[發明專利]具有燃料電池的再熱式燃氣渦輪系統

無效

• 申請號: 201080023621.1
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN102449835A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 詹姆士·威廉·格里菲思·特納
• 申請（專利權）人: 蓮花汽車有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;B60L11/18;F02C1/05;F02C3/36;F02C6/10
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;呂俊剛

本發明涉及再熱式燃氣渦輪系統，特別地，涉及具有燃料電池的此種系統。

在已知的燃氣渦輪系統中，固體氧化物燃料電池(SOFC)和燃燒室連續加熱壓縮器和渦輪之間的氣流。

根據本發明的第一方面，提供了一種燃氣渦輪系統，該燃氣渦輪系統包括：

壓縮器；

上游燃料電池，該燃料電池接收由所述壓縮器壓縮的氣體，并且產生電力并加熱從所述上游燃料電池通過的氣體；

中間渦輪，該中間渦輪接收離開第一燃料電池的加熱氣體，并連接到所述壓縮器并驅動所述壓縮器；以及

輸出渦輪，該輸出渦輪接收所述中間渦輪輸出的氣體；其中：

離開了所述中間渦輪的膨脹氣體通過下游燃燒室和/或下游燃料電池之一或二者到達到所述輸出渦輪，藉此在所述膨脹氣體在所述輸出渦輪中膨脹之前再加熱所述膨脹氣體。

根據本發明的第二方面，提供了一種燃氣渦輪系統，該燃氣渦輪系統包括：

壓縮器；

上游燃燒室，該上游燃燒室接收所述壓縮器壓縮的氣體，并且加熱通過所述上游燃燒室的氣體；

中間渦輪，該中間渦輪接收離開第一燃燒室的加熱氣體，并且連接到所述壓縮器并驅動所述壓縮器；以及

輸出渦輪，該輸出渦輪接收所述中間渦輪輸出的氣體；其中：

離開了所述中間渦輪的膨脹氣體通過下游燃料電池到達到所述輸出渦輪，藉此在所述膨脹氣體在所述輸出渦輪中膨脹之前再加熱所述膨脹氣體。

本發明還涉及再熱式燃氣渦輪系統，該系統在中間渦輪的進口處和輸出渦輪或輸出噴嘴的進口處處具有不同的進口溫度。

已知具有用于驅動高壓壓縮器的高壓渦輪和用于驅動輸出軸的獨立的低壓輸出渦輪的燃氣渦輪系統。通常，這種渦輪系統還會包括附加的燃燒室，該燃燒室位于高壓渦輪和低壓輸出渦輪之間的流徑中。

常規地，這種渦輪系統將在高壓渦輪和輸出渦輪二者處以最高渦輪進口溫度運行，以便于獲得最高效率。渦輪的進口溫度受到制造渦輪的材料的物理特性限制。因此，為了保證渦輪系統能夠以最高效率運行，常規的渦輪被制造成為能夠經受最高溫度。由于渦輪必須以昂貴的材料制造以具有盡可能高的耐熱性，因此這種做法非常昂貴。

根據本發明的第三方面，提供了一種燃氣渦輪系統，該燃氣渦輪系統包括：壓縮器；上游加熱源，該上游加熱源接收被所述壓縮器壓縮的氣體并加熱通過所述上游加熱源的氣體；高壓渦輪，該高壓渦輪接收離開所述上游加熱源的加熱氣體，并且連接到所述壓縮器并驅動所述壓縮器；下游燃燒室，該下游燃燒室接收離開所述高壓渦輪的氣體，并且加熱通過所述下游燃燒室的氣體；以及輸出渦輪，該輸出渦輪接收所述下游燃燒室輸出地氣體，其中：該系統被構造成使得所述輸出渦輪接收的氣體的溫度高于所述高壓渦輪接收的氣體的溫度。

根據本發明的第四方面，提供了一種運行燃氣渦輪系統的方法，所述燃氣渦輪系統包括：壓縮器；上游加熱源，該上游加熱源接收被所述壓縮器壓縮的氣體并加熱通過所述上游加熱源的氣體；高壓渦輪，該高壓渦輪接收離開所述上游加熱源的加熱氣體，并且連接到所述壓縮器并驅動所述壓縮器；下游燃燒室，該下游燃燒室接收離開所述高壓渦輪的氣體，并且加熱通過所述下游燃燒室的氣體；以及輸出渦輪，該輸出渦輪接收所述下游燃燒室輸出地氣體，其中：控制所述輸出渦輪接收的氣體的溫度以使得該溫度與所述高壓渦輪接收的氣體的溫度相差預定量。

參照附圖，將僅以示例的方式描述本發明，在附圖中：

圖1示出了根據本發明的燃氣渦輪的第一實施方式的示意圖；

圖1a示出了根據本發明的燃氣渦輪的第一實施方式的變型例的示意圖；

圖2示出了根據本發明的燃氣渦輪系統的第二實施方式的示意圖；

圖2a示出了燃氣渦輪系統的圖2的實施方式的第一變型例；

圖2b示出了燃氣渦輪系統的圖2的實施方式的第二變型例；

圖2c示出了燃氣渦輪系統的圖2的實施方式的第三變型例；

圖3示出了根據本發明的燃氣渦輪系統的第三實施方式的示意圖；

圖3a示出了燃氣渦輪系統的圖3的實施方式的第一變型例；

圖4示出了根據本發明的燃氣渦輪系統的第四實施方式的示意圖；

圖4a示出了燃氣渦輪系統的圖4的實施方式的第一變型例；

圖4b示出了燃氣渦輪系統的圖4的實施方式的第二變型例；

圖5示出了根據本發明的用于航空器的燃氣渦輪的第五實施方式的示意圖；以及

圖6示出了根據本發明的用于航空器的燃氣渦輪的第六實施方式的示意圖。