设计为限制由其产生的热损耗的微型燃气轮机制造技术

当环境空气温度较低时，微型燃气轮机(1)的热输出和热效率降低。为了补偿热效率的损失，微型燃气轮机(1)配备有阀机构(13)，借助该阀机构，特别是通过调节从微型燃气轮机(1)的机壳(14)和/或排气口(8)流向压缩机(2)的入口侧的热气体的供应，可以影响和优化微型燃气轮机(1)的运行。

A micro gas turbine designed to limit the heat loss generated by it

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设计为限制由其产生的热损耗的微型燃气轮机
本专利技术涉及一种微型燃气轮机，该微型燃气轮机包括被设计成吸入并加压气体的压缩机、被设计成吸入来自压缩机的加压后的气体并基于燃料燃烧而产生热气体的燃烧室(combustor，燃烧器)、被设计成吸入并膨胀由燃烧室产生的热气体的涡轮机(turbine，蜗轮)、机械联接到涡轮机并被设计成基于机械动力(mechanicalpower，机械能)产生电力(electricpower，电能)的发电机、以及被设计成控制微型燃气轮机的运行的控制器。
技术介绍
本专利技术属于燃气轮机领域，特别是微型燃气轮机领域。微型燃气轮机的一个可能应用是热电联产(CHP)，这并不改变其它应用也是可行的这一事实。举一个示例，微型燃气轮机和/或基于微型燃气轮机的CHP系统可以用来代替大型住宅、办公室、工厂、学校、商店等中的常规锅炉，举另一个例子，或者可以用于混合动力汽车，以扩大这种车辆的范围。一般来说，微型燃气轮机以可靠性高、维护要求低、噪音水平低以及电效率高、重量轻、排放低而闻名。微型燃气轮机通常包括压缩机、燃烧室和涡轮机。在微型燃气轮机运行期间，环境空气被吸入并由压缩机加压。压缩空气(compressedair)被提供给基于燃料燃烧而产生热气体的燃烧室。在微型燃气轮机中，通常有一种特殊类型的热交换器，称为同流换热器(recuperator)，在这种情况下，该同流换热器的作用是在将空气提供给燃烧室之前对其进行预热。热的加压后的气体从燃烧室中被提供给涡轮机，在该涡轮机中使加压后的气体膨胀，从而为压缩机和机械联接到涡轮机的发电机提供机械动力。发电机的机械动力用于产生电力，作为来自微型燃气轮机的第一种输出。为了将电力输送到电力网络(electricpowergrid)，微型燃气轮机配备了合适的电网变换器(gridconverter)。如上所述，可以使膨胀后的气体(即来自涡轮机的废气)流过同流换热器，在这种情况下，在将空气提供给燃烧器之前，来自废气的热量用于预热由压缩机压缩的空气。此外，微型燃气轮机可以包括气-液热交换器，在这种情况下，例如可以使用气-液热交换器来加热水，使得从微型燃气轮机获得热水作为第二类型的输出。作为替代方案，如果在建筑中使用强制空气加热，就像北美经常发生的情况一样，来自空气加热系统的环境空气可以通过使用空气处理器进行加热。鉴于微型燃气轮机作为微型CHP系统的实际应用，微型燃气轮机的总效率(即电效率和热效率的结合)，是微型燃气轮机的一个重要特性，在任何情况下都应尽可能地保持较高的效率。在微型燃气轮机的设计过程中，考虑一定的电力运行输出值。在实际情况中，例如可以通过考虑电网逆变器(gridinverter)处的最大允许电流值或者考虑微型燃气轮机的一个或多个部件的另一种运行限制来选择这样的运行输出值。在任何情况下，微型燃气轮机的设计都是考虑到运行输出值来进行优化的。这意味着，为了在微型燃气轮机的实际运行期间实现最高的整体效率，优选地确保微型燃气轮机处于实际实现电力的运行输出值的模式。如果压缩机吸入相对较冷的环境空气，微型燃气轮机的电力和/或电效率会增加，而微型燃气轮机的热功率和/或热效率会降低。根据压缩冷空气比压缩温度较高的空气需要更少的能量这一普遍事实，可以理解第一种效应。此外，在压缩机、涡轮机和发电机的组件(以下将称为旋转组件)的较低旋转速度下实现电力的运行输出值，由此减少了微型燃气轮机中使用的空气体积并且需要较少的加热能量。基于微型燃气轮机的入口气体与出口气体的温度之间的差值较大，从而增加了通过微型燃气轮机的废气损失的热能的事实，可以理解第二种效应。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种对吸入相对较冷的环境空气带来的热效率和/或热功率的降低效应进行补偿的方式。该目的是通过前面所述的包括压缩机、燃烧室、涡轮机、发电机和控制器的微型燃气轮机来实现的，该控制器被配置为重复执行一过程，该过程包括以下步骤：除了环境空气之外，允许在微型燃气轮机的运行期间获得的热气体流向压缩机，检查与微型燃气轮机的输出电力有关的实际值，并且当发现与输出电力有关的实际值低于预定的运行值时，驱动微型燃气轮机以提高涡轮机和发电机的旋转速度，直到实现与输出电力相关的预定的运行值，从而增加每次重复该过程时允许热气体流向压缩机的程度，并且只要涡轮机和发电机的旋转速度低于预定的最大值就执行该过程。