TWI640725B - Composite heat storage module of regenerative burner - Google Patents

Abstract

本發明為一種蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，其係於一蓄熱室內部堆疊複數個陶瓷蓄熱磚和金屬球形蓄熱體，該些蓄熱磚位於該些球形蓄熱體上方；另外球形蓄熱體係由設於蓄熱室內部之至少一容置箱承載以供方便裝卸。當蓄熱式燃燒器排放之一高溫廢氣回收至蓄熱室，以對該些蓄熱材進行蓄熱時，上層之蓄熱磚因先接觸廢氣蓄熱，因此有較佳之蓄熱效能。為了使蓄熱室下層之蓄熱材亦能具有較佳之蓄熱效能，係透過球形蓄熱體之氣體流道孔隙小，使得廢氣在此部位停留較長時間，與導熱係數高以增加熱能傳遞，進而提升蓄熱效能。

Description

蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組

本發明係有關於一種蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，其係於一蓄熱室之內部設計複數個陶瓷蓄熱磚以及金屬球形蓄熱體之堆疊方式，以提升蓄熱室內部之蓄熱材，於接觸高溫廢氣進行蓄熱作業的整體蓄熱效能之蓄熱模組。

蓄熱式燃燒技術係利用蓄熱材作為熱能交換的傳遞介質。一般蓄熱材之態樣大多為陶瓷蓄熱磚或者是陶瓷蓄熱球，然而依據各領域中使用蓄熱材之功能需求不同，其材質以及排列方式亦於各領域中有所差異。

於蓄熱式燃燒技術之應用中，蓄熱材可以用來吸收蓄熱式燃燒器作動時所排放之高溫廢氣的熱能，透過蓄熱材進行熱能回收蓄熱作業，並將儲存之熱能傳遞給供蓄熱式燃燒器作動時所需之助燃空氣進行預熱。利用交替方式進行的熱能交換作業，係有助於蓄熱式燃燒器作業環境中的熱流場均勻性，因而提升燃燒效率以及減少燃料損耗等功效。

蓄熱材做為回收高溫廢氣熱能的載具，一方面將廢氣中的顯熱(Sensible Heat)以熱交換的方式直接預熱助燃空氣，以大幅提高燃燒空氣溫度外；另一方面因廢氣的熱能傳到蓄熱材上，因此排出於大氣中之廢氣溫度已大幅降低，係有助於減少有害氣體( 溫室氣體)之排放，進而改善對地球環境之汙染。

根據現今節能以及環保意識抬頭的情況下，蓄熱式燃燒技術增加了廢氣熱能的回收機會、提高蓄熱式燃燒器的燃燒效率以及減少廢氣污染的排放，已大幅改善傳統加熱裝置中廢熱排放造成能源浪費以及汙染之情形。

按，習知之蓄熱式燃燒器係在燃燒器兩側內部設置蓄熱模組，並於蓄熱模組之蓄熱室內部設置能夠快速儲存和釋放熱量的陶瓷蓄熱磚。由於蓄熱式燃燒器本身具有可以做為進、排氣之通道，因此蓄熱式燃燒器作動時所需之助燃空氣，以及作動後所排放之高溫廢氣可以在蓄熱室內不斷地流通轉換。使得助燃空氣與高溫廢氣交替通過蓄熱室時，可將助燃空氣溫度預熱至800℃以上，以及將廢氣排放溫度降低至200℃以下。

其中依照習知蓄熱室內部之蓄熱磚的堆疊方式(大致呈一立方體)，係容易造成先行與廢氣熱能接觸之蓄熱磚能夠獲取較佳之蓄熱效能(即位於蓄熱室上方之蓄熱磚)。而於蓄熱室下方之蓄熱磚，因熱空氣降溫導致在相同氣體流通孔徑下與蓄熱磚接觸壓力下降之結果，造成蓄熱室內部的熱流場不均勻化現象產生，使得蓄熱室下方之蓄熱磚的蓄熱效能不佳。

於此，為使蓄熱室內部之整體蓄熱材的蓄熱效能提升，以維持蓄熱室內部之熱流場均勻性，遂有改善蓄熱模組置放之蓄熱材在進行蓄熱作業時，局部蓄熱材高溫現象，以及區域性蓄熱材的蓄熱效能低下之必要性。

