RU2146012C1 - Gas turbine plant - Google Patents

Gas turbine plant Download PDF

Info

Publication number
RU2146012C1
RU2146012C1 RU94046430/06A RU94046430A RU2146012C1 RU 2146012 C1 RU2146012 C1 RU 2146012C1 RU 94046430/06 A RU94046430/06 A RU 94046430/06A RU 94046430 A RU94046430 A RU 94046430A RU 2146012 C1 RU2146012 C1 RU 2146012C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
chamber
compressor
gas turbine
heat
Prior art date
Application number
RU94046430/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94046430A (en
Inventor
Виллобай Эссекс Кони Майкал (GB)
Виллобай Эссекс Кони Майкал
Original Assignee
Нэшнл Пауэр П.Л.С.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB929211405A external-priority patent/GB9211405D0/en
Priority claimed from GB939304853A external-priority patent/GB9304853D0/en
Application filed by Нэшнл Пауэр П.Л.С. filed Critical Нэшнл Пауэр П.Л.С.
Priority claimed from PCT/GB1993/001137 external-priority patent/WO1993024754A2/en
Publication of RU94046430A publication Critical patent/RU94046430A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2146012C1 publication Critical patent/RU2146012C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y02E60/15
    • Y02T10/166

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: heat power engineering; heat regeneration. SUBSTANCE: gas turbine plant includes at least one gas turbine, heat exchanging device for heating compressed gas by heat from heat source, device for delivering heated compressed gas to turbine for expansion of gas and conversion of its energy into kinetic energy in gas turbine, and isothermal gas compressor. The latter is set into operation by pneumatic drive. Compressor is furnished with device forming atomized liquid jet in compression chamber for cooling gas at compression. Liquid is removed from cold compressed gas getting out of compression chamber by means of moisture separator. Rotary compressor or combustion chamber can be used as pneumatic drive. Proposed plant has main line heater furnished with combustion chamber or external heating source. Plant can be provided with second and third gas turbines and device for delivering part of cold compressed gas to blades of gas turbines for cooling the blades to obtain higher temperature at turbine inlet. Additional gas turbines and auxiliary heat exchangers should be smaller than main components of system. Gas turbine plant can be furnished with thermocompressors, closed and open cycle compressor. Heat is supplied to compressors by injecting of hot liquid. Moreover, thermocompressor can be includes into energy generation and gasification cycle. Compressor has pistons and housing of different designs and it can operate as reversible machine. EFFECT: increased efficiency and economy of plant owing to use of compressors of different design versions. 16 cl, 18 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным установкам, предназначенным для регенерации тепла, поступающего от источника тепла. The invention relates to gas turbine plants designed to recover heat from a heat source.

Наиболее близким аналогом для настоящего изобретения является газотурбинная установка, содержащая газовую турбину, теплообменное средство для подогревания сжатого газа теплом источника тепла, средство для подачи подогретого сжатого газа из теплообменного средства непосредственно в турбину для расширения подогретого сжатого газа без сжигания таким образом, что температура газа на выходе газовой турбины была ниже, чем температура подогретого сжатого газа на входе газовой турбины, газовый компрессор для получения сжатого газа, включающий камеру сжатия для помещения газа, предназначенного для сжатия, поршень сжатия, приводное средство для приведения в движение поршня в камеру сжатия газа и клапанное средство для обеспечения всасывания сжатого газа из камеры сжатия (SU 13340 А, 31.03.30). The closest analogue to the present invention is a gas turbine installation comprising a gas turbine, heat exchange means for heating the compressed gas with heat from a heat source, means for supplying heated compressed gas from the heat exchange means directly to the turbine for expanding the heated compressed gas without burning so that the gas temperature the output of the gas turbine was lower than the temperature of the heated compressed gas at the inlet of the gas turbine, a gas compressor to produce compressed gas, including conductive gas compression chamber space, destined for compression, a compression piston driving means for driving the piston in the gas compression chamber and valve means for providing suction of compressed gas from the compression chamber (SU 13340 A, 3/31/30).

Недостатком известной установки является то, что избыточное тепло отходящего газа безвозвратно теряется, если его не преобразовать в полезную энергию. A disadvantage of the known installation is that the excess heat of the exhaust gas is irretrievably lost if it is not converted into useful energy.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности установки за счет регенерации тепла отходящих газов. The objective of the present invention is to increase the efficiency of the installation due to heat recovery of the exhaust gases.

Задача решается за счет того, что газотурбинная установка, содержащая газовую турбину, теплообменное средство для подогревания сжатого газа теплом источника тепла, средство для подачи подогретого сжатого газа из теплообменного средства непосредственно в турбину для расширения подогретого сжатого газа без сжигания таким образом, что температура газа на выходе газовой турбины была ниже, чем температура подогретого сжатого газа на входе газовой турбины, газовый компрессор для получения сжатого газа, включающий камеру сжатия для помещения газа, предназначенного для сжатия, поршень сжатия, приводное средство для приведения в движение поршня в камеру сжатия газа из камеры сжатия, дополнительно содержит средство для образования струи распыленной жидкости в камере сжатия для охлаждения газа при его сжатии в ней, соединительные средства, связанные с поршнем газового компрессора для обеспечения подачи энергии к поршню и средство для удаления жидкости из холодного сжатого газа, выпущенного непосредственно из камеры сжатия, при этом газовый компрессор выполнен изотермического сжатия для получения холодного сжатого газа. The problem is solved due to the fact that the gas turbine installation comprising a gas turbine, heat exchange means for heating the compressed gas with heat from a heat source, means for supplying heated compressed gas from the heat exchange means directly to the turbine for expanding the heated compressed gas without burning so that the gas temperature the output of the gas turbine was lower than the temperature of the heated compressed gas at the inlet of the gas turbine, a gas compressor to produce compressed gas, including a compression chamber for The gas intended for compression, the compression piston, the driving means for driving the piston into the gas compression chamber from the compression chamber, further comprises a means for generating a spray of sprayed liquid in the compression chamber for cooling the gas when it is compressed therein, connecting means associated with the piston of the gas compressor to provide energy to the piston and means for removing liquid from the cold compressed gas discharged directly from the compression chamber, while the gas compressor is isothermal of compression to provide a cold compressed gas.

Задача решается также тем, что установка содержит дополнительную газовую турбину и средство для подачи горячего выхлопного газа низкого давления из газовой турбины в теплообменное средство для подогревания холодного сжатого газа из изотермического компрессора. The problem is also solved by the fact that the installation comprises an additional gas turbine and means for supplying hot low-pressure exhaust gas from the gas turbine to the heat exchange means for heating the cold compressed gas from the isothermal compressor.

Кроме того, установка может дополнительно содержать магистральный нагреватель для генерирования горячего газа высокого давления из части подогретого сжатого газа, поступающего из теплообменного средства, и средство для подачи горячего газа высокого давления для приведения в действие турбины. In addition, the installation may further comprise a main heater for generating high pressure hot gas from a portion of the heated compressed gas coming from the heat exchange means, and means for supplying high pressure hot gas for driving the turbine.

Также задача решается за счет того, что магистральный нагреватель содержит камеру сгорания, сжигающую топливо в подогретом сжатом газе и производящую дымовой газ в качестве горячего газа высокого давления. The problem is also solved due to the fact that the main heater contains a combustion chamber that burns fuel in heated compressed gas and produces flue gas as hot high-pressure gas.

Кроме того, магистральный нагреватель содержит внешний источник нагрева. In addition, the main heater contains an external heat source.

Задача решается также за счет того, что установка содержит средство для подачи части холодного сжатого газа на лопасти газовой турбины для их охлаждения. The problem is also solved due to the fact that the installation contains means for supplying part of the cold compressed gas to the blades of a gas turbine for their cooling.

Установка также содержит третью газовую турбину, второе теплообменное средство для подогревания части холодного сжатого из горячего газа низкого давления, выходящего из упомянутой дополнительной газовой турбины, и средство для подачи подогретого сжатого газа из второго теплообменного средства для приведения в действие третьей газовой турбины. The apparatus also comprises a third gas turbine, second heat exchange means for heating a portion of the cold low pressure compressed hot gas exiting said additional gas turbine, and means for supplying heated compressed gas from the second heat exchange means for driving the third gas turbine.

Кроме того, третья газовая турбина является воздушной турбиной. In addition, the third gas turbine is an air turbine.

Задача решается также за счет того, что установка содержит компрессор для подачи горячего сжатого газа для приведения в действие изотермического компрессора. The problem is also solved due to the fact that the installation contains a compressor for supplying hot compressed gas to drive an isothermal compressor.

Изотермический газовый компрессор дополнительно содержит вторую камеру и второй поршень, косвенно механически связанный с поршнем сжатия. The isothermal gas compressor further comprises a second chamber and a second piston indirectly mechanically coupled to the compression piston.

Поршень сжатия и второй поршень могут быть соединены между собой коленчатым валом. The compression piston and the second piston can be interconnected by a crankshaft.

Приводное средство для приведения в движение поршня в камеру сжатия газа содержит средство для подачи горючей топливной смеси во вторую камеру, посредством чего ее сгорание приводит в движение второй поршень из второй камеры. The drive means for driving the piston into the gas compression chamber comprises means for supplying a combustible fuel mixture to the second chamber, whereby its combustion drives the second piston from the second chamber.

Газовая установка дополнительно содержит средство для подачи сжатого газа из камеры сжатия во вторую камеру. The gas installation further comprises means for supplying compressed gas from the compression chamber to the second chamber.

Задача решается также тем, что установка включает теплообменное средство, размещенное с возможностью подогрева сжатого газа из камеры сжатия газом из второй камеры. The problem is also solved by the fact that the installation includes a heat exchange means placed with the possibility of heating the compressed gas from the compression chamber with gas from the second chamber.

Установка может включать теплообменное средство, размещенное с возможностью подогрева сжатого газа из камеры сжатия теплом от конца и/или стенки второй камеры. The installation may include heat transfer means arranged to heat the compressed gas from the compression chamber with heat from the end and / or wall of the second chamber.

Кроме того, средство для удаления жидкости содержит влагоотделитель. In addition, the means for removing liquid contains a dehumidifier.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
фиг. 1 изображает блок-схему варианта газотурбинной установки, включающей изотермический компрессор;
фиг. 2 изображает блок-схему другого варианта газотурбинной установки объединенной с изотермическим компрессором;
фиг. 3 изображает вариант установки, отапливаемой углем или другим топливом и объединяющей изотермический компрессор и воздушную турбину;
фиг. 4 изображает блок-диаграмму другого варианта газотурбинной установки, включающей и газовую, и воздушную турбину;
фиг. 5 изображает устройство для накопления и хранения холодного сжатого газа;
фиг. 6 изображает устройство для извлечения накопленного сжатого газа для генерирования энергии;
фиг. 7 изображает блок-схему, иллюстрирующую два устройства для накопления энергии;
фиг. 8 изображает вариант термокомпрессора и дополнительной установки для генерирования энергии;
фиг. 9 изображает другой вариант термокомпрессора и дополнительной установки для генерирования энергии;
фиг. 10 показывает еще один вариант термокомпрессора вместе с дополнительной установкой для генерирования энергии;
фиг. 11 показывает другой вариант термокомпрессора и дополнительной установки для генерирования энергии;
фиг. 12 показывает другой вариант термокомпрессора и дополнительной установки для генерирования энергии;
фиг. 13 изображает блок-схему системы для отбора пара из выхлопного газа;
фиг. 14 изображает блок-схему варианта газотурбинной установки с замкнутым циклом, включающей термокомпрессор;
фиг. 15 изображает блок-диаграмму варианта установки для генерирования энергии, включающей термокомпрессор и вторую газовую турбину для отбора избыточного тепла;
фиг. 16 изображает варианты термокомпрессоров с замкнутым и открытым циклом, в которые тепло подается посредством инжектирования горячей жидкости;
фиг. 17 изображает вариант термокомпрессора, включенного в цикл генерирования энергии и газификации;
фиг. 18 изображает вариант термокомпрессора, включающий два альтернативных устройства для накопления энергии:
Газотурбинная установка с камерой сгорания и изотермическим компрессором
Согласно фиг. 1 газотурбинная установка, обозначенная позицией 1, содержит газовую турбину 2, изотермический компрессор 3, теплообменное средство в виде теплообменника 4 для подогрева холодного сжатого газа, использующего горячий газ низкого давления, выходящий из газовой турбины 2, и магистральный нагреватель 5 для генерирования горячего газа высокого давления из подогретого сжатого газа для приведения в действие газовой турбины 2. Эта газовая турбина 2 приводит в действие генератор электричества 6. Магистральный нагреватель 5 содержит камеру сгорания для сжигания топлива в подогретом газе, находящемся под давлением, в результате чего продуктом горения или дымовым газом является горячий газ высокого давления.
The invention is illustrated by drawings, where:
FIG. 1 depicts a block diagram of an embodiment of a gas turbine plant including an isothermal compressor;
FIG. 2 depicts a block diagram of another embodiment of a gas turbine unit combined with an isothermal compressor;
FIG. 3 shows an embodiment of an installation heated by coal or other fuel and combining an isothermal compressor and an air turbine;
FIG. 4 is a block diagram of another embodiment of a gas turbine installation including both a gas and an air turbine;
FIG. 5 shows a device for storing and storing cold compressed gas;
FIG. 6 shows a device for extracting accumulated compressed gas for generating energy;
FIG. 7 is a block diagram illustrating two devices for storing energy;
FIG. 8 shows an embodiment of a thermocompressor and an additional installation for generating energy;
FIG. 9 shows another embodiment of a thermocompressor and an additional installation for generating energy;
FIG. 10 shows another embodiment of a thermocompressor together with an additional installation for generating energy;
FIG. 11 shows another embodiment of a thermocompressor and an additional installation for generating energy;
FIG. 12 shows another embodiment of a thermocompressor and an additional installation for generating energy;
FIG. 13 is a block diagram of a system for extracting steam from an exhaust gas;
FIG. 14 is a block diagram of an embodiment of a closed-cycle gas turbine installation including a thermal compressor;
FIG. 15 is a block diagram of an embodiment of an apparatus for generating energy, including a thermocompressor and a second gas turbine for collecting excess heat;
FIG. 16 depicts closed-loop and open-cycle thermal compressors in which heat is supplied by injecting hot fluid;
FIG. 17 depicts an embodiment of a thermocompressor included in an energy generation and gasification cycle;
FIG. 18 shows an embodiment of a thermocompressor including two alternative energy storage devices:
Gas turbine unit with a combustion chamber and an isothermal compressor
According to FIG. 1, a gas turbine installation, indicated by 1, comprises a gas turbine 2, an isothermal compressor 3, heat exchange means in the form of a heat exchanger 4 for heating cold compressed gas using hot low pressure gas leaving the gas turbine 2, and a main heater 5 for generating high hot gas pressure from the heated compressed gas to drive the gas turbine 2. This gas turbine 2 drives an electricity generator 6. The main heater 5 includes a combustion chamber A combustion gas in a heated, pressurized, causing the combustion product or flue gas is high-pressure hot gas.

Если изотермический компрессор 3 включает газовый компрессор, он обычно приводится в действие газовой турбиной. Например, в компрессоре с газовым приводом горячий сжатый газ может обеспечиваться обычным компрессором. Этот тип изотермического компрессора производит большую массу холодного сжатого газа, чем обычный компрессор для данной подводимой мощности. Однако в изотермическом компрессоре с жидкостным приводом будет производиться та же самая масса газа, что в обычном компрессоре, но при этом требуется меньше энергии. Следовательно, либо для приведения в действие компрессора будет употребляться меньше энергии от газовой турбины, либо энергия для приведения в действие изотермического компрессора будет такой же самой, что и для обычного компрессора за исключением того, что будет произведена большая масса газа для использования в запуске газовой турбины. If the isothermal compressor 3 includes a gas compressor, it is usually driven by a gas turbine. For example, in a gas driven compressor, hot compressed gas may be provided by a conventional compressor. This type of isothermal compressor produces a greater mass of cold compressed gas than a conventional compressor for a given input power. However, in a liquid-driven isothermal compressor, the same gas mass will be produced as in a conventional compressor, but less energy is required. Consequently, either the energy from the gas turbine will be used to drive the compressor, or the energy to drive the isothermal compressor will be the same as for a conventional compressor, except that a large mass of gas will be produced for use in starting the gas turbine .

Поскольку отходящее от газовой турбины тепло используется для подогрева впускаемого газа, нет необходимости в утилизирующем тепло парогенераторе и связанной с ним паровой турбине, которые необходимы в комбинированном цикле газовой турбины и парогенератора. Поскольку парогенератор не требуется, ограничения, налагаемые на газотурбинную установку парогенератором, исключаются. Следовательно, температура отходящего от газовой турбины тепла может быть увеличена выше значения, соответствующего паровому циклу, и оптимизирована для получения наилучшей производительности газовой турбины. Это может включать использование газовой турбины с более, чем одной стадией сжигания (т.е. подогрев газовой турбины). Кроме того, часть охлажденного сжатого газа из изотермического компрессора может быть использована для усиления охлаждения лопастей газовой турбины с тем, чтобы получить более высокую температуру на входе турбины. Since the heat leaving the gas turbine is used to heat the inlet gas, there is no need for a heat recovery steam generator and associated steam turbine, which are necessary in the combined cycle of the gas turbine and steam generator. Since a steam generator is not required, restrictions imposed on the gas turbine unit by the steam generator are excluded. Therefore, the temperature of the heat leaving the gas turbine can be increased above the value corresponding to the steam cycle, and optimized to obtain the best performance of the gas turbine. This may include the use of a gas turbine with more than one stage of combustion (i.e. heating a gas turbine). In addition, a portion of the cooled compressed gas from the isothermal compressor can be used to enhance cooling of the gas turbine blades in order to obtain a higher temperature at the turbine inlet.

В цикле может быть использована любая форма систем охлаждения, например мокрые, сухие или смешанного типа башенные холодильники или прямое охлаждение атмосферным воздухом, или массой воды, например, из моря, реки и т.п. В случае, когда холодным сжатым газом является воздух и горячим газом высокого давления являются дымовые газы или продукты сгорания, можно получить больше тепла из дымового газа, чем это необходимо для подогрева холодного сжатого воздуха (благодаря различию в теплоемкости двух газовых потоков). Это избыточное тепло может быть использовано для других целей, например для нагрева дополнительного потока холодного сжатого воздуха, который затем расширяется (без сжигания топлива) через одну или более воздушные турбины для генерирования большей мощности, возможно используя один или более вспомогательных теплообменников для достижения этого. In the cycle, any form of cooling system can be used, for example wet, dry or mixed type tower refrigerators or direct cooling with atmospheric air, or with a mass of water, for example, from the sea, river, etc. In the case where the cold compressed gas is air and the hot high pressure gas is flue gas or combustion products, more heat can be obtained from the flue gas than is necessary for heating cold compressed air (due to the difference in heat capacity of the two gas streams). This excess heat can be used for other purposes, for example, to heat an additional stream of cold compressed air, which then expands (without burning fuel) through one or more air turbines to generate more power, possibly using one or more auxiliary heat exchangers to achieve this.

Дополнительные газовые турбины и вспомогательные теплообменники должны быть намного меньше, чем основные составляющие системы, поскольку поток через эту часть контура должен быть только частью основного потока. Альтернативно дополнительное тепло от дымовых газов может быть использовано для некоторых других внешних целей. На фиг. 2 представлена блок-схема газотурбинной установки, обозначенной позицией 7, которая воплощает первую из этих альтернатив. Additional gas turbines and auxiliary heat exchangers should be much smaller than the main components of the system, since the flow through this part of the circuit should be only part of the main flow. Alternatively, the additional heat from the flue gas can be used for some other external purposes. In FIG. 2 is a block diagram of a gas turbine installation, indicated at 7, which embodies the first of these alternatives.

Газотурбинная установка и вспомогательные газовые турбины
Газотурбинная установка 7 содержит газовую турбину 8, которая запускает первый генератор 9, изотермический компрессор 10, теплообменник 11, для нагревания холодного сжатого воздуха из компрессора отходящими газами от газовой турбины 8. Большая часть подогретого сжатого воздуха подается в камеру сгорания для сжигания с топливом и получения дымового газа для газовой турбины 8, и часть подогретого сжатого воздуха подается на вход первой дополнительной газовой турбины 12, которая запускает второй генератор 13. Отходящий от первой газовой турбины 12 воздух пропускается через теплообменное средство воздух-воздух (воздушный) в виде теплообменника 14 для подогрева части холодного сжатого воздуха из изотермического компрессора для приведения в действие второй газовой турбины 15. В этом варианте газотурбинной установки изотермический компрессор 10 является компрессором с газовым приводом, который приводится в движение ротационным компрессором 16, приводимым в движение газовой турбиной 8.
Gas turbine installation and auxiliary gas turbines
The gas turbine unit 7 includes a gas turbine 8, which starts the first generator 9, an isothermal compressor 10, a heat exchanger 11, for heating cold compressed air from the compressor with exhaust gases from the gas turbine 8. Most of the heated compressed air is supplied to the combustion chamber for combustion with fuel and flue gas for the gas turbine 8, and part of the heated compressed air is supplied to the inlet of the first additional gas turbine 12, which starts the second generator 13. Outgoing from the first gas turbine 12, air is passed through an air-to-air (air) heat exchanger in the form of a heat exchanger 14 for heating a portion of cold compressed air from an isothermal compressor to drive a second gas turbine 15. In this embodiment of a gas turbine installation, the isothermal compressor 10 is a gas-driven compressor that is driven in motion by a rotary compressor 16, driven by a gas turbine 8.

