TWI638965B - 熱管式空調裝置及其除濕方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種熱管式空調裝置，其包含一箱體，且箱體內設置有一冷卻循環系統、一風扇、一熱管系統。冷卻循環系統具有一蒸發器、一壓縮機、一凝縮器及一膨脹部，而熱管系統則具有設置於箱體之進氣口及蒸發器之間之一第一熱管、及設置於蒸發器及凝縮器之間之一第二熱管，且第一熱管及第二熱管之間係呈流體連通。其中，第二熱管與凝縮器之間定義有一間隙，以供一旁通空氣流入。本發明另提出一種除濕方法，其可透過上述熱管式空調裝置進行除濕。藉此，可提供一高效節能之除濕方案。

Description

熱管式空調裝置及其除濕方法

本發明係關於一種空調裝置及其除濕方法，特別關於一種包含一熱管系統之熱管式空調裝置及其除濕方法。

空氣中的濕度隨不同的氣候、地形、環境等因素產生變化，而當濕度過高時，將可能導致人體的不適且容易助長黴菌的生成，因此，越來越多使用者選擇透過空調或除濕裝置將室內空氣的相對濕度控制在理想範圍內，以維持一舒適的濕度環境。

習知之空調或除濕裝置具有壓縮機、蒸發器、凝縮器等組件，其工作原理係將壓縮機所產生之高壓高溫冷媒輸送入凝縮器，接著經毛細管膨脹後，將其形成為低溫低壓之冷媒而流入蒸發器內。因此，當風扇將潮濕空氣抽入空調或除濕裝置內部時，流經蒸發器之空氣將與管內之低溫冷媒進行熱交換而被降溫，使空氣中的水分子因降至露點溫度而冷凝成水珠並予以收集，除濕後的空氣直接進入凝縮器升溫之後，再吹至環境當中。如此一來，利用空調或除濕裝置不斷地重複上述循環後即可有效降低空氣濕度。

然而，習知空調或除濕裝置中，通常空氣係直接地通過蒸發 器進行降溫，故為使空氣一次性地自室溫降至露點溫度，蒸發器實需耗費較多能量。另一方面，蒸發器於低風量之條件下可達到較為理想之降溫效果，但凝縮器則相反地於高風量之條件中可有較佳的散熱表現，然習知空調或除濕裝置中僅會提供單一風路，故無法同時使蒸發器及凝縮器達到最佳運轉條件及效能。

有鑑於此，本發明提供一種熱管式空調裝置及除濕方法，以期改善上述蒸發器除濕效率、以及蒸發器與凝縮器無法達到最佳運轉條件及效能之問題。

本發明之一目的在於提供一種熱管式空調裝置及其除濕方法，其可使空氣以多階段之方式進行降溫，藉此提高除濕效率或減少運作能耗。

為達上述目的，本發明所揭露的一種熱管式空調裝置包含：一箱體，具有一進氣口及設置於該進氣口相對側之一排氣口；一冷卻循環系統，設置於該箱體內，該冷卻循環系統具有一蒸發器、一壓縮機、一凝縮器及一膨脹部，該蒸發器、該壓縮機、該凝縮器及該膨脹部係依序串連並彼此連通，以使一冷媒可於該冷卻循環系統內進行循環；一風扇，設置於該箱體內，用以自該進氣口引入一空氣，並自該排氣口排出該空氣；以及一熱管系統，設置於該箱體內，該熱管系統具有一第一熱管及一第二熱管，該第一熱管設置於該進氣口及該蒸發器之間，該第二熱管設置於該蒸發器及該凝縮器之間，且該第一熱管及該第二熱管之間係呈流體連通；其中，該第二熱管與該凝縮器之間定義有一間隙，以供該空氣之一旁通空氣 流入。

