气体流来帮助将排气系统46维持在期望的温度范围内。例如，在高温环境下，可期望通过利用来自高压隔室14的相对较冷气体向排气系统46提供更多的冷却。在低温环境下，可期望通过利用来自低压隔室16的相对较暖气体向排气系统46提供更少的冷却。
存在用于汽油、气体和柴油发动机36的各种形式的后处理系统；其选择取决于发动机类型、应用、系统成本、地理使用区域及适用法律法规，这对本领域技术人员将是明显的。在许多情况下，取决于利用的底层技术，这些后处理系统往往具有针对最佳操作的窄温度范围。
本发明的实施方式允许横跨并围绕可选内部安装的后处理系统来调节空气流，使得它们可以维持在其最佳运转温度范围内，或者防止超温。应注意的是，永久附着或内部安装的后处理系统具有易于系统设置和运输的优点。该空气流调节可以经由自动或手动调整的流动调节器或扰流片或者通过调整高压隔室14或低压隔室16的压力来完成。应注意的是，在各种实施方式中，可提供另选空气流动路径，以引导过量的空气流动经过后处理隔室。
在本发明的一个柴油实施方式中，排气后处理系统46利用柴油微粒过滤器(DPF)来捕获并氧化煤烟及排气流中的其它微粒材料。这样的DPF往往涂覆有催化剂材料，以增强其操作。DPF可能在操作周期之后被煤烟和捕获的微粒物质堵塞，需要通过用各种方法提高内部运转温度(诸如增加发动机负载、降低发动机冷却(经由更少的空气流)或者用额外燃料或电加热器加热排气)来使其“再生”以烧掉捕获的材料。
经由封闭的后处理系统46或者通过允许空气流经过后处理系统46由风扇控制扰流片或空气控制扰流片进行调制，以促进DPF的热量升高和保留，本发明的实施方式借此辅助并增强该再生过程。在本发明的其它柴油实施方式中，柴油排气流体(DEF)或其它还原剂(包括但不限于尿素、氨水或液氨)可以可选地喷射并混合到排气流中。DEF与废气流混合并热分解以形成氨(NH3)，氨在后面催化剂(诸如选择性催化还原(SCR)催化剂)的存在下与NOx反应，以将NOx及其它污染物转化为氮、水及少量的二氧化碳。应注意的是，其它后处理系统(诸如二次空气喷射、废气再循环(EGR))和催化剂(包括但不限于氧化催化剂、二元催化剂和三元催化剂)也是本领域已知的。
在一些实施方式中，由于DPF催化剂涂覆并高运转温度，在DPF之前DEF未喷射，这将劣化DEF并减少其有效性。另外，上游排气中相对较高水平的热趋于增加DEF喷射系统和结构不必要的尿素晶体生长。因此，现代柴油排气后处理系统中的DEF通常在DPF进入长段排气导管之后喷射，确保它在进入稍后联接的SCR进行催化还原之前与废气充分地混合并充分水解成氨(NH3)。
排气后处理系统46可包括加热器，该加热器可以用于预热排气流并且可允许控制排气温度介于期望操作点的±10°F内，以便改进后处理排气系统46的性能。在一些情况下，加热器是由发电机30的电输出供电并且还可用作发电机组10的负荷组的电加热器，用来在系统测试期间或在定期(例如，每周、每月)运动模式操作期间消耗发电机30的电输出的至少一部分，以验证发电机组当用作待机系统时的正确操作，避免操作者为此目的购买分离式负荷组的需要并且可能允许控制排气温度介于期望操作点的±10°F内。例如，可以并入发电机组10中的排气后处理系统和方法例如公开在2012年12月5日提交的题为IntegratedLoad Bank For A Diesel Genset Exhaust Aftertreatment System(用于柴油发电机组排气后处理系统的集成负荷组)的共同未决美国专利申请序列号13/706,301中，该专利申请的全部公开内容出于所有目的通过援引特此并入本文中。
在发电机组10的图示实施方式中的排气后处理系统46布置在发动机排气后处理隔室60内，后处理隔室60包括联接到高压出口区22的后处理入口区62并包括后处理出口区64。在图示的实施方式中，流出高压出口区22的气体流过后处理隔室60并流出后处理出口区64，从而为排气后处理系统46提供冷却措施。在其它实施方式中，例如图7和图8图示的，排气后处理隔室160替代地与低压隔室116流体联接。在一些实施方式中，后处理隔室160位于高压隔室114和低压隔室115中的一者或两者上方。在一些实施方式中，除了后处理入口区162，后处理隔室160基本上相对于高压隔室114密封。在其它实施方式(未示出)中，排气后处理系统46可以位于高压隔室114和/或低压隔室116中的一者或两者内。
