TWI390166B - Digital droplet evaporation cooling method and device thereof - Google Patents

Description

數位微滴蒸發冷卻方法及其裝置

本發明是有關於一種冷卻方法及其裝置，特別是指一種數位微滴蒸發冷卻方法及其裝置。

參閱圖1，現有冷卻系統1包含一壓縮機11、一冷凝器12、一膨脹閥13、一蒸發器14，及一連通該壓縮機11、冷凝器12、膨脹閥13，及蒸發器14間的冷媒管15。其中，該冷媒管15形成一可供冷媒於內部流動之循環迴路(如圖中順時針旋轉之箭頭方向)。

當該冷媒位於該壓縮機11內時，是被壓縮成高壓過熱的氣體狀態，然後流出該壓縮機11再進入該冷凝器12，此刻，該冷媒會經由該冷凝器12，將本身所攜帶的熱量傳導至該冷凝器12周圍之冷卻介質(例如：空氣、水，或兩者之混合物)，以使該冷媒散熱形成高壓液體狀態，再流入該膨脹閥13中。經由該膨脹閥13的控制，使得該冷媒之壓力降低並且形成低溫，而送入該蒸發器14，該冷媒便可吸收該蒸發器14周圍空氣的熱量，以使周圍空氣冷卻，該冷媒本身則吸收熱量而提高溫度，再送入該壓縮機11內以再度進行壓縮成高溫高壓氣體以循環使用，而達到降低該蒸發器14周圍空氣溫度之目的。

雖然，現有利用壓縮機11構成冷媒循環流動的冷卻技術已經發展到恆溫、變頻的領域，但是仍然是十分的耗電，且亦不適合應用於開放式空間的冷卻。

參閱圖2，現有能應用於開放式空間的冷卻系統2包括一高壓幫浦21、一連接該高壓幫浦21的管路22，及多數連接於該管路22上的噴嘴23。

利用該高壓幫浦21所產生的正壓推送液體流經該管路22，配合所述噴嘴23使液體形成水霧噴出，雖然價格低廉且較冷卻系統1更為省電，並能有效地應用於開放式空間的冷卻、農業澆灌與畜牧業的環境空調上；但是，利用高壓幫浦21配合噴嘴23所產生之水霧的液滴大小不均，容易造成局部冷卻不足，或是局部過度潮濕的現象，而且，高壓幫浦21運作時所產生的噪音問題，使得現有冷卻系統2無法順利地應用於民眾眾多的戶外休閒場所的冷卻作業上。

因此，本發明之目的，即在提供一種冷卻效果均勻，且具省電及低噪音效果的數位微滴蒸發冷卻方法。

本發明的另一目的，即在提供一種冷卻效果均勻，且具省電及低噪音效果的數位微滴蒸發冷卻裝置。

於是，本發明數位微滴蒸發冷卻方法，包含一準備步驟、一壓力控制步驟，及一微滴控制步驟。該準備步驟是準備一盛裝有工作液體的容器、至少一連接該容器且可受一微致動器控制的噴嘴、一能使該容器形成負壓的負壓產生器，及一電連接該微致動器與該負壓產生器的微電子控制處理電路。

該壓力控制步驟是利用該微電子控制處理電路控制該負壓產生器使該容器中形成一設定負壓，以將工作流體輸送至該噴嘴。

該微滴控制步驟是利用該微電子控制處理電路控制該噴嘴於一設定工作頻率，使該噴嘴每秒產生多數微液滴以進行冷卻。

本發明數位微滴蒸發冷卻裝置，包含一液體供應單元、一連接該液體供應單元的噴液單元，及一控制該液體供應單元與該噴液單元的控制單元。

該液體供應單元包括一盛裝有工作液體的容器，及一設置於該容器中的負壓產生器；該噴液單元包括至少一連接於該容器上且形成有多數噴孔的噴嘴，及一設置於該噴嘴中用以控制該噴嘴的微致動器。

該控制單元包括一電連接該微致動器與該負壓產生器的微電子控制處理電路，該微電子控制處理電路是用以控制該微致動器與該負壓產生器。

本發明之功效是利用該微電子控制處理電路控制該負壓產生器於該容器中形成設定負壓，以連續穩定地提供工作液體至該噴液單元；配合該微電子控制處理電路控制該微致動器於設定工作頻率，使每一噴孔噴出之微液滴的平均直徑較為一致，讓冷卻效果更為均勻，並同時能降低耗電量與噪音。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3，本發明數位微滴蒸發冷卻裝置3之第一較佳實施例包含一液體供應單元31、一連接該液體供應單元31的噴液單元32，及一控制該液體供應單元31與該噴液單元32的控制單元33。

