[发明专利]具有冷却的冷却空气换热器系统的热力发动机

说明书

一种热力发动机包括：压缩机，其提供来自热力发动机的核心流径的压缩空气流；冷却的冷却空气(CCA)换热器系统，压缩空气流从压缩机提供至该换热器系统；冷却剂供应系统，其将冷却剂流提供至CCA换热器而与CCA换热器处的压缩空气流处于热连通，其中冷却剂供应系统和CCA换热器一起限定CCA回路，压缩空气流过CCA回路而与冷却剂处于热连通；以及热区段，其沿燃烧气体流过其中的核心流径设置在压缩机区段下游，其中热区段限定次级流径，通过次级流径提供来自CCA换热器的压缩空气流。

技术领域

本主题大体上涉及包括换热器系统的热力发动机和涡轮机。

背景技术

热力发动机如燃气和蒸汽涡轮发动机可包括用于在发动机各处的流体的热传递的换热器。冷却的流体用于发动机的各个结构处的热衰减，以便提高构件结构寿命，或改进或改变发动机的空气动力学或热动力学循环。

然而，热力发动机内的换热器系统大体上在性能方面受限，从而限制了流体可被冷却的程度。因此，冷却流体在其提供热衰减以提高构件结构寿命的能力方面受限。另外，由于经由换热器的压力损失，故已知的换热器在冷却流体可被提供至一个或多个构件或系统的程度方面大体上受限。因此，充分冷却的流体可能缺乏克服热力发动机的较高压力区段(如，在燃烧区段或膨胀区段处)所必需的压力。当热力发动机(如涡轮机)大体上提高或试图提高燃烧区段和膨胀区段处的燃烧气体温度或压力，从而使在其内部且热接近较高温的结构暴露(这可缩短构件或系统寿命)时，此限制变得更成问题。

因此，需要提供向冷却流体提供改进的热传递来用于热力发动机的各个构件或系统处的热衰减的热力发动机和换热器。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中被阐述，或可根据描述而显而易见，或可通过实践本发明而习知。

本公开内容的方面涉及一种热力发动机，其包括：提供来自热力发动机的核心流径的压缩空气流的压缩机；压缩空气流从压缩机提供至其的冷却的冷却空气(CCA)换热器系统；冷却剂供应系统，其将冷却剂流提供至CCA换热器而与CCA换热器处的压缩空气流处于热连通，其中冷却剂供应系统和CCA换热器一起限定CCA回路，压缩空气流过CCA回路而与冷却剂处于热连通；以及沿燃烧气体流过其中的核心流径设置在压缩机区段下游的热区段，其中热区段限定次级流径，通过该次级流径提供来自CCA换热器的压缩空气流。

在一个实施例中，压缩空气流限定来自压缩机区段处的核心流径的入口温度和入口压力。压缩空气流限定比入口温度小大约2%与大约50%之间的热区段处的次级流径处的出口温度。压缩空气流限定大于压缩机区段处的核心流径处的压缩空气流的入口压力的大约90%的次级流径处的出口压力。

在各种实施例中，CCA换热器包括一个或多个换热器元件，冷却剂流过该换热器元件而与来自压缩机区段的压缩空气处于热连通。在一个实施例中，CCA换热器还包括设置在多个换热器元件之间的一个或多个阀。阀选择性地使来自一个或多个换热器元件的压缩空气流的至少一部分旁通。在另一个实施例中，CCA换热器进一步使来自多个换热器元件的一个或多个压缩空气流再组合以产生限定出口温度和/或出口压力的压缩空气流。在其它各种实施例中，多个换热器元件设置成并行布置。在又一些其它各种实施例中，多个换热器元件设置成串流布置。

在一个实施例中，冷却剂供应系统限定燃料系统、润滑剂系统、液压流体系统、制冷剂系统、旁通空气流通路，或压缩机放气装置(bleed)中的一个或多个。

在另一个实施例中，冷却剂是液态或气态燃料、制冷剂、超临界气体、液态金属、惰性气体、旁通空气流、压缩空气或它们的组合。