TW201629409A - 具壓電構造之微型致冷裝置 - Google Patents

具壓電構造之微型致冷裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201629409A
TW201629409A TW104104944A TW104104944A TW201629409A TW 201629409 A TW201629409 A TW 201629409A TW 104104944 A TW104104944 A TW 104104944A TW 104104944 A TW104104944 A TW 104104944A TW 201629409 A TW201629409 A TW 201629409A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
piezoelectric
micro
expansion
regenerator
compression chamber
Prior art date
Application number
TW104104944A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI563234B (en
Inventor
Ching-Hsiang Cheng
Hang-Suin Yang
Original Assignee
Univ Nat Cheng Kung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Nat Cheng Kung filed Critical Univ Nat Cheng Kung
Priority to TW104104944A priority Critical patent/TWI563234B/zh
Publication of TW201629409A publication Critical patent/TW201629409A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI563234B publication Critical patent/TWI563234B/zh

Links

Landscapes

  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

本發明係關於一種具壓電構造之微型致冷裝置，係於一再生器係設有一腔體，該腔體之二端分別連通設有一冷端區及一熱端區，該腔體於該冷端區連通設有一膨脹室，又該腔體於該熱端區連通設有一壓縮室。一第一壓電膜片係設置於該膨脹室，藉以密封該膨脹室，該第一壓電膜片於通電後，係能相對於該膨脹室產生一收縮或擴張之作用。一第二壓電膜片係設置於該壓縮室，藉以密封該壓縮室，該第二壓電膜片於通電後，係能相對於該壓縮室產生一收縮或擴張之作用。利用該第一壓電膜片及該第二壓電膜片，藉以能大幅降低整個致冷裝置的體積及重量。

