TW201930713A - 熱能回收系統 - Google Patents

Abstract

一種熱能回收系統，其包括提供供應流體的流體供應源、第一熱交換裝置、儲液裝置、高溫熱交換裝置以及第一熱源。流體供應源、第一熱交換裝置、儲液裝置以及高溫熱交換裝置以管線連接。供應流體依序通過第一熱交換裝置、儲液裝置、高溫熱交換裝置後輸出。第一熱源、高溫熱交換裝置以及第一熱交換裝置以管線互相連接，第一導熱流體在其中循環。第一導熱流體自第一熱源進入高溫熱交換裝置，再進入第一熱交換裝置。第一導熱流體以較高的溫度進入高溫熱交換裝置與供應流體熱交換，第一導熱流體以較低的溫度進入第一熱交換裝置與供應流體熱交換。

Description

熱能回收系統

本發明係關於一種熱能回收系統；具體而言，本發明係關於一種針對機具運轉產生熱能的熱能回收系統。

將例如電能或其他能源轉換為動能為廣為應用於各產業中的機械原理。以壓縮機為例，壓縮機主要是加壓流體來產生高壓流體，而高壓流體已經廣泛得運用在運輸、清潔、恆溫等技術領域上，更是氣動元件、管道運輸等等的主要動力來源。因此，壓縮機已經在眾多領域中成為不可或缺的腳色。

然而在能源轉換的過程中，往往會伴隨著產生高熱而造成能源的損失。例如在現有的壓縮機中，空氣壓縮機是藉由例如是壓縮空間或轉動葉輪等的機械能來增加空氣的氣壓，然而在空氣加壓的過程中，機械能也會轉換為熱能。若只是藉由外部流體來吸收，空氣壓縮機所產生的熱能就沒有再利用，形成浪費。為了能夠讓壓縮機所消耗的機械能有效利用，如何有效回收並再利用壓縮機所產生的熱能成為了需要解決的主要課題之一。

本發明的目的在於提供一種可以有效回收熱能的熱能回收系統，可使未被應用的熱能得以回收再利用。

本發明的熱能回收系統包括提供供應流體的流體供應源、第一熱交換裝置、儲液裝置、高溫熱交換裝置以及第一熱源。流體供應源、第一熱交換裝置、儲液裝置以及高溫熱交換裝置以管線連接。供應流體依序通過第一熱交換裝置、儲液裝置、高溫熱交換裝置後輸出。第一熱源、高溫熱交換裝置以及第一熱交換裝置以管線互相連接，第一導熱流體在第一熱源、高溫熱交換裝置以及第一熱交換裝置之間循環。第一導熱流體自第一熱源進入高溫熱交換裝置，再進入第一熱交換裝置。第一導熱流體以第一溫度進入高溫熱交換裝置與供應流體熱交換，第一導熱流體以比第一溫度低的第二溫度進入第一熱交換裝置與供應流體熱交換。

在本發明的一實施例中，熱能回收系統更包括以管線互相連接的第二熱源以及第二熱交換裝置，且第二導熱流體在第二熱源以及第二熱交換裝置之間循環。第二熱交換裝置再經另一管線傳輸流體供應源以及第一熱交換裝置之間的供應流體，且第二導熱流體與供應流體在第二熱交換裝置中熱交換。

在本發明的一實施例中，第一導熱流體離開第一熱源時具有第一溫度，第二導熱流體離開第二熱源時具有第二溫度，且第一溫度高於第二溫度。

在本發明的一實施例中，熱能回收系統更包括以管線互相連接的第三熱源以及第三熱交換裝置，且第三導熱流體在第三熱源以及第三熱交換裝置之間循環。第三熱交換裝置再經另一管線傳輸流體供應源以及儲液裝置之間的供應流體。第一熱交換裝置以及第三熱交換裝置分別取得供應流體，再分別輸出至儲液裝置，且第三導熱流體與供應流體在第三熱 交換裝置中熱交換。

