熱交換器、熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】一種熱交換器、熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)及其控制方法，熱交換器包括一蒸發(fā)器、一汽液分離器、一液位感測(cè)器以及一控制器。蒸發(fā)器用以加熱一工質(zhì)至一汽液兩相，蒸發(fā)器具有一工質(zhì)入口管路以及一工質(zhì)出口管路。汽液分離器連接工質(zhì)出口管路，以將工質(zhì)分離為一汽態(tài)工質(zhì)與一液態(tài)工質(zhì)。液位感測(cè)器用以檢測(cè)汽液分離器內(nèi)液態(tài)工質(zhì)的高度并輸出一液位信號(hào)?？刂破饔靡越邮找何恍盘?hào)，并控制蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)的干度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】熱交換器、熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱傳裝置，且特別涉及一種具工質(zhì)干度控制機(jī)制的熱交換器及其熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]中低溫廢熱發(fā)電市場(chǎng)近幾年蓬勃發(fā)展,其中有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic RankineCycle，0RC)為目前中低溫廢熱發(fā)電技術(shù)中最為成熟且具經(jīng)濟(jì)效益的一種技術(shù)。有機(jī)朗肯循環(huán)為一封閉熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，其關(guān)鍵元件和工作原理如下:(I)工質(zhì)升壓泵(pump):升壓液態(tài)工質(zhì)，并送入蒸發(fā)器中加熱；(2)蒸發(fā)器(evaporator):吸取熱源流體的熱能，以汽化工質(zhì)；
[3]膨脹機(jī)及發(fā)電機(jī)組(expanderand power generator):轉(zhuǎn)換工質(zhì)的熱能和壓力能為膨脹機(jī)的軸功率(shaft power),再經(jīng)由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力；(4)冷凝器(condenser):冷凝做功后的汽態(tài)工質(zhì)成為液態(tài)，并送往工質(zhì)升壓泵的入口，完成循環(huán)。
[0003]有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)屬于雙循環(huán)系統(tǒng)(binary cycle system)。其一,ORC回路中的工質(zhì)，經(jīng)歷液泵升壓、蒸發(fā)器汽化、膨脹機(jī)做功、冷凝器液化等過(guò)程，完成密閉式熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)。其二，來(lái)自熱源的熱流(hot stream),則通過(guò)蒸發(fā)器,將熱能傳遞給工質(zhì)。在蒸發(fā)器內(nèi)，工質(zhì)通過(guò)熱傳介質(zhì)(例如:殼管式熱交換器的熱傳管、板式熱交換器的熱傳板)吸收熱流熱能。熱流于蒸發(fā)器放熱后，即經(jīng)由蒸發(fā)器的熱流出口流回至外界環(huán)境。視熱流出口的溫度與流量，熱流可能直接排放或再利用。
[0004]工質(zhì)在蒸發(fā)器的出口一般設(shè)計(jì)為飽和汽態(tài)或過(guò)熱汽態(tài)。若為飽和汽態(tài)，由于工質(zhì)于出口的流速大，可能挾帶液滴流出，工質(zhì)液滴在膨脹機(jī)內(nèi)將產(chǎn)生液膨脹問(wèn)題，造成膨脹機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)和電力輸出不穩(wěn)等現(xiàn)象。若為過(guò)熱汽態(tài)，工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)的熱阻增加，導(dǎo)致整體熱傳性能降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種熱交換器及熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，藉由控制工質(zhì)的干度以提升工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)的熱傳性能。