CN103673363A - 热交换循环*** - Google Patents

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CN103673363A CN201210378884.5A CN201210378884A CN103673363A CN 103673363 A CN103673363 A CN 103673363A CN 201210378884 A CN201210378884 A CN 201210378884A CN 103673363 A CN103673363 A CN 103673363A
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吴孝原
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Abstract

一种热交换循环***，包括一第一及一第二热交换器、一膨胀装置及一压缩装置。第一热交换器的内部具有一第一通路，第二热交换器的内部具有一第二通路。膨胀装置的膨胀管路连接第二通路的第二出气口及第一通路的第一入气口。压缩装置的压缩管路连接第一通路的第一出气口及第二通路的第二入气口。第一通路、压缩管路、第二通路及膨胀管路构成一热交换回路。液***于第一通路及第二通路之中，混合气体循环于热交换回路中。利用混合气体的压缩与膨胀及液体蒸发，提升热传效果。

Description

热交换循环***
技术领域
本发明涉及一种热交换循环***，尤其涉及一种具有混合气体及液体做为热交换介质的热交换循环***。
背景技术
传统热交换循环***往往使用容易破坏地球臭氧层的冷媒材料进行热交换。然而，如此的冷煤材料若是有外泄的情形，则很容易破坏地球臭氧层，并造成温室效应。虽然有业者使用其他对环境无害的材料进行替代，但其热交换的效率往往偏低。
因此，对于业界而言，能够设计避免造成环境问题的材料做为热交换的冷煤，又能够具有较高的热交换效率，已然是目前业界必须面对的问题。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种热交换循环***，利用混合气体及液体做为热交换介质，同时利用混合气体的压缩与膨胀及液体蒸发，提升热传效果。
本发明提供一种热交换循环***，包括一第一热交换器、一第二热交换器、一膨胀装置及一压缩装置。第一热交换器的内部具有一第一通路。第一通路具有一第一入气口及一第一出气口。第二热交换器的内部具有一第二通路。第二通路具有一第二入气口及一第二出气口。膨胀装置具有一膨胀管路。膨胀管路连接第二出气口及第一入气口。压缩装置具有一压缩管路。压缩管路连接第一出气口及第二入气口。第一通路、压缩管路、第二通路及膨胀管路构成一热交换回路。热交换回路供一流体流通于其中。流体包含一液体及一混合气体。液***于第一通路及第二通路之中。混合气体循环于热交换回路中。
根据本发明的热交换循环***，能利用气体膨胀时会降温的特性，使通过第一通路之前的气体温度较低，以利气体于第一通路中吸热。利用气体在绝热压缩时会升温，使通过第二通路之前的气体温度较高，以利气体于第二通路中放热。另外，还利用液体在蒸发为气体时会吸热的特性，以利液体于第一通路中蒸发吸热。利用气体在凝结为液体时会放热的特性，以利气体于第二通路中凝结放热。利用上述的特性，提升热交换循环***的热传效果。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A绘示本发明的实施例的热交换循环***的架构图；
图1B绘示图1A的热交换循环***的立体图；
图1C绘示图1B的热交换循环***的俯视图；
图1D绘示图1C的第一热交换器沿1D-1D线剖面的剖视示意简图；
图1E绘示图1D的局部放大图；
图1F绘示图1C的第二热交换器沿1F-1F线剖面的剖视示意简图；
图1G绘示图1F的局部放大图；
图2A绘示本发明的另一实施例的热交换循环***的架构图；
图2B绘示图2A的热交换循环***的立体图；
图3A绘示本发明的另一实施例的热交换循环***的架构图；
图3B绘示图3A的热交换循环***的立体图；
图3C绘示图3B的热交换循环***的俯视图；
图3D绘示图3C的第三热交换器沿3D-3D线剖面的剖视示意简图；
图3E绘示图3D的局部放大图；
图4A绘示本发明的另一实施例的热交换循环***的架构图；
图4B绘示图4A的热交换循环***的立体图；
图5A绘示本发明的另一实施例的热交换循环***的架构图；
图5B绘示图5A的热交换循环***的立体图；
图5C绘示图5B的热交换循环***的俯视图；
图5D绘示图5C的第二热交换器沿5D-5D线剖面的剖视示意简图。
其中，附图标记
10、20、30、40、50热交换循环***
11、31、51第一热交换器
111、211、311、411、511第一通路
111a、311a第一入气口
111b、311b第一出气口
112、312、512负载管路
112a、312a负载入口
112b、312b负载出口
12、32、52第二热交换器
121、221、321、421、521第二通路
121a、321a、521a第二入气口
