專利名稱：階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，尤指一種植基于技術(shù)成熟、可靠度高的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，本階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)串接多個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提升發(fā)電效率的目的。
背景技術(shù)：
一般低階溫差發(fā)電的熱源和冷源溫度差小(廢熱/溫泉發(fā)電溫差約40 100°C， 海洋溫差發(fā)電則僅20 25°C )，從卡諾熱機(jī)循環(huán)得知低階溫差發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率低，在額定發(fā)電容量條件時(shí)，相較于傳統(tǒng)發(fā)電方式，低階溫差發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)組龐大，建造成本高。然而，一般低階溫差發(fā)電的熱源來自廢熱(例如工業(yè)熱工藝排放的余熱、熱水等)或天然資源(例如海洋溫差、溫泉、地?zé)帷⑻?yáng)日照等)，無須燃料成本。因此，若能提升低階溫差發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，則可降低均化發(fā)電成本，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，有助于低階溫差發(fā)電的市場(chǎng)化。目前國(guó)際上應(yīng)用于低階溫差發(fā)電的動(dòng)力系統(tǒng)以有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)(Organic Rankine Cycle, 0RC)為主，具有技術(shù)成熟及系統(tǒng)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。為了提升及改善有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電效率，歐洲提出Kalina Cycle系統(tǒng)、日本提出Uehara Cycle系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)皆采用氨和水的混合物作為工作流體，該工作流體進(jìn)行熱交換時(shí)，其溫度、壓力非為相依性； 通過提升氣態(tài)工作流體在蒸發(fā)器的出口溫度和降低液態(tài)工作流體在冷凝器的出口溫度，提升系統(tǒng)發(fā)電效率。上述循環(huán)的運(yùn)作取決于工作流體在熱交換器(蒸發(fā)器和冷凝器)內(nèi)的氨和水比例，所以需要另行設(shè)置一反饋控制系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置一氨、水分離器。但該反饋控制系統(tǒng)和分離器卻造成有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜性，連帶使其可靠度降低。因此，無論是利用 Kalina Cycle或khara Cycle作為動(dòng)力系統(tǒng)的低階溫差發(fā)電系統(tǒng)皆尚未普及；目前仍采用傳統(tǒng)的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，雖然其效率較低，但具有構(gòu)型簡(jiǎn)單、可靠度高的優(yōu)點(diǎn)。鑒此，本發(fā)明以傳統(tǒng)的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)為基礎(chǔ)提出一種系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠度高且發(fā)電效率較傳統(tǒng)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)顯著提升的階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
基于解決以上所述公知技術(shù)的不足，本發(fā)明利用階梯式熱能/冷能利用的方式， 提出一系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠度高且發(fā)電效率較傳統(tǒng)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)顯著提升的階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)。本階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串接多個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到提升發(fā)電效率的目的。本發(fā)明的另一目的在于將冷、熱源分階段使用，冷源逐次升溫、熱源則逐次降溫， 在前幾級(jí)的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的工作流體的高溫較公知單一有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)高且低溫較公知單一有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)為低，所以，前幾級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱效率皆高于公知單一有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)熱效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明為一種階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)，由復(fù)數(shù)個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)串接組成階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)，而單一有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)系包括有—蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器內(nèi)包括有一水管路及一工作流體管路，且水管路與工作流體管路可相互進(jìn)行熱交換工作，而水管路更包括有一管路入口及管路出口，且該水管路的管路出口連接至下一級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器水管路的管路入口 ；一冷凝器，該冷凝器內(nèi)包括有一水管路及一工作流體管路，且水管路與工作流體管路可相互進(jìn)行熱交換工作，而水管路更包括有一管路入口及管路出口，且該水管路的管路出口連接至下一級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的冷凝器水管路的管路入口，該冷凝器工作流體管路與該蒸發(fā)器的工作流體管路為密閉式連接結(jié)構(gòu)；一工作流體泵，連接于該蒸發(fā)器與冷凝器的工作流體管路之間，用以使工作流體產(chǎn)生流動(dòng)；以及一發(fā)電模塊，連接于該蒸發(fā)器與冷凝器的工作流體管路之間，并利用進(jìn)入端與排出端的工作流體的溫差進(jìn)行發(fā)電工作。

