CN100464135C - 冷凝器和包括该冷凝器的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型和廉价的冷却装置，其具有高传热效率和容易保养。冷却装置包括一冷凝器(10)、一蒸发器(20)和一对在它们之间的冷却剂流动管道。在每一冷凝器(10)和蒸发器(20)里，通孔(11a，21a)互相平行地构成。冷凝器(10)是圆柱形和利用一夹具(14)把它安装在致冷器的冷却头上。蒸发器则安装在外面。冷却剂在冷凝器(10)里放出热量并液化并经过流道流入蒸发器(20)和在蒸发器(20)通过自外部吸收热量蒸发。蒸发的冷却剂向上流并回入冷凝器(10)里。

Description

冷凝器和包括该冷凝器的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，更具体地说，涉及一种冷凝器具把冷却剂的热量排到外部致冷器的吸热部分并使冷却剂液化，还涉及一种蒸发器，其吸收一待冷却物体的热量并使冷凝剂蒸发，再涉及一种冷却装置，其包括冷凝器和蒸发器。

背景技术

对于冷却空间或冷却物体，已有人提出各种类型的冷却装置。可是，在一些应用里，并不容易在所述空间或物体附近安装冷却装置的吸热部分。一种车用冰箱不容易把吸热部分直接装在其上因车里的可利用空间太小。同时又要避免冷却装置的辐射使车的内部升温。在冷却电脑的中央处理器(CPU)的条件下，如果在狭窄的空间配置有许多相关的部件，则在CPU附近安装冷却装置将更困难。

为解决安装冷却装置中这样的困难，有人已提出了一种具有如图10中的结构的冷却装置。使一外部致冷器与一待冷却物体92间隔一定距离和一冷却剂在外部致冷器的吸热部分91和待冷却物体92之间循环。换句话说，冷却剂在一排热部分51上冷却，而其固定在外部致冷器的吸热部分91上，然后经管道55引入吸热部分52与待冷却的物体92接触，因此，使物体92冷却。在吸热部分52上升温的冷却剂经管道56回到排热部分51。

就具性质而言，在所述冷却装置中，排热部分51与外部致冷器的吸热部分91以这样一种配置方式进行热量上的耦合，即一冷却剂管道绕在外部致冷器的吸热部分91上或者沿着其上敷设。吸热部分52也是用相同的配置方式与物体92作热量上耦合。

就其性质而言，所述冷却装置在外部致冷器的吸热部分91和排热部分51之间或待冷却物体92和吸热部分52之间需要加强传热性能使冷却效率改善。

而且，又要把冷却装置的体积缩少。冷却装置用于电脑中央处理器等冷却时，由于待冷却物体92极小仅产生少量的热量，外部致冷器也十分小，因此固定在吸热部分91上的排热部分51必须很小而固定在物体92上的吸热部分52也需要很小。总之，排热部分51或吸热部分52的体积均缩小以及提高它们的传热性能是十分重要的。

冷却装置还要求用简单和容易的方式把排热部分51固定在外部致冷器的吸热部分91上或者从上拆除以及把吸热部分52固定在待冷却物体92上或者从上拆除而不用牺牲装置的传热性能。

因此，本发明的目的是提供一种小型冷凝器和蒸发器，其具有高效的传热性能并容易保养和提供一小型的冷却装置，其包括冷凝器和蒸发器。

发明内容

根据本发明的第一方式，通过使气体冷却剂的热量排到外冷却装置预定的柱状吸热部分使气体冷却剂冷凝的一种冷凝器包括一冷凝部分、一入口部分和一出口部分。冷凝部分由一平板形成，以围住柱状的吸热部分的整个圆周。冷凝部分还有多个沿其圆周方向形成并相互平行排列的通孔。入口和出口部分为空心管，各自有一封闭端和一开口端。入口部分与冷凝部分的圆周方向垂直的冷凝部分的一端面连接。入口部分与所有通孔相通。出口部分与冷凝部分的圆周方向垂直的冷凝部分的一端面连接。出口部分与所有通孔相通。入口部分的开口端连接冷却剂的流入管道。出口部分的开口端连接冷却剂的流出管道，其截面面积比流入管道的小。冷凝部分插入并固定在柱状的吸热部分上。