在一些实施方式中，通过减少从外壳12内的部件传播到外壳12外侧的周围环境的噪声，发电机组10提供改进的声学性能。例如，在利用高压空气源和风扇的本发明的实施方式中，高压入口区20、高压出口区22和低压出口区24可相对于现有技术发电机组减少尺寸和/或增加长度，现有技术发电机组具有相对较大的空气入口和出口，所述入口和出口或者直接地出入内部隔室，或者穿过短小导管出入内部隔室。减少相对尺寸和/或增加这些入口和出口的长度或空气流动路径旋绕部或非线性会减少噪声传播或者允许噪声在和缓方向(诸如垂直或离开侧面板)上被引导。在诸如图2至图6所示的各种实施方式中，来自发动机隔室16的空气经由挡板或长导管被排放到环境，以减轻传播到环境的噪声。应注意的是，例如，来自发动机的噪声可穿过旋绕部传播而在到达环境之前被减轻。
这些较小的导管和较长/较大的旋绕型流动路径还可以减少诸如风、雨、灰尘、寒冷天气和雪的环境对发电机组10的影响。在一些实施方式中，与相同kW型号的可比较现有技术发电机组相比，这相当于减少空气入口区20和/或空气出口的相对尺寸高达86％(这样的高压出口22或低压出口24或者是单独的或者在组合区域中)而不减少在的出口上的流速。应注意的是，现有技术发电机组和外壳通过使用低压空气和风扇难以利用长的导管、多个流动路径或旋绕型空气流动/冷却路径。另外，增加高压风扇的抽吸和压力可以允许过滤进入的空气流以减少发电机组外壳12内部的环境污染，而不会显著影响整体空气流。
在其它实施方式中，扰流片或环保盖可以手动或自动放置在入口区20或空气出口区22、24上方，以在运输或长期储存模式下密封发电机组外壳12免受周围环境影响，或者密封外壳防止水、雨、雪、灰尘侵入，或者保留“寒冷天气套件”的诸如将从放置在发动机隔室16中的内部加热器产生的热量。整体空气流可以另外通过风扇速度或入口或出口限制进行调节，以促进更好的寒冷天气操作及效率。
图2是发电机组10的实施方式的详细立体图，示出了如何将一些内部部件装配到外壳12内。挡板或通气管导管48可以看作从高压入口区20向上垂直延伸到位于第一风扇26附近的通气管出口50。在该实施方式中，辐射器28位于高压隔室14的顶部附近并且布置成一定角度，但是在其它实施方式中可以设想不同的放置和取向。在一些实施方式中，各种大小的辐射器可采用为辐射器28。因为高压隔室14被加压，穿过辐射器28的改进的均匀空气层流得以实现，并且风扇大小和形状与辐射器大小和形状之间不需要是直接相关的。
如此，例如，在常规轴向风扇和辐射器放置中看到的“甜甜圈洞”效应以及缺乏角部空气流动是不存在的。换句话说，“甜甜圈洞”效应描述了轴向风扇在辐射器上吹风的现象，与穿过辐射器的中心和角部的相对较少空气流比较，“甜甜圈洞”效应生成了呈现甜甜圈形状的相对较高空气流。另外，在另选现有技术风扇和辐射器组合中看到的其它封板效应也得以避免。已发现增加整体辐射器功能和效率并且允许在大小相当的发电机组和环境运转条件下减少辐射器的相对大小高达20％。另外，如将在下面讨论的，还提供了发电机组10和发电机组外壳12的模块化的优点。
图3至图6是发电机组10的各部分的进一步详细等距图，图示了如何将一些内部部件装配到外壳12内以及外壳12本身的特征。在一些实施方式中，外壳12包括一个或多个出入门，用于提供对高压隔室14和/或低压隔室16的内部的访问。例如，图3示出了出入门70，出入门70提供对低压隔室16、发动机36的侧面和第二风扇38以及舱壁18的访问。图4示出了出入门72，出入门72提供对高压隔室14的侧面的访问，包括对发电机30和第一风扇26的访问。图5示出了出入门74，出入门74提供对高压隔室14的前面的访问。在门74打开时，工人容易接近控制箱42。图6示出了：出入门76，出入门76提供对低压隔室16的前面的访问；以及出入门78，出入门78提供对沿着低压隔室16的第二侧面的访问。因为辐射器28不位于如在许多现有技术发电机组中的发动机的前面，所以出入门76提供对发动机36的前面和其它部分(诸如侧面)的直接访问，其中存在较高密度的移动部件并因此需要出入进行维修。借此便于维修发电机组10，减少了整体保养时间。应注意的是，出入门70、76和78提供对发动机的三面访问。此外，应注意的是，低压隔室16的门可打开，以便于在运转时维修发动机36，因为辐射器28保持运行以冷却发动机，高压隔室14可在维修发动机期间保持基本上被密封。