本發明之主要目的，係提供一種蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，其係於一蓄熱室內部堆疊複數個陶瓷蓄熱磚以及金屬球形蓄熱體(例如：鋁球或鐵球)，該些蓄熱磚位於該些球形蓄熱體上方；藉此設置方式提升蓄熱室內部之蓄熱材的整體蓄熱效能。

本發明之次要目的，係提供一種蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，其中球形蓄熱體之金屬材質具高熱傳導係數，當高溫廢氣接觸球形蓄熱體進行蓄熱作業時，係有助於球形蓄熱體之間的熱能傳遞，而可縮短球形蓄熱體之蓄熱作業時間。

本發明之另一目的，係提供一種蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，其中球形蓄熱體之氣體流道孔隙小於蓄熱磚，係有利高溫廢氣於球形蓄熱體之間的停留時間，使得此區域之氣體流場均勻化，而提升球形蓄熱體之蓄熱效能。

本發明之再一目的，係提供一種蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，其中球形蓄熱體係由設置於蓄熱室內部之至少一容置箱承載，透過容置箱之設置便於裝卸球形蓄熱體以利汰換。

為了達到上述所指稱之各目的與功效，本發明為一種蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，其係於一蓄熱室內部設置複數個陶瓷蓄熱磚以及金屬球形蓄熱體，該些蓄熱磚位於該些球形蓄熱體上方。當蓄熱式燃燒器作動所排放之高溫廢氣回收至蓄熱室時，廢氣會先行與位於蓄熱室上方之該些蓄熱磚接觸進行蓄熱作業，因而實現蓄熱磚之完整蓄熱效能。而位於蓄熱室下方之蓄熱材，因熱空氣降溫導致在相同氣體流通孔徑下與蓄熱磚接觸壓力下降之結果，造成蓄熱室內部的熱流場不均勻化現象，使得下方之蓄熱材無法 有效進行蓄熱作業，而有蓄熱效能不完善之虞。為了使位於蓄熱室下方之蓄熱材亦能具有完整蓄熱效能，係將球形蓄熱體由至少一容置箱承載，並設置於蓄熱室內部之蓄熱磚下方。其中球形蓄熱體之氣體流道孔隙小於蓄熱磚，係有利於減緩廢氣之流速，而於球形蓄熱體之間停留較長時間，使蓄熱室下方的熱流場均勻化，進而增進球形蓄熱體之蓄熱作業；另外球形蓄熱體為具高熱傳導係數之金屬材質(鋁球或鐵球)，係有助於球形蓄熱體之間的熱能傳遞，而縮短球形蓄熱體之蓄熱作業時間。於此藉由蓄熱磚以及球形蓄熱體於蓄熱室之堆疊設計，提升蓄熱室內部之熱流場均勻性以及整體蓄熱材的蓄熱效能。

1‧‧‧複合蓄熱模組

10‧‧‧蓄熱室

102‧‧‧蓄熱磚

104‧‧‧球形蓄熱體

106‧‧‧蓄熱材

108‧‧‧容置箱

110‧‧‧氣體流道孔隙

1082‧‧‧孔洞

1084‧‧‧柵欄

30‧‧‧蓄熱式燃燒器

302‧‧‧氣體流道

304‧‧‧控制模組

50‧‧‧空氣

70‧‧‧廢氣

第一圖：其為本發明一較佳實施例之蓄熱式燃燒器作動示意圖A；第二圖：其為本發明一較佳實施例之蓄熱式燃燒器作動示意圖B；第三圖：其為本發明一較佳實施例之容置箱示意圖A；第四圖：其為本發明一較佳實施例之容置箱示意圖B；以及第五圖：其為本發明一較佳實施例之容置箱示意圖C。

為使對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：參閱第一圖以及第三圖，其為本發明一較佳實施例之蓄熱式燃燒器作動示意圖A以及容置箱示意圖A；如圖所示，本發明之蓄熱式燃燒器30，其係包含一蓄熱室10，其內部堆疊複數個蓄熱磚102以及球形蓄熱體104，該些蓄熱磚102位於該些球形蓄熱體104上方，且該些蓄熱磚102之氣體流道孔隙110大於該些球形蓄熱體 104；以及至少一容置箱108，其設於該蓄熱室10內部，並承載該些球形蓄熱體104。

