一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)及蒸汽動(dòng)力循環(huán)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)及蒸汽動(dòng)力循環(huán)方法，其主要由兩列承壓容器以及連接這些容器的閥門(mén)和管線組成，兩列容器完全對(duì)稱(chēng)，每列容器的個(gè)數(shù)以及各容器的安裝高度依據(jù)所供蒸汽的初始?jí)毫蜏囟纫约碍h(huán)境溫度確定。蒸汽管線將每列容器的各個(gè)容器頂部出口連接起來(lái)，并通過(guò)閥門(mén)與蒸汽源和冷凝器連接。液態(tài)水管線通過(guò)閥門(mén)將兩列容器的底部連接起來(lái)。本發(fā)明利用水受熱汽化膨脹為動(dòng)力，將水從較低位置壓送至較高位置，以提高水的位置勢(shì)能，并利用水輪機(jī)將水的位置勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)力輸出。本方案適用于小型分散性能源系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)及蒸汽動(dòng)力循環(huán)方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種以水蒸汽為工質(zhì)的熱能機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置，尤其是涉及一種適用于小型分散性能源系統(tǒng)的蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)及蒸汽動(dòng)力循環(huán)方法。
【背景技術(shù)】
[0003]太陽(yáng)能屬于清潔可再生能源，有著廣泛的應(yīng)用前景。目前主要的太陽(yáng)能利用方式是光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩種。光熱發(fā)電一般是先用太陽(yáng)能加熱水等介質(zhì)產(chǎn)生蒸汽，然后使蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)的葉輪，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這對(duì)于蒸汽的品質(zhì)要求較高，在加熱溫度不夠高的情況下，難以推動(dòng)葉輪發(fā)電，并且對(duì)于通蒸汽的管線也有非常高的保溫和承壓要求，故而使整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)較為昂貴，影響推廣使用。
[0004]中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2012年07月18日公開(kāi)了公布號(hào)為CN102589153A的專(zhuān)利文獻(xiàn)，名稱(chēng)是太陽(yáng)能加熱裝置及太陽(yáng)能蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，其發(fā)電系統(tǒng)包括:太陽(yáng)能加熱裝置，所述太陽(yáng)能加熱裝置包括具有進(jìn)水口和出水口的金屬供水管，金屬供水管上設(shè)置有向管內(nèi)腔凹陷的凹陷部分；金屬供水管外部設(shè)置有可對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行聚焦，并使聚焦光線透過(guò)凹陷部分的開(kāi)口匯聚至凹陷部分內(nèi)的聚焦裝置；金屬供水管的進(jìn)水口通過(guò)進(jìn)水管道連接水源，金屬供水管的出水口通過(guò)蒸汽管道連接蒸汽渦輪機(jī)。此方案仍然是通過(guò)蒸汽推動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)來(lái)發(fā)電，對(duì)加熱裝置和管道的要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的對(duì)加熱裝置和管道要求較高、對(duì)蒸汽壓力要求較高、造價(jià)昂貴、適用面狹窄的技術(shù)問(wèn)題，提供一種對(duì)加熱裝置和管道要求較低、對(duì)蒸汽品質(zhì)要求低、成本低、使用面廣、可以應(yīng)用在一些小型分散性能源系統(tǒng)上的蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)和蒸汽動(dòng)力循環(huán)方法。
