CN108612676A - 热能回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热能回收系统，其包括第一空压单元、第一高温热交换器、高温管线、第一低温热交换器、低温管线、第二空压单元以及供应管线。高温管线传输高温流体通过第一高温热交换器，低温管线传输低温流体通过第一低温热交换器。供应管线传输供应流体自第一空压单元经第一高温热交换器、第一低温热交换器而至第二空压单元，其中第一空压单元加压供应流体。供应流体进入第一高温热交换器与高温流体热交换，再进入第一低温热交换器与低温流体热交换，接着第二空压单元进一步加压第一空压单元加压过的供应流体。

Description

热能回收系统

技术领域

本发明是关于一种热能回收系统；具体而言，本发明是关于一种针对流体压缩产生热能的热能回收系统。

背景技术

将电能或其他能源转换为动能是广为应用于各产业中的机械原理。以压缩机为例，压缩机主要是加压流体来产生高压流体，而高压流体已经广泛地运用在运输、清洁、恒温等技术领域上，更是气动元件、管道运输等等的主要动力来源。因此，压缩机已经在众多领域中成为不可或缺的脚色。

然而在能源转换的过程中，往往会伴随着产生高热而造成能源的损失。例如在现有的压缩机中，空气压缩机是通过例如是压缩空间或转动叶轮等机械能来增加空气的气压，然而在空气加压的过程中，机械能也会转换为热能。被压缩的空气的温度因为这些热能提高，过热的加压空气不但无法直接输出使用，更可能让压缩机过热。若只是通过外部流体来吸收，空气压缩机所产生的热能就没有再利用，形成浪费。

另一方面，在利用转动叶轮来压缩空气的离心式压缩机中，为了产生高压气体，需要连接多个离心式压缩机来分阶段加压来提高整体的加压效率。同时，为了避免高压气体的温度过高，两个离心式压缩机之间的加压气体也要利用与低温液体热交换来降温，来确保进入下阶段压缩的气体的温度够低，避免压缩效率变差。然而，回收的低温液体只能作为低温热源，无法提供完整的应用。为了能够让压缩机所消耗的机械能有效利用，如何有效回收并再利用压缩机所产生的热能成为了需要解决的主要课题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以有效回收热能的热能回收系统，提升能量回收效率并以不同方式再利用。

本发明的热能回收系统包括第一空压单元、第一高温热交换器、高温管线、第一低温热交换器、低温管线、第二空压单元以及供应管线。高温管线传输高温流体通过第一高温热交换器，低温管线传输低温流体通过第一低温热交换器。供应管线传输供应流体自第一空压单元依次经第一高温热交换器、第一低温热交换器而至第二空压单元，其中第一空压单元加压供应流体。供应流体进入第一高温热交换器与高温流体热交换，再进入第一低温热交换器与低温流体热交换，接着第二空压单元进一步加压第一空压单元加压过的供应流体。

在本发明的一实施例中，热能回收系统更包括第二高温热交换器、第二低温热交换器以及第三空压单元。第二高温热交换器连接高温管线，且第一高温热交换器与第二高温热交换器分别取得高温流体。第二低温热交换器连接低温管线，且第一低温热交换器与第二低温热交换器分别取得低温流体。供应管线传输供应流体自第二空压单元依次经第二高温热交换器、第二低温热交换器而至第三空压单元。供应流体进入第二高温热交换器与高温流体热交换，再进入第二低温热交换器与低温流体热交换，接着第三空压单元进一步加压第二空压单元加压过的供应流体。

在本发明的一实施例中，热能回收系统更包括第三高温热交换器以及第三低温热交换器。第三高温热交换器连接高温管线，且第一高温热交换器、第二高温热交换器以及第三高温热交换器分别取得高温流体。第三低温热交换器连接低温管线，且第一低温热交换器、第二低温热交换器以及第三低温热交换器分别取得低温流体。供应管线传输供应流体自第三空压单元依次经第三高温热交换器、第三低温热交换器后输出。供应流体进入第三高温热交换器与高温流体热交换，再进入第三低温热交换器与低温流体热交换。

