TWI752876B - 冷熱循環系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種冷熱循環系統，其將一發熱裝置以一第一管路連通一冷卻裝置，將一加熱裝置以一第二管路連通該發熱裝置，再將一散熱裝置以一第三管路連通該加熱裝置，並以一第四管路連通該冷卻裝置，且以一第五管路連通該第一管路，其中，一第一冷流體於該第一管路內流動至該發熱裝置，一第一熱流體於該第二管路內流動至該加熱裝置，一第二熱流體於該第三管路內流動至該散熱裝置，一第二冷流體於該第四管路內流動至該冷卻裝置，該第二冷流體於該第五管路內流動至該發熱裝置，使冷熱可於系統內循環回收。

Description

冷熱循環系統
本發明是關於一種冷熱循環系統，尤其係指一種用於冷熱循環，並回收廢熱提高效率之循環系統。
工廠，或稱為製造廠、生產工廠，其係一個工業場所，通常是由幾個充滿機器的建築物組成的綜合體，在那裡工人製造產品或操作機器將每個產品加工成另一個產品；工廠是現代經濟生產的重要組成部分，世界上大多數商品都是在工廠裡製造或加工的。
隨著時代的發展，產業界逐漸於工廠設置供應其製造設備對應環境的設施，即稱為廠務系統；以半導體產業為例，其廠務系統通常包含：無塵室相關系統、空調系統、純水系統、氣體供應系統、化學品的供應系統、電力系統；第一個無塵室相關系統最重要的是提供潔淨的生產環境，第二個空調系統的目的是提供全廠穩定的空調環境，第三個純水系統的目的是供應給清洗相關製程需要，第四個氣體供應系統的目的是提供高品質大宗氣體及安全的特殊氣體，第五個化學品的供應系統的目的是提供大宗使用的高品質的化學用品，第六個電力系統的目的是供應穩定的全場電源；而其中工廠廠務系統都需要兩個功能，其為提供熱源以及提供冷源。
熱源供應的部分，業界經常使用鍋爐，以加熱之方式供應熱水，工廠熱水需求之負載通常為：無塵室外氣空調箱(MAU)、水務系統、氣體供應系統及化學品的供應系統等。
而同時在工廠內亦有許多發熱源，需要被冷卻，因此需要提供冷源，產業界通常使用製程冷卻水主要供給生產設備PCW(PROCESS COOLING WATER)，其係用於製造冷卻水之系統，且其要求提供之流體溫度不能太低，溫度通常控制在16℃~22℃，若流體的溫度過低，在工廠、無塵室裡濕度較高的情況下，會出現管路表面結露的現象，使設備受損，若流體的溫度過高則達不到設備的冷卻需求；而該流體通常使用純水或軟水做為水源。
1.開放式製程冷卻水系統：系統主要由板式換熱器、水泵、PCW水箱構成，又分冷凍水側和PCW水側等部分，從水箱抽水經水泵至板式換熱器通過控制冷凍水的量來保證PCW的水溫，送至生產線設備，再回到水箱，構成PCW閉式迴圈冷凍水側直接回冷凍機。
2.混水式製程冷卻水系統：冰水和PCW水部份混合，水泵吸入端控制設備高溫回水及冰水吸入之混合量來控制PCW的水溫，冰水量由三通或二通控制閥控制，構成PCW迴圈，冷卻水回水及冰水均回冷凍機。此法僅用於對水質要求不高的系統。
由於廠務系統的裝設，使得工廠的能耗隨廠務系統的演變逐漸上升，因此如何運用工廠內的既有熱源，並回收來減少鍋爐加熱的能耗，一直為工廠節能改善的主要方式；而習知廠務冷熱循環系統的熱能回收方式主要是透過熱交換系統來做熱的回收，但習知冷熱循環系統所使用的熱交換器之效率有其一定之限制，隨著使用時間的增加，熱交換器之效率會逐漸下降，因此需做定期保養更換，造成工廠的營運成本增加。
有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供一種冷熱循環系統，其係將工廠的發熱裝置與冷卻裝置、加熱裝置以及散熱裝置相互連通，並以管路連通發熱裝置與散熱裝置，藉由發熱裝置與散熱裝置之流體循環，使冷熱可於系統內循環回收。
