热电联产系统技术方案

一种热电联产系统，包括：轴(4)；压缩器(6)，耦合到轴以压缩进气以形成压缩气体；同流换热器(10)，用于加热压缩气体以形成经加热压缩气体；燃烧器(12)，用于使燃料和经加热压缩气体燃烧以形成燃烧气体；涡轮(8)，耦合到轴以使燃烧气体膨胀以形成废气；负载(24)，耦合到轴；废气出口(18)，用于将废气排出到加热器，该加热器用于基于来自废气的热量来加热流体；同流换热器通道(28)，其提供废气从涡轮通过同流换热器流向废气出口的路径；以及旁路通道(22)，其提供废气从涡轮绕过同流换热器流向废气出口的路径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电联产系统
本技术涉及热电联产系统(combinedheatandpowersystems)领域。
技术介绍
热电联产(CHP)系统使用热机来同时产生电力(其可以例如用于发电或可以用于驱动机械系统)和有用的热量。例如，这可以允许将发电厂中产生的废热重新用于加热水或其他目的。另一个较小规模的示例可以是在家庭或营业场所内提供的CHP系统，该系统不仅可以燃烧燃料来加热空间或水，还可以将来自燃料的能量中的一部分转化为电。应当理解，CHP系统的许多其他应用是可能的。多种类型的热机可以用作CHP系统的基础，例如，燃气轮机、内燃机或燃料电池。
技术实现思路
至少一些示例提供了一种热电联产系统，包括：轴；压缩器，耦合到轴以压缩进气以形成压缩气体；同流换热器，用于加热压缩气体以形成经加热压缩气体；燃烧器，用于使燃料和经加热压缩气体燃烧以形成燃烧气体；涡轮，耦合到轴以使燃烧气体膨胀以形成废气；负载，耦合到轴；废气出口，用于将废气排出到加热器，该加热器用于基于来自废气的热量来加热流体；同流换热器通道，提供废气从涡轮通过同流换热器流向废气出口的路径；旁路通道，提供废气从涡轮绕过同流换热器流向废气出口的路径，其中：同流换热器、燃烧器壳体、涡轮壳体、废气出口、同流换热器通道和旁路通道形成固结材料的整体。至少一些示例提供了用于热电联产系统的部件，该部件包括：同流换热器，用于加热从压缩器接收到的压缩气体以形成经加热压缩气体；燃烧器壳体，用于容纳燃烧器，该燃烧器用于使燃料和经加热压缩气体燃烧以形成燃烧气体；涡轮壳体，用于容纳涡轮转子以形成涡轮，该涡轮用于使燃烧气体膨胀以形成废气；废气出口，用于将废气排出到加热器，该加热器用于基于来自废气的热量来加热流体；同流换热器通道，提供废气从涡轮通过同流换热器流向废气出口的路径；旁路通道，提供废气从涡轮绕过同流换热器流向加热器的路径，其中：同流换热器、燃烧器壳体、涡轮壳体、废气出口、同流换热器通道和旁路通道形成固结材料的整体。可以提供一种用于制造上述部件的方法，其中，通过增材制造来制造该部件。可以提供表示上述部件的设计的计算机可读数据结构。计算机可读存储介质可以存储该数据结构。该存储介质可以是非暂态存储介质。至少一些示例提供了一种计算机实现的方法，该方法用于生成表示热电联产系统的部件的电子设计文件；该方法包括：生成指定部件的电子设计文件，该部件包括：同流换热器，用于加热从压缩器接收到的压缩气体以形成经加热压缩气体；燃烧器壳体，用于容纳燃烧器，该燃烧器用于使燃料和经加热压缩气体燃烧以形成燃烧气体；涡轮壳体，用于容纳涡轮转子以形成涡轮，该涡轮用于使燃烧气体膨胀以形成废气；废气出口，用于将废气排出到加热器，该加热器用于基于来自废气的热量来加热流体；同流换热器通道，提供废气从涡轮通过同流换热器流向废气出口的路径；旁路通道，提供废气从涡轮绕过同流换热器流向加热器的路径，其中：同流换热器、燃烧器壳体、涡轮壳体、废气出口、同流换热器通道和旁路通道形成固结材料的整体。附图说明本技术的其他方面、特征和优点将从下面结合附图阅读的示例描述中变得显而易见，其中：图1示意性地示出了热电联产系统；图2示意性地示出了用于热电联产系统的部件。图3A、图3B和图4至图6示意性地示出了用于热电联产系统的部件的各种横截面；图7和图8示意性地示出了用于热电联产系统的部件和比率选择器的示例；图9示意性地示出了增材制造；和图10示出了使用增材制造产生部件的方法。具体实施方式在一些CHP系统中，燃气涡轮发动机可以用作发热和发电的基础。例如，CHP系统可包括轴、耦合到轴以压缩进气从而形成压缩气体的压缩器、用于加热压缩气体以形成经加热压缩气体的同流换热器、用于燃烧燃料和经加热压缩气体以形成燃烧气体(combustiongas)的燃烧器、以及耦合到轴以使燃烧气体膨胀以形成废气的涡轮。负载可以耦合到轴。负载可以是例如机械负载(例如，由涡轮驱动的凸轮、活塞或驱动轴)，或者可以是用于基于轴的旋转而生成电的发电机。