具有复热及冷凝功能的热交换器、热循环系统及其方法技术方案

一种具有复热及冷凝功能的热交换器、热循环系统及其方法，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。

【技术实现步骤摘要】
具有复热及冷凝功能的热交换器、热循环系统及其方法
本专利技术涉及一种热传机制，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。
技术介绍
中低温废热发电市场近几年蓬勃发展，而有机朗肯循环(OrganicRankineCycle，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/turbineandpowergenerator)：转换工作流体的热能和压力能为膨胀机的轴功率(shaftpower)，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(binarycyclesystem)。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(hotstream)，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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。根据本专利技术的一方面，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。根据本专利技术的一方面，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。根据本专利技术的一方面，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复热及冷凝功能的热交换器；图2绘示依照本专利技术一实施例的热循环系统；图3绘示依照本专利技术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110a：工作流体复热区110b：工作流体冷凝区111：入口112：出口113：隔板114：第一端板115：第二端板116：流道117：流道出口120：复热管路130：冷却流体管路131：第一管路132：第二管路133：第三管路134：第四管路140：导流板140a：多孔板140b：螺旋导流板141：第一导流板142：第二导流板150：发电模块151：膨胀机152：发电机160：蒸发器170：泵F：工作流体Fp：汽态工作流体Fq：液态工作流体A：第一通道口B：第二通道口C：冷却流体H：热源流体具体实施方式在本实施例的一范例中，以具有复热及冷凝功能的热交换器来加热高压侧的液态工作流体，且同时能冷却低压侧的汽态工作流体。例如：经由泵升压后的液态工作流体，在进入蒸发器之前，先进入一复热管路中吸热，以使过冷液态工作流体的温度上升，以减少蒸发器的热负载（或热交换面积）。此外，做功后的低压汽态工作流体，在进行冷凝之前就先释放部分热能，以使汽态工作流体的温度下降，以降低冷凝器的热负载（或热交换面积）。因此，可同时降低蒸发器与冷凝器的热负载。在一实施例中，热交换器具有复热器及冷凝器的双重功能，且仅需要单一个压力容器。若将复热器及冷凝器分为二，除设置经费增加外，由于复热器属于压力容器的一种，需进行压力容器认证，因而成本增加。在一实施例中，压力容器具有一隔板，此隔板将该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。汽态工作流体与过冷液态工作流体在工作流体复热区中进行热交换，其功能如同复热器。接着，汽态工作流体再与外界冷却流体在工作流体冷凝区进行热交换，其功能如同冷凝器。因此，复热的热传及冷凝的热传均在此一压力容器中进行，并以隔板隔开，进而缩短热交换所需管路的长度，并降低热交换器的设置成本。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有复热及冷凝功能的热交换器101。此热交换器101包括一压力容器110、一复热管路120以及一冷却流体管路130。压力容器110具有一入口111、一出口112以及一隔板113。隔板113将压力容器110的内部间隔为一工作流体复热区110a以及一工作流体冷凝区110b，且隔板113位于入口111与出口112之间。在本实施例中，设置隔板113的目的是使热交换器101具有复热器及冷凝器的双重功能，且仅需要单一个压力容器110，因此能减少热交换器101设置的成本。在一实施例中，压力容器110内设有第一端板114与第二端板115，此二端板与压力容器110的内侧壁相连。隔板113的一端固定在第二端板115上，并与第二端板115垂直配置。隔板113的另一端与第一端板114不相连，以形成一流道出口117于工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有复热及冷凝功能的热交换器，其特征在于，包括：一压力容器，该压力容器具有一入口、一出口以及一隔板，该隔板将该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，且该隔板位于该入口与该出口之间；一复热管路，配置于该压力容器中，并通过该工作流体复热区，以加热流经该复热管路的一液态工作流体；以及一冷却流体管路，配置于该压力容器中，并通过该工作流体冷凝区，以冷却一进入该压力容器内的汽态工作流体，其中，该汽态工作流体先通过该工作流体复热区，再流向该工作流体冷凝区。

【技术特征摘要】
2013.11.21 TW 102142445;2013.08.19 US 61/867,1961.一种具有复热及冷凝功能的热交换器，其特征在于，包括：一压力容器，该压力容器具有一入口、一出口以及一隔板，该隔板将该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，且该隔板位于该入口与该出口之间；一复热管路，配置于该压力容器中，并通过该工作流体复热区，以加热流经该复热管路的一液态工作流体；以及一冷却流体管路，配置于该压力容器中，并通过该工作流体冷凝区，以冷却一进入该压力容器内的汽态工作流体，其中，该隔板分隔于该复热管路与该冷却流体管路之间，且该汽态工作流体先经由该入口进入该工作流体复热区，再通过该隔板流向该工作流体冷凝区并直接经由该出口排出。2.根据权利要求1所述的具有复热及冷凝功能的热交换器，其特征在于，该压力容器的内部包括多个导流板，该些导流板配置于工作流体复热区中，该些导流板间隔地排列，以形成一流道，且该汽态工作流体经由该流道通过该些导流板。3.根据权利要求1所述的具有复热及冷凝功能的热交换器，其特征在于，该隔板设有一流道出口，该汽态工作流体经由该流道出口流向该工作流体冷凝区。4.根据权利要求2所述的具有复热及冷凝功能的热交换器，其特征在于，该些导流板包括多个第一导流板以及多个第二导流板，该些第一导流板与该些第二导流板交错配置，以形成一S型流道。5.根据权利要求2所述的具有复热及冷凝功能的热交换器，其特征在于，该些导流板为多孔板、半封闭式挡板或螺旋导流板。6.根据权利要求1所述的具有复热及冷凝功能的热交换器，其特征在于，该复热管路及/或该冷却流体管路内部设有扭曲片、弹簧线、线筛或突出物，使该液态工作流体及/或冷却流体产生次回流。7.一种热循环系统，其特征在于，包括：一具有复热及冷凝功能的热交换器，包括：一压力容器，该压力容器具有一入口、一出口以及一隔板，该隔板将该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；一复热管路，配置于该压力容器中，并通过该工作流体复热区，以加热流经该复热管路的一液态工作流体；及一冷却流体管路，配置于该压力容器中，并通过该工作流体冷凝区，以冷却一进入该压力容器内的汽态工作流体，其中，该汽态工作流体先通过该工作流体复热区，再流向该工作流体冷凝区；一蒸发器，连接该复热管路的一出口，以加热该液态工作流体至一汽态；一发电模块，藉由一第一管路连接该蒸发器的一出口，并藉由一第二管路连接该压...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅本然，郭启荣，徐菘蔚，
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