TWI565920B - Multi-cavity evaporator for multiple refrigeration systems - Google Patents

Description

多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器

本發明是有關於一種蒸發器，特別是指一種多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器。

參閱圖1，現有一元冷凍系統包括一壓縮機11、一冷凝器12、一膨脹閥13，及一蒸發器14。

經該壓縮機11加壓成高溫高壓的氣態冷媒101，經冷凝器12散熱後成為常溫高壓的液態冷媒102，常溫高壓的液態冷媒102經該膨脹閥13成為低溫低壓的液態冷媒103，低溫低壓的液態冷媒103經該蒸發器14吸熱成為低溫低壓的氣態冷媒104再流往該壓縮機11。現有一元冷凍系統普遍應用於空調系統與冷藏系統，雖然可以達成冷卻效果，但是應用面為間接冷卻其冷卻溫度約在10℃至30℃之間，需要更低溫之冷凍系統時，則需改用二元冷凍系統。

參閱圖2，現有二元冷凍系統，包括一液化單元15，與一冷卻單元16。該液化單元15包括一液化壓縮機151、一連接該液化壓縮機151的液化冷凝器152、一連接該液化冷凝器152的液化膨脹閥153，及一連接該液化膨 脹閥153與該液化壓縮機151的熱交換器154。該冷卻單元16包括一連接該熱交換器154的冷卻壓縮機161、一連接該熱交換器154的冷卻膨脹閥162，及一連接該冷卻膨脹閥162與該冷卻壓縮機161的冷卻蒸發器163。

該液化單元15是使用例如：R404A或R507在高壓常溫下可液化的冷媒105，而該冷卻單元16則是使用例如：R23在高壓常溫下仍無法液化的冷媒106。利用液化單元15的冷媒105配合該熱交換器154，使該冷卻單元16的冷媒106可以液化，使冷卻溫度可達-85℃左右。

雖然二元冷凍系統中包含一個一元冷凍系統，但是，現有二元冷凍系統的液化單元15，與冷卻單元16是分別獨立運作，因此，若有廣溫域的冷卻需求時，現有作法必須同時具備一個一元冷凍系統，與一個二元冷凍系統，不僅製作成本與後續維護成本高，而且又佔空間，如何能在一系統即能達成廣溫域的冷卻需求，又能降低成本與減少空間浪費，成為相關業者欲改善的目標。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以降低成本與減少空間浪費的用於多元冷凍系統的蒸發器，並直接對某一熱源進行直接冷卻(有別於前述提及之間接冷卻)。

於是，本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器，包含一外殼單元，及多數循環單元。該每一循環單元包括一形成於該外殼單元內的循環流道、一形成於該外殼 單元上且連通該循環流道的流入口，及一與該流入口相間隔地形成於該外殼單元上且連通該循環流道的流出口，所述循環單元的循環流道是各自獨立且不相互連通。

本發明的功效在於：能利用各自獨立且不相互連通的循環流道設計，流通不同溫度應用範圍的冷媒，使安裝有該蒸發器的多元冷凍系統，同時具有常溫以上、0℃以下之低溫與-40℃以下之超低溫的廣溫域應用環境，以降低成本與減少空間浪費。

