專利名稱：用于冷卻發(fā)動機內的流體流的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于冷卻發(fā)動機內的流體流的系統(tǒng)及方法。
背景技術：
某些發(fā)電系統(tǒng)包括燃氣渦輪發(fā)動機，該燃氣渦輪發(fā)動機經配置以燃燒燃料與壓縮空氣的混合物，從而產生熱燃燒氣體。燃燒氣體可以流過渦輪機，以產生用于發(fā)電機等負載的電力。某些渦輪機包括葉輪空間，該空間位于燃燒氣體流動通道外，且包括熱敏部件。遺憾的是，熱燃燒氣體可以從將流動通道與渦輪機葉輪空間隔開的密封件泄漏，從而升高葉輪空間部件的溫度。

發(fā)明內容
以下概述與本發(fā)明的范圍相符的某些實施例。這些實施例并不旨在限制本發(fā)明的范圍，而僅在于簡要概述本發(fā)明的可能形式。實際上，本發(fā)明可包括與下述實施例類似或不同的各種形式。在一項實施例中，一種系統(tǒng)包括發(fā)動機，所述發(fā)動機具有第一流體通道和第二流體通道，所述兩個通道至少部分地彼此鄰接。所述系統(tǒng)還包括固態(tài)熱交換器，所述固態(tài)熱交換器經配置以在向所述固態(tài)熱交換器施加電流時，從所述第一流體通道向所述第二流體通道傳熱。在另一項實施例中，一種系統(tǒng)包括發(fā)動機，所述發(fā)動機具有第一流體通道和第二流體通道，所述兩個通道至少部分地彼此鄰接。所述系統(tǒng)還包括固態(tài)熱交換器，所述固態(tài)熱交換器經配置以在向所述固態(tài)熱交換器施加電流時，從所述第一流體通道向所述第二流體通道傳熱。此外，所述系統(tǒng)包括控制器，所述控制器經配置以通過調整向所述固態(tài)熱交換器施加的電流以在所述第一流體通道內維持所需的流體溫度。在進一步實施例中，一種系統(tǒng)包括燃氣渦輪發(fā)動機，所述燃氣渦輪發(fā)動機具有第一流體通道，所述第一流體通道經配置以將從壓縮機抽取的第一壓縮空氣輸送到渦輪機葉輪空間。所述燃氣渦輪發(fā)動機還包括第二流體通道，所述第二流體通道經配置以輸送從所述壓縮機排出的第二壓縮空氣。此外，所述系統(tǒng)包括熱交換器，所述熱交換器經配置以從所述第一流體通道向所述第二流體通道傳熱。


當參考附圖及閱讀以下具體實施方式
，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將變得更易理解，在附圖中，類似的符號代表所有附圖中類似的部分，其中:圖1是示例性渦輪機系統(tǒng)的方框圖，所述示例性渦輪機系統(tǒng)包括熱交換器的實施例，所述熱交換器經配置以降低流體通道內的流體溫度；圖2是渦輪機系統(tǒng)的一部分的示意圖，所述渦輪機系統(tǒng)包括熱交換器的實施例，所述熱交換器經配置以在相鄰流體通道之間傳熱；以及
圖3是可用于圖2所示渦輪機系統(tǒng)內的固態(tài)熱交換器的透視圖。
具體實施例方式以下將介紹本發(fā)明的一項或多項具體實施例。為了簡要介紹這些實施例，說明書中可能不會介紹實際實施方案的所有特征。應了解，在任意工程或設計項目中開發(fā)任意此類實際實施方案時，均應當做出與實施方案特定相關的各種決定，以實現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標，例如，是否要遵守系統(tǒng)相關和業(yè)務相關約束，這些限制可能會因實施方案的不同而有所不同。此外，應了解，此類開發(fā)可能非常復雜耗時，但無論如何對受益于本發(fā)明的一般技術人員而言，此類開發(fā)仍是常規(guī)的設計、建造和制造操作。在介紹本發(fā)明各種實施例的元件時，“一”、“一個”、“該”和“所述”旨在表示有一個或多個元件。