CN110530192A - 具防垢成效的热交换***及其防垢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具防垢成效的热交换***及其防垢方法，该热交换***至少包括：负载控制单元、温度压力侦测单元、以及水垢处理单元，以整合该等单元的互动性，配合本发明防垢方法以模拟符合实场运转相同限值的水质，对所运转机具为冷冻冷藏空调主机类、空压机类或各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类等，就实场运转条件不同及水质不同的积垢状况，调节水质结合方式，并透过防垢成效测试及整合至本发明该热交换器***，使得水质不具带电性，失去反应能力而不会形成水垢，提高防积垢成效，确保冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类等的运转效率及性能。
Description
技术领域
本发明有关于一种热交换***，特别是指一种能够提高防积垢成效，对空压机类或是冷冻冷藏空调主机类(包含冷冻冷藏设备、箱型机、冰水主机、卤水冰机、热泵等等)、利用冰卤水或冷媒制冷输送、污废水处理的热交换装置、空调设备、工业用炉、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类等等机具，于实场运转中确保运转效率及性能之具防垢成效的热交换***及其防垢方法。
背景技术
热交换器主要是利用泵体将热从高温的地方，送到低温地方，即由热交换的方式，将高温侧的热量带走或加热产生蒸汽、热水，时下各式各样的冷冻冷藏空调主机、空压机、锅炉的构造中都有热交换器，将运转中产生的热量带走或加热产生蒸汽、热水。然而，此种以热交换循环原理进行升降温的方式，在冷冻冷藏空调主机、空压机、锅炉的机具中皆会产生积垢问题，详言之，就冷冻冷藏空调主机、空压机而言，冷却水热交换管路为此类机具必须的组件，该冷却水管路中的冷却水在大气中散热达到降温，相对地，补充水的硬度和大气中的悬浮固体、有机物及微生物等不断进入冷却水中，加上常温(大气温度10～50℃)运转的冷却水因散热水质(包含有钙离子与碳酸氢根离子)浓缩产生水垢，该水垢的结垢因子为碳酸钙包括钙离子及碳酸氢根离子解离的碳酸根离子(HCO3－+OH－→H2O+CO3－2)，日久之后积垢便会阻碍热交换循环，进而降低冷冻冷藏空调主机、空压机散热效能。就锅炉而言，锅炉管路中的炉水在运转高温条件(100～200℃)因为蒸发水质浓缩而结垢，结垢之结晶体如：碳酸钙结晶，日久之后积垢便会阻碍热交换循环，换言之，此种以热交换循环原理进行升降温的冷冻冷藏空调主机、空压机或锅炉，于运转一段时间后受环境、温度及水垢等因素影响，皆会造成积垢现象致使得运转效能及性能降低。同样的，利用冰卤水或冷媒制冷输送、污废水处理的热交换装置、空调设备、工业用炉、各式热交换器或冷却散热装置等等机具，于运转一段时间后受环境、温度及水垢等因素影响，皆会造成积垢现象致使得运转效能及性能降低。
业界为积极改善积垢现象，针对水垢的防治处理则有不少相关专利存在，如：中国台湾新型专利号第M279636号(利用变频电磁场破坏分解水中钙、镁离子与碳酸根离子结合现象)、第M436496号(利用具有过滤语细化的双重净水功效，减少水中杂质，以降低水垢生成)、第M462272号(以磁棒来磁化管体中的水减少水垢产生)、第M470846号(以电击作用解离出正离子与负离子，使水管路中的结垢、铁锈、碳酸钙及细菌等得除去)、第M509221号(利用电器吸附水垢)及第M517196号(利用磁棒对水进行磁化作用袪除水中的水垢)，以及美国专利第4153559号、第4366053号、第4505815号等。然而，该等国内外专利案仅针对水垢处理提出一些构造解决，并未能将水垢处理后对于所应用的对象(例如：冷冻冷藏空调主机、空压机、锅炉)进行防治积垢后运转效率及性能的确保，进言之，由于全世界节能减碳的趋势，依照CNS 12575对主机的要求(冷却水为10～50℃)，及CNS 2144锅炉操作及维护规章、CNS10231锅炉给水与锅炉水之水质标准对锅炉高中低温运转条件的要求(蒸汽锅炉为100～200℃，热水锅炉为45～100℃)，实场运转应确保整年度主机EER值、锅炉效率在规范内，相关的业者则必须进行不同负载运转的监控并提出应对之道，前述国内外专利案固然提出水垢处理的构造并声称能够解决积垢问题，但也只是在说明书中技巧性声称，不敢在合约中叙明不同天候与不同负转的运转条件下实际测试检验成效，因此是否确实具备积垢处理后的防垢成效，各领域的专业业者(空调主机厂商、空压机厂商、锅炉厂商、化工专业、水处理专业)因为跨领域关系，各自为政而不敢尝试，因而，无法得知或是不敢确保所应用的对象(例如：冷冻冷藏空调主机、空压机、锅炉)的运转效率及性能。换言之，水垢处理器厂商通常是非化工专业，亦非空调主机、空压机、锅炉制造专业，除以目视方法进行防垢成效检验耗时而缓慢(三至六个月甚至一年)，更因为采用目视根本无法判定主机、空压机、锅炉的热交换管路内部积垢程度，致多数业主无法接受。而化工专业的水处理技术厂商及化工厂常使用小型模拟热交换器来检测防垢成效，因为对成效质疑，故通常不卖亦不使用水垢处理器，基于此，水垢处理器厂商单独贩卖水垢处理器，主机、空压机、锅炉厂商单独贩卖主机、空压机、锅炉，二者并未整合。再者，改善案时水处理厂商直接对业主洽谈、采购销售安装，而实际安装水垢处理器厂商纯以主机管路管径大小来论，并未考虑造成水垢因子的处理成效，致使得水垢处理器未能与空调主机、空压机、锅炉整合，如是，在不同技术领域无法整合下，无法达到防垢成效。总之，时下现况水垢处理器销售者从未列出防积垢成效，以避免无法验收；冷冻冷藏空调主机类、空压机、锅炉类厂商同样从未列出防积垢成效；又，新建工程案时空调技师设计监造、承包商施工亦从未列出防积垢成效，如此，不良的商业模式循环永远无法有效的达到节能减碳目的。
