CN109630381B - 热回收*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热回收***，其包括空压装置、第一热交换器、液体管路以及至少一干燥装置。空压装置提供加压流体。液体管路供一热回收液体流动。加压流体自空压装置经第一热交换器到达干燥装置，干燥装置排出干燥后的加压流体。干燥装置包括第二热交换器以及吸附剂，其中吸附剂用以吸收加压流体的水汽。热回收液体经由液体管路在第一热交换器和第二热交换器之间流动。加压流体在第一热交换器与热回收液体热交换，脱附气体与热回收液体在第二热交换器中热交换。脱附气体自第二热交换器流至吸附剂，以排除吸附剂中的水分。

Description

热回收***

技术领域

本发明有关于一种热回收***，特别是有关于一种可以自空压机回收热能的热回收***。

背景技术

空气干燥机为空气压缩***中不可缺少的设备，经空气压缩机压缩后的空气含有大量的凝结水、油渍及粉尘。干燥机主要用途在于去除这类凝结水，净化压缩空气以利后续应用。

然而，干燥机中需要有吸附剂来吸附压缩后的空气中的凝结水，但已经吸附凝结水的吸附剂仍需要加热的空气来脱附、再生，以便继续提供后续的吸附功能，但同时也增加了额外的能耗。因此，如何提供一个可以有效应用能量的空气压缩***，仍是本领域亟欲解决的问题之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种热回收***，其可以回收空压机压缩气体时所产生的热能，同时可以降低高压气体在去除水气时所需的能量消耗。

本发明实施例的热回收***包括空压装置、第一热交换器、液体管路以及至少一干燥装置。空压装置包括提供加压流体的第一空压机。液体管路供一热回收液体流动。加压流体自第一空压机经第一热交换器到达干燥装置，干燥装置排出干燥后的加压流体。干燥装置包括第二热交换器以及吸附剂，其中吸附剂用以吸收加压流体的水汽。热回收液体经由液体管路在第一热交换器和第二热交换器之间流动。加压流体在第一热交换器与热回收液体热交换，一脱附气体与热回收液体在第二热交换器中热交换。脱附气体自第二热交换器流至吸附剂，以排除吸附剂中的水分。

在本发明的一实施例中，空压装置还包括低温流体源以及第一冷凝器。低温流体源提供一低温流体，低温流体自低温流体源流至第一冷凝器与加压流体热交换。加压流体自第一空压机经第一热交换器、第一冷凝器后到达干燥装置。

在本发明的一实施例中，上述的空压装置还包括第一空压热交换器、第二空压机、第二空压热交换器以及第三空压机。第一冷凝器、第一空压热交换器以及第二空压热交换器并联至低温流体源以各自接收低温流体。加压流体依序经第三空压机、第二空压机以及第一空压机压缩。第二空压热交换器以低温流体与进入第二空压机之前的加压流体热交换，第一空压热交换气以低温流体与进入第一空压机之前的加压流体热交换。

在本发明的一实施例中，上述的干燥装置还包括提供脱附气体至第二热交换器的鼓风机。

在本发明的一实施例中，上述的干燥装置还包括加热装置。加热装置用以加热来自第二热交换器的脱附气体，加热后的脱附气体用以排除吸附剂中的水分。

在本发明的一实施例中，经上述的加热装置加热过的脱附流体的温度落在摄氏120度至摄氏250度的范围。

在本发明的一实施例中，上述的干燥装置还包括多个腔体。吸附剂配置于这些腔体中。加压流体流经其中一腔体以经由腔体中的吸附剂吸附水汽，脱附流体流经其中另一腔体以排除另一腔体中的吸附剂的水分。干燥装置适于切换加压流体以及脱附流体的流路，使这些腔体中的吸附剂轮流吸附加压流体中的水汽或排除水分。

在本发明的一实施例中，上述的热回收***还包括应用装置。应用装置包括第三热交换器以及耗热装置。第三热交换器与干燥装置的第二热交换器经由液体管路并联至第一热交换器。耗热装置提供一应用流体至第三热交换器，应用流体与热回收液体在第三热交换器中热交换，耗热装置接收应用流体自第三热交换器回收的热能。