術語“包括”、“包含”以及“具有”旨在表示包括性含義，且表示除了所列元件夕卜，可能還有其他元件。某些燃氣渦輪發(fā)動機包括從壓縮機級延伸到渦輪機葉輪空間的流體通道。所述流體通道經配置以將壓縮空氣提供給渦輪機葉輪空間，從而在熱燃燒氣體與渦輪機葉輪、渦輪機軸和/或渦輪機的其他熱敏部件之間提供障礙。壓縮空氣也用于將冷卻流提供給多種渦輪機部件。當燃氣渦輪發(fā)動機在高環(huán)境溫度環(huán)境(例如，高于約27攝氏度)中運行時，來自壓縮機級的壓縮空氣向渦輪機葉輪空間提供不充分的冷卻。在某些實施例中，可將使流體通道與壓縮機排出空氣隔開的孔塞移除，以增大流向渦輪機葉輪空間的空氣流。遺憾的是，空氣流增多可能通過增加渦輪機內的混合損失以減小渦輪機效率。此外，一旦移除孔塞，壓縮機排出空氣與流體通道之間的通道就將在燃氣渦輪發(fā)動機運行期間保持開放。因此，當環(huán)境溫度降低(例如，夜間)時，過量的冷卻空氣可能提供給渦輪機葉輪空間，從而進一步降低渦輪機效率。本發(fā)明的特定實施例可以顯著降低渦輪機葉輪空間內的流體溫度，而不增大流向渦輪機葉輪空間的流體流(例如，壓縮空氣流)。例如，某些實施例包括一種燃氣渦輪發(fā)動機，所述燃氣渦輪發(fā)動機具有第一流體通道，所述第一流體通道經配置以將從壓縮機抽取的壓縮空氣輸送到渦輪機葉輪空間。所述燃氣渦輪發(fā)動機還包括第二流體通道，所述第二流體通道經配置以輸送從所述壓縮機排出的壓縮空氣(例如，輸送到燃燒室)。設有熱交換器，以用于從第一流體通道向第二流體通道傳熱，從而降低流向渦輪機葉輪空間的空氣流的溫度。例如，當燃氣渦輪發(fā)動機在高環(huán)境溫度環(huán)境(例如，高于約27攝氏度)中運行時，可啟用熱交換器，以冷卻流過第一流體通道的壓縮空氣。因此，借助于熱交換器，從壓縮機抽取的壓縮空氣可以向渦輪機葉輪空間提供充分的冷卻，而不將額外的空氣從第二流體通道引入渦輪機葉輪空間內(例如，不移除將第一流體通道與第二流體通道隔開的孔塞)。由于壓縮機排出空氣不流入渦輪機葉輪空間內，因此與將過量空氣流提供給渦輪機葉輪空間相關的混合損失可以顯著地減少或消除。此外，當環(huán)境溫度降低(例如，夜間)時，可以停用熱交換器，從而通過降低熱交換器能量利用率來提高渦輪機效率。在某些實施例中，熱交換器可以是固態(tài)熱交換器，所述固態(tài)熱交換器具有低剖面(low profile)，以適合用于燃氣渦輪發(fā)動機的緊密空間內?，F(xiàn)在參見附圖，圖1是渦輪機系統(tǒng)10(例如，燃氣渦輪發(fā)動機)的方框圖，所述渦輪機系統(tǒng)包括熱交換器的實施例，所述熱交換器經配置以降低流體通道(例如延伸到渦輪機葉輪空間的流體通道)內的流體溫度。渦輪機系統(tǒng)10包括燃料噴射器12、燃料供應源14以及燃燒室16。如圖所示，燃料供應源14按特定路線將液體燃料和/或天然氣等氣體燃料輸送到燃氣渦輪機系統(tǒng)10，燃料通過燃料噴射器12進入燃燒室16中。如以下描述，燃料噴射器12經配置以噴射燃料并將其與壓縮空氣混合。燃燒室16點燃并燃燒燃料空氣混合物，然后將熱壓縮燃燒氣體輸送到渦輪機18中。將了解到，渦輪機18包括具有固定輪葉或葉片的一個或多個定子，以及具有相對于定子旋轉的葉片的一個或多個轉子。燃燒氣體通過渦輪機轉子葉片，從而驅動渦輪機轉子旋轉。渦輪機轉子與軸19之間的連接使軸19旋轉，從而驅動遍布于燃氣渦輪機系統(tǒng)10中的若干部件，如圖所示。最后，燃燒氣體經由排氣出口 20從燃氣渦輪機系統(tǒng)10中排出。壓縮機22包括剛性安裝到轉子的葉片，該轉子由軸19驅動以旋轉。隨著空氣流過旋轉葉片，空氣壓力升高，從而向燃燒室16提供用于適當燃燒的充分空氣。