CN1283914C - 热机及其产生机械能的相关方法以及它们在运载工具上的应用 - Google Patents

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Abstract

一种封闭循环式燃气涡轮发动机，它具有：一个产生压缩气体的压缩器(52)；一个可接收压缩气体的燃气涡轮(42)；一个具有第一传热器并可接收来自上述压缩器的压缩气体且可将该压缩气体传送到燃气涡轮(42)的贮热装置；和一个用于接收来自燃气涡轮(42)的废气并将它传送到压缩器(52)的第二传热器(46)，其中，上述的第二传热器(46)用于传输进入压缩器(52)之前的废气中的至少一部分热量。

Description

热机及其产生机械能的相关方法以及 它们在运载工具上的应用
本发明的领域
本发明涉及热机，尤其涉及按照卡诺和布雷顿循环进行工作的发动机，更具体地说，本发明涉及这些发动机的新用途。
本发明的背景
地下采矿的危险之一是，如果矿井的一部分发生崩塌，正在地下作业的矿工们可能被压坏或发生窒息。在这种情况下，由于矿工们关闭在一个封闭的空间内，它们只有很有限的供氧，所以极易发生窒息。另外，由于通常需要不断地对沿矿井延伸的坑道供氧，所以，一旦中断对坑道的供氧，也会发生窒息事件。
因此，重要的是要使由于矿井崩塌而围困在地下的矿工尽可能快地撤离出来。加快撤离的一种方法是使用一种能够下到矿井中去营救幸存者的运载工具，这种运载工具通常称为MRV(矿井营救车辆)。但是，由于在圹井崩塌事故中，供氧一般都很短缺，所以，重要的是，上述运载工具应能在缺氧或无氧的环境下作业。
因此，希望提供一种能在缺氧或无氧的环境下工作的发动机，也希望提供一种能在无氧或缺氧的环境下作业的载运工具。
本发明的概述
本发明的第一方面，提供一种往复式发动机，它具有一个分成两个相邻的第一和第二分室的隔室和至少一个可移动隔壁，该至少一个可移动隔壁用于在移动中改变上述两个相邻分室的容积，上述的发动机还具有一个用于加热通入第一分室内的与通入第二分室的第二气体相关的第一气体的贮热装置，上述发动机还具有可将来自上述贮热装置的热量传递给第一气体的第一传热器，上述的至少一个可移动隔壁可以因第一气体被加热而周期地改变上述相邻的两分室的容积，从而产生机械能，其中，上述发动机具有一个可使第一气体周期地从第一分室流至第一传热器的气体循环装置。
本发明的第二方面，提供一种产生机械能的方法，该方法包含如下步骤：
(a)提供一种往复式发动机，该发动机具有一个可分成两个相邻分室的隔室和至少一个可移动隔壁，该至少一个可移动隔壁用于在移动中改变上述两个分室的容积，上述发动机还具有一个用于加热通入第一分室内的与通入第二分室内的第二气体相关的第一气体的贮热装置，上述发动机还具有一个用于将来自贮热装置中的热量传递给第一气体的第一传热器，上述的至少一个可移动隔壁用于在第一气体被加热后周期地改变上述两个相邻分室的容积而产生机械能；和
(b)使第一气体从第一分室至第一传热器循环流动。
本发明的第三方面，提供一种封闭循环式燃气涡轮发动机，它具有一个用于压缩供入涡轮进口侧的气体的压缩器和一个贮热装置及相关的第一传热器，以便在气体进入涡轮前或进入涡轮时将贮热装置的热量传给气体，上述燃气涡轮发动机的结构做成可将燃气涡轮的废气供入压缩器内，其中，上述发动机还具有一个用于将废气的热量传给被泵送通过第一传热器之前的压缩气体的第二传热器。
本发明的第四方面，提供一种封闭循环式燃气涡轮发动机，该发动机具有一个用于压缩供入涡轮进口侧的气体的压缩器和一个贮热装置及相关的主传热器，以便在气体进入涡轮前或进入涡轮时将贮热装置的热量传给气体，上述燃气涡轮发动机的结构做成可将涡轮的废气供入压缩器内，其中，上述发动机具有一个用于在废气被泵入压缩器之前使废气降低温度的第二传热器。
本发明的第五方面，提供一种产生机械能的方法，该方法包含如下步骤：
(a)提供一种封闭循环式燃气涡轮发动机，它具有一个用于压缩供入涡轮进口侧的气体的压缩器和一个贮热装置及相关的第一传热器，以便在气体进入涡轮之前或进入涡轮时将贮热装置的热量传给气体，燃气涡轮发动机的结构做成可将燃气涡轮的废气供入压缩器内；和
(b)在压缩气体被泵送通过第一传热器之前将废气的热量传递给压缩气体。
本发明的第六方面，提供一种产生机械能的方法，该方法包含如下步骤：
(a)提供一种封闭循环式燃气涡轮发动机，该发动机具有一个用于压缩供入涡轮进口侧的气体的压缩器，和一个贮热装置及相关的主传热器，以便在气体进入涡轮前或进入涡轮时将贮热装置的热量传给气体，燃气涡轮发动机的结构做成可将燃气涡轮的废气供入压缩器；和