[0006]本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的:.一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，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閥門(mén)、第零b閥門(mén)、第零c閥門(mén)、第零d閥門(mén)、第零e閥門(mén)、第零f閥門(mén)、第一 a閥門(mén)、第一 b閥門(mén)、第二 Ia閥門(mén)、第二 Ib閥門(mén)、第二 2a閥門(mén)、第二 2b閥門(mén)、第八a閥門(mén)和第八b閥門(mén)，所有容器都包括頂部接口和底部接口，第一 a容器、第二 Ia容器、第二 2a容器和第八a容器的頂部接口都與a管線連接；第一b容器、第二 Ib容器、第二 2b容器和第八b容器的頂部接口都與b管線連接；a管線一端通過(guò)第零a閥門(mén)連接去冷凝器，另一端通過(guò)第零c閥門(mén)連接蒸汽接口 ；b管線一端通過(guò)第零b閥門(mén)連接去冷凝器，另一端通過(guò)第零d閥門(mén)連接蒸汽接口 ；第一 a容器的底部接口通過(guò)第一a閥門(mén)連接中心管線；第一 b容器的底部接口通過(guò)第一 b閥門(mén)連接中心管線；第二 Ia容器的底部接口通過(guò)第二 Ia閥門(mén)連接中心管線；第二 Ib容器的底部接口通過(guò)第二 Ib閥門(mén)連接中心管線；第二 2a容器的底部接口通過(guò)第二 2a閥門(mén)連接中心管線；第二 2b容器的底部接口通過(guò)第二 2b閥門(mén)連接中心管線；第八a容器的底部接口通過(guò)第八a閥門(mén)連接中心管線；第八b容器的底部接口通過(guò)第八a閥門(mén)連接中心管線；中心管線的一端通過(guò)第零e閥門(mén)連接高位水箱的底部接口，另一端通過(guò)第零f閥門(mén)連接低位水箱的底部接口 ；第一 a容器和第一 b容器處于同一高度；第二 Ia容器和第二 Ib容器處于同一高度；第二 2a容器和第二2b容器處于同一高度；第八a容器和第八b容器處于同一高度；第一 a容器的底部高于第
二Ia容器的頂部，第二 Ia容器的底部高于第二 2a容器的頂部，第二 2a容器的底部高于第八a容器的頂部；低位水箱所處的高度不低于第八容器的高度；高位水箱所處的高度高于第一 a容器的高度；高位水箱的底部接口通過(guò)串接有水輪機(jī)的管線連接到低位水箱的底部接口 ；低位水箱的頂部接口連接去冷凝器；第一 a容器、第一 b容器、第八a容器和第八b容器的容積相等；第二 Ia容器與第二 2a容器的容積之和與第一 a容器的容積相等；第二 Ib容器與第二 2b容器的容積之和與第一 a容器的容積相等。
[0007]作為優(yōu)選，第二 Ia容器和第二 Ib容器的容積都為第一 a容器容積的三分之一；第
二2a容器和第二 2b容器的容積都為第一 a容器的三分之二。
[0008]作為優(yōu)選，蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)還包括容積都與第一 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容器的頂部接口都與a管線連接；第三b容器、第四b容器第五b容器、第六b容器和第七b容器的頂部接口都與b管線連接；第三a容器的底部接口通過(guò)第三a閥門(mén)連接中心管線；第三b容器的底部接口通過(guò)第三b閥門(mén)連接中心管線；第四a容器的底部接口通過(guò)第四a閥門(mén)連接中心管線；第四b容器的底部接口通過(guò)第四b閥門(mén)連接中心管線；第五a容器的底部接口通過(guò)第五a閥門(mén)連接中心管線；第五b容器的底部接口通過(guò)第五b閥門(mén)連接中心管線；第六a容器的底部接口通過(guò)第六a閥門(mén)連接中心管線；第六b容器的底部接口通過(guò)第六b閥門(mén)連接中心管線；第七a容器的底部接口通過(guò)第七a閥門(mén)連接中心管線；第七b容器的底部接口通過(guò)第七b閥門(mén)連接中心管線；第三a容器和第三b容器處于同一高度；第四a容器和第四b容器處于同一高度；第五a容器和第五b容器處于同一高度；第六a容器和第六b容器處于同一高度；第七a容器和第七b容器處于同一高度；第三a容器的頂部低于第二 2a容器的底部；第四a容器的頂部低于第三a容器的底部；第五a容器的頂部低于第四a容器的底部；第六a容器的頂部低于第五a容器的底部；第七a容器的頂部低于第六a容器的底部；第八a容器的頂部低于第三七a容器的底部。
[0009]作為優(yōu)選，所述高位水箱的內(nèi)部裝有充有壓縮空氣的橡皮膠囊?？紤]工程造價(jià)的原因，高位水箱的位置可以適當(dāng)降低，但需要在其內(nèi)部保持一個(gè)合適的壓力范圍，橡皮膠囊就達(dá)到了這個(gè)效果。
[0010]作為優(yōu)選，所述容器內(nèi)表面設(shè)有保溫層。保溫層可以減少蒸汽熱損失，并避免承壓外壁的熱疲勞。
[0011]一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)方法，包括如下步驟:
一、進(jìn)入預(yù)備狀態(tài)，a系列容器中為低壓蒸汽，b系列容器中為水，第零a閥門(mén)打開(kāi)，其余所有閥門(mén)關(guān)閉；
二、打開(kāi)第零d閥門(mén)、第一b閥門(mén)和第零e閥門(mén)，第一 b容器中的水在蒸汽擠壓下進(jìn)入高位水箱；
