CN101539038B - 热循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种热循环系统，包含有：一第一贮能组具有一第一缸体以及一加热器，第一缸体内具有一工作流体，加热器设于第一缸体且对工作流体加热；一热机连接第一缸体且受来自第一缸体的工作流体驱动；一低温贮能体连接热机且冷却来自热机输出的工作流体；一第二贮能组连接低温贮能体以及第一贮能组，一第一单向管路分别连通第一贮能组顶段以及第二贮能组顶段，以供工作流体由第一贮能组单向流至第二贮能组；借此，本发明能够将第一缸体内的工作流体反馈至第二缸体，以增加第二缸体的腔压，进一步提高工作流体的流动动能而减少输送工作流体时的能量消耗，具有节省能源(energysaving)的特色。

Description

热循环系统

技术领域

本发明涉及热循环系统，特别是指一种具有节省能源特色的热循环系统。

背景技术

请参阅图1，其为一种常用热循环系统1，其主要包含有一第一贮能体2、一热机3、一低温贮能体4以及一泵5；该第一贮能体2利用一加热器6对内部贮存的工作流体加热，以输入并驱动该热机3运转作功；该工作流体自该热机3输出后，则流入该低温贮能体4贮存，该低温贮能体4为冷凝器，将该工作流体降温后，以供循环再利用；该工作流体再利用该泵5将其输送返回至该第一贮能体2；借此，该热循环系统1能够达到热能循环使用的目的。

然而，在实务上，该第一贮能体2的腔压通常大于该低温贮能体4的腔压；当要将工作流体由该低温贮能体4输送返回该第一贮能体2，该泵5需要较大马力加压以一大于该第一贮能体2腔压的压力方能达到输送工作流体的目的；如此一来，当该第一贮能体2腔压越高，该泵5的出力要求就相对提高而增加电力的消耗，具有耗能的问题。另外，当该第一贮能体2设置高度高于该低温贮能体4，该第一贮能体2以及该低温贮能体4会造成液位差而使工作流体较难送达；若要克服此一问题，只能进一步提高该泵5的出力要求，但是相对地就必消耗更多的电力，使耗能的问题更为明显。

请参阅图2，其为另一种常用热循环系统7，其结构与前述常用热循环系统1大致相同，同样包含有该第一贮能体2、该热机3以及该低温贮能体4；其差异在于：一第二贮能体8设于该低温贮能体4以及该第一贮能体2之间，该低温贮能体4为冷凝器，其冷却自该热机3输出的工作流体，以供循环再利用；该工作流体经过该低温贮能体4冷却后则流入该第二贮能体8贮存；该第二贮能体8于内部设置一加热器9以取代泵，该加热器9对该第二贮能体8内的该工作流体加热，以提高该第二贮能体8内的腔压；借此，运用该加热器9取代前述的泵，亦即以热能取代机械能的方式来将该工作流体由该低温贮能体4输送至该第一贮能体2；但此一同时，该加热器9势必加热以提升该第二贮能体8的能量，使其温度与压力至少大于该第一贮能体2内的工作流体的温度与压力，方能达到传输该工作流体的目的。如此一来，该加热器9耗电量将大为增加，节能效果并不明显；同时，该加热器9的反应速率相较于泵慢，其传输工作流体的效率有待改善。

综上所陈，公知热循环系统具有上述缺失而有待改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种热循环系统，其具有节省能源的特色。

为达成上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种热循环系统，包含有：一第一贮能组具有一第一缸体以及一加热器，该第一缸体内具有一工作流体，该加热器设于该第一缸体且对该工作流体加热；一热机连接该第一缸体且受该工作流体驱动而作功；一低温贮能体连接该热机且对来自该热机输出的工作流体冷却；至少一第二贮能组具有：一第二缸体；一第一单向管路系分别连通该第一缸体顶段以及该第二缸体顶段，以供该工作流体由该第一贮能组单向流至该第二贮能组；一第二单向管路系分别连通该第一缸体底段以及该第二缸体底段，以供该工作流体由该第二贮能组单向流至该第一贮能组；一第一控制阀系连接该低温贮能体以及该第二缸体，该第一控制阀通常为开启状态，该工作流体自该低温贮能体侧流入该第二缸体；一第二控制阀系设于该第一单向管路；当该第二控制阀切换为开启状态，该工作流体自该第一缸体流入该第二缸体。