因此，当在发电模式下使用时，燃烧器中燃料的燃烧驱动涡轮，从而使轴旋转，并且由此提供动力来驱动负载。CHP系统还具有废气出口，用于将废气从涡轮排出至用于基于来自废气的热量来加热流体的加热器。因此，在热量产生模式中，由燃料和经加热压缩气体的燃烧产生的废气中的热量可用于加热另一流体(例如，空气或水)，则这可用于提供有用的热量(例如，用于加热空间或建筑物内的供水或空气)。在一些操作模式中，CHP系统可以以同时生成热量/电能的二重热/电(dualheat/power)模式操作，但CHP系统也可以仅支持生成热量/电能之一的单操作模式。在典型的基于涡轮的CHP系统中，来自涡轮的所有废气将在到达通向加热器的废气出口之前被引导通过同流换热器。这意味着，一旦一些热量已经被用于加热来自压缩器的压缩气体以形成被供应到燃烧器的经加热压缩气体，则仅向加热器供应任何剩余的热量。通过利用废气中的热量来加热同流换热器内的压缩气体，可以提高燃烧器的效率，因为当供应到燃烧器中的压缩气体更热时，燃料可以更有效地燃烧。在以下讨论的技术中，CHP系统既有同流换热器通道又有旁路通道，该同流换热器通道提供废气从涡轮通过同流换热器流向废气出口的路径，旁路通道提供废气从涡轮绕过同流换热器流向废气出口的路径。因此，废气中的一部分可以根本不流经同流换热器，而是直接流向废气出口并流向加热器，而不用于加热同流换热器内的压缩气体。这似乎是反直觉的，因为绕过同流换热器可能降低燃烧器的燃烧效率。但是，专利技术人认识到，燃烧器的这种降低的效率可以换得在加热器处以更高效率加热流体。因此，提供附加的旁路通道使得CHP系统能够控制所产生的热量/电能之间的相对比率，从而提供更大的灵活性。例如，在一些应用中，可以在至少一些操作模式中优选地使发热的优先级高于发电，这在所有废气都通过同流换热器的情况下是不可能的。在一些示例中，可以静态地配置通过同流换热器通道和旁路通道的废气的量，使得在运行时不可改变废气中通过同流换热器通道的部分与废气中通过旁路通道的部分之间的比率。例如，当设计CHP系统时，可以选择同流换热器通道和旁路通道的相对尺寸，以提供期望的、废气中通过每个通道的相应部分之间的比率。如果期望产生较多的热量，则旁路通道可以相对于同流换热器通道制作得更大，而在较大部分的热量要被用于提高燃烧器效率其他系统中，旁路通道可以被配置为使废气总量的较小部分通过旁路通道。例如，可以改变旁路通道的入口的几何形状，以便相对于同流换热器通道提供通过旁路通道的不同流量。其他示例可以提供比率选择器，用于可变地调整废气中通过同流换热器通道的第一部分与废气中通过旁路通道的第二部分之间的比率。这允许用户根据其当前需求来调整由CHP系统分别产生的热量和电能。例如，如果在家庭中使用CHP系统来提供电力和热水，则在冬季，用户可能更倾向于将较大比例的能量用于在加热器处对水进行加热，而将较少的能量用于发电，而在夏季，则需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电联产系统，包括：/n轴；/n压缩器，耦合到所述轴以压缩进气以形成压缩气体；/n同流换热器，用于加热所述压缩气体以形成经加热压缩气体；/n燃烧器，用于使燃料和所述经加热压缩气体燃烧以形成燃烧气体；/n涡轮，耦合到所述轴以使所述燃烧气体膨胀以形成废气；/n负载，耦合到所述轴；/n废气出口，所述废气出口用于将所述废气排出到加热器，所述加热器用于基于来自所述废气的热量来加热流体；/n同流换热器通道，提供所述废气从所述涡轮通过所述同流换热器流向所述废气出口的路径；以及/n旁路通道，提供所述废气从所述涡轮绕过所述同流换热器流向所述废气出口的路径；其中：/n所述同流换热器、所述燃烧器的壳体、所述涡轮的壳体、所述废气出口、所述同流换热器通道和所述旁路通道形成固结材料的整体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180425 GB 1806745.41.一种热电联产系统，包括：
轴；
压缩器，耦合到所述轴以压缩进气以形成压缩气体；
同流换热器，用于加热所述压缩气体以形成经加热压缩气体；
燃烧器，用于使燃料和所述经加热压缩气体燃烧以形成燃烧气体；
涡轮，耦合到所述轴以使所述燃烧气体膨胀以形成废气；
负载，耦合到所述轴；
废气出口，所述废气出口用于将所述废气排出到加热器，所述加热器用于基于来自所述废气的热量来加热流体；
同流换热器通道，提供所述废气从所述涡轮通过所述同流换热器流向所述废气出口的路径；以及
旁路通道，提供所述废气从所述涡轮绕过所述同流换热器流向所述废气出口的路径；其中：
所述同流换热器、所述燃烧器的壳体、所述涡轮的壳体、所述废气出口、所述同流换热器通道和所述旁路通道形成固结材料的整体。


