TWI547674B - Heat supply system for heat supply systems - Google Patents

Description

熱供給系統之熱交換機組

一種熱供給系統之熱交換機組，尤指利用流體熱媒為傳媒，可向遠端供應熱質之系統，所設的熱交換機組，設有前置預熱的手段，使出溫穩定，以及改變熱工作型態，讓熱源充份利用在熱交換工作，且減少廢氣污染。

在於熱作系統中常見有熱供應的設備，如供暖或高溫供熱系統，該等設備為了集中能源管理及配置安全問題，而採用設有的熱交換機組的中央系統，經由迴路將熱交換機組所發生的熱質交換給媒介後帶向遠端提供使用端使用，其中該熱交換機組為負責供應溫度的核心，它將化學能轉換為熱能，交由熱媒的傳遞，使工作端可釋放出熱溫。

常見相關的系統如第1圖所示，該熱供給系統1主要是由一熱交換機組11，經由喂出管路13的傳遞將熱媒10所吸收的熱質交由熱供給系統1代換，事後由回流管路15及壓送裝置16的壓力傳達迴向補給給入積熱室110，其中該熱交換機組11為由一積熱室110為主體，積熱室110內部提供熱媒10所積載及推陳，積熱室110的身部中央依據熱氣的浮流方向設有熱流管111，底部設有一燃燒器12，燃燒器12所發生的火熱加溫到積熱室110的底部，以及經由熱流管111的壁面將熱質傳達給熱媒10，煙氣最後由排氣管112所排除。

積熱室110經由喂出口130連接喂出管路13，經由回流口150連接回流管路15，其中藉由一壓送裝置16的介入驅動，使熱媒10可在系統中循環工作，並在熱交換機組11吸收燃燒器12的熱質，在熱沉裝置14的位置交換出熱溫，提供該應用端所加溫使用。

該種設計以熱流管111擴大熱交換接觸面積及順向導流廢氣的方式由來已久，其中燃燒器12所發生的火焰加溫在積熱室110的底部及熱流管111的方向，積熱室110的底部為受燃燒器12最高熱溫所加熱，位於積熱室110底部的熱媒10受熱後，會與積熱室110上部的熱媒10再作熱交換，由於 熱媒10為流體，若在燃燒器12的火焰不穩定的情況或熱媒10流線發生紊流之下，則其輸出溫度會造成不穩定，以及燃燒器12所發生的熱溫大部份會往上快速從熱流管111直接傳達由排氣管112排放形成系統加熱損耗，因此在排氣管112的排放端尚殘留有高溫，失去使用效率，且在排氣管112的出口所排放出的廢棄，也會因燃燒不完全而有汙染大氣，而燃燒器12它的工作向量為單純往上，於是在積熱室110的底部為面對接收燃燒器12的高溫，爐體上部即明顯失去溫度，使致造成能源運用效率不高和系統供應溫度不穩定。

一種熱供給系統之熱交換機組，尤類如供暖系統，在系統中央所設熱交換機組，設有一ㄇ形熱交換鍋體，並在ㄇ形熱交換鍋體內部設有一可迎接熱源最高熱質的前置交換單元，所得熱質又藉積熱室內部熱流線的運動而作二次的吸熱及溫度調和，利用本系統，可將化學能充份利用及輸出溫度穩定為本發明主要目的。

本發明第二目的為在ㄇ形熱交換鍋體內部迎向燃燒器的工作區間，柵設有一可轉換出熱輻射波的轉嫁柵體，以得熱工作可呈立體角向以及可達後燃效應，讓油氣可完全燃燒並減降廢氣污染。

本發明第三目的為所設的前置交換單元，因應火路條件可為變形。

本發明第四目的為ㄇ形熱交換鍋體內部依燃燒器能量的條件，該轉嫁柵體可上、下柵分設為多層安排。

本發明第五目的為所設的轉嫁柵體為具快速熱焓能力及釋放熱功率的材質，基礎上為礦質物，所具主體成份以氧化鋁、氧化矽為主。

本發明是提供一種以內含式可作前置加溫，並將經前置加溫快速吸收到熱質的熱媒，再傳向一ㄇ形熱交換鍋體作二次溫度調勻，和依據熱上升的原理，它可將燃燒器所發生的熱質可接近完全由熱交換機組內部作吸收，事後經由喂出管路及熱沉裝置和回流管路的規範，造成熱媒的熱作循 環，以及在內腔室的內部基礎上，以相對燃燒器的熱作向量位置，迎接架設有一具熱焓效應及能量釋放的轉嫁柵體，利用該轉嫁柵體的工作，可使熱波加熱工作角位呈現立體角向，和作二次燃燒之可能，祈使得到能源利用率的提高，且廢棄排放可降低污染，再者內部所設一前置交換單元，它可作快速的前置熱交換，和後置吸熱的ㄇ形熱交換鍋體，可接納由前置交換單元運送到來的熱溫後再做調合，使輸出溫度穩定。