进一步应注意的是，发动机隔室与周围环境的相对封闭性质以及空气的低流动辅助减少灰尘和水的侵入并帮助维持发动机处于相对未被污染的状态。这减少了部件磨损和腐蚀，促进发动机和电子设备的正确运行，维持发动机的热消耗能力，并减少保养间隔和时间。
在一些实施方式中，出入门70、72、74和76以及未图示的任何其它出入门可包括隔热和隔音，用于减少通过出入门70、72、74和76的热和噪声传播。在一些实施方式中，外壳12的其它内表面和/或外表面可包括隔热和隔音，用于减少通过外壳12的壁的热和噪声传播。
图7和图8提供了依据本发明的其它实施方式的发电机组110的对置两侧的说明图。如示出的，发电机组110包括出口区122、第一风扇126、发电机130、发动机136、第二风扇138和后处理系统146，类似于图2至图6示出的部件。如进一步示出的，排气后处理隔室160与低压隔室116流体联接，而非与结合图2至图6描述的实施方式的高压隔室114流体联接。排气后处理隔室160包括联接到低压出口区124的后处理入口区162并包括后处理出口区164。流出低压出口区124的气体流过后处理隔室160并流出后处理出口区164。在一些实施方式中，如图所示，后处理隔室160布置在高压隔室114和低压隔室116的一者或两者上方。在一些实施方式中，除了后处理入口区162，后处理隔室160相对于低压隔室116基本上被密封。在图7和图8详述的实施方式中，没有流体联接到高压入口区120的挡板或通气管导管48。相反，高压入口区120布置成邻近控制箱142。在该实施方式和其它实施方式中，控制箱142不在高压腔室114本身内，而是被通过高压入口区120并进入第一风扇126的环境空气冷却。在另选实施方式中，进入的环境空气的纳入高压入口区120的部分穿过控制箱142以对其进行冷却。
外壳112和发电机组110可构建于基座平台180上。在一些实施方式中，发电机组110可构建于拖车架或防滑架上以实现便携。在图示的实施方式中，外壳112包括吊钩182，吊钩182可用于运送发电机组110。
发电机组10(和110)可以具有模块化特性，大小变化的发动机、发电机和辐射器可以放置在外壳12内。在现有技术发电机组中，改变发动机大小通常意味着，鉴于发动机大小和冷却风扇/辐射器大小之间的联系，整个外壳不得不重新设计并改变大小。较大的发动机或者较大或较热的操作环境热量范围意味着较大的辐射器。然而，在本文描述的发电机组10中，风扇大小和形状与辐射器大小和形状之间不需要是直接相关的。因为风扇26和辐射器28之间存在加压流体联接，所以风扇26并未直接地定位成与许多现有技术发电机组中的辐射器28相邻，并且所以可能不需要改变冷却风扇大小以匹配辐射器大小或需要的压力/空气流速。如上所述，发电机组10和110提供比许多现有技术发电机组更高效的通过辐射器28的空气流动，从而实现更高效的发动机冷却。
图9图示了这样的模块化途径，其利用使辐射器仅改变一个尺寸的三个不同辐射器大小，允许减少辐射器费用并提高耐用性。在图示的实施方式中，每个辐射器28A、28B和28C均具有相同的厚度和相同的宽度，仅高度变化。参照回图2、图7和图8，可以看出的是，借助具有相同厚度和宽度的辐射器28A、28B和28C，它们可以容易地集成到标准大小的外壳12中，利用适当的支架和/或阻挡板提供可以适应其它发电机组特征(诸如发动机大小、kW输出、热消耗和环境运转温度及温度范围)的不同的冷却量，同时允许改变供应商的单个尺寸制造和/或加工。虽然图2、图7和图8图示使用单个辐射器，但是将认识到，在一些实施方式中，可期望例如将两个或三个辐射器堆叠到一起来增强冷却，或者使辐射器系列的其它尺寸或操作特性(诸如厚度或宽度)变化。应注意的是，由本发明的实施方式的外壳生成的均匀的冷却空气层流(即，不存在现有技术外壳和风扇的封板区域或风扇“甜甜圈洞”)可以针对选定应用和环境空气运转温度范围减少整体辐射器面积要求高达20％。在本发明的另选实施方式中，辐射器可以维持与相同kW大小的现有技术发电机组相当的大小，但使基座空气流或冷却剂流减少以维持应用需要的热消耗。
