TWI418751B - 可量測流量之氣流驅動裝置及其適用之空調設備 - Google Patents

Description

可量測流量之氣流驅動裝置及其適用之空調設備

本案係關於一種氣流驅動裝置，尤指一種可量測流量之氣流驅動裝置及其適用之空調設備。

隨著科技的進步，各式各樣的電子裝置，例如電腦或是伺服器等，已成為生活中不可或缺的一部分，而在該些電子裝置中，散熱能力的優劣往往影響到系統運作的穩定性及產品的使用年限，因此為了提高該些電子裝置的散熱效率，皆會在該些電子裝置的內部或是其所處的環境空間中額外設置利用空氣來進行冷卻降溫的一散熱機制。

空調設備即是其中一種的散熱機制，其係設置在電子裝置所處的環境空間中，當電子裝置運作而產生熱能，使得周圍空氣的溫度相對提高時，空調設備便吸收熱空氣，並將其冷卻後排出至該環境空間中，藉此降低電子裝置的溫度。

然由於空調設備可能會因故障或是使用年限過久，導致排出的風量減小而無法滿足本身所設置之環境空間的散熱需求，進而使得該環境空間內的電子裝置產生過熱而無法正常運作，甚至發生燒 毀的情形，故為了避免上述的情況發生，目前空調設備皆會有測量出風量之設計，即在本身排出冷卻空氣的出風處或是流道上設置多個風速計，以分別測量出風處或是流道上多個偵測點的風速，再將偵測結果傳送至空調設備之一控制電路，使控制電路可將多個偵測點的風速進行平均，進而推算出目前空調設備之出風處或是流道上的風量為何，如此一來，當出風量不足時，控制電路便可相對地調整空調設備之出風量，或是通知使用者目前空調設備有出風量不足的情況發生。

雖然習知空調設備確實可以利用多個風速計而測量出風量，然而因利用多個風速計來得知每個偵測點的風速，再將多個偵測點的風速進行平均，以推算出風量的方法係較耗費時間，且較不精準，因此當習知空調設備欲應用於例如由多台電子裝置同時設置於同一環境空間中而構成的資料中心(data center)時，由於該環境空間的散熱需求係大幅提高，因此相對需要可快速且精準算出排風量的空調設備，藉此對應各種不同的散熱需求時，該空調設備便可即時反應，故習知空調設備便會因測量風量值的方法係較為耗費時間且不精準而無法適用。

因此，如何發展一種可量測流量之氣流驅動裝置及其適用之空調設備以解決習知技術所面臨之問題，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的在於提供一種可量測流量之氣流驅動裝置及其適用之空調設備，俾解決習知空調設備因利用多個風速計來推算出 風量，而具有耗費時間及不精準等缺失。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種氣流驅動裝置，適用於空調設備，且包含：導流元件，接收氣流，且具有導引氣流之第一開口以及第二開口；其中第一開口之開口面積與第二開口之開口面積係相異，使於第一開口及第二開口處的氣壓具有差異值，俾利用差異值計算出氣流於氣流驅動裝置內之流量。

本案之另一較廣義實施態樣為提供一種空調設備，係包含：殼體；熱交換裝置，設置於殼體內，以將第一氣流熱交換成第二氣流；氣流驅動裝置，用以引導第二氣流排出空調設備，且包含：導流元件，具第一開口及第二開口，其中第一開口之開口面積與第二開口之開口面積係相異；第一壓力偵測裝置，偵測於第一開口之氣壓；第二壓力偵測裝置，偵測於第二開口之氣壓；以及控制電路，接收第一壓力偵測裝置及第二壓力偵測裝置的偵測結果，並依據偵測結果計算出第二氣流於氣流驅動裝置內之流量。

1‧‧‧空調設備

10‧‧‧殼體

100‧‧‧入風口

101‧‧‧出風口

11‧‧‧熱交換裝置

12‧‧‧氣流驅動裝置

120‧‧‧導流元件

121‧‧‧葉輪

122‧‧‧渦殼

123‧‧‧第一開口

124‧‧‧第二開口

125‧‧‧第二導引通道

126‧‧‧側邊通道

127‧‧‧容置空間

128‧‧‧第三開口

129‧‧‧流道

130‧‧‧第一導引通道

131‧‧‧第四開口

13‧‧‧控制電路

14‧‧‧第一壓力偵測裝置

15‧‧‧第二壓力偵測裝置

第一圖：其係為本案較佳實施例之空調設備之結構示意圖。

第二圖：其係為第一圖所示之氣流驅動裝置之分解結構示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第一圖，其係為本案較佳實施例之空調設備之結構示意圖。如第一圖所示，本案之空調設備1主要用以將第一氣流T₁冷卻成第二氣流T₂後排出，且包含殼體10、熱交換裝置11、氣流驅動裝置12、控制電路13、第一壓力偵測裝置14以及第二壓力偵測裝置15，其中殼體10具有供第一氣流T₁流入之入風口100以及供第二氣流T₂流出之出風口101。熱交換裝置11則設置於該殼體10內且鄰近於入風口100，其係藉由一冷卻介質(未圖示)將由入風口100流入的第一氣流T₁熱交換成第二氣流T₂。