有關本發明的詳細系統以及工作原理，請參閱圖式說明如下：首先請參閱第2圖所示，本發明的熱供給系統1基礎上為一熱交換機組11，經由管路連結熱沉裝置14，以形成一循環迴路，熱交換機組11的輸出端經由喂出管路13連結熱沉裝置14，輸入端經由一回流管路15連結熱沉裝置14，在上述管路其中選其一設有一壓送裝置16，壓送裝置16形成一驅動壓力以壓動熱媒10依據為循環動作，熱媒10由熱交換機組11吸熱，行經熱沉裝置14的位置為放熱，提供使用端應用熱溫。

熱交換機組11底部設有一燃燒器12，它是以燃氣工作，燃燒器12包含於熱交換機組11的總成，熱交換機組11主體設有一ㄇ形熱交換鍋體113，內部由下往上凹入形成一內腔室18，內腔室18的下端為一跨接口115，跨接口115導通迎接了一燃燒器12，ㄇ形熱交換鍋體113上端設有導通上下空間的熱流管111，ㄇ形熱交換鍋體113經由熱流管111連接排氣管112，燃燒器12所發生的熱氣經由內腔室18交換後，由熱流管111往排氣管112方向輸出排放廢氣，在ㄇ形熱交換鍋體113往外經由一安全閥17的間接，它可維護ㄇ形熱交換鍋體113內部壓力變化之後高壓的危險防護。

ㄇ形熱交換鍋體113經由喂出口130導接喂出管路13，喂出管路13連接熱沉裝置14，熱沉裝置14的迴路連接回流管路15及一壓送裝置16後，由回流口150進入ㄇ形熱交換鍋體113。

ㄇ形熱交換鍋體113，內部所設的內腔室18為一半開放立體空間，該空間裝設有一前置交換單元2，該前置交換單元2設有導入端21及送出端22，導入端21連接了回流口150，送出端22連接了ㄇ形熱交換鍋體113的內部，原則上為在下方。

前置交換單元2所設的交換本體20迎接了燃燒器12所發生的熱工作 強烈狀態的區間位置。熱媒10經由上述的系統依序循環由回流管路15輸入之熱媒10，首先繞過前置交換單元2之後進入ㄇ形熱交換鍋體113，過程中該前置交換單元2為位在燃燒器12最高熱質的工作位置，以及它為管路狀具有大幅的受熱總面積，它可利用它的優勢位置而快速吸收燃燒器12強烈氧化空間所發生最高的熱質的高熱，以形成前置滿足的預熱，事後再進入ㄇ形熱交換鍋體113。前置交換單元2經由前述的動作，內部所流佈的熱媒10它可快速吸收熱質，最後經由送出端22進入ㄇ形熱交換鍋體113，該ㄇ形熱交換鍋體113可將前置交換單元2所流佈過來的熱媒10高溫作調合，同時在ㄇ形熱交換鍋體113內部的熱媒10它同樣在內腔室18上、下安排的內腔璧面180吸收燃燒器12的能量，所以熱媒10基礎上位於ㄇ形熱交換鍋體113內部，為隨時經由內腔璧面180的傳遞而吸收熱溫，該溫度低於前置交換單元2流入的溫度，所以前置交換單元2的溫度在ㄇ形熱交換鍋體113內部又與ㄇ形熱交換鍋體113內部的熱媒10作混合，事後該混合所輸出的溫度會以穩定的狀態由喂出口130輸出。

藉由此式的設計，當燃燒器12的能量因外部因素產生明顯高低變化的過程當中，它也不會直接影響喂出口130輸出位置的溫度，其原因為前置交換單元2事先作前置性的吸熱之後，在ㄇ形熱交換鍋體113內部可作混勻，而燃燒器12所發生的熱溫，在變化曲率不大的情況之下，喂出口130所輸出的熱溫會因時間因素的平均和ㄇ形熱交換鍋體113內部混合效果，它不會有明顯的不穩。