借此，本发明的热循环系统通过上述结构，其能够将该第一缸体内的工作流体反馈至该第二缸体，以增加该第二缸体的腔压，进一步提高该工作流体的流动动能；再者，该第一缸体以及该第二缸体只要于结构上形成液位差，即可使该工作流体自该第二缸体往该第一缸体流动，同样可以提高该工作流体的流动动能，使该工作流体自该第二缸体流入该第一缸体。换言之，本发明能够减少输送该工作流体时的电力消耗，其相较于常用的热循环系统，本发明的热循环系统不需要再另外增加输送设备或加热设备，即可达到自该第二贮能组往该第一贮能组传输该工作流体的目的，具有节省能源(energy saving)的特色。

附图说明

图1是公知热循环系统的示意图；

图2是公知另一种热循环系统的示意图；

图3是本发明第一较佳实施例的架构示意图；

图4是本发明第一较佳实施例的动作步序图；

图5是本发明第二较佳实施例的架构示意图；

图6是本发明第三较佳实施例的架构示意图；

图7是本发明第四较佳实施例的架构示意图。

主要组件符号说明

热循环系统10121416

第一贮能组20        第一缸体22

加热器24            工作流体28

热机30              低温贮能体40

第二贮能组50        第二缸体52

液位检测组53        第一单向管路54

第二单向管路56      第一控制阀58

第二控制阀60        第三控制阀61

泵62                缓冲缸64

工作周期T1          作用段T2

充压段T3

具体实施方式

为了详细说明本发明的构造及特点所在，兹举以下四较佳实施例并配合附图说明如后，其中：

图3是本发明第一较佳实施例的架构示意图。

图4是本发明第一较佳实施例的动作步序图。

图5是本发明第二较佳实施例的架构示意图。

图6是本发明第三较佳实施例的架构示意图。

图7是本发明第四较佳实施例的架构示意图。

请参阅图3，其是为本发明第一较佳实施例所提供一种热循环系统10，包含有一第一贮能组20、一热机30、一低温贮能体40以及一第二贮能组50。

该第一贮能组20是具有一第一缸体22以及一加热器24；该第一缸体22内具有一工作流体28，该加热器24设于该第一缸体22且对该工作流体28的一部分加热至汽相(gas)状态。

该热机30是连接该第一缸体22且受来自该第一缸体22工作流体28的汽相态驱动而产生能量可对外作功；其中，该热机30所产生的机械能可应用于发电作业或以机械能作为动力来源的设备，例如：涡轮机。

该低温贮能体40是为一冷凝器，其是连接该热机30且对该热机30输出的工作流体28冷却至液相(liquid)状态。

该第二贮能组50是具有一第二缸体52、一液位检测组53、一第一单向管路54、一第二单向管路56、一第一控制阀58以及一第二控制阀60。该液位检测组53是设于该第二缸体52，用以检测该工作流体28于该第二缸体52内的液位高度；该液位检测组53具有一第一默认值以及一第二默认值，该第一默认值表示该第二缸体52内的工作流体28于满位状态，该第二默认值表示该第二缸体52内的工作流体28于耗尽状态；当液位高度达到该液位检测组53的默认值其中之一，该液位检测组53触发该第一控制阀58动作。该第一单向管路54分别连通该第一缸体22顶段以及该第二缸体52顶段，以供该工作流体28汽相态由该第一缸体22单向流至该第二缸体52。该第二单向管路56分别连通该第一缸体22底段以及该第二缸体52底段，以供该工作流体28的液相态由该第二缸体52单向流至该第一缸体22。该第一控制阀58连接该低温贮能体40以及该第二缸体52，以控制该工作流体28自该低温贮能体40往该第二缸体52流动；该第一控制阀58通常为开启状态，该工作流体28自该低温贮能体40侧流入该第二缸体52；当该第二缸体52的工作流体28满位，该第一控制阀58切换为关闭状态，以挡止该工作流体28的汽相态由该第二贮能组50侧流入该低温贮能体40；当该第二缸体52的工作流体28即将耗尽，该第一控制阀58则切换回复为开启状态。该第二控制阀60是设于该第一单向管路54，该第二控制阀60是为压力式引导动作阀而兼具有压力检测的功能；该第二控制阀60通常为关闭状态；当该第一缸体22的腔压大于该第二缸体52的腔压且该第一控制阀58为关闭状态时，该第二控制阀60切换为开启状态，该工作流体28的汽相态自该第一缸体22流入该第二缸体52；当该第一缸体22的腔压小于该第二缸体52的腔压时，该第二控制阀60则切换回复为关闭状态。

