蒸发式双工逆热交换器制造技术

一种双工交换器，其包括第一热交换器和第二热交换器（２４、２６），每一热交换器包括主流道（２８、３２）和配合使用的逆热流道（３０、３４）。第一逆热流道与第一主流道连接以便接收被冷却的主流体流（１８）。该第二逆热流道也与第一主流道连接，以便使得该主流体流分流。蒸发用冷却剂喷射到该第一逆热流道中，并且蒸发用饱和液喷射到第二逆热流道中。来自该初始为热的主流体流的热量在第一热交换器中使得在第一逆热流道中该冷却剂蒸发，以便使得第一主流道中的主流体流自冷却。来自被引导流经第二主流道的副流体流（２０）的热量在第二逆热流道中使得该饱和液蒸发，以便增加引导流经其中的主流体流的质量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及燃气涡轮机的发电，尤其涉及其中的热交换器。
技术介绍
在燃气涡轮机发动机中，环境空气在压缩机中加压并与燃料在燃烧室中混合以便产生热的燃烧气体。能量在涡轮机中从燃烧气体中获取，该涡轮机通过连接到压缩机上的轴从而向压缩机提供能量。输出能量从向压缩机供能的同一涡轮机获取，或从设置在其下游的低压涡轮机获取。在典型的应用中，输出轴的能量可用于驱动发电机。涡轮机系统的效率在较大程度上基于空气的高效压缩，另外还基于用于产生燃烧气体的与燃料混合的空气的高效燃烧，由涡轮机从燃烧中获取能量。从压缩机排出的空气由于其压缩热因而较热，并且在进入燃烧室时具有相应的温度、压力、和密度。各种形式的热交换器在涡轮机领域是已知的。在一个示例中，已知作为热回收器使用的热交换器利用热的燃烧气体以便在用于燃烧室之前进一步加热被压缩的空气。以这种方式，来自涡轮机的其它废热再次引入到涡轮机循环中。另外，已知的是将蒸气喷射到燃烧气体中，以便增加其质量流量，从而增加涡轮机循环的总效率。然而，热回收器和蒸气喷射需要相应的设备，并且这增加了涡轮机系统的复杂性和成本。在热交换器的独立发展中，蒸发式冷却可用于可冷却在空气的湿球温度之下的空气并且在改进的冷却循环中达到其露点温度。该Maisotsenko循环披露在不同专利中以不同结构中，其中包括美国专利5453223、6497107、和6581402。对于该循环的其它信息可以在网站www.idalextechnologies.com上获得。因此，希望例如通过使用Maisotsenko循环的另一改进以便在涡轮机循环中改进热交换器的性能。专利技术内容一种双工交换器，其包括第一热交换器和第二热交换器，每一热交换器包括主流道和配合使用的逆热流道。第一逆热流道与第一主流道连接以便接收被冷却的主流体流。该第二逆热流道也与第一主流道连接，以便使得该主流体流分流。蒸发用冷却剂喷射到该第一逆热流道中，并且蒸发用饱和液喷射到第二逆热流道中。来自该初始为热的主流体流的热量在第一热交换器中使得在第一逆热流道中该冷却剂蒸发，以便使得第一主流道中的主流体流自冷却。来自被引导流经第二主流道的热的副流体流的热量在第二逆热流道中使得该饱和液蒸发，以便增加引导流经其中的主流体流的质量。附图说明图1是涡轮机循环系统中的分流逆流式双工热交换器饱和器的示意图。图2是依据用于高压应用场合的壳管式结构的由图1所示的双工热交换器饱和器的示意图。图3是图2所示的沿线3-3截取的下部热交换器的截面图。图4是图2所示的双工热交换器的翅片管的立体图。图5是代替实施例的包括两个热交换器的单壳式双工热交换器饱和器的示意图。图6是依据另一实施例的图1所示的饱和器的管板结构的局部截面图。图7是图6所示的沿线6-6截取的饱和器的截面图。图8是依据另一实施例的图1所示的饱和器的波纹板结构的局部截面图。图9是图8所示的沿线9-9截取的饱和器的截面图。图10是图8所示的沿线10-10截取的板式饱和器的一部分的截面图。具体实施例方式图1示意性地示出了燃气涡轮机10，其包括串联流动连通的多级压缩机12、燃烧室14、和涡轮机16，它们可具有任何常规的结构。环境空气18在工作中在压缩机中加压，并且在燃烧室内与燃料混合，以便产生向下游流向涡轮机的热的燃烧气体。在涡轮机的转子叶片中从燃烧气体中可获取能量，转子叶片支承在与轴连接的转子盘上，通过轴可与压缩机转子叶片连接以便向其供能，输出功率可从高压涡轮机获得，或在另一常规结构中从设置在其下游的且安装在独立的(未示出的)驱动轴上的低压涡轮机获得输出功率。