[发明专利]具有管状同流换热器的微型燃气涡轮机设备

说明书

技术领域

本发明涉及具有管状同流换热器的微型燃气涡轮机设备，该管状同流换热器用于从排气流到空气流的热传递。

背景技术

微型燃气涡轮机设备通常包括以下部件：

- 用于发电的发电机，

- 用于燃烧空气的压缩机，

- 燃烧室，

- 涡轮机，和

- 环形同流换热器。

在这种情况中，考虑的是紧凑单元，其在大多数情况中是便携的。微型燃气涡轮机设备通常仅仅为两到三米长，一到两米宽以及一到两米高。

微型燃气涡轮机设备用于分散式功率供应，其中，所产生的电力低于250 kW。废热常常用于加热的目的，例如用于加热建筑物。

微型燃气涡轮机设备在大多数情况中是单轴机器，其中，发电机、压缩机和涡轮机布置在一个轴上。

在微型燃气涡轮机设备中，空气被压缩机引导和压缩。空气在环形同流换热器中被预加热并且被供给到燃烧室。燃烧器布置在燃烧室中，燃烧器将燃料气体与预加热的空气燃烧。微型燃气涡轮机设备的涡轮机被来自燃烧室的热排气驱动。膨胀的排气流经由同流换热器被引导出来并且加热空气流。

紧凑便携的微型燃气涡轮机设备和具有固定安装的燃气涡轮机的大型发电站之间的相当明显的区别在于环形同流换热器的使用。环形同流换热器通常具有空心圆筒设计并且围住了一些部件。

同流换热器是这样的换热器，其中，热量从较热的流体流传递到与其空间上间隔开的较冷的流体流，其中，两个流体没有混合。在微型燃气涡轮机设备的同流换热器中，燃烧空气被涡轮机的热排气预加热。

在WO02/39045A2中，描述了一种具有环形同流换热器的微型燃气涡轮机设备。涡轮机的热排气流经由轴向入口流入同流换热器中并且经由位于相对侧上的轴向出口流出同流换热器。这种类型的排气引导方式带来的结果是，失去了热传递的可能性。这对于微型燃气涡轮机设备的效率具有负面影响。而且，排气流的该引导方式需要微型燃气涡轮机设备的重要的结构性特征。在WO02/39045A2中描述了一种微型燃气涡轮机设备，其中，同流换热器被固定安装在壳体内并且无法在不引起较大损失的情况下更换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有环形同流换热器的微型燃气涡轮机设备，其中，排气流和空气流之间的热传递得到了优化。这有助于提高效率。单独的部件能够被容易地访问，以便于维护操作。而且，微型燃气涡轮机设备易于安装并且生产起来便宜。还确保了可靠的操作。

根据本发明，通过使排气流经由径向入口流入同流换热器并且经由径向出口流出同流换热器来实现该目的。

术语轴向和径向是方向标示，其涉及旋转轴线作为参照系。在微型燃气涡轮机设备的情况中，该旋转轴线由轴形成。

在本发明的特别有利的实施例中，排气流经由径向入口流入同流换热器并且经由径向出口流出同流换热器。

因此，与常规的微型燃气涡轮机设备相比，排气流的流入和流出不是经由轴向入口和出口而是经由径向入口和出口进行的。所得到的是这样的结构，其中，同流换热器能够被容易地访问以便于维护操作，因为排气入口和出口不会在同流换热器的轴向端部处形成障碍。而且，该新型结构的微型燃气涡轮机设备易于安装，从而生产起来便宜。这种排气引导方式带来的结果是，实现了微型燃气涡轮机设备的良好热传递和较高效率。

环形同流换热器优选地具有空心圆筒形几何结构。其在轴向方向延伸并且围住微型燃气涡轮机设备的其它部件。已经证明了如果同流换热器至少部分地围住而且优选地完全围住燃烧室，则是特别有利的。在这种情况中，其特别地是环形燃烧器。

径向入口和径向出口优选地布置在同流换热器的彼此轴向相对的侧面上。以这种方式，排气流首先沿轴向方向流过整个同流换热器，然后排气流再离开同流换热器。较长的滞留时间带来的结果是，两个流体流之间的热交换得以改善。

在本发明的有利实施例中，同流换热器具有内和/或外壳体表面。它们优选地是封闭的圆柱形壳体表面。在这种情况中，已经证明了如果这些由金属或合金形成，则是有利的。内壳体表面优选地以轴向居中的方式布置在外壳体表面内。

在本发明的变体中，内壳体表面和/或外壳体表面具有开口，该开口形成用于排气流的径向入口和/或径向出口。在这种情况中，例如通过冲压、钻孔或切割在原本封闭的圆柱形壳体表面中引入例如缝槽形和/或圆形开口。