TWI686579B

TWI686579B - 蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置

Info

Publication number: TWI686579B
Application number: TW107140658A
Authority: TW
Inventors: 陳建成; 唐紹文; 林恒育; 蘇志強
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-03-01
Also published as: TW202020395A

Abstract

本發明旨在揭露一種蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其於一蓄熱艙設置一流路切換器，經由一感測器偵測一燃燒爐之一工作溫度，將取得之一感測訊號傳輸至一處理器，透過處理器控制流路切換器，決定由蓄熱艙之一第一蓄熱室或/及第二蓄熱室接收燃燒之廢氣(熱流體)蓄熱。

Description

蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置

本發明係有關於一種流路切換裝置，其尤指一種運用於蓄熱式燃燒器，根據燃燒器之加熱溫度進行流體切換蓄熱之裝置。

習知燃燒爐係用於供一工件置放，並且配置一成對之蓄熱式燃燒器進行燃燒，而於燃燒爐中對工件實施加熱加工。蓄熱式燃燒器結構茲具有一進排氣口、一蓄熱部以及一燃燒部，進排氣口設置於蓄熱部而與蓄熱部內部之一蓄熱室連通，目的係將助燃空氣注入蓄熱室而流經燃燒部內部之一燃燒室，透過一燃料氣源(天然氣)注入燃燒室與助燃空氣混合，再利用一點火裝置燃燒混合氣體，於燃燒爐中進行燃燒加工作業。爾後，燃燒爐中所燃燒之氣體形成高溫廢氣，再藉由另一部蓄熱式燃燒器之進排氣口排出，於此利用兩部蓄熱式燃燒器匹配燃燒爐循環運作；其中，於廢氣排出過程中，可經由蓄熱室內部堆疊之蓄熱材(蓄熱磚)吸收高溫廢氣進行蓄熱，並且減少廢氣排放溫度，以符合環保規定達節能減排之效用。

查，由於燃燒爐在加熱需求上，分別具有加熱段溫度以及持溫段溫度之考量，傳統單一蓄熱室與單一進排氣口之結構設計，毋論燃燒爐當前階段為加熱段溫度，抑或持溫段溫度所生成之廢氣，皆僅能通過單一蓄熱室與進排氣口排出廢氣。該蓄熱式燃燒器之結構尚衍生出若干待改進之缺失。

蓄熱室之通道設計為一固定結構，可容置之蓄熱磚亦具有一定比例限制，當持溫段溫度之廢氣行經蓄熱室而自蓄熱艙排出時，由於該部分之廢氣流速較小、溫度較低，容易造成蓄熱室末端(鄰近進排氣口)之廢氣熱逸散，而無法確實對該處之蓄熱材提供足夠之溫度蓄熱。另外，受到持溫段溫度之廢氣影響，當該部蓄熱式燃燒器進行換向作業(即從排氣模式轉換成進氣模式)時，亦容易造成蓄熱室產生壓損。

職是之故，遂有針對上述習知蓄熱式燃燒器結構，其所具有之缺失施行改善之必要性。

本發明之一目的提供一種蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其控制加熱段與持溫段之廢氣輸出方式，改善蓄熱磚之蓄熱作業。

本發明之一目的提供一種蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其縮短蓄熱室之高溫邊界，以減少熱逸散維持/提升蓄熱功效。

本發明之一目的提供一種蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其控制整體蓄熱式燃燒器，增加蓄熱系統輸出之穩定性。

本發明之一目的提供一種蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其各蓄熱室之蓄熱體匹配流路切換器，而可調整對應之數量。