2.根据权利要求1所述的热电联产系统，包括比率选择器，用于可变地调整所述废气中通过所述同流换热器通道的第一部分和所述废气中通过所述旁路通道的第二部分之间的比率。


3.根据权利要求2所述的热电联产系统，其中，所述比率选择器被配置为支持所述第一部分和所述第二部分都为非零的至少一种操作模式。


4.根据权利要求2和3中任一项所述的热电联产系统，包括燃料供应控制器，所述燃料供应控制器被配置为：根据所述废气中通过所述旁路通道的所述第二部分来改变对所述燃烧器的燃料供应速率。


5.根据权利要求2至4中任一项所述的热电联产系统，其中，所述比率选择器包括可调整屏障，所述可调整屏障用于调整所述旁路通道的入口中被所述可调整屏障阻挡的部分。


6.根据权利要求5所述的热电联产系统，其中：
所述同流换热器包括环形热交换器，所述环形热交换器被布置在扩散器的出口周围的环形空间中，所述扩散器用于将所述废气从所述涡轮供应到所述同流换热器；
所述旁路通道包括环形旁路通道，所述环形旁路通道在所述同流换热器的下游围绕所述扩散器的出口延伸；
所述可调整屏障被配置为：移入和移出所述环形旁路通道的中心孔，以选择性地阻挡所述旁路通道的所述入口的一部分。


7.根据前述权利要求中任一项所述的热电联产系统，包括压缩器出口歧管，所述压缩器出口歧管用于将所述压缩气体从所述压缩器供应到所述同流换热器。


8.根据权利要求7所述的热电联产系统，其中，所述燃烧器包括环形燃烧器，所述环形燃烧器围绕所述涡轮和扩散器中的至少一者延伸，所述扩散器用于将所述废气从所述涡轮供应到所述同流换热器；并且
所述压缩器出口歧管包括围绕所述环形燃烧器延伸的环形通道。


9.根据权利要求7和8中任一项所述的热电联产系统，包括来自所述压缩器出口歧管的排放通道，所述排放通道用于沿所述涡轮的壳体和所述燃烧器的壳体中的至少一者引导所述压缩气体的一部分。


10.根据权利要求9所述的热电联产系统，包括多个喷嘴导向叶片，所述多个喷嘴导向叶片用于将所述燃烧气体从所述燃烧器引导至所述涡轮；
其中，所述排放通道包括延伸通过所述喷嘴导向叶片的一个或多个腔室。


11.根据权利要求9和10中任一项所述的热电联产系统，其中，所述排放通道被配置为：将所述压缩气体的所述部分通过所述燃烧器的所述壳体中的至少一个孔排出到所述燃烧器。


12.根据前述权利要求中任一项所述的热电联产系统，其中，所述加热器也是所述固结材料的整体的一部分。


13.根据权利要求12所述的热电联产系统，其中，所述同流换热器包括环形热交换器，所述环形热交换器被布置在围绕扩散器的出口的环形空间中，所述扩散器用于将所述废气从所述涡轮供应到所述同流换热器；并且
所述加热器包括围绕所述环形热交换器的周边布置的另外的环形热交换器。


14.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙·劳埃德·琼斯，
申请(专利权)人：希塔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB