TWI571608B - 廢料餘熱回收裝置及其方法 - Google Patents

Description

廢料餘熱回收裝置及其方法

一種廢料餘熱回收裝置及其方法，特別是有關於一種利用螺旋式輸送具高熱值之廢料，以進行熱交換的裝置與方法。

近年來，環保意識的高漲驅使能源使用效率提昇議題逐漸受到人們所重視，而相關學說或節能裝置的發表或設計係日益增加，但廢料餘熱回收再利用的裝置仍是有待探討之領域。

舉例而言，在金屬處理廠、流動式顆粒床、熱處理廠或相關設備中，常會產生有具有高溫的廢料，其高溫廢料之溫度多介於100~600℃或以上；而目前高溫廢料處理方式多數為逕行拋棄掩埋，造成原廢料中所含熱能直接散逸於大氣中，並未加以回收並轉化作有效的利用，對能源回收再利用以及創造經濟效益上實則為一種浪費。

有鑑於上述之課題，本發明之目的在於提供一種廢料餘熱回收裝置及其方法，其係藉由一廢料處理模組將高溫之廢料與一相對低溫之工作介質，於兩者之間進行一高效率之熱交換程序，達到將廢料中的熱能做有效回收之目的。進一步藉由一餘熱回收模組，將提供一循環性之再利用環境，其係將高熱值之工作介質進行一連續性吸熱與放熱過程，並將熱能利用一蓄能單元加以儲存並利用，達到低成本高熱回收效率之目的。

為了達到上述目的，本發明揭露一種廢料餘熱回收裝置，其包含有一廢料處理模組與一餘熱回收模組。廢料處理模組係包含一熱交換單元與一驅動單元，該熱交換單元具有一殼體，其係為 兩端分別設有開口之中空管件；該中空部分係為第一導料室，至少一入料口，其係設於殼體外周側一端並相通於殼體，提供該廢料進入殼體中，至少一出料口，其係設於遠離該入料口之殼體外周側一端並相通於殼體，而提供該廢料離開殼體，以及至少一螺桿，其係設於殼體內部且兩端突伸於該殼體之外，而該驅動單元，其係設於該熱交換單元之外部並耦接於螺桿，以驅動該螺桿轉動並推進該廢料移動。餘熱回收模組係設於該廢料處理模組之外部，並具有一蓄能單元、至少一輸送管路與一加壓單元；該蓄能單元係內部具有蓄熱介質，並用以儲存熱能，該輸送管路，其係兩端分別耦接並相通於熱交換單元與蓄能單元，並提供一工作介質可進入或離開熱交換單元與蓄能單元；而該加壓單元，其係設於該輸送管路之任意一側，並提供該工作介質於該輸送管路中流動之動力。

100‧‧‧廢料餘熱回收裝置

101‧‧‧廢料處理模組

102‧‧‧餘熱回收模組

200‧‧‧廢料產出裝置

300‧‧‧能量輸出裝置

10‧‧‧熱交換單元

11‧‧‧殼體

110‧‧‧第一導料室

111‧‧‧入料口

112‧‧‧出料口

12‧‧‧螺桿

13‧‧‧桿軸

130‧‧‧第二導料室

131‧‧‧第一開口

132‧‧‧第二開口

14‧‧‧螺紋葉片

141‧‧‧溝槽

142‧‧‧導熱塊

1421‧‧‧導熱柱

15‧‧‧絕熱套件

16‧‧‧導料管

160‧‧‧第三導料室

161‧‧‧第三開口

162‧‧‧第四開口

20‧‧‧驅動單元

30‧‧‧接頭組件

40‧‧‧蓄能單元

41‧‧‧第一通道

42‧‧‧第二通道

50‧‧‧加壓單元

60‧‧‧輸送管路

70‧‧‧基座

71‧‧‧第一支架

72‧‧‧第二支架

M‧‧‧高溫廢料

M’‧‧‧放熱反應後之廢料

M”‧‧‧放熱反應後之廢料

F‧‧‧工作介質

F’‧‧‧中心管吸熱反應後之工作介質

F”‧‧‧殼側管吸熱反應後之工作介質

圖1為本發明之一種廢料餘熱回收裝置之示意圖。

圖2為本發明之廢料處理模組之立體示意圖。

圖3為本發明之螺桿之局部立體示意圖。

圖4為本發明之螺紋葉片之局部立體示意圖。

圖5為本發明之一實施例之熱交換單元的局部剖面示意圖。

圖6為本發明之一實施例之廢料餘熱回收裝置之運作流程圖。

圖7為本發明之另一實施例之熱交換單元之局部剖面示意圖。

圖8為本發明之另一實施例之廢料餘熱回收裝置之運作流程示意圖。

圖9A為本發明之廢料處理模組之一實施例之立體示意圖。

圖9B為本發明之廢料處理單元之另一實施例之立體示意圖。

圖9C為本發明之廢料處理單元之另一實施例之立體示意圖。

圖10A為本發明之熱交換單元之一實施例之示意圖。

圖10B為本發明之熱交換單元之另一實施例之示意圖。

圖10C為本發明之熱交換單元之另一實施例之示意圖。

圖11為本發明之一種廢料餘熱回收方法之流程圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請配合參考圖1與圖2所示，本發明係一種廢料餘熱回收裝置100，其包含有一廢料處理模組101與一餘熱回收模組102。