在本发明的一实施例中，上述的耗热装置包括锅炉或暖气机。

在本发明的一实施例中，上述的脱附流体自第二热交换器流出时的温度落在摄氏120度至摄氏150度的范围，且吸附剂的材质包括硅胶。

由上述可知，本发明藉由第一热交换器以及液体管路，本发明实施例的热回收***可以有效回收空压过程所产生的热能，同时可以减少干燥机的能量消耗。

附图说明

图1A是本发明第一实施例的热回收***的***示意图；

图1B是本发明第一实施例的热回收***的详细***示意图；

图2是本发明第二实施例的热回收***的***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。

本发明实施例所提出的热回收***适于应用在空压装置。较佳而言，本发明实施例所提出的热回收***包括空压装置以及干燥装置，空压装置可以提供加压流体至干燥装置。空压装置可以藉由例如是螺杆式压缩机(Screw Compressor)或离心式压缩机(Centrifugal Compressor)加压以形成加压流体，干燥装置用以去除加压流体中所含有的水汽(water vapor)，以利后段应用。同时，干燥装置中用以脱附(desorption)或再生(regeneration)吸附剂的热能可以藉由一热回收液体提供，且热回收液体可以自加压流体回收热能，藉以进一步有效降低整体能耗。上述以及以下中所用的「脱附、再生」指将干燥装置中用以吸附水汽的吸附剂内水分排出的步骤，上述用词并非用以限定本发明。

以下将参照附加图式进一步说明本发明实施例中的热回收***。图1A是根据本发明第一实施例所绘示的***示意图。请参照图1A，在本发明第一实施例中，热回收***100包括空压装置10、第一热交换器30以及干燥装置40，其中空压装置10所提供的加压流体G1会先经过第一热交换器30，之后再传递至干燥装置40。

在本实施例中，热回收液体L2会藉由热交换回收至少部分加压流体G1在压缩过程中产生的热，再由液体管路31传递至干燥装置40作脱附、再生等去除水分的应用。因此，热回收***100可以达成有效的热回收，同时干燥装置40因为有热回收液体L2作为热源以及流体源，可以进一步降低干燥装置40脱附、再生所需的能耗。

在本实施例中，上述加压流体G1例如是气体，较佳为空气或氮气，本发明并不限于加压流体G1的种类。上述热回收液体L2例如是水，具有较大的比热，可以以较小的体积传递大量热能。另一方面，提供液体和气体热交换的第一热交换器30体积也较小，因此热回收***100需要的整体体积较小。同时，热回收液体L2可以易于远距离传送，提供更佳的热源应用。

以下实施例中加压流体以加压空气为例，然而本发明并不限于流体的类型。请参照图1A，在本发明的第一实施例中，空压装置10例如是透过管线11自外界接收空气。空压装置10提供的加压流体G1(加压空气)透过管线12进入第一热交换器30，再由管线13接收来自第一热交换器30的加压流体G1，再以管线14传递加压流体G1至干燥装置40。液体管路31也由管路32传递热回收液体L2至第一热交换器30，管路33将热交换后的热回收液体L2传递至干燥装置，作脱附、再生等去除水分的应用，藉以去除加压流体G1中的水气，而干燥后的加压流体G1再自管线15提供至应用端。在本发明的第一实施例中，第一热交换器30例如是壳管式热交换器或是板式热交换器，本发明并不限于上述种类。

以下将进一步详细说明本发明第一实施例中的热回收***100。请参照图1B所绘示的第一实施例的热回收***100示意图，需要特别说明的是，此处仅示例性以符号表示个元件之间的连接关系，其中简化了各个元件的连接方向以及连接方式，以清楚说明本实施例的技术内容，然而其并非用以限定本发明的实质连接方式以及连接方向。本发明所属领域中具有通常知识者，可以视热交换器所需的最佳流动方式调整这些元件之间的连接方式。

在本发明的第一实施例中，热交换***100中的空压装置10包括第一空压机20，第一空压机20加压并提供加压流体G1(加压空气)至第一热交换器30。加压流体G1的热能再如上述经由热回收液体L2传递至干燥装置40。