前述條件為燃燒器12的工作狀態為在短時間變化，若其起伏時間拉長，當然會影響喂出口130的輸出溫度變化，原則上在起伏時間短暫的情況之下，喂出口130輸出的溫度不會產生變動，提供系統所設的熱沉裝置14可得穩定的溫度工作。

本發明的內腔室18為一ㄇ型的半開放立體空間，其下的跨接口115應對燃燒器12的上方，內腔室18空間依上下縱軸角向，設有一前置交換單元2，可迎接燃燒器12最高熱質，以優勢條件先前攔截燃燒器12的熱溫並作快速的前置預熱效果，其預熱的溫度也依靠壓送裝置16的工作壓力的調變，可調整流經速率，它可決定送出端22輸出的溫度，若壓送裝置16的 壓力緩慢，則流經前置交換單元2的熱媒10流動速率緩慢，增加了其吸熱時間因素，則送出端22輸出的溫度就明顯升高。

另外在燃燒器12的熱工作空間位置，主要在燃燒器12的熱工作路徑，水平柵設有一以礦質材料為之的轉嫁柵體3，該轉嫁柵體3具有快速熱焓及釋放能量的性能，基礎上以氧化矽為主的礦物質混合形成，它為一柵塊狀，幅面內上下通設有多數熱流孔31，該熱流孔31的工作目的除了讓燃燒器12的火焰能串通之外，更利用熱流孔31的開設擴大了轉嫁柵體3表體親和環境空間的接觸面積，使能大量接觸燃燒器12的熱源。

轉嫁柵體3吸納燃燒器12的熱能，飽和之後它會形成熾熱狀，溫度飽和後它的溫度接近燃燒器12的火焰溫度，因此它可將燃燒器12首次工作燃燒後所殘留的燃氣再做二次的燃燒，因此利用此二次燃燒的效應，它可讓燃料接近完全燃燒，使系統排放的熱氣為較潔淨。

依本式設計，它排放的廢氣一氧化碳含量已降低在安全標準以下。

另外利用轉嫁柵體3設於燃燒器12的上方，原則上是在前置交換單元2能夠讓開的位置，該轉嫁柵體3所發生的熱幅射波包含赤外線會形成立體向的發射，往上下左右前後任何方向發放，其中轉嫁柵體3的熱幅射波作用了前置交換單元2也作用了內腔璧面180，以及往下發射的熱幅射波對燃燒器12的火舌作溫度的回補，因此會造就燃燒效率提高。

燃燒器12所需要的氧氣為自然進氣，或強力藉由系統的機電裝置所供應，系統機電輸出一壓力空氣作用在燃燒器12的工作端，則它會形成往上的向量，轉嫁柵體3所往下發射的熱波為一輻射波，它的發射路徑不會受到空氣壓力流的動力影響，所以可對燃燒器12的火焰作溫度補償。

本發明利用前置預熱的方式，利用熱交換機組11內部的內腔室18形成一裝納空間，安排裝納一前置交換單元2,前置交換單元2的輸出端又連接在ㄇ形熱交換鍋體113，使前置交換單元2的熱質在ㄇ形熱交換鍋體113內部可與ㄇ形熱交換鍋體113內部的熱媒10作後置的調和，以及ㄇ形熱交換鍋體113內部的熱媒10，經由內腔室18的內腔璧面180它隨時為處於吸熱的狀態，加上前述混勻的效果，它使熱媒10在喂出口130方向的溫度為穩定，以及內腔室18為一ㄇ形的立體空間，它以結構性的圍堵，將燃燒 器12所發生的熱質包圍迎接，所以燃燒器12所發生的熱質在內腔室18的內部極盡被吸收，之後使排氣管112排出的廢氣溫度大為減降。

請再參閱第3圖所示，熱供給系統1所設的系統中，在內腔室18內部空間的允許下，該前置交換單元2可形成一螺旋狀的錐形體，而其導入端21導接了回流管路15，送出端22導通ㄇ形熱交換鍋體113，前置交換單元2為圓錐螺旋的燒置其肩部往上，下端為擴大，使燃燒器12所發生的熱溫它可受到前置交換單元2的直徑變化，從上下的投影面，形成一較完整的迎接面而應對燃燒器12的火舌，使前置交換單元2快速吸收燃燒器12的熱質。

