蒸汽发生器发控制装置的制作方法

1.本发明一般涉及蒸汽发生器领域，尤其涉及将氢气和氧气与供水混合以产生一致蒸汽供应的蒸汽发生器。本发明还一般涉及蒸汽发生器的控制装置领域。

背景技术：

2.人们一直在努力节约能源，并寻可再生能源。为了减少碳排放，化石燃料正在逐步淘汰，但全球能源需求正在增加。发电、空气和水的加热和冷却、运输以及工业和各种制造厂内的其他能源服务都需要能源。解决办法是开发可再生能源，这种能源是自然补充的，因此是可持续的。这些资源通常利用风、阳光、潮汐、波浪和地热。但是，尽管这些资源提供充足的供应，但可能是间歇性的，当能源需求较高时，它们的容量并不总是足够的。它们提供的能源供应并不总是与需求相匹配。现有可再生能源解决方案也存在许多问题。
3.在电力供应方面，事实证明，通过风力涡轮机利用风力发电已成功满足需求，尽管这些风力涡轮机的效率较低，而且其位置受到地理位置的限制。水力发电机也存在类似的地理问题，此类发电厂的规模相当大。这些可再生发电机产生的可用电力无法储存，因此需要额外的设备来储存。
4.使用燃料电池或可充电电池的提案虽然不是可再生的，但确实提供了一种替代能源。锂是用于此类电池的常见金属，尽管这种金属的供应有限，最终会耗尽，但它确实提供了一种非常可回收的资源。其他化学电池的情况也类似，储能和全球部署是一个挑战。然而，这些电池系统确实需要有毒化学品和大量的能源消耗来生产。由于材料的毒性，以及锂等金属是高活性元素这一事实，报废处理也带来了问题。成本很高，供应链不可持续。
5.另一种使用越来越广泛的能源是燃料电池，通常是氢燃料电池。只要有燃料和氧气供应，这些燃料电池就可以持续供电。然而，这些燃料电池的生产通常需要大量的能源，并且处理成本可能非常高。尽管这些燃料电池提供了清洁技术，但它们从头到尾都存在许多问题。氢燃料电池尤其需要极高纯度的氢才能运行，这就带来了制造和储存问题。这些燃料电池还存在启动时间延迟的问题，容易受到环境条件和运动变化的影响，并且容易产生可变电压。它们还需要温度管理，例如通过添加冷却系统。
6.气候变化和全球变暖问题正在推动可再生能源利用的研究。但是，为了到真正可再生、可持续和一致的解决方案，必须解决现有可再生能源的缺点。需要一种可持续的能源发电机，零排放，每个充电周期无性能损失，且不随时间退化。需要利用现成的非专业材料，并部署标准制造流程。必须解决产品生命周期开始时的能源消耗问题。需要尽可能减少移动部件的数量，从而降低故障风险。需要使用易于维修的零部件。有必要提供充足的可再生能源供应，并提供低噪音且不受地理限制的能源发电机。目前正在开发可持续能源发电机，以满足这些需求。其目的是使这些发电机成为零排放发电机，最大限度地提高循环效率，并抵抗随时间的退化。这些可持续能源发生器，如蒸汽发生器，利用现成的非专业材料，许多采用标准制造工艺。有必要提供充足的可再生能源供应，并提供低噪音且不受地理限制的能源发电机。
7.有了这些可持续能源发电机，控制是关键。需要一个有效的控制系统来控制能源发生器，如蒸汽发生器，以确保满足能源供应需求，同时监测和防止发电机故障。需要任何控制系统来消除与发电机相关的风险，如火灾或爆炸。使用蒸汽发生器驱动传统涡轮机历来被视为效率低下，被视为不切实际的方法。通常，反应的燃烧热被视为不良副产品，必须以某种方式消散，以防止损坏和发电机故障。系统作为一个整体必须进行微调，以防止大量的能量损失，例如为散热而损失的能量量，这通常会导致无法接受的低效率。需要控制和调节任何蒸汽发生器系统内的压力、温度和气体流量，并使系统直接响应系统内报告的任何异常情况。
8.现有技术展示了试图以各种方式解决这些需求的许多设备。
9.ep 2 912 374(thyssenkrupp marine systems gmbh)公开了一种在添加水的同时，通过在燃烧室中燃烧氢和氧来发生水蒸气的装置和方法。本文件旨在解决现有蒸汽发生器的问题，其中内部温度达到极端水平，因此需要专门的部件和材料，并且腔室的外壁变得太热，无法在各种环境中使用。在氢和氧的化学计量燃烧过程中，绝热火焰温度可能相对较高，因此水蒸气分解为氢和氧。产生的蒸汽需要一个催化后燃烧过程来净化和去除游离的氢和氧。解决方案是在燃烧室的外壁上提供至少一个冷却水通道。液态水也与氧气供应一起引入燃烧室的燃烧区，而不是后燃烧区，或者是后燃烧区的补充。这会降低反应温度，防止水蒸汽离解，并产生最高纯度的蒸汽。然而，在氧气供应的同时添加水会在点燃和混合氢气和氧气之前降低蒸汽的温度，从而降低工艺的效率。冷却水通道为燃烧室的外壁提供一定的冷却，但仅限于放置外壁的位置。
10.us 9 617 840(world energy systems inc)公开了一种用于回收油的蒸汽发生系统，提出了一种用于燃烧套筒的水冷衬套。衬里可包括流体喷射支柱，以将流体雾化液滴喷射到燃烧室中，以产生加热蒸汽。然而，蒸汽发生系统用作井下蒸汽发生器，而不是可再生能源。
11.us 5 644 911(westinghouse electric corp)公开了一种以化学计量比喷射和燃烧氢气和氧气的蒸汽轮机动力系统和操作方法。这台半封闭式蒸汽轮机除了水以外，除了过热蒸汽外，几乎不产生任何副产品。蒸汽压缩机产生的一部分高压蒸汽可被蒸汽轮机接收并用于冷却蒸汽轮机。
