低温蒸汽发电机系统技术方案

本发明专利技术提供了一种蒸汽发电机系统，包括涡轮机、发电机、液体蒸发器、气体冷却器，所述液体蒸发器处于第一温度的环境中，用于将液体媒介转换为蒸汽媒介，所述蒸汽媒介通过气体喷嘴喷射到涡轮机叶片上以驱动所述涡轮机发电，经过所述涡轮机的蒸汽媒介进入所述气体冷却器中，所述气体冷却器处于第二温度的环境中，从而将所述蒸汽媒介液化成液体媒介，所述液体媒介通过管道进入到所述液体蒸发器中；其中该蒸汽发电机系统还包括抽真空系统，该抽真空系统使得所述液体蒸发器、涡轮机和气体冷却器处于真空密封低压环境下，以使液体媒介在低于常压沸点的温度下产生蒸汽，其中所述第一温度高于常温，而所述第二温度等于或低于常温。本发明专利技术还提供了控制该系统的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低温情况下将液体媒介转换成蒸汽媒介，并推动涡轮发电机发电的低温蒸汽发电机系统。
技术介绍
传统的蒸汽发电机系统是利用各种能量将水或其它液体加热后转换成蒸汽，利用体积膨胀产生动力推动涡轮转动而使涡轮发电机发电。例如，开利公司在W02006/088442 中公开了一种蒸汽驱动的涡轮发电机系统，其采用减压后的蒸汽对蒸汽涡轮机做功，涡轮机与电力负载连通以将动力提供给负载。日本特开平10-141013号公报公开了在由于工厂蒸汽急减而产生剩余蒸汽时有效处理剩余蒸汽的技术,但该文献记载的处理方法不过是把剩余蒸汽向大气释放或向冷凝器供给，并不是把从涡轮排出的低压蒸汽有效回收。在上面的例子中，水或其他液体需要达到一定的温度才能转换为蒸汽，并需要在一定的蒸汽压力下才能驱动涡轮发电机进行发电，这限制了对许多热源的利用，例如太阳能、机器产生的废热、地热能、火力发电厂残热等。这些热源本身的温度不高，较难以利用，如果需要利用这些热源的话，还需要通过锅炉进行加热，这在一定程度上使系统复杂化，也增加了成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的蒸汽发电机中存在的问题，使得蒸汽发电机在热源温度不高的情况下同样能够发电，从而提高能源使用的便利性和高效性。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是一种蒸汽发电机系统，包括涡轮机、发电机、液体蒸发器、气体冷却器，所述液体蒸发器处于第一温度的环境中，用于将液体媒介转换为蒸汽媒介，所述蒸汽媒介通过气体喷嘴喷射到涡轮机叶片上以驱动所述涡轮机，所述涡轮机带动所述发电机发电，经过所述涡轮机的蒸汽媒介进入所述气体冷却器中，所述气体冷却器处于第二温度的环境中，从而将所述蒸汽媒介液化成液体媒介，所述液体媒介通过管道进入到所述液体蒸发器中；其特征在于该蒸汽发电机系统还包括抽真空系统，该抽真空系统使得所述液体蒸发器、涡轮机和气体冷却器处于真空密封低压环境下，以使液体媒介在低于常压沸点的温度下沸腾产生蒸汽，以驱动涡轮机，其中所述第一温度高于常温(即，第一温度为经热源加热而到达的高于环境温度的温度)，而所述第二温度等于或低于常温，优选等于常温(即，环境温度)。上述技术方案中，由于设置了抽真空系统，使得低压环境下的液体媒介能够在较低温度下发生沸腾，从而能够更好地利用各种低温热源进行发电。在本专利技术中，涡轮机可以采用常规涡轮机，优选采用低压蒸气驱动的涡轮机，通常这样的涡轮机的涡轮的级数设定在两级以上。