另外一提的是，该第二控制阀60在实务上并非限定要以压力式引导动作阀实施，该热循环系统亦可以增设一压力检测组是分别连接于该第一缸体22以及该第二缸体52，以供触发该第二控制阀60动作；借此，此种方式能够使该热循环系统具有压力检测的功能而达到触发该第二控制阀60动作的目的。

再请参阅图4，经由上述结构，该热循环系统10具有一工作周期T1是可依序区分为一作用段T2以及一充压段T3；其中，该作用段T2为该第一控制阀58的开启动作时间，该充压段T3为该第二控制阀60的开启动作时间。

当该热循环系统10处于该作用段T2，该第一缸体22内的工作流体28会流入该热机30，以驱动该热机30运转而产生机械能；该工作流体28流经该热机30后再流入该低温贮能体40进行冷却，以使该工作流体28可供循环再次利用，该工作流体28自该低温贮能体40流入该第二缸体52并贮存。其中，当该第二缸体52内的工作流体28到达该第一默认值而处于满位状态，该液位检测组53触发该第一控制阀58动作而切换为关闭状态；再者，由于该加热器24是持续性地对该第一缸体22内的工作流体28加热，致使该第一缸体22的腔压逐渐大于该第二缸体52的腔压；此时，该第二控制阀60达到触发条件而切换为开启状态，该热循环系统10即进入该充压段T3。

当该热循环系统10处于该充压段T3，该第一缸体22内的工作流体28汽相态会经由该第一单向管路54流入该第二缸体52，并相对增加该第二缸体52内的腔压，以提高该工作流体28液相态流入该第一缸体22的动能；再者，由于该第二缸体52腔压是大于且近似该第一缸体22内的腔压，因此可借助其它外在的极小能量，例如：液位差所造成的位能，则可使该第二缸体52内的工作流体28液相态经由该第二单向管路56流入该第一缸体22。当该第二缸体52内的工作流体28到达该第二默认值而处于耗尽状态，该液位检测组53触发该第一控制阀58动作而切换为开启状态；此时，该第二控制阀60会因开启状态的触发条件不足而切换为关闭状态，使该热循环系统10再进入该作用段T2。

借此，该热循环系统10能够将该第一缸体22内的工作流体28汽相态反馈至该第二缸体52，以增加该第二缸体52的腔压，进一步提高该工作流体28液相态的流动动能；再者，该第一缸体22以及该第二缸体52只要于结构上形成液位差，即可使该工作流体28自该第二缸体52往该第一缸体22流动。如此一来，本实施例相较于常用技术，该热循环系统10不需要再另外增加输送设备或加热设备，即可达到传输该工作流体28的目的，具有节省能源(energy saving)的特色。

请参阅图5，其是为本发明第二较佳实施例所提供一种热循环系统12，其结构大致与第一较佳实施例相同，同样包含有该第一贮能组20、该热机30、该低温贮能体40以及该第二贮能组50；但其差异在于：第一较佳实施例是借助外在的极小位能，而本实施例是借助外在极小的辅助动能，亦即，该热循环系统12还包含有一设于该第一单向管路54的泵(pump)62，以进一步提高该工作流体28液相态的输送速度，用以缩短该第一缸体22补充该工作流体28的时间，但该泵62所需的马力将远小于前述技术背景中所提现有结构中泵所需的马力。

经由上述结构，该热循环系统12能够运用该泵62进一步提升工作流体28液相态的流动速度，进而以较短的时间完成该工作流体28液相态的输送。再次强调的是，由于该泵62仅用于辅助该热循环系统12进行工作流体28液相态的输送，故该泵62在输出功率的要求相较于现有技术低，使该热循环系统12同样能够达到节省能源的目的。