12.us 2010 314 878(dewitt)公开了一种用于产生蒸汽的氢气和氧气燃烧系统，该系统包括调节和控制系统内温度和压力条件的装置。蒸汽是由氢和氧之间的燃烧反应直接产生的，温度是通过向这种反应产生的过热蒸汽体内注入水来调节的。调节系统温度。通过控制进入蒸汽发生器燃烧室的氢气、氧气和水的总流量来调节系统压力。数据传输至中央控制系统，温度数据通过热电偶传感器阵列获得，压力数据从压力传感器阵列传输。这些传感器阵列位于汽轮机进汽口或替代应用装置附近，因此与蒸汽发生器进行流量通信。计算机化中央控制系统调节一个或多个蒸汽发生器系统的单独氢气和氧气流量、注水流量和总体系统效率，从而产生最佳调节的蒸汽驱动装置。
13.us 4 074 708(combustion eng)公开一种用于快速过热流向汽轮机的蒸汽的装置，以便机组在短时间停机(如热重启)后能够快速恢复运行。该装置包括蒸汽发生器，该蒸汽发生器将蒸汽管线中的氢气和氧气直接燃烧至汽轮机。在运行期间，氢气和氧气通过储罐的供应管线供应至包括燃烧器的过热器。在发电机正常运行期间，可以对少量功率进行
整流，以运行电解槽，产生点燃过热器所需的氢气和氧气，例如在热重启期间。给料管线中的控制阀向过热器中的燃烧器提供适量的氢气和氧气，以保持出口点的温度。这些阀门由控制器控制，该控制器接收来自温度传感装置的温度信号。流量计用于测量流向燃烧器的氢气和氧气量，这些信号被馈送至控制器以定位阀门，从而保持化学计量比。虽然该装置提出了一种与各种传感器对话的控制系统，但所公开的装置不会产生蒸汽。相反，蒸汽是在其他地方制造的，只是通过氢氧燃烧器将温度提升到超高温。无法控制源蒸汽的发生。
14.虽然现有技术方案似乎解决了现有蒸汽发生器的效率问题和燃烧室的温度调节问题，但它们没有解决有效捕获燃烧热和利用该热的问题。通过标准制造方法，控制和控制燃烧热可以使用标准材料。它们也没有解决要求高纯度供气的问题，尤其是氢气供应的纯度。要求高纯度涉及预燃烧或后燃烧过程。虽然现有技术方案似乎也解决了系统效率问题，以及系统内温度和压力控制问题，以防止故障和最终停机，但它们没有提供微调系统以最大化能量输出的方法，同时调节压力条件以防止火灾和/或爆炸。

技术实现要素：

15.本发明的优选实施例旨在提供一种蒸汽发生器，该蒸汽发生器由标准材料和普通制造工艺制成，通过有效的温度调节和热传递实现。它们还旨在从可再生能源中提供持续的能源供应，而不依赖于所述能源的特殊处理和环境。他们还旨在提供一种蒸汽发生模块，该模块可根据用途建造成各种尺寸，且不受地理或特定环境条件的限制。本发明的优选实施例旨在提供一种蒸汽发生系统，该蒸汽发生系统具有监控和调节温度以及热传递的控制装置，以极大地提高系统效率，同时还监控压力以消除发电机故障的风险。
16.根据本发明的一个方面，提供一种蒸汽发生器，包括：
17.压力容器；
18.所述压力容器的气体入口，布置为在压力下接收氢气和氧气；
19.所述压力容器内的点火构件，布置为点燃在所述气体入口接收的氢气和氧气；
20.蒸汽出口，用于来自所述压力容器的蒸汽的出口；
21.所述压力容器之内或之上的水套；
22.进水口，布置为在压力下接收水并将其供给所述水套；和
23.位于所述压力容器内在所述气体入口和所述蒸汽出口之间的出水口，其中，在使用中：在所述进水口处接收的水沿着所述水套流动，以提供所述压力容器的冷却，并在所述出水口处输出，以提供水雾和/或膜，该水雾和/或膜与点燃的氢气和氧气混合，从而蒸发所述水雾和/或膜，所述出水口包括主体，当气体从所述气体入口流向所述蒸汽出口时，气体围绕该主体流动。
24.优选地，压力容器包括双壁结构，从而在它们之间形成所述水套。
25.优选地，压力容器包括安装所述点火构件的燃烧区，所述燃烧区被配置为从所述气体入口接收氢气和氧气，并在燃烧过程中将所述气体混合。
26.优选地，压力容器包括出水口区域，所述出水口安装在所述出水口区域内。
27.优选地，出水口布置在子弹形部分的尖端，子弹形部分沿着所述压力容器的中心轴同心安装在所述压力容器内，所述尖端朝向所述燃烧区。
28.优选地，出水口包括喷嘴。
29.优选地，所述出水口包括用于形成水阵列的多个通道。
30.优选地，该阵列是径向风扇，通常沿着所述压力容器主轴径向延伸。
31.优选地，所述出水口包含钼。
32.优选地，所述点火构件包括电热塞。
33.优选地，所述蒸汽出口位于所述压力容器与所述气体入口的相对端。
34.优选地，所述蒸汽出口包括阀门控制构件。
35.优选地，所述阀门控制构件为德拉瓦尔喷嘴。
36.气体入口可包括气体混合喷嘴，用于在气体通过时进行混合。
37.优选地，所述气体混合喷嘴包括用于混合气体的多个纵向凹槽。
38.气体入口可包括两条单独的路径，一条用于氢气和一条用于氧气，这样布置使得氢气和氧气在它们从所述气体入口输出时在所述压力容器内混合。
39.优选地，所述压力容器基本上是圆柱形的。
40.优选地，所述压力容器引入混合区，该混合区提供空间，在该空间内，所述容器中的气体在使用中进行混合。
41.优选地，所述出水口位于所述燃烧区和所述混合区之间。
42.根据本发明的另一方面，提供一种蒸汽发生系统，包括蒸汽发生器、用于所述发生器的供气系统、用于所述发生器的供水系统和用于所述蒸汽发生系统的控制器，其中：
43.所述蒸汽发生器包括：
44.用于氢气、氧气、净化气体和水的输入；
45.点火器，布置为点燃所述发生器内的氢气和氧气；和