廢料處理模組101具有一熱交換單元10、一驅動單元20、一接頭組件30、一調整組件70。

熱交換單元10具有一殼體11、至少一螺桿12與一絕熱套件15。

殼體11係為兩端具有開口之一圓柱狀或一圓錐狀的中空管件，或者為前述兩者結合之中空管件，鄰近殼體11兩端處之外周壁分別設有至少一入料口111與至少一出料口112，該入料口111與出料口112之一端係與外界相通，而該殼體11之材料選用可為SUS304不鏽鋼、SUS310不鏽鋼、SUS316不鏽鋼或鎳合金屬(Inconel)，而入料口111與出料口112的管徑大小、分別於殼體11外周壁的相對位置、該兩者的數量，依實際需求做設計，在此不限定。

螺桿12係設於殼體11之內部的中心處且兩端突伸於殼體11之外，螺桿12為一中空之桿軸13與一螺紋葉片14之組件，螺桿12可為一單紋螺旋、雙紋螺旋或其以上設計之方牙螺桿；較佳的，螺桿12亦可為一單紋螺旋、雙紋螺旋或其以上設計之滾珠螺桿，在此不限定，其導程與螺距依實際需求做設計。

桿軸13係為一中空桿件，其突伸於殼體11外部之兩端分別設有至少一第一開口131與至少一第二開口132，桿軸13之管壁厚度之設計須考量其於上述螺桿12的形式於實際作動時的轉速不同下，其桿軸13所承受扭力之大小來做設計，在此並不限定。

螺紋葉片14係設於桿軸13之外周處，螺紋葉片14係以桿軸13為中心，並以一間距(pitch)圍繞桿軸13，該間距需依廢料M之組成物不同，可置換不同規格之螺桿而隨之調整，以避免輸送 時有阻塞之虞，該間距能夠為0.5至5.5英吋，較佳為1、1.25、1.5、1.75、2、2.25、2.5、2.75或3至5英吋，但不限制。

請再配合參考圖3與圖4所示，螺紋葉片14於表面處依序設有相等於該表面長度之複數個溝槽141，溝槽141可設於同一表面或不同表面上，各溝槽之間的間距可為固定或不固定且其溝槽之剖面係能夠為ㄩ形、U形、V形、圓弧形或其他形狀，而各溝槽141中設有一導熱塊142，導熱塊142之斷面形狀係相同於溝槽141的剖面，於一實施例中所示該導熱塊142為長柱狀，但不限定，依實際需求做設計，而鄰近桿軸13之導熱塊142的一端形成有一導熱柱1421，導熱柱1421之斷面形狀係可為一方型、菱形、圓形、橢圓形或O形，而導熱柱1421之一端係延伸且貫穿該桿軸13柄且固定導熱塊142於溝槽141中，該導熱塊142與導熱柱1421係可為相同或不相同材料，其兩者之材料為高熱傳導係數之材料，舉例而言，可為鉛、鎳、鐵、鋼、鉑、鋅、鉬、鎂、鎢、鋁、金、銅、銀等金屬或及其與碳或其他金屬或非金屬混合之合金等材料，亦可為鑽石或石墨烯等非金屬材料之加工件，於本實施例中該導熱塊142與導熱柱1421係為相同材質，其主要材質為銅，但不限定。

承上所述，延伸於桿軸13中空內部之導熱柱1421的長度與外徑大小，在此不限定，需考量熱傳導面積與工作介質F的流場狀況做最佳化設計。

進一步說明，本發明係根據熱傳理論之鰭片設計，並經多次模擬與測試進行整個系統與導熱塊142間的熱傳最佳化，而目的係將高溫廢料M的熱能更有效率的經導熱塊142的最佳化設計進行有效的散熱，基於導熱塊142的壁面溫度與環境溫度之間的差值與散熱率呈正比，若導熱塊142端部溫度增加過大會降低散熱效果，而根據下述之散熱效率公式來進行設計：

而，基本上導熱塊142凸出的長度與厚度比值(L/t >>1)，故

針對上述理論進行設計並依據下述有無導熱塊142熱效率比值計算來進行最佳化設計：

其中，L表示導熱塊142凸出的長度(m)，k表示導熱塊的熱傳導係數(W/m℃)，h表示對流熱傳係數(W/m²℃)，t表示導熱塊142的厚度，A表示無導熱塊設計之螺桿12的截面積，P表示截面之周長。