Description

具壓電構造之微型致冷裝置
本發明係有關於一種可以取代史特靈引擎之活塞的構造及作用，並且能大幅降低整個致冷裝置的體積及重量之微型致冷器構造。
由於目前冷凍空調設備的廣泛使用，除了消耗大量電能，更間接造成CO2的排放。此外，現今商用空調系統均使用冷媒作為工質，對環境造成不小的負擔。早期使用的氯甲烷〔CH3Cl〕具有毒性，雖然改為氟氯化碳〔CFC〕、氫氟化碳〔HCFCs〕、海龍〔Halon〕等較為安全的冷媒，但其會導致臭氧層破洞，而近年發展的環保冷媒之全氟化物〔PFCs〕、氫氟碳化物〔HFCs〕及六氟化硫〔SF6〕雖無上述問題，卻會造成嚴重溫室效應。因此，發展具高效率，且以自然存在之氣體作為工作介質的節能冷凍系統，係為一刻不容緩之首要目標。而史特靈致冷機則無上述缺點，其使用空氣、氦氣做為工作介質，且其為封閉可逆循環系統，具高效率與低噪音等優點。
史特靈致冷機亦可供使用於一般之冰箱或冷凍機等致冷裝置。例如中華民國92年7月21日所公告之新型第542892號「熱交換器及具備其之冰箱」專利案，其係揭露：該冰箱具有史特靈循環冷凍機及保持與其冷端接觸之低溫側邊熱交換器。該熱交換器具有底座、由該底座突出構成之鰭狀片、及配接於該底座表面之導熱管。該底座除了接觸於冷氣部分以外之高熱部位，將經由該導熱管被導引至該接觸部位。該底座可具有構成於此處之中空部分，在中空部分將填滿冷媒，而使該底座本身形同導熱管。
然，上述該專利前案所使用之史特靈致冷機構造，均利用活塞推動工作流體，因此為了容納活塞，係會造成整個裝置的體積相當大，並無法微型化，故於使用上體積過大，不適合小型工作場所。
爰此，有鑑於目前運用史特靈致冷裝置具有上述的缺點。故本發明提供一種具壓電構造之微型致冷裝置，係設有一再生器，其係設有一腔體，該腔體之二端分別連通設有一冷端區及一熱端區，該腔體於該冷端區連通設有一膨脹室，又該腔體於該熱端區連通設有一壓縮室；一第一壓電膜片，其係設置於該膨脹室，藉以密封該膨脹室，該第一壓電膜片於通電後，係能相對於該膨脹室產生一收縮或擴張之作用；一第二壓電膜片，其係設置於該壓縮室，藉以密封該壓縮室，該第二壓電膜片於通電後，係能相對於該壓縮室產生一收縮或擴張之作用。
上述冷端區之內部係設有一低溫熱交換器。
上述熱端區之內部則設有一高溫熱交換器。
上述第一壓電膜片係為一壓電材料所製成，藉以於導通一交流電後係能產生一高頻震盪，而使該第一壓電膜片產生該收縮或擴張之作用。
上述第二壓電膜片係為一壓電材料所製成，藉以於導通一交流電後係能產生一高頻震盪，而使該第二壓電膜片產生該收縮或擴張之作用。
上述腔體內部之該再生器、該冷端區及該熱端區係分別設置一金屬孔隙材料、複數微型鰭片、複數微型流道之其中一或其組合。
上述膨脹室係設有二片相對之第一壓電膜片，藉以密封該膨脹室。
上述二第一壓電膜片係為一壓電材料所製成，藉以於導通一交流電後係能產生一高頻震盪，而使該二第一壓電膜片相對產生該收縮或擴張之作用。
上述壓縮室係設有二片相對之第二壓電膜片，藉以密封該壓縮室。
上述二第二壓電膜片係為一壓電材料所製成，藉以於導通一交流電後係能產生一高頻震盪，而使該二第二壓電膜片相對產生該收縮或擴張之作用。
上述再生器係包括有一第一再生器及一第二再生器，該第一再生器及該第二再生器係利用一隔板予以區隔，而相鄰設於該腔體之內部，又該膨脹室係利用該第一壓電膜片予以區隔成相對之一第一膨脹室及一第二膨脹室，並於該腔體之二端分別區隔形成有二冷端區及二熱端區，又該壓縮室係利用該第二壓電膜片予以區隔成相對之一第一壓縮室及一第二壓縮室，該第一膨脹室及該第一壓縮室係分別連接於該第一再生器之兩端，該第二膨脹室及該第二壓縮室係分別連接於該第二再生器之兩端，藉以使其達到雙作動之致冷效果。
上述腔體內部之該二再生器、該二冷端區及該二熱端區係分別設置一金屬孔隙材料、複數微型鰭片、複數微型流道之其中一或其組合。
本發明具有下列之優點：
1.本發明主要利用第一壓電膜片及第二壓電膜片，可以取代習知史特靈引擎之活塞的構造及作用，藉以能大幅降低整個致冷裝置的體積及重量。
2.本發明並且利用第一壓電膜片及第二壓電膜片可以產生高頻震動，而能產生一擴張或收縮之作用，藉以達到宛如活塞的膨脹及收縮之動作，而能完成該史特靈引擎之致冷循環的功效，藉以能達到致冷的效果。
