TWI691690B - 流管內流體之調溫系統 - Google Patents

Abstract

一種流管內流體之調溫系統，主要係由一本體、一隔牆以及一驅動儲存單元所構成；該本體用以環繞該隔牆之外表面，於其間又形成一密封室以容置降溫流體；該隔牆其內提供工作流體經熱效應進入後形成之高溫度之工作流體通過後溫度下降並帶出，其外並阻隔降溫流體；該驅動儲存單元用以儲存降溫流體與藉由驅動機增加通過該密封室之降溫流體的流動速率，即可幫助該隔牆吸熱降溫，進一步幫助高溫度之工作流體的熱能自該隔牆移除。

Description

流管內流體之調溫系統

本發明係關於一種流管內流體之調溫系統，特別是指一種降溫流體將流管內受到熱效應的流體通過在靠近流管內該隔牆表面處，而可更快速地提取流管內熱能的調溫系統。

流體的黏度是由於相鄰層間以不同的速度在流管(tube of flow)中運動時產生的摩擦造成的。

流管(tube of flow)中心處其阻力最小，流體之流動速度最大；而在流管壁附近的液體層同時受到液體黏性的阻力和流管壁的摩擦力作用，因此，流體之流動速度最小，在流管壁的層流的移動速度為零(假定流體在不產生滑移時)。而流體在流管(tube of flow)的兩端產生壓力差時，需要克服摩擦層之間阻力，來保持流體的流動。當流動速度小時，流體之流動平滑且穩定，此時流場稱為層流；當流動速度增加，將會產生一些速度之混亂波動(velocity fluctuation)，此稱為轉換區(transition)；當流動速度增加夠大，流動速度之混亂波動變成非常不穩定，此時稱為紊流(turbulent)。

黏度是黏性的程度，是流體的首要功能，也稱動力粘度、粘(滯)性係數、內摩擦係數。不同物質的黏度不同，例如在常溫(20℃)及常壓下，液體黏度大致在1~1000mPa．s，氣體的黏度大致在1~10μPa．s。

黏滯力是流體受到剪應力變形時所產生的阻力。在日常生活方面，黏滯力像是流體內的摩擦力。黏滯力是液體內部的一種流動阻力，並可能被認為是流體自身的摩擦，黏滯力主要來自分子間相互的吸引力。黏滯力越低(黏滯係數低)的流體，流動性越佳。反之，黏滯力越高(黏滯係數高)的流體，流動性越差。

本發明之目的即在於提供一種降溫流體流動的過程中移除之熱能的流管(tube of flow)內流體之調溫系統。

本發明之次一目的係在於提供一種隔牆在轉變溫度表面、或工作流體經熱效應其轉變溫度熱循環移除熱能的流管(tube of flow)內流體之調溫系統。

可達成上述發明目的之流管內流體之調溫系統，包括有：一本體，為實心體，其內設置該第一隔牆與該第二隔牆，於該第一隔牆與該第二隔牆上方之間形成一上密封室、於該第一隔牆與該第二隔牆下方之間形成一下密封室、以及連通該上密封室與該下密封室的複數通道，其左端設有 供進入高溫度之工作流體用的一熱能入口的第一側與供吐出高溫度之工作流體用的一熱能出口的第一側，其右端設有一回流空間以連通該熱能入口的第二側與該熱能出口的第二側，該熱能入口左端的第一側經由該第一隔牆內部連通右端的第二側，該熱能出口左端的第一側經由該第二隔牆內部連通右端的第二側；一頂蓋，係閉塞此該本體的該上密封室的開放區域，該頂蓋上設置供進入降溫流體用的一進入口；一底蓋，係塞此該本體的該下密封室的開放區域，該底蓋上設置供流出降溫流體用的該一出口，該進入口及該流出口以不相鄰的兩頂點對角線設置；一側蓋，係封閉在該本體內的該回流空間的開放區域；一驅動儲存單元，用以儲存降溫流體，並藉由該驅動機增加通過該上密封室、該通道以及該下密封室之降溫流體的流動速率，即可幫助該第一隔牆與該第二隔牆吸熱降溫，進一步幫助熱能自該隔牆移除。

