一种蒸汽动力循环系统及蒸汽动力循环方法
【专利摘要】本发明公开了一种蒸汽动力循环系统及蒸汽动力循环方法，其主要由两列承压容器以及连接这些容器的阀门和管线组成，两列容器完全对称，每列容器的个数以及各容器的安装高度依据所供蒸汽的初始压力和温度以及环境温度确定。蒸汽管线将每列容器的各个容器顶部出口连接起来，并通过阀门与蒸汽源和冷凝器连接。液态水管线通过阀门将两列容器的底部连接起来。本发明利用水受热汽化膨胀为动力，将水从较低位置压送至较高位置，以提高水的位置势能，并利用水轮机将水的位置势能转换为动力输出。本方案适用于小型分散性能源系统。
【专利说明】一种蒸汽动力循环系统及蒸汽动力循环方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种以水蒸汽为工质的热能机械能转换装置，尤其是涉及一种适用于小型分散性能源系统的蒸汽动力循环系统及蒸汽动力循环方法。
【背景技术】
[0003]太阳能属于清洁可再生能源，有着广泛的应用前景。目前主要的太阳能利用方式是光伏发电和光热发电两种。光热发电一般是先用太阳能加热水等介质产生蒸汽，然后使蒸汽推动蒸汽轮机的叶轮，带动发电机发电。这对于蒸汽的品质要求较高，在加热温度不够高的情况下，难以推动叶轮发电，并且对于通蒸汽的管线也有非常高的保温和承压要求，故而使整个发电系统的造价较为昂贵，影响推广使用。
[0004]中华人民共和国国家知识产权局于2012年07月18日公开了公布号为CN102589153A的专利文献，名称是太阳能加热装置及太阳能蒸汽发电系统，其发电系统包括:太阳能加热装置，所述太阳能加热装置包括具有进水口和出水口的金属供水管，金属供水管上设置有向管内腔凹陷的凹陷部分；金属供水管外部设置有可对太阳光进行聚焦，并使聚焦光线透过凹陷部分的开口汇聚至凹陷部分内的聚焦装置；金属供水管的进水口通过进水管道连接水源，金属供水管的出水口通过蒸汽管道连接蒸汽涡轮机。此方案仍然是通过蒸汽推动蒸汽涡轮机来发电，对加热装置和管道的要求较高。
【发明内容】
[0005]本发明主要是解决现有技术所存在的对加热装置和管道要求较高、对蒸汽压力要求较高、造价昂贵、适用面狭窄的技术问题，提供一种对加热装置和管道要求较低、对蒸汽品质要求低、成本低、使用面广、可以应用在一些小型分散性能源系统上的蒸汽动力循环系统和蒸汽动力循环方法。
[0006]本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:.一种蒸汽动力循环系统，包括高位水箱、低位水箱、第一 a容器、第一 b容器、第二 Ia容器、第二 Ib容器、第二 2a容器、第二 2b容器、第八a容器、第八b容器、第零a阀门、第零b阀门、第零c阀门、第零d阀门、第零e阀门、第零f阀门、第一 a阀门、第一 b阀门、第二 Ia阀门、第二 Ib阀门、第二 2a阀门、第二 2b阀门、第八a阀门和第八b阀门，所有容器都包括顶部接口和底部接口，第一 a容器、第二 Ia容器、第二 2a容器和第八a容器的顶部接口都与a管线连接；第一b容器、第二 Ib容器、第二 2b容器和第八b容器的顶部接口都与b管线连接；a管线一端通过第零a阀门连接去冷凝器，另一端通过第零c阀门连接蒸汽接口 ；b管线一端通过第零b阀门连接去冷凝器，另一端通过第零d阀门连接蒸汽接口 ；第一 a容器的底部接口通过第一a阀门连接中心管线；第一 b容器的底部接口通过第一 b阀门连接中心管线；第二 Ia容器的底部接口通过第二 Ia阀门连接中心管线；第二 Ib容器的底部接口通过第二 Ib阀门连接中心管线；第二 2a容器的底部接口通过第二 2a阀门连接中心管线；第二 2b容器的底部接口通过第二 2b阀门连接中心管线；第八a容器的底部接口通过第八a阀门连接中心管线；第八b容器的底部接口通过第八a阀门连接中心管线；中心管线的一端通过第零e阀门连接高位水箱的底部接口，另一端通过第零f阀门连接低位水箱的底部接口 ；第一 a容器和第一 b容器处于同一高度；第二 Ia容器和第二 Ib容器处于同一高度；第二 2a容器和第二2b容器处于同一高度；第八a容器和第八b容器处于同一高度；第一 a容器的底部高于第
