CN104329832B - 热交换装置及具有该热交换装置的半导体冰箱 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热交换装置及具有该热交换装置的半导体冰箱。本发明的热交换装置，包括：箱体，限定有用于容装制冷剂的内部腔室；其中，所述箱体包括周向封闭侧壁以及连接在所述周向封闭侧壁上端的上端盖和所述周向封闭侧壁的下端的下端盖，以共同限定出容装制冷剂的所述内部腔室；所述内部腔室设置有多个相互间隔开的第一隔板，每个所述第一隔板的上端与所述上端盖的内壁之间，以及每个所述第一隔板的下端与所述下端盖的内壁之间均具有间隙。本发明通过在箱体的前向侧壁与后向侧壁之间连接有多个相互间隔开且与左向侧壁或右向侧壁平行的第一隔板，能够较大地增加箱体内部腔室中制冷剂的换热面积，从而提高传热效率。
Description
技术领域
本发明涉及制冷设备，特别是涉及一种热交换装置及具有该热交换装置的半导体冰箱。
背景技术
现有技术半导体冰箱的热交换装置可包括制冷剂箱和与其连通的制冷剂管路，制冷剂管路通过制冷剂箱与半导体制冷片的热端相贴合。工作时制冷剂箱吸收热源的热量，使其内的液态制冷剂吸热蒸发，通过制冷剂管路与制冷剂箱内部相通的制冷剂进出口，沿着制冷剂管路进行热量传递，随之与周围环境对流换热，管内气态制冷剂换热冷凝成液态，利用自身重力沿制冷剂管路回流到制冷剂箱中，完成一次循环，并不停重复此循环过程。
现有半导体冰箱的热交换装置的热交换效率不够理想，限制了半导体冰箱的广泛使用。此外，由于热交换装置在工作时，制冷剂箱内部通常为高压状态，对热交换装置的制冷剂箱的机械强度有一定的要求。
发明内容
本发明的一个目的旨在克服现有技术热交换装置的至少一个缺陷，提供一种热交换效率高的热交换装置。本发明一个进一步的目的是要使得热交换装置的制冷剂箱机械强度高。本发明另一个的目的是提供一种利用该热交换装置进行热交换的制冷效率高的半导体冰箱。
一方面，本发明提供了一种热交换装置，包括：
箱体，限定有用于容装制冷剂的内部腔室；
其中，所述箱体包括周向封闭侧壁以及连接在所述周向封闭侧壁上端的上端盖和所述周向封闭侧壁的下端的下端盖，以共同限定出容装制冷剂的所述内部腔室；所述内部腔室设置有多个相互间隔开的第一隔板，每个所述第一隔板的上端与所述上端盖的内壁之间，以及每个所述第一隔板的下端与所述下端盖的内壁之间均具有间隙。
进一步地，所述周向封闭侧壁可包括沿所述箱体的中央竖直轴线从上往下观察沿逆时针方式依次连接的且均处于各自的竖直平面内的前向侧壁、右向侧壁、与所述前向侧壁平行相对的后向侧壁以及与所述右向侧壁平行相对的左向侧壁；
所述第一隔板连接在所述前向侧壁与所述后向侧壁之间或者连接在所述左向侧壁与所述右向侧壁之间，且与所述周向封闭侧壁中另两个相对的侧壁平行。
进一步地，每个所述第一隔板的两侧表面上可形成有多条沿竖直方向延伸的凸形或凹形纹理。
进一步地，所述周向封闭的至少部分内壁表面上可形成有多条沿竖直方向延伸的凸形或凹形纹理。
进一步地，所述周向封闭侧壁中与所述第一隔板平行的相对侧壁之间连接有一个或多个相互间隔开，且与所述第一隔板垂直的第二隔板。
进一步地，所述热交换装置还可包括第一制冷剂管路，与所述箱体的内部腔室连通。
进一步地，所述热交换装置还可包括第一连接管和第二连接管，所述第一制冷剂管路的第一端通过所述第一连接管与所述箱体的内部腔室连通；
所述第一制冷剂管路从其第一端弯折延伸，终结于其形成为开口端的第二端；
所述第一制冷剂管路的第二端经由所述第二连接管与所述箱体的内部腔室连通。
进一步地，所述热交换装置还可包括第一连接管，第二连接管以及第二制冷剂管路，
所述第一制冷剂管路和第二制冷剂管路的第一端分别通过所述第一连接管和所述第二连接管与所述箱体的内部腔室连通；
所述第一制冷剂管路和第二制冷剂管路分别从其第一端弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。
进一步地，所述上端盖和下端盖可具有凹腔，所述第一连接管垂直插入所述上端盖的凹腔中，第二连接管水平插入所述下端盖的凹腔中。
