TWI755911B

TWI755911B - 具除水功能之廢熱回收裝置

Info

Publication number: TWI755911B
Application number: TW109137505A
Authority: TW
Inventors: 李恆毅; 黃財富; 楊昇府; 陳昱任; 簡光勵; 陳俊良
Original assignee: 行政院原子能委員會核能研究所
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-02-21
Also published as: TW202217208A

Abstract

一種具除水功能之廢熱回收裝置，係包括一冷空氣流道、一熱空氣流道、一滴水槽、一分隔板、一過濾器以及數個熱管組件所構成。熱空氣從熱空氣流道入口進入該熱空氣流道，再從熱空氣流道出口排出，冷空氣經該過濾器從冷空氣流道入口進入該冷空氣流道，再從冷空氣流道出口排出，熱空氣的部分熱能經該些熱管組件傳導至冷空氣，以至於冷空氣溫度上升而熱空氣溫度下降。熱空氣與冷空氣之流動方向相反，冷空氣之溫升與熱空氣之溫降均較高。當該些熱管組件下段表面熱空氣溫度下降至露點溫度以下，空氣中之水汽會凝結附著於該些熱管組件下段表面，然後形成水滴落入該滴水槽，再從排水口流出做後續處理。如此達到該冷空氣溫度上升，熱空氣溫度下降與熱空氣水分排出之功能。

Description

具除水功能之廢熱回收裝置

本發明係有關於一種具除水功能之廢熱回收裝置，尤指涉及一種應用於空調除濕、乾燥製程與工業廢氣等領域氣體之熱能回收，特別係指將含有水汽氣體之熱能回收，並且將水汽冷凝結露後排除者。

目前在工業或民生的場域中，針對含水熱空氣僅有除水裝置但無廢熱回收功能，包括(1)壓縮機出口之高壓熱空氣，目前的排水器無廢熱回收功能；(2)含硫燃料鍋爐與焚化爐之排放煙氣洗滌塔出口需除水，避免凝結酸液造成露點腐蝕，目前除水裝置無廢熱回收功能；(3)除濕輪乾燥機，包括除濕輪工業乾燥機、中央空調除濕輪除濕設備與家用除濕輪除濕機，僅家用除濕輪除濕機具有將除濕輪再生氣流冷凝排水功能，但無熱回收利用。

現有的熱交換器無論是殼管式或板式，如果水平配置，因為氣流方向與管道方向相同，所以冷凝水會伴隨空氣一同流出，如果垂直配置，冷凝水會向下倒流，均無法將水分從空氣中分離。其它缺失如下：

1.板式熱交換器雖然熱效率高，但不具有除水功能。

2.殼管式熱交換器雖然具有除水功能，但熱效率低。

3.兩者流體壓力損失較高，不容易施作表面塗層，不易清除堵灰。

因為室內空氣、製程氣體與排放廢氣均有大量水汽，在熱能回收降溫過程會冷凝結露，需要排除水分。職是之故，鑑於目前習知技術(例如：台灣專利第M516705、M427537、M255928號；及美國專利第US9441322 B2、US10345043B2號)中並無具備除水功能的廢熱回收裝置的專利，故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種可達到使冷空氣溫度上升，熱空氣溫度下降與熱空氣水分排出之功能之具除水功能之廢熱回收裝置。