二Ia容器的顶部，第二 Ia容器的底部高于第二 2a容器的顶部，第二 2a容器的底部高于第八a容器的顶部；低位水箱所处的高度不低于第八容器的高度；高位水箱所处的高度高于第一 a容器的高度；高位水箱的底部接口通过串接有水轮机的管线连接到低位水箱的底部接口 ；低位水箱的顶部接口连接去冷凝器；第一 a容器、第一 b容器、第八a容器和第八b容器的容积相等；第二 Ia容器与第二 2a容器的容积之和与第一 a容器的容积相等；第二 Ib容器与第二 2b容器的容积之和与第一 a容器的容积相等。
[0007]作为优选，第二 Ia容器和第二 Ib容器的容积都为第一 a容器容积的三分之一；第
二2a容器和第二 2b容器的容积都为第一 a容器的三分之二。
[0008]作为优选，蒸汽动力循环系统还包括容积都与第一 a容器相等的第三a容器、第三b容器、第四a容器、第四b容器、第五a容器、第五b容器、第六a容器、第六b容器、第七a容器和第七b容器，第三a容器、第四a容器、第五a容器、第六a容器和第七a容器的顶部接口都与a管线连接；第三b容器、第四b容器第五b容器、第六b容器和第七b容器的顶部接口都与b管线连接；第三a容器的底部接口通过第三a阀门连接中心管线；第三b容器的底部接口通过第三b阀门连接中心管线；第四a容器的底部接口通过第四a阀门连接中心管线；第四b容器的底部接口通过第四b阀门连接中心管线；第五a容器的底部接口通过第五a阀门连接中心管线；第五b容器的底部接口通过第五b阀门连接中心管线；第六a容器的底部接口通过第六a阀门连接中心管线；第六b容器的底部接口通过第六b阀门连接中心管线；第七a容器的底部接口通过第七a阀门连接中心管线；第七b容器的底部接口通过第七b阀门连接中心管线；第三a容器和第三b容器处于同一高度；第四a容器和第四b容器处于同一高度；第五a容器和第五b容器处于同一高度；第六a容器和第六b容器处于同一高度；第七a容器和第七b容器处于同一高度；第三a容器的顶部低于第二 2a容器的底部；第四a容器的顶部低于第三a容器的底部；第五a容器的顶部低于第四a容器的底部；第六a容器的顶部低于第五a容器的底部；第七a容器的顶部低于第六a容器的底部；第八a容器的顶部低于第三七a容器的底部。
[0009]作为优选，所述高位水箱的内部装有充有压缩空气的橡皮胶囊。考虑工程造价的原因，高位水箱的位置可以适当降低，但需要在其内部保持一个合适的压力范围，橡皮胶囊就达到了这个效果。
[0010]作为优选，所述容器内表面设有保温层。保温层可以减少蒸汽热损失，并避免承压外壁的热疲劳。
[0011]一种蒸汽动力循环方法，包括如下步骤:
一、进入预备状态，a系列容器中为低压蒸汽，b系列容器中为水，第零a阀门打开，其余所有阀门关闭；
二、打开第零d阀门、第一b阀门和第零e阀门，第一 b容器中的水在蒸汽挤压下进入高位水箱；
三、第一b容器下部液位低以后，关闭第零e阀门和第一 b阀门，打开第二 2b阀门和第
一a阀门，第二 2b容器中的水在蒸汽作用下进入第一 a容器；
四、第二2b容器下部液位低或者第一 a容器上部液位高以后，关闭第二 2b阀门，打开第二 Ib阀门，第二 Ib容器中的水在蒸汽作用下进入第一 a容器；
五、第二Ib容器下部液位低或者第一 a容器上部液位高以后，关闭第一 a阀门和第二Ib阀门，打开第八b阀门和第二 Ia阀门，第八b容器中的部分水在蒸汽作用下进入第二 Ia容器；
六、第八b容器下部液位低或者第二Ia容器上部液位高以后，关闭第二 Ia阀门，打开第二 2a阀门，第八b容器中的水在蒸汽作用下进入第二 2a容器；
