一种具气态工作流体最小压力控制机制的热交换器，应用于热机循环系统，包括一蒸发器、一流量控制阀、一压力感测器以及一控制器。蒸发器用以加热一工作流体至一气态。蒸发器具有一液态工作流体入口管路以及一气态工作流体出口管路。流量控制阀设置于气态工作流体出口管路上。压力感测器设置于流量控制阀的上游，用以检测蒸发器内工作流体的蒸发压力。控制器用以调整流量控制阀的开度，以保持蒸发器内工作流体的最小蒸发压力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热传装置，且特别涉及一种应用于热机循环系统的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器。
技术介绍
中低温废热发电市场近几年蓬勃发展,其中有机朗肯循环(Organic RankineCycle, 0RC)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:(I)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)膨胀机及发电机组(expander 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):冷凝做功后的气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。 在一应用中，低温热能发电的ORC系统，若热流于蒸发器内放热后，被导引至下游热工艺再利用，则必须限制热流出口的最低温度，以确保下游热工艺的品质要求。另外，应用于以常温水(或海水)为热源，以液态天然气、液态氮或液态氧为工作流体的极低温ORC发电系统，则必须限制热流(常温水或表层海水)出口的最低温度，防止热流结冰，以免导致因热流结冰造成蒸发器破裂、损毁和工作流体泄漏等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于热机循环系统的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器及热机循环系统，以限流的方式调整蒸发器内工作流体的蒸发压力，以使工作流体的蒸发压力保持在最小压力设定值以上。 本专利技术是利用一种气态工作流体最小压力持压控制方法，以限流的方式调整蒸发器内工作流体的蒸发压力，以使工作流体的蒸发压力保持在最小压力设定值以上。 根据本专利技术的一方面，提出一种具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，包括一蒸发器、一流量控制阀、一压力感测器以及一控制器。蒸发器用以加热一工作流体至一气态。蒸发器具有一液态工作流体入口管路以及一气态工作流体出口管路。流量控制阀设置于气态工作流体出口管路上。压力感测器设置于流量控制阀的上游，用以检测蒸发器内工作流体的蒸发压力。控制器用以调整流量控制阀的开度，以控制蒸发器内工作流体的最小蒸发压力。 根据本专利技术的一方面，提出一种具气态工作流体最小压力持压机制的热机循环系统，包括一蒸发器、一流量控制阀、一压力感测器、一控制器、一冷凝器、一发电模块以及一泵。蒸发器用以加热一工作流体至一气态。蒸发器具有一液态工作流体入口管路以及一气态工作流体出口管路。流量控制阀设置于气态工作流体出口管路上。压力感测器设置于流量控制阀的上游，用以检测蒸发器内工作流体的蒸发压力。控制器用以调整流量控制阀的开度，以控制蒸发器内工作流体的最小蒸发压力。冷凝器用以冷却工作流体至一液态。发电模块藉由一第一管路连接流量控制阀的一出口，并藉由一第二管路连接冷凝器的一入口。泵藉由一第三管路连接冷凝器的一出口，并藉由一第四管路连接蒸发器的一入口。 根据本专利技术的一方面，提出一种气态工作流体最小压力持压控制方法，包括下列步骤。提供一蒸发器，并通入一工作流体至蒸发器中，以加热工作流体至一气态。设置一流量控制阀于蒸发器的一出口。检测蒸发器内工作流体的蒸发压力。调整流量控制阀的开度，以控制蒸发器内工作流体的蒸发压力。 以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。 【附图说明】 图1绘示依照本专利技术一实施例的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器； 图2绘示依照本专利技术一实施例的具气态工作流体最小压力持压机制的热机循环系统； 图3绘示依照本专利技术一实施例的气态工作流体最小压力持压控制方法的各个步骤； 图4绘示有机朗肯循环(ORC)系统中温度-熵的性能图。 其中，附图标记 100:热机循环系统 101:热交换器 110:蒸发器 111:热流管路 112:液态工作流体入口管路 114:气态工作流体出口管路 120:流量控制阀 121:第一管路 122:第二管路 123:第三管路 124:第四管路 130:压力感测器 132:温度感测器 134:温度感测器 140:控制器 142:控制平台 150:发电模块 151:膨胀机 152:发电机 160:冷凝器 170:泵 F:工作流体 C:冷流 H:热流 In:入口 Out:出口 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理作具体的描述: 在本实施例的一范例中，以限流的方式调整蒸发器内工作流体的蒸发压力。例如:在蒸发器的出口处设置一流量控制阀，并以一压力计来量测工作流体的蒸发压力。当蒸发器内的工作流体处于汽液两相状态时，蒸发压力与蒸发温度是彼此相依的。