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種控制方法，藉由控制蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)的干度以提升蒸發(fā)器的整體熱傳性能，降低蒸發(fā)器面積需求。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種控制機(jī)制的熱交換器，包括一蒸發(fā)器、一汽液分離器、一液位感測(cè)器以及一控制器。蒸發(fā)器用以加熱一工質(zhì)至一汽液兩相，蒸發(fā)器具有一工質(zhì)入口管路以及一工質(zhì)出口管路。汽液分離器連接工質(zhì)出口管路，以將工質(zhì)分離為一汽態(tài)與一液態(tài)。液位感測(cè)器用以檢測(cè)汽液分離器內(nèi)液態(tài)工質(zhì)的高度并輸出一液位信號(hào)。控制器用以接收液位信號(hào)，并控制蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)的干度。此外，在一實(shí)施例中，汽液分離器具有一汽態(tài)工質(zhì)出口管路以及一液態(tài)工質(zhì)回流管路，液態(tài)工質(zhì)回流管路連接蒸發(fā)器的工質(zhì)入口管路，使液態(tài)工質(zhì)回流至蒸發(fā)器。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，包括一蒸發(fā)器、一汽液分離器、一液位感測(cè)器、一控制器、一冷凝器、一發(fā)電模塊以及一泵。蒸發(fā)器用以加熱一工質(zhì)至一汽液兩相，蒸發(fā)器具有一工質(zhì)入口管路以及一工質(zhì)出口管路。汽液分離器連接工質(zhì)出口管路，以將工質(zhì)分離為一汽態(tài)與一液態(tài)。液位感測(cè)器用以檢測(cè)汽液分離器內(nèi)液態(tài)工質(zhì)的高度并輸出一液位信號(hào)。控制器用以接收液位信號(hào)，并控制蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)的干度。冷凝器用以冷卻該工質(zhì)至一液態(tài)。發(fā)電模塊藉由一第一管路連接該汽液分離器的一出口，并藉由一第二管路連接該冷凝器的一入口。泵藉由一第三管路連接該冷凝器的一出口，并藉由一第四管路連接該蒸發(fā)器的一入口。此外，在一實(shí)施例中，汽液分離器具有一汽態(tài)工質(zhì)出口管路以及一液態(tài)工質(zhì)回流管路，液態(tài)工質(zhì)回流管路連接蒸發(fā)器的工質(zhì)入口管路，使液態(tài)工質(zhì)回流至蒸發(fā)器。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種控制方法，包括下列步驟。提供一蒸發(fā)器，并通入一熱流(hot stream)至蒸發(fā)器中，以加熱工質(zhì)至一汽液兩相。通入汽液兩相的工質(zhì)至一汽液分離器中，以分離為一汽態(tài)與一液態(tài)。檢測(cè)液態(tài)工質(zhì)的高度并輸出一液位信號(hào)。以一控制器接收液位信號(hào)，并控制蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)的干度。此外，在一實(shí)施例中，引導(dǎo)液態(tài)工質(zhì)回流至蒸發(fā)器的一入口。
[0010]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的具工質(zhì)干度控制機(jī)制的熱交換器；
[0012]圖2繪示工質(zhì)的熱傳系數(shù)與干度之間的關(guān)系圖；
[0013]圖3繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的具干度控制機(jī)制的熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)；
[0014]圖4繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的干度控制方法的各個(gè)步驟；
[0015]圖5繪示有機(jī)朗肯循環(huán)(0RC)系統(tǒng)中溫度-熵的性能圖。
[0016]其中，附圖標(biāo)記
[0017]100:熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)
[0018]101:熱交換器
[0019]110:蒸發(fā)器