壓縮機22可以經由空氣進口 24將空氣輸入到燃氣渦輪機系統(tǒng)10。此外，軸19可以連接到負載26，該負載可由軸19的旋轉提供動力。將了解到，負載26可以是可使用燃氣渦輪機系統(tǒng)10的旋轉輸出的功率的任何合適裝置，例如發(fā)電設備或外部機械負載。例如，負載26可包括發(fā)電機、飛機的推進器等?？諝膺M口 24經由冷空氣進口等合適的機構將空氣30導入燃氣渦輪機系統(tǒng)10中?？諝?0隨后流過壓縮機22的葉片，該壓縮機向燃燒室16提供壓縮空氣32。具體地，燃料噴射器12可以將壓縮空氣32和燃料14作為燃料空氣混合物34噴射到燃燒室16中?；蛘?，壓縮空氣32和燃料14可以直接噴射到燃燒室中以進行混合和燃燒。在圖示的實施例中，系統(tǒng)10包括從壓縮機22的級(例如，中間壓縮機級)延伸到渦輪機18內的葉輪空間的流體通道36。流體通道36經配置以將從壓縮機22抽取的壓縮空氣提供給渦輪機葉輪空間，從而在熱燃燒氣體與渦輪機葉輪、渦輪機軸和/或渦輪機18的其他熱敏部件之間提供屏障(barrier)。壓縮空氣也用于向多種渦輪機部件提供冷卻流。渦輪機系統(tǒng)10還包括與流體通道36流體連通的熱交換器38。熱交換器38經配置以從抽取空氣流體通道36向渦輪機系統(tǒng)10內的另一流體通道(例如，壓縮機排出流體通道)傳熱，從而降低流向渦輪機葉輪空間的空氣流的溫度。例如，當渦輪系統(tǒng)10在高環(huán)境溫度環(huán)境(例如，高于27攝氏度)中運行時，可啟用熱交換器38，以冷卻流過流體通道36的壓縮空氣。因此，借助于熱交換器36，從壓縮機22抽取的壓縮空氣可以向渦輪機葉輪空間提供充分的冷卻，而不將額外的壓縮機排出空氣導入渦輪機葉輪空間中。因此，渦輪機葉輪空間可以維持在所需溫度(例如，小于約400攝氏度)下，且與將過量空氣流提供給渦輪機葉輪空間相關的混合損失可以顯著地減少或消除。此外，當環(huán)境溫度降低(例如，夜間)時，可以停用熱交換器38，從而通過降低熱交換器能量利用率來提高渦輪機效率。盡管以下描述的是經配置以冷卻提供給渦輪機葉輪空間的抽取空氣的熱交換器，但應了解，可在渦輪機系統(tǒng)10各處使用其他熱交換器，以在相鄰流體通道之間傳熱。例如，在某些實施例中，熱交換器38可以是固態(tài)熱交換器，該固態(tài)熱交換器具有低剖面，以適合用于燃氣渦輪發(fā)動機10的緊密空間內。如圖所示，固態(tài)熱交換器38可用于在負載26、進口 24、空氣供應源30、壓縮機22、燃料噴嘴12、燃料供應源14、燃燒室16、渦輪機18和/或排氣口 20內的相鄰流體通道之間傳熱。此外，應了解，固態(tài)熱交換器38可用于在一個部件(例如，壓縮機、燃燒室、渦輪機等)內的第一流體通道與另一部件(例如，壓縮機、燃燒室、渦輪機等)內的第二流體通道之間傳熱。此外，固態(tài)熱交換器38可用于冷卻或加熱在渦輪機系統(tǒng)部件之間延伸的通道內的流體。此外，盡管某些圖示的實施例采用固態(tài)熱交換器在燃氣渦輪發(fā)動機10內的相鄰流體通道之間傳熱，但應了解，替代實施例可使用固態(tài)熱交換器以在其他發(fā)動機配置(例如，往復式發(fā)動機、旋轉發(fā)動機等)的相鄰流體通道之間傳熱。圖2是渦輪機系統(tǒng)10的一部分的示意圖，所述渦輪機系統(tǒng)包括熱交換器38的實施例，所述熱交換器經配置以在相鄰流體通道之間傳熱。如圖所示，壓縮機22包括多個級，這些級經配置以逐漸增加流向燃燒室16的空氣流的壓力。在圖示的實施例中，壓縮機22包括第一級葉片40、第二級葉片42、第三級葉片44以及第四級葉片46。如圖所示，每個葉片沿徑向47向外延伸，且每個級的葉片沿周向48大體均勻地分布在壓縮機22周圍。葉片圍繞旋轉軸49的旋轉產生沿軸向51流過流體通道50的排出空氣32的流。盡管圖示的實施例包括四個壓縮機級，但應了解，替代實施例可以包括更多或更少壓縮機級(例如，1、2、
