TWM470240U - 冷熱交換裝置 - Google Patents

Description

冷熱交換裝置

本創作係與冷熱空調機及冷藏機有關，特別有關於一種具有致冷晶片的冷熱空調機及冷藏機。

一般傳統的空調機中置設有壓縮機、冷凝器及蒸發器等元件，且其冷凝器中裝填有冷媒，該冷媒經壓縮機的作用而產生高溫高壓的蒸氣冷媒，蒸氣冷媒經冷凝器後(排熱)會冷凝成液態冷媒，排熱後的冷媒流至蒸發器，冷媒受到壓力降低而蒸發，即同時吸收室內空間熱量而產生致冷效果(排冷)，後續，冷媒再經壓縮機作用而形成高溫高壓之蒸氣冷媒，最後再回到冷凝器，如此循環而形成致冷效果。

傳統空調裝置需使用冷煤，然，冷煤在製造與回收上會帶來嚴重的環境污染問題，為此已有不少業者積極研發可用以取代冷媒的空調機，如已於中華民國申請之第I284188號專利，其揭示一種運用半導體的冷暖電器，係利用熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Chip)與冷循環器原理製作冷暖電器，其主要包含有熱電致冷晶片、冷循環器、熱散循環設備及溫控器，由熱電致冷晶片產生冷，再透過冷導板經由冷循環器傳輸至鰭片將冷儲存，再以溫控器設定所需之溫度，透過風扇將鰭片所儲存之冷吹送，而 其致冷晶片所產生之熱則由散熱循環設備予以冷卻排除，藉以達到所設定之冷度。

上揭專利係以熱電致冷晶片取代傳統空調機利用壓縮機及冷凝器等所達到的致冷效果，惟，其無法商品化的原因在於其散熱循環並無法快速地帶走該熱電致冷晶片大量的熱，致使該熱電致冷晶片的溫度無法降低至所要求的溫度，進而令該冷暖電器的排冷或排熱皆無法達到所要求的溫度。

有鑑於此，本創作人為改善並解決上述之缺失，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本創作。

本創作之一目的，在於提供一種冷熱交換裝置，其在致冷晶片吸收環境能量後，再藉由超導管快速地傳送並帶走致冷晶片上大量的熱能，故其在致冷或致熱的效果皆可達到所要求的溫度。

為了達成上述之目的，本創作係為一種冷熱交換裝置，包括一致冷晶片、一第一傳導模組及一第二傳導模組；致冷晶片具有相對的一熱端面及一冷端面，第一傳導模組，包含一基座、複數超導管及複數第一鰭片，基座貼接在致冷晶片的熱端面上，超導管固定在基座，每一超導管的內部具有一超導液體，超導液體係以分子碰撞的方式作單方向能量傳遞，第一鰭片套接在超導管上；第二傳導模組包含一水冷座、一水冷排、一連接管及一水泵，水冷座貼接在致冷晶片的冷端面上，水冷排配置在水冷座的一側邊，連接管係連通水冷座及水冷排，水泵裝設在連接管上。

為了達成上述之目的，本創作係為一種冷熱交換裝置，包括一致冷晶片、一第一傳導模組及一第二傳導模組；致冷晶片具有相對的一熱端面及一冷端面，第一傳導模組，包含一基座、複數超導管及複數第一鰭片，基座貼接在致冷晶片的冷端面上，超導管固定在基座，每一超導管的內部具有一超導液體，超導液體係以分子碰撞的方式作單方向能量傳遞，第一鰭片套接在超導管上；第二傳導模組包含一水冷座、一水冷排、一連接管及一水泵，水冷座貼接在致冷晶片的熱端面上，水冷排配置在水冷座的一側，連接管係連通水冷座及水冷排，水泵裝設在連接管上。

本創作之另一目的，在於提供一種冷熱交換裝置，藉由將極性相反方向的電壓和電流提供給致冷晶片後，可分別在第一傳導模組及第二傳導模組達到相反的致冷或致熱效果，更增本創作之靈活運用性。

本創作之再一目的，在於提供一種使用少量電力的冷熱交換裝置，其可在一般壓縮機無法使用的惡劣環境溫度下使用，可替代冷煤的使用，以徹底解決因冷煤所造成的環境污染及溫室效應問題，並能大量節省能源。

相較於習知，本創作之冷熱交換裝置因其超導管內部具有超導液體，該超導液體由氫氧化鈉、鉻酸鉀、乙醇及水等物質的混合物依比例所組成，因超導液體在吸熱汽化後會充滿在該金屬管內，藉由分子間的相互推擠移動而將熱自熱端傳遞至冷端，因各混合物之凝結溫度的不同，該超導液體不需回流而以分子碰撞的方式作單向能量傳遞，其傳熱速度快，並可帶走致冷晶片大量的熱，可快速地降低致冷晶片的冷端面溫度，進而使冷熱交換裝置達到 到所要求的致冷效果，增加本創作之實用性，再者，將極性相反方向的電壓和電流提供給致冷晶片後，可達到與致冷相反的致熱效果，更增本創作之靈活運用性；此外，相較於習知需使用大電量的壓縮機等元件的空調裝置，本創作僅需提供小量的電力(供置冷晶片及風扇)即可運作，可節省大量的能源及電費，更符合環保性及經濟性。

1、1’‧‧‧冷熱交換裝置

2‧‧‧冷藏室

10‧‧‧致冷晶片

11、12’‧‧‧熱端面

12、11’‧‧‧冷端面

20‧‧‧第一傳導模組

21‧‧‧基座

22‧‧‧超導管

221‧‧‧金屬管

222‧‧‧超導液體

223‧‧‧毛細組織

224‧‧‧金屬網

23‧‧‧第一鰭片

231‧‧‧穿孔

24‧‧‧第一風扇

30‧‧‧第二傳導模組

31‧‧‧水冷座

32‧‧‧水冷排

321‧‧‧第二鰭片

322‧‧‧銅管

33‧‧‧連接管

331‧‧‧出水管

332‧‧‧入水管

34‧‧‧水泵

35‧‧‧第二風扇

第一圖係本創作冷熱交換裝置之組合示意圖；第二圖係本創作冷熱交換裝置之立體外觀示意圖；第三圖係本創作冷熱交換裝置之組合剖視圖；第四圖係本創作冷熱交換裝置之超導管的剖視圖；第五圖係本創作冷熱交換裝置之應用實施例；以及第六圖係本創作冷熱交換裝置之第二實施例。

有關本創作之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

請參第一圖至第三圖，係分別為本創作冷熱交換裝置之組合示意圖、立體外觀示意圖及組合剖視圖；本創作之冷熱交換裝置1包含一熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Chip)10、一第一傳導模組20及一第二傳導模組30。

該熱電致冷晶片(以下簡稱致冷晶片)10由熱電轉換材料所構成，在提供電流運轉後，其一端面的溫度會升高形成一熱端面11，另 一端面溫度則會降低而形成一冷端面12，當提供給致冷晶片10的電流方向相反時，會令熱量傳遞的方向變成反向，亦即，原本的該熱端面11會變成冷端面，而原本是冷端面12則變成熱端面。

該第一傳導模組20包含一基座21、複數超導管22、複數第一鰭片23及一第一風扇24，於本實施例中，該基座21由導熱性佳的材質構成，其貼接在該熱端面11上，並對應該致冷晶片10的有限面積做最大效能的熱端面均勻佈設，該基座21的底面設有複數溝槽211，該溝槽211中嵌設有該超導管22，該些超導管22的一端固定在該基座21中，其另一端則穿設在該些第一鰭片23中，在每一第一鰭片23上設置複數穿孔231，將該些第一鰭片23串設在該些超導管22上，以增加該些超導管22與該些第一鰭片23的接觸面積，加快兩者間的傳導速度，此外，該些第一鰭片23與該基座21呈錯位設置使熱能傳送達最佳效果，該些第一鰭片23的一側端上裝設有該第一風扇24，藉由該第一風扇24可將該些第一鰭片23的熱吹送出去(致熱)。

該第二傳導模組30包含一水冷座31、一水冷排32、一連接管33、一水泵34及一第二風扇35，該水冷座31貼接在該致冷晶片10的冷端面12上，其係由複數第二鰭片321及彎折穿設在該些第二鰭片321中的一銅管322所組成，其組設在該水冷座31的一側邊，該水冷排32與該水冷座31係藉由該連接管33的串接而相連通，該連接管33中裝填有一冷卻液體(圖未示)，該冷卻液體可作為熱傳導介質而在該水冷座31及該水冷排32之間流動，該水泵34係用以加壓該冷卻液體，使該冷卻液體可快速且連續地在該連接管33中流動，其裝設在該連接管33上並與該冷卻座31、該水冷排32相連通， 再者，該連接管33可分為一出水管331及一入水管332，較佳地，該水泵34係裝設在該出水管331上，裝設在該入水管332上亦無不可，此外，在該水冷排32的第二鰭片321一側端上可裝設有該第二風扇35，藉由該第二風扇35可將該些第二鰭片321的冷吹送出去(致冷)。

請續參第四圖，係為本創作冷熱交換裝置之超導管的剖視圖；該超導管22為一金屬管221，其材質可由銅或鋁構成，該超導管22的內部具有一超導液體222均因應致冷晶片10的溫度變化和傳送效能作調整配設，該超導液體222為氫氧化鈉、鉻酸鉀、乙醇及水等物質的混合物，該超導液體222在吸熱汽化後會充滿在該金屬管221內，藉由分子間的相互推擠移動而將熱自熱端傳遞至冷端，且因各混合物之凝結溫度的不同，該超導液體222不需回流而以分子碰撞的方式作單向能量傳遞，再者，該超導管22的內部更可設置一毛細結構223，該毛細結構223可由一金屬粉末與一金屬網224燒結而成(由銅或鋁所構成)，該金屬網224係置設在該金屬粉末的內側，藉由該毛細結構223的設置，可增加該超導管22的熱導效率。

請參第五圖，係為本創作冷熱交換裝置之應用實施例；上述冷熱交換裝置1可應用在冷暖機、冰淇淋機等器具上，本應用實施例係將其用於一冷藏室2內，設置時，將該第一傳導模組20放置在該冷藏室2的外部以作為散熱之用，該第二傳導模組30的第二風扇35係裝設在該冷藏室2的內部，持續地將該第二傳導模組30產生的致冷效果吹送到該冷藏室2的內部，可使該冷藏室2的內部達到所要求的冷度；本應用實施例中，該冷熱交換裝置1係包含一 組第一傳導模組20及一組第二傳導模組30，實際實施時，可依使用需求而串連複數組第一傳導模組20及複數組第二傳導模組30，以達到更佳的致冷(或致熱)效果。

請參第六圖，係為本創作冷熱交換裝置之第二實施例；本實施例與第一實施例大致相同，其不同之處係在於本實施例之冷熱交換裝置1’中，其提供給致冷晶片10極性相反方向的電壓和電流，該致冷晶片10具有一冷端面11’及一熱端面12’，該冷端面11’貼接在該基座21上，該熱端面12’則貼接在該水冷座31上，據此，該第一傳導模組20的第一風扇24即可吹送出冷風(致冷)，另一方面，該第二傳導模組30的第二風扇35即可吹送出熱風(致熱)。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，非用以限定本創作之專利範圍，其他運用本創作之專利精神之等效變化，均應俱屬本創作之專利範圍。

1‧‧‧冷熱交換裝置

10‧‧‧致冷晶片

11‧‧‧熱端面

12‧‧‧冷端面

20‧‧‧第一傳導模組

21‧‧‧基座

22‧‧‧超導管

23‧‧‧第一鰭片

231‧‧‧穿孔

24‧‧‧第一風扇

30‧‧‧第二傳導模組

31‧‧‧水冷座

32‧‧‧水冷排

321‧‧‧第二鰭片

322‧‧‧銅管

33‧‧‧連接管

331‧‧‧出水管

332‧‧‧入水管

34‧‧‧水泵

35‧‧‧第二風扇

Claims (12)

1. 一種冷熱交換裝置，包括：一致冷晶片，具有相對的一熱端面及一冷端面；一第一傳導模組，包含：一基座，貼接在該致冷晶片的熱端面上，並對應該致冷晶片的有限面積做最大效能的熱端面均勻佈設；複數超導管，固定在該基座，每一該超導管的內部具有一超導液體均因應致冷晶片的溫度變化和傳送效能作調整配設，該超導液體係以分子碰撞方式作單方向能量傳遞；以及複數第一鰭片，套接在該些超導管上，該些第一鰭片與該基座呈錯位設置使熱能傳送達最佳效果；以及一第二傳導模組，包含：一水冷座，貼接在該致冷晶片的冷端面上；一水冷排，配置在該水冷座的一側邊；一連接管，係連通該水冷座及該水冷排；以及一水泵，裝設在該連接管上。
2. 如請求項第1項所述之冷熱交換裝置，其更包括一第一風扇，該第一風扇裝置在該等第一鰭片上。
3. 如請求項第1項所述之冷熱交換裝置，其更包括一第二風扇，該第一風扇裝置在該水冷排上。
4. 如請求項第1項所述之冷熱交換裝置，其中該超導管的內部更具有一毛細結構，該毛細結構係由一金屬粉末燒結而成。
5. 如請求項第4項所述之冷熱交換裝置，其中該金屬粉末的內側更具有一金屬網。
6. 如請求項第1項所述之冷熱交換裝置，其中該超導液體係為氫氧化鈉、鉻酸鉀、乙醇及水的混合物。
7. 一種冷熱交換裝置，包括：一致冷晶片，具有相對的一熱端面及一冷端面；一第一傳導模組，包含：一基座，貼接在該致冷晶片的冷端面上，並對應該致冷晶片的有限面積做最大效能的熱端面均勻佈設；複數超導管，固定在該基座，每一該超導管的內部具有一超導液體均因應致冷晶片的溫度變化和傳送效能作調整配設，該超導液體係以分子碰撞的方式作單方向能量傳遞；以及複數第一鰭片，套接在該些超導管上，該些第一鰭片與該基座呈錯位設置使熱能傳送達最佳效果；以及一第二傳導模組，包含：一水冷座，貼接在該致冷晶片的熱端面上；一水冷排，配置在該水冷座的一側邊；一連接管，係連通該水冷座及該水冷排；以及一水泵，裝設在該連接管上。
8. 如請求項第7項所述之冷熱交換裝置，其更包括一第一風扇，該第一風扇裝置在該等第一鰭片上。
9. 如請求項第7項所述之冷熱交換裝置，其更包括一第二風扇，該第一風扇裝置在該水冷排上。
10. 如請求項第7項所述之冷熱交換裝置，其中該超導管的內部更具有一毛細結構，該毛細結構係由一金屬粉末燒結而成。
11. 如請求項第10項所述之冷熱交換裝置，其中該金屬粉末的內側更具有一金屬網。
12. 如請求項第7項所述之冷熱交換裝置，其中該超導液體係為氫氧化鈉、鉻酸鉀、乙醇及水的混合物。