TW202020379A - 一體化水冷式空調裝置 - Google Patents

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陳建文
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Abstract

本發明提供一種一體化水冷式空調裝置，其包括：一冷卻水塔裝置，其包括有一冷卻水塔，該冷卻水塔下方設有一用以盛水之水槽區；一空調機系統，其包括有一以冷媒管路依序連結之壓縮機、冷凝器、節流器及蒸發器，該冷凝器係由該冷媒管路進入該水槽區內以螺旋彎折成一螺旋管中空柱而形成；藉此，能將空調機系統及冷卻水循環系統一體式連結，使得其整體設置能小型化，並能解決散熱迴路過長、壓損高、所佔空間大等缺失，能降低其組設費用及便利日後維修管理，進而具有極佳之其熱交換效率及經濟效益。

Description

一體化水冷式空調裝置
本發明是關於一種空調裝置，尤其是指一種經一體化整合後而具有極佳熱交換效率及經濟效益之一體化水冷式空調裝置
按，隨著科技進步及全球暖化的問題日益嚴重，每到炎炎夏日人們便會使用空調設備將室內降溫，以達到舒適生活之目的。而市面上之空調設備依散熱方式分為氣冷式空調及水冷式空調，其中氣冷式空調是將經過壓縮機處理過的冷媒透過金屬管路直接與空氣進行熱交換；而目前水冷式空調壓縮機利用冷媒在室內吸熱，再把熱能透過水帶往室外之冷卻水塔散熱，而兩種方式各有利弊，其中大型商場或公共建築物如車站、活動中心等大都以水冷式空調為主。
習知水冷式空調技術如第1圖所示，該水冷式空調80包括有一壓縮機81、冷凝器82、冷媒控制器83、蒸發器84(空調機系統)及一冷卻水塔91、冷卻水泵94(冷卻水循環系統)；其中，該壓縮機81、冷凝器82、冷媒控制器83及蒸發器84係以一設有冷媒之冷媒管路811相連結；該壓縮機81係將來自蒸發器84的低溫低壓氣態冷媒吸入壓縮成高溫高壓之氣態冷媒，然後傳送到冷凝器82；繼冷凝器82將高壓高溫氣態冷媒放熱變成高壓低溫的氣態冷媒，並傳送至該冷媒控制器83，而因冷凝器82是處在散熱的高溫狀況，所以需要該冷卻水塔91所形成之冷卻系統進行循環散熱；繼該冷媒控制器83將高壓低溫的氣態冷媒經其節流降壓而轉為低壓低溫的液態冷媒並進入蒸發器84；繼蒸發器84將低溫低壓的液態冷媒蒸發吸熱，使蒸發器84表面溫度很低，並經一送風機85之運行，將冷量(冷空氣)輸送至室內，降低房間溫度。
該冷卻水塔91內設有水，用以進行冷卻循環，該冷卻水塔91設有一出水口911及入水口912，該出水口911連接一冷水管路92用以出水，該冷水管路92經該冷卻水泵94將冷水輸進該冷凝器82，並與該冷媒管路811充分產生熱交換，該冷水管路92之冷水在冷凝器82內吸熱後變成熱水，並經一回收管路93進行輸送，並連接該入水口912而進入該冷卻水塔91內，並經散熱而成為冷水以再進行循環冷卻之用。
前述該水冷式空調技術構成雖可達其進行空調製冷之目的，但仍有其缺失之處，例如，由於其空調機系統及冷卻水循環系統未能一體式連結，使得其整體設置無法小型化，並導致有散熱迴路過長、壓損高、所佔空間大等之缺失，將增加其組設費用及不利日後維修管理，顯非理想之設計。且其無法整合冷卻水塔及冷凝器之熱交換作用，也不利熱交換效率之提升，亦形成設計上之缺失；另，其蒸發器所形成之凝結水無法有效回收，而無法用以補充冷卻水循環系統之冷卻水消耗的缺失，亦有一併加以改善之必要。
