有机朗肯循环系统及其运转模式的切换方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种有机朗肯循环系统，特别是一种有机朗肯循环系统及其次临界运 转模式和穿临界运转模式的切换方法。
【背景技术】
[0002]有机自^循环（Organic Rankine Cycle，ORC)使用在常压时低沸点的有机物质为 工作流体，为目前中低温热能发电技术中效率最高且最经济实惠。有机朗肯循环依内部循 环工作流体操作于临界点下或上区分为次临界循环 （Sub-critical cycle)系统或穿临界 循环（Transcritical cycle)系统。一般而言,穿临界循环系统具有较高的系统热效率和 热源取热率，因此在相同冷热源条件下其发电量较大。
[0003]应用于穿临界有机朗肯循环系统的热源多样化且范围宽广，包含中低温废热、地 热、温泉、太阳热能等变动型热源。然而，由于上述变动型热源的温度和单位时间内的供应 量具有周期性、间歇性或不定期性的变异，故若穿临界有机朗肯循环面对上述变动型热源 时，则有可能因热源的条件变动至穿临界有机朗肯循环运转的条件外而导致有机朗肯循环 系统停机，进而局限有机朗肯循环系统的使用率。如此一来，将会降低有机朗肯循环系统的 累积发电量，因此，如何提升有机朗肯循环系统面对变动型热源时的发电量，进而提升其经 济效益将是研发人员应解决的问题之一。
【发明内容】
[0004]本发明在于提供一种有机朗肯循环系统及其次临界运转模式和穿临界运转模式 的切换方法，借以提升有机朗肯循环系统面对变动型热源时的可操作范围。
[0005]为达到上述目的，本发明提供一种有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，包 含下列步骤：判断一有机朗肯循环系统的一工作流体进入一膨胀机入口前的一实际压力值 是否大于等于工作流体的一临界压力值：若是，则令有机朗肯循环系统以一穿临界运转模 式运转。若否，则令有机朗肯循环系统以一次临界运转模式运转。
[0006]上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中该穿临界运转模式的操作 流程包含下列步骤：查找一超临界工作流体压力温度数据库，以获得该实际压力值所对应 的一工作温度范围；以及判断该工作流体进入该膨胀机入口前的一实际温度值与该工作温 度范围的关系：若该实际温度值低于该工作温度范围的下限值，则调降驱动该工作流体的 一泵的一输出频率值或一输出流量值；若该实际温度值落于该工作温度范围内，则维持该 泵的该输出频率值或该输出流量值；以及若该实际温度值高于该工作温度范围的上限值， 则调升该泵的该输出频率值或该输出流量值。
[0007]上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中于若该实际温度值低于该 工作温度范围的下限值，则调降该泵的该输出频率值或该输出流量值的步骤后，还包含若 进入该膨胀机入口前的该实际压力值低于该临界压力值时，则令该有机朗肯循环系统的运 转模式由该穿临界运转模式切换至该次临界运转模式。 5 CN 104696029 A 说明书 2/7页
[0008] 上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中该穿临界运转模式的操作 流程中，于若该实际温度值高于该工作温度范围的上限值，则调升该栗的该输出频率值或 该输出流量值的步骤后，还包含若进入该膨胀机入口前的该实际压力值高于该有机朗肯循 环系统的容许最大压力值时，则令该有机朗肯循环系统停止运转。
[0009] 上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中该穿临界运转模式的操作 流程中，该超临界工作流体压力温度数据库具有多组压力与工作温度范围数据，每一组压 力与工作温度范围数据具有一个压力值与对应的一个工作温度范围。