在本发明的一实施例中，高温流体在流入第一高温热交换器之前具有第一温度，低温流体在流入第一低温热交换器之前具有第二温度，且第一温度高于第二温度。

在本发明的一实施例中，高温流体进入第一高温热交换器之前的温度落于摄氏35度至摄氏70度的范围内，低温流体进入第一低温热交换器之前的温度落于摄氏5度至摄氏30度的范围内。

在本发明的一实施例中，高温流体在流过第一高温热交换器之后具有第一高温，低温流体在流过第一低温热交换器之后具有第二高温，第一高温高于第二高温。

在本发明的一实施例中，第一空压单元加热供应流体，第一高温热交换器中的高温流体以及第一低温热交换器中的低温流体冷却供应流体。

在本发明的一实施例中，供应流体为气体。

在本发明的一实施例中，第一高温热交换器以及第一低温热交换器包含壳管式热交换器或板式热交换器。

在本发明的一实施例中，供应流体进入第一高温热交换器之后的温度高于低温流体进入第一低温热交换器之前的温度。

与现有技术相对比，通过前述的高温热交换器以及低温热交换器，可使来自第一空压单元的供应流体分阶段回收热能，由此提升热能的回收效率。

附图说明

图1为热能回收系统的第一实施例示意图。

图2为热能回收系统的第二实施例示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明提供一种热能回收系统，其较佳包含多个例如是空气压缩机的空压单元，并提供经空压单元加压过的流体以及与加压流体进行热交换的流体。加压的流体较佳可为空气或其他气体；与加压流体进行热交换的流体较佳可为水或其他液体。较佳而言，与加压流体进行热交换的流体较加压的流体具有较大的比热。此外，热能回收系统更可以包含其他可以产生热能的空压单元，本发明的应用并不限于空压单元的种类。

图1是本发明第一实施例的热能回收系统的示意图，且进一步图示第一高温热交换器以及第一低温热交换器的局部放大示意图，其中图1以示例性图示了不同流体的流向来解释里面的细部结构，其并非用以限定本发明。请参照图1，本发明第一实施例的热能回收系统100包括第一空压单元110、第一高温热交换器120、高温管线51、高温管线52、第一低温热交换器130、低温管线61、低温管线62、第二空压单元140以及供应管线101～105。

本实施例的供应流体F1可以经由管线101进入第一空压单元110，接着经由管线102至第一高温热交换器120，接着再经由管线103至第一低温热交换器130，接着再经由管线104进入第二空压单元140。第一空压单元110以及第二空压单元140例如是空气压缩机，第一空压单元110加压例如是空气的供应流体F1，而供应流体F1在加压过程中产生的热能会带到第一高温热交换器120以及第一低温热交换器130。

本实施例的高温管线51、高温管线52可以传输高温流体H1，高温流体H1自高温管线51进入第一高温热交换器120，因此高温流体H1可以和供应流体F1热交换，吸收供应流体F1所带来的热能。低温管线61、低温管线62可以传输低温流体L1，低温流体L1自低温管线61进入第一低温热交换器130，因此低温流体L1可以和来自第一高温热交换器120的供应流体F1热交换，进一步吸收供应流体F1所带来的热能。

举例而言，请参照图1中的第一高温热交换器120的局部放大示意图，其中供应流体F1以及高温流体H1在进入第一高温热交换器120时，高温流体H1例如可以分支并沿着多个管路流动。供应流体F1经过这些管路时可以释放热能给高温流体H1，进而完成热交换。再参照第一低温热交换器130的局部放大示意图，在第一高温热交换器120释放过热能的供应流体F1接着再经过多个低温流体L1的管路，进一步释放热能来完成热交换。

