提供空气冷却的系统和方法,以及相关的功率生成系统的制作方法
【专利说明】提供空气冷却的系统和方法，以及相关的功率生成系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年11月4日提交的美国临时申请号62/074877的优先权，且将其通过引用而整体并入本文中。
技术领域
[0003]本公开内容大体上涉及用于冷却空气的方法和系统。在一些具体实施例中，本公开涉及可用于并入功率生成系统中的空气冷却系统。
【背景技术】
[0004]大量的行业需要还是干燥的冷却空气。示例包括饮料生产商，诸如啤酒厂；以及食品包装和储存设施。而且，住宅、公寓大楼、市政大楼、以及在世界各地的无数的办公楼和室内娱乐设施需要空调系统，该空调系统可在空气温度和湿度方面提供高度受控的环境。
[0005]冷却空气的另一重要用途见于“空气呼吸”发动机(如燃气涡轮)的场合中。燃气涡轮发动机用在许多应用中，包括航空器、功率生成、和船舶系统。(当然，所期望的发动机的操作特性从应用到应用而变化)。当这些类型的发动机在周围温度与其他环境相比降低的环境中操作时，发动机通常能够在更高的轴马力(SHP)和增大的功率的情况下操作，而不使核心发动机温度增大到不可接受地高的水平。相反，当周围温度(空气入口温度)增大时，发动机的效率可显著地降低。例如，对于某些类型的燃气涡轮发动机，周围温度的50°F(10°C)的增大可导致超过功率的25%的损失。而且，温度增大可导致增大的燃料消耗，以及更高水平的NOx排放。
[0006]为了解决用于所有这些目的的冷的、干燥空气的需要，已开发了大量的系统和技术。这些技术中的许多依赖于蒸汽压缩系统，该蒸汽压缩系统利用制冷剂的膨胀和压缩来为周围空间提供冷却。另一类型的系统使用吸湿性材料，诸如干燥剂，以从空气细流移除水，从而冷却周围环境。还已开发了这些系统的各种组合。蒸发冷却技术在某些情况下是特别有吸引力的，因为在它们不依赖于能源密集的、机械性的压缩。
[0007]然而，挑战仍然存在于基于蒸发冷却技术系统-甚至最近已开发的更先进的系统的设计中。该系统通常是复杂的，依靠闭合回路设计，该闭合回路设计通常需要冷凝器作为系统内制冷单元的一部分。蒸发器设计还可包括一些复杂性，从而在该单元内需要至少一个内置冷却系统。此外，在现在正开发的更大的功率生成系统的场合下，未来将需要具有用于将冷却空气输送到发动机压缩机的更大能力的冷却系统。因此，改进的系统和工艺在本领域中将是受欢迎的。
【发明内容】
[0008]本发明的一个实施例涉及一种用于提供冷冻空气的冷却系统。该系统包括:
[0009](a)冷却盘管，其构造成在较高温度下接受空气且通过使冷却剂水流在盘管内行进通过来在较低温度下释放空气，从而产生一定量的相对温的水；
[0010](b)蒸发器，其包含在真空腔内，并与该冷却盘管连通;该蒸发器构造成允许该相对温的水行进通过其，并从温水吸收热量，从而降低水的温度，同时还形成一定量的水蒸汽；
[0011 ] (C)吸收器，其包含在该真空腔内，并构造成接受在该蒸发器中形成的水蒸汽；同时还构造成容纳能够吸收水蒸汽且从而结果被稀释和加热的浓缩干燥剂的流；
[0012](d)外部热源，其与该干燥剂的至少一部分接触，以便进一步加热该干燥剂；
[0013](e)再生器，其能够接收该被进一步加热的干燥剂的至少一部分，该再生器构造成将外部空气接受和引导至该干燥剂，从而导致该干燥剂中的水含量的至少一些释放到大气，以便使该干燥剂重新浓缩到选定浓度值；
[0014](f)至少一个热交换器，其能够接受重新浓缩的干燥剂且使该干燥剂的温度降低到允许该干燥剂吸收在该蒸发器中形成的水蒸汽的温度，该热交换器与该吸收器连通，以允许较低温度的干燥剂返回该吸收器;和