3、4、6、8、10、12、14、16、18 或更多)。在圖示的實施例中，渦輪機系統(tǒng)10包括定位于第一級葉片40與第二級葉片42之間的端口 52。端口 52經配置以從第一壓縮機級抽取壓縮空氣53 (例如，由第一級葉片40壓縮的空氣)。將了解到，隨著空氣在每個壓縮機級的作用下逐漸受壓縮，流體壓力增大。因此，端口 52可以定位于合適的級對之間，以抽取具有所需壓力的空氣。如圖所示，端口52連接到導管54，導管54延伸穿過燃氣渦輪發(fā)動機10的轉子56。高壓填料密封件(highpressure packing seal) (HPPS) 58流體連接到導管54,且經配置以促進小部分(例如，小于約百分之一)抽取空氣53流入流體通道36中。壓縮空氣的剩余部分流過下游壓縮機級，并向渦輪機18排出。在圖示的實施例中，抽取空氣流體通道36從HPPS 58延伸到渦輪機葉輪空間60。如圖所示，渦輪機葉輪空間60鄰近渦輪機葉輪62，渦輪機葉輪62經配置以將渦輪機葉片64連接到軸19。如上所述，抽取空氣流體通道36經配置以向渦輪機葉輪空間60提供壓縮空氣53，從而在熱燃燒氣體與渦輪機葉輪62、渦輪機軸19和/或渦輪機18的其他熱敏部件之間提供屏障。抽取空氣53還用于向多種渦輪機部件提供冷卻流。如圖所示，排出空氣32流入燃燒室16中并與燃料反應，從而產生燃燒氣體65，該燃燒氣體沿軸向51和/或周向48流入渦輪機18中。在圖示的實施例中，渦輪機18包括單個級，其包括第一級輪葉66和第一級葉片64。將了解到，其他渦輪機配置可包括額外的渦輪機級(例如1、2、3、4、5、6，或更多渦輪機級)。第一級輪葉66和葉片64沿徑向47向外延伸，且環(huán)繞渦輪機18在周向48上大體均等地間隔。第一級輪葉66剛性安裝到渦輪機18，且經配置以將燃燒氣體65導向葉片64。第一級葉片64安裝到葉輪62，以使流過葉片64的燃燒氣體65驅動葉輪62旋轉。葉輪62又連接到軸19，軸19驅動壓縮機22和負載
26。燃燒氣體65隨后流過額外的渦輪機級，如果存在。隨著燃燒氣體65流過每個級，氣體中的能量被轉化成葉輪62的旋轉能。通過每個渦輪機級后，燃燒氣體65沿軸向51從渦輪機18排出。在圖示的實施例中，燃氣渦輪發(fā)動機10包括密封件68，該密封件經配置以大體阻止燃燒氣體65流入渦輪機葉輪空間60中，從而保護熱敏部件(例如，葉輪62、軸19等)免受熱燃燒氣體65的損害。此外，渦輪機系統(tǒng)10經配置以在高于燃燒氣體65的更高壓力下向渦輪機葉輪空間60提供抽取氣體53，從而進一步降低熱燃燒氣體65進入渦輪機葉輪空間60中的可能性。例如，端口 52可以特別定位于壓縮機22內，以在圖示的渦輪機級處抽取具有高于燃燒氣體65的更高壓力的空氣。除了阻止燃燒氣體65流入渦輪機葉輪空間60中之外，抽取空氣53還用于向熱敏渦輪機部件(例如，渦輪機葉輪62、軸19等)提供冷卻流。但是，當燃氣渦輪發(fā)動機10在高環(huán)境溫度環(huán)境(例如，高于約27攝氏度中)中運行時，抽取空氣53可向渦輪機葉輪空間60提供不充分的冷卻。因此，燃氣渦輪發(fā)動機10包括熱交換器38，該熱交換器經配置以沿方向69通過將抽取空氣流體通道36與排出空氣流體通道50隔開的屏障70傳熱，從而冷卻抽取空氣53。例如，當環(huán)境溫度升高到高于閾值(例如，約20攝氏度到約40攝氏度、約22攝氏度到約35攝氏度、約25攝氏度到約30攝氏度，或者約27攝氏度)時，可啟用熱交換器38。