為了達成上述所指稱之各目的與功效，本發明揭露一種蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其包含:一蓄熱艙，包含一第一蓄熱室以及一第二蓄熱室，該第一蓄熱室之一端連通該第二蓄熱室之一端，另一端連通一燃燒室，該第一蓄熱室與該第二蓄熱室連接構成該蓄熱艙，該第一蓄熱室包含一第一進排氣口，設置於該第一蓄熱室以及該第二蓄熱室之間，該第二蓄熱室包含一第二進排氣口，設置於該第二蓄熱室之另一端；一流路切換器，包含一第一閥門以及一第二閥門，該第一閥門設置於該第一進排氣口，該第二閥門設置於該第二進排氣口；一感測器，設置於一燃燒爐之一側，偵測該燃燒爐之一工作溫度而產生一感測訊號；以及一處理器，電性連接該流路切換器以及該感測器，接收該感測訊號而操控該第一閥門以及該第二閥門作動，決定該第一進排氣口以及該第二進排氣口之啟閉狀態；其中，一熱流體自該燃燒爐往該燃燒室排出而流至該蓄熱艙，經該處理器開啟該第一進排氣口或該第二進排氣口，使該熱流體自該第一蓄熱室或該第二蓄熱室排出於該蓄熱艙外部。

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，僅佐以實施例及配合圖式說明如後:

下文中，將藉由圖式說明本發明之各種實施例，以詳細描述本發明；然而，本發明之概念可能以許多不同型式來體現，並且不應解釋為限於本文中所闡述之例式性實施例。

請參閱第一圖，其為本發明之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置之側視圖。如圖所示，本發明為一種蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置1，其包含一蓄熱艙10、一流路切換器12、一感測器14以及一處理器16，蓄熱艙10包含一第一蓄熱室100以及一第二蓄熱室102，第一蓄熱室100之一端連通第二蓄熱室102之一端，第一蓄熱室100之另一端連通一燃燒部18，第一蓄熱室100與第二蓄熱室102連接構成蓄熱艙10，第一蓄熱室100包含一第一進排氣口1000，設置於第一蓄熱室100以及第二蓄熱室102之間，第二蓄熱室102包含一第二進排氣口1020，設置於第二蓄熱室102之另一端。流路切換器12包含一第一閥門120以及一第二閥門122，第一閥門120設置於第一進排氣口1000，第二閥門122設置於第二進排氣口1020。感測器14設置於一燃燒爐9之一側，偵測燃燒爐9之一工作溫度90而產生一感測訊號140。處理器16電性連接流路切換器12以及感測器14，接收感測訊號140而操控第一閥門120以及第二閥門122作動，決定第一進排氣口1000以及第二進排氣口1020之啟閉狀態；其中，一熱流體8(如第三圖所示)自燃燒爐9往燃燒室180排出而流至蓄熱艙10，經處理器16開啟第一進排氣口1000或第二進排氣口1020，使熱流體8自第一蓄熱室100或第二蓄熱室102排出於蓄熱艙10外部。

燃燒部18包含燃燒室180，燃燒部18之一端連接於蓄熱艙10，而燃燒室180與第一蓄熱室100以及第二蓄熱室102連通，燃燒部18之另一端連接於燃燒爐9，而燃燒室180與燃燒爐9之一加熱室92連通。再者，第一蓄熱室100包含一第一蓄熱體1002，第二蓄熱室102包含一第二蓄熱體1022，第一蓄熱體1002之複數個蓄熱磚數量，大於等於第二蓄熱體1022之複數個蓄熱磚數量。例如整體設置於蓄熱艙10之蓄熱磚比例為100%，第一蓄熱體1002之蓄熱磚比例可以為60%，第二蓄熱體1022之蓄熱磚比例為40%。或者是第一蓄熱體1002之蓄熱磚比例為50%，第二蓄熱體1022之蓄熱磚比例亦為50%。