进一步地，所述上端盖可具有凹腔，所述第一连接管和所述第二连接管分别倾斜向下插入所述上端盖的凹腔中；或
所述下端盖可具有凹腔，所述第一连接管和所述第二连接管分别倾斜向上插入所述下端盖的凹腔中。
进一步地，所述周向封闭侧壁上端的端口可具有台阶面，所述上端盖气密密封地插入到所述周向封闭侧壁上端的端口处，所述上端盖的端面与所述台阶面抵靠接触。
进一步地，所述箱体的后向侧壁可向左右两侧分别延伸出一个安装凸缘，每个所述安装凸缘上可设有一个或多个安装孔。
另一方面，本发明还提供了一种半导体冰箱，包括：
前述的的任一种热交换装置，所述热交换装置的箱体与所述半导体冰箱的半导体制冷片的冷端或热端热连接，以至少通过所述第一制冷剂管路将来自所述半导体制冷片的冷端的冷量直接或间接地传至所述半导体冰箱的储物间室中，或者将来自所述半导体制冷片的热端的热量直接或间接地散发到周围环境中。
本发明通过在箱体的前向侧壁与后向侧壁之间连接有多个相互间隔开且与左向侧壁或右向侧壁平行的第一隔板，能够较大地增加箱体内部腔室中制冷剂的换热面积，有利用冷量/热量的传递，提高了热交换装置的传热效率，进而使得利用该热交换装置进行制冷的半导体冰箱的制冷效率高。
此外，在箱体内部腔室中设置第一隔板有利于提高箱体的机械强度，使箱体可在其内部高压的工作状态下具有较长的使用寿命。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的热交换装置的示意性爆炸图；
图2是图1所示的热交换装置中的箱体的示意性俯视图；
图3是图2中虚线框内部区域的示意性局部放大视图；
图4是图1所示的热交换装置中的箱体的示意性左视图；
图5是根据本发明一个实施例的热交换装置的示意性结构图；
图6是根据本发明一个实施例的热交换装置的示意性结构图；
图7是根据本发明一个实施例的热交换装置的示意性结构图；
图8是根据本发明一个实施例的热交换装置的示意性结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
图1是根据本发明一个实施例的热交换装置的示意性结构图。本发明的热交换装置100一般性地可包括箱体110，其限定有用于容装制冷剂的内部腔室。箱体110包括周向封闭侧壁以及连接在所述周向封闭侧壁上端的上端盖111和所述周向封闭侧壁的下端的下端盖112，以共同限定出容装制冷剂的所述内部腔室。所述内部腔室设置有多个相互间隔开的第一隔板117。每个第一隔板117的上端与上端盖111的内壁之间，以及每个第一隔板117的下端与下端盖112的内壁之间均具有间隙。
在本发明的一些实施例中，如图2所示，所述周向封闭侧壁包括沿箱体110的中央竖直轴线从上往下观察沿逆时针方式依次连接的且均处于各自的竖直平面内的前向侧壁213、右向侧壁214、与前向侧壁213平行相对的后向侧壁215以及与右向侧壁214平行相对的左向侧壁216。第一隔板217连接在前向侧壁213与后向侧壁214之间，并且与左向侧壁216或右向侧壁214平行。在一个替代性的实施例中，第一隔板也可以连接在左向侧壁与右向侧壁之间，并且与前向侧壁或后向侧壁平行。
在一个实施例中，箱体210的所述周向封闭侧壁可为扁平长方体状，其相对设置的前向侧壁213与后向侧壁215的面积大于其他面的面积，且前向侧壁213的外表面用作与冷源或热源（例如半导体冰箱中的半导体制冷片的冷端或热端）接触贴靠的换热面。在一个实施例中，箱体210的后向侧壁215向左右两侧分别延伸出一个安装凸缘218（也可参见图1中的安装凸缘118），每个安装凸缘218上设有一个或多个安装孔（可参见图1中的安装孔119），以便利用紧固件将箱体210安装固定到冷源或热源。
在优选的实施例中，如图3所示，每个第一隔板317的两侧表面上形成有多条沿竖直方向延伸的凸形或凹形纹理。在进一步的实施例中，周向封闭侧壁的至少部分内壁表面上形成有多条沿竖直方向延伸的凸形或凹形纹理。例如在图3所示的实施例中，左向侧壁和右向侧壁314的相对面上形成有多条沿竖直方向延伸的凸形或凹形纹理。通过设置凸形或凹形纹理，可有效增加换热面积，提高换热效率。在一个未示出的实施例中，为了进一步增加换热面积以及增强箱体的机械强度，周向封闭侧壁中与第一隔板平行的相对侧壁之间连接有一个或多个相互间隔开，且与所述第一隔板垂直的第二隔板。每个第二隔板的上端与上端盖的内壁之间，以及每个第二隔板的下端与下端盖的内壁之间均具有间隙。
