低温制冷机用热管式换热器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供的一种将待冷却介质冷却为已冷却介质的低温制冷机用热管式换热器,具有这样的特征，包括：换热本体，设有在待冷却介质的输送方向上的待冷却介质进口和已冷却介质出口；以及至少一个在换热本体内顺着输送方向分别相间隔设置的板形热管，将换热本体的内部分隔形成相应数量的介质通道，板形热管侧壁内表面具有吸液芯，换热本体还包括分离区域和混合区域。本实用新型解决了低温制冷机冷头与被冷却介质之间接触面积小造成换热效率低和换热能力不足的问题，从而有效利用低温制冷机制取的冷量，解决能源及费用浪费的问题。另外，提高低温制冷机的工作温度，进而优化低温制冷机的运行工况。
【专利说明】低温制冷机用热管式换热器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种换热器，具体涉及一种低温制冷机用热管式换热器。
【背景技术】
[0002]随着科技的日新月异，小型低温制冷机已广泛应用于红外探测、卫星遥感、低温保存、低温外科、低温超导等高新【技术领域】，而且将在越来越多的高科技领域中发挥重要作用。小型低温制冷机一般包括GM制冷机、脉冲管制冷机和斯特林制冷机。小型低温制冷机的制冷温度范围一般在O~80k，制冷量大约在0.1~100w。使用小型制冷机作为低温冷源本身存在三个特点:一是制冷量小；二是制冷效率低，即获取每一瓦冷量的代价很高?三是制冷机性能受工作温度影响明显，即随温度下降，制冷量和制冷效率明显衰退。因此如何有效地提高传热效率，减少冷量损失，使这些珍贵的冷量充分发挥作用显得尤为重要。[0003]连接小型低温制冷机冷头与被冷却介质的换热器就是有效使用小型低温制冷机的关键部件。目前常用的冷头换热器是紫铜棒或无氧铜铜棒，但受制冷机冷头直径小的限制，铜棒的直径也较小。用于冷却气体或液体介质的冷头换热器一般在铜棒上切削多组铜片，由于多组铜片式冷头换热器换热系数不高，在一定程度上限制了制冷量的输出。因此如何提高换热器的换热系数显得尤为重要。
实用新型内容
[0004]本实用新型是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种传热面积大、导热效率高、传热温差小的低温制冷机用热管式换热器。
[0005]本实用新型提供的一种将待冷却介质冷却为已冷却介质的低温制冷机用热管式换热器，具有这样的特征，包括:换热本体，设有在待冷却介质的输送方向上的待冷却介质进口和已冷却介质出口 ；以及至少一个板形热管，在换热本体内顺着输送方向分别相间隔设置，将换热本体的内部分隔形成相应数量的介质通道，其中，每个板形热管内填充有低温工质，具有设置在侧壁内表面上的吸液芯，每个板形热管与待冷却介质进口之间具有一定距离从而形成分离区域，该分离区域将待冷却介质由待冷却介质进口分离后分别输向各个介质通道，每个板形热管与已冷却介质出口之间具有一定距离从而形成混合区域，该混合区域将由每个介质通道输出的已冷却介质进行混合后至已冷却介质出口。
[0006]在本实用新型低温制冷机用热管式换热器中，还可以具有这样的特征:其中，至少一个板形热管在换热本体内为相互平行设置。
[0007]在本实用新型低温制冷机用热管式换热器中，还可以具有这样的特征:其中，吸液芯设置在板形热管的长度方向上的两侧的侧壁内表面上。
[0008]在本实用新型低温制冷机用热管式换热器中，还可以具有这样的特征:每个板形热管在板状平面内设置有支撑板形热管的至少一个加强筋。
[0009]在本实用新型低温制冷机用热管式换热器中，还可以具有这样的特征:板形热管形成有与冷头相远离的蒸发区和与冷头相接近的冷凝区。[0010]实用新型的作用和效果