緣此，本發明人有鑑於習知水冷式空調技術構成使用上的缺失及其結構設計上未臻理想之事實，本案發明人即著手研發其解決方案，希望能開發出一種更具一體小型化、組裝便利性及經濟效益性之一體化水冷式空調裝置，以服務社會大眾及促進此業之發展，遂經多時之構思而有本發明之產生。
本發明之目的在於提供一種一體化水冷式空調裝置，其能將空調機系統及冷卻水循環系統一體式連結，使得其整體設置能小型化，並能解決散熱迴路過長、壓損高、所佔空間大等缺失，能降低其組設費用及便利日後維修管理，進而積極提升其經濟效益者。
本發明之再一目的在於提供一種一體化水冷式空調裝置，其能整合冷卻水塔及冷凝器之熱交換作用，進而大為提升其熱交換效率者。
本發明之另一目的在於提供一種一體化水冷式空調裝置，其能將蒸發器所形成之凝結水及所散熱風流所帶來的水氣加以有效回收，並得以有效補充冷卻水循環系統，具有極佳之節水效果者。
為達到上述目的，本發明所採用之技術手段包含：一冷卻水塔裝置，其包括有一冷卻水塔，該冷卻水塔下方設有一用以盛水之水槽區；一空調機系統，其包括有一以冷媒管路依序連結之壓縮機、冷凝器、節流器及蒸發器，該冷凝器係由該冷媒管路進入該水槽區內以螺旋彎折成一螺旋管中空柱而形成。
本發明之實施例，其中該蒸發器之一側係設有一送風機，該蒸發器之下方係設有一集水槽，該集水槽係連接有一回收水管路，該回收水管路係連接至該冷卻水塔。
本發明之實施例，其中該壓縮機、該節流器、該蒸發器及該送風機係整合於相鄰該冷卻水塔一側之一機箱內。
本發明之實施例，其中該冷卻水塔之頂部係設有一循環風扇及出風口，該冷卻水塔之下方部位係設有一入風口；另一汲水裝置係置於該水槽區內，該汲水裝置連接有一汲水管路，該汲水管路連接一噴灑裝置，該噴灑裝置係設於該冷卻水塔內而位於該循環風扇之下方位置，該噴灑裝置包括有至少一噴灑頭，該噴灑裝置之下方位置係設有一填充材裝置，該填充材裝置係位於該入風口之上方位置。
本發明之實施例，其中該冷卻水塔係設有一通風口，該通風口係相對該冷卻水塔外之該送風機位置，使該入風口進入冷卻水塔之外部冷空氣，在進入該填充材裝置後局部由該通風口被該送風機抽出用以對該蒸發器進行冷卻。
本發明之技術手段另包含：一種一體化水冷式空調裝置，其包含：  一冷卻水塔裝置，其包括有一冷卻水塔，該冷卻水塔下方設有一用以盛水之水槽區；一空調機系統，其包括有一以冷媒管路依序連結之壓縮機、冷凝器、節流器及蒸發器，該蒸發器之一側係設有一送風機，該蒸發器之下方係設有一集水槽，該集水槽係連接有一回收水管路，該回收水管路係連接至該冷卻水塔。
本發明之實施例，其中該冷凝器係由該冷媒管路進入該水槽區內以螺旋彎折成一螺旋管中空柱而形成。
本發明之實施例，其中該壓縮機、該節流器、該蒸發器及該送風機係整合於相鄰該冷卻水塔一側之一機箱內。
本發明之實施例，其中該冷卻水塔之頂部係設有一循環風扇及出風口，該冷卻水塔之下方部位係設有一入風口；另一汲水裝置係置於該水槽區內，該汲水裝置連接有一汲水管路，該汲水管路連接一噴灑裝置，該噴灑裝置係設於該冷卻水塔內而位於該循環風扇之下方位置，該噴灑裝置包括有至少一噴灑頭，該噴灑裝置之下方位置係設有一填充材裝置，該填充材裝置係位於該入風口之上方位置。
本發明之實施例，其中該冷卻水塔係設有一通風口，該通風口係相對該冷卻水塔外之該送風機位置，使該入風口進入冷卻水塔之外部冷空氣，在進入該填充材裝置後局部由該通風口被該送風機抽出用以對該蒸發器進行冷卻。