11:本體

12:頂蓋

13:底蓋

14:側蓋

15:進入口

16:流出口

171:上密封室

172:下密封室

18:通道

211:第一隔牆

212:第二隔牆

22:熱能入口

23:熱能出口

24:回流空間

25:儲存端

26:供應端

31:儲存容器

32:驅動機

圖1A為本發明流管內流體之調溫系統之頂視圖；圖1B為本發明流管內流體之調溫系統之前視圖；圖2A為圖1B之AA剖面之該本體之頂部剖視圖； 圖2B為圖2A之CC剖面之該本體之前側剖視圖；圖3A為圖1B之BB剖面之該本體之頂部剖視圖；圖3B為圖2A之DD剖面之該本體之前側剖視圖；圖4為該本體之半剖分解示意圖；圖5為該本體之半剖組合示意圖；圖6為該流管內工作流體之調溫系統示意圖；以及圖7為該驅動儲存單元使用該降溫流體之調溫系統示意圖。

請參閱圖1A、圖1B、圖3A以及圖3B，本發明所提供之流管內流體之調溫系統，主要包括有：一本體11、一第一隔牆211、一第二隔牆212、一熱能入口22、一熱能出口23、一回流空間24、一頂蓋12、一底蓋13、一側蓋14以及一驅動儲存單元所構成。

該本體11為實心體，其內設置該第一隔牆211與該第二隔牆212，於該第一隔牆211與該第二隔牆212上方之間形成一上密封室171(upper gastight chamber)、於該第一隔牆211與該第二隔牆212下方之間形成一下密封室172(lower gastight chamber)、以及連通該上密封室171與該下密封室172的複數通道18(flow passage)，其左端設有供進入高溫度之工作流體用的一熱能入口22(thermal energv inlet)的第一側與供吐出高溫度之工作流體用的一熱能出口 23(thermal energy export)的第一側，其右端設有一回流空間24以連通該熱能入口22的第二側與該熱能出口23的第二側，該熱能入口22左端的第一側經由該第一隔牆211內部連通右端的第二側，該熱能出口23左端的第一側經由該第二隔牆212內部連通右端的第二側；一頂蓋12，係閉塞此該本體11的該上密封室171的開放區域，該頂蓋12上設置供進入降溫流體用的一進入口15(inlet port)，如圖4與圖5所示；一底蓋13，係塞此該本體11的該下密封室172的開放區域，該底蓋13上設置供流出降溫流體用的該一出口16(discharge port)，該進入口15及該流出口16以不相鄰的兩頂點對角線設置，如圖4與圖5所示；一側蓋14，係封閉在該本體11內的該回流空間24的開放區域。

如圖7所示，該驅動儲存單元用以儲存降溫流體的一儲存容器31，並藉由一驅動機32(driver)輸送至降溫流體從該頂蓋12的該進入口15進入，降溫流體再經過該通道18，得以將該第一隔牆211與該第二隔牆212之外表面的熱能自該底蓋13的一流出口16移除流出；該本體11所具有該進入口15(inlet port)其形成於該本體11的該頂蓋12以連通該上密封室171之區域；該本體11再具有該流出口16(discharge port)其形成於該本體11 的該底蓋13以連通該下密封室172之區域，其中，該進入口15及該流出口16以不相鄰的兩頂點對角線設置；本發明為將該本體11本身製成金屬製(例如：鋁合金或鎂合金等)，提供將驅動儲存單元直接以進入管、流出管連接在該本體11的該進入口15與該流出口16。該本體11的該上密封室171、該下密封室172與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18之區域，因為將降溫流體封入內部，所以必須要形成高氣密性；為更詳盡說明本發明，請參閱圖3A與圖3B，該第一隔牆211(space isolated chamber)、該第二隔牆212在該本體11的左端設有提供工作流體(working fluid)經熱效應形成之高溫度之工作流體由該熱能入口22的第一側進入再通過該第一隔牆211後溫度下降並由該熱能入口22的第二側回流至該回流空間24，接續高溫度之工作流體由該熱能出口23的第二側進入再次通過該第二隔牆212後再次溫度下降並由該熱能出口23的第一側帶出，該第一隔牆211與該第二隔牆212用以阻隔其外表面之降溫流體，如圖2A與圖2B所示；如圖7所示，該驅動儲存單元用以儲存降溫流體的一儲存容器31，並藉由該驅動機32(driver)增加通過該上密封室171、與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18以及該下密封室172之降溫流體的流動速率，即可幫助該第一隔牆211與該第二隔牆212之外表面吸熱降溫， 進一步幫助熱能自該第一隔牆211與該第二隔牆212之外表面移除。該驅動機32(driver)為成為供冷卻該第一隔牆21用的降溫流體輸送手段的泵浦(液體驅動裝置)，其設置在該本體11外。而以一進入管與一流出管為連接該進入口15、該流出口16、該驅動機32(driver)以及該儲存容器31用的可撓管。利用此可撓管形成一個密閉空間，在此空間內封入降溫流體(例如：水、不凍液、降溫流體等)，此降溫流體利用該驅動機32(driver)在該進入管與該流出管的空間、該上密封室171、與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18、以及該下密封室172內循環。

