TWI673464B - 致冷組件 - Google Patents

Abstract

一種致冷組件，係在一致冷晶片的相對兩側分別表面接觸地附設一第一熱交換元件與一第二熱交換元件，該第一熱交換元件的第一本體與第二熱交換元件的第二本體內部可以流入及流出熱交換流體；該致冷晶片、第一熱交換元件與第二熱交換元件均設於一外殼所形成的真空容置空間中；該致冷晶片被通入電流時在相對兩側分別產生吸熱及放熱作用，且分別由第一熱交換元件與第二熱交換元件對致冷晶片產生熱交換，藉由熱交換而升溫與降溫的熱交換流體則將熱量提供予需要的設備使用。

Description

致冷組件

本發明係有關於熱交換裝置領域，尤其是一種可以提升致冷效率的致冷組件。

致冷晶片(Thermoelectric Cooling Chip)是一種由N型半導體和P型半導體材料經由電路聯成電偶對的半導體元件，將直流電流通入該電路後可以產生能量轉移，並且可自由地控制以進行冷卻、加熱、溫度控制。晶片兩面的溫差受到電流大小影響，電流越大則溫差越大。

相對於採用壓縮機、冷媒進行一般冷凍循環方式而言，致冷晶片具有以下特徵：無機械零件，無噪音產生；不使用冷媒，較為環保；小型、輕量化，形狀容易選定；僅輸入電流即可進行冷卻或加熱；壽命長，操作簡單，易於維修。惟，由於致冷晶片的能源轉換效率低(一般約在40%至50%之間)，因此致冷晶片無法直接用在大型空調或大型冰箱的場合。

本發明之目的在於提供一種使致冷晶片在實際應用時可以提升能源轉換效率，從而可以應用於更大型空調或冷卻裝置的致冷組件。

本發明提供的致冷組件，其特徵係在一致冷晶片的相對兩側分別表面接觸地附設一第一熱交換元件與一第二熱交換元件，該第一熱交換元件的第一本體與第二熱交換元件的第二本體內部可以流入及流出熱交換流體；該致冷晶片、第一熱交換元件與第二熱交換元件可以設置於一外殼所形的真空容置空間中；該致冷晶片被通入電流時在相對兩側分別產生吸熱及放熱作用，且分別由第一熱交換元件與第二熱交換元件對致冷晶片產生熱交換，藉由熱交換而升溫與降溫的熱交換流體可以將熱量提供予需要的設備使用。

本發明提供的致冷組件的其中一實施例，可以包含：一致冷晶片，被通入電流後在其第一側產生吸熱作用，以及在相對第二側產生放熱作用；一第一熱交換元件，表面接觸地附設於該致冷晶片的該第一側，該第一熱交換元件具有一第一本體，該第一本體具有一第一內空間、至少一個連通該第一內空間的第一入口、以及至少一個連通該第一內空間的第一出口，一熱交換流體從該第一入口流入該第一內空間後通過該第一出口流出；以及一第二熱交換元件，表面接觸地附設於該致冷晶片的該第二側，該第二熱交換元件具有一第二本體，該第二本體具有一第二內空間、至少一個連通該第二內空間的第二入口、以及至少一個連通該第二內空間的第二出口，一熱交換流體從該第二入口流入該第二內空間後通過該第二出口流出。藉由熱交換流體在第一熱交換元件與第二熱交換元件中流動以吸收或釋放熱量，從而可以大幅提昇致冷組件的能源轉換效率。

本發明提供的致冷組件的另一實施例，可以進一步包含一外殼，該外殼具有一容置空間、至少一個連通該容置空間的第一流體進入通孔、以及至少一個連通該容置空間的第二流體流出通孔，該致冷晶片、該第一熱交換元件與該第二熱交換元件設於該容置空間內，該第一熱交換元件的該第一入口與該第一出口分別連接一第一流體輸入管與一第一流體輸出管，並使該第一流體輸入管與該第一流體輸出管分別通過該第一流體進入通孔與該第一流體流出通孔延伸出該外殼的外部，該第二熱交換元件的該第二入口與該第二出口分別連接一第二流體輸入管與一第二流體輸出管，並使該第二流體輸入管與該第二流體輸出管分別通過該第二流體進入通孔與該第二流體流出通孔延伸出該外殼的外部，該外殼的該容置空間係形成為真空。

本發明提供的致冷組件，其第一熱交換元件中的第一本體與第二熱交換元件中的第二本體可以均以銅或銅合金材料製成，或均以鋁或鋁合金材料製成；或者，第一本體以銅或銅合金材料製成，且該第二本體以鋁或鋁合金材料製成；或者，第一本體以鋁或鋁合金材料製成，且該第二本體以銅或銅合金材料製成；前述銅或銅合金與鋁或鋁合金均具有優異的導熱作用，因而可以獲得較佳的熱交換效率。

