TW407191B - A heat exchanger device for an air conditioning system - Google Patents

Description

、發明說明G ) 本發明係有關於-種空調系統之熱交換裝置，可在諸 如車輛座餘的較小空間内冷却空氣。 該熱交換裝置係為W0 97/22486號專利申請案中所揭 的型式，含有熱交換元件等各形成一個或多個傳熱·液體的 流道，及多數的熱電單元，例如帕耳帖（pehier)元件，併 排列設而被夾置於該等熱交換元件之間，俾可形成導熱接 觸。 ’、 當該等熱交換元件被用來冷却汽車或其它車輛的座艙 時，其可用空間甚小故使限制該熱交換裝置儘量減少裝設 所須空間成為很重要的事。 利用本發明之熱交換裝置乃可達到上述目的，其特徵 在於包含有一令央部第一熱交換元件及一對外部第二熱交 換元件，該等熱電單元乃被置設於該各外部第二熱交換元 件與該中央第一熱交換元件之間，而使熱可從該中央第一 7L件傳向各該外部第二元件。該熱交換裝置具有兩層熱電 單元，而可比具有同等功能之習知裝置被製得更為精巧細 密。 本發明的另一目的係在提升前述型式之熱交換裝置的 效率，而儘量增大加熱裝置有關於耗電的冷却能力。爰是 ，本發明亦在提供一種空調系統的熱交換裝置，該熱交換 裝置包含第一與第二熱交換元件，其乃各形成多數的傳熱 液體之流道，及多數的熱電單元併排列設而被夾置於該等 第一與第二熱交換元件之間；而本發明的熱交換裝置，其 特徵係在於：該等流道乃由插嵌物所構成，其係以金屬板

η 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 片所製成，而被列設於該等熱交換元件所形成的腔穴中β 已發現該種熱交換裝置的冷却能力，在當傳熱液體分 別流過第一與第二熱交換元件的溫度差異增加時，會奇怪 地劇烈減少。即，若該溫度差異為60〜7(rc，則其冷却能 力將幾乎降至0。而該熱交換裝置的電力消耗係實質上無 干於該等溫度差異。因此，為了提升該熱交換裝置的效率 ，在傳熱表面與液體之間的溫度差應被儘可能地保持較小 為宜。此即表示該熱交換裝置將可能在一較小的溫度差異 下，例如少於5〜8乞，及適度的壓力損失下，消除一相對 較高的熱量’例如每平方公尺8〇〜i〇〇kW。 該等需求乃可藉本發明的熱交換裝置來達成，其乃可 使流經該等熱交換元件與被夾設在該等元件之間的熱電單 元之間的傳熱液體’形成非常有效率的傳熱作用。 且當該等熱電單元係以兩層來列設，其各層皆被夹置 在一中央第一熱交換元件與一外部第二熱交換元件之間時 ’該等熱交換元件之流道乃可由插嵌物來構成，其係以金 屬板片所製成，而被設在該等元件所形成的腔穴中。 該等插嵌物係可由具有良好導熱性之金屬板片沖壓製 成，諸如不銹鋼、銅、黃銅 '鋁、銀或其合金等。舉例而 言，各插嵌物乃可具有波狀載面造型，而該等流道則延伸 於該等波狀形成物的縱長方向。在一特殊的較佳實施例中 ，各波狀形成物可被分割成多數波形部段，朝其所形成之 流道的縱向延伸，而連續的波形部段則橫向地間設。 已發現該等波形插嵌物的波狀形成物之高度增加，將 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐）

407191 A7 B7 五、發明說明（3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 會減低該熱交換裝置的效率。但是，當有兩個或更多的插 嵌物在各腔穴中被互相堆疊，而形成兩層或更多層的流道 時，其效率會提升。為了減低由堆疊的插嵌物所形成之流 道的高度，一波形插嵌物之一對橫向鄰接的波峰，·乃可被 裝置緊抵於一相鄰的波狀插嵌物之波谷底面，而在該兩層 或更多層中形成多數一起延伸的流道。 該4熱交換元件乃可具有一傳熱液艘的入口與出口， 分別設在該熱交換元件的相反端或相對邊。在此狀況下 ，該等流道乃可個別在連通該入口與出口的集流腔室間幾 乎呈直線地延伸。但是，在某些狀況下乃需要將該等傳熱 液體的入口與出口設在至少一個熱交換元件的同一邊。則 該等流道乃可包含一第一部段連通該入口，一第二部段實 質上與該第一部段一起延伸，及一連接部段連接該入口與 出口部段。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在原理上，該等熱交換元件乃可具有任何適當造型， 例如三角形、四角形、六角形、圓形或橢圓形等。在一較 佳實施例中，各熱交換元件具有一細長的’最好為長方形 之造型。故，各熱交換元件乃可具有一塊狀造型。 舉例而言’各熱交換元件可包含一長方形框體，形成 相反的密封平面，及一對蓋件可與該框體的密封平面密封 銜接，而在該等蓋件之間形成一腔穴。但是，在較佳實施 例中，至少有一熱交換元件含有一扁平的熱交換器本體而 具有數側面，該腔穴係由一設在該側面的凹部所形成，並 有一蓋件封閉覆蓋該凹部。 本紙張尺度舶+因國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 6