图4示出本发明一个实施例中的箱体的内部示意图。如图4所示，箱体410的周向封闭侧壁上端的端口483具有台阶面，上端盖411具有凹腔481，上端盖411围成凹腔481的侧壁气密密封地插入到箱体410的周向封闭侧壁上端的端口483处，上端盖411的侧壁的端面与周向封闭侧壁上端端口483处的台阶面抵靠接触。在进一步的实施例中，箱体410的周向封闭侧壁下端的端口也具有台阶面，下端盖412具有凹腔482，下端盖412围成凹腔482的侧壁气密密封地插入到箱体410的周向封闭侧壁下端的端口处，下端盖412的侧壁的端面与箱体410的周向封闭侧壁下端端口处的台阶面抵靠接触。在下端盖412的侧壁上，设有供连接管插入凹腔482的开孔441。从图4也可以看出，每个第一隔板417的上端与上端盖411的内壁之间，以及每个第一隔板417的下端与下端盖412的内壁之间均具有间隙。
在一些实施例中，本发明的热交换装置还可包括制冷剂管路，与箱体的内部腔室连通。本实施例的热交换装置工作时，箱体内部填充气液两相共存的制冷剂。当箱体与热源或冷源相接触换热时，制冷剂在箱体和制冷剂管路中通过发生气液相变进行热传导。箱体和制冷剂管路中灌注的制冷剂可为二氧化碳或其他制冷工质，且制冷剂的灌注量可以由通过试验测试得出。制冷剂管路可以选用铜管、不锈钢管、铝管等，优选为铜管。本发明热交换装置的制冷剂管路可通过连接管与箱体的内部腔室连通。
如图5所示，热交换装置500可包括第一连接管541和第二连接管542。制冷剂管路521的第一端通过第一连接管541与箱体510的内部腔室连通。制冷剂管路521从其第一端（如图5中制冷剂管路521的右上端）弯折延伸，终结于其形成为开口端的第二端（如图5中制冷剂管路521的左上端）；制冷剂管路521的第二端经由第二连接管542与箱体510的内部腔室连通。为了便于对热交换装置500灌注制冷剂，可在第一连接管541与制冷剂管路521的第一端之间设置三通装置530，其具有相互连通的第一端、第二端和第三端，其中三通装置530的第一端与第一连接管541连通，其第二端与制冷剂管路521的第一端相连，其第三端为常闭端，配置成可操作地打开，以接收从外部制冷剂源注入的制冷剂。
图6是根据本发明另一个实施例的热交换装置的示意性结构图。在该实施例中，热交换装置600包括第一连接管641、第二连接管642和两个制冷剂管路621、622。如图6所示，第一连接管641与制冷剂管路621的第一端之间设置有三通装置630。三通装置630的第一端经由第一连接管641与箱体610的内部腔室连通；其第二端与制冷剂管路621的形成为开口端的第一端相连。制冷剂管路621从其第一端（如图6中制冷剂管路621的左上端）弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端；制冷剂管路622起始于形成为开口端的第一端（如图6中制冷剂管路622的右上端），且在弯折延伸后终结于形成为封闭端的第二端。制冷剂管路622的第一端经由第二连接管642与箱体610的内部腔室连通。图6所示的热交换装置600与图5所示的热交换装置500的工作原理相似，但是区别在于，采用两根一端封闭的制冷剂管路621、622，而并非一根形成环路的制冷剂管路521。采用这种断开的制冷剂管路，生产工艺较为简单，且便于装配。
在本发明图6（或图5）所示的实施例中，箱体610的下端盖具有凹腔，热交换装置600的第一连接管641和第二连接管642分别倾斜向上插入所述下端盖的凹腔中，此时制冷剂管路621和622分别倾斜向下延伸。这样的热交换装置可用作与冷源换热，例如用作半导体冰箱的冷端换热装置。当其作为冷端换热装置时，制冷剂管路621的形成为开口端的第一端与三通装置630的一端连通，再通过第一连接管641与箱体610内部腔室的下部连通。制冷剂管路622的形成为开口端的第一端通过第二连接管642与箱体610内部腔室的下部连通。制冷剂管路621和制冷剂管路622从其第一端倾斜向下地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。制冷剂管路621和制冷剂管路622向下地弯折延伸需要保证液态的制冷剂可以依靠重力自由的在管路中流动。
