有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，特別是一種有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)及其次臨界運(yùn) 轉(zhuǎn)模式和穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)自^循環(huán)（Organic Rankine Cycle，ORC)使用在常壓時(shí)低沸點(diǎn)的有機(jī)物質(zhì)為 工作流體，為目前中低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)中效率最高且最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。有機(jī)朗肯循環(huán)依內(nèi)部循 環(huán)工作流體操作于臨界點(diǎn)下或上區(qū)分為次臨界循環(huán) （Sub-critical cycle)系統(tǒng)或穿臨界 循環(huán)（Transcritical cycle)系統(tǒng)。一般而言,穿臨界循環(huán)系統(tǒng)具有較高的系統(tǒng)熱效率和 熱源取熱率，因此在相同冷熱源條件下其發(fā)電量較大。
[0003]應(yīng)用于穿臨界有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱源多樣化且范圍寬廣，包含中低溫廢熱、地 熱、溫泉、太陽熱能等變動(dòng)型熱源。然而，由于上述變動(dòng)型熱源的溫度和單位時(shí)間內(nèi)的供應(yīng) 量具有周期性、間歇性或不定期性的變異，故若穿臨界有機(jī)朗肯循環(huán)面對上述變動(dòng)型熱源 時(shí)，則有可能因熱源的條件變動(dòng)至穿臨界有機(jī)朗肯循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的條件外而導(dǎo)致有機(jī)朗肯循環(huán) 系統(tǒng)停機(jī)，進(jìn)而局限有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的使用率。如此一來，將會(huì)降低有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的 累積發(fā)電量，因此，如何提升有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)面對變動(dòng)型熱源時(shí)的發(fā)電量，進(jìn)而提升其經(jīng) 濟(jì)效益將是研發(fā)人員應(yīng)解決的問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明在于提供一種有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)及其次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式和穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式 的切換方法，借以提升有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)面對變動(dòng)型熱源時(shí)的可操作范圍。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，包 含下列步驟：判斷一有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的一工作流體進(jìn)入一膨脹機(jī)入口前的一實(shí)際壓力值 是否大于等于工作流體的一臨界壓力值：若是，則令有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)以一穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模 式運(yùn)轉(zhuǎn)。若否，則令有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)以一次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0006]上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式的操作 流程包含下列步驟：查找一超臨界工作流體壓力溫度數(shù)據(jù)庫，以獲得該實(shí)際壓力值所對應(yīng) 的一工作溫度范圍；以及判斷該工作流體進(jìn)入該膨脹機(jī)入口前的一實(shí)際溫度值與該工作溫 度范圍的關(guān)系：若該實(shí)際溫度值低于該工作溫度范圍的下限值，則調(diào)降驅(qū)動(dòng)該工作流體的 一泵的一輸出頻率值或一輸出流量值；若該實(shí)際溫度值落于該工作溫度范圍內(nèi)，則維持該 泵的該輸出頻率值或該輸出流量值；以及若該實(shí)際溫度值高于該工作溫度范圍的上限值， 則調(diào)升該泵的該輸出頻率值或該輸出流量值。
[0007]上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中于若該實(shí)際溫度值低于該 工作溫度范圍的下限值，則調(diào)降該泵的該輸出頻率值或該輸出流量值的步驟后，還包含若 進(jìn)入該膨脹機(jī)入口前的該實(shí)際壓力值低于該臨界壓力值時(shí)，則令該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn) 轉(zhuǎn)模式由該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換至該次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式。 5 CN 104696029 A 說明書 2/7頁
[0008] 上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式的操作 流程中，于若該實(shí)際溫度值高于該工作溫度范圍的上限值，則調(diào)升該栗的該輸出頻率值或 該輸出流量值的步驟后，還包含若進(jìn)入該膨脹機(jī)入口前的該實(shí)際壓力值高于該有機(jī)朗肯循 環(huán)系統(tǒng)的容許最大壓力值時(shí)，則令該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0009] 上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式的操作 流程中，該超臨界工作流體壓力溫度數(shù)據(jù)庫具有多組壓力與工作溫度范圍數(shù)據(jù)，每一組壓 力與工作溫度范圍數(shù)據(jù)具有一個(gè)壓力值與對應(yīng)的一個(gè)工作溫度范圍。
[0010] 上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中該次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式的操作 流程包含下列步驟：依據(jù)該實(shí)際壓力值與該實(shí)際溫度值計(jì)算出該工作流體的一實(shí)際過熱度 值；以及判斷該工作流體進(jìn)入該膨脹機(jī)入口前的該實(shí)際過熱度值與一預(yù)設(shè)過熱度范圍的關(guān) 系：若該實(shí)際過熱度值小于該預(yù)設(shè)過熱度范圍的下限值，則調(diào)降該泵的該輸出頻率值或該 輸出流量值；若該實(shí)際過熱度值落于該預(yù)設(shè)過熱度范圍內(nèi)，則維持驅(qū)動(dòng)該泵的該輸出頻率 值或該輸出流量值；以及若該實(shí)際過熱度值大于該預(yù)設(shè)過熱度范圍的上限值，則調(diào)升該杲 的該輸出頻率值或該輸出流量值。
