低溫制冷機用熱管式換熱器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供的一種將待冷卻介質(zhì)冷卻為已冷卻介質(zhì)的低溫制冷機用熱管式換熱器,具有這樣的特征，包括：換熱本體，設(shè)有在待冷卻介質(zhì)的輸送方向上的待冷卻介質(zhì)進口和已冷卻介質(zhì)出口；以及至少一個在換熱本體內(nèi)順著輸送方向分別相間隔設(shè)置的板形熱管，將換熱本體的內(nèi)部分隔形成相應(yīng)數(shù)量的介質(zhì)通道，板形熱管側(cè)壁內(nèi)表面具有吸液芯，換熱本體還包括分離區(qū)域和混合區(qū)域。本實用新型解決了低溫制冷機冷頭與被冷卻介質(zhì)之間接觸面積小造成換熱效率低和換熱能力不足的問題，從而有效利用低溫制冷機制取的冷量，解決能源及費用浪費的問題。另外，提高低溫制冷機的工作溫度，進而優(yōu)化低溫制冷機的運行工況。
【專利說明】低溫制冷機用熱管式換熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種換熱器，具體涉及一種低溫制冷機用熱管式換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的日新月異，小型低溫制冷機已廣泛應(yīng)用于紅外探測、衛(wèi)星遙感、低溫保存、低溫外科、低溫超導(dǎo)等高新【技術(shù)領(lǐng)域】，而且將在越來越多的高科技領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。小型低溫制冷機一般包括GM制冷機、脈沖管制冷機和斯特林制冷機。小型低溫制冷機的制冷溫度范圍一般在O~80k，制冷量大約在0.1~100w。使用小型制冷機作為低溫冷源本身存在三個特點:一是制冷量小；二是制冷效率低，即獲取每一瓦冷量的代價很高?三是制冷機性能受工作溫度影響明顯，即隨溫度下降，制冷量和制冷效率明顯衰退。因此如何有效地提高傳熱效率，減少冷量損失，使這些珍貴的冷量充分發(fā)揮作用顯得尤為重要。[0003]連接小型低溫制冷機冷頭與被冷卻介質(zhì)的換熱器就是有效使用小型低溫制冷機的關(guān)鍵部件。目前常用的冷頭換熱器是紫銅棒或無氧銅銅棒，但受制冷機冷頭直徑小的限制，銅棒的直徑也較小。用于冷卻氣體或液體介質(zhì)的冷頭換熱器一般在銅棒上切削多組銅片，由于多組銅片式冷頭換熱器換熱系數(shù)不高，在一定程度上限制了制冷量的輸出。因此如何提高換熱器的換熱系數(shù)顯得尤為重要。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型是為了解決上述課題而進行的，目的在于提供一種傳熱面積大、導(dǎo)熱效率高、傳熱溫差小的低溫制冷機用熱管式換熱器。
[0005]本實用新型提供的一種將待冷卻介質(zhì)冷卻為已冷卻介質(zhì)的低溫制冷機用熱管式換熱器，具有這樣的特征，包括:換熱本體，設(shè)有在待冷卻介質(zhì)的輸送方向上的待冷卻介質(zhì)進口和已冷卻介質(zhì)出口 ；以及至少一個板形熱管，在換熱本體內(nèi)順著輸送方向分別相間隔設(shè)置，將換熱本體的內(nèi)部分隔形成相應(yīng)數(shù)量的介質(zhì)通道，其中，每個板形熱管內(nèi)填充有低溫工質(zhì)，具有設(shè)置在側(cè)壁內(nèi)表面上的吸液芯，每個板形熱管與待冷卻介質(zhì)進口之間具有一定距離從而形成分離區(qū)域，該分離區(qū)域?qū)⒋鋮s介質(zhì)由待冷卻介質(zhì)進口分離后分別輸向各個介質(zhì)通道，每個板形熱管與已冷卻介質(zhì)出口之間具有一定距離從而形成混合區(qū)域，該混合區(qū)域?qū)⒂擅總€介質(zhì)通道輸出的已冷卻介質(zhì)進行混合后至已冷卻介質(zhì)出口。
[0006]在本實用新型低溫制冷機用熱管式換熱器中，還可以具有這樣的特征:其中，至少一個板形熱管在換熱本體內(nèi)為相互平行設(shè)置。
[0007]在本實用新型低溫制冷機用熱管式換熱器中，還可以具有這樣的特征:其中，吸液芯設(shè)置在板形熱管的長度方向上的兩側(cè)的側(cè)壁內(nèi)表面上。
[0008]在本實用新型低溫制冷機用熱管式換熱器中，還可以具有這樣的特征:每個板形熱管在板狀平面內(nèi)設(shè)置有支撐板形熱管的至少一個加強筋。
[0009]在本實用新型低溫制冷機用熱管式換熱器中，還可以具有這樣的特征:板形熱管形成有與冷頭相遠離的蒸發(fā)區(qū)和與冷頭相接近的冷凝區(qū)。[0010]實用新型的作用和效果
[0011]本實用新型提供的低溫制冷機用熱管式換熱器，采用板形熱管作為被動傳熱元件，由于板形熱管長度方向較長、表面積大，與待冷卻介質(zhì)之間充分接觸，且具有板式換熱器冷熱流體間壁式高效換熱的特點，因此能夠很好地解決由于低溫制冷機冷頭與被冷卻介質(zhì)之間接觸面積小造成傳熱效率低和傳熱能力不足的問題，從而有效利用低溫制冷機制取的冷量，解決能源及費用浪費的問題。另外，由于板式熱管傳熱溫差小，使換熱過程可在很小的溫差下進行，因此有益于提高低溫制冷機的工作溫度，進而優(yōu)化低溫制冷機的運行工況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是低溫制冷機與熱管式換熱器的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是熱管式換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是換熱本體與板形熱管的連接結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0015]圖4是板形熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0017]圖1是本實用新型的實施例中低溫制冷機與熱管式換熱器的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實用新型的實施例中熱管式換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]如圖1和圖2所示，本實施例中的熱管式換熱器100與低溫制冷機200的冷頭201相連接，用于將待冷卻介質(zhì)冷卻為已冷卻介質(zhì)，在本實施例中，待冷卻介質(zhì)為常壓液氮，包括換熱本體I和六個板形熱管2，并且冷頭201與每個板形熱管2通過換熱本體I的上頂板相接觸。
[0020]換熱本體I在如圖1中箭頭A所示的待冷卻介質(zhì)的輸送方向上設(shè)有待冷卻介質(zhì)進口 11和已冷卻介質(zhì)出口 12。如圖1所示，換熱本體I的前后側(cè)壁上分別設(shè)有待冷卻介質(zhì)進口 11和已冷卻介質(zhì)出口 12。
[0021 ] 如圖2所示，在本實施例中，板形熱管2材質(zhì)為鋁，因為鋁具有較高的導(dǎo)熱能力。鋁質(zhì)熱管的熱傳遞效率超過已知的任何金屬。每個板形熱管2在換熱本體I內(nèi)順著待冷卻介質(zhì)輸送方向分別相等間距間隔設(shè)置，正如圖2所示的箭頭A方向，每個板形熱管2之間相互平行，將換熱本體I的內(nèi)部分隔形成七個介質(zhì)通道3。
[0022]圖3是本實用新型的實施例中換熱本體與板形熱管的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]如圖3所示，換熱本體I還包括分離區(qū)域4和混合區(qū)域5。每個板形熱管2都與待冷卻介質(zhì)進口 11之間具有一定距離從而形成該分離區(qū)域4，待冷卻介質(zhì)進口 11位于該分離區(qū)域4的下半側(cè)，該分離區(qū)域4用于將待冷卻介質(zhì)由待冷卻介質(zhì)進口 11分離后分別輸向每個介質(zhì)通道3。每個板形熱管2都與已冷卻介質(zhì)出口 12之間具有一定距離從而形成該混合區(qū)域5，已冷卻介質(zhì)出口 12位于該混合區(qū)域5的上半側(cè)，該混合區(qū)域5用于將每個介質(zhì)通道3輸出的已冷卻介質(zhì)進行混合后輸向已冷卻介質(zhì)出口 12。
[0024]圖4是本實用新型的實施例中板形熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]如圖4所示，圖中顯示的是六個板形熱管2中的一個，其它五個與該板形熱管2的結(jié)構(gòu)相同，在此省略對其它五個板形熱管2的描述。板形熱管2在長度方向上的兩側(cè)的側(cè)壁內(nèi)表面上燒結(jié)吸液芯21,在本實施例中，吸液芯21為金屬粉末在板形熱管2長度方向的兩側(cè)的側(cè)壁內(nèi)壁面上燒結(jié)的與板形熱管2側(cè)壁內(nèi)表面形成一體的燒結(jié)粉末管芯，吸液芯21順著板形熱管2的高度方向從底部延伸到頂部。板形熱管2內(nèi)部被抽成負(fù)壓，并充注根據(jù)待冷卻介質(zhì)確定的低溫工質(zhì)，在本實施例中，低溫工質(zhì)為液氮。板形熱管2形成位于上端的冷凝區(qū)6和位于下端的蒸發(fā)區(qū)7。板形熱管2的板狀平面內(nèi)設(shè)有三根等間距分布的加強筋22，用于支撐板形熱管2，加強筋22順著板形熱管2的高度方向從底部延伸到頂部。在本實施例中待冷卻介質(zhì)為常壓液氮，板形熱管2中的低溫工質(zhì)為處于負(fù)壓狀態(tài)的液氮，液氮的壓力越低，其對應(yīng)的溫度也越低。所以板形熱管2中的工作液氮的溫度低于待冷卻介質(zhì)液氮的溫度，可以吸收待冷卻介質(zhì)液氮的熱量。
[0026]在本實施例中，圖中未顯示的待冷卻介質(zhì)液氮由待冷卻介質(zhì)進口 11進入換熱本體1，由分離區(qū)域4將待冷卻介質(zhì)液氮分離后分別輸向七個介質(zhì)通道3，在每個介質(zhì)通道3內(nèi)與相鄰的板式熱管2換熱。板式熱管2的蒸發(fā)區(qū)7吸收待冷卻介質(zhì)液氮的熱量，其吸液芯21中的低溫工質(zhì)液氮受熱迅速蒸發(fā)為氮氣，氮氣向上走到達冷凝區(qū)6，并在冷凝區(qū)6冷凝釋放出熱量，重新凝結(jié)成液氮。液氮在重力及吸液芯毛細力的作用下流回蒸發(fā)區(qū)7。待冷卻介質(zhì)液氮在每個介質(zhì)通道3內(nèi)冷卻后在混合區(qū)域5混合后經(jīng)已冷卻介質(zhì)出口 12流出。板形熱管2將熱量傳遞給冷頭201，由低溫制冷機200制取的冷量進行冷卻。如此，低溫制冷機200的冷量就通過換熱本體I由制冷機冷頭201傳遞給了待冷卻介質(zhì)液氮。
[0027]實施例的作用與效果
[0028]本實施例所提供的熱管式換熱器，采用板形熱管作為被動傳熱元件，由于板形熱管長度方向較長、表面積大，與待冷卻介質(zhì)之間充分接觸，且具有板式換熱器冷熱流體間壁式高效換熱的特點，因此能夠很好地解決低溫制冷機冷頭與被冷卻介質(zhì)之間的接觸面積小，傳熱效率低，傳熱能力不足的問題，從而有效利用低溫制冷機制取的冷量，解決能源及費用浪費的問題。
[0029]本實施例中的熱管式換熱器，由于六個板形熱管在換熱本體內(nèi)垂直等間距設(shè)置，有利于待冷卻介質(zhì)與板形熱管均勻充分的接觸，因此能夠更好的提高傳熱效率。