三、第一b容器下部液位低以后，關(guān)閉第零e閥門(mén)和第一 b閥門(mén)，打開(kāi)第二 2b閥門(mén)和第
一a閥門(mén)，第二 2b容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第二 2b閥門(mén)，打開(kāi)第二 Ib閥門(mén)，第二 Ib容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第一 a閥門(mén)和第二Ib閥門(mén)，打開(kāi)第八b閥門(mén)和第二 Ia閥門(mén)，第八b容器中的部分水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第二 Ia閥門(mén)，打開(kāi)第二 2a閥門(mén)，第八b容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)入第二 2a容器；
七、檢測(cè)到第八b容器下部液位低以后，關(guān)閉第二2a閥門(mén)和第八b閥門(mén)，打開(kāi)第八a閥門(mén)和第零f閥門(mén)，低位水箱為第八a容器充水；
此時(shí)，系統(tǒng)處于另一種預(yù)備狀態(tài)，即a系列容器中充滿(mǎn)水，b系列容器中為低壓蒸汽，將a系列的容器和閥門(mén)與b系列的容器與閥門(mén)對(duì)調(diào)重復(fù)步驟二至七，如此進(jìn)行循環(huán)，實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能與水勢(shì)能的轉(zhuǎn)換。
[0012]當(dāng)系統(tǒng)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容器時(shí)，水在蒸汽作用下逐個(gè)容器上升。
[0013]每個(gè)容器內(nèi)都安裝有上部液位計(jì)和下部液位計(jì)，下部液位低即為下部液位計(jì)檢測(cè)不到水位，上部液位高即為上部液位計(jì)檢測(cè)到水位。從自動(dòng)控制的角度出發(fā)，所有液位計(jì)的檢測(cè)輸出端與控制器電連接，并且所有閥門(mén)都為電磁閥門(mén)，所有閥門(mén)的控制端與控制器電連接。控制器根據(jù)液位計(jì)檢測(cè)到的信息來(lái)控制電磁閥門(mén)的開(kāi)閉。控制器可以通過(guò)單片機(jī)、FPGA等實(shí)現(xiàn)。
[0014]本方案應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，蒸汽由一系列的太陽(yáng)能集熱器供給，本系統(tǒng)低壓蒸汽冷凝后返回集熱器，一組本技術(shù)所描述的系統(tǒng)合理布置后，向一個(gè)高位水箱供水，經(jīng)水輪發(fā)電機(jī)后到達(dá)一個(gè)低位水箱。
[0015]將第二 Ia容器和第二 2a容器視為一個(gè)整體(第二 a容器)，將第二 2a容器和第二2b容器視為一個(gè)整體(第二 b容器)，這樣一級(jí)勢(shì)能提升過(guò)程就分成兩級(jí)，目的是為了提高效率。
[0016]兩個(gè)子級(jí)箱體容積的分配以第三級(jí)容器(第三a容器和第三b容器)與第一級(jí)容器(第一 a容器和第一 b容器)的位差最大為目標(biāo)。
[0017]記:
第一級(jí)容器到三級(jí)容器的位差為力;
第一級(jí)容器到第二 I級(jí)容器(第二 Ia容器和第二 Ib容器)的位差為之；
第一級(jí)容器到第二 2級(jí)容器(第二 2a容器和第二 2b容器)的位差為之；
第二I級(jí)容器到第三級(jí)容器的位差為之;
第二 2級(jí)容器到第三級(jí)容器的位差為&；
第二 I級(jí)容器到第二 2級(jí)容器的位差為Ar ；
蒸汽初始?jí)毫橹?；第?Ia容器(或第二 Ib容器)的容積為第一 a容器的z倍(0CK1)，第二 2a容器(或第二 2b容器)的容積為第一 a容器的(1-x)倍。
[0018]蒸汽做絕熱膨脹,近似為c為定值，k為絕熱指數(shù),系統(tǒng)工作介質(zhì)近似為干飽和蒸汽，可取^=L 135。按系統(tǒng)工作控制程序，之應(yīng)取蒸汽膨脹2倍時(shí)的壓力，為盡量提高效率，工作時(shí)可取之
同樣，取 h4=ha3-k 顯然，Ar最大時(shí),A有最大值
h2應(yīng)小于第二 2a容器排空時(shí)系統(tǒng)壓力，即h2〈h0(2-x)-k
同樣，h應(yīng)小于第三a容器排空時(shí)系統(tǒng)壓力，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}
為有最高效率，取 h/h0=min {(2-x) -k-2_k, (2+x) H 計(jì)算上式，在z大約為1/3時(shí)，Ar可取最大值，約為&的0.1倍。
