TWI403683B - 發生器 - Google Patents

Description

發生器

本發明係關於一種發生器，特別是一種裝設於吸收式致冷系統中之發生器，且該發生器可以提升致冷劑之蒸發效率。

請參照第1圖所示，一般常見的吸收式致冷系統9大致上包含有一發生器91(generator)、一冷凝器92(condenser)、一蒸發器93(evaporator)及一吸收器94(absorber)，且該發生器91、冷凝器92、蒸發器93及吸收器94係利用數個循環管95串接而形成一封閉迴路。

該發生器91係包含一儲液槽911及一熱源912，該儲液槽911中容裝有工作流體，該熱源912可對該儲液槽911提供熱能，以蒸發流動於工作流體中的吸收劑。其中，熱源912分為直接加熱與非直接加熱兩種型態；直接加熱係利用天然氣或燃燒油直接加熱於發生器91，非直接加熱則是利用熱源912先加熱另一媒介再將熱傳給發生器91。

此外，目前常見的工作流體主要有氨水跟溴化鋰溶液兩種二元溶液，利用二元溶液可透過一種物質對另一種物質的吸收和釋放產生相變化之特性，達到循環致冷效果。其中，氨水為氨與水混合的溶液，其係以氨為致冷劑，水為吸收劑，其冷卻溫度約可達-20℃，較常用於大型冷凍機；溴化鋰溶液則為溴化鋰與水混合的溶液，其係以水為致冷劑，溴化鋰為吸收劑，其冷卻溫度約可達18℃，故較常應用於空調系統中。以下以溴化鋰溶液為工作流體來說明習知吸收式致冷系統9之工作原理。

熱源912對該發生器91之儲液槽911提供熱能，使該儲液槽911中的溴化鋰溶液溫度上升，而蒸發出高溫高壓的水蒸氣，該高溫高壓水蒸氣則透過一第一循環管951進入至冷凝器92中，並凝結成中溫液態水。該中溫液態水透過一第二循環管952進入至蒸發器93中，並降溫變成低溫液態水，再透過一膨脹閥931使低溫液態水降壓，並噴射在一第三循環管953中以形成低溫低壓的水蒸氣，由於該吸收器94係呈真空或近真空之低壓狀態，因此低溫低壓水蒸氣將經過第三循環管953而自動流向該吸收器94，利用液體汽化需吸收熱量之物理性質，吸收外部環境中的熱而達到致冷效果。

膨脹後的水蒸氣將於該吸收器94內與常溫的溴化鋰溶液混合，以稀釋該吸收器94中原有的溴化鋰溶液。在該吸收器94中稀釋過的溴化鋰溶液，通過一第四循環管954連接至該發生器91中再被加熱蒸發，因水分蒸發而提高濃度的溴化鋰溶液，則再通過一第五循環管955流回該吸收器94中，使高濃度與低濃度的溴化鋰溶液，不停地在該發生器91及吸收器94中循環。其中，該吸收式致冷系統9還可以設有一冷卻裝置96，該冷卻裝置96中流通有冷卻水，且該冷卻裝置96係設置經過該吸收器94及冷凝器92，以維持該吸收器94及冷凝器92中的液體溫度不會過高而影響致冷效果。

由上述可知，該習知吸收式致冷系統9的循環中，是以該發生器91吸收的熱能來作功，且循環致冷效率與該發生器91中溴化鋰溶液的蒸發效率成正比。惟，由於該習知吸收式致冷系統9係透過加熱該發生器91中溴化鋰溶液，使溴化鋰溶液升溫，進而產生相變化以轉變成水蒸氣，因此蒸發效率並不高；相對地，若欲提高該發生器91之蒸發效率，多半僅能對熱源912輸入更多的能量，使熱源912維持在高溫狀態，但卻會額外衍生出耗能的問題。