請配合參考圖1與圖5所示，殼體11與螺桿12之間形成有一第一導料室110，該第一導料室110係相通於入料口111與出料口112，而桿軸13之中空部分係為一第二導料室130，且第一開口131、第二導料室130與第二開口132係彼此相通。

進一步說明，於本實施例中，殼體11內之任一位置的第一導料110室剖面面積大小可為相同，但不限定，視實際需求可串接不同內徑之殼體11，使前述之第一導料室110剖面面積不相同。

請再配合參考圖1與圖2所示，絕熱套件15係分別包覆於殼體11、接頭組件30與突伸於殼體11外之部分桿軸13的外部，舉例而言，絕熱套件15能夠為、耐高溫泡棉、聚合物、陶瓷纖維棉、石綿或玻璃棉等絕熱材質，絕熱套件15係避免後述之熱交換進行時，部分熱能散逸至大氣中。

接頭組件30係為選擇性以螺絲鎖固並封閉或者拆卸分離於殼體11兩端之金屬或合金板件，且於該板件中設有螺桿支撐座，該螺桿支撐座用以支撐螺桿12。

驅動單元20係設於殼體11外部之一端，驅動單元20具有馬達與軸承組件，該軸承組件連接該桿軸13，並透過該控制系統控 制該馬達驅動桿體13轉動，而該馬達型式可為一步進馬達或一伺服馬達，在此不限定，依推進不同廢料組成物所需之扭力與轉速來做設計；較佳的，進一步具有控制系統，其用以控制該馬達之轉速或轉向。

調整組件70具有一基座70、一第一支架71與一第二支架72，第一支架71與第二支架72的一端可選擇性固定或拆卸分離於基座70上，而第一支架70與第二支架72之另一端係分別與殼體12的兩相對端耦接，於一實施例中，第一支架70係高於第二支架72而使殼體11呈一傾斜狀，然於實際使用時，第一支架70與第二支架80的高度係能夠各別調整。

餘熱回收模組102具有一蓄能單元40、一輸送管路60與一加壓單元50，以及至少一能量輸出裝置300。

蓄能單元40係為設有第一通道41與第二通道42之殼體或槽體，該第一通道41與該第二通道42係為提供蓄能單元40相通於外界的一管路，而蓄能單元40之外壁可包覆有上述之絕熱套件15，蓄能單元40之內部具有蓄熱介質，該蓄熱介質用以吸收並儲存熱能，舉例而言，該蓄熱介質能夠為蒸汽、熔融鹽、導熱油、金屬材料或陶瓷材料，但不限定，依實際於蓄能單元40內熱交換效率為考量來做選用。

輸送管路60係可分為兩管路段，輸送管路60之其一管路段一端耦接於第二開口132，而另一端耦接於蓄能單元40之第一通道41，該輸送管路60之另一管路段一端耦接於第一開口131，而另一端耦接於蓄能單元40之第二通道42。

能量輸出裝置300係耦接蓄能單元40，該蓄能單元40內之蓄熱介質可藉由傳導熱傳或是對流熱傳之方式將熱能傳遞至該能量輸出裝置300，而能量輸出裝置係能夠直接使用該熱能或者將其該熱能轉換成其他形式的能量輸出利用，舉例說明，能量輸出裝置可為一熱水提供裝置、一發電裝置、一暖氣提供裝置、一蒸氣產生裝置、一焚化燃燒裝置等。

加壓單元50係可設置於蓄能單元40與第一開口131或第二 開口132之耦接處，亦或是設置於輸送管路60之管路段任意位置，在此不限定，該加壓單元50可為一容積式泵、動力式泵或電磁泵之型式，但不限定，依該廢料於熱回收裝置100之設計並考量工作介質F的型態作設計。

請配合參考圖5與圖6，且一併參考圖1所示，其為本發明之廢料於熱回收裝置100之一實施例，一廢料產出裝置200連續產出的高溫廢料M藉由入料口111進入第一導料室110中，而於第一導料室110內之高溫廢料M將藉由螺桿12的旋轉壓縮，往出料口112方向推進，於同時，位於輸送管路60內之相對低溫的一預定溫度之工作介質F藉由加壓單元50加壓推進，經由第一開口131進入第二導料室130，並往第二開口132方向推進。

承上所述，該工作介質F可為兩相混合流體、牛頓流體或非牛頓流體，該兩相混合流體為一液汽混合流體。

承上所述，介於入料口111與出料口112之間的高溫廢料M於推進流動的過程，以及介於第一開口131與第二開口132之間的相對低溫之工作介質F於推進流動的過程，由圓柱座標系統(r,Φ,z)觀之，第一導料室110中之高溫廢料M與第二導料室130中之工作介質F之間因存在溫度差，故於桿軸13之管壁內；以及導熱塊142與導熱柱1421間產生溫度梯度，使高溫廢料M經由放熱程序而降溫，並將熱能以導熱熱傳方式將能量傳遞至第二導料室130中，使位於其內之相對低溫的工作介質F經由吸熱程序而升溫，而鄰近桿軸13內壁之工作介質F因溫升，而與桿軸13中心處之工作介質F的形成一溫度邊界層，於桿軸13內之工作介質F內則發生對流熱傳，因高溫廢料M與工作介質F為連續流動之流體，除前述之傳導熱傳與對流熱傳的發生，高溫廢料M與工作介質F於z軸方向發生有強制對流之對流熱傳。

