CN219776038U - 一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器 - Google Patents

Abstract

本专利公布了一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，蒸汽工质通过软管（6）连接依次经蒸发器（9）、压缩机（2）、冷凝器（5）、膨胀阀（8）后再回到蒸发器（9）形成制冷工质循环，冷凝器（5）置于金属壳体内形成热端（4），蒸发器（9）置于另一金属壳体内形成冷端（1）；冷端（1）和热端（4）对置，并通过连接杆（3）刚性连接，压缩机（2）通过若干个拉簧（7）悬置于冷端（1）和热端（4）之间；热端（4）的换热面与待升温体贴合换热，冷端（1）的换热面与待冷却体（100）贴合换热；优点是：体积小、震动噪音低、携带方便，实现小微环境下的局部制冷或者制热，换热效率高。

Description

一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器

技术领域

本专利涉及一种换热器，特别是一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器。

背景技术

电子功率器件运行过程中的散热通常采用风扇或者自然冷却，冷却效果差，导致电子元器件工作做效率低，甚至烧坏；医疗上，骨科患者用石膏模型固定后，由于天气热局部需要降温防止感染；对于需要低温或者由特定温度储存的药品如胰岛素、高档化妆品等，储存和运输过程中需要冷却或者降温；个人冷帽、便携空调、小型帐篷、婴幼儿车、宠物居所、生产设备局部温度控制等都需要进行温度管理；通常温度控制和管理可以采用空调和换热器进行，但现有空调和换热器由于体积大、噪音大，对人体的舒适感差，不适合小微环境下使用，不方便随身携带，因此很难实际应用，特别是对于以上特定场景及小空间环境的温度管理长期以来都是难以解决的问题；同时，现有的空调换热器在上述特定环境和小空间环境下缺乏热力学设计依据，解决相应问题往往是个体方法，但各种场景对换热器的要求各异，换热器的开发应用场景数据差异过大，没有通用的设计标准，至今未有较好的批量投资解决方案，导致空调换热器无法实现标准化、批量化生产和商业化应用，也限制了空调换热器行业的发展。

发明内容

本专利的目的是提供一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，通过蒸汽工质的相变循环，蒸汽压缩式制冷热泵在换热器的两端形成较大温差的热端和冷端，以实现特定和小空间环境下换热器的二次高效换热，即以冷端或者热端作为换热器的一次侧，用户可对换热器二次侧进行应用开发，以适应其它各种不同的应用场景下的高效换热。

本专利的技术方案是：一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，包括由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成的蒸汽压缩式制冷热泵，蒸汽工质通过软管连接依次经蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀后再回到蒸发器形成制冷工质循环，冷凝器置于导热性良好的金属壳体内与金属壳体间壁传热形成中间换热器的热端，蒸发器置于另一导热性良好的金属壳体内与金属壳体间壁传热形成中间换热器的冷端；所述冷端和热端对置，冷端和热端之间通过连接杆刚性连接，压缩机通过若干个拉簧悬置于冷端和热端之间；

进一步的，在热端和冷端上分别设置有换热面，热端的换热面与待升温体贴合换热，冷端的换热面与待冷却体贴合换热；

进一步的，所述冷端的金属壳体为板状长方体，在冷端的金属壳体上设置有连接待冷却体的连接结构，冷端的换热面为平面；

进一步的，所述热端的金属壳体为板状长方体，在热端的金属壳体上设置有连接待升温体的连接结构，在热端的换热面上设置有突起的散热凸缘；

进一步的，所述热端通过螺钉连接在待加热体上，热端的换热面的形状与待升温体的接触面形状相适配；

进一步的，所述冷端通过螺钉连接在待冷却体上，冷端的换热面的形状与待冷却体的接触面形状相适配；

进一步的，在冷凝器的散热盘管与热端的金属壳体的间隙中填充有导热液或者导热膏，在蒸发器的吸热盘管与冷端的金属壳体的间隙中填充有导热液或者导热膏；

进一步的，在所述冷端的换热面上形成一冷仓，待冷却体置于该冷仓内；

进一步的，在所述热端的换热面上形成一热仓，待升温体置于该热仓内。

本专利的优点是：

1)由于热端和冷端对置于压缩机两侧，压缩机通过拉簧悬置于热端和冷端之间，冷凝器、压缩机、蒸发器之间的工质流动采用软管连接，布局巧妙，拉簧隔离了压缩机的震动噪音，体积小、震动噪音低、携带方便，可用于电子元器件降温、随身携带的药品、医疗绷带、身体局部降温或者升温保暖，实现小空间环境下的局部制冷或者制热；

2)通过蒸汽压缩式制冷在冷端和热端形成一定温差，作为中间换热器，冷端与待冷却体形成换热副，热端与待升温体形成换热副，实现局部强制冷却和加热，所以换热效率高；

3)冷凝器和蒸发器分别置于金属壳体内，中间换热器的热端和冷端采用规则的板状结构，制冷和制热量明确可控，便于热力学设计，使中间换热器作为标准的制冷或制热元件，可以批量化生产，并且作为标准器件在热力学设计时直接选用；也可以作为中间产品，以热端作为制热换热器的一次侧热源，待加热体作为制热换热器的二次侧，以冷端作为制冷换热器的一次侧冷源，待冷却体作为制热换热器的二次侧，通过热力学设计，对一次侧和二次侧的换热结构进行二次开发和设计，针对不同的特殊工况和应用场景，实现对待冷却体进行升温加热或者对待冷却体的降温冷却。