請參閱第一圖所示，本發明實施例係包括有再生器(1)、第一壓電膜片(2)及第二壓電膜片(3)，其中：
再生器(1)，其外緣係設有一腔體 (11)，該再生器 (1)於該腔體(11)之二端係分別連通設有一冷端區(12)及一熱端區(13)，其中該冷端區(12)之內部係設有一低溫熱交換器(14)，而該熱端區(13)之內部則設有一高溫熱交換器(15)。該腔體(11)於該冷端區(12)延伸連通有一膨脹室(16)，又該腔體(11)於該熱端區(13)延伸連通有一壓縮室(17)。另該腔體(11)內係可充滿有一工作流體，藉以能於該膨脹室(16)及壓縮室(17)之間流動。
第一壓電膜片(2)，其係為一壓電材料所製成，該第一壓電膜片(2)係設置於該膨脹室(16)，藉以可密封該膨脹室(16)。該第一壓電膜片(2)於導通一交流電後係可產生一高頻震盪，而使該第一壓電膜片(2)可以相對於該膨脹室(16)產生收縮或擴張之作用。
第二壓電膜片(3)，其係為一壓電材料所製成，該第二壓電膜片(3)係設置於該壓縮室(17)，藉以可密封該壓縮室(17)。該第二壓電膜片(3)於導通一交流電後係可產生一高頻震盪，而使該第二壓電膜片(3)可以相對於該壓縮室(17)產生收縮或擴張之作用。
使用時，如二圖所示，係可對於該第一壓電膜片(2)〔或該第二壓電膜片(3) 〕予以間隔時間導通一不同相位之交流電，則可使該第一壓電膜片(2)〔或該第二壓電膜片(3)〕產生一高頻震盪，而使該第一壓電膜片(2)〔或該第二壓電膜片(3)〕可以連續產生擴張、收縮之作用。當該第一壓電膜片(2)收縮移動時，則會使該膨脹室(16)內的工作流體，可以經由該低溫熱交換器(14)、該再生器(1)及該高溫熱交換器(15)而流至該壓縮室(17)，同時該再生器(1)可以與該工作流體產生熱交換，而放熱給予該工作流體，藉以產生一等容再生吸熱反應。而該第二壓電膜片(3)則會受到該工作流體之流入而被擴張。
如第三圖所示，當該第二壓電膜片(3)收縮移動時，可以壓縮該壓縮室(17)之工作流體，而使該工作流體於該熱端區(13)對外界放熱，藉以產生一等溫壓縮放熱反應。
如第四圖所示，當該第二壓電膜片(3)持續的相對收縮移動時，同時可以使該第一壓電膜片(2)擴張移動，而該工作流體則會由該壓縮室(17)經由該高溫熱交換器(15)、該再生器(1)及該低溫熱交換器(14)流至該膨脹室(16)，同時該工作流體可以與該再生器(1)產生熱交換，而放熱給予該再生器(1)，藉以產生一等容再生放熱反應。
如第五圖所示，當該第一壓電膜片(2)擴張移動時，則該膨脹室(16)內的工作流體會被膨脹，而使該工作流體於該冷端區(12)對外界吸熱，藉以產生一等溫膨脹放熱反應，而達到一致冷之效果。如此，則可輪流循環的使該第一壓電膜片(2)及該第二壓電膜片(3)分別產生收縮及擴張之作用，藉以能使本發明之致冷裝置製冷。
因此本發明主要係利用該第一壓電膜片(2)及該第二壓電膜片(3)，可以取代習知史特靈引擎之活塞的構造及作用，藉以能大幅降低整個致冷裝置的體積及重量。並且利用該第一壓電膜片(2)及該第二壓電膜片(3)震動產生收縮及擴張之作用，可以產生宛如活塞的壓縮及膨脹效果，而能完成該史特靈致冷機之致冷循環的功效，藉以能達到致冷的效果。
本創作又一實施例，如第六圖所示，該再生器(1A)之腔體(11A) 兩端的膨脹室(16A)係設置有二相對之第一壓電膜片(2A)，藉以可密封該膨脹室(16A)。又該壓縮室(17A)係設置有二相對之第二壓電膜片(3A)，藉以可密封該壓縮室(17A)。如此，同樣可以對於該二第一壓電膜片(2A)或該二第二壓電膜片(3A)予以間隔時間導通一不同相位之交流電，則可使該二第一壓電膜片(2A)或該二第二壓電膜片(3A)產生高頻震盪，而使該二第一壓電膜片(2A)或該二第二壓電膜片(3A)可以連續相對擴張、收縮，而分別對於該膨脹室(16A)內的工作流體使其膨脹，或壓縮該壓縮室(17A)內的工作流體。藉以可分別循環產生等容再生吸熱反應、等溫壓縮放熱反應、等容再生放熱反應及等溫膨脹放熱反應，同樣可以達到致冷之效果。
