TWI482903B - 燃氣渦輪機模組 - Google Patents

Description

燃氣渦輪機模組

本發明涉及一種燃氣渦輪機模組，尤指一種可增加燃燒效率的燃氣渦輪機模組。

一般油電混合動力車(Hybrid electric vehicle簡稱HEV)使用內燃機及電動機作為動力來源，其中內燃機是將液體燃料或是氣體燃料與空氣混合後，直接輸入機器內部產生熱能再轉化為機械能的一種熱機，內燃機具有體積小、質量小、便於移動、熱效率高、起動性能好的特點。目前運用在車輛的燃氣渦輪機是屬於熱機的一種發動機，其主要包括有壓縮機、燃燒室、渦輪等部分，首先由壓縮機將通過進氣口進入的新鮮空氣加壓成為高壓氣體，接著通過噴油嘴噴出燃油與高壓氣體混合，進入燃燒室燃燒形成高溫高壓氣體，然後以該高溫高壓氣體推動渦輪，將熱能轉換為機械能輸出，最後廢氣則由排氣口排出於大氣之中。這些自燃氣渦輪機排出的廢氣通常仍然屬於高溫高壓的氣體，排除於大氣之中形成另一種能源的浪費，因此仍然有被回收再利用。例如；復熱式循環燃氣渦輪機以渦卷器(Scroll)、收集器(Collector)以及引氣道等，收集渦輪排出的高溫廢氣使進入燃燒室的高壓氣體溫度增高，可以提昇機組的熱效率並減少燃料的消耗量。但是，復熱式循環燃氣渦輪機只是利用高溫高壓廢氣中的熱能部分，對於仍然存在於廢氣中的壓力能尚未有效運用。

有鑒於此，有必要提供可增加進氣壓力提升燃燒效率的一種燃氣渦輪機模組。

本發明提供一種燃氣渦輪機模組，其包括一燃氣渦輪以及一渦輪機。該燃氣渦輪包括一進氣口、一壓縮機、一燃燒室、一渦輪轉子以及一排氣口。該進氣口位於該壓縮機的前端，該壓縮機的後方設置該燃燒室，該燃燒室與該排氣口之間設置該渦輪轉子。該排氣口與該進氣口之間設置該渦輪機，該渦輪機具有同軸設置的一第一渦輪轉子及一第二渦輪轉子。

相較現有技術，本發明的燃氣渦輪機模組，通過在該排氣口與該進氣口之間設置的該渦輪機，使該燃氣渦輪運作所排出的廢氣流可驅動該渦輪機在該排氣口設置具有的該第一渦輪轉子旋轉，該渦輪轉子同軸設置的該第二渦輪轉子將隨著一併旋轉，而該第二渦輪轉子位於該進氣口處，可對該壓縮機的進氣增壓，提高該燃燒室的進氣量與進氣壓力，從而可以有效提高該燃氣渦輪機的燃燒效率。

下面將結合附圖對本發明作一個具體介紹。

請參閱圖1所示，為本發明燃氣渦輪機模組實施例的氣體流動示意圖，該渦輪機模組10，包括一燃氣渦輪12以及一渦輪機14。本實施例該燃氣渦輪12為復熱式循環燃氣渦輪機，該燃氣渦輪12除了包括一壓縮機122、一燃燒室124、一渦輪轉子126以外更具有一熱交換器128。該壓 縮機122產生的高壓氣體首先會經過該熱交換器128，使該高壓氣體的溫度提高後再送進該燃燒室124，該燃燒室124以該增溫的高壓氣體混合燃料後，燃燒生成的高溫高壓氣體則驅動該渦輪轉子126，用以使熱能轉化為機械能對外界作功。例如，以該渦輪轉子126驅動一發電機20，使該發電機20對油電混合動力車的電力驅動馬達的電池(圖中未標示)提供電力，或是使該渦輪轉子126直接驅動油電混合動力車的傳動系統以提供燃料驅動的動力，當然該渦輪轉子126也可以同時軸向帶動該壓縮機122對空氣進行加壓。驅動該渦輪轉子126後的廢氣仍然具有高溫高壓，因此可以回收導引至該熱交換器128內，以該廢氣的高溫對該壓縮機122產生的高壓氣體進行熱交換，使該壓縮機122產生的高壓氣體溫度提高，從而提高該氣體進入該燃燒室124的燃燒效率。通過該熱交換器128的該廢氣雖然經過熱交換而降溫但是仍然具有壓力，因而可以導引至該渦輪機14處，藉由該廢氣的壓力提供驅動該渦輪機14的動力，使該渦輪機14對該壓縮機122的進氣進行增壓。該渦輪機14的增壓運作將使更多的氣體同時進入該壓縮機122，並使該壓縮機122進入該燃燒室124的壓力更大，從而更多的空氣以及更高的壓力在該燃燒室124燃爆，將可更加提昇該燃氣渦輪12對外輸出的動力。該燃氣渦輪12也可以是單段式燃氣渦輪機，該單段式燃氣渦輪機不具有該熱交換器128設置，該壓縮機122產生的高壓氣體直接進入該燃燒室124，該燃燒室124爆燃產生的高溫高壓氣體驅動該渦輪轉子126後的廢氣就導向該渦輪機14，用以驅動該渦輪機14對該壓縮機122的進氣進行 增壓。

