[发明专利]微型燃气轮机及原表面回热器

说明书

本发明提供了一种原表面回热器，包括多个沿周向层叠布置的换热芯体，换热芯体包括位于中部的矩形波纹区和位于矩形波纹区两侧的第一弧形侧边踏平区和第二弧形侧边踏平区。冷流体导流区内设置有连接换热芯体的内圈边缘至矩形波纹区的弧形导流薄片，弧形导流薄片设置有沿换热芯体的径向至其轴向的导流弧面；热流体导流区内设置有沿换热芯体的轴向布置的平直导流薄片。设置弧形导流薄片，将径向通入的冷流体沿径向均匀分布后再通入矩形波纹区进行热交换。弧形导流薄片设置沿换热芯体的径向至轴向过渡的导流弧面，使得冷流体压降均匀，提高换热效果。本发明还提供了一种微型燃气轮机。

技术领域

本发明涉及微型燃气轮机技术领域，更具体地说，涉及一种微型燃气轮机及原表面回热器。

背景技术

全球化石能源储备的不断减少向能源的高效利用提出更高的要求。若不对传统热力机械、热电厂或工业废排气等废弃热能进行二次利用，将造成巨大的能源损耗。在追求新能源利用的同时，提高传统能源的利用率也成为一种势在必行的目标。

例如，微型燃气轮机作为能源岛供能系统的核心部分，近些年来得到了长足发展，能源岛采用高效能微型燃气轮机作为动力，当采用回热器时，仅发电效率就可达到30％。回热器作为微型燃气轮机的核心部件之一，主要作用是利用向心涡轮排出的高温燃气加热离心压气机排出的高压低温空气，以此来提高燃烧室入口空气温度，有效利用余热，从而提高微型燃气轮机整体的热效率。

原表面回热器由若干换热芯体沿周向焊接组成，单位换热芯体由两块波纹板、若干封条和导流板焊接组成。波纹板由薄平板模压出波纹后再进行二次冲压，使其形成中心矩形波纹区以及周围踏平区。两块波纹板之间的间隙形成空气流通通道，踏平区之间的间隙安放导流板，不同芯体之间相邻波纹板的间隙形成燃气流通通道，踏平区之间的间隙安放导流板。为了增强换热，在流体流向方向也存在波纹，增加了流体间的掺混，诱导产生分离和旋涡，大大增强了换热能力。

但是，目前的原表面回热器也存在很多问题。使用CW波纹板(cross corrugated，交叉波纹板，波纹板冲压成型后的表面形式)时，冷热侧流体流通截面面积可分为相等与不相等两种。回热器在微型燃气轮机中使用时，由于高压低温空气与低压高温燃气的物性差异很大，在流量一致的前提下，若采用相等流通截面面积设计，冷热两侧流体的流动速度可相差数倍，导致换热恶化，且高温燃气的压降很大。即采用不相等流通截面面积设计比较合理，但目前并没有统一合理的设计准则，有人提出利用冷热侧流体压比确定面积比，但忽略了温度的重要影响，并不是十分合理。

由于空气流动需要由径向转为轴向，采用导流结构十分必要。但是目前导流结构均设计成三角形板状，且导流方向与侧边平齐，呈直线形式，导致流体从导流区进入换热区时，需要急转过很大角度，容易在入口处诱导分离，堵塞流道，增加压降，同时导致换热恶化。

其次，回热器的换热功能由波纹区就可实现，导流区仅仅起到导流作用，采用导流板设计为回热器增加了不必要的重量。由于微型燃气轮机回热器流通通道的当量直径一般为1mm左右，所以不合理的导流板设计极易堵塞流道，恶化矩形波纹区换热效果，得不偿失。

因此，如何优化原表面回热器的性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种原表面回热器，以优化原表面回热器的性能；本发明还提供了一种微型燃气轮机。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种原表面回热器，包括多个沿周向层叠布置的换热芯体，所述换热芯体包括位于中部的矩形波纹区和位于所述矩形波纹区两侧的第一弧形侧边踏平区和第二弧形侧边踏平区；

所述第一弧形侧边踏平区的第一侧设置有对冷流体进行导流的冷流体导流区，其第二侧设置有对热流体进行导流的热流体导流区；