蒸发温度是指液态的工作流体在一定的压力下蒸发或沸腾时的饱和温度(沸点)，此时的压力称为蒸发压力。保持蒸发器内工作流体的蒸发压力在最小压力设定值以上，即可保持工作流体离开蒸发器的出口温度在设定温度以上。 在一实施例中，控制工作流体的蒸发压力的目的是防止热流于蒸发器内结霜或结冰，造成蒸发器热传功能降低，甚至损毁。应用于以常温水(或海水)为热源的ORC系统中，常温水(或海水)作为蒸器器的热流，一旦蒸发器的热流出口温度过低时，可能造成蒸发器内热传介质(例如:壳管式热交换器的热传管、板式热交换器的热传板)阻塞或破损。传统做法为了避免这种情况的发生，就必须控制蒸发器的热流出口温度在某一设定值以上，一旦热流出口温度过低，就停止ORC系统的运转，无法持续发电，因而无法达到充分利用的目的。 在本实施例的一范例中，控制工作流体的蒸发压力的方法通常利用流量控制阀(或蒸发器压力调节器)控制蒸发器内的压力。只要将蒸发器出口的压力控制在设定值以上，就可以避免蒸发器内热流的结冰、冻结之虞。流量控制阀(或蒸发压力调节器)可以根据热流的流量大小调节蒸发器出口的压力，确保蒸发器出口的压力在最小压力设定值以上。 在一实施例中，当蒸发器内热流的流量不足或热流在蒸发器出口的温度低于设定值时，蒸发器内工作流体的压力随之下降。当压力感测器(压力计)检测到工作流体的压力低于设定值时，启动流量控制阀，藉由控制阀体的孔口大小或匣门开度，限制工作流体通过控制阀的流量，以限流手段达到蒸发器内工作流体最小压力保持和限制热流在蒸发器的出口最低温度的目的，以控制热流的出口温度在冰点或凝固点以上。 以下是提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本专利技术欲保护的范围。 请参照图1，其绘示依照本专利技术一实施例的具本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，应用于热机循环系统，其特征在于，包括： 一蒸发器，用以加热一工作流体至一气态，该蒸发器具有一液态工作流体入口管路以及一气态工作流体出口管路； 一流量控制阀，设置于该气态工作流体出口管路上； 一压力感测器，设置于该流量控制阀的上游，用以检测该蒸发器内该工作流体的蒸发压力；以及 一控制器，用以调整该流量控制阀的开度，以控制该蒸发器内该工作流体的最小蒸发压力。
【技术特征摘要】
2013.12.13 TW 102146273;2013.08.22 US 61/868,5901.一种具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，应用于热机循环系统，其特征在于，包括: 一蒸发器，用以加热一工作流体至一气态，该蒸发器具有一液态工作流体入口管路以及一气态工作流体出口管路； 一流量控制阀，设置于该气态工作流体出口管路上； 一压力感测器，设置于该流量控制阀的上游，用以检测该蒸发器内该工作流体的蒸发压力；以及 一控制器，用以调整该流量控制阀的开度，以控制该蒸发器内该工作流体的最小蒸发压力。2.根据权利要求1所述的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，其特征在于，该控制器判断该工作流体的蒸发压力是否小于一最小压力设定值，若是，限制该流量控制阀的开度。3.根据权利要求2所述的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，其特征在于，该工作流体的蒸发压力大于或等于该最小压力设定值时，该流量控制阀保持全开。4.根据权利要求1所述的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，其特征在于，该蒸发器更包括一热流管路以及一温度感测器，该温度感测器用以检测该热流管路的出口温度。5.根据权利要求4所述的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，其特征在于，该控制器判断该热流管路的出口温度是否小于一最小温度设定值，若是，限制该流量控制阀的开度。6.根据权利要求5所述的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，其特征在于，该热流管路的出口温度大于或等于该最小温度设定值时，该流量控制阀保持全开。7.根据权利要求1所述的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，其特征在于，该控制器以机械控制或电磁控制的方式调整该流量控制阀的开度。8.根据权利要求1所述的具气态工作流体最小压力持压机制的热交换器，其特征在于，该流量控制阀的节流型式包括闸门、孔口板或球阀。9.一种具气态工作流体最小压力持压机制的热机循环系统，其特征在于，包括: 一蒸发器，用以加热一工作流体至一气态，该蒸发器具有一液态工作流体入口管路以及一气态工作流体出口管路； 一流量控制阀，设置于该气态工作流体出口管路上； 一压力感测器，设置于该流量控制阀的上游，用以检测该蒸发器内该工作流体的蒸发压力；以及 一控制器，用以调整...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐菘蔚，郭启荣，郑本渊，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
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