生物機電之閉迴路循環觀點 方煒 台大生機系教授.

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1 生物機電之閉迴路循環觀點 方煒 台大生機系教授

2 生態上的 閉迴路循環

3 水循環 碳循環

4 氮循環 磷循環

5 海洋環流

6 龍捲風 （乾冷＋濕熱)

7

8 熱力學領域的 閉迴路循環

9 氣体動力循環 蒸汽動力循環 冷凍空調循環

10 Air-standard Brayton Cycle
氣體動力循環 摘自Moran and Shapiro, 2004

11 Ideal Rankine Cycle 蒸汽動力循環 摘自Moran and Shapiro, 2004

12 Ideal Carnot Cycle 冷凍空調循環 Process 1-2為濕壓縮 Wet Compression
摘自Moran and Shapiro, 2004

13 冷凍空調循環 T C ‘ 1 2 等熵 2 3 等压 3 4 3 4’ 等焓 4 1 高壓側 低壓側 W12 W34 輪機 壓縮机
Process 1-2為乾壓縮 Dry Compression 摘自Moran and Shapiro, 2004

14 冷凍空調系統 C Hot air 高壓高溫氣態 高壓低溫液態 Condenser 冷凝器/熱排 膨脹閥 蒸發器/冷排 壓縮機
EV 膨脹閥 蒸發器/冷排 壓縮機 Capillary tube Evaporator 毛细管 低壓低溫液態 低壓高溫氣態 Cold air

15 熱氣出口

16 血液循環

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18

19 心臟 double pump ？ 體循環/大循環 肺循環/小循環

20 Heart beat begins with an electrical impulse from the SA (sinoatrial) node
SA node 竇房結 仍然是單一動力源 AV node 房室結

21 血管為什麼要有舒張壓 血液循環 冷凍空調 血管缺乏舒張壓就没有彈性位能，血管與器官都會扁掉
冷媒管缺乏低壓側壓力，大氣壓力與壓縮機的負壓會把冷媒管壓扁 收縮壓 (血液擠向動脈) 動態調配血液的力量 高壓側壓力 舒張壓 (血液由動脈流出) 保持血管彈性的力量 低壓側壓力 讓冷媒流回壓縮機的力量

22 心臟之體循環(大循環) vs.高壓側 氣態冷媒進入壓縮機至排出 充氧血液經壓縮由左心室至左心房，在左心房經壓縮排出，
通過主昇動脈泵入體内上中下三區，供應主要器官氧氣之後成為缺氧血液 經過微血管，進入靜脈，流回心臟的右心室 氣態冷媒進入壓縮機至排出 冷媒在熱排散熱，冷凝成為液態冷媒

23 心臟之肺循環(小循環) vs.低壓側 在熱排末端儲液器內的液態冷媒進入膨脹閥 冷媒經膨脹，降壓，在冷排吸熱，汽化，成為低壓氣態冷媒
經由回流冷媒管回到壓縮機 在右心房經壓縮排出的缺氧血液通过直径擴大的肺動脈泵入肺中，肺内容積大幅加大，血液喷入 血液在肺泡内進行氣體交換，排出二氧化碳，吸進氧氣，使血液恢復成為充氧血液 通過肺靜脈回到左心室

24 血液循環理論應用於冷凍空調系統的研發 高血壓 壓縮機高負荷 低壓側冷排中冷媒吸熱不足，液態冷媒被液氣分離裝置留住，進入壓縮機的氣態冷媒量不足
高舒張壓：肺功能不足造成血液含氧量不足 高收縮壓：動脈硬化或阻塞造成血液循環差，供血量不足 造成器官缺氧 心臟加速動作，形成高血壓 低壓側冷排中冷媒吸熱不足，液態冷媒被液氣分離裝置留住，進入壓縮機的氣態冷媒量不足 高壓側熱排中散熱過度，液態冷媒多，造成壓損大 壓縮機負荷大，過熱，停機

25 血液循環理論應用於冷凍空調系統的研發 分液器：位於低壓側，避免氣態冷媒進入膨脹閥 二尖瓣：位於左心室與左心房之間，防止體循環之血液逆流
三尖瓣：位於右心室與右心房之間，防止肺循環之血液逆流 分液器：位於低壓側，避免氣態冷媒進入膨脹閥 儲液器：位於高壓側，避免液態冷媒進入壓縮機