发明内容
本发明之目的，即在提供一种具防垢成效的热交换***，该***整合应用于冷冻冷藏空调主机类的冷凝器、空压机类的空气冷却器或油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置，或是锅炉类的炉管上，将运转中散热的冷却水或加热的炉水之积垢因子碳酸钙进行处理，令钙离子、碳酸根离子结合方式改变而具分子雏型，不再具带电性，失去反应能力，而不会形成水垢，提高防积垢成效，确保冷冻冷藏空调主机、空压机、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉的运转效率及性能，以解决业界多年来一直都因未达产业上利用性而未成功的问题，而由本发明改变运转中水体的钙离子与碳酸根离子的结合方式，方能够达到成功克服的关键技术。
又，本发明之再一目的，即在提供一种热交换***之防垢方法，该方法对冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置，或是锅炉类的水垢处理不完全的部分改善，以模拟符合实场运转的相同水体，透过防垢成效快速测试方法检验，再进行调节并整合，使达到水垢处理完全，不会积垢，达到100％防垢成效。
本发明之又一目的，即在提供一种一站式的***及服务，减少用户分散或分次采购不能达到购买高运转效率及性能的热交换***，也减少用户因不具备分辨良莠不齐的水垢处理及整合技能，而长期因积垢无法解决的困扰。
本发明之另一目的，即在提供一种防垢成效快速测试方法来取代习知缓慢、粗糙的防垢辨识方法，甚至几乎没有测试，本发明可以在3～8小时即可确定防垢成效率，提供使用者衡量自身需求来决定适合的防垢成效率，或是制造时就纳入本项功能设计。
为达上述目的，本发明具防垢成效的热交换***，该热交换***设置于所运转冷冻冷藏空调主机类的冷凝器、空压机类的空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置的冷却水管路上，或是锅炉类的炉管上，至少包括：负载控制单元、温度压力侦测单元以及水垢处理单元，其中该负载控制单元能够控制实场运转中该冷凝器、该空气冷却器、油冷却器、该各式热交换器、该冷却散热装置或是该炉管的每一时间实场动态运转达设定条件，如：冰卤水出水温度、空气压力、热源侧温压、冷却水温、锅炉蒸汽压力或热水温度；该温度压力侦测单元能够侦测实场运转中该冷凝器、该空气冷却器或油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置、该锅炉的每一时刻温度、压力；该水垢处理单元以仿真符合实场运转相同限值的水质，调节该冷凝器、空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置或是炉管的水体，及调节运转中该冷凝器、空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置，或是炉管的积垢因子碳酸钙中钙离子与碳酸根离子的结合方式，并以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理器，整合应用于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类；如是，有效的处理实场运转中该冷冻冷藏空调主机类的冷凝器、空压机类的空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置，或是炉管中的水垢，达到防积垢成效。
依据上述，其中调节该冷凝器、空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置或是炉管的水体，指调节不同设计流量及水质，即，高温运转于锅炉类；低温运转于冷冻冷藏空调主机类、空压机类，当所运转为蒸气锅炉时，以软水整合流量取80～120％给水流量；当所运转为热水锅炉时，以半软水或硬度低于碳酸钙值200ppm的水，整合流量取10～80％给水流量或取锅炉***总水量除以1～24小时；当所运转为冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置，以补充水硬度低于碳酸钙值200ppm时整合流量取1～40％循环水流量；若以补充水硬度高于碳酸钙值200ppm时，公式依照比例调整，该公式为：「整合流量×(补充水硬度的碳酸钙值÷200ppm的数值)」；而其循环水流量的公式为：「将冷冻空调吨数值×CNS 12575规范12.5L/m/RT」，其中，空压机类、各式热交换器、冷却散热装置的散热量均以3,900kcal/hr来换算冷冻空调吨数。
依据上述，该水垢处理单元以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理方法，整合应用于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类，透过调节冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器或冷却散热装置的冷却水浓缩倍数值，该浓缩倍数值取决于补充水及限值，该浓缩倍数值的公式为：限值除以补充水导电度，而其水量的公式为：
补充水流量M＝nE/(n-1)；
