[发明专利]具有复热及冷凝功能的热交换器、热循环系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热传机制，且特别涉及一种具有复热及冷凝功能的热交换器及应用其的热循环系统及方法。

背景技术

中低温废热发电市场近几年蓬勃发展，而有机朗肯循环(Organic RankineCycle，ORC)为目前中低温废热发电技术中最为成熟且具经济效益的一种技术。有机朗肯循环为一封闭热机循环系统，其关键元件和工作原理如下：(1)工作流体升压泵(pump)：升压液态工作流体，并送入蒸发器中加热；(2)蒸发器(evaporator)：吸取热源流体的热能，以汽化工作流体；(3)膨胀机/涡轮机及发电机组(expander/turbine and power generator)：转换工作流体的热能和压力能为膨胀机的轴功率(shaft power)，再经由发电机产生电力；(4)冷凝器(condenser)：冷凝做功后的汽态工作流体成为液态，并送往工作流体升压泵的入口，完成循环。

有机朗肯循环(ORC)属于双循环系统(binary cycle system)。其一，ORC回路中的工作流体，经历液泵升压、蒸发器汽化、膨胀机做功、冷凝器液化等过程，完成密闭式热机循环系统。其二，来自热源的热流(hot stream)，则通过蒸发器，将热能传递给工作流体。在蒸发器内，工作流体通过热传介质（例如：壳管式热交换器的热传管、板式热交换器的热传板）吸收热流热能。热流于蒸发器放热后，即经由蒸发器的热流出口流回至外界环境。视热流出口的温度与流量，热流可能直接排放或再利用。

然而，做完功后的汽态工作流体的温度过高，会造成冷凝器的热负载增加，而升压后的液态工作流体的温度过低，则会造成蒸发器的热负载增加。因此，热循环的效率无法有效提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有复热及冷凝功能的热交换器及热循环系统，具有较佳的热能利用及回收效率，以降低热交换器的热负载。

本发明的另一目的在于提供一种热交换方法，具有较佳的热能利用及回收效率，以降低热交换器的热负载。

根据本发明的一方面，提出一种具有复热及冷凝功能的热交换器，包括一压力容器、一复热管路以及一冷却流体管路。压力容器具有一入口、一出口以及一隔板，隔板将压力容器的内部间隔为一工作流体复热区以及一工作流体冷凝区，且隔板位于入口与出口之间。复热管路配置于压力容器中，并通过工作流体复热区，以加热流经复热管路的一液态工作流体。冷却流体管路配置于压力容器中，并通过工作流体冷凝区，以冷却一进入压力容器内的汽态工作流体。汽态工作流体先通过工作流体复热区，再流向工作流体冷凝区。

根据本发明的一方面，提出一种热循环系统，包括一具有复热及冷凝功能的热交换器、一蒸发器、一发电模块以及一泵。此具有复热及冷凝功能的热交换器包括一压力容器、一复热管路以及一冷却流体管路。压力容器具有一入口、一出口以及一隔板，隔板将压力容器的内部间隔为一工作流体复热区以及一工作流体冷凝区，且隔板位于入口与出口之间。复热管路配置于压力容器中，并通过工作流体复热区，以加热流经复热管路的一液态工作流体。冷却流体管路配置于压力容器中，并通过工作流体冷凝区，以冷却一进入压力容器内的汽态工作流体。汽态工作流体先通过工作流体复热区，再流向工作流体冷凝区。蒸发器连接复热管路的一出口，以加热液态工作流体至一汽态。发电模块藉由一第一管路连接蒸发器的一出口，并藉由一第二管路连接压力容器的入口。泵藉由一第三管路连接压力容器的出口，并藉由一第四管路连接复热管路的一入口。

根据本发明的一方面，提出一种热交换方法，包括下列步骤。提供一压力容器，压力容器内设置一复热管路、一冷却流体管路以及一隔板。隔板将压力容器的内部间隔为一工作流体复热区以及一工作流体冷凝区。复热管路通过工作流体复热区，而冷却流体管路通过工作流体冷凝区。通入一汽态工作流体于压力容器中，以加热流经复热管路的一液态工作流体。引导汽态工作流体由工作流体复热区流向工作流体冷凝区。引导汽态工作流体通过工作流体冷凝区，以冷却汽态工作流体至一液态。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1绘示依照本发明一实施例的具复热及冷凝功能的热交换器；

图2绘示依照本发明一实施例的热循环系统；

图3绘示依照本发明一实施例的热交换方法的各个步骤。

图4A及图4B分别绘示导流板为多孔板或螺旋导流板的示意图。

其中，附图标记

100：热循环系统

101：热交换器

110：压力容器