在本發明之所有實施中，根據流體輸送學之基本法則，能使該熱能自該第一隔牆211與該第二隔牆212之外表面移除或轉換至該上密封室171、該通道18以及該下密封室172之間流動的降溫流體，該本體11內包括在某一高溫度之該本體11中之該第一隔牆211的該熱能入口22、該第二隔牆212的該熱能出口23以及該回流空間24用以容置工作流體；及在某一冷溫度下之該本體11內之該上密封室171、該下密封室172以及該通道18用以容置降溫流體。簡單說明如圖6所示，由儲存端25流出的工作流體(working fluid)，在流管內經由流體輸送(fluid transfer)、流體磨擦(fluid friction)、流體壓力(fluid pressure)、流體阻力(fluid resistance)所發生的高溫度之工作流體會由該熱能入口22進入該本體 11的該第一隔牆211與該第二隔牆212，高溫度之工作流體的熱能經由該第一隔牆211與該第二隔牆212傳達至該上密封室171、與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18以及該下密封室172內的降溫流體，通過設置在該本體11內的該第一隔牆211與該第二隔牆212介由外表面朝外放熱能。由此，溫度下降的工作流體，利用該熱能出口23再送出至該本體11外的供應端26。藉由依序返復這些動作使高溫度之工作流體被冷卻或溫度下降。

該本體11內之該上密封室171、與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18以及該下密封室172在本發明中使用該降溫流體循環冷卻該本體11中之該第一隔牆211與該第二隔牆212外表面的熱能，其允許該本體11內之該上密封室171與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18以及該下密封室172藉由降溫流體流入該進入口15與流出該流出口16迅速改變或降低該第一隔牆211與該第二隔牆212內的溫度，以提供工作流體經熱效應進入該第一隔牆211與該第二隔牆212內後形成之高溫度之工作流體通過並循環帶出而發生的熱能，同時，該熱能可自該本體11中之該第一隔牆211與該第二隔牆212外表面移除，該第一隔牆211與該第二隔牆212能阻隔其外表面之降溫流體進入該第一隔牆211與該第二隔牆212。

在使用降溫流體於該本體11內之該上密封室 171與該下密封室172之一實施例中，降溫流體在該本體11內之該上密封室171、該下密封室172、與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18中循環以移除熱能，該降溫流體通常被稱作循環水(circ water)。將降溫流體在冷溫度下由該進入口15輸入至該本體11內之該上密封室171以及該通道18內，在該通道18內冷溫度之降溫流體對第一隔牆211與該第二隔牆212外表面的熱能吸熱轉換為高溫度之降溫流體，且降溫流體在高溫度下自該流出口16排出。

在本發明之一實施例中，將冷溫度下之降溫流體分別用於進入該本體11與該第一隔牆211與該第二隔牆212之間所形成之該上密封室171、該下密封室172與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18；用以降低該上密封室171、該下密封室172與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18中所環繞該第一隔牆211與該第二隔牆212之外表面之溫度。該降溫流體可使用一或多個本體11，以有助於將該第一隔牆211與該第二隔牆212其外表面的該上密封室171、該下密封室172以及該通道18的熱能自一或多個本體11的該流出口16轉移熱能流出該下密封室172，次，將一或多個工作流體又將熱能輸入至驅動儲存單元用以儲存降溫流體同時抽取熱能，以便使其降溫流體循環該上密封室171、該通道18以及該下密封室172之間。

但是，該本體11內的該第一隔牆211與該第二 隔牆212外表面的放熱面積大小，會決定降溫流體的放熱形態，因為降溫流體是從該本體11內的該第一隔牆211與該第二隔牆212外表面的自然對流及熱放射而帶走熱能，所以有關其該第一隔牆211與該第二隔牆212之放熱的熱抵抗，是由該本體11的體積大小而決定。