為達以上之目的，本發明係一種具除水功能之廢熱回收裝置，係包括：一冷空氣流道，含有一冷空氣流道入口與一冷空氣流道出口，該冷空氣流道入口係連接有一過濾器，用以將冷空氣經該過濾器從該冷空氣流道入口進入該冷空氣流道，再從該冷空氣流道出口排出；一熱空氣流道，含有一熱空氣流道入口與一熱空氣流道出口，將熱空氣從該熱空氣流道入口進入該熱空氣流道，再從該熱空氣流道出口排出；數個熱管組件，係穿設於該冷空氣流道與該熱空氣流道之間並組成一熱管陣列，每一熱管組件包括一熱管本體及數個設於該熱管本體上之散熱鳍片，用以將該熱空氣流道內該熱空氣的部分熱能經各該熱管組件傳導至該冷空氣流道內該冷空氣，使該冷空氣溫度上升而該熱空氣溫度下降，且該熱空氣與該冷空氣之流動方向相反；一分隔板，係設置於該冷空氣流道與該熱空氣流道之間，該分隔板形成有數個穿孔，供各該熱管組件穿設於其中，令各該熱管組件被分隔成上段與下段；以及一滴水槽，係設於該熱空氣流道的下端部分抵接的位置，其含有一排水口，當各該熱管組件下段表面熱空氣溫度下降至露點溫度以下，空氣中的水汽會凝結附著於各該熱管組件下段表面，然後形成水滴落入該滴水槽，再從該排水口流出做後續處理。

於本發明上述實施例中，各該熱管組件上段係在該分隔板以上，包括各該熱管本體與各該散熱鳍片，而各該熱管組件下段係在該分隔板以下，僅包括各該熱管本體。

於本發明上述實施例中，各該熱管組件下段之熱管本體為表面光滑且具疏水性之光面本體。

於本發明上述實施例中，各該熱管組件下段之熱管本體係進一步施加防腐蝕表面處理者。

於本發明上述實施例中，該熱管本體為兩端封閉之圓管，內部空且充填部分工作流體，藉液態工作流體吸熱蒸發，氣態工作流體放熱凝結，不斷地重複液態與氣態變化，將熱能從高溫端傳導至低溫端。

於本發明上述實施例中，該熱管陣列面對該冷空氣經由該過濾器進入該冷空氣流道入口之流向，其前排與後排之熱管組件係彼此交錯插空設置。

於本發明上述實施例中，該具除水功能之廢熱回收裝置係適用於壓縮機出口的高壓熱空氣、含硫燃料鍋爐與焚化爐的排放煙氣洗滌塔出口、以及除濕輪乾燥機等應用場域。

1:廢熱回收裝置

2:冷空氣流道

2a:冷空氣流道入口

2b:冷空氣流道出口

3:熱空氣流道

3a:熱空氣流道入口

3b:熱空氣流道出口

4:滴水槽

4a:排水口

5:分隔板

5a:穿孔

6:過濾器

7:熱管組件

7a:熱管本體

7b:散熱鳍片

7c:熱管陣列

8:凝結水滴

8a:冷凝水

101:反應器

101a:燃料入口

101b:冷空氣入口

101c:熱煙氣出口

102:洗滌塔

103:熱煙氣循環風扇

104:冷空氣循環風扇

201:除濕輪

202:再生氣流循環風扇

203:加熱器

204:乾燥空氣循環風扇

301:除濕輪

302:再生氣流循環風扇

303:加熱器

304:乾燥空氣循環風扇

305:冷卻器

306:乾燥箱

401:空氣壓縮機

401a:高壓空氣出口

402:儲氣桶

403:洩壓閥

404:製程空氣循環風扇

405:熱交換器或熱水鍋爐

第1圖，係本發明之實施形態結構示意圖。

第2圖，係本發明之熱管陣列形式俯視示意圖。

第3圖，係本發明之第一應用實施例示意圖。

第4圖，係本發明之第二應用實施例示意圖。

第5圖，係本發明之第三應用實施例示意圖。

第6圖，係本發明之第四應用實施例示意圖。

請參閱『第1圖~第6圖』所示，係分別為本發明之實施形態結構示意圖、本發明之熱管陣列形式俯視示意圖、本發明之第一應用實施例示意圖、本發明之第二應用實施例示意圖、本發明之第三應用實施例示意圖、及本發明之第四應用實施例示意圖。如圖所示：本發明係一種具除水功能之廢熱回收裝置1，係包括一冷空氣流道2、一熱空氣流道3、一滴水槽4、一分隔板5、一過濾器6以及數個熱管組件7所構成。