[0010] 上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中该次临界运转模式的操作 流程包含下列步骤：依据该实际压力值与该实际温度值计算出该工作流体的一实际过热度 值；以及判断该工作流体进入该膨胀机入口前的该实际过热度值与一预设过热度范围的关 系：若该实际过热度值小于该预设过热度范围的下限值，则调降该泵的该输出频率值或该 输出流量值；若该实际过热度值落于该预设过热度范围内，则维持驱动该泵的该输出频率 值或该输出流量值；以及若该实际过热度值大于该预设过热度范围的上限值，则调升该杲 的该输出频率值或该输出流量值。
[0011] 上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中其中该次临界运转模式的 操作流程中，于若该实际过热度值小于该预设过热度范围的下限值，则调降该栗的该输出 频率值或该输出流量值的步骤后，还包含若进入该膨胀机入口前的该实际压力值低于该有 机朗肯循环系统的容许最小压力值时，则令该有机朗肯循环系统停止运转。
[0012] 上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中于若该实际过热度值大于 该预设过热度范围的上限值，则调升该栗的该输出频率值或该输出流量值的步骤后，还包 含若进入该膨胀机入口前的该实际压力值高于该临界压力值时，则令该有机朗肯循环系统 的运转模式由该次临界运转模式切换至该穿临界运转模式。
[0013] 上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中该栗为变流量栗或定流量 栗搭配变频马达。
[0014] 上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中该膨胀机为涡轮机、螺旋 式膨胀机、涡卷式膨胀机、容积式膨胀机或往复式膨胀机。
[0015] 上述的有机朗肯循环系统的运转模式的切换方法，其中供应该有机朗肯循环系统 的一热源或一冷源的温度或流量变动时，若该有机朗肯循环系统于该穿临界运转模式下， 则执行判断该工作流体进入该膨胀机入口前的一实际温度值是否落于一工作温度范围内 的步骤，若该有机朗肯循环系统于该次临界运转模式下，则执行判断该工作流体进入该膨 胀机入口前的一实际过热度值是否落于一预设过热度范围内的步骤。
[0016] 为达到上述目的，本发明提供一种有机朗肯循环系统，包含一热源热交换器、一膨 胀机、一冷凝器、一泵、一压力感测器及一控制元件。膨胀机通过管路与热源热交换器相连。 冷凝器通过管路与膨胀机相连。泵通过管路与冷凝器和热源热交换器相连。泵用以驱动一 工作流体由栗依序流过热源热交换器、膨胀机及冷凝器而构成一有机朗肯循环。工作流体 具有一临界压力值。压力感测器用以检测工作流体在膨胀机入口的一实际压力值。控制元 件用以判断工作流体的实际压力值与临界压力值间的关系。若工作流体的实际压力值大于 临界压力值，则控制元件控制有机朗肯循环以一穿临界运转模式运转。若工作流体的实际 压力值小于临界压力值，则控制元件控制有机朗肯循环以一次临界运转模式运转。 6 CN 104696029 A 说明书 3/7页
[00Π ]上述的有机朗肯循环系统，其中还包含一温度感测器，用以检测该工作流体进入 膨胀机入口前的一实际温度值,该控制元件内存有一超临界工作流体压力温度数据库，该 超临界工作流体压力温度数据库具有多组压力与工作温度范围数据，每一组压力与工作温 度范围数据具有一压力值及对应的一工作温度范围，该有机朗肯循环系统于该穿临界运转 模式下时，若该实际温度值大于该工作温度范围的上限值，则该控制元件提高该栗的一输 出频率值或一输出流量值，若实际温度值小于该工作温度范围的下限值，则该控制元件降 低该栗的该输出频率值或该输出流量值。
[0018]上述的有机朗肯循环系统，其中于该穿临界运转模式下，若该实际压力值大于该 有机朗肯循环系统的容许最大压力值，则该控制元件令该有机朗肯循环系统停止运转，若 该实际压力值小于该临界压力值，则该控制元件令该有机朗肯循环系统由该穿临界运转模 式切换至该次临界运转模式。
[0019]上述的有机朗肯循环系统，其中该控制元件内存有一过热度计算模组，该控制元 件的该过热度计算模组依据该实际压力值与该实际温度值计算出该工作流体的一实际过 热度值，该有机朗肯循环于该次临界运转模式下时，若该实际过热度值小于一预设过热度