在本發明的一實施例中，第三導熱流體離開第三熱源時具有第三溫度，第一導熱流體在高溫熱交換裝置以及第一熱交換裝置之間具有回收溫度，且回收溫度與第三溫度相近。

在本發明的一實施例中，熱能回收系統更包括以管線連接至高溫熱交換裝置的加熱裝置。來自高溫熱交換裝置的供應流體經加熱裝置加熱後輸出。

在本發明的一實施例中，熱能回收系統更包括第四熱交換裝置。第四熱交換裝置以管線連接至加熱裝置，再經另一管線傳輸流體供應源以及儲液裝置之間的供應流體。第四熱交換裝置以及第一熱交換裝置分別取得供應流體，再分別輸出至儲液裝置。部分通過加熱裝置的供應流體經另一管線通過第四熱交換裝置，並與流往儲液裝置的供應流體熱交換。

在本發明的一實施例中，高溫熱交換裝置以及第一熱交換裝置加熱供應流體，並冷卻第一導熱流體。

在本發明的一實施例中，高溫熱交換裝置以另一管線連接至儲液裝置。供應流體自儲液裝置流出，通過高溫熱交換裝置後輸出或流回儲液裝置。

在本發明的一實施例中，高溫熱交換裝置以及第一熱交換裝置包含板式熱交換器。

藉由前述的高溫熱交換裝置，可使供應流體在自儲液裝置流出後還能再回收第一熱源產生的熱能，藉以提升熱能的回收效率，也同時確保了對供應流體的加熱效果。

F1、F2、F3、F4‧‧‧供應流體

H1、H2、H4‧‧‧第一導熱流體

H3、H5‧‧‧第二導熱流體

H6‧‧‧第三導熱流體

100、200、300、400‧‧‧熱能回收系統

110、210、310、410‧‧‧流體供應源

111、121、123、131、141、143、151、211、241、251、261、263、271、281、283、285、341、351、371、391、393、395、3101、4111、4113、4115、4121、4123‧‧‧管線

120、220、320、420‧‧‧第一熱交換裝置

130、230、330、430‧‧‧儲液裝置

140、240、340‧‧‧高溫熱交換裝置

150、250、350‧‧‧第一熱源

260、360、460‧‧‧第二熱交換裝置

270、370‧‧‧第二熱源

280、380、480‧‧‧加熱裝置

390、490‧‧‧第三熱交換裝置

3100‧‧‧第三熱源

4110‧‧‧第四熱交換裝置

4120‧‧‧純化裝置

圖1為熱能回收系統之第一實施例示意圖；圖2為熱能回收系統之第二實施例示意圖；圖3為熱能回收系統之第三實施例示意圖；圖4為熱能回收系統之第四實施例示意圖。

本發明提供一種熱能回收系統，其較佳可回收包含例如是空氣壓縮機或其他機具運轉時產生的熱源，並提供由回收熱源加熱過後的供應流體。供應流體較佳可為水或其他液體，可應用於工業清洗、產業製程或生活上。此外，熱能回收系統更可以包含其他可以產生熱能的熱源，本發明的應用並不限於熱源的種類。

圖1為本發明的第一實施例中熱能回收系統的示意圖。在圖1所示之實施例中，熱能回收系統100包括提供供應流體F1的流體供應源110、第一熱交換裝置120、儲液裝置130、高溫熱交換裝置140以及第一熱源150，其中第一熱源150例如是空氣壓縮機等在運轉過程產生熱能的機具。流體供應源110、第一熱交換裝置120、儲液裝置130以及高溫熱交換裝置140以管線111、121、131連接，藉以傳輸供應流體F1，進而自高溫熱交換裝置140透過管線141輸出。第一熱源150、高溫熱交換裝置140以管線151連接，高溫熱交換裝置140、第一熱交換裝置120以管線143連接，第一熱交換裝置120、第一熱源再以管線123連接，第一熱源150、高溫熱交換裝置140、第一熱交換裝置120以及管線151、143、123形成迴路，第一導熱流體 H1在迴路中循環。因此，第一導熱流體H1和供應流體F1都會通過高溫熱交換裝置140並在其中進行熱交換，第一導熱流體H1和供應流體F1也都會通過第一熱交換裝置120並在其中進行熱交換。