排放水流量B＝E/(n-1)
其中：n为浓缩倍数，E为蒸发水流量；冷冻冷藏空调主机吨数的函数，蒸发水流量须以冷却塔吨数的散热量(3,900kcal/h/RT)÷30℃蒸发热580kcal/kg来计算。
本发明具防垢成效的热交换***，进一步设有讯息处理单元，该讯息处理单元包含：内存、微处理器及编辑接口，其中该内存储存该负载控制单元与该温度压力侦测单元所侦测运算的该冷凝器、该空气冷却器、油冷却器、该各式热交换器、冷却散热装置或是该锅炉蒸汽压力或热水温度、负载条件、冷却水水质、补水量与排水量、不同温度的运转EER、耗能等数值，并储存模拟符合实场运转相同水质限值的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)浓度数值；该微处理器用于将来自于该负载控制单元与该温度压力侦测单元所控制与侦测的实场运转数值，与该内存前期储存的仿真符合实场运转相同水质限值的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)浓度数值进行比对、演算，并将结果显示于所连接的终端银幕上；该编辑接口能够与外接操作面板兼容，提供各项讯息的输出与输入作业。
本发明热交换***之防垢方法，该防垢方法设定冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置，或是锅炉类运转的条件如：运转限值之水质；再以模拟符合实场运转的冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置，或是锅炉类的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)的数值，进行水垢处理，并透过防垢成效快速测试方法检验，经检验后对于水垢处理不完全的部分，继续进行该水垢处理的调节与成效检验，直至冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置，或是锅炉类于实场运转达到水垢处理完全，不会积垢的成效为止(即，达到100％防垢成效)，最后，将前述通过防垢检验的水垢处理器整合于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类上，赋予该等机具的热交换***具有防垢成效，令热交换过程不会有结垢，可提高冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类的运转效率及性能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明热交换***第一种方块流程图；
图2为本发明热交换***第二种方块流程图；
图3为本发明热交换***之防垢方法方块流程图；
图4为本发明热交换***第一实施例应用于蒸气锅炉的示意图；
图5为本发明热交换***第二实施例应用于热水锅炉的示意图；
图6为本发明热交换***第三实施例应用于冷冻冷藏空调主机管内型的示意图；
图7为本发明热交换***第三实施例应用于冷冻冷藏空调主机管外型的示意图；
图8为本发明热交换***第四实施例应用于空压机管内型的示意图；
图9为本发明热交换***第四实施例应用于空压机管外型的示意图。
附图标记：
热交换*** 1 负载控制单元 2
温度压力侦测单元 3 讯息处理单元 4
水垢处理单元 5 冷凝器 6
空气冷却器 7 锅炉 8
内存 41 微处理器 42
编辑接口 43 水垢处理器 50
杀菌器 51 杂质分离器 52
蒸气锅炉 81 热水锅炉 82
冷冻冷藏空调主机 83 冷却塔 831
空压机 84
各式热交换器 91 冷却散热装置 92
给水管 93 旁流管 94
具体实施方式
先请参阅图3为本发明热交换***之防垢方法方块流程图，本发明防垢方法整合应用于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置，或是锅炉类，如图3所示本发明热交换***之防垢方法设定冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类运转的条件如：运转限值之水质；以模拟符合实场运转的冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)的数值；并进行水垢处理；透过碳酸钙结晶动力学检测法(对不同水质的碳酸钙成分，测试其结晶的反应速率；反应速率变慢即表示抑制结垢的成效率，例如：碳酸钙结晶成长速率由2.0*10－10m/秒降低为1.0*10－10m/秒甚至0.0*10－10m/秒，表示有50％的抑制成效及完全抑制。)或模拟热交换器检测(将热交换器的热源侧温度提高，使热源侧与冷却水温差达实场热源侧与冷却水温差2～12倍来进行)的防垢成效二种快速测试方法检验；将经检验后对于水垢处理不完全的部分，继续进行该水垢处理的调节，直至冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置，或是锅炉类于实场运转达到水垢处理完全，不会积垢的成效为止(即，达到100％防垢成效)；将前述通过防垢检验的水垢处理器整合于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类上，赋予该等机具的热交换***具有防垢成效，令热交换过程不会有结垢，可提高冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类的运转效率及性能。