經濟部智慧財產局貧工消費合作社印製 當該等熱交換元件具有矩形或類似造型時，該等流道 的連接部段乃可實質上呈直角延伸至該第一與第二部段。 而且，該液體入口與出口乃可分別經由橫向延伸至該入口 與出口之連接流道連接於該第一與第二流道部段，其係實 貝上以相同於該等流道之入口與出口部段的方向延伸。 該等插嵌物乃可包含分別屬於該第一、第二及連接流 道部段的插嵌部段，而該入口及/或出口流道部段與該連 接流道部段的插嵌部段之鄰接邊緣，乃可與各流道部段所 形成之流道的方向形成一銳角。爰是，藉著切除在斜線上 的插嵌部段，乃可形成其間具有所需角度，例如90。的流 道部段。因此，該等鄰接邊緣乃可與各流道方向形成餘角 ，而將其流道方向改變約90。。 / 圖式之簡單$里\一/ _____.....— ~ 玉發明現將配合圖式進一步地說明，其中： 第1圖係為本發明之熱交換器第一實施例的平面圖， 其上蓋部份已被移除； 第2圖係為第1圖所示實施例的側視圖； 第3圖係為本發明之熱交換裝置第二實施例對應於第j 圖之平面圖； 第4圖係為第3圖所示實施例的側視圖； 第5及6圖係為本發明之熱交換裝置第三實施例的熱交 換元件之平面圖，其蓋部已被移除； 第7圖為一放大的部份剖視圖，示出被列設在該熱交 換裝置之熱交換元件中的插嵌物形狀； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------1111裝----訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 407191 五、發明說明（5 ) 第8圖係為一部份剖視圓，示出第7圖之插嵌物互相堆 疊；及 第9圖係為一圖表示出一空調系統含有本發明之熱交 換裝置。 · 第1與2圊係概略地示出一熱交換裝置1〇，其乃可被使 用於汽車或其它車輛的空調系統，諸如在W〇 97/22486號 專利申請案中所揭及在第9圖中所概示的一種空調系統。 該熱交換裝置10包含一對由金屬，例如鋁等，所製成之板 狀元件11與12。有一淺的U形沈穴或凹部13被設在該等元 件11與12之一侧面上，且該凹部可被一未示出的蓋板所覆 蓋，而在該各熱交換元件11與12中形成一腔穴。各熱交換 元件11、12皆具有一傳熱液體之入口 14與出口 15，該等傳 熱液體乃可例為’一種含有防凍添加劑的水或其它具有適 當低凝固點的水液。各入口 14與出口 15乃以設在該熱交換 元件中之U形凹部13或腔穴的自由端來連通。 在第1與2圖所示的實施例中，一對該等熱交換元件乃 藉螺栓16或其它可釋卸的固定構件來固結在一起。有一由 多數板狀帕耳帖（Peltier)元件17所彬成的裝置，乃被以如 則述第WO 97/22486號專利案中所揭的方法，夾設於該等 熱父換元件11與12的蓋板之間。爰是，在第1、2圖中所示 的熱交換裝置乃對應於該先前國際專利申請案之wc 97/22486號案第2〜6圖所揭者，除此之外其中液體流道係 被限制於該熱交換裝置10之各熱交換元件丨丨、12中。 在本發明的熱交換裝置中，有許多的共伸流道丨8從钱 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ----------^|!^_!-^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 液體入口 14延伸至出口 15，而被形成於該u形凹部13中， 4參見第7、8圖。該等共伸流道18係由分開的插嵌部段19 、20等所形成，其係由如銅或銅合金等具有良好熱導性的 金屬片所製成。如第7、8圖所示，該等插嵌部段可具有坡 狀截面’而具有波峰21與波谷22。如第7、8圖中所示，該 各插嵌部段19與20之波峯21係可被分割成許多連續的長度 ’而被以一間距“d”橫向隔開’俾使該熱交換裝置的效 率可以可善。或者’其它種類的插嵌部段亦可被使用，例 如被稱為百葉式的散熱嵌板。 如第1圖中所示，該插嵌部段2〇乃可呈直角三角形的 造型。在相鄰的斜邊23處其流道的方向會轉變9〇。兩次， 而使流向反轉。 在第1、2圖所示的實施例中，該熱交換元件丨丨乃可當 作“高溫熱交換器”，故其入口 14與出口 15係可被連接於 汽車之散熱器，請參照第9圖。而熱交換元件12則可作為 “低溫熱交換器”，其入口與出口乃連接於座艙空氣冷却 器。 於以下本發明之熱交換裝置的可擇實施例之說明中， 對應於第1、2圖所示的構件與元件乃以相同標號來表示。 第3、4圖係示出該熱交換裝置1〇之一修正例，其乃比 第1、2圖中所示者更為緊凑。於第3、4圖中所示的熱交換 裝置’乃包含一單獨設在中央的“低溫”熱交換元件〗2， 與二設在外部的“高溫”熱交換元件11，及一帕耳帖元件 17之裝置被夾設在該中央熱交換元件12與各外部的熱交換 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 五、發明說明（7 ) 几件11之間。該各熱交換元件u、12乃包含一腔穴，而以 如第1、2圖所示之相同方法設有插嵌部段，如第3圖所示 。該等帕身帖元件17裝置的低溫側係連接於該中央熱交換 元件12，而其高溫側則連接於該等外部熱交換元件丨1。該 中央熱交換元件12的入口與出口係連接於座艙空氣冷却器 (第9圖），而該二熱交換元件u則可與汽車的散熱器併聯 ，但最好是為串聯。 於第4圖所示的實施例中，液體入口 14與出口 15係在 相反方向。為安裝之故其最好能使該入口與出口只延伸於 一個方向。此乃可藉將該中央熱交換元件12反轉，並將該 等外部熱交換元件11的入口 14與出口 15稍微地朝外彎曲而 來獲得。或者是，其亦可將第4圖所示之熱交換裝置的中 央熱交換元件12以一第6圖所示之熱交換元件來取代而獲 得。該外部熱交換元件丨丨乃可為第3圖所示之型式，或亦 可為第5圖所示者。如第6圖所示，該液體入口 14與出口 15 的橫向間距已被增大，因此該入口與出口可在該熱交換元 件11的相對邊連通其流道。此乃已在前述方法中將流向轉 換90°而可被獲得。 已發現有關該波狀插嵌部段19與20之造型的單一最重 要參數係為第7圖所示之間距“ d” ，其最好係為〇 8〜 1.2mm或大約1mm。該等插嵌部段19與20的波形或散熱片 之高度與長度則較不重要。高度增加不僅會形成較大的傳 熱面積，亦可使壓力降低。但是，在4與12mm之間的高度 變化，該整體空調系統的總效率幾乎未改變。其原因係古