因此，抽取空氣53的溫度通過熱交換器38降低，從而向渦輪機葉輪空間60提供有效冷卻，而不將額外的壓縮機排出空氣32導向渦輪機葉輪空間60。因此，渦輪機葉輪空間60可以維持在所需溫度(例如，小于約400攝氏度)下，且與將過量空氣流提供給渦輪機葉輪空間60相關的混合損失可以顯著地減少或消除。此外，當環(huán)境溫度降低(例如，夜間)時，可以停用熱交換器38，從而通過降低熱交換器能量利用率來提高渦輪機效率。在圖示的實施例中，熱交換器38是固態(tài)熱交換器，該固態(tài)熱交換器經配置以在向熱交換器38施加電流時，從抽取空氣流體通道36向排出空氣流體通道50傳熱。由于圖示的固態(tài)熱交換器38可以具有相對于蒸汽壓縮熱交換器的較低剖面，熱交換器38可以置于燃氣渦輪發(fā)動機10的緊密空間內。例如，在圖示的實施例中，熱交換器38被分成兩個部分(例如，兩個獨立的熱交換器)，這兩個部分定位于屏障70的相對側上。具體地講，熱交換器38的第一部分72在抽取空氣流體通道36中連接到屏障70的第一側73，且熱交換器38的第二部分74在排出空氣流體通道50中連接到屏障70的第二側75。在該配置中，熱交換器38的第一部分72經配置以從抽取空氣53向屏障70傳熱，且部分74經配置以從屏障70向排出空氣32傳熱。通過將熱交換器38的各部分連接到屏障70的每一側，熱交換器38可以提供所需的冷卻能力，同時減小屏障70的每一側上的表面積覆蓋。在替代實施例中，熱交換器38可以延伸穿過屏障70，從而直接從抽取空氣流體通道36向排出空氣流體通道50傳熱。在圖示的實施例中，傳感器76設于渦輪機葉輪空間60內，且經配置以輸出指示渦輪機葉輪空間60內的流體溫度(例如，空氣溫度)的信號。以通信方式連接到傳感器76的控制器78經配置以接收所述信號，并且基于所述信號而調整熱交換器38的傳熱。在某些實施例中，控制器78可以經配置以基于渦輪機葉輪空間60的測量溫度來調整供應給固態(tài)熱交換器38的電流，從而改變熱交換器38的傳熱能力并向渦輪機葉輪空間60提供所需的冷卻。例如，控制器78可以經配置以將渦輪機葉輪空間60維持在低于最大閾值(例如，約400攝氏度)的溫度下。如果渦輪機葉輪空間60的溫度升高到高于閾值，則控制器78可以啟用熱交換器38，以降低抽取空氣53的溫度，從而向渦輪機葉輪空間60提供額外的冷卻?？刂破?8隨后可以調整熱交換器38的輸出，以將渦輪機葉輪空間60維持在低于最大值的溫度下。如果抽取空氣53提供充分冷卻以在不使用額外冷卻的情況下將渦輪機葉輪空間60維持在低于閾值的溫度下，控制器78可以停用熱交換器38以降低能量利用率。盡管上述閾值為400攝氏度，但應了解，將渦輪機葉輪空間60維持在低于更高或更低的閾值溫度(例如約250、300、350、400、425、450、500或550攝氏度)下均為可取的，其取決于渦輪機系統(tǒng)配置。例如，在某些實施例中，最大閾值溫度可以在約200攝氏度到約600攝氏度之間、在約250攝氏度到約550攝氏度之間、在約300攝氏度到約500攝氏度之間、在約350攝氏度到約450攝氏度之間，或在約400攝氏度到約450攝氏度之間。在圖示的實施例中，熱交換器38可經配置以將抽取空氣53的溫度降低至少約
10、20、30、40、50、60、70、80或90攝氏度或更多。例如，熱交換器38可將抽取空氣53的溫度降低約10攝氏度到約100攝氏度、約20攝氏度到約90攝氏度、約30攝氏度到約80攝氏度、約40攝氏度到約70攝氏度，或約50攝氏度到約60攝氏度。但是，由于流過抽取空氣流體通道36時的流動速率遠小于流過排出空氣流體通道50時的流動速率(例如，抽取小于約百分之一的壓縮機空氣)，因此排出空氣32的溫度可能僅略微升高。例如，在某些實施例中，抽取空氣53與流過壓縮機的總空氣流的比率小于約0.3 %、0.6 %、0.8 %、I %、
