CN105443355B - 一种应用于冰箱压缩机的辅助散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，包括散热翅片，以及热管或者环路热管；热管呈环状，多根环绕在压缩机侧面；环路热管呈螺旋状，环路热管环绕在压缩机侧面；热管或环路热管内环面紧贴压缩机上壳体；散热翅片嵌在热管或环装热管上，均匀竖直布置，并垂直压缩机上壳体侧表面；热管或环路热管、散热翅片组合散热结构处在冷凝器正下端；多根热管中，下端热管之间的间距大于上端热管之间的间距；或者一根环路热管，上圈螺旋导程距离大于下圈螺旋导程距离；本发明在压缩机上设计无外加动力装置、无噪音、性能高效的压缩机辅助散热装置，结构简单，易于安装维护，散热效果显著，有利于延长压缩机使用寿命，节约能量。

Description

一种应用于冰箱压缩机的辅助散热装置

技术领域

本发明涉及冰箱散热领域，具体是涉及一种用于冰箱压缩机中，采用热管和散热翅片组合的辅助散热装置。

背景技术

冰箱的应用现在越来越广泛，人们的生活难以离开它。冰箱主要由压缩机、干燥过滤件、毛细管和蒸发皿等部件组成。通过制冷循环吸收冷室热量，将热量排放到冷室外。所以冰箱对散热、隔热有重要的要求。优良的散热、隔热性能可以显著减少冰箱功耗、提高制冷效率、延长冰箱的使用寿命。合理设计、优化冰箱的各个部件有着极其重要的作用，尤其是冰箱的压缩机。

冰箱的压缩机是冰箱的核心部件之一，是制冷系统的心脏。压缩机是一种将低压冷凝剂变为高压冷凝剂的流体机械，在压缩冷凝剂的过程中，释放出大量的热量。在冬天压缩机的平均运行温度在50℃到60℃，在夏天甚至可以高达80℃到90℃。传统的冰箱压缩机由于密封性要求和防尘等的需要，往往不利于散热，仅仅只依靠将热量送到冷凝器中散热。冰箱预留给压缩机的是一个狭小密闭空间，散热效果特别差，给压缩机的使用工况带来很大的不确定性。压缩机壳体温度较高，且不同部位温度相差较大，尤其在压缩腔和进气口之间。一般进气口部位温度相对较低，压缩腔对应部位则相对较高，而且上壳体温度一般远大于下壳体温度。这不仅不利于设备的正常功能使用，而且还对压缩机润滑等日常维护产生不利的影响，常见的是压缩机缸头高温积炭引起的制冷循环失效，引起冰箱制冷故障，缩短压缩机的使用寿命。同时压缩机整体温度过高，温度不均，使冷凝剂的热量不能及时排出，增大压缩机压缩阻力，会增加功耗，也会对压缩机使用寿命产生不利的影响。而传统压缩机自身的散热性能确是容易被忽视的。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明旨在提供一种散热效率高，能耗低、无噪音、稳定性好，适用于空调压缩机壳体的辅助强化散热装置。

热管是一种高效的换热元件，它的导热能力超过任何已知的金属。热管一般由吸液芯、管壳、端盖组成，将管内抽成负压，然后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体加以密封。管的一端为蒸发段(加热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，然后根据需要在中间布置绝热段。热管工作就是在加热端吸收热量使工作液体蒸发，经过绝热段，到冷却段冷凝放热，再流回蒸发段，这样往复循环。热管结构简单，技术成熟，具有很高的导热性，优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性等优点。

散热翅片是一种比较常见的散热元件。它通过在基管上加装翅片来达到强化传热的目的。基管可以是钢管、铜管。翅片也可以用钢带、不锈钢、铜管、铝带等。翅片结构可以分为绕片式、串片式、焊片式等。目前使用比较广泛的是铝合金翅片和热管的组合，该组合接触热阻小、传热效率高、经济性强，具有其它种类翅片管散热器不可替代的优势。