另在前置交換單元2的繞置內部空間允許的情況之下，可加設有一第二個轉嫁柵體3B，該第二個轉嫁柵體3B可迎接底下鄰近燃燒器12的第一個轉嫁柵體3A的熱能，相同它可達到熱轉換為熾熱輻射波的樣態往四面八方立體方向放射，其中往下它可放射給前置交換單元2的底部管路，使其表面吸收。

上述的兩個第一個轉嫁柵體3A、第二個轉嫁柵體3B前後距離為安排在底部第一個轉嫁柵體3A，能產生熾熱能量，可得滿足加熱上方第二個轉嫁柵體3B的距離，上方的第二個轉嫁柵體3B原則上必需位在前置交換單元2的圍納空間200，而所錐形旋繞的交換本體20，它與上方的第二個轉嫁柵體3B之間需保持距離，避免第二個轉嫁柵體3B產生的高溫影響到交換本體20的結構安全，以及上述的第一個轉嫁柵體3A、第二個轉嫁柵體3B它所發生的溫度除了交由前置交換單元2之外，也直接作用在內腔室18的內腔璧面180。

請再參閱第4圖所示，熱交換機組11所設的內腔室18內部為一ㄇ形的立體空間，它可提供一相等半徑繞置的螺旋狀前置交換單元2所置納，該前置交換單元2的導入端21導接回流管路15，輸出端的送出端22連接ㄇ形熱交換鍋體113的底部，前置交換單元2為相等半徑所繞置，於是在內部中空部位形成一筆直的圍納空間200，圍納空間200所騰出的空間可架置第三個轉嫁柵體3C，最上方第三個轉嫁柵體3C與中間第二個轉嫁柵體3B的距離相同以前述的條件為下方的第一個轉嫁柵體3A工作能量可加熱最 上方的第三個轉嫁柵體3C之距離為準，則是第一個轉嫁柵體3A、第二個轉嫁柵體3B、第三個轉嫁柵體3C它可將燃燒器12的熱源作多次的轉換，以其多次的二燃輔助燃燒，讓排放的廢氣更為潔淨。

位於內腔室18上方位置的轉嫁柵體3它所發射的熱幅射波也為立體方向，它可上下左右以及前後的交互形成被動與主動的熱工作效應，讓所發生的熱幅射波皆能作用在所述位置的相鄰元件接受，其中位在圍納空間200內部的轉嫁柵體3，它所轉換出的立體熱幅射波，由內往外作用在前置交換單元2的交換本體20，以及從該螺旋距的空隙作用向內腔室18的內腔璧面180，使位於ㄇ形熱交換鍋體113內的熱媒10相同得到常態性的吸熱，利用轉嫁柵體3可多層柵設在內腔室18的內部上下軸向空間位置，於是各別轉嫁柵體3所產生的熱幅射波可形成設限的方式完全的作用在內腔室18的內部，而不會如熱氣流的方向往外損耗，它能得到更佳的燃燒輔助及熱接觸不同型態的改變，讓燃燒器12所發生的熱溫能夠完全被利用，以及所輸出的燃氣可極盡完全的被氧化轉換出熱能。

請再參閱第5圖所示，本系統的熱供給系統1它由一熱交換機組11經喂出管路13連結向熱沉裝置14，之後由回流管路15及壓送裝置16的壓抑及導引作用補給到熱交換機組11內部，熱交換機組11內部的燃燒器12所發生的熱溫在熱交換機組11部位作交換，系統中它可在喂出管路13與熱沉裝置14之間設有一節流閥140，該節流閥140為可調解所屬熱沉裝置14的輸入量，或決定熱沉裝置14的工作與否，以併行排列的方式，使每一個熱沉裝置14可得到自主性的溫度選擇，以及系統中的壓送裝置16，它的工作速率也改變了熱沉裝置14的熱發散速率，依此併聯的方式可連接一個以上的熱沉裝置14，主要是熱交換機組11的工作能耐能夠負擔的情況之下，若熱沉裝置14為多數，則壓送裝置16必須降低壓力，使流體能夠在熱交換機組11極盡的交換吸收熱能，若輸出的工作無法滿足多數熱沉裝置14的需求，則當然以燃燒器12的能量改變來應對。

