[发明专利]用于从低温蒸汽产生电力的系统

说明书

一种使用太阳能收集器产生电力的系统，该太阳能收集器使用太阳能来加热水。加热的水储存在第一罐中。容器通过管连接到第一罐，并且包括顶部空间，加热的水在该顶部空间内喷射，以由此产生蒸汽。顶部空间压力低于大气压力，并且未转化成蒸汽的水被收集在容器的底部处的池中，以供给回到第一罐中。蒸汽被供给到部分进汽式涡轮机，该部分进汽式涡轮机驱动电发生器。

发明领域

本发明总体上涉及使用部分进汽式轴流涡轮机(partial admission axial flowturbine)从低温蒸汽产生电力的系统。

背景

电力是现代社会的基本需求之一。虽然电可以以许多方式(包括光伏电池、风力涡轮机或水力发电)产生，但是大部分发电是使用蒸汽涡轮机完成的，以确保稳定地连续生产电力。为了产生蒸汽，大量的锅炉用于通过燃烧化石燃料或核裂变产生的热量来使水沸腾。

现有的蒸汽涡轮机通常很大，发电100kW+来克服损失并在经济上是可行的。蒸汽的膨胀(expansion)需要在多级轴向和径向设计中增加流动面积，然而高压、温度和旋转速度限制材料选择。大尺寸和大致水平的配置要求轴沿轴向方向被支撑。旋转叶片排(转子)必须由固定的喷嘴排(定子)分离，这增加了组装的复杂性。

多年以来使用蒸汽作为动力流体的发电装置的发展主要集中在降低每兆瓦时发电量的货币成本上。为了实现这个目的，蒸汽涡轮机技术中的改进已经集中在增加输出、蒸汽/炉内温度、单元可靠性/有效性或这些的组合上。这些改进通常增加了单元成本，需要增加功率输出以保持财政上的可行性。

已知的是太阳能加热的水用于产生蒸汽并用作辅助能量输入来驱动包括固定的翼型排(通常被称为“喷嘴”、“定子”或“轮叶(vanes)”)的轴流式涡轮机，该固定的翼型排加速并引导流体流动以冲击旋转的翼型形状的排(通常被称为“铲斗(buckets)”，“转子”或“叶片(blades)”)，该旋转的翼型形状的排连接到轴，用于将功率输出传递到连接的设备。

当涡轮机入口处的流体密度非常高时，然后通常的做法是以“部分进汽”设计多级涡轮机的第一级(并且可能是前几级)。部分进汽是指喷嘴通道仅设置为360度圆周的一部分(即，区段)的一种级设计(stage design)。在常规设计中使用的部分进汽的主要优点是能够使用较大的喷嘴和叶片通道高度(即，径向长度)，由于损失减少而促使较好的效率。这在部分进汽式涡轮机叶片高度可能相当小的情况下对于高密度流动特别重要。

在常规涡轮机中，特别是在蒸汽涡轮机中，部分进汽仅应用于以高密度流体操作的第一级(或前几级)。后续级不能使用部分进汽，因为它们的操作压力和密度已经显著降低。因此，需要喷嘴和叶片通道面积的较大增加来补偿随着蒸汽从入口到排气口的膨胀而发生的较高体积流动速率。对于这些较高体积流动级，通常需要完全进汽(360度)，以便在使叶片高度保持在合理的机械应力极限内的同时实现较大的通道面积。

当蒸汽通过所有级时，任何剩余的蒸汽需要被冷凝，因此蒸汽可以作为水从涡轮机的底部去除。通常，冷凝水可以在蒸汽发生器中重复使用。

本发明的目的是提供一种用于与部分进汽式蒸汽涡轮机一起使用的从低温蒸汽产生电力的系统。对于单独部件的细节，请读者参考题为如下的共同未决的申请：

(a)A method and apparatus for generating low temperature steam fromhot water for use with a multi-stage axial flow turbine adapted to operate atlow steam temperatures(用于与适合于在低蒸汽温度下操作的多级轴流涡轮机一起使用的用于从热水产生低温蒸汽的方法和装置)。

(b)A multi-stage axial flow turbine adapted to operate at low steamtemperatures(适合于在低蒸汽温度下操作的多级轴流涡轮机)。