[发明专利]具有燃料电池的再热式燃气涡轮系统

说明书

本发明涉及再热式燃气涡轮系统，特别地，涉及具有燃料电池的此种系统。

在已知的燃气涡轮系统中，固体氧化物燃料电池(SOFC)和燃烧室连续加热压缩器和涡轮之间的气流。

根据本发明的第一方面，提供了一种燃气涡轮系统，该燃气涡轮系统包括：

压缩器；

上游燃料电池，该燃料电池接收由所述压缩器压缩的气体，并且产生电力并加热从所述上游燃料电池通过的气体；

中间涡轮，该中间涡轮接收离开第一燃料电池的加热气体，并连接到所述压缩器并驱动所述压缩器；以及

输出涡轮，该输出涡轮接收所述中间涡轮输出的气体；其中：

离开了所述中间涡轮的膨胀气体通过下游燃烧室和/或下游燃料电池之一或二者到达到所述输出涡轮，藉此在所述膨胀气体在所述输出涡轮中膨胀之前再加热所述膨胀气体。

根据本发明的第二方面，提供了一种燃气涡轮系统，该燃气涡轮系统包括：

压缩器；

上游燃烧室，该上游燃烧室接收所述压缩器压缩的气体，并且加热通过所述上游燃烧室的气体；

中间涡轮，该中间涡轮接收离开第一燃烧室的加热气体，并且连接到所述压缩器并驱动所述压缩器；以及

输出涡轮，该输出涡轮接收所述中间涡轮输出的气体；其中：

离开了所述中间涡轮的膨胀气体通过下游燃料电池到达到所述输出涡轮，藉此在所述膨胀气体在所述输出涡轮中膨胀之前再加热所述膨胀气体。

本发明还涉及再热式燃气涡轮系统，该系统在中间涡轮的进口处和输出涡轮或输出喷嘴的进口处处具有不同的进口温度。

已知具有用于驱动高压压缩器的高压涡轮和用于驱动输出轴的独立的低压输出涡轮的燃气涡轮系统。通常，这种涡轮系统还会包括附加的燃烧室，该燃烧室位于高压涡轮和低压输出涡轮之间的流径中。

常规地，这种涡轮系统将在高压涡轮和输出涡轮二者处以最高涡轮进口温度运行，以便于获得最高效率。涡轮的进口温度受到制造涡轮的材料的物理特性限制。因此，为了保证涡轮系统能够以最高效率运行，常规的涡轮被制造成为能够经受最高温度。由于涡轮必须以昂贵的材料制造以具有尽可能高的耐热性，因此这种做法非常昂贵。

根据本发明的第三方面，提供了一种燃气涡轮系统，该燃气涡轮系统包括：压缩器；上游加热源，该上游加热源接收被所述压缩器压缩的气体并加热通过所述上游加热源的气体；高压涡轮，该高压涡轮接收离开所述上游加热源的加热气体，并且连接到所述压缩器并驱动所述压缩器；下游燃烧室，该下游燃烧室接收离开所述高压涡轮的气体，并且加热通过所述下游燃烧室的气体；以及输出涡轮，该输出涡轮接收所述下游燃烧室输出地气体，其中：该系统被构造成使得所述输出涡轮接收的气体的温度高于所述高压涡轮接收的气体的温度。

根据本发明的第四方面，提供了一种运行燃气涡轮系统的方法，所述燃气涡轮系统包括：压缩器；上游加热源，该上游加热源接收被所述压缩器压缩的气体并加热通过所述上游加热源的气体；高压涡轮，该高压涡轮接收离开所述上游加热源的加热气体，并且连接到所述压缩器并驱动所述压缩器；下游燃烧室，该下游燃烧室接收离开所述高压涡轮的气体，并且加热通过所述下游燃烧室的气体；以及输出涡轮，该输出涡轮接收所述下游燃烧室输出地气体，其中：控制所述输出涡轮接收的气体的温度以使得该温度与所述高压涡轮接收的气体的温度相差预定量。

参照附图，将仅以示例的方式描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的燃气涡轮的第一实施方式的示意图；

图1a示出了根据本发明的燃气涡轮的第一实施方式的变型例的示意图；

图2示出了根据本发明的燃气涡轮系统的第二实施方式的示意图；

图2a示出了燃气涡轮系统的图2的实施方式的第一变型例；

图2b示出了燃气涡轮系统的图2的实施方式的第二变型例；

图2c示出了燃气涡轮系统的图2的实施方式的第三变型例；

图3示出了根据本发明的燃气涡轮系统的第三实施方式的示意图；

图3a示出了燃气涡轮系统的图3的实施方式的第一变型例；

图4示出了根据本发明的燃气涡轮系统的第四实施方式的示意图；

图4a示出了燃气涡轮系统的图4的实施方式的第一变型例；

图4b示出了燃气涡轮系统的图4的实施方式的第二变型例；

图5示出了根据本发明的用于航空器的燃气涡轮的第五实施方式的示意图；以及

图6示出了根据本发明的用于航空器的燃气涡轮的第六实施方式的示意图。