本發明之一目的在於提供一種冷熱循環系統，其係將工廠的發熱裝置與冷卻裝置以及加熱裝置連通後，再將工廠的散熱裝置(熱消耗裝置)連通該加熱裝置，並利用散熱裝置與發熱裝置之連通循環，使流經發熱裝置之流體可流經散熱裝置進行循環，以回收廢熱，提高冷熱循環系統之熱交換器效率。
為達到上述所指稱之各目的與功效，本發明提供一種冷熱循環系統，其包含：一冷卻裝置、一發熱裝置、一加熱裝置以及一散熱裝置，該發熱裝置以一第一管路連通該冷卻裝置，該加熱裝置以一第二管路連通該發熱裝置，該散熱裝置以一第三管路連通該加熱裝置，該散熱裝置以一第四管路連通該冷卻裝置，該散熱裝置以一第五管路連通該第一管路，其中，一第一冷流體於該第一管路內流動至該發熱裝置，一第一熱流體於該第二管路內流動至該加熱裝置，一第二熱流體於該第三管路內流動至該散熱裝置，一第二冷流體於該第四管路內流動至該冷卻裝置，該第二冷流體於該第五管路內流動至該發熱裝置；利用此結構提供冷熱循環之系統，並回收部分熱源，以提高系統之熱交換器效率。
本發明之一實施例中，更包含一流體輸入端，其連通該第一管路，一第三冷流體於該第一管路內流動至該發熱裝置。
本發明之一實施例中，更包含一流體輸出端，其連通該第二管路，該第一熱流體於該第二管路內流動至該流體輸出端。
本發明之一實施例中，其中該冷卻裝置包含一第一儲存槽，該第一儲存槽連通該第一管路以及該第四管路。
本發明之一實施例中，其中該加熱裝置包含一第二儲存槽，該第二儲存槽連通該第二管路以及該第三管路。
本發明之一實施例中，其中該散熱裝置以一第六管路連通該發熱裝置，一第三熱流體於該第六管路內流動至該散熱裝置。
本發明之一實施例中，其中該發熱裝置更包含一第一控制單元。
本發明之一實施例中，其中該散熱裝置更包含一第二控制單元。
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，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：
有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供將一發熱裝置以一管路連通一冷卻裝置，冷卻該發熱裝置，將一加熱裝置以一管路連通該發熱裝置再加熱該發熱裝置所使用的冷卻流體，再將一散熱裝置以一管路連通該加熱裝置接收加熱後之流體，並以一管路連通該冷卻裝置接收散熱後之流體，使冷熱可於系統內循環回收。
請參閱第1圖，其為本發明之實施例之循環系統示意圖，如圖所示，本實施例中，一種冷熱循環系統1，其包含一冷卻裝置10、一發熱裝置20、一加熱裝置30以及一散熱裝置40，並以流體於該些裝置10、20、30、40內流動，以進行熱循環。
再次參閱第1圖，如圖所示，於本實施例中，該發熱裝置20以一第一管路22連通該冷卻裝置10，該加熱裝置30以一第二管路32連通該發熱裝置20，而該散熱裝置40以一第三管路42連通該加熱裝置30，並該散熱裝置40以一第四管路44連通該冷卻裝置10，且該散熱裝置40以一第五管路46連通該第一管路22；於本實施例中，該冷卻裝置10係將流體降溫之設備，例如壓縮機及散熱槽，此等熱交換裝置；該發熱裝置20係發熱之熱源，例如工廠之加工機、空壓機、輸送設備；該加熱裝置30係加熱該流體之設備，例如鍋爐；該散熱裝置40係散熱之冷源，例如無塵室外氣空調箱(MAU)、氣體房、化學品儲槽，此等溫濕調控裝置。