冰箱压缩机工作时产生大量的热量，且导致冰箱压缩机上、中、下各部分之间的温差相对较大。而传统冰箱压缩机自身缺少散热结构，对冰箱压缩机的散热性能忽视，这对冰箱压缩机的工作性能和使用寿命产生不利的影响。本发明主要是着眼于打破普通压缩机的常规设计，提出了基于热管和散热翅片组合的高效散热机构，增强压缩机散热能力，均衡压缩机各部分之间温度的设计方案。创新地提出能耗低、无噪音、性能高效的压缩机主动散热装置。

本发明采用如下技术方案：

一种应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，包括压缩机上壳体和压缩机下壳体，压缩机上壳体和压缩机下壳体相互连接形成密闭的空间，组装成压缩机的外壳体，冰箱压缩机安装在冷凝器下端；还包括散热翅片，以及环状热管或者环路热管；环状热管呈环状，多根环绕在压缩机侧面；环路热管呈螺旋状，环路热管环绕在压缩机侧面；环状热管或环路热管内环面紧贴压缩机上壳体；散热翅片嵌在环状热管或环路热管上，均匀竖直布置，并垂直压缩机上壳体侧表面；环状热管或环路热管、散热翅片组合散热结构处在冷凝器正下端；

多根环状热管中，下端环状热管之间的间距小于上端环状热管之间的间距；或者一根环路热管，上圈螺旋导程距离大于下圈螺旋导程距离；

所述散热翅片为矩形铝片，矩形平面上有许多透风小孔。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述压缩机上壳体呈圆柱盖状，顶端是小弧度弧面；压缩机下壳体也呈圆柱盖状，下端设计有底座。

优选地，所述压缩机下壳体和压缩机上壳体采用焊接进行连接。

优选地，所述环状热管为外径6mm的铜质烧结热管，热管中介质为水；环状热管内环面为扁平状，环状热管外圈面有小凹槽。

优选地，所述环状热管总共有6根热，每根环状热管绕成半圆状，内环面紧贴压缩机上壳体；环状热管每3根在一侧，另外3根子在另一侧；两侧的热管位置相互错开，端口不相接；同侧下面两根环状热管间距为5mm，同侧上面两根环状热管间距为10mm。

优选地，所述散热翅片为1mm厚的矩形铝片，散热翅片上有多个大孔，环状热管穿过大孔；

优选地，所述环路热管为外径6mm的铜质烧结热管，环路热管中介质为水；环路热管内环面为扁平状，环路热管外圈面有小凹槽。

优选地，所述环路热管为两圈螺旋，上圈螺旋导程距离为10mm，下圈螺旋导程距离为5mm。

散热翅片通过焊接固定在环状热管或者环路热管外圈面的凹槽中。

处在冰箱内的压缩机的散热，需要满足冰箱本身的结构和功能的特点：冰箱内部具有封闭、高温、空气流动性差的特点，冰箱压缩机的散热主要是将压缩机产生的热量通过冰箱外壳散失到环境中，而其中冰箱外壳与空气的换热是该过程中热阻最大的地方。同时，冰箱内部与冷藏室间需要良好的隔热性，内部热量要尽量少地传递到冷藏室中。本发明热管、散热翅片结构与冰箱固有结构冷凝器互相配合，优化设计将热量导向冷凝器，同时减少热量向冷藏室壁面流动；热管、散热翅片结构与冷凝器相互促进散热，优化冰箱内部散热环境；最重要的是能够通过加快空气流动改善冰箱压缩机散热体系中最大热阻地方的散热条件。