[0015](g)补给水源，其至少与该冷却盘管连通，构造成补充在该冷却系统的操作期间损失的水。
[0016]本发明的另一实施例涉及一种燃气涡轮发动机，例如如下燃气涡轮发动机，其包括压缩机;燃烧器、和与压缩机的入口区域流动连通地联接的涡轮。涡轮发动机包括冷却系统，该冷却系统能够对压缩机的入口区域提供冷却空气。该冷却系统将在以下公开内容中详细地描述。
[0017]本发明的另一实施例涉及一种如本文所述的用于对燃气涡轮发动机提供冷冻空气的方法，包括以下步骤:
[0018](i)使相对温的空气流动通过冷却盘管中的冷却剂水，且然后进入该压缩机中的入口中，其中，该冷却盘管将该相对温的空气转变为冷冻空气;且其中，温空气与冷却剂水的相互作用将水转变为相对温的水；
[0019](ii)将该相对温的水引导通过蒸发器，该蒸发器包含在真空腔内，并与该冷却盘管连通;其中，该蒸发器构造成允许相对温的水行进通过其，并从温水吸收热量，从而降低水的温度，以便它可被引导回到该冷却盘管；同时还形成一定量的水蒸汽；
[0020](iii)将水蒸汽从该蒸发器引导至吸收器；同时还将浓缩的干燥剂引导至该吸收器，以便该干燥剂吸收水蒸汽且结果被用一定量的水稀释；
[0021 ] (iv)使该被加热和稀释的干燥剂与外部热源接触，以便进一步提高该干燥剂的温度；
[0022](V)将该被进一步加热的干燥剂的至少一部分引导至再生器且使该干燥剂暴露于被引导到该再生器中的外部空气，以便导致该干燥剂中的水含量的至少一些释放，从而使该干燥剂重新浓缩到选定浓度值;和
[0023](vi)将该重新浓缩的干燥剂引导至该吸收器。
[0024]技术方案1:一种用于提供冷冻空气的冷却系统，包括:
[0025](a)冷却盘管，其构造成在较高温度下接受空气且通过使冷却剂水流在盘管内行进通过来在较低温度下释放空气，从而产生一定量的相对温的水；
[0026](b)蒸发器，其包含在真空腔内，并与所述冷却盘管连通;所述蒸发器构造成允许该相对温的水行进通过其，并从温水吸收热量，从而降低水的温度，同时还形成一定量的水蒸汽；
[0027](c)吸收器，其包含在该真空腔内，并构造成接受在所述蒸发器中形成的水蒸汽；同时还构造成容纳能够吸收水蒸汽且从而结果被稀释和加热的浓缩干燥剂的流；
[0028 ] (d)外部热源，其与该干燥剂的至少一部分接触，以便进一步加热该干燥剂；
[0029](e)再生器，其能够接收该被进一步加热的干燥剂的至少一部分，所述再生器构造成将外部空气接受和引导至该干燥剂，从而导致该干燥剂中的水含量的至少一些释放到大气，以便使该干燥剂重新浓缩到选定浓度值；
[0030](f)至少一个热交换器，其能够接受重新浓缩的干燥剂且使该干燥剂的温度降低到允许该干燥剂吸收在所述蒸发器中形成的水蒸汽的温度，所述热交换器与所述吸收器连通，以允许较低温度的干燥剂返回所述吸收器;和
[0031](g)补给水源，其与所述冷却盘管连通，构造成补充在所述冷却系统的操作期间损失的水。
[0032]技术方案2:根据技术方案I所述的冷却系统，还包括用于从所述真空腔移除不可溶解气体的栗送器件。
[0033]技术方案3:根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述蒸发器构造成从温水吸收足够的热量，以使水温降低至少大约2°C。
[0034]技术方案4:根据技术方案3所述的冷却系统，包括用于使较低温度的水返回所述冷却盘管的器件。
[0035]技术方案5:根据技术方案I所述的冷却系统，还包括功率生成装置，所述功率生成装置作为功率生成循环的一部分接收该冷冻空气。
[0036]技术方案6