在本發明的第一實施例中，供應流體F1依序通過第一熱交換裝置120、儲液裝置130、高溫熱交換裝置140後輸出。第一導熱流體H1例如是吸收第一熱源150的熱能的冷卻水或冷卻流體，第一導熱流體H1自第一熱源150進入高溫熱交換裝置140，再進入第一熱交換裝置120。第一導熱流體H1以第一溫度進入高溫熱交換裝置140與供應流體F1熱交換，第一導熱流體H1以低於第一溫度的第二溫度進入第一熱交換裝置120與供應流體F1熱交換。

舉例而言，本發明第一實施例的流體供應源110例如供應溫度是攝氏25度的供應流體F1，而第一熱源150例如將第一導熱流體H1的溫度加熱至攝氏95度。當儲液裝置130中的供應流體F1的溫度例如是攝氏68度時，供應流體F1在高溫熱交換裝置140中就可以和第一導熱流體H1熱交換，進而加熱到攝氏80度。同時，第一導熱流體H1的溫度在流出高溫熱交換裝置140時例如是攝氏70度，因此第一導熱流體H1還能在第一熱交換裝置120中將供應流體F1的溫度加熱至攝氏68度，進而流到儲液裝置130。另一方面，當第一熱源150例如是空氣壓縮機時，第一導熱流體H1經過兩次降溫後可以再回去吸收空氣壓縮機(第一熱源150)所產生的熱能，進而提供良好的冷卻效果。本發明並不限於上述流體的溫度以及熱源的種類，在其他實施例中更可以讓流體在其他溫度之間熱交換，進而回收其他種類的熱源所產生的熱能。

由於在本發明第一實施例的熱能回收系統100中，第一導熱流體H1通過高溫熱交換裝置140與第一熱交換裝置120的順序與供應流體F1相反，因此第一導熱流體H1的熱能可以在高溫熱交換裝置140以及第一熱交換裝置120釋放，進而提升第一熱源150的熱能回收效率。同時，供應流體F1自儲液裝置130流出後還會再在高溫熱交換裝置140吸收來自較高溫的第一導熱流體H1的熱能，進而輸出帶有高溫的供應流體F1。因此，本實施例的熱能回收系統100可以分兩次回收來自第一熱源150的熱能，供應流體F1在流出儲液裝置130後還能進一步加熱，進一步補償供應流體F1在儲液裝置130散失的熱能或提升到所需的工作溫度，並達到熱能回收的最大化。

具體而言，上述實施例中的第一熱交換裝置120以及高溫熱交換裝置140加熱供應流體F1，並冷卻第一導熱流體H1。另一方面，第一熱交換裝置120以及高溫熱交換裝置140包含例如板式熱交換器，進而節省體積以及增加熱回收效率。換句話說，第一熱交換裝置120以及高溫熱交換裝置140較佳在不混合供應流體F1以及第一導熱流體H1的前提下傳遞供應流體F1以及第一導熱流體H1之間的熱能。

以下將再以其他實施例說明本發明的技術內容。說明內容會著重於各實施例之間的不同之處及其功效，各實施例中類似的元件請參照上述第一實施例的說明內容，以下將不再贅述。

圖2為本發明的第二實施例中熱能回收系統的示意圖。請參照圖2，第二實施例的熱能回收系統200包括流體供應源210、第二熱交換裝置260、第一熱交換裝置220、儲液裝置230、高溫熱交換裝置240、第一熱源250以及第二熱源270。與第一實施例不同的是，第二實施例的熱能回收 系統200包括第二熱交換裝置260以及第二熱源270，且第二熱源270以管線271、261連接第二熱交換裝置260並形成另一迴路，第二導熱流體H3在第二熱源270以及第二熱交換裝置260形成的迴路裡面循環。本實施例的第二熱交換裝置260再經另一管線263傳輸流體供應源210以及第一熱交換裝置220之間的供應流體F2。

