CN103195520A - 串级式有机朗肯循环系统及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种串级式有机朗肯循环系统及其发电方法，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。本发明提出的串级式有机朗肯循环系统及其发电方法，通过将多个有机朗肯循环单元的蒸发器串联，可充分高效利用热源的能量，有效提高系统的热效率（即输出的能量与输入的热能的比值）。

Description

串级式有机朗肯循环系统及其发电方法

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；

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，……，以此类推，第N-1蒸发器的出口连接第N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、……、第N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；……；以此类推，热源经过第N蒸发器后，温度由第N温度T_N降为第N+1温度T_N+1。

一种利用上述串级式有机朗肯循环系统的发电方法，所述方法包括：

各有机朗肯循环单元的蒸发器通过管路串接，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；

升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温；

过热气体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，所述有机朗肯循环系统包括两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；

所述方法具体包括：

步骤S1：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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；

步骤S2：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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，所述有机朗肯循环系统包括三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；

所述方法具体包括：

步骤S1：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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；

步骤S2：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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；

步骤S3：热源经过第二有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第三有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第三温度T₃降为第四温度T₄；第三有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第三温度T₃降为第四温度T₄；过热气体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N有机朗肯循环单元；其中，N≥3；

所述方法具体包括：

步骤S1：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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；

步骤S2：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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；

步骤S3：热源经过第i有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第i+1有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第i+1温度T_i+1降为第i+2温度T_i+2；i初始值为2，每经过一个有机朗肯循环单元的蒸发器后，i增加1，当i为N-1时，热源从系统流出；其中，第i+1有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第i+1温度T_i+1降为第i+2温度T_i+2；过热气体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。

一种串级式有机朗肯循环系统，所述系统包括三组或三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；或者，各有机朗肯循环单元的蒸发器连接在一起，其中，部分蒸发器串联，部分蒸发器并联；

热源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，所述系统包括两级或两级以上的有机朗肯循环单元；其中，一级或多级包括两个或两个以上的有机朗肯循环单元并联。

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。

本发明的有益效果在于：本发明提出的串级式有机朗肯循环系统及其发电方法，通过将多个有机朗肯循环单元的蒸发器串联，可充分高效利用热源的能量，有效提高系统的热效率（即输出的能量与输入的热能的比值）。

附图说明

图1为现有有机朗肯循环发电系统的组成示意图。

图2为现有并联有机朗肯循环发电系统的组成示意图。

图3为本发明有机朗肯循环系统的组成示意图。

图4为实施例二中有机朗肯循环系统的组成示意图。

图5为实施例四中有机朗肯循环系统的组成示意图。

附图主要组件符号说明如下：

1’：膨胀机                     2’：发电机

3’：蒸发器                     4’：液体泵

5’：冷凝器                     1：膨胀机

2：发电机                       3：蒸发器

4：液体泵                       5：冷凝器

101：第一有机朗肯循环单元       102：第二有机朗肯循环单元

103：第三有机朗肯循环单元       104：第四有机朗肯循环单元

105：第五有机朗肯循环单元

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图3，本发明揭示了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5、液体泵4、蒸发器3、膨胀机1、发电机2，冷凝器5、液体泵4、蒸发器3、膨胀机1依次连接，形成一个循环，膨胀机1带动发电机2发电。

各有机朗肯循环单元的蒸发器3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3，分别为各有机朗肯循环单元的蒸发器3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。

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4中被升压；然后进入蒸发器3被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体后，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，完成一个有机朗肯循环。

本实施例中，如图3所示，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。

以上介绍了本发明串级式有机朗肯循环系统的的组成，本发明在揭示上述系统的同时，还揭示一种利用上述串级式有机朗肯循环系统的发电方法，所述方法包括：各有机朗肯循环单元的蒸发器通过管路串接，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。

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；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温；过热气体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。

本实施例中，所述发电方法具体包括：

【步骤S1】热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂。

第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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。

【步骤S2】热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃。

第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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。