附图说明

图1：本专利所述中间换热器结构主视图；

图2：本专利所述中间换热器结构仰视图；

图3：本专利所述中间换热器结构俯视图；

图4：所述中间换热器与待冷却体连接结构示意图；

图5：冷端换热面带有冷仓的中间换热器结构主视图；

图6：冷端换热面带有冷仓的中间换热器结构仰视图；

图中：1-冷端；11-冷端螺纹孔；12-冷仓；2-压缩机；3-连接杆；4-热端；41-热端螺纹孔；42-散热凸缘；5-冷凝器；6-软管；7-拉簧；8-膨胀阀；9-蒸发器；100-待冷却体；101-连接螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本专利进行详细说明。

如图1-图3所示，本专利所述一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器包括由压缩机2、冷凝器5、膨胀阀8、蒸发器9组成的蒸汽压缩式制冷热泵，制冷循环蒸汽工质依次经蒸发器9、压缩机2、冷凝器5、膨胀阀8后再回到蒸发器9形成制冷工质循环，冷凝器5的散热金属盘管置于导热性良好的金属壳体内与金属壳体进行热传导形成间壁传热，蒸发器9的吸热金属盘管置于另一导热性良好的金属壳体内与金属壳体进行热传导形成间壁传热；冷凝器5及其所在的金属壳体组成热端4，蒸发器9及其所在的金属壳体组成冷端1。所述金属壳体与蒸发器9的吸热金属盘管或者冷凝器5的散热金属盘管为紧密接触，传导传热，之间的间隙尽可能小，为了进一步提高传热效率，在冷凝器5的散热盘管与热端4的金属壳体之间的间隙中填充有导热性能良好的导热液或者导热膏，在蒸发器9的吸热盘管与冷端1的金属壳体之间的间隙中填充有导热性能良好的导热液或者导热膏。

制冷循环蒸汽工质从蒸发器9经软管6进入压缩机2，经压缩机2加压后变成高温高压的蒸汽后进入冷凝器5，在冷凝器5内相变释放热量后的汽液两相介质再经软管6和膨胀阀8后进入蒸发器9内，在蒸发器9内进一步汽化并吸收热量后再进入压缩机2，形成蒸汽制冷工质循环，使冷凝器5及其所在的金属壳体温度升高释放热量形成温度较高的热端4，使蒸发器9及其所在金属壳体的温度降低形成温度较低的冷端1，热端4和冷端1之间形成持续的较大温差。冷凝器5的进口与压缩机2的出口之间、冷凝器5的出口与蒸发器9前端的膨胀阀8的进口之间、蒸发器9的出口与压缩机2的进口之间通过软管6形成柔性连接，有利于减小噪音和振动，膨胀阀8通过管道固定连接在蒸发器9的入口端，当然，也可以用毛细管取代膨胀阀8。

所述冷端1和热端4对置于压缩机2的两侧，冷端1和热端4之间通过多根连接杆3刚性连接，连接杆3的两端通过螺纹连接在冷端1的金属壳体上和热端4的金属壳体上，本实施例中采用4根连接杆3，4根连接杆3分别连接在冷端1和热端4的金属壳体的四个角上；压缩机2通过若干个拉簧7悬置于冷端1和热端4之间，拉簧7一般为4-8根，本实施例中采用的拉簧7为8根，压缩机2通过4根拉簧7连接在冷端1的金属壳体上或者分别连接在四根连接杆3上，另外4根拉簧7连接在热端4的金属壳体上或者分别连接在其余四根连接杆3上；使用拉簧7使压缩机2弹性连接在冷端1和热端4上，可以有效地减小压缩机2的运行震动和噪音。

作为中间换热器，热端4通过其上的连接结构与待升温体固定连接，冷端1通过其上的连接结构与待冷却体100固定连接，热端4作为高温热源侧与作为换热器二次侧的待升温体之间进行热传导换热，为待升温体提供热源进行升温；所述连接结构是设置在热端金属壳体或者冷端金属壳体上的螺纹孔；冷端1作为冷源侧与作为换热器二次侧的待冷却体100之间进行热传导换热，为需要冷却的物体或者微环境进行冷却和降温。为了提高换热效率，在热端4和冷端1上分别设置有换热面，换热面的形状可以是平面，也可以是异形面，热端4换热面的形状与中间换热器二次侧的待升温体的接触面(即换热面)的形状相适配，冷端1换热面的形状与中间换热器二次侧的待冷却体100的接触面(即换热面)的形状相适配；换热面的形状可以专门设计，换热面形状的设计原则是有利于与待升温体或者待冷却体100之间高效换热，热端4的换热面与待升温体的换热面相贴合换热，冷端1的换热面与待冷却体100的换热面贴合换热。热端4在为待升温体升温的同时，冷端1为待冷却体100降温冷却，也可单独使用热端4连接待升温体或者冷端1连接待冷却体100换热，相应的另一端直接与空气进行换热。

