TWI616620B - Radiant tube device - Google Patents

Abstract

一種輻射管裝置，包含一界定出一沿燃氣流動方向延伸之傳導空間的導流管，及多個在該傳導空間沿該流動方向銜接排列的插入件。每一個插入件包括一呈彎弧狀的板體、二設置於該板體之內弧面的內導片部，及二設置於該板體之外弧面的外導片部。該板體具有一上游端邊、一相反於該上游端邊的下游端邊，及二分別銜接於該上游端邊及該下游端邊相反端的銜接邊，該上游端邊的曲率半徑大於該下游端邊。該等內導片部及該等外導片部各自間隔界定出一前通口及一後通口，所述前通口是小於所述後通口。該等插入件能引導燃氣流動，優化該輻射管裝置的熱流特性。

Description

輻射管裝置

本發明是有關於一種工業加熱製程用的導熱裝置，特別是指一種輻射管裝置。

參閱圖1，為一現有的輻射管10，及多個設置於該幅射管10中的插入件1。該輻射管10用以導入高熱燃氣，而該等插入件1得以改變燃氣的流動情況，增加燃氣對該輻射管10的熱傳，藉此提高加熱效率。每一個插入件1包含一基管部11、二彼此夾一角度徑向遠離該基管部11延伸的延伸壁12、一銜接於該等延伸壁12並與該等延伸壁12共同圍繞出一通道123的弧形壁13、多個凸設於該弧形壁13的輻射件14(圖1中因繪示角度僅可見一個)，及二連接於該導流管11上的翼片15。然而，該輻射管10雖然能以輻射方式傳遞熱能，達到均勻傳熱的功效，但由於該插入件1的結構複雜，除了製程繁瑣而產生之造價高昂的缺點外，該等翼片15結構的設計瑕疵還會使部分熱能產生對流現象，因而影響輻射熱傳導的功能。

參閱圖2，為一種現有的輻射管2，包含一個兩端連通的U型導流管21、一自該U型導流管21其中一端置入的燃燒器22、一自該U型導流管21另一端置入的換熱器23，及一設置於該U型導流管21中，並位於該燃燒器22與該換熱器23之間，且呈螺旋扭轉狀的扭帶插入件24。該燃燒器22產生的熱能，經由該扭帶插入件24強化流動氣流，強化對該U型導流管21的傳熱，藉此增強該輻射管2的總熱傳係數。然而，由於熱氣沿著該扭帶插入件24流動時，是呈螺旋流動，因而會產生相對較大的流阻，因而影響效率。另外，呈U型的該U型導流管21，有一部分的管壁外表面會朝向另一部分的管壁外表面，容易吸收自身向外輻射的熱能，因而增加了熱耗，且難以對特定對象進行針對性的加熱。

如圖2所示之輻射管2的設計，雖然改善了如圖1所示之輻射管10之插入件1的結構複雜問題，但也因該扭帶插入件24的結構而造成流阻問題。因此，如何在簡化插入之元件的整體造型以及優化加熱效率之間達成平衡，並能產生有方向性的加熱，則成為相關領域從事者潛心研發克服的要點。

因此，本發明之目的，即在提供一種插入件之外觀造型精簡、加熱效率及熱傳性質佳，且得以達成有方向性之加熱的輻射管裝置。

於是，本發明輻射管裝置，包含一界定出一沿一個燃氣傳導之流動方向延伸的傳導空間的導流管，及多個設置於該傳導空間中，並沿該流動方向銜接排列的插入件。

每一個插入件包括一個呈彎弧狀的板體、二內導片部，及二外導片部。該板體具有一內弧面、一相反於該內弧面的外弧面、一上游端邊、一與該上游端邊位於相反端的下游端邊，及二分別銜接於該上游端邊及該下游端邊之相反兩端的銜接邊，其中，該上游端邊的曲率半徑大於該下游端邊的曲率半徑。

該等內導片部自該板體之內弧面朝向彼此傾斜延伸，且沿該流動方向以遠離彼此的方向傾斜延伸，該等內導片部的前端間隔界定出一內前通口，而後端間隔界定出一內後通口，該內前通口是小於該內後通口。