2‧‧‧蒸發器

21‧‧‧外殼單元

210‧‧‧底座

211‧‧‧底壁

212‧‧‧第一環壁

213‧‧‧第一隔板

214‧‧‧結合座

215‧‧‧分隔壁

216‧‧‧第二環壁

217‧‧‧第二隔板

218‧‧‧頂壁

22‧‧‧外殼單元

221‧‧‧外殼

222‧‧‧分隔板

223‧‧‧導流板

23‧‧‧外殼單元

231‧‧‧底壁

232‧‧‧頂壁

233‧‧‧分隔壁

234‧‧‧第一凸柱

235‧‧‧第二凸柱

236‧‧‧第一內圍壁

237‧‧‧第二內圍壁

238‧‧‧外圍壁

3‧‧‧第一循環單元

31‧‧‧第一循環流道

32‧‧‧第一流入口

33‧‧‧第一流出口

4‧‧‧第二循環單元

41‧‧‧第二循環流道

42‧‧‧第二流入口

43‧‧‧第二流出口

5‧‧‧第三循環單元

61‧‧‧第一冷卻單元

610‧‧‧R507冷媒

611‧‧‧第一壓縮機

612‧‧‧第一冷凝器

613‧‧‧第一膨脹閥

62‧‧‧第二冷卻單元

620‧‧‧R23冷媒

621‧‧‧第二壓縮機

622‧‧‧熱交換器

623‧‧‧第二膨脹閥

63‧‧‧切換閥

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明現有一元冷凍系統的態樣；圖2是一示意圖，說明現有二元冷凍系統的態樣；圖3是一立體圖，說明本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器的第一實施例；圖4是一剖視圖，說明該第一實施例縱剖面的態樣；圖5是一剖視圖，說明該第一實施例橫剖面的態樣；圖6是一示意圖，說明該第一實施例實際應用的情形；圖7是一剖視圖，說明本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器的第二實施例中第一循環單元的態樣；圖8是另一剖視圖，說明該第二實施例中第二循環單元的態樣；圖9是一立體圖，說明本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器的第三實施例； 圖10是一剖視圖，說明該第三實施例中第一循環單元、第二循環單元與該第三循環單元的態樣；圖11是一剖視圖，說明說明本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器的第四實施例；圖12是另一剖視圖，該第四實施例中第一凸柱、第一內圍壁與該第一流入口及該第二流入口的態樣；及圖13是另一剖視圖，該第四實施例中第二凸柱、第二內圍壁與該第一流出口及該第二流出口的態樣。

在本發明被詳細描述之前，應當注意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、4、5，本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器2的第一實施例包含一概呈圓筒狀的外殼單元21，以及各自獨立且不相互連通的形成於該外殼單元21的一第一循環單元3與一第二循環單元4。

該外殼單元21包括一底座210，及一疊合於該底座210上的結合座214。該第一循環單元3是形成於該底座210，而該第二循環單元4是形成於該結合座214。

該底座210包括一底壁211、一環繞該底壁211的第一環壁212，及一凸伸於該第一環壁212的第一隔板213。而該第一循環單元3包括一由該底壁211、該第一環壁212、該第一隔板213與該分隔壁215相配合界定出概呈U字型的第一循環流道31、一形成於該第一環壁212上且連通該第一循環流道31的第一流入口32，及一與該第一流 入口32相間隔地形成於該第一環壁212上且連通該第一循環流道31的第一流出口33。

該結合座214包括一連接於該第一環壁212相反於該底壁211的一側的分隔壁215、一環繞該分隔壁215的第二環壁216、一凸伸於該第二環壁216的第二隔板217，及一連接於該第二環壁216相反於該分隔壁215的一側的頂壁218。而該第二循環單元4包括一由該分隔壁215、該第二環壁216、該第二隔板217與該頂壁218分別相配合界定出概呈U字型的第二循環流道41、一形成於該第二環壁216上且連通該第二循環流道41的第二流入口42，及一與該第二流入口42相間隔地形成於該第二環壁216上且連通該第二循環流道41的第二流出口43。

利用該分隔壁215分隔該第一循環流道31與該第二循環流道41，使該第一循環流道31與該第二循環流道41是各自獨立且不相互連通。

參閱圖6，並一併回顧圖3、5，實際應用時，該蒸發器2適用於一個二元冷凍系統，該二元冷凍系統，包括流通兩種不同冷媒的一第一冷卻單元61與一第二冷卻單元62，及一切換閥63。於本實施例中，該第一冷卻單元61流通的是R507冷媒610，而該第二冷卻單元62流通的是R23冷媒620。

該第一冷卻單元61包括一連接該蒸發器2的第一流出口33的第一壓縮機611、一連接該第一壓縮機611與該切換閥63的第一冷凝器612，及一連接該切換閥63與 該蒸發器2的第一流入口32的第一膨脹閥613。

該第二冷卻單元62包括一連接該蒸發器2的第二流出口43的第二壓縮機621、一連接該第一壓縮機611、該第二壓縮機621與該蒸發器2的第二流入口42的熱交換器622，及一連接該熱交換器622與該切換閥63的第二膨脹閥623。

當只需要一元冷凍系統的冷卻溫度範圍時，是關閉該第二壓縮機621，並切換該切換閥63以連通該第一冷凝器612、該第一膨脹閥613與該蒸發器2的第一流入口32。

經該第一壓縮機611加壓成高溫高壓的氣態R507冷媒610，經第一冷凝器612散熱後成為常溫高壓的液態R507冷媒610，常溫高壓的液態R507冷媒610經該第一膨脹閥613成為低溫低壓的液態R507冷媒610，低溫低壓的液態R507冷媒610由該第一流入口32流入該蒸發器214的第一循環流道31吸熱後，成為低溫低壓的氣態R507冷媒610，再由該第一流出口33流往該第一壓縮機611以完成冷卻循環，使該蒸發器2能提供-50℃左右的冷卻溫度。