請再參閱圖2所示，為圖1燃氣渦輪機模組實施例的組合示意圖，該燃氣渦輪12設置在一機殼體120內，該機殼體120的同一側設置具有一進氣口121以及一排氣口123，該進氣口121位於該燃氣渦輪12的該壓縮機122前端，清淨的空氣可以由該進氣口121進入該壓縮機122進行空氣加壓的運作。該壓縮機122的後方設置該燃燒室124，使該壓縮機122加壓的空氣進入該燃燒室124與燃料混合並燃燒產生高溫高壓的氣體。該燃燒室124與該排氣口123之間設置該渦輪轉子126，使該渦輪轉子126被該燃燒室124產生的高溫高壓氣體驅動，該渦輪轉子126被驅動後的廢氣再由該排氣口123排出。該渦輪轉子126被驅動旋轉將帶動同軸連接的該壓縮機122以及一傳動軸125，該壓縮機122被帶動進行壓縮空氣的運作，該傳動軸125設置於該機殼體120外，被帶動進行對外界的作功。該排氣口123與該進氣口121之間設置該渦輪機14，該渦輪機14具有同軸設置的一第一渦輪轉子142及一第二渦輪轉子144。該第一渦輪轉子142位於該排氣口123處，該第二渦輪轉子144位於該進氣口121處。該第一渦輪轉子142受該排氣口123導出的該廢氣壓力作用產生旋轉的動力，該第一渦輪轉子142的旋轉動力驅動同軸設置的該第二渦輪轉子144旋轉運作。該第二渦輪轉子144的旋轉運作可在該進氣口121吸入更多的空氣，同時對進入該壓縮機122的空氣加壓。該第二渦輪轉子144在該進氣口121處的吸氣增壓，有助於該壓縮機122進入該燃燒室124的空 氣量與壓力，使該燃燒室124可以燃燒更完全、燃燒效率更高。相較於一般單段式燃氣渦輪機在進氣口以自然進氣進行的壓縮燃燒，本發明該燃氣渦輪12具有以該廢氣驅動的該渦輪機14進行增壓燃燒，顯然可以獲得更高的燃燒效能與輸出功率。本實施例該燃氣渦輪12為復熱式循環燃氣渦輪機，就是除了上述利用該廢氣的壓力外，同時要運用該廢氣的熱量。該燃氣渦輪12的該排氣口123與該渦輪轉子126之間進一步設置該熱交換器128，並將該熱交換器128的位置設置位於該壓縮機122與該燃燒室124之間(如圖中虛線所標示的位置)，使該熱交換器128可對進入該燃燒室124前的壓縮空氣進行熱交換，使進入該燃燒室124的空氣具有高溫、高壓及高飽和量，在燃燒時就能燃燒完全，提高燃燒效率產生更高的輸出功率。

本發明燃氣渦輪機模組，該燃氣渦輪12的該排氣口123與該進氣口121之間設置該渦輪機14，利用該排氣口123的該廢氣壓力驅動該渦輪機14，使該渦輪機14可在該進氣口121進行加壓進氣，從而該燃燒室124的進氣壓力可以被提昇，達到對該燃氣渦輪12的燃燒效率有效提高之功能。

應該指出，上述實施例僅為本發明的較佳實施方式，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化。這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

10‧‧‧渦輪機模組

12‧‧‧燃氣渦輪

121‧‧‧進氣口

122‧‧‧壓縮機

123‧‧‧排氣口

124‧‧‧燃燒室

125‧‧‧傳動軸

126‧‧‧渦輪轉子

128‧‧‧熱交換器

120‧‧‧機殼體

14‧‧‧渦輪機

142‧‧‧第一渦輪轉子

144‧‧‧第二渦輪轉子

20‧‧‧發電機

圖1是本發明燃氣渦輪機模組實施例的氣體流動示意圖。

圖2是圖1的燃氣渦輪機模組實施例的組合示意圖。

10‧‧‧渦輪機模組

12‧‧‧燃氣渦輪

121‧‧‧進氣口

122‧‧‧壓縮機

123‧‧‧排氣口

124‧‧‧燃燒室

125‧‧‧傳動軸

126‧‧‧渦輪轉子

128‧‧‧熱交換器

120‧‧‧機殼體

14‧‧‧渦輪機

142‧‧‧第一渦輪轉子

144‧‧‧第二渦輪轉子

Claims (10)

1. 一種燃氣渦輪機模組，其包括一燃氣渦輪以及一渦輪機，該燃氣渦輪包括一進氣口、一壓縮機、一燃燒室、一渦輪轉子以及一排氣口，該進氣口位於該壓縮機的前端，該壓縮機的後方設置該燃燒室，該燃燒室與該排氣口之間設置該渦輪轉子，該排氣口與該進氣口之間設置該渦輪機，該渦輪機具有同軸設置的一第一渦輪轉子及一第二渦輪轉子。
2. 如申請專利範圍第1項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該燃氣渦輪設置在一機殼體內，該機殼體的同一側設置該進氣口以及該排氣口。
3. 如申請專利範圍第2項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該渦輪轉子同軸連接該壓縮機以及一傳動軸，該傳動軸設置於該機殼體外。
4. 如申請專利範圍第3項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該渦輪轉子驅動一發電機，該發電機對油電混合動力車的電力驅動馬達的電池提供電力。
5. 如申請專利範圍第4項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該渦輪轉子驅動油電混合動力車的傳動系統以提供燃料驅動的動力。
6. 如申請專利範圍第1項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該第一渦輪轉子位於該排氣口處，該排氣口導出的廢氣壓力作用於該第一渦輪轉子。
7. 如申請專利範圍第1項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該第二渦輪轉子位於該進氣口處。
8. 如申請專利範圍第1項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該燃氣渦輪為單段式燃氣渦輪機。
9. 如申請專利範圍第1項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該燃氣渦輪為復熱式循環燃氣渦輪機，該排氣口與該渦輪轉子之間進一步設置一熱交換器。
10. 如申請專利範圍第9項所述的燃氣渦輪機模組，其中，該熱交換器位於該壓縮機與該燃燒室之間。