上述所提之冷空氣流道2含有一冷空氣流道入口2a與一冷空氣流道出口2b，該冷空氣流道入口2a係連接有該過濾器6。

該熱空氣流道3含有一熱空氣流道入口3a與一熱空氣流道出口3b。

該滴水槽4係設於該熱空氣流道3的下端部分抵接的位置，其含有一排水口4a。

該分隔板5係設置於該冷空氣流道2與該熱空氣流道3之間，該分隔板5形成有數個穿孔5a，供各該熱管組件7穿設於其中。

該數個熱管組件7係穿設於該冷空氣流道2與該熱空氣流道3之間並組成一熱管陣列7c。每一熱管組件7包括一熱管本體7a及數個設於該熱管本體7a上之散熱鳍片7b。各該熱管組件7被該分隔板5分隔成上段與下段，各該熱管組件7上段係在該分隔板5以上，包括各該熱管本體7a與各該散熱鳍片7b；各該熱管組件7下段係在該分隔板5以下，僅包括各該熱管本體7a，其表面須光滑，具疏水性，使表面冷凝結露的水滴易於滑落至該滴水槽4，亦可施加防腐蝕表面處理避免露點腐蝕。其中，該熱管本體7a為兩端封閉之圓管，內部真空且充填部分工作流體，藉液態工作流體吸熱蒸發，氣態工作流體放熱凝結，不斷地重複液態與氣態變化，將熱能從高溫端傳導至低溫端，因熱管內部工作流體熱對流傳導快速，所以導熱係數比任何已知物質高。如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之具除水功能之廢熱回收裝置。

上述熱管陣列7c之形式如第2圖所示，在該冷空氣流道2內俯視該熱管陣列7c，該熱管陣列7c面對該冷空氣經該過濾器6進入該冷空氣流道入口2a之流向，其前排與後排之熱管組件7彼此交錯插空。如此，當該冷空氣進入該冷空氣流道2內，該熱空氣進入該熱空氣流道3內，與交錯插空的空熱管組件7陣列發生交互影響，產生紊流，增加熱對流效應。

當運用時，熱空氣從該熱空氣流道入口3a進入該熱空氣流道3，再從該熱空氣流道出口3b排出，冷空氣經該過濾器6從該冷空氣流道入口2a進入該冷空氣流道2，再從該冷空氣流道出口2b排出，該熱空氣的部分熱能經各該熱管組件7傳導至該冷空氣，以至於該冷空氣溫度上升而該熱空氣溫度下降，該熱空氣與該冷空氣之流動方向相反，該冷空氣之溫升與該熱空氣之溫降均較高。當各該熱管組件7下段表面熱空氣溫度下降至露點溫度以下，空氣中的水汽會凝結附著於各該熱管組件7下段表面，然後形成凝結水滴8落入該滴水槽4中集結成冷凝水8a，再從該排水口4a流出做後續處理。

以下實施例僅舉例以供了解本發明之細節與內涵，但不用於限制本發明之申請專利範圍。

[實施例一]

本發明之第一應用實施例如第3圖所示，包括上述所提之廢熱回收裝置1、一反應器101、一洗滌塔102、一熱煙氣循環風扇103及一冷空氣循環風扇104；並且，該反應器101包含一燃料入口101a、一冷空氣入口101b與一熱煙氣出口101c。其中，該反應器101可為焚化爐、內燃機或外燃機。

當運用時，由該冷空氣循環風扇104將環境冷空氣抽入該反應器101內，該熱煙氣循環風扇103將該反應器101之熱煙氣排出，熱煙氣經該洗滌塔102後與冷空氣在該廢熱回收裝置1作熱交換，達到冷空氣溫度上升，熱空氣溫度下降與熱空氣水分排出之功能。藉此，利用溫度上升之冷空氣進入該反應器101可以增加輸出熱能達到節能目的。此實施例適合工業廢熱回收之應用。

[實施例二]

本發明之第二應用實施例如第4圖所示，包括上述所提之廢熱回收裝置1、一除濕輪201、一再生氣流循環風扇202、一加熱器203及一乾燥空氣循環風扇204。其中，該加熱器203可為電熱器、煤油爐或熱泵。