請參閱第二圖，並配合第一圖，其中第二圖係為第一圖所示之氣流驅動裝置之分解結構示意圖。如第一及二圖所示，該氣流驅動裝置12可為但不限於一離心式風機，其係設置於殼體10內且與熱交換裝置11相鄰設，用以驅動第二氣流T₂，使第二氣流T₂由殼體10之出風口101排出。氣流驅動裝置12主要包含導流元件120、葉輪121以及渦殼122。其中導流元件120係與熱交換裝置11相鄰設，用以將第二氣流T₂導入氣流驅動裝置12中，且具有第一導引通道130、第一開口123以及第二開口124，其中第一開口123以及第二開口124係設置於第一導引通道130之相對兩端具彼此相對應，使第二氣流T₂可由第一開口123流入，並經第一導引通道130而由第二開口124流出，此外，第一開口123的開口面積更與第二開口124之開口面積相異，使得導流元件120呈現實質上類似頸部或噴嘴之結構，因此當氣流T₂由第一開口123流向第二開口124時，便會因為第一開口123及第二開口124的開口面積相異(亦或開口之徑長相異)而產生不同的流速，故於第一開口123處之氣壓與於第 二開口124處之氣壓便會不同而具有一差異值。

於上述實施例中，如第二圖所示，第一開口123的開口面積實際上係大於第二開口124之開口面積，因此當氣流T₂由第一開口123流向第二開口124時，氣流T₂便會由發散轉變為集中，故氣流T₂於第一開口123的流速會低於第二開口124的流速，導致於第一開口123處之氣壓相對應地小於第二開口124處之氣壓，但第一開口123及第二開口124之開口面積並不以第二圖所示為限，於其他實施例中，第一開口123的開口面積亦可小於第二開口124之開口面積，如此一來，當氣流T₂由第一開口123流向第二開口124時，氣流T₂便會由集中轉變為發散，故氣流T₂於第一開口123的流速便會高於第二開口124的流速，導致於第一開口123處之氣壓相對應地大於第二開口124處之氣壓。

請再參閱第二圖，葉輪121係設置於導流元件120之一側，且其葉扇係藉由一馬達(未圖示)所驅動，該葉輪121並具有第二導引通道125及側邊通道126，其中第二導引通道125係當葉輪121設置於導流元件120之一側時，與導流元件120之第二開口124相對應設置而接收由第二開口124流出之第二氣流T₂，側邊通道126則環設於葉輪121之側邊，因此當葉輪121之扇葉經馬達驅動而轉動時，於該第二導引通道125內之第二氣流T₂便會由葉輪121之複數個側邊通道126所排出。

請再參閱第二圖，渦殼122係具有容置空間127、第三開口128、流道129以及第四開口131，其中第四開口131係設置於渦殼122之一側且與容置空間127相連通，且第四開口131之開口大小實質上 係對應葉輪121之外環大小，因此葉輪121便可經由第四開口131容置於容置空間中127，而第三開口128則與容置空間127及流道129相連通，因此當葉輪121容置於容置空間127內且其扇葉開始轉動時，葉輪121的部份側邊通道126便會與第三開口128相通，使得由葉輪121之側邊通道126所排出之第二氣流T₂經由第三開口128流入流道129中，此時第二氣流T₂由第三開口128流出的方向係與由第二導引通道125流入的方向實質上垂直，而流道129之出口方向則對應於殼體10之出風口101，以將第二氣流T₂導向至出風口101後排出。

請再參閱第一圖，於本實施例中，第一壓力偵測裝置14係與導流元件120之第一開口123相鄰設，用以偵測於第一開口123處之氣壓，而第二壓力偵測裝置15則與導流元件120之第二開口124相鄰設，用以偵測於第二開口124處之氣壓。

控制電路13則設置於殼體10內，且與第一壓力偵測裝置14及第二壓力偵測裝置15連接，以藉由第一壓力偵測裝置14及第二壓力偵測裝置15而分別得知於第一開口123處以及於第二開口124處之氣壓，此外，控制電路13更內建有一運算公式，係為： 其中Q為氣流驅動裝置12內之風量，Y為擴張係數，△P為第一開口123及第二開口124兩者間之壓力差，ρ為空氣密度，Cn為第一開口123及第二開口124之間之第n個單位距離所具有的流量係數 ，而An則為第一開口123及第二開口124之間第n個單位距離所形成的開口面積，此外，Y、ρ、Cn及An的值為一常數，故可直接內建於控制電路13中。而本案藉由第一開口123與第二開口124之開口面積係相異，使得於第一開口123處之氣壓與於第二開口124處之氣壓會具有差異值，故控制電路13便可依據第一壓力偵測裝置14及第二壓力偵測裝置15而得知該差異值，並將該差異值帶入上述之運算公式中，進而推算出第二氣流T₂流入氣流驅動裝置12內所產生之風量Q，使得控制電路13可依據所計算出的風量而採取相對應之各種動作，例如通知使用者風量過大或過小，亦或是調整馬達之轉速等等。