根据本专利技术，将微型燃气轮机运行期间获得的热气体用于提高微型燃气轮机的热效率和/或热功率输出。事实是，在微型燃气轮机运行期间可以利用热气体，并且热气体的总量中的至少一部分可以用于使压缩机的入口气体温度升高的目的。此外，检查与微型燃气轮机的输出电力相关的实际值(例如输出电流的实际值或电效率的实际值)是否低于预定的运行值。如果是这种情况，则实现涡轮机和发电机的旋转速度的增加。通过提高压缩机吸入的气体的温度，实现了电力水平和/或电效率的降低，这允许提高旋转组件的旋转速度，直至达到与输出电力相关的预定的运行值的时刻。只要旋转组件的旋转速度不是预定的最大值(不是机械最大值，而是考虑到最佳总效率的最大值)，就执行实现向压缩机供应热气体的过程，其中采取以下步骤，其中将在该过程中使用的热气体的量增加到一定程度。因此，作为过程的每个新步骤的结果，实现了压缩机入口气体的温度升高，其中在旋转组件的较高旋转速度下实现了与输出电力相关的预定的运行值，并且随着输出到环境的热能的减少而提高了热效率。控制器还被配置为一旦涡轮机和发电机的旋转速度已经达到预定的最大值，就重复执行随后的过程，特别是包括以下步骤的过程：检查与微型燃气轮机的输出电力相关的实际值，并且当发现与输出电力相关的实际值低于预定的运行值时，减小允许热气体流向压缩机的程度，直至达到与输出电力相关的预定的运行值。因此，在微型燃气轮机的运行涉及旋转组件以最大速度旋转的情况下，通过减少对压缩机的热气体供应来维持与微型燃气轮机的输出电力相关的预定的运行值。由于功率控制不能再通过改变旋转组件的旋转速度来实现，因而为此目的改变了对压缩机的热气体供应。控制过程的期望结果保持不变，即运行微型燃气轮机，使得旋转组件的旋转速度和输出电力等于或尽可能接近如前所述微型燃气轮机的设计被优化到的值。与旋转组件的旋转速度还未处于预定最大值的情况一样，可以在连续的几轮中执行与输出电力相关的实际值相对于预定的运行值的检查，使得可以在逼近与输出电力相关的预定的运行值的过程中实现对压缩机的热气体供应的逐步减少，并且在这种情况下可以将热损耗保持在最小水平。如果控制器被配置成以预定时间间隔来执行检查与输出电力相关的实际值的重复步骤，则是实际可行的。此外，如果微型燃气轮机包括与到压缩机的入口通道相关联的阀机构(valvemechanism，气门机构)，则实际可行的是，该阀机构可由控制器控制，以打开压缩机的通向在微型燃气轮机运行期间获得的热气体的入口通道。如上所述，在微型燃气轮机运行期间可以利用热气体。根据第一可行选项，假设微型燃气轮机还包括被设计成通过向机壳(cabinet，机柜)的内部供应空气来实现对机壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型燃气轮机(1)，包括：/n-压缩机(2)，被设计为吸入并加压气体；/n-燃烧室(3)，被设计为吸入来自所述压缩机(2)的加压后的气体并基于燃料燃烧而产生热气体；/n-涡轮机(4)，被设计为吸入并膨胀由所述燃烧室(3)产生的热气体；/n-发电机(5)，机械联接至所述涡轮机(4)并且被设计为基于机械动力而产生电力；以及/n-控制器(11)，被设计为控制所述微型燃气轮机(1)的运行，所述控制器(11)被配置为重复执行一个过程，所述过程包括以下步骤：除了环境空气之外，还允许在所述微型燃气轮机(1)的运行期间获得的热气体流向所述压缩机(2)，检查与所述微型燃气轮机(1)的输出电力有关的实际值，并且当发现与输出电力有关的所述实际值低于预定的运行值时，驱动所述微型燃气轮机(1)以提高所述涡轮机(4)和所述发电机(5)的旋转速度，直到达到与输出电力相关的所述预定的运行值，从而增加每次重复该过程时允许热气体流向所述压缩机(2)的程度，并且只要所述涡轮机(4)和所述发电机(5)的旋转速度低于预定的最大值就执行所述过程。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171120 NL 20199401.一种微型燃气轮机(1)，包括：
-压缩机(2)，被设计为吸入并加压气体；
-燃烧室(3)，被设计为吸入来自所述压缩机(2)的加压后的气体并基于燃料燃烧而产生热气体；
-涡轮机(4)，被设计为吸入并膨胀由所述燃烧室(3)产生的热气体；
-发电机(5)，机械联接至所述涡轮机(4)并且被设计为基于机械动力而产生电力；以及
-控制器(11)，被设计为控制所述微型燃气轮机(1)的运行，所述控制器(11)被配置为重复执行一个过程，所述过程包括以下步骤：除了环境空气之外，还允许在所述微型燃气轮机(1)的运行期间获得的热气体流向所述压缩机(2)，检查与所述微型燃气轮机(1)的输出电力有关的实际值，并且当发现与输出电力有关的所述实际值低于预定的运行值时，驱动所述微型燃气轮机(1)以提高所述涡轮机(4)和所述发电机(5)的旋转速度，直到达到与输出电力相关的所述预定的运行值，从而增加每次重复该过程时允许热气体流向所述压缩机(2)的程度，并且只要所述涡轮机(4)和所述发电机(5)的旋转速度低于预定的最大值就执行所述过程。


