TWI572776B

TWI572776B - 加熱器之流道構造

Info

Publication number: TWI572776B
Application number: TW104104955A
Authority: TW
Inventors: 鄭金祥; 楊翰勳
Original assignee: 國立成功大學
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2017-03-01
Also published as: TW201629332A

Description

加熱器之流道構造

本發明係有關於一種可以增加工作流體熱交換時的受熱面積，以及在有限的受熱面積下，可以增加工作流體的有效受熱面積之流道集熱構造。

目前市面上之史特靈引擎加熱器大多為管式或鰭片式設計，應用於高溫流體加熱。而聚焦式太陽熱能專用的加熱器則鮮有耳聞，聚焦式太陽熱能之加熱通常為平面式，而傳統的管式或鰭片式加熱器為三維結構，不適用於平面式加熱。

史特靈引擎常見之流道構造，例如有中華民國94年7月11日所公告之發明第I235788號「史特靈引擎之燒結式再生器」專利案，其係揭露：再生器與史特靈引擎的加熱室之間設置有複數條併排之流道管路。該等流道管路係可供流體由加熱室的周緣用向圓心位置處循環輸送並受熱，但由於該等管路係呈直立式的三維環狀排列，因此可受熱的面積小，並不適用於太陽能集熱使用。

另外有如中華民國103年5月1日所公告之新型第M477760號「散熱模組」專利案，其係揭露：包括第一基板、形成於第一基板的流道單元及相對第一基板的第二基板。流道單元包括散熱區段、吸熱區段、氣體通道及液體通道。吸熱區段較散熱區段靠近第一基板之實質中心，且氣體通道及液體通道流體連結於散熱區段與吸熱區段之間。設置於流道單元當中的工作流體可相對於第一基板之實質中心流動，達到驅散熱量之功效。

然，該專利前案係用以做為散熱使用，並非用於太陽能集熱之用。而且該其所設置之氣體通道及液體通道，係分別由圓心向周緣呈直線輸送，以達到散熱之作用。惟其直線式流道的設置，即使是運用於太陽能集熱之用，仍然會因流動距離過短，而使得受熱面積不足，難以達到太陽能集熱之功效，因此於使用上仍不盡理想。

爰此，有鑑於目前的太陽能加熱器的流道構造具有上述的缺點。故本發明提供一種加熱器之流道構造，係設有一再生器，其係結合有一底座，該再生器內部形成有一膨脹室；一儲熱層，其係結合於該底座上，該儲熱層與該底座之接觸面上係設有複數呈放射狀排列之第一流道，該第一流道之二端分別設有接近圓心之一第一開口及接近圓周之一第二開口，該第一開口係與該再生器相連通；一吸熱層，其係結合於該儲熱層上，該吸熱層與該儲熱層之接觸面上係設有複數呈放射狀排列之第二流道，該第二流道之二端分別設有接近圓心之一第三開口及接近圓周之一第四開口，該第四開口係與該第二開口相連通，又該第三開口則與該膨脹室相連通。

上述再生器內部則設入有一移氣器缸套，該移氣器缸套之內部則形成有該膨脹室，該膨脹室內則設入有一移氣器。

上述第一流道係由該第一開口以弧形曲線型式朝該第二開口延伸。

上述第二流道係由該第三開口以弧形曲線型式朝該第四開口延伸。

上述每兩條第一流道之間係形成有一第一鰭片。

上述第一鰭片之頂部係與該底座接合，而使該等第一流道皆形成為一封閉型流道。

上述每兩條第二流道之間係形成有一第二鰭片。

上述第二鰭片之頂部係與該儲熱層接合，而使該等第二流道皆形成為一封閉型流道。

上述儲熱層與該底座之接觸面上係設有複數呈放射狀排列之第三流道，該等第一流道及該等第三流道係互相交叉排列，該第三流道係與該第一流道於接近圓心交會形成有該第一開口，以及於接近圓周交會形成有該第二開口，該第一流道係由該第一開口以弧形曲線型式朝該第二開口延伸，該第三流道係由該第一開口以弧形曲線型式而相反方向朝該第二開口延伸。

上述每一條第三流道與該第一流道之間係形成有一第三鰭片。

上述第三鰭片之頂部係與該底座接合，而使該等第一流道及該第三流道皆形成為一封閉型流道。

上述吸熱層與該儲熱層之接觸面上係設有複數呈放射狀排列之第四流道，該等第二流道及該等第四流道係互相交叉排列，該第四流道係與該第二流道於接近圓心交會形成有該第三開口，以及於接近圓周交會形成有該第四開口，該第二流道係由該第三開口以弧形曲線型式朝該第四開口延伸，該第四流道係由該第三開口以弧形曲線型式而相反方向朝該第四開口延伸。