本实施例的高温流体H1和低温流体L1例如是冷却水或冷却液，因此供应流体F1在经过第一空压单元110加压后，加压过程所产生的热能可以依序在第一高温热交换器120以及第一低温热交换器130中释放，而冷却的供应流体F1进入第二空压单元140。低温的供应流体F1可以进一步被第二空压单元140加压，再经由管线105输出。因此，本实施例的热能回收系统100加压供应流体F1的效率可以提升，同时可以维持供应流体F1的温度在一个适当的范围。在较佳实施例中，第一空压单元110及第二空压单元140为离心式空压机中的不同阶段压缩机，以串联方式来压缩气体，以产生较佳的压缩效能。

另一方面，本实施例的高温流体H1例如是由高温热回收装置50提供以及回收，高温流体H1经由管线51进入第一高温热交换器120后吸收高温的供应流体F1的热量，再经由管线52流回高温热回收装置50回收，进而让来自管线52的加热过的高温流体H1可以作其他应用。本实施例的低温流体L1例如是由低温热回收装置60提供以及回收，低温流体L1经由管线61进入第一低温热交换器130后吸收温度相对较低的供应流体F1的热量，再经由管线62流回低温热回收装置60回收，进而让来自管线62的加热过的低温流体L1可以作其他应用。由于高温流体H1先吸收供应流体F1的热量，低温流体L1接着再吸收供应流体F1的热量，因此高温流体H1流回高温热回收装置50时的温度会比低温流体L1流回低温热回收装置60的温度高，以分别提供不同需求的回收热应用。

也就是说，本实施例的热能回收系统100在分阶段加压供应流体F1的过程中，可以更有效率得从供应流体F1回收热量，让供应流体F1的温度可以维持在适当的范围内。热能回收系统100还可以通过高温流体H1以及低温流体L1分别提供不同温度的回收热源。

在本实施例中，高温流体H1在进行热交换之前的温度与低温流体L1在进行热交换之前的温度不同。高温流体H1在流入第一高温热交换器120之前具有第一温度，低温流体L1在流入第一低温热交换器130之前具有第二温度，且第一温度高于第二温度。也就是说，供应流体F1在与高温流体H1热交换时，供应流体F1的温度在比较高的范围改变。供应流体F1在与低温流体L1热交换时，供应流体F1的温度在比较低的范围改变。

举例来说，在本发明的第一实施例中，在管线51中的高温流体H1的温度例如是摄氏35度，而在管线102中的供应流体F1的温度例如是摄氏150度。在第一高温热交换器120中，供应流体F1的温度可以经由热交换降低并落在摄氏45度至50度的范围内。在管线61中的低温流体L1的温度例如是摄氏20度。在第一低温热交换器130中，供应流体F1的温度可以经由热交换再次降低并落在摄氏30度附近的范围，接着再进入第二空压单元140。

因此，在本实施例中，高温流体H1以及低温流体L1可以先后冷却供应流体F1，并有效的控制供应流体F1的温度在第一高温热交换器120以及第一低温热交换器130中的改变范围。同时，低温流体L1在流入第一低温热交换器130之前的温度比供应流体F1在第一高温热交换器120热交换之后的温度低，因此低温流体L1可以有效得通过热交换进一步降低供应流体F1的温度。

本发明并不限于上述的温度改变范围，在其他实施例中，高温流体进入第一高温热交换器之前的温度可以落在摄氏35度至摄氏70度的范围内，低温流体进入第一低温热交换器之前的温度可以落在摄氏5度至摄氏30度的范围内。当高温流体进入第一高温热交换器的温度越低，例如是摄氏35度时，高温流体可以吸收更多供应流体所提供的热能。换句话说，当高温流体进入第一高温热交换器的温度和供应流体进入第一高温热交换器的温度差异变大时，高温流体的温度变化量的增加可以让大量的供应流体热交换，另外本发明的实施例的热能回收系统更可以通过监控高温流体以及低温流体的温度，来调整高温流体以及低温流体的流量。

