TWI730525B - 氣電混合爐 - Google Patents

Abstract

本發明旨在揭露一種氣電混合爐，其於燃燒爐之加熱室內設置至少一蓄熱式燃燒裝置以及至少一電熱裝置，以根據置放於加熱室內之至少一工件之加工需求，決定由蓄熱式燃燒裝置或/及電熱裝置對該工件進行熱加工作業。

Description

氣電混合爐

本發明係有關於一種混合爐，其尤指一種結合燃燒生成之熱氣、電生輻射熱兩種加熱結構，而用以熱處理加工之氣電混合爐。

目前國際上在高溫工業爐的應用主要仍分為電熱與燃燒加熱兩種模式，兩者壁壘分明且各有所長。一般較大型的工業爐因為電熱系統在低溫區加熱效率較差，若非有氣氛要求，業者會以燃燒方式帶動爐內對流方式進行加熱，燃燒式工業爐較占優勢。反之，若加熱範圍較小，工件精度高的爐體使用環境，為提高爐內溫度均勻特性，業者多採用電熱式工業爐。另外，部分已開發國家由於電費較高，若無特殊品質要求，在考量成本情況下多以燃燒式工業爐做為首要選擇。目前國內外工業爐體業者均可針對客戶生產產品特色，提供相對較有利的工業爐熱源並建置加熱設備，然而仍存在燃燒工業爐的高溫排廢能耗以及電熱爐體的低溫區加熱能力等問題。

另外，鋼鐵及鋁合金製造產業鏈中需透過加熱製程進行軟化以便利加工或材料調質，但國內對於複合式加熱控制技術掌握不高，目前均採用燃燒或電熱等單一熱源加熱系統，無法以最適化能效操作。目前產業工業爐體操作時，電爐需透過加大功率以滿足加熱效率以及產能需求，巨大變動常造成業者提高用電需量成本；另一方面，燃燒式工業爐加熱達到設定之目標溫度後，為維持溫度須持續燃燒排放高溫廢氣，常導致熱能浪費。

職是之故，針對上述僅採用單一電熱或單一燃燒加熱兩種模式，其於結構設計上未臻理想之處，以及其於實施方式上所產生之該等缺失進行改善之必要性。本發明人鑑於上揭所衍生之問題進行改良，茲思及發明改良之意念著手研發解決方案，為期同時兼顧產能與高溫節能需求之問題，遂經多時之構思而有本發明之氣電混合爐產生，以服務社會大眾以及促進此業之發展。

本發明之一目的係提供一種氣電混合爐，其將蓄熱式燃燒裝置以及電熱裝置混合使用，以驅動最適化熱能混合控制，可依工件之加熱需求與操作成本，提升最適熱源加熱能力，有效減少固定式熱源輸出之熱能損耗以及NOx產生。

本發明之一目的係提供一種氣電混合爐，其將蓄熱式燃燒裝置以及電熱裝置混合使用，提供大範圍燃燒功率需求，俾使熱處理製程之升溫段在不產生過高內應力前提下，爐體可提供因不同工件材質與尺寸，以最大升溫斜率加熱，滿足產能最大化需求。

本發明之一目的係提供一種氣電混合爐，其將蓄熱式燃燒裝置以及電熱裝置混合使用，達到同時兼顧加熱速度與高溫節能需求，滿足最適化節能、節費目標。

為了達成上述所指稱之各目的與功效，本發明揭露一種氣電混合爐，其包含: 一燃燒爐，包含一加熱室； 至少一蓄熱式燃燒裝置，包含一火焰出口，其連通該加熱室，並且輸送一熱氣於該加熱室循環形成一熱氣流動區；以及 至少一電熱裝置，設置於該熱氣流動區。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該電熱裝置經供電加溫產生一輻射熱，該熱氣接觸該輻射熱以帶動於該熱氣流動區流動，而混合產生一第一熱源對至少一工件加工。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該火焰出口設置於該加熱室之一側壁頂端，該電熱裝置設置於該加熱室之另一側壁，並且相對該火焰出口。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該電熱裝置為複數個而環設於該側壁，並且包圍該熱氣流動區。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該電熱裝置包含複數個熱管，該些熱管以數量為3的倍數間隔排列而成。

