CN220008840U - 一种用于生物3d打印的备份制冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于生物3D打印的备份制冷装置，该装置包括低温成型单元和制冷器，低温成型单元配置有若干低温成型室，且任一所述低温成型室均配置有第一蒸发器和第二蒸发器，制冷器配置有若干第一压缩机和一个第二压缩机，且若干低温成型室中的第一蒸发器与第一压缩机按照一一对应的方式构成日常制冷组件；若干低温成型室的第二蒸发器与第二压缩机连通，构成与日常制冷组件相互独立的备份制冷组件。本实用新型通过在每个低温成型室中设置两个独立的蒸发器，能确保设备生产不会因为蒸发器的故障或非故障因素而停机，可使设备的生产过程连续不间断，避免了3D打印因中途停机导致的打印品质下降、浪费材料等问题，保证了3D打印的效果。

Description

一种用于生物3D打印的备份制冷装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种用于生物3D打印的备份制冷装置。

背景技术

低温生物3D打印机需要制冷装置，因其打印过程中要使用低温材料，如PLA、ABS等，需要将打印室温度控制在较低的范围内，通常为-10℃至20℃之间。制冷装置可以帮助控制打印室温度，并保证打印质量和预防材料变形。此外，低温生物3D打印机打印的生物样品和组织需要在低温下保存，制冷装置也可以帮助维持其稳定性和可行性。

制冷装置通常使用空调、冷柜等。其中，压缩机、冷凝器和蒸发器是制冷装置中最为重要的三个部分，它们共同完成了制冷剂的循环过程，使得打印室内的温度降低。首先，压缩机将低温、低压力的制冷剂气体压缩成高温、高压的气体。在这个过程中，压缩机所产生的高温高压气体通过管道进入到冷凝器。其次，冷凝器将高温、高压的气体通过外界风扇或者水等形式冷却降温，从而使气体冷凝为低温高压液体。因此，压缩机在不断地将制冷剂蒸气压缩成更高压力的高温气体的同时，冷凝器则在外部设备或介质的帮助下将这些气体冷却成液体。而后，流出冷凝器的低温高压液体经过膨胀阀减压后变为低温低压液体，最后送往蒸发器。在蒸发器中，低温低压液体不断地吸收环境中的热量的同时，变为低压的气态，这个过程中，蒸发器内部的制冷剂吸收的热量会导致蒸发器表面温度的下降。

现有技术中如公开号为CN213564404U的专利文献提出一种3D打印系统和双材料3D打印系统。该专利文献采取了在四周填充干冰或直接使用冰箱等制冷设备将温度降低到冰点的技术方案，当干冰消耗完毕未能及时补充或者冰箱等制冷设备发生故障时，该系统缺乏一种在该情况下能够自行补充干冰的装置或者备用的制冷设备，因此故障发生时易使得打印过程被迫中断从而影响最终的打印效果。

现有技术中如公开号为CN108189391A的专利文献提出一种带空调制冷和三维扫描的3D打印设备，该打印设备在进行模型打印时，控制主板控制空调制冷装置对打印材料进行冷却。该发明的装置繁多，结构复杂，且其中用于冷却打印材料的空调仅向位于打印空间内的打印机头供冷，也即仅设置有一个供冷出风嘴，当供冷出风嘴出现结霜或发生松动时，可能会影响到打印材料的喷出，更换供冷出风嘴会破坏打印的连续性，对于打印空间内目标温度的维持也会产生干扰。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本实用新型时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本实用新型不具备这些现有技术的特征，相反本实用新型已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

实用新型内容

针对现有技术所提出的不足之处，本实用新型提供了一种用于3D打印的备份制冷装置，具体是一种用于低温生物3D打印的备份制冷装置，尤其是一种多用一备的低温生物3D打印的备份制冷装置，旨在解决现有技术中的一个或多个技术问题。

现有技术中，普遍缺乏一种能够确保设备生产不会因为蒸发器的故障因素或需要除霜等非故障因素而停机的备用设备，即便有设置，备用设备的数量也会随着打印设备的增加而增加，进而造成打印设备体积的增加和成本的提升。