冰箱压缩机在压缩冷凝剂的过程中产生大量的热量，由于压缩机内部各部分之间产热量不一样，传导到压缩机上壳体和压缩机下壳体内各点的热量也不一样，压缩冷凝剂腔体附近的机壳温度一般显著高于其他部位机壳温度。通过在压缩机上壳体侧面布置热管或环路热管(热管热阻小，具有极强的热传导能力，且传热具有可逆性)，相对高温地方向相对低温地方传递热量，加快热量在机壳表面之间的传递，达到压缩机壳体各处相对均温的效果。在本发明中，热管的冷热端设计不同于传统热管冷热端区别明显的设计，传统热管一般一端为热端，另一端为冷端，中间布置合适的绝热段。本发明中，热管环绕压缩机侧面呈水平布置，热管紧密接触压缩机表面，有多个相对冷热端。热管的冷热端随压缩机表壳温度相对高低分布。该设计区别于传统热管强化其内部导热的能力，而是目的在于弱化其内部导热能力，强化其热管与散热翅片的结合部位的传热。

由于热管的冷热端分布“凌乱”而相对稳定，导致热管内部没有较强的“汽化-流动-冷凝”循环，而是多个“汽化-流动-冷凝”循环相互干扰，增加热管内部介质的扰动和湍流强度，有利于强化热管内介质向散热翅片传热，同时又能保证一定热量从热管高温地区向低温地区流动，再在整个热管布置散热翅片，提高翅片散热效率的同时充分利用空间增加散热面积，强化对流散热。同时，通过对散热翅片形状、透风孔的大小、孔间距的合理设计，以及散热翅片与散热翅片间距的合理安排，使散热翅片具有最大散热面积和最佳通风量，配合冷凝器的散热，达到最优自然对流散热效果和最佳散热效率，将压缩机内部热量及时散失到外部。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1)本发明打破传统压缩机设计的惯性思维，创新地在压缩机上设计无外加动力装置、无噪音、性能高效的压缩机辅助散热装置，结构简单，加工方便，易于安装维护，效果显著。

2)本发明中压缩机压缩冷凝剂产生大量的热量，热量传导到压缩机外壳上，布置在压缩机外壳的热管和散热翅片组合结构，及时将热量散失到外部环境中，减少了压缩机压缩阻力，降低压缩功耗，有利于延长压缩机使用寿命，节约能量。

3)本发明设计的装置无复杂、精密的结构，成本低廉，安装方便，适用于多种压缩机，有极强的适应性和可靠性。

附图说明

图1是实施例1应用于冰箱压缩机的辅助散热装置的结构示意图。

图2是图1的热管和单片散热翅片的装配结构示意图。

图3是图1的上壳体、热管和散热翅片组合结构示意图。

图4是图1的热管和散热翅片组合结构示意图。

图5是图1的散热翅片的结构示意图。

图6是实施例2应用于冰箱压缩机的辅助散热装置的结构示意图。

图7是图6的上壳体、热管和散热翅片结构组合结构示意图。

图8是图6的环路热管的示意图。

图9是图6的上壳体、热管和散热翅片组合结构示意图。

图中示出：1-1为实施例1的散热翅片、1-2为实施例2的散热翅片、2为压缩机上壳体、3为底座、4为固定螺栓孔、5-1为实施例1的热管、5-2为实施例2的环路热管、6为压缩机下壳体。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，是基于热管5-1和散热翅片1-1的压缩机辅助散热装置，主要包括压缩机上壳体2、压缩机下壳体6、热管5-1、散热翅片1-1；压缩机上壳体2呈圆柱盖状，顶端是小弧度弧面；压缩机下壳体6也呈圆柱盖状，下端设计有底座3，底座3上有4个固定螺栓孔4；压缩机上壳体2和压缩机下壳体6相互连接形成密闭的空间，组装成压缩机的外壳体，保护压缩机的内部构件。热管5-1呈环状，多根环绕在压缩机上壳体侧面；散热翅片1-1嵌在热管5-1上，均匀竖直布置，并垂直压缩机上壳体2侧表面。冰箱压缩机安装在冷凝器下端，使热管5-1、散热翅片1-1组合散热结构处在冷凝器正下端。