图10至图13图示了外壳12中的模块化特征。不同的发电机组10或发电机组模型系列可构建为用于特定的环境，针对特定的发电水平来构建，并且可以容纳在相对少量的外壳部分变化而大量的外壳部分保持相同的单个外壳设计内，而不管环境或发电水平。例如，发动机隔室侧面/端柱208、228和顶面板204、224可以加长以容纳不同长度和kW输出的发动机而不改变外壳的基座设计。高压隔室侧面/端柱206和顶面板202、322也可以加长以容纳不同的交流发电机、辐射器、控制箱42和风扇。端柱206、208、228和中心柱还可以增加高度以容纳较高的发动机、辐射器或后处理系统。还可以通过使用较宽的顶面板202、204、224、322和基座/基座构件/底面板、端面板(或端柱206、208、228)以及中央区段来适应更广泛的系统。
图10图示了可以用于预计输出60到125kW功率的发电机组(其它实施方式设想20到300kW的功率范围)的外壳220，在40℃的环境温度下满足4F级排放要求，或者在50℃的环境温度下满足3级排放要求。外壳220的长度L约为2.8米，宽度W为1.1米且高度约为1.5米。外壳220包括端柱206和端柱208，并包括顶面板202和204。顶面板202和204均具有1.1米的宽度和1.3米的长度。
图11图示了可以用于预计输出100到200kW功率的发电机组的外壳320，在40℃的环境温度下满足3级排放要求。外壳320的长度L约为3.1米，宽度W为1.1米且高度约为1.5米。外壳320包括端柱206和端柱228，并包括顶面板202和224。顶面板202具有1.1米的宽度和1.3米的长度，并且顶面板224具有1.1米的宽度和1.6米的长度。
图12图示了可以用于预计输出100到200kW功率的发电机组的外壳340，在40℃的环境温度下满足4F级排放要求，或者在50℃的环境温度下满足3级排放要求。外壳340的长度L约为3.4米，宽度W为1.1米且高度约为1.5米。外壳340包括端柱206和端柱228，并包括顶面板322和224。顶面板322具有1.1米的宽度和1.6米的长度，并且顶面板224具有1.1米的宽度和1.6米的长度。
图13图示了可以用于预计输出50到100kW功率的发电机组的外壳360，在50℃的环境温度下满足4F级排放要求，或者在大于50℃的环境温度下满足3级排放要求。外壳360的长度L约为3.1米，宽度W为1.1米且高度约为1.5米。外壳360包括端柱206和端柱208，并包括顶面板322和204。顶面板322具有1.1米的宽度和1.6米的长度，并且顶面板204具有1.1米的宽度和1.3米的长度。
外壳220、320、340和360仅是说明性的，可以构造任何大小的外壳以容纳任何期望的发电机组大小。外壳220、320、340和360中的每个均可以使用若干不同的柱和若干不同的顶面板进行构造。诸如出入门的其它部件可以常用于构建任何大小的外壳。
图14和图15图示了针对大马力应用的本发明的另选实施方式，其中外壳500示出为具有安装在高压隔室514的对置两侧上的两个高压风扇526，每个高压风扇526自身均具有穿过其相应侧壁的高压入口520。辐射器528安装在高压隔室514的顶面板中，允许受热空气和噪声被引导并垂直退出。由水平舱壁(未示出)将后处理系统和/或消声器546与发动机隔室16隔离。空气在外壳的远端处或附近退出发动机隔室516并且沿着后处理系统和/或消声器546流回，以冷却后处理系统和/或消声器546并且在低压出口524处、在辐射器528附近邻近隔室的中点退出。应注意的是，该布置将受热空气和排气连同排气和受热空气流的夹带噪声的大部分垂直引导出外壳500；仅水平开口和噪声源是侧安装的高压风扇入口520。进一步应注意的是，在图14和图15的实施方式中，可选的燃料罐570在高压隔室514中安装在高压风扇526下方。
