[发明专利]逆布雷顿循环热引擎

说明书

一种装置(2)包括内燃引擎(4)和逆布雷顿循环热引擎(6)。来自内燃引擎(4)的热排气含有水分。热排气驱动逆布雷顿循环热引擎。位于排气的流路中介于逆布雷顿循环涡轮机和逆布雷顿循环压缩机之间的冷凝器(22)冷凝来自排气的水分中的至少一些以形成冷凝水。该冷凝水跟随再循环路径(30)以便作为工作流体被再引入到上述一个或多个热引擎或另外的热引擎中，例如，利用蒸汽产生换热器(20)，冷凝水通过排气被加热以产生驱动蒸汽涡轮机(32)的蒸汽。

技术领域

本公开涉及热引擎。更具体地，本公开涉及逆布雷顿循环热引擎。

背景技术

已知提供了逆布雷顿循环热引擎，该逆布雷顿循环热引擎具有由热气驱动的涡轮机，来自涡轮机的排气由与涡轮机共享公共轴的压缩机压缩。通过这种方式，可以从热气中的热量提取能量。增加从热气回收能量的效率的措施是有利的。

发明内容

本公开的至少一些实施例提供了一种装置，包括：

多个热引擎，每个热引擎利用各自的热引擎循环来操作，所述多个热引擎中的至少一个热引擎燃烧燃料并产生作为燃烧产物的包含水分的排气，所述多个热引擎包括逆布雷顿循环热引擎，该逆布雷顿循环热引擎具有由所述排气驱动的逆布雷顿循环涡轮机和由所述逆布雷顿循环涡轮机驱动的逆布雷顿循环压缩机，所述逆布雷顿循环压缩机从所述逆布雷顿循环涡轮机接收所述排气并进行压缩；以及

冷凝器，位于所述排气的流路中介于所述逆布雷顿循环涡轮机和所述逆布雷顿循环压缩机之间，以冷凝来自所述排气的所述水分中的至少一些以形成冷凝水。

本技术认识到，当驱动布雷顿循环热引擎的热气是由另一热引擎内燃料燃烧产生的排气时，则该排气作为燃烧产物通常可以包含水分。在排气的流路中介于逆布雷顿循环涡轮机和逆布雷顿循环压缩机之间提供冷凝器以冷凝排气内的水分中的至少一些具有如下优点：减少通过逆布雷顿循环压缩机的质量流，从而减少了该压缩机为了排出此排气而需要做的功量。与使用逆布雷顿循环压缩机增大了可压缩排气的压力相比，冷凝水可以在需要较少的功的情况下来排放，因为由于冷凝水的固有不可压缩性，增加其压力需要较少的能量。

在已经使用冷凝器从排气中回收至少一些冷凝水(即，液态形式的水)的情况下，本发明的一些实施例可以提供再循环路径以将冷凝水的至少一些供应作为多个热引擎中的至少一个热引擎的至少部分工作流体(一般而言)。这可以提高这些热引擎的操作效率。

在一些示例实施例中，再循环路径可以将冷凝水的至少一些供应作为驱动逆布雷顿循环涡轮机本身的部分进入流体。这增加了通过逆布雷顿循环热引擎的排气中的水量，其方式提高了冷凝器可以从排气中冷凝出水的效率。

在其它示例实施例中，与上述分开地或者与之组合，多个热引擎包括内燃引擎，该内燃引擎燃烧燃料以产生排气。在这样的系统内，再循环路径可以将冷凝水的至少一些供应作为内燃引擎的热引擎循环的部分进入流体。这可以用于改善内燃引擎的操作特性，例如冷却进气以增加其密度，和/或降低排气中不希望的排放物的水平。

在另外的示例实施例中，或者与上述特征相结合或者与上述特征相分开，多个热引擎可以包括蒸汽驱动的热引擎，其中再循环路径将冷凝水的至少一些供应至蒸汽产生换热器，蒸汽产生换热器向冷凝水传递热量以产生驱动蒸汽驱动的热引擎的蒸汽。这允许蒸汽产生换热器与蒸汽驱动的热引擎一起作用，以通过蒸汽驱动的热引擎使用冷凝水作为工作流体而将热量转化为功。

虽然可以理解的是，蒸汽驱动的热引擎可以采用各种不同的形式，但是适合于这种用途的一种形式是蒸汽涡轮机。

尽管蒸汽产生换热器可以将来自各种不同源的热量传递给冷凝水以产生蒸汽来驱动蒸汽驱动的热引擎，但是改善从系统进行热回收的一种特定布置是：当蒸汽产生换热器将来自燃烧燃料的热量传递给冷凝水时，诸如通过从排气(可以在逆布雷顿循环热引擎的涡轮机与压缩机之间流动的流体内)中提取热量。