[0030]本實施例中的熱管式換熱器，由于每個板形熱管長度方向的兩側(cè)的側(cè)壁內(nèi)表面上燒結(jié)的吸液芯是沿著板形熱管高度方向從板形熱管底部延伸到頂部，有利于在冷凝區(qū)冷凝的液體在重力的作用下更快速流回蒸發(fā)區(qū)，因此更夠?qū)崿F(xiàn)待冷卻介質(zhì)更快速釋放熱量，提高傳熱效率。
[0031]本實施例中的熱管式換熱器，由于所采用的板形熱管傳熱溫差小，可使換熱過程在很小的溫差下進行，因此有益于提高低溫制冷機的工作溫度，進而優(yōu)化低溫制冷機的運行工況。
[0032]在本實施例中，板形熱管內(nèi)采用液氮作為低溫工質(zhì)。本實用新型中，低溫制冷機用熱管式換熱器特別適用于冷卻氮氣、氫氣、氦氣、氖氣或液氮、液氫、液氦、液氖，此時板形熱管中的低溫工質(zhì)用與待冷卻介質(zhì)同種的液態(tài)工質(zhì)。
[0033]在本實施例中，采用金屬粉末在板形熱管長度方向的兩側(cè)的側(cè)壁內(nèi)壁表面上燒結(jié)的與板形熱管管壁形成一體的粉末管芯作為吸液芯，本實用新型涉及的熱管式換熱器還可以采用金屬絲網(wǎng)燒結(jié)在板形熱管長度方向的兩側(cè)的側(cè)壁內(nèi)表面上的管芯作為吸液芯。 [0034] 上述實施方式為本實用新型的優(yōu)選案例，并不用來限制本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種將待冷卻介質(zhì)冷卻為已冷卻介質(zhì)的低溫制冷機用熱管式換熱器，其特征在于，包括: 換熱本體，設(shè)有在所述待冷卻介質(zhì)的輸送方向上的待冷卻介質(zhì)進口和已冷卻介質(zhì)出口 ；以及 至少一個板形熱管，在所述換熱本體內(nèi)順著所述輸送方向分別相間隔設(shè)置，將所述換熱本體的內(nèi)部分隔形成相應(yīng)數(shù)量的介質(zhì)通道， 其中，每個所述板形熱管內(nèi)填充有低溫工質(zhì)，具有設(shè)置在側(cè)壁內(nèi)表面上的吸液芯， 每個所述板形熱管與所述待冷卻介質(zhì)進口之間具有一定距離從而形成分離區(qū)域，該分離區(qū)域?qū)⑺龃鋮s介質(zhì)由所述待冷卻介質(zhì)進口分離后分別輸向各個所述介質(zhì)通道， 每個所述板形熱管與所述已冷卻介質(zhì)出口之間具有一定距離從而形成混合區(qū)域，該混合區(qū)域?qū)⑺鲇擅總€所述介質(zhì)通道輸出的已冷卻介質(zhì)進行混合后至所述已冷卻介質(zhì)出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制冷機用熱管式換熱器，其特征在于: 其中，至少一個所述板形熱管在所述換熱本體內(nèi)為相互平行設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制冷機用熱管式換熱器，其特征在于: 其中，所述吸液芯設(shè)置在所述板形熱管的長度方向上的兩側(cè)的側(cè)壁的內(nèi)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制冷機用熱管式換熱器，其特征在于: 其中，每個所述板形熱管在板狀平面內(nèi)設(shè)有用于支撐所述板形熱管的至少一根加強筋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制冷機用熱管式換熱器，其特征在于: 其中，所述板形熱管形成有與所述冷頭相遠離的蒸發(fā)區(qū)和與所述冷頭相接近的冷凝區(qū)。
【文檔編號】F28D15/02GK203704738SQ201420022949
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】趙秀紅, 汪洋, 姚嵐, 劉寶林 申請人:上海理工大學(xué)