(b)传递被泵送至压缩器之前的废气中的热量。
本发明的第七方面，提供一种运载工具，该运载工具包括陆地车辆、海上运载器或者飞机，其中，上述的运载工具装有上述的本发明第一、第三或第四方面所述的发动机。
按照本发明的又一方面，提供一种往复式发动机，该发动机具有：一个带有被可移动隔壁分隔为两个相邻的第一和第二分室的隔室的容器；一个入口和一个出口；一个贮热装置；一个传热器和一条将上述出口与传热器相连接并将传热器与上述入口相连接和管道系统，其中，上述的传热器用于将贮热装置的热量传给管道内的气体以驱动上述的可移动隔壁周期性地改变上述两个相邻分室的容积，使气体通过管道系统循环流动而产生机械能或电能。
上述的往复式发动机最好按照由4个不同的热力学过程即等温压缩、等容加热、等温膨胀和等容冷却组成的斯特林循环而工作。
上述的管道系统最好具有一根其一端与大致位于上述容器中点的出口相连接，而其另一端则与传热器相连接的管道。
上述管道系统最好还具有一根其一端与容器入口相连接而另一端则与传热器出口相连接的管道。
上述的回热器最好连接在传热器与气缸出口之间的管道系统中。
上述的运载工具可包括MRV(矿井救援车辆)。
上述的贮热装置可以是一个贮热室。
上述的贮热室可以是液体盐贮热室。
上述的液体盐贮热室可以是氯化钠(NaCl)、氟化锂(LiF)、或氟化钠(NaF)液体盐贮热室。
用来为MRV提供动力的液体盐贮热室最好能够在650～1000℃下提供1000KW的贮存能量，为此，NaCl、LiF或NaF液体盐贮热室中盐的用量最好分别为3.96、2.35或2.97吨。
贮热装置的结构可使往复式发动机的第一气体的温度保持在650℃左右。
往复式发动机可具有一个用于传递第二分室的热量的第二传热器。
上述第二传热器的结构可使上述第二分室的温度保持在15℃左右。
另外，贮热装置和第一传热器的结构也做成可使往复式发动机的第一分室的温度保持在高于700℃左右，而第二传热器的结构则做成可使往复式发动机的第二分室的温度保持在室温左右。
上述的第一传热器可以包括第一热交换器。
上述的第一热交换器可由因康镍或253耐热不锈钢制成。
上述的第二传热器可以包括第二热交换器。
本发明第二方面的方法还可包含如下步骤：对上述第一分室加热，使其温度比第二分室高600℃。
上述的第一和/或第二热交换器内可以通入第三气体。
上述的第一和第二气体可以是与第三气体相同的气体。
上述的第一和第二气体可以是空气、氨气、氩气、二氧化碳、一氧化碳、氦气、氢气、甲烷、氧气或水蒸汽，最好是氦气。
如果第一和第二气体不同于第三气体，该第三气体最好是氢气。
第三气体可以包含第一气体，其中，第一热交换器借助于第一气体通过它而工作。
第三气体最好是压力约为15～25兆帕的高压气体。
上述的气体循环装置可以包括管道。
往复式发动机可以具有一个回热器，该回热器具有一个用于周期地吸收第一气体的热量并随后在第一气体冷却时将上述热量传给第一气体的吸热及放热装置。
上述回热器还可具有用来在第一与第二相邻分室之间传送第一和第二气体用的第一和第二相邻分室的连接件。
另外，回热器还可具有一个吸热件和一根管子，该管子设置成可将来自第一分室之一部分的第一气体输送到上述吸热件然后进入第一分室的另一部分。
往复式发动机可具有一个用于履行气体循环装置和回热器的综合功能的综合气体循环及回热装置，该装置具有回热器的吸热和放热装置和第一传热器的第一热交换器，上述的综合气体循环及回热装置的结构做成可使第一气体在再次进入第一分室之前依序通过吸热和放热装置、和第一热交换器。
第一气体可以在热的浮性作用下从第一分室循环进入第一传热器、吸热和放热装置、或综合气体循环及回热装置，以使第一气体通过对流作用循环进入和离开第一分室。
往复式发动机可具有用于泵送第一气体进入和/或离开第一传热器、吸热和放热装置、或综合气体循环及回热装置的泵送装置。
上述的至少一个可移动的隔壁可以是一个用于将上述隔室分成两个相邻分室的单个的可移动隔壁，该部件与上述隔室基本上密封地接合，以阻止第一气体与第二气体相混合。
上述的隔室可以是长形的隔室，上述的单个的可移动隔壁的位向可以设置成大致垂直于上述隔室的纵轴线，并可沿隔室的纵长方向移动。
上述的往复式发动机可具有一个用于推动第一气体的移位器，该移位器的移动与上述的至少一个可移动隔壁的移动呈一定的相位关系。
上述移位器可在上述的长形隔室内移动，并且沿隔室的纵长方向移动，它的移动与上述单个的可移动隔壁的移动呈90°的相位差。