七、检测到第八b容器下部液位低以后，关闭第二2a阀门和第八b阀门，打开第八a阀门和第零f阀门，低位水箱为第八a容器充水；
此时，系统处于另一种预备状态，即a系列容器中充满水，b系列容器中为低压蒸汽，将a系列的容器和阀门与b系列的容器与阀门对调重复步骤二至七，如此进行循环，实现蒸汽热能与水势能的转换。
[0012]当系统包括第三a容器、第三b容器、第四a容器、第四b容器、第五a容器、第五b容器、第六a容器、第六b容器、第七a容器和第七b容器，第三a容器、第四a容器、第五a容器、第六a容器和第七a容器时，水在蒸汽作用下逐个容器上升。
[0013]每个容器内都安装有上部液位计和下部液位计，下部液位低即为下部液位计检测不到水位，上部液位高即为上部液位计检测到水位。从自动控制的角度出发，所有液位计的检测输出端与控制器电连接，并且所有阀门都为电磁阀门，所有阀门的控制端与控制器电连接。控制器根据液位计检测到的信息来控制电磁阀门的开闭。控制器可以通过单片机、FPGA等实现。
[0014]本方案应用于太阳能热发电系统时，蒸汽由一系列的太阳能集热器供给，本系统低压蒸汽冷凝后返回集热器，一组本技术所描述的系统合理布置后，向一个高位水箱供水，经水轮发电机后到达一个低位水箱。
[0015]将第二 Ia容器和第二 2a容器视为一个整体(第二 a容器)，将第二 2a容器和第二2b容器视为一个整体(第二 b容器)，这样一级势能提升过程就分成两级，目的是为了提高效率。
[0016]两个子级箱体容积的分配以第三级容器(第三a容器和第三b容器)与第一级容器(第一 a容器和第一 b容器)的位差最大为目标。
[0017]记:
第一级容器到三级容器的位差为力;
第一级容器到第二 I级容器(第二 Ia容器和第二 Ib容器)的位差为之；
第一级容器到第二 2级容器(第二 2a容器和第二 2b容器)的位差为之；
第二I级容器到第三级容器的位差为之;
第二 2级容器到第三级容器的位差为&；
第二 I级容器到第二 2级容器的位差为Ar ；
蒸汽初始压力为之；第二 Ia容器(或第二 Ib容器)的容积为第一 a容器的z倍(0CK1)，第二 2a容器(或第二 2b容器)的容积为第一 a容器的(1-x)倍。
[0018]蒸汽做绝热膨胀,近似为c为定值，k为绝热指数,系统工作介质近似为干饱和蒸汽，可取^=L 135。按系统工作控制程序，之应取蒸汽膨胀2倍时的压力，为尽量提高效率，工作时可取之
同样，取 h4=ha3-k 显然，Ar最大时,A有最大值
h2应小于第二 2a容器排空时系统压力，即h2〈h0(2-x)-k
同样，h应小于第三a容器排空时系统压力，即 h3<hQ(2+x)_k 由于 h =Ii^h1 hx=h3_h4
可以有 、讀-於⑶
和hx〈hQ(2+x)-k-ho3-k
也即 hyhymin {(2~x) k~2 k, (2+x) k~3 k}
为有最高效率，取 h/h0=min {(2-x) -k-2_k, (2+x) H 计算上式，在z大约为1/3时，Ar可取最大值，约为&的0.1倍。
[0019]本发明带来的实质性效果是，可以适用于小型分散性能源系统，比如加热能力较小的太阳能加热系统，对于供能的蒸汽压力要求较低，系统承压要求低，成本低，效率高。 【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的一种蒸汽动力循环系统结构示意图；
图2是本发明的另一种蒸汽动力循环系统结构示意图；
图中:T表不容器，V表不阀门。
【具体实施方式】