本發明第二實施例中的供應流體F2自管線211流到第二熱交換裝置260，管線271中的第二導熱流體H3例如是吸收第二熱源270的熱能的冷卻水或冷卻液體，供應流體F2和第二導熱流體H3在第二熱交換裝置260中熱交換。因此，第二熱交換裝置260以及第一熱交換裝置220可以依序加熱所述供應流體F2，並藉由分階段的加熱來提升熱能回收的效率。

詳細來說，在本發明第二實施例中，第一導熱流體H2離開第一熱源250時，在管線251中具有第一溫度，第二導熱流體H3離開第二熱源270時，在管線271中具有第二溫度，其中第一溫度高於第二溫度。也就是說，第二熱源270例如是產出導熱流體H3之溫度較低的壓縮機，第二熱交換裝置260可以預先藉由較低溫的第二導熱流體H3加熱供應流體F2，再藉由第一導熱流體H2在第一熱交換裝置220以及高溫熱交換裝置240中加熱。

舉例而言，本實施例的流體供應源210供應溫度例如是攝氏25度的供應流體F2，第二熱源270將第二導熱流體H3的溫度加熱至例如是攝氏35度。在第二熱交換裝置260，供應流體F2的溫度就可以藉由第二導熱流體H3所帶來的熱能增加至攝氏33度，接著再在第一熱交換裝置220加熱至例如是攝氏68度。因此，供應流體F2的加熱效率可以提升，同時第一熱交換裝置220因為溫差降低，也可以處理更大量的流體。本發明並不限於上述的 流體的溫度範圍。

另一方面，本發明第二實施例的熱能回收系統200更包括以管線241連接至高溫熱交換裝置240的加熱裝置280。加熱裝置280可以加熱來自高溫熱交換裝置240的供應流體F2，藉以進一步確保供應流體F2以適當的溫度輸出。同時，高溫熱交換裝置240以另一管線285連接至儲液裝置230。供應流體F2自儲液裝置230流出，通過高溫熱交換裝置240以及加熱裝置280後輸出或流回儲液裝置230。換句話說，高溫熱交換裝置240和儲液裝置230之間還以管線形成迴路回收沒有輸出的供應流體F2。

舉例而言，供應流體F2在流過管線281後，可以經由管線283輸出，也可以經由管線285流回到儲液裝置230中，藉以儲存備用。本發明並不限於上述實施例的連接方式，在其他實施例中更可以將高溫熱交換裝置240連接至管線285上，供應流體F2可以經過高溫熱交換裝置240後直接流回儲液裝置230，供應流體F2也可以直接藉由管線241進入管線283輸出。換句話說，本發明實施例中可以輸出又同時可以流回儲液裝置的管線並不限於與加熱裝置連接，亦可以與高溫熱交換裝置連接。

圖3為本發明的第三實施例中熱能回收系統的示意圖。請參照圖3，第三實施例的熱能回收系統300包括流體供應源310、第二熱交換裝置360、第一熱交換裝置320、第三熱交換裝置390、儲液裝置330、高溫熱交換裝置340、加熱裝置380、第一熱源350、第二熱源370以及第三熱源3100。與第二實施例不同的是，熱能回收系統300包括第三熱交換裝置390以及第三熱源3100。

本實施例的第三熱源3100以管線3101、391連接第三熱交換 裝置390並形成第三個迴路，而第三導熱流體H6在第三熱源3100以及第三熱交換裝置390形成的迴路裡面循環。第三熱交換裝置390再經另一管線393、395傳輸流體供應源310以及儲液裝置330之間的供應流體F3。第一熱交換裝置320以及第三熱交換裝置390分別取得供應流體F3，再分別輸出至儲液裝置330。管線3101中的第三導熱流體H6例如是吸收第三熱源3100的熱能的冷卻水或冷卻液體，來自管線3101的第三導熱流體H6與來自管線393的供應流體F3在第三熱交換裝置390中熱交換。