另外，上述的至少一个可移动隔壁可以具有分别与上述第一和第二相邻分室基本上密封地接合的第一和第二可移动隔壁，而使第一和第二气体可以任意混合。
上述的第一和第二气体可以通过回流器而任意混合。
本发明第二方面的方法中还可包含如下步骤：使第一气体周期地从第一分室流出再通过第一热交器，随后返回第一分室。
本发明第二方面的方法中，还可包含如下步骤：使第一气体在通过第一热交换之前先通过回热器而循环流动。
本发明第二方面所述的方法中，还可包含如下步骤：使第一气体在热的浮性作用下循环流动，以便使第一气体靠对流作用而循环。
另外，本发明第二方面所述方法中，也可包含如下步骤：将第一气体泵送通过第一热交换器和/或回热器。
气体循环装置可具有一个用于控制第一气体从第一分室向第一传热器循环流动的流量的流量控制器。
上述的流量控制器最好用于控制第一气体从上述第一分室流出的流量而不是控制第一气体返回至第一分室的流量。
上述的流量控制器最好用于控制第一气体循环流向回热器的流量。
上述的流量控制器可以包括一种阀。
上述的流量控制器可包括一种蝶阀。
本发明第二方面所述的方法中，还可包含如下步骤：控制第一气体从第一分室循环流向第一传热器的流量。
本发明第二方面所述方法中，还可包含如下步骤：借助流量控制器控制从第一分室循环流向第一传热器的气体的流量。
本发明的第三方面可具有一个第二传热器。
本发明的第四方面可具有一个第二传热器。
本发明的第五方面的方法还可包含如下步骤：传递被泵入压缩器之前的废气中的热量。
本发明的第六方面的方法还可包含如下步骤：在废气被泵入主传热器之间将其热量传递给压缩气体。
按照本发明的又一方面，提供一种封闭循环式燃气涡轮发动机，该发动机具有：一个产生压缩气体的压缩器；一个接收压缩气体的燃气涡轮；一个具有第一传热器的用于接收来自压缩器的压缩气体且可将该压缩气体传送给燃气涡轮的贮热装置；一个用于接收来自燃气涡轮的废气并将该废气传给压缩器的第二传热器，其中，上述的第二传热器用于传递进入压缩器之前的废气中的热量。
上述的第二传热器最好用于在废气进入贮热装置之前将该废气的热量传递给压缩气体。
上述的第二传热器最好包括一种热交换器。
上述的第二传热器可以包括一种回热器。
燃气涡轮发动机的压缩器可按压缩比为6.2∶1压缩气体。
燃气涡轮发动机的贮热装置及相关的第一传热器或主传热器可使进入燃气涡轮的气体的温度保持在大约930℃的相对稳定的温度。
上述的燃气涡轮发动机可以是一种湿式燃气涡轮发动机，该发动机具有一个用于在压缩空气离开压缩器之后和被第一或主传热器加热之前将液体喷入压缩气体内的喷液器，和一个用于随后使进入压缩器之前的废气中的液体冷凝下来的液体冷凝器。
上述的液体可从通过第二传热器之前或之后的废气中冷凝出来。
由喷液器喷出的液体也可选用那些不需要液体冷凝器的液体，因为这种液体可自动地从废气中冷凝出来。
由喷液器喷出的液体也可选用那些可用第二传热器将通过压缩器之前的废气的温度降低到接近室温而无需使用第二传热器的液体。
上述的液体可包括水，最好是蒸馏水。
上述的湿式燃气涡轮发动机的压缩器最好按大于或等于15∶1左右的压缩比压缩上述气体。
上述压缩器可按小于或等于30∶1左右的压缩比压缩上述气体。
上述的燃气涡轮可以是大于或等于1兆瓦的涡轮。
上述压缩器和第一或主传热器的结构可使从压缩器排出的压缩气体的温度约为400℃，而喷液器可将压缩气体的温度降低至约195℃。
本发明第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：在气体进入燃气涡轮之前或在进入涡轮过程中加热上述气体，以使进入燃气涡轮的气体的温度保持在大约930℃的相对稳定的温度。
本发明的第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：
(a)在压缩气体离开压缩器后和被第一或主传热器加热之前将液体喷入压缩气体中；和
(b)在废气进入压缩器之前使该废气中的液体冷凝下来。
上述的第一和主传热器可分别具有主热交换器，该主热交换器可在泵送的压缩气体通过它时将贮热装置的热量传递给压缩气体。上述的压缩器用于泵送压缩气体进入主热交换器。
比热高的压缩气体可使燃气涡轮发动机具有高的功率输出，但是这类气体不如比热较低的气体那么效率高，因为它们被排出涡轮时仍存留较多的热量。因此，燃气涡轮的气体可以是空气、氨气、氩气、二氧化碳、一氧化碳、氦气、氢气、甲烷、氧气、或水蒸汽，最好是氦气。
上述的主传热器可使压缩气体的温度升高至高于或等于900℃左右。
本发明第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：用主热交换器将来自贮热装置的热量传递给压缩气体。