本发明热交换***根据上述防垢方法整合应用于冷冻冷藏冷冻冷藏空调主机的冷凝器、空压机的空气冷却器或油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉上，请参阅图1，本发明热交换***1包括：负载控制单元2、温度压力侦测单元3、讯息处理单元4，以及水垢处理单元5等，其中该负载控制单元2用于控制实场运转中该冷凝器6、该空气冷却器7(或油冷却器及各式热交换器、冷却散热装置包含：冷冻冷藏设备、箱型机、冰水主机、卤水冰机、热泵等等、利用冰卤水或冷媒制冷输送、污废水处理装置、空调设备、空压机、工业用炉、热交换器等等机具)，或是该锅炉8(包括蒸气锅炉81与热水锅炉82)，或是各式热交换器91与冷却散热装置92的每一时间实场动态运转达设定条件，如：冰卤水出水温度、空气压力、热源侧温压、冷却水温、锅炉蒸汽压力或热水温度。该温度压力侦测单元3用于侦测实场运转中该冷凝器6、该空气冷却器7(或油冷却器)、该锅炉8(包括蒸气锅炉81与热水锅炉82)、该各式热交换器91与冷却散热装置92运转的每一时刻温度、压力。该讯息处理单元4包含内存41、微处理器42及编辑接口43，其中该内存41储存该负载控制单元2与该温度压力侦测单元3所侦测运算的该冷凝器6、该空气冷却器7(或油冷却器)、该锅炉8(包括蒸气锅炉81与热水锅炉82)、该各式热交换器91与冷却散热装置92等，其蒸汽压力或热水温度、负载条件、冷却水水质、补水量与排水量、不同温度的运转EER、耗能等数值、历年杀菌剂的余裕浓度(需求系数)，并储存模拟符合实场运转相同水质限值的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)浓度数值。该微处理器42用于将来自于该负载控制单元2与该温度压力侦测单元3所控制与侦测的实场运转数值，与该内存41前期储存的仿真符合实场运转相同水质限值的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)浓度数值、运转EER(指运转EER、kW/RT或COP，视计算单位而定)、耗能进行比对、演算，并将结果显示于所连接的终端银幕上。该编辑接口43能够与外接操作面板兼容，提供各项讯息的输出与输入作业。该水垢处理单元5与该讯息处理单元4相连，以该模拟符合实场运转相同限值的水质，调节该冷凝器6、空气冷却器7(油冷却器)、各式热交换器91与冷却散热装置92的冷却水，或是锅炉8(包括蒸气锅炉81与热水锅炉82)的炉水，及调节运转中该冷凝器6、空气冷却器7(油冷却器)、各式热交换器91与冷却散热装置92，或是锅炉8(包括蒸气锅炉81与热水锅炉82)的积垢因子碳酸钙中钙离子与碳酸根离子的结合方式，并以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理器50，整合应用于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类，达防垢成效，其中该水垢处理单元5仿真符合实场运转的相同水质，指对该冷冻冷藏空调主机类的冷凝器6、空压机类的空气冷却器7(油冷却器)及各式热交换器91与冷却散热装置92的冷却水，及蒸汽锅炉81的炉管，依据模拟符合实场运转的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)结合程度的数值进行调节，而对热水锅炉82的炉管，依据模拟符合实场运转的水质(钙离子与碳酸根离子)结合程度及水量的数值进行调节。另，调节该冷凝器6、空气冷却器7(油冷却器)、各式热交换器91与冷却散热装置92的冷却水，或是锅炉8(包括蒸气锅炉81与热水锅炉82)的炉水，指调节不同设计流量及水质，亦即，高温运转于锅炉类；低温运转于空调主机类、空压机类、热交换器与冷却散热装置，当所运转为锅炉类的蒸气锅炉81时，以软水整合流量取80～120％给水流量；当所运转为锅炉类的热水锅炉82时，以半软水或硬度低于碳酸钙值200ppm的水，整合流量取10～80％给水流量或取锅炉总水量除以1～24小时之数值；当所运转为空调主机类、空压机类、热交换器与冷却散热装置，以补充水硬度低于碳酸钙值200ppm时整合流量取1～40％循环水流量；若以补充水硬度高于碳酸钙值200ppm时，公式依照比例调整，该公式为：「整合流量×(补充水硬度的碳酸钙值÷200ppm的数值)」；而其循环水流量的公式为：「将冷冻空调吨数值×CNS 12575规范12.5L/m/RT」。
另，该冷凝器6、空气冷却器7(油冷却器)、各式热交换器91与冷却散热装置92，或是蒸气锅炉81的浓缩倍数值取决于补充水及限值，其中该冷凝器6、空气冷却器7(油冷却器)、或是各式热交换器91与冷却散热装置92的浓缩倍数值的公式为：限值除以补充水导电度，例如：补充水取自于自来水，导电度为300微姆欧，钙硬度为130ppm，冷却水之限值为2,000微姆欧，则浓缩倍数为2,000/300＝6.67倍。而其循环水量的公式为：补充水流量M＝nE/(n-1)；排放水流量B＝E/(n-1)；前述公式中：n为浓缩倍数；E为蒸发量，为冷冻冷藏空调主机吨数的函数。而该主机、空压机及热交换器的散热量以3,900kcal/h/RT来换算RT数，30℃水的蒸发热为580kcal/kg，水密度1kg/L，每冷却吨蒸发量E为3,900/580＝6.724L/h/RT；依前述浓缩倍数6.67倍代入前述补充水流量公式，求得补充水流量M＝nE/(n-1)＝6.67/(6.67-1)*6.724＝7.91L/h/RT；而求得排放水流量B＝E/(n-1)＝1/(6.67-1)*6.724＝1.19L/h/RT。