121b、321b、521b第二出气口
122、322、522散热管路
122a、322a、522a散热入口
122b、322b、522b散热出口
113、114、123、124、353、354、523、524、525a、525b热交换空间
13、33、53膨胀装置
131、331、531膨胀管路
132扇叶
14、34、54压缩装置
141、341、541压缩管路
142、342、542马达
16、36、56传动装置
17、37多孔性热传材料
28、48、58液体回流管路
281收集管
282集液瓶
283液泵
284配送管
285剩液管
35、55第三热交换器
351、451、551第三通路
351a第三入气口
351b第三出气口
352、452、552第四通路
352a第四入气口
352b第四出气口
481、581第一收集管
481a、581a第一集液瓶
482、582第二收集管
482a、582a第二集液瓶
483、583第一配送管
483a、583a第三集液瓶
484、584第二配送管
484a、584a第四集液瓶
485液泵
486分液瓶
487、580剩液管
525第五通路
525c贯通孔
585a第一液泵
585b第二液泵
585c第三液泵
586a第一分液瓶
586b第二分液瓶
586c第三分液瓶
587第三收集管
588a第三配送管
588b第四配送管
589第四收集管
589a第五集液瓶
59浓缩回流管路
A1、B1、C1、D1、A3、A3’、B3、C3、C3’、D3、A5、A5’、B5、C5、C5’、D5混合气体
L1、L2、L3、L4液态水
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请参照图1A、图1B及图1C，图1A绘示本发明的实施例的热交换循环***10的架构图，图1B绘示图1A的热交换循环***10的立体图，图1C绘示图1B的热交换循环***10的俯视图。热交换循环***10包括一第一热交换器11、一第二热交换器12、一膨胀装置13及一压缩装置14。第一热交换器11的内部具有一第一通路111及一负载管路112。第一通路111具有一第一入气口111a及一第一出气口111b。第二热交换器12的内部具有一第二通路121及一散热管路122。第二通路121具有一第二入气口121a及一第二出气口121b。膨胀装置13具有一膨胀管路131，膨胀管路131连接第二出气口121b及第一入气口111a。压缩装置14具有一压缩管路141，压缩管路141连接第一出气口111b及第二入气口121a。第一通路111、压缩管路141、第二通路121及膨胀管路131构成一热交换回路。热交换回路供一流体流通于其中。流体包含一液体及一混合气体。液***于第一通路111及第二通路121之中，混合气体循环于热交换回路中。第一通路111与负载管路112彼此能交换彼此的热量，但其中的物质却不会彼此交换。第二通路121与散热管路122彼此能交换彼此的热量，但其中的物质却不会彼此交换。
于本实施例中，热交换循环***10还包括一传动装置16。膨胀装置13还包括一扇叶132。压缩装置14能与一马达142连接，且利用马达142压缩混合气体。扇叶132设置于膨胀管路131中。传动装置16连接扇叶132的轴心与压缩装置14，以将混合气体流经扇叶132时所做的功传递至压缩装置14，以辅助压缩装置14压缩混合气体。
于本实施例中，负载管路112具有一负载入口112a及负载出口112b。散热管路122具有一散热入口122a及散热出口122b。使用者想要冷却的物质能从负载入口112a进入负载管路112并释放热量，再从负载出口112b离开负载管路112。想要升温的物质能从散热入口122a进入散热管路122并吸收热量，再从散热出口122b离开散热管路122。想要冷却的物质能为空调中的室内空气。想要升温的物质能为空调中的室外空气。因此，室内空气的热量能够利用热交换循环***10，传递至室外空气。
于本实施例中，液体例如为液态水，混合气体例如为混合有水蒸气及空气的混合气体。混合气体于进入膨胀装置13之前为饱和水蒸气与空气的混合气体A1。混合气体A1于膨胀管路131中受膨胀装置13的作用而进行膨胀，成为水蒸气与空气的混合气体B1，且混合气体B1的温度及气压皆小于混合气体A1。当混合气体B1从第一入气口111a进入第一通路111后，会因第一通路111及负载管路112能交换彼此的热量，而使混合气体B1吸收负载管路112中想要冷却的物质中的热量。此外，于第一通路111中的液态水，亦能于吸收负载管路112中想要冷却的物质中的热量后，蒸发成水蒸气。因此，从第一出气口111b离开第一通路111的混合气体C1，会成为饱和水蒸气与空气的混合气体C1，且混合气体C1的温度大于混合气体B1。
