TW200821512A - Dual-phase transformation temperature control device and method - Google Patents

Description

200821512 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種溫控裝置與方法，特別是指一種 可以產生冷風、熱風的雙相變溫控農置與方法。 【先前技術】

芩閱圖卜-般空调系統1如冷氣機、暖氣機或冷、暖 氣機，主要包含一壓縮機u、一冷凝器12、一冷媒控制器 13、一蒸發器14、串連該壓縮機u、該冷凝器12、該冷媒 控制器13與該蒸發器14形成一循環迴路的一管系15，及 一風扇16。該壓縮機n主要是將低壓低溫的氣態冷媒壓縮 成高壓高溫的氣態冷媒。該冷凝器12是將高壓高溫的氣態 々媒，級冷部介質（空氣、水）冷卻（放熱）成高壓中溫的液能 冷媒。該冷媒控制器13是將高壓中溫液態冷媒降壓成㈣ 中溫的液態冷媒。該蒸發器14是將低壓中溫的液態冷媒塞 發吸熱成低溫低壓的氣態冷媒。該風扇16是產生氣流吹向 該冷凝器12與該蒸發器14。 ▲藉此，利用該蒸發器14與冷媒、該風扇16氣流進行 熱交換，達到吸收室内的熱量及吹送冷氣的目的，同時利 用該冷凝器12與冷媒、該風扇16氣流進行熱交換，將埶 排出室外。 、 惟，由於空調系統必須仰賴該壓縮機u加壓冷媒，或 藉由該冷馳㈣13降壓冷媒，才能使冷媒順利循環流動 :並達到吸熱的效果’不但元件較多、成本較高…喿音值 回’且在增壓同時也會產生熱㉟，影響散熱效率。 5 200821512 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種能簡化元件、降 低嗓音，並大幅提昇散熱效率的雙相變溫控裝置與方法。 於是，本發明的雙相變溫控裝置包含一外殼、——第一 熱交換單元、一第二熱交換單元及二管系。該外殼具有上 、下相鄰的一第一容室與一第二容室。該第一熱交換單元 容是置在該外殼的第一容室，並具有一第一熱交換器與一 第一風扇，該第一熱交換器是與工作流體進行熱交換，使 # 工作流體冷凝成液態，該第一風扇是產生與該第一熱交換 器進行熱交換的氣流，使吹向一第一溫界的氣流形成熱風 。該第二熱交換單元是置在該外殼的第二容室，並具有一 第二熱交換器與一第二風扇，該第二熱交換器是與工作流 體進行熱交換，使工作流體氣化成氣態，該第二風扇是產 生與該第一熱交換器進行熱交換的氣流，使吹向一.第二溫 .界的氣流形成冷風。該等管系是分別與該第一、第二熱交 換器形成密閉迴路，可導引液態工作流體由高處向低處流 ® 動，及導引氣態工作流體向低濃度擴散，並分別具有相互 ‘ 併鄰且可進行熱交換的一熱交換段，使工作流體分別在該 - 熱交換段内產生相變化。 本發明的雙相變溫控方法，.包含下列步驟：步驟一： 使工作流體在一第一熱交換空間進行熱交換而產生氣-液相 變態。步驟二：使工作流體在一第二熱交換空間進行熱交 換而產生液-氣相變態。步驟三：分別使步驟一、二的工作 流體在低於該第一熱交換空間的一散熱界面與高於該第二 6 200821512 熱交換空間的-致冷界面進行熱交換，而分別產生液氣相 變態與氣-液相變態。步驟四：使工作流體藉由前述相變化 與高度、壓力差分別自體猶環於該第—熱交魅間與該散 熱界面間，及該第二熱交換空間與該致冷界面間。步驟五 :使外界氣流分別反向流動且與該第―、第i熱交換空間 進行熱父換’形成反向流動的熱風與冷風。