归纳以上，本发明热交换***1以整合该等单元的互动性，配合本发明该防垢方法以模拟符合实场运转的相同水质，对所运转机具为空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类，就实场运转条件不同，以及水质不同的积垢状况下，透过防垢成效快速测试方法检验，并以该水垢处理器50进行该水垢处理至不会积垢的成效(即，达到100％防垢成效)，使得本发明热交换器***1的水质不具带电性，失去反应能力而不会形成水垢，详言之，水质中钙离子、碳酸根离子未经处理或处理不完全时(即，未达到100％防垢成效)，仍有残留成分进入所运转机具中，因具带电性，则仍会形成水垢结晶体CaCO3(s)，如下式(1)所示。但经本发明该水垢处理器50的水垢处理完全时(即，达到100％防垢成效)，钙离子、碳酸根离子结合方式改变而形成之CaCO30为处理过的离子团，如下式(2)所示，CaCO30具分子雏型，不再具带电性，失去反应能力，因此不会形成水垢，如是能够达到在不同天候与不同负转的运转下，提高防积垢成效，确保冷冻冷藏空调主机、空压机、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉的运转效率及性能。以此本发明热交换***因而建立水垢处理后经防垢成效率检验的相关数据，以作为指定或不指定百分比的防垢成效参考，如是，所建立的防垢成效率检验相关数据比对，使用于机具的制造或运转中的机具等同于进行水垢处理的防垢成效率检验，如此，进一步配合本发明防垢方法以模拟符合实场运转的相同水质，对所运转机具进行水质及积垢因子之碳酸钙中钙离子与碳酸根离子的结合方式调节，能够令防垢成效通过100％或达到指定的百分比、或其他指定方式(如温度或压力等)之防垢检验。
Ca+2+CO3－2→CaCO3(s)---------(1)
Ca+2+CO3－2→CaCO30------------(2)
续请参阅图2，为本发明热交换***1该水垢处理单元5进一步包括杀菌器51及杂质分离器52的方块流程图，如图所示，本流程图与图1的差别在于该杀菌器51与所运转设备的冷却水管相连接，用于杀死在冷却水管中水质繁殖的藻菌等微生物。该杂质分离器52设置于所运转设备的进水管进口端，用于将冷却水所带来的悬浮固体杂质类进行分离，以利于水垢的处理。(注：由于冷却水运转为循环方式，该杀菌器51与杂质分离器52实施上，亦可设置于所运转设备的出口端或跨进出口二端顺向或逆向水流等处，其中水质均属相同，影响差异甚微，长期运转都有同样防水垢效果。)
请参阅图4与图5，为本发明热交换***1应用于蒸气锅炉81与热水锅炉82的第一实施例与第二实施例示意图，熟知蒸气锅炉81运转高温条件(100～200℃)因炉水蒸发水质浓缩而积垢，本发明适用于相同运转高温条件做积垢改善，即，本发明热交换***1如图4所示，以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理单元5(包括：水垢处理器50)整合应用于蒸气锅炉81，将本发明水垢处理单元5设置于的给水管93进口端上，透过该水垢处理单元5整合该蒸气锅炉81蒸发量与给水流量、水质之交互作用来发挥作用达低积垢成效进行防垢处理，亦即，须提供安全需求之瞬间给水量，整合该蒸气锅炉81蒸发量之2.5～3倍而与给水流量相同，及较化学处理之可接受补充水硬度范围更广，容许变异度更大，例如：蒸发量10吨/小时蒸汽锅炉须整合低积垢器流量为25～30吨/小时，其补充水硬度可接受范围为5～50ppm，而相对之化学处理仅为接受5ppm，几乎不容许有变异度，如是，与给水流量、水质之交互作用即能够达低积垢与防垢成效。另外，本发明热交换***1亦可适用于夹带共出及汽水共腾控制较佳操作之锅炉，其给水流量为锅炉蒸发量之1.2～2倍，本发明水垢处理单元5则选取为与给水流量相同之1.2～2倍之案例。
再请参阅图5所示，本发明热交换***1以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理单元5(包括：水垢处理器50)整合应用于该热水锅炉82，同样的，本发明热交换***1设置于给水管93的进口端上，以半软水或硬度低于碳酸钙值200ppm的水，整合流量取30％给水流量或取锅炉***总水量除以8小时，此处锅炉***总水量系指锅炉内水量或加上循环管内水量，视实际状况而定，如是，与给水流量、水质之交互作用即能够达低积垢与防垢成效。
续请参阅图6、图7为本发明热交换***的第三实施例，本发明热交换***1以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理单元5整合应用于冷冻冷藏空调主机管内型与管外型水垢处理的示意图，如图所示，本发明水垢处理单元5设置于冷却水进入冷凝器6的进口端的旁流管94上(图6)或是进水管93上(图7)，冷冻冷藏空调主机83由冷却塔831流出的冷却水为常温(10～50℃)条件，却因冷却水散热水质浓缩后，水垢不处理或处理不完全而积垢。本发明水垢处理单元5能够在相同运转常温条件做积垢改善，即，如图6、图7所示，本发明水垢处理单元5不论在冷冻空调主机83的管内式或管外式水垢处理，于整合条件时结垢因子碳酸钙为钙离子及碳酸根离子均在相同浓缩倍数6.67倍(补充水导电度为300微姆欧，钙硬度为130ppm)，以补充水流量M＝7.91L/h/RT，排放水硬度为130*6.67＝867.1ppm以1,000RT主机为例，计算如下：