混合气体C1于压缩管路141中受压缩装置14的作用，而进行绝热压缩或近似绝热压缩。因此，离开压缩管路141的混合气体D1为不饱和水蒸气与空气的混合气体D1。然而，混合气体D1的温度及气压皆大于混合气体C1。当混合气体D1从第二入气口121a进入第二通路121后，会因第二通路121及散热管路122能交换彼此的热量，而使混合气体D1将其热量逸散至散热管路122中想要升温的物质中。此外，混合气体D1中的水蒸气，能于第二通路121中凝结为液态水，而进一步逸散混合气体D1中的热量。因此，从第二出气口121b离开第二通路121的混合气体A1会再次成为饱和水蒸气与空气的混合气体A1。于本实施例中，第一通路111中的液态水可由外界补充。第二通路121中的液态水能够排放至热交换循环***10之外，但不限于此。
请参照图1D及图1E，图1D绘示图1C的第一热交换器11沿1D-1D线剖面的剖视示意简图，图1E绘示图1D的局部放大图。第一热交换器11为板式热交换器，由多片平板堆叠而成。平板之间形成供要冷却的物质、水蒸气与空气的混合气体及液态水L1流动的多个热交换空间。由下而上算起的多个奇数热交换空间113形成图1A所示的第一通路111，由下而上算起的多个偶数热交换空间114形成图1A所示的负载管路112。混合气体B1能从第一入气口111a进入奇数热交换空间113中转换成混合气体C1，再从第一出气口111b排出奇数热交换空间113。此外，于奇数热交换空间113中还有液态水L1流动于其中。要冷却的物质能从负载入口112a进入偶数热交换空间114中，再从负载出口112b排出偶数热交换空间114。
由于偶数热交换空间114中要冷却的物质的温度，高于奇数热交换空间113中混合气体B1及液态水L1的温度，要冷却的物质会将热量传递给混合气体B1及液态水L1，因而使要冷却的物质降温。混合气体B1因接收到热量而升温，且液态水L1因接收到热量而蒸发成水蒸气并进入混合气体B1中，因此形成混合气体C1。图1B中的热交换循环***10还包括多个多孔性热传材料17。如图1E所示，多孔性热传材料17设置于形成第一通路111的奇数热交换空间113中，以及设置于形成负载管路112的偶数热交换空间114中。多孔性热传材料17例如为金属泡棉。由于多孔性热传材料17具有大量孔隙，故能供混合气体B1、C1流通。多孔性热传材料17亦能浸润于液态水L1中，液态水L1也能利用多孔性热传材料17提升蒸发面积，以利液态水L1吸收热量而蒸发。多孔性热传材料17由于具有较混合气体更高的热传导系数，而能增进第一热交换器11的热交换能力。
请参照图1F及图1G，图1F绘示图1C的第二热交换器12沿1F-1F线剖面的剖视示意简图，图1G绘示图1F的局部放大图。第二热交换器12亦为板式热交换器，由多片平板堆叠而成。平板之间形成供要升温的物质、水蒸气与空气的混合气体及液态水L2流动的多个热交换空间。由下而上算起的多个偶数热交换空间124形成图1A所示的第二通路121，由下而上算起的多个奇数热交换空间123形成图1A所示的散热管路122。混合气体D1能从第二入气口121a进入偶数热交换空间124中转换成混合气体A1，再从第二出气口121b排出偶数热交换空间124。此外，于偶数热交换空间124中还有液态水L2流动于其中。要升温的物质能从散热入口122a进入奇数热交换空间123中，再从散热出口122b排出奇数热交换空间123。
由于奇数热交换空间123中要升温的物质的温度，低于偶数热交换空间124中混合气体D1及液态水L2的温度，混合气体D1及液态水L2会将热量传递给要升温的物质，因而使要升温的物质升温。混合气体D1因逸散热量而降温，且混合气体D1中的水蒸气因逸散热量而凝结成液态水L2，剩余的混合气体因此形成混合气体A1。液态水L2会保留于偶数热交换空间124中。图1B中的热交换循环***10还包括多个多孔性热传材料17。如图1G所示，例如为金属泡棉的多孔性热传材料17设置于形成第二通路121的偶数热交换空间124中，以及设置于形成散热管路122的奇数热交换空间123中。当水蒸气要凝结时，有遇到物质的情况比未遇到物质的情况要更容易凝结。多孔性热传材料17除了能供混合气体D1、A1流通以外，亦能增进凝结效率。并且因多孔性热传材料17由于具有较高的热传导系数，而能增进第二热交换器12的热交换能力。
请参照图2A及图2B所示，图2A绘示本发明的另一实施例的热交换循环***20的架构图，图2B绘示图2A的热交换循环***20的立体图。于本实施例中，热交换循环***20与图1A的热交换循环***10相似。然而，本实施例的热交换循环***20中，还包括一液体回流管路28。液体回流管路28连接第一通路211及第二通路221。位于第二通路221的液体是经由液体回流管路28流入第一通路211，以平衡第一通路211及第二通路221中的液体的含量。
举例而言，液体回流管路28包括收集管281、集液瓶282、液泵283、配送管284及剩液管285。收集管281将第二通路221的液体收集至集液瓶282中。利用液泵283将集液瓶282中的液体汲到配送管284中。配送管284中的液体会被配送至第一通路211中，而剩余的液体再经由剩液管285流回集液瓶282中。因此，第二通路221中多余的液体便能经由液体回流管路28补充至第一通路211中。