為達上述目的，本發明所揭露的一種除濕方法包含：提供如前述之一熱管式空調裝置；利用該風扇引導該空氣之一主氣流自該進氣口之一主進氣區進入該箱體，並使該主氣流依序流過該箱體內的該第一熱管、該蒸發器、該第二熱管及該凝縮器後，經該排氣口排出至該箱體外；以及利用該風扇引導該空氣之該旁通空氣自該進氣口之一次進氣區進入該箱體，該旁通空氣直接流入至由該第二熱管與該凝縮器之間所定義之該間隙後，使該旁通空氣與該主氣流匯流，並依序流過該凝縮器及該排氣口而排出至該箱體外。

藉此，本發明所提出的熱管式空調裝置及除濕方法可提供以下有益技術效果：

1、欲除濕之空氣進入熱管式空調裝置後，可於第一熱管及蒸發器各進行一次的降溫(即：共具有二階段降溫)，故流入至蒸發器的空氣已經過初步降溫，空氣相對濕度增高愈接近飽和狀態，蒸發器之耗能可被有效降低，藉此提升除濕效率。此外，在熱管系統內所進行的冷媒循環乃是由冷媒自身的氣態、液態變化所驅動，故不需使用壓縮機而額外地消耗電能。

2、由於另外設有旁通空氣使其流至第二熱管與凝縮器之間，且該旁通空氣之後將隨著流經蒸發器與熱管的主要空氣一併流過凝縮器，因此當系統運作時，通過凝縮器的風量較大，而通過蒸發器的風量較小，此不同的風量分配有利空調裝置的除濕運作。

3、因為通過凝縮器的風量較大，有助於提升散熱效果，同時降低壓縮機之入力，而有利於能源效率的提升。

4、因為通過蒸發器的風量維持於一預定值下，而使其達到理想之降溫及除濕效果。具體而言，限制風量可令冷媒蒸發側(即：蒸發器)維持一較低之蒸發溫度，而有利於蒸發器之金屬盤管凝結空氣中的水蒸氣，進而增加蒸發器的除濕水量；此外，自蒸發器流出的空氣亦因此呈現一相對低溫，故第一熱管與第二熱管所處環境之溫度差將被增大，而提升熱管系統內的循環及熱傳效率，且當第一熱管對空氣提供更佳的初步降溫效果時，蒸發器的除濕效率亦將相應地被推昇。

為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以較佳之實施例配合所附圖式進行詳細說明。

1A、2A‧‧‧熱管式空調裝置

10‧‧‧箱體

11‧‧‧進氣口

12‧‧‧排氣口

20‧‧‧冷卻循環系統

21‧‧‧蒸發器

22‧‧‧壓縮機

23‧‧‧凝縮器

24‧‧‧膨脹部

30‧‧‧熱管系統

31‧‧‧第一熱管

32‧‧‧第二熱管

331‧‧‧上連接管

332‧‧‧下連接管

40‧‧‧風扇

41‧‧‧吸氣口

42‧‧‧吹氣口

50‧‧‧集水容器

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

D3‧‧‧第三方向

I‧‧‧主進氣區

II‧‧‧次進氣區

P‧‧‧間隙

W1‧‧‧主氣流

W2‧‧‧旁通空氣

第1圖為本發明熱管式空調裝置之較佳實施例之側視剖面及風路走向示意圖；第2圖為本發明熱管式空調裝置之較佳實施例之俯視剖面及風路走向示意圖；第3圖為本發明熱管式空調裝置之另一較佳實施例之側視剖面及風路走向示意圖；以及第4A-4B、5A-5B圖為本發明熱管式空調裝置之較佳實施例之除濕效率數據圖。

請參閱第1圖所示，其為依據本發明之第1較佳實施例之熱管式空調裝置的剖視圖。本發明的第1較佳實施例揭露一熱管式空調裝置1A， 該熱管式空調裝置1A包含一箱體10、一冷卻循環系統20、一熱管系統30及一風扇40，各元件之技術內容將依序說明如下。