[0021]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0022]实施例1:本实施例的一种蒸汽动力循环系统，如图1所示,包括高位水箱、低位水箱、第一 a容器Tla、第一 b容器Tib、第二 Ia容器T21a、第二 Ib容器T21b、第二 2a容器T22a、第二 2b容器T22b、第八a容器T8a、第八b容器T8b、第零a阀门VOa、第零b阀门VOb、第零c阀门VOc、第零d阀门VOd、第零e阀门VOe、第零f阀门VOf、第一 a阀门Via、第一 b阀门Vlb、第二 Ia阀门V21a、第二 Ib阀门V2lb、第二 2a阀门V22a、第二 2b阀门V22b、第八a阀门V8a和第八b阀门V8b，所有容器都包括顶部接口和底部接口，第一 a容器、第二Ia容器、第二 2a容器和第八a容器的顶部接口都与a管线连接；第一 b容器、第二 Ib容器、第二 2b容器和第八b容器的顶部接口都与b管线连接；a管线一端通过第零a阀门连接去冷凝器，另一端通过第零c阀门连接蒸汽接口 ；b管线一端通过第零b阀门连接去冷凝器，另一端通过第零d阀门连接蒸汽接口 ；第一a容器的底部接口通过第一a阀门连接中心管线；第一 b容器的底部接口通过第一 b阀门连接中心管线；第二 Ia容器的底部接口通过第
二Ia阀门连接中心管线；第二 Ib容器的底部接口通过第二 Ib阀门连接中心管线；第二 2a容器的底部接口通过第二 2a阀门连接中心管线；第二 2b容器的底部接口通过第二 2b阀门连接中心管线；第八a容器的底部接口通过第八a阀门连接中心管线；第八b容器的底部接口通过第八a阀门连接中心管线；中心管线的一端通过第零e阀门连接高位水箱的底部接口，另一端通过第零f阀门连接低位水箱的底部接口 ；第一 a容器和第一 b容器处于同一高度；第二 Ia容器和第二 Ib容器处于同一高度；第二 2a容器和第二 2b容器处于同一高度；第八a容器和第八b容器处于同一高度；第一 a容器的底部高于第二 Ia容器的顶部,第二Ia容器的底部高于第二 2a容器的顶部，第二 2a容器的底部高于第八a容器的顶部；低位水箱所处的高度不低于第八容器的高度；高位水箱所处的高度高于第一 a容器的高度；高位水箱的底部接口通过串接有水轮机的管线连接到低位水箱的底部接口 ；低位水箱的顶部接口连接去冷凝器；第一 a容器、第一 b容器、第八a容器和第八b容器的容积相等；第二 Ia容器与第二 2a容器的容积之和与第一 a容器的容积相等；第二 Ib容器与第二 2b容器的容积之和与第一 a容器的容积相等。
[0023]第二 Ia容器和第二 Ib容器的容积都为第一 a容器容积的三分之一；所述第二 2a容器和第二 2b容器的容积都为第一 a容器的三分之二。高位水箱的内部装有充有压缩空气的橡皮胶囊。容器内表面设有保温层。
[0024]一种蒸汽动力循环方法，包括如下步骤:
一、进入预备状态，a系列容器中为低压蒸汽，b系列容器中为水，第零a阀门打开，其余所有阀门关闭；
二、打开第零d阀门、第一b阀门和第零e阀门，第一 b容器中的水在蒸汽挤压下进入高位水箱；
三、第一b容器下部液位低以后，关闭第零e阀门和第一 b阀门，打开第二 2b阀门和第
一a阀门，第二 2b容器中的水在蒸汽作用下进入第一 a容器；
四、第二2b容器下部液位低或者第一 a容器上部液位高以后，关闭第二 2b阀门，打开第二 Ib阀门，第二 Ib容器中的水在蒸汽作用下进入第一 a容器；
五、第二Ib容器下部液位低或者第一 a容器上部液位高以后，关闭第一 a阀门和第二Ib阀门，打开第八b阀门和第二 Ia阀门，第八b容器中的部分水在蒸汽作用下进入第二 Ia容器；
六、第八b容器下部液位低或者第二Ia容器上部液位高以后，关闭第二 Ia阀门，打开第二 2a阀门，第八b容器中的水在蒸汽作用下进入第二 2a容器；
七、检测到第八b容器下部液位低以后，关闭第二2a阀门和第八b阀门，打开第八a阀门和第零f阀门，低位水箱为第八a容器充水；
此时，系统处于另一种预备状态，即a系列容器中充满水，b系列容器中为低压蒸汽，将a系列的容器和阀门与b系列的容器与阀门对调重复步骤二至七，如此进行循环，实现蒸汽热能与水势能的转换。