上述的第二传热器可使废气温度降低至大约200℃，并使压缩器排出的气体温度提高至大约400℃。
上述的第二传热器可以包括回热器。
上述的回热器可以包括第二热交换器。
上述的第二传热器可在废气通过它时将废气中的热量吸走。
上述的第二传热器可使废气的温度降低至30℃左右。
上述的第二传热器可包括第三级热交换器。
上述的第三级热交换器可包括一种可让冷却液通过它而吸走废气中的热量的液体冷却器。
本发明第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：在压缩气体被泵送通过第一或主传热器之前用回热器将废气中的热量传递给压缩气体。
本发明第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：在废气被泵送通过压缩器之前用第三级热交换器将该废气中的热量传递出来。
本发明第三和第四方面的燃气涡轮发动机还可具有用于控制流过燃气涡轮发动机的气体的流量的燃气流量控制器。
上述的燃气流量控制器可通过限制流过燃气涡轮发动机的气体的流量来调节燃气涡轮发动机而控制其功率输出。
上述的燃气流量控制器可包括一种阀。
上述的燃气流量控制器可设置来控制流经第二传热器与压缩器之间的气体的流量。
本发明的第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：控制流过燃气涡轮发动机的气体的流量以调节燃气涡轮发动机而控制其功率输出。
本发明的第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：用燃气流量控制器控制流过燃气涡轮发动机的气体的流量。
本发明第三和第四方面的燃气涡轮发动机还可具有用于控制喷液器喷入压缩气体中的液体的流量以控制燃气涡轮发动机的功率输出的液体流量控制器。
上述的液体流量控制器可以包括一种比例积分微分(P.I.D)控制器。
上述的P.I.D.控制器可以控制与压缩气体的流量成正比地喷入压缩气体中的液体的流量。
上述的P.I.D.控制器可以通过既控制流过燃气涡轮的气体的流量又控制由喷液器喷入压缩气体内的液体的流量来控制燃气涡轮发动机的功率输出。
本发明第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：控制喷入压缩气体中的液体的流量以控制燃气涡轮发动机的功率输出。
本发明的第五和第六方面的方法还可包含如下步骤：用液体量控制器控制喷入压缩气体中的液体的流量。
本发明的第一、第三和第四方面的往复式发动机和燃气涡轮发动机可分别用于带动液压泵/马达、发电器、传输机械能的机械传动装置、或上述各种用途中的一种或多种的组合而控制上述发动机的机械功率输出。
上述的发电器可用于给贮电装置充电，后者又可为电动马达提供电力。
另外，上述的发电器最好用于直接带动电动马达。
上述的液压泵/马达可通过液压马达驱动运载工具。
上述的往复式发动机和燃气涡轮发动机可分别用于带动齿轮箱。
燃气涡轮发动机的齿轮箱的减速比约为6∶1，该“6∶1”的减速比与“35000转/分钟∶6000转/分钟”相对应。
燃气涡轮发动机可用于带动摆动盘式液压泵。
上述运载工具可具有液压泵/马达、发电器、传输机械能的机械传送装置、或上述的一种或多种装置的组合而控制往复式发动机或燃气涡轮发动机的机械功率输出。
上述运载工具还具有上述的齿轮箱，以燃气涡轮发动机为动力的运载工具还可具有摆动盘式液压泵。
运载工具的齿轮箱可用于带动液压泵。
按照本发明的叉一方面，提供一种贮热装置，该装置具有一个带有入口、出口和贮热物质的容器和一个传热器，后者用于将流体输入容器内并使之穿过贮热物质后而从出口排出。
上述的流体最好是一种气体。
上述的贮热物质可以包括一种熔融的化学化合物例如氯化锂。
上述流体可以从容器底部冒泡通过贮热物质并从上述出口排出。
上述传热器可包括至少一根带有至少一个位于容器底部的出口的管道。
在上面的本发明概述中，除了上下文另有要求外，为了表达术语或必需的含意，所用单词“comprising”、“comprises”或“comprise”均表示“包括”(“including”)的意思，就是说，所限定的特点与本发明各种实施例中的其他特点有关。
附图简述
下面仅通过参考附图的实例来说明本发明的优选实施例，附图中：
图1是本发明的往复式发动机的一个实例的简单剖视图；
图2是本发明的燃气涡轮发动机的一个实例的简单流路图；和
图3示出本发明的一个实施例的贮热室的说明图例。