[0020]112:工質(zhì)入口管路
[0021]114:工質(zhì)出口管路
[0022]120:汽液分離器
[0023]122:汽態(tài)工質(zhì)出口管路
[0024]124:壓力感測(cè)器
[0025]126:液態(tài)工質(zhì)回流管路
[0026]130:液位感測(cè)器
[0027]131:第一管路
[0028]132:第二管路
[0029]133:第三管路
[0030]134:第四管路
[0031]140:控制器
[0032]150:發(fā)電模塊
[0033]151:膨脹機(jī)
[0034]152:發(fā)電機(jī)
[0035]160:冷凝器
[0036]170:泵
[0037]F:工質(zhì)
[0038]Fp:汽態(tài)工質(zhì)
[0039]Fq:液態(tài)工質(zhì)
[0040]C:冷流
[0041]H:熱流
[0042]In:入口
[0043]Out:出口

【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述:
[0045]在本實(shí)施例的一范例中，藉由控制工質(zhì)的干度以提升工質(zhì)的熱傳性能。例如:以一蒸發(fā)器搭配一汽液分離器，讓汽液兩相的工質(zhì)排出蒸發(fā)器之后，進(jìn)入汽液分離器。當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)處于汽液兩相狀態(tài)時(shí)，工質(zhì)的干度保持在60?80%之間。相對(duì)于液態(tài)工質(zhì)或過(guò)熱汽態(tài)的工質(zhì)而言，汽液兩相的工質(zhì)具有較佳的熱傳系數(shù)及較低的熱阻，因此工質(zhì)的干度保持在60?80%之間，將可提升工質(zhì)的熱傳性能。
[0046]在一實(shí)施例中，若蒸發(fā)器米用殼管式熱交換器，工質(zhì)在蒸發(fā)器的出口一般設(shè)計(jì)為飽和汽態(tài)或過(guò)熱汽態(tài)，汽態(tài)工質(zhì)離開(kāi)蒸發(fā)器后，再導(dǎo)引進(jìn)入發(fā)電模塊做功及發(fā)電。在另一實(shí)施例中，若蒸發(fā)器采用板式熱交換器，由于工質(zhì)在板片間流速大，離開(kāi)蒸發(fā)器時(shí)尚挾帶液滴，因此于蒸發(fā)器出口處較佳為過(guò)熱汽態(tài)。
[0047]在本實(shí)施例的一范例中，檢測(cè)工質(zhì)的壓力的方法通常有兩種，一種是用壓力感測(cè)器來(lái)檢測(cè)蒸發(fā)器內(nèi)的壓力，另一種是利用溫度感測(cè)器來(lái)檢測(cè)蒸發(fā)器內(nèi)的溫度。當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)處于汽液兩相狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度是彼此相依的。蒸發(fā)溫度是指液態(tài)的工質(zhì)在一定的壓力下蒸發(fā)或沸騰時(shí)的飽和溫度(沸點(diǎn))，此時(shí)的壓力稱(chēng)為蒸發(fā)壓力。蒸發(fā)壓力增加，相對(duì)地蒸發(fā)溫度也會(huì)增加。因此，只要將蒸發(fā)器內(nèi)的壓力或溫度控制在一定的數(shù)值，就可以保持蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)壓力。
[0048]在本實(shí)施例的一范例中，利用汽液分離器的目的是為了將汽液兩相的工質(zhì)分離為一汽態(tài)工質(zhì)與一液態(tài)工質(zhì)，并引導(dǎo)汽態(tài)工質(zhì)進(jìn)入下游的發(fā)電模塊。液態(tài)工質(zhì)可被引導(dǎo)進(jìn)入蒸發(fā)器的入口，直接與泵出口的低溫工質(zhì)混合并使低溫工質(zhì)增溫后，再進(jìn)入蒸發(fā)器中。因此，在進(jìn)入蒸發(fā)器之前，可降低過(guò)冷液態(tài)工質(zhì)的比例，以降低蒸發(fā)器內(nèi)的熱傳面積需求。在另一實(shí)施例中，液態(tài)工質(zhì)亦可被引導(dǎo)進(jìn)入冷凝器的入口。
[0049]以下是提出實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例僅用以作為范例說(shuō)明，并非用以限縮本發(fā)明欲保護(hù)的范圍。