箱體10可提供一容置空間，以使其他元件設置於箱體10內。此外，箱體10可包含一進氣口11及一排氣口12；排氣口12係設置於進氣口11相對側，使得欲除濕之空氣可通過進氣口11及排氣口12而分別流入及流出箱體10。

如第1圖及第2圖所示之實施例中，進氣口11設置於箱體10之一立面，該立面上定義有相互垂直之第二方向D2及第三方向D3，且可根據第二方向D2及第三方向D3更進一步定義同時與兩者相垂直之一第一方向D1(即：空氣進入進氣口11後的主要行徑方向)，而排氣口12則設置於進氣口11相對側之箱體10之頂面(即：空氣可沿第二方向D2流出箱體10)。較佳地，進氣口11及排氣口12之每一個可具有一柵欄結構或導風結構(圖未示)。於此實施例中，箱體10之其他部分可具有氣密之設置。

冷卻循環系統20係設置於箱體10內。冷卻循環系統20包含一蒸發器21、一壓縮機22、一凝縮器23及一膨脹部24，其依序透過管路相串連並彼此連通，以使一冷媒(圖未示)可循環於其中。膨脹部24可為膨脹閥或毛細管等組件。

具體而言，冷媒於蒸發器21中係為低壓低溫狀態者，而當冷媒吸收流經蒸發器21的空氣之熱能時，空氣將被降溫而冷媒則蒸發汽化；該蒸發汽化之冷媒接著通過壓縮機22而加壓形成高溫高壓之冷媒，再流入凝縮器23中；冷媒於凝縮器23中係呈高溫狀態，故當先前已降溫之空氣流經凝縮器23時，冷媒內含之熱能將被傳遞至空氣，俾使先前已降溫之空氣 升溫而冷媒則凝結液化；該液態冷媒接著通過膨脹部24進行降壓膨脹，然後恢復低溫低壓之狀態而流回蒸發器21，以續行下一個循環。

熱管系統30同樣設置於箱體10內，該熱管系統30可包含一第一熱管31及一第二熱管32，且第一熱管31及第二熱管32之上下兩端各包含一上連接管331及一下連接管332相互導通，故第一熱管31及第二熱管32之間係呈流體連通且為一封閉迴路，以使另一冷媒(圖未示)可循環於其中。

在配置上，第一熱管31與第二熱管32係沿著第一方向D1設置：第一熱管31設置於進氣口11及蒸發器21之間，而第二熱管32則設置於蒸發器21及凝縮器23之間，且第二熱管32與凝縮器23之間定義有一間隙P，該間隙P可供一旁通空氣(後文將再詳細闡述)流入。藉此，當空氣通過進氣口11後，一部份能依序朝向第一熱管31、蒸發器21、第二熱管32、間隙P、凝縮器23及風扇40前進，而另一部份(即旁通空氣)可直接流至間隙P，再往凝縮器23及風扇40流動。

詳細而言，請同時參閱第1圖及第2圖，由於第二熱管32位於蒸發器21後，故第二熱管32將作為一熱管凝縮端，且第二熱管32內的冷媒將因接觸甫為蒸發器21降溫之冷空氣而放熱凝結成液態，接著隨重力作用下沉而經下連接管332流入第一熱管31；第一熱管31則作為一熱管蒸發端，第一熱管31內的液化冷媒將接觸初入箱體10之室溫空氣，此時空氣中的熱能將被第一熱管31內相對低溫之冷媒吸收而經歷一初步降溫步驟，第一熱管31內的冷媒於吸熱後汽化上浮，再經由上連接管331流回第二熱管32，以待進入下一次的循環。

換言之，熱管系統30內的冷媒循環係被動地因應外界通過的 空氣溫度進行吸/放熱，進而產生相態變化，並藉由自身重力作為一循環動力，故於熱管系統30內發生的冷媒循環並不需消耗任何能量，便可用以輔助本案熱管式空調裝置1A所具有的冷卻循環系統20的除濕程序。