2.根据权利要求1所述的微型燃气轮机(1)，其中，所述控制器(11)还被配置为一旦所述涡轮机(4)和所述发电机(5)的旋转速度已经达到所述预定的最大值，就重复执行随后的过程，特别是包括以下步骤的过程：检查与所述微型燃气轮机(1)的输出电力相关的实际值，并且当发现与输出电力相关的所述实际值低于所述预定的运行值时，减小允许热气体流向所述压缩机(2)的程度，直到达到与输出电力相关的所述预定的运行值。


3.根据权利要求1或2所述的微型燃气轮机(1)，其中，所述控制器(11)被配置成以预定时间间隔来执行检查与输出电力相关的实际值的重复步骤。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的微型燃气轮机(1)，包括阀机构(13)，所述阀机构与通向所述压缩机(2)的入口通道相关联，所述阀机构(13)能够由所述控制器(11)控制，以打开所述压缩机(2)的通向在所述微型燃气轮机(1)的运行期间获得的热气体的入口通道。


5.根据权利要求4所述的微型燃气轮机(1)，包括机壳(14)，所述机壳至少容纳所述压缩机(2)、所述燃烧室(3)和所述涡轮机(4)，所述微型燃气轮机还包括吹扫机构(15)，所述吹扫机构被设计为通过向所述机壳的内部提供空气来实现对所述机壳的内部的吹扫，其中，所述阀机构(13)能够由所述控制器(11)控制，以打开所述压缩机(2)的通向所述机壳的内部的所述入口通道，从而使所述压缩机(2)能够吸入由所述吹扫机构(15)供应到所述机壳的内部的空气。


6.根据权利要求5所述的微型燃气轮机(1)，其中，所述吹扫机构(15)包括被设计成在所述机壳(14)中产生空气流的通风机构(16)。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的微型燃气轮机(1)，其中，所述阀机构(13)能够由所述控制器(11)控制，以打开所述压缩机(2)的通向与所述涡轮机(4)相关联的排气口(8)的所述入口通道，从而使所述压缩机(2)能够吸入来自所述涡轮机(4)的废气。


8.根据从属于权利要求5或6的权利要求7所述的微型燃气轮机(1)，其中，所述阀机构(13)包括阀(18)和具有三个连接区的连接件(17)，所述压缩机(2)通过所述阀(18)连接到所述连接件的其中一个连接区，所述排气口(8)连接到所述连接件的另一个连接区，而所述机壳(14)连接到所述连接件(17)的又一个连接区。


9.根据权利要求8所述的微型燃气轮机(1)，其中，所述连接件(17)是Y形的，并且包括两个分叉腿(17a、17b)和一个主腿(17c)，所述压缩机(2)通过所述阀(18)连接到所述连接件(17)的分叉腿(17a、17b)中的一个，所述排气口(8)连接到所述连接件(17)的分叉腿(17a、17b)中的另一个，并且所述机壳(14)连接到所述连接件(17)的主腿(17c)。


10.根据权利要求1-9中任一项所述的微型燃气轮机(1)，还包括电网变换器(10)，所述电网变换器被设计为将所述微型燃气轮机(1)在其运行期间产生的电力输出到电力网络。


11.根据权利要求10所述的微型燃气轮机(1)，其中，...

【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，M·奥斯特维恩，M·德拉特，I·杜切夫，
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