率的目的。 【實施方式】 本發明的功效是能藉由氣-液兩相變化的工作流體，產 生自體循環的流動效果，進而達到降低噪音、提昇散熱效 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中， 楚的呈現。 θ 參閱圖2、圖3及圖4，本發明的雙相變溫控裝置的一 較佳實施例包含：一外殼2、一第一熱交換單元3、_第二 熱交換單元4、一致冷晶片組5及二管系6、7。 該外殼2具有上、下相鄰的一第一容室21與一第二容 室22、連通該第一容室21且形成在一正面的一第一入風口 23與一第一出風口 24，及連通該第二容室22且形成在一 背面的一第二入風口 25與一第二出風口 26。而該第一入風 口 23與該第一出風口 24是朝向一第一溫界（如室外）。該第 二入風口 25與該第二出風口 26是朝向一第二溫界（如室内） 該第一熱交換單元3是設置在該外殼2的第一容室21 7 200821512 内，並具有面向該第一出風口 24的一第一熱交換器3ι，及 才對該第出風口 24面向該第一熱交換器31的一第一風 扇U。該第一熱交換器31具有形成在一頂面的一氣室311 、形成在一底面的一液室312，及連通該氣室311與該液室 =的數流道313。該風扇32是由該第一入風π 23抽引氣 流吹向該第一熱交換器31且由該第一出風口 24排出。

該第二熱交換單元4是設置在該外殼2的第二容室& 内，並具有面向該第二出風口 26的一第二熱交換器41，及 相對該第二出風口 26面向該第二熱交換器41的一第二風 羽2 w玄弟一熱乂換窃41具有形成在一頂面的一氣室41 $ 、形成在一底面的一液室412，及連通該氣室411與該液室 412的數流道413。該風扇42是由該第二入風口 25抽引氣 流吹向該第二熱交換器41且由該第二出風口 26排出。 該致冷晶片組5是以一傾斜角度安裝在該外殼2第_ 弟一谷至21、22間，並具有反向的一低點51與一高點 52、形成在_頂面的一熱端面53，及形成在一底面且具有 低溫冷凍作用的一冷端面54。該致冷晶片組5是藉由電路 控制具有恆溫效果，使該冷、熱端面54、53分別形成一冷 、熱界面。 該等管系6、7是分別與該第一、第二熱交換器31、41 形成密閉迴路，並分別具有一熱交換段61、71、一氣管段 62、72及一液管段63、73。該熱交換段61、71是分別與 該致冷晶片組5的熱端面53、冷端面54接觸而形成有一斜 度。該氣管段62、72是分別連接該熱交換段61、71 —端 8 200821512 與該氣室311、411，且相鄰該致冷晶片組5的高點52。該 液管段63、73是分別連接該熱交換段61、71另一端與該 液室312、412，且相鄰該致冷晶片組5的低點51。該管系 7更具有一隔熱層74，該隔熱層74是以不導溫材料製成， 且包覆該液管段73。