該等外導片部自該板體之外弧面遠離彼此傾斜延伸，且沿該流動方向以遠離彼此的方向傾斜延伸，該等外導片部的前端間隔界定出一外前通口，而後端間隔界定出一外後通口，該外前通口是小於該外後通口。

本發明之功效在於：導入該導流管中的燃氣經過該等插入件時，有一部分的燃氣會沿著每一個板體的內弧面，並順著該板體的型態受到導引，流向下一個插入件之外弧面的一側，藉此產生自該等外弧面遠離之方向的方向性加熱；而該等內導片部及該等外導片部的傾斜延伸設計，則能優化燃氣沿該導流管之徑向方向的流動，使得燃氣在該傳導空間中能有更均勻的速度分佈，藉此減少壓損並使溫度分佈更加平均，有效藉由結構相對精簡的該等插入件，優化加熱效率以及整體的熱傳性質。

參閱圖3，為本發明輻射管裝置之一實施例，適用於導入燃氣而對特定物件加熱，並包含一界定出一沿一個燃氣傳導之流動方向D延伸的傳導空間300的導流管3，及多個設置於該傳導空間300中，並沿該流動方向D銜接排列的插入件4。

參閱圖4與圖5，每一個插入件4包括一個呈彎弧狀的板體41、二設置於該板體41的內導片部42、二設置於該板體41並位於該等內導片部42之相反側的外導片部43、二與該板體41一體延伸的上游搭接部44，及二與該板體41一體延伸且分別位於該等上游搭接部44相對後方的下游搭接部45。

該板體41具有一內弧面411、一相反於該內弧面411的外弧面412、一上游端邊413、一與該上游端邊413位於相反端的下游端邊414，及二分別銜接於該上游端邊413及該下游端邊414之相反兩端的銜接邊415。該等上游搭接部44分別自該等銜接邊415向外延伸並與該上游端邊413相間隔，而該等下游搭接部45是分別自該等銜接邊415延伸，且位於該等上游搭接部44相對後方，並銜接於該下游端邊414。其中，該上游端邊413的曲率半徑r1大於該下游端邊414的曲率半徑r2，而每一個插入件4的該等上游搭接部44以及該等下游搭接部45，皆是沿該板體41的彎弧狀而連續延伸，且同側的該上游搭接部44及該下游搭接部45彼此間隔界定出一凹槽490。

一併參閱圖6至圖8，該等內導片部42自該板體41之內弧面411朝向彼此傾斜延伸，且沿該流動方向D以遠離彼此的方向傾斜延伸，該等內導片部42的前端間隔界定出一內前通口428，而後端間隔界定出一內後通口429，該內前通口428是小於該內後通口429。每一個內導片部42具有一朝向該流動方向D的內前端邊421，及一相反於該內前端邊421的內後端邊422，該內前端邊421遠離該內弧面411的長度，大於該內後端邊422遠離該內弧面411的長度。該等外導片部43自該板體41之外弧面412遠離彼此傾斜延伸，且沿該流動方向D以遠離彼此的方向傾斜延伸，該等外導片部43的前端間隔界定出一外前通口438，而後端間隔界定出一外後通口439，該外前通口438是小於該外後通口439。每一個外導片部43具有一朝向該流動方向D的外前端邊431，及一相反於該外前端邊431的外後端邊432，該外前端邊431遠離該外弧面412的長度，大於該外後端邊432遠離該外弧面412的長度。要特別說明的是，每一個插入件4的該等內導片部42實質上是分別與該等外導片部43一體延伸，以利於在該等內弧面411之一側，以及該等外弧面412之一側都產生連續性的導引效果，也得以簡化製造每一個插入件4的製程。

續參閱圖7與圖8，所述插入件4之板體41的每一個銜接邊415具有一介於同側之上游搭接部44與該上游端邊413之間的支撐段419，每一個插入件4的該等上游搭接部44能分別抵接於另一個插入件4的該等下游搭接部45，並使該等支撐段419支撐於另一插入件4之板體41的內弧面411，藉此沿該流動方向D串接該等插入件4。