下面以图6所示的实施例为例，描述本发明热交换装置作为半导体冰箱的冷端换热装置的工作过程。热交换装置600的箱体610与所述半导体冰箱的半导体制冷片的冷端连接，通过制冷剂管路621和制冷剂管路622将来自所述半导体制冷片的冷端的冷量直接或间接地传至所述半导体冰箱的储物间室中。具体地，当半导体制冷片通电工作时，冷端温度下降，通过箱体610内壁的传导，箱体610温度相应下降，箱体内气态的制冷剂遇冷时发生相变冷凝，变化成为低温的液态制冷剂，液态的制冷剂会靠重力沿着制冷剂管路621和制冷剂管路622的第一端内壁下流，冷凝下流的制冷剂在制冷剂管路中由于吸收冰箱储物间室内部的热量受热相变蒸发，变化成为气态。气态蒸汽在热源压力的推动下会上升，气态制冷剂沿制冷剂管路上升到箱体610处继续冷凝，由此循环制冷，导致冰箱的储物间室的温度下降以实现降温。
本发明的热交换装置也可用作与热源换热，例如用作半导体冰箱的热端换热装置，以将热端产生的热量散发至周围环境。如图7所示，当用作半导体冰箱的热端换热装置时，热交换装置700的箱体710的上端盖711具有凹腔，第一连接管741和第二连接管742分别倾斜向下插入上端盖711的凹腔中。当热交换装置700具有两根制冷剂管路时，其中一根制冷剂管路的形成为开口端的第一端与三通装置730的一端连通，再通过第一连接管741与箱体710内部腔室的上部连通。另一根制冷剂管路的形成为开口端的第一端通过第二连接管742与箱体710内部腔室的上部连通。两根制冷剂管路分别从其第一端倾斜向上地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。两根制冷剂管路向上地弯折延伸需要保证液态的制冷剂可以依靠重力自由的在管路中流动。
类似地，当热交换装置700仅具有一根制冷剂管路时，制冷剂管路的形成为开口端的第一端与三通装置730的一端连通，再通过倾斜向上延伸的第一连接管741与箱体710内部腔室的上部连通；其形成为开口端的第二端通过倾斜向上延伸的第二连接管742也与箱体710内部腔室的上部连通。制冷剂管路的第一端倾斜向上地弯折延伸至最高位置后再倾斜向下地弯折延伸至其第二端（也可理解为制冷剂管路的第二端倾斜向上地弯折延伸至最高位置后再倾斜向下地弯折延伸至其第一端；或者也可以理解为制冷剂管路分别从其第一端和第二端倾斜向上地弯折延伸至共同的最高位置）。同样地，制冷剂管路从其第一端和第二端分别向上地弯折延伸至最高位置的过程中需要保证液态的制冷剂可以依靠重力自由的在管路中流动。
下面以图7所示的实施例为例，简单描述一下本发明的热交换装置用作半导体冰箱的热端换热装置的工作过程。热交换装置700的箱体710与所述半导体冰箱的半导体制冷片的热端连接，通过制冷剂管路将来自所述半导体制冷片的热端的热量直接或间接地散发到周围环境中。具体地，半导体制冷片通电工作时，其热端温度上升，热端与箱体710进行热交换，箱体710形成蒸发器，箱体710内液态的制冷剂遇热时发生相变蒸发，变化成为高温的气态的制冷剂。气态的制冷剂会在热源压力下沿着制冷剂管路上升，将热量传递给冰箱外壳，然后通过自然对流将热量传递给外部空间，此时制冷剂管路形成冷凝器，制冷剂冷凝放热后成为液态，依靠重力向下回流至箱体710，重新吸收热端热量进行蒸发，形成热循环。