風扇40亦設置於箱體10內，用以將箱體10之外的空氣自進氣口11引入箱體10內進行一除濕程序、並於完成後將乾燥空氣經排氣口12排出至箱體10外。風扇40可包含一吸氣口41及一吹氣口42，該吸氣口41朝向凝縮器23，而吹氣口42則朝向箱體10的排氣口12，俾當空氣通過凝縮器23後能朝向吸氣口41前進，而通過吹氣口42之空氣能朝向排氣口12前進。

本案之熱管式空調裝置1A更可包含一集水容器50，該集水容器50可設置於箱體10下方(更具體而言，係設置於第一熱管31、蒸發器21及第二熱管32之下方)，用以收集空氣中的水分子因降溫而凝結而成之水珠。集水容器50可為集水盤、集水箱等結構。

另說明的是，請參第2圖所示之實施例，熱管式空調裝置1A之箱體10的進氣口11由左而右可包含一次進氣區II、一主進氣區I及另一次進氣區II。其中，主進氣區I朝向第一熱管31設置，而次進氣區II則不會朝向第一熱管31，而是直接朝向箱體10內的容置空間，並與間隙P連通。更具體而言，主進氣區I及二次進氣區II的分界在第三方向D3上，且係由第一熱管31之寬度界定。

以上為熱管式空調裝置1A的各元件的技術內容，接著將說明熱管式空調裝置1A的除濕機制(即除濕方法)。

請復參閱第1圖及第2圖，首先提供如前述之熱管式空調裝置1A，當其風扇40運轉時，欲除濕之空氣可經由進氣口11之主進氣區I及二次 進氣區II進入至箱體10內，並分別定義為主氣流W1及旁通空氣W2，其於箱體10內的風路如下所述。

主氣流W1經主進氣區I進入箱體10後，首先流過第一熱管31開始一初步降溫程序。接著，流往蒸發器21進行二次(主要)降溫程序；由於空氣於初步降溫程序中已被預冷，故於二次降溫程序中之空氣的水氣將更容易達到露點溫度而開始凝結成小水珠，使空氣之濕度將於二次降溫程序中被有效地下降。完成除濕作業後，乾燥冷空氣將續流至第二熱管32中，藉由第二熱管32所執行之冷回收，可初步加溫該乾燥冷空氣。爾後，主氣流W1經間隙P流向凝縮器23進行再次(主要)之升溫程序，且最後流過風扇40而從箱體10之排氣口12排出。其中，主氣流W1流經第一熱管31及蒸發器21時皆可被降溫而除濕，故主氣流W1進行了兩個階段的降溫程序。

旁通空氣W2經二次進氣區II進入箱體10後，則是繞過(即：不流過)第一熱管31及蒸發器21，而直接透過箱體10之容置空間流至第二熱管32與凝縮器23之間所定義之間隙P，且於間隙P處與已除濕之低溫主氣流W1匯流，接著再一併依序經凝縮器23及風扇40，而由排氣口12排出至箱體10外。

藉由上述之設置，流入蒸發器21之主氣流W1已先經歷一初步降溫，主氣流W1相對濕度增高愈接近飽和狀態，蒸發器21之耗能可被有效降低，藉此提升其除濕效率，進而達到較佳的除濕效果；此外，亦可透過較少的冷媒循環量達到相同之除濕效果，而達到節能的目的。

另外，就風量而言，本發明之熱管式空調裝置1A內額外提供了旁通空氣W2，該旁通空氣W2將流至第二熱管32與凝縮器23之間的間隙 P，並隨著流經蒸發器與熱管的主氣流W1一併流過凝縮器23。因此，當系統運作時，通過凝縮器23的風量(主氣流W1+旁通空氣W2)將大於通過蒸發器21的風量(僅主氣流W1)，此不同的風量分配有利熱管式空調裝置1A的除濕運作。再者，增加通過凝縮器23之風量，將有助於提升其散熱效果，同時降低壓縮機22之入力，而有利於能源效率的提升。