換句話說，第一熱交換裝置320以及第三熱交換裝置390在儲液裝置330以及第二熱交換裝置360之間是以並聯的方式連接。因此，本實施例的供應流體F3可以在流到儲液裝置330之前，在第三熱交換裝置390吸收第三導熱流體H6的熱能，或是在第一熱交換裝置320吸收第一導熱流體H4的熱能。由於第一導熱流體H4經過高溫熱交換裝置340後溫度會降低，因此可以和第三熱交換裝置390一起加熱供應流體F3到相同或相近的溫度。也就是說，本實施例的第三熱源3100例如是產出導熱流體F3之溫度較第一熱源350的產出導熱流體F3之溫度低，且較第二熱源370產出的導熱流體F3之溫度高的壓縮機。

本發明第三實施例的第三導熱流體H6離開第三熱源3100時具有第三溫度，第一導熱流體H4在高溫熱交換裝置340以及第一熱交換裝置320之間具有回收溫度，且回收溫度與第三溫度相近。舉例而言，本發明第三實施例的第二導熱流體H5在管線371的溫度例如是攝氏30至40度，第三導熱流體H6在管線3101的溫度以及第一導熱流體H4在管線341的溫度例如是攝氏40至70度，第一導熱流體H4在管線351的溫度例如是攝氏70至100度。 因此，本實施例的供應流體F3可以經由上述這些導熱流體H5、H6、H4分段加熱，進而達到適當的溫度。本發明並不限於上述的流體的溫度範圍。

圖4為本發明的第四實施例中熱能回收系統的示意圖。請參照圖4，第四實施例中的熱能回收系統400與上述第三實施例的熱能回收系統300相似，惟不同之處在於熱能回收系統400包括第四熱交換裝置4110以及純化裝置4120。

本發明第四實施例中的純化裝置4120接收來自加熱裝置480的供應流體F4，純化裝置4120將純化過的部分供應流體F4傳輸至管線4123，再將純化過程中所產生的雜質與另一部分供應流體F4傳輸至管線4121。第四熱交換裝置4110經管線4121與純化裝置4120連接，再經由另一管線4111及管線4113傳輸流體供應源410以及儲液裝置430之間的供應流體F4。換句話說，第一熱交換裝置420、第三熱交換裝置490以及第四熱交換裝置4110在儲液裝置430以及第二熱交換裝置460之間是以並聯的方式連接，因此第四熱交換裝置4110、第一熱交換裝置420以及第三熱交換裝置490分別取得供應流體F4，再分別輸出至儲液裝置430。同時，來自加熱裝置480的供應流體F4中，部份含有雜質的供應流體F4自管線4121進入到第四熱交換裝置4110，並與來自第二熱交換裝置460的供應流體F4熱交換，提高流往儲液裝置430的供應流體F4的溫度，而來自管線4121的供應流體F4再經由管線4115排出。因此，本實施例的純化裝置4120可以輸出純化過的供應流體F4，同時還可以回收來自具有雜質的供應流體F4的熱能。

因此，本實施例的供應流體F4還可以取部分已經加熱過的供應流體F4來加熱未加熱的流體，進一步提升熱能回收效率。

由上述可知，本發明的實施例的熱能回收系統可以回收第一熱源所產生的熱能，且第一熱源所加熱的第一導熱流體在高溫熱交換裝置以及第一熱交換裝置中與供應流體熱交換，讓熱能可以再次回收，且儲液裝置位於第一熱交換裝置以及高溫熱交換裝置之間，因此可以分別加熱進入儲液裝置之前的供應流體以及自儲液裝置流出的供應流體，藉以讓供應流體的溫度落在適當範圍，同時提升整體的熱能回收效果。