因此本实用新型针对上述问题，提出了一种用于3D打印的备份制冷装置，包括：低温成型单元和制冷器，低温成型单元配置有若干低温成型室，且任一所述低温成型室均配置有第一蒸发器和第二蒸发器，制冷器配置有若干第一压缩机和一个第二压缩机，且若干低温成型室中的第一蒸发器与第一压缩机按照一一对应的方式构成日常制冷组件；若干低温成型室的第二蒸发器与第二压缩机连通，构成与日常制冷组件相互独立的备份制冷组件。其中，第二压缩机由于能同时与多个低温成型室连接，使得第二压缩机有了同时成为多个低温成型室的备用压缩机的基础。

根据一种优选的实施方式，低温成型单元与制冷器之间设有用于制冷剂往复流通的回路。这样的回路能保证制冷剂分别在第一蒸发器与第一压缩机或者第二蒸发器与第二压缩机之间顺利完成气液转换以达成将低温成型单元的热量带至制冷器中的目的。

根据一种优选的实施方式，回路至少包括用于将制冷剂送往第一压缩机或第二压缩机的第一支管和用于将制冷剂送往第一蒸发器或第二蒸发器的第二支管。第一支管和第二支管可以将气态制冷剂和液态制冷剂的运输通道分开，成为了构成低温成型单元与制冷器之间回路的一部分。

根据一种优选的实施方式，位于第二蒸发器与第二压缩机之间的第一支管和第二支管分别设置有在第二蒸发器与第二压缩机启动的情况下开启以打开管道通路的第一电磁阀和第二电磁阀。每一个第二蒸发器的管道上均设置有电磁阀，使得第二压缩机仅与某些有备用需求的电磁阀开启的第二蒸发器之间建立起制冷剂交换的通道，这进一步完善了作为多个低温成型室的备用压缩机的第二压缩机的备用功能。

根据一种优选的实施方式，第二蒸发器与所述第二压缩机之间还设置有第一母管和第二母管，第一母管以与每根起端连接在第二蒸发器上的第一支管的尾端连接的方式接收制冷剂，第二母管以与每根尾端连接在第二蒸发器的第二支管的起端连接的方式输出制冷剂。第一母管和第二母管的设置能减少了第二压缩机上用于接收和送去第二蒸发器的制冷剂的接口，使得管道的数量变少，同时减小了制冷器的体积同时，降低了制冷剂泄漏的风险。

根据一种优选的实施方式，第一压缩机和第二压缩机集成有用于将气态制冷剂转化为液态制冷剂的冷凝器，第二母管和位于第一压缩机与第一蒸发器之间的第二支管连接在冷凝器上。采用将冷凝器集成在压缩机上的方式能进一步减小制冷器的体积和制冷剂泄漏的风险。

根据一种优选的实施方式，在第二母管上和位于第一压缩机与第一蒸发器之间的第二支管上设置有用于液态制冷剂降压的膨胀阀。膨胀阀将高压的液态制冷剂变为低压的液态制冷剂，这个过程中，制冷剂膨胀而变为雾状，而雾状的制冷剂在蒸发器中更容易蒸发，使得蒸发器的制冷效果得到保障。

根据一种优选的实施方式，第一蒸发器和/或第二蒸发器被配置为风冷式蒸发器或被配置为壁冷式蒸发器。风冷式蒸发器和壁冷式蒸发器是用于3D打印过程中降低热物体温度的常见方法，具有较小的体积，相较于其他种类的蒸发器更加适合于设计空间紧凑的3D打印设备。

根据一种优选的实施方式，制冷器与低温成型室中的第一蒸发器和第二蒸发器所在侧毗邻。这样排布制冷器的位置能有效减短制冷器与低温成型室中制冷剂回路的管道长度，对于装置的整体体积优化更加有利。

根据一种优选的实施方式，装置还包括保温层，保温层环绕在低温成型单元的外侧，其能减少低温成型室内的温度波动，提高打印效率和打印质量。

本实用新型的有益技术效果至少如下：

(1)本实用新型通过在每个低温成型室中设置两个独立的蒸发器，每一个的蒸发器均能独立完成对低温成型室的供冷工作，当其中一个蒸发器因为故障因素或需要除霜等非故障因素而停机时，另一个蒸发器可代替停机的蒸发器而使得设备正常运转从而保证生产过程连续不间断，避免了3D打印因中途停机导致的打印品质下降、浪费材料等问题，保证了3D打印的效果。

(2)本实用新型采用了多用一备的备份方式，备用压缩机可以同时作为一个或多个低温成型室的备用机，相较于传统的一用一备的备份方式，在多台打印设备同时使用的场景下，能够降低备用设备的成本、减小备用设备的体积。

