[发明专利]用于产生能量、特别是电能的模块化涡轮、特别是具有热交换器的涡轮

说明书

本发明涉及一种用于产生能量、特别是电能的涡轮、特别是具有热交换器的涡轮，该涡轮包括具有至少一个气体压缩器(14)的至少一个压缩级(12)、包括压缩气体入口集流管(60)的叉流式热交换器(16)、压缩气体出口集流管(62)、过热压缩气体入口集流管(64)、冷却膨胀气体出口集流管(66)、燃烧室(18)、具有通过轴杆(24)连接至压缩器的至少一个膨胀涡轮(22)的至少一个膨胀级(20)以及能量产生装置(26)。根据本发明，压缩气体出口集流管(62)包括燃烧室(18)。

本发明涉及一种用于产生能量、特别是电能的涡轮、特别是具有包括热交换器的热力循环的涡轮。

本发明更具体地涉及一种具有换热器的微型涡轮，用于由液体或气体燃料发电。

一般地，微型涡轮是指通常小于200kW的小功率涡轮。

如示出现有技术涡轮的图1中最佳地示出的，该涡轮10包括借助至少一个气体压缩器14实现的至少一个压缩级12、热交换器16(或换热器)、燃烧室18(或燃烧器)、具有通过轴杆24连接至压缩器的至少一个膨胀涡轮22的至少一个膨胀级20。该涡轮还包括产生能量、在该示例中为电能的装置，该装置包括发动机26，有利地，发电机26在压缩器与涡轮之间布置在轴杆24上。

当然且如图中以虚线示出的，该发电机可替代地通过连接涡轮与压缩器的轴杆之外的轴杆而连接至膨胀涡轮。

优选地，热交换器16是叉流式交换器，例如是外壳管道类型或是交替板类型，且具有两个入口和两个出口。

压缩器14包括用于含有氧气的新鲜空气的入口28以及压缩气体出口30，在该示例中，外部空气一般处于环境温度，压缩气体出口30经由管道34通向交换器16的压缩气体入口32。该交换器的热压缩气体出口36通过管线38连接至燃烧室18的热压缩气体进气口40。该燃烧室还包括燃料入口42，燃料入口42通过管道44连接至槽罐(未示出)，以将燃料引入该燃烧室中。燃烧室的过热压缩气体出口46通过管线48连接至膨胀涡轮的入口50、膨胀涡轮的出口52通过过热膨胀气体管道56连接至交换器的另一入口54。交换器16还包括用于冷却膨胀气体的出口58，该冷却膨胀气体被引向任何排放和处理装置，比如烟囱(未示出)。

虽然该涡轮设计是令人满意的，但仍存在一些并非可忽略的缺陷。

具体地，为确保令人满意的电效率，交换器在尺寸方面存在显著问题，这是由于，根据交换器中采用的技术，其体积可能10倍地增加。

一般地，最广泛用于该类型交换器的技术是叉流板式交换器技术，其中，一般使用0.3至0.2mm厚等级的非常薄的板来减小这种交换器的体积。

然而，相比于涡轮的其他部件，交换器的体积仍较大。于是产生了要在机载应用中遵守对集成的严格限制的问题。

本发明通过一种涡轮的特定部件的模块化设计且更具体是通过燃烧室和交换器组合在一起形成单个部件而使得可能获得紧凑的设计的事实使得可能克服前述缺陷。

该设计因此使得可能大幅减小涡轮的体积并获得与现有技术相比30至40％级别的体积节省。

其还使得可能通过减小尤其是在交换器与燃烧室之间的压降和部件数量来提升循环的性能并减小总体成本。

为此，本发明涉及一种用于产生能量、特别是电能的涡轮、特别是具有热交换器的涡轮，该涡轮包括具有至少一个气体压缩器的至少一个压缩级、包括压缩气体入口集流管的叉流式热交换器、压缩气体出口集流管、过热压缩气体入口集流管、冷却膨胀气体出口集流管、燃烧室、具有通过轴杆连接至压缩器的至少一个膨胀涡轮的至少一个膨胀级、以及用于产生能量的装置，其特征在于，所述压缩气体出口集流管包括燃烧室。

压缩气体出口集流管的壁可形成燃烧室的壳体。

压缩气体出口集流管可在其一端处被燃烧室的支承注射器的隔板封闭。

出口集流管可支承用于附连至膨胀涡轮的基部。