Установка с газовой турбиной и изотермический компрессор
Вместо магистрального нагревателя 17, содержащего камеру сгорания, установка может содержать внешний источник нагрева, которым может быть угле- или нефтесжигающая печь, тепло, получаемое от химических или промышленных процессов, ядерный реактор или солнечная печь. На фиг. 3 изображена блок-схема газотурбинной установки, содержащей газовую турбину 18, при этом магистральным нагревателем 19 в установке является углесжигающая печь. Устройство подобно тому, что изображено на фиг. 1, за исключением того, что холодный сжатый воздух из изотермического компрессора 20 подогревается отходящим воздухом от газовой турбины и подогретый воздух из теплообменника нагревается магистральным нагревателем 19 и затем расширяется в газовой турбине. Такое устройство должно использоваться в тех случаях, когда нежелательно пропускать через турбину продукты сгорания из камеры сгорания. Очень похожий контур должен использоваться для источников тепла (например, промышленных, химических, солнечных ядерных, геотермальных), где нет продуктов сгорания. Существенное отличие должно заключаться в том, что углесжигающая печь должна быть заменена другим типом теплообменника.
Gas turbine unit and isothermal compressor
Instead of a main heater 17 containing a combustion chamber, the installation may contain an external heating source, which may be a coal or oil burning furnace, heat obtained from chemical or industrial processes, a nuclear reactor or a solar furnace. In FIG. 3 shows a block diagram of a gas turbine installation containing a gas turbine 18, while the main heater 19 in the installation is a carbon-burning furnace. The device is similar to that shown in FIG. 1, except that the cold compressed air from the isothermal compressor 20 is heated by the exhaust air from the gas turbine and the heated air from the heat exchanger is heated by the main heater 19 and then expanded in the gas turbine. Such a device should be used in cases where it is undesirable to pass combustion products from the combustion chamber through the turbine. A very similar circuit should be used for heat sources (for example, industrial, chemical, solar nuclear, geothermal), where there are no combustion products. A significant difference should be that the carbon-burning furnace must be replaced with another type of heat exchanger.

Как и для газотурбинной установки, изображенной на фиг. 1, внешний греющий цикл может включать стадии подогрева в процессе расширения воздуха в турбине. Особенностью любого открытого или замкнутого внешнего греющего цикла, который не имеет продуктов сгорания в качестве рабочей жидкости, является то, что теплоемкость отходящего газа от турбины является, по существу, такой же, что и теплоемкость впускаемого газа. Следовательно, нет избытка тепла, которое иначе должно было быть вследствие различия в теплоемкости двух газовых потоков, и, следовательно, в этой части контура нет дополнительных турбин. На фиг. 4 изображен другой вариант газотурбинной установки, обозначенной позицией 21, которая включает и газовую турбину 22, приводящую в движение первый генератор 23, и газовую турбину 24, приводящую в движение второй генератор 25. Тепло отходящего газа от газовой турбины 22 извлекается путем нагрева источника холодного сжатого воздуха, который затем расширяется в объеме газовой турбины 24. Поскольку газовая турбина используется на конечной низкотемпературной стадии цикла генерирования энергии, этот цикл упоминается как воздушный балластный цикл. As for the gas turbine installation shown in FIG. 1, an external heating cycle may include heating steps during the expansion of air in a turbine. A feature of any open or closed external heating cycle that does not have combustion products as a working fluid is that the heat capacity of the exhaust gas from the turbine is essentially the same as the heat capacity of the intake gas. Therefore, there is no excess heat, which otherwise should have been due to the difference in heat capacity of the two gas flows, and therefore, there are no additional turbines in this part of the circuit. In FIG. 4 shows another embodiment of a gas turbine installation, indicated at 21, which includes both a gas turbine 22 driving the first generator 23 and a gas turbine 24 driving the second generator 25. The heat of the exhaust gas from the gas turbine 22 is extracted by heating a cold compressed source air, which then expands in the volume of the gas turbine 24. Since the gas turbine is used in the final low-temperature stage of the energy generation cycle, this cycle is referred to as an air ballast cycle.

Газотурбинная установка с воздушным балластным циклом
Согласно фиг. 4 горячий сжатый воздух от первого ротационного компрессора 26 подается в камеру сгорания 27 для сжигания с топливом. Дымовой газ затем подается на вход газовой турбины 22, которая приводит в действие первый генератор 23. Горячий сжатый воздух от второго обычного ротационного компрессора 28 подается в изотермический компрессор 29, который может быть компрессором с газовым приводом. Холодный сжатый воздух из изотермического компрессора 29 направляется в теплообменник 30, в котором сжатый воздух нагревается горячим отходящим газом от газовой турбины 22. Горячий сжатый воздух из теплообменника 30 подается на вход газовой турбины 24, которая приводит в действие второй генератор 25.
Air ballast gas turbine
According to FIG. 4, hot compressed air from the first rotary compressor 26 is supplied to the combustion chamber 27 for combustion with fuel. The flue gas is then fed to the inlet of the gas turbine 22, which drives the first generator 23. Hot compressed air from the second conventional rotary compressor 28 is supplied to an isothermal compressor 29, which may be a gas driven compressor. The cold compressed air from the isothermal compressor 29 is directed to a heat exchanger 30, in which the compressed air is heated by the hot exhaust gas from the gas turbine 22. The hot compressed air from the heat exchanger 30 is supplied to the inlet of the gas turbine 24, which drives the second generator 25.

Хотя воздушный балластный цикл с изотермическим компрессором 29 может быть не настолько эффективны, как цикл, представленный на фиг. 1 и 2, существенным преимуществом этого цикла является то, что газовая турбина, используемая в цикле, может быть одной из тех, которые в настоящее время используются в существующих газотурбинных установках, Следовательно, этот вариант исключает дорогостоящее усовершенствование газовой турбины и также исключает капитальные вложения в парогенераторы, используемые с СССТ. Although the air ballast cycle with isothermal compressor 29 may not be as efficient as the cycle shown in FIG. 1 and 2, a significant advantage of this cycle is that the gas turbine used in the cycle can be one of those currently used in existing gas turbine plants. Therefore, this option eliminates the costly improvement of the gas turbine and also eliminates capital investment in steam generators used with CCST.

Способ накопления и извлечения энергии
Изотермический компрессор может быть использован для накопления энергии в форме сжатого газа, например воздуха. Уже существуют схемы накопления энергии в форме сжатого газа, но использование обычных компрессоров означает, что существенная доля энергии рассеивается в виде тепла и не может быть извлечена и утилизирована. Если воздух сжимается изотермически, расходуется меньше энергии в процессе сжатия, и большая доля исходной энергии может быть извлечена и утилизирована. Холодный сжатый воздух может храниться в соответствующих больших замкнутых камерах или полостях, которые могут вынести наложенное давление без чрезмерных утечек. Например, для этих целей могут быть использованы вышедшие из использования шахты или нефтяные скважины. Отработавшие прибрежные или находящиеся в открытом море нефтяные скважины должны иметь преимущество в том, что море будет обеспечивать естественную внешнюю герметизацию, которая будет замедлять утечку.
The method of energy storage and extraction
An isothermal compressor can be used to store energy in the form of compressed gas, such as air. There are already schemes for energy storage in the form of compressed gas, but the use of conventional compressors means that a significant proportion of the energy is dissipated in the form of heat and cannot be extracted and disposed of. If the air is isothermally compressed, less energy is consumed during the compression process, and a large fraction of the initial energy can be extracted and disposed of. Cold compressed air can be stored in appropriate large enclosed chambers or cavities that can withstand the applied pressure without excessive leakage. For example, disused mines or oil wells may be used for these purposes. Spent offshore or offshore oil wells should have the advantage that the sea will provide natural external sealing that will slow leakage.

Обычно для эксплуатации изотермического компрессора в качестве изотермического расширителя охлажденный сжатый газ из накопителя вводится в камеру сжатия и обеспечивается возможность его расширения, при котором поршень выдвигается из камеры. Когда газ расширяется, в камере для поддержания температуры газа постоянной или для увеличения температуры газа распыляется жидкость. Энергия сжатия (и тепловая) газа преобразуется в кинетическую энергию, которая сообщается либо второму поршню для сжатия тела газа во второй камере, либо тому же самому поршню для сжатия газа на его обратном ходе в камеру сжатия. Газ сжимается адиабатически, так что его температура возрастает до рабочей температуры турбины, например, около 300oC для воздушной турбины.Typically, in order to operate an isothermal compressor as an isothermal expander, the cooled compressed gas from the storage ring is introduced into the compression chamber and its expansion is possible, in which the piston extends from the chamber. When the gas expands, liquid is sprayed in the chamber to maintain a constant gas temperature or to increase the gas temperature. The compression energy (and thermal) of the gas is converted into kinetic energy, which is transmitted either to the second piston for compressing the gas body in the second chamber, or to the same piston for compressing the gas on its return to the compression chamber. The gas is compressed adiabatically, so that its temperature rises to the operating temperature of the turbine, for example, about 300 o C for an air turbine.

На фиг. 5 представлена схема накопления энергии более подробно, в которой накопленная энергия извлекается за счет эксплуатации изотермического компрессора, работающего в режиме реверса как расширитель или экспандер. Согласно фиг. 5 установка для накопления энергии содержит изотермический компрессор 31, приводимый в действие ротационным компрессором 32, который в свою очередь приводится в действие мотором 33. Компрессор 31 содержит верхнюю камеру 34, расположенную вертикально над нижней камерой 35, и твердый поршень 36, который свободно колеблется вертикально вверх и вниз, в и из каждой камеры. Нижняя камера 35 вмещает герметизированный объем газа и служит в качестве камеры адиабатического отскакивания для приведения в движение поршня обратно в камеру 34 сжатия. В верхней камере 34 выполнено впускное отверстие 37 для горячего сжатия воздуха, регулируемое клапаном 38, для впуска горячего сжатого воздуха в камеру из ротационного компрессора 32. Воздушное впускное отверстие 39, регулируемое клапаном 40, предусмотрено для впуска дополнительной массы воздуха низкого давления в верхнюю камеру 34 во время движения поршня 38 наружу. Выпускное отверстие 41 для сжатого воздуха, регулируемое клапаном 42, предусмотрено для обеспечения выпуска сжатого газа из камеры. Выпускное отверстие 41 для сжатого воздуха соединено через влагоотделитель 43 с большой полостью, например неиспользуемой шахтой, для накопления и хранения охлажденного сжатого газа (воздуха). Верхняя камера 34 соединена со средством образования струи распыленной жидкости, выполненным в виде отверстия 44 для инжектирования жидкости распылением, через которое жидкость из инжекционного насоса 45 распыляется в камеру 34. Жидкость подается инжекционным распылительным насосом 45 из соответствующего источника, например резервуара, реки, и т.п. или накопительной емкости 46, и потом возвращается из средства для удаления жидкости в виде влагоотделителя 43 в емкость для хранения воды или резервуар 46. Распылительная жидкость, вытесняемая из камеры сжатия после сжатия, обычно находится при температуре, выше температуры окружающей среды, и тепло этой жидкости может накапливаться и храниться для последующего использования во время утилизации энергии. В этом случае предпочтительнее теплоизолировать хранилище воды для предотвращения утечки тепла из хранилища воды в окружающую среду. In FIG. 5 shows the energy storage scheme in more detail, in which the stored energy is extracted by operating an isothermal compressor operating in reverse mode as an expander or expander. According to FIG. 5, the energy storage unit comprises an isothermal compressor 31 driven by a rotary compressor 32, which in turn is driven by a motor 33. The compressor 31 includes an upper chamber 34 located vertically above the lower chamber 35, and a solid piston 36 that freely oscillates vertically up and down in and out of each camera. The lower chamber 35 accommodates a sealed volume of gas and serves as an adiabatic bounce chamber to drive the piston back into the compression chamber 34. In the upper chamber 34, an inlet 37 for hot compression of air, adjustable by a valve 38, is provided for inlet of hot compressed air into the chamber from the rotary compressor 32. An air inlet 39, controlled by a valve 40, is provided for introducing additional mass of low pressure air into the upper chamber 34 while the piston 38 is moving out. A compressed air outlet 41, controlled by a valve 42, is provided to permit the release of compressed gas from the chamber. The compressed air outlet 41 is connected through a dehumidifier 43 to a large cavity, for example an unused shaft, for accumulating and storing cooled compressed gas (air). The upper chamber 34 is connected to a spray liquid spraying means made in the form of a spray injection hole 44 through which liquid from the injection pump 45 is sprayed into the chamber 34. The liquid is supplied by the injection spray pump 45 from an appropriate source, for example, a reservoir, a river, and t .P. or storage tank 46, and then returns from the liquid removal means in the form of a dehumidifier 43 to a water storage tank or tank 46. The spray liquid displaced from the compression chamber after compression is usually at a temperature above ambient temperature and the heat of this liquid can be stored and stored for later use during energy recovery. In this case, it is preferable to insulate the water storage to prevent heat leakage from the water storage to the environment.

На фиг. 6 представлена еще одна возможная схема для извлечения энергии из накопленного сжатого воздуха, включающая изотермический экспандер, обозначенный позицией 47. In FIG. 6 shows another possible scheme for extracting energy from stored compressed air, including an isothermal expander, indicated at 47.

Изотермический экспандер имеет верхнюю камеру 48, расположенную вертикально над нижней камерой 49, и твердый поршень 50, свободно колеблющийся в вертикальной плоскости в и из каждой камеры. В верхней камере 48 выполнено впускное отверстие 51 для охлажденного сжатого газа, расположенное наверху камеры, регулируемое клапаном 52, которое соединено с хранилищем сжатого газа 53. В верхней камере 48 также выполнено отверстие 54 для инжектирования жидкости распылением, соединенное с хранилищем воды 55 через распылительный инжекционный насос 56. В стенке верхней камеры 43 на некотором расстоянии от верха выполнено газовое выпускное отверстие 57, соединенное с влагоотделителем 58. В нижней камере 49 выполнено газовое впускное отверстие 59, регулируемое клапаном 60, для обеспечения всасывания воздуха в камеру и выпускное отверстие 61 для сжатого газа, регулируемое клапаном 62, соединенное со входом воздушной турбины 63. Газовые впускное и выпускное отверстия расположены в стенках камеры на некотором расстоянии от основания нижней камеры. Газовая турбина 63 приводит в действие генератор 64. The isothermal expander has an upper chamber 48 located vertically above the lower chamber 49, and a solid piston 50 freely oscillating in a vertical plane to and from each chamber. In the upper chamber 48, a chilled compressed gas inlet 51 is provided, located at the top of the chamber and controlled by a valve 52, which is connected to the compressed gas storage 53. In the upper chamber 48, a spray injection hole 54 is also provided, connected to the water storage 55 through a spray injection pump 56. In the wall of the upper chamber 43 at some distance from the top there is a gas outlet 57 connected to a water separator 58. In the lower chamber 49 there is a gas inlet 59 valve 60 to allow air to be drawn into the chamber and the compressed gas outlet 61, controlled by a valve 62 connected to the inlet of the air turbine 63. The gas inlet and outlet are located in the chamber walls at some distance from the base of the lower chamber. Gas turbine 63 drives generator 64.

Типичный рабочий цикл установки для извлечения энергии, показанной на фиг. 6, осуществляется следующим образом, начинаясь, когда поршень 50 находится в максимально поднятом положении в верхней камере 48. В этот момент нижняя камера 49 вмещает свежий объем воздуха, подлежащего сжатию, и оба клапана, впускной 60 и выпускной 62, заперты. Когда поршень 50 кратковременно останавливается в верхней точке его хода, впускной клапан 52 для сжатого газа открывается для впуска свежей порции охлажденного сжатого воздуха из воздушного хранилища 53 в верхнюю камеру 48 через газовое впускное отверстие 51. Затем сжатый воздух расширяется, заставляя поршень 50 двигаться в нисходящем направлении. В то же самое время теплая вода из хранилища воды 55 инжектируется в верхнюю камеру 48 в виде водяной пыли. Водяная пыль передает тепло сжатому воздуху при его расширении для предотвращения охлаждения воздуха, так что это расширение может быть близким к изотермическому. Когда поршень 50 входит в нижнюю камеру 49, воздух в нижней камере адиабатически сжимается, и когда давление воздуха достигает желаемого значения, открывается газовый выпускной клапан 62 и горячий сжатый воздух вытекает из нижней камеры 49 и расширяется в воздушной турбине 63. Когда поршень 50 проходит газовые впускное и выпускное отверстия 59 и 61, остаточный воздух, захваченный в камере ниже газовых впускного и выпускного отверстий, адиабатически сжимается и служит для временного хранения оставшейся энергии поршня с тем, чтобы вернуть поршень в верхнюю точку его хода в верхней камере. Поршень кратковременно останавливается над основанием нижней камеры и затем двигается вверх, когда захваченный горячий сжатый воздух расширяется. Когда поршень реверсирует направление, газовый выпускной клапан 65 в верхней камере 48 открывается и расширившийся воздух вместе с водяной пылью вытесняется из камеры через влагоотделитель 58. Водяная пыль отделяется от воздуха и возвращается в хранилище воды 55, а воздух из влагоотделителя вытесняется в атмосферу. Когда поршень 50 перемещается в восходящем направлении и проходит воздушное впускное отверстие 59 в нижней камере, воздушный впускной клапан 60 открывается, и свежая порция воздуха всасывается в камеру 49 для сжатия в течение следующего цикла. Восходящее движение поршня 50 останавливается воздушной подушкой остаточного воздуха, захваченного в верхней камере 48, когда поршень проходит газовое выпускное отверстие 57. Наконец, поршень 50 достигает верхней точки его хода в верхней камере для осуществления цикла. The typical operating cycle of the energy recovery apparatus shown in FIG. 6 is carried out as follows, starting when the piston 50 is in the maximum raised position in the upper chamber 48. At this point, the lower chamber 49 contains a fresh volume of air to be compressed, and both the inlet 60 and the outlet 62 are locked. When the piston 50 stops briefly at the top of its stroke, the compressed gas inlet valve 52 opens to allow a fresh portion of the cooled compressed air from the air storage 53 to enter the upper chamber 48 through the gas inlet 51. Then, the compressed air expands, causing the piston 50 to move in a downward direction. direction. At the same time, warm water from the water storage 55 is injected into the upper chamber 48 in the form of water dust. Water dust transfers heat to compressed air when it expands to prevent air cooling, so this expansion can be close to isothermal. When the piston 50 enters the lower chamber 49, the air in the lower chamber adiabatically compresses, and when the air pressure reaches the desired value, the gas exhaust valve 62 opens and hot compressed air flows from the lower chamber 49 and expands in the air turbine 63. When the piston 50 passes the gas the inlet and outlet openings 59 and 61, the residual air trapped in the chamber below the gas inlet and outlet openings adiabatically compresses and serves to temporarily store the remaining energy of the piston in order to return the piston the upper point of its stroke in the upper chamber. The piston briefly stops above the base of the lower chamber and then moves upward when trapped hot compressed air expands. When the piston reverses direction, the gas exhaust valve 65 in the upper chamber 48 opens and the expanded air, together with the water dust, is forced out of the chamber through the dehumidifier 58. The water dust is separated from the air and returned to the water storage 55, and the air from the dehumidifier is forced out into the atmosphere. When the piston 50 moves in an upward direction and passes the air inlet 59 in the lower chamber, the air inlet valve 60 opens and a fresh portion of air is sucked into the compression chamber 49 for the next cycle. The upward movement of the piston 50 is stopped by an air cushion of residual air trapped in the upper chamber 48 when the piston passes through the gas outlet 57. Finally, the piston 50 reaches its top stroke in the upper chamber for a cycle.

Хотя на каждой из фиг. 5 и 6 показано одно хранилище воды, для оптимального способа накопления необходимо иметь одну и более теплоизолированных накопительных емкостей, вмещающих холодную воду для изотермического экспандера, и одну и более теплоизолированных емкостей для теплой воды, которая предназначена для изотермического компрессора. В следующем цикле накопления и извлечения холодная вода будет использоваться для изотермического сжатия и теплая вода будет использоваться для изотермического расширения. Although in each of FIG. Figures 5 and 6 show one water storage, for an optimal storage method, it is necessary to have one or more heat-insulated storage tanks containing cold water for an isothermal expander, and one or more heat-insulated tanks for warm water, which is designed for an isothermal compressor. In the next cycle of accumulation and extraction, cold water will be used for isothermal compression and warm water will be used for isothermal expansion.

Описанная выше и представленная на фиг. 5 и 6 схема накопления и извлечения энергии не требует никакого топлива или внешних источников тепла в процессе извлечения энергии. Изотермический компрессор и изотермический экспандер могут одним и тем же блоком, модифицируемым, когда это необходимо для одной из его функций (либо как компрессор, либо как экспандер), или могут быть выполнены в виде двух раздельных блоков или установок, одна - специально для сжатия газа изотермически для накопления энергии, а другая - для расширения газа изотермически для извлечения энергии. Хотя изотермическое расширение для извлечения энергии требует подвода тепла для предотвращения охлаждения воздуха при его расширении, это тепло может быть обеспечено за счет источника воды при окружающей температуре. Если доступен или имеется в наличии источник тепла с температурой выше окружающей среды (например, от промышленных или производственных процессов или от систем охлаждения существующих силовых станций или электростанций), то предоставляется возможность вернуть больше электроэнергии, чем первоначально накоплено. Described above and shown in FIG. 5 and 6, the energy storage and extraction scheme does not require any fuel or external heat sources in the energy extraction process. An isothermal compressor and an isothermal expander can be the same unit, modified when it is necessary for one of its functions (either as a compressor or as an expander), or can be made in the form of two separate units or units, one specifically for gas compression isothermal for energy storage, and the other for gas expansion isothermally for energy extraction. Although isothermal expansion for energy extraction requires heat to prevent cooling of the air when it expands, this heat can be provided by a source of water at ambient temperature. If a heat source with a temperature above ambient is available or is available (for example, from industrial or industrial processes or from cooling systems of existing power plants or power plants), then it is possible to return more electricity than was originally accumulated.

Альтернативной попыткой накопления энергии является применение цикла, подобного описанным ранее и изображенным на фиг. 1-3, но с оборудованием для накопления и хранения холодного сжатого воздуха. При низкой потребности в энергии, избыток энергии используется для герметизации полости. При высокой потребности в энергии холодный воздух высасывается из полости, и потребителю распределяется максимальная мощность. An alternative attempt to accumulate energy is to use a cycle similar to that described previously and shown in FIG. 1-3, but with equipment for the accumulation and storage of cold compressed air. With low energy requirements, excess energy is used to seal the cavity. With high energy requirements, cold air is sucked out of the cavity, and the maximum power is distributed to the consumer.