[0019]本發(fā)明帶來(lái)的實(shí)質(zhì)性效果是，可以適用于小型分散性能源系統(tǒng)，比如加熱能力較小的太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)，對(duì)于供能的蒸汽壓力要求較低，系統(tǒng)承壓要求低，成本低，效率高。 【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的另一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:T表不容器，V表不閥門(mén)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例1:本實(shí)施例的一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，如圖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閥門(mén)VOa、第零b閥門(mén)VOb、第零c閥門(mén)VOc、第零d閥門(mén)VOd、第零e閥門(mén)VOe、第零f閥門(mén)VOf、第一 a閥門(mén)Via、第一 b閥門(mén)Vlb、第二 Ia閥門(mén)V21a、第二 Ib閥門(mén)V2lb、第二 2a閥門(mén)V22a、第二 2b閥門(mén)V22b、第八a閥門(mén)V8a和第八b閥門(mén)V8b，所有容器都包括頂部接口和底部接口，第一 a容器、第二Ia容器、第二 2a容器和第八a容器的頂部接口都與a管線連接；第一 b容器、第二 Ib容器、第二 2b容器和第八b容器的頂部接口都與b管線連接；a管線一端通過(guò)第零a閥門(mén)連接去冷凝器，另一端通過(guò)第零c閥門(mén)連接蒸汽接口 ；b管線一端通過(guò)第零b閥門(mén)連接去冷凝器，另一端通過(guò)第零d閥門(mén)連接蒸汽接口 ；第一a容器的底部接口通過(guò)第一a閥門(mén)連接中心管線；第一 b容器的底部接口通過(guò)第一 b閥門(mén)連接中心管線；第二 Ia容器的底部接口通過(guò)第
二Ia閥門(mén)連接中心管線；第二 Ib容器的底部接口通過(guò)第二 Ib閥門(mén)連接中心管線；第二 2a容器的底部接口通過(guò)第二 2a閥門(mén)連接中心管線；第二 2b容器的底部接口通過(guò)第二 2b閥門(mén)連接中心管線；第八a容器的底部接口通過(guò)第八a閥門(mén)連接中心管線；第八b容器的底部接口通過(guò)第八a閥門(mén)連接中心管線；中心管線的一端通過(guò)第零e閥門(mén)連接高位水箱的底部接口，另一端通過(guò)第零f閥門(mén)連接低位水箱的底部接口 ；第一 a容器和第一 b容器處于同一高度；第二 Ia容器和第二 Ib容器處于同一高度；第二 2a容器和第二 2b容器處于同一高度；第八a容器和第八b容器處于同一高度；第一 a容器的底部高于第二 Ia容器的頂部,第二Ia容器的底部高于第二 2a容器的頂部，第二 2a容器的底部高于第八a容器的頂部；低位水箱所處的高度不低于第八容器的高度；高位水箱所處的高度高于第一 a容器的高度；高位水箱的底部接口通過(guò)串接有水輪機(jī)的管線連接到低位水箱的底部接口 ；低位水箱的頂部接口連接去冷凝器；第一 a容器、第一 b容器、第八a容器和第八b容器的容積相等；第二 Ia容器與第二 2a容器的容積之和與第一 a容器的容積相等；第二 Ib容器與第二 2b容器的容積之和與第一 a容器的容積相等。
[0023]第二 Ia容器和第二 Ib容器的容積都為第一 a容器容積的三分之一；所述第二 2a容器和第二 2b容器的容積都為第一 a容器的三分之二。高位水箱的內(nèi)部裝有充有壓縮空氣的橡皮膠囊。容器內(nèi)表面設(shè)有保溫層。
[0024]一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)方法，包括如下步驟:
一、進(jìn)入預(yù)備狀態(tài)，a系列容器中為低壓蒸汽，b系列容器中為水，第零a閥門(mén)打開(kāi)，其余所有閥門(mén)關(guān)閉；
二、打開(kāi)第零d閥門(mén)、第一b閥門(mén)和第零e閥門(mén)，第一 b容器中的水在蒸汽擠壓下進(jìn)入高位水箱；
三、第一b容器下部液位低以后，關(guān)閉第零e閥門(mén)和第一 b閥門(mén)，打開(kāi)第二 2b閥門(mén)和第
一a閥門(mén)，第二 2b容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第二 2b閥門(mén)，打開(kāi)第二 Ib閥門(mén)，第二 Ib容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第一 a閥門(mén)和第二Ib閥門(mén)，打開(kāi)第八b閥門(mén)和第二 Ia閥門(mén)，第八b容器中的部分水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第二 Ia閥門(mén)，打開(kāi)第二 2a閥門(mén)，第八b容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)入第二 2a容器；