46.用于由所述发生器内氢气和氧气点火产生的加压蒸汽的输出：
47.所述供气系统包括第一高压级和第二低压级，其中：
48.所述第一高压级布置为在压力下接收氢气、氧气和净化气体，并在减压下将这些气体供应给所述第二低压级；
49.所述第二低压级布置为在减压下接收所述第一高压级的气体，并将这些气体供应给所述蒸汽发生器：
50.所述供水系统布置为向所述蒸汽发生器加压供水：和
51.所述控制器布置为控制所述蒸汽发生系统在初始、运行和停机阶段的运行，其中：
52.在所述初始阶段，将氢气和氧气引入所述第一高压级，并允许氢气和氧气的压力在所述第一高压级积累；
53.在所述运行阶段，氢气和氧气以低于在所述第一高压级中流行的更低压力引入所述第二低压级；氢气和氧气随后被供应到所述蒸汽发生器中，在那里它们由点火器点火；和水被供应到所述蒸汽发生器中，以与点燃的气体混合；和
54.在所述停机阶段，停止向所述蒸汽发生器供应氢气和氧气，停止向所述蒸汽发生器供水，并向所述供气系统和所述蒸汽发生器供应净化气体，以净化氢气和氧气的所述供气系统和所述蒸汽发生器。
55.在本规范的上下文中，为了便于参考，“高压”和“低压”这两个术语用于表示在供气系统的第一和第二阶段中可能获得的相对高和低的压力。
56.优选地，在所述初始阶段，初始打开相应的低流量阀，以使氢气和氧气的压力逐渐
积累；并且随后，打开相应的高流量阀，以允许氢气和氧气的压力更快地积累。
57.优选地，在所述运行阶段，所述控制器通过测量氢气和氧气的温度、压力和质量流量，计算出氧气与氢气的化学计量质量比；以及控制所述系统中的阀门以将所述化学计量质量比保持在所需水平。
58.优选地，在所述运行阶段，所述控制器监控水质量流量、以及氢气或氧气质量流量；并调整这些质量流量以通过所述蒸汽发生器实现所需的总质量流量。
59.优选地，所述蒸汽发生系统的操作由启动按钮和停机按钮的用户启动来控制。
60.优选地，在使用中，所述初始阶段由所述启动按钮的第一启动来开启。
61.优选地，在使用中，在所述初始阶段完成后，所述运行阶段由所述启动按钮的启动来开启。
62.优选地，在使用中，在运行阶段期间在所述启动按钮启动时，所述蒸汽发生系统进入备用状态。
63.优选地，根据本发明前述任一方面的蒸汽发生系统包括至少一个指示器，以指示下列中的至少一个：所述初始阶段的成功完成；所述运行阶段的成功激活；和故障状态。
64.优选地，所述控制器可操作以在预定时间或在预定时间内检测包括以下一个或多个的故障状态：
65.所述系统内的压力超出预定限值；
66.所述系统内的流速超出预定限值；
67.所述系统内温度超出预定限值；和
68.供应给所述蒸汽发生器的电点火电流超出预定限值。
69.优选地，当检测到故障状态时，所述控制器可操作以启动所述停机阶段。
70.根据本发明任何前述方面的蒸汽发生系统可包括至少一个根据本发明任何前述方面的蒸汽发生器。
71.本发明扩展到一种涡轮发电机，该涡轮发电机包括至少一个蒸汽发生器或根据本发明前述任一方面的蒸汽发生系统。
附图说明
72.为了更好地理解本发明并展示如何实施本发明的实施例，现在将以示例的方式参考附图，其中：
73.图1在剖面图中显示了蒸汽发生器的一个实施例，显示双壁压力容器；
74.图2是类似于图1的视图，但绕主轴旋转90度，从而显示气体通过蒸汽发生器和气体混合区的流动路径；
75.图3是类似于图1的视图，从而显示流经蒸汽发生器的水流；
76.图4显示气体入口的一个实施例；
77.图5a在等距视图中显示出水口的一个实施例；
78.图5b以分解图显示图5a的出水口；
79.图6显示一对并排安装的蒸汽发生器，并与汽轮机操作地连接；
80.图7显示使用蒸汽发生器产生蒸汽的方法的示意图；
81.图8是蒸汽生成系统一个实施例的示意图，显示供气系统的第一高压级；
82.图9是示意图，显示图8中气体供应系统的第二低压级和控制面板，第二低压级连接到图8中a-a处的第一高压级；和
83.图10显示图8和图9中蒸汽生成系统的控制器的控制面板。
84.在图中，相似参考表示相似或对应的部分。
具体实施方式
85.应理解，下文中描述和/或附图中所示的各种特征是优选的，但不是必需的。所述和/或所示特征的组合不是唯一可能的组合。除非另有相反规定，否则在可行的情况下，可以省略、改变或以不同的组合组合组合各个特征。
86.图1至图3显示蒸汽发生器1的一个实施例，该蒸汽发生器包括通常为圆柱形的压力容器2。压力容器2的一端引入至少一个气体入口3。气体入口3向压力容器2提供氢气4和氧气5作为气体燃料。这些气体燃料可能具有广泛的纯度。这些气体在进入压力容器2之前可能已经加压。因此，在本例中，向压力容器2供应加压氢气4和加压氧气5。加压氢气4和加压氧气5通过一个或多个气体入口3进入燃烧区14，并配置为使得在进入压力容器2后它们开始混合。点火构件6定位以产生火焰并点燃氢气4和氧气5的混合物，从而产生蒸汽12。众所周知，蒸汽12是通过燃烧氢气4和氧气5发生的。
87.点火构件6可包括电热塞。通常，电热塞是一种铅笔形状的金属片，其中尖端有加热元件。这种加热元件在通电时，由于其电阻而发热，并开始发出可见光谱中的光。组成电热塞的灯丝优选由铂或铱制成，这些材料在高温下可抗氧化。点火构件6还可包括适合条件的替代加热元件，例如火花塞、激光或其他替代点火构件。