请参照图3A、图3B及图3C，图3A绘示本发明的另一实施例的热交换循环***30的架构图，图3B绘示图3A的热交换循环***30的立体图，图3C绘示图3B的热交换循环***30的俯视图。热交换循环***30包括一第一热交换器31、一第二热交换器32、一膨胀装置33、一压缩装置34及一第三热交换器35。第一热交换器31的内部具有一第一通路311及一负载管路312。第一通路311具有一第一入气口311a及一第一出气口311b。第二热交换器32的内部具有一第二通路321及一散热管路322。第二通路321具有一第二入气口321a及一第二出气口321b。第三热交换器35包括彼此热接触的一第三通路351及一第四通路352。第三通路351具有一第三入气口351a及一第三出气口351b。第四通路352具有一第四入气口352a及一第四出气口352b。膨胀装置33具有一膨胀管路331。压缩装置34具有一压缩管路341。压缩管路341连接第二入气口321a。第三通路351位于第一通路311及压缩装置34之间。第三入气口351a与第一出气口311b连接，第三出气口351b与压缩管路341连接，使压缩管路341经由第三通路与第一出气口311b连接。膨胀管路331连接第一入气口311a。第四通路352位于第二通路321及膨胀装置33之间。第四入气口352a与第二出气口321b连接，第四出气口352b与膨胀管路331连接，使膨胀管路331经由该第四通路352与第二出气口321b连接。
于本实施例中，第一通路311、第三通路351、压缩管路341、第二通路321、第四通路352及膨胀管路331构成一热交换回路。热交换回路供一流体流通于其中。流体包含一液体及一混合气体。液***于第一通路311、第二通路321、第三通路351及第四通路352之中。混合气体循环于热交换回路中。第一通路311与负载管路312彼此能交换彼此的热量，但其中的物质却不会彼此交换。第二通路321与散热管路322彼此能交换彼此的热量，但其中的物质却不会彼此交换。第三通路351与第四通路352彼此能交换彼此的热量，但其中的物质却不会彼此交换。
于本实施例中，热交换循环***30还包括一传动装置36。压缩装置34能与一马达342连接，且利用马达342压缩混合气体。传动装置36将混合气体流经膨胀装置33时所做的功传递至压缩装置34，以辅助压缩装置34压缩混合气体。
于本实施例中，负载管路312具有一负载入口312a及负载出口312b。散热管路322具有一散热入口322a及散热出口322b。使用者想要冷却的物质能从负载入口312a进入负载管路312并释放热量，再从负载出口312b离开负载管路312。想要升温的物质能从散热入口322a进入散热管路322并吸收热量，再从散热出口322b离开散热管路322。
于本实施例中，液体例如为液态水，混合气体例如为混合有水蒸气及空气的混合气体。混合气体于进入膨胀装置33之前为饱和水蒸气与空气的混合气体A3。混合气体A3于膨胀管路331中受膨胀装置33的作用而进行膨胀，成为混合气体B3，且混合气体B3的温度及气压皆小于混合气体A3。
当混合气体B3从第一入气口311a进入第一通路311后，会因第一通路311及负载管路312能交换彼此的热量，而使混合气体B3吸收负载管路312中想要冷却的物质中的热量。此外，于第一通路311中的液态水，亦能于吸收负载管路312中想要冷却的物质中的热量后，蒸发成水蒸气。因此，从第一出气口311b离开第一通路311的混合气体C3，会成为饱和水蒸气与空气的混合气体C3，且混合气体C3的温度大于混合气体B3。
当混合气体C3从第三入气口351a进入第三通路351后，会因第三通路351及第四通路352能交换彼此的热量，而使混合气体C3吸收第四通路352中混合气体及液态水的热量。此外，于第三通路351中的液态水，亦能于吸收第四通路352中混合气体及液态水的热量后，蒸发成水蒸气。因此，从第三出气口351b离开第三通路351的混合气体C3’会成为饱和水蒸气与空气的混合气体C3’，且混合气体C3’的温度大于混合气体C3。
混合气体C3’于压缩管路341中受压缩装置34的作用，而进行绝热压缩或近似绝热压缩。因此，离开压缩管路341的混合气体D3为不饱和水蒸气与空气的混合气体D3。然而，混合气体D3的温度及气压皆大于混合气体C3’。
当混合气体D3从第二入气口321a进入第二通路321后，会因第二通路321及散热管路322能交换彼此的热量，而使混合气体D3将其热量逸散至散热管路322中想要升温的物质中。此外，混合气体D3中的水蒸气，能于第二通路321中凝结为液态水，而进一步逸散混合气体D3中的热量。因此，从第二出气口321b离开第二通路321的混合气体A3’会成为饱和水蒸气与空气的混合气体A3’。
当混合气体A3’从第四入气口352a进入第四通路352后，会因第四通路352及第三通路351能交换彼此的热量，且因混合气体A3’的温度高于混合气体C3的温度，而使混合气体A3’会将热量释放至第三通路351中的混合气体及液态水。此外，混合气体A3’中的水蒸气，能于第四通路352中凝结为液态水，而进一步逸散混合气体A3’中的热量。因此，从第四出气口352b离开第四通路352的混合气体A3会成为饱和水蒸气与空气的混合气体A3，且混合气体A3的温度低于混合气体A3’。
于本实施例中，第一通路311及第三通路351中的液态水可由外界补充。第二通路321及第四通路352中的液态水能够排放至热交换循环***30之外，但不限于此。于本实施例中，第一热交换器31的构造与图1C中第一热交换器11的构造相同，故不再赘述。第二热交换器32的构造与图1C中第二热交换器12的构造相同，故不再赘述。