由于有机朗肯循环系统中，热流体温度和环境温度之间的温差越大，系统的热效率越高。如图1所示，现有有机朗肯循环系统仅利用热源（温度由T₁降为T₃）实现一个有机朗肯循环，该有机朗肯循环的热效率与热流体温度（大致为（T₁+T₃）/2）和环境温度T₀之间的温差（大致为：（T₁+T₃）/2-T₀）有关，温差越大，热效率越高。

而反观本实施例的有机朗肯循环系统，结合图3，利用热源（温度同样由T₁降为T₃）实现了两个有机朗肯循环：第一有机朗肯循环单元的热效率与温差（大致为：（T₁+T₂）/2-T₀）有关，温差越大，热效率越高。可见第一有机朗肯循环单元的热效率即大于图1中实现的有机朗肯循环的热效率。

第二有机朗肯循环单元的热效率与温差（大致为：（T₂+T₃）/2-T₀）有关，温差越大，热效率越高。一般而言，第二有机朗肯循环单元的热效率也接近图1中实现的有机朗肯循环的热效率。

因此，本实施例中，系统的热效率相比现有的典型有机朗肯循环系统有了成倍的提高。

实施例二

请参阅图4，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，所述串级式有机朗肯循环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。

上述串级式有机朗肯循环系统的发电方法具体包括：

【步骤S1】热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂。

第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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；

【步骤S2】热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃。

第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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；

【步骤S3】热源经过第二有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第三有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第三温度T₃降为第四温度T₄。

第三有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第三温度T₃降为第四温度T₄；过热气体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。

本实施例中，由于系统利用热源实现了三个有机朗肯循环，系统的热效率相比现有的有机朗肯循环系统有了非常大的提高。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，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。

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，……，以此类推，第N-1蒸发器的出口连接第N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、……、第N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；……；以此类推，热源经过第N蒸发器后，温度由第N温度T_N降为第N+1温度T_N+1。

上述串联式有机朗肯循环系统的发电方法具体包括：

【步骤S1】热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂。

第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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；

【步骤S2】热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃。

第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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；

【步骤S3】热源经过第i有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第i+1有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第i+1温度T_i+1降为第i+2温度T_i+2；i初始值为2，每经过一个有机朗肯循环单元的蒸发器后，i增加1，当i为N-1时，热源从系统流出。

其中，第i+1有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第i+1温度T_i+1降为第i+2温度T_i+2；过热气体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。

实施例四

请参阅图5，本实施例揭示一种串级式有机朗肯循环系统，所述系统包括三组或三组以上有机朗肯循环单元。本实施例一以上实施例的区别在于，本实施例中，各有机朗肯循环单元的蒸发器连接在一起，其中，部分蒸发器串联，部分蒸发器并联。热源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。

如图5所示，按照热源经过的时间顺序，所述系统包括两级或两级以上的有机朗肯循环单元；其中，一级或多级包括两个或两个以上的有机朗肯循环单元并联。图5中，第一有机朗肯循环单元101作为第一级，第二有机朗肯循环单元102、第四有机朗肯循环单元104作为第二级，第三有机朗肯循环单元103、第五有机朗肯循环单元105作为第三级。本实施例中，第二级有两个有机朗肯循环单元（第二有机朗肯循环单元102、第四有机朗肯循环单元104）并联。

以下以本发明串级式有机朗肯循环系统包括五组有机朗肯循环单元为例介绍本实施例的实现方案。

如图5所示，串级式有机朗肯循环系统包括第一有机朗肯循环单元101、第二有机朗肯循环单元102、第三有机朗肯循环单元103、第四有机朗肯循环单元104、第五有机朗肯循环单元105。

其中，第二有机朗肯循环单元102与第三有机朗肯循环单元103并联，第一有机朗肯循环单元101分别与第二有机朗肯循环单元102、第四有机朗肯循环单元104串联（即第一有机朗肯循环单元101的蒸发器的出口分别连接第二有机朗肯循环单元102、第四有机朗肯循环单元104蒸发器的入口）。第二有机朗肯循环单元102与第三有机朗肯循环单元103串联（第二有机朗肯循环单元102蒸发器的出口连接第三有机朗肯循环单元103蒸发器的入口），第四有机朗肯循环单元104与第五有机朗肯循环单元105串联（第四有机朗肯循环单元104蒸发器的出口连接第五有机朗肯循环单元105蒸发器的入口）。