88.还众所周知的是，为了产生额外的蒸汽12，应将水9引入压力容器2中。水9经由水套7注入压力容器2中，通过出水口10并进入通常位于燃烧区14之后的喷水区13。也可以将水喷射到混合区15中。水可作为喷雾的替代物或附加物，以薄膜形式从出口10产生。
89.加压氢气4可以与加压氧气5在空间上分离的方式引入压力容器2。将水9引入压力容器2中会导致压力容器2中的绝热火焰温度局部降低。由于注入水9，压力容器2的内壁和构成蒸汽发生器1的其他部件承受的热负荷明显较低。
90.为了进一步降低压力容器2外壁上的热负荷，水套7至少包围燃烧区14的外壳和混合区15的外壳。该水路通过水套7冷却压力容器2。尽管注入压力容器2的水9确保反应温度可能相对较低，但通过冷却压力容器2的外壁，热能保留在系统中。外壁内侧可以隔热，以进一步保持系统中的热量。注入压力容器2的水9由外壳周围的水套7供给。蒸汽发生器1的压力容器2周围的水9以喷雾和/或薄膜的形式以共同流导入压力容器2。因此，该水雾和/或膜已被有利地预热。
91.加入喷水区13的水9调节通过蒸汽出口11供应的所得蒸汽12的体积和温度。因此，为了控制蒸汽12的温度，还必须控制在该后燃烧阶段添加到蒸汽发生器1中的水9的体积。由于保留在混合区15中产生的蒸汽12的温度，水9蒸发(闪蒸)。蒸汽12在蒸汽出口11处从压力容器2中排出。该蒸汽出口11在本实施例中配置为位于压力容器2与气体入口3的相对端。蒸汽出口11可包括阀门控制构件。该阀门控制构件可包括由沙漏形状组成的德拉瓦尔喷嘴，或夹在中间的管子。该形状加速蒸汽12通过。
92.图2显示加压氢气4、加压氧气5和产生的蒸汽12通过蒸汽发生器1的通道。燃烧区
14显示在燃烧过程中混合在一起的气体。燃烧过程产生的过热蒸汽显示在混合区15中，并且产生的蒸汽12显示通过蒸汽出口11排出。图2显示整个压力容器2的气体混合区的一种配置。
93.如图所示，出水口10包括主体，当气体从气体入口3流向蒸汽出口11时，气体围绕该主体流动。
94.图3显示水9通过蒸汽发生器1的通道。水9通过至少一个进水口8进入蒸汽发生器1，并在此处填充双壁压力容器2的壁之间的水套7，从而形成包围压力容器2的水套7。由于燃烧过程，水9由压力容器2的内壁加热。预热水17沿输水管16流动，将水9送入出水口10，在那里喷射到氢氧火焰附近。该喷水装置被配置为使得避免撞击点火构件6。出水口10被配置为使得向其输送的水9雾化。因此，出水口10有利地是喷嘴，并且出水口10配置在子弹形部分的尖端，由此子弹形部分同心安装在压力容器2内，其中喷嘴和出水口10面向压力容器2的燃烧区14。如上所述，水9可以作为薄膜从出水口10额外或可选地排放。
95.出水口10可以由能够应对相当高温度的材料制成。适用于该出水口10的一种材料的例子为钼。
96.图4显示气体入口3的一个实施例，其中氢气4从一个入口进入并且氧气5从另一个入口进入，并通过中央气体喷嘴，该喷嘴的直径分阶段减小，直到氧气5进入电热塞6附近的压力容器2。氢气4进入围绕中央气体喷嘴同心布置的纵向孔，并穿过这些孔，直到进入电热塞6附近的压力容器2。因此，在该示例中，氢气4和氧气5以表面混合的方式从入口3通过各自的流动路径进入压力容器2，从而混合。中央气体喷嘴和纵向孔的直径决定气体的速度。电热塞6点燃气体，如上所述。
97.在替代配置中，入口3可配置为预混合气体混合喷嘴，其接收氢气4和氧气5，并在它们通过时将它们混合在一起。喷嘴内的纵向凹槽提供气体混合。喷嘴的直径决定混合气体的速度。
98.图5a和5b显示出水口10的一个实施例，其中显示将水9重定向到喷水阵列中的多个通道。一种喷水模式可是径向风扇(即压力容器2的总轴径向延伸)，以避免喷水与点火构件6直接接触。该出水口10基本上呈子弹形配置，安装在支架内，以便出水口10沿压力容器2的轴线。该子弹形部件在压力容器2前部的燃烧区14和压力容器2后部的混合区15之间形成了一道分界线。出口10可配置为除了喷雾之外或作为喷雾的替代物，以膜的形式输出水。
99.混合区15的目的是在压力容器2中提供均匀混合。从气体入口3流出的氢气4、氧气5混合物由点火构件6点火，并在此处燃烧。这种氢氧混合物的燃烧形成氢氧火焰，产物气体由纯水蒸汽或蒸汽12组成。在氢气4与氧气5的燃烧过程中，燃烧区14由压力容器2外壁周围的水9冷却。该水9也通过出水口10供给，形成喷水，该喷水被喷射到喷水区13中。该水9蒸发形成额外的水蒸气或蒸汽12。蒸汽12通过蒸汽出口11离开蒸汽发生器1，可用于多种应用。
100.图6显示一对并排安装的蒸汽发生器1，其配置为通过其蒸汽出口11排放蒸汽12，以驱动涡轮机18。进一步的配置可能包括提供液压动力或机械轴动力的布置，或在另一布置中提供发电。在图6中，管16的配置与图1和3所示的配置不同。
101.图7是使用蒸汽发生器1的蒸汽生成过程的示意图，基本上是不言自明的。蒸汽发生器1配置为通过控制加压氢气4和氧气5的燃烧以及控制加压水9的添加来生成蒸汽12。压力容器1周围的水套7(至少部分)调节压力容器2内的温度。正是这种温度调节允许使用标
准材料，因此也允许使用标准制造技术。这也确保了蒸汽发生器1的维护在一定程度上是非专业的。在图7的示例中，生成的蒸汽12用于驱动涡轮机，涡轮机反过来驱动发电机发电。氮气可作为净化气体引入。
