近年来，微型燃气轮机得到了迅猛的发展，其中回热器的技术进步起了关键性的作用。空气在压缩机中被压缩后进入回热器，在回热器中吸收做功后燃气的部分废气的热量，然后进入燃烧室，与燃料混合燃烧后进入涡轮机，在涡轮机中做功后排除；排除的燃气的温度比较高，进入回热器，加热压缩机出来的空气；从回热器排除的废气（200℃以上），再经过一个余热回收装置，使系统效率进一步提高。显然，微型燃气轮机回热器的作用，是利用燃气轮机排气中的废热来加热压缩空气，以代替部分燃料，使排气温度降低，从而提高微型燃气轮机的发电效率。现有的微型燃气轮机的发电功率为25～500kW，无回热器时发电效率为17％～20％，有回热器时为25％～30％。

微型燃气轮机中的回热器是一个燃气-空气换热器。燃气进入回热器的温度范围为600～800℃（环境压力）；排除时的温度为200～340℃。从压缩机出来的空气（0.32～0.48 MPa），在回热器中可加热至500～600℃。根据微型燃气轮机回热器的运行特点，以及微型燃气轮机商业化的要求，通常对微型燃气轮机回热器提出了如下技术要求：

1）回热效率接近或超过0.9。

2）紧凑度高、体积小、重量轻。

3）总相对压力损失＜5％。

4）可靠性高、热变性小、寿命长。

5）造价低。

6）结构标准化，便于批量生产。

回热器基本上可分表面式和再生式两类。表面式回热器中又有管壳式、板式、板翅式及原表面式（新型板式）几种不同的结构。可以用于微型燃气轮机的主要是回转再生式回热器、板翅式回热器及原表面式回热器三种结构。

1.回转再生式回热器

图3-8所示为回转再生式回热器。其换热原理是由蓄热元件组成的回热器转子的低速旋转而交替地通过固定的燃气和空气流道，燃气通过时将热量储于蓄热元件，空气通过时则自元件中吸热完成热的传递。如图3-8所示其蓄热元件由多孔型或纱网型波纹型金属材料组成，单位体积传热量大、紧凑度高、重量轻、回热度高。它的缺点是结构复杂、漏气量大（一般要达12％～20％）、气流脉动较剧烈、进出口处压力损失较大，另外还需增加换流用的转动机构或阀门加大了复杂性。

图3-8 回转再生式回热器

图3-9 板翅式回热器芯体

2.板翅式回热器

板翅形回热器是用一次传热表面的板作隔壁，另以二次传热表面的弓形或齿形翅片与板形成流道的回热器。它由隔板（厚约0.5mm）、翅片（厚为0.1～0.2mm）和封条三种元件组成，一般燃气流道与空气流道相间积叠成单元体，燃气的热量通过隔板和翅片传给空气。板翅式回热器芯体见图3-9。其优点是传热系数高，结构紧凑，单位体积传热面积大，可达1500～2500m²/m³，相当于管壳式的十几倍；重量轻、强度高、工作温度和压力的范围大，特别适合高压循环。其缺点是结构较复杂，要求加工工艺和单元体组焊技术高，流道小、压损较大。但近年来由于设计和工艺水平的不断提高，它的应用最为广泛，国内也已基本具备了研制条件。根据板翅式回热器的形状不同，可分为矩形、三角形、波纹形、交错板翅形、孔板形，以及百叶形等，见图3-10。

图3-10 板翅式回热器形状

图3-11 CC型（Cross Corrugated）结构

3.原表面式回热器

原表面式回热器是20世纪80年代刚发展起来的一种新型的、具有空间传热曲面的、紧凑高效回热器。按其结构分为CC（Cross Corrugated undulated surface）型、CU（Corrugated Undulated surface）型、CW（Cross Wavy surface）型三种型式，见图3-11、图3-12、图3-13。

图3-12 CW型（Cross Wavy）结构

图3-13 CU型（Corrugated Undulated）结构

CC型结构的特点：①实验结果表明，对于特定的燃气轮机回热器来说，CC型结构的体积最小、重量最轻；②直波纹式CC型的制造，比较容易通过自动化的冲压、锻压和折叠而成；③CC型结构换热器的体积，比目前任何一种商业领域中可以得到的换热器体积更小、重量更轻。

