[发明专利]阶梯式低阶温差发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种阶梯式低阶温差发电系统结构，尤指一种植基于技术成熟、可靠度高的有机朗肯循环系统，本阶梯式低阶温差发电系统串接多个有机朗肯循环系统，实现提升发电效率的目的。

背景技术

一般低阶温差发电的热源和冷源温度差小(废热/温泉发电温差约40～100℃，海洋温差发电则仅20～25℃)，从卡诺热机循环得知：低阶温差发电系统发电效率低，在额定发电容量条件时，相较于传统发电方式，低阶温差发电系统的机组庞大，建造成本高。然而，一般低阶温差发电的热源来自废热(例如：工业热工艺排放的余热、热水等)或天然资源(例如：海洋温差、温泉、地热、太阳日照等)，无须燃料成本。因此，若能提升低阶温差发电系统的发电效率，则可降低均化发电成本，提升产品竞争力，有助于低阶温差发电的市场化。

目前国际上应用于低阶温差发电的动力系统以有机朗肯循环系统(Organic Rankine Cycle，ORC)为主，具有技术成熟及系统简单的优点。为了提升及改善有机朗肯循环系统发电效率，欧洲提出Kalina Cycle系统、日本提出Uehara Cycle系统，两个系统皆采用氨和水的混合物作为工作流体，该工作流体进行热交换时，其温度、压力非为相依性；通过提升气态工作流体在蒸发器的出口温度和降低液态工作流体在冷凝器的出口温度，提升系统发电效率。上述循环的运作取决于工作流体在热交换器(蒸发器和冷凝器)内的氨和水比例，所以需要另行设置一反馈控制系统，同时设置一氨、水分离器。但该反馈控制系统和分离器却造成有机朗肯循环系统复杂性，连带使其可靠度降低。因此，无论是利用Kalina Cycle或Uehara Cycle作为动力系统的低阶温差发电系统皆尚未普及；目前仍采用传统的有机朗肯循环系统，虽然其效率较低，但具有构型简单、可靠度高的优点。鉴此，本发明以传统的有机朗肯循环系统为基础提出一种系统简单、可靠度高且发电效率较传统有机朗肯循环系统显着提升的阶梯式低阶温差发电系统。

发明内容

基于解决以上所述公知技术的不足，本发明利用阶梯式热能/冷能利用的方式，提出一系统简单、可靠度高且发电效率较传统有机朗肯循环系统显着提升的阶梯式低阶温差发电系统。本阶梯式低阶温差发电系统结构串接多个有机朗肯循环系统，达到提升发电效率的目的。

本发明的另一目的在于将冷、热源分阶段使用，冷源逐次升温、热源则逐次降温，在前几级的有机朗肯循环系统的工作流体的高温较公知单一有机朗肯循环系统高且低温较公知单一有机朗肯循环系统为低，所以，前几级有机朗肯循环系统的热效率皆高于公知单一有机朗肯循环系统热效率。

为实现上述目的，本发明为一种阶梯式低阶温差发电系统，由复数个有机朗肯循环系统串接组成阶梯式低阶温差发电系统，而单一有机朗肯循环系统系包括有：

一蒸发器，该蒸发器内包括有一水管路及一工作流体管路，且水管路与工作流体管路可相互进行热交换工作，而水管路更包括有一管路入口及管路出口，且该水管路的管路出口连接至下一级有机朗肯循环系统的蒸发器水管路的管路入口；

一冷凝器，该冷凝器内包括有一水管路及一工作流体管路，且水管路与工作流体管路可相互进行热交换工作，而水管路更包括有一管路入口及管路出口，且该水管路的管路出口连接至下一级有机朗肯循环系统的冷凝器水管路的管路入口，该冷凝器工作流体管路与该蒸发器的工作流体管路为密闭式连接结构；

一工作流体泵，连接于该蒸发器与冷凝器的工作流体管路之间，用以使工作流体产生流动；以及

一发电模块，连接于该蒸发器与冷凝器的工作流体管路之间，并利用进入端与排出端的工作流体的温差进行发电工作。

图1为公知有机朗肯循环(ORC)温差发电系统配置图。而图2、图3为本发明的阶梯式低阶温差发电系统配置。公知朗肯循环温差发电系统仅由单一朗肯循环系统组成，其组成热水(水温为Twwi)由蒸发器水管路入口(01)流经第一阶循环系统的蒸发器(02)的蒸发器水管路(03)进行热交换后至出口(04)，温度降为Twwo；冷水由冷凝器水管路入口(05)进入冷凝器(06)的冷凝器水管路(07)进行热交换后至冷凝器水管路出口(08)，温度降为Tcwo；工作流体泵(09)抽取工作流体由管线(10)进入蒸发器(02)的工作流体管路(11)吸收热水所释放的热能而气化后，排回管线(12)，进而推动发电模块(13)而发电，做功后的工作流体流至管线(14)，进入冷凝器(06)的工作流体管路(15)与冷水进行热交换而冷凝至液态，再排回管线(16)；接着，再重复由工作流体泵(09)起始作动，重复此一循环系统。