102.蒸汽发生器1确保有效捕获燃烧热，并将此热量作为过程的一部分加以利用。氢气4和氧气5的燃烧温度约为2500摄氏度。该温度由在水套7中预热并喷射到混合区14中的加压预热水17降低。
103.通过在2500℃的温度下向燃烧的氢氧混合物中添加水9作为喷雾，作为喷雾添加的水9被闪蒸成过热蒸汽，并以这种方式将热能转换为质量流量和压力。将水9细分为小液滴，使其具有较大的表面积，从而使闪蒸过程更加有效，从而提高系统的效率。水9被燃烧的气体加热以产生更多的蒸汽12；这样做的好处是燃烧的气体会释放热量，它们本身会成为有用的蒸汽12，从而产生更多的蒸汽12。这发生在从出水口10向蒸汽发生器1的蒸汽出口11引入喷雾的点。
104.因此，通过添加更多的水9，并将该水9与加压雾化水喷雾有效混合，蒸汽质量流量增加，且散装蒸汽的温度降低。选择400℃的输出温度和40巴的输出压力作为首选示例，因为它们提供了可由标准材料处理的高能量蒸汽。
105.图8和图9示出一种蒸汽发生系统，包括蒸汽发生器、用于所述发生器的供气系统、用于所述发生器的供水系统和用于所述蒸汽发生系统的控制器。例如，蒸汽发生器可以是如上所示和描述的蒸汽发生器。蒸汽发生系统各部件的名称见图8和图9。控制面板如图10所示。
106.所示系统的设计允许蒸汽发生器通过控制面板上提供的两个按钮(启动按钮和停机按钮)进行操作。系统中可选包括节流和待机模式，供用户自行决定使用。按钮可以是物理按钮或触摸敏感元件。
107.控制器分为三个阶段运行，分别为初始、运行和停机，如下所述。启动时，第一按下启动按钮可启动系统的初始。之后，如果系统停止，按下启动按钮将启动系统；如果系统正在运行，停止系统。系统将保持初始启动，直到按下停机按钮。
108.如图8和图9所示，系统分为两个阶段，由一条垂直折线划定，并通过图8至图9的箭头a-a连接。图8显示相对高压阶段，其中压力可超过100巴。图9显示相对较低的压力阶段，其中压力可高达55巴。
109.图8和9显示许多电磁阀和传感器。为便于参考，以下将每个电磁阀操作阀称为电磁阀。除通风电磁阀常开外，所有电磁阀均为常闭型。常闭表示电磁阀仅在通电时打开，常开表示电磁阀仅在通电时关闭。当控制系统首次接通时，所有电磁阀保持断电状态。
110.优选地，传感器全部或大部分分布在蒸汽发生系统的不同、离散位置。这允许设计的灵活性。
111.初始
112.在启动按下启动按钮时，将启动以下步骤序列。
113.1.检查压力传感器#3至#8在系统中的压力。如果任何压力高于要求的压力水平，系统将在控制面板的lcd显示屏上指示故障，并且系统将不再继续。
114.2.检查压力传感器#1、#2和#5。如果任何低于所需限制，系统会在lcd显示屏上显示请求，请求打开手动切断阀，并在阀门打开时再次按下启动按钮。如果第二次按下启动按
钮，并且任何压力传感器#1、#2和#5仍低于所需限制，则系统在lcd显示屏上指示故障，将不再继续。
115.3.如果满足步骤1和2中的条件，则系统会使通风电磁阀通电，从而使其关闭。系统打开两个电磁阀(低流量)和电磁阀之间的管道(低流量)，减压阀开始加压。增压速率由电磁阀上游的限流器决定(低流量)。这提供了逐渐加压，消除了绝热加热的风险，从而可导致管道内发生故障或火灾。
116.4.当系统加压时，系统监控压力传感器#3和#4，并将其分别与压力传感器#1和#2进行比较。当#1和#2以及#3和#4之间的差值小于3巴时，系统关闭电磁阀(低流量)并打开电磁阀(高流量)#1和#2。在整个过程中，系统监控流量传感器#1和#2。如果检测到流量，过程停止，电磁阀(低流量)和电磁阀(高流量)1和2关闭，通风电磁阀打开，电磁阀(高流量)3打开2秒；系统在lcd显示屏上指示故障，将不再继续。打开电磁(高流量)阀#3 2秒钟的目的是清除系统中的任何潜在危险气体。然后，系统将通过lcd显示屏请求按下关机按钮。
117.5.如果步骤1至4成功完成，则初始化过程完成；且“初始化的led”亮起，并且蒸汽发生器准备启动。此时，可以将系统设置为直接启动或进入待机模式，以等待再次按下启动按钮启动。如果任何压力传感器#1至#4超过高压或低压的预定限值，系统将在lcd显示屏上报告故障，并将继续停机以及“初始化的led”熄灭。
118.运行
119.当在初始化后立即按下启动按钮时，运行过程开始，并且系统尝试达到目标蒸汽温度、蒸汽压力和蒸汽质量流量，然后在运行模式下保持这些。
120.1.如果系统在任何时候指示任何类型的故障，系统将进入停机状态，即所有电磁阀关闭，通风口打开，且“初始化的led”熄灭。这样，系统就会恢复到安全状态。
121.2.系统检查压力传感器3和4。如果其中任何一个超出启动压力范围，系统将在lcd显示屏上指示故障，然后将转到停机并且“初始化的led”熄灭。然后检查阀位置传感器#1和#2，以确保其各自的减压阀处于燃烧器启动的正确位置。该位置确保初始气体输送压力将提供正确的气体质量流量，以启动蒸汽发生器的燃烧器。启动气体质量流量的比率和大小是可变的，取决于蒸汽发生器内的初始条件；这在热启动和冷启动时有所不同。冷启动是指发电机初始启动时，发电机的所有部件都处于环境温度。热启动是指发电机在停机后短时间内重新启动，并且发电机的部件将保留相当多的热量。
122.3.如果满足步骤2中的条件，系统将打开蒸汽发生器中的电热塞点火器并监测其电流。如果电热塞的初始电流未达到所需值，系统将在lcd显示屏上报告故障，并将继续停机和“初始化的led”熄灭。
