TWI576551B - 渦流管裝置 - Google Patents

Description

渦流管裝置

本發明是有關於一種渦流管裝置，特別係有關於一種設有導流元件之渦流管裝置。

一般冷凍空調所使用的方式為壓縮式的蒸氣循環，這是利用冷媒蒸發吸熱的特性，使用壓縮機將冷媒蒸汽加壓液化後循環使用。此外，利用渦流管(vortex tube)也能產生冷凍的效果，其中渦流管不需要設置散熱鰭片且故障性低，同時不需熱機時間，也不必使用電力驅動。

渦流管可以應用的地方很多，只要有高壓空氣作為氣體來源，就可以產生冷空氣或熱空氣。第1圖即是一種典型的渦流管設計，其中在渦流管兩端分別設有一冷空氣出口C和一熱空氣出口H，操作時可將高壓空氣由噴嘴N注入渦流管中(如第1圖中的箭頭A所示)，由於管內的壓力接近大氣壓，因此離開噴嘴N後之空氣會迅速膨脹，且在渦流管內形成一個強制渦流(forced vortex)，此時接近渦流管中心部分的空氣會對外側部分的空氣做功而使其本身溫度下降；相反地，接近渦流管外側部份的空氣溫度則會上升。如第1圖所示，在典型的渦流管內，接近渦流管中心的部分為冷空氣，而接近渦輪管外側的部分則為熱空氣，其中冷空氣和熱空氣可分別從渦流管兩端 的冷空氣出口C和熱空氣出口H而各自被分離出來。然而，傳統的渦流管裝置必須另外準備壓縮氣體或透過空氣泵浦來產生高壓氣體，因此成本較高且不利於裝置的小型化。

本發明之一實施例提供一種渦流管裝置，包括一本體、一熱端構件、一冷端構件以及一第一導流元件。前述本體具有一第一入風口以及一長條狀之延伸部，其中延伸部朝渦流管裝置之一縱軸方向延伸。前述熱端構件連接延伸部，前述冷端構件連接本體，其中冷端構件與熱端構件位於本體之相反側。一氣體自第一入風口進入本體，並經由冷端構件與熱端構件排出渦流管裝置。前述第一導流元件設置於本體內，具有一第一通孔、一第一表面以及複數個通道，其中前述通道形成於第一表面且圍繞第一通孔，且前述通道底部分別形成有一斜面，用以導引氣體進入本體之延伸部。

於一實施例中，前述本體更具有一第二入風口，氣體自第一、第二入風口進入本體，並經由前述通道導引進入延伸部。

於一實施例中，前述第一、第二入風口之間形成一鈍角。

於一實施例中，前述鈍角介於100~150度。

於一實施例中，前述渦流管裝置更包括一第二導流元件，連接延伸部和第一導流元件，且第二導流元件具有一第二表面，第一、第二表面垂直於前述縱軸方向且相互抵接。

於一實施例中，前述第二導流元件具有一第二通 孔，與第一通孔相通，且第二通孔朝熱端構件方向形成一漸擴結構。

於一實施例中，前述通道呈放射狀排列。

於一實施例中，前述每一通道具有一入口端以及一出口端，氣體自入口端進入通道後再經由出口端離開通道，其中入口端的寬度大於出口端的寬度。

於一實施例中，前述熱端構件可相對於本體沿前述縱軸方向滑動。

於一實施例中，前述熱端構件具有複數個氣孔，一部分之氣體經由前述氣孔排出渦流管裝置。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

10‧‧‧本體

11‧‧‧第一入風口

12‧‧‧第二入風口

13‧‧‧延伸部

131‧‧‧內壁

14‧‧‧連通孔

20‧‧‧第一導流元件

21‧‧‧第一表面

22‧‧‧通道

221‧‧‧斜面

222‧‧‧入口端

223‧‧‧出口端

23‧‧‧第一通孔

30‧‧‧熱端出風構件

31‧‧‧腔室

32‧‧‧氣孔

40‧‧‧第二導流元件

41‧‧‧第二表面

42‧‧‧第二通孔

50‧‧‧冷端出風構件

100‧‧‧渦流管裝置

C‧‧‧冷空氣出口

H‧‧‧熱空氣出口

L‧‧‧中心線

N‧‧‧噴嘴

A、A1、A2、A3‧‧‧箭頭

D、d‧‧‧寬度

第1圖表示一習知渦流管之示意圖；第2A、2B圖表示本發明一實施例之渦流管裝置爆炸圖；第3A、3B圖表示本發明一實施例之渦流管裝置組裝後的立體圖；第3C圖表示本發明一實施例之渦流管裝置剖面示意圖；第3D圖表示氣體透過通道底部的斜面導引進入第二導流元件中央的第二通孔之示意圖；第4A圖表示本發明一實施例之第一導流元件立體圖；以及第4B、4C圖表示第4A圖中之第一導流元件不同視角的示意圖。