當需要二元冷凍系統的冷卻溫度範圍時，是切換該切換閥63以連通該第一冷凝器612、該第二膨脹閥623與該熱交換器622。經該第一壓縮機611加壓成高溫高壓的氣態R507冷媒610，經第一冷凝器612散熱後成為常溫高壓的液態R507冷媒610，常溫高壓的液態R507冷媒610經 該第二膨脹閥623成為低溫低壓的液態R507冷媒610，低溫低壓的液態R507冷媒610由該熱交換器622吸熱後，成為低溫低壓的氣態R507冷媒610，再由流往該第一壓縮機611以完成冷卻循環。

當該第一冷卻單元61內的R507冷媒610的溫度足以使第二冷卻單元62內的R23冷媒620液化時，再開啟該第二壓縮機621加壓第二冷卻單元62內的R23冷媒620，此時，低溫低壓的液態R507冷媒610在該熱交換器622內，會吸收高溫高壓的氣態R23冷媒620的熱量，成為流往該第一壓縮機611之低溫低壓的氣態R507冷媒610，而高溫高壓的氣態R23冷媒620則成為低溫高壓的液態R23冷媒620，低溫高壓的液態R23冷媒620由該蒸發器2的該第二流入口42流入該第二循環流道41，再由該第二流出口43流向該第二壓縮機621以完成冷卻循環，使該蒸發器2能提供-85℃左右的冷卻溫度。在此要特別說明的是，當R23冷媒620流經該蒸發器2時，該蒸發器2內的R507冷媒610是呈現停滯狀態。

由上述可知，利用該蒸發器2不相互連通的第一循環流道31與第二循環流道41分別流通不同溫度應用範圍的R507冷媒610與R23冷媒620，使該二元冷凍系統，同時具有常溫以上、0℃以下之低溫與-40℃以下之超低溫的廣溫域應用環境，而兼具一元與二元冷凍系統的特性以降低成本與減少空間浪費。

參閱圖7、8，本發明多元冷凍系統內之多腔體 的蒸發器2的第二實施例，大致是與該第一實施例相似包含一外殼單元22、一第一循環單元3，及一第二循環單元4。不相同的地方在於：該外殼單元22包括一外殼221、一沿該外殼221的高度方向設置於該外殼221內的分隔板222，及多數沿該外殼221的高度方向間隔而凸伸於該分隔板222兩側的導流板223。於本實施例中，該分隔板222的兩側分別凸伸有兩導流板223。

該外殼221、該分隔板222與所述導流板223相配合界定出，位於該分隔板222兩側之該第一循環單元3概呈S字型的第一循環流道31，與該第二循環單元4概呈S字型的第二循環流道41。

而且該第一循環單元3的第一流入口32與第一流出口33是，與該第二循環單元4的第二流入口42與第二流出口43是分別位於該分隔板222的兩側，且沿該外殼211的高度方向相間隔。

由於本實施例，大致是與該第一實施例相似，因此，除了可以達成與該第一實施例相同的功效外，也提供另一種態樣供選擇。

參閱圖9、10，本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器2的第三實施例，大致是與該第二實施例相似包含一外殼單元22、一第一循環單元3，及一第二循環單元4。不相同的地方在於：該蒸發器2還包含一第三循環單元5。而該外殼單元22是包括二間隔地沿該外殼221的高度方向設置於該外殼221內的分隔板222。該第三循環單元 5與該第一循環單元3及該第二循環單元4相似，在此不予贅述。

由於本實施例大致是與該第二實施例相似，因此，除了可以達成與該第二實施例相同的功效外，利用相互獨立且不相互連通的該第一循環單元3、一第二循環單元4與該第三循環單元5，還能應用到三元冷凍系統。

參閱圖11、12、13，本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器2的第四實施例，大致是與該第二實施例相似包含一外殼單元23、一第一循環單元3，及一第二循環單元4，不相同的地方在於：該外殼單元23包括一底壁231、一與該底壁231相間隔的頂壁232、一介於該底壁231與該頂壁232間的分隔壁233、一連接該底壁231與該分隔壁233的第一凸柱234、一連接該分隔壁233與該頂壁232的第二凸柱235、一連接該底壁211與該分隔壁233且間隔圍繞該第一凸柱234的第一內圍壁236、一連接該分隔壁233與該頂壁232，且間隔圍繞該第二凸柱235的第二內圍壁237，及一圍繞該底壁211、該頂壁218與該分隔壁215周緣的外圍壁238。