在本实施例热交换***100中，干燥装置40包括第二热交换器41以及吸附剂42a、42b，其中吸附剂42a、42b可以吸收加压流体G1(加压空气)的水汽。具体而言，本实施例例如是以吸附剂42a吸取加压空气G1的水汽，再经由管线15提供干燥后的加压空气G1。热回收液体L2经由液体管路31在第一热交换器30和第二热交换器41之间流动。加压流体G1在第一热交换器30与热回收液体L2热交换，脱附气体G2与热回收液体L2在第二热交换器41中热交换，因此加压流体G1的热能间接藉由热交换让脱附气体G2吸收并提升温度。带有高温的脱附气体G2自第二热交换器41流至吸附剂42b，以排除吸附剂42b中的水分。

详细而言，本实施例的干燥装置40同时包括吸附剂42a以及吸附剂42b，当其中之一吸附剂42a在吸附加压流体G1的水汽时，另一吸附剂42b可以藉由脱附气体G2来脱附、再生，以排除其中的水分。再经过一段时间当吸附剂42a已经吸取一定量的水汽后，可以再由已经脱附、再生的吸附剂42b吸附加压流体G1的水分，而让吸附剂42a由脱附气体G2进行脱附、再生。上述加压流体G1以及脱附气体G2的切换例如可以藉由多个阀组46的切换来达成，然而本发明并不限于此，本发明所属领域中具有通常知识这可以依需求使用适当的管线以及阀来切换上述流体以及气体的流路。藉由热回收液体L2回收来自加压流体G1的热能，脱附气体G2可以藉由来自热回收液体L2的热能作初步加热，藉以降低干燥装置40所需的能耗。

举例而言，在本发明的第一实施例中，干燥装置40还包括腔体47a、腔体47b，其中吸附剂42a配置于腔体47a中；吸附剂42b配置于腔体47b中。在图1B的实施例中，加压流体G1流经腔体47a以经由腔体47a中的吸附剂42a吸附水汽，再由管线15提供干燥后的加压流体G1。脱附气体G2流经另一腔体47b以排除腔体47b中的吸附剂42b的水分，接着再由管线48b排放至大气。干燥装置40还可以切换加压流体G1以及脱附气体G2的流路，使这些腔体47a、腔体47b中的吸附剂42a、吸附剂42b轮流吸附加压流体G1中的水汽或排除水分。以本实施例而言，例如可以藉由切换这些阀组46来切换加压流体G1以及脱附气体G2的流路，以使脱附后的吸附剂42b可以吸收加压流体G1中的水汽，并让脱附气体G2去除吸附剂42a中的水分，接着再由管线48a排放至大气。

另一方面，本发明第一实施例的热能回收***100实质上是在加压流体G1到达第一冷凝器21之前预先由第一热交换器30回收热能，藉以辅助干燥装置40的脱附以及再生。详细而言，请参照图1B，在本发明的第一实施例中，空压装置100还包括低温流体源26以及第一冷凝器21。低温流体源26提供低温流体L1，低温流体L1自低温流体源26流至第一冷凝器21与加压流体G1(加压空气)热交换。加压流体G1自第一空压机20经第一热交换器30、第一冷凝器21后到达干燥装置40。

进一步而言，本发明实施例所提出的热能回收***100还可以应用至现有的空压装置，且较佳为具有热交换元件的空压装置，藉由改变热回收液体的管线来达成可以降低能耗的效果。

另一方面，本实施例所提出的空压装置10可以为分级加压的空压装置10。空压装置10还包括第一空压热交换器23、第二空压机22、第二空压热交换器25以及第三空压机24，其中第一空压热交换器23以及第二空压热交换气25例如可以是壳管式热交换器或板式热交换器，本发明不限于此。第一冷凝器21、第一空压热交换器23以及第二空压热交换器25并联至低温流体源26以各自接收低温流体L1。空气经管线11进入后依序经第三空压机24、第二空压机22以及第一空压机20压缩为加压流体G1(加压空气)。第二空压热交换器25以低温流体L1与进入第二空压机22之前的加压流体G1热交换，第一空压热交换器23以低温流体L1与进入第一空压机20之前的加压流体G1热交换，藉以维持加压流体G1在加压过程中可以维持在适当的温度范围。