本發明之主要目的係提供一種發生器，係可提升致冷劑之蒸發效率，以提升吸收式致冷系統之循環效率者。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術內容包含：一種發生器，係包含：一儲液槽，內部具有一容置空間；一高溫元件，設置於該儲液槽之一側表面；及一噴流單元，設有一容槽、一注液管、一噴嘴及一震盪元件，該容槽設置於該儲液槽之容置空間中以容裝工作流體；該注液管一端與該容槽之一表面相連通；該噴嘴設置於該容槽之另一表面並與該高溫元件相對；該震盪元件設置於該容槽，以震盪該容槽中的工作流體，使工作流體的壓力產生變化而向該噴嘴處流動，並噴灑於該高溫元件上。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖，其係揭示本發明發生器較佳實施例之示意圖，在本實施例當中，該發生器1係包含一儲液槽11、一高溫元件12及一噴流單元13。該高溫元件12與噴流單元13各設置於該儲液槽11，且該噴流單元13可對該高溫元件12噴灑液體。

該儲液槽11具有一容置空間111，該儲液槽11底部或鄰近底部之一側表面，可以設有一回流管112，該回流管112之一端與該容置空間111相連通，另一端則與一吸收器4(請參照第3圖)相連通；該發生器1與吸收器4之間，流動有循環致冷用的工作流體5，而該工作流體5又依濃度高低分為低濃度工作流體5a及高濃度工作流體5b。該儲液槽11頂部或鄰近頂部之一側表面，可以設有一第一循環管113，該第一循環管113之一端與該容置空間111相連通，另一端則與一冷凝器2(請參照第3圖)相連通。

該高溫元件12可以設置於鄰近該儲液槽11頂部之一側表面，在本實施例中，該高溫元件12還可以結合一傳導件121，該傳導件121與高溫元件12同設於該容置空間111中，該傳導件121可吸收該高溫元件12之熱能而維持高溫狀態。

該噴流單元13係包含一容槽131、一注液管132、一噴嘴133及一震盪元件134。該容槽131設置於該儲液槽11之容置空間111中，該容槽131可以容裝低濃度工作流體5a。該注液管132之一端與該容槽131之一表面相連通，另一端則連通至該吸收器4(請參照第3圖)底部。該噴嘴133可以設置於該容槽131之另一表面，且該噴嘴133與該高溫元件12之傳導件121相對。該震盪元件134設置於該容槽131，使該噴流單元13可以藉由高頻震盪的方式，震盪該容槽131中的低濃度工作流體5a，從而控制該低濃度工作流體5a之壓力狀態，使該容槽131中的低濃度工作流體5a可以週期性的朝該噴嘴133處流動並噴灑於高溫的傳導件121上。

在本實施例中，該震盪元件134可以是壓電薄膜，藉由對該壓電薄膜通電，使該壓電薄膜產生振動，從而帶動該容槽131中的低濃度工作流體5a從該噴嘴133中噴出，並藉由頻率控制的方式，切換對該壓電薄膜之通電模式，使該噴嘴133可間歇性的對該傳導件121噴灑液體，避免持續的噴流降低熱傳導效率。

請參照第3圖，整體吸收式致冷系統包含一發生器1、一冷凝器2、一蒸發器3及一吸收器4。該發生器1以一第一循環管113與該冷凝器2相連通，該冷凝器2透過一第二循環管21與該蒸發器3相連通，該蒸發器3透過一第三循環管31與該吸收器4相連通，且該第三循環管31中鄰近該蒸發器3處設有一膨脹閥32，該吸收器4則以一注液管132與該發生器1之容槽131相連通，且以一回流管112與該發生器1之儲液槽11相通連。其中，該回流管112係可以部分設置於該注液管132中而不相連通，以與充滿於該注液管132中的液體進行熱交換。

由該注液管132進入至該容槽131中的低濃度工作流體5a，可透過該震盪元件134作用，通過該噴嘴133而噴灑於該儲液槽11之容置空間111中，使一部分水霧狀的低濃度工作流體5a與該高溫元件12之傳導件121接觸，而瞬間蒸發低濃度工作流體5a中的致冷劑，使蒸發後的高溫高壓氣態致冷劑透過該第一循環管113流出該發生器1，並進入至冷凝器2中而凝結成中溫液態致冷劑；另一部分未蒸發的工作流體5，則以液態向下流動而積聚於該儲液槽11之容置空間111底部，形成高濃度工作流體5b，並經由該回流管112回流至該吸收器4中。

