[實用新型]管式高溫燃料電池耦合的離心式微小型燃氣輪機

有效

• 申請號: 201220610989.4
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN202946244U
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 田原宇;喬英云;劉峰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: F02C3/08
• 分類號: F02C3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.技術領域

本實用新型涉及燃氣輪機技術領域，特別地，涉及微小型燃氣輪機結構。?

2.背景技術

微型燃氣輪機是一類新近發展起來的小型熱力發動機，其單機功率范圍為25～300kW，基本技術特征是采用徑流式葉輪機械（向心式透平和離心式壓氣機）以及回熱循環。據認為,微型燃氣輪機發電技術有可能掀起“電源小型分散化”的技術革新熱潮,從而成為21世紀能源技術的主流。?

先進微型燃氣輪機具有多臺集成擴容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振動、低維修率、可遙控和診斷等一系列先進技術特征，除了分布式發電外，還可用于備用電站、熱電聯產、并網發電、尖峰負荷發電等，是提供清潔、可靠、高質量、多用途、小型分布式發電及熱電聯供的最佳方式，無論對中心城市還是遠郊農村甚至邊遠地區均能適用。此外，微型燃氣輪機在民用交通運輸（混合動力汽車）以及軍車以及陸海邊防方面均具有優勢，受到美、俄等軍事大國的關注，因此，從國家安全看發展微型燃氣輪機也是非常重要的。?

目前大多數燃氣輪機的設計結構是由飛機噴氣發動機的直接演變，透平室、燃燒室、離心壓氣機、發電機等成軸向臥式布置，對中心軸的耐溫性和加工和使用的垂直度要求苛刻，需要由旋轉部分、軸承、密封件、潤滑油系統和尖端的電子控制設備組成的復雜裝置。由于在技術上的復雜，使大多數用戶都得依靠原設備制造廠家來完成維修、大修和進行先進的維護保養。由于同軸排列的燃燒室的高溫高速燃氣還需要經過固定的渦輪葉輪導向變為旋轉氣流帶動透平渦輪做功，需要消耗能量，另外用于發電的燃氣輪機在空間布置上不像飛機噴氣發動機那樣要求緊湊。?

高溫燃料電池具有燃料適應性廣、能量轉換效率高、全固態、模塊化組裝、零污染等優點，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質氣等多種碳氫燃料，在大型集中供電、中型分電和小型家用熱電聯供等民用領域作為固定電站。管式SOFC具有高機械強度、高抗熱沖擊性能、簡化的密封技術、高模塊化集成性能等特點,是最接近商業化的SOFC發電技術。但目前高溫燃料電池燃料燃燒不完全，排煙溫度過高，亟待綜合利用。?

因此依據流體特性，將管式高溫燃料電池組和微小型燃氣輪機耦合，開發高效、結構簡單、成本低、制造和裝配容易、維修和更換費用較低、便于移動的高溫燃料電池組和微小型燃氣輪機復合結構，通過電化學反應將燃料中的化學能直接轉換為電能和高溫煙氣輪機發電梯級組合、熱電聯供實現能量的高效利用是未來分布式能源亟待解決難題之一。?

3.發明內容

本實用新型的目的就是為了克服現有微小型燃氣輪機結構技術存在的不足而提供一種管式高溫燃料電池耦合的離心式微小型燃氣輪機，無需流向轉化，直接利用高速燃氣動能，效率高、結構簡單、成本低，制造和裝配容易，維修和更換費用較低，便于移動的燃氣輪機結構。?

本實用新型的技術方案：?

本實用新型提供管式高溫燃料電池耦合的離心式微小型燃氣輪機，由轉動軸、離心式渦輪、透平室、燃盡室、管狀高溫燃料電池組、軸承Ⅰ、離心壓氣機、高速永磁電機、軸承Ⅱ、板式回熱器、板式換熱器和變頻系統組成。沿轉動軸依次向后排列透平室、離心壓氣機和高速永磁電機；透平室內裝離心式渦輪，固定在轉動軸上，透平室采用軸承Ⅰ定位；透平室前部依次設置板式回熱器和板式換熱器，沿透平室圓周切線方向均勻布置燃盡室，燃盡室入口為管狀高溫燃料電池組；離心壓氣機出口與板式回熱器入口通過管道相連，管狀高溫燃料電池組入口和板式回熱器出口通過管道相連，燃盡室出口正對離心式渦輪；離心壓氣機和高速永磁電機中間位置的轉動軸通過軸承Ⅱ懸掛和定位，高速永磁電機和管狀高溫燃料電池組連接變頻系統，熱量利用合理、結構簡單、成本低，制造和裝配容易，維修和更換費用較低，便于移動。?

轉動軸為立式布置或水平布置。?

離心式渦輪和離心壓氣機為單級或多級。?

燃盡室沿透平室圓周切線方向均勻布置，與透平室軸向方向垂直，個數為偶數。?

軸承1和軸承Ⅱ為滑動軸承、滾動軸承、空氣軸承和磁懸浮軸承中的一種。?

板式回熱器和板式換熱器為螺旋板式換熱器、平板式換熱器和板翅式換熱器中的一種。?

4.附圖說明

圖1是本實用新型的管式高溫燃料電池耦合的離心式微小型燃氣輪機結構示意圖。?

附圖的圖面說明如下：1.轉動軸、2.離心式渦輪、3.透平室、4.燃盡室、5.離心壓氣機、6.高速永磁電機、7.軸承Ⅱ、8.板式回熱器、9.板式換熱器、10.變頻系統、11、軸承Ⅰ、12.管狀高溫燃料電池組?