上述本案是利用內涵式的空間，它可形成圍堵式的將燃燒器的熱質作完全的吸納，並且利用前置交換單元的前置攔截效應，吸收了燃燒器的最高熱質，和在前置交換單元的輸出端連接到ㄇ形熱交換鍋體內部作溫度調 合，使輸出的熱媒溫度穩定，並且利用該內腔室的空間樣態，可接納前置交換單元的設置，使燃燒器的發散熱溫在排放過程之前可被完全的吸收，和在燃燒器的工作區間最高熱質位置可攔截設有一轉嫁柵體，該轉嫁柵體的轉換效應可將熱能轉換為輻射線的熱幅射波，因此其熱工作的角向可得立體樣的發射，並且對燃燒器燃燒後的火焰未完全燃燒殘留之油氣做二次的燃燒，也降低了排氣管排放的汙染，實為一創新的熱供應系統設計，懇請貴審查官予以明鑑，並早日賜予發明專利為禱。

1‧‧‧熱供給系統

10‧‧‧熱媒

11‧‧‧熱交換機組

110‧‧‧積熱室

111‧‧‧熱流管

12‧‧‧燃燒器

112‧‧‧排氣管

113‧‧‧ㄇ形熱交換鍋體

115‧‧‧跨接口

13‧‧‧喂出管路

130‧‧‧喂出口

14‧‧‧熱沉裝置

140‧‧‧節流閥

15‧‧‧回流管路

150‧‧‧回流口

16‧‧‧壓送裝置

17‧‧‧安全閥

18‧‧‧內腔室

180‧‧‧內腔璧面

2‧‧‧前置交換單元

20‧‧‧交換本體

200‧‧‧圍納空間

21‧‧‧導入端

22‧‧‧送出端

3‧‧‧轉嫁柵體

31‧‧‧熱流孔

3A‧‧‧第一個轉嫁柵體

3B‧‧‧第二個轉嫁柵體

3C‧‧‧第三個轉嫁柵體

第1圖係為昔用熱供應系統的基礎架構圖。

第2圖係為本發明的系統結構示意圖。

第3圖係為本發明的系統結構示意圖之一。

第4圖係為本發明的系統結構示意圖之二。

第5圖係為本發明的系統安排配置圖。

1‧‧‧熱供給系統

10‧‧‧熱媒

11‧‧‧熱交換機組

111‧‧‧熱流管

12‧‧‧燃燒器

112‧‧‧排氣管

113‧‧‧ㄇ形熱交換鍋體

115‧‧‧跨接口

13‧‧‧喂出管路

130‧‧‧喂出口

14‧‧‧熱沉裝置

15‧‧‧回流管路

150‧‧‧回流口

16‧‧‧壓送裝置

17‧‧‧安全閥

18‧‧‧內腔室

180‧‧‧內腔璧面

2‧‧‧前置交換單元

20‧‧‧交換本體

21‧‧‧導入端

22‧‧‧送出端

3‧‧‧轉嫁柵體

31‧‧‧熱流孔

Claims (8)

1. 一種熱供給系統之熱交換機組，為提供一種具前置熱交換，及燃燒器的熱質得以極盡利用之供熱系統，包含有：一熱交換機組，由一ㄇ形熱交換鍋體為主體，對外設有一喂出口及一回流口，下端設有一跨接口，由跨接口往上凹入設有一半開放的內腔室，內腔室的上端經熱流管向上導通排氣；一燃燒器，所發生熱能，作用向上述的內腔室；一前置交換單元，設於內腔室的空間內，一端為導入端，接合上述的回流口，另一端為送出端，導通ㄇ形熱交換鍋體內部容積空間的下方。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱供給系統之熱交換機組，其中該前置交換單元的主體內部，設有一圍納空間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熱供給系統之熱交換機組，其中該前置交換單元為管狀繞製形成之交換本體。
4. 如申請專利範圍第3項所述之熱供給系統之熱交換機組，其中該前置交換單元為錐形。
5. 如申請專利範圍第3項所述之熱供給系統之熱交換機組，其中該前置交換單元為直筒狀。
6. 如申請專利範圍第1項所述之熱供給系統之熱交換機組，其中在燃燒器朝向內腔室的熱工作路徑，柵設有一轉嫁柵體。
7. 如申請專利範圍第2項所述之熱供給系統之熱交換機組，其中在圍納空間的空間，柵設有一個以上的轉嫁柵體。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之熱供給系統之熱交換機組，其中該轉嫁柵體為以氧化鋁與氧化矽為主成份所混合定型塊狀體，幅面上下通設有多數的熱流孔。