首先，係針對上述結構中之蓄熱式燃燒器30(下稱燃燒器)之作動方式，予以輔助說明複合蓄熱模組1之技術特徵。燃燒器30具有至少一氣體流道302以及一控制模組304；氣體流道302之內部兩側分別設置複合蓄熱模組1；控制模組304連通氣體流道302，並作為一換向閥以調節氣體流道302之進、排氣方式。當燃燒器30欲進行燃燒作業時，係透過控制模組304切換供燃燒器30助燃之一常溫空氣50由氣體流道302之一側導入，以進入燃燒器30作業環境內與燃料混合參與燃燒。然後將燃燒器30作動所排放之一高溫廢氣70導入氣體流道302之另一側，並通過複合蓄熱模組1。藉由回收廢氣70中的熱能將蓄熱室10中的蓄熱材106加熱，使得熱能儲存於蓄熱材106中；其中蓄熱材106係作為熱能之傳遞介質，因此可以置於蓄熱室10中回收高溫廢氣70中的熱能予以儲存，並將儲存之熱能用以預熱供燃燒器30使用的助燃空氣50。

承接前段，當廢氣70回收通過複合蓄熱模組1時，其流動路徑係會先行通過位於蓄熱室10上方之蓄熱磚102，藉由廢氣70中的熱能與蓄熱磚102接觸進行蓄熱作業。因此位於蓄熱室10上方之蓄熱材106可以取得較為完善之蓄熱效能。然，當廢氣70流經蓄熱室10下方之蓄熱材106時，因廢氣70中的熱能降溫導致在相同氣體流通孔隙110下與蓄熱磚102接觸壓力下降之結果，造成蓄熱室10內部產生熱流場不均勻化現象，使得蓄熱室10下方之蓄熱材106的蓄熱效能不佳；較佳地，蓄熱磚102為複數個蜂巢形孔洞所組成之陶瓷蓄熱磚。

請同時參閱第四圖以及第五圖，其為本發明一較佳實施例之容置箱示意圖B以及容置箱示意圖C；如圖所示，為了提升蓄熱室10內部之熱流場均勻性以及提升蓄熱室10內部下方之蓄熱材106的蓄熱效能。本發明之蓄熱式燃燒器30之複合蓄熱模組1係將蓄熱室10內部下方之蓄熱材106設置為複數個球形蓄熱體104，並透過至少一容置箱108承載而堆疊於蓄熱磚102下方；其中容置箱108具有複數個孔洞1082(如第五圖所示)或柵欄1084(如第四圖所示)，該些孔洞1082或柵欄1084係供氣體流通，並以不妨礙氣體與球形蓄熱體104接觸進行蓄熱或預熱作業而設置。且容置箱108之設置亦便於裝卸球形蓄熱體104於蓄熱室10中以利汰換。另外容置箱108之設置係依據需求而可為複數個(如第五圖所示)，並不以單一設置為限。

蓄熱室10上方之蓄熱材106為複數個陶瓷蓄熱磚102堆疊，下方之蓄熱材106為複數個金屬球形蓄熱體104堆疊之方式，使得球形蓄熱體104之氣體流道孔隙110小於蓄熱磚102。係有利於減緩廢氣70流經蓄熱室10下方區域之流速，而於球形蓄熱體104之間停留較長的時間，使此區域的熱流場均勻分布，進而增進球形蓄熱體104之蓄熱效能。

另外球形蓄熱體104為具高熱傳導係數之金屬材質，亦有助於球形蓄熱體104之間的熱能傳遞，而可縮短球形蓄熱體104進行蓄熱的作業時間。於此藉由蓄熱磚102以及球形蓄熱體104於蓄熱室10之堆疊設計，提升蓄熱室10內部之熱流場均勻性以及整體蓄熱材106的蓄熱效能；較佳地，球形蓄熱體104為鋁、鐵或其他具高熱傳導係數之金屬材質；球形蓄熱體104之球徑為1.5~2cm。