本創作另一實施例，如第七圖所示，其係於該腔體(11B)之內部設有一相鄰之第一再生器(1B)及第二再生器(1C)，該第一再生器(1B)及該第二再生器(1C)之間係以一隔板(4B)予以做區隔。並於該腔體(11B)之二端分別區隔形成有二冷端區(12B)及二熱端區(13B)。該第一再生器(1B)、該第二再生器(1C)之腔體(11B)的兩端之第一壓電膜片(2B)兩端設置有二相對之第一膨脹室(16B)及第二膨脹室(16C)，藉以可密封該二膨脹室(16B)、(16C)，藉以達到雙作動致冷效果。又該第二壓電膜片(3B)兩端係設置有二相對之第一壓縮室(17B)及第二壓縮室(17C)，藉以可密封該二壓縮室(17B)、(17C) ，藉以達到雙作動致冷效果。如此，同樣可以對於該第一壓電膜片(2B)或第二壓電膜片(3B)予以間隔時間導通一不同相位之交流電，則可使該第一壓電膜片(2B)或該第二壓電膜片(3B)產生高頻震盪，而使該第一壓電膜片(2B)或該第二壓電膜片(3B)可以連續相對擴張、收縮，而分別對於該二膨脹室(16B)、(16C)內的工作流體使其膨脹或壓縮，或使該二壓縮室(17B)、(17C)內的工作流體膨脹或壓縮。藉以可分別循環產生等容再生吸熱反應、等溫壓縮放熱反應、等容再生放熱反應及等溫膨脹放熱反應，同樣可以達到雙重致冷之效果。
本創作再另一實施例，如第八圖所示，其中該再生器(1D)係由一金屬孔隙材料所製成。該再生器(1D)於該腔體 (11D)之二端係分別連通設有一冷端區(12D)及一熱端區(13D)，其中該冷端區(12D)之低溫熱交換器(14D)係可為複數微型流道，而該熱端區(13D)之高溫熱交換器(15D)則可為複數微型鰭片。該腔體(11D)於該冷端區(12D)延伸連通有一膨脹室(16D)，該第一壓電膜片(2D)則設置於該膨脹室(16D)。又該腔體(11D)於該熱端區(13D)延伸連通有一壓縮室(17D) ，該第二壓電膜片(3D)係設置於該壓縮室(17D)。藉以使一工作流體於該膨脹室(16D)及壓縮室(17D)之間流動。
又上述該再生器(1D)之金屬孔隙材料、該低溫熱交換器(14D)之微型流道及該高溫熱交換器(15D)之微型鰭片，係可根據實際不同的需求，而選擇互相替換設置以供使用。
惟，以上所述僅為本發明其中之三實施例，當不能以此限定本發明之申請專利保護範圍，舉凡依本發明之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本發明申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。
(1)‧‧‧再生器
(11)‧‧‧腔體
(12)‧‧‧冷端區
(13)‧‧‧熱端區
(14)‧‧‧低溫熱交換器
(15)‧‧‧高溫熱交換器
(16)‧‧‧膨脹室
(17)‧‧‧壓縮室
(2)‧‧‧第一壓電膜片
(3)‧‧‧第二壓電膜片
(1A)‧‧‧再生器
(11A)‧‧‧腔體
(16A)‧‧‧膨脹室
(17A)‧‧‧壓縮室
(2A)‧‧‧第一壓電膜片
(3A)‧‧‧第二壓電膜片
(1B)‧‧‧第一再生器
(1C)‧‧‧第二再生器
(11B)‧‧‧腔體
(12B)‧‧‧冷端區
(13B)‧‧‧熱端區
(16B)‧‧‧第一膨脹室
(16C)‧‧‧第二膨脹室
(17B)‧‧‧第一壓縮室
(17C)‧‧‧第二壓縮室
(2B)‧‧‧第一壓電膜片
(3B)‧‧‧第二壓電膜片
(4B)‧‧‧隔板
(1D)‧‧‧再生器
(11D)‧‧‧腔體
(12D)‧‧‧冷端區
(13D)‧‧‧熱端區
(14D)‧‧‧低溫熱交換器
(15D)‧‧‧高溫熱交換器
(16D)‧‧‧膨脹室
(17D)‧‧‧壓縮室
(2D)‧‧‧第一壓電膜片
(3D)‧‧‧第二壓電膜片
[第一圖]係為本發明之構造示意圖。
[第二圖]係為本發明產生等容再生吸熱反應之示意圖。
[第三圖]係為本發明產生等溫壓縮放熱反應之示意圖。
[第四圖]係為本發明產生等容再生放熱反應之示意圖。
[第五圖]係為本發明產生等溫膨脹吸熱反應之示意圖。
[第六圖]係為本發明又一實施例設有二第一壓電膜片及二第二壓電膜片之示意圖。
[第七圖]係為本發明另一實施例設有二膨脹室及二壓縮室之示意圖。
[第八圖]係為本發明再另一實施例之立體分解圖。
(1)‧‧‧再生器
(11)‧‧‧腔體
(12)‧‧‧冷端區
(13)‧‧‧熱端區
(14)‧‧‧低溫熱交換器
(15)‧‧‧高溫熱交換器
(16)‧‧‧膨脹室
(17)‧‧‧壓縮室
(2)‧‧‧第一壓電膜片
(3)‧‧‧第二壓電膜片