以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

《第一實施例》 圖1至圖2係顯示本發明之致冷組件1的第一實施例，可以包括一致冷晶片11、一第一熱交換元件12與一第二熱交換元件13。其中，該致冷晶片11是一種由N型半導體和P型半導體材料經由電路聯成電偶對的半導體元件，當直流電流被通入該電路後可以產生能量轉移，以在致冷晶片11的一側產生吸熱作用而降低溫度，相對的另一側產生放熱作用而升高溫度。

該第一熱交換元件12具有一第一本體120，該第一本體120可以使用銅合金材料或鋁合金材料形成為具有中空的第一內空間121的矩形體或其他形狀，並且在第一本體120的側壁適當位置設置至少一個連通該第一內空間121與外部的第一入口122，以及至少一個連通該第一內空間121與外部的第一出口123；例如，可以將第一入口122與第一出口123分別設置在第一本體120的相對兩側，或是將第一入口122與第一出口123設置在第一本體120的相同一側。

該第二熱交換元件13具有一第二本體130，該第二本體130可以使用銅或銅合金材料，或是鋁或鋁合金材料形成為具有中空的第二內空間131的矩形體或其他形狀，並且在第二本體130的側壁適當位置設置至少一個連通該第二內空間131與外部的第二入口132，以及至少一個連通該第二內空間131與外部的第二出口133；例如，可以將第二入口132與第二出口133分別設置在第二本體130的相對兩側，或是將第二入口132與第二出口133設置在第二本體130的相同一側。

在本發明的第一實施例中，將致冷晶片11與第一熱交換元件12及第二熱交換元件13共同組成致冷組件1時，可以使用導熱膠塗佈在致冷晶片11的相對兩側，即第一側與第二側，再通過該導熱膠將致冷晶片11的第一側黏附於第一熱交換元件12的第一本體120的外側壁，以及通過導熱膠將致冷晶片11的第二側黏附於第二熱交換元件13的第二本體130的外側壁。

本發明之致冷組件1在使用時，需要在第一熱交換元件12的第一入口122與第一出口123分別連接一第一流體輸入管124A與一第一流體輸出管124B，以及在第二熱交換元件13的第二入口132與第二出口133分別連接一第二流體輸入管134A與一第二流體輸出管134B，然後將熱交換流體通過該第一流體輸入管124A與第二流體輸入管134A分別輸入第一本體120與第二本體130內；該熱交換流體可以是水，或是任何一種適當的流體。當致冷晶片1被通入電流時可以使其第一側因吸熱而降低溫度，並且第二側因放熱而升高溫度；或是相反地使其第一側因放熱而升高溫度，並且第二側因吸熱而降低溫度。此時，在第一本體120與第二本體130內的熱交換流體分別可以對致冷晶片11的第一側與第二側釋放熱量或吸收熱量以進行熱交換，然後使熱交換流體通過第一流體輸出管124B與第二流體輸出管134B流出，流出後的熱交換流體可以經由另外的熱交換設備(圖中未顯示)予以散熱後再循環使用。

前述本發明之致冷組件1適於應用在需要降低溫度的空調系統中以取代傳統的冷媒，以避免冷媒對環境的破瓌。具體而言，可以將致冷組件1中降溫後的熱交換流體輸用來吸收室內的熱量以使室內降溫，吸收室內熱量後的熱交換流體回流到致冷組件1後再被降溫以再對室內吸收熱量，如此循環不已地運作。

前述本發明之致冷組件1也可以被應用在需要加熱的空調系統中以取代傳統的加熱器。具體而言，可以將致冷組件1中升高溫度後的熱交換流體輸用來釋放熱量至室內以使室內升溫，釋放熱量後的熱交換流體回流到致冷組件1後再被升高溫度以再對室內釋放熱量，如此循環不已地運作。

《第二實施例》 圖3至圖4係顯示本發明之致冷組件1的第二實施例，可以包括一致冷晶片11、一第一熱交換元件12、一第二熱交換元件13與一外殼14。其中，該致冷晶片11、第一熱交換元件12與第二熱交換元件13的結構與組合關係與前述第一實施例相同，故在此不重複說明。