接續上述，如圖所示，於本實施例中，該冷卻裝置10對流體進行降溫，形成一第一冷流體C1，該第一冷流體C1於該第一管路22內流動至該發熱裝置20，該第一冷流體C1吸收該發熱裝置20所產生之熱能，並升溫形成一第一熱流體H1，該第一熱流體H1於該第二管路32內流動至該加熱裝置30，該加熱裝置30對該第一熱流體H1進行加熱，形成一第二熱流體H2，該第二熱流體H2於該第三管路42內流動至該散熱裝置40，該散熱裝置40吸收該第二熱流體H2之熱能，形成一第二冷流體C2，該第二冷流體C2於該第四管路44內流動至該冷卻裝置10進一步冷卻該第二冷流體C2，於本實施例中，該第二冷流體C2之溫度小於預設溫度時，該第二冷流體C2同時導入該第五管路46，該第二冷流體C2於該第五管路46內流動至該發熱裝置20，直接以該第二冷流體C2冷卻該發熱裝置20，減少該第一冷流體C1之使用量，以節省該冷卻裝置10之能源消耗。
請參閱第2圖，其為本發明之實施例之冷卻裝置及加熱裝置示意圖，如圖所示，本實施例進一步揭示該冷卻裝置10以及該加熱裝置30之元件，該冷卻裝置10包含一第一儲存槽11，該第一儲存槽11連通該第一管路22以及該第四管路44，該第二冷流體C2經由該第四管路44流入該第一儲存槽11進行冷卻，形成該第一冷流體C1，該第一冷流體C1經由該第一管路22流出該第一儲存槽11；該加熱裝置30包含一第二儲存槽31，該第二儲存槽31連通該第二管路32以及該第三管路42，該第一熱流體H1經由該第二管路32流入該第二儲存槽31進行加熱，形成該第二熱流體H2，該第二熱流體H2經由該第三管路42流出該第二儲存槽31；於本實施例中，該第一儲存槽11可暫時容置該第二冷流體C2進行緩衝並降溫，若該第二冷流體C2降溫至低於預設溫度(例如低於20度)時，該第一儲存槽11將該第二冷流體C2輸送至該發熱裝置20，以供散熱之用，進一步節省該冷卻裝置10之能耗；該第二儲存槽31可暫時容置該第一熱流體H1進行緩衝並加熱，若該第一熱流體H1加熱至高於預設溫度(例如高於20度)時，該第二儲存槽31將該第一熱流體H1輸送至該散熱裝置40，以供加熱之用，進一步節省該加熱裝置30之能耗。
請參閱第3圖及第4圖，第3圖為本發明之實施例之流體輸入端及流體輸出端示意圖，第4圖為本發明之另一實施例之循環系統示意圖，如圖所示，本實施例中，更包含一流體輸入端52以及一流體輸出端54，該流體輸入端52連通該第一管路22，並輸入一第三冷流體C3，該第三冷流體C3於該第一管路22內流動至該發熱裝置20以供降溫，該流體輸出端54連通該第二管路32，該第一熱流體H1於該第二管路32內流動至該流體輸出端54，該流體輸入端52以及該流體輸出端54使該冷熱循環系統1可與其他工廠設備進行熱循環，適應不同廠務系統之配置。
接續上述，如圖所示，於本實施例中，該散熱裝置40更以一第六管路48連通該發熱裝置20，該發熱裝置20之一第三熱流體H3於該第六管路48內流動至該散熱裝置40，其中該第三熱流體H3之溫度高於該第一熱流體H1，該冷卻裝置10輸送該第一冷流體C1至該發熱裝置20後，如溫度升高至超過預設溫度(如60度以上)，該發熱裝置20可將流體直接輸送至該散熱裝置40提供熱源，即該第三熱流體H3。
接續上述，如圖所示，於本實施例中，該發熱裝置20更設置一第一控制單元21，該第一控制單元21偵測該冷卻裝置10輸送之該第一冷流體C1之溫度，以判斷該流體C1需輸送至該加熱裝置30或該散熱裝置40；於本實施例中，該散熱裝置40更設置一第二控制單元41，該第二控制單元41偵測該加熱裝置30輸送之該第二熱流體H2及該發熱裝置20輸送之該第三熱流體H3之溫度，以判斷該些流體H2、H3需輸送至該冷卻裝置10或該發熱裝置20。