当负载100％时，补充水流量M＝7.91*1000＝7,910L/h，钙硬度流入量为130mg/L*7,910＝1,028.3g/L(1ppm＝1mg/L)，排放水量＝1,185.9L/h，钙硬度排放量＝867.1*1,185.9＝1,028.3g/L；负载80％时，补充水流量M＝7,910*80％＝6,328L/h，钙硬度流入量为130mg/L*6,328＝822.6g/L，排放水量＝948.7L/h，钙硬度排放量＝867.1*948.7＝822.6g/L；负载60％时，补充水流量M＝7,910*60％＝4,746L/h，钙硬度流入量为130mg/L*4,746＝617.0g/L，排放水量＝711.5L/h，钙硬度排放量＝867.1*711.5＝617.0g/L。本发明热交换***1能够根据流入冷却水之钙硬度量透过该讯息处理单元4的该内存41预存补充水流量、排放流量及钙硬度增减量数据(如表1；本发明在模拟符合实场运转的调节水量及水质须注意钙硬度的增减量为“0”。)，经该微处理器42比对运算，随着负载而呈比例改变，钙硬度排放量也随着负载改变，且与流入量相同(即冷却水之钙硬度量不受负载影响)，如是给水流量、水质之交互作用即能够达低积垢与防垢成效。
表1冷却水之补充水流量、排放流量及钙硬度增减量
再者，本发明配合杀菌器51将冷却水管中水质繁殖的藻菌等微生物杀死，进言之，本发明透过该讯息处理单元4的内存41储存所运转设备历年杀菌剂的余裕浓度数据(如表2；需求系数，控制杀菌剂的余裕浓度)，经该微处理器42比对运算，依照冷冻冷藏空调主机、空压机的吨数计算杀菌器51最大需求量，在给水流量、水质之交互作用即能够达低积垢与防垢成效。
表2杀菌器剂量各月份之基本需求系数
另，要说明的是，由于冷却水运转为循环方式，前述及后述水垢处理单元5及杀菌器51、杂质分离装置52实际组装上，能够设置在热交换管路的进口端、出口端或跨进出口二端顺向或逆向水流等处皆可，其中水质均属相同，影响甚微，长期运转都有同样效果。
续请参阅图8、图9为本发明热交换***的第四实施例应用于空压机管内型与管外型的示意图，如图所示，本发明热交换***1不论在空压机84的管内式或管外式水垢处理，以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理单元5整合应用，将本发明水垢处理单元5设置于冷却水进入空气冷却器7(或是油冷却器；或是各式热交换器)的旁流管94的进口端上(图8)或是进水管93(图9)上，并如同前述第三实施例透过该讯息处理单元4的内存41预存补充水流量、排放流量及钙硬度增减量数据(如表1)，经该微处理器42比对运算，随着负载而呈比例改变，钙硬度排放量也随着负载改变，且与流入量相同(即冷却水之钙硬度量不受负载影响)，如是给水流量、水质之交互作用即能够达低积垢与防垢成效。另，透过该讯息处理单元4的内存41储存所运转设备历年杀菌剂的余裕浓度数据(如表2；需求系数，控制杀菌剂的余裕浓度)，经该微处理器42比对运算，依照冷冻冷藏空调主机、空压机的吨数计算杀菌器51最大需求量，在给水流量、水质之交互作用即能够达低积垢与防垢成效。
除上述第三、第四实施例所介绍说明本发明水垢处理单元整合应用于冷冻冷藏空调主机类的冷凝器、空压机类的空气冷却器、油冷却器外，时下污废水处理的热交换装置、工业用炉所采用热交换装置，这些装置及各式热交换器，以及冷却散热装置同样都以冷却水来达到控制温度的运作方式，而其冷却水运作过程结垢、防垢及水量及水质处理方式皆与前述第三、第四实施例相同。值得一提的是，冷却散热装置的散热片亦属热交换装置，该散热片表面同样接触冷却水，也会有积垢等问题产生，本发明同样可应用于冷却塔各种散热方式。本发明采用结晶动力学检测法，碳酸钙结晶成长速率由2.0*10－10m/秒降低为1.0*10－10m/秒甚至0.0*10－10m/秒，表示有50％的抑制成效及完全抑制。另，本发明应用于各式热交换器的模拟热交换器检测法系将其热源侧温度提高，使热源侧与冷却水温差达实场热源侧与冷却水温差之7.8倍，例如：冷却水入水温30℃，出水温35℃，空调主机冷凝温36℃，平均热传温差为36－(35+30)/2＝3.5℃，而将热源侧提高至60℃，平均热传温差为60－(35+30)/2＝27.5℃，热传速率增加为27.5/3.5＝7.86倍。此方法可快速检测在模拟热交换器表面产生结垢的速率。同样的，结垢速率变慢可以决定抑制结垢的成效率，即未经处理的结垢速率为100mg/cm2/月，经水垢处理器的结垢速率降为40mg/cm2/月，表示有60％的抑制成效，速率达“0mg/cm2/月”即表示完全抑制。换言之，本发明能够以前述所建立的防垢成效率检验相关数据，使用于机具的制造或运转中的机具的比对，即等同于进行水垢处理的防垢成效率检验。
归纳以上，本发明具防垢成效的热交换***能够在不同天候与不同负转的运转条件下，提高防积垢成效，提供冷冻冷藏空调主机、空压机、各式热交换器、冷却散热装置及锅炉如下优点：
1.改善时下相关业者于积垢处理后无法得知，或是不敢确保冷冻冷藏空调主机、空压机、各式热交换器、各式冷却散热装置或是锅炉的运转效率及性能的缺失，确保冷冻冷藏空调主机、空压机、各式热交换器、各式冷却塔或是锅炉的运转效率及性能。
2.改善熟知的缓慢、粗糙的防垢辨识方法，提高业者快速测试防垢成效确保冷冻冷藏空调主机、空压机、各式热交换器、各式冷却散热装置或是锅炉的采购与他的需求能吻合，以避免事后清洗水垢的维修或改善之麻烦。
3.对空调主机的防垢成效，其EER依照CNS 12575量测一年后甚至仍高达95％以上，与低达50％以下的现有主机有极大差异，改善幅度最高达95-50＝45％。空调主机为耗能最大的单一设备，本发明有极高的节能产业价值。
4.对空压机的低积垢成效，空气冷却器散热效果提升，耗电可降低达8～10％，及油冷却器散热效果提升，减少油温升高之95～100℃必须停机换油之频率，停机则产气量减少影响产能及生产排程、调度困难都提高。