參閱圖9與圖10，定義該導流管3具有一個靠近該等插入件4之上游端邊413的上游側31，及一相反於該上游側31的下游側32。當該等插入件4彼此串接而置入該導流管3，並自該導流管3的該上游側31導入燃氣，所述的燃氣會沿著該流動方向D朝向該等插入件4之上游端邊413流動。首先，燃氣流至第一個該插入件4時，有一部分會沿著該插入件4的內弧面411流動，也有一部分會流至該外弧面412與該導流管3之間的空間中。沿著該插入件4之內弧面411流動的燃氣，會先順著該等內導片部42的導引，讓一部分的燃氣會往徑向相反兩側朝著該等凹槽490流動，而通過該內前通口428的燃氣，由於該板體41之該上游端邊413與該下游端邊414曲率差異，又會順著傾斜之板體41流至下一個該插入件4之板體41的外弧面412與導流管3之間的空間。流入該等外弧面412與導流管3之間的燃氣，會順著該等外導片部43以及該板體41之形態的導引，自該等凹槽490流回該等板體41靠近該等內弧面411的一側，接著再順著該等內弧面411以及該等內導片部42的導引，流往該等板體41靠近該等外弧面412的一側。當所述的燃氣依序經由多個該等插入件4的導引，則會使得燃氣如圖11地朝向該等插入件4之外弧面412的一側流動，讓該等外弧面412與該導流管3之間的空間因熱能集中而具有較高的溫度，故能藉此使該實施例能產生沿一自該等外弧面412向外之加熱方向H的輻射熱，達成朝向特定方向輻射加熱的功效。

參閱圖12，為實際以流場模擬軟體進行模擬的速度分佈圖，由結果顯示燃氣在該導流管3中受到該等插入件4的導引後，速度分佈甚為平均，少有在短距離內造成速度驟增或驟減的情況。如圖13則為實際以流場模擬軟體進行模擬的壓力分佈圖，透過該等插入件4之導引所產生之速度平穩的優點，更明顯地呈現在壓力的分佈上。由於速度平穩的關係，該傳導空間300中的壓力分佈也同樣呈現較為平順的狀態，因而對該燃氣所造成的壓損也會相對減少，優化整體的熱傳性質，使得燃氣較容易均勻流動，在流動的同時使熱能增加該傳導空間300中各個區域的溫度。

參閱圖14並配合圖11，圖14所示為針對該傳導空間300中的熱通量進行實際測量所呈現的熱通量分佈，由結果可見透過該等插入件4的導引，達成減少壓損並使得所述燃氣均勻流動的情況下，本實施例優異的整體熱傳性質，則反映在熱通量由該上游側31至該下游側32的均勻分佈上。因此，本實施例透過該等插入件4的導引，由溫度以及熱通量模擬結果的呈現上，確實能具體地達成使燃氣之熱能自上游側31至該下游側32平均傳遞的效果，並透過熱能相對集中於該等板體41之外弧面412之一側的特性，達成方向性加熱的目的。