尽管低压蒸气导致的驱动力较小，导致涡轮机输出的动力较小，但是本专利技术人发现，对于无需大功率发电应用的环境(如，用于照明或者给低功率电子设备充电的应急性的发电环境，这类环境通常位于野外，输出功率无需很大，但是可供利用的热源质量却不高，往往只有太阳能或者地热能，能提供给液体蒸发器的温度有限)来说，这并不是缺点。因此，本专利技术还提供了本专利技术的蒸汽发电机系统用于在低功率发电环境中发电的用途，优选其中利用的热源是温度低于液体媒介常压沸点的热源，如地热能等。优选地，所述液体媒介是水或甲醇。当所述液体媒介是水时，可以避免环境污染，还可以省去将抽真空机抽取出的媒介进行回收的结构。当所述媒介是甲醇时，由于常压下甲醇的沸点是64. 5摄氏度，因此可以更加方便地利用较低温度的热源，同时降低对真空度的要求。在本专利技术中，本专利技术的系统中的真空或者低压指的是能使液体媒介在第一温度沸腾的真空或者低压状态，优选还进一步能使液体媒介在第二温度处于液态状态。这样，能使 液体蒸发器中的液体媒介在第一温度沸腾产生蒸汽，而在气体冷却器中凝结成液体。 优选地，所述蒸汽发电机系统还包括锅炉，用于加热液体媒介。锅炉的存在可以促进对较低温度的热源的利用，使得冷媒更容易达到沸点，从而增强了本专利技术的蒸汽发电机系统的适应性。优选地，在所述液体蒸发器和所述气体冷却器之间还设置有流量控制阀，以控制液体媒介从所述气体冷却器到所述液体蒸发器之间的流动。进一步地，该流量控制阀是包括阀座、阀芯、弹簧的单向阀，所述弹簧的弹性系数使得当所述气体冷却器和液体蒸发器之间的液体媒介的压力差达到特定值时才打开该单向阀。该特定值的选择可以根据系统特征灵活确定，主要目的在于使得液体蒸发器中的液体媒介不至于太多以影响其沸腾。优选地，在气体冷却器和液体蒸发器之间设置一个泵，以将气体冷却器内的液体媒介泵送到液体蒸发器中。优选地，在该流量控制阀的入口侧设置有过滤器。通过该过滤器可以将媒介中的杂质过滤掉，使其不进入流量控制阀中，防止堵塞该流量控制阀。优选地，所述气体冷却器的内部设置有倾斜板，所述倾斜板设置在媒介液位最高位之上。该倾斜板的设置一方面促进了倾斜板上方的蒸汽在倾斜板上表面上的冷凝，另一方面也防止倾斜板下方的蒸汽往上扩散，并使倾斜板下方的蒸汽在倾斜板的下表面上快速冷凝。优选地，所述倾斜板分成两个半部，每个半部分别从气体冷却器的侧壁朝着中心向下倾斜，在中心处上下错位地过盈地重叠。倾斜板这样的设置增大了冷凝面积，并有利于冷凝的液体媒介更快地往下流动。优选地，所述倾斜板由与气体冷却器相同的材料制成。这样既方便制造，还有利于媒介更好地冷凝。进一步优选地，在所述倾斜板上涂敷疏水性材料。该疏水性材料例如为石蜡，以进一步促进媒介的冷凝和回收到气体冷却器的底部中。可选地，所述倾斜板是整块结构，其倾斜地覆盖气体冷却器中的整个液面，并且在倾斜板上制作有供媒介通过的小孔。这样的构造进一步简化了结构和工艺。在实际中，所述小孔可以由冲压工具冲压而成，冲压出去的材料部分地覆盖所述小孔，从而进一步有利于媒介的冷凝。优选地，在所述气体冷却器内设置有多个倾斜板。这样的设置增加了冷凝表面面积，从而促进快速冷凝。特别地，在气体冷却器内上下错位地过盈重叠地设置多个带有冲压小孔的倾斜板，每个倾斜板由涂敷有石腊的招或铜制成。优选地，所述倾斜角度根据气体冷却器的内部空间大小和媒介的属性而进行选择。优选地，所述倾斜板的倾斜角度为65度。进一步地，外部冷却液可以通过多个管道从气体冷却器内部通过。通过这样的设置，气体冷却器不仅可以通过其外壳与外界进行热交换，而且可以使得气体冷却器内的媒介直接与进入其中的多个管道进行热交换，从而提高了冷却效果。 优选地，所述抽真空系统包括真空阀，优选为电磁真空阀。根据本专利技术的另一方面，涉及一种控制如上所述的低温蒸汽发电机系统的方法。