藉此’在該等管系6、7與該第一、第二熱交換器31、 41抽取真空後，注入工作流體，使工作流體循環於一真空 壞境’工作流體在本實施例是一種氣-液相的變態溫度界於 5-10°C的冷媒，也可以是一種溫度超傳導液體。 以下即針對本發明雙相變溫控方法說明如下： 步驟81 :參閱圖5及圖2、圖3、圖4,當氣態工作流 體進入該管系7的熱交換段71内時，會受該致冷晶片組5 冷端面54的冷凍作用而進行熱交換，使氣態工作流體遇冷 開始降溫並凝結為水滴，形成液態工作流體。 步驟82·•液態工作流體順沿該致冷晶片組5與該熱交 換段71的斜度沿該液管段73向下流動，蓄積在該第二熱 交換器41的液室412内，同時受整個迴路内氣態工作流體 的壓力影響，依倨該等流道313向上積存。 值得-提的是，該液管段73外的隔熱層74可以隔絕 外界溫度，使該液管段73内的液態卫作流體不會在此區段 内氣化。 V驟83 · A第_熱父換器41内的液態卫作流體，合透 過該第二熱交換器41吸收室内的熱量，且與該風扇42曰抽 引的氣流進行熱交換，形成由該第二出風口 26排出的冷風 9 200821512 ’使室内溫度降低。 步驟84 :吸熱後的工作流體會氣化成氣態工作流體， 又循該氣管段62向低》辰度擴散至該熱交換段61内。 重復步驟81 ~步驟84，如此週而復始，使前述工作流 體藉由前述相變化與高度、壓力差，分別依傭該管系7自 妝循％於該第二熱交換器41與致冷晶片組5冷端面54所 形成的致冷界面間，使室内達到冷房效果。 步驟91:參閱圖6及圖2、圖3、圖4,當該致冷晶片 組5的冷端面54產生冷凝作用時，該熱端面會釋放大 ΐ的熱量，而與該熱交換段61内的液態工作流體進行熱交 換’使液態工作流體遇熱開始汽化成氣態工作流體，此時 ，整個迴路内的壓力會愈提昇。 步驟92 :氣態工作流依循該氣管段62向低濃度處擴散 ’而進入該熱交換器31的氣室311内，氣體因為比重較重 、壓力、及地心引力的影響，開始沿該第一熱交換器3工的 流道313下墜，並進行熱交換。 步驟93 :該第一熱交換器31内的氣態工作流體，會透 過該第一熱交換器31朝室外釋放熱量，且與該風扇32抽 引的氣W進行熱父換’形成由該第一出風口 24排出的熱風 〇 步驟94 :釋放熱能後的氣態工作流體會凝結為水滴形 成液態工作流體，並依循該等流道313滴落在該液室312 内，由於流體具有由高向低流動的物理特性，因此，冷凝 後的液態工作流體會由上向下，由該液管段63蓄積在該熱 10 200821512 旦、又1與σ亥液官段63㈤，且t：整個迴路内氣體壓力的 妙響’逐漸沿該致冷晶片組5熱端面53與該熱交換段61 的斜度向上積存。 姊錢步驟91〜步驟94，如此週而復始，使前述工作流 體藉由前述相變化與高度、壓力差，分別依傭該管系、6自 體循環於該第-熱交換器31與致冷晶片組5熱端面53所 形成的散熱界面間，達到散熱效果。 據上所述可知，本發明之雙相變溫控裝置與方法具有 下列優點及功效·· 、 本發明由前述液態-氣態工作流體在二相變化的過 程中，以液態工作流體由高處向低處流動，及氣態工作流 體由濃度高向濃度低流動的物理特性，產生自體循環的流 動效果，不但可以簡化元件，有效降低成本與噪音，且不 會有額外的熱源產生。重要的是，本發明可以藉由雙相變 的作用方式，同時產生冷風與熱風，更能有效的散發熱量 ’並大幅提昇散熱效率。 以上所述只疋本發明之較佳實施例而已，當不能以此 限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及 發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發 明專利涵蓋之範圍内。 11 200821512 【圖式簡單說明】 圖】是-示意圓’說明一般冷氣機的工作原理； 圖2是正視方向的一剖視圖， ± 况明本發明一雙相變溫 徑衣置的一較佳實施例； 圖3是該較佳實施例側視方向的一剖視圖； 时圖^該較佳實施财—第—熱交換單元（―第二熱交 換早70)的一剖視圖； 圖5 ^該ϋ實施例產生致冷效果的—流程圖；及 圖6是該較佳實施例產生散熱效果的—流程圖。

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200821512 【主要元件符號說明】 2…·……外殼 21………第一容室 2 2………第二容室 23………第一入風口 24………第一出風口 25………第二入風口 26………第二出風口 3……·…第一熱交換單元 3 1 ·……·♦第一熱交換器 311……·氣室 3 12 *……液室 3 13 ‘……流道 32………第一風扇 4………*第二熱交換單元 41………第二熱交換器 411……·氣室 412 *……液室 413……·流道 42………第二風扇 5………·致冷晶片 5 1………低點 5 2………高點 5 3………熱端面 54………冷端面 6 ·………管系 61………熱交換段 6 2………氣管段 6 3………液管段 7…·……管系 71………熱交換段 72·…·…·氣管段 7 3………液管段 74………隔熱層 組 13

Claims (1)