借此，本实施例同样可以达到第一较佳实施例所能达到的功效，并提供另一实施态样。

请参阅图6，其是为本发明第三较佳实施例所提供一种热循环系统14，其结构大致与第一较佳实施例相同，同样包含有该第一贮能组20、该热机30、该低温贮能体40以及该第二贮能组50；但其差异在于：该热循环系统14还包含有一设于该低温贮能体40以及该第二贮能组50之间的缓冲缸(buffer tank)64，该缓冲缸64是连接该低温贮能体40以及该第二贮能组50；当该第一控制阀58为关闭状态，该缓冲缸64是先容置自该低温贮能体40流出的工作流体28；当该第一控制阀58为开启状态，该缓冲缸64贮存的工作流体28会排放至该第二贮能组50的第二缸体52。

本实施例的特色在于：由于该低温贮能体40进行冷却的作业时间较长，该热循环系统14透过该缓冲缸64预先贮存该工作流体28，该第二缸体52于补充该工作流体28时不需要考虑该低温贮能体40的冷却速度以及延迟时间，该第二缸体52是直接以该缓冲缸64内预存的工作流体28完成补充该工作流体28的作业。如此一来，本实施例相较于前述实施例，具有缩短该第二缸体52于补充该工作流体28的作业时间的优点。

借此，本实施例同样可以达到第一较佳实施例所能达到的功效；再者，本实施例能够进一步缩短该第二缸体52于补充该工作流体28的作业时间并提供又一实施态样。

请参阅图7，其是为本发明第四较佳实施例所提供一种热循环系统16，其结构大致与第一较佳实施例相同，同样包含有该第一贮能组20、该热机30、该低温贮能体40以及该第二贮能组50；但其差异在于：该第二贮能组50是为多数且数目为二个，该等第二贮能组50是以并联方式连接并使用交互轮替的方式对该第一贮能组20输入该工作流体28；各该第二贮能组50还包含有一位于该第二单向管路56的第三控制阀61；当该第一控制阀58为开启状态，该第三控制阀61则为关闭状态，该工作流体28自该低温贮能体40流入该第二缸体52；当该第一控制阀58为关闭状态，该第三控制阀61则为开启状态，该工作流体28的液相态自该第二缸体52流入该第一缸体22。

本实施例的特色在于：该热循环系统16能够进一步运用该等第二贮能组50以交互轮替的方式对该第一缸体22供应该工作流体28；换言之，当该等第二贮能组50其中之一对该第一缸体22供应该工作流体28时，另一该第二贮能组50则对其对应的第二缸体52进行该工作流体28的补充，以达到连续对该第一缸体22补充该工作流体28的目的。

借此，本实施例相较于现有技术，该热循环系统16不需要再另外增加输送设备或加热设备，即可达到传输该工作流体28的目的，具有节能的特色。再者，该热循环系统16能够在该热机30不停机的情形下对该第一缸体22补充该工作流体28，以使该第一缸体22持续取得该工作流体28，进而使该热机30能够持续性地运转而连续输出机械能；换言之，该热循环系统16能够适应需要该热机30作连续输出的应用场合，具有较高的利用价值。

如此一来，本实施例同样可以达到第一较佳实施例所能达到的功效且兼具有使该热机30持续性运转的优点，并提供再一实施态样。

综上所陈，本发明所提供的热循环系统通过上述结构，其能够将第一缸体内的工作流体汽相态反馈至第二缸体，以增加第二缸体的腔压，进一步提高工作流体液相态的流动速度；再者，第一缸体以及第二缸体只要于结构上形成液位差，即可使工作流体自第二缸体往第一缸体流动，同样可以提高该工作流体液相态的流动速度。换言之，本发明能够减少第二贮能组于输送工作流体时的电力消耗，其相较于现有技术，热循环系统不需要再另外增加输送设备或加热设备，即可达到传输工作流体目的，具有节省能源的特色。