當運用時，該除濕輪201連續轉動，該乾燥空氣循環風扇204抽取環境空氣經該除濕輪201吸附水分後排出，該再生氣流循環風扇202抽取環境空氣經該加熱器203加熱後，將該除濕輪201吸附之水分脫附再排出。再生熱空氣排氣與環境冷空氣在該廢熱回收裝置1作熱交換，達到環境冷空氣溫度上升，再生熱空氣排氣溫度下降與再生熱空氣排氣水分排出之功能。藉此，利用環境冷空氣溫度上升可以減少該加熱器203耗能，達到節能目的。此實施例適合中央空調或室內除濕之應用。

[實施例三]

本發明之第三應用實施例如第5圖所示，包括上述所提之廢熱回收裝置1、一除濕輪301、一再生氣流循環風扇302、一加熱器303、一乾燥空氣循環風扇304、一冷卻器305及一乾燥箱306。其中，該加熱器303可為電熱器、煤油爐或熱泵。

當運用時，該除濕輪301連續轉動，該乾燥空氣循環風扇304抽取該乾燥箱306排出潮濕空氣經該除濕輪301吸附水分後再送入該乾燥箱306，該再生氣流循環風扇302抽取環境空氣經該加熱器303加熱後，將該除濕輪301吸附之水分脫附再排出。再生熱空氣排氣與環境冷空氣在該廢熱回收裝置1作熱交換，達到環境冷空氣溫度上升，再生熱空氣排氣溫度下降與再生熱空氣排氣水分排出之功能。藉此，利用環境冷空氣溫度上升可以減少該加熱器303耗能，達到節能目的。此實施例適合農產品、醫藥、塑膠、及電子乾燥之應用。

[實施例四]

本發明之第四應用實施例如第6圖所示，包括上述所提之廢熱回收裝置1、一空氣壓縮機401、一儲氣桶402、一洩壓閥403、一製程空氣循環風扇404及一熱交換器或熱水鍋爐405，且該空氣壓縮機401含有一高壓空氣出口401a。

當運用時，環境冷空氣被吸入該製程空氣循環風扇404，從該冷空氣流道入口2a進入該廢熱回收裝置1，再從該冷空氣流道出口2b流出，再進入該熱交換器或熱水鍋爐405，高壓熱空氣從該高壓空氣出口401a流出該空氣壓縮機401，再從該熱空氣流道入口3a進入該廢熱回收裝置1，再從該熱空氣流道出口3b流出，進入該儲氣桶402。高壓熱空氣之水分經該廢熱回收裝置1分離後從該排水口4a經該洩壓閥403排出。藉此，將溫度上升之環境冷空氣進入該熱交換器或熱水鍋爐405，回收高壓熱空氣熱能再利用，達到節能目的。

由上述可知，本發明主要功能係將含有水分之熱空氣廢熱回收，並且將水分從降溫之空氣中分離並且收集後排出。可應用場域包括：(1)壓縮機出口之高壓熱空氣；(2)含硫燃料鍋爐與焚化爐之排放煙氣洗滌塔出口；及(3)除濕輪乾燥機。對此，本發明所運用的技術手段係將熱管軸向與氣流方向垂直配置，利用熱管高導熱特性，將熱管下段熱空氣熱能傳導至上段冷空氣，使熱管下段表面熱空氣冷凝結露向下落入下方滴水槽，使熱空氣在流出前，將水分分離收集。藉此裝置，使用本發明技術可提升除濕輪乾燥設備或工廠之能源效率與除水功能，有助國內農產品、食品、塑膠及半導體產業之乾燥技術發展並提升工業能源效率。

綜上所述，本發明係一種具除水功能之廢熱回收裝置，可有效改善習用之種種缺點，係具有結露排水及回收廢熱之功能，可產生之功效包含回收廢熱增加能源效率，並能將潮濕空氣之水汽凝結除去再排出，因此達到熱效率高，且具有除水功能之目的，相對於傳統殼管式或板式熱交換器，本發明技術特點為熱傳係數較高、流體壓力損失較低、容易施作表面塗層、以及易於排除水分與清除堵灰，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。