承上所述，高溫廢料M的放熱程序與工作介質F的吸熱程序於流動的過程中，該兩者間之熱交換過程持續發生，而放熱後的廢料M’經由出料口112傳輸至外界，中心管吸熱後的工作介質F’抵達第二開口132並經由輸送管路60傳輸至第一通道41進入蓄 能單元40。

承上所述，中心管吸熱後的相對高溫之工作介質F’與蓄能單元40中的相對低溫之蓄熱材料因溫度差而產生熱交換過程，中心管吸熱後之工作介質F’因放熱程序而降溫，蓄熱材料因吸熱程序而升溫，直至兩者之間達到熱平衡狀態，而中心管吸熱後之工作介質F’於熱平衡後回復至該預定溫度之工作介質F，並且由第二通道42經輸送管路60傳輸至第一開口131進入熱交換單元10中，而吸熱後的蓄能單元40可進一步將熱能傳遞至能量輸出裝置300，將該熱能直接輸出利用或轉換成其他形式之能量做輸出利用。

於本實施例中，藉由高溫廢料M與工作介質F間的流速控制、導熱柱1421的數量、材質選用與尺寸設計、桿軸13的管徑與長度增加(熱交換面積增加)與管壁厚度減小等方式，使熱交換過程之高溫廢料M與工作介質F於達到近似溫度平衡，第二開口132處之完成中心管吸熱程序後之工作介質F’的溫度上升幅度達100℃以上，該中心管吸熱後的工作介質F’之溫度可近似入料口111處之高溫廢料M的溫度，較高溫之中心管吸熱後的工作介質F’可於進入蓄能單元40內發生熱交換過程後獲得較高的能量轉換效率，但因螺桿12於旋轉擠壓高溫廢料M所需承受扭力之故，於桿軸13之管壁厚度設計上將有所限制，致使於第二導料室130內之可與高溫廢料M發生熱交換程序的工作介質F質量而有所限制，雖獲得較高溫之中心管吸熱後的工作介質F’，但可能尚有未完全放熱之高溫廢料M無法持續進行熱交換過程而流至外界，使該廢料於熱回收裝置100的熱回收效率不高。

請配合參考圖7與圖8，此為本發明之另一實施例，該實施例與上述實施例之差異處係為於該殼體11外增加一導料管16，而其前一實施例所述之絕熱套件15係包覆於導料管16而非該殼體11，其他元件係沿用上述實施例之元件符號，而下述僅針對與上述實施例的差異做說明。

於本實施例中，導料管16設於殼體11之外，該導料管16係 為一中空管件且兩端突伸於殼體11之外，導料管16之兩端分別設有一第一開口161與一第二開口162，導料管16與殼體11之間形成有一第三導料室160，該第三導料室160係相通於第一開口161與第二開口162。

承上所述，由一個輸出管路60之不同管路段的兩端可藉由分支管分別耦接第三開口161與第四開口162，而該第三開口161可相通於第一開口131，該第四開口162可相通於第二開口132，而輸出管路60的另一兩端分別耦接第一通道41與第二通道42，或者，該第三開口161不相通於第一開口131，該第四開口162不相通於第二開口132，且可分別設有兩個輸送管路60與兩個第一通道41與第二通道42，其中一輸送管路60於不同管路段的一端分別耦接第三開口161與第四開口162，而另一端分別耦接另一第一通道41與另一第二通道42，而另一輸送管路60之不同管路段的一端分別耦接如上述實施例所述之第一開口131與第二開口132，而在此不限定，依實際需求做最佳化設計。

承上所述，殼體11與螺桿12之間係同前一實施例所述為第一導料室110，該第一導料室110係相通於上述實施例之入料口111與出料口112，而該導料管16之材料選用可為SUS304不鏽鋼、SUS310不鏽鋼、SUS316不鏽鋼或鎳合金屬(Inconel)，但不限定。

承上所述，導料管16之管徑與管壁厚度，在此不限定，需依實際需求做最佳化設計。

請配合參考圖7與圖8，且一併參考圖1所示，廢料產出裝置200連續產出的高溫廢料M藉由入料口111進入第一導料室110中，而於第一導料室110內之高溫廢料M將藉由螺桿12的旋轉推動，往出料口112方向推進，於同時，位於輸送管路60內之相對低溫的一預定溫度之工作介質F藉由加壓單元50加壓推進，經由第一開口131與第三開口161分別進入第二導料室130與第三導料室160，並分別往第二開口132與第四開口162的方向推進。