綜合上述，將通過蒸發器21之風量維持於一預定值下，而使其達到理想之降溫及除濕效果。具體而言，限制風量可令冷媒蒸發側(即：蒸發器21)維持一較低之蒸發溫度，而有利於蒸發器21之金屬盤管凝結空氣中的水蒸氣，進而增加蒸發器21的除濕水量；此外，自蒸發器21流出的空氣亦因此呈現一相對低溫，故第一熱管31與第二熱管32所處環境之溫度差將被增大，而提升熱管系統30內的循環及熱傳效率，且當第一熱管31對空氣提供更佳的初步降溫效果時，蒸發器21的除濕效率亦將相應地被推昇。因此，本案之熱管式空調裝置1A可有效地達到減輕冷卻循環系統20之負擔、提高除濕效率且節能地除濕之目的。

更具體而言，可參閱第4A至5B圖所示，其為本發明之熱管式空調裝置之較佳實施例之除濕效率數據圖。其中，自進氣口11流入箱體10之空氣(即主氣流W1和旁通空氣W2之總和)具有一總風量，而旁通空氣W2則具有一旁通風量。由圖表可知，當旁通風量與總風量之比率不大於70%時，其除濕效率及EF值()皆可優於僅含單一風路之熱管式空調裝置，且尤其當旁通風量與總風量之比率介於30%至60%之間時，除濕效率及EF值的提升效果最為顯著。

以上是本發明之第一實施例中熱管式空調裝置1A及其除濕 方法的技術內容的說明，接著將說明本發明另一實施例的熱管式空調裝置的技術內容，因另一實施例的熱管式空調裝置的技術內容可互相參考，故相同的部分將省略或簡化。

請參閱第3圖所示，其為依據本發明之另一較佳實施例之熱管式空調裝置的側面剖視及風路走向示意圖。其中，熱管式空調裝置2A與熱管式空調裝置1A之不同處在於：熱管式空調裝置2A之進氣口11係由上而下分為次進氣區II及主進氣區I。具體而言，主進氣區I與次進氣區II的分界係在第二方向D2上，且由第一熱管31之高度界定。

因此，當旁通空氣W2經進氣區II進入箱體10後，便將直接透過箱體10上部之容置空間而流至第二熱管32與凝縮器23之間所定義之間隙P，並於間隙P處與已除濕之低溫主氣流W1匯流，而在具有高風量的情況下通過凝縮器23以提升凝縮器23的散熱效果。

除上述之實施例外，亦可讓旁通空氣W2透過其他路徑而流至第二熱管32與凝縮器23之間所定義之間隙P，使通過凝縮器23之風量大於通過蒸發器21之主氣流W1之風量。舉例而言，可使熱管式空調裝置包含複數個進氣口，且使該些進氣口之位置不限於箱體10之一立面(即：可位於箱體10之其他側表面，故於自該些進氣口流入之旁通空氣W2亦可在不流經蒸發器21之情況下進入至間隙P以增大通過凝縮器23之風量，進而提升凝縮器23的散熱效果。將通過蒸發器21之風量維持於一預定值下，而使其達到理想之降溫及除濕效果。具體而言，限制風量可令冷媒蒸發側(即：蒸發器21)維持一較低之蒸發溫度，而有利於蒸發器21之金屬盤管凝結空氣中的水蒸氣，進而增加蒸發器21的除濕水量；此外，自蒸發器21流出的空氣 亦因此呈現一相對低溫，故第一熱管31與第二熱管32所處環境之溫度差將被增大，而提升熱管系統30內的循環及熱傳效率，且當第一熱管31對空氣提供更佳的初步降溫效果時，蒸發器21的除濕效率亦將相應地被推昇。