压缩机下壳体6和压缩机上壳体2采用焊接进行连接，必须保证压缩机内部的密闭性和连接强度，防止冷凝液流出。

如图2所示，热管5-1为外径6mm的铜质烧结热管，热管5-1中介质为水。热管5-1内环面为扁平状，热管5-1外圈面有小凹槽；扁平状的内环面紧贴压缩机外壳体，外圈面的小凹槽用于安装散热翅片1-1。

如图2所示，总共有6根热管5-1，每根热管5-1绕成半圆状，内环面紧贴压缩机上壳体2。并且热管5-1每3根在一侧，另外3根子在另一侧；两侧的热管5-1位置相互错开，端口不相接。并且热管5-1并非均匀布置，同侧下面两根热管5-1间距为5mm，同侧上面两根热管5-1间距为10mm，这样下侧热管5-1相对上侧导热强、散热好，导致气流温度更高、空气密度更小，形成热流向下的压力梯度。

如图3所示，散热翅片1-1为1mm厚的矩形铝片，矩形平面上有许多透风小孔，用于增加散热翅片1-1的散热能力；同时，散热翅片1-1上有多个大的半圆孔，热管5-1穿过半圆孔，便于散热翅片1-1和热管5-1凹槽的安装。散热翅片1-1接受来自热管5-1的热量，进行自然对流传热，将热量传导到空气中去。

如图4所示，散热翅片1-1通过焊接固定在热管5-1外圈面的凹槽中，受力不大，强度要求不高，但必须保证紧密接触，减少传热热阻。散热翅片总共为30片，均匀布置。

如图1所示，压缩机下壳体6的底座3上有6个直径为10mm螺栓固定孔4，通过螺栓螺母将压缩机固定在冰箱上。

实施例2

如图6所示，一种应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，是基于环路热管5-2和散热翅片1-2的压缩机辅助散热装置，主要包括压缩机上壳体2、压缩机下壳体6、环路热管5-2、散热翅片1-2。所述压缩机上壳体2呈圆柱盖状，顶端是小弧度弧面；压缩机下壳体6也呈圆柱盖状，下端设计有底座3，底座3上有4个固定螺栓孔4；压缩机上壳体2和压缩机下壳体6相互连接形成密闭的空间，组装成压缩机的外壳体，保护压缩机内部构件。环路热管5-2呈螺旋状，一根环绕在压缩机侧面；散热翅片1-2嵌在环路热管5-2上，均匀竖直布置，并垂直压缩机上壳体2侧表面。冰箱压缩机安装在冷凝器下端，使热管5-2、散热翅片1-2组合散热结构处在冷凝器正下端。

压缩机下壳体6和压缩机上壳体2采用焊接进行连接，必须保证压缩机内部的密闭性和连接强度，防止冷凝液流出。

如图8所示，环路热管5-2为外径6mm的铜质烧结热管，环路热管5-2中介质为水。环路热管5-2内环面为扁平状，环路热管5-2外圈面有小凹槽；扁平状的内环面紧贴压缩机上壳体2，外圈面的小凹槽用于安装散热翅片1-2。

如图9所示，总共只有1根环路热管5-2，环路热管5-2绕成螺旋状，内环面紧贴压缩机上壳体2，以减少接触导热热阻。环路热管5-2为两圈螺旋，上圈螺旋导程距离为10mm，下圈螺旋导程距离为5mm，这样下侧热管5-2相对上侧导热强、散热好，导致气流温度更高、空气密度更小，形成热流向下的压力梯度。这种螺旋设计空气压力梯度过渡平缓，气流更加平稳。

如图9所示，散热翅片1-2为1mm厚的矩形铝片，矩形平面上有许多透风小孔，用于增加散热翅片1-2的散热能力；同时，散热翅片1-2上有多个大的半圆孔，环路热管5-2穿过半圆孔，便于散热翅片1-2和环路热管5-2凹槽的配合安装。散热翅片1-2接受来自环路热管5-2的热量，进行自然对流传热，将热量传导到空气中去。