На фиг. 7 представлена одна из возможных схем накопления и извлечения энергии, оборудованная изотермическим компрессором и газовой турбиной, описанных со ссылкой на фиг. 1. Компоненты газотурбинной установки, изображенной на фиг. 7 являются точно такими же, как компоненты на фиг. 1. На фиг. 7 изображены две альтернативные схемы накопления энергии, одна из которых включает накопление тепловой энергии, например, в форме льда, и другая, включающая накопление энергии в форме холодного cжатого воздуха, как описано выше. В последней схеме выход изотермического компрессора соединен с большой полостью, в которой накапливается и хранится сжатый воздух. В периоды низкой потребности энергии производится больше изотермического воздуха, чем это необходимо для приведения в действие газотурбинной установки, и этот воздух накапливается. В периоды высокой потребности в энергии количество изотермического воздуха, производимого установкой, уменьшается, и воздух забирается из накопительной полости. Привлекательность системы накопления энергии с изотермическим компрессором в сравнении с обычными системами накопления сжатого воздуха заключается в том, что поскольку воздух сжимается при той же самой температуре, что и хранится, не расходуется энергия для производства избыточного тепла, которое иначе было бы утеряно. In FIG. 7 illustrates one of the possible energy storage and extraction schemes equipped with an isothermal compressor and a gas turbine, described with reference to FIG. 1. Components of the gas turbine plant of FIG. 7 are exactly the same as the components in FIG. 1. In FIG. 7 depicts two alternative energy storage schemes, one of which includes the storage of thermal energy, for example, in the form of ice, and the other, which includes the storage of energy in the form of cold compressed air, as described above. In the latter scheme, the output of the isothermal compressor is connected to a large cavity in which compressed air is accumulated and stored. During periods of low energy demand, more isothermal air is produced than is necessary to drive the gas turbine unit, and this air accumulates. During periods of high energy demand, the amount of isothermal air produced by the installation decreases, and air is taken from the storage cavity. The attractiveness of an energy storage system with an isothermal compressor compared to conventional compressed air storage systems is that since the air is compressed at the same temperature as it is stored, no energy is consumed to produce excess heat that would otherwise be lost.

Изображенная на фиг. 7 вторая схема накопления энергии включает рефрижераторную (или холодильную) систему 66, соединенную с накопительной емкостью для хранения льда/воды. Вода из накопительной емкости 67 может подаваться в изотермический компрессор 68 для использования в распылении в процессе сжатия. Выбор термической системы накопления льда/воды привлекателен тогда, когда имеется большая разница между дневными и ночными температурами. Обычно ночью, когда окружающая температура ниже, но потребность в энергии также низкая, установка может эксплуатироваться на полную мощность, при этом избыток энергии используется для приведения в действие рефрижераторной (холодильной) системы 66 для замораживания воды и хранения ее в виде льда. В течение этого времени должна полностью утилизироваться внешняя система охлаждения распыляемой воды 67. Depicted in FIG. 7, the second energy storage circuit includes a refrigeration (or refrigeration) system 66 connected to an ice / water storage tank. Water from the storage tank 67 may be supplied to an isothermal compressor 68 for use in spraying during the compression process. The choice of a thermal ice / water storage system is attractive when there is a large difference between daytime and nighttime temperatures. Usually at night, when the ambient temperature is lower, but the energy requirement is also low, the unit can be operated at full capacity, and the excess energy is used to actuate the refrigerator (refrigeration) system 66 to freeze water and store it in the form of ice. During this time, the external spray water cooling system must be completely disposed of 67.

В дневное время, когда потребность в энергии высокая, система охлаждения распыляемой воды 67 должна быть заменена или пополнена за счет охлаждения при таянии льда. In the daytime, when the energy requirement is high, the spray water cooling system 67 must be replaced or replenished by cooling when the ice melts.

Известно множество различных производственных процессов, которые включают сжатие газов, включая воздух, в больших масштабах. Примерами этих процессов являются замораживание и сжижение. Они часто используются как способ разделения и очистки газов. Процессы сжатия являются энергонапряженными. Изотермический компрессор снижает потребление энергии и может быть использован для замораживания и/или сжижения большого числа газов. Many different manufacturing processes are known that involve the compression of gases, including air, on a large scale. Examples of these processes are freezing and liquefaction. They are often used as a way to separate and purify gases. Compression processes are energy intensive. An isothermal compressor reduces energy consumption and can be used to freeze and / or liquefy a large number of gases.

Термокомпрессоры
Компрессор, приводимый в действие сгоранием
На фиг. 8 изображен вариант питаемого тепловой энергией газового компрессора, выполненного как компонент силовой энергетической установки. Согласно фиг. 8 компрессор, обозначенный позицией 68, содержит газовый компрессор 69, приводимый в действие горячим сжатым газом, и топочный компрессор 70, приводимый в действие посредством сжигания топлива. Изотермический компрессор 69 выполнен с газовым приводом.
Thermal compressors
Combustion driven compressor
In FIG. 8 shows a variant of a gas compressor fed with thermal energy, which is designed as a component of a power power plant. According to FIG. 8, the compressor, indicated at 68, comprises a gas compressor 69 driven by hot compressed gas and a combustion compressor 70 driven by burning fuel. The isothermal compressor 69 is gas driven.

Топочный компрессор 70 содержит верхнюю камеру или отделение 71, расположенное над нижним отделением 72, при этом каждое отделение является цилиндрически симметричным. Диаметр верхнего отделения 71 меньше, чем диаметр нижнего отделения, и отделения расположены на одной прямой коаксиально друг другу. Камера сгорания 73 образована в верхнем отделении 71 и имеет впускное отверстие 74 для горячего сжатого газа, регулируемое клапаном 75, впускное отверстие для топлива 76 и выпускное отверстие для дымового газа 77, регулируемое клапаном 78. Впускное отверстие 74 для горячего сжатого газа соединено с выпускным отверстием 79 для сжатого газа изотермического компрессора 69 с газовым приводом через теплообменник 80 газ-воздух, который подогревает охлажденный сжатый газ или воздух из изотермического компрессора 69 дымовыми газами из камеры сгорания 73. Топочный компрессор 70 дополнительно содержит камеру адиабатического сжатия 81, образованную в верхней части нижнего отделения 72, в камере сжатия выполнены газовое впускное отверстие 82, регулируемое клапаном 83, и выпускное отверстие 84 для сжатого газа, регулируемое клапаном 85 и соединенное с газовой турбиной 86, которая приводит в движение генератор 87. Камера 88 адиабатического сжатия/расширения или отскакивания образована в нижней части нижнего отделения 72. Топочный компрессор 70 имеет массивный твердый поршень 89, включающий верхнюю часть 90, размер которой соответствует диаметру верхнего отделения 71, и нижнюю часть 91, размер которой соответствует диаметру нижнего отделения 72. Камера 88 адиабатического отскакивания вмещает герметизированный объем воздуха или другого газа для обеспечения средства преобразования направленной вниз кинетической энергии поршня в направленную вверх кинетическую энергию, посредством чего обеспечивается обратный ход поршня. The combustion compressor 70 comprises an upper chamber or compartment 71 located above the lower compartment 72, with each compartment being cylindrically symmetrical. The diameter of the upper compartment 71 is smaller than the diameter of the lower compartment, and the compartments are located on one straight line coaxially to each other. The combustion chamber 73 is formed in the upper compartment 71 and has a hot compressed gas inlet 74 adjustable by a valve 75, a fuel inlet 76 and a flue gas outlet 77 controlled by a valve 78. A hot compressed gas inlet 74 is connected to an outlet 79 for compressed gas of an isothermal compressor 69 with a gas drive through a gas-air heat exchanger 80, which heats the cooled compressed gas or air from the isothermal compressor 69 with flue gases from the combustion chamber 73. That the compression compressor 70 further comprises an adiabatic compression chamber 81 formed in the upper part of the lower compartment 72, a gas inlet 82 controlled by a valve 83 and a compressed gas outlet 84 controlled by a valve 85 and connected to a gas turbine 86, which drives the generator 87. An adiabatic compression / expansion or bounce chamber 88 is formed in the lower part of the lower compartment 72. The combustion compressor 70 has a massive solid piston 89 including an upper part 90, the size of which corresponds to the diameter of the upper compartment 71, and the lower part 91, the size of which corresponds to the diameter of the lower compartment 72. The adiabatic bounce chamber 88 encloses a sealed volume of air or other gas to provide a means of converting the downward kinetic energy of the piston into upward kinetic energy, whereby return stroke.

Вокруг стенок камеры сгорания 73 выполнен охлаждающий кожух 93. Охлаждающий кожух 93 также выполнен вокруг головной части камеры сгорания, в которой расположены газовый впускной и выпускной клапаны, для обеспечения циркулирования охлаждающей среды для охлаждения стенок камеры сгорания. Обычно часть охлажденного сжатого воздуха из изотермического компрессора 69 используется в качестве охлаждающей среды, направляемой в охлаждающий кожух 93 после удаления влаги из сжатого газа во влагоотделителе 94. Охлаждающий кожух имеет выходное отверстие 95, которое соединено с питающим трубопроводом, соединяющим выпускное отверстие 84 для сжатого газа в камере адиабатического сжатия 81 с газовой турбиной 86. Таким образом, охлажденный сжатый газ, направляемый в охлаждающий кожух, отбирает тепло от стенок камеры сгорания, а эта энергия полезно преобразуется в механическую энергию за счет расширения горячего сжатого газа, выходящего из охлаждающего кожуха в воздушную турбину 86. Around the walls of the combustion chamber 73 is made a cooling casing 93. A cooling casing 93 is also made around the head of the combustion chamber, in which the gas inlet and outlet valves are located, in order to circulate the cooling medium for cooling the walls of the combustion chamber. Typically, a portion of the cooled compressed air from the isothermal compressor 69 is used as the cooling medium directed to the cooling casing 93 after removing moisture from the compressed gas in the dehumidifier 94. The cooling casing has an outlet 95 that is connected to a supply pipe connecting the compressed gas outlet 84 in an adiabatic compression chamber 81 with a gas turbine 86. Thus, the cooled compressed gas directed into the cooling casing draws heat from the walls of the combustion chamber, and this energy is It is converted into mechanical energy by expanding the hot compressed gas leaving the cooling casing into an air turbine 86.

Изотермический газовый компрессор 69 приводится в действие частью горячего сжатого газа, производимого топочным компрессором 70 в камере адиабатического сжатия 81. Функцией газового компрессора 69 является получение большого количества охлажденного сжатого воздуха или другого окислителя с температурой, например, порядка 40oС. Компрессор 69 производит значительно большую массу сжатого воздуха, чем требуется для приведения его в действие. Охлажденный сжатый воздух из изотермического компрессора 69 нагревается и используется для приведения в действие топочного компрессора 70. Функцией топочного компрессора 70 является производство больших количеств горячего сжатого газа, который затем может быть использован для приведения в действие турбины с целью генерирования электричества. Как упомянуто выше, часть горячего сжатого воздуха, производимого топочным компрессором, используется для приведения в действие изотермического компрессора 69. Выпускное отверстие 79 для холодного сжатого воздуха изотермического компрессора соединено с впускным отверстием 74 для горячего сжатого воздуха топочного компрессора 70 через влагоотделитель 94 и теплообменник газ-воздух 80. Выпускное отверстие 77 для дымовых газов топочного компрессора соединено с теплообменником газ-воздух 80 таким образом, что тепло от горячего дымового газа, выходящего из камеры сгорания 79, передается охлажденному сжатому воздуху из изотермического компрессора 69. Выпускное отверстие для горячего сжатого воздуха 84 топочного компрессора соединено с входным отверстием 96 для горячего сжатого воздуха изотермического компрессора 69.The isothermal gas compressor 69 is driven by a portion of the hot compressed gas produced by the combustion compressor 70 in the adiabatic compression chamber 81. The function of the gas compressor 69 is to produce a large amount of cooled compressed air or other oxidizing agent with a temperature, for example, of the order of 40 ° C. The compressor 69 produces significantly a greater mass of compressed air than is required to bring it into action. The cooled compressed air from the isothermal compressor 69 is heated and used to drive the combustion compressor 70. The function of the combustion compressor 70 is to produce large quantities of hot compressed gas, which can then be used to drive the turbine to generate electricity. As mentioned above, a portion of the hot compressed air produced by the combustion compressor is used to drive the isothermal compressor 69. The cold compressed air outlet 79 of the isothermal compressor is connected to the inlet 74 for the hot compressed air of the combustion compressor 70 through a moisture separator 94 and a gas heat exchanger air 80. The flue gas exhaust port 77 of the combustion compressor is connected to a gas-air heat exchanger 80 so that heat from the hot flue gas coming from the combustion chamber 79, is transferred to the cooled compressed air from the isothermal compressor 69. The outlet for hot compressed air 84 of the combustion compressor is connected to the inlet 96 for hot compressed air of the isothermal compressor 69.

Типичный рабочий цикл компрессора, изображенного на фиг. 8, как будет описано далее, начинается в момент времени, когда поршень 97 находится в верхней точке его хода в камере 98 изотермического сжатия изотермического компрессора 69. Все газовые впускные и выпускные клапаны камеры изотермического сжатия заперты. A typical duty cycle of the compressor of FIG. 8, as will be described later, begins at the point in time when the piston 97 is at the top of its stroke in the isothermal compression chamber 98 of the isothermal compressor 69. All gas inlet and outlet valves of the isothermal compression chamber are locked.

Когда поршень 97 на мгновение останавливается, впускной клапан 99 горячего сжатого воздуха открывается для впуска горячего сжатого воздуха из топочного компрессора 70 в камеру 98 через впускное отверстие 96 горячего сжатого газа. Он двигает поршень 97 вниз из его самой верхней позиции из камеры 98. Когда поршень достигает заранее заданного положения, впускной клапан 99 сжатого газа запирается, и воздух адиабатически расширяется, продолжая двигать поршень в нисходящем направлении. Когда давление воздуха в камере 98 опускается до некоторого заранее заданного значения, открывается газовый впускной клапан 100 и в камеру 98 всасывается дополнительный воздух относительно низкого давления (т.е. атмосферный воздух) при продолжающемся движении поршня 97 из камеры. На этой стадии поршень 97 продолжает свое движение в нисходящем направлении вследствие его большой инерции. Когда поршень двигается вниз, он сжимает газ в камере 101 адиабатического отскакивания, находящейся ниже, это сжатие осуществляется адиабатически. В конечном счете вся кинетическая энергия поршня преобразуется в энергию газа в камере 101 отскакивания, и поршень на мгновение останавливается. В этот момент газовый впускной клапан 100 в камере изотермического сжатия запирается. Затем поршень реверсирует направление, поскольку газ в камере 101 отскакивания начинает расширяться, двигая поршень вверх. Поршень 97 двигается обратно в камеру изотермического сжатия, сжимая находящийся в ней воздух, который включает массу охлажденного расширившегося воздуха, введенного ранее через отверстие 96 из топочного компрессора 70, и дополнительную массу воздуха относительно низкого давления, введенного через отверстие 102. Первоначальное сжатие является адиабатическим, но когда воздух достигает температуры, необходимой для распыления жидкости, в камеру 98 сжатия инжектируется жидкость через отверстие 103 для инжектирования жидкости. Диаметр капелек, образующих водяную пыль, обычно составляет около 0,4 мм, что обеспечивает большую площадь поверхности для теплопередачи, так что температура воздуха поддерживается ниже, чем около 40oC. При отсутствии распыления температура будет достигать более 300oC. Когда давление воздуха в камере 98 сжатия достигает необходимого значения, выпускной клапан 104 для сжатого газа открывается и охлажденный сжатый воздух вместе с распыленной жидкостью высасывается из камеры через газовое выпускное отверстие 79. Смесь охлажденного воздуха и водяной пыли пропускается через влагоотделитель 94, где водяная пыль отделяется и возвращается через возвратный трубопровод 105 в систему охлаждения 106, в которой она охлаждается перед повторным использованием в распылении. Перед тем, как поршень 97 досгигнет верхней точки его хода, выпускной клапан 104 сжатого газа может открыться и сохранившаяся кинетическая энергия поршня может быть частично поглощена сжимаемым остаточным газом в верхней части камеры 98. Когда поршень 97 на мгновение останавливается в камере 98, впускной клапан 99 горячего сжатого газа открывается, и свежая порция горячего сжатого воздуха из топочного компрессора 70 впускается в камеру 98 через впускное отверстие 96 горячего сжатого газа. Затем поршень начитает двигаться в нисходящем направлении за счет расширения сжатого воздуха, и цикл повторяется.When the piston 97 momentarily stops, the hot compressed air inlet valve 99 opens to let the hot compressed air in from the combustion compressor 70 into the chamber 98 through the hot compressed gas inlet 96. It moves the piston 97 downward from its highest position out of the chamber 98. When the piston reaches a predetermined position, the compressed gas inlet valve 99 closes and the air adiabatically expands while continuing to move the piston in a downward direction. When the air pressure in the chamber 98 drops to a certain predetermined value, the gas inlet valve 100 opens and additional relatively low pressure air (i.e. atmospheric air) is sucked into the chamber 98 as the piston 97 continues to move out of the chamber. At this stage, piston 97 continues its downward movement due to its large inertia. When the piston moves down, it compresses the gas in the adiabatic bounce chamber 101 below, this compression is carried out adiabatically. Ultimately, all of the kinetic energy of the piston is converted into gas energy in the bounce chamber 101, and the piston stops momentarily. At this point, the gas inlet valve 100 in the isothermal compression chamber is locked. The piston then reverses direction as the gas in the bounce chamber 101 begins to expand, moving the piston up. The piston 97 moves back into the isothermal compression chamber, compressing the air contained therein, which includes the mass of cooled expanded air introduced previously through the opening 96 from the combustion compressor 70 and the additional mass of relatively low pressure introduced through the opening 102. The initial compression is adiabatic. but when the air reaches the temperature necessary to spray the liquid, liquid is injected into the compression chamber 98 through the liquid injection port 103. The diameter of the droplets forming water dust is usually about 0.4 mm, which provides a large surface area for heat transfer, so that the air temperature is kept lower than about 40 o C. In the absence of spraying, the temperature will reach more than 300 o C. When the air pressure in the compression chamber 98 reaches the required value, the exhaust valve 104 for compressed gas opens and the cooled compressed air together with the atomized liquid is sucked out of the chamber through the gas outlet 79. A mixture of cooled air and water hydrochloric dust is passed through a drier 94, where dust is separated and the water returned through the return conduit 105 to cooling system 106, where it is cooled before re-use in the spray. Before the piston 97 reaches the top of its stroke, the compressed gas exhaust valve 104 may open and the stored kinetic energy of the piston can be partially absorbed by the compressible residual gas at the top of the chamber 98. When the piston 97 momentarily stops in the chamber 98, the inlet valve 99 the hot compressed gas is opened, and a fresh portion of the hot compressed air from the combustion compressor 70 is introduced into the chamber 98 through the inlet 96 of the hot compressed gas. Then the piston begins to move in the downward direction due to the expansion of the compressed air, and the cycle repeats.

Охлажденный сжатый газ из камеры сжатия 98 изотермического компрессора 69, пройдя через влагоотделитель 94 пропускается затем через теплообменник газ-воздух 80, в котором он нагревается отходящими газами из топочного компрессора от температуры порядка 40oC до температуры около 850oC и выше. Эта температура определяется ограничениями для материалов, из которых изготовлены теплообменник газ-воздух 80 и трубопровод из теплообменника в топочный компрессор.The cooled compressed gas from the compression chamber 98 of the isothermal compressor 69, passing through the moisture separator 94, is then passed through a gas-air heat exchanger 80, in which it is heated by exhaust gases from the combustion compressor from a temperature of about 40 ° C to a temperature of about 850 ° C and above. This temperature is determined by the restrictions for the materials from which the gas-air 80 heat exchanger and the pipeline from the heat exchanger to the combustion compressor are made.

Вернемся теперь к топочному компрессору 70. Когда поршень 89 кратковременно останавливается в верхней точке его хода в камере сгорания 73, впускной клапан 75 горячего сжатого газа открывается, и заданная масса подогретого воздуха из теплообменника газ-воздух 80 вводится в камеру 73 через впускное отверстие 74 горячего сжатого газа. Воздушный впускной клапан 75 затем запирается, и заданная масса топлива инжектируется в камеру 73 через топливное впускное отверстие 76. Топливо воспламеняется (вынужденно) и происходит сгорание топлива, двигающее поршень 89 вниз из камеры сгорания 73, посредством чего поршню сообщается кинетическая энергия. Топливо добавляется таким образом, что давление газа остается приблизительно постоянным во время инжектирования топлива. Когда инжектировано необходимое количество топлива, инжектирование его прекращается, и топочные газы расширяются адиабатически от давления порядка от 20 или 30 бар до близкого к атмосферному давлению. Во время фазы горения при постоянном давлении в охлаждающий кожух 93 вокруг камеры сгорания 73 инжектируется охлажденный сжатый воздух для охлаждения стенок камеры сгорания. Когда поршень 89 двигается в нисходящем направлении из его самой высокой позиции, в камеру адиабатического сжатия через газовое впускное отверстие 82 всасывается атмосферный воздух. В то же самое время поршень вдвигается в камеру 88 адиабатического отскакивания и начинает сжимать герметизированный объем газа. После того, как впускной клапан 75 сжатого газа запирается и прекращается инжектирование топлива в камеру сгорания, топочные газы адиабатически расширяются и продолжают сообщать кинетическую энергию поршню 97. Эта энергия поглощается газом в камере 88 адиабатического отскакивания, и в конечном счете поршень кратковременно останавливается, в этот момент газовый впускной клапан 83 в камере 81 адиабатического сжатия запирается. Тогда газ в камере 88 адиабатического отскакивания начинает расширяться адиабатически и двигает поршень вверх и в камеру 81 адиабатического сжатия, и в камеру сгорания 73. Когда поршень вдвигается в камеру сгорания 73, горячие топочные газы вытесняются из камеры сгорания через выпускное отверстие 77 отходящих газов. Когда поршень двигается вверх в камеру 81 сжатия, он адиабатически сжимает воздух, введенный ранее, так что теплота сжатия увеличивает температуру воздуха в процессе этого сжатия до температуры выше 300oC.Let us now return to the combustion compressor 70. When the piston 89 stops briefly at the top of its stroke in the combustion chamber 73, the hot compressed gas inlet valve 75 opens and a predetermined mass of heated air from the gas-air heat exchanger 80 is introduced into the chamber 73 through the hot inlet 74 compressed gas. The air inlet valve 75 is then locked and a predetermined mass of fuel is injected into the chamber 73 through the fuel inlet 76. The fuel is ignited (forced) and fuel is burned, moving the piston 89 downward from the combustion chamber 73, whereby kinetic energy is supplied to the piston. Fuel is added so that the gas pressure remains approximately constant during fuel injection. When the required amount of fuel is injected, its injection stops, and the flue gases expand adiabatically from a pressure of about 20 or 30 bar to close to atmospheric pressure. During the combustion phase at constant pressure, cooled compressed air is injected into the cooling jacket 93 around the combustion chamber 73 to cool the walls of the combustion chamber. When the piston 89 moves downward from its highest position, atmospheric air is sucked into the adiabatic compression chamber through the gas inlet 82. At the same time, the piston slides into the adiabatic bounce chamber 88 and begins to compress the sealed volume of gas. After the compressed gas inlet valve 75 is closed and fuel injection into the combustion chamber is stopped, the flue gases adiabatically expand and continue to transmit kinetic energy to the piston 97. This energy is absorbed by the gas in the adiabatic bounce chamber 88, and ultimately the piston stops briefly, this moment, the gas inlet valve 83 in the adiabatic compression chamber 81 is locked. Then the gas in the adiabatic bounce chamber 88 begins to expand adiabatically and moves the piston upward both into the adiabatic compression chamber 81 and into the combustion chamber 73. When the piston moves into the combustion chamber 73, hot flue gases are expelled from the combustion chamber through the exhaust gas outlet 77. When the piston moves up into the compression chamber 81, it adiabatically compresses the air introduced previously, so that the heat of compression increases the temperature of the air during this compression to a temperature above 300 o C.

