CN210952453U - 原表面回热器换热芯 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种原表面回热器换热芯，包括若干换热单元，所述的换热单元设置若干组，每两组换热单元交错设置，两组换热单元之间形成燃气通道；所述换热单元由两层原表面换热层交错设置而成，两组原表面换热层之间形成冷气通道；所述原表面换热层由若干菱形槽组合而成，换热单元包括第一原表面换热层及第二原表面换热层，所述第一原表面换热层的顶面设置燃气下壁面换热面，所述冷气通道与燃气通道相互垂直设置，在冷气通道及燃气通道的两侧设置密封件将通道两侧予以密封。本实用新型集成度高、质量轻；两层菱形槽形状的金属薄板紧密叠放，固定点多、强度较高、热变形小、可靠性高，有利于提高回热器使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于能源动力领域，涉及到微型燃气轮机回热器结构设计。
背景技术
随着微型燃气轮机( Micro Gas Turbine ) 的应用越来越广泛的受到关注。采用高效燃气轮机为动力建立分布式独立热、电、冷三联供系统的能源岛发电，具有清洁、高效、高度集成和灵活以及没有网络投资和损耗等特点，能源岛是不需联网的,不仅适用于机场、重要机关、军事基地和偏远地区等独立的用户。
作为微型燃气轮机的关键部件之一，回热器研究成为微型燃气轮机研制的重要组成部分，当采用回热器时，仅其发电部分的效率目前已接近30%。微型燃气轮机对回热器的要求是：高传热效率、低压力损失，体积和重量小，能够进行自动化大量生产。
原表面回热器是一种质量较轻、紧凑度较高的新型回热器结构，原表面回热器的所有换热面都是一次传热面，强化传热效果优于采用二次传热面的板翅式回热器。原表面回热器制造上采用激光自动焊接，比板翅式回热器采用的钎焊工艺更适合自动化大批量生产。
目前广泛应用的回热器换热效率偏低，回热度大大降低了微型燃气轮机的综合性能。本实用新型原表面回热器由倾斜角度不同的波纹板上下叠置而成，板与板之间形成点接触。本实用新型集成度高、质量轻；两层菱形槽形状的金属薄板紧密叠放，固定点多、强度较高、热变形小、可靠性高，换热面积大，换热效率高有利于提高回热器使用寿命及综合性能。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种微型燃气轮机原表面回热器的换热芯，能够增大原表面回热器的换热面，增强冷热流体的扰动，提高换热效果，以提高微型燃机工作效率。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种原表面回热器换热芯，包括若干换热单元，所述的换热单元设置若干组，每两组换热单元交错设置，两组换热单元之间形成燃气通道；
所述换热单元由两层原表面换热层交错设置而成，两组原表面换热层之间形成冷气通道；
所述原表面换热层由若干菱形槽组合而成，所述菱形槽顶部向下设置，菱形槽的边缘相互连接成为整体。
换热芯的长度L为10~1000mm，宽度∆R为10~1000mm。
所述换热单元设置100-500组，换热单元包括第一原表面换热层及第二原表面换热层，所述第一原表面换热层的顶面设置燃气下壁面换热面，第一原表面换热层的底面设置冷气上壁面换热面；所述第二原表面换热层的顶面设置冷气下壁面换热面，第二原表面换热层的底面设置燃气上壁面换热面；冷气上壁面换热面与冷气下壁面换热面相对设置形成冷气通道，燃气上壁面换热面与燃气下壁面换热面相对设置形成燃气通道；所述冷气通道与燃气通道相互垂直设置，在冷气通道及燃气通道的两侧设置密封件将通道两侧予以密封。
冷气通道上下层间距D1为0~10mm，燃气通道上下层间距D2为0~10mm。
菱形槽长对角线L1为1~200mm；菱形槽短对角线L2为1~100mm；菱形槽下锥角高h为1~10mm；菱形槽厚度
为0.05~10mm。
本实用新型的技术优势在于：（1）原表面回热器集成度高、质量轻，适合于微型燃气轮机的小尺寸特点。（2）两层菱形凹槽形状的金属薄板紧密叠放，固定点多、强度较高、热变形小、可靠性高，有利于提高回热器使用寿命。（3）菱形凹槽形状的交错排布，增大了回热器实际换热壁面面积，提高了换热通道流体的均匀性；增强了通道内回转涡强度，增大了冷热流体的扰动和换热效果，有利于提高原表面回热器的回热度。
附图说明
图1是本实用新型的微型燃气轮机原表面回热器结构示意图；
图2是本实用新型的菱形槽的俯视图；
图3是本实用新型的菱形槽的前视图；
图4是本实用新型的菱形槽回热器换热单元结构示意图；
图5是本实用新型的菱形槽回热器换热单元冷热气流流动结构示意图；
图6是燃气轮机工作过程示意图。
附图标记说明如下：
1冷气下壁面换热面；2冷气上壁面换热面；3燃气下壁面换热面；4燃气上壁面换热面。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐述本实用新型。
微型燃气轮机通过回热器实现燃气与冷气之间的热交换，提高微型燃机效率。具体地说，空气从压气机流出至回热器加热，从回热器流出至燃烧室前端进口，而后进入燃烧室进行燃烧；燃气从微型燃机燃烧室流出至回热器热端进口，经过回热器换热后流出微型燃气轮机。
本实用新型要求保护的是微型燃气轮机的回热器所使用的的换热芯，具体的说，其包括若干换热单元，所述的换热单元设置若干组，每两组换热单元交错设置，两组换热单元之间形成燃气通道；
所述换热单元由两层原表面换热层交错设置而成，两组原表面换热层之间形成冷气通道；
所述原表面换热层由若干菱形槽组合而成，所述菱形槽顶部向下设置，菱形槽的边缘相互连接成为整体。
本实用新型中，换热芯的长度L为10~1000mm，宽度∆R为10~1000mm。
优选的，所述换热单元设置100-500组，换热单元包括第一原表面换热层及第二原表面换热层，所述第一原表面换热层的顶面设置燃气下壁面换热面3，第一原表面换热层的底面设置冷气上壁面换热面2；所述第二原表面换热层的顶面设置冷气下壁面换热面1，第二原表面换热层的底面设置燃气上壁面换热面4；冷气上壁面换热面2与冷气下壁面换热面1相对设置形成冷气通道，燃气上壁面换热面4与燃气下壁面换热面3相对设置形成燃气通道。
所述冷气通道与燃气通道相互垂直设置，在冷气通道及燃气通道的两侧设置密封件将通道两侧予以密封，这样可以保证温度较高的燃气与温度较低的空气更充分的换热，且不会出现混合。