请参照图3D及图3E，图3D绘示图3C的第三热交换器35沿3D-3D线剖面的剖视示意简图，图3E绘示图3D的局部放大图。第三热交换器35为板式热交换器，由多片平板堆叠而成。平板之间形成供水蒸气与空气的混合气体及液态水L3、L4流动的多个热交换空间。由下而上算起的多个奇数热交换空间353形成图3A所示的第三通路351，由下而上算起的多个偶数热交换空间354形成图3A所示的第四通路352。混合气体C3能从第三入气口351a进入奇数热交换空间353中转换成混合气体C3’，再从第三出气口351b排出奇数热交换空间353。此外，于奇数热交换空间353中还有液态水L3流动于其中，于偶数热交换空间354中还有液态水L4流动于其中。混合气体A3’能从第四入气口352a进入偶数热交换空间354中，再从第四出气口352b排出偶数热交换空间354。
由于偶数热交换空间354中混合气体A3’及液态水L4的温度，高于奇数热交换空间353中混合气体C3及液态水L3的温度，混合气体A3’及液态水L4会将热量传递给于的混合气体C3及液态水L3，因而使混合气体A3’及液态水L4降温，且混合气体A3’中的水蒸气因逸散热量而凝结成液态水L4，剩余的混合气体因此形成混合气体A3。混合气体C3及液态水L3因接收到热量而升温，且液态水L3因接收到热量而蒸发成水蒸气并进入混合气体C3中，因此形成混合气体C3’。
所以，本发明能利用第三热交换器35，将进入膨胀装置33之前的混合气体A3的温度降得比混合气体A3’还低。藉此，能够使进入第一通路311的混合气体B3的温度更低，使混合气体B3与要冷却的物质之间的温差更大，而利于二者间的热交换。本发明还能利用第三热交换器35，将进入压缩装置34之前的混合气体C3’的温度升得比混合气体C3还高。藉此，能够使进入第二通路321的混合气体D3的温度更高，使混合气体D3与要升温的物质之间的温差更大，而利于二者间的热交换。
图3B中的热交换循环***30还包括多个多孔性热传材料37。如图3E所示，多孔性热传材料37设置于形成第三通路351的奇数热交换空间353中，以及设置于形成第四通路352的偶数热交换空间354中。多孔性热传材料37例如为金属泡棉，而能供混合气体A3、A3’、C3、C3’流通。另外，多孔性热传材料37亦提升蒸发面积，增进凝结效率与热交换能力。
请参照图4A及图4B所示，图4A绘示本发明的另一实施例的热交换循环***40的架构图，图4B绘示图4A的热交换循环***40的立体图。于本实施例中，热交换循环***40与图3A的热交换循环***30相似。然而，本实施例的热交换循环***40中，还包括一液体回流管路48。液体回流管路48连接第一通路411、第二通路421、第三通路451及第四通路452。位于第二通路421及第四通路452的液体经由液体回流管路48流入第一通路411及第三通路451，以平衡第一通路411、第二通路421、第三通路451及第四通路452中的液体的含量。
举例而言，液体回流管路48包括第一收集管481、第一集液瓶481a、第二收集管482、第二集液瓶482a、第一配送管483、第三集液瓶483a、第二配送管484、第四集液瓶484a、液泵485、分液瓶486及剩液管487。第一收集管481将第二通路421的液体收集至第一集液瓶481a中，第二收集管482将第四通路452的液体收集至第二集液瓶482a中。第一集液瓶481a中的液体及第二集液瓶482a中的液体会送至第三集液瓶483a中。利用液泵485将第三集液瓶483a中的液体汲到分液瓶486中。分液瓶486将液体分至第一配送管483及第二配送管484中。第一配送管483中的液体会被配送至第三通路451中，而剩余的液体会再流回第三集液瓶483a中。第二配送管484中的液体会被配送至第一通路411中，而剩余的液体会先流回第四集液瓶484a中，再经由剩液管487流回第三集液瓶483a中。因此，第二通路421及第四通路452中多余的液体便能经由液体回流管路48补充至第一通路411及第三通路451中。
请参照图5A、图5B及图5C，图5A绘示本发明的另一实施例的热交换循环***50的架构图，图5B绘示图5A的热交换循环***50的立体图，图5C绘示图5B的热交换循环***50的俯视图。热交换循环***50包括一第一热交换器51、一第二热交换器52、一膨胀装置53、一压缩装置54及一第三热交换器55。第一热交换器51的内部具有一第一通路511及一负载管路512。第二热交换器52的内部具有彼此热接触的一第二通路521、一第五通路525及一散热管路522。第三热交换器55包括彼此热接触的一第三通路551及一第四通路552。膨胀装置53具有一膨胀管路531。压缩装置54具有一压缩管路541。第一通路511、第三通路551、压缩管路541、第二通路521、第四通路552及膨胀管路531构成一热交换回路。第二通路521具有一第二入气口521a及一第二出气口521b。散热管路522具有一散热入口522a及一散热出口522b。