本發明將該儲存容器31連接在該本體11。該本體11內的該第一隔牆211與該第二隔牆212利用該驅動機32使降溫流體循環在該進入口15及該流出口16之間。該進入口15及該流出口16所連通之該上密封室171、該下密封室172以及該通道18，使可以從該本體11內的該第一隔牆211與該第二隔牆212的全面僅可能地、平均地放熱分布在該本體11內的該上密封室171、該下密封室172以及該通道18的全領域地被連接。一方面，求得從該本體11外表面可以放熱的界限放熱量，從該本體11的該第一隔牆211與該第二隔牆212的上限溫度及界限放熱量的關係規定降溫流體必要且充分的循環流量、及該驅動機32必要的吐出壓力。

由此，在該本體11內的該第一隔牆211與該第二隔牆212發生的熱能傳達至流通該進入口15內的降溫流體，通過該流出口16時從設置在該第一隔牆211與該第二隔牆212外表面的熱能介由該本體11內的該第一隔牆211與該第二隔牆212之外表面朝外放熱能並由該通道18內冷溫度之降溫流體吸熱轉換為高溫度之降溫流體，由此溫度上升之高溫 度的降溫流體，利用該驅動機32再度朝該流出口16被送出。而由儲存端25輸出再由該熱能入口22進入在該第一隔牆211與內部達成溫度下降的高溫度之工作流體經由該回流空間24後，再度朝向該第二隔牆212之該熱能出口23被送出至供應端26。

這時，該第一隔牆211與該第二隔牆212放熱面的表面溫度及面積決定的話，從該密封室17內移除的放熱量也被決定。由此，決定界限放熱量，從與該第一隔牆211與該第二隔牆212放熱面的上限溫度的關係決定該驅動機32輸送降溫流體必要的循環降溫流體量。

在該上密封室171、該下密封室172以及該通道18的流路內的最高溫度及最低溫度的溫度差，最大值為該本體11的上限溫度。該上密封室171、該下密封室172以及該通道18的溫度差(溫度上昇)，必要抑制在該上密封室171、該下密封室172以及該通道18的流路內的最高溫度差以下，這成為必要循環流量的下限。一方面，增加降溫流體循環流量的話，該上密封室171、該下密封室172以及該通道18的溫度上昇雖變小，但因為有該進入口15的溫度差與該流出口16的溫度差，因此，必須規定降溫流體循環流量的上限，也決定該驅動機32的必要輸出壓力。

如以上，依據本發明，對於將降溫流體循環在具有該本體11及該本體11內的該第一隔牆211與該第二隔 牆212外表面的該流出口16之間的該上密封室171、該下密封室172與連通該上密封室171與該下密封室172的該通道18，可以由必要且充分的降溫流體流量將該第一隔牆211與該第二隔牆212外表面的熱能從該本體11內的該第一隔牆211與該第二隔牆212外表面放熱或移除熱能。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

11:本體

14:側蓋

15:進入口

16:流出口

18:通道

22:熱能入口

23:熱能出口

24:回流空間

Claims (1)

1. 一種流管內流體之調溫系統，包括：一本體，為實心體，其內設置該第一隔牆與該第二隔牆，於該第一隔牆與該第二隔牆上方之間形成一上密封室、於該第一隔牆與該第二隔牆下方之間形成一下密封室、以及連通該上密封室與該下密封室的複數通道，其左端設有供進入高溫度之工作流體用的一熱能入口的第一側與供吐出高溫度之工作流體用的一熱能出口的第一側，其右端設有一回流空間以連通該熱能入口的第二側與該熱能出口的第二側，該熱能入口左端的第一側經由該第一隔牆內部連通右端的第二側，該熱能出口左端的第一側經由該第二隔牆內部連通右端的第二側；一頂蓋，係閉塞此該本體的該上密封室的開放區域，該頂蓋上設置供進入降溫流體用的一進入口；一底蓋，係塞此該本體的該下密封室的開放區域，該底蓋上設置供流出降溫流體用的該一出口，該進入口及該流出口以不相鄰的兩頂點對角線設置；一側蓋，係封閉在該本體內的該回流空間的開放區域；一驅動儲存單元，用以儲存降溫流體，並藉由該驅動機增加通過該上密封室、該通道以及該下密封室之降溫流體的流動速率，即可幫助該第一隔牆與該第二隔牆吸熱降溫，進一步幫助熱能自該隔牆移除。

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