請參閱第二圖以及第三圖，其為本發明之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置之作動示意圖一、二。如圖所示，接續說明本發明之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置1之實施方式。首先，感測器14偵測燃燒爐9之工作溫度90而取得感測訊號140，處理器16接收感測訊號140進行計算、處理後，得知燃燒爐9目前處於100%火力燃燒之加熱階段，因此操控第一閥門120OFF，以關閉第一進排氣口1000，操控第二閥門122ON，以開啟第二進排氣口1020。而燃燒爐9燃燒排放之熱流體8(高溫廢氣)依序自加熱室92→燃燒室180→第一蓄熱室100→第二蓄熱室102移動，最後於第二進排氣口1020排出至蓄熱艙10外部。於此，由於燃燒爐9之加熱室92處於加熱階段，此時排放之熱流體8溫度為工作溫度90之0~100%，熱流體8目前之流速較快、溫度較低，艙壓較小，而可由處理器16決定讓第一蓄熱室100以及第二蓄熱室102皆通過熱流體8，對第一蓄熱體1002與第二蓄熱體1022進行蓄熱，俾使整體蓄熱艙10具有較佳之蓄熱效能，最後再於第二進排氣口1020排出至外部環境。

請一併參閱第四圖以及第五圖，其為本發明之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置之作動示意圖三、四。如圖所示，當感測器14偵測燃燒爐9之工作溫度90而取得感測訊號140’，處理器16接收感測訊號140’進行計算、處理後，得知燃燒爐9目前處於20%~75%火力燃燒之溫度保持階段，因此操控第一閥門120ON，以開啟第一進排氣口1000，操控第二閥門122OFF，以關閉啟第二進排氣口1020。而燃燒爐9燃燒排放之熱流體8’(高溫廢氣)依序自加熱室92→燃燒室180→第一蓄熱室100移動，最後於第一進排氣口1000排出至蓄熱艙10外部。於此，由於燃燒爐9之加熱室92處於持溫階段，此時排放之熱流體8’溫度趨近於工作溫度90之100%，熱流體8’目前之流速較慢、溫度較高，而可由處理器16決定僅讓第一蓄熱室100接收熱流體8’對第一蓄熱體1002進行蓄熱，再透過控制閥門開度變化改變熱流體8’流量，俾使蓄熱艙10之第一蓄熱室100達到預期之蓄熱效能，最後再於第一進排氣口1000排出至外部環境。

承接前段，感測器14偵測燃燒爐9的工作溫度90，而將所測得之感測訊號140、140’傳輸至處理器16運算與判斷，再由處理器16控制加熱段與持溫段之廢氣輸出方式，以決定熱流體8、8’之排放方式。亦即熱流體8流經第一蓄熱室100以及第二蓄熱室102之溫度，小於熱流體8’僅流經第一蓄熱室100之溫度。用意在於熱流體8之溫度等於工作溫度90之0~100%時，流速較快、溫度較低，因此可開啟第二閥門122/第二進排氣口1020，關閉第一閥門120/第一進排氣口1000，讓其所流經處之蓄熱磚皆能有效進行蓄熱。反觀，當熱流體8’之溫度趨近於工作溫度90之100%時，流速較慢、溫度較高，可經由減少高溫邊界，而自第一蓄熱室100經過後，即往第一進排氣口1000排出至蓄熱艙10外部環境，藉此維持/提升第一蓄熱室100之蓄熱效能。又，第一蓄熱體1002之蓄熱磚可以為高熱傳導性之材質，而具有較佳之取熱能力，第二蓄熱體1022之蓄熱磚可以為高表體比之材質，其取熱能力略低於第一蓄熱體1002，但由於接收熱流體8之溫度較高，仍然可以取得一定程度上之蓄熱效果。第一蓄熱體1002之蓄熱磚數量大於第二蓄熱體1022，可以確保第一蓄熱室100之蓄熱效果，避免上述先前技術所載，第二蓄熱室102之蓄熱效能低下，影響整體蓄熱艙10之蓄熱水平；更甚者，可避免蓄熱艙10換向作業時產生之壓損現象。

綜上所述，本發明之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其透過處理器適配感測器、流路切換器控制蓄熱式燃燒器，有效精準控制廢氣之流量/流向，增加蓄熱系統輸出之穩定性，進而滿足零組件熱處理產業規範要求。