該第一凸柱234與該第一內圍壁236，以及該第二凸柱235與該第二內圍壁237相配合界定出該第一循環單元3之上下連通而概呈立體螺旋狀的第一循環流道31，而該第一內圍壁236與該外圍壁238，以及該第二內圍壁237與該外圍壁238相配合界定出該第二循環單元4上下連通而概呈立體螺旋狀的第二循環流道41，且該第二循環流 道41是圍繞該第一循環流道31。

而該第一循環單元3的第一流入口32，與該第二循環單元4的第二流入口42是位於該底壁231與該分隔壁233之間，而分別與該第一循環流道31及該第二循環流道41連通，該第一循環單元3的第一流出口33，與該第二循環單元4的第二流出口43是位於該分隔壁233與該頂壁232之間，而分別與該第一循環流道31及該第二循環流道41連通。

由位於下方的該第一流入口32或該第二流入口42流入的冷媒，會分別如圖12、13箭頭所示沿該第一循環流道31及該第二循環流道41螺旋流動，而分別由位於上方的該第一流出口33或該第二流出口43流出。

由於本實施例大致是與該第二實施例相似，因此，除了可以達成與該第二實施例相同的功效外，也提供另一種態樣供選擇。

綜上所述，本發明多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器2，利用各自獨立且不相互連通的第一循環流道31與第二循環流道41流通不同溫度應用範圍的冷媒，使安裝有該蒸發器2的多元冷凍系統，同時具有常溫以上、0℃以下之低溫與-40℃以下之超低溫的廣溫域應用環境，而兼具一元與二元的特性以降低成本與減少空間浪費，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 申請專利範圍及專利說明書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。

2‧‧‧蒸發器

21‧‧‧外殼單元

210‧‧‧底座

211‧‧‧底壁

212‧‧‧第一環壁

213‧‧‧第一隔板

214‧‧‧結合座

215‧‧‧分隔壁

216‧‧‧第二環壁

217‧‧‧第二隔板

218‧‧‧頂壁

3‧‧‧第一循環單元

31‧‧‧第一循環流道

32‧‧‧第一流入口

33‧‧‧第一流出口

4‧‧‧第二循環單元

41‧‧‧第二循環流道

42‧‧‧第二流入口

43‧‧‧第二流出口

Claims (2)

1. 一種多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器，包含：一外殼單元，包括一底座，及至少一疊合於該底座上的結合座，該底座包括一底壁、一環繞該底壁的第一環壁，及一凸伸於該第一環壁的第一隔板，該結合座包括一連接於該第一環壁相反於該底壁的一側的分隔壁、一環繞該分隔壁的第二環壁、一凸伸於該第二環壁的第二隔板，及一連接於該第二環壁相反於該分隔壁的一側的頂壁；及多數循環單元，分別形成於該底座與該結合座，每一循環單元包括一形成於該外殼單元內的循環流道、一形成於該外殼單元上且連通該循環流道的流入口，及一與該流入口相間隔地形成於該外殼單元上且連通該循環流道的流出口，所述循環單元的循環流道是各自獨立且不相互連通，該底壁、該第一環壁、該第一隔板與該分隔壁，以及該分隔壁、該第二環壁、該第二隔板與該頂壁分別相配合界定出所述循環單元概呈U字型的循環流道。
2. 一種多元冷凍系統內之多腔體的蒸發器，包括：一外殼單元，包括一底壁、一與該底壁相間隔的頂壁、一介於該底壁與該頂壁間的分隔壁、一連接該底壁與該分隔壁的第一凸柱、一連接該分隔壁與該頂壁的第二凸柱、一連接該底壁與該分隔壁且間隔圍繞該第一 凸柱的第一內圍壁、一連接該分隔壁與該頂壁且間隔圍繞該第二凸柱的第二內圍壁，及一圍繞該底壁、該頂壁與該分隔壁周緣的外圍壁；及多數循環單元，每一循環單元包括一形成於該外殼單元內的循環流道、一形成於該外殼單元上且連通該循環流道的流入口，及一與該流入口相間隔地形成於該外殼單元上且連通該循環流道的流出口，所述循環單元的循環流道是各自獨立且不相互連通，其中該第一凸柱與該第一內圍壁，以及該第二凸柱與該第二內圍壁相配合界定出其中一循環單元上下連通而概呈立體螺旋狀的循環流道，而該第一內圍壁與該外圍壁，以及該第二內圍壁與該外圍壁相配合界定出另一循環單元上下連通而概呈立體螺旋狀的循環流道，而每一循環單元的流入口與流出口，分別位於該底壁與該分隔壁以及該分隔壁與該頂壁之間。