七、檢測(cè)到第八b容器下部液位低以后，關(guān)閉第二2a閥門(mén)和第八b閥門(mén)，打開(kāi)第八a閥門(mén)和第零f閥門(mén)，低位水箱為第八a容器充水；
此時(shí)，系統(tǒng)處于另一種預(yù)備狀態(tài)，即a系列容器中充滿(mǎn)水，b系列容器中為低壓蒸汽，將a系列的容器和閥門(mén)與b系列的容器與閥門(mén)對(duì)調(diào)重復(fù)步驟二至七，如此進(jìn)行循環(huán)，實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能與水勢(shì)能的轉(zhuǎn)換。
[0025]每個(gè)容器內(nèi)都安裝有上部液位計(jì)和下部液位計(jì)，下部液位低即為下部液位計(jì)檢測(cè)不到水位，上部液位高即為上部液位計(jì)檢測(cè)到水位。從自動(dòng)控制的角度出發(fā)，所有液位計(jì)的檢測(cè)輸出端與控制器電連接，并且所有閥門(mén)都為電磁閥門(mén)，所有閥門(mén)的控制端與控制器電連接?？刂破鞲鶕?jù)液位計(jì)檢測(cè)到的信息來(lái)控制電磁閥門(mén)的開(kāi)閉?？刂破骺梢酝ㄟ^(guò)單片機(jī)、FPGA等實(shí)現(xiàn)。
[0026]實(shí)施例2:本實(shí)施例的一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，如圖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閥門(mén)VOa、第零b閥門(mén)VOb、第零c閥門(mén)VOc、第零d閥門(mén)VOd、第零e閥門(mén)VOe、第零f閥門(mén)VOf、第一 a閥門(mén)Via、第一 b閥門(mén)Vlb、第二 Ia閥門(mén)V21a、第二 Ib閥門(mén)V2lb、第二 2a閥門(mén)V22a、第二 2b閥門(mén)V22b、第八a閥門(mén)V8a和第八b閥門(mén)V8b，所有容器都包括頂部接口和底部接口，第一 a容器、第二Ia容器、第二 2a容器和第八a容器的頂部接口都與a管線連接；第一 b容器、第二 Ib容器、第二 2b容器和第八b容器的頂部接口都與b管線連接；a管線一端通過(guò)第零a閥門(mén)連接去冷凝器，另一端通過(guò)第零c閥門(mén)連接蒸汽接口 ；b管線一端通過(guò)第零b閥門(mén)連接去冷凝器，另一端通過(guò)第零d閥門(mén)連接蒸汽接口 ；第一a容器的底部接口通過(guò)第一a閥門(mén)連接中心管線；第一 b容器的底部接口通過(guò)第一 b閥門(mén)連接中心管線；第二 Ia容器的底部接口通過(guò)第
二Ia閥門(mén)連接中心管線；第二 Ib容器的底部接口通過(guò)第二 Ib閥門(mén)連接中心管線；第二 2a容器的底部接口通過(guò)第二 2a閥門(mén)連接中心管線；第二 2b容器的底部接口通過(guò)第二 2b閥門(mén)連接中心管線；第八a容器的底部接口通過(guò)第八a閥門(mén)連接中心管線；第八b容器的底部接口通過(guò)第八a閥門(mén)連接中心管線；中心管線的一端通過(guò)第零e閥門(mén)連接高位水箱的底部接口，另一端通過(guò)第零f閥門(mén)連接低位水箱的底部接口 ；第一 a容器和第一 b容器處于同一高度；第二 Ia容器和第二 Ib容器處于同一高度；第二 2a容器和第二 2b容器處于同一高度；第八a容器和第八b容器處于同一高度；第一 a容器的底部高于第二 Ia容器的頂部,第二Ia容器的底部高于第二 2a容器的頂部，第二 2a容器的底部高于第八a容器的頂部；低位水箱所處的高度不低于第八容器的高度；高位水箱所處的高度高于第一 a容器的高度；高位水箱的底部接口通過(guò)串接有水輪機(jī)的管線連接到低位水箱的底部接口 ；低位水箱的頂部接口連接去冷凝器；第一 a容器、第一 b容器、第八a容器和第八b容器的容積相等；第二 Ia容器與第二 2a容器的容積之和與第一 a容器的容積相等；第二 Ib容器與第二 2b容器的容積之和與第一 a容器的容積相等。
[0027]系統(tǒng)還包括容積都與第一 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容器的頂部接口都與a管線連接；第三b容器、第四b容器第五b容器、第六b容器和第七b容器的頂部接口都與b管線連接；第三a容器的底部接口通過(guò)第三a閥門(mén)V3a連接中心管線；第三b容器的底部接口通過(guò)第三b閥門(mén)V3b連接中心管線；第四a容器的底部接口通過(guò)第四a閥門(mén)V4a連接中心管線；第四b容器的底部接口通過(guò)第四b閥門(mén)V4b連接中心管線；第五a容器的底部接口通過(guò)第五a閥門(mén)V5a連接中心管線；第五b容器的底部接口通過(guò)第五b閥門(mén)V5b連接中心管線；第六a容器的底部接口通過(guò)第六a閥門(mén)V6a連接中心管線；第六b容器的底部接口通過(guò)第六b閥門(mén)V6b連接中心管線；第七a容器的底部接口通過(guò)第七a閥門(mén)V7a連接中心管線；第七b容器的底部接口通過(guò)第七b閥門(mén)V7b連接中心管線；第三a容器和第三b容器處于同一高度；第四a容器和第四b容器處于同一高度；第五a容器和第五b容器處于同一高度；第六a容器和第六b容器處于同一高度；第七a容器和第七b容器處于同一高度；第三a容器的頂部低于第二 2a容器的底部；第四a容器的頂部低于第三a容器的底部；第五a容器的頂部低于第四a容器的底部；第六a容器的頂部低于第五a容器的底部；第七a容器的頂部低于第六a容器的底部；第八a容器的頂部低于第三七a容器的底部。
