專利名稱：內(nèi)部再加熱以抑制露點的燃料壓縮系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)部再加熱以抑制露點的燃料壓縮系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于壓縮并加熱氣體為 熱氣體的壓縮機，產(chǎn)生空氣流的氣流裝置，以及換熱器，該換熱器沿第一流路 接收該熱氣體及沿第二流路接收該空氣流。熱量從該熱氣體傳遞至該空氣流以 產(chǎn)生冷卻氣體及熱空氣流，且水分凝結在冷卻氣體中。氣水分離器從冷卻氣體 中分離凝結的水分以產(chǎn)生飽和氣體。再熱器沿 一條流路從氣水分離器接收該飽 和氣體及沿另 一流鴻^人換熱器接收該熱空氣流。熱量^Mv該熱空氣流傳遞至該飽
和氣體以產(chǎn)生溫度高于該氣體飽和溫度的過熱氣體。
在其它實施例中，該壓縮機可包括噴油壓縮機(oil-flooded compressor J， 從而油與熱氣體混合。這些實施例可包括從該熱氣體中分離油的分離器，也可 包括從油交換熱量至空氣流的油冷卻器。
本發(fā)明另一實施例提供一種調(diào)節(jié)氣體的方法。該方法包括壓縮并加熱壓縮 機內(nèi)的氣體以產(chǎn)生熱氣體，產(chǎn)生空氣流，該熱氣體與該空氣流之間進行熱交換 以產(chǎn)生冷卻氣體及熱空氣流，從該冷卻氣體中分離水分以產(chǎn)生飽和氣體，以及 以該熱空氣流再加熱該冷卻氣體以產(chǎn)生過熱氣體。
本發(fā)明又一 實施例提供一種用于發(fā)電的微型渦輪引擎。該微型渦輪引擎包 括空氣壓縮機，以及燃燒器，該燃燒器燃燒來自上述燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的氣體與來 自空氣壓縮機的壓縮空氣組成的混合物。該燃燒器產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物。該微型渦輪 引擎進一步包括因燃燒產(chǎn)物的膨脹而旋轉(zhuǎn)的動力渦輪。該動力渦輪驅(qū)動發(fā)電機 旋轉(zhuǎn)。該微型渦輪引擎進一步包括回熱器，該回熱器在該壓縮空氣流入燃燒器
之前以將燃燒產(chǎn)物的熱量交換至該壓縮空氣。
通過閱讀以下的詳細說明以及附圖，本發(fā)明的其它方面將會變得更加明顯。


圖l是本發(fā)明燃料壓縮系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。
圖2是使用本發(fā)明的微型渦輪引擎發(fā)電機的示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明可采用其它實施例并以不同 的方式進行實施。此外，下文中所使用的措辭及術語僅僅用作描述用途，不應 作限定性解釋。下文中所使用的"包括"、"包含"、"具有，，等類似措辭意 為包含其后所列出之事項、等同物及其它附加事項。除特別聲明外，"安裝，，、 "連接，，、"支撐"、"配合，，等類似措辭應作廣義解釋，以包含直接及間接 的安裝、連接、支撐、配合。此外，"連接"及"配合"不限于物理的或機械 的連接或配合。
圖1所示的燃料壓縮/調(diào)節(jié)系統(tǒng)10自燃料源20處接收潮濕(即含有水汽) 氣體，去除氣體中的凝結的水分，并輸送氣體至燃料消耗裝置30。該燃料壓縮 /調(diào)節(jié)系統(tǒng)10包括壓縮機35、發(fā)動機40、分離罐45、后冷卻器50、油冷卻器 55、鼓風機60、氣水分離器65及再熱器70。