5.对锅炉的低积垢成效，其结垢后效率与新锅炉效率相比可以看出其下降幅度。低积垢成效锅炉的下降幅度极微小，对比先前技术下降5～15％，改善幅度即为5～15％，显示成效良好。
6.改善锅炉适用之补充水硬度范围有10倍缓冲容量、流量范围有50～100％；并于冷冻冷藏空调主机、空压机冷却水改善其补充水水质、流量与负载不规则变化等因子的适用范围，对使用者降低了使用的技术难度与复杂度。
7.本发明能够依照主机的吨数计算杀菌器需求量，并增设负载器来调节四季的需量，对使用者降低了使用的技术难度与复杂度。
8.本发明开创新纪元，把化工、软硬件技术导入冷冻冷藏空调主机、空压机及锅炉，熟知制造厂的制造程序仅有机电技术，本发明使得扩展制造程序范围涵盖运转程序的高积垢、高耗能改善为低积垢、低耗能的设备。
9.本发明能够提高防垢成效的成功率，减少失控的风险，对热交换***冷却水更有降低藻菌失控的风险，及对热交换***冷却水有降低水垢失控的风险。
综上所述，本发明具防垢成效的热交换***及其防垢方法确能达到创作之目的，符合专利要件，以上所述仅为本发明较佳实施例，凡依据本发明所为之各种修饰与变化仍应包含于本专利申请范围内。
Claims (15)
1.一种具防垢成效的热交换***，整合应用于冷冻冷藏空调主机类的冷凝器、空压机类的空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类上，其特征在于，该热交换***包括：
负载控制单元，用于控制实场动态运转中达设定条件；
温度压力侦测单元，用于侦测实场运转中的温度、压力；以及
水垢处理单元，设置于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却塔的冷却水管或是锅炉类的给水管上，模拟符合实场运转的相同水质，并调节该热交换***的水体，及运转中的积垢因子碳酸钙中钙离子与碳酸根离子的结合方式，并以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理器，整合应用达防垢成效。
2.根据权利要求1所述的具防垢成效的热交换***，其特征在于，所述水垢处理单元以仿真符合实场运转的相同水质，以通过100％或指定百分比、或温度、或压力之防垢检验的防垢成效为条件。
3.根据权利要求1所述的具防垢成效的热交换***，其特征在于，所述水垢处理单元设置于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器或是冷却散热装置的管路的进口端、出口端或跨进出口二端顺向或逆向水流处皆可。
4.根据权利要求1所述的具防垢成效的热交换***，其特征在于，其中调节水体指调节不同设计流量及水质，即，高温运转于锅炉类；低温运转于冷冻冷藏空调主机类、空压机类以及各式热交换器、冷却塔，当所运转为蒸气锅炉时，以软水整合流量取80～120％给水流量或蒸发量的150～300％；当所运转为热水锅炉时，以半软水或硬度低于碳酸钙值200ppm的水，整合流量取10～80％给水流量或依水质修正流量，或取锅炉***总水量除以1～24小时；当所运转为冷冻冷藏空调主机类、空压机类以及各式热交换器、冷却塔时，整合流量取1～40％循环水流量或依水质修正流量；而其循环水流量的公式为：「将冷冻空调吨数值×CNS 12575规范12.5L/m/RT」，其中空压机类、各式热交换器、冷却散热装置的散热量均以3,900kcal/hr来换算冷冻空调吨数。
5.根据权利要求1所述的具防垢成效的热交换***，其特征在于，所述水垢处理单元进一步包括杀菌器及杂质分离器或前述二者之一，所述杀菌器与所运转设备的冷却水管相连接，用于杀死在冷却水中繁殖的藻菌等微生物；所述杂质分离器与所运转设备的冷却水管相连接，用于将冷却水所带来的悬浮固体杂质类进行分离。
6.一种具防垢成效的热交换***，整合应用于冷冻冷藏空调主机类的冷凝器、空压机类的空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类上，其特征在于，该热交换***包括：
负载控制单元，用于控制实场动态运转中达设定条件；
温度压力侦测单元，用于侦测实场运转中的温度、压力；及
讯息处理单元，包含内存、微处理器及编辑接口，所述内存储存所述负载控制单元与所述温度压力侦测单元所侦测运算的蒸汽压力或热水温度、负载条件、冷却水水质、补水量与排水量、不同温度的运转EER、耗能数值，并储存模拟符合实场运转相同水质限值的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)浓度数值；所述微处理器用于将来自于所述负载控制单元与所述温度压力侦测单元所控制与侦测的实场运转数值，与所述内存前期储存的仿真符合实场运转相同水质限值的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)浓度数值、运转EER、耗能进行比对、演算，并将结果显示于所连接的终端银幕上；所述编辑接口能够与外接操作面板兼容，提供各项讯息的输出与输入作业；以及
水垢处理单元，设置于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却塔的冷却水管或是锅炉类的给水管上，与所述讯息处理单元整合，以该仿真符合实场运转相同限值的水质并调节该热交换***的水体，及运转中的积垢因子碳酸钙中钙离子与碳酸根离子的结合方式，并以通过防垢检验具有防垢成效的水垢处理器，整合应用达防垢成效。
