TWI311187B - - Google Patents

Description

1311187 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、熱風的雙相變溫控裝置與方法。 【先前技術】 參閱圖1，一般空調系統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 瘵發器14、串連該壓縮機11、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 風扇16。該壓縮機u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 冷媒，經冷卻介質（空氣、水）冷卻（放熱）成高壓中溫的液態 々媒。肩冷媒控制器13是將高壓中溫液態冷媒降壓成低壓 中溫的液態冷媒。該蒸發器14是將低壓中溫的液態冷媒蒸 發吸熱成低溫低壓的氣態冷媒。該風扇丨6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， 排出室外。 … 惟’由於空S周系統必須仰賴該壓縮機1 1加壓冷媒，戍 藉由該冷媒控制器13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、噪音值 高’且在增壓同時也會產生熱能，影響散熱效率。 1311187 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種能簡化元件、降 低噪音，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、一第一 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 熱交換空間的一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、壓力差分別自體循環於該第—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。步驟五 :使外界氣流分別反向流動且與該第一、第二熱交換空間 進行熱交換’形成反向流動的熱風與冷風。 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 率的目的。 【實施方式】 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，將可清 楚的呈現。 >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、一第二 熱交換單元4、一致冷晶片組$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—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—出風口 24是朝向一第一溫界（如室外）。該第 一入風口 25與^亥第二出風口 26是朝向一第二溫界（如室内） 〇 S亥第一熱交換單元3是設置在該外殼2的第一容室21 1311187 内：並具有面向該第一出風口 24的一第一熱交換器3ι，及 =對邊第一出風口 24面向該第一熱交換器η的一第一風 扇μ。該第—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 312的數流道313。該風扇32是由該第一入風口 23抽引氣 流吹向該第—熱交換器31且由該第—出風口 Μ排出。 該第二熱交換單元4是設置在該外殼2的第二容室22 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4第—出風口 26面向該第二熱交換器Μ的一第二風 羽2 °亥第一熱父換器41具有形成在一頂面的一氣室411 、形成在-底面的-液室412，及連通該氣室4ιι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。 々該致冷晶片、组5是以一傾斜角度安裝在該外殼2第一 第一合至21、22間，並具有反向的一低點5丨與—高點 52、形成在_頂面的一熱端自53 ’及形成在一底面且具有 低溫冷;東作用的—冷端自54。該致冷晶片组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。 疋分別與該第 蝝寻官系6 恐父換器31、41 形成密閉迴路，並分別具有一熱交換段61、7ι、—氣管段 62、72及一液管段63、73。該熱交換段61、71是=: 該致冷晶h 5的熱端面53、冷端面54接觸而形成有—斜 度。戎軋管段62、72是分別連接該熱交換段 '1 一端 1311187 與該氣室311、411，且相鄰該致冷晶片組5的高點52。該 液官段63、73是分別連接該熱交換段61、71另一端與該 夜至312 412，且相鄰該致冷晶片組5的低點5 ^。該管系 7更具有—隔熱看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3卜 才取真工後，/主入工作流體，使工作流體循環於一真空 衣兄。工作’成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： -、步驟參閱圖5及圖2、圖3、圖4，當氣態工作流 2入該營系7的熱交換段71内時’會受該致冷晶片組5 而面，54的冷束作用而進行熱交換’使氣態工作流體遇冷 開始降概並凝結為水滴，形成液態卫作流體。 V 82 :液態工作流體順沿該致冷 --|卜"il胆，也硪双兮晶月組5與該 = D„71的斜度沿該液管段73向下流動，蓄積在該第二 厭七a的液至412内，同時受整個迴路内氣態工作流 ，=響丨依傭該等流道313向上積存。 =侍一提的是，該液管段73外的隔熱層74可以隔 又使忒液官段73内的液態工作流體不會在此區 内氣化。 步驟8 3 :兮货— ^第二熱交換器41内的液態工作流體，會透 過該第二熱交換写 I μ >、 、° 1吸收至内的熱量，且與該風扇42抽 弓、L進仃熱父換，形成由該第二出風口 26排出的冷風 1311187 ，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， 且依循該氣管段<!|向低濃度擴散至該熱交換段βί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，分別依循該管系7自 體循環於該第二熱交換器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53會釋放大 量的熱量’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31的 流道313下墜，並進行熱交換。 步驟93:該第一熱交換器31㈣氣態工作流體，會透 過該第一熱交換器31朝室外釋放熱量，且與該風扇抽 引的氣流進行熱父換’形成由邊第一出風口 24排出的熱風 ’ _ π祖g π品两水酒形 成液態工作流體，並依循該等流道3 13、香贫+ J满洛在該液室312 内’由於流體具有由高向低流動的物理特性，因此、— 後的液態工作流體會由上向下，由該液管p 7 又蓄積在該熱 10 1311187 交換段61與該液管段63間，且受整個迴路内氣體壓力的 影響，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。 重復步驟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 體循環於該第一熱交換器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： 本發明是藉由前述液態-氣態工作流體在二相變化的過 矛王中，以液恶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。 以上所述只是本發明之齡伟杳 限定h月之較佳實施例而已，當不能以此 丨民疋本發明貫施之範圍，即大 發明He “ 中請專利範圍及 兄明内谷所作之簡單的等效變化與修·，皆仍屬太挤 明專利涵蓋之範圍I 冑^屬本發 11 1311187 【圖式簡單說明】 圖1是一示意®，說明一般冷氣機的工作原理； 圖2是正視方向的一剖視圖，說明本發明一雙相變溫 控裝置的一較佳實施例； 圖3是該較佳實施例側視方向的一剖視圖； 圖4疋該較佳實施例中一第一熱交換單元（一第二熱交 換單元）的一剖視圖； 圖5是該較佳實施例產生致冷效果的—流程圖；及 圖6疋忒較佳貫施例產生散熱效果的一流程圖。

12 1311187 【主要元件符號說明】 22 .......第二容室 5 ..........致冷晶片組 23 — ·—第一入風口 51.........低點 24··.......第一出風口 52.........高點 25 .........第二入風口 53.........熱端面 26 ........第二出風口 54.........冷端面 9 3 ..........第一熱交換單元 6 ..........管系 31••第一熱交換器 61.........熱交換段 311 .......氣室 62.........氣管段 3 12····…液室 63.........液管段 313 ‘……流道 Ί ..........管系 32.........第一風扇 71.........熱交換段 4 ··'，·.·…第二熱交換單元 72.........氣管段 41.........第二熱交換器 73.........液管段 鲁 411 ··氣室 74.........隔熱層 - 412.......液室 13

Claims (1)

1311187 十、申請專利範圍： 1 _ 一種雙相變溫控裝置，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； 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 1311187 ’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裴置，更具 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 是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 ，該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 ·依據申明專利範圍第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。 依據申咕專利範圍第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<t。 9·依據申請專利範圍第丨項所述之雙才目變溫控裝置，其中 α亥第 第—熱父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—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 1311187 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咼於該第二熱交換空間的 一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 二熱交換空間進行熱交換’形成反向流動的熱風與冷風 0 n.依據申請專利範圍第10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—致冷晶片組的 冷端面與熱端面。 U·依據申請專利範圍第10項所述之雙相變溫控方法，其中 ，工作流體可以是冷媒、溫度超傳導液體其中一種。 13.依據巾請專利範圍第1G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·依據中請專利範圍第1G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5 16