在本发明的第一实施例中，干燥装置40还包括提供脱附气体G2至第二热交换器41的鼓风机45，以及用以加热脱附气体G2的加热装置44。脱附气体G2由鼓风机45提供后经第二热交换器41传递至管线43，再经由加热装置44加热后传递至腔体47a或47b进行吸附剂的脱附。

进一步而言，加热装置44加热过的脱附流体G2的温度落在摄氏120度至250度的范围，藉以提供良好的脱附效果。另一方面，自第一空压机20发出的加压流体G1的压力例如可以是8Bar，温度可以落在摄氏90度至摄氏180度的范围。热回收液体L2在进入到第一热交换器30之前的温度大约是摄氏65度。由于热回收流体L2实质上是在液体管路31、第一热交换器30以及第二热交换器41所形成的封闭管路中流动。因此，当热回收液体L2例如是水时，仍可以在上述的封闭管路中经由第一热交换器30加热至摄氏85度至170度的范围。因此，来自鼓风机45的脱附气体G2可以经由在第二热交换器41加热至摄氏80度至摄氏150度，以降低加热装置44加热脱附气体G2时所需的能耗。

进一步而言，在本发明的其他实施例中，更可以让脱附气体G2自第二热交换器41发出时的温度落在摄氏120度至150度的范围，且吸附剂42a、吸附剂42b的材质可以包括硅胶，因此脱附气体G2可以甚至不需加热装置44即可去除吸附剂42a或42b的水分，进一步降低能耗。

图2是本发明第二实施例的热回收***的***示意图。请参照图2，在本发明的第二实施例中，热回收***200包括空压装置50、第一热交换器60以及干燥装置70，其中空压装置50类似于上述空压装置10；干燥装置70类似于上述干燥装置40；本实施例第一热交换器60类似于上述实施例的第一热交换器30。

本发明第二实施例所提出的热回收***200可以同时包含多个干燥装置70、81。请参照图2，本发明第二实施例的热回收***200还包括空压装置80以及用以干燥来自空压装置80的加压流体的干燥装置81，其中空压装置80经由管线82提供加压流体至干燥装置81。

本实施例的热回收液体L3在自第一热交换器60发出后分别流到干燥装置70的第二热交换器71以及干燥装置81的第二热交换器83。因此，干燥装置81还可以藉由来自热回收液体L3的热能让干燥装置81中的吸附剂得以脱附、再生。举例而言，当干燥装置70以及干燥装置81中的吸附剂在吸附加压流体300分钟后需要再生或脱附80分钟时，则热回收***200中空压装置50所产生的热回收液体L3就足以应付这些干燥装置70、81中脱附气体的热能。

进一步而言，本发明所提出的热回收***还可以提供其他型态的热源供应用。本发明第二实施例的热回收***还可以包含应用装置90以及应用装置91。应用装置90包括第三热交换器92以及耗热装置94；应用装置91包括第三热交换器93以及耗热装置95。第三热交换器92、93与干燥装置70的第二热交换器71以及干燥装置81的第二热交换器83经由液体管路61并联至第一热交换器60。因此，第三热交换器92、93以及第二热交换器71、83可以各自从第一热交换器60取得热回收液体L3。

在本实施例中耗热装置98提供应用流体L4至第三热交换器92，应用流体L4与热回收液体L3在第三热交换器92中热交换，耗热装置98接收应用流体L4自第三热交换器92回收的热能。具体而言，耗热装置98例如包括蒸汽锅炉94以及供应水源96，藉由来自热回收液体L3的热来加热产生蒸汽。

本实施例的耗热装置95实质上为暖气装置，其提供应用流体L5至第三热交换器93。应用流体L5与热回收液体L3在第三热交换器93中热交换，耗热装置95藉由来自热回收液体L3的热来加热产生暖气。