В течение фазы горения при постоянном давлении в охлаждающий кожух 93 вокруг стенок камеры сгорания инжектируется охлажденный воздух для охлаждения стенок камеры. During the combustion phase at constant pressure, cooled air is injected into the cooling jacket 93 around the walls of the combustion chamber to cool the walls of the chamber.

Когда поршень 89 двигается вниз из его самой высокой позиции, в камеру 81 адиабатического сжатия через газовое впускное отверстие 82 всасывается атмосферный воздух. В то же самое время поршень вдвигается в камеру 88 адиабатического отскакивания и начинает сжимать герметизированный объем газа. После запирания впускного клапана 75 сжатого газа и прекращения инжектирования топлива в камеру сгорания 73 топочные газы адиабатически расширяются и продолжают сообщать кинетическую энергию поршню 97. Эта энергия поглощается газом в камере 88 адиабатического отскакивания и в конце концов поршень на мгновение останавливается, в этот момент газовый впускной клапан 83 в камере адиабатического сжатия запирается. Затем газ в камере 88 адиабатического отскакивания начинает расширяться, двигая поршень в восходящем направлении и в камеру 81 адиабатического сжатия, и в камеру сгорания 73. Когда поршень входит в камеру сгорания 73, горячие топочные газы вытесняются из камеры сгорания через выпускное отверстие 77 отходящих газов. Когда поршень двигается вверх в камеру сжатия 81, он сжимает адиабатически воздух, введенный в камеру ранее, так что теплота сжатия увеличивает температуру воздуха во время этого процесса до температуры порядка выше 300oC. Когда воздух в камере 81 адиабатического сжатия достигает необходимого давления, т.е. впускного рабочего давления, т.е. впускного рабочего давления воздуха в воздушной турбине, которое может составлять от 20 до 30 бар, выпускной клапан 85 горячего сжатого газа открывается, и горячий сжатый газ выходит из камеры 81 сжатия через газовое выпускное отверстие 84. Поршень 89 продолжает двигаться к верхней точке его хода, и тогда выпускной клапан 85 горячего сжатого газа запирается. Большая часть горячего сжатого воздуха используется для приведения в действие главной газовой турбины 86, но часть сжатого воздуха используется для приведения в действие изотермического компрессора 69.When the piston 89 moves down from its highest position, atmospheric air is sucked into the adiabatic compression chamber 81 through the gas inlet 82. At the same time, the piston slides into the adiabatic bounce chamber 88 and begins to compress the sealed volume of gas. After locking the compressed gas inlet valve 75 and stopping fuel injection into the combustion chamber 73, the flue gases adiabatically expand and continue to transmit kinetic energy to the piston 97. This energy is absorbed by the gas in the adiabatic bounce chamber 88 and finally the piston stops momentarily, at that moment the gas inlet the valve 83 in the adiabatic compression chamber is locked. Then, the gas in the adiabatic bounce chamber 88 begins to expand, moving the piston in an upward direction to both the adiabatic compression chamber 81 and the combustion chamber 73. When the piston enters the combustion chamber 73, hot flue gases are expelled from the combustion chamber through the exhaust gas outlet 77. When the piston moves up into the compression chamber 81, it adiabatically compresses the air introduced into the chamber earlier, so that the heat of compression increases the temperature of the air during this process to a temperature of the order above 300 o C. When the air in the chamber 81 of the adiabatic compression reaches the required pressure, t .e. inlet working pressure i.e. the inlet working air pressure in the air turbine, which can be from 20 to 30 bar, the hot compressed gas exhaust valve 85 opens and the hot compressed gas leaves the compression chamber 81 through the gas outlet 84. The piston 89 continues to move to its top point of travel, and then the exhaust valve 85 of the hot compressed gas is locked. Most of the hot compressed air is used to drive the main gas turbine 86, but part of the compressed air is used to drive the isothermal compressor 69.

Поскольку из отходящих газов из топочного компрессора 70 можно получить больше тепла, чем необходимо для нагревания изотермически сжатого воздуха, требуемого для приведения в действие топочного компрессора 70, избыточное тепло используется для нагревания дополнительного воздуха из изотермического компрессора 69, и этот подогретый сжатый воздух пропускается непосредственно в газовую турбину 86, в которой он расширяется для производства дополнительной энергии. Since more heat can be obtained from the exhaust gases from the combustion compressor 70 than is necessary to heat the isothermally compressed air required to drive the combustion compressor 70, the excess heat is used to heat additional air from the isothermal compressor 69, and this heated compressed air is passed directly into a gas turbine 86, in which it expands to produce additional energy.

Для максимального увеличения извлечения энергии из горячих отходящих газов, термокомпрессор должен быть сконструирован таким образом, чтобы температура и давление сжатого воздуха, выходящего из теплообменника газ-воздух 80, соответствовали или почти соответствовали температуре и давлению сжатого воздуха из камеры 81 адиабатического сжатия. Это возможно за счет конструирования компрессора с высокой степенью сжатия (например, от 25 до 40). Оптимальная степень сжатия определяется отношением абсолютной температуры горения к абсолютной температуре отходящих газов, когда они выходят из камеры сгорания. В этом случае общепринято извлекать все избыточное тепло за одно расширение путем простого добавления избытка воздуха из теплообменника газ-воздух на вход газовой турбины. При извлечении тепла таким образом, преимущественно, исключается необходимость в отдельной небольшой газовой турбине и связанном с ней генераторе, что будет снижать капитальные вложения в установку. Тепло отходящего выхлопного газа, которое не требуется для подогрева охлажденного сжатого газа, необходимого для сжигания, обычно будет составлять небольшую долю (порядка 12%) общего полезного тепла отходящих газов. Однако для того, чтобы максимально увеличить коэффициент полезного действия энергетической установки, важно извлекать все избыточное тепло из любого частного процесса. Понятно, что избыточное отходящее или выхлопное тепло из камеры сгорания может быть извлечено различными способами, и что подходящий способ будет зависеть от конструктивных параметров (как, например, степень сжатия газа, температура воздуха на входе в камеру сгорания и температура горения) отдельного компрессора. Например, в некоторых применениях может быть полезным введение более одной вспомогательной воздушной или газовой турбины и связанных с ними теплообменников и силовых генераторов. To maximize the extraction of energy from hot exhaust gases, the thermocompressor should be designed so that the temperature and pressure of the compressed air leaving the gas-air heat exchanger 80 match or almost match the temperature and pressure of the compressed air from the adiabatic compression chamber 81. This is possible due to the design of a compressor with a high compression ratio (for example, from 25 to 40). The optimal compression ratio is determined by the ratio of the absolute combustion temperature to the absolute temperature of the exhaust gases when they exit the combustion chamber. In this case, it is customary to extract all excess heat in one expansion by simply adding excess air from the gas-air heat exchanger to the gas turbine inlet. When extracting heat in this way, mainly, the need for a separate small gas turbine and associated generator is eliminated, which will reduce the capital investment in the installation. The heat of the exhaust gas, which is not required to heat the cooled compressed gas required for combustion, will usually be a small fraction (about 12%) of the total useful heat of the exhaust gas. However, in order to maximize the efficiency of a power plant, it is important to extract all excess heat from any particular process. It is clear that the excess exhaust or exhaust heat from the combustion chamber can be extracted in various ways, and that a suitable method will depend on the design parameters (such as the compression ratio of the gas, the temperature of the air entering the combustion chamber and the combustion temperature) of the individual compressor. For example, in some applications, it may be useful to introduce more than one auxiliary air or gas turbine and associated heat exchangers and power generators.

Для запуска компрессора 68 из состояния покоя необходимо внешнее средство для обеспечения начальной энергии для запуска движения поршня, это может быть сделано за счет обеспечения относительно небольшим осевым компрессором для производства горячего сжатого воздуха для запуска изотермического компрессора. Когда изотермический компрессор производит охлажденный сжатый воздух, он может быть использован для запуска топочного компрессора. Хотя работа изотермического компрессора зависит от топочного компрессора и наоборот, взаимная фаза между рабочим циклом изотермического компрессора и рабочим циклом топочного компрессора абсолютно произвольна. Также рабочая частота изотермического компрессора может отличаться от рабочей частоты топочного компрессора. Обычно должен быть конечный промежуток времени между выходом охлажденного сжатого воздуха из изотермического компрессора и инжектированием подогретого сжатого воздуха в топочный компрессор, а также должен быть конечный промежуток времени между выходом горячего сжатого воздуха из топочного компрессора и инжектированием горячего сжатого воздуха в изотермический компрессор. Следовательно, система должна иметь постоянный конечный период, который может изменяться в зависимости от характеристик составляющих узлов, например длины системы трубопроводов, используемых для прохода сжатого газа между компрессорами. To start the compressor 68 from a standstill, an external means is needed to provide initial energy for starting the movement of the piston, this can be done by providing a relatively small axial compressor to produce hot compressed air to start the isothermal compressor. When an isothermal compressor produces chilled compressed air, it can be used to start the combustion compressor. Although the operation of an isothermal compressor depends on the combustion compressor and vice versa, the mutual phase between the duty cycle of the isothermal compressor and the duty cycle of the combustion compressor is completely arbitrary. Also, the operating frequency of an isothermal compressor may differ from the operating frequency of a combustion compressor. Usually there should be a finite time interval between the outlet of the cooled compressed air from the isothermal compressor and the injection of heated compressed air into the combustion compressor, and there should also be a finite time interval between the exit of the hot compressed air from the furnace compressor and the injection of hot compressed air into the isothermal compressor. Therefore, the system must have a constant finite period, which can vary depending on the characteristics of the components, for example, the length of the piping system used for the passage of compressed gas between the compressors.

Приводимый в действие сжиганием компрессор
Твердый поршень - Асимметричный
В другом варианте термокомпрессора оба процесса, и адиабатический и изотермический процессы сжатия могут непосредственно запускаться сжиганием топлива посредством единственного массивного поршня. Камера с одной стороны поршня может служить в качестве камеры сгорания, в которой зажигается смесь топлива и воздуха или другого окислителя, производя высокотемпературный топочный газ для сообщения кинетической энергии поршню. Камера с другой стороны поршня вмещает подлежащий сжатию газ, который затем может использоваться для приведения в действие турбины. Поскольку топочный газ обычно имеет намного более высокую температуру, чем газ из ротационного компрессора, поршню будет сообщено намного больше энергии, дающей возможность газу расширяться полностью, обеспечивая возможность сжатия большего количества газа в камере сжатия. Воздух или другой окислитель, используемые для сжигания топлива, могут сами подвергнуться сжатию в части камеры сжатия. Воздух/окислитель могут быть охлаждены в процессе сжатия, используя распыление жидкости с тем, чтобы свести к минимуму работу сжатия. Преимущественно, теплообменник может подогревать по крайней мере часть охлажденного сжатого газа горячим отходящим газом из камеры сгорания, и часть этого подогретого газа может быть впущена в камеру сгорания для сжигания с подходящим топливом.
Combustion driven compressor
Solid Piston - Asymmetric
In another embodiment of the thermocompressor, both processes, and the adiabatic and isothermal compression processes can be directly triggered by burning fuel through a single massive piston. A chamber on one side of the piston can serve as a combustion chamber in which a mixture of fuel and air or another oxidizer is ignited, producing high-temperature flue gas to communicate kinetic energy to the piston. The chamber on the other side of the piston contains the gas to be compressed, which can then be used to drive the turbine. Since flue gas typically has a much higher temperature than gas from a rotary compressor, much more energy will be communicated to the piston, allowing the gas to expand completely, allowing more gas to be compressed in the compression chamber. The air or other oxidizing agent used to burn the fuel may itself be compressed in a portion of the compression chamber. Air / oxidizer can be cooled during the compression process using liquid atomization to minimize compression work. Advantageously, the heat exchanger can preheat at least a portion of the cooled compressed gas with hot exhaust gas from the combustion chamber, and a portion of this heated gas can be introduced into the combustion chamber for combustion with suitable fuel.

Часть газа в камере сжатия может быть сжата адиабатически и подаваться непосредственно для приведения в движение турбины. Сжатый газ может быть, например, воздухом для приведения в движение газовой турбины, которая работает при относительно низкой температуре и отходящий от нее газ очень близок к температуре окружающего воздуха. Поэтому комбинация газового компрессора, приводимого в действие топочным глазом с исключительно высокой температурой, дает возможность преобразования тепловой энергии в энергию сжатия большого объема сжатого воздуха, и газовая турбина, приводимая в движение сжатым воздухом, который отводит тепло при относительно низких температурах, может рассматриваться как тепловая машина, работа которой приближается к работе идеального цикла Карно, который имеет коэффициент полезного действия η, определяемый η = 1 - t1/t2 где t1 - температура, при которой тепло отводится, и t2 - температура, при которой тепло поглощается.Part of the gas in the compression chamber can be adiabatically compressed and supplied directly to drive the turbine. The compressed gas may, for example, be air for driving a gas turbine that operates at a relatively low temperature and the gas leaving it is very close to the ambient temperature. Therefore, the combination of a gas compressor driven by a furnace eye with an exceptionally high temperature makes it possible to convert thermal energy into compression energy of a large volume of compressed air, and a gas turbine driven by compressed air that removes heat at relatively low temperatures can be considered thermal machine, the operation of which is close to the ideal Carnot cycle which has an efficiency η, defined by η = 1 - t 1 / t 2 where t 1 - temperature at cat swarm heat is removed, and t 2 - the temperature at which heat is absorbed.

Поршень может двигаться вверх и вниз или альтернативно туда и обратно в горизонтальной плоскости. Вариант, в котором твердый поршень может колебаться вертикально вверх и вниз между примыкающими верхними камерами сжатия и нижней камерой сгорания изображен на фиг. 9 как компонент электростанции. The piston can move up and down or alternatively back and forth in the horizontal plane. An embodiment in which a solid piston can oscillate vertically up and down between adjacent upper compression chambers and a lower combustion chamber is shown in FIG. 9 as a component of a power plant.

Согласно фиг. 9 термокомпрессор содержит камеру 107 изотермического сжатия и примыкающую камеру 108 адиабатического сжатия, расположенные обе над камерой сгорания 109. Камеры 107 и 108 сжатия разделены вертикальной перегородкой 110, которая проходит вниз от верха каждой камеры. Поршень 111, содержащий твердый материал, имеет щель или прорезь 112, образованную в нем, которая проходит от верха 113 поршня 111 вниз для вмещения вертикальной перегородки, так что поршень может свободно двигаться вверх и вниз, в и из камер 107 и 108 изотермического и адиабатического сжатия. Камера сгорания 109 имеет впускное отверстие 114 горячего сжатого воздуха, регулируемое впускным клапаном 115 горячего сжатого воздуха для инжектирования горячего сжатого воздуха, топливное инжекционное отверстие 116 и выпускное отверстие 117 отходящего газа, регулируемое выпускным клапаном 118 отходящего газа для обеспечения выпуска горячего отходящего или дымового газа из камеры 109. Камера сгорания окружена охлаждающим кожухом 119, через который может циркулировать охлажденный воздух для охлаждения стенок 120 камеры сгорания 109. Каждая из камер изотермического и адиабатического сжатия имеет воздушное впускное отверстие 121, 122, регулируемое клапаном 123, 124, для обеспечения всасывания воздуха в каждую камеру и выпускное отверстие 125, 126 сжатого воздуха, регулируемое выпускным клапаном 127, 128 сжатого воздуха для обеспечения выпуска сжатого воздуха из каждой камеры. Камера изотермического 107 сжатия также имеет инжекционное отверстие 129 для распыления жидкости для инжектирования охлажденной водяной струи. Водяная пыль инжектируется посредством насоса 130, который вытягивает жидкость для распыления из системы охлаждения 131. Выпускное отверстие сжатого воздуха 125 камеры 107 изотермического сжатия соединено с влагоотделителем 132, в котором распыленная жидкость, находящаяся в сжатом воздухе, отделяется. Выпускное отверстие 120 сжатого воздуха камеры 108 адиабатического сжатия соединено со входом главной газовой турбины 133, которая вместе со второй газовой турбиной 134 приводит в действие генератор электричества 135. According to FIG. 9, the thermocompressor comprises an isothermal compression chamber 107 and an adjacent adiabatic compression chamber 108, both located above the combustion chamber 109. The compression chambers 107 and 108 are separated by a vertical partition 110, which extends downward from the top of each chamber. The piston 111 containing the solid material has a slit or slot 112 formed therein, which extends from the top 113 of the piston 111 downward to accommodate the vertical baffle so that the piston can freely move up and down into and out of the isothermal and adiabatic chambers 107 and 108 compression. The combustion chamber 109 has a hot compressed air inlet 114 adjustable by a hot compressed air inlet valve 115 for injecting hot compressed air, a fuel injection hole 116 and an exhaust gas outlet 117 regulated by an exhaust gas exhaust valve 118 to allow the discharge of hot exhaust or flue gas from chamber 109. The combustion chamber is surrounded by a cooling casing 119, through which cooled air can circulate to cool the walls 120 of the combustion chamber 109. Each of the cells Isothermal and adiabatic compression has an air inlet 121, 122, regulated by a valve 123, 124, to ensure air intake into each chamber and a compressed air outlet 125, 126, regulated by a compressed air exhaust valve 127, 128 to ensure the release of compressed air from each cameras. The isothermal compression chamber 107 also has an injection hole 129 for spraying liquid to inject a cooled water stream. Water dust is injected by means of a pump 130, which draws the spray liquid from the cooling system 131. The compressed air outlet 125 of the isothermal compression chamber 107 is connected to a moisture separator 132, in which the sprayed liquid in the compressed air is separated. The compressed air outlet 120 of the adiabatic compression chamber 108 is connected to the inlet of the main gas turbine 133, which, together with the second gas turbine 134, drives an electricity generator 135.

Охлажденный сжатый воздух из влагоотделителя 132 направляется тремя путями. Часть воздуха пропускается в теплообменник газ-воздух 136, в котором он нагревается теплом отходящего газа из камеры сгорания 109. Часть охлажденного сжатого воздуха из влагоотделителя 132 пропускается в охлаждающих кожух 119 камеры сгорания 109 для охлаждающего воздействия на стенки 120 камеры сгорания. Еще одна часть охлажденного сжатого воздуха из влагоотделителя 132 пропускается в теплообменник воздух-воздух 137, в котором он подогревается отходящим воздухом от второй газовой турбины 134 для подачи на вход главной газовой турбины 133 вместе с основным потоком горячего сжатого воздуха из камеры 108 адиабатического сжатия. The cooled compressed air from the water separator 132 is guided in three ways. Part of the air is passed into a gas-air heat exchanger 136, in which it is heated by the heat of the exhaust gas from the combustion chamber 109. A portion of the cooled compressed air from the dehumidifier 132 is passed into the cooling casing 119 of the combustion chamber 109 to cool the walls 120 of the combustion chamber. Another portion of the cooled compressed air from the moisture separator 132 is passed to an air-to-air heat exchanger 137, in which it is heated by exhaust air from the second gas turbine 134 to supply the main gas turbine 133 with the main stream of hot compressed air from the adiabatic compression chamber 108.

Согласно фиг. 9 дополнительная газовая турбина 134 и теплообменник воздух-воздух 137 установлены для максимального увеличения извлечения тепла и горячих газов, покидающих камеру сгорания 109. Обычно в отходящих газах содержится больше тепла, чем необходимо для нагревания входящего сжатого горючего воздуха. Избыточное тепло используется для нагрева большего количества сжатого воздуха, который отводится во вторую меньщую газовую турбину 134, которая работает при более высоких температурах на входе, чем главная газовая турбина 133. Воздух на выходе из второй газовой турбины 134 еще достаточно горячий для дополнительного извлечения тепла. Это тепло передается в небольшой теплообменник 137 для отделения потока охлажденного сжатого воздуха. Система может быть сконструирована таким образом, что полученный горячий сжатый воздух имеет достаточные температуру и давление для расширения в главной воздушной турбине, при этом этот поток может добавляться к основному потоку адиабатически сжатого воздуха. According to FIG. 9, an additional gas turbine 134 and an air-air heat exchanger 137 are installed to maximize the extraction of heat and hot gases leaving the combustion chamber 109. Typically, the exhaust gases contain more heat than is necessary to heat the incoming compressed combustible air. Excess heat is used to heat more compressed air that is discharged to a second smaller gas turbine 134, which operates at higher inlet temperatures than the main gas turbine 133. The air at the outlet of the second gas turbine 134 is still hot enough to further extract heat. This heat is transferred to a small heat exchanger 137 to separate a stream of chilled compressed air. The system can be designed so that the resulting hot compressed air has sufficient temperature and pressure to expand in the main air turbine, and this stream can be added to the main stream of adiabatically compressed air.

Согласно фиг. 10 питаемый тепловой энергией компрессор содержит, по существу, два отделения, расположенных вертикально одно над другим. Камера сгорания 138 образована в верхней части верхнего отделения 139 и камера 140 адиабатического сжатия образована в нижней части верхнего отделения 139. Камера изотермического сжатия 141 образована в верхней части нижнего отделения 142, и камера 143 адиабатического сжатия/расширения образована в нижней части нижнего отделения 142. According to FIG. 10, a compressor powered by thermal energy comprises essentially two compartments arranged vertically one above the other. A combustion chamber 138 is formed in the upper part of the upper compartment 139 and an adiabatic compression chamber 140 is formed in the lower part of the upper compartment 139. An isothermal compression chamber 141 is formed in the upper part of the lower compartment 142, and an adiabatic compression / expansion chamber 143 is formed in the lower part of the lower compartment 142.