为了提高中间换热器的通用性，冷端1和热端4的金属壳体均为板状长方体，冷端1的换热面为平面，在冷端1的金属壳体上设置有连接待冷却体100的连接结构，最简单的连接结构是在金属壳体上设置冷端螺纹孔11，冷端1通过其金属壳体上的冷端螺纹孔11和冷端连接螺钉101固定连接在待冷却体100上，如图2、图4所示；在热端1的换热面上设置有突起的散热凸缘42，以提高热端4的散热面积，在热端4的金属壳体上设置有连接待升温体的连接结构，该连接结构是在热端4的金属壳体上设置热端螺纹孔41，如图3所示，热端4通过其金属壳体上的热端螺纹孔41固定连接在待升温体上(图中未示出)。由于冷端1和热端4的形状为规则几何体，只要结构尺寸确定，其热力学特性即可确定，对换热器的设计提供了明确的热力学依据，而且作为小微环境下的制冷应用较多，所以，对于冷端1和热端4为规则板状长方体结构的中间换热器，更适合于大批量、标准化生产，设计选用方便，更利于应用推广。

本专利所述中间换热器作为热力学领域的一个元器件，其应用可以根据实际的应用场景进行二次开发，以发挥该类型中间换热器的最大功效。根据应用场景，在本专利所提供的设计思想下，对热端4或者冷端1的换热面形状以及与换热器二次侧的连接方式进行精细化设计。

如图5、图6所示，就是针对微小件冷却问题的一种设计实例，在冷端1的换热面上设计一个突出的冷仓12，冷仓12的底部和四周的侧壁内均设置有蒸发器9的吸热盘管从而形成冷面，形成一个局部的低温环境空间，需要冷却的微小型待冷却体100(如需要冷藏的随身药品、随身化妆品、led用PN结)直接置于该冷仓12内，待冷却体100通过承载支撑体连接在冷端1的金属壳体上即可，从而实现更好的冷却效果。同样，在热端4的换热面上设计一个突出的热仓，热仓的结构类似于上述冷仓12的结构，热仓的底部和四周的侧壁内设置有冷凝器5的散热盘管从而形成发热面，形成一个局部保温和加热环境，需要加热或者升温的微小型待升温体(局部保温的物件)直接置于该热仓内，待升温体通过承载支撑体连接在热端4的金属壳体上即可，从而实现更好的加热保温效果。

Claims (8)

1.一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，其特征是：包括由压缩机(2)、冷凝器(5)、膨胀阀(8)、蒸发器(9)组成的蒸汽压缩式制冷热泵，蒸汽工质通过软管(6)连接依次经蒸发器(9)、压缩机(2)、冷凝器(5)、膨胀阀(8)后再回到蒸发器(9)形成制冷工质循环，冷凝器(5)置于导热性良好的金属壳体内与该金属壳体间壁传热形成中间换热器的热端(4)，蒸发器(9)置于另一导热性良好的金属壳体内与该金属壳体间壁传热形成中间换热器的冷端(1)；所述冷端(1)和热端(4)对置，冷端(1)和热端(4)之间通过连接杆(3)刚性连接，压缩机(2)通过若干个拉簧(7)悬置于冷端(1)和热端(4)之间；在热端(4)和冷端(1)上分别设置有换热面，热端(4)的换热面与待升温体贴合换热，冷端(1)的换热面与待冷却体(100)贴合换热。

2.根据权利要求1所述的一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，其特征是：所述冷端(1)的金属壳体为板状长方体，在冷端(1)的金属壳体上设置有连接待冷却体(100)的连接结构，冷端(1)的换热面为平面。

3.根据权利要求1所述的一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，其特征是：所述热端(4)的金属壳体为板状长方体，在热端(4)的金属壳体上设置有连接待升温体的连接结构，在热端(4)的换热面上设置有突起的散热凸缘(42)。

4.根据权利要求1所述的一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，其特征是：所述热端(4)通过螺钉连接在待加热体上，热端(4)的换热面的形状与待升温体的接触面形状相适配。

5.根据权利要求1所述的一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，其特征是：所述冷端(1)通过螺钉连接在待冷却体(100)上，冷端(1)的换热面的形状与待冷却体(100)的接触面形状相适配。

6.根据权利要求1所述的一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，其特征是：在冷凝器(5)的散热盘管与热端(4)的金属壳体的间隙中填充有导热液或者导热膏，在蒸发器(9)的吸热盘管与冷端(1)的金属壳体的间隙中填充有导热液或者导热膏。

7.根据权利要求1所述的一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，其特征是：在所述冷端(1)的换热面上形成一冷仓(12)，待冷却体(100)置于该冷仓(12)内。

8.根据权利要求1所述的一种具有蒸汽压缩式制冷热泵的中间换热器，其特征是：在所述热端(4)的换热面上形成一热仓，待升温体置于该热仓内。