[0050]請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的具工質(zhì)干度控制機(jī)制的熱交換器101，其包括一蒸發(fā)器110、一汽液分離器120、一液位感測(cè)器130以及一控制器140。蒸發(fā)器110用以加熱一工質(zhì)F至一汽態(tài)。蒸發(fā)器110內(nèi)例如設(shè)有一個(gè)或多個(gè)熱流管路，由入口 In通向出口 Out，使來(lái)自于熱源的熱流Η通過(guò)熱流管路將熱能傳遞給工質(zhì)F。蒸發(fā)器110具有一工質(zhì)入口管路112以及一工質(zhì)出口管路114，使工質(zhì)F經(jīng)由工質(zhì)入口管路112進(jìn)入后，可在蒸發(fā)器110內(nèi)蒸發(fā)、汽化，并由液態(tài)變?yōu)槠簝上?，之后再由工質(zhì)出口管路114排出。
[0051]在一實(shí)施例中，蒸發(fā)器110可為殼管式熱交換器或板式熱交換器。上述的熱流管路可為殼管式熱交換器的熱傳管或板式熱交換器的熱傳板等。此外，應(yīng)用在有機(jī)朗肯循環(huán)中，可利用常壓低沸點(diǎn)的有機(jī)物質(zhì)(例如:冷媒、碳?xì)浠衔?為工質(zhì)，并可利用工業(yè)廢熱、地?zé)帷厝蛱?yáng)能等多樣化的中低溫?zé)嵩磥?lái)加熱工質(zhì)，使工質(zhì)在蒸發(fā)器110內(nèi)蒸發(fā)、汽化，汽化后的工質(zhì)再導(dǎo)引至發(fā)電模塊150 (參見(jiàn)圖3)做功并發(fā)電。
[0052]另外，應(yīng)用在極低溫0RC發(fā)電系統(tǒng)，可利用常溫水(或表層海水)為熱源來(lái)加熱以液態(tài)天然氣、液態(tài)氮或液態(tài)氧做為冷流的工質(zhì)，使工質(zhì)在蒸發(fā)器110內(nèi)蒸發(fā)、汽化，汽化后的工質(zhì)再導(dǎo)引至發(fā)電模塊150 (參見(jiàn)圖3)做功并發(fā)電。
[0053]在一實(shí)施例中，工質(zhì)在蒸發(fā)器110內(nèi)的干度為液態(tài)工質(zhì)汽化的比例。干度越高，汽化的比例越高。因此，可藉由汽液分離器120將汽液兩相工質(zhì)分離為一汽態(tài)工質(zhì)Fp與一液態(tài)工質(zhì)Fq，由液態(tài)工質(zhì)Fq于汽液分離器120內(nèi)的液位高度來(lái)得知工質(zhì)的干度。液位高度增加，表示干度減少；而液位高度減少，表示干度增加，兩者呈反比關(guān)系。
[0054]液位感測(cè)器130設(shè)置于汽液分離器120中或液態(tài)工質(zhì)回流管路126上，用以檢測(cè)汽液分離器120內(nèi)液態(tài)工質(zhì)Fq的高度并輸出一液位信號(hào)，并將液位信號(hào)傳輸至控制器140，以達(dá)到干度控制的目的。
[0055]請(qǐng)參照?qǐng)D2，一般工質(zhì)在干度60?80%時(shí)，其熱傳系數(shù)達(dá)峰值，之后，熱傳系數(shù)隨干度增加而陡降。當(dāng)工質(zhì)過(guò)熱后(干度> 1)，其熱傳機(jī)制屬于單相汽態(tài)熱傳，熱傳系數(shù)差。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器時(shí)，工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱能蒸發(fā)后，在離開(kāi)蒸發(fā)器時(shí)為過(guò)熱狀態(tài)，因此傳統(tǒng)的蒸發(fā)器由于干度大于0.8，傳熱系數(shù)陡降(參見(jiàn)圖2)，故需要的熱傳面積較大，因而增加成本。
[0056]一般而言，汽液分離器120的種類(lèi)可分為板式分離器、旋風(fēng)式分離器及離心式分離器。在汽液分離器120中，由于汽態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)的密度不同，兩者一起流動(dòng)時(shí)，液態(tài)工質(zhì)會(huì)受到重力的作用，產(chǎn)生一個(gè)向下的速度，而汽態(tài)工質(zhì)仍然朝著原來(lái)的方向流動(dòng)。也就是說(shuō)，汽態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)在重力場(chǎng)中有分離的傾向，向下的液體附著在壁面上匯聚在一起經(jīng)由出口管路126排出。
