一种流体介质缝隙流动快速换热装置制造方法
【专利摘要】本发明一种流体介质缝隙流动快速换热装置属于换热装置领域，涉及一种通过流体介质的缝隙流动实现快速换热装置。换热装置由隔热箱和换热体组成，隔热箱由箱体、上盖、下盖组成；换热体由外换热体、内换热体、导热填料、密封圈，入口密封垫、入口接头、出口接头、出口密封垫、垫片、螺栓、螺母、试验样品组成。内换热体外圆柱面与外换热体圆柱面间隙配合，间隙大小根据流体属性、材料属性以及加工能力适当调整为0.1-1mm，本装置具有操作简单、响应及时、温控准确、温度变化速率高的特点，提高了高低温试验效率。
【专利说明】一种流体介质缝隙流动快速换热装置
【技术领域】
[0001]本发明属于换热装置领域，涉及一种通过流体介质的缝隙流动实现快速换热装置。
【背景技术】
[0002]电工电子产品和部件的性能受内部温度的影响和制约，在实际工作过程中，不仅环境温度随时产生变化，同时元器件本身也会发热导致温度的变化，进而对元器件的工作性能产生影响。因此测试产品在不同的温度下的工作性能是评价产品是否合格的重要依据。如根据我国的电工电子环境试验标准《高温低温试验导则》(GBT2424.1-2005)规定，高温试验和低温试验需要使产品满足一定的温度变化速率，这就需要一种能够实现快速换热，且换热速率可控的换热装置。
[0003]目前的高低温试验一般由高低温试验箱或者冷热冲击试验箱完成。这种实验装置已经具有一定的发展历史，从最初的两箱式结构到现在比较成熟的三箱式结构。两箱式结构通常在两个箱体中预装换热性好、不影响试样的介质，一般为液体，两个箱体内介质温度达到升降温的设定温度，并且保持恒温。温度试验时把试验样品浸入一个箱体中，温度转换是通过转移试验样品到另一个箱体中实现的。如专利叶建开等.新型快速电子元件冷热冲击机:中国，CN202025049U.2011-11-02.发明了一种典型的两箱式结构，以酒精为低温冷媒。因此两箱式结构具有以下缺点:需要移动装置，不利于在线测量，升降温速率无法准确控制，需要将测试件浸入介质中。由此改进的三箱式结构一般由高温箱、低温箱和试验箱组成，换热方式通常采用强制风循环。例如高温试验中，高温箱采用电加热方式，将空气加热到一定温度通入到试验箱体,测试器件放入试验箱内部，同时排出试验箱内部气体并循环回高温箱再次加热，实现循环加热、节约能源的目的。通过控制高温箱内空气的加热温度以及空气循环速度，可以实现特定要求的温度变化要求；低温试验时，则一般采用压缩制冷机实现试验箱降温。如文献孙志和，石国丽，汪韩送，马学焕，罗仁志.新型对开门高低温动态试验箱研制[J].低温与超导.2006年03期就是典型的三箱式结构试验箱，且文献对开门结构进行了改进。三箱式高低温冷热冲击试验机一般采用采用了三箱式、风循环的换热模式。现有采用空气换热方式的高低温试验装置受制于空气的低导热系数和低热容特性，温变响应速率和控温精度难以提高。同时，相对于试验样件而言过大的试验箱空间易造成温度不均并提高试验箱功耗。因此，三箱式结构明显具有体积大、功耗高，换热效率低、热量散失大的缺点。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是克服以上缺陷提供一种流体介质缝隙流动快速换热装置，满足高低温试验中温度变化速率的要求，尤其适于微小电工电子产品的高低温测试实验，具有体积小巧、换热快速、节能环保的特点，同时由于换热装置结构紧凑，尤其适合于桌面型高低温试验验装置。[0005]本发明采取的技术方案是:一种流体介质缝隙流动快速换热装置，其特征在于，试验装置由隔热箱和换热体组成，其中，隔热箱包括；箱体4、上盖5、下盖6组成；换热体由外换热体1、内换热体2、导热填料3、密封圈7、入口密封垫8、入口接头9、出口接头10、出口密封垫11、垫片12、螺栓13、螺母14、试验样品15组成；