图16示出了依据其它实施方式针对冷空气再循环预热模式配置的发电系统或发电机组610的示意图。除了指出的地方，发电系统610类似于发电机组10并类似地编号。系统610包括外壳612、发电机隔室614、发动机隔室616和舱壁618。发动机隔室616中的发动机636联接到辐射器628用于冷却。发电机隔室入口620提供了使环境空气流入发电机隔室614中的路径。高压或第一风扇626被配置成将空气吸入到发电机隔室614中，以在发电机隔室614中创建高压。发电机隔室出口622提供了使空气经过辐射器628离开发电机隔室614的路径。空气可进一步经由可选的顶板开口660和外壳开口664向周围环境逸出。发电机组610可包括可选的开口650。然而，当发电机组610正常运行时，来自发动机隔室616的大于环境的压力创建使来自发电机隔室614的空气经由其它开口660、664逸出的最小阻力路径。
发电机630具有发电机入口632和发电机出口634，提供了使空气离开发电机隔室614朝向发动机隔室616的另一路径。发电机风扇638联接到发电机出口634并被配置成创建从发电机隔室614到发动机隔室616的吸入空气。发动机隔室出口624联接到发动机隔室616并且允许空气离开而进入周围环境。如上文所解释的，发动机隔室出口624是使发动机隔室616中的加压空气向周围环境逸出(而非经由开口650)的最小阻力路径。
在各种实施方式中，发电机组610可进一步配置成检测环境空气的温度并确定环境空气足够冷，例如，当温度超过下限阈值时将导致发动机636低效运行。作为另一实例，当外壳612内的较高温度将是有利的时，后处理系统646可能需要再生周期。响应于至少一个这样的条件，发电机组610被配置成开始冷空气再循环预热模式。在该模式下，第一风扇626关闭或基本上从其最大输出减少，并且第二风扇638开启或保持运行。因为第一风扇626被禁用，所以发电机隔室614的压力更接近环境压力或者比第一风扇启用时创建的高压小得多。在第二风扇638运转时，空气仍经由发电机630(具体经由发电机入口632和发电机出口634)从发电机隔室614吸入到发动机隔室616。
随着空气被吸入通过，第二风扇638运转以创建发动机隔室616与发电机隔室614之间的压力差，于是发动机隔室616具有高于发电机隔室614的第二压力的第一压力。结果，发动机隔室616中的加压空气的相当大的部分流过开口650而非发动机隔室出口624。然后，加压空气的相当大的部分流过发电机隔室出口622、越过辐射器628并进入发电机隔室614而非外壳开口664和顶板开口660。该再循环路径允许外壳612中的空气再循环，使得外壳612中的部件的温度可以在期望时维持在高于环境温度的温度下。有利地，冷空气再循环预热模式可在发电机组610运转的同时启用和禁用。另外，随着发电机组610变暖或者随着热消耗需求增加第一风扇626可以开启或在较高的水平下运转，以根据需要将增加量的寒冷室外空气带到发电机组外壳610的再循环空气质量中。
图17至图21是依据本发明的实施方式的大小为标准尺寸ISO容器的模块化发电系统或发电机组710的视图。模块化发电机组710基本上集成了本文中别处描述的大致类似特征，但模块化发电机组710的外壳712的大小和结构为标准ISO容器的形状，而内部部件、内部面板和外部面板可基于选定配置而变化。在一些实施方式中，外壳712为改良的标准尺寸ISO容器，具有切入标准外壳、顶面板和侧面中的标准大小开口，然后该开口可被大小和形状适合特定应用的面板占据。外壳712的长度L、宽度W和高度H被选择为匹配标准ISO容器尺寸标准以及发电机组710所用的应用。例如，L×W×H可主要基于发动机的大小、发电机的大小、燃料储存要求和运输参数来选择。在一些实施方式中，长度L选自20英尺、30英尺、40英尺和48英尺。在各种实施方式中，高度H选自8.5英尺的标准高度或9.5英尺高货柜高度。宽度W通常为8英尺。这些尺寸能使外壳712兼容其它标准尺寸ISO运输容器进行堆叠和运输。另外，这些尺寸能在500kW到1500kW的示例性范围内发电。例如，20英尺长度的标准ISO容器可开有标准尺寸的开口，然后设置有功率输出大小在500到1500kW范围内的面板。作为另一实例，40英尺长度的标准ISO容器可开有标准尺寸的开口，然后设置有功率输出大小在1500到2500kW范围内的面板。
