专利名称：冷凝器热沉的制作方法
技术领域：
本发明涉及对扩散-吸收循环致冷系统性能的改进，特别是与用来容纳 温度敏感的电气和电子设备的温控罩壳 一起使用的致冷系统。
背景技术：
电气和电子设备的很多的零件当其暴露在大幅度变化的温度、湿度或 其它周围条件下时增加了失效、故障的易感性，或者通常加快老化和缩短 使用寿命。当这些设备的零件必须长期留在相对不受保护从而不能免受大 气状况影响的环境下时，该问题对于这些零件的影响特别明显。
一个例子是控制设备的零件，特别是它的备用或备份的电池电源供应 装置。这样的控制设备可见于配电、电信、运输和安全系统，并且通常位 于被隔离开的并且暴露的户外或室内的位置。这样的设备安装在用于保护 其免受雨水或其它降水的罩壳中通常将会加大温度变化的幅度，因为阳光 照在罩壳上将会加热罩壳的容纳物使其温度远高于其它的状况。另外，在 一些应用中，位于敏感性设备附近的散发出热量的设备可能会增加热应 力。因此，需要为温度最敏感的零件提供冷却或空气调节的设备。
特别是，已经注意到在该领域中大量用于配电控制系统和电信系统的 电池备用电源供应装置由于温度和/或湿度变化所引起的老化造成其使用 寿命远短于预期。在现有技术中的解决方案提供了用于敏感性设备的温控 罩壳，其范围包括了从筒单的通风罩壳直到完整的空气调节系统。这些解 决方案及系统包括了各种技术，例如热电装置、强制对流、热管、相变材 料以及蒸气压缩循环。
这样的温控罩壳待解决的问题是怎样使它们有尽可能高的热效率，而 与此同时开发出来的装置不具有运动元件，消除因机械磨损和磨耗所造成 的这些元件失效而引起的例行的且昂贵的维修的需要。可以被移除的元件 包括各机械部件例如风扇、泵和压缩机，和消耗品例如过滤器。
作为那些所述的 一种替代，可以适合与电子和电气设备一起运用的致 冷循环或冷却机理是扩散吸收循环。该循环完全避免了使用机械能，取而代之的是它直接依靠热能作为能源。它们还使用环境友好的流体，并且它 们可靠、安静且造价相对便宜以及不具有运动部件。但它们具有相对低的
性能系数('COP，)，这需要改进以使电子和电气装置例如工业备用电源
电池可以有效地被冷却。
现存扩散-吸收循环致冷系统性能差的一个主要原因是从冷凝器上的 热沉散热片到外部的周围环境之间很差的热传递。在通常的热沉散热片的 几何形状中，与传热率主要受最靠近散热片底部的区域相比，远离散热片 底部的区域在总传热率中起的作用较小。在典型的扩散吸收循环系统中， 冷凝器的散热片布置使得热量离开冷凝器的热传递不是最优的，意味着该 循环在高温低效率下进行。
发明内容
本发明的目的是提供更有效的扩散-吸收致冷系统，该致冷系统与用于 电气和电子元件例如工业备用电源电池的温控罩壳一起使用。
根据本发明，提供了一种扩散-吸收致冷系统，其包括穿过热沉并被该 热沉围绕的冷凝管，所述热沉包括限定出围绕冷凝管的内腔的密封罩壳， 该内腔用于容纳热传递液体，当该热沉定向用于该致冷系统的使用时，该 热沉的横截面横过冷凝管并向上端逐渐变细到最小厚度。
使用根据本发明的改进的扩散吸收致冷循环系统与现有解决方案相 比成本更低且效率更高并可用于更大的环境温度范围。因为当涓流充电时 这些电池可以很容易地与小罩壳中仅散发少量热量的其它设备零件进行 热隔离，这样工业电池的温度可以更有效地被冷却。当改造成如本文所描
述的系统时，冷却性能将会加强并且改进了 COP。
使用呈本发明的液体填充的密封罩壳形式的热沉导致了扩散吸收循 环系统在性能上的多种改进，包括通过使热量从冷凝管散逸进入所述罩壳 中的热传递液体来改进热性能。所述热传递液体优选是水和乙二醇的混合 液，这是由于它的高热容。
本发明的低成本方面通过对标准的扩散吸收系统的改进获得，该改进 是通过增加"缠绕，，地围绕冷凝管的密封罩壳来实现。
该密封的罩壳可以由一件或有限数目的材料件形成，这改进了罩壳制 造的简单性以及围绕已有冷凝管进行安装的简便性。
增加设备的维护费用的运动部件例如散热片再也不需要了。相反，可以不需要强制对流就能更有效地实现热量从冷凝管的散逸。可以有地增添 风扇到该系统以进一步加强冷却性能，但这是以增加复杂性为代价。
试验表明在(例如用于工业电池的)温控罩壳内部和外部环境之间约
15。C的温度差(AT)可以使用标准的80W扩散吸收循环系统获得。使用 根据本发明的经改进的系统以及热沉导致该温度差一般会增加超过5。C 。 这使得该系统能够在更高的环境温度下使用，而且仍可以使罩壳的容纳物 处于它们理想的运行温度范围中。因此该经改进的系统通常可以在高达60 。C的环境温度下有效地工作同时保持罩壳的容纳物在45。C以下，并且能够 保持有效的15。C的AT以降低到室温。