[0057]控制器140例如是可程序化邏輯控制器，用以調(diào)整液態(tài)工質(zhì)在蒸發(fā)器110內(nèi)的容量，并接收液位感測(cè)器130所輸出的液位信號(hào)，藉以判斷蒸發(fā)器110內(nèi)工質(zhì)的干度是否大于一設(shè)定值(例如工質(zhì)汽化比例高于0.8以上，也就是熱傳系數(shù)陡降時(shí)的干度)。若是，表示工質(zhì)過(guò)熱，控制器140可藉由變頻控制方法調(diào)整泵170 (參見(jiàn)圖3)的流量和壓力，也就是調(diào)整工質(zhì)的流速，增加入口流量，以保持工質(zhì)在蒸發(fā)器110內(nèi)為汽液兩相。此時(shí)，工質(zhì)具有較佳的熱傳系數(shù)及較低的熱阻。另外，當(dāng)蒸發(fā)器110內(nèi)工質(zhì)的干度小于一設(shè)定值(例如工質(zhì)汽化比例低于0.2以下)，表示工質(zhì)過(guò)冷，控制器140可藉由變頻控制方法調(diào)整工質(zhì)的流速，降低入口流量。
[0058]在一實(shí)施例中，壓力感測(cè)器124可設(shè)置于汽液分離器120的汽態(tài)工質(zhì)出口管路122上，用以檢測(cè)工質(zhì)的蒸發(fā)壓力并輸出一蒸發(fā)壓力信號(hào)至控制器140，以確保工質(zhì)為飽和汽態(tài)。另外，在另一實(shí)施例中，壓力感測(cè)器124可被一溫度感測(cè)器所取代或同時(shí)使用。溫度感測(cè)器用以檢測(cè)汽液分離器120內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)溫度并輸出一蒸發(fā)溫度信號(hào)至控制器140，以確保工質(zhì)為飽和汽態(tài)。
[0059]請(qǐng)參照?qǐng)D3，其繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的具工質(zhì)干度控制機(jī)制的熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)100。此熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)100包括一蒸發(fā)器110、一汽液分離器120、一液位感測(cè)器130、一控制器140、一發(fā)電模塊150、一冷凝器160以及一泵170。蒸發(fā)器110用以加熱工質(zhì)F至一汽態(tài)。冷凝器160用以冷卻一工質(zhì)F至一液態(tài)。發(fā)電模塊150藉由一第一管路131連接汽液分離器120的一出口，并藉由一第二管路132連接冷凝器160的一入口。此外，泵170藉由一第三管路133連接冷凝器160的一出口，并藉由一第四管路134連接蒸發(fā)器110的一入口，以形成一封閉回路。因此，此熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)可為一封閉熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)。
[0060]上述的發(fā)電模塊150例如是由膨脹機(jī)(例如:渦輪機(jī)、螺旋式膨脹機(jī)、渦卷式膨脹機(jī))以及發(fā)電機(jī)組合而成。請(qǐng)參照?qǐng)D2，在一實(shí)施例中，具有高溫蒸汽狀態(tài)的工質(zhì)F的熱能和壓力能轉(zhuǎn)換為膨脹機(jī)151的軸功率，再將工質(zhì)膨脹做功產(chǎn)生的機(jī)械能輸入至發(fā)電機(jī)152，并由發(fā)電機(jī)152產(chǎn)生電力。此外，做功完后的工質(zhì)F流經(jīng)冷凝器160，并通過(guò)熱傳介質(zhì)中的冷流C吸收工質(zhì)F的熱能，而成為液態(tài)工質(zhì)，接著，藉由泵170升壓液態(tài)工質(zhì)，并送入蒸發(fā)器110中加熱，以構(gòu)成一熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)。
[0061]有關(guān)蒸發(fā)器110、汽液分離器120、液位感測(cè)器130以及控制器140的工作原理，請(qǐng)參照?qǐng)D1及相關(guān)內(nèi)容，以下略述干度控制方法。請(qǐng)參照?qǐng)D4，其繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的工質(zhì)干度控制方法的各個(gè)步驟。首先，在步驟401中，提供一蒸發(fā)器110，并通入一工質(zhì)F至蒸發(fā)器110中，以加熱工質(zhì)F至一汽液兩相。在步驟402中，通入汽液兩相工質(zhì)至一汽液分離器120中，以分離為一汽態(tài)工質(zhì)Fp與一液態(tài)工質(zhì)Fq。在步驟403中，檢測(cè)液態(tài)工質(zhì)Fq的高度并輸出一液位信號(hào)。此液位信號(hào)例如以電信號(hào)輸出至一控制器140。在步驟404中，使液態(tài)工質(zhì)Fq回流至蒸發(fā)器110的一入口，并與泵170出口的低溫工質(zhì)混合并使低溫工質(zhì)增溫后，再進(jìn)入蒸發(fā)器110中。在步驟405中，以控制器140接收液位信號(hào)，并調(diào)整泵170的流量和壓力，藉以調(diào)整工質(zhì)F的入口流量。因此，只要能保持工質(zhì)F在蒸發(fā)器110內(nèi)為汽液兩相，即可控制蒸發(fā)器110內(nèi)工質(zhì)的干度在一定范圍內(nèi)，例如0.4?0.8左右，較佳為0.6?0.8 (視選用工質(zhì)于沸騰時(shí)的熱傳特性而定)，但本發(fā)明不以此為限。