綜合上述，本發明所提出的熱管式空調裝置及除濕方法可提供以下有益技術效果：

1、欲除濕之空氣進入熱管式空調裝置後，可於第一熱管及蒸發器各進行一次的降溫(即：共具有二階段降溫)，故流入至蒸發器的空氣已經過初步降溫，空氣相對濕度增高愈接近飽和狀態，蒸發器之耗能可被有效降低，藉此提升除濕效率。此外，在熱管系統內所進行的冷媒循環乃是由冷媒自身的氣態、液態變化所驅動，故不需使用壓縮機而額外地消耗電能。

2、由於另外設有旁通空氣使其流至第二熱管與凝縮器之間，且該旁通空氣之後將隨著流經蒸發器與熱管的主要空氣一併流過凝縮器，因此當系統運作時，通過凝縮器的風量較大，而通過蒸發器的風量較小，此不同的風量分配有利空調裝置的除濕運作。

3、因為通過凝縮器的風量較大，有助於提升散熱效果，同時降低壓縮機之入力，而有利於能源效率的提升。

4、因為通過蒸發器的風量維持於一預定值下，而使其達到理想之降溫及除濕效果。具體而言，限制風量可令冷媒蒸發側(即：蒸發器)維持一較低之蒸發溫度，而有利於蒸發器之金屬盤管凝結空氣中的水蒸氣，進而增加蒸發器的除濕水量；此外，自蒸發器流出的空氣亦因此呈現一相對低溫，故第一熱管與第二熱管所處環境之溫度差將被增大，而提升熱管系統內的循環及熱傳效率，且當第一熱管對空氣提供更佳的初步降溫效果時， 蒸發器的除濕效率亦將相應地被推昇。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

Claims (6)

1. 一種熱管式空調裝置，包含：一箱體，具有一進氣口及設置於該進氣口相對側之一排氣口；一冷卻循環系統，設置於該箱體內，該冷卻循環系統具有一蒸發器、一壓縮機、一凝縮器及一膨脹部，該蒸發器、該壓縮機、該凝縮器及該膨脹部係依序串連並彼此連通，以使一冷媒可於該冷卻循環系統內進行循環；一風扇，設置於該箱體內，用以自該進氣口引入一空氣，並自該排氣口排出該空氣；以及一熱管系統，設置於該箱體內，該熱管系統具有一第一熱管及一第二熱管，該第一熱管設置於該進氣口及該蒸發器之間，該第二熱管設置於該蒸發器及該凝縮器之間，且該第一熱管及該第二熱管之間係呈流體連通；其中，該第二熱管與該凝縮器之間定義有一間隙，以供該空氣之一旁通空氣流入。
2. 如請求項1所述之熱管式空調裝置，其中該箱體之該進氣口包含一主進氣區及一次進氣區，該主進氣區朝向該第一熱管設置，該次進氣區與該間隙連通，以供該旁通空氣流入。
3. 如請求項1所述之熱管式空調裝置，其中該空氣具有一總風量、 該旁通空氣具有一旁通風量，且該旁通風量佔該總風量之比率係不大於70%。
4. 如請求項1所述之熱管式空調裝置，更包含一集水容器，該集水容器設置於該箱體下方以收集凝結水。
5. 一種除濕方法，包含下列步驟：提供如請求項1所述之一熱管式空調裝置；利用該風扇引導該空氣之一主氣流自該進氣口之一主進氣區進入該箱體，並使該主氣流依序流過該箱體內的該第一熱管、該蒸發器、該第二熱管及該凝縮器後，經該排氣口排出至該箱體外；以及利用該風扇引導該空氣之該旁通空氣自該進氣口之一次進氣區進入該箱體，該旁通空氣直接流入至由該第二熱管與該凝縮器之間所定義之該間隙後，使該旁通空氣與該主氣流匯流，並依序流過該凝縮器及該排氣口而排出至該箱體外。
6. 如請求項5所述之除濕方法，其中該空氣具有一總風量、該旁通空氣具有一旁通風量，且該旁通風量與該總風量之比率係不大於70%。