如图7所示，散热翅片1-2通过焊接固定在环路热管5-2外圈面的凹槽中，受力不大，强度要求不高，但必须保证紧密接触，减少传热热阻。总共有30片散热翅片1-2，均匀布置。

如图6所示，压缩机下壳体6的底座3上有6个直径为10mm螺栓固定孔4，通过螺栓螺母将压缩机固定在冰箱上。

用于冰箱压缩机辅助散热装置的加工制造过程，包括如下步骤：

步骤1:压缩机上壳体2和压缩机下壳体6，采用严格的生产工艺，用304不锈钢一次冲压铸造成型。冲压设备将材料挤压成所需形状，再对部分地区进行氩弧焊，接着对外壳做镀镍处理，最后在相应的位置钻孔。外壳需要能够达到具有耐高温、耐腐蚀及耐高压等能力。

步骤2：热管5-1和环路热管5-2的加工较为复杂，尤其是内环面的加工应该注意加工的精度，需要保证热管5-1和环路热管5-2的内环面与压缩机上壳体2的表面相配合，使其紧密相接，减少接触的热阻，有利于热量的传导。若环境温度较湿润，则需要对热管5-1和环路热管5-2进行化学镀镍，并进行盐雾检验，以避免热管5-1和环路热管5-2被腐蚀。

步骤3：散热翅片1-1和1-2都是铝制材料翅片，加工方法类似，只是加工孔的位置不一样。先将铝片切割成小片，再进行钻孔。

步骤4：先将压缩机上壳体2和压缩机下壳体6通过焊接连接，再将散热翅片焊接到热管的凹槽上，最后通过焊接将热管散热翅片组合结构组装到压缩机上壳体2上。

上述加强冰箱压缩机散热的设计的工作原理如下：

从上述实施例来看，本发明压缩机散热的热管和散热翅片组合结构，也不同于传统意义上的热管散热翅片结构。发明热管都是环状结构，采用间距变化的布置方式，有别于传统热管的均匀布置。实施例1采用的6根半圆环热管是从下到上间距由5mm变为10mm的不均匀排列，实施例2则是采用一根从下到上螺距由5mm逐渐过渡到10mm的螺旋热管。这种设计有利于强化翅片的自然对流散热能力，同时利于和冷凝器配合散热。

热管在竖直方向从下到上间距逐渐增大，热管密集区导热条件好，散热快，相对空气温度要高，可以在压缩机周边空气产生竖直方向的温度梯度。高温的气流空气密度要小，所以下端相对上端形成个低压区，能够形成竖直向下的空气压力梯度，而沿竖直方向的压力梯度是空气对流流动的动力。散热翅片沿侧面竖直布置，将空气隔成一条条气流通道(通道越窄，流动阻力越大，但流动阻力由与换热面的接触产生，适当的流阻力加强扰动，促进换热)，加速空气的流动，这对空气的自然对流散热有极强的促进作用。同时，热管凸起在压缩机壳体的表面以及空气与壳体的接触面，可以对空气的流动形成扰动和破坏热边界层，强化对流传热。并且调整好冷凝器的位置，使热管对冷凝器附近的空气产生一个微小的抽吸力，将热空气沿散热翅片方向流向冰箱底面。同时冰箱底部可以设计通风孔，既不影响美观又避免了传统冰箱内部热量必须通过壁面散失到外部空间而导致散热效果差的情况。

在冰箱这狭小空间内设计的散热结构，热管与散热翅片沿冰箱压缩机侧面圆周布置，在散热翅片处形成的热流通道可以与冰箱壳体壁面配合形成窄流通道，加快热流速度和湍流强度，有利于散热翅片与空气之间的热量传递以及空气与冰箱壳体壁面之间的热量传递，热量能够及时散失到外界。同时，热管、散热翅片组合结构本身属于静音散热，该环状对称设计能够有一定的减振效果，对降低压缩机工作腔内的的噪音有一定辅助作用，有利于冰箱在家居生活环境中的使用。