[0028]第二 Ia容器和第二 Ib容器的容積都為第一 a容器容積的三分之一；所述第二 2a容器和第二 2b容器的容積都為第一 a容器的三分之二。高位水箱的內(nèi)部裝有充有壓縮空氣的橡皮膠囊。容器內(nèi)表面設(shè)有保溫層。
[0029]系統(tǒng)大致運(yùn)行如下:
0.預(yù)備狀態(tài):兩列容器的一列充滿(mǎn)水，另一列為低壓飽和蒸汽(對(duì)應(yīng)于冷凝器溫度和壓力).例如b系列滿(mǎn)水，a系列內(nèi)為低壓蒸汽.閥門(mén)VOa開(kāi)，其余所有閥門(mén)關(guān).1.開(kāi)VOd,開(kāi)Vlb,開(kāi)VOe,Tlb的水送至高位水箱；
2.檢測(cè)到Tlb下部液位低后，關(guān)VOe,關(guān)Vlb,開(kāi)V22b，開(kāi)Via,T22b的水送至Tla;
3.檢測(cè)到T22b下部液位低或Tla上部液位高后，關(guān)V22b，開(kāi)V21b，T21b的水送至
Tla;
4.檢測(cè)到T21b下部液位低或Tla上部液位高后，關(guān)Via，關(guān)V21b，開(kāi)V3b，開(kāi)V21a，T3b的部分水送至T21a;
5.檢測(cè)到T3b下部液位低或T21a上部液位高后，關(guān)V21a，開(kāi)V22a，T3b的水送至T22a;
6.檢測(cè)到T3b下部液位低或T22a上部液位高后，關(guān)V22a，關(guān)V3b，開(kāi)V4b，開(kāi)V3a，T4b的水送至T3a;
7.檢測(cè)到T4b下部液位低或T3a上部液位高后，關(guān)V3a，關(guān)V4b，開(kāi)V5b，開(kāi)V4a，T5b的水送至T4a;
8.檢測(cè)到T5b下部液位低或T4a上部液位高后，關(guān)V4a，關(guān)V5b，開(kāi)V6b，開(kāi)V5a，T6b的水送至T5a;
9.檢測(cè)到T6b下部液位低或T5a上部液位高后，關(guān)V5a，關(guān)V6b，開(kāi)V7b，開(kāi)V6a，T7b的水送至T4a;
10.檢測(cè)到T7b下部液位低或T6a上部液位高后，關(guān)V6a，關(guān)V7b，開(kāi)V8b，開(kāi)V7a，T8b的水送至T7a;
11.檢測(cè)到T8b下部液位低或T7a上部液位高后，關(guān)V7a，關(guān)V8b，開(kāi)V8a，開(kāi)VOf，低位水箱為T(mén)8a充水；
12.檢測(cè)到T8a上部液位高后，關(guān)V8a，關(guān)VOf，關(guān)VOa，開(kāi)VOb.至此，系統(tǒng)處于另一種預(yù)備狀態(tài):a系列滿(mǎn)水，b系列內(nèi)為低壓蒸汽，按與上述程序?qū)ΨQ(chēng)的步驟，將b, a系列對(duì)調(diào)，系統(tǒng)重負(fù)運(yùn)行。
[0030]每個(gè)容器系列中的各個(gè)容器的高程差，應(yīng)小于相應(yīng)的蒸汽膨脹后的壓力，并盡量充分利用膨脹所產(chǎn)生的動(dòng)力。例如，Tlb與高位水箱的高程差的設(shè)置，應(yīng)當(dāng)使新蒸汽幾乎恰好能將液態(tài)水從Tlb壓送至高位水箱，如果高程差過(guò)大，系統(tǒng)無(wú)法工作，如過(guò)小，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率就會(huì)降低。T5b與T6b的高程差，應(yīng)當(dāng)小于并接近新蒸汽絕熱膨脹6倍后的壓力。
[0031]從T3a到TSa這么多容器，主要的目的是提高熱效率。Tla充滿(mǎn)蒸汽后，將一個(gè)單位(Tla容積，以后各級(jí)容器的容積相同，只是第二級(jí)包含兩個(gè)子級(jí)，T21a容積為1/3個(gè)單位，T22a容積為2/3個(gè)單位)的水的位能提高h(yuǎn)，這里的h與新蒸汽的壓力對(duì)應(yīng)。也就時(shí)說(shuō)，高位水箱的位置可以比Tla高h(yuǎn)。T21a充滿(mǎn)蒸汽后，其壓力為新蒸汽膨脹到原容積的4/3倍時(shí)的壓力，那么Tla就可以比T21a高對(duì)應(yīng)的高程。設(shè)置多少級(jí)水箱，主要取決于新蒸汽的初始?jí)毫?或溫度，飽和狀態(tài)，溫度壓力是一一對(duì)應(yīng)的)。一般地，級(jí)數(shù)多一些，能量利用的充分一些。但隨著蒸汽膨脹級(jí)數(shù)增多，最后的壓力很低，利用價(jià)值就不大了。為了充分利用水蒸氣的膨脹能，每相鄰兩級(jí)之間的容器的位差由水蒸氣的壓力決定，以剛好可以將水壓入上一級(jí)容器為佳。本方案采用8級(jí)，在成本和利用效率上達(dá)到較好的平衡。