Камера сгорания 138 имеет впускное отверстие 143 горячего сжатого воздуха, регулируемое клапаном 144, для впуска горячего сжатого воздуха в камеру, топливное инжекционное отверстие 145 для инжектирования топлива в камеру и выпускное отверстие 146 отходящего газа, регулируемое клапаном 147, для обеспечения вытеснения отходящих газов из камеры сгорания 138. Впускное отверстие 143 сжатого воздуха и выпускное отверстие 146 отходящего газа соединено с той же стороной теплообменника газ-воздух 148. The combustion chamber 138 has a hot compressed air inlet 143 adjustable by a valve 144 for injecting hot compressed air into the chamber, a fuel injection hole 145 for injecting fuel into the chamber, and an exhaust gas outlet 146 regulated by valve 147 to allow exhaust gas to be forced out of the chamber combustion 138. The compressed air inlet 143 and the exhaust gas outlet 146 are connected to the same side of the gas-air heat exchanger 148.

Камера 149 адиабатического сжатия и камера изотермического сжатия 141 каждая имеет воздушное впускное отверстие 150, 151, регулируемое клапаном 152, 153 для обеспечения всасывания в каждую камеру 149, 141, и выпускное отверстие 154, 155 сжатого воздуха, регулируемое клапаном 156, 157, для обеспечения выпуска сжатого воздуха из каждой камеры. Камера изотермического сжатия 141 также имеет множество ижекционных отверстий 158 в виде сопел для распыления жидкости для инжектирования распыляемой жидкости в камеру. Распылительные сопла расположены таким образом, чтобы обеспечить равномерное распыление по всему объему. Выпускное отверстие 155 сжатого воздуха камеры изотермического сжатия соединено с влагоотделителем 159, который отделяет водяную пыль, попавшую в сжатый воздух. Влагоотделитель 159 соединен с инжекционным отверстием 158 для распыления жидкости через систему охлаждения 160 и инжекционный распылительный насос 161. Система охлаждения 160 охлаждает жидкость для распыления из влагоотделителя перед повторным использованием в распылении. Насос 161 обеспечивает непрерывную циркуляцию жидкости из влагоотделителя 159 в камеру изотермического сжатия. Предусмотрена коллекторная емкость 162, вмещающая резервную жидкость для возмещения потерь жидкости в контуре. Выпускное отверстие 154 сжатого воздуха в камере 149 адиабатического сжатия соединено со входом главной газовой турбины 163, которая приводит в действие генератор 164. Горячий сжатый воздух из компрессора расширяется в турбине 163 с получением механической энергии для генерирования электричества. Часть охлажденного сжатого воздуха из влагоотделителя направляется в теплообменник газ-воздух 148, в котором он подогревается теплом отходящих газов из камеры сгорания. Некоторая часть подогретого воздуха затем направляется в камеру сгорания 138 для сжигания. Однако обычно из отходящих газов получают больше тепла, чем необходимо для подогрева охлажденного сжатого воздуха, требующегося для сжигания. Для извлечения избыточного тепла компрессор сконструирован так, чтобы производить большее количество сжатого воздуха, чем реально требуется для запуска горения. Часть этого избыточного сжатого воздуха пропускается в теплообменник газ-воздух 148 для поглощения избыточного тепла отходящих газов и затем направляется во вторую газовую турбину 165, в которой он расширяется для производства полезной механической энергии. The adiabatic compression chamber 149 and the isothermal compression chamber 141 each have an air inlet 150, 151 adjustable by a valve 152, 153 to provide suction into each chamber 149, 141, and a compressed air outlet 154, 155 controlled by a valve 156, 157 to provide the release of compressed air from each chamber. The isothermal compression chamber 141 also has a plurality of injection holes 158 in the form of nozzles for spraying liquid to inject the sprayed liquid into the chamber. Spray nozzles are positioned to provide uniform spraying throughout the volume. The outlet 155 of the compressed air of the isothermal compression chamber is connected to a moisture separator 159, which separates water dust that has fallen into the compressed air. A dehumidifier 159 is connected to the injection hole 158 for spraying liquid through the cooling system 160 and the injection spray pump 161. The cooling system 160 cools the spray liquid from the dehumidifier before reuse in the spray. Pump 161 provides continuous circulation of fluid from the dehumidifier 159 to the isothermal compression chamber. A collector tank 162 is provided that accommodates a reserve fluid to compensate for fluid loss in the circuit. The compressed air outlet 154 in the adiabatic compression chamber 149 is connected to the inlet of the main gas turbine 163, which drives the generator 164. The hot compressed air from the compressor expands in the turbine 163 to produce mechanical energy to generate electricity. Part of the cooled compressed air from the moisture separator is directed to a gas-air heat exchanger 148, in which it is heated by the heat of the exhaust gases from the combustion chamber. Some of the heated air is then sent to the combustion chamber 138 for combustion. However, usually more heat is obtained from the exhaust gas than is needed to heat the cooled compressed air required for combustion. To extract excess heat, the compressor is designed to produce more compressed air than is actually required to start combustion. A portion of this excess compressed air is passed to a gas-air heat exchanger 148 to absorb excess heat from the exhaust gases and then sent to a second gas turbine 165, in which it expands to produce useful mechanical energy.

Температура отходящего из второй газовой турбины 165 воздуха значительно выше, чем температура окружающего воздуха, и тепло отходящего воздуха может быть извлечено посредством передачи тепла части охлажденного сжатого воздуха, выходящего из влагоотделителя 159, в теплообменник воздух-воздух 166. Подогретый сжатый воздух затем направляется в главную газовую турбину 163, в которой он расширяется вместе с горячим сжатым воздухом из камеры 149 адиабатического сжатия. The temperature of the exhaust air from the second gas turbine 165 is much higher than the ambient temperature, and the heat of the exhaust air can be extracted by transferring heat from a portion of the cooled compressed air leaving the moisture separator 159 to the air-air heat exchanger 166. The heated compressed air is then sent to the main a gas turbine 163, in which it expands with hot compressed air from an adiabatic compression chamber 149.

Камера 143 адиабатического сжатия/расширения вмещает массу газа, например воздуха, который в процессе работы компрессора попеременно сжимается и расширяется. Газ действует как пружина, целью которой является преобразование кинетической энергии поршня в одном направлении в кинетическую энергию поршня в противоположном направлении. Газ обеспечивает средство, с помощью которого поршень возвращается в верхнюю точку его хода для завершения рабочего цикла компрессора. Следовательно, в этой камере не нужны газовые впускные и выпускные отверстия, регулируемые клапанами, которые открываются и запираются в течение обычного рабочего цикла компрессора. Однако средство для возмещения любого газа, вытекающего из камеры, необходимо. Поршень 167, содержащий твердый материал, имеет верхнюю, среднюю и нижнюю части и свободно колеблется линейно и вертикально. Верхняя часть 168 поршня соответствует по размеру диаметру верхнего отделения 139 и свободно двигается вверх и вниз между вертикальными оконечностями отделения в и из обеих камер, и камеры сгорания 138 и камеры 149 адиабатического сжатия. Нижняя часть 169 поршня соответствует по размеру диаметру нижнего отделения 142 и свободно двигается вверх и вниз между вертикальными оконечностями отделения в и из обеих камер, и камеры 143 адиабатического расширения/сжатия, и камеры изотермического сжатия 141. Верхняя и нижняя части 168, 169 поршня соединены вместе и вертикально разнесены друг от друга средней частью 170, которая включает вал, диаметр которого меньше, чем диаметр верхнего и нижнего отделений. В отверстии 171 предусмотрено скользящее уплотнение 172, которое уплотняет вал для предотвращения прохода воздуха через отверстие 171 между камерой 149 адиабатического сжатия и камерой изотермического сжатия 141. Скользящее уплотнение 172 сконструировано так, чтобы дать возможность валу свободно скользить в любом направлении через отверстие 171. Предусмотрены уплотнения 173, 174 между поршнем и стенками камер для предотвращения утечки газа из одной камеры в другую. The adiabatic compression / expansion chamber 143 holds a mass of gas, such as air, which is alternately compressed and expanded during compressor operation. The gas acts as a spring, the purpose of which is to convert the kinetic energy of the piston in one direction to the kinetic energy of the piston in the opposite direction. Gas provides a means by which the piston returns to the top of its stroke to complete the compressor’s duty cycle. Therefore, this chamber does not need gas inlets and outlets regulated by valves that open and close during the normal compressor duty cycle. However, a means to recover any gas leaking from the chamber is necessary. The piston 167, containing solid material, has upper, middle and lower parts and freely oscillates linearly and vertically. The upper part 168 of the piston corresponds in size to the diameter of the upper compartment 139 and freely moves up and down between the vertical extremities of the compartment to and from both chambers, and the combustion chamber 138 and the adiabatic compression chamber 149. The lower part 169 of the piston corresponds in size to the diameter of the lower compartment 142 and freely moves up and down between the vertical extremities of the compartment in and from both chambers, and the adiabatic expansion / compression chamber 143, and the isothermal compression chamber 141. The upper and lower piston parts 168, 169 are connected together and vertically spaced from each other by the middle part 170, which includes a shaft whose diameter is less than the diameter of the upper and lower compartments. A bore seal 172 is provided in the bore 171, which seals the shaft to prevent air from passing through the bore 171 between the adiabatic compression chamber 149 and the isothermal compression chamber 141. The bore seal 172 is designed to allow the shaft to slide freely in any direction through the bore 171. Seals are provided. 173, 174 between the piston and the walls of the chambers to prevent gas leakage from one chamber to another.

В этом варианте, когда верхняя часть 168 поршня находится на самом высоком ее уровне в камере сгорания, свободный объем внутри камеры 149 адиабатического сжатия и камеры 143 адиабатического сжатия/расширения является максимальным, тогда как свободный кольцевой объем в камере изотермического сжатия 141 минимальным. Наоборот, когда верхняя часть 168 поршня находится на самом нижнем ее уровне, свободный объем обеих камер, и камеры сгорания, и камеры изотермического сжатия, является максимальным, и свободный объем в камере 149 адиабатического сжатия и в камере 143 адиабатического сжатия/расширения - минимальным. Следовательно, этот вариант процесса горения непосредственно запускает и двигает процесс адиабатического сжатия, индуцирование воздуха в камеру изотермического сжатия и адиабатическое сжатие газа в камере адиабатического сжатия/расширения. Адиабатическое расширение газа в камере 143 адиабатического расширения/сжатия приводит в действие процесс изотермического сжатия, индуцирование воздуха в камеру 149 адиабатического сжатия и выталкивание отходящего газа из камеры сгорания 138. In this embodiment, when the piston top 168 is at its highest level in the combustion chamber, the free volume inside the adiabatic compression chamber 149 and the adiabatic compression / expansion chamber 143 is maximum, while the free annular volume in the isothermal compression chamber 141 is minimal. On the contrary, when the upper part of the piston 168 is at its lowest level, the free volume of both chambers and the combustion chamber and the isothermal compression chamber is maximum, and the free volume in the adiabatic compression chamber 149 and in the adiabatic compression / expansion chamber 143 is minimal. Therefore, this version of the combustion process directly starts and drives the adiabatic compression process, inducing air into the isothermal compression chamber and adiabatic gas compression in the adiabatic compression / expansion chamber. The adiabatic expansion of gas in the adiabatic expansion / compression chamber 143 drives an isothermal compression process, inducing air into the adiabatic compression chamber 149, and expelling the exhaust gas from the combustion chamber 138.

Как и в любом описанном выше варианте, в котором желательно охлаждение стенок камер, в варианте, изображенном на фиг. 10, вокруг стенок камеры сгорания может быть расположен охлаждающий кожух, через который может циркулировать охлаждающая текучая среда для поглощения тепла от стенок камеры. Охлаждающая текучая среда может включать долю охлажденного сжатого газа, производимого в камере изотермического сжатия. В стенках камеры сгорания могут быть выполнены множество отверстий для обеспечения того, чтобы сжатый воздух (или другой газ) в конце концов проходил в камеру сгорания и расширялся с дымовыми газами. Однако даже после того, как охлаждающая среда поглотила тепло от стенок камеры сгорания, она еще достаточно холодна в сравнении с температурой дымовых газов. Поэтому введение относительно охлажденного газа в камеры сгорания может вызвать потери эффективности системы (например, благодаря относительно большому изменению энтропии). Таким образом, способ испарительного охлаждения не относится к числу наиболее эффективных способов отбора тепла от стенок камеры сгорания. As with any embodiment described above, in which cooling of the walls of the chambers is desired, in the embodiment shown in FIG. 10, a cooling jacket may be arranged around the walls of the combustion chamber through which cooling fluid can circulate to absorb heat from the walls of the chamber. The cooling fluid may include a fraction of the cooled compressed gas produced in the isothermal compression chamber. Many holes can be made in the walls of the combustion chamber to ensure that compressed air (or other gas) eventually passes into the combustion chamber and expands with the flue gases. However, even after the cooling medium has absorbed heat from the walls of the combustion chamber, it is still quite cold compared to the temperature of the flue gases. Therefore, the introduction of relatively cooled gas into the combustion chambers can cause a loss in system efficiency (for example, due to a relatively large change in entropy). Thus, the method of evaporative cooling is not among the most effective methods of heat removal from the walls of the combustion chamber.

Альтернативно охлаждающая текучая среда может циркулировать вокруг стенок камеры сгорания для поглощения тепла и затем может быть пропущена в другую часть системы, в которой поглощенное тепло может высвобождаться в части цикла, температура которого больше соответствует температуре нагретой охлаждающей текучей среды. Например, если охлаждающая текучая среда изотермически сжимается, можно заставить циркулировать вокруг стенок камеры сгорания воздух из камеры изотермического сжатия и часть сжатого воздуха, и затем направить нагретый сжатый воздух в воздушную турбину, температура на входе которой соответствует температуре нагретого сжатого воздуха. Alternatively, the cooling fluid may circulate around the walls of the combustion chamber to absorb heat, and then may be passed to another part of the system in which the absorbed heat can be released in a portion of the cycle whose temperature is more consistent with the temperature of the heated cooling fluid. For example, if the cooling fluid is isothermally compressed, air from the isothermal compression chamber and part of the compressed air can be circulated around the walls of the combustion chamber, and then the heated compressed air can be directed to an air turbine whose inlet temperature corresponds to the temperature of the heated compressed air.

Вариант, включающий этот способ отбора потерь от стенок камеры сгорания, изображен на фиг. 11. Вариант, изображенный на фиг. 11, во многих аспектах сходен с вариантом, изображенным на фиг. 10, и сходные элементы обозначены одинаковыми позициями. Согласно фиг. 11 верхнее отделение 175 окружено охлаждающим кожухом 176 для обеспечения охлаждения стенок камеры сгорания 179 и возможно камеры 180 адиабатического сжатия. Влагоотделитель 181 соединен с охлажденной стороной теплообменника газ-воздух 182 посредством магистрального трубопровода подачи охлажденного сжатого газа 183. Охлаждающий кожух 176 соединен с магистральным питающим трубопроводом 183 посредством питающего трубопровода охлаждающей среды 184. Соединение питающего трубопровода охлаждающий текучей среды 184 с охлаждающим кожухом выполнено вблизи нижнего конца верхнего отделения 175, где температура стенок камеры сгорания относительно холодная. Охлаждающий кожух 176 проходит до верха камеры сгорания и расположен так, что охлаждающий воздух может течь вокруг верха камеры сгорания, в которой расположены и впускной клапан 185 горячего сжатого газа и выпускной клапан 186 отходящего газа. Выпускное отверстие 187 горячего сжатого газа в камере 180 адиабатического сжатия соединено с входом газовой турбины 188 газовым питающим трубопроводом 189. Выпускное отверстие охлаждающей среды в охлаждающем кожухе 176 соединено с газовым питающим трубопроводом 189 посредством питающего трубопровода 190. Выходное отверстие охлаждающей среды охлаждающего кожуха расположено наверху камеры сгорания, где температура является наивысшей. Такое расположение выходного отверстия охлаждающей среды гарантирует, что сжатый воздух, выходящий из охлаждающего кожуха, поглотит достаточно тепла для того, чтобы температура сжатого воздуха соответствовала температуре горячего сжатого воздуха, выходящего из камеры 180 адиабатического сжатия. Вариант, изображенный на фиг. 11, сконструирован таким образом, что в действие приводится одна газовая турбина 188, исключая необходимость во второй газовой турбине и связанного с ней теплообменника, включенных в энергетическую установку, изображенную на фиг. 10. В варианте, изображенном на фиг. 11, охлажденный сжатый газ, используемый для отбора тепла отходящего выхлопного газа из теплообменника газ-воздух 182, проходит непосредственно на вход газовой турбины 188 через газовый питающий трубопровод 191. Этот аспект варианта изображенного на фиг. 11, уже описан для варианта, изображенного на фиг. 8. An embodiment including this method of selecting losses from the walls of the combustion chamber is depicted in FIG. 11. The embodiment of FIG. 11, in many aspects similar to the embodiment depicted in FIG. 10, and similar elements are denoted by the same reference numerals. According to FIG. 11, the upper compartment 175 is surrounded by a cooling jacket 176 to provide cooling to the walls of the combustion chamber 179 and possibly the adiabatic compression chamber 180. A dehumidifier 181 is connected to the cooled side of the gas-air heat exchanger 182 via a chilled compressed gas supply pipe 183. A cooling jacket 176 is connected to a main supply pipe 183 via a cooling medium supply pipe 184. The cooling fluid supply pipe 184 is connected to the cooling jacket near the lower end the upper compartment 175, where the temperature of the walls of the combustion chamber is relatively cold. The cooling jacket 176 extends to the top of the combustion chamber and is arranged so that cooling air can flow around the top of the combustion chamber, in which both the hot compressed gas inlet valve 185 and the exhaust gas exhaust valve 186 are located. The outlet 187 of the hot compressed gas in the adiabatic compression chamber 180 is connected to the inlet of the gas turbine 188 by a gas supply line 189. The outlet of the cooling medium in the cooling case 176 is connected to the gas supply line 189 via the supply line 190. The outlet of the cooling medium of the cooling case is located at the top of the chamber combustion where the temperature is highest. This arrangement of the outlet of the cooling medium ensures that the compressed air leaving the cooling jacket absorbs enough heat so that the temperature of the compressed air matches the temperature of the hot compressed air leaving the adiabatic compression chamber 180. The embodiment of FIG. 11 is designed so that one gas turbine 188 is driven, eliminating the need for a second gas turbine and associated heat exchanger included in the power plant shown in FIG. 10. In the embodiment of FIG. 11, the cooled compressed gas used to extract the heat of the exhaust gas from the gas-air heat exchanger 182 passes directly to the inlet of the gas turbine 188 through the gas supply pipe 191. This aspect of the embodiment of FIG. 11 has already been described for the embodiment of FIG. 8.

Вариант симметричного термокомпрессора, включающего вертикально разделенные камеры, изображен на фиг. 12, в соединении с энергетической установкой, сходной с установками, изображенными на фиг. 9 и 10. Согласно фиг. 12 компрессор включает U - образный трубопровод 192, частично заполненный жидкостью, образующей жидкий поршень 193. Ветви 194 и 195 трубопровода выполнены линейными и проходят вертикально вверх. Отделение 196, 197 выполнено примыкающим к верху каждой ветви 194, 195, верхняя часть которой служит камерой сгорания 198, 199 и нижняя часть которой служит в качестве камеры 200, 201 адиабатического сжатия. Нижнее отделение 202, 203 образовано в каждой ветви 194, 195 под каждым верхним отделением 196, 197. Нижние отделения служат камерами изотермического сжатия 204, 205. Камера адиабатического сжатия в каждой ветви расположена между камерой сгорания и камерой изотермического сжатия для снижения, настолько, насколько это возможно, температурного градиента по длине ветви и, следовательно, снижения до минимума теплопроводности от камеры сгорания к камере изотермического сжатия. Твердый поршень 206, 207, имеющий большую плотность, чем жидкий поршень 193, расположен в каждой ветви 194, 195 трубопровода 192 и включает три части: верхнюю, среднюю и нижнюю. Нижняя часть каждого поршня 206, 207 соответствует диаметру ветви 194, 195 трубопровода 192, и поддерживается под жидким поршнем 193 и свободно двигается вверх и вниз, в и из камеры изотермического сжатия 204, 205. Уплотнения 208 примыкают к нижнему краю поршней для предотвращения протечки между поршнем и стенками камеры. Верхняя часть 209, 210 твердого поршня 206 и 207 соответствует по размеру диаметру верхнего отделения 196, 197 и свободно двигается вертикально между верхней и нижней оконечностями верхнего отделения 196, 197. Верхняя и нижняя части твердого поршня 206, 207 соединены друг с другом и вертикально отделены друг от друга средней частью 211, 212 в форме вала, диаметр которой меньше, чем диаметр верхней и нижней частей. Средняя часть 211, 212 проходит из верхнего в нижнее отделение через отверстие 213, 214, выполненное в перегородке 215, 216, которая разделяет верхнее и нижнее отделения. Между отверстием 213, 214 и валом предусмотрено скользящее уплотнение 217, 218 для предотвращения протечки газа между камерами изотермического и адиабатического сжатия. An embodiment of a symmetric thermocompressor including vertically divided chambers is shown in FIG. 12, in conjunction with a power plant similar to that shown in FIG. 9 and 10. Referring to FIG. 12, the compressor includes a U-shaped conduit 192 partially filled with fluid forming a fluid piston 193. The conduits 194 and 195 are linear and extend vertically upward. The compartment 196, 197 is made adjacent to the top of each branch 194, 195, the upper part of which serves as a combustion chamber 198, 199 and the lower part of which serves as an adiabatic compression chamber 200, 201. A lower compartment 202, 203 is formed in each branch 194, 195 under each upper compartment 196, 197. The lower compartments serve as isothermal compression chambers 204, 205. The adiabatic compression chamber in each branch is located between the combustion chamber and the isothermal compression chamber to reduce as much as it is possible a temperature gradient along the length of the branch and, therefore, to minimize thermal conductivity from the combustion chamber to the isothermal compression chamber. A solid piston 206, 207, having a higher density than the liquid piston 193, is located in each branch 194, 195 of the pipeline 192 and includes three parts: upper, middle and lower. The lower part of each piston 206, 207 corresponds to the diameter of the branch 194, 195 of the pipe 192, and is supported under the liquid piston 193 and moves freely up and down into and out of the isothermal compression chamber 204, 205. The seals 208 are adjacent to the lower edge of the pistons to prevent leakage between piston and chamber walls. The upper part 209, 210 of the solid piston 206 and 207 corresponds in size to the diameter of the upper compartment 196, 197 and freely moves vertically between the upper and lower ends of the upper compartment 196, 197. The upper and lower parts of the solid piston 206, 207 are connected to each other and vertically separated from each other in the middle part 211, 212 in the form of a shaft, the diameter of which is smaller than the diameter of the upper and lower parts. The middle part 211, 212 passes from the upper to the lower compartment through an opening 213, 214, made in the partition 215, 216, which separates the upper and lower compartments. Between the bore 213, 214 and the shaft, a sliding seal 217, 218 is provided to prevent gas leakage between the isothermal and adiabatic compression chambers.