CU型结构的特点：①CU型结构要比简单的直管型结构的性能好；②CU型回热器的性能与结构的几何参数有关，比如与波纹和扰动方向之间的夹角，以及皱纹的内部高度都有很大的关系；③CU结构的主要缺点是需要两种不同的板型，这增加回热器加工量，使成本上升。(www.daowen.com)

CW型结构的特点：①CW型结构要比简单的直管型结构的性能好；②在生产过程中，波纹型是通过折叠形成的，不能模压和锻压，以免发生破裂。

图3-14 原表面式回热器传热面剖面图

原表面式回热器又称新型板式回热器。它与板翅式回热器相比，主要区别在于它只通过一次传热表面进行传热，结构上好似没有隔板，仅靠翅片折叠而成的板翅式的回热器。图3-14为原表面式回热器传热面剖面图。它具有高效传热表面，单位体积的传热面积更大，约达3000m²/m³，重量轻、体积小、维修便利、回热度高，可达90％以上。其工作压力为0.6MPa，工作温度为620℃。

通常要求回热器的热性能好，阻力小，而且价格低。这就要求回热器加工便利，回热器的各个部分组装容易，便于批量生产。图3-15给出的是德国研制并已经实验研究的新型回热器——主表面回热器结构模型及其金属冲压和折叠过程；这项研究的目的就是制造一种紧凑型金属回热器，使得该结构可以连续地自动化生产。

VOLVO（Technology Transfer Corporation）与Polarit（不锈钢材料制造厂）联合成立的Rekuperator Svenska AB公司，已经成功地研制出一种完全由激光焊接的主表面逆流式RSAB回热器（见图3-16）。试验表明其热性能非常好（见图3-17）。RSAB回热器采用CC型的主表面结构，通过改变空气室的数量，已经应用于100kW热电联供系统的微型燃气轮机上，可以方便地应用于其他各种功率的微型燃气轮机。

图3-15 德国研制的新型回热器结构及其金属冲压和折叠过程

4.回热器的材料

随着设计水平的提高，材料热性能的提高，叶片、箱体及燃烧室的冷却技术的增强，或者陶瓷材料的采用，微型燃气轮机的进气温度越来越高（与微型燃气轮机的压比有关），同时，排气温度也越来越高，这就要求回热器采用抗高温的材料。一台进气温度为1400～1500K的微型燃气轮机，排气温度可达800～900K，这是镍合金在现在工艺水平的极限温度。

图3-16 全激光焊接的主表面逆流式RSAB回热器

总的来说，回热器的材料应该满足以下的要求：

1）长时间耐高温。目前由于采用不锈钢，最高温度局限于600～650℃。

2）适宜于熔接或焊接。

3）材料的塑造可通过冲压、模压或者折叠实现。

4）抗热变形好、抗腐蚀性好。

5）费用低。

目前的回热器材料有不锈钢、高温金属及高温陶瓷。

图3-17 RSAB回热器性能

1.不锈钢

不锈钢合金中含有质量分数为17％～20％的铬、9％～13％的镍，碳的含量较低，最高也只有0.1％。这些组成使得不锈钢具有良好的熔接性和柔软性，另外还加入了其他的成分，以增强它的强度、抗腐蚀性、柔软性，并且在熔接之后省去了退火过程。

2.高温金属

Utriainen作实验测试了高铬合金和镍合金两种合金，以及2种含有铝的合金特性。321型不锈钢提供了目前不锈钢特性的一个基准线。实验结果表明：含铬较高的625型合金，在700～800℃的范围内具有良好的抗氧化能力。

3.高温陶瓷

为了提高耐温水平，陶瓷材料和碳都得到了使用。陶瓷材料的成功依赖于材料和加工工艺的发展，通过加工生产出一种可以抵抗快速温变的产品。目前普遍使用的一种材料时堇青石，它是热膨胀系数最低的材料之一。另外CMC（Ceramin Ma-trix Cormposites）材料是在陶瓷的基体中加入了纤维来增强结实性。这种材料可能会作为高温回热器的材料来使用。