现将结合附图以示例的方式描述本发明，其中
图1是在冷凝管上的具有流体填充的罩壳的扩散吸收致冷循环系统的 透视图2是图1的扩散吸收致冷循环系统当附接到设备的罩壳的壁部时的 剖视图3是具有包括在冷凝管上的金属散热片的热沉的标准扩散吸收致冷 循环系统的透视图4是示例性的热沉的等距概略^L图；和
图5是标准的散热片型冷凝管热沉的等距概略视图。
具体实施例方式
图1示出了#4居本发明一方面的示例性的扩散吸收致冷循环系统5。 该系统5包括用于从所连接的系统提取热量的蒸发器管4 (将参考图2作 进一步描述)和用于传送该热量到外部环境的冷凝管16。热沉11围绕着 冷凝管16附接到其上，这将会在下文更详细地描述。
参考图2,图1的扩散吸收致冷循环系统5以剖面示出。系统5被附 接到温度可控壳体的壁部9，使得该壳体的内部8通过系统5的蒸发器管 4来冷却，并且/人该内部8提取出的热量通过系统5被抽吸送到壳体的外 部7。该壁部9包括隔热层10，该隔热层10自身可形成壁部10的外表面 或者还被另一层材料例如金属片或外套包围住。该壳体优选配置成并用于 容纳温度敏感的电气或电子设备，从而通过所述致冷系统的工作来保持该设备处于所希望的温度范围中。通常的温度范围大约为室温(即20-25°C ) 或以上，在该温度范围中设备例如铅酸电池将会最高效地工作。
液体填充的罩壳即热对流装置3被附接到壁部9的内侧形成围绕蒸发 器管4的密封容器。该罩壳3包括一个或多个填充点， 一旦该罩壳环绕着 蒸发器管4固定就位时该填充点用于引导液体12进入该罩壳。该液体填 充的罩壳3可以通过焊接、粘接或其他机械固定方式例如在罩壳3的边缘 上的固定点2a， 2b处附接到结构隔热层10，或附接到包围着该隔热层的 材料。
该罩壳3可能具有与结构隔热层10或包围该隔热层的材料共用的一 个或多个侧面或面，例如沿着罩壳6的内容积与隔热层IO之间的界面13。 罩壳3的外表面15可以直接接触温控罩壳的容纳物，或者可以作为冷却 元件横过内壁15用于冷却壳体中的空气。
该热对流装置的尺寸优选是经优化的以提供热传递中的热效率、制造 成本、装配致冷循环装置以及流体重量之间的平衡。所示实施例说明了一 特别优选的实施例，其中罩壳3大体上呈延伸横过所述壁部内表面的平状， 从而使壳体中的冷却效果最大化并且使所需要的热传递液体量最小化。
优选地，蒸发器管4被定位在接近罩壳3的上端，且在大体上水平的 方向上延伸穿过该罩壳。管4位于上方位置使得对流效果被优化，因为罩 壳3中与蒸发器管4接触的冷的液体将会下沉远离管4。当液体3从壳体 的内容积8吸收热量时，液体上升且然后再次被蒸发器管4冷却，这在蒸 发器管4和罩壳3的底部之间产生了对流循环。但是，由于在液体12中 蒸发器管4高度的附近产生温度突变层，蒸发器管4以上的任何体积的液 体都不能有助于对流循环。因此蒸发器管4优选穿过罩壳3的上部，并且 更优选的是尽可能接近罩壳的顶部，从而以最大化热对流效应的效率。
围绕蒸发器管4的液体填充的密封罩壳6具有防止在使用中冷凝器管 上有冰霜形成的优点，并且提供在壳体的整个内部更均匀的温度分布。呈
围绕冷凝管的热沉11形式的第一密封罩壳连同围绕蒸发器管4的第二密 封罩壳6提供了能更有效率地工作且需要更少维护的改进的致冷系统。
热沉11配置成有利于热量流动离开它所围绕并附接到的冷凝管16。 热沉11优选由金属片围绕冷凝管16形成，并且在上边缘21以及相对的 侧部21a, 21b(图l)是密封的。这形成了用于在其中容纳热传递液体11 的密封腔。设有注入口 18用于导入热传递液体，该液体可能包括水或其它合适的液体例如水-乙二醇混合液。热传递液体由于加热产生的膨胀可以
通过热沉11的侧壁23的弯曲来容纳。 一旦热沉11环绕这冷凝管16固定 就位，可以进行热传递液体的导入。在图l所示的实施例中，通常位在冷 凝管16 (见图3和5)上的热沉散热片已被移除了，尽管这不是改进系统 5的先决条件。
倘若需要形成液体密封以阻止任何液体被渗透到环境中，热沉可以通 过焊接、粘接或者其它机械固定方式附连到冷凝管16。在图1中，所示侧 部21a， 21b沿着焊接线7被附接到冷凝管16。由热沉11所形成的罩壳的 横截面最宽处优选位于热沉11围绕冷凝管16的位置，从而以促进流体17 中热的冷凝管16附近的对流。