承上所述，除上述實施例所述之熱交換過程外，於第三導料 室160中的相對低溫的一預定溫度之工作介質F亦與第一導料室110中之高溫廢料M發生傳導熱傳與對流熱傳之熱交換過程，完成放熱後的廢料M’由出料口112傳至外界，而第二導料室130與第三導料室160中之該工作介質F’/F”同上述實施例所述分別傳至蓄能單元40中，而於第三導料室160中之殼側管吸熱後的工作介質F”經由第四開口162進入輸送管路60內與中心管吸熱後之工作介質F’混合後，再經由第一通道41一起進入蓄能單元40，爾後於蓄能單元40發生如上述實施例所述之熱交換過程後之工作介質F再經第一開口161回流進入熱交換單元10中，如圖8的實線路徑所示，或者，前述之該殼側管吸熱後之工作介質F”經由第二開口162且不與中心管吸熱後之工作介質F’混合而直接進入另一輸送管路60並通過另一第一通道41進入蓄能單元40中，爾後於蓄能單元40發生如上述實施例所述之熱交換過程後之工作介質F再經由另一輸送管路60與第三開口161回流進入熱交換單元10中，如圖8的虛線路徑所示。

該實施例之導熱管16因無須承受與桿軸13相同的扭力，故其餘管壁厚度的設計上更有彈性，藉由增加熱交換單元10中的工作介質F發生熱交換過程的流量而有效的降低為放熱程序完全之高溫廢料M的流量，且亦可藉由上述實施例所述之各元件的設計獲得較高溫的中心管吸熱後之工作介質F’與殼側管吸熱後之工作介質F”，進而提升廢料於熱回收裝置100的熱回收效率。

請配合參考圖9A~圖9C所示，此為本發明之三種不同實施例，該廢料處理模組101係可藉由第一支架71與第二支架72的長度調整而呈現不同的傾角，其可因應不同的廢料產出裝置200產出高溫廢料M的位置，進一步可藉由調整於熱交換單元10內之高溫廢料M與工作介質F因相對高度產生不同的位能差，而增加分配其兩者間質量流率設計上的彈性運用空間以獲得更佳的熱交換效率。

請再配合參考圖10A~圖10C所示，此為本發明之另三種不同實施例，如圖10A說明，增加入料口111數量，以及改變入料口 111於殼體11外周壁的位置，如圖10B說明，於入料口111之外周壁設置至少一分流管，用以引導高溫廢料M進入殼體11內的不同位置，而如圖10C說明，藉由不同管徑之殼體11的裝設與配置，用以增加殼體11內高溫廢料M的容量，前述該些方式之目的係在於維持殼體11內處於高溫環境，減少高溫廢料M於放熱過程的溫降幅度，因而增加工作介質F於吸熱反應過程的溫升幅度進而提升於第二出口處的工作介質F的溫度，藉此提升整體的熱回收效率。

綜上所述，進一步說明，上述之任一實施例皆可依現場實際需求作搭配做設計。

請配合參考圖11所示，本發明係一種廢料餘熱回收方法，其步驟包含有：

S1，如圖5所示，一高溫之廢料M由殼體11的入料口111進入殼體11內之第一導料室110中，該廢料M的溫度係大於等於300℃，較佳地為500℃，但不限制，驅動單元20驅使螺桿12轉動進而推進廢料M由入料口111朝向出料口112方向移動。

S2，一相對低溫之工作介質F係經加壓單元50的驅動，而由中空之桿軸13之第一開口131進入桿軸13內之第二導料室130中。

若如圖7所述之廢料處理模組101，該工作介質F係經加壓單元50的驅動，而由中空之桿軸13之第一開口131分別進入桿軸13內之第二導料室130與第三導料室160中。

該工作介質F可為兩相混合流體、牛頓流體或非牛頓流體，該兩相混合流體為一液汽混合流體。

S3，如圖5所示，流動之廢料M與桿軸13內流動之工作介質F進行熱交換程序，進一步說明，完成熱交換過程後之放熱後的廢料M’與該中心管吸熱後之工作介質F’達到溫度平衡、近似溫度平衡或者亦可未達到溫度平衡，在此不限定，而該中心管吸熱後之工作介質F’溫度上升至一特定溫度。

若如圖7所述之廢料處理模組101，流動之廢料M係分別與 第二導料室130中與第三導料室160中之流動的工作介質F進行熱交換程序，進一步說明，完成熱交換過程後之廢料M’與中心管吸熱後之工作介質F’與殼側管吸熱後之工作介質F”達到溫度平衡、近似溫度平衡或者亦可未達到溫度平衡，在此不限定，而該中心管與殼側管吸熱後之工作介質F’/F”溫度上升至一特定溫度。