[0025]每个容器内都安装有上部液位计和下部液位计，下部液位低即为下部液位计检测不到水位，上部液位高即为上部液位计检测到水位。从自动控制的角度出发，所有液位计的检测输出端与控制器电连接，并且所有阀门都为电磁阀门，所有阀门的控制端与控制器电连接。控制器根据液位计检测到的信息来控制电磁阀门的开闭。控制器可以通过单片机、FPGA等实现。
[0026]实施例2:本实施例的一种蒸汽动力循环系统，如图2所示，包括高位水箱、低位水箱、第一 a容器Tla、第一 b容器Tib、第二 Ia容器T21a、第二 Ib容器T21b、第二 2a容器T22a、第二 2b容器T22b、第八a容器T8a、第八b容器T8b、第零a阀门VOa、第零b阀门VOb、第零c阀门VOc、第零d阀门VOd、第零e阀门VOe、第零f阀门VOf、第一 a阀门Via、第一 b阀门Vlb、第二 Ia阀门V21a、第二 Ib阀门V2lb、第二 2a阀门V22a、第二 2b阀门V22b、第八a阀门V8a和第八b阀门V8b，所有容器都包括顶部接口和底部接口，第一 a容器、第二Ia容器、第二 2a容器和第八a容器的顶部接口都与a管线连接；第一 b容器、第二 Ib容器、第二 2b容器和第八b容器的顶部接口都与b管线连接；a管线一端通过第零a阀门连接去冷凝器，另一端通过第零c阀门连接蒸汽接口 ；b管线一端通过第零b阀门连接去冷凝器，另一端通过第零d阀门连接蒸汽接口 ；第一a容器的底部接口通过第一a阀门连接中心管线；第一 b容器的底部接口通过第一 b阀门连接中心管线；第二 Ia容器的底部接口通过第
二Ia阀门连接中心管线；第二 Ib容器的底部接口通过第二 Ib阀门连接中心管线；第二 2a容器的底部接口通过第二 2a阀门连接中心管线；第二 2b容器的底部接口通过第二 2b阀门连接中心管线；第八a容器的底部接口通过第八a阀门连接中心管线；第八b容器的底部接口通过第八a阀门连接中心管线；中心管线的一端通过第零e阀门连接高位水箱的底部接口，另一端通过第零f阀门连接低位水箱的底部接口 ；第一 a容器和第一 b容器处于同一高度；第二 Ia容器和第二 Ib容器处于同一高度；第二 2a容器和第二 2b容器处于同一高度；第八a容器和第八b容器处于同一高度；第一 a容器的底部高于第二 Ia容器的顶部,第二Ia容器的底部高于第二 2a容器的顶部，第二 2a容器的底部高于第八a容器的顶部；低位水箱所处的高度不低于第八容器的高度；高位水箱所处的高度高于第一 a容器的高度；高位水箱的底部接口通过串接有水轮机的管线连接到低位水箱的底部接口 ；低位水箱的顶部接口连接去冷凝器；第一 a容器、第一 b容器、第八a容器和第八b容器的容积相等；第二 Ia容器与第二 2a容器的容积之和与第一 a容器的容积相等；第二 Ib容器与第二 2b容器的容积之和与第一 a容器的容积相等。
[0027]系统还包括容积都与第一 a容器相等的第三a容器T3a、第三b容器T3b、第四a容器T4a、第四b容器T4b、第五a容器T5a、第五b容器T5b、第六a容器T6a、第六b容器T6b、第七a容器T7a和第七b容器T7b，第三a容器、第四a容器、第五a容器、第六a容器和第七a容器的顶部接口都与a管线连接；第三b容器、第四b容器第五b容器、第六b容器和第七b容器的顶部接口都与b管线连接；第三a容器的底部接口通过第三a阀门V3a连接中心管线；第三b容器的底部接口通过第三b阀门V3b连接中心管线；第四a容器的底部接口通过第四a阀门V4a连接中心管线；第四b容器的底部接口通过第四b阀门V4b连接中心管线；第五a容器的底部接口通过第五a阀门V5a连接中心管线；第五b容器的底部接口通过第五b阀门V5b连接中心管线；第六a容器的底部接口通过第六a阀门V6a连接中心管线；第六b容器的底部接口通过第六b阀门V6b连接中心管线；第七a容器的底部接口通过第七a阀门V7a连接中心管线；第七b容器的底部接口通过第七b阀门V7b连接中心管线；第三a容器和第三b容器处于同一高度；第四a容器和第四b容器处于同一高度；第五a容器和第五b容器处于同一高度；第六a容器和第六b容器处于同一高度；第七a容器和第七b容器处于同一高度；第三a容器的顶部低于第二 2a容器的底部；第四a容器的顶部低于第三a容器的底部；第五a容器的顶部低于第四a容器的底部；第六a容器的顶部低于第五a容器的底部；第七a容器的顶部低于第六a容器的底部；第八a容器的顶部低于第三七a容器的底部。
