[發明專利]具有管狀同流換熱器的微型燃氣渦輪機設備

無效

• 申請號: 201380010341.0
• 申請日: 2013-02-19
• 公開（公告）號: CN104246177A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: P.貝格;F.諾伊曼;M.博恩;K-F.施勒德
• 申請（專利權）人: 巴布科克·博西格·施泰因米勒有限公司
• 主分類號: F02C7/08
• 分類號: F02C7/08;F28F3/02;F28F13/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李晨;胡斌

技術領域

本發明涉及具有管狀同流換熱器的微型燃氣渦輪機設備，該管狀同流換熱器用于從排氣流到空氣流的熱傳遞。

背景技術

微型燃氣渦輪機設備通常包括以下部件：

-?用于發電的發電機，

-?用于燃燒空氣的壓縮機，

-?燃燒室，

-?渦輪機，和

-?環形同流換熱器。

在這種情況中，考慮的是緊湊單元，其在大多數情況中是便攜的。微型燃氣渦輪機設備通常僅僅為兩到三米長，一到兩米寬以及一到兩米高。

微型燃氣渦輪機設備用于分散式功率供應，其中，所產生的電力低于250?kW。廢熱常常用于加熱的目的，例如用于加熱建筑物。

微型燃氣渦輪機設備在大多數情況中是單軸機器，其中，發電機、壓縮機和渦輪機布置在一個軸上。

在微型燃氣渦輪機設備中，空氣被壓縮機引導和壓縮。空氣在環形同流換熱器中被預加熱并且被供給到燃燒室。燃燒器布置在燃燒室中，燃燒器將燃料氣體與預加熱的空氣燃燒。微型燃氣渦輪機設備的渦輪機被來自燃燒室的熱排氣驅動。膨脹的排氣流經由同流換熱器被引導出來并且加熱空氣流。

緊湊便攜的微型燃氣渦輪機設備和具有固定安裝的燃氣渦輪機的大型發電站之間的相當明顯的區別在于環形同流換熱器的使用。環形同流換熱器通常具有空心圓筒設計并且圍住了一些部件。

同流換熱器是這樣的換熱器，其中，熱量從較熱的流體流傳遞到與其空間上間隔開的較冷的流體流，其中，兩個流體沒有混合。在微型燃氣渦輪機設備的同流換熱器中，燃燒空氣被渦輪機的熱排氣預加熱。

在WO02/39045A2中，描述了一種具有環形同流換熱器的微型燃氣渦輪機設備。渦輪機的熱排氣流經由軸向入口流入同流換熱器中并且經由位于相對側上的軸向出口流出同流換熱器。這種類型的排氣引導方式帶來的結果是，失去了熱傳遞的可能性。這對于微型燃氣渦輪機設備的效率具有負面影響。而且，排氣流的該引導方式需要微型燃氣渦輪機設備的重要的結構性特征。在WO02/39045A2中描述了一種微型燃氣渦輪機設備，其中，同流換熱器被固定安裝在殼體內并且無法在不引起較大損失的情況下更換。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有環形同流換熱器的微型燃氣渦輪機設備，其中，排氣流和空氣流之間的熱傳遞得到了優化。這有助于提高效率。單獨的部件能夠被容易地訪問，以便于維護操作。而且，微型燃氣渦輪機設備易于安裝并且生產起來便宜。還確保了可靠的操作。

根據本發明，通過使排氣流經由徑向入口流入同流換熱器并且經由徑向出口流出同流換熱器來實現該目的。

術語軸向和徑向是方向標示，其涉及旋轉軸線作為參照系。在微型燃氣渦輪機設備的情況中，該旋轉軸線由軸形成。

在本發明的特別有利的實施例中，排氣流經由徑向入口流入同流換熱器并且經由徑向出口流出同流換熱器。

因此，與常規的微型燃氣渦輪機設備相比，排氣流的流入和流出不是經由軸向入口和出口而是經由徑向入口和出口進行的。所得到的是這樣的結構，其中，同流換熱器能夠被容易地訪問以便于維護操作，因為排氣入口和出口不會在同流換熱器的軸向端部處形成障礙。而且，該新型結構的微型燃氣渦輪機設備易于安裝，從而生產起來便宜。這種排氣引導方式帶來的結果是，實現了微型燃氣渦輪機設備的良好熱傳遞和較高效率。

環形同流換熱器優選地具有空心圓筒形幾何結構。其在軸向方向延伸并且圍住微型燃氣渦輪機設備的其它部件。已經證明了如果同流換熱器至少部分地圍住而且優選地完全圍住燃燒室，則是特別有利的。在這種情況中，其特別地是環形燃燒器。

徑向入口和徑向出口優選地布置在同流換熱器的彼此軸向相對的側面上。以這種方式，排氣流首先沿軸向方向流過整個同流換熱器，然后排氣流再離開同流換熱器。較長的滯留時間帶來的結果是，兩個流體流之間的熱交換得以改善。

在本發明的有利實施例中，同流換熱器具有內和/或外殼體表面。它們優選地是封閉的圓柱形殼體表面。在這種情況中，已經證明了如果這些由金屬或合金形成，則是有利的。內殼體表面優選地以軸向居中的方式布置在外殼體表面內。

在本發明的變體中，內殼體表面和/或外殼體表面具有開口，該開口形成用于排氣流的徑向入口和/或徑向出口。在這種情況中，例如通過沖壓、鉆孔或切割在原本封閉的圓柱形殼體表面中引入例如縫槽形和/或圓形開口。