123.4.如果满足步骤3中的条件，则系统将继续监测电热塞电流，并且随着电热塞加热，由于加热过程导致电阻增大，电流会下降。在给定的电流水平下，控制器认为电热塞足够热，可以启动气体点火。
124.5.如果满足步骤4中的条件，控制器将启动泵。控制器将流量传感器#3的输出与预定流量需求进行比较。这两个数字之间的差值表示所需流量和实际流量之间存在误差。如果预定的流量需求大于流量传感器#3测得的流量，则误差为正值，控制器会提高泵的速度。如果预定的流量需求小于流量传感器#3测得的流量，则误差为负值，控制器会降低泵的速度。大约每1/10秒测量一次流量传感器输出，并在系统软件环路上调整泵速；这称为误差回
路。如果在预定时间后，流量传感器#3的输出无法与预定的流量需求相匹配，则控制器会在lcd显示屏上指示故障，并将继续停机和“初始化的led”熄灭。
125.6.当预定流量需求与流量传感器#3的输出匹配时，控制器打开电磁阀(高流量)#4和#5。气体进入蒸汽发生器，由电热塞点燃，从而开始产生蒸汽。如果在预定时间后，温度传感器#3未检测到高于预定水平的温度升高，则控制器会在lcd显示屏上指示故障，并将继续停机和“初始化的led”熄灭。如果温度没有升高，则表明气体没有点燃。
126.7.在没有故障的情况下，控制器随后监控温度传感器#3和压力传感器#8。如果温度和压力在预定时间内达到预定值，则认为蒸汽发生器已点亮并“加热”。如果在未达到预定压力和温度的情况下超过预定时间，控制器将在lcd显示屏上指示故障，并将继续停机和“初始化的led”熄灭。
127.8.如果满足步骤7中的条件，系统现在处于完全运行模式，并且运行led将点亮。然后，系统将尝试达到目标温度、压力和质量流量。进行此操作时，系统还必须保持氧与氢的化学计量质量比为8。控制器使用温度传感器#1、压力传感器#6和流量传感器#1计算氢气质量流量。类似地，控制器使用温度传感器#2、压力传感器#7和流量传感器#2计算氧气质量流量。根据这些值，软件确定氧与氢的实际质量比。然后，控制器从化学计量比中减去实际质量比，从而确定比率中的任何误差。如果此误差为正值，则表示氧气过多，氧气减压阀关闭。如果误差为负值，则打开氧气减压阀。该过程在运行阶段是连续的，作为气体混合物误差回路。
128.9.由于氧和氢的质量流是相互关联的，因此系统现在只需要关注两个控制元件，即氢质量流和水质量流。目标氢气质量流量和水质量流量在控制器软件中或由用户设置。可调整目标水质量流量和氢气质量流量，以控制总体质量流量，从而可用于调节发电机-即调整发电机的总体蒸汽质量流量输出。当用于节流时，总质量流量和氢气质量流量将事先映射，并且节流位置将映射到水质量流量和氢气质量流量目标。因此，当节流阀发生变化时，新的目标值取自映射值。通过查看温度传感器#3和压力传感器#8来调整这些目标质量流量。为氢气质量流和水质量流创建的误差控制回路与为氧气质量流创建的回路非常相似。误差由目标氢气质量流量和实际氢气质量流量以及目标水质量流量和实际水质量流量构成。虽然总质量流量是目标，但氧气质量流量和氢气质量流量的变化对总质量流量的影响很小。然而，在确定是否改变氢气质量流量或水质量流量时，应考虑整体质量流量的当前状态。例如，如果温度高于要求，质量流量低于要求，则水流量增加；这会降低温度，但也会增加质量流量。但是，如果温度高于要求且质量流量也高于要求，则氢气流量会减少，从而降低温度并降低质量流量。
129.10.由于系统的频率响应通常很低，因此也会考虑温度和压力的移动方向。例如，如果温度和压力高于要求但下降，则控制器不会更改目标值。同样，如果它们高于要求且不断上升，响应的幅度将增加。所有这些导致查表，该表确定氢气质量流量和水质量流量的系统目标值。该表还确保在任何时候都只运行一个误差回路，因此控制器只针对已更改的目标值运行误差回路；其他误差回路暂停。如果选项为“不执行任何操作”，则两个回路都不会运行。这样，系统仅在必要时进行自我校正。系统将保持此状态，直到请求停机。查表如下：
[0130][0131]
*在这种情况下，如果在给定时间(约5秒)后情况保持不变，系统将关闭并在lcd显示屏上指示故障。应注意，如果在达到给定时间之前达到系统最大值或最小值，系统将无论如何关闭，并在lcd显示屏上指示故障。
[0132]
11.如果再次按下启动按钮，系统将通过关闭电磁阀(高流量)#4和#5停止蒸汽产生，电热塞将关闭，运行的led熄灭。
[0133]
12.监控温度传感器#3和压力传感器#8；当压力低于1巴且温度低于100℃时，水泵关闭。
[0134]
13.如果再次按下启动按钮，控制器将在运行步骤1重新启动运行过程。
[0135]
停机
[0136]
停机可确保所有管道系统减压，无氢气和氧气，水泵关闭，电热塞点火器关闭，手动阀关闭，从而使系统处于惰性状态，从而确保安全。
[0137]
1.如果系统正在产生蒸汽，则系统会通过关闭电磁阀(高流量)#4和#5来停止蒸汽产生，电热塞将关闭，并且运行的led将熄灭。
[0138]
2.监控温度传感器#3和压力传感器#8；当压力低于1巴且温度低于100℃时，水泵关闭。
[0139]
3.当满足步骤2中的标准时，电磁阀(高流量)#1和#2关闭，并且通风电磁阀打开。
[0140]