由于本发明所提出的上述实施例中，热回收***100、200均利用各自的第一热交换器30以及第一热交换器60藉由热交换将热能回收至热回收液体中。因为第一热交换器30、60是属于气体(加压流体G1)对液体(热回收液体L2)的热交换器，其热传系数比现有的气体对气体的热交换器好，可以更有效交换加压流体G1和脱附气体G2之间的热能。同时，本发明实施例所用的热交换器体积较小，具有低成本及节省空间之优点。热回收液体由于是液体，拥有较高的密度及比热，可以用较小的流量输送相同之热能，有利于远距离输送热能的应用，且管线体积小不占空间，具有低建造成本及运转成本的优点，可提供更佳得、更有弹性得应用。

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 (9)

1.一种热回收***，其特征在于，包括：

空压装置，包括：第一空压机，提供加压流体；

第一热交换器；

液体管路，供热回收液体流动；以及 至少一干燥装置，该加压流体自该第一空压机经该第一热交换器到达该至少一干燥装置，该至少一干燥装置排出干燥后的该加压流体，该至少一干燥装置包括：第二热交换器，该热回收液体经由该液体管路在该第一热交换器和该第二热交换器之间流动；以及

吸附剂，用以吸附该加压流体的水汽； 其中该加压流体在该第一热交换器与该热回收液体热交换，脱附气体与该热回收液体在该第二热交换器中热交换，且该脱附气体自该第二热交换器流至该吸附剂，以排除该吸附剂中的水分；

该至少一干燥装置还包括：鼓风机，提供该脱附气体至该第二热交换器。

2.如权利要求1所述的热回收***，其特征在于，该空压装置还包括：

低温流体源，提供低温流体；以及

第一冷凝器，该低温流体自该低温流体源流至该第一冷凝器；

其中该加压流体自该第一空压机经该第一热交换器、该第一冷凝器后到达该至少一干燥装置，该低温流体和该加压流体在该第一冷凝器热交换。

3.如权利要求2所述的热回收***，其特征在于，该空压装置还包括：

第一空压热交换器；

第二空压机；

第二空压热交换器；以及

第三空压机；

其中该第一冷凝器、该第一空压热交换器以及该第二空压热交换器并联至该低温流体源以各自接收该低温流体，该加压流体依序经该第三空压机、该第二空压机以及该第一空压机压缩，且该第二空压热交换器以该低温流体与进入该第二空压机之前的该加压流体热交换，该第一空压热交换器以该低温流体与进入该第一空压机之前的该加压流体热交换。

4.如权利要求1所述的热回收***，其特征在于，该至少一干燥装置还包括：加热装置，用以加热来自该第二热交换器的该脱附气体，加热后的脱附气体用以排除该吸附剂中的水分。

5.如权利要求4所述的热回收***，其特征在于，经该加热装置加热过的该脱附气体的温度落在摄氏120度至摄氏250度的范围。

6.如权利要求1所述的热回收***，其特征在于，该至少一干燥装置还包括多个腔体，该吸附剂配置于该多个腔体中，该加压流体流经其中一腔体以经由该其中一腔体中的该吸附剂吸附水汽，该脱附气体流经其中另一腔体以排除该另一腔体中的该吸附剂的水分；其中该干燥装置适于切换该加压流体以及该脱附气体的流路，使该多个腔体中的该吸附剂轮流吸附该加压流体中的水汽或排除水分。

7.如权利要求1项所述的热回收***，还包括：

应用装置，包括：第三热交换器，与该干燥装置的该第二热交换器经由该液体管路并联至该第一热交换器；以及耗热装置，提供应用流体至该第三热交换器，该应用流体与该热回收液体在该第三热交换器中热交换，该耗热装置接收该应用流体自该第三热交换器回收的热能。

8.如权利要求7所述的热回收***，其特征在于，该耗热装置包括锅炉或暖气机。

9.如权利要求1所述的热回收***，其特征在于，该脱附气体自该第二热交换器流出时的温度落在摄氏120度至摄氏150度的范围，且该吸附剂的材质包括硅胶。

Images