上述燃料源20可為，例如，廢水處理設施、垃;及掩埋場或其它可釋^:氣體 的場所。氣體內(nèi)的雜質(zhì)可例如為硅氧烷或其它若不去除可導致燃燒腔及其關聯(lián) 的移動部件污染或者損壞的致污物。該燃料消耗裝置30可為，例如，燃燒器， 該燃燒器燃燒該氣體從而降低釋放到環(huán)境中的未燃燒氫氣的數(shù)量?？蛇x擇地， 該燃料消耗裝置30也可為使用氣體燃料的發(fā)動機。此類發(fā)動機示例包括往復發(fā) 動機、微型渦輪發(fā)動機及大型氣體渦輪發(fā)動機。此類發(fā)動機的用途示例包括發(fā) 電，驅(qū)動冷卻器、制冷器、壓縮機，聯(lián)合制備熱水，或以升降等方式移動物體。
潮濕氣體/人燃料源20流至壓縮才幾35 ( 71處)。該壓縮沖幾35可例如為，噴 油螺桿壓縮機，并由發(fā)動機40驅(qū)動。當氣體壓力增加時，氣體和油在壓縮機 35內(nèi)混合。該氣體和油在壓縮過程中變熱。在所示實施例中，熱氣體和油以約 220華氏度(。F)的溫度流出壓縮機(72處)。
熱氣油流隨后進入分離罐45,在該分離罐45中氣體上升至頂部油下沉至 底部。氣體由分離罐45 (從75處)輸送至后冷卻器50,油(從80處)輸送至 油冷卻器55。后冷卻器50與油冷卻器55分別包含用于熱氣體與油的第一流路。 該后冷卻器50與油冷卻器55可以采用任何形式的能提供本文描述功能的換熱 器，包括如逆流或錯流板翅式換熱器及管翅式換熱器。
鼓風機60吹出的相對較冷空氣(從81處)通過后冷卻器50和油冷卻器 55內(nèi)的第二流路，以冷卻熱氣體和熱油。在其它實施例中，風扇或其它具有移 動空氣通過換熱器功能的氣流裝置可取代鼓風機60。后冷卻器50和油冷卻器 55中的熱交換致使空氣溫度上升并產(chǎn)生熱氣流(82處)。在所示實施例中，氣 體溫度降至約高于環(huán)境溫度15°F，且油溫度降至約175°F。但在其它實施例中， 后冷卻器50和油冷卻器55可為其它尺寸以實現(xiàn)其它目標溫度。該從后冷卻器 50出來的氣體可稱為冷卻氣體。該冷卻氣體輸送(從83處)至氣水分離器65， 且油(從85處)重新進入壓縮機35內(nèi)再次使用。
該氣水分離器65去除冷卻氣體中由于通過后冷卻器50氣體溫度下降而可 能凝結的水分。流出氣水分離器65的氣體仍高于環(huán)境溫度約15°F，并達到飽 和(即氣體達到其露點)。飽和的氣體(從90處)離開氣水分離器65,并進 入再熱器70內(nèi)的一條流路。水分同樣(從95處)流出氣水分離器65。
再熱器70置于后冷卻器50和油冷卻器55的與鼓風機60相對的另一側， 從而該熱氣流82 (即流出后冷卻器50與油冷卻器55的空氣)流過再熱器70 中的另一流路(即與飽和氣體的流路不同的流路)。該再熱器70可以采用任何
形式的能提供本文描述功能的換熱器，包括如逆流或錯流板翅式換熱器及管翅
式換熱器。在某些實施例中，再熱器70可安裝于后冷卻器50和油冷卻器55 上，但在其它實施例中該再熱器70可單獨安裝。
在再熱器70內(nèi)，熱量從熱氣流交換到飽和氣體，從而氣體溫度上升至其露 點或飽和溫度以上。在這點上，該(從96處)離開再熱器70的氣體可稱為"過 熱"氣體，因為其溫度提升至其飽和溫度之上。在所示實施例中，再熱器70 的尺寸構造成用于產(chǎn)生約高于環(huán)境溫度40°F的過熱氣體96。該加熱步驟產(chǎn)生 露點抑制，從而殘余的水分存留于氣體中，且當氣體在燃料消耗裝置30中被消 耗時，殘余的水分不會凝結。
圖2示意性表示出一種燃料消耗裝置，該裝置可用于與上述燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng) IO協(xié)同使用。所示燃料消耗裝置為微型渦輪引擎發(fā)電機100,其可用于分布式 電源應用場合，甚至可安裝于滑軌上并在工位之間移動。微型渦輪引擎發(fā)電機 通常產(chǎn)生2兆瓦(MW)或低于2兆瓦的電量，因此其功率相較于電力網(wǎng)的發(fā) 電站的發(fā)電機而言較小。