实施本发明的最佳方式
参看图1，往复式发动机10一般具有活塞12、移位器14、气缸16、飞轮18、连杆20和22、液体盐贮热室及相关的热交换器24、回热器26、蝶阀28和热交换器30。活塞12可沿气缸16的纵长方向上下滑动，其外圆柱面与气缸16的内圆柱面彼此密封。移位器14的形状与活塞12相似，但其上表面是与气缸16的上内表面相对应的半球形，它不同于活塞12的是，它与气缸16的内圆柱表面不相密封。移位器14可沿气缸16的纵长方向上、下移动。移位器14与活塞12的相对移动由它们与飞轮18的连接来控制。活塞12通过连杆22与飞轮相连接，而移位器14则通过连杆20与飞轮18相连接。连杆20和22固定在飞轮18上的方式可使活塞12和移位器14在气缸16内按90°的相对相位差而移动。
活塞12将气缸16分成上部32和下部34或者说上室32和下室34。在上部32和下部34内充满氦气，该氦气可分别自由流过热管38和冷管36，该冷、热管36和38分别导引氦气从气缸16流过回热器26和液体盐贮热室及相关热交换器24。冷管36在气缸16纵长段的大约一半之处大致沿垂直于气缸16的方向延伸，而热管38则从气缸16的上表面向上延伸。冷管36将气缸16与回热器26相连接，而热管38则将气缸16与液体盐贮热室及相关热交换器24相连接。冷管36还继续延伸穿过回热器26并将回热器26与液体盐贮热室及相关热交换器24相连接。
气缸16的下半部固定在可从该下半部转移热量的热交换器30上。与回热器26和冷、热管36、38相连接的液体盐贮热室及相关热交换器24可加热气缸16上部32内所容纳的氦气。通过加热气缸16上部32内的氦气和冷却气缸16下部34内的氦气可使活塞12在气缸16内按理论的卡诺循环而上、下往复移动。活塞12的移动引起飞轮18转动，从而使发动机10能将热能转换成机械能。
当活塞12和移位器14与飞轮18相连接时，移动中的活塞12和移位器14可用于产生电能而不是机械能。这种方案可以通过例如将磁铁固定在一根杆(例如连杆20)上并使该连杆穿过线圈而前后移动来实现。但是，这种替代方案要求有一个能使活塞12开始向上移动的弹簧或类似构件。在图1所示的实施例中，是通过飞轮18的动量来产生上述的活塞向上移动的。
由于随后的循环而使活塞12和移位器14产生往复移动。氦气从气缸16之上部32流过冷管36，再流过回热器26而进入液体盐贮热室及相关热交换器24内，与液体盐贮热室相连接的热交换器将来自液体盐贮热室的热量传给流过该热交换器的氦气。因此，当氦气流过该热交换器时，便被加热，并随后流过热管38而进入气缸16的上部32。加热了的氦气在移位器14的外侧壁与气缸16的内侧面之间向下流至气缸16的上部32而充满该上部32。热的氦气的膨胀产生加在活塞12和移位器14上的力并随即使活塞12和移位器14向下移动。当活塞12和移位器14向下移动时，热的氦气由于对活塞12和移位器14做了功而冷却，当该氦气冷却时，便流过冷管36并流入回热器26内，该回热器26可吸收流过它的氦气中的热量。当活塞12和移位器14在气缸16内继续移动时，气缸16内的氦气进一步冷却。当活塞12处于气缸16内的最低点时，气缸16的上部32内的氦气的冷却便形成一个真空，将活塞12在气缸16内向上拉动。飞轮18的动量也促使活塞12向上移动。当活塞12向上移动时，气缸16上部32内的冷的氦气便向外流出，并流经冷管36，随后流过回热器26。当冷的氦气流过回热器26时。它吸收回热器26在前一部分循环中从气缸内的气体中吸收的热量，因此，流过冷管36的氦气在通过与液体盐贮热室相连接的热交换器之前已在回热器26中先行预热。当氦气流过与液体盐贮热室相连接的热交换器时，便被加热，然后，如上面所述，流过热管38，并进入气缸16的上部，使循环继续进行。
发动机10的功率输出可由蝶阀28来控制。使用该蝶阀28限定氦气流过冷管36的流量，从而限定热氦气流入气缸16之上部32内的流量。降低进入气缸16的氦气的流量可使发动机10的功率输出降低或者说节制，所以，可用蝶阀28来增大或减小发动机10的功率输出。
移位器14的主要功用有三：1.产生一些有助于飞轮转动的向下的力，而飞轮的转动可产生使活塞12下移的动量；2.减小气缸16的上部32的容积，这意味着只要求热的氦气较小膨胀就可驱动活塞12下移；3.它可起到散热片的作用，就是说，有助于加热气缸16之上部32内的氦气。
液体盐贮热室是一种氟化钠液体盐贮热室，盐的重量约为2.97吨。为上述发动机10设计的液体盐贮热室及相关的热交换器24和上述的回热器26可使二者内的温度和压力分别达到约为800℃以下和15～25兆帕斯卡。