[0028]第二 Ia容器和第二 Ib容器的容积都为第一 a容器容积的三分之一；所述第二 2a容器和第二 2b容器的容积都为第一 a容器的三分之二。高位水箱的内部装有充有压缩空气的橡皮胶囊。容器内表面设有保温层。
[0029]系统大致运行如下:
0.预备状态:两列容器的一列充满水，另一列为低压饱和蒸汽(对应于冷凝器温度和压力).例如b系列满水，a系列内为低压蒸汽.阀门VOa开，其余所有阀门关.1.开VOd,开Vlb,开VOe,Tlb的水送至高位水箱；
2.检测到Tlb下部液位低后，关VOe,关Vlb,开V22b，开Via,T22b的水送至Tla;
3.检测到T22b下部液位低或Tla上部液位高后，关V22b，开V21b，T21b的水送至
Tla;
4.检测到T21b下部液位低或Tla上部液位高后，关Via，关V21b，开V3b，开V21a，T3b的部分水送至T21a;
5.检测到T3b下部液位低或T21a上部液位高后，关V21a，开V22a，T3b的水送至T22a;
6.检测到T3b下部液位低或T22a上部液位高后，关V22a，关V3b，开V4b，开V3a，T4b的水送至T3a;
7.检测到T4b下部液位低或T3a上部液位高后，关V3a，关V4b，开V5b，开V4a，T5b的水送至T4a;
8.检测到T5b下部液位低或T4a上部液位高后，关V4a，关V5b，开V6b，开V5a，T6b的水送至T5a;
9.检测到T6b下部液位低或T5a上部液位高后，关V5a，关V6b，开V7b，开V6a，T7b的水送至T4a;
10.检测到T7b下部液位低或T6a上部液位高后，关V6a，关V7b，开V8b，开V7a，T8b的水送至T7a;
11.检测到T8b下部液位低或T7a上部液位高后，关V7a，关V8b，开V8a，开VOf，低位水箱为T8a充水；
12.检测到T8a上部液位高后，关V8a，关VOf，关VOa，开VOb.至此，系统处于另一种预备状态:a系列满水，b系列内为低压蒸汽，按与上述程序对称的步骤，将b, a系列对调，系统重负运行。
[0030]每个容器系列中的各个容器的高程差，应小于相应的蒸汽膨胀后的压力，并尽量充分利用膨胀所产生的动力。例如，Tlb与高位水箱的高程差的设置，应当使新蒸汽几乎恰好能将液态水从Tlb压送至高位水箱，如果高程差过大，系统无法工作，如过小，系统的转换效率就会降低。T5b与T6b的高程差，应当小于并接近新蒸汽绝热膨胀6倍后的压力。
[0031]从T3a到TSa这么多容器，主要的目的是提高热效率。Tla充满蒸汽后，将一个单位(Tla容积，以后各级容器的容积相同，只是第二级包含两个子级，T21a容积为1/3个单位，T22a容积为2/3个单位)的水的位能提高h，这里的h与新蒸汽的压力对应。也就时说，高位水箱的位置可以比Tla高h。T21a充满蒸汽后，其压力为新蒸汽膨胀到原容积的4/3倍时的压力，那么Tla就可以比T21a高对应的高程。设置多少级水箱，主要取决于新蒸汽的初始压力(或温度，饱和状态，温度压力是一一对应的)。一般地，级数多一些，能量利用的充分一些。但随着蒸汽膨胀级数增多，最后的压力很低，利用价值就不大了。为了充分利用水蒸气的膨胀能，每相邻两级之间的容器的位差由水蒸气的压力决定，以刚好可以将水压入上一级容器为佳。本方案采用8级，在成本和利用效率上达到较好的平衡。