作为对比，图3示出了标准的扩散吸收致冷循环系统30，其包括冷凝 管16,该冷凝管具有呈固体金属散热片形式的热沉31,该散热片配置用 于增加可用表面积用于改进热量从冷凝管的散逸。这样的热沉主要通过金 属散热片热传导来使热量从冷凝管16散逸。通过对比，为本发明形式的 液体填充的罩壳的热沉11具有液体对流的优点从而加快了热量从冷凝管 16传送出去。如图4和图5中的略图形式所示，穿过流体填充热沉ll的 温度差为40。C是可能的(95。C至45。C，图4 )，相比之下，对于常规的固 体金属热沉30的温度差为30°C (95。C至65。C，图5 )。
罩壳2的优选的总体形状为翼形，即具有大体上一致的横截面且带有 圓状的下端和渐尖的上端。这样的横截面形状进一步有利于罩壳2附近空 气的对流，因此进一步改进了热量从冷凝管16的散逸。
热沉的尺寸优选是经优化的以在以下的各组之间提供平衡i)散逸的 热量中的热效率；ii)制造成本；iii)它要附接的致冷循环系统上的装酉己； iv)热传递液体的重量。例如，该热沉可能需要安装在围绕设备罩壳可用 的空间中。
热沉的形状呈垂直定向的翼形提供了最有效且不受干扰的在设备壳 体侧面的向上热空气流动，从该系统的底部流动到外部周围环境。典型的 热沉将具有足够尺寸的表面区域，从而使冷凝管的端部相比于同等的散热 片型的冷凝管降低了 2(TC的温度。
因为装备本发明系统的设备壳体需要与外部环境热隔离开，所以需要 把通风口加到壳体上以确保有害的或爆炸性气体(例如氢气)被散逸到外 部环境，从而避免任何由壳体中的气体引起的爆炸，这种气体可能会在其中的设备工作的过程中产生。
正如所附的权利要求书所限定的，其它的实施例将会落在本发明的范 围中。
权利要求
1. 一种扩散-吸收致冷系统，包括穿过热沉并被所述热沉围绕的冷凝管，所述热沉包括密封罩壳，所述罩壳限定出围绕该冷凝管的内腔，该内腔用于容纳热传递流体，当该热沉用于该致冷系统而定位时，该热沉的横截面横过冷凝管并向上端逐渐变细到最小厚度。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述热沉的形状呈翼形，该 翼形具有大体上一致的横截面以及圓状的下端和渐尖的上端。
3. 根据权利要求l或2所述的系统，其中，所述热沉包括在相对端通 过第一和第二侧部密封的区段，所述侧部限定出所述横截面，该中间区段 围绕所述冷凝管。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述热沉包括用 于引导所述热传递流体进入所述腔的注入口 。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述热沉的横截 面沿着平^f于于该冷凝管的方向是大体上一致的。
6. —种温控的罩壳包括根据权利要求1-5中任一项所述的扩散-吸收 致冷系统。
7. —种温控的壳体包括根据权利要求1-5中任一项所述的扩散-吸收 致冷系统，其中，所述致冷系统的蒸发器管延伸穿过壳体的壁部，并且通 过用于容纳热传递流体的第二密封的罩壳，该密封罩壳延伸横越壳体的内 表面并形成该内表面的一部分，使得所述致冷系统使用时从壳体内提取热 量传到外部环境。
8. 根据权利要求7所述的设备壳体，其中，壳体的壁部包括隔热层， 所述蒸发器管延伸通过该隔热层。
9. 根据权利要求7或8所述的设备壳体，其中，蒸发器管穿过设在壁 部上的凹部。
10. 根据权利要求7至9中任一项所述的设备壳体，其中，所述第二 密封的罩壳在结构上大体上是横越壁部的内表面的平状。
11. 根据权利要求7至10中任一项所述的设备壳体，其中，当所述壳 体在使用中定位时，所述的蒸发器管在水平方向上穿过所述第二密封罩壳 的上部，使得在使用中，该热传递液体的对流有助于热量从壳体中传递出 来。
12. 根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，该密封的罩壳 的内腔容纳作为热传递液体的水和乙二醇的混合液。
13. —种大体上如本文所描述的、参考附图中的图1， 2和4的扩散-吸收致冷系统。
全文摘要
本发明提供一种扩散-吸收致冷系统(1)包括穿过热沉(2)并且被该热沉(2)包围的冷凝管(16)，该热沉包括限定出围绕冷凝管的内腔的密封的罩壳，该内腔用于容纳热传递液体，当该热沉用于该致冷系统而定位时，该热沉的横截面横过冷凝管并向上端逐渐变细到最小厚度。
文档编号F25B39/04GK101548141SQ200880000914
公开日2009年9月30日 申请日期2008年5月22日 优先权日2007年5月22日
发明者P·廷代尔, S·P·雷德肖 申请人:4能量有限公司