另一方面，本发明第一实施例的第一空压单元110以及第二空压单元140都包括例如是不同阶段的离心式空压机，而第一高温热交换器120以及第一低温热交换器130包括例如是壳管式热交换器或板式热交换器。换句话说，第一高温热交换器120以及第一低温热交换器130较佳传递液体以及气体之间的热能。因此，第一高温热交换器120适合让液态的高温流体H1与气态的供应流体F1热交换，而第一低温热交换器130适合让液态的低温流体L1与气态的供应流体F1热交换。

图2是本发明第二实施例的热能回收系统的示意图，以下将参照图式以及上述第一实施例的内容说明第二实施例，其着重于不同的元件以及连接方式，相同之处请参照上述说明内容，以下将不再赘述。请参照图2，本发明第二实施例的热能回收系统200包括依序以管线连接的第一空压单元210、第一高温热交换器220、第一低温热交换器230以及第二空压单元240，第一高温热交换器220另外通过管线71、管线72与高温热回收装置70连接，第一低温热交换器230另外通过管线81、管线82与低温热回收装置80连接。

与上述第一实施例不同的是，本发明第二实施例更包括第二高温热交换器250、第二低温热交换器260以及第三空压单元270。第二高温热交换器250连接高温管线73、高温管线74，且第一高温热交换器220与第二高温热交换器250分别取得高温流体H2。第二低温热交换器260连接低温管线83、低温管线84，且第一低温热交换器230与第二低温热交换器260分别取得低温流体L2。在较佳实施例中，第一空压单元210、第二空压单元240及第三空压单元270为一离心式空压机中的不同压缩机，以串联方式来压缩气体，以产生较佳的压缩效能。

本实施例的供应流体F2自第二空压单元240经供应管线205至第二高温热交换器250，再经管线206至第二低温热交换器260，之后经管线207至第三空压单元270。第三空压单元270可以加压被第一空压单元210以及第二空压单元240加压过的供应流体F2，且供应流体F2被第二空压单元240加压后进入第二高温热交换器250与高温流体H2热交换，再进入第二低温热交换器260与低温流体L2热交换，之后才被第三空压单元270进一步加压。

由上述可知，在本发明第二实施例中，供应流体F2的压力可以通过第一空压单元210、第二空压单元240以及第三空压单元270有效率得提升，且第二空压单元240和第三空压单元270之间可以经由第二高温热交换器250以及第二低温热交换器260回收被第二空压单元240加压过的供应流体F2的热能，让进入第三空压单元270的供应流体F2的温度落在适当的范围。

另一方面，本发明第三实施例的热能回收系统200更包括第三高温热交换器280以及第三低温热交换器290。第三高温热交换器280连接高温管线75、高温管线76，且第一高温热交换器220、第二高温热交换器250以及第三高温热交换器280分别取得高温流体H2。第三低温热交换器290连接低温管线85、86，且第一低温热交换器230、第二低温热交换器260以及第三低温热交换器290分别取得低温流体L2。

换句话说，高温热回收装置70所提供的高温流体H2会分流至第一高温热交换器220、第二高温热交换器250以及第三高温热交换器280，接着再分别自第一高温热交换器220、第二高温热交换器250以及第三高温热交换器280回收高温流体H2。低温热回收装置80所提供的低温流体L2会分流至第一低温热交换器230、第二低温热交换器260以及第三低温热交换器290，接着再分别自第一低温热交换器230、第二低温热交换器260以及第三低温热交换器290回收低温流体H2。

供应管线208、供应管线209传输供应流体F2自第三空压单元270经第三高温热交换器280、第三低温热交换器290后，经管线210输出。供应流体F2进入第三高温热交换器280与高温流体H2热交换，再进入第三低温热交换器290与低温流体L2热交换。因此，高温流体H2还可以在第三高温热交换器280回收供应流体F2的热能，而低温流体L2还可以在第三低温热交换器290回收供应流体F2的热能。由于回收的热能增加，热能回收系统200更可以提供更多的高温流体H2以及低温流体L2作为不同温度的回收热源。