于本实施例中，热交换回路供一流体流通于其中。流体包含一液体及一混合气体。液***于第一通路511、第二通路521、第三通路551及第四通路552之中。热交换循环***50还包括一非挥发性溶质。非挥发性溶质溶解于第四通路552中的液体而形成一溶液。非挥发性溶质例如为食盐、溴化盐或其他盐类。混合气体循环于热交换回路中。第一通路511与负载管路512彼此能交换彼此的热量，但其中的物质却不会彼此交换。第二通路521、第五通路525与散热管路522彼此能交换彼此的热量，但其中的物质却不会彼此交换。第三通路551与第四通路552彼此能交换彼此的热量，但其中的物质却不会彼此交换。
于本实施例中，热交换循环***50还包括一传动装置56。压缩装置54能与一马达542连接，且利用马达542压缩混合气体。传动装置56将混合气体流经膨胀装置53时所做的功传递至压缩装置54，以辅助压缩装置54压缩混合气体。
于本实施例中，使用者想要冷却的物质能进入负载管路512释放热量，再离开负载管路512。想要升温的物质能进入散热管路522吸收热量，再离开散热管路522。
于本实施例中，液体例如为液态水，混合气体例如为混合有水蒸气及空气的混合气体。混合气体于进入膨胀装置53之前为不饱和水蒸气与空气的混合气体A5。混合气体A5的温度能为293K，气压为0.2大气压，相对湿度为百分之74。混合气体A5于膨胀管路531中受膨胀装置53的作用而进行膨胀，形成混合气体B5，且混合气体B5的温度及气压皆小于混合气体A5。混合气体B5的气压能为0.13大气压。
当混合气体B5从进入第一通路511后，会因第一通路511及负载管路512能交换彼此的热量，而使混合气体B5吸收负载管路512中想要冷却的物质中的热量。此外，于第一通路511中的液态水，亦能于吸收负载管路512中想要冷却的物质中的热量后，蒸发成水蒸气。因此，离开第一通路511的混合气体C5，会成为饱和水蒸气与空气的混合气体C5，且混合气体C5的温度大于混合气体B5。混合气体C5的温度能为293K，气压为0.13大气压，相对湿度为百分之百。
当混合气体C5进入第三通路551后，会因第三通路551及第四通路552能交换彼此的热量，而使混合气体C5吸收第四通路552中混合气体及液态水的热量。此外，于第三通路551中的液态水，亦能于吸收第四通路552中混合气体及液态水的热量后，蒸发成水蒸气。因此，离开第三通路551的混合气体C5’会成为饱和水蒸气与空气的混合气体C5’，且混合气体C5’的温度大于混合气体C5。混合气体C5’的温度能为313K，气压为0.13大气压，相对湿度为百分之百。
混合气体C5’于压缩管路541中受压缩装置54的作用，而进行绝热压缩或近似绝热压缩。因此，离开压缩管路541的混合气体D5为不饱和水蒸气与空气的混合气体。然而，混合气体D5的温度及气压皆大于混合气体C5’。混合气体D5的温度能为363K，气压为0.2大气压。
当混合气体D5进入第二通路521后，会因第二通路521及散热管路522能交换彼此的热量，而使混合气体D5将其热量逸散至散热管路522中想要升温的物质中。此外，混合气体D5中的水蒸气，能于第二通路521中凝结为液态水，而进一步逸散混合气体D5中的热量。因此，离开第二通路521的混合气体A5’会成为饱和水蒸气与空气的混合气体。
当混合气体A5’进入第四通路552后，会因第四通路552及第三通路551能交换彼此的热量，且因混合气体A5’的温度高于混合气体C5的温度，而使混合气体A5’会将热量释放至第三通路551中的混合气体及液态水。此外，混合气体A5’中的水蒸气，能于第四通路552中凝结为液态水，而进一步逸散混合气体A5’中的热量。然而，由于第四通路552中的液态水中溶解有非挥发性溶质，导致液态水较不易蒸发。因此，离开第四通路552的混合气体A5会成为不饱和水蒸气与空气的混合气体A5，且混合气体A5的温度低于混合气体A5’。
本实施例的热交换循环***50还包括一浓缩回流管路59及一液体回流管路58。浓缩回流管路59连接第四通路552及第五通路525。第四通路552中的溶液经由浓缩回流管路59流至第五通路525，并于第五通路525中蒸馏出部分液态水而浓缩后，经浓缩的溶液会再流回至第四通路552。于本实施例中，第四通路552中的溶液浓度，会因为混合气体A5’中的水蒸气于第四通路552中凝结为液态水，而愈来愈稀薄。但第四通路552中的溶液能经过浓缩回流管路59而流至第五通路525进行浓缩，于之后再流回至第四通路552，以稳定第四通路552中溶液的浓度。
于本实施例中，液体回流管路58连接第一通路511、第二通路521、第三通路551及第五通路525。位于第二通路521中的液态水及第五通路525所蒸馏出的液态水，经由液体回流管路58流入第一通路511及第三通路551，以平衡第一通路511、第二通路521、第三通路551及第五通路525中的液体的含量。
举例而言，液体回流管路58包括第一收集管581、第一集液瓶581a、第二收集管582、第二集液瓶582a、第一配送管583、第三集液瓶583a、第二配送管584、第四集液瓶584a、第一液泵585a、第二液泵585b、第三液泵585c、第一分液瓶586a、第二分液瓶586b、第三分液瓶586c、第三收集管587、第三配送管588a、第四配送管588b、第四收集管589、第五集液瓶589a及剩液管580。
