包括一组单元体的热交换器制造技术

一种适合用作微型燃气轮机中的同流换热器的热交换器(101)，包括一组(11)单元体(20)。每个单元体(20)包括一对(21)相互间隔开的板(22，23)和包含热交换元件的多个层，这些热交换元件布置在板(22，23)的外表面处以及板(22，23)之间。包括热交换元件的每个层优选包括结合多个元件的至少一个独立的空间部件(51)。热交换器(101)的供给集管(30)和排放集管(40)都优选由位于该组(11)单元体(20)的位置处的仅两个部件(31，33；41，43)组成。用于补偿热膨胀效应的装置同样为不复杂的设计，并且可以包括供给导管(26)的波纹管状的管部分(27)。

Heat exchanger including a set of units

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括一组单元体的热交换器
首先，本专利技术涉及一种用在热交换器中的单元体(cell，单元)，包括一对相互间隔开的板，该对板被构造和布置成(特别在两板的彼此面对的两个内表面之间)限定该单元体的内部流体流路，以及(特别在两板的彼此远离的两个外表面处)限定单元体的外部流体流路，其中除了内部流体流路的至少一个入口和至少一个出口所在的位置之外，这些板沿着其外周彼此连接，并且其中多个热交换元件布置在每个流体流路中。第二，本专利技术涉及一种热交换器，该热交换器包括一组(一摞)如上所述的单元体和封装该组单元体的壳体。第三，本专利技术涉及一种微型燃气轮机(gasturbine，燃气涡轮)，包括压缩机、涡轮、燃烧室和如上所述的热交换器，压缩机被设计用以将气体吸入并加压，燃烧室被设计用以从压缩机吸入加压的气体并基于燃料燃烧来产生热气体，涡轮被设计用以吸入由燃烧室产生的热气体并使其膨胀，而热交换器被配置和布置成用以通过允许加压的气体与从涡轮获得的膨胀气体进行热交换，从而在加压的气体被供给到燃烧室之前将加压的气体预热。
技术介绍
本专利技术尤其适用于燃气轮机领域，特别是微型燃气轮机。微型燃气轮机的尺寸(规格)可以设计成例如产生高达30kW的电能，或者高达100kW的电能。微型燃气轮机的一个可能应用是热电联产(CombinedHeat&Power)的应用，这并不改变其他应用同样可行这一事实。举一例而言，微型燃气轮机和/或基于微型燃气轮机的热电联产系统可以用来代替在大型住宅、办公室、工厂、学校、商店等之中的传统锅炉，或者另举一例，其可以用在混合动力电动车辆中以便扩展这种车辆的范围。一般来说，微型燃气轮机以高可靠性、低维护需求和低噪音水平、以及高效率、低重量和低排放而闻名。微型燃气轮机通常包括压缩机、涡轮以及称为同流换热器(recuperator，)的特定类型的热交换器。在微型燃气轮机运行期间，环境空气被注入压缩机中并被加压。压缩空气被输送到同流换热器并在该处被预热。接着，预热后的空气被供给到燃烧室，以增加更多的热量，进而获得达到所需温度水平的热气体，并输出此热气体，该热量由燃料燃烧产生。热的加压气体被供给到涡轮并在该处膨胀，从而为压缩机和联接到涡轮的发电机提供机械动力。发电机的机械功率被转换成电能，其为微型燃气轮机的第一类型的输出。如上所述，仍处于高温的膨胀气体从涡轮输送到同流换热器，用以预热被压缩机压缩的进入空气。流过同流换热器后仍存在于气体中的余热在气-液热交换器中被转移到水中，从而获得热水，其为微型燃气轮机的第二类型的输出。作为替代方案，如果在建筑物中使用强制空气加热(这在北美是常见的情况)，则来自空气加热系统的环境空气可以通过使用空气处理器来加热。微型燃气轮机中使用的同流换热器是一种气-气热交换器。众所周知的是，鉴于同流换热器需要能够在苛刻环境下运行，包括高温、高温度梯度、加压的进入空气与废气之间的高压差以及高的启动-停止速率，因此这种同流换热器难以设计和制造。为了确保微型燃气轮机的最佳运行，由同流换热器协助的热交换过程的效率需要很高，超过80％，甚至约90％。此外，同流换热器中的压力损失应保持为较低，优选低于5％，因为压力损失涉及通过涡轮的膨胀比的降低，这对于功率输出是不利的。为了符合这些严格的规范，需要在热交换器内实现最佳流量分配，而允许最大的可用表面积来有助于热交换。WO2006/072789A1公开了一种热交换器，在其一个可行的实施例中，该热交换器是用于燃气轮机的同流换热器。在该热交换器中，第一集管(管)布置成用于第一流体的流入，第二集管(管)布置成用于第一流体在热交换器中被加热后的流出。热交换器的本体由一组相互间隔开的、大致呈矩形的板组成，其布置在第一流体的流入集管与流出集管之间，且(板的)相对边缘分别面向集管。这些板被布置成间隔开的多个对，除了用于第一流体的流入和流出的管道之外，这些(板)对均围绕它们的边缘被密封，以便提供相应的密封单元。这些成对的板也相互间隔开，在它们之间具有间隔，该间隔构成用于第二流体的流体流路，该第二流体因此流过这些板对的外侧。流入集管的内侧通过相应的柔性弯曲管道与相应的板对的内侧连通。