[0032]本方案中一个单元是指包含Tla/b、T21a/b、T3a等等的一套装置，由于太阳能的分散性，每个这样的单元容量都不大，由很多个这样的单元为一个水轮机供水，才合算。图1和图2中的其他单元即表示多个这样的单元并联。系统可以根据需要选择具体的单元数量。
[0033]考虑工程造价的原因，高位水箱的位置可以适当降低，但需要在其内部保持一个合适的压力范围。例如，可以在其内部加装一个充压缩空气的橡皮胶囊。
[0034]各承压容器内表面需加保温层，以减少蒸汽热损失，并避免承压外壁的热疲劳。
[0035]本实施例讨论中一直使用水及其蒸汽作为系统工作的工质。但其他一些工质也是可以的，例如氨水，或类似于佛里昂等的有机工质都可以。具体使用哪一种要视具体工程的方便。
[0036]当将本技术应用于太阳能热发电系统时，新蒸汽由一系列的太阳能集热器供给，本系统低压蒸汽冷凝后返回集热器。一组本技术所描述的系统合理布置后，向一个高位水箱供水，经水轮发电机后到达一个低位水箱。
[0037]每个容器内都安装有上部液位计和下部液位计，下部液位低即为下部液位计检测不到水位，上部液位高即为上部液位计检测到水位。从自动控制的角度出发，所有液位计的检测输出端与控制器电连接，并且所有阀门都为电磁阀门，所有阀门的控制端与控制器电连接。控制器根据液位计检测到的信息来控制电磁阀门的开闭。控制器可以通过单片机、FPGA等实现。
[0038]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0039]尽管本文较多地使用了水箱、阀门、容器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【权利要求】
1.一种蒸汽动力循环系统，其特征在于，包括高位水箱、低位水箱、第一 a容器、第一 b容器、第二 Ia容器、第二 Ib容器、第二 2a容器、第二 2b容器、第八a容器、第八b容器、第零a阀门、第零b阀门、第零c阀门、第零d阀门、第零e阀门、第零f阀门、第一 a阀门、第一 b阀门、第二 Ia阀门、第二 Ib阀门、第二 2a阀门、第二 2b阀门、第八a阀门和第八b阀门，所有容器都包括顶部接口和底部接口，第一 a容器、第二 Ia容器、第二 2a容器和第八a容器的顶部接口都与a管线连接；第一 b容器、第二 Ib容器、第二 2b容器和第八b容器的顶部接口都与b管线连接；a管线一端通过第零a阀门连接去冷凝器，另一端通过第零c阀门连接蒸汽接口 ；b管线一端通过第零b阀门连接去冷凝器，另一端通过第零d阀门连接蒸汽接口 ；第一a容器的底部接口通过第一a阀门连接中心管线；第一b容器的底部接口通过第一b阀门连接中心管线；第二 Ia容器的底部接口通过第二 Ia阀门连接中心管线；第二 Ib容器的底部接口通过第二 Ib阀门连接中心管线；第二 2a容器的底部接口通过第二 2a阀门连接中心管线；第二 2b容器的底部接口通过第二 2b阀门连接中心管线；第八a容器的底部接口通过第八a阀门连接中心管线；第八b容器的底部接口通过第八a阀门连接中心管线冲心管线的一端通过第零e阀门连接高位水箱的底部接口，另一端通过第零f阀门连接低位水箱的底部接口 ；第一 a容器和第一 b容器处于同一高度；第二 Ia容器和第二 Ib容器处于同一高度；第二 2a容器和第二 2b容器处于同一高度；第八a容器和第八b容器处于同一高度；第一 a容器的底部高于第二 Ia容器的顶部，第二 Ia容器的底部高于第二 2a容器的顶部，第二 2a容器的底部高于第八a容器的顶部；低位水箱所处的高度不低于第八容器的高度；高位水箱所处的高度高于第一 a容器的高度；高位水箱的底部接口通过串接有水轮机的管线连接到低位水箱的底部接口 ；低位水箱的顶部接口连接去冷凝器；第一 a容器、第一b容器、第八a容器和第八b容器的容积相等；第二 Ia容器与第二 2a容器的容积之和与第一a容器的容积相等；第二 Ib容器与第二 2b容器的容积之和与第一 a容器的容积相等。