图8示出了另一个实施例的热交换装置的示意性结构图。该实施例的热交换装置800适合用作半导体冰箱的热端换热装置。箱体810的上端盖和下端盖均具有凹腔。热交换装置800具有四个连接管841、842、843、844和两根制冷剂管路821、822。连接管841、842分别垂直插入所述上端盖的凹腔中；连接管843、844分别水平插入所述下端盖的凹腔中。三通装置830的第一端与连接管841连通，其第二端与制冷剂管路821的形成为开口端的第一端连通。制冷剂管路821的形成为开口端的第二端通过连接管844与箱体810的内部腔室的下部连通。制冷剂管路822形成为开口端的第一端和第二端分别通过连接管842、843与箱体810的内部腔室的上部和下部连通。制冷剂管路821、822分别从其第一端竖直向上地延伸，然后倾斜向上地延伸至各自的最高位置，接着倾斜向下地弯折延伸，再延伸一个直角的弯曲部终结于其第二端。在进一步的实施例中，制冷剂管路821、822上还设有散热翅片850。制冷剂管路821、822将热量传导至散热翅片850上，这样增加了散热面积从而提高了散热效率。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (11)
1.一种热交换装置，包括：
箱体，限定有用于容装制冷剂的内部腔室；
其中，所述箱体包括周向封闭侧壁以及连接在所述周向封闭侧壁上端的上端盖和所述周向封闭侧壁的下端的下端盖，以共同限定出容装制冷剂的所述内部腔室；所述内部腔室设置有多个相互间隔开的第一隔板，每个所述第一隔板的上端与所述上端盖的内壁之间，以及每个所述第一隔板的下端与所述下端盖的内壁之间均具有间隙；
所述周向封闭侧壁包括沿所述箱体的中央竖直轴线从上往下观察沿逆时针方式依次连接的且均处于各自的竖直平面内的前向侧壁、右向侧壁、与所述前向侧壁平行相对的后向侧壁以及与所述右向侧壁平行相对的左向侧壁；
所述第一隔板连接在所述前向侧壁与所述后向侧壁之间或者连接在所述左向侧壁与所述右向侧壁之间，且与所述周向封闭侧壁中另两个相对的侧壁平行；
其中每个所述第一隔板的两侧表面上形成有多条沿竖直方向延伸的凸形或凹形纹理。
2.根据权利要求1所述的热交换装置，其中，
所述周向封闭侧壁的至少部分内壁表面上形成有多条沿竖直方向延伸的凸形或凹形纹理。
3.根据权利要求1所述的热交换装置，其中，
所述周向封闭侧壁中与所述第一隔板平行的相对侧壁之间连接有一个或多个相互间隔开，且与所述第一隔板垂直的第二隔板。
4.根据权利要求1所述的热交换装置，还包括：
第一制冷剂管路，与所述箱体的内部腔室连通。
5.根据权利要求4所述的热交换装置，其中，
所述热交换装置还包括第一连接管和第二连接管，所述第一制冷剂管路的第一端通过所述第一连接管与所述箱体的内部腔室连通；
所述第一制冷剂管路从其第一端弯折延伸，终结于其形成为开口端的第二端；
所述第一制冷剂管路的第二端经由所述第二连接管与所述箱体的内部腔室连通。
6.根据权利要求4所述的热交换装置，其中，
所述热交换装置还包括第一连接管，第二连接管以及第二制冷剂管路，
所述第一制冷剂管路和第二制冷剂管路的第一端分别通过所述第一连接管和所述第二连接管与所述箱体的内部腔室连通；
所述第一制冷剂管路和第二制冷剂管路分别从其第一端弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。
7.根据权利要求5所述的热交换装置，其中，
所述上端盖和下端盖具有凹腔，所述第一连接管垂直插入所述上端盖的凹腔中，第二连接管水平插入所述下端盖的凹腔中。
8.根据权利要求5或6所述的热交换装置，其中，
所述上端盖具有凹腔，所述第一连接管和所述第二连接管分别倾斜向下插入所述上端盖的凹腔中；或
所述下端盖具有凹腔，所述第一连接管和所述第二连接管分别倾斜向上插入所述下端盖的凹腔中。
9.根据权利要求1所述的热交换装置，其中，
所述周向封闭侧壁上端的端口具有台阶面，所述上端盖气密密封地插入到所述周向封闭侧壁上端的端口处，所述上端盖的端面与所述台阶面抵靠接触。
10.根据权利要求1所述的热交换装置，其中，
所述箱体的后向侧壁向左右两侧分别延伸出一个安装凸缘，每个所述安装凸缘上设有一个或多个安装孔。
11.一种半导体冰箱，其特征在于包括：
根据权利要求4-8中任一项所述的热交换装置，所述热交换装置的箱体与所述半导体冰箱的半导体制冷片的冷端或热端热连接，以至少通过所述第一制冷剂管路将来自所述半导体制冷片的冷端的冷量直接或间接地传至所述半导体冰箱的储物间室中，或者将来自所述半导体制冷片的热端的热量直接或间接地散发到周围环境中。
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