度的增加及導致傳熱表面增加，將會使該波狀表面的散熱 片效率減少，甚至對幾乎不超過〇·3之相當低的波形此 係由於非常高的傳熱係數（高至10000W/m2K)所致》為實 用之故，在該熱交換元件中所形成之腔穴的高度應不小於 6〜10mm。因此’將二層（第8圈）或更多層的插嵌物互相 堆叠乃可更佳。如第8圖所示，該等插嵌物最好被裝置成 ，使一上方的插嵌物之波谷22,抵接於一對下方的插嵌物 之相鄰波峰21 ’而形成兩層的流道18。舉例言之，六個帕 耳帖元件可被併排列設，而被夾置於該“低溫，，中央熱交 換元件12與各外部“高溫，，熱交換元件丨丨之間。 應可瞭解上述實施例之各種修飾變化，乃可在本發明 之範圍内被製成。本發明係為申請人於此併送參考之國際 專利申請案WO 97/22486號中所揭的熱交換裝置之改良。 元件標號對照 -------------裝--------訂. ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 經濟部智慧財產局t工消費合作社印製 10···熱交換裝置 11、12…;(熱交換元件) 13…凹部 14…入口 15…出口 16…螺栓 17…帕耳帖元件 18…流道 19、20…插嵌部段 21…波峰 22…波谷 23…斜邊 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 11