[0006]隔热箱中，箱体4为圆柱形，内孔为阶梯形内孔，内孔中部安装有换热体，上盖5安装在阶梯形内孔上部，使上盖5上的三个凸起插入到箱体4三个安装槽i中，下盖6安装在阶梯形内孔下部；阶梯形内孔的上部分有三个均布的矩形安装槽i，安装槽i的底部各有一个出管孔b，出管孔b从箱体外表面通到内孔。
[0007]换热体中，外换热体I为圆柱形，密封圈7安装在外换热体I上端面的密封槽g内，外换热体I内孔为分为圆柱面h、凹槽f、圆锥面k以及下端的螺纹孔四段，内换热体2同轴插入外换热体I内孔中，内换热体2上圆柱的6个螺纹孔和外换热体I上圆柱的6个螺栓孔对正，12个垫片12分别垫在内换热体2上表面均布的6个螺栓孔上和外换热体I大圆柱下表面六个均布的螺栓孔上，6个螺栓13分别穿过垫片12、内换热体2螺栓孔、外换热体I螺栓孔、垫片12后与6个螺母14分别连接，螺母14上表面与垫片12下表面接触，内换热体2外圆柱面d与外换热体I内圆柱面h过渡配合，内换热体2外圆柱面c与外换热体I内圆柱面h间隙配合，间隙大小根据流体属性、材料属性以及加工能力适当调整为0.1-1mm,内换热体2外圆锥面j与外换热体I内圆锥面k间隙配合，间隙大小根据加工条件适当调整为0.1-1mm,内换热体2侧面槽e上端高出外换热体I的f槽的底面，入口密封垫8安装在外换热体I底面上，入口接头9 一端外螺纹安装在外换热体I下端的螺纹孔中，与入口密封垫8下表面接触，同时另一端管口对正箱体4的入管口 a，外换热体I侧面均布三个螺纹孔，螺纹孔从侧面通入到槽f侧面，3个出口密封垫11分别安装在外换热体I侧面的三个均布的螺纹孔端面上，三个出口接头10 —端外螺纹安装在外换热体I侧面均布的的螺纹孔中，与出口密封垫11表面接触，同时3个出口接头11另一端管接头分别与箱体4的3个出管口 b对正，试验样品15装在内换热体2试样槽m中，空隙用导热填料3填充。
[0008]一种流体介质缝隙流动快速换热装置，其特征在于，导热填料3为导热系数≥0.5ff/(m.K)的导热材料，导热材料导热硅胶、铜粉、银粉或液体材料。
[0009]本发明的显著效果是:应用本发明提供的一种流体介质缝隙流动快速换热装置进行高低温试验，具有操作简单、响应及时、温控准确、温度变化速率高，提高了高低温试验效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为一种流体介质缝隙流动快速换热装置的主视剖切示意图，图2为图1的俯视图，图3为图1的A-A面剖视图，图4为装置换热体部分的主视图。其中:1-外换热体，2-内换热体，3-导热填料，4-箱体，5-上盖，6-下盖，7-密封圈，8-入口密封垫，9-入口接头，10-出口接头，11-出口密封垫，12-垫片，13-螺栓，14-螺母，15-试验样品，a-箱体4上的入管孔，b-箱体4上的出管孔，C-内换热体2靠下的一段外圆柱面，d-内换热体2靠上的一段外圆柱面，e-内换热体2外表面加工的槽，f_外换热体I内孔侧面加工的凹槽，g-外换热体I上端面的密封槽，h-外换热体I内孔圆柱面，1-箱体4上的安装槽，j-内换热体2的锥形外表面，k-外换热体I的锥形内孔表面，m-试样槽。[0011]图5为实施例的被测点温度曲线，其中横坐标的单位是t/min，纵坐标的单位是