所示微型渦輪引擎發(fā)電機100包括壓縮機105、回熱器IIO、燃燒器115、 動力渦輪120及發(fā)電機125。空氣在壓縮機105中壓縮并輸送至回熱器110的 較冷一側。回熱器110可例如為逆流板翅型換熱器。壓縮空氣在回熱器110中 預熱并與來自燃料源(例如上文所述的且如圖1中所示的來自燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng) 10的過熱氣體96 )的氣態(tài)燃料混合形成易燃混合物。
易燃混合物在燃燒器115中燃燒產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物。燃燒產(chǎn)物通過動力渦輪120 發(fā)生膨脹以給動力渦輪120的旋轉(zhuǎn)提供能量。轉(zhuǎn)動的動力渦輪120通過可選變 速箱130來驅(qū)動發(fā)電機125運轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生可用頻率的電能。在其它可選實施例 中，電力電子技術可取代變速箱130來調(diào)節(jié)電信號的頻率至可用頻率。在所示 的微型渦輪100中，動力渦輪120與壓縮機105通過轉(zhuǎn)軸135耦合以共同旋轉(zhuǎn)， 從而動力渦輪120的旋轉(zhuǎn)同樣驅(qū)動壓縮機105旋轉(zhuǎn)。在其它實施例中，動力渦 輪120可僅驅(qū)動發(fā)電機125，且可使用一個額外的燃氣發(fā)生器式渦輪來驅(qū)動壓
縮機105。在這些實施例中，燃燒產(chǎn)物通過動力渦輪120和燃氣發(fā)生器式渦輪 時均發(fā)生膨脹。
在從微型渦輪引擎100排出燃燒產(chǎn)物之前，燃燒產(chǎn)物流入回熱器110的較 熱一側以預熱流入的壓縮空氣。在排出燃燒產(chǎn)物前，燃燒產(chǎn)物中的任何殘余熱 量在最后的換熱器140內(nèi)均被合理利用(例如加熱水)。
本發(fā)明的各種特征與優(yōu)點如權利要求中所述。
權利要求
1、一種氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓縮機，該壓縮機用于壓縮并加熱氣體為熱氣體；氣流裝置，該氣流裝置產(chǎn)生空氣流；換熱器，該換熱器沿第一流路接收該熱氣體及沿第二流路接收該空氣流，從而熱量從該熱氣體傳遞至該空氣流以產(chǎn)生冷卻氣體及熱空氣流，其中水分凝結在冷卻氣體中；氣水分離器，該氣水分離器用于從冷卻氣體中分離凝結的水分以產(chǎn)生飽和氣體；及再熱器，該再熱器沿一條流路從氣水分離器接收該飽和氣體及沿另一流路從換熱器接收該熱空氣流，從而熱量從該熱空氣流傳遞至該飽和氣體以產(chǎn)生溫度高于該氣體飽和溫度的過熱氣體。
2、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中該壓縮機包括噴油壓縮機，該熱氣體包 括熱油，該系統(tǒng)進一步包括適合于從熱氣體里分離出熱油的分離器。
3、 如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中換熱器包括后冷卻器和油冷卻器，該換 熱器沿另一流路從分離器接收熱油，熱量從熱油傳遞至空氣流以產(chǎn)生冷油并將 熱量釋放到熱空氣流中。
4、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中該再熱器安裝于換熱器上。
5、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中該氣流裝置產(chǎn)生環(huán)境空氣的空氣流。
6、 如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中該換熱器的尺寸構造成用于產(chǎn)生高于環(huán) 境溫度15華氏度的冷卻氣體。
7、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中該再熱器的尺寸構造成用于產(chǎn)生高于環(huán) 境溫度40華氏度的過熱氣體。