Claims (12)

  1. 一種具壓電構造之微型致冷裝置，包含有： 一再生器，其係設有一腔體，該腔體之二端分別連通設有一冷端區及一熱端區，該腔體於該冷端區連通設有一膨脹室，又該腔體於該熱端區連通設有一壓縮室； 一第一壓電膜片，其係設置於該膨脹室，藉以密封該膨脹室，該第一壓電膜片於通電後，係能相對於該膨脹室產生一收縮或擴張之作用； 一第二壓電膜片，其係設置於該壓縮室，藉以密封該壓縮室，該第二壓電膜片於通電後，係能相對於該壓縮室產生一收縮或擴張之作用。
  2. 如申請專利範圍第1項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該冷端區之內部係設有一低溫熱交換器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該熱端區之內部則設有一高溫熱交換器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該第一壓電膜片係為一壓電材料所製成，藉以於導通一交流電後係能產生一高頻震盪，而使該第一壓電膜片產生該收縮或擴張之作用。
  5. 如申請專利範圍第1項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該第二壓電膜片係為一壓電材料所製成，藉以於導通一交流電後係能產生一高頻震盪，而使該第二壓電膜片產生該收縮或擴張之作用。
  6. 如申請專利範圍第1項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該腔體內部之該再生器、該冷端區及該熱端區係分別設置一金屬孔隙材料、複數微型鰭片、複數微型流道其中之一或其組合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該膨脹室係設有二片相對之第一壓電膜片，藉以密封該膨脹室。
  8. 如申請專利範圍第7項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該二第一壓電膜片係為一壓電材料所製成，藉以於導通一交流電後係能產生一高頻震盪，而使該二第一壓電膜片相對產生該收縮或擴張之作用。
  9. 如申請專利範圍第1項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該壓縮室係設有二片相對之第二壓電膜片，藉以密封該壓縮室。
  10. 如申請專利範圍第9項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該二第二壓電膜片係為一壓電材料所製成，藉以於導通一交流電後係能產生一高頻震盪，而使該二第二壓電膜片相對產生該收縮或擴張之作用。
  11. 如申請專利範圍第1項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該再生器係包括有一第一再生器及一第二再生器，該第一再生器及該第二再生器係利用一隔板予以區隔，而相鄰設於該腔體之內部，並於該腔體之二端分別區隔形成有二冷端區及二熱端區，又該膨脹室係利用該第一壓電膜片予以區隔成相對之一第一膨脹室及一第二膨脹室，又該壓縮室係利用該第二壓電膜片予以區隔成相對之一第一壓縮室及一第二壓縮室，該第一膨脹室及該第一壓縮室係分別連接於該第一再生器之兩端，該第二膨脹室及該第二壓縮室係分別連接於該第二再生器之兩端，藉以使其達到雙作動之致冷效果。
  12. 如申請專利範圍第11項所述具壓電構造之微型致冷裝置，其中，該腔體內部之該二再生器、該二冷端區及該二熱端區係分別設置一金屬孔隙材料、複數微型鰭片、複數微型流道其中之一或其組合。
TW104104944A 2015-02-13 2015-02-13 Miniature cooling system with piezoelectric device TWI563234B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104104944A TWI563234B (en) 2015-02-13 2015-02-13 Miniature cooling system with piezoelectric device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104104944A TWI563234B (en) 2015-02-13 2015-02-13 Miniature cooling system with piezoelectric device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201629409A true TW201629409A (zh) 2016-08-16
TWI563234B TWI563234B (en) 2016-12-21

Family

ID=57182135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104104944A TWI563234B (en) 2015-02-13 2015-02-13 Miniature cooling system with piezoelectric device

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI563234B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113237246B (zh) * 2021-04-15 2022-01-14 成都仙德科技有限公司 一种斯特林制冷制热一体机

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU6235094A (en) * 1993-02-12 1994-08-29 Ohio University Microminiature stirling cycle cryocoolers and engines
US6272866B1 (en) * 1999-12-08 2001-08-14 Industrial Technology Research Institute Micro cooling engine array system

Also Published As

Publication number Publication date
TWI563234B (en) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006144591A (ja) 圧電ポンプおよびスターリング冷却庫
JP4362632B2 (ja) パルス管冷凍機
US6779349B2 (en) Sterling refrigerating system and cooling device
JP2009236456A (ja) パルス管型蓄熱機関
JP2007040647A (ja) パルス管型蓄熱機関
TW201629409A (zh) 具壓電構造之微型致冷裝置
JP5882110B2 (ja) 蓄冷器式冷凍機、蓄冷器
JPH0350957B2 (zh)
JP6239293B2 (ja) スターリング冷凍機用整流ユニット
US20100212873A1 (en) Heat pump
JP2001050681A (ja) 熱交換器およびその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置
Panara et al. Thermoacoustic refrigeration system setup
US20180372382A1 (en) Devices with hybrid vapour compression-adsorption cycle and method for implementation thereof
US3491554A (en) Heat-actuated regenerative compressor system
CN104296412B (zh) 使用液体工质的脉动冷管
JP2004353967A (ja) パルス管冷凍機
JP2014020412A (ja) 四方弁
JPH0854151A (ja) パルスチューブ冷凍機
US3696626A (en) Cryogenic refrigeration device
Zink et al. Advancing thermoacoustics through CFD simulation using Fluent
CN204141882U (zh) 使用液体工质的脉动冷管
RU2435113C1 (ru) Термоакустическое холодильное устройство
JPH09296965A (ja) パルス管冷凍機
JPH09151790A (ja) フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関
CN113237246B (zh) 一种斯特林制冷制热一体机