圖1為公知有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)溫差發(fā)電系統(tǒng)配置圖。而圖2、圖3為本發(fā)明的階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)配置。公知朗肯循環(huán)溫差發(fā)電系統(tǒng)僅由單一朗肯循環(huán)系統(tǒng)組成， 其組成熱水(水溫為Twwi)由蒸發(fā)器水管路入口(01)流經(jīng)第一階循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(02) 的蒸發(fā)器水管路(0 進(jìn)行熱交換后至出口(04)，溫度降為Twwo ；冷水由冷凝器水管路入口 (05)進(jìn)入冷凝器(06)的冷凝器水管路(07)進(jìn)行熱交換后至冷凝器水管路出口(08)，溫度降為Tcwo ；工作流體泵(09)抽取工作流體由管線(10)進(jìn)入蒸發(fā)器(02)的工作流體管路吸收熱水所釋放的熱能而氣化后，排回管線(12)，進(jìn)而推動(dòng)發(fā)電模塊(1 而發(fā)電，做功后的工作流體流至管線(14)，進(jìn)入冷凝器(06)的工作流體管路(15)與冷水進(jìn)行熱交換而冷凝至液態(tài)，再排回管線(16)；接著，再重復(fù)由工作流體泵(09)起始作動(dòng)，重復(fù)此一循環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明的階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)則由數(shù)個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)串連而成，在相同的冷熱源供應(yīng)下，本發(fā)明的發(fā)電效率明顯優(yōu)于單一有機(jī)朗肯循環(huán)溫差發(fā)電系統(tǒng)。差異列述如下列表1
項(xiàng)目公知配置本發(fā)明配置循環(huán)系統(tǒng)一個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)復(fù)數(shù)個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)串連冷熱源管線一組一組海洋溫差動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)電效率溫差20 27°C，2 4%提升10 20%海洋溫差電廠的發(fā)電效率浮動(dòng)式電廠，1.5 3. 5 %提升10 30%
權(quán)利要求
1.一種階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，由復(fù)數(shù)個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)串接組成階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)，而單一有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)系包括有一蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器內(nèi)包括有一水管路及一工作流體管路，且水管路與工作流體管路可相互進(jìn)行熱交換工作，而水管路更包括有一管路入口及管路出口，且該水管路的管路出口連接至下一級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器水管路的管路入口；一冷凝器，該冷凝器內(nèi)包括有一水管路及一工作流體管路，且水管路與工作流體管路可相互進(jìn)行熱交換工作，而水管路更包括有一管路入口及管路出口，且該水管路的管路出口連接至下一級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的冷凝器水管路的管路入口，該冷凝器工作流體管路與該蒸發(fā)器的工作流體管路為密閉式連接結(jié)構(gòu)；一工作流體泵，連接于該蒸發(fā)器與冷凝器的工作流體管路之間，用以使工作流體產(chǎn)生流動(dòng)；以及一發(fā)電模塊，連接于該蒸發(fā)器與冷凝器的工作流體管路之間，并利用進(jìn)入端與排出端的工作流體的溫差進(jìn)行發(fā)電工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該單一有機(jī)朗肯循環(huán)自屬一獨(dú)立單元，其工作流體采用一般的低溫沸點(diǎn)純物質(zhì)；且單一有機(jī)朗肯循環(huán)的工作流體可依工況各自篩選。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該單一有機(jī)朗肯循環(huán)的冷、熱源溫度可以有不同組合；且單一有機(jī)朗肯循環(huán)的冷、熱源和工作流體間的溫度差值可依工作狀況各自調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該復(fù)數(shù)個(gè)串接式溫差發(fā)電模塊可依據(jù)熱源和冷源條件，調(diào)配適當(dāng)?shù)拇訑?shù)，以因應(yīng)熱源或冷源的溫度變異。
全文摘要
本發(fā)明公開一種階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在固定的熱源、冷源條件下，本發(fā)明以復(fù)數(shù)個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)(organic Rankine cycle，ORC)串接組成(稱為階梯式低階溫差發(fā)電系統(tǒng))，各有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)為獨(dú)立單元，冷、熱源分別以冷、熱源管路連接，逐次降低熱源溫度、升高冷源溫度，相較于單一的低階溫差發(fā)電有機(jī)朗肯循環(huán)，同樣的冷熱源條件時(shí)，本發(fā)明有效提升系統(tǒng)發(fā)電效率，雖然增添多個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)使硬件設(shè)施成本增加；但發(fā)電效率提升卻使發(fā)電成本降低，是一種有效提升低階溫差發(fā)電效率的創(chuàng)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)F03G7/04GK102192118SQ201010138850
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者徐泊樺, 郭啟榮, 顏志偉 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院