上述每一條第四流道與該第二流道之間係形成有一第四鰭片。

上述第四鰭片之頂部係與該儲熱層接合，而使該等第二流道及該第四流道皆形成為一封閉型流道。

本發明具有下列之優點：

1.本發明主要係利用設呈為平面式的吸熱層及儲熱層，其係具有較大的面積，故可以增加工作流體熱交換時的受熱面積。

2.本發明利用該儲熱層上設有呈放射狀排列之弧形曲線型式的第一流道，因此可以在有限的受熱面積下，增加工作流體的有效受熱面積，藉以提高對於工作流體充分預熱之功效。

3.本發明利用該吸熱層上設有呈放射狀排列之弧形曲線型式的第二流道，因此可以在有限的受熱面積下，增加工作流體的有效受熱面積，藉以提高對於工作流體充分加熱之功效。

4.本發明進一步於該儲熱層上設有呈放射狀排列之弧形曲線型式的第三流道，該第三流道係與該第一流道互相交叉排列，因此可以在有限的受熱面積下，再增加工作流體的有效受熱面積，藉以提高對於工作流體充分預熱之功效。

5.本發明進一步於該吸熱層上設有呈放射狀排列之弧形曲線型式的第四流道，該第四流道係與該第二流道互相交叉排列，因此可以在有限的受熱面積下，再增加工作流體的有效受熱面積，藉以提高對於工作流體充分加熱之功效。

(1)‧‧‧再生器

(11)‧‧‧底座

(12)‧‧‧汽缸座

(13)‧‧‧移氣器缸套

(14)‧‧‧膨脹室

(15)‧‧‧移氣器

(2)‧‧‧儲熱層

(21)‧‧‧第一流道

(22)‧‧‧第一開口

(23)‧‧‧第二開口

(24)‧‧‧第一鰭片

(3)‧‧‧吸熱層

(31)‧‧‧第二流道

(32)‧‧‧第三開口

(33)‧‧‧第四開口

(34)‧‧‧第二鰭片

(2A)‧‧‧儲熱層

(21A)‧‧‧第一流道

(22A)‧‧‧第一開口

(23A)‧‧‧第二開口

(24A)‧‧‧第三鰭片

(25A)‧‧‧第三流道

(3A)‧‧‧吸熱層

(31A)‧‧‧第二流道

(32A)‧‧‧第三開口

(33A)‧‧‧第四開口

(34A)‧‧‧第四鰭片

(35A)‧‧‧第四流道

[第一圖]係為本發明之立體分解圖。

[第二圖]係為本發明之組合剖視圖。

[第三圖]係為本發明儲熱層之平面示意圖。

[第四圖]係為本發明吸熱層之平面示意圖。

[第五圖]係為本發明之使用示意圖。

[第六圖]係為本發明移氣器下移時工作流體之流向示意圖。

[第七圖]係為本發明移氣器上移時工作流體之流向示意圖。

[第八圖]係為本發明另一實施例儲熱層之平面示意圖。

[第九圖]係為本發明另一實施例吸熱層之平面示意圖。

請參閱第一圖及第二圖所示，本發明實施例係包括有再生器(1)、儲熱層(2)及吸熱層(3)，其中：

再生器(1)，其係結合有一底座(11)，該再生器(1)之外緣套設有一汽缸座(12)，該再生器(1)內部則設入有一移氣器缸套(13)，該移氣器缸套(13)之內部則形成有一膨脹室(14)。該膨脹室(14)內則可以設入有一移氣器(15)。

儲熱層(2)，其係設呈為一圓盤狀，該儲熱層(2)係結合於該再生器(1)之底座(11)上。該儲熱層(2)與該底座(11)之接觸面上係設有複數呈放射狀排列之第一流道(21)〔如第三圖所示〕。該第一流道(21)之二端分別設有接近圓心之一第一開口(22)及接近圓周之一第二開口(23)，且該第一流道(21)係由該第一開口(22)以弧形曲線型式朝該第二開口(23)延伸，其中該第一開口(22)係與該再生器(1)相連通，以供可通過一工作流體。又每兩條第一流道(21)之間係形成有一第一鰭片(24)。該第一鰭片(24)之頂部係與該底座(11)接合，而使該等第一流道(21)皆形成為一封閉型流道。

吸熱層(3)，其係設呈為一圓盤狀，該吸熱層(3)係結合於該儲熱層(2)上。該吸熱層(3)與該儲熱層(2)之接觸面上係設有複數呈放射狀排列之第二流道(31)〔如第四圖所示〕。該第二流道(31)之二端分別設有接近圓心之一第三開口(32)及接近圓周之一第四開口(33)，且該第二流道(31)係由該第三開口(32)以弧形曲線型式朝該第四開口(33)延伸，又該第二流道(31)之第四開口(33)係與該第一流道(21)之第二開口(23)相連通，以供通過該工作流體，又該第三開口(32)則與該膨脹室(14)相連通，以供通過該工作流體。且每兩條第二流道(31)之間係形成有一第二鰭片(34)。該第二鰭片(34)之頂部係與該儲熱層(2)接合，而使該等第二流道(31)皆形成為一封閉型流道。

