内部再加热以抑制露点的燃料压缩系统的制作方法

文档序号:5250908阅读:184来源:国知局
专利名称:内部再加热以抑制露点的燃料压缩系统的制作方法
技术领域
本发明涉及一种内部再加热以抑制露点的燃料压缩系统。

发明内容
本发明实施例提供一种气体调节系统。该系统包括用于压缩并加热气体为 热气体的压缩机,产生空气流的气流装置,以及换热器,该换热器沿第一流路 接收该热气体及沿第二流路接收该空气流。热量从该热气体传递至该空气流以 产生冷却气体及热空气流,且水分凝结在冷却气体中。气水分离器从冷却气体 中分离凝结的水分以产生饱和气体。再热器沿 一条流路从气水分离器接收该饱 和气体及沿另 一流鴻^人换热器接收该热空气流。热量^Mv该热空气流传递至该饱
和气体以产生温度高于该气体饱和温度的过热气体。
在其它实施例中,该压缩机可包括喷油压缩机(oil-flooded compressor J, 从而油与热气体混合。这些实施例可包括从该热气体中分离油的分离器,也可 包括从油交换热量至空气流的油冷却器。
本发明另一实施例提供一种调节气体的方法。该方法包括压缩并加热压缩 机内的气体以产生热气体,产生空气流,该热气体与该空气流之间进行热交换 以产生冷却气体及热空气流,从该冷却气体中分离水分以产生饱和气体,以及 以该热空气流再加热该冷却气体以产生过热气体。
本发明又一 实施例提供一种用于发电的微型涡轮引擎。该微型涡轮引擎包 括空气压缩机,以及燃烧器,该燃烧器燃烧来自上述燃料调节系统的气体与来 自空气压缩机的压缩空气组成的混合物。该燃烧器产生燃烧产物。该微型涡轮 引擎进一步包括因燃烧产物的膨胀而旋转的动力涡轮。该动力涡轮驱动发电机 旋转。该微型涡轮引擎进一步包括回热器,该回热器在该压缩空气流入燃烧器
之前以将燃烧产物的热量交换至该压缩空气。
通过阅读以下的详细说明以及附图,本发明的其它方面将会变得更加明显。


图l是本发明燃料压缩系统的一个实施例的示意图。
图2是使用本发明的微型涡轮引擎发电机的示意图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实 施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。本发明可采用其它实施例并以不同 的方式进行实施。此外,下文中所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途,不应 作限定性解释。下文中所使用的"包括"、"包含"、"具有,,等类似措辞意 为包含其后所列出之事项、等同物及其它附加事项。除特别声明外,"安装,,、 "连接,,、"支撑"、"配合,,等类似措辞应作广义解释,以包含直接及间接 的安装、连接、支撑、配合。此外,"连接"及"配合"不限于物理的或机械 的连接或配合。
图1所示的燃料压缩/调节系统10自燃料源20处接收潮湿(即含有水汽) 气体,去除气体中的凝结的水分,并输送气体至燃料消耗装置30。该燃料压缩 /调节系统10包括压缩机35、发动机40、分离罐45、后冷却器50、油冷却器 55、鼓风机60、气水分离器65及再热器70。
上述燃料源20可为,例如,废水处理设施、垃;及掩埋场或其它可释^:气体 的场所。气体内的杂质可例如为硅氧烷或其它若不去除可导致燃烧腔及其关联 的移动部件污染或者损坏的致污物。该燃料消耗装置30可为,例如,燃烧器, 该燃烧器燃烧该气体从而降低释放到环境中的未燃烧氢气的数量。可选择地, 该燃料消耗装置30也可为使用气体燃料的发动机。此类发动机示例包括往复发 动机、微型涡轮发动机及大型气体涡轮发动机。此类发动机的用途示例包括发 电,驱动冷却器、制冷器、压缩机,联合制备热水,或以升降等方式移动物体。
潮湿气体/人燃料源20流至压缩才几35 ( 71处)。该压缩冲几35可例如为,喷 油螺杆压缩机,并由发动机40驱动。当气体压力增加时,气体和油在压缩机 35内混合。该气体和油在压缩过程中变热。在所示实施例中,热气体和油以约 220华氏度(。F)的温度流出压缩机(72处)。