类似地，流出集管的内侧通过相应的柔性弯曲管道与相应的板对的内侧连通。每对板在其上布置有多个销，这些销具有增大热交换表面的功能。这些销既桥接间隔开的板，又延伸到板对之间的间隔中。在热交换器的制造过程中，板和销之间的连接通过激光焊接进行，其中每个销固定到两个板之一上。鉴于热交换器可能包括成千上万个销，这是一个非常费力的过程。此外，制作弯曲管道并将它们连接在集管与板对之间是一种密集的(intensive，高强度的)过程。这些集管由连接到相应板对的多个部段组成。因此，热交换器的制造过程包括通过将这些部段组叠并使其经过诸如焊接等连接动作来组装集管的步骤。在微型燃气轮机中使用同流换热器会使微型燃气轮机效率的显著提高。然而，由于其复杂的设计和相关的费工的制造过程，同流换热器是微型燃气轮机的非常昂贵的部件，这在很大程度上决定了微型燃气轮机的生产成本。本专利技术的一个目的是对适合用作微型燃气轮机中的同流换热器的热交换器的设计进行简化，该目的是通过对单元体的设计(可能还包括热交换器的其他部件的设计)进行简化而实现的，优选不会造成诸如效率降低或可靠性降低等不利影响。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术提供了一种用在热交换器中的单元体，其包括相互间隔开的一对板，所述一对板被构造和布置成特别在彼此面对的所述板的两个内表面之间限定单元体的内部流体流路，且特别在彼此背离的所述板的两个外表面处限定单元体的外部流体流路，其中除了进出内部流体流路的至少一个入口和至少一个出口所在的位置之外，所述板沿着其外周彼此连接，并且其中在每个流体流路中布置多个热交换元件，所述单元体包括从至少一个入口延伸到内部流体流路的至少一个供给导管，所述至少一个供给导管具有至少一个柔性部分，所述至少一个柔性部分在所述至少一个供给导管延伸的方向上是可压缩和可膨胀的。根据本专利技术的单元体的一个显著特征是，该单元体的至少一个供给导管，即被布置用于提供通向内部流体流路的入口并且为此目的而与该内部流体流路的入口相关联的导管，其具有至少一个柔性部分，特别是在所述至少一个供给导管延伸的方向上为可压缩和可膨胀的至少一个柔性部分。例如，至少一个供给导管的至少一个柔性部分可以被设计成包括波纹管状的管部分。以这种方式，可以省略复杂的设计特征(例如从WO2006/072789A1已知的柔性弯曲管)，同时保持设计补偿热膨胀效应的能力。它甚至可以使得仅在单元体的一侧具有灵活性就足够了。在这种情况下，如在单元体相对较冷的一侧实现灵活性则是优选的，因为在该侧的部件可能的材料和形状的选择性是最大的，而在另一侧，由于较高的温度要求而使选择受到限制。此外，至少一个供给导管可以包括喷嘴管部分，该喷嘴管部分在至少一个入口到内部流体流路的方向上分叉(diverge)。这种喷嘴管部分不需要复杂的设计，并且例如可以只是部分扁平的管部分。在根据本专利技术的单元体的一实际实施例中，流体流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于热交换器(101)中的单元体(20)，所述单元体包括一对(21)相互间隔开的板(22，23)，该对板被构造和布置成尤其在所述板(22，23)的彼此面对的两个内表面之间限定所述单元体(20)的内部流体流路、以及尤其在所述板(22，23)的彼此背离的两个外表面(22a，23a)处限定所述单元体(20)的外部流体流路，其中，除了进出所述内部流体流路的至少一个入口(24)和至少一个出口(25)所在的位置之外，所述板(22，23)沿着其外周彼此连接，并且其中在每个流体流路中布置有多个热交换元件(50)，所述单元体(20)包括从所述至少一个入口(24)延伸到所述内部流体流路的至少一个供给导管(26)，所述至少一个供给导管(26)具有至少一个柔性部分(27)，所述至少一个柔性部分在所述至少一个供给导管(26)的延伸方向上是能压缩和能膨胀的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171024 NL 20197921.用于热交换器(101)中的单元体(20)，所述单元体包括一对(21)相互间隔开的板(22，23)，该对板被构造和布置成尤其在所述板(22，23)的彼此面对的两个内表面之间限定所述单元体(20)的内部流体流路、以及尤其在所述板(22，23)的彼此背离的两个外表面(22a，23a)处限定所述单元体(20)的外部流体流路，其中，除了进出所述内部流体流路的至少一个入口(24)和至少一个出口(25)所在的位置之外，所述板(22，23)沿着其外周彼此连接，并且其中在每个流体流路中布置有多个热交换元件(50)，所述单元体(20)包括从所述至少一个入口(24)延伸到所述内部流体流路的至少一个供给导管(26)，所述至少一个供给导管(26)具有至少一个柔性部分(27)，所述至少一个柔性部分在所述至少一个供给导管(26)的延伸方向上是能压缩和能膨胀的。