第一收集管581将第二通路521的液态水收集至第一集液瓶581a中，第三收集管587也将第五通路525所蒸馏出的液态水收集至第一集液瓶581a中，再一并送至第三集液瓶583a中。利用第一液泵585a将第三集液瓶583a中的液态水汲到第一分液瓶586a中。第一分液瓶586a将液态水分至第一配送管583及第二配送管584中。第一配送管583中的液态水会被配送至第三通路551中，而剩余的液态水会再流回第三集液瓶583a中。第二配送管584中的液态水会被配送至第一通路511中，而剩余的液态水会先流回第四集液瓶584a中，再经由剩液管580流回第三集液瓶583a中。因此，第二通路521中多余的液态水及第五通路525中所蒸馏出的液态水，便能经由液体回流管路58补充至第一通路511及第三通路551中。
第四通路552中被稀释的溶液，会经由第二收集管582收集至第二集液瓶582a中，再经由第二液泵585b将被稀释的溶液汲到第二分液瓶586b中。第二分液瓶586b将被稀释的溶液分至第三配送管588a中。第三配送管588a中的被稀释的溶液会被配送至第五通路525中进行浓缩。第四收集管589会将第五通路525中被浓缩的溶液送至第五集液瓶589a中，再经由第三液泵585c将被浓缩的溶液汲到第三分液瓶586c中。第三分液瓶586c将被浓缩的溶液分至第四配送管588b中。第四配送管588b中的被浓缩的溶液会被配送回第四通路552中，以稳定第四通路552中的溶液的浓度。
于本实施例中，第一热交换器51的构造与第1C图中第一热交换器11的构造相同，故不再赘述。第三热交换器55的构造与第3C图中第三热交换器35的构造相同，故不再赘述。
请参照图5D，绘示图5C的第二热交换器52沿5D-5D线剖面的剖视示意简图。第二热交换器52为板式热交换器，由多片平板堆叠而成。平板之间形成供水蒸气与空气的混合气体、液态水及溶液流动的多个热交换空间。由下而上算起的多个除以4余1的热交换空间523，形成图5A所示的散热管路522。由下而上算起的多个除以4余2的热交换空间524，形成图5A所示的第二通路521。由下而上算起的多个除以4余3的热交换空间525a与第三配送管588a及第四收集管589相连通，由下而上算起的多个除以4整除的热交换空间525b与第三收集管587相连通，而使热交换空间525a与热交换空间525b形成第5A图所示的第五通路525。其中，热交换空间525a及热交换空间525b之间由贯通孔525c连通。混合气体D5能从第二入气口521a进入热交换空间524中转换成混合气体A5’，再从第二出气口521b排出热交换空间524。此外，于热交换空间524中还有液态水流动于其中。要升温的物质能从散热入口522a进入热交换空间523中，再从散热出口522b排出热交换空间523。被稀释的溶液从第三配送管588a送至热交换空间525a。被浓缩的溶液从热交换空间525a流至第四收集管589。
由于热交换空间523中要升温的物质的温度，以及热交换空间525a中被稀释的溶液温度，皆低于热交换空间524中混合气体D5及液态水的温度，混合气体D5及液态水会将热量传递给要升温的物质及被稀释的溶液，因而使要升温的物质及被稀释的溶液升温。被稀释的溶液升温后蒸馏出水蒸气，且此水蒸气经过贯通孔525c流至热交换空间525b。流至热交换空间525b的水蒸气因相邻的热交换空间523的温度仍低，而使得热交换空间525b的水蒸气会凝结成液态水，再经由第三收集管587收集至第一集液瓶581a中。于热交换空间525a中的溶液则因其中的水蒸气被蒸馏而浓缩，被浓缩的溶液再经由第四收集管589收集至第五集液瓶589a中。
于热交换空间524中，混合气体D5因逸散热量而降温，且混合气体D5中的水蒸气因逸散热量而凝结成液态水，剩余的混合气体因此形成混合气体A5’。液态水会经由第一收集管581收集至第一集液瓶581a中。
综上所述，本发明的热交换循环***，能利用气体膨胀时会降温的特性，使通过第一通路之前的气体温度较低，以利气体于第一通路中吸热。利用气体在绝热压缩时会升温，使通过第二通路之前的气体温度较高，以利气体于第二通路中放热。另外，还利用液体在蒸发为气体时会吸热的特性，以利液体于第一通路中蒸发吸热。利用气体在凝结为液体时会放热的特性，以利气体于第二通路中凝结放热。利用上述的特性，提升热交换循环***的热传效果。再者，利用第三热交换器，拉大进入第一通路的混合气体与要冷却的物质之间的温差，且拉大进入第二通路的混合气体与要升温的物质之间的温差，而利于热交换。此外，还利用非挥发性溶质溶于液体中，会使溶液蒸发出的蒸气较少的性质，使进入膨胀装置的前的混合气体具有较少的蒸气，以利第一通路中液体吸收蒸发热而蒸发至混合气体中，而达到提升热交换效率的效果。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种热交换循环***，其特征在于，包括：
一第一热交换器，内部具有一第一通路，该第一通路具有一第一入气口及一第一出气口；
一第二热交换器，内部具有一第二通路，该第二通路具有一第二入气口及一第二出气口；
一膨胀装置，具有一膨胀管路，连接该第二出气口及该第一入气口；以及