茲配合圖式說明本發明之較佳實施例。

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一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

首先請一併參閱第2A、2B以及3A、3B圖，本發明一實施例之渦流管裝置100主要係裝設於筆記型電腦、桌上型電腦或其他各種類型的電子裝置中，用以取代傳統的散熱風扇，藉以對電子裝置內部的電子元件進行散熱。前述渦流管裝置100包括一本體10、一第一導流元件20、一熱端構件30、一第二導流元件40以及一冷端構件50。應了解的是，前述本體10、第一導流元件20、熱端構件30、第二導流元件40以及冷端構件50皆呈中空結構，其中本體10具有第一入風口11、一第二入風口12、一長條狀之延伸部13以及一連通孔14，且延伸部13係朝渦流管裝置100之縱軸方向(X軸方向)延伸。此外，前述熱端構件30插設於延伸部13之一端，且熱端構件30內部形成有一腔室31，該腔室31與本體10的連通孔14相通。在本實施例中，前述熱端構件30可相對於本體10沿渦流管裝置100之縱軸方向(X軸方向)滑動，藉此可調整並控制由熱端構件30及冷端構件50所排出之氣體溫度和流量。

前述第一導流元件20及第二導流元件40主要係用以將自第一、第二入風口11、12所注入之氣體導引到本體10的 延伸部13內，其中第一導流元件20具有一第一表面21，第一表面21垂直於渦流管裝置100之縱軸方向(X軸方向)，且在第一表面21上形成有複數個凹陷且呈放射狀排列之通道22；第二導流元件40則連接第一導流元件20與本體10之延伸部13，並且具有一第二表面41，且第二表面41同樣垂直於渦流管裝置100之縱軸方向(X軸方向)，前述第一、第二表面21、41於組裝時係相互抵接；如第2A、2B圖所示，前述第一導流元件20具有一第一通孔23，且第二導流元件40具有一第二通孔42，組裝時第一、第二導流元件20、40係容置於本體10內，且第一、第二通孔23、42與本體10的連通孔14相通。於一實施例中，前述第一、第二導流元件20、40也可以整合成為單一構件並以一體成形的方式製作，藉此可節省製造及組裝成本。

由第3A、3B圖中可以看出，本實施例係藉由設置 第一入風口11以及第二入風口12，可同時注入兩股氣體到本體10內，其中第一、第二入風口11、12之間形成有一鈍角θ，該鈍角θ的範圍約介於100~150度(例如120度)，惟入風口之數量及其間的夾角並不以此為限。如前所述，透過第一、第二入風口11、12所導入之氣流可產生疊加之效果以增加整體進氣壓力值，故本發明相較於傳統單一入風口的渦流管設計而言，能有效降低輸入氣體的壓力需求。舉例而言，當使用兩個以上的入風口時，可不需再額外準備壓縮氣體或透過空氣泵浦來產生高壓氣體，反之利用電子裝置內部現成的散熱風扇驅動即可作為氣體來源，如此一來不僅能大幅降低成本，同時也可有助於達 到電子裝置的小型化。

接著請一併參閱第3C、3D圖，其中第3C圖為本發 明一實施例之渦流管裝置剖面示意圖，當氣體經由第一、第二入風口11、12同時導入本體10後(如第3C、3D圖中的箭頭A1所示)，可經過第一導流元件20上的通道22導引而流向第二導流元件40中央的第二通孔42，接著並透過漸擴之第二通孔42導引氣體至延伸部13的內壁131以形成渦流。當氣流持續往熱端構件30的方向(X軸方向)運動並經過本體10的連通孔14而到達熱端構件30的腔室31時，一部分氣體(熱空氣)會從腔室31經由熱端構件30上的氣孔32排出渦流管裝置100(如第3C圖中箭頭A2所示)，另一部分接近渦流管裝置100中心處的氣體(冷空氣)則會形成由熱端返回的冷渦流，並沿著-X軸方向依序流過連通孔14、第二通孔42以及第一通孔23，最後再經由與第一導流元件20相連接之冷端構件50排出渦流管裝置100(如第3C圖中箭頭A3所示)，藉以針對電子裝置內部之一發熱源或電子元件進行冷卻降溫。