与它的圆周垂直的冷凝部分的端面不仅是指把整个圆周分成两个半圆所形成的端面，而且是指在冷凝部分圆周上切开一部分所形成的端面。

通过采用上述的配置，本发明提供下列的功能和效果。也就是说，如果冷却剂的温度只在排热部分降低，所排的热量不多于冷却剂的热容量乘冷却剂的温差所相当的热量。另一方面，本发明能因在冷凝部分冷凝冷却剂的蒸气而使大量的热量排出而实现高效率的传热。而且，冷凝部分这样配置，以致于使柱状吸热部分的整个圆周用一块排列有许多狭窄通孔的平板围住。因此，当传热面积较大时，吸热部分和附在其上的热量冷凝部分可以较小。

此外，由于冷凝部分只要插入就可固定在柱状的吸热部分上，所以折装较容易，而且在不削弱传热性能的情况，使安装和保养工作得以改善。

冷却剂的流出管道的截面面积比流入管道的小，因为当挥蒸性的冷却剂的体积因冷凝而急剧地减少时，较小的流出管道的截面面积已足够。

根据本发明的第二方式，所述的第一方式中的冷凝器进一步设置一夹具，其用于围住冷凝部分、插入到柱状的吸热部分中和用夹具把冷凝部分夹紧固定在吸热部分上。

通过采用上述的配置，本发明提供下列的功能和效果。当冷凝部分插入到柱状的吸热部分中时，如果吸热部分的外圆周或冷凝部分的内圆周均未经精加工，它们必定会互相松接触，导致传热性能较差。然而，在本发明中，由于冷凝部分的外圆周是用夹具固定在吸热部分上，所以它们相互紧密接触，在不削弱其传热性能的情况下，使拆装容易。因此，本发明可在不削弱传热性能的情况下，改善安装、保养或检测工作。

根据本发明的第三方式，第一或第二方式中的冷凝部分由多根相互平行排列的空心管组成。

这样的配置能以较低成本达到如上所述的几乎相等的功能和效果。

根据本发明的第四方式，一由外部热源吸热使液体冷却剂蒸发的蒸发器包括一蒸发部分，一入口部分和一出口部分。蒸发部分由一设有的多个互相平行排列的通孔的平板构成。入口和出口部分均为空心管且各有一封闭端和开口端。入口部分在其外圆周面上与蒸发部分的一端部连接。入口部分进一步与所有通孔相通。出口部分在其外圆周面上与蒸发部分的另一端部连接。出口部分再进一步与所有通孔相通。入口部分的开口端连接冷却剂的流入管道。出口部分的开口端连接冷却剂的流出管道，其截面面积比流入管道大。蒸发部分固定在外部的热源上。

本发明所述的配置提供下列的效果。通常，在冷却部分上升高低温的液态冷却剂温度时，所吸收的热量不少于液态冷却剂的热容量乘它的温差所相当的热量。本发明的另一面，如果液态冷却剂在蒸发器被蒸发，可吸收与其汽化热量相等的热量，因此，达到了较高的传热性能。而且，当蒸发器的传热面积通过采用具有许多互相平行排列的通孔的平行扩大时，固定在外部热源上的蒸发器的尺寸可以缩小。本发明的这种配置对高度集成的小物件如电脑的中央处理器特别有效。

而且，蒸发器可轻易地用螺帽或夹具自待冷却的物体拆装，在不削弱传热性能的情况下，可以改善它的安装、保养和检查。

此外，在本发明的蒸发器里面，冷却剂流出管道的截面面积比流入管道的大，因为冷却剂蒸发时的体积会大大增大。

根据本发明的第五方式，一由经过的空气吸收热量而使液态冷却剂蒸发的蒸发器包括一蒸发部分、一入口部分、一出口部分和一散热片。蒸发部分由具有多个互相平行排列的通孔的平板构成。蒸发部分被弯曲以在其间加进一具有预定高度和长度的空间。

散热片插入到与通孔方向相交的空间。入口和出口部分为空心管各有一封闭端和开口端。入口部分在其外圆周面与蒸发部分的下端部分连接。入口部分还与所有通孔相通。出口部分在其外圆周面与蒸发部分的上端部分连接。出口部分还与所有通孔相通。入口部分的开口端连接冷却剂的流入管道。出口部分的开口端连接冷却剂的流出管道，其截面面积比流入管道的大。