具体的实现方式请参阅以上实施例，这里不做赘述。通过本实施例中的方案，由于系统中包含有串联的蒸发器，同样可以提高系统的热效率。

实施例五

本实施例与以上实施例的区别在于，本实施例中，部分或全部有机朗肯循环单元公用一个共同的冷凝器。

综上所述，本发明提出的串级式有机朗肯循环系统及其发电方法，通过将多个有机朗肯循环单元的蒸发器串联，可充分高效利用热源的能量，有效提高系统的热效率（即输出的能量与输入的热能的比值）。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (14)

1.一种串级式有机朗肯循环系统，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的串级式有机朗肯循环系统，其特征在于：

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。

3.根据权利要求1所述的串级式有机朗肯循环系统，其特征在于：

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。

4.根据权利要求1至3之一所述的串级式有机朗肯循环系统，其特征在于：

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。

5.根据权利要求1至3之一所述的串级式有机朗肯循环系统，其特征在于：

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。

6.根据权利要求1至3之一所述的串级式有机朗肯循环系统，其特征在于：

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；

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，……，以此类推，第N-1蒸发器的出口连接第N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、……、第N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；……；以此类推，热源经过第N蒸发器后，温度由第N温度T_N降为第N+1温度T_N+1。

7.一种利用权利要求1至6之一所述串级式有机朗肯循环系统的发电方法，其特征在于，所述方法包括：

各有机朗肯循环单元的蒸发器通过管路串接，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。

8.根据权利要求7所述的发电方法，其特征在于：

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；

升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温；

过热气体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。

9.根据权利要求7所述的发电方法，其特征在于：

所述有机朗肯循环系统包括两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；

所述方法具体包括：

步骤S1：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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；

步骤S2：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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。

10.根据权利要求7所述的发电方法，其特征在于：

所述有机朗肯循环系统包括三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；

所述方法具体包括：

步骤S1：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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；

步骤S2：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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；

步骤S3：热源经过第二有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第三有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第三温度T₃降为第四温度T₄；第三有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第三温度T₃降为第四温度T₄；过热气体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。

11.根据权利要求7所述的发电方法，其特征在于：

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N有机朗肯循环单元；其中，N≥3；

所述方法具体包括：

步骤S1：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；第一有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第一温度T₁降为第二温度T₂；过热气体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；

步骤S2：热源经过第一有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第二有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；第二有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第二温度T₂降为第三温度T₃；过热气体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；

步骤S3：热源经过第i有机朗肯循环单元的蒸发器后，进入第i+1有机朗肯循环单元的蒸发器，温度由第i+1温度T_i+1降为第i+2温度T_i+2；i初始值为2，每经过一个有机朗肯循环单元的蒸发器后，i增加1，当i为N-1时，热源从系统流出；其中，第i+1有机朗肯循环单元利用热源提供的热能进行有机朗肯循环，方式如下：低温低压的液体制冷工质在液体泵中被升压；升压后的液体制冷工质进入蒸发器被加热汽化，直至成为高温高压的过热气体；在加热气化过程中，热源经过各个蒸发器均会释放热量并降温，温度由第i+1温度T_i+1降为第i+2温度T_i+2；过热气体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。

12.一种串级式有机朗肯循环系统，其特征在于，所述系统包括三组或三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；或者，各有机朗肯循环单元的蒸发器连接在一起，其中，部分蒸发器串联，部分蒸发器并联；

热源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。

13.根据权利要求12所述的串级式有机朗肯循环系统，其特征在于：

所述系统包括两级或两级以上的有机朗肯循环单元；其中，一级或多级包括两个或两个以上的有机朗肯循环单元并联。

14.根据权利要求12或13所述的串级式有机朗肯循环系统，其特征在于：

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。

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