綜上所述，本發明輻射管裝置透過彼此串接排列於該傳導空間300中的該等插入件4，能對導入的燃氣產生平均的導流效果，達成減少壓損並優化整體熱傳性質的效果，使得本發明輻射管裝置整體的熱通量自上游至下游呈現較平均的狀態，並藉由讓熱能相對朝向特定區域集中的特性，達成有方向性的輻射加熱，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧導流管
300‧‧‧傳導空間
31‧‧‧上游側
32‧‧‧下游側
4‧‧‧插入件
41‧‧‧板體
411‧‧‧內弧面
412‧‧‧外弧面
413‧‧‧上游端邊
414‧‧‧下游端邊
415‧‧‧銜接邊
419‧‧‧支撐段
42‧‧‧內導片部
421‧‧‧內前端邊
422‧‧‧內後端邊
428‧‧‧內前通口
429‧‧‧內後通口
43‧‧‧外導片部
431‧‧‧外前端邊
432‧‧‧外後端邊
438‧‧‧外前通口
439‧‧‧外後通口
44‧‧‧上游搭接部
45‧‧‧下游搭接部
490‧‧‧凹槽
r1‧‧‧曲率半徑
r2‧‧‧曲率半徑
D‧‧‧流動方向
H‧‧‧加熱方向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一立體圖，說明一現有的輻射管； 圖2是一示意圖，說明另一種現有的輻射管； 圖3是一立體分解圖，說明本發明輻射管裝置的一實施例； 圖4是一立體圖，說明該實施例的一插入件； 圖5是一前視圖，以另一個角度說明該插入件的細部構造； 圖6是一剖視圖，說明該插入件的其中一個內導片部，及其中一個外導片部； 圖7與圖8皆是示意圖，分別以二個相反的呈現角度，說明二個該插入件彼此前後銜接的情況； 圖9是一示意圖，說明多個該插入件設置於該實施例的一導流管的情況； 圖10是一示意圖，輔助圖9以側視的角度說明該等插入件導引燃氣的情況； 圖11是一溫度分佈圖，說明該實施例所能形成的溫度分佈，藉此顯示該實施例的加熱狀況； 圖12是一速度分佈圖，燃氣在該實施例之一導流管中流動的速度分佈； 圖13是一壓力分佈圖，配合圖12所示的速度分佈，說明該實施例所能達成之降低壓損的功效；及 圖14是一熱通量分佈圖，配合圖13說明該實施例所能形成的均勻熱傳量。

Claims (6)

1. 一種輻射管裝置，包含： 一導流管，界定出一沿一個燃氣傳導之流動方向延伸的傳導空間；及 多個插入件，設置於該傳導空間中，並沿該流動方向銜接排列，每一個插入件包括 一板體，呈彎弧狀，並具有一內弧面、一相反於該內弧面的外弧面、一上游端邊、一與該上游端邊位於相反端的下游端邊，及二分別銜接於該上游端邊及該下游端邊之相反兩端的銜接邊，其中，該上游端邊的曲率半徑大於該下游端邊的曲率半徑； 二內導片部，自該板體之內弧面朝向彼此傾斜延伸，且沿該流動方向以遠離彼此的方向傾斜延伸，該等內導片部的前端間隔界定出一內前通口，而後端間隔界定出一內後通口，該內前通口是小於該內後通口；及 二外導片部，自該板體之外弧面遠離彼此傾斜延伸，且沿該流動方向以遠離彼此的方向傾斜延伸，該等外導片部的前端間隔界定出一外前通口，而後端間隔界定出一外後通口，該外前通口是小於該外後通口。
2. 如請求項1所述的輻射管裝置，其中，每一個插入件還包括二分別自該板體之該等銜接邊向外延伸並與該上游端邊相間隔的上游搭接部，及二分別自該板體之該等銜接邊延伸，且位於該等上游搭接部相對後方，並銜接於該下游端邊的下游搭接部，每一個銜接邊具有一介於同側之上游搭接部與該上游端邊之間的支撐段，每一個插入件的該等上游搭接部能分別抵接於另一個插入件的該等下游搭接部，並使該等支撐段支撐於另一插入件之板體的內弧面，藉此沿該流動方向串接該等插入件。
3. 如請求項2所述的輻射管裝置，其中，每一個插入件的該等上游搭接部以及該等下游搭接部，皆是沿該板體的彎弧狀而連續延伸，且同側的該上游搭接部及該下游搭接部彼此間隔界定出一凹槽。
4. 如請求項1所述的輻射管裝置，其中，每一個插入件的該等內導片部實質上是分別與該等外導片部一體延伸。
5. 如請求項1所述的輻射管裝置，其中，每一個插入件的每一個內導片部具有一朝向該流動方向的內前端邊，及一相反於該內前端邊的內後端邊，該內前端邊遠離該內弧面的長度，大於該內後端邊遠離該內弧面的長度。
6. 如請求項1所述的輻射管裝置，其中，每一個插入件的每一個外導片部具有一朝向該流動方向的外前端邊，及一相反於該外前端邊的外後端邊，該外前端邊遠離該外弧面的長度，大於該外後端邊遠離該外弧面的長度。