热气油流随后进入分离罐45,在该分离罐45中气体上升至顶部油下沉至 底部。气体由分离罐45 (从75处)输送至后冷却器50,油(从80处)输送至 油冷却器55。后冷却器50与油冷却器55分别包含用于热气体与油的第一流路。 该后冷却器50与油冷却器55可以采用任何形式的能提供本文描述功能的换热 器,包括如逆流或错流板翅式换热器及管翅式换热器。
鼓风机60吹出的相对较冷空气(从81处)通过后冷却器50和油冷却器 55内的第二流路,以冷却热气体和热油。在其它实施例中,风扇或其它具有移 动空气通过换热器功能的气流装置可取代鼓风机60。后冷却器50和油冷却器 55中的热交换致使空气温度上升并产生热气流(82处)。在所示实施例中,气 体温度降至约高于环境温度15°F,且油温度降至约175°F。但在其它实施例中, 后冷却器50和油冷却器55可为其它尺寸以实现其它目标温度。该从后冷却器 50出来的气体可称为冷却气体。该冷却气体输送(从83处)至气水分离器65, 且油(从85处)重新进入压缩机35内再次使用。
该气水分离器65去除冷却气体中由于通过后冷却器50气体温度下降而可 能凝结的水分。流出气水分离器65的气体仍高于环境温度约15°F,并达到饱 和(即气体达到其露点)。饱和的气体(从90处)离开气水分离器65,并进 入再热器70内的一条流路。水分同样(从95处)流出气水分离器65。
再热器70置于后冷却器50和油冷却器55的与鼓风机60相对的另一侧, 从而该热气流82 (即流出后冷却器50与油冷却器55的空气)流过再热器70 中的另一流路(即与饱和气体的流路不同的流路)。该再热器70可以采用任何
形式的能提供本文描述功能的换热器,包括如逆流或错流板翅式换热器及管翅
式换热器。在某些实施例中,再热器70可安装于后冷却器50和油冷却器55 上,但在其它实施例中该再热器70可单独安装。
在再热器70内,热量从热气流交换到饱和气体,从而气体温度上升至其露 点或饱和温度以上。在这点上,该(从96处)离开再热器70的气体可称为"过 热"气体,因为其温度提升至其饱和温度之上。在所示实施例中,再热器70 的尺寸构造成用于产生约高于环境温度40°F的过热气体96。该加热步骤产生 露点抑制,从而残余的水分存留于气体中,且当气体在燃料消耗装置30中被消 耗时,残余的水分不会凝结。
图2示意性表示出一种燃料消耗装置,该装置可用于与上述燃料调节系统 IO协同使用。所示燃料消耗装置为微型涡轮引擎发电机100,其可用于分布式 电源应用场合,甚至可安装于滑轨上并在工位之间移动。微型涡轮引擎发电机 通常产生2兆瓦(MW)或低于2兆瓦的电量,因此其功率相较于电力网的发 电站的发电机而言较小。
所示微型涡轮引擎发电机100包括压缩机105、回热器IIO、燃烧器115、 动力涡轮120及发电机125。空气在压缩机105中压缩并输送至回热器110的 较冷一侧。回热器110可例如为逆流板翅型换热器。压缩空气在回热器110中 预热并与来自燃料源(例如上文所述的且如图1中所示的来自燃料调节系统 10的过热气体96 )的气态燃料混合形成易燃混合物。
易燃混合物在燃烧器115中燃烧产生燃烧产物。燃烧产物通过动力涡轮120 发生膨胀以给动力涡轮120的旋转提供能量。转动的动力涡轮120通过可选变 速箱130来驱动发电机125运转,以产生可用频率的电能。在其它可选实施例 中,电力电子技术可取代变速箱130来调节电信号的频率至可用频率。在所示 的微型涡轮100中,动力涡轮120与压缩机105通过转轴135耦合以共同旋转, 从而动力涡轮120的旋转同样驱动压缩机105旋转。在其它实施例中,动力涡 轮120可仅驱动发电机125,且可使用一个额外的燃气发生器式涡轮来驱动压
缩机105。在这些实施例中,燃烧产物通过动力涡轮120和燃气发生器式涡轮 时均发生膨胀。
在从微型涡轮引擎100排出燃烧产物之前,燃烧产物流入回热器110的较 热一侧以预热流入的压缩空气。在排出燃烧产物前,燃烧产物中的任何残余热 量在最后的换热器140内均被合理利用(例如加热水)。
本发明的各种特征与优点如权利要求中所述。
权利要求