26 右心室 熱氣出口 三尖瓣 右心房 動脈 靜脈 身體 右肺動脈 左心房 左肺動脈 二尖瓣 肺臟 左心室

27 血液循環與「氣」 氣聚膻中 膻中(主昇動脈轉彎處) 血液循環中動能只占總能量的2% 98%能量在膻中(主昇動脈轉彎處)轉為彈性位能
血管缺乏彈性位能，就没有舒張壓，血管與器官都會扁掉 王唯工，2004

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29 身體主要器官依胚胎形成發育順序 五臟 六腑 心臟(0) 1.2 Hz 肝臟(1) 1.2 胃(5) 6.0 Hz 腎臟(2) 2.4
脾臟(3) 3.6 肺臟(4) 4.8 六腑 胃(5) Hz 膽(6) 膀胱(7) 大腸(8) 三焦經(9) 10.8 小腸(10) 12.0

30 經絡演化論與共振諧波的發展 加上 心經、心包經 為12 正經 正經 肝經 腎經 脾經 肺經 胃經 膽經 含三陽脈、三陰脈， 手、足具足
共十二經脈。 膽經 膀胱經 大腸經 三焦經 小腸經

31 太極？ 冷凍空調循環 的太極觀點

32 太極 兩儀 四象 循環(cycle)就是一個畫圓的動作 太極者，無極而生，陰陽之母也 陰 陽 少陰 太陰 太陽 少陽 高壓高溫區 低壓低溫區
陰氣減弱 太陰 陰氣旺盛 太陽 陽氣旺盛 少陽 陽氣減弱 低壓低溫區 高壓高溫區 壓縮機 太極 氣態區 蒸發器 冷排 冷凝器 熱排 液態區 太陽 少陽 太陰 少陰 陰 陽 兩儀 四象 膨脹閥 循環(cycle)就是一個畫圓的動作

33 厥陰 少陰 太陰 太陽 少陽 陽明 陽氣旺盛 陰氣發展之最後階段 陽氣減弱 位置在太陰與少陰之裡面，故有厥陰為合之稱。
陰氣減弱 少陰為樞 太陰 陰氣旺盛 太陰為開 壓縮機 太陽 陽氣旺盛 少陽 陽氣減弱 太陽與陽明兩經之樞紐。 陽明 陽氣發展之最後階段 陽明者為兩陽合明之簡稱 位置在太陽與少陽之裡面，故有陽明為合之稱。 膨脹閥

34 太極觀點的冷凍空調循環 四象生八卦 低壓低溫區 高壓高溫區 厥陰 少陰 太陽 太陰 少陽 陽明 氣態區 液態區 壓縮機 壓縮機 第二段蒸發器
冷排 第一段冷凝器 熱排 少陰 太陽 四象生八卦 第一段蒸發器 冷排 第二段冷凝器 熱排 太陰 少陽 液態區 膨脹閥 膨脹閥 陽明

35 冷媒 八卦觀點的冷凍空調循環 氣態 高壓(高溫) 低壓(低溫) 液態 太極者，無極而生，陰陽之母也 太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦
兩段加壓 冷媒 氣態 高壓(高溫) 低壓(低溫) 液態 壓縮機加壓 熱排散熱 兩段熱排 冷排吸熱 膨脹閥減壓 兩段膨脹 兩段吸熱 太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦

36 大循環：ㄧ個壓縮機，兩個凝結器(熱排) 充氧血供應身體各區器官的氧氣 太陽 少陽 2000，左

37 小循環：ㄧ個壓縮機 兩個蒸發器(冷排) 太陰 少陰 ㄧ顆心臟兩片肺 ㄧ對二分離式冷氣

38 多ㄧ顆心臟 加強肺循環 一元串聯式 厥陰 兩顆心臟各自分工 Cycle B Cycle A以肺循環為主 Cycle B以體循環為主

39 多ㄧ顆心臟 加強肺循環 厥陰 s 含中間冷却的一元串聯式 Cycle B Cycle A 兩顆心臟各自分工 Cycle A以肺循環為主

40 多ㄧ顆心臟 加強體循環 厥陰

41 陽明 二次膨脹：毛細管與膨脹閥串聯 熱排 2001，左

42 陽明 二次膨脹：兩個熱排之間增加ㄧ次膨脹 p 第一段散热 第二段散热 二次膨脹 h 2000, 2001 方 & 蕭

43 壓縮機 膻中 膨脹閥 命門

44 任脈 督脈

45 太極理念應用於冷凍空調系統的研發 氣聚膻中 膻中 由脊分左右 由腰分上下 壓縮機 膨脹閥 熱排 冷排 命門 虚以積氣

46 太極理念應用於冷凍空調系統的研發 一般的外家拳「求快用力」 太極拳則講求「柔緩鬆靜」 「用意不用力」 「隨意不隨力」

47 不鬆 現階段冷凍空調系統的缺點 太極拳提供改善的訣竅 啟動電流大，運轉電流大 壓縮機經常性全額負載或過負載 壓縮機經常性過熱，使用壽命短
練拳首先要鬆，鬆胯，鬆命門 身鬆則身虚，虚以積氣 太極拳提供改善的訣竅