在此說明上述之該特定溫度於實際環境與設計下，該特定溫度係可為一定值或者一非定值，需依實際設計在此不限定。

更進一步說明，上述該熱交換程序係為該流動之廢料M發生放熱程序，該流動之工作介質F發生吸熱程序，該熱交換過程之熱傳遞方式係包含傳導熱傳與對流熱傳。

S4，如圖5所示，中心管完成熱交換程序之工作介質F’經由出口132離開第二導料室130，並流入蓄能單元40，蓄能單元40與工作介質F’發生熱交換程序，蓄能單元40發生吸熱程序並可儲存熱能並且藉由耦接一能量輸出裝置300將熱能直接或轉換後輸出利用。

該吸熱後之工作介質F’因放熱程序而冷卻降溫後轉換至工作介質F並且持續流動至第一開口131，並重複上述之S1。

若如圖7所述之廢料處理模組101，完成熱交換程序之中心管吸熱後之工作介質F’與殼側管吸熱後之工作介質F”分別經由第二開口132或第四開口162分別離開第二導料室130與第三導料室160，並一起流入蓄能單元40，或者個別流入該蓄能單元40，該蓄能單元40與中心管吸熱後之工作介質F’發生熱交換程序，或者該蓄能單元40與中心管吸熱後之工作介質F’與殼側管吸熱後之工作介質F”發生熱交換程序，該蓄能單元發生吸熱程序並可儲存熱能。

進一步說明，上述S3與S4之熱交換過程之熱傳遞方式係包含傳導熱傳與對流熱傳，而蓄能單元40所儲存的熱能係可藉由對流熱傳方式或傳導熱傳方式傳遞至一能量輸出裝置300，該能量輸出裝置300係能夠為一熱水提供裝置、一發電裝置、一暖氣提供裝置、一蒸氣產生裝置、一焚化燃燒裝置等。

S5，如圖5所示，經放熱程序後之工作介質F’回到該相對低溫之工作介質F，再藉由該加壓單元50施於動力而持續流動進入該熱交換單元10，並重複上述之S1。

若如圖7所示，經放熱程序後之中心管工作介質F’與殼側管工作介質F”回到該相對低溫之工作介質F，再藉由該加壓單元50施於動力而於不同的輸出管路60持續流動並分別進入該熱交換單元10，並重複上述之S1。

綜合上述，本發明之廢料餘熱回收裝置100及其方法，其係為輸送高溫廢料M之過程中，並可同時輸送相對低溫之工作介質F與高溫廢料M進行一熱交換程序，而中心管吸熱後之工作介質F’於熱交換程序後能夠將該熱能提供給蓄能單元40所儲存，並進一步將所儲存的熱能直接或轉換後再利用，有效提升能源的使用率。

以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

100‧‧‧廢料餘熱回收裝置

101‧‧‧廢料處理模組

102‧‧‧餘熱回收模組

300‧‧‧能量輸出裝置

10‧‧‧熱交換單元

11‧‧‧殼體

111‧‧‧入料口

112‧‧‧出料口

12‧‧‧螺桿

131‧‧‧第一開口

132‧‧‧第二開口

15‧‧‧絕熱套件

20‧‧‧驅動單元

30‧‧‧接頭組件

40‧‧‧蓄能單元

41‧‧‧第一通道

42‧‧‧第二通道

50‧‧‧加壓單元

60‧‧‧輸送管路

M‧‧‧高溫廢料

M’‧‧‧放熱反應後之廢料

F‧‧‧工作介質

F’‧‧‧中心管吸熱後之工作介質

Claims (13)