在本發明的第二實施例中，係將外殼14形成有一容置空間140，以及在外殼14的側壁或端部設置至少一個連通該容置空間140與外部的第一流體進入通孔141A及第一流體流出通孔141B、至少一個連通該容置空間140與外部的第二流體進入通孔142A及第二流體流出通孔142B；該致冷晶片11、第一熱交換元件12與第二熱交換元件13以前述第一實施例的方式組合後係設於外殼14的容置空間140內，並且在第一熱交換元件12的第一入口122與第一出口123分別連接一第一流體輸入管124A與一第一流體輸出管124B，且該第一流體輸入管124A通過該第一流體進入通孔141A延伸出外殼14的外部，第一流體輸出管124B通過該第一流體流出通孔141B延伸出外殼14的外部；第二熱交換元件13的第二入口132與第二出口133分別連接一第二流體輸入管134A與第二流體輸出管134B，且該第二流體輸入管134A與第二流體輸出管134B分別通過該第二流體進入通孔142A與第二流體流出通孔142B延伸出外殼14的外部；第一流體進入通孔141A與第一流體輸入管124A之間的縫隙、第一流體流出通孔141B與第一流體輸出管124B之間的縫隙、第二流體進入通孔142A與第二流體輸入管134A之間的縫隙、以及第二流體流出通孔142B與第二流體輸出管134B之間的縫隙可以使用填縫劑予以密封，然後以抽真空設備將外殼14的容置空間140中的空氣完全抽出以使容置空間140形成為真空。

藉由本發明前述第二實施例的致冷組件，由於容置空間140為真空而沒有空氣做為導熱介質，因此致冷晶片11、第一熱交換元件12與第二熱交換元件13在真空的外殼14內部運作時可以避免熱損失而維在恆定的溫度，從而進一步提升能源轉換效率。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

1‧‧‧致冷組件

11‧‧‧致冷晶片

12‧‧‧第一熱交換元件

120‧‧‧第一本體

121‧‧‧第一內空間

122‧‧‧第一入口

123‧‧‧第一出口

124A‧‧‧第一流體輸入管

124B‧‧‧第一流體輸出管

13‧‧‧第二熱交換元件

130‧‧‧第二本體

131‧‧‧第二內空間

132‧‧‧第二入口

133‧‧‧第二出口

134A‧‧‧第二流體輸入管

134B‧‧‧第二流體輸出管

14‧‧‧外殼

140‧‧‧容置空間

141A‧‧‧第一流體進入通孔

141B‧‧‧第一流體流出通孔

142A‧‧‧第二流體進入通孔

142B‧‧‧第二流體流出通孔

圖1為顯示本發明致冷組件之第一實施例的立體外觀圖； 圖2為沿圖1之Ⅱ-Ⅱ方向顯示本發明致冷組件之第一實施例結構的平面剖視圖； 圖3為顯示本發明致冷組件之第二實施例的立體外觀圖；以及 圖4為沿圖3之Ⅳ-Ⅳ方向顯示本發明致冷組件之第二實施例結構的平面剖視圖。

Claims (1)

1. 一種致冷組件，包含：一致冷晶片，被通入電流後在其第一側產生吸熱作用，以及在相對第二側產生放熱作用；一第一熱交換元件，表面接觸地附設於該致冷晶片的該第一側，該第一熱交換元件具有一第一本體，該第一本體具有一第一內空間、至少一個連通該第一內空間的第一入口、以及至少一個連通該第一內空間的第一出口，一熱交換流體從該第一入口流入該第一內空間後通過該第一出口流出，該第一本體係以銅、銅合金、鋁、或鋁合金材料製成；一第二熱交換元件，表面接觸地附設於該致冷晶片的該第二側，該第二熱交換元件具有一第二本體，該第二本體具有一第二內空間、至少一個連通該第二內空間的第二入口、以及至少一個連通該第二內空間的第二出口，一熱交換流體從該第二入口流入該第二內空間後通過該第二出口流出，該第二本體係以銅、銅合金、鋁、或鋁合金材料製成；一外殼，具有一容置空間、至少一個連通該容置空間的第一流體進入通孔、以及至少一個連通該容置空間的第二流體流出通孔，該致冷晶片、該第一熱交換元件與該第二熱交換元件設於該容置空間內，該第一熱交換元件的該第一入口與該第一出口分別連接一第一流體輸入管與一第一流體輸出管，並使該第一流體輸入管與該第一流體輸出管分別通過該第一流體進入通孔與該第一流體流出通孔延伸出該外殼的外部，該第二熱交換元件的該第二入口與該第二出口分別連接一第二流體輸入管與一第二流體輸出管，並使該第二流體輸入管與該第二流體輸出管分別通過該第二流體進入通孔與該第二流體流出通孔延伸出該外殼的外部，該外殼的該容置空間係形成為真空。