按上述方式工作的往复式发动机10可用来为运载工具提供动力。对于一种MRV(矿井营救车辆)而言，液体盐贮热室24最好能在650～1000℃范围内提供1000KW的贮存能量。氯化钠(NaCl)、氟化锂(LiF)和氟化钠(NaF)全都可提供650～1000℃的1000KW的能量。但看来NaF是最佳的选择，因为它既可减少提供1000KW能量所需的盐的量(或者说重量)又可使成本减至最低。大约2.97吨NaF便可以满足MRV用的液体盐贮热室的上述设计要求。
预计图1所示的往复式发动机10可以产生大约100KW的功率输出。虽然这种功率输出可以供给MRV的动力，但是最好由功率更大一些的动力装置来供给MRV的动力。图2所示的燃气涡轮发动机22能够产生大约236KW的功率输出，因此是现行的供给MRV动力的优选动力装置。
往复式发动机最好按照斯特林发动机模式并按照卡诺循环包括等温压缩、等容加热、等温膨胀和等容冷却而工作，往复式发动机输出的功可从压力-容积图上被循环所封闭的区域测出。
参看图2，湿式燃气涡轮发动机40一般具有燃气涡轮42、NaF贮热室及相关热交换器44、回流换热器46、气-液热交换器48、增湿器49、燃气流量控制阀50和压缩器52。上述的燃气涡轮发动机40是一种封闭循环式燃气涡轮发动机；从燃气涡轮42排出的废气被引入压缩器52内，然后由压缩器52将废气泵送回燃气涡轮42的进气侧内。由压缩器52泵送至燃气涡轮42的进气侧的压缩的氦气首先流过增湿器49，然后流过回流换热器46、最后流过NaF贮热室及相关热交换器44而进入燃气涡轮42。泵入燃气涡轮发动机40的气体是氦气。压缩器52可按15∶1的压缩比压缩废气。
回流换热器46实际上是一种热交换器，其作用是将废气的热量传给压缩的气体，后者随后被泵送流过与NaF贮热室相连接的热交换器。燃气涡轮42中的废气温度约为470℃，从压缩器52排出的气体的温度约为400℃，增温器49将压缩器52排出的气体的温度降低至195℃左右，而回流换热器46则使压缩气体的温度升高至大约400℃然后再流过与NaF贮热室相连接的热交换器。
将压缩气体泵送流过与NaF贮热室相连接的热交换器可使其温度升高至930℃左右。
废气流过回流换热器46后，其温度约为200℃。因此，要求废气先流过气-液热交换器48使其温度降低，然后才进入压缩器52。上述的气-液热交换器48可使废气的温度降低至30℃左右。冷却水51被泵送流过气-液热交换器48。
燃气流量控制阀50设置在气-液热交换器48与压缩器52之间。可以操纵燃气流量控制阀50而限制流入燃气涡轮42的燃气流量来调节燃气涡轮发动机40。燃气流量控制阀50是一种由控制系统调节的真空/压力泵。蒸馏水53在它随气体进入气-液热交换器48之后以及在它通过气流控制阀50之前离开气体而冷凝出来。
如上所述，可以采用燃气流量控制阀50来减少或增加燃气涡轮42的功率输出54。但是，若采用上述方法，就会减少湿式燃气涡轮发动机40的功率输出54。通过控制蒸馏水进入增湿器49的流量56，可望能控制功率输出54而不致对燃气涡轮发动机40的功率输出54产生不良影响。比例积分微分(P.I.D.)控制器适用于控制蒸馏水进入增湿器49的流量56。上述的P.I.D.控制器可按与燃气流量控制阀50的燃气流量控制成正比地控制蒸馏水的流量56，所以，既通过燃气流量控制阀50又通过P.I.D.控制器来控制功率输出54。
按照本发明的另一个实施例，将一种流体喷入增湿器49内，所选用的流体应能产生最大量的可以作为在固态转变为液态和/或从液态转变为气态的一部分过程中的潜热被贮存的热量。
为了降低进入压缩器52的废气的温度，还可设计将气-液热交换器48改型为具有一个可进一步降低废气温度的增压步骤的装置。这就需要在热交换器48的出口处使用一种文杜里结构。在这种情况下，便可以省去流量控制阀50。
燃气涡轮最好按改进形式的速度和循环而工作。
虽然上面结合氦气说明了本发明的优选实施例，但是也可以用其他的流体例如氨气。
可以采用能产生大约236KW功率输出的Allison T63-A-700(250-C18)燃气涡轮作为MRV的动力装置。估计上述燃气涡轮发动机40的效率约为37％。NaF贮热室最好可产生1000KW的贮存能量，以便在650～1000℃的温度下将热量转递给压缩气体，因此，正如上面结合往复式发动机10所指出的那样，这就需要2.97吨的NaF。Allison燃气涡轮与减速比约为6∶1(35000转/分钟减至6000转/分钟)的齿轮箱相连接，该齿轮箱又与一种用来将功率通过一系列液压马达传递给MRV的履带或车轮的摆动盘式液压泵相连接。