本實施例之一種冷熱循環系統1係將工廠之該發熱裝置20與該冷卻裝置10連通，以進行冷卻，該發熱裝置20連通該加熱裝置30，將升溫後之冷卻流體送入該加熱裝置30內，該散熱裝置40連通該加熱裝置30，接收該加熱裝置30之加熱後之流體，以提供熱源，該散熱裝置40再連通該冷卻裝置10，並輸送散熱後之流體再進行降溫，更可利用該第五管路46以及該第六管路48之設置進行溫度調節，使冷熱於系統內循環回收，且減少熱能之消耗。
綜上所述，本發明提供一種冷熱循環系統，其係將工場的發熱裝置與冷卻裝置以及加熱裝置連通後，再將工廠的散熱裝置(如熱消耗裝置)連通該加熱裝置，並利用散熱裝置與發熱裝置之連通循環，使流經發熱裝置之流體可直接輸送至散熱裝置進行熱循環，以此結構對應整個系統之社循環狀況，進行廢熱的回熱，提高冷熱循環系統之熱交換器效率，解決習知冷熱循環系統隨著使用時間的增加，熱交換器之效率會逐漸下降，需做定期保養更換，造成工廠的營運成本增加之問題。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明一實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:冷熱循環系統 10:冷卻裝置 11:第一儲存槽 20:發熱裝置 21:第一控制單元 22:第一管路 30:加熱裝置 31:第二儲存槽 32:第二管路 40:散熱裝置 41:第二控制單元 42:第三管路 44:第四管路 46:第五管路 48:第六管路 52:流體輸入端 54:流體輸出端 C1:第一冷流體 C2:第二冷流體 C3:第三冷流體 H1:第一熱流體 H2:第二熱流體 H3:第三熱流體
第1圖：其為本發明之實施例之循環系統示意圖； 第2圖：其為本發明之實施例之冷卻裝置及加熱裝置示意圖； 第3圖：其為本發明之實施例之流體輸入端及流體輸出端示意圖；以及 第4圖：其為本發明之另一實施例之循環系統示意圖。
1:冷熱循環系統
10:冷卻裝置
20:發熱裝置
22:第一管路
30:加熱裝置
32:第二管路
40:散熱裝置
42:第三管路
44:第四管路
46:第五管路
C1:第一冷流體
C2:第二冷流體
H1:第一熱流體
H2:第二熱流體

Claims (8)

  1. 一種冷熱循環系統，其包含： 一冷卻裝置； 一發熱裝置，其以一第一管路連通該冷卻裝置； 一加熱裝置，其以一第二管路連通該發熱裝置；以及 一散熱裝置，其以一第三管路連通該加熱裝置，該散熱裝置以一第四管路連通該冷卻裝置，該散熱裝置以一第五管路連通該第一管路； 其中，一第一冷流體於該第一管路內流動至該發熱裝置，一第一熱流體於該第二管路內流動至該加熱裝置，一第二熱流體於該第三管路內流動至該散熱裝置，一第二冷流體於該第四管路內流動至該冷卻裝置，該第二冷流體於該第五管路內流動至該發熱裝置。
  2. 如請求項1所述之冷熱循環系統，更包含一流體輸入端，其連通該第一管路，一第三冷流體於該第一管路內流動至該發熱裝置。
  3. 如請求項1所述之冷熱循環系統，更包含一流體輸出端，其連通該第二管路，該第一熱流體於該第二管路內流動至該流體輸出端。
  4. 如請求項1所述之冷熱循環系統，其中該冷卻裝置包含一第一儲存槽，該第一儲存槽連通該第一管路以及該第四管路。
  5. 如請求項1所述之冷熱循環系統，其中該加熱裝置包含一第二儲存槽，該第二儲存槽連通該第二管路以及該第三管路。
  6. 如請求項1所述之冷熱循環系統，其中該散熱裝置以一第六管路連通該發熱裝置，一第三熱流體於該第六管路內流動至該散熱裝置。
  7. 如請求項1所述之冷熱循環系統，其中該發熱裝置更包含一第一控制單元。
  8. 如請求項1所述之冷熱循環系統，其中該散熱裝置更包含一第二控制單元。
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