[發明專利]逆布雷頓循環熱引擎

在審

• 申請號: 201680071036.6
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN108291498A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 科林·科普蘭;羅伯特·賽昂;西蒙·瓊斯
• 申請（專利權）人: 希塔科技有限公司
• 主分類號: F02G5/02
• 分類號: F02G5/02;F01K21/04;F01K23/06;F01K23/12;F02G5/04
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 林強

一種裝置(2)包括內燃引擎(4)和逆布雷頓循環熱引擎(6)。來自內燃引擎(4)的熱排氣含有水分。熱排氣驅動逆布雷頓循環熱引擎。位于排氣的流路中介于逆布雷頓循環渦輪機和逆布雷頓循環壓縮機之間的冷凝器(22)冷凝來自排氣的水分中的至少一些以形成冷凝水。該冷凝水跟隨再循環路徑(30)以便作為工作流體被再引入到上述一個或多個熱引擎或另外的熱引擎中，例如，利用蒸汽產生換熱器(20)，冷凝水通過排氣被加熱以產生驅動蒸汽渦輪機(32)的蒸汽。

技術領域

本公開涉及熱引擎。更具體地，本公開涉及逆布雷頓循環熱引擎。

背景技術

已知提供了逆布雷頓循環熱引擎，該逆布雷頓循環熱引擎具有由熱氣驅動的渦輪機，來自渦輪機的排氣由與渦輪機共享公共軸的壓縮機壓縮。通過這種方式，可以從熱氣中的熱量提取能量。增加從熱氣回收能量的效率的措施是有利的。

發明內容

本公開的至少一些實施例提供了一種裝置，包括：

多個熱引擎，每個熱引擎利用各自的熱引擎循環來操作，所述多個熱引擎中的至少一個熱引擎燃燒燃料并產生作為燃燒產物的包含水分的排氣，所述多個熱引擎包括逆布雷頓循環熱引擎，該逆布雷頓循環熱引擎具有由所述排氣驅動的逆布雷頓循環渦輪機和由所述逆布雷頓循環渦輪機驅動的逆布雷頓循環壓縮機，所述逆布雷頓循環壓縮機從所述逆布雷頓循環渦輪機接收所述排氣并進行壓縮；以及

冷凝器，位于所述排氣的流路中介于所述逆布雷頓循環渦輪機和所述逆布雷頓循環壓縮機之間，以冷凝來自所述排氣的所述水分中的至少一些以形成冷凝水。

本技術認識到，當驅動布雷頓循環熱引擎的熱氣是由另一熱引擎內燃料燃燒產生的排氣時，則該排氣作為燃燒產物通常可以包含水分。在排氣的流路中介于逆布雷頓循環渦輪機和逆布雷頓循環壓縮機之間提供冷凝器以冷凝排氣內的水分中的至少一些具有如下優點：減少通過逆布雷頓循環壓縮機的質量流，從而減少了該壓縮機為了排出此排氣而需要做的功量。與使用逆布雷頓循環壓縮機增大了可壓縮排氣的壓力相比，冷凝水可以在需要較少的功的情況下來排放，因為由于冷凝水的固有不可壓縮性，增加其壓力需要較少的能量。

在已經使用冷凝器從排氣中回收至少一些冷凝水(即，液態形式的水)的情況下，本發明的一些實施例可以提供再循環路徑以將冷凝水的至少一些供應作為多個熱引擎中的至少一個熱引擎的至少部分工作流體(一般而言)。這可以提高這些熱引擎的操作效率。

在一些示例實施例中，再循環路徑可以將冷凝水的至少一些供應作為驅動逆布雷頓循環渦輪機本身的部分進入流體。這增加了通過逆布雷頓循環熱引擎的排氣中的水量，其方式提高了冷凝器可以從排氣中冷凝出水的效率。

在其它示例實施例中，與上述分開地或者與之組合，多個熱引擎包括內燃引擎，該內燃引擎燃燒燃料以產生排氣。在這樣的系統內，再循環路徑可以將冷凝水的至少一些供應作為內燃引擎的熱引擎循環的部分進入流體。這可以用于改善內燃引擎的操作特性，例如冷卻進氣以增加其密度，和/或降低排氣中不希望的排放物的水平。

在另外的示例實施例中，或者與上述特征相結合或者與上述特征相分開，多個熱引擎可以包括蒸汽驅動的熱引擎，其中再循環路徑將冷凝水的至少一些供應至蒸汽產生換熱器，蒸汽產生換熱器向冷凝水傳遞熱量以產生驅動蒸汽驅動的熱引擎的蒸汽。這允許蒸汽產生換熱器與蒸汽驅動的熱引擎一起作用，以通過蒸汽驅動的熱引擎使用冷凝水作為工作流體而將熱量轉化為功。

雖然可以理解的是，蒸汽驅動的熱引擎可以采用各種不同的形式，但是適合于這種用途的一種形式是蒸汽渦輪機。

盡管蒸汽產生換熱器可以將來自各種不同源的熱量傳遞給冷凝水以產生蒸汽來驅動蒸汽驅動的熱引擎，但是改善從系統進行熱回收的一種特定布置是：當蒸汽產生換熱器將來自燃燒燃料的熱量傳遞給冷凝水時，諸如通過從排氣(可以在逆布雷頓循環熱引擎的渦輪機與壓縮機之間流動的流體內)中提取熱量。