Когда каждый твердый поршень находится на самом нижнем его уровне в соответствующей ветви трубопровода, свободный объем в камерах сгорания и изотермического сжатия полностью расширен и максимален. Одновременно свободный объем внутри камеры адиабатического сжатия минимален, верхняя часть поршня находится у самой нижней границы или предела ее перемещения в верхнем отделении. Наоборот, когда каждый твердый поршень находится на его самом верхнем уровне, свободный объем внутри камер сгорания и изотермического сжатия минимален, тогда как свободный объем внутри камеры адиабатического сжатия максимален, верхняя часть поршня находится у верхнего предела его перемещения в верхнем отделении. Каждая камера сгорания 198, 199 имеет впускное отверстие сжатого газа, регулируемое клапаном 219, 220, для введения подогретого сжатого воздуха или другого окисляющего газа в камеру; топливное инжекционное отверстие 221, 222 для инжектирования топлива в камеру и выпускное отверстие отходящего газа, регулируемое клапаном 223, 224 для вытеснения горячего отходящего газа из камеры сгорания. Каждая камера адиабатического сжатия 200, 201 имеет газовое впускное отверстие, регулируемое клапаном 225, 226, для обеспечения всасывания газа в камеру и выпускное отверстие сжатого газа, регулируемое клапаном 227, 228, для обеспечения вытягивания адиабатически сжатого газа из камеры. Каждая камера изотермического сжатия 204, 205 включает газовое впускное отверстие, регулируемое клапаном 229, 230, для обеспечения всасывания газа в камеру, выпускное отверстие сжатого газа, регулируемое клапаном 231, 232, для обеспечения вытягивания изотермически сжатого газа из камеры. Каждая камера изотермического сжатия также имеет множество отверстий 232 инжекционного распыления, расположенных по кольцевому объему для обеспечения равномерного распыления жидкости в каждой камере в процессе сжатия. When each solid piston is at its lowest level in the corresponding branch of the pipeline, the free volume in the combustion and isothermal compression chambers is fully expanded and maximum. At the same time, the free volume inside the adiabatic compression chamber is minimal, the upper part of the piston is at the lowest boundary or the limit of its movement in the upper compartment. On the contrary, when each solid piston is at its highest level, the free volume inside the combustion and isothermal compression chambers is minimal, while the free volume inside the adiabatic compression chamber is maximum, the upper part of the piston is at the upper limit of its movement in the upper compartment. Each combustion chamber 198, 199 has a compressed gas inlet regulated by a valve 219, 220 for introducing heated compressed air or other oxidizing gas into the chamber; a fuel injection hole 221, 222 for injecting fuel into the chamber; and an exhaust gas outlet regulated by a valve 223, 224 to expel the hot exhaust gas from the combustion chamber. Each adiabatic compression chamber 200, 201 has a gas inlet regulated by valve 225, 226 to allow gas to be sucked into the chamber and a compressed gas outlet regulated by valve 227, 228 to allow adiabatically compressed gas to be drawn out of the chamber. Each isothermal compression chamber 204, 205 includes a gas inlet regulated by valve 229, 230 to allow gas to be sucked into the chamber, a compressed gas outlet regulated by valve 231, 232 to allow the isothermally compressed gas to be drawn out of the chamber. Each isothermal compression chamber also has a plurality of injection nozzles 232 located along an annular volume to ensure uniform atomization of the liquid in each chamber during the compression process.

В рабочем цикле компрессора, изображенного на фиг. 12, процесс горения в одной ветви одновременно запускает процесс адиабатического сжатия в той же самой ветви и процесс изотермического сжатия в другой ветви. In the duty cycle of the compressor of FIG. 12, the combustion process in one branch simultaneously starts the adiabatic compression process in the same branch and the isothermal compression process in the other branch.

В альтернативных вариантах жидкие и твердые поршни могут быть заменены единственным твердым поршнем. В этом случае U-образный трубопровод, главной функцией которого является вмещение жидкости и преобразование нисходящего движения одной части поршня в восходящее движение другой части, и наоборот, не нужен. Поршень может двигаться линейно, и камеры сгорания могут быть расположены одна под другой, или обе камеры могут быть расположены в одной и той же горизонтальной плоскости с колеблющимся между ними твердым поршнем Аналогичным образом могут быть расположены и камеры сжатия. In alternative embodiments, liquid and solid pistons may be replaced with a single solid piston. In this case, a U-shaped pipeline, the main function of which is to move the fluid and convert the downward movement of one part of the piston into the upward movement of the other part, and vice versa, is not needed. The piston can move linearly, and the combustion chambers can be located one below the other, or both chambers can be located in the same horizontal plane with a solid piston oscillating between them. Compression chambers can be located in the same way.

В любом варианте газового компрессора, имеющего твердый поршень, существует возможность того, что поршень может перекрыть свой пробег и стать причиной повреждения одного из концов камеры в результате удара или толчка. Для предотвращения такой возможности могут быть предусмотрены датчики и регулирующие механизмы, которые приводят в действие клапаны для инжектирования газа в камеру. Кроме того, может быть желательным конструировать твердый поршень таким образом, чтобы можно было смягчить или умерить действие такого толчка. Например, конец или головка поршня может быть выполнена складным или телескопическим для того, чтобы энергия толчка поглощалась. Это может быть обеспечено выполнением конца поршня в виде скомкивающейся или съеживающейся зоны. Альтернативно конец поршня может быть выполнен телескопически складывающимся внутрь при ударе. Складной или убирающийся конец поршня должен быть легким настолько, насколько это возможно, с тем чтобы кинетическая энергия этой части была сведена к минимуму. In any embodiment of a gas compressor having a solid piston, there is a possibility that the piston may block its mileage and cause damage to one end of the chamber as a result of an impact or push. To prevent this possibility, sensors and control mechanisms may be provided that actuate valves for injecting gas into the chamber. In addition, it may be desirable to design a solid piston so that it can soften or moderate the effect of such a shock. For example, the end or piston head can be made folding or telescopic so that the shock energy is absorbed. This can be achieved by making the end of the piston in the form of a crumpled or shrinking zone. Alternatively, the end of the piston may be telescopically folding inward upon impact. The folding or retractable end of the piston should be as light as possible so that the kinetic energy of this part is minimized.

Во всех вариантах, изображенных на фиг. 8-12, тепло подается питаемому тепловой энергией компрессору за счет внутреннего сгорания топлива. Однако также могут использоваться и другие источники тепла, например ядерные, солнечные, химические и производственные процессы, и далее более подробно будут описаны варианты, использующие эти альтернативные источники. Для различения компрессоров, использующих внешние и внутренние источники тепла, далее они будут упоминаться как компрессоры с наружным обогревом и компрессоры внутреннего сгорания, соответственно. фиг. 8-12 иллюстрируют компрессоры внутреннего сгорания вместе с узлами контура, пригодного для генерирования электроэнергии, включающего по крайней мере одну воздушную турбину. Такие системы обозначаются как ICCAT (Компрессор внутреннего сгорания и воздушная турбина). In all embodiments depicted in FIG. 8-12, heat is supplied to the compressor supplied with thermal energy due to internal combustion of the fuel. However, other heat sources, such as nuclear, solar, chemical and industrial processes, can also be used, and options using these alternative sources will be described in more detail below. To distinguish between compressors using external and internal heat sources, hereinafter they will be referred to as compressors with external heating and compressors of internal combustion, respectively. FIG. 8-12 illustrate internal combustion compressors together with nodes of a circuit suitable for generating electricity including at least one air turbine. Such systems are referred to as ICCAT (Internal Combustion Compressor and Air Turbine).

Топливо для систем ICCAT может быть газообразным, жидким и твердым. В случае твердого топлива, например угля, необходимо либо газифицировать топливо, либо измельчить его до мелких частиц (т.н. пылевидное или порошкообразное топливо), как это делается на существующих углесжигающих силовых станциях. Другой альтернативой может быть наличие камеры сгорания с кипящим слоем, как в некоторых современных силовых станциях и электростанциях, или использование камер сгорания с колосниковыми решетками, как это делалось в прошлом. Для некоторых видов топлива необходимо предусмотреть средства для удаления частиц и двуокиси серы из отходящих газов и из самого компрессора. Для большинства видов топлива необходимы меры для контролирования эмиссии окислов азота или путем контролирования процессов горения, либо путем обработки отходящего газа. Fuel for ICCAT systems can be gaseous, liquid, and solid. In the case of solid fuels, such as coal, it is necessary either to gasify the fuel or grind it to fine particles (the so-called pulverized or powdery fuel), as is done at existing coal-burning power stations. Another alternative may be the presence of a fluidized-bed combustion chamber, as in some modern power plants and power plants, or the use of combustion chambers with grate-mounted grates, as was done in the past. For some fuels, it is necessary to provide means for removing particles and sulfur dioxide from the exhaust gases and from the compressor itself. For most fuels, measures are needed to control the emission of nitrogen oxides, either by controlling combustion processes or by treating off-gas.

Отходящий газ из камеры сгорания обычно содержит некоторое количество паров воды. Водяные пары производятся в самом процессе горения благодаря присутствию водорода в топливе. Количество производимых водяных паров зависит от сжигаемого топлива. Например, природный газ или метан (CH4) дают больше водяных паров, чем уголь.The flue gas from the combustion chamber usually contains a certain amount of water vapor. Water vapor is produced in the combustion process itself due to the presence of hydrogen in the fuel. The amount of water vapor produced depends on the fuel burned. For example, natural gas or methane (CH 4 ) produces more water vapor than coal.

На фиг. 13 схематично изображено устройство для конденсирования водяных паров из отходящего газа. Изображенное устройство может быть просто добавлено к высокотемпературному теплообменнику газ-воздух со стороны выпуска охлажденного отходящего газа, изображенного на любой из фиг. 8-12. Однако устройство также может использоваться в других системах, где желательно удалить воду из отходящего или другого газа. In FIG. 13 schematically shows a device for condensing water vapor from an exhaust gas. The illustrated device can simply be added to a high-temperature gas-air heat exchanger from the chilled exhaust gas outlet side shown in any of FIG. 8-12. However, the device can also be used in other systems where it is desirable to remove water from the exhaust or other gas.

Согласно фиг. 13 низкотемпературный теплообменник газ-газ 233 соединен с выпускной стороной отходящего газа высокотемпературного теплообменника газ-воздух 234, который служит для нагревания изотермически сжатого воздуха отходящим газом из камеры сгорания компрессора. Холодильник 235 соединен с теплообменником газ-газ 233 таким образом, что отходящий газ из теплообменника 233 проходит через холодильник 235 и возвращается в низкотемпературный теплообменник газ-газ 233. Для протягивания воздуха через холодильник для охлаждения отходящего газа предусмотрен вентилятор 236. Вентилятор может быть расположен перед или после холодильника по ходу процесса. According to FIG. 13, a low-temperature gas-gas heat exchanger 233 is connected to the exhaust side of the exhaust gas of the high-temperature gas-air heat exchanger 234, which serves to heat isothermally compressed air with the exhaust gas from the compressor combustion chamber. The refrigerator 235 is connected to the gas-gas heat exchanger 233 so that the exhaust gas from the heat exchanger 233 passes through the refrigerator 235 and returns to the low-temperature gas-gas heat exchanger 233. A fan 236 is provided for drawing air through the refrigerator to cool the exhaust gas. The fan can be located in front of or after the refrigerator during the process.

С целью иллюстрации работы устройства для извлечения воды допустим, что различные точки устройства имеют определенные температуры, хотя на практике эти температуры могут значительно отличаться от допускаемых здесь. Отходящий газ (выхлопной) из камеры сгорания проходит через высокотемпературный теплообменник газ-воздух 234, в котором охлаждается приблизительно до 60oC изотермически сжатым воздухом из камеры изотермического сжатия, имеющего температуру около 40oC. Отходящий выхлопной газ из теплообменника 234 пропускается через низкотемпературный теплообменник 233, в котором дополнительно охлаждается до примерно 35oC охлажденным отходящим газом, возвращающимся из холодильника 235. Затем отходящий газ направляется в холодильник, где он охлаждается до температуры около 25oC потоком атмосферного воздуха с начальной температурой около 15oC и затем возвращается в теплообменник газ-газ 233. Вода, сконденсировавшаяся из отходящего выхлопного газа в результате охлаждения его в теплообменнике газ-газ 233, удаляется перед тем, как отходящий газ пропускается в холодильник 235 и вода, сконденсировавшаяся в результате дополнительного охлаждения в холодильнике 235, удаляется после этого этапа и перед тем, как отходящий выхлопной газ возвращается в теплообменник газ-газ 233. Охлажденный отходящий выхлопной газ возвращается в теплообменник газ-газ 233 для того, чтобы вернуть некоторую часть отобранного тепла. Сухой отходящий выхлопной газ, температура которого возрастает в теплообменнике газ-газ примерно до 50oC, вытесняется затем в атмосферу. Подогревание отходящего выхлопного газа исключает образование неприглядного султана пара над вытяжной трубой и также увеличивает подъемную силу выхлопного отходящего газа, способствующую рассеянию его в атмосфере.To illustrate the operation of the device for extracting water, let us assume that the various points of the device have certain temperatures, although in practice these temperatures may differ significantly from those allowed here. The exhaust gas (exhaust) from the combustion chamber passes through a high-temperature gas-air heat exchanger 234, in which it is cooled to approximately 60 ° C by isothermally compressed air from an isothermal compression chamber having a temperature of about 40 ° C. The exhaust gas from the heat exchanger 234 is passed through a low-temperature heat exchanger 233, in which it is further cooled to about 35 ° C. by the cooled off-gas returning from the refrigerator 235. Then, the off-gas is sent to the refrigerator, where it is cooled before a temperature of about 25 ° C. with a stream of atmospheric air with an initial temperature of about 15 ° C. and then returned to the gas-gas heat exchanger 233. Water condensed from the exhaust gas by cooling it in the gas-gas heat exchanger 233 is removed before the exhaust gas is passed into the refrigerator 235 and water condensed as a result of additional cooling in the refrigerator 235 is removed after this step and before the exhaust gas returns to the gas-gas heat exchanger 233. The cooled exhaust al returns to the gas-gas heat exchanger 233 to recover some of the recovered heat. Dry exhaust gas, the temperature of which increases in the gas-gas heat exchanger to about 50 o C, is then displaced into the atmosphere. Heating the exhaust gas eliminates the formation of an unsightly steam sultan above the exhaust pipe and also increases the lift of the exhaust exhaust gas, contributing to its dispersion in the atmosphere.

Хотя холодильник 235, показанный на фиг. 13, использует для охлаждения дымовых газов воздух, также возможны и другие способы охлаждения, например водой из озера, реки, башенного холодильника или моря. Если топливом является природный газ, извлечение воды может осуществляться при относительно высокой температуре, поскольку дымовые газы, полученные при его сжигании, имеют точку росы около 60oC.Although the refrigerator 235 shown in FIG. 13 uses air to cool flue gases, other cooling methods are also possible, for example, water from a lake, river, tower refrigerator or sea. If the fuel is natural gas, water can be extracted at a relatively high temperature, since the flue gases produced by its combustion have a dew point of about 60 o C.

На фиг. 14 схематично изображен один вариант компрессора с наружным обогревом. Компрессор 237 содержит камеру изотермического сжатия, производящую охлажденный сжатый газ, и камеру адиабатического сжатия, производящую горячий сжатый газ. В этом аспекте компрессор может быть сходен с компрессором с внутренней топкой, изображенным на фиг. 8-12. Однако в компрессоре с наружным обогревом камера сгорания заменена камерой расширения, в которую инжектируется без топлива очень горячий сжатый газ. Очень горячий сжатый газ расширяется и охлаждается без горения, сообщая кинетическую энергию поршню или другому средству накопления кинетической энергии. Горячий отходящий газ вытесняется из камеры расширения и подается в теплообменник газ-газ 238 для подогрева охлажденного сжатого газа, выпускаемого из камеры изотермического сжатия. Этот подогретый газ подается в технологический теплообменник 239, в котором газ нагревается до его конечной температуры теплом, генерируемым самим тепловым процессом. Очень горячий газ из технологического теплообменника 239 подается в камеру расширения компрессора с наружным обогревом для приведения в движение поршня. В этом варианте энергия извлекается из компрессора с наружным обогревом путем сжатия некоторого количества газа адиабатически и расширения этого газа в газовой турбине 240 для приведения в действие генератора электричества 241. In FIG. 14 schematically shows one embodiment of a compressor with external heating. Compressor 237 comprises an isothermal compression chamber producing cooled compressed gas and an adiabatic compression chamber producing hot compressed gas. In this aspect, the compressor may be similar to the compressor with the internal firebox of FIG. 8-12. However, in the compressor with external heating, the combustion chamber is replaced by an expansion chamber into which very hot compressed gas is injected without fuel. A very hot compressed gas expands and cools without burning, transferring kinetic energy to a piston or other means of accumulating kinetic energy. Hot exhaust gas is displaced from the expansion chamber and fed to a gas-gas heat exchanger 238 to heat the cooled compressed gas discharged from the isothermal compression chamber. This heated gas is supplied to the process heat exchanger 239, in which the gas is heated to its final temperature by the heat generated by the thermal process itself. Very hot gas from the process heat exchanger 239 is supplied to the compressor expansion chamber with external heating to drive the piston. In this embodiment, energy is extracted from the compressor with external heating by compressing a certain amount of gas adiabatically and expanding this gas in a gas turbine 240 to drive an electricity generator 241.

Если тепло для термокомпрессора обеспечивается посредством внешнего теплообменника, рабочий газ может циркулировать в замкнутом цикле. Преимуществом системы с замкнутым циклом является то, что давление рабочего газа может быть увеличено для обеспечения более высокой производительности для данного размера установки, а также в том, что для улучшения теплопереноса может быть выбран другой газ, а не воздух. If heat for the thermocompressor is provided by an external heat exchanger, the working gas can circulate in a closed cycle. An advantage of a closed-loop system is that the working gas pressure can be increased to provide higher performance for a given installation size, and also that a different gas can be selected to improve heat transfer, rather than air.

На фиг. 14 также изображена система с замкнутым циклом с необходимыми модификациями системы с открытым циклом, отмеченными пунктирной линией. Охлажденный отходящий газ, выпускаемый из теплообменника газ-газ, объединяется с охлажденным отходящим газом низкого давления из главной воздушной турбины 240, и этот газ вводится в камеры сжатия компрессора, часть этого газа сжимается адиабатически для приведения в действие главной газовой турбины 240, и часть его сжимается изотермически, подогревается в теплообменнике газ-газ 238, проходит в технологический теплообменник 239 для нагревания теплом от какого-нибудь внешнего теплового процесса и затем инжектируется как очень горячий газ в камеру расширения для приведения в действие компрессора. Теплоемкость отходящего газа из компрессора с наружным обогревом 237 такая же, как и теплоемкость впускного воздуха из камеры изотермического сжатия. Поэтому в отходящем газе компрессора нет избытка тепла в противоположность ситуации с компрессором с внутренней топкой. В этом случае не требуются вторая газовая турбина и второй теплообменник. Однако внешнее технологическое тепло можно получать в значительном температурном диапазоне и в этих обстоятельствах можно использовать две и более газовых турбин. Например, если внешний теплообменник является печью, сжигающей топливо, то в зависимости от температуры отходящего газа можно получить избыток тепла. На фиг. 15 изображен один вариант компрессора с наружным обогревом, в котором избыточное тепло отходящего газа из вынесенной топки преобразуется в полезную энергию. Силовая установка, изображенная на фиг. 15, включает печь 241, которая служит в качестве главного нагревателя для нагревания сжатого воздуха, приводящего в действие компрессор с наружным обогревом 242. Вентилятор 243 подает воздух в печь 241 через главный теплообменник газ-воздух 244. Теплообменник газ- воздух 244 подогревает впускаемый в печь 241 воздух с частью отходящего газа, выпущенного из печи. Силовая установка дополнительно включает вторую газовую турбину 245, приводящую в движение второй генератор 246, и второй теплообменник газ-воздух 247. Часть изотермически сжатого воздуха из компрессора подается во второй теплообменник газ-воздух 247, который подогревает этот воздух с частью отходящего газа из печи 241. Подогретый сжатый воздух затем подается в качестве впускного воздуха во вторую газовую турбину 245 для генерирования дополнительной энергии. Рабочая температура второй газовой турбины значительно выше, чем рабочая температура главной газовой турбины 248, в связи с чем отходящий воздух из второй газовой турбины 245 будет иметь значительное количество тепла. Второй теплообменник воздух-воздух 249 предусмотрен для извлечения этого тепла путем подогрева дополнительной части изотермически сжатого воздуха из компрессора с наружным обогревом 242, который затем добавляется к потоку адиабатически сжатого воздуха для приведения в действие главной газовой турбины 249. В зависимости от состава отходящего из печи газа могут быть дополнительно введены средства для очистки отходящего газа 250 перед выбрасыванием отходящего газа в атмосферу. Вторую газовую турбину можно использовать и в том случае, когда внешним источником тепла является несжигание топлива, а производственный процесс, потоки отработанного тепла или какой-нибудь другой источник тепла. Конкретное устройство будет зависеть от источника тепла и от того, как он согласован с контуром компрессора с наружным обогревом. In FIG. 14 also shows a closed-loop system with the necessary modifications to the open-loop system, indicated by a dashed line. The cooled exhaust gas discharged from the gas-gas heat exchanger combines with the cooled low pressure exhaust gas from the main air turbine 240, and this gas is introduced into the compressor compression chambers, part of this gas is adiabatically compressed to drive the main gas turbine 240, and part of it isothermally compressed, heated in a gas-gas heat exchanger 238, passes into a process heat exchanger 239 for heating with heat from some external heat process, and then it is injected as a very hot gas into Yeru extensions for driving the compressor. The heat capacity of the exhaust gas from the compressor with external heating 237 is the same as the heat capacity of the intake air from the isothermal compression chamber. Therefore, there is no excess heat in the exhaust gas of the compressor, as opposed to the situation with the compressor with an internal firebox. In this case, a second gas turbine and a second heat exchanger are not required. However, external process heat can be obtained in a significant temperature range and in these circumstances, two or more gas turbines can be used. For example, if the external heat exchanger is a furnace burning fuel, then depending on the temperature of the exhaust gas, an excess of heat can be obtained. In FIG. 15 depicts one embodiment of a compressor with external heating, in which the excess heat of the exhaust gas from the removed firebox is converted into useful energy. The power plant shown in FIG. 15 includes a furnace 241, which serves as a main heater for heating compressed air, driving an external heated compressor 242. A fan 243 supplies air to the furnace 241 through a main gas-air heat exchanger 244. A gas-air heat exchanger 244 preheats the inlet to the furnace 241 air with part of the exhaust gas discharged from the furnace. The power plant further includes a second gas turbine 245 driving a second generator 246, and a second gas-air heat exchanger 247. A part of the isothermally compressed air from the compressor is supplied to a second gas-air heat exchanger 247, which heats this air with a part of the exhaust gas from the furnace 241 The heated compressed air is then supplied as intake air to the second gas turbine 245 to generate additional energy. The working temperature of the second gas turbine is much higher than the working temperature of the main gas turbine 248, and therefore the exhaust air from the second gas turbine 245 will have a significant amount of heat. A second air-to-air heat exchanger 249 is provided to extract this heat by heating an additional portion of isothermally compressed air from an external heating compressor 242, which is then added to the adiabatically compressed air stream to drive the main gas turbine 249. Depending on the composition of the gas leaving the furnace means can further be added to clean the off-gas 250 before discharging the off-gas to the atmosphere. The second gas turbine can also be used if the external heat source is non-combustion of the fuel, and the production process, waste heat flows or some other heat source. The specific device will depend on the heat source and on how it is matched to the compressor circuit with external heating.