於本發明之一實施例中，其亦揭露另一該蓄熱式燃燒裝置設置於該加熱室之另一該側壁頂端，另一該蓄熱式燃燒裝置與該蓄熱式燃燒裝置錯位設置。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該蓄熱式燃燒裝置自該火焰出口燃燒火焰輸送該熱氣，另一該蓄熱式燃燒裝置自另一該火焰出口燃燒火焰輸送另一該熱氣，該熱氣以及另一該熱氣於該熱氣流動區往一方向循環移動，而混合形成一第二熱源對至少一工件加工。

為使    貴審查委員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詳細之說明，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，其為本發明氣電混合爐之第一實施例之結構示意圖。如圖所示，本發明第一實施例之氣電混合爐包含: 一燃燒爐1，包含一加熱室10； 至少一蓄熱式燃燒裝置3，包含一火焰出口30，其連通加熱室10，並且輸送一熱氣32於加熱室10循環形成一熱氣流動區320；以及 至少一電熱裝置5，設置於熱氣流動區320。

上述之燃燒爐1為用以對至少一工件WP(如第二圖所示)進行熱處理加工之加熱爐結構。其於加熱室10內設置蓄熱式燃燒裝置3以及電熱裝置5混合搭配使用，根據工件WP之加工需求或/及蓄熱式燃燒裝置3以及電熱裝置5之出廠預設條件，決定兩種加熱裝置之加工模式。

上述之火焰出口30設置於加熱室10之一側壁100頂端(如第二圖所示)，而蓄熱式燃燒裝置3為於其內建之一燃燒室(未圖示)中燃燒火焰，再於加熱室10中經火焰出口30噴射火焰以產生火焰燃燒之加熱氣體(如熱氣32)，藉此加溫工作環境使工件WP受熱進行熱加工。加工過程中藉由助燃空氣注入蓄熱式燃燒裝置3，而依序經過蓄熱室(蓄熱式燃燒裝置3內建，未圖示)、燃燒室，再透過一燃料氣源(如天然氣)注入燃燒室與助燃空氣混合，以利用一點火裝置(蓄熱式燃燒裝置3內建，未圖示)燃燒混合氣體，於此在燃燒爐1中進行燃燒加工作業。爾後，燃燒爐1中所燃燒之氣體形成高溫廢氣，再藉由另一部蓄熱式燃燒裝置3之排氣口(蓄熱式燃燒裝置3內建，未圖示)排出，於此利用蓄熱式燃燒裝置3循環運作。換言之，一般蓄熱式燃燒裝置3係以成對設計方式設置於燃燒爐1；惟，亦可以單一設置，或者是非成對設計方式設置，更可以是複數設置，而不以本發明所列舉為限。

上述之電熱裝置5設置於加熱室10之另一側壁100’，並且相對火焰出口30(如第二圖所示)。換言之，電熱裝置5只要相對設置於火焰出口30即可，而可與火焰出口30位於同一平面，或者是如第二圖所示略低於火焰出口30亦可為之。電熱裝置5為指將電能轉換為熱能方式(electric heating，用電磁輻射把熱能向外散發的熱傳原理)，而產生輻射熱進行工件WP加熱作業之裝置；其中，電熱裝置5可以為市面上製造販賣之產品，如加熱器、加熱管(加溫棒)、電熱器、電熱管等，只要能夠經供電使其中之加熱元件因加溫產生之熱輻射(如第三圖所示，下述所稱之輻射熱50)皆可為之，故不限於此。

接續說明本發明第一實施例之氣電混合爐之實施方式。請一併參閱第二圖至第五圖，其為本發明氣電混合爐之第一實施例之作動示意圖一至四。本發明之氣電混合爐作動時，係可分成三個加工區間對置放於燃燒爐1之工件WP分段加工；其中，三個加工區間分別為預熱區間、加熱區間以及持溫區間。預熱區間之溫度為攝氏0度至攝氏700度之間，加熱區間為攝氏700度至攝氏1150度之間，持溫區間為攝氏1150度以上。

首先，如第二圖所示，一開始為使加熱室10能夠快速加溫達成加工條件溫度，遂採用蓄熱式燃燒裝置3自火焰出口30燃燒火焰所產生之熱氣32，升溫加熱室10之環境同時對工件WP加工。接續如第三圖以及第四圖所示，當熱氣32滿足預熱區間之溫度條件後，即可進一步持續加熱至加熱區間，而對工件WP進行第二階段之熱加工。其中，加熱區間之熱源供給來源，一部份為蓄熱式燃燒裝置3自火焰出口30燃燒火焰產生之熱氣32。另一部分為電熱裝置5經供電加溫產生之輻射熱50。因此將電熱裝置5設置於火焰出口30之相對側，即可經由熱氣32接觸、帶動輻射熱50往熱氣流動區320之一方向循環，而混合形成一第一熱源H1對工件WP加工。