[0032]本方案中一個(gè)單元是指包含Tla/b、T21a/b、T3a等等的一套裝置，由于太陽(yáng)能的分散性，每個(gè)這樣的單元容量都不大，由很多個(gè)這樣的單元為一個(gè)水輪機(jī)供水，才合算。圖1和圖2中的其他單元即表示多個(gè)這樣的單元并聯(lián)。系統(tǒng)可以根據(jù)需要選擇具體的單元數(shù)量。
[0033]考慮工程造價(jià)的原因，高位水箱的位置可以適當(dāng)降低，但需要在其內(nèi)部保持一個(gè)合適的壓力范圍。例如，可以在其內(nèi)部加裝一個(gè)充壓縮空氣的橡皮膠囊。
[0034]各承壓容器內(nèi)表面需加保溫層，以減少蒸汽熱損失，并避免承壓外壁的熱疲勞。
[0035]本實(shí)施例討論中一直使用水及其蒸汽作為系統(tǒng)工作的工質(zhì)。但其他一些工質(zhì)也是可以的，例如氨水，或類(lèi)似于佛里昂等的有機(jī)工質(zhì)都可以。具體使用哪一種要視具體工程的方便。
[0036]當(dāng)將本技術(shù)應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，新蒸汽由一系列的太陽(yáng)能集熱器供給，本系統(tǒng)低壓蒸汽冷凝后返回集熱器。一組本技術(shù)所描述的系統(tǒng)合理布置后，向一個(gè)高位水箱供水，經(jīng)水輪發(fā)電機(jī)后到達(dá)一個(gè)低位水箱。
[0037]每個(gè)容器內(nèi)都安裝有上部液位計(jì)和下部液位計(jì)，下部液位低即為下部液位計(jì)檢測(cè)不到水位，上部液位高即為上部液位計(jì)檢測(cè)到水位。從自動(dòng)控制的角度出發(fā)，所有液位計(jì)的檢測(cè)輸出端與控制器電連接，并且所有閥門(mén)都為電磁閥門(mén)，所有閥門(mén)的控制端與控制器電連接?？刂破鞲鶕?jù)液位計(jì)檢測(cè)到的信息來(lái)控制電磁閥門(mén)的開(kāi)閉?？刂破骺梢酝ㄟ^(guò)單片機(jī)、FPGA等實(shí)現(xiàn)。
[0038]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
[0039]盡管本文較多地使用了水箱、閥門(mén)、容器等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
【權(quán)利要求】
1.一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，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閥門(mén)、第零b閥門(mén)、第零c閥門(mén)、第零d閥門(mén)、第零e閥門(mén)、第零f閥門(mén)、第一 a閥門(mén)、第一 b閥門(mén)、第二 Ia閥門(mén)、第二 Ib閥門(mén)、第二 2a閥門(mén)、第二 2b閥門(mén)、第八a閥門(mén)和第八b閥門(mén)，所有容器都包括頂部接口和底部接口，第一 a容器、第二 Ia容器、第二 2a容器和第八a容器的頂部接口都與a管線連接；第一 b容器、第二 Ib容器、第二 2b容器和第八b容器的頂部接口都與b管線連接；a管線一端通過(guò)第零a閥門(mén)連接去冷凝器，另一端通過(guò)第零c閥門(mén)連接蒸汽接口 ；b管線一端通過(guò)第零b閥門(mén)連接去冷凝器，另一端通過(guò)第零d閥門(mén)連接蒸汽接口 ；第一a容器的底部接口通過(guò)第一a閥門(mén)連接中心管線；第一b容器的底部接口通過(guò)第一b閥門(mén)連接中心管線；第二 Ia容器的底部接口通過(guò)第二 Ia閥門(mén)連接中心管線；第二 Ib容器的底部接口通過(guò)第二 Ib閥門(mén)連接中心管線；第二 2a容器的底部接口通過(guò)第二 2a閥門(mén)連接中心管線；第二 2b容器的底部接口通過(guò)第二 2b閥門(mén)連接中心管線；第八a容器的底部接口通過(guò)第八a閥門(mén)連接中心管線；第八b容器的底部接口通過(guò)第八a閥門(mén)連接中心管線沖心管線的一端通過(guò)第零e閥門(mén)連接高位水箱的底部接口，另一端通過(guò)第零f閥門(mén)連接低位水箱的底部接口 ；第一 a容器和第一 b容器處于同一高度；第二 Ia容器和第二 Ib容器處于同一高度；第二 2a容器和第二 2b容器處于同一高度；第八a容器和第八b容器處于同一高度；第一 a容器的底部高于第二 Ia容器的頂部，第二 Ia容器的底部高于第二 2a容器的頂部，第二 2a容器的底部高于第八a容器的頂部；低位水箱所處的高度不低于第八容器的高度；高位水箱所處的高度高于第一 a容器的高度；高位水箱的底部接口通過(guò)串接有水輪機(jī)的管線連接到低位水箱的底部接口 ；低位水箱的頂部接口連接去冷凝器；第一 a容器、第一b容器、第八a容器和第八b容器的容積相等；第二 Ia容器與第二 2a容器的容積之和與第一a容器的容積相等；第二 Ib容器與第二 2b容器的容積之和與第一 a容器的容積相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二Ia容器和第二Ib容器的容積都為第一 a容器容積的三分之一；所述第二 2a容器和第二 2b容器的容積都為第一 a容器的三分之二。