1.2%、1.5%或2%，或更多。在進一步實例中，抽取空氣53與流過壓縮機的總空氣流的比率可以在約0.2%到約2%之間、在約0.4%到約1.8%之間、在約0.6%到約1.6%之間、在約0.8%到約1.4%之間，或在約1.0%到約1.2%之間。因此，在某些實施例中，如果抽取空氣53的溫度降低約25攝氏度，則排出空氣32的溫度可以升高約0.05攝氏度。此外，如果抽取空氣53的溫度降低約50攝氏度，則排出空氣32的溫度可以升高約0.1攝氏度。排出空氣溫度的略微升高對燃燒和/或流過渦輪機18的影響可忽略不計。圖3是可用于圖2所示渦輪機系統(tǒng)10內的固態(tài)熱交換器38的透視圖。如圖所示，固態(tài)熱交換器38包括多個帕爾帖元件(Peltier element) 80,這些元件連接到屏障70的第一側73。將了解到，每個帕爾帖元件80經配置以在向熱交換器38施加電流時，以與環(huán)境熱梯度相反的方向傳熱(例如，從較冷抽取空氣53到較熱排出空氣32)。具體地，每個帕爾帖元件80包括多個串行電連接的腳。每個腳包括熱接頭和冷接頭。在向帕爾帖元件80施加電流時，從每個腳的冷接頭向熱接頭傳熱，從而沿方向69提供從抽取空氣53到排出空氣32的熱流量(heat flux)。熱交換器38的傳熱能力至少部分取決于帕爾帖元件80的數(shù)量、每個元件80的大小、每個元件80的效率，以及供應給熱交換器38的電力。因此，帕爾帖元件80的數(shù)量(以及基于每個元件的大小而形成的覆蓋區(qū)域)可經特別選擇，以獲得所需的抽取空氣冷卻水平。例如，圖示的實施例包括9個帕爾帖元件80,這些元件呈3X3的布置。但應了解,替代實施例可包括更多或更少元件80。例如，某些實施例可以在屏障70的每一側上包括至少100、200、300、400、500、600、700、750、800、850、900、950、1000 或更多帕爾帖元件 80。在進一步實施例中，帕爾帖元件80可以僅連接到屏障70的第一側73，或者僅連接到屏障70的第二側75。此外，帕爾帖元件80分布于屏障70的寬度82與長度84的范圍內。在某些實施例中，帕爾帖元件80可以覆蓋至少約0.5,0.7、0.9、1、1.1、1.3或1.5平方米或更大的區(qū)域。此外，由于熱交換器38的傳熱能力至少部分取決于向每個帕爾帖元件80供應的電流，因此控制器78可以通過改變供應給熱交換器38的電流來調整從抽取空氣53到排出空氣32的傳熱。例如，如果傳感器76檢測到渦輪機葉輪空間60內的流體溫度大于最大閾值溫度(例如高于約400攝氏度)，則控制器78可以啟用熱交換器38，以降低抽取空氣53的溫度，從而冷卻渦輪機葉輪空間60。此外，控制器78能夠以閉合環(huán)路的方式調整抽取空氣53的冷卻，以將葉輪空間60維持在略低于最大閾值溫度的溫度處。因此，熱交換器38所用的電力可以限于足以提供所需冷卻程度的電力。因此，相較于將額外的壓縮機排出空氣提供給渦輪機葉輪空間60且在空氣流與燃燒氣體流之間經受混合損失的實施例，圖示的實施例可提聞潤輪機效率。盡管上述固態(tài)熱交換器38經配置以從抽取空氣53向排出空氣32傳熱，但應了解，熱交換器38可以經配置以通過使經過每個帕爾帖元件80的電流反向，而從排出空氣32向抽取空氣53傳熱。此外，盡管圖示的固態(tài)熱交換器38采用帕爾帖元件80，但應了解，替代實施例可以采用其他固態(tài)熱交換器元件，例如熱離子裝置、熱通道(thermotunnel)裝置和/或熱聲裝置。此外，應了解，某些實施例可使用蒸汽壓縮熱交換器和/或其他熱交換器配置來向抽取空氣53提供所需程度的冷卻。