附图说明

图1是本实用新型的用于3D打印的备份制冷装置的简化整体结构示意图。

附图标记列表

100：低温成型单元；110：低温成型室；120：第一蒸发器；130：第二蒸发器；200：制冷器；210：第一压缩机；220：第二压缩机；230：第一支管；240：第二支管；250：第一电磁阀；260：第二电磁阀；270：第一母管；280：第二母管；290：膨胀阀；300：保温层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型涉及一种用于3D打印的备份制冷装置，如图1所示，包括低温成型单元100和制冷器200，低温成型单元100配置有若干低温成型室110，且任一低温成型室110均配置有第一蒸发器120和第二蒸发器130，制冷器200配置有若干第一压缩机210和一个第二压缩机220，且若干低温成型室110中的第一蒸发器120与第一压缩机210按照一一对应的方式构成日常制冷组件；若干低温成型室110的第二蒸发器130与第二压缩机220连通，构成与日常制冷组件相互独立的备份制冷组件。其中，日常制冷组件用于平日内3D打印设备的首选的制冷设备，而备份制冷组件则用于第一蒸发器或者第一压缩机发生故障时候的备用制冷设备。

优选地，第一压缩机210和第二压缩机220旁均配置有与其功率相匹配的冷凝器，该冷凝器可将第一压缩机210或第二压缩机220内经过压缩过后的气态制冷剂通过风扇或水等形式冷却为液态制冷剂，而后将该液态制冷剂送往第一蒸发器120或第二蒸发器130。

优选地，第一蒸发器120和/或第二蒸发器130的制冷方式为风冷和/或壁冷。风冷式的蒸发器通常包含风扇、蒸发器芯和液体箱这样的结构，其中，风扇用于将空气吹入风冷式蒸发器内，蒸发器芯使用散热片或散热管来增加散热面积，使得空气流动更为充分以提高散热效果，液体箱能够填充液体，用于蒸发过程。而壁冷式的蒸发器通常包含内壁、外壁和液体槽这样的结构，其中内壁和外壁构成了壁冷式蒸发器的主要结构，其内壁采用热导率和耐腐蚀性能高的材料；而外壁则作为内壁的保护层，能保证蒸发器内部不受外界影响；液体槽设置在内壁部分，用于装载蒸发液体。壁冷式蒸发器通过内壁接触环境从而实现热量交换。

优选地，第一蒸发器120与第一压缩机210之间和第二蒸发器130与第二压缩机220之间分别通过独立的管道连通，也即是说，第一蒸发器120和第一压缩机210以及第二蒸发器130和第二压缩机220分属两套制冷组件，因此这两套制冷组件内部的制冷剂并不会混用。这样设置的好处在于，各蒸发器都有与之对应的压缩机，使得每套设备均能正常地、独立地运作而不会影响到制冷效果。

优选地，低温成型室的空间大小足以容纳整个3D打印设备或至少容纳3D打印设备的打印平台区和喷头区，其目的在于保证打印材料的从自喷头喷出到于平台上成型的整个过程中的温度均能在低温成型室内的蒸发器的控制下维持预设数值。