該液體供應單元31包括一盛裝有工作液體300的容器311，及一設置於該容器311中的負壓產生器312，其中，該負壓產生器312是一電壓驅動之微型真空幫浦器(vacuum pump)。於本較佳實施例中，該微型真空幫浦器是選用美國Air Dimensions公司的diaphragm pump Micro Dia-Vac。

參閱圖3、4，該噴液單元32包括一連接於該容器311上且形成有多數噴孔323的噴嘴322，及一設置於該噴嘴322中的微致動器324，且該噴嘴322的所述噴孔323是如圖4所示呈陣列式排列。於本較佳實施例中，該噴液單元32是選用美國Hewlett-Packard公司編號HP 51626的液滴產生器(droplet generator)。

該控制單元33包括一電連接該微致動器324與該負壓產生器312的微電子控制處理電路331(Microelectronic control and processing unit)，該微電子控制處理電路331是用以控制該微致動器324與該負壓產生器312。

參閱圖5，本發明之數位微滴蒸發冷卻方法4的較佳實施例，包含一準備步驟41、一壓力控制步驟42、一微滴控制步驟43，及一冷卻循環步驟44。

而本實施例係利用上述數位微滴蒸發冷卻裝置3的第一較佳實施例來予以進行，故本實施例中所述及的裝置結構，即是上述數位微滴蒸發冷卻裝置3的第一較佳實施例，所以不在此加以贅述。

參閱圖5，並一併回顧圖3、4，該準備步驟41即是準備上述數位微滴蒸發冷卻裝置3的第一較佳實施例。

該壓力控制步驟42是利用該微電子控制處理電路331制該負壓產生器312使該容器311中形成一設定負壓，以將工作流體連續穩定地提供輸送至該噴液單元32。

於本較佳實施例中的設定負壓是10~40mTorr，如此不但能將工作流體連續穩定地提供輸送至該噴液單元32，還能有效降低噪音。

該微滴控制步驟43是利用該微電子控制處理電路331的數位控制訊號控制該微致動器324於一設定工作頻率，使該噴嘴322每秒產生多數微液滴以進行冷卻。於本較佳實施例中，該微致動器324的設定工作頻率是500~10KHz，而使該噴嘴322的每一噴孔323每秒產生500~10000個平均直徑45~100μm(微米)的微液滴。

利用該微電子控制處理電路331的數位控制訊號使該微致動器324能保持於設定工作頻率下運作，使所述微液滴的直徑微小化，且直徑較為一致，不但能迅速的藉由所述微液滴的蒸發作用帶走熱量，達成冷卻降溫的功效，更能使冷卻效果更為均勻且一致，改善因直徑差距過大所造成之冷卻效果不均勻的缺點。

該冷卻循環步驟44是利用該微電子控制處理電路331的數位控制訊號控制該負壓產生器312與微致動器324於一設定時間內啟閉。於本較佳實施例中，該微電子控制處理電路331能控制該負壓產生器312與該微致動器324每運作30~180秒後停止30~180秒，藉此有效控制冷卻的效果，亦可減少耗電量以延長整體的使用壽命。

因此，本發明數位微滴蒸發冷卻方法4及其裝置3可利用該微電子控制處理電路331控制該負壓產生器312於該容器311中形成設定負壓，不但可以降低噪音還可以連續穩定地提供該噴嘴322所需的工作液體300；配合該微電子控制處理電路331以數位控制訊號控制該微致動器324於設定工作頻率，使自每一噴孔323噴出之微液滴的直徑微小化且使平均直徑較為一致，不但能迅速的藉由所述微液滴的蒸發作用帶走熱量，達成冷卻降溫的功效，更能使冷卻效果更為均勻且一致；再者，藉由該微電子控制處理電路331控制該負壓產生器312與微致動器324的啟閉，則可以減少耗電量以延長整體的使用壽命。

參閱圖6，本發明數位微滴蒸發冷卻裝置3之第二較佳實施例，大致是與該第一較佳實施例相同，不相同的地方在於：該噴液單元32包括一連通該容器311的管路325，及多數連接於該管路325上且形成有多數噴孔323(顯示於圖4)的噴嘴322，及一設置於該噴嘴322中的微致動器324，該微電子控制處理電路331是電連接該負壓產生器312與所述微致動器324。

因為本實施例之整體結構大致皆與前述第一較佳實施例相同，除了可以達成如第一較佳實施例所述的功效外，利用該管路325增加所能冷卻的空間範圍，也提供使用者另一種不同於第一較佳實施例的實施態樣。