上述實施例僅針對本發明之較佳實施例進行具體說明，並非用以限定本發明之申請專利範圍，舉凡其它未脫離本發明所揭示之技術手段下，而所完成之均等變化與修飾，均應包含於本發明所涵蓋之申請專利範圍中。

1:流路切換裝置 10:蓄熱艙 100:第一蓄熱室 1000:第一進排氣口 1002:第一蓄熱體 102:第二蓄熱室 1020:第二進排氣口 1022:第二蓄熱體 12:流路切換器 120:第一閥門 122:第二閥門 14:感測器 140:感測訊號 140’:感測訊號 16:處理器 18:燃燒部 180:燃燒室 8:熱流體 8’:熱流體 9:燃燒爐 90:工作溫度 92:加熱室

第一圖:其為本發明蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置之側視圖；第二圖:其為本發明蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置之作動示意圖一；第三圖:其為本發明蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置之作動示意圖二；第四圖:其為本發明蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置之作動示意圖三；以及第五圖:其為本發明蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置之作動示意圖四。

1:流路切換裝置

10:蓄熱艙

100:第一蓄熱室

1000:第一進排氣口

1002:第一蓄熱體

102:第二蓄熱室

1020:第二進排氣口

1022:第二蓄熱體

12:流路切換器

120:第一閥門

122:第二閥門

14:感測器

140:感測訊號

16:處理器

18:燃燒部

180:燃燒室

9:燃燒爐

90:工作溫度

92:加熱室

Claims

一種蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其包含: 一蓄熱艙，包含一第一蓄熱室以及一第二蓄熱室，該第一蓄熱室之一端連通該第二蓄熱室之一端，該第一蓄熱室之另一端連通一燃燒室，該第一蓄熱室與該第二蓄熱室連接構成該蓄熱艙，該第一蓄熱室包含一第一進排氣口，設置於該第一蓄熱室以及該第二蓄熱室之間，該第二蓄熱室包含一第二進排氣口，設置於該第二蓄熱室之另一端；一流路切換器，包含一第一閥門以及一第二閥門，該第一閥門設置於該第一進排氣口，該第二閥門設置於該第二進排氣口；一感測器，設置於一燃燒爐之一側，偵測該燃燒爐之一工作溫度而產生一感測訊號；以及一處理器，電性連接該流路切換器以及該感測器，接收該感測訊號而操控該第一閥門以及該第二閥門作動，決定該第一進排氣口以及該第二進排氣口之啟閉狀態；其中，一熱流體自該燃燒爐往該燃燒室排出而流至該蓄熱艙，經該處理器開啟該第一進排氣口或該第二進排氣口，使該熱流體自該第一蓄熱室或該第二蓄熱室排出於該蓄熱艙外部。
如申請專利範圍第1項所述之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其中該感測器偵測該工作溫度為一加熱段溫度，該處理器接收該感測訊號操控該第二閥門作動以開啟該第二進排氣口，該熱流體自該第一蓄熱室往該第二蓄熱室移動，而自該第二進排氣口排出於該蓄熱艙外部。
如申請專利範圍第2項所述之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其中該熱流體之溫度等於該工作溫度之0~100%。
如申請專利範圍第1項所述之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其中該感測器偵測該工作溫度為一持溫段溫度，該處理器接收該感測訊號操控該第一閥門作動以開啟該第一進排氣口，該熱流體流經該第一蓄熱室而自該第一進排氣口排出於該蓄熱艙外部。
如申請專利範圍第4項所述之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其中該熱流體之溫度等於該工作溫度之100%。
如申請專利範圍第1或2或4項所述之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其中該熱流體流經該第一蓄熱室以及該第二蓄熱室之溫度，小於僅流經該第一蓄熱室之溫度。
如申請專利範圍第1項所述之蓄熱艙熱流體處理之流路切換裝置，其中該第一蓄熱室包含一第一蓄熱體，該第二蓄熱室包含一第二蓄熱體，該第一蓄熱體之複數蓄熱磚數量，大於等於該第二蓄熱體之複數蓄熱磚數量。