盡管在圖示的實施例中，固態(tài)熱交換器38經配置以從抽取空氣流體通道36向排出空氣流體通道50傳熱，但應了解，固態(tài)熱交換器可以設于渦輪機系統(tǒng)10各處，以在相鄰流體通道之間傳熱。例如，在某些實施例中，固態(tài)熱交換器可以用于從抽取空氣流體通道36向稀釋劑或燃料流通道傳熱。此外，固態(tài)熱交換器可以用于從流體通道向渦輪機系統(tǒng)10周圍的環(huán)境空氣流傳熱。在每種配置中，控制器可用于調整熱交換器的輸出，以獲得流體通道內所需的溫度。以上描述使用了多個實例來公開本發(fā)明，其中包括最佳模式，同時也讓所屬領域的任何技術人員能夠實施本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護范圍由權利要求書限定，并可包括所屬領域的一般技術人員想出的其他實例。如果此類其他實例的結構要素與權利要求書的字面意義沒有不同，或如果此類其他實例包括的等效結構要素與權利要求書的字面意義無實質區(qū)別，則此類其他實例也屬于權利要求書的范圍。
權利要求
1.一種系統(tǒng)，包括: 發(fā)動機，所述發(fā)動機具有第一流體通道和第二流體通道，所述第一流體通道和所述第二流體通道至少部分彼此鄰接；以及 固態(tài)熱交換器，所述固態(tài)熱交換器經配置以在向所述固態(tài)熱交換器施加電流時，從所述第一流體通道向所述第二流體通道傳熱。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一流體通道經配置以將從所述發(fā)動機的壓縮機抽取的第一壓縮空氣輸送到所述發(fā)動機的渦輪機葉輪空間。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第二流體通道經配置以輸送從所述壓縮機排出的第二壓縮空氣。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，包括與所述渦輪機葉輪空間流體連通的傳感器，其中所述傳感器經配置以輸出表示所述渦輪機葉輪空間內流體溫度的信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器經配置以通過根據(jù)所述信號調整至所述固態(tài)熱交換器的所述電流來維持所述渦輪機葉輪空間內的所需溫度。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述固態(tài)熱交換器包括至少一個帕爾帖元件。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，包括將所述第一流體通道與所述第二流體通道隔開的屏障。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中第一帕爾帖元件在所述第一流體通道內連接到所述屏障的第一側，且第二帕爾帖元件在所述第二流體通道內連接到所述屏障的第二側。
9.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述固態(tài)熱交換器分布在所述屏障的至少I平方米附近。`
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述固態(tài)熱交換器經配置以將所述第一流體通道內的流體溫度降低至少約25攝氏度。