输出功率可以用于任何适当的用途，例如在典型的发电系统中向(未示出的)发电机供能。如上所述，如图1所示的涡轮机系统的效率部分地基于环境空气18的压缩的效率、在燃烧室中空气和燃料的燃烧的效率、另外还部分地基于在涡轮机中从燃烧气体获取能量的效率。提高如图1所示的涡轮机系统的总效率的一种方式是使得从压缩机排出的加压空气18的质量增加，以便增加引导经过涡轮机的燃烧气体20的质量流量。图1示意性地示出了蒸发式双工逆热交换器或热交换设备22，其构造称加湿器或饱和器，以便与涡轮机系统的部件一起使用，在工作中高效地将附加质量引入到压缩机排出气体18中。更具体地说，双工热交换器是包括第一或主热交换器24和与其一起使用的第二或副热交换器26的部件的组件。第一热交换器包括第一主流道28，其用于从与其适当连接的压缩机接收示例形式为热的加压空气18的主气流。该第一热交换器还包括与第一主流道38流体连通的第一逆热流道(counterheat channel)30。相应的是，第二热交换器26包括第二主流道32，其用于从与其适当连接的涡轮机16接收示例形式为热的燃烧气体20的副流体流。该第二热交换器还包括与第一热交换器流体连通的第二逆热流道34。第一和第二逆热流道以任何适当的方式构造成便于引导流动，该流动与在相应的第一和第二主流道内引导的主流动相反或逆流，以便在它们之间进行热交换。因此，通常通过以常规方式沿与主流动相反的任何适当的方向引导逆流来实现逆热(counterheat)，并且通常是以蛇形方式相对于其呈倾斜的，其中具有相应量的侧向交叉流。在其它实施例中，逆热可仅通过侧向交叉流或通过其它形式的逆流引入。在工作中用于将蒸发用流体38喷射到第一逆热流道30中的装置36设置在双工热交换器中。该喷射装置可具有任何常规形式，以便适当地将蒸发用流体喷射或分配或喷雾或芯吸到逆热流道中，以便与其中的主气流共同作用，这将在以下进行详细描述。在图1所示的示例应用中，可通过在其中引入水蒸气来增加加压空气18的质量，并且因此对于这种用途该蒸发用流体38可以简单为水，以便以任何常规方式进行喷射。然而，双工热交换器可以用于其它各种应用场合，其中需要进行流体的冷却，或者需要以不同的量使得一种流体进入另一流体的饱和，并且因此蒸发用流体可以具有任何适当的形式，其中包括对于与涡轮机循环相关的特定示例的石油液体或柴油燃料，也可使用其它的蒸发用流体。通过适当连接以使第二逆热流道34与第一主流道28的排出端流体连通，从而使这两个热交换器彼此配合使用。以这种方式，初始为热的主流体流18在第一主流道28内开始自冷却并且随后输送到在第二热交换器中的第二逆热流道34的入口端。喷射装置36还设置呈用于将附图标记38表示的公用蒸发用流体或饱和液喷射到第二逆热流道34中，其方式与用于将蒸发用流体或冷却剂喷射到第一逆热流道中的方式相似。因为同一主流体流18被引导经过逆热流道30、34，所以在这两个热交换器中可使用相同的蒸发用流体38，以便用于相似的用途即在各阶段提供主流体流的蒸发冷却，以及在优选实施例中在各阶段中使其加湿和饱和以便在主流体流中达到完全饱和。这两个热交换器在结构和工作上是相似的，其均包括用于引导主流体流和副流体流从其经过的主流道和逆热流道。主流体流18在第一主流道38的排出端处分支，其中具有被引导到第二逆热流道34的入口端的第一部分(优选为主要部分)和被引导到第一逆热流道30的入口端的主流体流分流的第二部分(优选为次要部分)。主流体流分流随后在两个主流道28、32之外以逆热方式流向其相对端。在优选实施例中，第二逆热流道34接收来自第一主流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双工交换器，其包括：第一热交换器，其包括第一主流道和与其以流体连通方式连接的第一逆热流道；第二热交换器，其包括第二主流道和与该第一热交换器以流体连通方式连接的第二逆热流道；和用于将蒸发用冷却剂喷射到该第一逆热流道 中的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：VS迈索特森科，LE吉兰，TL希顿，AD吉兰，
申请(专利权)人：埃达雷克斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]