[0011]本实用新型提供的低温制冷机用热管式换热器，采用板形热管作为被动传热元件，由于板形热管长度方向较长、表面积大，与待冷却介质之间充分接触，且具有板式换热器冷热流体间壁式高效换热的特点，因此能够很好地解决由于低温制冷机冷头与被冷却介质之间接触面积小造成传热效率低和传热能力不足的问题，从而有效利用低温制冷机制取的冷量，解决能源及费用浪费的问题。另外，由于板式热管传热温差小，使换热过程可在很小的温差下进行，因此有益于提高低温制冷机的工作温度，进而优化低温制冷机的运行工况。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是低温制冷机与热管式换热器的连接结构示意图；
[0013]图2是热管式换热器的内部结构示意图；
[0014]图3是换热本体与板形热管的连接结构示意图；以及
[0015]图4是板形热管的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0017]图1是本实用新型的实施例中低温制冷机与热管式换热器的连接结构示意图。
[0018]图2是本实用新型的实施例中热管式换热器的内部结构示意图。
[0019]如图1和图2所示，本实施例中的热管式换热器100与低温制冷机200的冷头201相连接，用于将待冷却介质冷却为已冷却介质，在本实施例中，待冷却介质为常压液氮，包括换热本体I和六个板形热管2，并且冷头201与每个板形热管2通过换热本体I的上顶板相接触。
[0020]换热本体I在如图1中箭头A所示的待冷却介质的输送方向上设有待冷却介质进口 11和已冷却介质出口 12。如图1所示，换热本体I的前后侧壁上分别设有待冷却介质进口 11和已冷却介质出口 12。
[0021 ] 如图2所示，在本实施例中，板形热管2材质为铝，因为铝具有较高的导热能力。铝质热管的热传递效率超过已知的任何金属。每个板形热管2在换热本体I内顺着待冷却介质输送方向分别相等间距间隔设置，正如图2所示的箭头A方向，每个板形热管2之间相互平行，将换热本体I的内部分隔形成七个介质通道3。
[0022]图3是本实用新型的实施例中换热本体与板形热管的连接结构示意图；
[0023]如图3所示，换热本体I还包括分离区域4和混合区域5。每个板形热管2都与待冷却介质进口 11之间具有一定距离从而形成该分离区域4，待冷却介质进口 11位于该分离区域4的下半侧，该分离区域4用于将待冷却介质由待冷却介质进口 11分离后分别输向每个介质通道3。每个板形热管2都与已冷却介质出口 12之间具有一定距离从而形成该混合区域5，已冷却介质出口 12位于该混合区域5的上半侧，该混合区域5用于将每个介质通道3输出的已冷却介质进行混合后输向已冷却介质出口 12。
[0024]图4是本实用新型的实施例中板形热管的结构示意图。
[0025]如图4所示，图中显示的是六个板形热管2中的一个，其它五个与该板形热管2的结构相同，在此省略对其它五个板形热管2的描述。板形热管2在长度方向上的两侧的侧壁内表面上烧结吸液芯21,在本实施例中，吸液芯21为金属粉末在板形热管2长度方向的两侧的侧壁内壁面上烧结的与板形热管2侧壁内表面形成一体的烧结粉末管芯，吸液芯21顺着板形热管2的高度方向从底部延伸到顶部。板形热管2内部被抽成负压，并充注根据待冷却介质确定的低温工质，在本实施例中，低温工质为液氮。板形热管2形成位于上端的冷凝区6和位于下端的蒸发区7。板形热管2的板状平面内设有三根等间距分布的加强筋22，用于支撑板形热管2，加强筋22顺着板形热管2的高度方向从底部延伸到顶部。在本实施例中待冷却介质为常压液氮，板形热管2中的低温工质为处于负压状态的液氮，液氮的压力越低，其对应的温度也越低。所以板形热管2中的工作液氮的温度低于待冷却介质液氮的温度，可以吸收待冷却介质液氮的热量。