图3示出本发明的一个实施例的贮热室60。该贮热室60大致为圆筒形，它具有一个穿过其顶部62的进气管61，该进气管61是穿过贮热室60的中央的圆管，并在其底部呈90°分叉成两端开口的导管63。
贮热室60内装有加热至熔融状态的高温盐。贮热室60是由陶瓷材料制成的，它几乎可以阻止所有热量从热室内部逸出。
出气管64从贮热室60的顶部62伸出。
工作时，通过进气管61泵入气体，该气体通过导管63进入贮热室60的底部。具有压力的上述气体通过熔融状态的盐冒泡(可以是氯化锂)并在流动过程中吸收热量。然后，气体在相当高的温度下从出气管64排出。
通过熔融盐室冒泡的气体与熔融盐直接接触，这与现有的热量必须通过热交换管式的金属壁传递的贮热室是不同的。
可以预料，直接接触的冒气泡式装置的热传导大约是常规的间接接触的管状热交换器的几百倍。而且还可预料，制造这种贮热装置的成本要显著低于常规的贮热室的成本。
由于不需要采用热交换管，故还可减小贮热室的尺寸。
按照本发明的另一个实施例，可采用其它的排气方法使气体通过熔融的盐冒泡。

Claims (31)

1.一种封闭循环式燃气涡轮系统，具有：一个用于产生压缩气体的压缩器；一个用于接收该压缩气体的燃气涡轮；一个具有第一传热器并适于自压气器接收该压缩气体，加热该压缩气体且将该压缩气体输送到该燃气涡轮的贮热室；和一个用于自燃气涡轮接收废气并将该废气送到该压缩器的第二传热器，其中，上述的第二传热器用来传输进入压缩器之前的废气中的至少一部分热量。
2.根据权利要求1的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，上述的第二传热器用来在上述压缩气体被贮热室接收之前将来自废气的热量传输给压缩气体。
3.根据权利要求2的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，上述的第二传热器包括一回流换热器。
4.根据权利要求3的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，还具有一个与压缩器之输出端和贮热室的入口端相连接以便在二者之间传输压缩气体的增湿器。
5.根据权利要求4的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，上述的增湿器用于从压缩器排出的气体在被传输到回流换热器之前降低该气体的温度。
6.根据权利要求5的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，上述的回流换热器用来升高自增湿器接收的气体的温度。
7.根据权利要求6的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，还具有一个用以控制流入增湿器的液体的流量的控制器。
8.根据权利要求7的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，还具有一个设置在回流换热器之出口端与压缩器之入口端之间以便使废气在传输到压缩器之前降低其温度的气-液热交换器。
9.根据权利要求8的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，还具有一个用于控制流入燃气涡轮的废气的流量的气体流量控制阀。
10.根据权利要求9的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，上述的控制器包括一种根据流经上述控制阀的废气的流量来控制进入增湿器的液体的比例积分微分(P.I.D.)控制器。
11.一种装有包含封闭循环式燃气涡轮系统的发动机的运载工具，上述的燃气涡轮系统具有：一个用于产生压缩气体的压缩器；一个用以接收上述压缩气体的燃气涡轮；一个具有第一传热器并用来接收来自压缩器的压缩气体且将它传输给燃气涡轮的贮热室；和一个用于接收来自燃气涡轮的废气并将它传输给压缩器的第二传热器，其中，上述的第二传热器可用于传输进入压缩器之前的废气中的至少一部分热量。
12.根据权利要求11的运载工具，其特征在于，上述的第二传热器用于在上述废气被上述贮热室接收之前将来自该废气的热量传输给压缩气体。
13.根据权利要求12的运载工具，其特征在于，上述的封闭循环式燃气涡轮发动机系统具有一个用于接收来自压缩器的压缩气体并通过第二传热器将它传送至上述贮热室的增湿器。