48 命門穴

49 太極理念應用於冷凍空調系統的研發 有招拆招是反應 無招化招是順應 太極本自然 順應柳隨風

50 太極理念應用於冷凍空調系統的研發 借力使力 蓄勁待發 動中求静，動静配合 以大事小 以小搏大 (四兩撥千斤) 沾粘連隨，敷蓋對吞

51 太極理念應用於冷凍空調系統的研發 借力使力：機由己發，力從人借 熱排後段與冷排後段結合 熱排前段與冷排前段結合 加强散熱與吸熱利用
預冷與預熱

52 P-h Diagram 熱排後段與冷排後段結合 預先散热 預先吸熱 熱排前段與冷排前段結合

53 熱排後段與冷排後段結合 允许兩端各取所需 左侧可視為熱排散热之延續或加强 右侧可視為冷排吸熱之延續或加强 新增一個 熱交换器 (機由己發)

54 機由己發：熱排後段加在冷排下方 d 冷凝器/熱排 a’’ 蒸發器/冷排 a’’ b’ d’ 壓縮機 膨脹閥 e’

55 機由己發：熱排後段加在冷排下方 C C 冷排 冷排 熱排 熱排 2000，左

56 開發的HTU熱冰水雙效系統

57 超高温(HTU)熱冰水雙效機 新水 冷水槽 P 消耗 板式熱 交換器 冷排侧 C 热排侧 板式熱 P 交換器 新水 P HTU 熱水槽 溫水
回流冷水 TC=12oC 板式熱 交換器 冷排侧 C 热排侧 板式熱 P 交換器 回流熱水TH=88 oC 新水 P HTU 熱水槽 溫水 消耗

58 HTU主機與傳統熱泵性能比較 HTU雙效主機 一般熱泵 熱水溫度可達80oC以上，有用熱高，節能效益佳
起動電流僅為運轉電流之2.6倍以內，壓縮機壽命長 起動電流為運轉電流之6~15倍 可同時提供7oC以下冰水及80oC以上高溫熱水 無法同時提供7oC以下冰水 如環境超過40oC以上，仍可以正常長時間運轉，不致當機 如環境超過40oC以上，容易當機，長時間運轉，可能導致機組燒燬

59 HTU主機的啟動電流/運轉電流 AA & WW型 KHT 15AA 25AA 50WW 75WW 100WW 150WW 100AW 啟動電流 21 35 48 67 86 125 103 運轉電流 8 13 19 26 33 41 倍數 2.63 2.69 2.53 2.58 2.60 2.51 WW型 KHT 300 400 500 600 800 1000 1200 啟動電流 124 166 208 278 380 480 580 運轉電流 47 63 79 105 144 182 220 倍數 2.64 2.63 2.65 工研院測試報告

60 其他廠牌 RAM-50BJ MA720B YOC-10A AU-D36 HC-632 MA3810BR RZP1250TAL 啟動電流 25 35 32 30 72 85 24.3 運轉電流 2.8 3.4 4.75 6.4 12.2 16.5 8 倍數 8.9 10.3 6.74 4.69 5.9 5.15 3.04 各公司型錄

61 台灣某公司引進韓國熱泵單效機 88 7 UT-30 UT-60 UT-120 UT-240 製熱量 55 oC 55 15 oC 15
型號 UT-30 UT-60 UT-120 UT-240 製熱量 26000 BTU/hr (7.6 kW) 59000 (17.28kW) (34.56 kW) (64.43 kW) 最高製水溫度 55 oC 55 最低環境溫度 15 oC 15 消耗電量 2.6 kW 6.1 12.1 21.4 PF 2.92 2.83 2.85 3.01 KHT- 50WW 88 7 公司型錄

62 開發的HTU 地源熱泵系統

63 結論

64 回顧 生態上的循環 熱力學上的循環 太極 經絡 血液循環

65 血液循環與太極 是遠比冷凍空調循環先進的閉迴路循環

66 研究冷凍空調循環要了解血液循環 由最簡單的生物開始

67 研究冷凍空調循環要了解血液循環 由了解中、西醫 如何治療高、低血壓， 如何治療心臟病開始

68 研究冷凍空調循環 也要讀讀太極拳譜

69 謝謝聆聽 敬請指教