4.当压力传感器#3和#4降至小于1巴时，通风电磁阀关闭，电磁阀(高流量)#4和#5打开，电磁阀(高流量)#3打开3到5秒。
[0141]
5.当压力传感器#3、#4、#5、#6和#7观测到压力低于1巴时，通风电磁阀打开，电磁阀(高流量)#4和#5关闭。然后认为系统已被吹扫，且电磁阀(高流量)#1和#2下游无压力。
[0142]
6.控制器现在通过lcd显示屏请求关闭手动切断阀，并在关闭时按下停机按钮。
[0143]
7.当满足步骤6中的标准且已按要求按下停机按钮时，电磁阀(高流量)1和2将打开。
[0144]
8.如果压力传感器#1和#2在5秒后仍检测到压力高于1巴，则电磁阀(高流量)#1和#2将关闭，控制器通过lcd显示屏报告氢气或氧气手动阀未正确关闭或出现故障，并且需要检查。
[0145]
9.如果压力传感器#1和#2在5秒内检测到压力低于1巴，电磁阀(高流量)#3将打开以进行最终氮气吹扫。
[0146]
10.如果压力传感器#5在5秒后仍检测到压力高于1巴，则电磁阀(高流量)#3将关闭，控制器通过lcd显示屏报告氮气手动阀未正确关闭或出现故障，需要检查。
[0147]
11.如果压力传感器#5在5秒内检测到压力低于1巴，电磁(高流量)阀#3将关闭并且初始化的led熄灭。系统现在被认为是完全净化和完全惰性的。
[0148]
在本规范中，动词“包括”有其正常的词典含义，表示非排他性包含。也就是说，使用“包括”(或其任何衍生物)一词来包括一个或多个特征，并不排除还包括其他特征的可能性。“优选”一词(或其任何衍生物)表示一个或多个优选但非必需的特征。
[0149]
本规范中披露的所有或任何特征(包括任何随附权利要求、摘要和图纸)和/或如此披露的任何方法或工艺的所有或任何步骤可以以任何组合进行组合，但至少部分此类特征和/或步骤相互排斥的组合除外。
[0150]
除非另有明确规定，否则本规范中披露的每个特征(包括任何随附权利要求、摘要和图纸)可由具有相同、等效或类似目的的替代特征替代。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征只是等效或类似特征的通用系列的一个示例。
[0151]
本发明不限于上述实施例的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征(包括任何随附权利要求、摘要和附图)的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或者扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

技术特征：

1.一种蒸汽发生器，包括：压力容器；所述压力容器的气体入口，布置为在压力下接收氢气和氧气；所述压力容器内的点火构件，布置为点燃在所述气体入口接收的氢气和氧气；蒸汽出口，用于来自所述压力容器的蒸汽的出口；所述压力容器之内或之上的水套；进水口，布置为在压力下接收水并将其供给所述水套；和位于所述压力容器内在所述气体入口和所述蒸汽出口之间的出水口，其中，在使用中：在所述进水口处接收的水沿着所述水套流动，以提供所述压力容器的冷却，并在所述出水口处输出，以提供水雾和/或膜，该水雾和/或膜与点燃的氢气和氧气混合，从而蒸发所述水雾和/或膜，所述出水口包括主体，当气体从所述气体入口流向所述蒸汽出口时，气体围绕该主体流动。2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其中所述压力容器包括双壁结构，从而在它们之间形成所述水套。3.根据权利要求1或2所述的蒸汽发生器，其中所述压力容器包括安装所述点火构件的燃烧区，所述燃烧区被配置为从所述气体入口接收氢气和氧气，并在燃烧过程中将所述气体混合。4.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述压力容器包括出水口区域，所述出水口安装在所述出水口区域内。5.根据权利要求3和4所述的蒸汽发生器，其中所述出水口布置在子弹形部分的尖端，所述子弹形部分沿着所述压力容器的中心轴同心安装在所述压力容器内，所述尖端朝向所述燃烧区。6.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述出水口包括喷嘴。7.根据权利要求6所述的蒸汽发生器，其中所述出水口包括用于形成水阵列的多个通道。8.根据权利要求7所述的蒸汽发生器，其中该阵列是径向风扇，通常沿着所述压力容器主轴径向延伸。9.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述出水口包含钼。10.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述点火构件包括电热塞。11.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述蒸汽出口位于所述压力容器与所述气体入口的相对端。12.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述蒸汽出口包括阀门控制构件。13.根据权利要求12所述的蒸汽发生器，其中所述阀门控制构件为德拉瓦尔喷嘴。14.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述气体入口包括气体混合喷嘴，用于在气体通过时进行混合。15.根据权利要求14所述的蒸汽发生器，其中所述气体混合喷嘴包括用于混合气体的多个纵向凹槽。16.根据权利要求1至13中任一权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述气体入口包括两条单独的路径，一条用于氢气和一条用于氧气，这样布置使得氢气和氧气在它们从所述气