7.根据权利要求6所述的具防垢成效的热交换***，其特征在于，所述水垢处理单元以仿真符合实场运转相同限值的水质，并以通过100％或指定百分比、或温度、或压力之防垢检验的防垢成效为条件，将水垢处理器进行整合应用达防垢成效。
8.根据权利要求6所述的具防垢成效的热交换***，其特征在于，其中调节水体指调节不同设计流量及水质，即，高温运转于锅炉类；低温运转于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器或是冷却散热装置，当所运转为蒸气锅炉时，以软水整合流量取80～120％给水流量或蒸发量的150～300％；当所运转为热水锅炉时，以半软水或硬度低于碳酸钙值200ppm的水，整合流量取10～80％给水流量或依水质修正流量，或取锅炉***总水量除以1～24小时；当所运转为冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器或是冷却散热装置时，整合流量取1～40％循环水流量或依水质修正流量；而其循环水流量的公式为：「将冷冻空调吨数值×CNS 12575规范12.5L/m/RT」，其中，空压机类、各式热交换器、冷却散热装置的散热量均以3,900kcal/hr来换算冷冻空调吨数。
9.根据权利要求6所述的具防垢成效的热交换***，其特征在于，所述水垢处理单元设置于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器或是冷却散热装置的管路的进口端、出口端或跨进出口二端顺向或逆向水流处皆可。
10.一种具防垢成效的热交换***，整合应用于冷冻冷藏空调主机类的冷凝器、空压机类的空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类上，其特征在于，该热交换***包括：
负载控制单元，用于控制实场运转中冷凝器、空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置或是炉管的实场动态运转中达设定条件，如：冰卤水出水温度、空气压力、热源侧温压、冷却水温、锅炉蒸汽压力或热水温度；
温度压力侦测单元，用于侦测实场运转中冷凝器、空气冷却器、油冷却器、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉运转中的温度、压力；以及
水垢处理单元，设置于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置的冷却水管或是锅炉类的给水管上，以调节该热交换***的水体，及积垢因子碳酸钙中钙离子与碳酸根离子，达防垢成效。
11.根据权利要求10所述的具防垢成效的热交换***，其特征在于，所述水垢处理单元进一步以仿真符合实场运转的相同水质，调节运转中机具的水体及积垢因子之碳酸钙中钙离子与碳酸根离子的结合方式，令运转中机具的水体通过100％或指定百分比、或温度、或压力之防垢检验的防垢成效。
12.一种具防垢成效的热交换***，该热交换***将冷冻冷藏空调主机类或空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类等机具的水体所存在的积垢因子，进行处理，其特征在于，该热交换***包括：
水垢处理单元，设置于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却塔的冷却水管或是锅炉类的给水管上，将机具运转的水体透过防垢处理来调节，改变其钙离子与碳酸根离子的结合方式，令机具运转达到防垢成效。
13.一种具防垢成效的热交换***，该热交换***将冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置，或是锅炉类等机具的水体所存在的积垢因子，进行处理，其特征在于，该热交换***包括：
水垢处理单元，设置于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却塔的冷却水管或是锅炉类的给水管上，将运转中机具的水体经防垢处理，并透过所建立防垢成效率检验相关数据比对，使得机具的制造或运转中的机具等同于进行水垢处理的防垢成效率检验，而达指定成效。
14.一种热交换***之防垢方法，其特征在于，该方法包括：
设定冷冻冷藏空调主机类、空压机类及各式热交换器、冷却散热装置，以及锅炉类运转的条件如：运转限值之水质；
以模拟符合实场运转的冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类的水量及水质(钙离子与碳酸根离子)浓度的数值，进行水垢处理；
透过防垢成效测试方法检验；
将经检验后对于水垢处理不完全的部分，继续进行该水垢处理的调节与成效检验，直至冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类于实场运转达到水垢处理完全，不会积垢的成效为止；
将前述通过防垢检验的水垢处理器整合于冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类上，赋予该等机具的热交换***具有100％或指定百分比、或温度、或压力之防垢成效，提高冷冻冷藏空调主机类、空压机类、各式热交换器、冷却散热装置或是锅炉类的运转效率及性能。
15.根据权利要求14所述的热交换***之防垢方法，其特征在于，所述防垢成效测试方法为碳酸钙结晶动力学检测法或是模拟热交换器检测法。
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