14.一种根据权利要求1的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该贮热室包括一贮热室。
15.根据权利要求14的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该燃气涡轮的压缩器被设置成将该气体按6.2∶1的压力比压缩。
16.根据权利要求1或15的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该贮热室和关联的第一和第二传热器被设置来将进入该燃气涡轮的燃气的温度保持在基本恒定的温度930℃。
17.根据权利要求1的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该燃气涡轮包括一个潮湿燃气涡轮发动机，后者包括用于在离该压缩器之后并在由该第一和第二传热器加热之前将液体喷入该压缩气体的液体喷射器。
18.根据权利要求17的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，包含用于将液体在被输入该压缩器之前从该废气冷凝的液体冷凝器。
19.根据权利要求18的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，在该废气流过该第二传热器之前或以后将该液体从该废气冷凝。
20.根据权利要求19的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，由该液体喷射器喷射的液体是被这样选择的，使该第二传热器将该废气的温度在流入该压缩器之前降低到大致环境温度，而不采用第二传热器。
21.根据权利要求20的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该压缩器被设置来将该气体按大于或等于15∶1的压力比压缩。
22.根据权利要求20的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该压缩器被设置来将该气体按小于或等于约30∶1的压力比压缩。
23.根据权利要求21或22的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该压缩器和第一传热器被这样设置，使自该压缩器排出的压缩气体的温度大致为400℃，并且该液体喷射装置将该压缩气体的温度降低到约195℃。
24.根据权利要求1-15，17-22之一所述的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该气体包含空气，氨气，氩气，二氧化碳，一氧化碳，氦气，氢气，甲烷，氧气或水蒸汽中的任何一种。
25.根据权利要求24的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该第二传热器被设置来将废气温度降低到约200℃，并且将自该压缩器排出的气体的温度提高到约400℃。
26.根据权利要求25的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该第二传热器包含一第三换热器，后者包含供冷却液体流经该第三换热器以从该废气中消除热量的液体冷却器。
27.根据权利要求26的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该控制器被设置来通过控制流经该燃气涡轮的气体的流量和由该液体喷射器喷入该压缩气体的液体的流量控制该燃气涡轮系统的动力输出。
28.根据权利要求1的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该贮热室包括一个具有一入口，一出口，一贮热物质和一传热器的容器，该传热器适于将流体输入该容器，从而该流体能流过该贮热物质，并经该出口排出。
29.根据权利要求28的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该气体适于通过该贮热物质起泡。
30.根据权利要求29的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该贮热物质是一种熔融盐化合物。
31.根据权利要求30的封闭循环式燃气涡轮系统，其特征在于，该传热器包含一根延伸到该容器底区，并具有出口孔能将该气体自其内排入该贮热物质的导管。
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