另外，本发明可经由增设小型泵或者串联缓冲缸的方式，进一步提高工作流体的回流速度，以缩短工作流体的回流时间；换言之，本发明相较于现有技术，其能够以较少的动力消耗而达到相同的目的，具有节省能源的特色。

此外，本发明可经由增设第二贮能组的方式与第二贮能组并联，并采以交互方式对第一贮能组连续供应工作流体，使热机能够连续运作而不需要停止运转；换言之，本发明相较于现有技术，热机能够持续性地运转而连续输出机械能；本发明同样具有节省能源的特色且适用于需要热机作连续输出的应用场合。

本发明于前揭诸实施例中所揭露的构成组件及方法步骤，仅是为举例说明，并非用来限制本发明的范围，本发明的范围仍应以申请专利范围为准，其它等效组件或步骤的替代或变化，应为本发明的权利要求保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种热循环系统，其特征在于，包含有：

一第一贮能组，具有一第一缸体以及一加热器，该第一缸体内具有一工作流体，该加热器设于该第一缸体且对该工作流体加热；

一热机，连接该第一缸体且受该工作流体驱动而作功；

一低温贮能体，连接该热机且对来自该热机输出的工作流体冷却；以及

至少一第二贮能组，具有：

一第二缸体；

一第一单向管路，分别连通该第一缸体顶段以及该第二缸体顶段，以供该工作流体由该第一贮能组单向流至该第二贮能组；

一第二单向管路，分别连通该第一缸体底段以及该第二缸体底段，以供该工作流体由该第二贮能组单向流至该第一贮能组；

一第一控制阀，连接该低温贮能体以及该第二缸体，该第一控制阀通常为开启状态，该工作流体自该低温贮能体侧流入该第二缸体；

一第二控制阀，设于该第一单向管路；当该第二控制阀切换为开启状态，该工作流体自该第一缸体流入该第二缸体。

2.依据权利要求1所述的热循环系统，其特征在于，当该第二缸体的工作流体满位，该第一控制阀切换为关闭状态，以挡止该工作流体由该第二贮能组侧流入该低温贮能体；当该第二缸体的工作流体即将耗尽，该第一控制阀切换为开启状态。

3.依据权利要求1所述的热循环系统，其特征在于，该第二控制阀通常为关闭状态；当该第一缸体的腔压大于该第二缸体的腔压且该第一控制阀为关闭状态时，该第二控制阀切换为开启状态；当该第一缸体的腔压小于该第二缸体的腔压时，该第二控制阀切换为关闭状态。

4.依据权利要求1所述的热循环系统，其特征在于，所述第二控制阀为压力式引导动作阀而兼具有压力检测的功能。

5.依据权利要求1所述的热循环系统，其特征在于，该热循环系统还包含有一压力检测组分别连接于该第一缸体以及该第二缸体，以供触发该第二控制阀动作。

6.依据权利要求1所述的热循环系统，其特征在于，所述第二贮能组还包含有一液位检测组设于该第二缸体，该液位检测组检测该工作流体于该第二缸体的液位高度；当液位高度达到该液位检测组的默认值，该液位检测组触发该第一控制阀动作。

7.依据权利要求1所述的热循环系统，其特征在于，该热循环系统还包含有一泵连接该第一缸体以及该第二缸体，以提高该工作流体的输送速度。

8.依据权利要求1所述的热循环系统，其特征在于，所述低温贮能体以及该第二贮能组之间还包含有一缓冲缸；当该第一控制阀为关闭状态时，该缓冲缸容置自该低温贮能体流出的工作流体；当该第一控制阀为开启状态时，该工作流体自该缓冲缸流入该第二贮能组的第二缸体。

9.依据权利要求1所述的热循环系统，其特征在于，所述第二贮能组还包含有一第三控制阀设于该第二单向管路，当该第二缸体的腔压大于该第一缸体的腔压时，该第三控制阀切换为开启状态，该工作流体自该第二缸体流入该第一缸体；当该第二缸体的腔压小于该第一缸体的腔压时，该第三控制阀切换为关闭状态。

10.依据权利要求9所述的热循环系统，其特征在于，所述第二贮能组为多数个且以并联方式连接，该第二贮能组以交互轮替的方式对该第一贮能组输入该工作流体。

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