綜上所述，本發明之數位微滴蒸發冷卻方法4及其裝置3是利用該微電子控制處理電路331的數位控制訊號控制該負壓產生器312於該容器311中形成設定負壓，不但能連續穩定地提供工作液體300至噴液單元32，還可以降低噪音；配合該微電子控制處理電路331控制該微致動器324於設定工作頻率，使自每一噴孔323噴出之微液滴的平均直徑較為一致，使冷卻效果更均勻，並同時能降低耗電量與噪音，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為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內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內。

3‧‧‧數位微滴蒸發冷卻裝置

300‧‧‧工作液體

31‧‧‧液體供應單元

311‧‧‧容器

312‧‧‧負壓產生器

32‧‧‧噴液單元

322‧‧‧噴嘴

323‧‧‧噴孔

324‧‧‧微致動器

325‧‧‧管路

33‧‧‧控制單元

331‧‧‧微電子控制處理電路

4‧‧‧數位微滴蒸發冷卻方法

41‧‧‧準備步驟

42‧‧‧壓力控制步驟

43‧‧‧微滴控制步驟

44‧‧‧冷卻循環步驟

圖1是一示意圖，說明一種現有的冷卻系統；

圖2是一示意圖，說明另一種現有的冷卻系統；

圖3是一示意圖，說明本發明數位微滴蒸發冷卻裝置的第一較佳實施例；

圖4是一正視圖，說明該第一較佳實施例中噴嘴上之噴孔的分佈態樣；

圖5是一流程圖，說明本發明數位微滴蒸發冷卻方法的第一較佳實施例；及

圖6是一示意圖，說明本發明數位微滴蒸發冷卻裝置的第二較佳實施例。

3．．．數位微滴蒸發冷卻裝置

300．．．工作液體

31．．．液體供應單元

311．．．容器

312．．．負壓產生器

32．．．噴液單元

322．．．噴嘴

324．．．微致動器

325．．．管路

33．．．控制單元

331．．．微電子控制處理電路

Claims (9)

1. 一種數位微滴蒸發冷卻方法，包含：一準備步驟，準備一盛裝有工作液體的容器、至少一連接該容器且可受一微致動器控制的噴嘴、一能使該容器形成負壓的負壓產生器，及一電連接該微致動器與該負壓產生器的微電子控制處理電路；一壓力控制步驟，利用該微電子控制處理電路控制該負壓產生器使該容器中形成一設定負壓，以將工作流體輸送至該噴嘴；一微滴控制步驟，利用該微電子控制處理電路控制該噴嘴於一設定工作頻率，使該噴嘴每秒產生多數微液滴以進行冷卻；及一冷卻循環步驟，該冷卻循環步驟是利用該微電子控制處理電路控制該負壓產生器與噴嘴於一設定時間內啟閉。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之數位微滴蒸發冷卻方法，其中，該壓力控制步驟中的設定負壓是10~40mTorr。
3. 依據申請專利範圍第1或2項所述之數位微滴蒸發冷卻方法，其中，該微滴控制步驟中的設定工作頻率是500~10KHz，而使該噴嘴每秒產生500~10000個平均直徑45~100 μm(微米)的微液滴。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之數位微滴蒸發冷卻方法，其中，該冷卻循環步驟的該設定時間是30~180秒。
5. 一種數位微滴蒸發冷卻裝置，包含：一液體供應單元，包括一盛裝有工作液體的容器，及一設置於該容器中的負壓產生器；一噴液單元，包括至少一連接於該容器上且形成有多數噴孔的噴嘴，及一設置於該噴嘴中用以控制該噴嘴的微致動器；及一控制單元，包括一電連接該微致動器與該負壓產生器的微電子控制處理電路，該微電子控制處理電路是用以控制該微致動器與該負壓產生器，並控制該負壓產生器與噴嘴於一設定時間內啟閉。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之數位微滴蒸發冷卻裝置，其中，該液體供應單元的負壓產生器是一微型真空幫浦。
7. 依據申請專利範圍第5項所述之數位微滴蒸發冷卻裝置，其中，該噴嘴的所述噴孔是呈陣列式排列。
8. 依據申請專利範圍第5項所述之數位微滴蒸發冷卻裝置，該噴液單元包括一連通該容器的管路、多數連接於該管路上的噴嘴，及多數設置於每一噴嘴中的微致動器，該微電子控制處理電路是電連接該負壓產生器與所述微致動器。
9. 依據申請專利範圍第5項所述之數位微滴蒸發冷卻裝置，其中，該噴液單元是一液滴產生器(droplet generator)。