发电机组710与本文中别处描述的其它发电机组类似之处在于，发电机组710包括发电机隔室714(即高压)和发动机隔室716(即低压)。门715通向发电机隔室714。如示出的，百叶窗720提供当发电机隔室门715闭合时通入发电机隔室714的入口。在一些实施方式中，百叶窗是Z形百叶窗，其结构需要进气在穿过百叶窗的同时上升，这会过滤一些碎片和灰尘颗粒。在其它实施方式中，百叶窗可以是重力百叶窗和/或与一个或多个高压风扇760关联。例如，当发电机组710未运转时或者当关联的高压风扇760被禁用时，重力百叶窗由发电机隔室714的重力或空气压力闭合。重力百叶窗与一个或多个高压风扇760的关联在风扇有故障时允许风扇故障保护来维持压力，或者在冷却需求较低时允许通过关停不需要的风扇来节能。百叶窗720可由空气过滤器765辅助，以进一步过滤碎片和灰尘颗粒。在一些实施方式中，重力百叶窗和Z形百叶窗两者均用于提供进一步增强的过滤。
在各种实施方式中，发电机组710包括可拆卸的风扇机柜750。风扇机柜750可包括位于滑动支架755上的风扇760。滑动支架755被配置成滑入发电机隔室中，例如，发电机隔室可包括轨道。风扇760可类似于本文中别处描述的风扇。如图18所示，可拆卸的风扇机柜750以可移除的方式滑动到发电机隔室714中。另外，如示出的，风扇760可成对安装。这些对可彼此偏心，以容纳马达(可以是电动马达)的存在。在一些实施方式中，基于发电机组710的冷却要求和模块化发电机组710中的可用空间，高压风扇760可包括1个风扇、2个风扇、4个风扇或任何其它数量的风扇。
门725通向发动机隔室中。类似于其它发电机组实施方式，额外的门可包括在发动机隔室的端部上和发动机隔室的另一侧面上，以提供对发动机的三面访问而易于维修。
外壳712还包括顶板730。如示出的，顶板730包括至少部分地布置在发电机隔室714上方的发电机隔室面板735、至少部分地布置在排气系统上方的排气面板740以及至少部分地布置在发动机隔室上方的发动机隔室面板745。发电机隔室面板735的大小可匹配布置在发电机隔室714内的辐射器的大小。例如，发电机隔室面板735可基本上允许空气流过辐射器而流入周围环境中。排气面板740的大小可允许废气和加压空气逸出到周围环境中。发动机隔室面板745被大致密封，以保护发动机隔室免受环境影响。在各种实施方式中，发电机隔室面板735和排气面板740占据ISO容器的已被切除的区域，并且发动机隔室面板735是标准ISO容器顶板的未被切除的部分。顶面板可进一步适合图19至图21中进一步详细示出的应用。
图19至图21是各种配置810、812和814下的模块化发电机组710的示意图。模块化发电机组710具有基于需要的发电机组部件的大小，诸如风扇760、发动机770、发电机772、排气系统774(包括可能的排气后处理)和联接到发动机的辐射器776的大小而改变的面板或部分。一般而言，需要的部件通常基于发电要求、冷却要求、排放要求和环境条件进行选择。例如，50升发动机可能需要产生1500到2500kW的电力，需要某种大小的辐射器和增压空气冷却器来冷却发动机并且使空气在特定环境和某种大小的排气系统中进气，以减轻噪声和气体排放。于是，面板的尺寸应满足这些部件的尺寸。
如示出的，顶面板取决于配置而在长度上模块化。示出的长度包括：L1，代表发电机隔室部735的长度；L2，代表排气部分740的长度；以及L3，代表发动机隔室部745的长度。长度L4代表舱壁778的内部面板的模块化长度。