Компрессор с наружным обогревом инжектированием горячей жидкости 16
На фиг. 16 изображен вариант компрессора с наружным обогревом, в котором тепло переносится и передается жидкостью лучше, чем газом во внешнем теплообменнике. Питаемый тепловой энергией компрессор имеет множество сходных элементов с компрессором внутреннего сгорания, описанном со ссылкой на фиг. 10. Поэтому описание этих элементов, включая твердый поршень, камеры адиабатического и изотермического сжатия, и нижнюю камеру отскакивания или отбрасывания вместе с системой извлечения воды, газовую турбину и генератор топочного компрессора равным образом относится к питаемому тепловой энергией компрессору, изображенному на фиг. 16. Основное отличие между этими компрессорами относится к функции верхней камеры и к способу, которым тепло передается в верхнюю камеру, что и будет описано ниже.
Hot air injection compressor 16
In FIG. 16 depicts a compressor variant with external heating, in which heat is transferred and transferred by the liquid better than gas in an external heat exchanger. The heat-fed compressor has many similar elements to the internal combustion compressor described with reference to FIG. 10. Therefore, the description of these elements, including the solid piston, the adiabatic and isothermal compression chambers, and the lower bounce or drop chamber together with the water extraction system, the gas turbine, and the combustion compressor generator equally apply to the heat-powered compressor shown in FIG. 16. The main difference between these compressors relates to the function of the upper chamber and to the method by which heat is transferred to the upper chamber, which will be described below.

Верхняя камера 251 компрессора с наружным обогревом имеет впускное отверстие сжатого газа, регулируемое клапаном 252, выпускное отверстие отходящего газа, регулируемое клапаном 253 и отверстие 254 для распыления жидкости распылением. Впускное отверстие горячего сжатого газа соединено с выпускным отверстием сжатого газа в камере изотермического сжатия 255 через влагоотделитель 256 и теплообменник газ-газ 257. Отверстие для инжектирования жидкости распылением, расположенное наверху камеры 251 расширения, соединено с выпускным отверстием распыляемой жидкости влагоотделителя 258 через технологический теплообменник 259 и второй инжекционный насос 260 для распыления жидкости. The upper chamber 251 of the externally heated compressor has a compressed gas inlet regulated by a valve 252, an exhaust gas outlet regulated by a valve 253 and a spray hole 254. The inlet of the hot compressed gas is connected to the outlet of the compressed gas in the isothermal compression chamber 255 through a dehumidifier 256 and a gas-gas heat exchanger 257. A hole for injecting liquid by a spray located at the top of the expansion chamber 251 is connected to the outlet of the sprayed liquid of the dehumidifier 258 through a process heat exchanger 259 and a second injection pump 260 for spraying liquid.

Теперь опишем способ приведения в действие компрессора, начиная с момента, когда поршень 261 находится в верхней точке своего хода в камере 251 расширения. Когда поршень останавливается в точке его максимального подъема, газовый впускной клапан 252 открывается и подогретый сжатый газ вводится в камеру 251 расширения через газовое впускное отверстие. В то же самое время горячая жидкость из технологического теплообменника 262 инжектируется в камеру 251 расширения инжекционным распылительным насосом 260. Подогретый сжатый газ дополнительно подогревается распыляемой жидкостью и расширяется, двигая вниз жидкий поршень. Тепло передается от инжектированных капель газу, когда газ продолжает расширяться для того, чтобы температура газа поддерживалась во время всего процесса расширения. Когда поршень достигает нижней точки его хода в камере 251 расширения и реверсирует направление, выпускной клапан 253 отходящего газа открывается и отходящий газ низкого давления вместе с распыленной жидкостью вытесняется из камеры расширения через газовое выпускное отверстие и течет через влагоотделитель 258, в котором распыленная жидкость удаляется. Отходящий газ низкого давления затем течет через теплообменник газ-газ 257, в котором сжатый газ из камеры изотермического сжатия 255 подогревается перед введением в камеру 251 расширения. Распыленная жидкость, отделенная во влагоотделителе 258, возвращается в технологический теплообменник 259, в котором она подогревается перед повторным использованием в распылении. Now we describe a method of driving a compressor, starting from the moment when the piston 261 is at the top of its stroke in the expansion chamber 251. When the piston stops at its maximum lift point, the gas inlet valve 252 opens and heated compressed gas is introduced into the expansion chamber 251 through the gas inlet. At the same time, hot liquid from the process heat exchanger 262 is injected into the expansion chamber 251 by the injection spray pump 260. The heated compressed gas is further heated by the sprayed liquid and expands by moving the liquid piston down. Heat is transferred from the injected droplets to the gas as the gas continues to expand so that the gas temperature is maintained during the entire expansion process. When the piston reaches its lowest point in the expansion chamber 251 and reverses direction, the exhaust gas outlet valve 253 opens and the low pressure exhaust gas, together with the atomized liquid, is expelled from the expansion chamber through the gas outlet and flows through a water separator 258, in which the atomized liquid is removed. The low pressure off-gas then flows through a gas-gas heat exchanger 257, in which the compressed gas from the isothermal compression chamber 255 is heated before being introduced into the expansion chamber 251. The sprayed liquid separated in the water separator 258 is returned to the process heat exchanger 259, in which it is heated before being reused in the spray.

В системе с открытым циклом, в которой воздух является газом, отходящий воздух, выходящий из теплообменника газ-газ 257, вытесняется в атмосферу. В системе с замкнутым циклом газ, выходящий из теплообменника газ-газ 257, направляется в камеру изотермического сжатия 255 для сжатия. Таким образом газ может непрерывно рециркулироваться в замкнутом цикле. Кроме того, в системе с открытым циклом воздух из турбины 263 вытесняется, а в системе с замкнутым циклом газ направляется обратно в камеру адиабатического сжатия 264. В последнем случае газ, используемый для приведения в действие турбины 263, также непрерывно рециркулируется. Следовательно, компрессор с наружным обогревом может работать либо в открытом цикле, либо в замкнутом цикле, как показано пунктирной линией. Из фиг. 16 видно, что газ, который пропускается через камеру адиабатического сжатия и турбину, не смешивается с газом в остальной части системы. Поэтому можно иметь различные газы в этих двух контурах, и конечно, один контур может быть открытым циклом, тогда как другой является замкнутым циклом. In an open-loop system in which air is gas, the exhaust air leaving the gas-gas heat exchanger 257 is displaced into the atmosphere. In a closed-loop system, the gas exiting the gas-gas heat exchanger 257 is directed to the isothermal compression chamber 255 for compression. In this way, the gas can be continuously recycled in a closed loop. In addition, in an open-loop system, air is displaced from the turbine 263, and in a closed-loop system, gas is directed back to the adiabatic compression chamber 264. In the latter case, the gas used to drive the turbine 263 is also continuously recycled. Therefore, the compressor with external heating can operate either in an open cycle or in a closed cycle, as shown by the dashed line. From FIG. 16 that the gas that passes through the adiabatic compression chamber and the turbine is not mixed with the gas in the rest of the system. Therefore, it is possible to have different gases in these two circuits, and of course, one circuit can be an open cycle, while the other is a closed cycle.

Использование инжектируемой жидкости в качестве теплопередающей среды является выгодным, поскольку внешний теплообменник газ-газ 257 может быть более компактным и более эффективным. Другим преимуществом использования жидкости является то, что тепло может непрерывно подаваться инжектируемому газу весь период расширения, что улучшает термодинамическую эффективность. Использование жидкости в качестве теплопередающей среды ограничивает максимальные температуры источника тепла теми температурами, которые могут принять подходящие жидкости. Предпочтительнее используемая жидкость должна иметь приемлемые физические и химические свойства, быть нетоксичной, приемлемой для окружающей среды и относительно недорогой. The use of an injected liquid as a heat transfer medium is advantageous since an external gas-gas heat exchanger 257 can be more compact and more efficient. Another advantage of using a liquid is that heat can be continuously supplied to the injected gas throughout the expansion period, which improves thermodynamic efficiency. The use of a fluid as a heat transfer medium limits the maximum temperature of the heat source to those temperatures that suitable fluids can accept. Preferably, the fluid used should have acceptable physical and chemical properties, be non-toxic, environmentally friendly, and relatively inexpensive.

Компрессор с наружным обогревом инжектированием горячей жидкости может быть пригодным для генерирования энергии от низкотемпературных источников тепла, как, например, солнечной энергии, геотермальной энергии или низкотемпературного отработанного тепла. В случае работы в замкнутом цикле может оказаться необходимым некоторое дополнительное охлаждение газа после того, как он покидает турбину, для поддержания постоянной температуры. A hot liquid injection heated compressor may be suitable for generating energy from low temperature heat sources, such as solar energy, geothermal energy, or low temperature waste heat. In the case of closed-loop operation, some additional cooling of the gas after it leaves the turbine may be necessary to maintain a constant temperature.

Преимущественно, питаемый тепловой энергией компрессор может работать, используя широкий спектр различных видов топлива, включая природный газ, легкие и тяжелые масла, уголь, биомассу или бытовые отходы. Далее будут описаны различные схемы для использования горючих видов топлива. Advantageously, a compressor powered by thermal energy can operate using a wide range of different fuels, including natural gas, light and heavy oils, coal, biomass, or household waste. Various schemes for using combustible fuels will be described below.

Природный газ и легкие масла имеют пригодную форму для прямого инжектирования и сжигания внутри нагретой камеры сгорания. Альтернативно, эти виды топлива могут сжигаться в камере сгорания, вынесенной, но закрепленной к нагретой камере. Обычно топливо может воспламеняться самопроизвольно в зависимости от температуры впускаемого воздуха и/или давления в камере, что, например, происходит в дизельных двигателях. Продукты сгорания, по существу, не содержат макрочастиц и содержат очень немного двуокиси серы, хотя в них присутствует определенное количество окислов азота (NOX). Эмиссия NOX может быть ограничена либо каталитическим, либо некаталитическим восстановлением аммиака. Известно множество схем для сжигания тяжелых масел, оримульсий или угля. Natural gas and light oils are suitable for direct injection and combustion inside a heated combustion chamber. Alternatively, these fuels can be burned in a combustion chamber that is remote but secured to a heated chamber. Typically, the fuel can ignite spontaneously depending on the temperature of the intake air and / or the pressure in the chamber, which, for example, occurs in diesel engines. The combustion products are essentially particulate free and contain very little sulfur dioxide, although a certain amount of nitrogen oxides (NOX) is present in them. NOX emission can be limited by either catalytic or non-catalytic reduction of ammonia. Many schemes are known for burning heavy oils, orimulsions, or coal.

Что касается системы ICCAT, то тяжелые масла и оримульсия могут быть измельчены и распылены в мелкие капельки путем нагревания, и затем инжектированы в камеру расширения с требуемым интервалом, и сожжены посредством внутреннего сгорания. Капельки могут воспламеняться при высокой температуре воздуха из теплообменника и быстро сгорать. Если необходимо, может использоваться система зажигания, которая, например, может включать инжектирование другого топлива для инициирования процесса горения. Уголь также можно инжектировать в камеру сгорания в виде тонкой пыли (пылевидное топливо), которая транспортируется в камеру сгорания по трубе в потоке воздуха или другой подходящей транспортной среды. Важно гарантировать отсутствие риска преждевременного взрыва угольной пыли в транспортирующей среде. Это может или не может вести к выбору другой среды, а не воздуха, для транспортирования угольной пыли. As for the ICCAT system, heavy oils and orimulsion can be crushed and sprayed into small droplets by heating, and then injected into the expansion chamber at the desired interval, and burned by internal combustion. Droplets can ignite at high air temperature from the heat exchanger and quickly burn out. If necessary, an ignition system may be used, which, for example, may include injecting another fuel to initiate a combustion process. Coal can also be injected into the combustion chamber in the form of fine dust (pulverized fuel), which is transported into the combustion chamber through a pipe in a stream of air or other suitable transport medium. It is important to ensure that there is no risk of premature explosion of coal dust in the conveying medium. This may or may not lead to the choice of a different medium, rather than air, for transporting coal dust.

В другом варианте тяжелое масло, оримульсия или уголь могут быть газифицированы, используя воздух или кислород в соответствующих газифицирующих установках. Жидкое топливо т.е. оримульсия или тяжелое масло, проще в обращении в процессе газификации, чем уголь, поскольку нет необходимости в мельницах для измельчения топлива или в соответствующей газообразной транспортирующей среде. In another embodiment, the heavy oil, orimulsion, or coal may be gasified using air or oxygen in suitable gasification plants. Liquid fuel i.e. an orimulsion or heavy oil is easier to handle during the gasification process than coal, since there is no need for mills for grinding fuel or an appropriate gaseous transport medium.

В другом варианте для получения горячих дымовых газов, поступающих в камеру расширения под контролем высокотемпературных клапанов, могут использоваться вынесенные топки под давлением для сжигания тяжелых масел, угля или газифицированного топлива. In another embodiment, to produce hot flue gases entering the expansion chamber under the control of high temperature valves, remote pressure furnaces can be used to burn heavy oils, coal or gasified fuels.

В системе EHCAT оримульсия, тяжелое масло или уголь могут сжигаться в главном нагревателе для нагревания рабочей среды для питаемого теплом компрессора. Главный нагреватель может включать негерметизированную печь, могущую сжигать топливо в подогретом атмосферном воздухе, и может дополнительно включать теплообменник, через который пропускается рабочая среда, которой может быть подогретый сжатый воздух из питаемого теплом компрессора. Подогретый сжатый воздух нагревается теплом печи и затем инжектируется как очень горячий воздух в камеру расширения для приведения в движение поршня Если топливо подвергается газификации, то сера, предпочтительно, должна быть удалена перед этапом сжигания. Удаление серы после газификации, но перед сжиганием является выгодным, поскольку объемы газа будут намного меньше. Также серу удобнее извлекать в элементарной форме, а не в форме гипса, это означает, что масса полученного продукта будет намного меньше. С другой стороны, если топливо негазифицировано, то отходящий газ процесса горения должен подвергаться обессериванию перед выпуском в атмосферу. Там, где это возможно, прямое сжигание топлива в камере сгорания питаемого теплом компрессора обычно предпочитают использованию выносной топки вне зависимости от того, газифицировано топливо или нет. Дымовые газы, производимые газифицированным топливом, обычно лучше, чем полученные от прямого сжигания твердого или тяжелого жидкого топлива. Однако выбор между этими двумя способами очень сильно зависит от относительной стоимости и приемлемости для окружающей среды. In the EHCAT system, an orimulsion, heavy oil or coal can be burned in the main heater to heat the medium for a heat-fed compressor. The main heater may include a non-pressurized furnace, which can burn fuel in heated atmospheric air, and may further include a heat exchanger through which a working medium is passed, which may be heated compressed air from a heat-fed compressor. The heated compressed air is heated by the heat of the furnace and then injected as very hot air into the expansion chamber to drive the piston. If the fuel is gasified, sulfur should preferably be removed before the combustion step. Removing sulfur after gasification, but before burning it is beneficial, because the volume of gas will be much less. It is also more convenient to extract sulfur in the elementary form, and not in the form of gypsum, which means that the mass of the resulting product will be much less. On the other hand, if the fuel is non-gasified, the exhaust gas from the combustion process must be desulfurized before being released to the atmosphere. Where possible, direct combustion of fuel in the combustion chamber of a heat-fed compressor is usually preferred to the use of an external firebox, regardless of whether the fuel is gasified or not. The flue gases produced by gasified fuels are usually better than those obtained from direct combustion of solid or heavy liquid fuels. However, the choice between these two methods is very dependent on relative cost and environmental acceptability.

Биомасса и бытовые отходы также могут использоваться в качестве топлива, если приготовлены в соответствующей пригодной форме. Хотя обычно нецелесообразно измельчать бытовые отходы и большинство видов биомасс до частиц субмиллиметрового размера, как это делается в случае пылевидного угля, биомасса может сжигаться в соответствующим образом сконструированных системах с внутренней топкой, если частицы достаточно малы для обеспечения значительной степени выгорания. Альтернативно, биомасса может быть газифицирована. Например, в одном из вариантов биомасса может быть газифицирована в выносном устройстве в неподвижном слое или в псевдоожиженном слое, где газификация может осуществляться как непрерывный процесс. Желательно максимизировать химическую энергию продукта газификации и минимизировать производство тепла на стадии газификации. Теплота газификации может быть передана посредством теплообменника изотермически сжатому газу и затем расширена для увеличения мощности на выходе системы. Газ должен сжигаться в системе ICCAT точно так же, как и при использовании в ней природного газа. Biomass and household waste can also be used as fuel if they are cooked in an appropriate, suitable form. Although it is usually not practical to grind household waste and most types of biomass to submillimeter particles, as is the case with pulverized coal, biomass can be burned in appropriately designed systems with an internal fire if the particles are small enough to provide a significant degree of burnout. Alternatively, biomass may be gasified. For example, in one embodiment, the biomass can be gasified in a portable device in a fixed bed or in a fluidized bed, where gasification can be carried out as a continuous process. It is desirable to maximize the chemical energy of the gasification product and minimize the heat production at the gasification stage. The heat of gasification can be transferred by means of a heat exchanger to isothermally compressed gas and then expanded to increase the output power of the system. Gas must be burned in the ICCAT system in the same way as when using natural gas in it.

Газовый термокомпрессор с газификацией
Как упоминалось выше, газифицируемое топливо, например уголь, тяжелые масла, оримульсия или биомассы, может быть привлекательно для использования в топочных компрессорах. На фиг. 17 изображен один из вариантов компрессора с внутренней топкой и газовая турбина для объединенного силового цикла с газификацией. Согласно фиг. 17 термокомпрессор вместе с системой извлечения распыляемости жидкости и системой охлаждения, описанными ранее со ссылкой на фиг. 10 и 11, имеет массивный двигающийся возвратно-поступательно в вертикальной плоскости твердый поршень.
Gasification gas compressor
As mentioned above, gasified fuels, such as coal, heavy oils, orimulsion or biomass, may be attractive for use in combustion compressors. In FIG. 17 illustrates one embodiment of a compressor with an internal firebox and a gas turbine for a combined gasification power cycle. According to FIG. 17, the thermocompressor together with the liquid atomization recovery system and the cooling system described previously with reference to FIG. 10 and 11, has a massive solid piston moving reciprocating in a vertical plane.

Газифицирующая установка включает воздушный сепараторный блок 265, соединенный с выходом влагоотделителя 266 для приема части охлажденного сжатого воздуха, производимого топочным компрессором 267. Воздушный сепараторный блок производит и сжатый азот, и сжатый кислород. Воздушный сепараторный блок 235 подает сжатый кислород в газификатор 268, в котором кислород используется для превращения пылевидного угля (или другого топлива) в сырой топливный газ, который содержит среди других газов моноокись углерода и водород. Под газификатором 268 присоединен резервуар 269 для сбора шлака, получаемого при процессе газификации. Вокруг и газификатора 268, и коллекторного шлакового резервуара 269 расположен охлаждающий кожух 270 для обеспечения циркуляции охлаждающей среды вокруг стенок газификатора с тем, чтобы обеспечить возможность отвода тепла, генерируемого процессом газификации. В этом варианте сжатый (под давлением) азот, производимый в воздушном сепараторном блоке 265, служит в качестве охлаждающей среды и выпускное отверстие азота из воздушного сепараторного блока 265 соединено с нижней частью охлаждающего кожуха 270. Выходное отверстие горячего сжатого азота выполнено вблизи верха охлаждающего кожуха газификатора и соединено непосредственно со входом газовой турбины 271. Таким образом тепло от газификатора может отбираться в такой форме, которая может быть известным путем преобразована в полезную энергию. Выход сырого топливного газа газификатора 268 соединен с теплообменником газ-воздух 272, в котором сырые газы обрабатываются для удаления золы. Обработанный газ из зольного циклона 273 направляется в блок удаления серы 274 через теплообменник 275 сырой газ-очищенный газ, в котором сырой газ охлаждается перед его введением в блок удаления серы 274, при этом из блока удаления серы выходит очищенный газ. Очищенный топливный газ, выходящий из теплообменника 275 сырой газ-очищенный газ направляется в камеру сгорания топочного компрессора 267 через топливное инжекционное отверстие 276 для сжигания в камере сгорания 277. Часть изотермически сжатого воздуха, полученного в топочном компрессоре, может быть использована для дополнения сжатого азота для извлечения тепла из процесса газификации, если это необходимо. The gasification unit includes an air separator block 265 connected to the outlet of the dehumidifier 266 to receive part of the cooled compressed air produced by the combustion compressor 267. The air separator block produces both compressed nitrogen and compressed oxygen. The air separator unit 235 supplies compressed oxygen to a gasifier 268, in which oxygen is used to convert pulverized coal (or other fuel) into a raw fuel gas that contains carbon monoxide and hydrogen among other gases. Under the gasifier 268 attached tank 269 for collecting slag obtained during the gasification process. Around the gasifier 268 and the collector slag tank 269 is located a cooling casing 270 to circulate the cooling medium around the walls of the gasifier in order to allow the heat generated by the gasification process to be removed. In this embodiment, compressed (pressurized) nitrogen produced in the air separator block 265 serves as a cooling medium and the nitrogen outlet from the air separator block 265 is connected to the lower part of the cooling casing 270. The outlet of the hot compressed nitrogen is made near the top of the gasifier cooling casing and connected directly to the inlet of the gas turbine 271. Thus, the heat from the gasifier can be taken in a form that can be converted into useful energy in a known way. The raw fuel gas outlet of the gasifier 268 is connected to a gas-air heat exchanger 272, in which the raw gases are processed to remove ash. The treated gas from the ash cyclone 273 is sent to the sulfur removal unit 274 through a crude gas-purified gas heat exchanger 275, in which the raw gas is cooled before being introduced into the sulfur removal unit 274, and the purified gas leaves the sulfur removal unit. The purified fuel gas leaving the raw gas-purified gas heat exchanger 275 is sent to the combustion chamber of the combustion compressor 267 through the fuel injection hole 276 for combustion in the combustion chamber 277. A portion of the isothermally compressed air obtained in the combustion compressor can be used to supplement the compressed nitrogen for heat recovery from the gasification process, if necessary.