2.根据权利要求1所述的一种蒸汽动力循环系统，其特征在于，所述第二Ia容器和第二Ib容器的容积都为第一 a容器容积的三分之一；所述第二 2a容器和第二 2b容器的容积都为第一 a容器的三分之二。
3.根据权利要求2所述的一种蒸汽动力循环系统，其特征在于，还包括容积都与第一a容器相等的第三a容器、第三b容器、第四a容器、第四b容器、第五a容器、第五b容器、第六a容器、第六b容器、第七a容器和第七b容器，第三a容器、第四a容器、第五a容器、第六a容器和第七a容器的顶部接口都与a管线连接；第三b容器、第四b容器第五b容器、第六b容器和第七b容器的顶部接口都与b管线连接；第三a容器的底部接口通过第三a阀门连接中心管线；第三b容器的底部接口通过第三b阀门连接中心管线；第四a容器的底部接口通过第四a阀门连接中心管线；第四b容器的底部接口通过第四b阀门连接中心管线；第五a容器的底部接口通过第五a阀门连接中心管线；第五b容器的底部接口通过第五b阀门连接中心管线；第六a容器的底部接口通过第六a阀门连接中心管线；第六b容器的底部接口通过第六b阀门连接中心管线；第七a容器的底部接口通过第七a阀门连接中心管线；第七b容器的底部接口通过第七b阀门连接中心管线；第三a容器和第三b容器处于同一高度；第四a容器和第四b容器处于同一高度；第五a容器和第五b容器处于同一高度；第六a容器和第六b容器处于同一高度；第七a容器和第七b容器处于同一高度；第三a容器的顶部低于第二 2a容器的底部；第四a容器的顶部低于第三a容器的底部；第五a容器的顶部低于第四a容器的底部；第六a容器的顶部低于第五a容器的底部；第七a容器的顶部低于第六a容器的底部；第八a容器的顶部低于第三七a容器的底部。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种蒸汽动力循环系统，其特征在于，所述高位水箱的内部装有充有压缩空气的橡皮胶囊。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种蒸汽动力循环系统，其特征在于，所述容器内表面设有保温层。
6.一种应用于如权利要求1所述的蒸汽动力循环系统的蒸汽动力循环方法，其特征在于，包括如下步骤: 一、进入预备状态，a系列容器中为低压蒸汽，b系列容器中为水，第零a阀门打开，其余所有阀门关闭； 二、打开第零d阀门、第一b阀门和第零e阀门，第一 b容器中的水在蒸汽挤压下进入高位水箱； 三、第一b容器下部液位低以后，关闭第零e阀门和第一 b阀门，打开第二 2b阀门和第一a阀门，第二 2b容器中的水在蒸汽作用下进入第一 a容器； 四、第二2b容器下部液位低或者第一 a容器上部液位高以后，关闭第二 2b阀门，打开第二 Ib阀门，第二 Ib容器中的水在蒸汽作用下进入第一 a容器； 五、第二Ib容器下部液位低或者第一 a容器上部液位高以后，关闭第一 a阀门和第二Ib阀门，打开第八b阀门和第 二 Ia阀门，第八b容器中的部分水在蒸汽作用下进入第二 Ia容器； 六、第八b容器下部液位低或者第二Ia容器上部液位高以后，关闭第二 Ia阀门，打开第二 2a阀门，第八b容器中的水在蒸汽作用下进入第二 2a容器； 七、检测到第八b容器下部液位低以后，关闭第二2a阀门和第八b阀门，打开第八a阀门和第零f阀门，低位水箱为第八a容器充水； 此时，系统处于另一种预备状态，即a系列容器中充满水，b系列容器中为低压蒸汽，将a系列的容器和阀门与b系列的容器与阀门对调重复步骤二至七，如此进行循环，实现蒸汽热能与水势能的转换。
【文档编号】F03B13/00GK103485961SQ201310230922
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2013年6月13日
【发明者】杨伯雍, 王娟 申请人:王娟