例如，如图19针对配置810示出的，发动机770是较大的发动机，并且发电机772的大小适当并且联接到发动机。为了冷却发动机770，辐射器、增压空气冷却器或辐射器组776的尺寸设定成冷却发动机770和压缩的进气。如示出的，辐射器或辐射器组776水平布置；而在其它实施方式中，辐射器或辐射器组776以另一角度布置。例如，该角度可垂直或介于垂直与水平之间。重力百叶窗或可操作的扰流片可以可选地是百叶窗，可以可选地装配到辐射器776的外部以防止在不操作时水或其它环境侵入。两对风扇760用于加压发电机隔室714以迫使空气穿过辐射器776。舱壁778包括水平面板，水平面板具有长度L4，其大小设定为容纳发动机770和发电机772的整体长度。此外，例如，在发电机和辐射器水平重叠的情况下，长度L4可基于发电机772和辐射器776的大小来选择。长度L1选择为容纳辐射器776的长度。长度L2容纳发动机隔室716的大小。由于排气系统774的大小，长度L3不存在。
作为另一实例，如图20针对配置812图示的，发动机770小于配置810中的发动机。结果，发电机772和辐射器776较小并具有整体较小长度。然而，排气系统774保持相同的大小。利用较小的尺寸，舱壁面板长度L4可以较短。其它尺寸的舱壁778可保持相同。这使发动机770能安置得距端部更远，以获得与发电机组710的端部相邻的额外空间。例如，额外空间可用于储存更多的燃料。替代两对风扇，一对较大风扇760用于加压发电机隔室714。长度L1较短，以容纳较短的辐射器776。长度L2保持相同。然而，长度L3的存在是为了在排气系统774上延伸。
作为另一实例，如图21针对配置814图示的，发动机774甚至小于配置812中的发动机。结果，发电机772和辐射器776更小。排气系统774保持相同的大小。利用较小的大小，舱壁面板长度L4不再存在，而其它尺寸的舱壁778可保持相同。这使发动机770能安置得距端部甚至更远，以获得与发电机组710相邻的额外空间。取决于冷却要求，风扇760的大小可相同或减少。长度L1进一步缩短，以容纳甚至较小的辐射器776。长度L3在排气系统774上进一步延伸。
配置810、812和814是发电机组710的模块化配置的实例。通过将发电机组710包装到标准ISO容器中并建立模块化面板，在满足各种应用要求的同时方便易于运送发电机组710。应注意的是，再循环开口、门或重力百叶窗(布置成在发电机隔室714加压时闭合并且在处于从发动机隔室716到发电机隔室714的再循环模式时打开)可以在辐射器776和排气系统744之间装配到面板，以允许寒冷天气再循环操作。
可以对讨论的示例性实施方式做出各种修改和增添而不脱离本发明的范围。例如，虽然上述实施方式指的是特定特征，但是本发明的范围还包括具有不同特征组合的实施方式以及不包括所有描述特征的实施方式。从而，本发明的范围意在涵盖所有这样的落入权利要求书范围内的另选、修改和变型及其所有等同物。

Claims (15)

1.一种具有多路冷却的发电系统，所述具有多路冷却的发电系统包括：
外壳，所述外壳用于防止周围环境影响，该外壳包括：
发电机隔室，所述发电机隔室包括与所述周围环境流体连通的第一入口区和第一出口区；
发动机隔室，所述发动机隔室包括与所述发电机隔室流体连通的第二入口区以及与所述周围环境流体连通的第二出口区；和
舱壁，所述舱壁位于所述发电机隔室和所述发动机隔室之间，以至少基本上将所述发电机隔室和所述发动机隔室流体分离；
位于所述发电机隔室中的辐射器，其中所述发电机隔室中的加压气体沿着第一气体流动路径流过所述辐射器并且经由所述第一出口区流出所述发电机隔室；
至少部分地位于所述发电机隔室中的发电机，所述发电机具有穿过所述发电机的第二气体流动路径，所述第二气体流动路径包括通向所述发电机隔室的发电机入口区以及与所述第二入口区流体连通的发电机出口区；以及
位于所述发动机隔室中的发动机，所述发动机联接到所述辐射器以进行冷却且联接到所述发电机以驱动所述发电机。
2.根据权利要求1所述的具有多路冷却的发电系统，其中，所述具有多路冷却的发电系统在第一模块化配置下容纳第一尺寸的所述发动机和/或发电机，