[0011] 上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中其中該次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式的 操作流程中，于若該實(shí)際過熱度值小于該預(yù)設(shè)過熱度范圍的下限值，則調(diào)降該栗的該輸出 頻率值或該輸出流量值的步驟后，還包含若進(jìn)入該膨脹機(jī)入口前的該實(shí)際壓力值低于該有 機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的容許最小壓力值時(shí)，則令該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0012] 上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中于若該實(shí)際過熱度值大于 該預(yù)設(shè)過熱度范圍的上限值，則調(diào)升該栗的該輸出頻率值或該輸出流量值的步驟后，還包 含若進(jìn)入該膨脹機(jī)入口前的該實(shí)際壓力值高于該臨界壓力值時(shí)，則令該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng) 的運(yùn)轉(zhuǎn)模式由該次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換至該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
[0013] 上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中該栗為變流量栗或定流量 栗搭配變頻馬達(dá)。
[0014] 上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中該膨脹機(jī)為渦輪機(jī)、螺旋 式膨脹機(jī)、渦卷式膨脹機(jī)、容積式膨脹機(jī)或往復(fù)式膨脹機(jī)。
[0015] 上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換方法，其中供應(yīng)該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng) 的一熱源或一冷源的溫度或流量變動(dòng)時(shí)，若該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)于該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式下， 則執(zhí)行判斷該工作流體進(jìn)入該膨脹機(jī)入口前的一實(shí)際溫度值是否落于一工作溫度范圍內(nèi) 的步驟，若該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)于該次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，則執(zhí)行判斷該工作流體進(jìn)入該膨 脹機(jī)入口前的一實(shí)際過熱度值是否落于一預(yù)設(shè)過熱度范圍內(nèi)的步驟。
[0016] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包含一熱源熱交換器、一膨 脹機(jī)、一冷凝器、一泵、一壓力感測器及一控制元件。膨脹機(jī)通過管路與熱源熱交換器相連。 冷凝器通過管路與膨脹機(jī)相連。泵通過管路與冷凝器和熱源熱交換器相連。泵用以驅(qū)動(dòng)一 工作流體由栗依序流過熱源熱交換器、膨脹機(jī)及冷凝器而構(gòu)成一有機(jī)朗肯循環(huán)。工作流體 具有一臨界壓力值。壓力感測器用以檢測工作流體在膨脹機(jī)入口的一實(shí)際壓力值?？刂圃?件用以判斷工作流體的實(shí)際壓力值與臨界壓力值間的關(guān)系。若工作流體的實(shí)際壓力值大于 臨界壓力值，則控制元件控制有機(jī)朗肯循環(huán)以一穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式運(yùn)轉(zhuǎn)。若工作流體的實(shí)際 壓力值小于臨界壓力值，則控制元件控制有機(jī)朗肯循環(huán)以一次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式運(yùn)轉(zhuǎn)。 6 CN 104696029 A 說明書 3/7頁
[00Π ]上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其中還包含一溫度感測器，用以檢測該工作流體進(jìn)入 膨脹機(jī)入口前的一實(shí)際溫度值,該控制元件內(nèi)存有一超臨界工作流體壓力溫度數(shù)據(jù)庫，該 超臨界工作流體壓力溫度數(shù)據(jù)庫具有多組壓力與工作溫度范圍數(shù)據(jù)，每一組壓力與工作溫 度范圍數(shù)據(jù)具有一壓力值及對應(yīng)的一工作溫度范圍，該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)于該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn) 模式下時(shí)，若該實(shí)際溫度值大于該工作溫度范圍的上限值，則該控制元件提高該栗的一輸 出頻率值或一輸出流量值，若實(shí)際溫度值小于該工作溫度范圍的下限值，則該控制元件降 低該栗的該輸出頻率值或該輸出流量值。
[0018]上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其中于該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，若該實(shí)際壓力值大于該 有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的容許最大壓力值，則該控制元件令該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，若 該實(shí)際壓力值小于該臨界壓力值，則該控制元件令該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)由該穿臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模 式切換至該次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
[0019]上述的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其中該控制元件內(nèi)存有一過熱度計(jì)算模組，該控制元 件的該過熱度計(jì)算模組依據(jù)該實(shí)際壓力值與該實(shí)際溫度值計(jì)算出該工作流體的一實(shí)際過 熱度值，該有機(jī)朗肯循環(huán)于該次臨界運(yùn)轉(zhuǎn)模式下時(shí)，若該實(shí)際過熱度值小于一預(yù)設(shè)過熱度