本发明设计方案结构简单，实用性和适用性强，尤其适合处在狭小空间的冰箱压缩机的散热，有利于冰箱功能实现。在不影响冰箱追求美观、精致的外表的前提下，该发明设计方案解决了冰箱的散热结构一般都封闭在冰箱的内部，内部空气与外界的空气对流较少的技术问题，并且该设计方案中的热管、散热翅片结构与这种环境配合可以产生较适宜的效果。

经试验测定，本发明装置散热效果显著。通过将正常使用的某型号冰箱内的同型号原装压缩机换装成该改装的冰箱压缩机，可以明显感受到冰箱内空气流动加速，测定壳体表面的温度(温度测定正负误差在1℃)：最高温度由91℃变为85℃，随机选取10个点测定机壳表面温度，与原装压缩机同一位置点的温度对比，基本在百分之五到百分之十二的温度降幅。通过对原装压缩机的冰箱和改装后压缩机的冰箱在同一时间、同一环境使用情况对比，改装后的压缩机的冰箱压缩机启动的时间间隔延长，相同时间周期内的功耗减小。通过对该方案进行观察和测算，冰箱的能效等级由原先的能效三级提高为接近能效二级。

上述实施例仅仅是为清清楚地说明本发明，而非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需要也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本设计的精神和原则之内的所作的任何修改、等同替换和改进等，均应含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，包括压缩机上壳体和压缩机下壳体，压缩机上壳体和压缩机下壳体相互连接形成密闭的空间，组装成压缩机的外壳体，冰箱压缩机安装在冷凝器下端；其特征在于，还包括散热翅片，所述散热翅片为矩形铝片，矩形平面上有许多透风小孔；以及热管，所述热管为环状热管或者环路热管；

当所述热管为环状热管时，所述环状热管呈环状，多根环绕在压缩机侧面；环状热管内环面紧贴压缩机上壳体；散热翅片嵌在环状热管上，均匀竖直布置，并垂直压缩机上壳体侧表面；环状热管和散热翅片组合散热结构处在冷凝器正下端；多根环状热管中，下端环状热管之间的间距小于上端环状热管之间的间距；

当所述热管为环路热管时，所述环路热管呈螺旋状，环路热管环绕在压缩机侧面；环路热管内环面紧贴压缩机上壳体；散热翅片嵌在环路热管上，均匀竖直布置，并垂直压缩机上壳体侧表面；环路热管、散热翅片组合散热结构处在冷凝器正下端；一根环路热管，上圈螺旋导程距离大于下圈螺旋导程距离。

2.根据权利要求1所述的应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，其特征在于，所述压缩机上壳体呈圆柱盖状，顶端是小弧度弧面；压缩机下壳体也呈圆柱盖状，下端设计有底座。

3.根据权利要求1所述的应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，其特征在于，所述压缩机下壳体和压缩机上壳体采用焊接进行连接。

4.根据权利要求1所述的应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，其特征在于，所述环状热管为外径6mm的铜质烧结热管，热管中介质为水；环状热管内环面为扁平状，环状热管外圈面有小凹槽。

5.根据权利要求1或4所述的应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，其特征在于，所述环状热管总共有6根，每根环状热管绕成半圆状，内环面紧贴压缩机上壳体；环状热管每3根在一侧，另外3根在另一侧；两侧的热管位置相互错开，端口不相接；同侧下面两根环状热管间距为5mm，同侧上面两根环状热管间距为10mm。

6.根据权利要求1所述的应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，其特征在于，散热翅片为1mm厚的矩形铝片，散热翅片上有多个大孔，环状热管穿过大孔。

7.根据权利要求1所述的应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，其特征在于，所述环路热管为外径6mm的铜质烧结热管，环路热管中介质为水；环路热管内环面为扁平状，环路热管外圈面有小凹槽。

8.根据权利要求1或7所述的应用于冰箱压缩机的辅助散热装置，其特征在于，所述环路热管为两圈螺旋，上圈螺旋导程距离为10mm，下圈螺旋导程距离为5mm。