本实用新型中，冷气通道上下层间距D1为0~10mm，燃气通道上下层间距D2为0~10mm，菱形槽长对角线L1为1~200mm；菱形槽短对角线L2为1~100mm；菱形槽下锥角高h为1~10mm；菱形槽厚度
为0.05~10mm。
本实用新型的回热器设计思路及流动结构形成了冷气上端换热层结构（燃气下端换热层）和冷气下端换热层结构（燃气上端换热层），具体冷热流体流动结构如下：冷气C从压气机流入微型燃气轮机回热器。冷气C从回热器冷气进口流入冷通道，与冷气下壁面换热面1及冷气上壁面换热面2进行对流换热。由于冷气上端菱形槽换热层的作用，冷气C被分成三部分，一部分继续向前向上流动，另外两部分为向右侧流动的冷气A和向左侧流动的冷气B。向前流动的冷气C又流入右侧菱形槽成为冷气E；冷气E与冷气A混合，汇集成冷气D流出换热单元，冷气D流入燃气轮机燃烧室内进行燃烧。冷气C经过菱形槽结构的阻挡，均匀分布在回热器表面1、2上，增大了实际换热面积；冷气经历了诸多的爬坡过程，形成的回转涡有利于增强换热效果。燃气G从燃气轮机涡轮出口流出，燃气G进入回热器燃气通道，与冷气下壁面换热面3及冷气上壁面换热面4进行对流换热。由于菱形槽锥角的作用，燃气G被拆分成三部分，一部分继续向前，其他两部分为燃气H和燃气F继续沿着锥角绕流，燃气H和燃气F在燃气通道出口汇集流出燃气轮机外部。下面通过一些具体的例子来详细说明。
实施案例1
换热芯的长度L为70mm；微型燃机回热器沿周向布置，回热器宽度∆R为50mm，换热单元设置100组。冷气通道间距D1=1.8mm。燃气通道间距D2=1mm。菱形槽下锥角高h=0.9mm，菱形槽厚度
=0.2mm。
实施案例2
换热芯长度L为100mm；微型燃机回热器沿周向布置，回热器宽度∆R为50mm。换热单元设置100组。冷气通道间距D1=1.6mm。燃气通道间距D2=1mm。菱形槽径向间距P=2.8mm；菱形槽展向间距W=0.8mm。菱形槽长对角线L1=5.6mm；短对角线L2为1.6mm；菱形槽下锥角高h=0.8mm，菱形槽厚度
=0.1mm。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种原表面回热器换热芯，包括若干换热单元，所述的换热单元设置若干组，其特征在于：每两组换热单元交错设置，两组换热单元之间形成燃气通道；
所述换热单元由两层原表面换热层交错设置而成，两组原表面换热层之间形成冷气通道；
所述原表面换热层由若干菱形槽组合而成，所述菱形槽顶部向下设置，菱形槽的边缘相互连接成为整体。
2.根据权利要求1所述的原表面回热器换热芯，其特征在于：换热芯的长度L为10~1000mm，宽度∆R为10~1000mm。
3.根据权利要求1所述的原表面回热器换热芯，其特征在于：所述换热单元设置100-500组，换热单元包括第一原表面换热层及第二原表面换热层，所述第一原表面换热层的顶面设置燃气下壁面换热面，第一原表面换热层的底面设置冷气上壁面换热面；所述第二原表面换热层的顶面设置冷气下壁面换热面，第二原表面换热层的底面设置燃气上壁面换热面；冷气上壁面换热面与冷气下壁面换热面相对设置形成冷气通道，燃气上壁面换热面与燃气下壁面换热面相对设置形成燃气通道；所述冷气通道与燃气通道相互垂直设置，在冷气通道及燃气通道的两侧设置密封件将通道两侧予以密封。
4.根据权利要求1所述的原表面回热器换热芯，其特征在于：冷气通道上下层间距D1为0~10mm，燃气通道上下层间距D2为0~10mm。
5.根据权利要求1所述的原表面回热器换热芯，其特征在于：菱形槽长对角线L1为1~200mm；菱形槽短对角线L2为1~100mm；菱形槽下锥角高h为1~10mm；菱形槽厚度
为0.05~10mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201921377194.1U CN210952453U (zh) | 2019-08-23 | 2019-08-23 | 原表面回热器换热芯 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201921377194.1U CN210952453U (zh) | 2019-08-23 | 2019-08-23 | 原表面回热器换热芯 |
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Family
ID=71379450
Family Applications (1)
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| CN201921377194.1U Active CN210952453U (zh) | 2019-08-23 | 2019-08-23 | 原表面回热器换热芯 |
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| CN (1) | CN210952453U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110567299A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-12-13 | 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 | 原表面回热器换热芯 |
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2019
- 2019-08-23 CN CN201921377194.1U patent/CN210952453U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN110567299A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-12-13 | 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 | 原表面回热器换热芯 |
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