詳言之，眾所周知蓄熱式燃燒裝置3燃燒火焰容易產生高溫廢氣(如NOx)。因此為了改善習知燃燒爐1結構僅採用蓄熱式燃燒裝置3作為主加熱結構，而會產生高溫廢氣影響地球環境，甚至需要符合各國所訂定之排放法規，而具有諸多限制問題。故本發明之氣電混合爐在作動過程中，加熱區間茲採用蓄熱式燃燒裝置3以及電熱裝置5混合搭配使用，藉此減少單獨僅依靠蓄熱式燃燒裝置3產生熱源所存在之該等缺失。換言之，蓄熱式燃燒裝置3產生之熱氣32以及電熱裝置5產生之輻射熱50於加熱區間進行加熱，除了可以改善傳統蓄熱式燃燒裝置3之高溫廢氣問題，更可以提升整體加熱室10之熱流場均勻化，進而提高工件WP之加工良率、效率等效用。

於此，本發明第一實施例之氣電混合爐1結構，將電熱裝置5設置於蓄熱式燃燒裝置3之火焰出口30相對側目的，即因為熱氣32自火焰出口30進入加熱室10中具有一固定流向(產生熱氣流動區320)，經由熱氣32之流向可以一併帶動輻射熱50流動，而一併於熱氣流動區320中以同一流向之流動方向循環產生第一熱源H1。藉此透過第一熱源H1對工件WP進行加工，即得以達成前段所載之該些功效。此外，將火焰出口30設置於加熱室10之側壁100頂端，用意為利用加熱室10中間正壓力，周圍負壓力之壓力差原理，而可藉由熱氣32將熱流場往下帶以利於加熱工件WP。

爾後，如第五圖所示，當加工區間三階段之加熱區間的溫度條件達成後，即可進行持溫區間之最後步驟加熱作業。此階段之加熱來源係採用電熱裝置5產生之輻射熱50作為加熱室10之熱源即可為之，而無須一併結合蓄熱式燃燒裝置3之熱氣32。

請參閱第六圖，其為本發明氣電混合爐之第二實施例之結構示意圖。如圖所示，本發明氣電混合爐之第二實施例與第一實施例之差異，在於加熱室10更包含一底壁102，電熱裝置5除了如第一實施例設置於加熱室10之側壁100’之外，亦可於加熱室10之底壁102增設電熱裝置5，以強化工件WP之熱加工需求。本發明第二實施例之其餘作動方式同於第一實施例，故不再贅述說明。

請參閱第七圖，其為本發明氣電混合爐之第三實施例之結構俯視圖。如圖所示，本發明氣電混合爐之第三實施例與第一實施例之差異，在於可將電熱裝置5設置複數個而環設於加熱室10之前、後、左、右邊側壁100，以包圍熱氣流動區320，並且每一電熱裝置5包含複數個熱管52，該些熱管52以數量為3的倍數間隔排列而成，藉此強化工件WP之熱加工需求。本發明第三實施例之其餘作動方式同於第一實施例，故不再贅述說明。

上揭之該些實施例中，蓄熱式燃燒裝置3以及電熱裝置5可以複數設置於加熱室10中。復參閱第二圖所示，為僅加熱室10之右邊側壁100設置蓄熱式燃燒裝置3之火焰出口30，以及電熱裝置5設置於側壁100’上，並且相對於火焰出口30。因此，亦可以為加熱室10之前、後、左、右邊側壁100、100’皆設置蓄熱式燃燒裝置3以及電熱裝置5，以依據工件WP之加工需求增減設計。

請參閱第八圖以及第九圖，其為本發明氣電混合爐之第四實施例之結構示意圖以及作動示意圖。如圖所示，本發明氣電混合爐之第四實施例與第一實施例之差異，在於另一蓄熱式燃燒裝置3’設置於加熱室10之另一側壁100’頂端，另一蓄熱式燃燒裝置3’與蓄熱式燃燒裝置3錯位設置，而可位於同一水平面上，或者是非為同一水平面上亦可為之，並不在此限。而電熱裝置5可以分別設置於側壁100、側壁100’上，以相對蓄熱式燃燒裝置3、另一蓄熱式燃燒裝置3’。本發明之第三實施例中，為將兩部蓄熱式燃燒裝置3、3’設置於加熱室10之側壁100、100’，使兩個火焰出口30、30’位於側壁100、100’頂端之同一水平面上並且為錯位設置。原因在於如果將兩部蓄熱式燃燒裝置3、3’直接相對設置，則火焰出口30、30’所輸送之熱氣32、32’將會彼此互相碰撞干擾，而不利於加熱室10中的熱流場均勻流動。因此，蓄熱式燃燒裝置3自火焰出口30燃燒火焰產生熱氣32，另一蓄熱式燃燒裝置3’自另一火焰出口30’燃燒火焰產生另一熱氣32’，熱氣32以及另一熱氣32’則可遵循加熱室10之封閉環境，而往加熱室10之一方向循環移動，進而混合形成一第二熱源H2對工件WP加工。