11.一種系統(tǒng),包括: 發(fā)動機，所述發(fā)動機具有第一流體通道和第二流體通道，所述第一流體通道和所述第二流體通道至少部分彼此鄰接； 固態(tài)熱交換器，所述固態(tài)熱交換器經配置以在向所述固態(tài)熱交換器施加電流時，從所述第一流體通道向所述第二流體通道傳熱；以及 控制器，所述控制器經配置以通過調整至所述固態(tài)熱交換器的所述電流來維持所述第一流體通道內的所需流體溫度。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一流體通道經配置以將從壓縮機抽取的第一壓縮空氣輸送到渦輪機葉輪空間，且所述第二流體通道經配置以輸送從所述壓縮機排出的第二壓縮空氣。
13.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，包括與所述渦輪機葉輪空間流體連通的傳感器，其中所述傳感器經配置以輸出表示所述渦輪機葉輪空間內流體溫度的信號，且所述控制器經配置以根據(jù)所述信號調整至所述固態(tài)熱交換器的所述電流。
14.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述固態(tài)熱交換器包括至少一個帕爾帖元件。
15.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，包括將所述第一流體通道與所述第二流體通道隔開的屏障，其中第一帕爾帖元件在所述第一流體通道內連接到所述屏障的第一側，且第二帕爾帖元件在所述第二流體通道內連接到所述屏障的第二側。
16.—種系統(tǒng),包括: 燃氣渦輪發(fā)動機，所述燃氣渦輪發(fā)動機包括: 第一流體通道，所述第一流體通道經配置以將從壓縮機抽取的第一壓縮空氣輸送到渦輪機葉輪空間；以及 第二流體通道，所述第二流體通道經配置以輸送從所述壓縮機排出的第二壓縮空氣；以及 熱交換器，所述熱交換器經配置以從所述第一流體通道向所述第二流體通道傳熱。
17.根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，包括與所述渦輪機葉輪空間流體連通的傳感器，其中所述傳感器經配置以輸出表示所述渦輪機葉輪空間內流體溫度的信號。
18.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器經配置以通過根據(jù)所述信號調整所述熱交換器的傳熱來維持所述渦輪機葉輪空間內的所需溫度。
19.根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，包括將所述第一流體通道與所述第二流體通道隔開的屏障，其中所述熱交換器包括連接到所述屏障的固態(tài)熱交換器。
20.根據(jù)權利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述固態(tài)熱交換器包括多個帕爾帖元件，至少一個帕爾帖元件在所述第一流體通道內連接到所述屏障的第一側，且至少一個帕爾帖元件在所述第二流體通道 內連接到所述屏障的第二側。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于冷卻發(fā)動機內的流體流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)動機，所述發(fā)動機具有第一流體通道和第二流體通道，所述第一流體通道和第二流體通道至少部分地彼此鄰接。所述系統(tǒng)還包括固態(tài)熱交換器，所述固態(tài)熱交換器經配置以在向所述固態(tài)熱交換器施加電流時，從所述第一流體通道向所述第二流體通道傳熱。
文檔編號F02C7/14GK103104344SQ201210390539
公開日2013年5月15日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權日2011年10月14日
發(fā)明者P.恩, G.S.勞 申請人:通用電氣公司