[發明專利]具有復熱及冷凝功能的熱交換器、熱循環系統及其方法

有效

• 申請號: 201310625248.2
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104420902A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 傅本然;郭啟榮;徐菘蔚
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;常大軍

技術領域

本發明涉及一種熱傳機制，且特別涉及一種具有復熱及冷凝功能的熱交換器及應用其的熱循環系統及方法。

背景技術

中低溫廢熱發電市場近幾年蓬勃發展，而有機朗肯循環(Organic?RankineCycle，ORC)為目前中低溫廢熱發電技術中最為成熟且具經濟效益的一種技術。有機朗肯循環為一封閉熱機循環系統，其關鍵元件和工作原理如下：(1)工作流體升壓泵(pump)：升壓液態工作流體，并送入蒸發器中加熱；(2)蒸發器(evaporator)：吸取熱源流體的熱能，以汽化工作流體；(3)膨脹機/渦輪機及發電機組(expander/turbine?and?power?generator)：轉換工作流體的熱能和壓力能為膨脹機的軸功率(shaft?power)，再經由發電機產生電力；(4)冷凝器(condenser)：冷凝做功后的汽態工作流體成為液態，并送往工作流體升壓泵的入口，完成循環。

有機朗肯循環(ORC)屬于雙循環系統(binary?cycle?system)。其一，ORC回路中的工作流體，經歷液泵升壓、蒸發器汽化、膨脹機做功、冷凝器液化等過程，完成密閉式熱機循環系統。其二，來自熱源的熱流(hot?stream)，則通過蒸發器，將熱能傳遞給工作流體。在蒸發器內，工作流體通過熱傳介質（例如：殼管式熱交換器的熱傳管、板式熱交換器的熱傳板）吸收熱流熱能。熱流于蒸發器放熱后，即經由蒸發器的熱流出口流回至外界環境。視熱流出口的溫度與流量，熱流可能直接排放或再利用。

然而，做完功后的汽態工作流體的溫度過高，會造成冷凝器的熱負載增加，而升壓后的液態工作流體的溫度過低，則會造成蒸發器的熱負載增加。因此，熱循環的效率無法有效提升。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有復熱及冷凝功能的熱交換器及熱循環系統，具有較佳的熱能利用及回收效率，以降低熱交換器的熱負載。

本發明的另一目的在于提供一種熱交換方法，具有較佳的熱能利用及回收效率，以降低熱交換器的熱負載。

根據本發明的一方面，提出一種具有復熱及冷凝功能的熱交換器，包括一壓力容器、一復熱管路以及一冷卻流體管路。壓力容器具有一入口、一出口以及一隔板，隔板將壓力容器的內部間隔為一工作流體復熱區以及一工作流體冷凝區，且隔板位于入口與出口之間。復熱管路配置于壓力容器中，并通過工作流體復熱區，以加熱流經復熱管路的一液態工作流體。冷卻流體管路配置于壓力容器中，并通過工作流體冷凝區，以冷卻一進入壓力容器內的汽態工作流體。汽態工作流體先通過工作流體復熱區，再流向工作流體冷凝區。

根據本發明的一方面，提出一種熱循環系統，包括一具有復熱及冷凝功能的熱交換器、一蒸發器、一發電模塊以及一泵。此具有復熱及冷凝功能的熱交換器包括一壓力容器、一復熱管路以及一冷卻流體管路。壓力容器具有一入口、一出口以及一隔板，隔板將壓力容器的內部間隔為一工作流體復熱區以及一工作流體冷凝區，且隔板位于入口與出口之間。復熱管路配置于壓力容器中，并通過工作流體復熱區，以加熱流經復熱管路的一液態工作流體。冷卻流體管路配置于壓力容器中，并通過工作流體冷凝區，以冷卻一進入壓力容器內的汽態工作流體。汽態工作流體先通過工作流體復熱區，再流向工作流體冷凝區。蒸發器連接復熱管路的一出口，以加熱液態工作流體至一汽態。發電模塊藉由一第一管路連接蒸發器的一出口，并藉由一第二管路連接壓力容器的入口。泵藉由一第三管路連接壓力容器的出口，并藉由一第四管路連接復熱管路的一入口。

根據本發明的一方面，提出一種熱交換方法，包括下列步驟。提供一壓力容器，壓力容器內設置一復熱管路、一冷卻流體管路以及一隔板。隔板將壓力容器的內部間隔為一工作流體復熱區以及一工作流體冷凝區。復熱管路通過工作流體復熱區，而冷卻流體管路通過工作流體冷凝區。通入一汽態工作流體于壓力容器中，以加熱流經復熱管路的一液態工作流體。引導汽態工作流體由工作流體復熱區流向工作流體冷凝區。引導汽態工作流體通過工作流體冷凝區，以冷卻汽態工作流體至一液態。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1繪示依照本發明一實施例的具復熱及冷凝功能的熱交換器；

圖2繪示依照本發明一實施例的熱循環系統；

圖3繪示依照本發明一實施例的熱交換方法的各個步驟。

圖4A及圖4B分別繪示導流板為多孔板或螺旋導流板的示意圖。

其中，附圖標記

100：熱循環系統

101：熱交換器

110：壓力容器