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：
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：
請參閱第2圖，本發明一種一體化水冷式空調裝置，其係將空調機系統與冷卻水循環系統加以整合而成，該水冷式空調裝置1係包括有一壓縮機10、冷凝器12、節流器14、蒸發器16(以上為空調機系統)及冷卻水塔裝置20(冷卻水循環系統)；其中，該壓縮機10、冷凝器12、節流器14及蒸發器16係依序以一設有冷媒之冷媒管路101相連結；該冷卻水塔裝置20係包括有一冷卻水塔21，該冷卻水塔21下方設有一水槽區22，該水槽區22內係具有水，用以進行冷卻循環。
前述構成，該壓縮機10係通過該冷媒管路101將來自蒸發器16的低溫低壓氣態冷媒吸入壓縮成高溫高壓之氣態冷媒，通過該壓縮機10之冷媒管路101係進入該冷卻水塔21之水槽區22，繼該冷媒管路101係以螺旋彎折成一螺旋管中空柱而形成該冷凝器12，換言之，該冷凝器12係一螺旋管中空柱型態浸設於該水槽區22中，用以大量提升其熱交換面積區域；此時該冷凝器12是處在高溫並通過水槽區22進行散熱之狀況，如此即可利用水槽區22內的水來進行散熱，該冷凝器12於該水槽區22中將冷媒管路101內高壓高溫氣態冷媒放熱變成高壓低溫的氣態冷媒，通過該冷凝器12之冷媒管路101繼離開穿出該冷卻水塔21，並連接至節流器14；該節流器(冷媒控制器)14係可為一膨脹閥(expansion valve)或毛細管(capillary tube)，在本實施例中，該節流器14係為一感溫式膨脹閥，用以將高壓低溫的氣態冷媒經其節流降壓而轉為低壓低溫的液態冷媒；繼通過該節流器14之冷媒管路101將連接蒸發器16；該蒸發器16將低溫低壓的液態冷媒蒸發吸熱而轉為低壓低溫的氣態冷媒，使蒸發器16表面溫度很低，並經一送風機19之運行，將冷量(冷空氣)輸送至一室內，降低房間溫度，該送風機19係設於該蒸發器16之一側，或者，該送風機19係設於該蒸發器16與該冷卻水塔21之間；繼通過該蒸發器16之冷媒管路101將連接至該壓縮機10。
再者，該蒸發器16之下方係設有一集水槽18，由於冷媒在蒸發器16中吸熱，使得蒸發器16之表面變冷，因此蒸發器16表面會凝結水份，而其所凝結之水將滴落收集於集水槽18，該集水槽18係連接有一回收水管路181，該回收水管路181係連接至該冷卻水塔21，使該集水槽18之水通過該回收水管路181流入該水槽區22，並作為補充冷卻水循環系統之用水。
由於本發明係將空調機系統之壓縮機10、冷凝器12、節流器14、蒸發器16與冷卻水循環系統之冷卻水塔裝置20加以一體整合，而該冷凝器12又置於該水槽區22中，所以該壓縮機10、節流器14、蒸發器16及送風機19係可整合於相鄰該冷卻水塔裝置20(冷卻水塔21)一側之另一機箱11內， 亦即，該機箱11與該冷卻水塔21可便利空調設備之一體化連結設置。
又如圖所示，該冷卻水塔21之頂部係設有一循環風扇29，該冷卻水塔21之下方部位係設有一入風口211；該冷卻水塔21於該循環風扇29之上方係設有出風口291，用以排出熱氣；該冷卻水塔21於該循環風扇29之下方係設有風門212，而該入風口211係位於該水槽區22之略上方位置，該風門212、入風口211皆係可配合該循環風扇29之運作調節。