[0026]在本实施例中，图中未显示的待冷却介质液氮由待冷却介质进口 11进入换热本体1，由分离区域4将待冷却介质液氮分离后分别输向七个介质通道3，在每个介质通道3内与相邻的板式热管2换热。板式热管2的蒸发区7吸收待冷却介质液氮的热量，其吸液芯21中的低温工质液氮受热迅速蒸发为氮气，氮气向上走到达冷凝区6，并在冷凝区6冷凝释放出热量，重新凝结成液氮。液氮在重力及吸液芯毛细力的作用下流回蒸发区7。待冷却介质液氮在每个介质通道3内冷却后在混合区域5混合后经已冷却介质出口 12流出。板形热管2将热量传递给冷头201，由低温制冷机200制取的冷量进行冷却。如此，低温制冷机200的冷量就通过换热本体I由制冷机冷头201传递给了待冷却介质液氮。
[0027]实施例的作用与效果
[0028]本实施例所提供的热管式换热器，采用板形热管作为被动传热元件，由于板形热管长度方向较长、表面积大，与待冷却介质之间充分接触，且具有板式换热器冷热流体间壁式高效换热的特点，因此能够很好地解决低温制冷机冷头与被冷却介质之间的接触面积小，传热效率低，传热能力不足的问题，从而有效利用低温制冷机制取的冷量，解决能源及费用浪费的问题。
[0029]本实施例中的热管式换热器，由于六个板形热管在换热本体内垂直等间距设置，有利于待冷却介质与板形热管均匀充分的接触，因此能够更好的提高传热效率。
[0030]本实施例中的热管式换热器，由于每个板形热管长度方向的两侧的侧壁内表面上烧结的吸液芯是沿着板形热管高度方向从板形热管底部延伸到顶部，有利于在冷凝区冷凝的液体在重力的作用下更快速流回蒸发区，因此更够实现待冷却介质更快速释放热量，提高传热效率。
[0031]本实施例中的热管式换热器，由于所采用的板形热管传热温差小，可使换热过程在很小的温差下进行，因此有益于提高低温制冷机的工作温度，进而优化低温制冷机的运行工况。
[0032]在本实施例中，板形热管内采用液氮作为低温工质。本实用新型中，低温制冷机用热管式换热器特别适用于冷却氮气、氢气、氦气、氖气或液氮、液氢、液氦、液氖，此时板形热管中的低温工质用与待冷却介质同种的液态工质。
[0033]在本实施例中，采用金属粉末在板形热管长度方向的两侧的侧壁内壁表面上烧结的与板形热管管壁形成一体的粉末管芯作为吸液芯，本实用新型涉及的热管式换热器还可以采用金属丝网烧结在板形热管长度方向的两侧的侧壁内表面上的管芯作为吸液芯。 [0034] 上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种将待冷却介质冷却为已冷却介质的低温制冷机用热管式换热器，其特征在于，包括: 换热本体，设有在所述待冷却介质的输送方向上的待冷却介质进口和已冷却介质出口 ；以及 至少一个板形热管，在所述换热本体内顺着所述输送方向分别相间隔设置，将所述换热本体的内部分隔形成相应数量的介质通道， 其中，每个所述板形热管内填充有低温工质，具有设置在侧壁内表面上的吸液芯， 每个所述板形热管与所述待冷却介质进口之间具有一定距离从而形成分离区域，该分离区域将所述待冷却介质由所述待冷却介质进口分离后分别输向各个所述介质通道， 每个所述板形热管与所述已冷却介质出口之间具有一定距离从而形成混合区域，该混合区域将所述由每个所述介质通道输出的已冷却介质进行混合后至所述已冷却介质出口。
2.根据权利要求1所述的低温制冷机用热管式换热器，其特征在于: 其中，至少一个所述板形热管在所述换热本体内为相互平行设置。
3.根据权利要求1所述的低温制冷机用热管式换热器，其特征在于: 其中，所述吸液芯设置在所述板形热管的长度方向上的两侧的侧壁的内表面上。
4.根据权利要求1所述的低温制冷机用热管式换热器，其特征在于: 其中，每个所述板形热管在板状平面内设有用于支撑所述板形热管的至少一根加强筋。
5.根据权利要求1所述的低温制冷机用热管式换热器，其特征在于: 其中，所述板形热管形成有与所述冷头相远离的蒸发区和与所述冷头相接近的冷凝区。
【文档编号】F28D15/02GK203704738SQ201420022949
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】赵秀红, 汪洋, 姚岚, 刘宝林 申请人:上海理工大学