此外，除了熱氣32以及另一熱氣32’混合形成之第二熱源H2對工件WP加工之外，亦可搭配如第一實施例之作動方式運作。即蓄熱式燃燒裝置3輸送之熱氣32與設置於側壁100’之電熱裝置5產生的輻射熱50，經混合形成第一熱源H1。同理，另一蓄熱式燃燒裝置3’輸送之熱氣32’與設置於側壁100之電熱裝置5產生的輻射熱50，經混合形成另一第一熱源H1。於此，第一熱源H1、另一第一熱源H1以及第三熱源H2共同構成一新的熱源對工件WP進行熱加工作業。

於此，即完成本發明該些實施例之氣電混合爐結構於實際使用時之技術手段，上揭此僅實際使用之若干範例，包含但不限於本發明，同本發明相同或相似概念及流程之變化皆可視同本發明。

本發明已確實達到所預期之使用目的與功效，並且較習知技藝為之理想、實用；惟，上述該些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:燃燒爐 10:加熱室 100:側壁 100’:側壁 102:底壁 3:蓄熱式燃燒裝置 3’:蓄熱式燃燒裝置 30:火焰出口 30’:火焰出口 32:熱氣 320:熱氣流動區 32’:熱氣 5:電熱裝置 50:輻射熱 52:熱管 WP:工件 H1:第一熱源 H2:第二熱源

第一圖:其為本發明氣電混合爐之第一實施例之結構示意圖； 第二圖:其為本發明氣電混合爐之第一實施例之作動示意圖一； 第三圖:其為本發明氣電混合爐之第一實施例之作動示意圖二； 第四圖:其為本發明氣電混合爐之第一實施例之作動示意圖三； 第五圖:其為本發明氣電混合爐之第一實施例之作動示意圖四； 第六圖:其為本發明氣電混合爐之第二實施例之結構示意圖； 第七圖:其為本發明氣電混合爐之第三實施例之結構俯視圖； 第八圖:其為本發明氣電混合爐之第四實施例之結構示意圖；以及 第九圖:其為本發明氣電混合爐之第四實施例之作動示意圖。

1:燃燒爐

10:加熱室

3:蓄熱式燃燒裝置

30:火焰出口

32:熱氣

320:熱氣流動區

5:電熱裝置

Claims (6)

1. 一種氣電混合爐，其包含：一燃燒爐，包含一加熱室；至少一蓄熱式燃燒裝置，包含一火焰出口設置於該加熱室之一側壁頂端，其連通該加熱室，並且輸送一熱氣於該加熱室循環形成一熱氣流動區；以及至少一電熱裝置設置於該加熱室之另一側壁，並且相對該火焰出口，設置於該熱氣流動區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣電混合爐，其中該電熱裝置經供電加溫產生一輻射熱，該熱氣接觸該輻射熱以帶動於該熱氣流動區流動，而混合產生一第一熱源對至少一工件加工。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣電混合爐，其中該電熱裝置為複數個而環設於該側壁，並且包圍該熱氣流動區。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣電混合爐，其中該電熱裝置包含複數個熱管，該些熱管以數量為3的倍數間隔排列而成。
5. 如申請專利範圍第1至4任一項所述之氣電混合爐，其中另一該蓄熱式燃燒裝置設置於該加熱室之另一該側壁頂端，另一該蓄熱式燃燒裝置與該蓄熱式燃燒裝置錯位設置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之氣電混合爐，其中該蓄熱式燃燒裝置自該火焰出口燃燒火焰輸送該熱氣，另一該蓄熱式燃燒裝置自另一該火焰出口燃燒火焰輸送另一該熱氣，該熱氣以及另一該熱氣於該熱氣流動區往一方向循環移動，而混合形成一第二熱源對至少一工件加工。

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