使用時，如五圖所示，係將該吸熱層(3)設置於一太陽光可以照射到之方位。而該膨脹室(14)內部儲存有一工作流體。當該移氣器(15)於該膨脹室(14)內向下移動時〔如第六圖所示〕，則會使該工作流體經由該再生器(1)通過該第一開口(22)〔如第三圖所示〕，而進入到該第一流道(21)，並沿著該弧形之第一流道(21)開始流動，再經由該第二開口(23)流出，並立即向上接續由該第四開口(33)而流入該第二流道(31)內〔如第四圖所示〕。由於該吸熱層(3)係可接收太陽光，故可與該第二流道(31)內的工作流體進行熱交換，而使該第二流道(31)內的工作流體升溫。同時利用該第二流道(31)係設呈為一弧形，故可使該工作流體的流動距離變長，因此可以延長該工作流體流動的時間，並且增加其與該吸熱層(3)進行熱交換的時間，故可使該第二流道(31)內的工作流體可以充分受熱。最後已升溫的工作流體，則可經由該第三開口(32)流入至該膨脹室(14)內，藉以做為熱能之運用。另該吸熱層(3)上所吸收的多餘熱能，係可直接傳遞到該儲熱層(2)進行儲存，並且同時對於該第一流道(21)內的工作流體，進行預熱的動作。同樣可以利用該儲熱層(2)將接收到之熱能，與該第一流道(21)內的工作流體進行熱交換，而使該第一流道(21)內的工作流體升溫。同時利用該第一流道(21)係設呈為一弧形，故可使工作流體的流動距離變長，因此可以延長該工作流體流動的時間，並且增加其進行熱交換的時間，故可使該第一流道(21)內的工作流體可以充分預熱。

又當該移氣器(15)於該膨脹室(14)內向上移動時〔如第七圖所示〕，則會使該工作流體經由該膨脹室(14)通過該第三開口(32)，而進入到該第二流道(31)〔如第四圖所示〕，並沿著該弧形之第二流道(31)開始流動，利用該吸熱層(3)可以接收太陽光，並且與該第二流道(31)內的工作流體進行熱交換，而使該第二流道(31)內的工作流體升溫。該工作流體再經由該第四開口(33)流出，並立即向下接續由該第二開口(23)而流入該第一流道(21)內〔如第三圖所示〕，同時利用該第一流道(21)係設呈為一弧形，故可使該工作流體的流動距離變長，因此可以延長該工作流體流動的時間，並且增加其與該儲熱層(2)進行熱交換的時間，故可使該第一流道(21)內的工作流體可以充分受熱。最後已升溫的工作流體，則可經由該第一開口(22)流經該再生器(1)，藉以做為熱能之運用。

因此本實施例主要係利用一設呈為平面式的儲熱層(2)及吸熱層(3)，可具有較大的面積，故可以增加工作流體熱交換時的受熱面積。並且利用該等第一流道(21)及該等第二流道(31)均設呈為弧形之放射狀排列，因此可以在有限的受熱面積下，增加該工作流體的有效受熱面積，藉以達到對於工作流體充份加熱及預熱之功效。

本創作另一實施例，如第八圖所示，其中該儲熱層(2A)與該底座之接觸面上係設有複數呈放射狀排列之第一流道(21A)及第三流道(25A)。該等第一流道(21A)及該等第三流道(25A)係互相交叉排列，而於接近圓心交會形成有一第一開口(22A)及接近圓周交會形成有一第二開口(23A)。該第一流道(21A)係由該第一開口(22A)以弧形曲線型式朝該第二開口(23A)延伸。該第三流道(25A)係由該第一開口(22A)以弧形曲線型式而相反方向朝該第二開口(23A)延伸。且每一條第三流道(25A)與該第一流道(21A)之間係形成有一第三鰭片(24A)，該第三鰭片(24A)之頂部係與該底座接合，而使該等第一流道(21A)及第三流道(25A)皆形成為一封閉型流道。

又該吸熱層(3A)與該儲熱層(2A)之接觸面上係設有複數呈放射狀排列之第二流道(31A)及第四流道(35A)〔如第九圖所示〕。該等第二流道(31A)及該等第四流道(35A)係互相交叉排列，而於接近圓心交會形成有一第三開口(32A)，以及於接近圓周交會形成有一第四開口(33A)。該第二流道(31A)係由該第三開口(32A)以弧形曲線型式朝該第四開口(33A)延伸。該第四流道(35A)係由該第三開口(32A)以弧形曲線型式而相反方向朝該第四開口(33A)延伸。且每一條第四流道(35A)與該第二流道(31A)之間係形成有一第四鰭片(34A)，該第四鰭片(34A)之頂部係與該儲熱層(2A)接合，而使該等第二流道(31A)及第四流道(35A)皆形成為一封閉型流道。

如此，本實施例係同樣利用一設呈為平面式的儲熱層(2A)及吸熱層(3A)，可具有較大的面積，故可以增加工作流體熱交換時的受熱面積。並且利用該等弧形之第一流道(21A)、第二流道(31A)、第三流道(25A)及第四流道(35A)均設呈為弧形交叉之放射狀排列，因此可以在有限的受熱面積下，更進一步增加該工作流體的有效受熱面積，藉以達到對於工作流體充份加熱及預熱之功效。

惟，以上所述僅為本發明其中之二實施例，當不能以此限定本發明之申請專利保護範圍，舉凡依本發明之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本發明申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。