[发明专利]串级式有机朗肯循环系统及其发电方法

说明书

技术领域

本发明属于有机朗肯循环技术领域，涉及一种有机朗肯循环系统，尤其涉及一种串级式有机朗肯循环系统；同时，本发明还涉及上述串级式有机朗肯循环系统的发电方法。

背景技术

请参阅图1，图1为一个典型的有机朗肯循环（Organic Rankin Cycle，ORC）系统，包括膨胀机1’、发电机2’、蒸发器3’、液体泵4’、冷凝器5’。

低温低压的液体制冷工质在液体泵4’中被升压；然后进入蒸发器3’被加热汽化，直至成为过热气体（高温高压）后，进入膨胀机1’膨胀做功，驱动发电机2’发电。做功后的低温低压气体进入冷凝器5’被冷却凝结成液体；再回到液体泵4’中，完成一个循环。

对于有机朗肯循环而言，热流体和环境温度之间的温差越大，热效率越高。然而，现有有机朗肯循环系统，只包括一组有机朗肯循环单元（即仅包括一个膨胀机、一个发电机、一个蒸发器、一个液体泵、一个冷凝器）；热源通常只连接一个蒸发器，系统的热效率还有待进一步提高。

此外，由于膨胀机的大小有一定限制，为了能充分利用热源的能量，一些系统中将若干组有机朗肯循环单元并联，如图2所示，但依然没有解决系统热效率较低的问题。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的有机朗肯循环系统，以改进现有系统的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种串级式有机朗肯循环系统，可有效提高热效率。

此外，本发明还提供一种利用串级式有机朗肯循环系统的发电方法，可有效提高热效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种串级式有机朗肯循环系统，所述系统包括两组或两组以上有机朗肯循环单元；

各有机朗肯循环单元均包括冷凝器、液体泵、蒸发器、膨胀机、发电机，冷凝器、液体泵、蒸发器、膨胀机依次连接，形成一个循环，膨胀机带动发电机发电；

各有机朗肯循环单元的蒸发器依次通过管路串接，热源依次经过各有机朗肯循环单元的蒸发器，分别为各有机朗肯循环单元的蒸发器提供热能；各有机朗肯循环单元利用热源提供的热能分别进行有机朗肯循环。

作为本发明的一种优选方案，各有机朗肯循环单元使用各自的冷凝器，或者，部分或全部有机朗肯循环单元公用一个共同的冷凝器。

作为本发明的一种优选方案，各有机朗肯循环单元的有机朗肯循环方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；然后进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体后，进入膨胀机膨胀做功，驱动发电机发电；做功后的低温低压气体进入冷凝器被冷却凝结成液体；再回到液体泵中，完成一个有机朗肯循环。

作为本发明的一种优选方案，所述系统主要包括第一有机朗肯循环单元、第二有机朗肯循环单元；

所述第一有机朗肯循环单元包括第一蒸发器，所述第二有机朗肯循环单元包括第二蒸发器；

所述第一蒸发器的出口连接第二蒸发器的入口，热源依次经过第一蒸发器、第二蒸发器；

热源经过第一蒸发器后，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；热源经过第二蒸发器后，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃。

作为本发明的一种优选方案，所述系统主要包括第一有机朗肯循环单元、第二有机朗肯循环单元、第三有机朗肯循环单元；

所述第一有机朗肯循环单元包括第一蒸发器，所述第二有机朗肯循环单元包括第二蒸发器，所述第三有机朗肯循环单元包括第三蒸发器；

所述第一蒸发器的出口连接第二蒸发器的入口，第二蒸发器的出口连接第三蒸发器的入口，热源依次经过第一蒸发器、第二蒸发器、第三蒸发器；

热源经过第一蒸发器后，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；热源经过第二蒸发器后，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；热源经过第三蒸发器后，温度由第三温度T₃降为第四温度T₄。

作为本发明的一种优选方案，所述有机朗肯循环系统包括N组有机朗肯循环单元，分别为第一有机朗肯循环单元、第二有机朗肯循环单元、第三有机朗肯循环单元、……、第N有机朗肯循环单元；其中，N≥3；

所述第一有机朗肯循环单元包括第一蒸发器，所述第二有机朗肯循环单元包括第二蒸发器，所述第三有机朗肯循环单元包括第三蒸发器，……，以此类推，第N有机朗肯循环单元包括第N蒸发器；