該冷凝器2中的中溫液態致冷劑透過該第二循環管21進入至該蒸發器3中，並降溫變成低溫液態致冷劑，再透過該膨脹閥32使低溫液態致冷劑降壓，並噴射在該第三循環管31中，以形成低溫低壓的氣態致冷劑。由於該吸收器4係呈真空或近真空之低壓狀態，因此該低溫低壓氣態致冷劑將經過該第三循環管31而自動流向該吸收器4，吸收外部環境中的熱而達到致冷效果。

膨脹後的低溫氣態致冷劑將於該吸收器4內與常溫的工作流體5混合，以稀釋回流至該吸收器4中的高濃度工作流體5b；稀釋過後而降低濃度的工作流體5，可以通過該注液管132再次進入至該容槽131中重新利用，使高、低濃度工作流體5a、5b不停地在該發生器1及吸收器4中循環。

其中，藉由將一部分的回流管112設置於該注液管132中而不相連通之配置，可以使高溫的高濃度工作流體5b在通過該回流管112回流時，能將部分熱能傳導至該注液管132中，以預熱通過該注液管132而注入該容槽131之低濃度工作流體5a，使低濃度工作流體5a升溫，進一步提升低濃度工作流體5a噴灑至該高溫元件12後的蒸發效率。

本發明之發生器，係透過衝擊冷卻(Impingement Cooling)之技術手段，直接以水霧狀之工作流體5噴灑於該高溫元件12，提高工作流體5中致冷劑的蒸發效率，以同步提升吸收式致冷系統之循環效率。另一方面，由於工作流體5中致冷劑的蒸發效率已提升，因此供給於該高溫元件12的能量即可相對降低，達到節能的功效。

本發明之發生器可以應用於各式以吸收式致冷系統致冷之設備中，而該高溫元件12更可以進一步利用該設備之其他系統運作時所排放之廢熱來加溫，以充分利用能量，避免能源之浪費。以下係以應用於電動車之使用例提出說明，其係耦合電動車之致冷系統及電動車馬達之散熱系統。

請參照第4圖，其係為本發明之一使用例。為加強對電動車馬達散熱系統6之廢熱收集效率，該馬達散熱系統6包含一機殼61、一風扇62、一蓄熱介質63及一導熱元件64。該機殼61中設有定子與轉子等馬達組成之必要構件；該風扇62係與該轉子同軸設置，並使該風扇62之葉片凸出於該機殼61之一側端；該蓄熱介質63設置於該機殼61之另一側端，該蓄熱介質63係為具有蓄熱能力之多孔性材質(例如：發泡鋁材、陶瓷等)，以在蓄熱的同時維持氣流流通；該導熱元件64則設置於該蓄熱介質63背向該機殼61之表面，該導熱元件64可以是高熱傳導率之金屬材(例如：銅)。

該風扇62旋轉時，機殼61外部之低溫空氣將被導引進入至該機殼61中，將該機殼61內部元件運作時所產生之高溫廢熱導引至該蓄熱介質63處，由該蓄熱介質63將廢熱蓄積，並通過該蓄熱介質63內部之細小孔洞，使少數熱氣向該機殼61外部排出，而多數的熱氣係流向該導熱元件64，以對該導熱元件64加溫。在本實施例中，該導熱元件64與該蓄熱介質63接觸的表面，還可以設置呈鋸齒狀以增加其接觸面積，從而進一步地提升該導熱元件64之吸熱效率。