由第3D圖中可以看出，前述第一導流元件20上的 通道22底部形成有一斜面221，從第一、第二入風口11、12所注入之氣體可透過通道22底部的斜面221導引而進入第二導流元件40中央的第二通孔42。由於本實施例中的第二通孔42係朝熱端構件30方向(X軸方向)形成一漸擴結構，藉此可有助於將第二通孔42內的氣體導引至本體10之延伸部13的內壁131，以使氣體能與延伸部13的內壁131作用而形成熱渦流，進而可提 升渦流管裝置100的效率。

再請一併參閱第4A~4C圖，本實施例中之第一導流 元件20係形成有六個深度不盡相同且圍繞著第一通孔23呈放射狀排列的通道22，惟前述通道22的長度、寬度及深度仍可依設計需求而調整成具有相同或不同之尺寸，其中從第一、第二入風口11、12所注入之氣體可透過該些通道22底部的斜面221導引而進入第二導流元件40中央的第二通孔42；如第4C圖所示，前述每一通道22皆具有圓弧狀之入口端222及出口端223，其中第二導流元件40外側的氣體經由入口端222進入通道22後，再透過第二導流元件40內側的出口端223離開通道22，又前述入口端222的寬度D係大於出口端223的寬度d，藉此可有助於渦流的形成。又，由第4C圖中可以看出，本實施例中之每一通道22皆具有一中心線L，該些中心線L不相交於同一點，且與一內切圓相切。

綜上所述，本發明藉由設置兩個以上的入風口， 可同時導入兩股氣流到本體內，且導入之氣流可產生疊加效果以提升整體進氣壓力值，故本發明相較於傳統單一入風口的渦流管設計而言，能有效降低輸入氣體的壓力需求，進而可大幅降低成本並有助於達到電子裝置的小型化。此外，本發明藉由在第一導流元件表面形成複數個以放射狀排列之通道，同時搭配兩個以上的入風口設計，更可有效導引氣體到本體內部以產生渦流，進而能提升渦流管裝置的整體效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此項工藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧本體

11‧‧‧第一入風口

12‧‧‧第二入風口

13‧‧‧延伸部

131‧‧‧內壁

14‧‧‧連通孔

20‧‧‧第一導流元件

22‧‧‧通道

23‧‧‧第一通孔

30‧‧‧熱端出風構件

31‧‧‧腔室

32‧‧‧氣孔

40‧‧‧第二導流元件

41‧‧‧第二表面

42‧‧‧第二通孔

50‧‧‧冷端出風構件

100‧‧‧渦流管裝置

A1、A2、A3‧‧‧箭頭

Claims (10)

1. 一種渦流管裝置，包括：一本體，具有一第一入風口以及一長條狀之延伸部，其中該延伸部朝該渦流管裝置之一縱軸方向延伸；一熱端構件，連接該延伸部；一冷端構件，連接該本體，其中該冷端構件與該熱端構件位於該本體之相反側，一氣體自該第一入風口進入該本體，並經由該冷端構件與該熱端構件排出該渦流管裝置；以及一第一導流元件，設置於該本體內，具有一第一通孔以及複數個通道，其中該些通道圍繞該第一通孔，且該些通道分別於遠離該延伸部的側壁形成有一斜面，用以導引該氣體進入該本體之該延伸部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之渦流管裝置，其中，該本體更具有一第二入風口，該氣體自該第一、第二入風口進入該本體，並經由該些通道導引進入該延伸部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之渦流管裝置，其中，該第一、第二入風口之間形成一鈍角。
4. 如申請專利範圍第3項所述之渦流管裝置，其中，該鈍角介於100~150度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之渦流管裝置，其中，該渦流管裝置更包括一第二導流元件，連接該延伸部和該第一導流元件，且該第一、第二導流元件相互抵接。
6. 如申請專利範圍第5項所述之渦流管裝置，其中，該第二導流元件具有一第二通孔，與該第一通孔相通，且該第二通 孔朝該熱端構件方向形成一漸擴結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之渦流管裝置，其中，該些通道分別具有一中心線，且該些中心線不相交於同一點。
8. 如申請專利範圍第7項所述之渦流管裝置，其中，每一該通道具有一入口端以及一出口端，氣體自該入口端進入該通道後再經由該出口端離開該通道，其中該入口端的寬度大於該出口端的寬度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之渦流管裝置，其中，該熱端構件可相對於該本體沿該縱軸方向滑動。
10. 如申請專利範圍第1項所述之渦流管裝置，其中，該熱端構件具有複數個氣孔，一部分之該氣體經由該些氣孔排出該渦流管裝置。