Claims (1)

1. 407191 A8B8C8D8 六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •—種空調系統之熱交換裝置，該熱交換裝置包含有熱 父換疋件等’各形成一個或更多的傳熱液體之流道， 及多數的熱電單元併排列設而被夹置於該等熱交換元 件之間’故可在其中導熱接觸；其特徵係： 包含一中央第一熱交換元件及一對外部第二熱交 換7C件’該等熱電單元件係被設置於該各外部第二熱 交換元件與中央第一熱交換元件之間，而使熱可從該 中央第一熱交換元件傳導至各該外部第二熱交換元件 0 2_ —種空調系統之熱交換裝置，該熱交換裝置包含第— 與第二熱交換元件，其各形成多數的傳熱液體之流道 ，及多數的熱電單元併排列設而被夾置於該等第一與 第二熱交換元件之間；其特徵係： 該等流道乃由插嵌物所構成，其係以金屬板片所 製成，而被列設於該等熱交換元件所形成的腔穴中。 3.如申請專利範圍第2項之熱交換裝置，並包含有一中央 第一熱交換元件及一對外部第二熱交換元件，該等熱 電單元係被列設於該各外部第二熱交換元件與該中央 第一熱交換元件之間，而使熱可從該中央第一元件傳 導至各外部第二元件。 4·如申請專利範圍第1項之熱交換裝置，其中該等流道係 由插嵌物所構成’其係以金屬板片所製成，而被列設 於該等熱交換元件所形成的腔穴中。 5.如申請專利範圍第2或4項之熱交換裝置，其中各插私 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱)' —--- -12 - f請先閲讀背面之注帝？事項再填寫本頁) 裝---- 410; 111 I 線 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局負工消费合作杜印製 六、申請專利範圍 物具有波狀截面造型，而該等流道係沿該等波狀形成 物的縱長方向延伸。 6.如申請專利範圍第5項之熱交換裝置，其中各波狀形成 物係被分割成多數波狀部段而沿所形成之流道的縱長 方向延伸，連續的波狀部段則被橫向地間設。 7·如申請專利範圍第2或4項之熱交換裝置，其中在各腔 穴中乃有兩個或更多的插嵌物互相堆疊，而形成兩層 或更多層的流道。 8. 如申請專利範圍第7項之熱交換裝置，其中一波狀插嵌 物之一對橫向相鄰的波峰，係抵接於一相鄰波狀插嵌 物之波谷，而在兩層或更多層中形成多數一起延伸的 流道。 9. 如申請專利範圍第1或2項之熱交換裝置，其中至少有 —熱交換元件含有一傳熱液體的入口及出口，設在該 熱交換元件的同一邊，該等流道包含一第一部段連通 該入口’一第二部段實質上與該第—部段一起延伸， 及一連接部段連接該入口與出口部段。 10·如申請專利範圍第丨或2項之熱交換裝置，其中各熱交 換元件具有一細長的，最好為長方形的造型。 11. 如申請專利範圍第丨或2項之熱交換裝置其中各熱交 換元件具有一扁平的塊狀造型。 12. 如申請專利範圍第2項之熱交換裝置其中至少有一熱 交換兀件含有一扁平的熱交換本體具有一側面，該腔 穴係由一凹部所構成而設在該侧面中，並有一蓋件覆 -------------裝 • n n n n 1· n n n I 線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   A8B8C8D8 407191 夂、申請專利範圍 蓋且封閉該凹部》 13.如申請專利範圍第9項之熱交換裝置，其中該等流道之 連接部段實質上係以直角伸向該第一與第二部段。 I4·如申請專利範圍第9項之熱交換裝置，其中該入口與出 口係分別經由橫向延伸至該入口與出口之連接流道連 接於該第一與第二流道部段，其實質上係與該等流道 的入口及出口部段同方向延伸。 15. 如申請專利範圍第9項之熱交換裝置，其中該等插嵌物 乃包含插嵌部段等，分別屬於該第一、第二及連接流 道部段，該入口及/或出口流道部段之插嵌部段與該 連接流道部段之插嵌部段的鄰接邊緣，係與各流道部 lx所界定的流道方向形成一銳角。 16. 如申請專利範圍第15項之熱交換裝置，其中所述之鄰 接邊緣係與各流道方向形成餘角’而將該流道方向改 變約90°。 17·如申請專利範圍第1或2項之熱交換裝置，係被使用於 一車輛座艙的空調系統中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------訂------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) 14