而由於本案空調設備1測量風量的方式係藉由氣流驅動裝置12內設有導流元件120，而該導流元件120係具有開口面積相異之第一開口123以及第二開口124，使得控制電路13可依據第一開口123以及第二開口124兩者之間的壓力差值直接推算出氣流驅動裝置12內之實際風量，因此相較於習知空調設備需利用多個風速計來測量多個偵測點的風速，然後再平均該多個偵測點的風速，才能推算出風量的之風量測量方式，本案之空調設備1實具有可快速且精準得出風量值的優點。

綜上所述，本案提供一種可量測流量之氣流驅動裝置及其適用之空調設備，藉由氣流驅動裝置內設置有導流元件，且導流元件具有開口面積相異之第一開口及第二開口，使得控制電路可依據第一開口以及第二開口兩者之間因開口面積相異所產生的壓力差值而直接推算空調設備之氣流驅動裝置內的實際風量，本案之空調 設備實具有可快速且精準得知風量的優點。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

12‧‧‧氣流驅動裝置

120‧‧‧導流元件

121‧‧‧葉輪

122‧‧‧渦殼

123‧‧‧第一開口

124‧‧‧第二開口

125‧‧‧第二導引通道

126‧‧‧側邊通道

127‧‧‧容置空間

128‧‧‧第三開口

129‧‧‧流道

130‧‧‧第一導引通道

131‧‧‧第四開口

Claims (9)

1. 一種氣流驅動裝置，適用於一空調設備，且包含：一導流元件，接收一氣流，且具有導引該氣流之一第一開口以及一第二開口；其中該第一開口之開口面積與該第二開口之開口面積係相異，使於該第一開口及該第二開口處的氣壓具有一差異值，俾利用該差異值計算出該氣流於該氣流驅動裝置內之流量；其中該氣流驅動裝置更具有一葉輪，係設置於該導流元件之一侧，且該葉輪具有一導引通道及複數個側邊通道，該導引通道係與該導流元件之該第二開口相對應設置而接收該氣流，而該側邊通道係環設於該葉輪之側邊，使該導引通道內之該氣流由該側邊通道流出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣流驅動裝置，其中該氣流驅動裝置係為一離心式風機。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣流驅動裝置，其中該第一開口之開口面積係大於該第二開口之開口面積，俾使該第一開口處之氣壓小於該第二開口處之氣壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣流驅動裝置，其中該氣流驅動裝置更具有一渦殼，該渦殼係具有一容置空間、一第三開口、一流道以及一第四開口，其中該第四開口係設置於該渦殼之一側且與該容置空間相連通，使該葉輪經該第四開口容置於該容置空間，該第三開口係與該容置空間及該流道相連通，用以使由該側邊通道流出之該氣流經該第三開口流入該流道。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣流驅動裝置，其中該空調設備係藉由一第一壓力偵測裝置以及一第二壓力偵測裝置分別偵測於該第一開口及該第二開口之氣壓，並藉由一控制電路依據該第一壓力偵測裝置及該第二壓力偵測裝置的偵測結果而計算出該氣流於該氣流驅動裝置內之流量。
6. 一種空調設備，係包含：一殼體；一熱交換裝置，設置於該殼體內，以將一第一氣流熱交換成一第二氣流；一氣流驅動裝置，用以引導該第二氣流排出該空調設備，且包含：一導流元件，具有一第一開口及一第二開口，其中該第一開口之開口面積與該第二開口之開口面積係相異；以及一葉輪，係設置於該導流元件之一侧，且該葉輪具有一導引通道及複數個側邊通道，該導引通道係與該導流元件之該第二開口相對應設置而接收該氣流，而該側邊通道係環設於該葉輪之側邊，使該導引通道內之該氣流由該側邊通道流出一第一壓力偵測裝置，偵測於該第一開口之氣壓；一第二壓力偵測裝置，偵測於該第二開口之氣壓；以及一控制電路，接收該第一壓力偵測裝置及該第二壓力偵測裝置的偵測結果，並依據偵測結果計算出該第二氣流於該氣流驅動裝置內之流量。
7. 如申請專利範圍第6項所述之空調設備，其中該殼體具有一入風口以及一出風口，該入風口係用以供該第一氣流流入，該出風口 用以供該第二氣流流出。
8. 如申請專利範圍第6項所述之空調設備，其中於該第一開口及該第二開口處之氣壓係具有一差異值。
9. 如申請專利範圍第8項所述之空調設備，其中該控制電路係內建有一運算公式，以計算該第二氣流於該氣流驅動裝置內之流量，該運算公式為，其中Q為該氣流驅動裝置內之流量，Y為擴張係數，△P為該第一開口及該第二開口兩者間之壓力差，ρ為空氣密度，Cn為該第一開口及該第二開口之間之第n個單位距離所具有的流量係數，而An為該第一開口及該第二開口之間第n個單位距離所形成的開口面積。