Claims (10)

1. 一種熱能回收系統，包括：一流體供應源，提供一供應流體一第一熱交換裝置；一儲液裝置；一高溫熱交換裝置，所述流體供應源、所述第一熱交換裝置、所述儲液裝置以及所述高溫熱交換裝置以管線連接，所述供應流體依序通過所述第一熱交換裝置、所述儲液裝置、所述高溫熱交換裝置後輸出；以及一第一熱源，與所述高溫熱交換裝置以及所述第一熱交換裝置以管線互相連接，一第一導熱流體在所述第一熱源、所述高溫熱交換裝置以及所述第一熱交換裝置之間循環；其中所述第一導熱流體自所述第一熱源進入所述高溫熱交換裝置，再進入所述第一熱交換裝置，所述第一導熱流體以第一溫度進入所述高溫熱交換裝置與所述供應流體熱交換，所述第一導熱流體以第二溫度進入所述第一熱交換裝置與所述供應流體熱交換，所述第一溫度高於所述第二溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱能回收系統，更包括：一第二熱源；以及一第二熱交換裝置，以管線與所述第二熱源連接，一第二導熱流體在所述第二熱源以及所述第二熱交換裝置之間循環，再經另一管線傳輸所述流體供應源以及所述第一熱交換裝置之間的所述供應流體；其中所述第二導熱流體與所述供應流體在所述第二熱交換裝置中熱交 換。
3. 如申請專利範圍第2項所述之熱能回收系統，其中所述第一導熱流體離開所述第一熱源時具有一第一溫度，所述第二導熱流體離開所述第二熱源時具有一第二溫度，所述第一溫度高於所述第二溫度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之熱能回收系統，更包括：一第三熱源；以及一第三熱交換裝置，以管線與所述第三熱源連接，一第三導熱流體在所述第三熱源以及所述第三熱交換裝置之間循環，再經另一管線傳輸所述流體供應源以及所述儲液裝置之間的所述供應流體；其中所述第一熱交換裝置以及所述第三熱交換裝置分別取得所述供應流體，再分別輸出至所述儲液裝置，且所述第三導熱流體與所述供應流體在所述第三熱交換裝置中熱交換。
5. 如申請專利範圍第4項所述之熱能回收系統，其中所述第三導熱流體離開所述第三熱源時具有一第三溫度，所述第一導熱流體在所述高溫熱交換裝置以及所述第一熱交換裝置之間具有一回收溫度，所述回收溫度與所述第三溫度相近。
6. 如申請專利範圍第1項所述之熱能回收系統，更包括：一加熱裝置，以管線連接至所述高溫熱交換裝置，所述供應流體自所述高溫熱交換裝置經所述加熱裝置加熱後輸出。
7. 如申請專利範圍第6項所述之熱能回收系統，更包括：一第四熱交換裝置，以管線連接至所述加熱裝置，再經另一管線傳輸所述流體供應源以及所述儲液裝置之間的所述供應流體； 其中所述第四熱交換裝置以及所述第一熱交換裝置分別取得所述供應流體，再分別輸出至所述儲液裝置，且部分通過所述加熱裝置的所述供應流體經另一管線通過所述第四熱交換裝置，並與流往所述儲液裝置的所述供應流體熱交換。
8. 如申請專利範圍第1項所述之熱能回收系統，其中所述高溫熱交換裝置以及所述第一熱交換裝置加熱所述供應流體，並冷卻所述第一導熱流體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之熱能回收系統，其中所述高溫熱交換裝置以另一管線連接至所述儲液裝置，所述供應流體自所述儲液裝置流出，通過所述高溫熱交換裝置後輸出或流回所述儲液裝置。
10. 如申請專利範圍第1項所述之熱能回收系統，其中所述高溫熱交換裝置以及所述第一熱交換裝置包含板式熱交換器。