該冷卻水塔裝置20係進一步包括有一汲水裝置24及噴灑裝置26，該汲水裝置24係可為一沉水式循環泵，並置於該水槽區22內之水中，該汲水裝置24連接有一汲水管路241；在其他實施方式中，該汲水裝置24亦可為一抽水馬達，該抽水馬達以抽水管路連接通該水槽區22；該噴灑裝置26係設於該冷卻水塔21內而位於該循環風扇29(風門212)之下方位置，其包括有管路連接之複數噴灑頭261，該噴灑裝置26(噴灑頭261)並連接/連通該汲水管路241(或抽水管路)。又，該冷卻水塔21內於該噴灑裝置26之下方位置係設有一填充材裝置28(或填充材區)，該填充材裝置28用以使水(水氣)能更與空氣進行熱交換，而該填充材裝置28(或填充材區)係位於該入風口211之上方位置，並使得該複數噴灑頭261與該填充材裝置28(或填充材區)之間係形成噴霧區，而該填充材裝置28(或填充材區)與該水槽區22之間係形成一滴水區。
當本發明一體化水冷式空調裝置運作時，由於該冷媒管路101係進入該水槽區22中，且冷媒管路101並以螺旋彎折成一螺旋管中空柱而形該冷凝器12並浸設於該水槽區22中，俾用以進行熱交換，使得該水槽區22中的冷卻水溫度提高；繼該汲水裝置24(沉水式循環泵)將水槽區22中的冷卻水汲取至該噴灑裝置26，並通過該複數噴灑頭261進行噴灑，而噴灑之較熱的冷卻水，繼經該噴霧區、填充材區及滴水區之冷卻，再落入該水槽區22中，進行冷卻水循環系統之使用。同時，由於該循環風扇29之運作，使得外部冷空氣由該入風口211進入冷卻水塔21內，該冷空氣通過該滴水區、填充材裝置28(或填充材區)、噴霧區對水進行冷卻，並由該出風口291排出該冷卻水塔21外，即完成該冷卻水循環系統之運作。
而在適當之實施方式中，該冷卻水塔21相對該填充材裝置28(或填充材區)處係可設有通風口213，該通風口213並約略相對冷卻水塔21外之送風機19位置，如此使得由該入風口211進入冷卻水塔21之外部冷空氣，在進入該填充材裝置28(或填充材區)後可局部由該通風口213被送風機19抽出，用以對該蒸發器16進行冷卻。由於該蒸發器16下方設有集水槽18及連接至該冷卻水塔21之回收水管路181，因此，由該通風口213排出之水氣亦可再通過蒸發器16之凝結水現象進行回收。
藉由上述構成，本發明能將空調機系統及冷卻水循環系統一體式連結，使得其整體設置能小型化，並能解決散熱迴路過長、壓損高、所佔空間大等缺失，能降低其組設費用及便利日後維修管理，進而積極提升其經濟效益；且同時，本發明更能整合冷卻水塔及冷凝器之熱交換作用，進而大為提升其熱交換效率，並能將蒸發器所形成之凝結水及所散熱風流所帶來的水氣加以有效回收，並得以有效補充冷卻水循環系統，具有極佳之節水效果者。
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:水冷式空調裝置 10:壓縮機 101:冷媒管路 11:機箱 12:冷凝器 14:節流器 16:蒸發器 18:集水槽 181:回收水管路 19:送風機 20:冷卻水塔裝置 21:冷卻水塔 211:入風口 212:風門 213:通風口 22:水槽區 24:汲水裝置 241:汲水管路 26:噴灑裝置 261:噴灑頭 28:填充材裝置 29:循環風扇 291:出風口
第1圖：其為習知水冷式空調結構示意圖；      第2圖：其為本發明之整體結構示意圖；