优选地，蒸发器和压缩机之间的管道至少有两根，具体地，第一蒸发器120与第一压缩机210之间和第二蒸发器130与第二压缩机220之间连通的管道至少包括用于输送气态制冷剂的第一支管230和用于输送液态制冷剂的第二支管240。管道的数量与制冷器200中的冷凝器的设置方式有关。其中，当冷凝器集成布置在与其匹配的压缩机上时，由于压缩机通过压缩得到的高压制冷剂气体需要送往冷凝器进行下一步处理，则制冷剂的运转过程可由集成有冷凝器的压缩机的内部通道完成；当冷凝器作为独立的构件与对应压缩机间隔设置时，则制冷剂的运转过程需要额外搭设管道以建立冷凝器与压缩机的连接关系。因此，当冷凝器集成布置在与其匹配的压缩机上时，第二蒸发器130与第二压缩机220之间仅存在着容纳第二蒸发器130产生的低压的制冷剂蒸气通过的管道和容纳冷凝器产生的高压液体通过的管道，此时管道数量为两根；而当冷凝器作为独立的构件与对应压缩机间隔设置时，除需要前一情况的两根管道外，还需要增设连通压缩机和冷凝器的这第三根管道，显然，不同管道可以运送不同的介质，具有不同的作用。优选地，可以根据不同应用场景下的压缩机和冷凝器的体积、功率、散热等需求，以决定是否通过将冷凝器集成设置于压缩机之上以对制冷器200内部空间的管道布局进行优化设置，其中，管道可选用铜管或者高性能塑料管等。此外，第二蒸发器130与第二压缩机220之间还设置有第一母管270和第二母管280，第一母管270与每根连通在第二蒸发器130的第一支管230连接，第二母管280与每根连通在第二蒸发器130的第二支管240连接。因此，第一母管270和第二母管280均能将支管汇聚统合后连接到第二压缩机220上或集成在第二压缩机220的冷凝器上。第二母管280和每根连接在第一压缩机210的冷凝器上的用于将制冷剂液体送往第一蒸发器120的管道上均配置有用于制冷剂减压的膨胀阀290，膨胀阀290能够将高压的液态制冷剂变为低压的液态制冷剂，这个过程中，制冷剂膨胀而变为雾状，而雾状的制冷剂在蒸发器中更容易蒸发，使得蒸发器的制冷效果得到保障。

优选地，第二蒸发器130与第二压缩机220之间的管道上配置有第一电磁阀250和第二电磁阀260，具体来说，第一电磁阀250设置在第二蒸发器130产生的低压的制冷剂蒸气送往第二压缩机220通过的管道上，也即第一支管230，而第二电磁阀260设置在冷凝器产生的制冷剂液体送往第二蒸发器130通过的管道上，也即第二支管240，其中，按照管道内制冷剂流动的方向将第一支管230和第二支管240的两端分别称为起端和尾端。具体来说，第一支管230连接在第二蒸发器130的一端为起端，另一端为尾端，相同地，第二支管240连接在第二蒸发器130的一端为尾端，另一端为起端。

优选地，第一蒸发器120和第二蒸发器130的排列方式可以是前后或左右的并排形式，其中，第二蒸发器130作为第一蒸发器120的备用仅会在第一蒸发器120停止运作时启动，也即是说，第一蒸发器120和第二蒸发器130在同一时刻下仅会启动其中之一，而前述的独立管道的设置方式提供了这种单独运作模式的基础。这样设置的好处在于，第一蒸发器120和第二蒸发器130中任一个均能独立完成对于低温成型室110的降温功能，避免两个蒸发器同时启动，可减少能源的消耗，也更易控制低温成型室110内的温度达到预设值。

优选地，低温成型室110可根据实际情况设置多个，所有低温成型室110均具有打印设备正常运作时使用的第一蒸发器120和一个备份使用的第二蒸发器130。同时，每个低温成型室内的第一蒸发器120和与其匹配的第一压缩机210连接，而第二蒸发器130与第二压缩机220相连。

优选地，第二压缩机220与多个不同低温成型室110内的第二蒸发器130相连，连接方式为发散的支状式，也即是说，第二压缩机220作为主节点，可以同时与多个作为子节点的低温成型室110内的第二蒸发器130通过不同的管道进行支状连接。进一步地，第二压缩机220与每一低温成型室110内的第二蒸发器130连通的管道同第二蒸发器130相同，也设置有电磁阀。当低温成型室110的数量设置为1个的时候，第二压缩机220仅与该低温成型室的第二蒸发器130直接连接，也即是说，第二压缩机220也可以仅作为一个低温成型室110的备用压缩机。

优选地，第二压缩机220采取了额定工作功率高于第一压缩机210的额定工作功率的变频压缩机，其功率的倍数为第一压缩机210的n倍，n的值与低温成型室110的数量相同。这样设置的好处在于，变频技术大功率压缩机能够同时作为一个或多个低温成型室110的备用机，仅需要适应性调整其运行功率与低温成型室110的第二蒸发器130的总功率相匹配便可实现其功能。