该方法包括步骤传感器检测液体蒸发器中的蒸汽压力Pl和蒸汽温度Tl，气体冷却器中的液体温度T2，以及涡轮机的转速n;检测到的压力和温度信息通过放大、滤波和A/D变换之后进入控制器，检测到的转速n信息直接输入到控制器中；控制器基于这些信息执行控制算法，并输出控制信号，该控制信号经过D/A变换、放大后输入到电磁真空阀，以控制该电磁真空阀的运行。优选地，所述滤波采用PID数字滤波器。由于采用的是数字滤波器而不是模拟滤波器，从而能够更加灵活地对不同类型、不同型号的传感器进行滤波，并在一定程度上降低了成本。优选地，该控制器采用模糊控制算法，该模糊控制算法使得电磁真空阀处于如下三种状态之一关闭、半开、全开。进一步地，所述模糊控制算法为当液体蒸发器中的蒸汽压力Pl小于最低域值时，控制器关闭真空阀；当监测到的涡轮机的转速n超出预定值时，控制器使得该真空阀以半开状态运行，以使液体蒸发器中的蒸汽压力Pl本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒸汽发电机系统，包括润轮机、发电机、液体蒸发器、气体冷却器，所述液体蒸发器处于第一温度的环境中，用于将液体媒介转换为蒸汽媒介，所述蒸汽媒介通过气体喷嘴喷射到涡轮机叶片上以驱动所述涡轮机，所述涡轮机带动所述发电机发电，经过所述涡轮机的蒸汽媒介进入所述气体冷却器中，所述气体冷却器处于第二温度的环境中，从而将所述蒸汽媒介液化成液体媒介，所述液体媒介通过管道进入到所述液体蒸发器中；其特征在于该蒸汽发电机系统还包括抽真空系统，该抽真空系统使得所述液体蒸发器、涡轮机和气体冷却器处于真空密封低压环境下，以使液体媒介在低于常压沸点的温度下沸腾产生蒸汽，以驱动涡轮机，其中所述第一温度高于常温，而所述第二温度等于或低于常温。2.根据权利要求I所述的蒸汽发电机系统，其特征在于所述液体媒介是水或甲醇。3.根据权利要求I或2所述的蒸汽发电机系统，其特征在于所述蒸汽发电机系统还包括锅炉，用于加热液体媒介。4.根据在前任一权利要求所述的蒸汽发电机系统，其特征在于在所述液体蒸发器和所述气体冷却器之间还设置有流量控制阀，以控制液体媒介从所述气体冷却器到所述液体蒸发器之间的流动。5.根据权利要求4所述的蒸汽发电机系统，其特征在于该流量控制阀是包括阀座、阀芯、弹簧的单向阀，所述弹簧的弹性系数使得当所述气体冷却器和液体蒸发器之间的液体媒介的压力差达到特定值时才打开该单向阀。6.根据权利要求5所述的蒸汽发电机系统，其特征在于在该流量控制阀的入口侧设置有过滤器。7.根据在前任一权利要求所述的蒸汽发电机系统，其特征在于在气体冷却器和液体蒸发器之间设置一个泵，以将气体冷却器内的液体媒介泵送到液体蒸发器中。8.根据在前任一权利要求所述的蒸汽发电机系统，其特征在于所述气体冷却器的内部设置有倾斜板，所述倾斜板设置在媒介液位最高位之上。9.根据权利要求8所述的蒸汽发电机系统，其特征在于所述倾斜板分成两个半部，每个半部分别从气体冷却器的侧壁朝着中心向下倾斜，在中心处上下错位地过盈地重叠。10.根据权利要求8所述的蒸汽发电机系统，其特征在于所述倾斜板由与气体冷却器相同的材料制成。11.根据权利要求8所述的蒸汽发电机系统，其特征在于在所述倾斜板上涂敷疏水性材料。12.根据权利要求8所述的蒸汽发电机系统，其特征在于所述倾斜板是整块结构，其倾斜地覆盖气体冷却器中的整个液面，并且在倾斜板上制作有供媒介通过的小孔。13.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈捷，
申请(专利权)人：陈捷，
类型：发明
国别省市：