Предполагается, что эта схема газификации обеспечивает значительно более высокую производительность, чем современные конструкции в результате следующих факторов. Поскольку требуемый для воздушного сепараторного блока для сжигания и для охлаждения сжатый воздух сжат изотермически, требуется меньшая работа сжатия. Теплота газификации отводится таким образом, что она используется при более высоких температурах, чем обычно возможно в современных конструкциях единых газификационных силовых установок. Кроме того, использование газифицированного топлива в ICCAT камерах сгорания увеличивает эффективность преобразования очищенного топливного газа в электроэнергию. It is assumed that this gasification scheme provides significantly higher productivity than modern designs as a result of the following factors. Since the compressed air required for the air separator unit for combustion and cooling is isothermally compressed, less compression work is required. The heat of gasification is removed in such a way that it is used at higher temperatures than is usually possible in modern designs of unified gasification power plants. In addition, the use of gasified fuels in ICCAT combustion chambers increases the efficiency of converting purified fuel gas into electricity.

В альтернативном варианте газификационный цикл может выполняться без воздушной сепарации путем использования изотермически сжатого воздуха в газификационном процессе и для отвода тепла в теплообменник за газификатором 268 по ходу процесса. Однако преобразование топлива в топливный газ менее эффективно, если используется воздух, и весьма важно подогревать изотермически сжатый воздух перед введением его в газификатор. Alternatively, the gasification cycle can be performed without air separation by using isothermally compressed air in the gasification process and to remove heat to the heat exchanger after the gasifier 268 during the process. However, the conversion of fuel to fuel gas is less efficient if air is used, and it is very important to heat isothermally compressed air before introducing it into the gasifier.

Основным преимуществом использования кислорода в газификационном процессе является то, что более высокие температуры делают возможным обеспечение более полного превращения углерода топлива в моноокись углерода. Более высокие температуры газификации могут также обеспечить более эффективное преобразование тепла в механическую энергию и электрическую энергию посредством процесса отвода тепла от газификатора в воздушную турбину. В другом варианте может быть полезным использование в процессе горения кислорода, а не воздуха. Это ограничит число NOX-образований до того количества, которое обусловлено азотом топлива. Для продуктов сгорания от сжигания угля в воздухе точка росы для конденсации воды составляет около 38oC, что обеспечивает очень малую возможность конденсации этой воды и извлечения любого скрытого тепла. В случае сжигания угля в кислороде точка росы составляет около 67oC, и имеется благоприятная возможность использовать скрытое тепло для подогрева некоторого количества сжатого азота из воздушного сепараторного блока, например, в воздушной турбине. Кроме того, в случае сжигания угля в кислороде с удалением таких загрязнений, как сера, со сконденсированной водой, продукты сгорания состоят почти полностью из моноокиси углерода. Если принять во внимание необходимость удаления двуокиси углерода из соображений безопасности для окружающей среды, то этот газ находится в приемлемом виде.The main advantage of using oxygen in the gasification process is that higher temperatures make it possible to provide a more complete conversion of carbon fuel to carbon monoxide. Higher gasification temperatures can also provide a more efficient conversion of heat into mechanical energy and electrical energy through the process of removing heat from the gasifier to an air turbine. In another embodiment, it may be useful to use oxygen rather than air in the combustion process. This will limit the number of NOX formations to the amount due to nitrogen in the fuel. For combustion products from burning coal in the air, the dew point for water condensation is about 38 o C, which provides very little possibility of condensation of this water and the extraction of any latent heat. In the case of burning coal in oxygen, the dew point is about 67 ° C., and there is a good opportunity to use latent heat to heat a certain amount of compressed nitrogen from an air separator, for example, in an air turbine. In addition, in the case of burning coal in oxygen with the removal of contaminants such as sulfur, with condensed water, the combustion products consist almost entirely of carbon monoxide. If we take into account the need to remove carbon dioxide for environmental reasons, this gas is in an acceptable form.

На фиг. 18 изображен вариант комбинированной установки генерирования и накопления энергии, которая способствует накоплению энергии либо в форме сжатого газа, либо в форме льда. В этом варианте сжатым газом является воздух, и компрессор является компрессором с внутренней топкой. In FIG. 18 shows an embodiment of a combined energy generation and storage facility that facilitates energy storage either in the form of compressed gas or in the form of ice. In this embodiment, the compressed gas is air, and the compressor is an internal combustion compressor.

Топочный компрессор 278 производит охлажденный сжатый воздух, по крайней мере часть которого подается в теплообменник газ-воздух 279, в котором он подогревается горячим отходящим газом из компрессора перед инжектированием в камеру сгорания. Энергия извлекается из компрессора адиабатически сжатым атмосферным воздухом и сжатым воздухом, расширяющимся в газовой турбине 280, приводящей в действие силовой генератор 281. Топочный компрессор 278 включает средство для регулирования взаимного соотношения газа, сжатого адиабатически и изотермически. Если топочный компрессор имеет вид, описанный выше со ссылкой на фиг. 10 или 11, количество сжатого адиабатически газа может регулироваться просто настройкой синхронизации выпускного клапана адиабатического воздуха. Если он запирается рано, то меньше воздуха идет в газовую турбину и большая доля имеющейся в наличии энергии может использоваться для изотермического сжатия. Для увеличения потока воздуха в газовую турбину может быть выполнена настройка реверса адиабатического выпускного клапана. Для поддержания одинакового такта поршня необходимо уменьшить массу газа в отбрасывающей камере, что может быть обеспечено относительно легко, например, путем введения в отбрасывающую камеру клапана, регулирующего высвобождение или впуск газа из или в камеру. The combustion compressor 278 produces cooled compressed air, at least a portion of which is supplied to a gas-air heat exchanger 279, in which it is heated by hot exhaust gas from the compressor before being injected into the combustion chamber. Energy is extracted from the compressor by adiabatically compressed atmospheric air and compressed air expanding in a gas turbine 280 driving a power generator 281. Burner compressor 278 includes means for controlling the ratio of gas compressed adiabatically and isothermally. If the combustion compressor has the form described above with reference to FIG. 10 or 11, the amount of adiabatically compressed gas can be adjusted simply by adjusting the timing of the adiabatic air outlet valve. If it closes early, less air goes into the gas turbine and a large fraction of the available energy can be used for isothermal compression. To increase the air flow into the gas turbine, the reverse of the adiabatic exhaust valve can be adjusted. To maintain the same stroke of the piston, it is necessary to reduce the mass of gas in the discharge chamber, which can be achieved relatively easily, for example, by introducing a valve into the discharge chamber that regulates the release or intake of gas from or into the chamber.

В течение периода низкого потребления, производится большая доля изотермически сжатого воздуха, чем необходимо для приведения в действие топочного компрессора, избыток холодного сжатого воздуха направляется в большую полость 282, в которой он накапливается. Затем в периоды высокого потребления большая часть энергии, имеющейся в наличии в топочном компрессоре 278, используется для адиабатического сжатия газа, приводящего в действие газовую турбину 280. Изотермически сжатый воздух, необходимый для сжигания, обеспечивается и топочным компрессором, и большой полостью 282. Установка генерирования и накопления энергии также включает накопительную емкость лед/вода 283 и рефрижераторную систему, которая охлаждает или замораживает накопленную воду. Как описано выше, тепло, переданное водяной пыли в процессе изотермического сжатия, обычно извлекается из компрессора посредством системы охлаждения. В периоды низкого потребления рефрижераторная система 284 охлаждает воду в тепловой накопительной емкости 283, предпочтительнее до температур ниже точки замерзания воды, так что образуется лед. Когда потребление энергии высокое, рефрижераторная система может быть отключена для максимального увеличения полезной выходной мощности, охлаждение водяной пыли обеспечивается частично за счет внешней системы охлаждения и частично за счет плавления накопленного льда. Максимальное потребление должно обычно быть днем, и если окружающие температуры высокие, лед может быть расплавлен для обеспечения холодной водой изотермического компрессора. Внешняя система охлаждения установки 285, которая должна отводить тепло при высокой окружающей температуре, может не использоваться или может быть использована для уменьшения производительности в это время. Привлекательность этой системы состоит в том, что накопление льда может осуществляться ночью, когда потребление энергии низкое и окружающие температуры также низкие. В этом случае компрессор может эксплуатироваться на полную мощность, избыток энергии может использоваться для замораживания воды и получения льда. Это дает двойное преимущество, поскольку не только накапливается энергия для высвобождения ее в период максимального потребления, но и общая тепловая эффективность системы может быть увеличена за счет снижения температуры холодной водяной пыли в период максимального потребления. During the period of low consumption, a greater proportion of isothermally compressed air is produced than is necessary to drive the combustion compressor, and excess cold compressed air is directed to the large cavity 282 in which it accumulates. Then, during periods of high consumption, most of the energy available in the combustion compressor 278 is used to adiabatically compress the gas that drives the gas turbine 280. The isothermally compressed air required for combustion is provided by both the combustion compressor and the large cavity 282. Generation unit and energy storage also includes an ice / water storage tank 283 and a refrigeration system that cools or freezes the stored water. As described above, heat transferred to the water dust during isothermal compression is usually extracted from the compressor by means of a cooling system. During periods of low consumption, the refrigeration system 284 cools the water in the heat storage tank 283, preferably to temperatures below the freezing point of the water, so that ice forms. When the energy consumption is high, the refrigeration system can be turned off to maximize the useful output power, the cooling of the water dust is partly due to the external cooling system and partly due to the melting of the accumulated ice. The maximum consumption should usually be in the afternoon, and if the ambient temperatures are high, ice can be melted to provide an isothermal compressor with cold water. The external cooling system of unit 285, which must remove heat at high ambient temperatures, may not be used or may be used to reduce performance at this time. The attractiveness of this system is that ice can accumulate at night when energy consumption is low and ambient temperatures are also low. In this case, the compressor can be operated at full capacity, excess energy can be used to freeze water and produce ice. This gives a double advantage, since not only energy is accumulated to release it during the period of maximum consumption, but the overall thermal efficiency of the system can be increased by lowering the temperature of cold water dust during the period of maximum consumption.

Пунктирной линией на фиг. 18 показано, что отдельные компоненты установки накопления энергии или охлаждающей установки могут использоваться только часть времени. Способ накопления сжатого воздуха и способ накопления льда-воды не зависят друг от друга. Установка может включать либо одну систему накопления, либо обе. The dashed line in FIG. 18 shows that the individual components of an energy storage unit or cooling unit can only be used partly. The method of accumulation of compressed air and the method of accumulation of ice-water are independent of each other. An installation may include either one storage system, or both.

Признаки, которые описаны для конкретных вариантов, могут быть включены в другие варианты. Кроме того, принципы различных рабочих циклов, включающих различные способы приведения в действие газового компрессора, описанные для конкретных вариантов, могут применяться и для других вариантов. Специалистам понятны описанные модификации вариантов и их рабочие циклы. The features that are described for specific options may be included in other options. In addition, the principles of various duty cycles, including various ways of driving a gas compressor, described for specific options, can be applied to other options. Professionals understand the described modifications of the options and their work cycles.

Claims (16)

1. Газотурбинная установка, предназначенная для регенерации тепла, поступающего от источника тепла, содержащая газовую турбину, теплообменное средство для подогревания сжатого газа теплом источника тепла, средство для подачи подогретого сжатого газа из теплообменного средства непосредственно в турбину для расширения подогретого сжатого газа без сжигания таким образом, что температура газа на выходе газовой турбины была ниже, чем температура подогретого сжатого газа на входе газовой турбины, газовый компрессор для получения сжатого газа, включающий камеру сжатия для помещения газа, предназначенного для сжатия, поршень сжатия, приводное средство для приведения в движение поршня в камеру сжатия газа и клапанное средство для обеспечения всасывания сжатого газа из камеры сжатия, отличающаяся тем, что она включает средство для образования струи распыленной жидкости в камере сжатия для охлаждения газа при его сжатии в ней, соединительные средства, связанные с поршнем газового компрессора для обеспечения подачи энергии к поршню, и средство для удаления жидкости из холодного сжатого газа, выпущенного непосредственно из камеры сжатия, при этом газовый компрессор выполнен изотермического сжатия для получения холодного сжатого газа. 1. A gas turbine plant designed to recover heat from a heat source, comprising a gas turbine, heat exchange means for heating the compressed gas with heat from a heat source, means for supplying heated compressed gas from the heat exchange means directly to the turbine to expand the heated compressed gas without burning in this way that the gas temperature at the outlet of the gas turbine was lower than the temperature of the heated compressed gas at the inlet of the gas turbine, a gas compressor to produce compressed g for, comprising a compression chamber for placing the gas to be compressed, a compression piston, actuating means for driving the piston into the gas compression chamber and valve means for suctioning the compressed gas from the compression chamber, characterized in that it includes means for forming a spray jet fluid in the compression chamber to cool the gas when it is compressed in it, connecting means associated with the piston of the gas compressor to provide energy to the piston, and means for removing liquid from the cold of the compressed gas discharged directly from the compression chamber, the gas compressor configured to obtain isothermal compression cold compressed gas. 2. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит дополнительную газовую турбину и средство для подачи горячего выхлопного газа низкого давления из газовой турбины в теплообменное средство для подогревания холодного сжатого газа из изотермического компрессора. 2. The gas turbine installation according to claim 1, characterized in that it contains an additional gas turbine and means for supplying hot low-pressure exhaust gas from the gas turbine to a heat exchange means for heating cold compressed gas from an isothermal compressor. 3. Газотурбинная установка по п.2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит магистральный нагреватель для генерирования горячего газа высокого давления из части подогретого сжатого газа, поступающего из теплообменного средства, и средство для подачи горячего газа высокого давления для приведения в действие турбины. 3. The gas turbine installation according to claim 2, characterized in that it further comprises a main heater for generating high pressure hot gas from a portion of the heated compressed gas coming from the heat exchange means, and means for supplying high pressure hot gas to drive the turbine. 4. Газотурбинная установка по п.3, отличающаяся тем, что магистральный нагреватель содержит камеру сгорания, сжигающую топливо в подогретом сжатом газе и производящую дымовой газ в качестве горячего газа высокого давления. 4. Gas turbine installation according to claim 3, characterized in that the main heater contains a combustion chamber that burns fuel in a heated compressed gas and produces flue gas as hot high pressure gas. 5. Газотурбинная установка по п.3, отличающаяся тем, что магистральный нагреватель содержит внешний источник нагрева. 5. Gas turbine installation according to claim 3, characterized in that the main heater contains an external heating source. 6. Газотурбинная установка по любому из пп.3 - 5, отличающаяся тем, что она содержит средство для подачи части холодного сжатого газа на лопасти газовой турбины для их охлаждения. 6. Gas turbine installation according to any one of claims 3 to 5, characterized in that it comprises means for supplying part of the cold compressed gas to the blades of a gas turbine for cooling them. 7. Газотурбинная установка по любому из пп.3 - 6, отличающаяся тем, что она содержит третью газовую турбину, второе теплообменное средство для подогревания части холодного сжатого из горячего газа низкого давления, выходящего из упомянутой дополнительной газовой турбины, и средство для подачи подогретого сжатого из второго теплообменного средства для приведения в действие третьей газовой турбины. 7. Gas turbine installation according to any one of claims 3 to 6, characterized in that it comprises a third gas turbine, a second heat exchange means for heating part of the cold compressed from low pressure hot gas exiting said additional gas turbine, and means for supplying a heated compressed from a second heat exchange means for driving a third gas turbine. 8. Газотурбинная установка по п.7, отличающаяся тем, что третья газовая турбина является воздушной турбиной. 8. The gas turbine installation according to claim 7, characterized in that the third gas turbine is an air turbine. 9. Газотурбинная установка по любому из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что она содержит компрессор для подачи горячего сжатого газа для приведения в действие изотермического компрессора. 9. A gas turbine installation according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a compressor for supplying hot compressed gas to drive an isothermal compressor. 10. Газотурбинная установка по любому из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что изотермический газовый компрессор дополнительно содержит вторую камеру и второй поршень, косвенно механически связанный с поршнем сжатия. 10. Gas turbine installation according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the isothermal gas compressor further comprises a second chamber and a second piston, indirectly mechanically connected to the compression piston. 11. Газотурбинная установка по п.10, отличающаяся тем, что она включает коленчатый вал для соединения поршня сжатия и второго поршня между собой. 11. The gas turbine installation of claim 10, characterized in that it includes a crankshaft for connecting the compression piston and the second piston to each other. 12. Газотурбинная установка по п.10 или 11, отличающаяся тем, что приводное средство содержит средство для подачи горючей топливной смеси во вторую камеру, посредством чего ее сгорание приводит в движение второй поршень из второй камеры. 12. Gas turbine installation according to claim 10 or 11, characterized in that the drive means comprises means for supplying a combustible fuel mixture to the second chamber, whereby its combustion drives the second piston from the second chamber. 13. Газотурбинная установка по любому из пп.10 - 12, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для подачи сжатого газа из камеры сжатия во вторую камеру. 13. Gas turbine installation according to any one of paragraphs.10 to 12, characterized in that it further comprises means for supplying compressed gas from the compression chamber to the second chamber. 14. Газотурбинная установка по любому из пп.10 - 13, отличающаяся тем, что она включает теплообменное средство, размещенное с возможностью подогрева сжатого газа из камеры сжатия газом из второй камеры. 14. Gas turbine installation according to any one of paragraphs.10 to 13, characterized in that it includes a heat exchange means placed with the possibility of heating the compressed gas from the compression chamber with gas from the second chamber. 15. Газотурбинная установка по любому из пп.10 - 13, отличающаяся тем, что она включает теплообменное средство, размещенное с возможностью подогрева сжатого газа из камеры сжатия теплом от конца и/или стенки второй камеры. 15. Gas turbine installation according to any one of paragraphs.10 to 13, characterized in that it includes a heat exchange means placed with the possibility of heating the compressed gas from the compression chamber with heat from the end and / or wall of the second chamber. 16. Газотурбинная установка по любому из пп.1 - 15, отличающаяся тем, что средство для удаления жидкости содержит влагоотделитель. 16. Gas turbine installation according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the means for removing liquid contains a moisture separator. Приоритет по пунктам:
10.03.93 по пп.1, 10, 11, 15;
29.05.92 по пп.2 - 9, 16;
29.06.92 по пп.12 - 14.
Priority on points:
03/10/93 according to claims 1, 10, 11, 15;
05/29/92 according to claims 2 - 9, 16;
06/29/92 according to paragraphs 12-14.
RU94046430/06A 1992-05-29 1993-05-28 Gas turbine plant RU2146012C1 (en)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB929211405A GB9211405D0 (en) 1992-05-29 1992-05-29 A compressor for supplying compressed gas
GB9211405.7 1992-05-29
GB9213775.1 1992-06-29
GB929213775A GB9213775D0 (en) 1992-05-29 1992-06-29 A gas compressor
GB9215404.6 1992-07-20
GB9304853.6 1993-03-10
GB939304853A GB9304853D0 (en) 1992-05-29 1993-03-10 A gas compressor
PCT/GB1993/001137 WO1993024754A2 (en) 1992-05-29 1993-05-28 A gas compressor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94046430A RU94046430A (en) 1996-10-20
RU2146012C1 true RU2146012C1 (en) 2000-02-27

Family

ID=27266211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94046430/06A RU2146012C1 (en) 1992-05-29 1993-05-28 Gas turbine plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2146012C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2517416C2 (en) * 2008-03-28 2014-05-27 Сименс Акциенгезелльшафт Definition of gas turbine suction mass flow rate
RU2672416C1 (en) * 2018-03-12 2018-11-14 Андрей Владиславович Курочкин Hydrogen recovery plant (options)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2517416C2 (en) * 2008-03-28 2014-05-27 Сименс Акциенгезелльшафт Definition of gas turbine suction mass flow rate
US9466152B2 (en) 2008-03-28 2016-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Method for determining the suction mass flow of a gas turbine
RU2672416C1 (en) * 2018-03-12 2018-11-14 Андрей Владиславович Курочкин Hydrogen recovery plant (options)

Also Published As

Publication number Publication date
RU94046430A (en) 1996-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5771693A (en) Gas compressor
USRE37603E1 (en) Gas compressor
GB2300673A (en) A gas turbine plant
US5802840A (en) Process for the low-pollutant conversion of fossil fuels into mechanical power
US5934076A (en) Heat engine and heat pump
CA2371453C (en) A thermodynamic apparatus
CN101828319B (en) Installation and methods for storing and restoring electrical energy using a piston-type gas compression and expansion unit
CN109441574A (en) Nearly zero carbon emission integral coal gasification cogeneration technique for peak regulation
US5544479A (en) Dual brayton-cycle gas turbine power plant utilizing a circulating pressurized fluidized bed combustor
RU2146012C1 (en) Gas turbine plant
CA2150359C (en) A heat engine and heat pump
AU755167B2 (en) A thermodynamic apparatus
WO2010024705A1 (en) Self-contained power plant (variants) and a waste-heat recovery unit
ZA200109707B (en) A thermodynamic apparatus.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040529