[0062]由上述的干度控制方法可知，藉由控制工質(zhì)的干度以提升工質(zhì)的熱傳性能，進(jìn)而提升整體0RC系統(tǒng)的熱效率。
[0063]請(qǐng)參照?qǐng)D5，其繪示有機(jī)朗肯循環(huán)(0RC)系統(tǒng)中溫度-熵的性能圖。如圖5中所繪示的虛線，其為汽液分離器120中的液態(tài)工質(zhì)Fq回流至蒸發(fā)器110的熱傳路徑。高溫的液態(tài)工質(zhì)與泵170出口的低溫工質(zhì)混合并使低溫工質(zhì)增溫后，再進(jìn)入蒸發(fā)器110中加熱。因此，在進(jìn)入蒸發(fā)器110之前，可降低過(guò)冷(subcooled)液態(tài)工質(zhì)的比例，以降低蒸發(fā)器110內(nèi)的熱傳面積需求。
[0064]本發(fā)明上述實(shí)施例所揭露的具工質(zhì)干度控制機(jī)制的熱交換器及熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)和應(yīng)用其干度控制方法，藉由工質(zhì)在汽液兩相區(qū)內(nèi)的高熱傳特性，控制工質(zhì)于蒸發(fā)器出口的干度，以達(dá)到下列功效:(1)工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)表現(xiàn)最佳熱傳性能，大幅降低蒸發(fā)器熱傳面積需求、降低成本；(2)工質(zhì)于汽液分離器后，提供飽和汽態(tài)工質(zhì)進(jìn)入發(fā)電模塊，提升整體0RC系統(tǒng)熱效率；(3)汽液分離后的液態(tài)工質(zhì)直接與低溫工質(zhì)混合，再進(jìn)入蒸發(fā)器，可降低過(guò)冷液態(tài)工質(zhì)的比例，降低蒸發(fā)器內(nèi)的熱傳面積需求。
[0065]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換器，其特征在于，包括: 一蒸發(fā)器，用以加熱一工質(zhì)至一汽液兩相，該蒸發(fā)器具有一工質(zhì)入口管路以及一工質(zhì)出口管路； 一汽液分離器，連接該工質(zhì)出口管路，以將該工質(zhì)分離為一汽態(tài)與一液態(tài)； 一液位感測(cè)器，用以檢測(cè)該汽液分離器內(nèi)該液態(tài)工質(zhì)的高度并輸出一液位信號(hào)；以及 一控制器，用以接收該液位信號(hào)，以控制該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度介于0.6-0.8 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，該汽液分離器內(nèi)該液態(tài)工質(zhì)的高度與該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度呈反比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，該控制器判斷該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度是否大于一設(shè)定值，以得知該工質(zhì)狀態(tài)，該設(shè)定值為該工質(zhì)汽化比例大于0.8以上時(shí)的干度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱交換器，其特征在于，該工質(zhì)干度大于設(shè)定值時(shí)，該控制器調(diào)整該工質(zhì)的流速，以增加該工質(zhì)的入口流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，該汽液分離器具有一汽態(tài)工質(zhì)出口管路以及一液態(tài)工質(zhì)回流管路，該液態(tài)工質(zhì)回流管路連接該蒸發(fā)器的該工質(zhì)入口管路，使該液態(tài)工質(zhì)回流至該蒸發(fā)器。