一压缩装置，具有一压缩管路，连接该第一出气口及该第二入气口；
其中，该第一通路、该压缩管路、该第二通路及该膨胀管路构成一热交换回路，该热交换回路供一流体流通于其中，该流体包含一液体及一混合气体，该液***于该第一通路及该第二通路之中，该混合气体循环于该热交换回路中。
2.根据权利要求1所述的热交换循环***，其特征在于，该第一热交换器为板式热交换器，供该第一通路及一负载管路热交换。
3.根据权利要求2所述的热交换循环***，其特征在于，该第一热交换器包括彼此堆叠的多个平板，该些平板之间形成多个热交换空间，该些热交换空间的该些奇数热交换空间形成该第一通路及该负载管路的其中之一，该些热交换空间的该些偶数热交换空间形成该第一通路及该负载管路的另一。
4.根据权利要求1所述的热交换循环***，其特征在于，该第二热交换器为板式热交换器，供该第二通路及一散热管路热交换。
5.根据权利要求4所述的热交换循环***，其特征在于，该第二热交换器包括彼此堆叠的多个平板，该些平板之间形成多个热交换空间，该些热交换空间的该些奇数热交换空间形成该第二通路及该散热管路的其特征在于，一者，该些热交换空间的该些偶数热交换空间形成该第二通路及该散热管路的另一。
6.根据权利要求1所述的热交换循环***，其特征在于，还包括一液体回流管路，该液体回流管路连接该第一通路及该第二通路，位于该第二通路的该液体是经由该液体回流管路流入该第一通路，以平衡该第一通路及该第二通路中的该液体的含量。
7.根据权利要求1所述的热交换循环***，其特征在于，还包括一第三热交换器，该第三热交换器包括彼此热接触的一第三通路及一第四通路，该第三通路具有一第三入气口及一第三出气口，该第四通路具有一第四入气口及一第四出气口，该第三通路位于该第一通路及该压缩装置的间，该第三入气口与该第一出气口连接，该第三出气口与该压缩管路连接，该第四通路位于该第二通路及该膨胀装置之间，该第四入气口与该第二出气口连接，该第四出气口与该膨胀管路连接，该液体还位于该第三通路及该第四通路的中。
8.根据权利要求7所述的热交换循环***，其特征在于，该第三热交换器为板式热交换器，供该第三通路及该第四通路热交换。
9.根据权利要求8所述的热交换循环***，其特征在于，该第三热交换器包括彼此堆叠的多个平板，该些平板之间形成多个热交换空间，该些热交换空间的该些奇数热交换空间形成该第三通路及该第四通路的其中之一，该些热交换空间的该些偶数热交换空间形成该第三通路及该第四通路的另一。
10.根据权利要求7所述的热交换循环***，其特征在于，该第一通路、该第二通路、该第三通路及该第四通路由一液体回流管路连接，位于该第二通路及该第四通路中的该液体，是经由该液体回流管路流入该第一通路及该第三通路。
11.根据权利要求7所述的热交换循环***，其特征在于，还包括一非挥发性溶质，该非挥发性溶质溶解于该第四通路中的该液体而形成一溶液。
12.根据权利要求11所述的热交换循环***，其特征在于，该非挥发性溶质由盐类构成。
13.根据权利要求12所述的热交换循环***，其特征在于，该盐类为食盐或溴化盐。
14.根据权利要求11所述的热交换循环***，其特征在于，该第二热交换器还包括热接触于该第二通路的一第五通路，该热交换循环***还包括：
一浓缩回流管路，连接该第四通路及该第五通路，该溶液经由该浓缩回流管路于该第五通路蒸馏出部分该液体再流回至该第四通路；以及
一液体回流管路，连接该第一通路、该第二通路、该第三通路及该第五通路，位于该第二通路中的该液体及该第五通路所蒸馏出的该液体，系经由该液体回流管路流入该第一通路及该第三通路。
15.根据权利要求14所述的热交换循环***，其特征在于，该第二热交换器为板式热交换器，供该第二通路、第五通路及一散热管路热交换。
16.根据权利要求15所述的热交换循环***，其特征在于，该第二热交换器包括彼此堆叠的多个平板，该些平板之间形成多个热交换空间，每四个热交换空间的其中一个该热交换空间形成该散热管路，其中另外二个该热交换空间形成该第五通路，另一个该热交换空间形成该第二通路，形成该第五通路的二个该热交换空间彼此相邻，形成该第五通路的二个该热交换空间的其中的一个热交换空间承载该溶液，形成该第五通路的二个该热交换空间的其中另一个热交换空间承载从该溶液所蒸馏出的该液体，形成该第二通路的该热交换空间相邻于承载该溶液的该热交换空间，形成该散热管路的该热交换空间相邻于承载该溶液所蒸馏出的该液体的该热交换空间。
17.根据权利要求1所述的热交换循环***，其特征在于，该液体为液态水，该混合气体混合有水蒸气及空气。
18.根据权利要求1所述的热交换循环***，其特征在于，还包括多个多孔性热传材料，分别设置于该第一通路及该第二通路中。
19.根据权利要求18所述的热交换循环***，其特征在于，该多孔性热传材料为金属泡棉。
20.根据权利要求1所述的热交换循环***，其特征在于，该热交换循环***还包括一传动装置，该膨胀装置还包括一扇叶，该扇叶设置于该膨胀管路中，该传动装置连接该扇叶的轴心与该压缩装置，以将该混合气体流经该扇叶时所做的功传递至该压缩装置。
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