优选地，第一压缩机210与所有的第二压缩机220建立电连接，使得第二压缩机220能够响应于各低温成型室110的第一压缩机210的运行状态而决定自身的运作状态。同时第二压缩机220与第一电磁阀250、第二电磁阀260也建立电连接，其能发挥当第二压缩机220启用时同步控制电磁阀的开启的作用。具体地，可在第二压缩机220上设置如公开号为CN115235150A的专利文件中描述的智能控制装置，其功能在于通过其带有的监测部件探测压缩机内制冷剂的压力和温度等的变化，判断压缩机是否发生故障，判断为有故障发生时控制压缩机和电磁阀自动切换，实现制冷设备正常运行。同理，当蒸发器需要进行除霜维护时其切换时机和切换过程也与压缩机的相同。需要注意的是，本实用新型不涉及对软件和方法的改进，符合专利法对保护客体的规定。

优选地，压缩机和蒸发器的切换可选用手动进行，方式为：依旧在第二压缩机220位置设置制冷剂的压力和温度的监测部件，当探测到压力和温度的异常值时，人为控制工作制冷设备的停止和备用制冷设备的切换。

优选地，制冷器的设置位置可与低温成型室中的第一蒸发器和第二蒸发器所在侧毗邻。由于制冷器和低温成型室之间存在着制冷剂的回路，而两者相邻设置可减短管道长度，可将装置整体控制到较小的体积。

优选地，装置还包括保温层300，保温层300环绕在所有低温成型室110的外侧，通常使用隔热棉或者保温板，其能减少低温成型室内的温度波动，提高打印效率和打印质量。

本装置配置备份设备实现连续生产的原理为：日常生产中，第一压缩机210带动的冷凝器通过低温成型室110的第一蒸发器120独立提供冷量。当第一压缩机210和/或低温成型室110的第一蒸发器120出现故障时，智能控制装置监测到信号并通过自动开启或人为启动第一电磁阀250和第二电磁阀260，启用备用的第二压缩机220带动对应的冷凝器通过低温成型室110的第二蒸发器130独立提供冷量，达到生产不间断的目的。此原理同样适用于多个低温成型室110的第一蒸发器120和/或对应的第一压缩机210发生故障时的情况。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种用于生物3D打印的备份制冷装置，包括：

低温成型单元(100)和制冷器(200)，

其特征在于，

所述低温成型单元(100)配置有若干低温成型室(110)，且任一所述低温成型室(110)均配置有第一蒸发器(120)和第二蒸发器(130)，所述制冷器(200)配置有若干第一压缩机(210)和一个第二压缩机(220)，且若干所述低温成型室(110)中的所述第一蒸发器(120)与所述第一压缩机(210)按照一一对应的方式构成日常制冷组件；若干所述低温成型室(110)的第二蒸发器(130)与第二压缩机(220)连通，构成与所述日常制冷组件相互独立的备份制冷组件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低温成型单元(100)与所述制冷器(200)之间设有用于制冷剂往复流通的回路。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述回路至少包括用于将制冷剂送往所述第一压缩机(210)或所述第二压缩机(220)的第一支管(230)和用于将制冷剂送往所述第一蒸发器(120)或所述第二蒸发器(130)的第二支管(240)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，位于所述第二蒸发器(130)与所述第二压缩机(220)之间的所述第一支管(230)和所述第二支管(240)分别设置有在所述第二蒸发器(130)与所述第二压缩机(220)启动的情况下开启以打开管道通路的第一电磁阀(250)和第二电磁阀(260)。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二蒸发器(130)与所述第二压缩机(220)之间还设置有第一母管(270)和第二母管(280)，所述第一母管(270)以与每根起端连接在所述第二蒸发器(130)上的所述第一支管(230)的尾端连接的方式接收制冷剂，所述第二母管(280)以与每根尾端连接在所述第二蒸发器(130)的所述第二支管(240)的起端连接的方式输出制冷剂。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一压缩机(210)和所述第二压缩机(220)集成有用于将气态制冷剂转化为液态制冷剂的冷凝器，所述第二母管(280)和位于所述第一压缩机(210)与所述第一蒸发器(120)之间的第二支管(240)连接在所述冷凝器上。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述第二母管(280)上和位于所述第一压缩机(210)与所述第一蒸发器(120)之间的第二支管(240)上设置有用于制冷剂降压的膨胀阀(290)。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一蒸发器(120)和/或所述第二蒸发器(130)被配置为风冷式蒸发器或被配置为壁冷式蒸发器。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述制冷器(200)与所述低温成型室(110)中的所述第一蒸发器(120)和第二蒸发器(130)所在侧毗邻。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括保温层(300)，所述保温层(300)环绕在所述低温成型单元(100)的外侧。