由上述可知，在本发明实施例的热能回收系统中，每两个空压单元之间都可以配置高温热交换器以及低温热交换器来分阶段回收供应流体的热能。每个空压单元加压过的供应流体都可以有效得释放热能，而且这些热能也可以有效得被高温流体以及低温流体吸收。因此，本发明实施例的热能回收系统可以提供供应流体、高温流体以及低温流体，同时有效回收供应流体的加压过程中的热能。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种热能回收系统，其特征在于，包括：

第一空压单元；

第一高温热交换器；

高温管线，传输高温流体通过所述第一高温热交换器；

第一低温热交换器；

低温管线，传输低温流体通过所述第一低温热交换器；

第二空压单元；以及

供应管线，传输供应流体自所述第一空压单元依次经所述第一高温热交换器、所述第一低温热交换器而至所述第二空压单元，其中所述第一空压单元加压所述供应流体，所述供应流体进入所述第一高温热交换器与所述高温流体热交换，所述供应流体再进入所述第一低温热交换器与所述低温流体热交换，所述第二空压单元进一步加压所述第一空压单元加压过的所述供应流体。

2.如权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于，所述高温流体在流入所述第一高温热交换器之前具有第一温度，所述低温流体在流入所述第一低温热交换器之前具有第二温度，所述第一温度高于所述第二温度。

3.如权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于，所述供应流体为气体，所述高温流体及所述低温流体为液体。

4.如权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于，还包括：

第二高温热交换器，连接所述高温管线，且所述第一高温热交换器与所述第二高温热交换器分别取得所述高温流体；

第二低温热交换器，连接所述低温管线，且所述第一低温热交换器与所述第二低温热交换器分别取得所述低温流体；以及

第三空压单元；

其中所述供应管线传输所述供应流体自所述第二空压单元依次经所述第二高温热交换器、所述第二低温热交换器而至所述第三空压单元，所述供应流体进入所述第二高温热交换器与所述高温流体热交换，所述供应流体进入所述第二低温热交换器与所述低温流体热交换，所述第三空压单元进一步加压所述第二空压单元加压过的所述供应流体。

5.如权利要求4所述的热能回收系统，其特征在于，还包括：

第三高温热交换器，连接所述高温管线，且所述第一高温热交换器、所述第二高温热交换器以及所述第三高温热交换器分别取得所述高温流体；以及

第三低温热交换器，连接所述低温管线，且所述第一低温热交换器、所述第二低温热交换器以及所述第三低温热交换器分别取得所述低温流体；

其中所述供应管线传输所述供应流体自所述第三空压单元依次经经所述第三高温热交换器、所述第三低温热交换器后输出，所述供应流体进入所述第三高温热交换器与所述高温流体热交换，所述供应流体进入所述第三低温热交换器与所述低温流体热交换。

6.如权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于，所述第一高温热交换器以及所述第一低温热交换器包含壳管式热交换器或板式热交换器。

7.如权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于，所述高温流体在流过所述第一高温热交换器之后具有第一高温，所述低温流体在流过所述第一低温热交换器之后具有第二高温，所述第一高温高于所述第二高温。

8.如权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于，所述第一空压单元压缩所述供应流体，而使得该供应流体的温度上升，所述第一高温热交换器中的所述高温流体以及所述第一低温热交换器的所述低温流体通过热交换冷却所述供应流体。

9.如权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于，所述高温流体进入所述第一高温热交换器之前的温度落于摄氏35度至摄氏70度的范围内，所述低温流体进入所述第一低温热交换器之前的温度落于摄氏5度至摄氏30度的范围内。

10.如权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于，所述供应流体进入所述第一高温热交换器之后的温度高于所述低温流体进入所述第一低温热交换器之前的温度。