1、一种气体调节系统,该系统包括压缩机,该压缩机用于压缩并加热气体为热气体;气流装置,该气流装置产生空气流;换热器,该换热器沿第一流路接收该热气体及沿第二流路接收该空气流,从而热量从该热气体传递至该空气流以产生冷却气体及热空气流,其中水分凝结在冷却气体中;气水分离器,该气水分离器用于从冷却气体中分离凝结的水分以产生饱和气体;及再热器,该再热器沿一条流路从气水分离器接收该饱和气体及沿另一流路从换热器接收该热空气流,从而热量从该热空气流传递至该饱和气体以产生温度高于该气体饱和温度的过热气体。
2、 如权利要求l所述的系统,其中该压缩机包括喷油压缩机,该热气体包 括热油,该系统进一步包括适合于从热气体里分离出热油的分离器。
3、 如权利要求2所述的系统,其中换热器包括后冷却器和油冷却器,该换 热器沿另一流路从分离器接收热油,热量从热油传递至空气流以产生冷油并将 热量释放到热空气流中。
4、 如权利要求l所述的系统,其中该再热器安装于换热器上。
5、 如权利要求l所述的系统,其中该气流装置产生环境空气的空气流。
6、 如权利要求5所述的系统,其中该换热器的尺寸构造成用于产生高于环 境温度15华氏度的冷却气体。
7、 如权利要求1所述的系统,其中该再热器的尺寸构造成用于产生高于环 境温度40华氏度的过热气体。
8、 一种调节气体的方法,该方法包括 压缩并加热压缩机内的气体以产生热气体; 产生空气流;该热气体与该空气流之间进行热交换以产生冷却气体及热空气流; 从该冷却气体中分离水分以产生饱和气体;及 以该热空气流再加热该冷却气体以产生过热气体。
9、 如权利要求8所述的方法,其中压缩并加热气体产生温度约为220华氏 度的热气体。
10、 如权利要求8所述的方法,其中该压缩步骤由喷油压缩机执行,从而 该热气体中包含热油,该方法进一步包括在热交换步骤之前从该热气体中分离 热油。
11、 如权利要求IO所述的方法,其中该热交换步骤包括从热油和热气体中 交换热量到空气流中。
12、 如权利要求8所述的方法,其中该热交换步骤由换热器执行,且该再 加热步骤由再热器执行,该方法进一步包括安装再热器到换热器上。
13、 如权利要求8所述的方法,其中产生空气流步骤由鼓风机执行,且该 空气流为环境温度。
14、 如权利要求13所述的方法,其中该热交换步骤产生温度约高于环境空 气流温度15华氏度的冷气体。
15、 如权利要求13所述的方法,其中该再加热步骤包括产生约高于环境温 度40华氏度的过热气体。
16、 一种微型涡轮引擎发电机,其包括 空气压缩机,该空气压缩机产生压缩空气流;燃料调节器,该燃料调节器包括用于压缩并加热气体的气体压缩机、冷却 该气体并加热空气流的后冷却器、从该冷却气体中分离出凝结的水分的气水分 离器及利用该#1加热的空气流再加热该冷却气体以产生过热气体的再热器;燃烧器,该燃烧器燃烧该压缩空气与该过热气体的混合物以产生燃烧产物;动力涡轮,该动力涡轮因燃烧产物的膨胀而旋转;发电机,该发电机因动力涡轮的旋转而产生电能;及回热器,该回热器在该压缩空气流入燃烧器之前以该燃烧产物预热该压缩 空气。
17、如权利要求1所述的微型涡轮,其中该燃料调节器内的气体压缩机包 括喷油压缩机,该气体压缩机进一步包括用于从该压缩气体中分离油的分离器 及用于冷却油并加热空气流的油冷却器。
全文摘要
本发明实施例公开了一种内部再加热以抑制露点的燃料压缩系统。该系统包括用于压缩并加热气体为热气体的压缩机,产生空气流的气流装置,以及换热器,该换热器沿第一流路接收该热气体及沿第二流路接收该空气流。热量从该热气体传递至该空气流以产生冷却气体及热空气流,且水分凝结在冷却气体中。气水分离器从冷却气体中分离凝结的水分以产生饱和气体。再热器沿一条流路从气水分离器接收该饱和气体及沿另一流路从换热器接收该热空气流。热量从该热空气流传递至该饱和气体以产生温度高于该气体饱和温度的过热气体。
文档编号F02C7/22GK101201016SQ20071016777
公开日2008年6月18日 申请日期2007年10月24日 优先权日2006年10月24日
发明者唐纳德·马克·伍德, 理查德·L·迪氏曼 申请人:英格索尔-兰德能源系统公司
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