1. 一種廢料餘熱回收裝置，其包含一廢料處理模組與一餘熱回收模組，該廢料處理模組包含有：一熱交換單元，其係具有：一殼體，其係為兩端分別設有開口之中空管件；該中空部分係為一第一導料室；至少一入料口，其係設於該殼體外周側一端並相通於該殼體，而提供一廢料進入該殼體中；至少一出料口，其係設於遠離該入料口之該殼體外周側一端並相通於該殼體，而提供該廢料離開該殼體；至少一螺桿，其係設於該殼體之內部且其兩端突伸於該殼體之外，該螺桿具有：一桿軸，其係為一中空之桿件且其兩端突伸於該殼體之外，該桿軸之兩端分別設有一第一開口與一第二開口，該桿軸之中空部分係為一第二導料室，該第一開口、該第二開口與該第二導料室係相通；一螺紋葉片，其係設於該桿軸之外周處，該螺紋葉片係以該桿軸為中心並以一間距圍繞於該桿軸；一驅動單元，其係設於該熱交換單元之外部並耦接該螺桿，以驅動該螺桿轉動以推進該廢料移動；以及該餘熱回收模組，其係設於該廢料處理模組之外部並包含有：一蓄能單元；其係內部具有蓄熱介質，並用以儲存熱能；至少一輸送管路，其係兩端分別耦接並相通於該熱交換單元與該蓄能單元，並提供一工作介質可進入或離開該熱交換單元與該蓄能單元；以及一加壓單元，其係設於該輸送管路之任意一側，並提供該工作介質於該輸送管路中流動之動力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之廢料餘熱回收裝置，其中該廢料處理模組更包含有： 一接頭組件，其係選擇性耦接於殼體之兩端，並用以封閉該殼體與支撐該螺桿；一調整組件，其係具有一基座、一第一支架與一第二支架，該第一支架與第二支架的一端可選擇性耦接於該基座上，而另一端係分別與該殼體的兩相對端耦接；一絕熱套件，其係包覆於該殼體，以阻絕該殼體中廢料之多數熱能向該殼體外部擴散；其中，該第一支架與該第二支架支高度係可各別調整，用以配置該入料口與該出料口的相對高度以及之間的位能差。
3. 如申請專利範圍第1項所述之廢料餘熱回收裝置，其中該熱交換單元更包含有：一導料管，該導料管係為一中空管件並設於該殼體之外，該導料管之中空部分係為一第三導料室，該第三導料室分別於兩端側具有一第三開口與第四開口，而該第三開口、該第三導料室與該第四開口係相通；而該殼體可為一圓柱狀或一圓錐狀的中空管件，或者為前述兩者組合之中空管件，而該殼體內的該第一導料室之任一位置的剖面面積大小可為不相同；其中該導料管之材料選用可為SUS304不鏽鋼、SUS310不鏽鋼、SUS316不鏽鋼或鎳合金屬，其外壁係包覆該絕熱套件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之廢料餘熱回收裝置，其中設於該桿軸外周處之該螺紋葉片包含有：複數個溝槽，其係依序設於該螺紋葉片之表面；複數個導熱塊，其係設於該溝槽中，鄰近該桿軸之該些導熱塊一側形成有一導熱柱，該導熱柱之一端延伸並貫穿該桿軸，用以固定該導熱塊於該溝槽中；其中該些溝槽之剖面可為ㄩ形、U形、V形或圓弧形，而該些導熱塊之斷面形狀係相同於該溝槽之剖面形狀，該導熱柱之斷面形狀可為方形、菱形、圓形、橢圓形或O形，該些溝槽間彼此的間距可為固定或不固定，而該些導熱塊與該些 導熱柱係為高熱傳導係數之金屬、合金或非金屬材料；而該螺紋葉片之間距係為可調整，且該螺桿可為一單紋螺旋、雙紋螺旋或其以上設計之方牙螺桿，或者為一單紋螺旋、雙紋螺旋或其以上設計之滾珠螺桿。
5. 如申請專利範圍第1項所述之廢料餘熱回收裝置，其中該驅動單元具有馬達與軸承組件，該軸承組件耦接於該殼體外之該桿軸一端處，該馬達型式可為一步進馬達或一伺服馬達。
6. 如申請專利範圍第1項所述之廢料餘熱回收裝置，其中該餘熱回收模組進一步具有：一能量輸出裝置，其係耦接於該蓄能單元，而該蓄熱介質係可藉由傳導熱傳或對流熱傳之方式將熱能傳遞至該能量輸出裝置，並將該熱能直接或轉換後輸出；而該能量輸出裝置可為一熱水提供裝置、一發電裝置、一暖氣提供裝置、一蒸氣產生裝置、一焚化燃燒裝置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之廢料餘熱回收裝置，其中該蓄能單元內部之該蓄熱介質可為蒸汽、熔融鹽、導熱油、金屬材料或陶瓷材料。
8. 如申請專利範圍第1項所述之廢料餘熱回收裝置，其中該輸送管路係分為兩管路段，其一管路段之一端耦接並相通於該第一開口，另一管路段之一端耦接並相通於該第二開口，而該蓄能單元進一步包含有：一第一通道，其係一端耦接並相通於前述之耦接該第二開口之該管路段的另一端，另一端耦接並相通於該蓄能單元之中；一第二通道，其係一端耦接並相通於前述之耦接該第一開口之該管路段的另一端，另一端耦接並相通於該蓄能單元之中。