T/。。。
【具体实施方式】
[0012]以下结合技术方案和附图详细说明本发明的实施。如附图1、2、3、4所示，该发明一种流体介质缝隙流动快速换热装置由隔热箱和换热体组成，隔热箱提供换热体一个隔热环境，其中换热体放置在隔热箱里面；换热体实现对试验样品15的快速换热，试验样品15放置在内换热体2样品槽m中，空隙用导热填料3填充，高温流体介质从入口接头9通入，流体介质经过锥面j和k形成的间隙，汇聚到外换热体I和内换热体2形成的缝隙流道，再经过内换热体2凹槽e汇聚到外换热体I凹槽f中，并从出口接头10流出；高温流体介质在内换热体2外表面高速流过时，将通过对流传热将热量快速传导给内换热体2，内换热体2温度升高，通过热传导将热量传递到样品槽m内填充的导热填料3，并进一步传递给导热填料3内部的试验样品15，最终实现热量从流体介质到试验样品15的快速交换。
[0013]装置的装配过程为:先装配换热体，将密封圈7安装在外换热体I上端面的密封槽g内，内换热体2同轴插入外换热体I内孔中，内换热体2上圆柱的6个螺纹孔和外换热体I上圆柱的6个螺栓孔对正，12个垫片12分别垫在内换热体2上表面均布的6个螺栓孔上和外换热体I大圆柱下表面六个均布的螺栓孔上，6个螺栓13分别穿过垫片12、内换热体2螺栓孔、外换热体I螺栓孔、垫片12，6个螺母14分别安装在螺栓上，上表面与垫片12下表面接触，将螺栓13和螺母14拧紧使内换热体2和外换热体I夹紧密封圈7，防止流体介质泄露；外换热体I内孔为分为圆柱面h、凹槽f、圆锥面k以及下端的螺纹孔四段，内换热体2外圆柱面d与外换热体I内圆柱面h过渡配合,起到固定作用；内换热体2外圆柱面c与外换热体I内圆柱面h间隙配合，间隙大小根据流体属性、材料属性以及加工能力适当调整为0.1-1mm,间隙越小，相同的流量下，流速越大，换热速度越快；内换热体2外圆锥面j与外换热体I圆锥面k间隙配合，间隙大小根据加工条件适当调整为0.1-1mm,内换热体2侧面槽e上端高出外换热体I的f槽的底面,这是为了使液体能够从缝隙中通过槽e后能够汇聚到槽f中；将入口密封垫8安装在外换热体I底面上，入口接头9 一端外螺纹安装在外换热体I下端的螺纹孔中，与入口密封垫8下表面接触，3个出口密封垫11分别安装在外换热体I侧面的三个均布的螺纹孔端面上，三个出口接头10的一端外螺纹安装在外换热体I侧面均布的的螺纹孔中，与出口密封垫11表面接触，试验样品15装在内换热体2试样槽m中，空隙用导热填料3填充。
[0014]将流体入口管路通过箱体4的入管口 a与换热体入口接头9管接头相连，将3个出口管路通过箱体4的出口管口 b与换热体的三个出口接头10管接头相连，将换热体插入至IJ箱体4中，3个出口接头10要与箱体4的3个均布的安装槽i对上，使入口接头9管接头对正箱体(4)的入管口 a，塞入上盖5和下盖6。
[0015]实例I是采用一个微型燃料电池进行流体介质缝隙流动快速换热试验。根据以上实施方式，如附图1、2所示，将燃料电池放置于内换热体2试样槽m中，用铜粉作为导热填料3，外换热体I内孔和内换热体2外表面配合间隙为为0.1mm，将70°C热水连接入口接头9，出口接头10将热水引出，测量燃料电池上表面的温度。附图3是得到的试验样品15温度变化曲线，可以看出，试验样品的升温速率可达10°C /min，完全可以实现在几分钟内温度转换。
[0016]本发明的一种流体介质缝隙流动快速换热装置，实现了在特定的实验条件下，进行试验样品的快速换热试验。本发明对试验样品的流体介质缝隙流动快速换热试验，具有试验效率高、操作简单、实用性强的特点，可以快速完成试验样品的换热试验，为试验样品的高低温试验提供了可行性方法，为温度疲劳测试提供试验平台。
【权利要求】
1.一种流体介质缝隙流动快速换热装置，其特征在于，试验装置由隔热箱和换热体组成，其中，隔热箱包括；箱体(4)、上盖(5)、下盖(6)组成；换热体由外换热体(I)、内换热体(2)、导热填料(3)、密封圈(7)、入口密封垫(8)、入口接头(9)、出口接头(10)、出口密封垫(11)、垫片(12)、螺栓(13)、螺母(14)、试验样品(15)组成； 隔热箱中，箱体(4)为圆柱形，内孔为阶梯形内孔，内孔中部安装有换热体，上盖(5)安装在阶梯形内孔上部，使上盖(5)上的三个凸起插入到箱体(4)三个安装槽(i)中，下盖(6)安装在阶梯形内孔下部；阶梯形内孔的上部分有三个均布的矩形安装槽(i)，安装槽(i)的底部各有一个出管孔(b)，出管孔(b)从箱体外表面通到内孔； 换热体中，外换热体(I)为圆柱形，密封圈(7 )安装在外换热体(I)上端面的密封槽(g)内，外换热体(I)内孔分为圆柱面(h)、凹槽(f)、圆锥面(k)以及下端的螺纹孔四段，内换热体(2)同轴插入外换热体(I)内孔中，内换热体(2)上圆柱的6个螺纹孔和外换热体(I)上圆柱的6个螺栓孔对正，12个垫片(12)分别垫在内换热体(2)上表面均布的6个螺栓孔上和外换热体(I)大圆柱下表面六个均布的螺栓孔上，6个螺栓(13)分别穿过垫片(12)、内换热体(2)螺栓孔、外换热体(I)螺栓孔、垫片(12)后与6个螺母(14)分别连接，螺母(14)上表面与垫片(12)下表面接触，内换热体(2)外圆柱面(d)与外换热体(I)内圆柱面(h)过渡配合，内换热体(2)外圆柱面(c)与外换热体(I)内圆柱面(h)间隙配合，间隙大小根据流体属性、材料属性以及加工能力适当调整为0.1-1mm,内换热体(2)外圆锥面(j)与外换热体(I)内圆锥面(k)间隙配合，间隙大小根据加工条件适当调整为0.1-1mm,内换热体(2)侧面槽(e)上端高出外换热体(I) f槽的底面，入口密封垫(8)安装在外换热体(I)底面上，入口接头(9) 一端外螺纹安装在外换热体(I)下端的螺纹孔中，与入口密封垫(8)下表面接触，同时另一端管口对正箱体(4)的入管口(a)，外换热体(I)侧面均布三个螺纹孔，螺纹孔从侧面通入到槽(f)侧面，3个出口密封垫(11)分别安装在外换热体(I)侧面的三个均布的螺纹孔端面上，三个出口接头(10) —端外螺纹安装在外换热体(I)侧面均布的的螺纹孔中，与出口密封垫(11)表面接触，同时3个出口接头(11)另一端管接头分别与箱体(4)的3个出管口(b)对正，试验样品(15)装在内换热体(2)试样槽(m)中，空隙用导热填料(3)填充。
2.根据权利要求1所述的一种流体介质缝隙流动快速换热装置，其特征在于，导热填料(3)为导热系数> 0.5ff/(m.K)的导热材料，导热材料为导热硅胶、铜粉、银粉或液体材料。
【文档编号】G01R31/00GK103472323SQ201310303014
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】梁军生, 张扬, 杨秀玲, 李栋, 胡颉, 王立鼎 申请人:大连理工大学