1. 200821512 十、申請專利範圍： 1. 一種雙相變温控裝置，包含： 一外殼，具有上、下相鄰的一第一容室與一第二容 室； 一第一熱交換單元，是容置在該第一容室，並具有 一第一熱交換器與一第一風扇，該第一熱交換器是與工 作流體進行熱交換，使工作流體冷凝成液態，該第一風 扇是產生與該弟一熱父換裔進行熱父換的氣流5使吹向 • 一第一溫界的氣流形成熱風； 一第二熱交換單元，是容置在該外殼的第二容室， 並具有一第二熱交換器與一第二風扇，該第二熱交換器 是與工作流體進行熱交換，使工作流體氣化成氣態，該 第二風扇是產生與該第一熱交換器進行熱交換的氣流， 使吹向一第二溫界的氣流形成冷風；及 二管系，是分別與該第一、第二熱交換器形成密閉 迴路，可導引液態工作流體由高處向低處流動，及導引 ® 氣態工作流體向低濃度擴散，並分別具有相互併鄰且可 ^ 進行熱交換的一熱交換段，使工作流體分別在該熱交換 - 段内產生相變化。 2. 依據申請專利範圍第1項所述之雙相變溫控裝置，其中 ，該第一、第二熱交換器分別具有形成在一頂面的一氣 室、形成在該一底面的一液室，及連通該氣室與該液室 的數流道。 3. 依據申請專利範圍第2項所述之雙相變溫控裝置，其中 14 200821512 ’該等管系分別具有連接該熱交換段與該氣室的一氣管 段，及連接該熱交換段與該液室的一液管段。 4 ·依據申請專利範圍第3項所述之雙相變溫控穿置，更| 有一致冷晶片組’該致冷晶片組具有與該等管系熱交換 段接觸的一冷端面與一熱端面。 5·依據申請專利範圍第4項所述之雙相變溫控裝置，其中 ’該管系更具有不導溫材料製成的一隔熱層，該隔熱層 疋包覆與該致冷晶片組冷端面接觸的熱交換段，與鄰接 前述熱交換段與液室的液管段。 6.依據申請專利範圍第4項所述之雙相變溫控裝置，其中 ，该致冷晶片組是形成有一斜度，而具有相鄰該液管段 的一低點，及相鄰該氣管段的一高點。 7·依據申請專利範圍第1項所述之雙相變溫控裝置，其中 ，工作流體可以是冷媒、溫度超傳導液體其中一種。 8 ·依據申請專利範圍第1項所述之雙相變溫控裝置，其中 ’工作流體氣-液相的變態溫度是界於5-1 〇°C。 9·依據申請專利範圍第1項所述之雙相變溫控裝置，其中 ’該第一、第二熱交換器分別與該管系形成的迴路是呈 真空狀態。 10· —種雙相變溫控方法，包含下列步驟： 步驟一：使工作流體在一第一熱交換空間進行熱交 換而產生氣-液相變態； 步驟二：使工作流體在一第二熱交換空間進行熱交 換而產生液-氣相變態； 15 200821512 步驟二：分別使步驟一、二的工作流體在低於該第 …、又換空間的一散熱界面與高於該第二熱交換空間的 、界面進行熱父換，而分別產生液·氣相變態與氣-液相變態； 步驟四：使工作流體藉由前述相變化與高度、壓力 呈分別自體循環於該第一熱交換空間與該散熱界面間， 及該第二熱交換空間與該致冷界面間，·及 步驟五·使外界氣流分別反向流動且與該第一、第 一熱父換空間進行熱交換，形成反向流動的熱風與冷風 〇 1 1 ·依據申清專利範圍第1 0項所述之雙相變溫控方法，其中 ，該步驟一中的致冷界面與散熱界面是一致冷晶片組的 冷端面與熱端面。 12_依據申請專利範圍第1 〇項所述之雙相變溫控方法，其中 ，工作流體可以是冷媒、溫度超傳導液體其中一種。 13·依據申請專利範圍第10項所述之雙相變溫控方法，其中 ，工作流體是在真空環境中循環。 14 ·依據申請專利範圍第1 〇項所述之雙相變溫控方法，其中 ，工作流體氣-液相的變態溫度是界於。 16