請參照第5圖，該馬達散熱系統6係可以接合於致冷系統之發生器1，作為該發生器1進行蒸發循環所需的熱源。在本實施例中，該馬達散熱系統6之導熱元件64係可以接合於該發生器1之高溫元件12，使馬達運作所產生之廢熱，能集中至該高溫元件12，提供該發生器1作功所需的熱能，以完成循環並達到致冷之效果。因此，該電動車致冷系統之作動，幾乎不必再額外消耗電動車的電能，使得其他系統可具有更多的能量配額，以增強其作業效率，故耦合該致冷系統與該馬達散熱系統6，不但能在有限空間下提升空間運用的效率，有助縮小整體電動車動力設備之體積，從而加大乘坐空間，更有節能及提升動力之功效，且該致冷系統作動時，不會增加動力源的負擔，俾具不影響其他系統作業效率之功效。

此外，該致冷系統尚可與其他會產生熱能之系統(例如：電池組、發電機或變流器等)耦合，以充分利用廢熱，不應僅以與馬達散熱系統耦合為限，係該技術領域人士可以理解。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．發生器

11．．．儲液槽

111．．．容置空間

112．．．回流管

113．．．第一循環管

12．．．高溫元件

121．．．傳導件

13．．．噴流單元

131．．．容槽

132．．．注液管

133．．．噴嘴

134．．．震盪元件

2．．．冷凝器

21．．．第二循環管

3．．．蒸發器

31．．．第三循環管

32．．．膨脹閥

4．．．吸收器

5．．．工作流體

5a．．．低濃度工作流體

5b．．．高濃度工作流體

6．．．馬達散熱系統

61．．．機殼

62．．．風扇

63．．．蓄熱介質

64．．．導熱元件

[習知]

9．．．吸收式致冷系統

91．．．發生器

911．．．儲液槽

912．．．熱源

92．．．冷凝器

93．．．蒸發器

931．．．膨脹閥

94．．．吸收器

95．．．循環管

951．．．第一循環管

952．．．第二循環管

953．．．第三循環管

954．．．第四循環管

955．．．第五循環管

96．．．冷卻裝置

第1圖：一種習知吸收式致冷系統之示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之示意圖。

第3圖：本發明應用於吸收式致冷系統之示意圖。

第4圖：電動車馬達散熱系統之示意圖。

第5圖：本發明較佳實施例與電動車馬達散熱系統耦合之示意圖。

1．．．發生器

11．．．儲液槽

111．．．容置空間

112．．．回流管

113．．．第一循環管

12．．．高溫元件

121．．．傳導件

13．．．噴流單元

131．．．容槽

132．．．注液管

133．．．噴嘴

134．．．震盪元件

5．．．工作流體

5a．．．低濃度工作流體

5b．．．高濃度工作流體

Claims (7)

1. 一種發生器，係包含：一儲液槽，內部具有一容置空間；一高溫元件，設置於該儲液槽之一側表面；及一噴流單元，設有一容槽、一注液管、一噴嘴及一震盪元件，該容槽設置於該儲液槽之容置空間中以容裝工作流體；該注液管一端與該容槽之一表面相連通；該噴嘴設置於該容槽之另一表面並與該高溫元件相對；該震盪元件設置於該容槽，以震盪該容槽中的工作流體，使工作流體的壓力產生變化而向該噴嘴處流動，並噴灑於該高溫元件上。
2. 依申請專利範圍第1項所述之發生器，其中，該高溫元件設置一傳導件，該傳導件設於該儲液槽之容置空間中。
3. 依申請專利範圍第1或2項所述之發生器，其中，該震盪元件為壓電薄膜。
4. 依申請專利範圍第1或2項所述之發生器，其中，該高溫元件結合一散熱系統。
5. 依申請專利範圍第4項所述之發生器，其中，該散熱系統設有一導熱元件，該導熱元件與該高溫元件相結合。
6. 依申請專利範圍第5項所述之發生器，其中，該導熱元件之一表面設有蓄熱介質，該蓄熱介質為多孔性材質。
7. 依申請專利範圍第6項所述之發生器，其中，該導熱元件與該蓄熱介質接觸之表面呈鋸齒狀以增加傳熱面積。