復參閱第一圖，並一併參閱第二圖，其為本發明一較佳實施例之蓄熱式燃燒器作動示意圖B；如圖所示，當氣體流道302另一側之複合蓄熱模組1中的蓄熱材106儲滿熱能後，廢氣70因通過複合蓄熱模組1釋放熱能而降低溫度，並以低於200℃以下之溫度排出於大氣。此時透過控制模組304切換助燃之常溫空氣50進入此複合蓄熱模組1之蓄熱室10中，助燃之常溫空氣50經過蓄熱室10時，在短時間內被加熱至800℃以上，預熱後的助燃空氣50進入燃燒器30作業環境內與燃料混合參與燃燒。同時燃燒器30作動時所排放之高溫廢氣70經過氣體流道302一側之複合蓄熱模組1中進行蓄熱作業，廢氣70經過時釋放熱能使蓄熱材106得以將熱能儲存，而後因釋放熱能使得廢氣70降溫並排出於大氣。於此利用控制模組304切換助燃空氣50以及高溫廢氣70，使得氣體流道302內部兩側之複合蓄熱模組1反覆進行熱交替作業。達到節省燃料耗損、維持蓄熱式燃燒器30之作業環境的均溫性、更有效率的回收廢氣70中的熱能以及降低廢氣70的排放溫度，使得汙染環境之因素減低等功效。

由上述具體實施例可得知本發明所揭示之蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，利用陶瓷蓄熱磚以及金屬球形蓄熱體(鋁球或鐵球)堆疊設置於蓄熱室中，係具有下列功效：1.球形蓄熱體之氣體流道孔隙小於蓄熱磚，係有利於高溫廢氣流經蓄熱室之下方區域時，能夠讓廢氣的流速減緩，於此區域停留較長時間，使得氣流較為均勻分布，提升蓄熱室下方之熱流場均勻性以及蓄熱室下方之蓄熱材的蓄熱效能。2.球形蓄熱體為具高熱傳導係數之金屬球形蓄熱體(鋁球或鐵球)，係有助於球形蓄熱體之間的熱能傳遞，達到縮 短球形蓄熱體進行蓄熱的作業時間。3.將複數個球形蓄熱體於一或多個容置箱中承載，係便於裝卸球形蓄熱體以利更換清理。4.因複合蓄熱模組實現之功效可使蓄熱式燃燒器作動時，提高燃燒區域的熱通量而維持作業環境內的均溫性和火焰燃燒的穩定性、更高效率的高溫廢氣熱能回收，以減少燃料和顯熱的浪費損耗以及低汙染源的低溫廢氣排放等優點。

上揭實施例僅用於說明，並非用以限定本發明，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

Claims (6)

1. 一種蓄熱式燃燒器之複合蓄熱模組，其包含：一蓄熱室，其內部堆疊複數個蓄熱磚以及複數個球形蓄熱體，該些蓄熱磚位於該些球形蓄熱體上方，以及該蓄熱式燃燒器排放之一高溫廢氣口處，該些個球形蓄熱體之一氣體流道孔隙小於該些個蓄熱磚；以及至少一容置箱，其設於該蓄熱室內部，並承載該些球形蓄熱體，該容置箱具有複數個孔洞或柵欄。
2. 如申請專利範圍第1項所述之蓄熱式燃燒器之蓄熱模組，其中該些蓄熱磚為複數個蜂巢形孔洞所組成之陶瓷蓄熱磚。
3. 如申請專利範圍第1項所述之蓄熱式燃燒器之蓄熱模組，其中該些球形蓄熱體為鋁、鐵或其他具高熱傳導係數之金屬材質。
4. 如申請專利範圍第3項所述之蓄熱式燃燒器之蓄熱模組，其中該些球形蓄熱體之球徑為1.5~2cm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之蓄熱式燃燒器之蓄熱模組，其中該蓄熱式燃燒器具有至少一氣體流道，該氣體流道內部設置該複合蓄熱模組。
6. 如申請專利範圍第5項所述之蓄熱式燃燒器之蓄熱模組，其更包含一控制模組，該控制模組連通該氣體流道。