9. 如申請專利範圍第3項所述之廢料餘熱回收裝置中，其中該輸送管路係可為複數個獨立管路，每個獨立的該輸送管路分為兩管路段，而且 其一該輸送管路之其一該管路段一端耦接並相通於該桿軸之該第一開口，另一該輸送管路之其一該管路段之一端耦接並相通於該導料管之該第三開口，其一該輸送管路之另一該管路段之一端耦接並相通於該桿軸之該第二開口，另一該輸送管路之另一該管路段之一端耦接並相通於該導料管之該第四開口，而該蓄能單元進一步包含有：複數個該第一通道，其中一者之一端耦接並相通於前述該桿軸之該第二開口之該管路段的另一端，另一者之一端耦接並相通於前述該導料管之該第四開口之該管路段的另一端，而兩者之另一端分別耦接並相通於該蓄能單元之中；複數個該第二通道，其中一者之一端耦接並相通於前述該桿軸之該第一開口之該管路段的另一端，另一者之一端耦接並相通於前述該導料管之該第三開口之該管路段的另一端，而兩者之另一端分別耦接並相通於該蓄能單元之中。
10. 一種使用如申請專利範圍第8項之廢料餘熱回收裝置的廢料餘熱回收方法，其包含以下步驟：一高溫之廢料進入該熱交換單元中；該驅動單元驅動該桿軸，施加一旋轉之外力於該廢料，驅使該廢料朝一指定方向移動；一相對低溫之工作介質由該輸送管路進入該殼體內之一指定空間；該加壓單元施力於該工作介質，驅使該工作介質朝一特定方向移動；該廢料與該工作介質進行一熱交換程序，該工作介質因吸熱而上升至一特定溫度，該熱交換程序之熱傳遞方式為熱傳導與熱對流；在該熱交換單元中經熱交換程序後之工作介質離開該指定空間，並且藉由該輸送管路之一指定路徑進入該蓄能單元；該工作介質與該蓄能單元進行上述之熱交換程序，而該蓄 能單元可吸收熱能後並加以儲存或者輸出利用；在該蓄能單元中經熱交換程序後之該工作介質因冷卻而回到該相對低溫之工作介質，經由該輸送管路之該指定路徑回到該指定空間並再次進行上述之熱交換程序。
11. 一種如申請專利範圍第9項所述之廢料餘熱回收裝置的廢料餘熱回收方法，其包含以下步驟：一高溫之廢料進入該熱交換單元中；該驅動單元驅動該桿軸，施一旋轉之外力於該廢料，驅使該廢料朝一指定方向移動；一相對低溫之工作介質由該輸送管路進入該殼體內之一指定空間；該加壓單元施力於該工作介質，驅使該工作介質朝一特定方向移動；該廢料與該工作介質進行一熱交換程序，該工作介質因吸熱而上升至一特定溫度，該熱交換程序之熱傳遞方式為熱傳導與熱對流；在該熱交換單元中經熱交換程序後之工作介質離開該指定空間，並且藉由該輸送管路之一指定路徑進入該蓄能單元；該工作介質與該蓄能單元進行上述之熱交換程序，而該蓄能單元可吸收熱能後並加以儲存或者輸出利用；在該蓄能單元中經熱交換程序後之該工作介質因冷卻而回到該相對低溫之工作介質，經由該輸送管路之該指定路徑回到該指定空間並再次進行上述之熱交換程序。
12. 如申請專利範圍第10項所述之廢料餘熱回收方法，其中於殼體內之熱交換程序後的該工作介質之該特定溫度係指該熱交換過程中達到溫度平衡，或者未達到溫度平衡之溫度，該特定溫度可為定值或非定值，而該工作介質為一兩相混合流體、一牛頓流體或一非牛頓流體之前述任意一者，而該兩相混合流體可為一液汽混合流體，而該廢料由該入料口進入於該殼體中，而該驅動單元係利用一馬達驅動該螺桿轉動推進 該廢料往該指定方向移動，並經由該出料口離開該殼體，而該高溫之廢料於該殼體內移動之該指定方向，以及該工作介質於該殼體內移動之該特定方向，前述該兩者係可為一相反方向，或為一相同方向，再者，該相對低溫之工作介質進入該指定空間係為該第二導料室，該指定路徑係指離開該指定空間之工作介質經單一該輸送管路進入該蓄能單元以及離開該蓄能單元，該蓄能單元可耦接一能量輸出裝置，將該儲能單元內儲存的熱能傳遞至該能量輸出裝置直接輸出或轉換能量形式後輸出。
13. 如申請專利範圍第11項所述之廢料餘熱回收方法，其中於殼體內之熱交換程序後的該工作介質之該特定溫度係指該熱交換過程中達到溫度平衡，或者未達到溫度平衡之溫度，該特定溫度可為定值或非定值，而該工作介質為一兩相混合流體、一牛頓流體或一非牛頓流體之前述任意一者，而該兩相混合流體可為一液汽混合流體，而該廢料由該入料口進入於該殼體中，而該驅動單元係利用一馬達驅動該螺桿轉動推進該廢料往該指定方向移動，並經由該出料口離開該殼體，而該高溫之廢料於該殼體內移動之該指定方向，以及該工作介質於該殼體內移動之該特定方向，前述該兩者係可為一相反方向，或為一相同方向，再者，該相對低溫之工作介質進入該指定空間係可為該第二導料室或該第三導料室，該指定路徑係指離開該指定空間之工作介質經單一該輸送管路進入該蓄能單元以及離開該蓄能單元，或者離開該各別指定空間之工作介質分別獨自經兩個以上不同之該輸送管路進入該蓄能單元以及離開該蓄能單元，並且該蓄能單元可耦接一能量輸出裝置，將該儲能單元內儲存的熱能傳遞至該能量輸出裝置直接輸出或轉換能量形式後輸出。