体入口输出时在所述压力容器内混合。17.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述压力容器基本上是圆柱形的。18.根据上述任何权利要求所述的蒸汽发生器，其中所述压力容器引入混合区，该混合区提供空间，在该空间内，所述容器中的气体在使用中进行混合。19.根据权利要求3和18所述的蒸汽发生器，其中所述出水口位于所述燃烧区和所述混合区之间。20.一种蒸汽发生系统，包括蒸汽发生器、用于所述发生器的供气系统、用于所述发生器的供水系统和用于所述蒸汽发生系统的控制器，其中：所述蒸汽发生器包括：用于氢气、氧气、净化气体和水的输入；点火器，布置为点燃所述发生器内的氢气和氧气；以及用于由所述发生器内氢气和氧气点火产生的加压蒸汽的输出：所述供气系统包括第一高压级和第二低压级，其中：所述第一高压级布置为在压力下接收氢气、氧气和净化气体，并在减压下将这些气体供应给所述第二低压级；所述第二低压级布置为在减压下接收所述第一高压级的气体，并将这些气体供应给所述蒸汽发生器：所述供水系统布置为向所述蒸汽发生器加压供水：以及所述控制器布置为控制所述蒸汽发生系统在初始、运行和停机阶段的运行，其中：在所述初始阶段，将氢气和氧气引入所述第一高压级，并允许氢气和氧气的压力在所述第一高压级积累；在所述运行阶段，氢气和氧气以低于在所述第一高压级中流行的更低压力引入所述第二低压级；氢气和氧气随后被供应到所述蒸汽发生器中，在那里它们由点火器点火；和水被供应到所述蒸汽发生器中，以与点燃的气体混合；和在所述停机阶段，停止向所述蒸汽发生器供应氢气和氧气，停止向所述蒸汽发生器供水，并向所述供气系统和所述蒸汽发生器供应净化气体，以净化氢气和氧气的所述供气系统和所述蒸汽发生器。21.根据权利要求20所述的蒸汽发生系统，其中，在所述初始阶段，初始打开相应的低流量阀，以使氢气和氧气的压力逐渐积累；并且随后，打开相应的高流量阀，以允许氢气和氧气的压力更快地积累。22.根据权利要求20或21所述的蒸汽发生系统，其中，在所述运行阶段，所述控制器通过测量氢气和氧气的温度、压力和质量流量，计算出氧气与氢气的化学计量质量比；以及控制所述系统中的阀门以将所述化学计量质量比保持在所需水平。23.根据权利要求22所述的蒸汽发生系统，其中，在所述运行阶段，所述控制器监控水质量流量、以及氢气或氧气质量流量；并调整这些质量流量以通过所述蒸汽发生器实现所需的总质量流量。24.根据权利要求20至23中任一权利要求所述的蒸汽发生系统，其中所述蒸汽发生系统的操作由启动按钮和停机按钮的用户启动来控制。25.根据权利要求24所述的蒸汽发生系统，其中，在使用中，所述初始阶段由所述启动
按钮的第一启动来开启。26.根据权利要求24或25所述的蒸汽发生系统，其中，在使用中，在所述初始阶段完成后，所述运行阶段由所述启动按钮的启动来开启。27.根据权利要求24、25或26所述的蒸汽发生系统，其中，在使用中，在运行阶段期间在所述启动按钮启动时，所述蒸汽发生系统进入备用状态。28.根据权利要求20至27中任一权利要求所述的蒸汽发生系统，包括至少一个指示器，以指示下列中的至少一个：所述初始阶段的成功完成；所述运行阶段的成功激活；和故障状态。29.根据权利要求20至28中任一权利要求所述的蒸汽发生系统，其中所述控制器可操作以在预定时间或在预定时间内检测包括以下一个或多个的故障状态：所述系统内的压力超出预定限值；所述系统内的流速超出预定限值；所述系统内温度超出预定限值；和供应给所述蒸汽发生器的电点火电流超出预定限值。30.根据权利要求20至29中任一权利要求所述的蒸汽发生系统，其中，当检测到故障状态时，所述控制器可操作以启动所述停机阶段。31.根据权利要求20至30中任一权利要求所述的蒸汽发生系统，其中所述发生器是利要求1至19中的任何一项所述的发生器。32.蒸汽发生器或蒸汽发生系统，基本上如上文参考附图所述。33.一种涡轮发生器，引入如前述权利要求所述的至少一个蒸汽发生器或蒸汽发生系统。

技术总结

蒸汽发生器(1)包括：压力容器(2)；压力容器(2)的气体入口(3)，布置为在压力下接收氢气(4)和氧气(5)；压力容器(2)内的点火构件(6)，布置为点燃气体入口(3)接收的氢气(4)和氧气(5)；压力容器(2)之内或之上的水套(7)；进水口(8)，布置为在压力下接收水(9)并将其供给水套(7)；压力容器(2)内的出水口(10)；以及用于来自压力容器(2)的蒸汽(12)的出口的蒸汽出口(11)。在使用中，进水口(8)处接收的水(9)沿着水套(7)流动，以提供压力容器(2)的冷却，并在出水口(10)处输出，从而提供水雾(和/或膜)(13)，该水雾和/或膜(13)与点燃的氢气和氧气(14)混合，从而蒸发水雾(13)。从而蒸发水雾(13)。从而蒸发水雾(13)。