1:水冷式空調裝置
10:壓縮機
101:冷媒管路
11:機箱
12:冷凝器
14:節流器
16:蒸發器
18:集水槽
181:回收水管路
19:送風機
20:冷卻水塔裝置
21:冷卻水塔
211:入風口
212:風門
213:通風口
22:水槽區
24:汲水裝置
241:汲水管路
26:噴灑裝置
261:噴灑頭
28:填充材裝置
29:循環風扇
291:出風口

Claims (10)

  1. 一種一體化水冷式空調裝置，其包含：   一冷卻水塔裝置，其包括有一冷卻水塔，該冷卻水塔下方設有一用以盛水之水槽區；   一空調機系統，其包括有一以冷媒管路依序連結之壓縮機、冷凝器、節流器及蒸發器，該冷凝器係由該冷媒管路進入該水槽區內以螺旋彎折成一螺旋管中空柱而形成。
  2. 如請求項1所述之一體化水冷式空調裝置，其中該蒸發器之一側係設有一送風機，該蒸發器之下方係設有一集水槽，該集水槽係連接有一回收水管路，該回收水管路係連接至該冷卻水塔。
  3. 如請求項2所述之一體化水冷式空調裝置，其中該壓縮機、該節流器、該蒸發器及該送風機係整合於相鄰該冷卻水塔一側之一機箱內。
  4. 如請求項2所述之一體化水冷式空調裝置，其中該冷卻水塔之頂部係設有一循環風扇及出風口，該冷卻水塔之下方部位係設有一入風口；另一汲水裝置係置於該水槽區內，該汲水裝置連接有一汲水管路，該汲水管路連接一噴灑裝置，該噴灑裝置係設於該冷卻水塔內而位於該循環風扇之下方位置，該噴灑裝置包括有至少一噴灑頭，該噴灑裝置之下方位置係設有一填充材裝置，該填充材裝置係位於該入風口之上方位置。
  5. 如請求項4所述之一體化水冷式空調裝置，其中該冷卻水塔係設有一通風口，該通風口係相對該冷卻水塔外之該送風機位置，使該入風口進入冷卻水塔之外部冷空氣，在進入該填充材裝置後局部由該通風口被該送風機抽出用以對該蒸發器進行冷卻。
  6. 一種一體化水冷式空調裝置，其包含：   一冷卻水塔裝置，其包括有一冷卻水塔，該冷卻水塔下方設有一用以盛水之水槽區；   一空調機系統，其包括有一以冷媒管路依序連結之壓縮機、冷凝器、節流器及蒸發器，該蒸發器之一側係設有一送風機，該蒸發器之下方係設有一集水槽，該集水槽係連接有一回收水管路，該回收水管路係連接至該冷卻水塔。
  7. 如請求項6所述之一體化水冷式空調裝置，其中該冷凝器係由該冷媒管路進入該水槽區內以螺旋彎折成一螺旋管中空柱而形成。
  8. 如請求項7所述之一體化水冷式空調裝置，其中該壓縮機、該節流器、該蒸發器及該送風機係整合於相鄰該冷卻水塔一側之一機箱內。
  9. 如請求項8所述之一體化水冷式空調裝置，其中該冷卻水塔之頂部係設有一循環風扇及出風口，該冷卻水塔之下方部位係設有一入風口；另一汲水裝置係置於該水槽區內，該汲水裝置連接有一汲水管路，該汲水管路連接一噴灑裝置，該噴灑裝置係設於該冷卻水塔內而位於該循環風扇之下方位置，該噴灑裝置包括有至少一噴灑頭，該噴灑裝置之下方位置係設有一填充材裝置，該填充材裝置係位於該入風口之上方位置。
  10. 如請求項4所述之一體化水冷式空調裝置，其中該冷卻水塔係設有一通風口，該通風口係相對該冷卻水塔外之該送風機位置，使該入風口進入冷卻水塔之外部冷空氣，在進入該填充材裝置後局部由該通風口被該送風機抽出用以對該蒸發器進行冷卻。
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