7.一種熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 一蒸發(fā)器，用以加熱一工質(zhì)至一汽液兩相，該蒸發(fā)器具有一工質(zhì)入口管路以及一工質(zhì)出口管路； 一汽液分離器，連接該工質(zhì)出口管路，以將該工質(zhì)分離為一汽態(tài)與一液態(tài)，該汽液分離器具有一汽態(tài)工質(zhì)出口管路以及一液態(tài)工質(zhì)回流管路，該液態(tài)工質(zhì)回流管路連接該工質(zhì)入口管路，使該液態(tài)工質(zhì)回流至該蒸發(fā)器； 一液位感測(cè)器，用以檢測(cè)該液態(tài)工質(zhì)的高度并輸出一液位信號(hào)； 一控制器，用以接收該液位信號(hào)，并控制該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度； 一冷凝器，用以冷卻該工質(zhì)至一液態(tài)； 一發(fā)電模塊，藉由一第一管路連接該汽液分離器的一出口，并藉由一第二管路連接該冷凝器的一入口 ；以及 一泵，藉由一第三管路連接該冷凝器的一出口，并藉由一第四管路連接該蒸發(fā)器的一入口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度介于0.6-0.8 之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該汽液分離器內(nèi)該液態(tài)工質(zhì)的高度與該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度呈反比。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該控制器判斷該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度是否大于一設(shè)定值，以得知該工質(zhì)狀態(tài)，該設(shè)定值為該工質(zhì)汽化比例大于0.8以上時(shí)的干度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該工質(zhì)干度大于設(shè)定值時(shí)，該控制器調(diào)整該工質(zhì)的流速，以增加該工質(zhì)的入口流量。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該汽液分離器具有一汽態(tài)工質(zhì)出口管路以及一液態(tài)工質(zhì)回流管路，該液態(tài)工質(zhì)回流管路連接該蒸發(fā)器的該工質(zhì)入口管路，使該液態(tài)工質(zhì)回流至該蒸發(fā)器。
13.—種控制方法，其特征在于，包括: 提供一蒸發(fā)器，并通入一工質(zhì)至該蒸發(fā)器中，以加熱該工質(zhì)至一汽液兩相； 通入汽液兩相的該工質(zhì)至一汽液分離器中，以分離為一汽態(tài)與一液態(tài)； 檢測(cè)該液態(tài)工質(zhì)的高度并輸出一液位信號(hào)；以及 以一控制器接收該液位信號(hào)，并控制該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度介于0.6-0.8 之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，該汽液分離器內(nèi)該液態(tài)工質(zhì)的高度與該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度呈反比。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，該控制器判斷該蒸發(fā)器內(nèi)該工質(zhì)的干度是否大于一設(shè)定值，以得知該工質(zhì)是否過(guò)熱，該設(shè)定值為該工質(zhì)汽化比例大于0.8以上時(shí)的干度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制方法，其特征在于，該工質(zhì)的干度大于設(shè)定值時(shí)，該控制器調(diào)整該工質(zhì)的流速，以增加該工質(zhì)的入口流量。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，更包括引導(dǎo)該液態(tài)工質(zhì)回流至該蒸發(fā)器的一入口。
【文檔編號(hào)】F28F27/00GK104422202SQ201310613779
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】徐菘蔚, 郭啟榮 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院