所述外壳具有第一外壳长度、第一外壳宽度和第一外壳高度，并且所述辐射器具有第一辐射器长度、第一辐射器厚度和第一辐射器高度；并且
所述具有多路冷却的发电系统在第二模块化配置下容纳第二尺寸的所述发动机和/或发电机，所述外壳具有第二外壳长度、所述第一外壳宽度和所述第一外壳高度，并且所述辐射器具有所述第一辐射器长度、所述第一辐射器厚度和第二辐射器高度。
3.根据权利要求2所述的具有多路冷却的发电系统，所述具有多路冷却的发电系统在第三模块化配置下容纳第三尺寸的发动机和/或发电机，其中：
所述外壳具有第三外壳长度、所述第一外壳宽度和所述第一外壳高度，并且所述辐射器具有所述第一辐射器长度、所述第一辐射器厚度和第三辐射器高度。
4.根据权利要求1所述的具有多路冷却的发电系统，所述具有多路冷却的发电系统进一步包括发动机燃烧气体进气口，该发动机燃烧气体进气口具有通向所述发电机隔室中的入口区。
5.根据权利要求1所述的具有多路冷却的发电系统，其中，所述外壳被配置成允许所述辐射器通过高度、宽度和厚度中的一个或多个来改变尺寸。
6.根据权利要求1所述的具有多路冷却的发电系统，其中，所述发电机隔室和所述发动机隔室中的至少一者被配置成通过改变顶面板、侧面板、基座面板、基座框架构件和基座中的一者或多者而使长度变化。
7.根据权利要求1所述的具有多路冷却的发电系统，其中，所述外壳被配置成通过改变侧面板、端面板、端柱以及所述发电机隔室和所述发动机隔室之间的所述舱壁中的一者或多者而使高度变化。
8.根据权利要求1所述的具有多路冷却的发电系统，其中，所述外壳被配置成通过改变端面板、顶面板、基座、基座面板以及所述发电机隔室和所述发动机隔室之间的所述舱壁中的一者或多者而使宽度变化。
9.一种具有多路冷却的发电系统，所述具有多路冷却的发电系统包括：
标准尺寸ISO外壳，所述标准尺寸ISO外壳用于防止周围环境影响，该标准尺寸ISO外壳包括：
发电机隔室，所述发电机隔室包括与所述周围环境流体连通的第一入口区和第一出口区；
发动机隔室，所述发动机隔室包括与所述发电机隔室流体连通的第二入口区以及与所述周围环境流体连通的第二出口区；
舱壁，所述舱壁位于所述发电机隔室和所述发动机隔室之间，以至少基本上将所述发电机隔室和所述发动机隔室流体分离；
顶板和多个壁；
包括顶板开口的多个标准尺寸的开口；以及
至少一个模块化面板，所述至少一个模块化面板占据所述顶板开口的至少一部分；位于所述发电机隔室中的辐射器，其中所述发电机隔室中的加压气体沿着第一气体流动路径流过所述辐射器并且经由所述第一出口区流出所述发电机隔室；至少部分地位于所述发电机隔室中的发电机，所述发电机具有穿过所述发电机的第二气体流动路径，所述第二气体流动路径包括通向所述发电机隔室中的发电机入口区以及与所述第二入口区流体连通的发电机出口区；以及
位于所述发动机隔室中的发动机，所述发动机联接到所述辐射器以进行冷却且联接到所述发电机以驱动所述发电机。
10.根据权利要求9所述的具有多路冷却的发电系统，其中，所述多个标准尺寸的开口包括多个壁开口。
11.根据权利要求10所述的具有多路冷却的发电系统，其中，至少一个标准尺寸的面板占据所述多个壁开口中的一个。
12.根据权利要求9所述的具有多路冷却的发电系统，其中，所述舱壁包括水平面板，所述水平面板的长度基于所述发动机的长度和所述发电机的长度；
其中，所述水平面板的长度进一步基于所述辐射器的长度。
13.根据权利要求9所述的具有多路冷却的发电系统，所述具有多路冷却的发电系统进一步包括至少部分地布置在所述发动机上方的排气系统，其中所述至少一个模块化面板包括布置在所述排气系统的至少一部分上方的排气面板。
14.根据权利要求9所述的具有多路冷却的发电系统，所述具有多路冷却的发电系统进一步包括位于所述发电机隔室中的至少一个高压风扇以及安装有所述至少一个高压风扇的可拆卸的风扇机柜。
15.根据权利要求14所述的具有多路冷却的发电系统，其中，所述可拆卸的风扇机柜包括可滑动支架，所述发电机隔室包括联接到所述可滑动支架的轨道。
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