2.根据权利要求1所述的单元体(20)，其中，所述至少一个供给导管(26)的所述至少一个柔性部分(27)包括波纹管状的管部分(27)。


3.根据权利要求1或2所述的单元体(20)，其中，所述至少一个供给导管(26)包括喷嘴管部分(28)，所述喷嘴管部分在所述至少一个入口(24)至所述内部流体流路的方向上分叉。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的单元体(20)，其中，流体流路的所述多个热交换元件(50)由至少一个独立的空间部件(51)限定，所述空间部件(51)结合所述多个热交换元件(50)的至少一部分，并且至少连接到所述板(22，23)中的一个邻近的板。


5.根据权利要求4所述的单元体(20)，包括至少一个独立的空间部件(51)，所述至少一个独立的空间部件位于所述内部流体流路中并且连接到两个所述板(22，23)。


6.根据权利要求4或5所述的单元体(20)，包括至少一个独立的空间部件(51)，所述空间部件包括卷绕成线圈的线材、金属丝网、薄片、百叶窗、长形肋和金属泡沫中的一种。


7.根据权利要求6所述的单元体(20)，包括多个独立的空间部件(51)，所述空间部件包括卷绕成线圈的线材，所述空间部件(51)以基本平行的配置结构并排延伸。


8.热交换器(101)，包括一组(11)根据权利要求1-7中任一项所述的单元体(20)以及封装该组(11)单元体(20)的壳体(10)。


9.根据权利要求8所述的热交换器(101)，包括用于排放来自相应的单元体(20)的内部流体流路的流体的排放集管(40)，所述排放集管(40)包括设置有多个开槽式排放开口(42)的连接板(41)，所述连接板(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·科尔尼洛夫，保卢斯·马里亚·斯梅茨，L·维巴克尔，
申请(专利权)人：麦科罗特迈尼科技有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL