TWI411390B - 串聯型連續降溫及升溫裝置 - Google Patents

Description

串聯型連續降溫及升溫裝置

本發明係與溫度傳導裝置有關，特別有關於一種具有致冷晶片的溫度傳導裝置。

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，因此已出現有利用熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Chip)取代使用冷媒之空調機的想法。

由於熱電致冷晶片(以下簡稱致冷晶片)具有體積小、無噪音、不使用冷煤、無環保公害等優點，故已有不少熱電致冷晶片的應用實例，如將其應用在電腦CPU的冷卻、除濕箱、車用行動冷藏箱等等裝置上；另外，如中華民國申請之第I270650號專利，係揭示一種快速致冷雙溫散熱器件，其具有一致冷晶片、兩導熱塊至少一支以上或一或兩組若干超導熱管和兩散熱鰭片構成，該致冷晶片的其中一側產生冷溫溫度，而於另一側則相對產生熱溫溫度，並分別直接傳導至其兩側的導熱塊上，隨即再傳導至插裝在各該導熱塊中的超導熱管的先端，將該冷、熱溫度分別快速導達、移熱至該各超導熱管先端的散熱鰭片上，俾分別作散熱或冷卻之用。

上揭專利係欲以熱電致冷晶片而達到的致冷和散熱效果，惟，其致冷和散熱效果不佳的原因在於：該熱電致冷晶片的溫度無法降低至所要求的溫度，進而無法達到所要求的散熱要求或致冷溫度。

有鑑於此，本發明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發明。

本發明之一目的，在於提供一種串聯型連續降溫及升溫裝置，係將複數氣冷式散熱器予以串聯，藉以持續降低致冷的溫度，進而達到所要求的致冷效果。

本發明之另一目的，在於提供一種串聯型連續降溫及升溫裝置，係將複數氣冷式散熱器予以串聯，藉以持續提高致熱的溫度，進而達到所要求的致熱效果。

為了達成上述之目的，本發明係為一種串聯型連續降溫及升溫裝置，包括液冷式冷卻器、複數致冷晶片及複數氣冷式散熱器；液冷式冷卻器包含複數水冷座、連接管、水冷排及輸水管，各水冷分別具有一出水口及一入水口，連接管以串聯方式連通任二相鄰水冷座的出水口和入水口，水冷排配置在水冷座的一側邊，輸水管連通水冷座及水冷排；每一致冷晶片具有相對的冷端面及熱端面，冷端面貼接在水冷座上；氣冷式散熱器對應致冷晶片配設，每一氣冷式散熱器包含基座、超導管及多數鰭片，基座貼接在熱端面上，超導管固定在基座中，多數鰭片套接在超導管上。

本發明之再一目的，在於提供一種使用少量電力的串聯型連續降溫及升溫裝置，其可在一般壓縮機無法使用的惡劣環境溫度下使用，進而替代冷煤的使用，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，本發明之串聯型連續降溫及升溫裝置，經由連通管，並以串聯方式連通任二相鄰水冷座的該出水口和入水口，藉此持續地降低致冷溫度，進而達到所要求的致冷效果，另一方面，其散熱器亦將持續升高的致熱溫度送出，進而達到所要求的致熱效果；再者，其超導管的超導液體由氫氧化鈉、鉻酸鉀、乙醇及水等物質的混合物依不同比例所組成，汽化後係藉由分子間的相互推擠、碰撞而將熱自熱端傳遞至冷端，使該超導液體不需回流而無能量損耗；另外，超導液體的能量傳遞快、能快速帶走致冷晶片大量的熱，故其致冷晶片具有極佳的致冷效果，進而達到所要求的致冷溫度，增加本發明之實用性；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，本發明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’‧‧‧串聯型連續降溫及升溫裝置

10a~10c‧‧‧致冷晶片

11a、11b‧‧‧冷端面

12a、12b‧‧‧熱端面

20‧‧‧液冷式冷卻器

21a~21c‧‧‧水冷座

211a、211b‧‧‧入水口

212a、212b‧‧‧出水口

22、22a‧‧‧連接管

23‧‧‧水冷排

2301‧‧‧入水端

2302‧‧‧出水端

231‧‧‧水冷鰭片

232‧‧‧銅管

24‧‧‧輸水管

241‧‧‧出水管

242‧‧‧入水管

25‧‧‧水泵

26‧‧‧送冷風扇

30a~30c‧‧‧氣冷式散熱器

31a~31c‧‧‧基座

311a‧‧‧溝槽

32a~32c‧‧‧超導管

321a‧‧‧金屬管

322a‧‧‧超導液體

323a‧‧‧毛細結構

324a‧‧‧金屬網

33a~33c‧‧‧鰭片

34a~34c‧‧‧風扇

第一圖 係 本發明 串聯型連續降溫及升溫裝置之立體分解圖；第二圖 係 本發明 串聯型連續降溫及升溫裝置之立體外觀示意；第三圖 係 本發明 串聯型連續降溫及升溫裝置之超導管的剖視圖； 第四圖 係 本發明 串聯型連續降溫及升溫裝置之使用示意圖；以及第五圖 係 本發明 串聯型連續降溫及升溫裝置之第二實施例。

有關本發明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，並非用來對本發明加以限制者。

請參第一圖及第二圖，係分別為本發明串聯型連續降溫及升溫裝置之立體分解圖及立體外觀示意圖；本發明之串聯型連續降溫及升溫裝置1係包含一液冷式冷卻器20、複數致冷晶片10a、10b及複數氣冷式散熱器30a、30b。

該液冷式冷卻器20包含複數水冷座21a、21b及一連接管22、一水冷排23與一輸水管24，各水冷座21a、21b分別具有一入水口211a、211b及一出水口212a、212b，該連接管22以串聯方式連通任二相鄰該水冷座的該出水口和該入水口，本實施例中，該連接管22係穿接水冷座21a的出水口212a及另一相鄰水冷座21b的入水口211b；此外，該二水冷座21a、21b的一側邊配置有該水冷排23，該水冷排23由複數水冷鰭片231及彎折穿設在該些水冷鰭片231中的一銅管232所組成，該水冷排23具有一入水端2301及一出水端2302，其係藉由該輸水管24而與該二水冷座21a、21b串接連通，該輸水管24中裝填有一冷卻液體(圖未示)，該冷卻液體可作為傳導介質而在該二水冷座21a、21b及該水冷排23之間流動，另外，該輸水管24上可加設有一水泵25，用以加壓該冷卻液體，使該冷卻液體可快速、連續地在該輸水管24中流動。

該輸水管24可分為一出水管241及一入水管242，該出水管241連接該水冷座21a的入水口211a及該水冷排23的出水端2302，該入水管242則連接該水冷座21b的出水口212b及該水冷排23的入水端2301，較佳地，該水泵25係裝設在該出水管241上，然而，裝設在該入水管242上亦無不可，在該水冷排23的水冷鰭片231一側端上可裝設有一送冷風扇26，藉由該送冷風扇26可將該些水冷鰭片231的冷吹送出去。

該致冷晶片10a、10b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冷端面，另一端面溫度則降低而形成一熱端面，因此，該致冷晶片10a具有相對的一冷端面11a及一熱端面12a，同樣地，另一致冷晶片10b具有相對的一冷端面11b及一熱端面12b，該二致冷晶片10a、10b的冷端面11a、11b上分別貼接在該二水冷座21a、21b上。

此外，複數氣冷式散熱器30a、30b係對應該等致冷晶片10a、10b配設，每一氣冷式散熱器30a、30b的設置皆為相同，在此以氣冷式散熱器30a為例說明其組合結構，另一傳導模組30b的組設方式亦為相同，該氣冷式散熱器30a包含一基座31a、一超導管32a、複數鰭片33a及一風扇34a，該基座31a貼接在該致冷晶片10a的熱端面12a上，該基座31a由導熱性佳的材質構成，其底面設有複數溝槽311a，該溝槽311a中嵌設有該超導管32a，該超導管32a的一端固定在該基座31a，其另一端則穿設在該些鰭片33a中，此外，該些鰭片33a的一側端上裝設有該風扇34a，藉由該風扇34a可將該些鰭片33a的熱吹送出去。

同理，另一氣冷式散熱器30b的設置方式亦相同，其包含有一基座31b、一超導管32b、複數鰭片33b及一風扇34b，其中，該基座31b係貼接在該致冷晶片10b的熱端面12b上。

請續參第三圖，係為本發明串聯型連續降溫及升溫裝置之超導管的剖視圖；該超導管32a、32b的結構大致相同，在第三圖中以該超導管32a為例而說明其結構，該超導管32a為一金屬管321a，其材質可由銅或鋁構成，該超導管32a的內部具有一超導液體322a，該超導液體322a為氫氧化鈉、鉻酸鉀、乙醇及水等物質的混合物，該超導液體322a在吸熱汽化後會充滿在該金屬管321a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322a不需回流而以分子碰撞的方式作單向能量傳遞，此外，本發明中填裝有該超導液體322a的超導管32a可在0℃至-34℃的環境溫度下不結冰，又，其可運作的環境溫度低於50℃即可；再者，該超導管32a的內部更可設置一毛細結構323a，該毛細結構323a可由金屬粉末與一金屬網324a燒結而成(由銅或鋁所構成)，該金屬網324a係置設在該金屬粉末的內側，藉由該毛細結構323a的設置，可增加該超導管32a的傳導效率。

請參第四圖，係為本發明串聯式溫度傳導裝置之使用示意圖；上述串聯型連續降溫及升溫裝置1可應用在冷暖機、冰淇淋機、或冷藏室等設備內，設置時，該些氣冷式散熱器30a、30b係設置在設備外部，以作為散熱之用，並將該送冷風扇26裝設在設備的內部，以持續地將該液冷式冷卻器20所產生的致冷效果吹送到設 備內部，以達到所要求的冷度，另一方面，該些氣冷式散熱器30a、30b亦將持續升高的致熱溫度送出，進而達到所要求的致熱效果。

請參第五圖，係為本發明串聯型連續降溫及升溫裝置之第二實施例；本實施例之串聯型連續降溫及升溫裝置1’與第一實施例大致相同，其不同之處係在於該二氣冷式散熱器30a、30b之間插設有另一氣冷式散熱器30c，以於該送冷風扇26處送出溫度更低的冷風；該氣冷式散熱器30c的組合結構與另二氣冷式散熱器30a、30b相同，包含有一基座31c、一超導管32c、複數鰭片33c及一風扇34c，此外，該串聯型連續降溫及升溫裝置1’另包含有一致冷晶片10c、一水冷座21c及一連接管22a，該二連接管22、22a分別用以串接相鄰的二水冷座21b、21c與水冷座21c、21a的出、入水口。

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

1‧‧‧串聯型連續降溫及升溫裝置

10a、10b‧‧‧致冷晶片

11a、11b‧‧‧冷端面

12a、12b‧‧‧熱端面

20‧‧‧液冷式冷卻器

21a、21b‧‧‧水冷座

211a、211b‧‧‧入水口

212a、212b‧‧‧出水口

22‧‧‧連接管

23‧‧‧水冷排

2301‧‧‧入水端

2302‧‧‧出水端

231‧‧‧水冷鰭片

232‧‧‧銅管

24‧‧‧輸水管

241‧‧‧出水管

242‧‧‧入水管

25‧‧‧水泵

26‧‧‧送冷風扇

30a、30b‧‧‧氣冷式散熱

31a、31b‧‧‧基座

32a、32b‧‧‧超導管

33a、33b‧‧‧鰭片

34a、34b‧‧‧風扇

Claims (10)

1. 一種串聯型連續降溫及升溫裝置，包括：一液冷式冷卻器，包含：複數水冷座，各水冷座分別具有一出水口及一入水口；一連接管，以串聯方式連通任二相鄰該水冷座的該出水口和該入水口；一水冷排，配置在該些水冷座的一側邊；以及一輸水管，連通該些水冷座及該水冷排；複數致冷晶片，每一致冷晶片具有相對的一冷端面及一熱端面，該冷端面貼接在該水冷座上；以及複數氣冷式散熱器，對應該等致冷晶片配設，每一氣冷式散熱器包含：一基座，貼接在該熱端面上；一超導管，固定在該基座中；以及多數鰭片，套接在該些超導管上。
2. 如請求項第1項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，其中該液冷式冷卻器更包括一送冷風扇，該送冷風扇裝置在該水冷排上。
3. 如請求項第1項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，其中該液冷式冷卻器更包括一水泵，該水泵係裝設在該輸水管上。
4. 如請求項第1項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，其中該氣冷式散熱器更包括一風扇，該風扇設置在該等鰭片上。
5. 如請求項第1項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，其中該超導 管的內部具有一超導液體，該超導液體係以分子碰撞方式作單方向能量傳遞。
6. 如請求項第5項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，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. 如請求項第6項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，其中該超導液體在0℃至-34℃的環境溫度下不結冰。
8. 如請求項第6項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，其係在一環境溫度下運作，該環境溫度係低於50℃。
9. 如請求項第1項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，其中該超導管的內部具有一毛細結構，該毛細結構係由一金屬粉末燒結而成。
10. 如請求項第9項所述之串聯型連續降溫及升溫裝置，其中該金屬粉末的內側更具有一金屬網。