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，還包括容積都與第一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容器的頂部接口都與a管線連接；第三b容器、第四b容器第五b容器、第六b容器和第七b容器的頂部接口都與b管線連接；第三a容器的底部接口通過(guò)第三a閥門(mén)連接中心管線；第三b容器的底部接口通過(guò)第三b閥門(mén)連接中心管線；第四a容器的底部接口通過(guò)第四a閥門(mén)連接中心管線；第四b容器的底部接口通過(guò)第四b閥門(mén)連接中心管線；第五a容器的底部接口通過(guò)第五a閥門(mén)連接中心管線；第五b容器的底部接口通過(guò)第五b閥門(mén)連接中心管線；第六a容器的底部接口通過(guò)第六a閥門(mén)連接中心管線；第六b容器的底部接口通過(guò)第六b閥門(mén)連接中心管線；第七a容器的底部接口通過(guò)第七a閥門(mén)連接中心管線；第七b容器的底部接口通過(guò)第七b閥門(mén)連接中心管線；第三a容器和第三b容器處于同一高度；第四a容器和第四b容器處于同一高度；第五a容器和第五b容器處于同一高度；第六a容器和第六b容器處于同一高度；第七a容器和第七b容器處于同一高度；第三a容器的頂部低于第二 2a容器的底部；第四a容器的頂部低于第三a容器的底部；第五a容器的頂部低于第四a容器的底部；第六a容器的頂部低于第五a容器的底部；第七a容器的頂部低于第六a容器的底部；第八a容器的頂部低于第三七a容器的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述高位水箱的內(nèi)部裝有充有壓縮空氣的橡皮膠囊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述容器內(nèi)表面設(shè)有保溫層。
6.一種應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述的蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的蒸汽動(dòng)力循環(huán)方法，其特征在于，包括如下步驟: 一、進(jìn)入預(yù)備狀態(tài)，a系列容器中為低壓蒸汽，b系列容器中為水，第零a閥門(mén)打開(kāi)，其余所有閥門(mén)關(guān)閉； 二、打開(kāi)第零d閥門(mén)、第一b閥門(mén)和第零e閥門(mén)，第一 b容器中的水在蒸汽擠壓下進(jìn)入高位水箱； 三、第一b容器下部液位低以后，關(guān)閉第零e閥門(mén)和第一 b閥門(mén)，打開(kāi)第二 2b閥門(mén)和第一a閥門(mén)，第二 2b容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第二 2b閥門(mén)，打開(kāi)第二 Ib閥門(mén)，第二 Ib容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第一 a閥門(mén)和第二Ib閥門(mén)，打開(kāi)第八b閥門(mén)和第 二 Ia閥門(mén)，第八b容器中的部分水在蒸汽作用下進(jìn)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，關(guān)閉第二 Ia閥門(mén)，打開(kāi)第二 2a閥門(mén)，第八b容器中的水在蒸汽作用下進(jìn)入第二 2a容器； 七、檢測(cè)到第八b容器下部液位低以后，關(guān)閉第二2a閥門(mén)和第八b閥門(mén)，打開(kāi)第八a閥門(mén)和第零f閥門(mén)，低位水箱為第八a容器充水； 此時(shí)，系統(tǒng)處于另一種預(yù)備狀態(tài)，即a系列容器中充滿(mǎn)水，b系列容器中為低壓蒸汽，將a系列的容器和閥門(mén)與b系列的容器與閥門(mén)對(duì)調(diào)重復(fù)步驟二至七，如此進(jìn)行循環(huán)，實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能與水勢(shì)能的轉(zhuǎn)換。
【文檔編號(hào)】F03B13/00GK103485961SQ201310230922
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月13日
【發(fā)明者】楊伯雍, 王娟 申請(qǐng)人:王娟