8、 一種調(diào)節(jié)氣體的方法，該方法包括 壓縮并加熱壓縮機內(nèi)的氣體以產(chǎn)生熱氣體； 產(chǎn)生空氣流；該熱氣體與該空氣流之間進行熱交換以產(chǎn)生冷卻氣體及熱空氣流； 從該冷卻氣體中分離水分以產(chǎn)生飽和氣體；及 以該熱空氣流再加熱該冷卻氣體以產(chǎn)生過熱氣體。
9、 如權利要求8所述的方法，其中壓縮并加熱氣體產(chǎn)生溫度約為220華氏 度的熱氣體。
10、 如權利要求8所述的方法，其中該壓縮步驟由噴油壓縮機執(zhí)行，從而 該熱氣體中包含熱油，該方法進一步包括在熱交換步驟之前從該熱氣體中分離 熱油。
11、 如權利要求IO所述的方法，其中該熱交換步驟包括從熱油和熱氣體中 交換熱量到空氣流中。
12、 如權利要求8所述的方法，其中該熱交換步驟由換熱器執(zhí)行，且該再 加熱步驟由再熱器執(zhí)行，該方法進一步包括安裝再熱器到換熱器上。
13、 如權利要求8所述的方法，其中產(chǎn)生空氣流步驟由鼓風機執(zhí)行，且該 空氣流為環(huán)境溫度。
14、 如權利要求13所述的方法，其中該熱交換步驟產(chǎn)生溫度約高于環(huán)境空 氣流溫度15華氏度的冷氣體。
15、 如權利要求13所述的方法，其中該再加熱步驟包括產(chǎn)生約高于環(huán)境溫 度40華氏度的過熱氣體。
16、 一種微型渦輪引擎發(fā)電機，其包括 空氣壓縮機，該空氣壓縮機產(chǎn)生壓縮空氣流；燃料調(diào)節(jié)器，該燃料調(diào)節(jié)器包括用于壓縮并加熱氣體的氣體壓縮機、冷卻 該氣體并加熱空氣流的后冷卻器、從該冷卻氣體中分離出凝結的水分的氣水分 離器及利用該#1加熱的空氣流再加熱該冷卻氣體以產(chǎn)生過熱氣體的再熱器；燃燒器，該燃燒器燃燒該壓縮空氣與該過熱氣體的混合物以產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物；動力渦輪，該動力渦輪因燃燒產(chǎn)物的膨脹而旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機，該發(fā)電機因動力渦輪的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電能；及回熱器，該回熱器在該壓縮空氣流入燃燒器之前以該燃燒產(chǎn)物預熱該壓縮 空氣。
17、如權利要求1所述的微型渦輪，其中該燃料調(diào)節(jié)器內(nèi)的氣體壓縮機包 括噴油壓縮機，該氣體壓縮機進一步包括用于從該壓縮氣體中分離油的分離器 及用于冷卻油并加熱空氣流的油冷卻器。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種內(nèi)部再加熱以抑制露點的燃料壓縮系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于壓縮并加熱氣體為熱氣體的壓縮機，產(chǎn)生空氣流的氣流裝置，以及換熱器，該換熱器沿第一流路接收該熱氣體及沿第二流路接收該空氣流。熱量從該熱氣體傳遞至該空氣流以產(chǎn)生冷卻氣體及熱空氣流，且水分凝結在冷卻氣體中。氣水分離器從冷卻氣體中分離凝結的水分以產(chǎn)生飽和氣體。再熱器沿一條流路從氣水分離器接收該飽和氣體及沿另一流路從換熱器接收該熱空氣流。熱量從該熱空氣流傳遞至該飽和氣體以產(chǎn)生溫度高于該氣體飽和溫度的過熱氣體。
文檔編號F02C7/22GK101201016SQ20071016777
公開日2008年6月18日 申請日期2007年10月24日 優(yōu)先權日2006年10月24日
發(fā)明者唐納德·馬克·伍德, 理查德·L·迪氏曼 申請人:英格索爾-蘭德能源系統(tǒng)公司