本发明的上述的配置提供下列的效果。通过采用一具有许多通孔的平板能扩大蒸发器的传热面积。而且，长长的蒸发器可通过弯曲使它尺寸变小。此外，在弯曲的蒸发器中间安装散热片可使热空气通过的传热面积增大。因此，蒸发器的尺寸可缩小，而冷却剂和热空气通过的传热面积可以增大。

根据本发明的第六方式，在第四或第五方式中的蒸发部分由多根互相平行排列的空心管构成。

利用本发明上述的配置能以低成本达到上述相同的效果。

根据本发明的第七方式，本发明提供一冷却装置，其包括在第一、第二或第三方式中的冷凝器和在第四、第五或第六方式中的蒸发器，其中冷凝器的流出管道连接蒸发器的流入管道和冷凝器的流入管道连接蒸发器的流出管道。

本发明上述的配置能减少装置的尺寸、提高冷却效率和改善安装、保养和检查的工作。

附图说明

图1为根据本发明的冷凝器的侧面示意图；

图2为根据本发明的冷凝器的正面示意图；

图3为根据本发明的冷却装置的放大示意图；

图4为根据本发明的冷却装置的入口部分和出口部分的放大示意透视图；

图5为根据本发明的蒸发器的平面示意图；

图6为根据本发明的蒸发器的正面示意图；

图7为弯曲的蒸发部分中间具有散热片的蒸发器的透视示意图；

图8为用于根据本发明的冷凝器或蒸发器的空心管的配置示意图；

图9为根据本发明的冷却剂的驱动泵的示意图；

图10为常规冷却方式的示意图。

具体实施例

图1和图2所示为一冷凝器10，其通过把热量排到一包括外部冷却装置的圆柱吸热部分19使挥发性冷却剂冷凝。冷凝器10中一冷凝部分、一入口部分12、一出口部分13和一夹具14组成。可选择适合的材料如二氧化碳作为冷却剂，其自气态到液态发生相变。选择适合的冷却剂和充填压力则取决于吸热部分等的温度。冷凝部分由一铝制的平板11构成以围住圆柱形吸热部分19的外圆周。

如图3所示，平板11在冷凝部分的圆周方向设置许多互相平行的通孔11a。平板11在它圆周的两处位置分成两个半圆形；端面11b和11c与平板11的圆周垂直。当入口部分12连接平板11的端面11b以致与所有通孔11a相通时，出口部分13则连接平板11的端面11c以致与所有通孔11a相通。

如图4所示，入口部分12和出口部分13由空心铝管构成并各有封闭端12a、13a和开口端12b、13b。狭长的切口12c、13c分别在入口部分12和出口部分13的圆周面形成和用铜焊把它与平板11的端面11b、11c连接。当入口部分12的开口端12b用铜焊连接由铝管构成的冷却剂的流入管道15时，出口部分13的开口端13b则用铜焊连接冷却剂的流出管道16。流出管道16的截面面积比流入管道15的截面面积小。

夹具14由一绝热体14c和钢带14a组成。绝热体14c由半圆形的聚碳酸酯热塑树脂构成以围住冷凝部分的外圆周。钢带14a由不锈钢构成，呈圆柱形，以围住绝热体14c的外表面。冷凝部分插入圆柱形的吸热部分19中并以这样的方式固定在其上，即通过把一螺栓17插入在钢带14a的两端部14b中形成的通孔并用螺帽18把螺栓旋紧。

采用合成树脂绝热体14c，因为其能够防止外面空气的热量传给冷凝部分和还能够利用合成树脂的弹性施加一致的径向压力把钢带14a夹紧。

另一实施例中，冷凝部分可以呈圆环形和在其上一部分切开构成两端面，然后使任何两端面之一连接入口部分12或出口部分13。

图5和图6所示为一蒸发器20，其由一蒸发部分21、一入口部分22和一出口部分23组成并通过自外部热源29吸收热量使冷却剂蒸发。蒸发部分21由一具有许多互相平行排列的通孔21a的铝板构成。入口部分22和出口部分23由空心铝管构成和各自具有封闭端22a、23a和开口端22b、23b。蒸发部分21的一端部21b用铜焊连接入口部分22的外表面以致所有通孔21互相相通。蒸发部分21的另一端部21c用铜焊连接入口部分23的外表面以致所有通孔21a互相相通。

入口部分22的开口端22b用铜焊连接冷却剂的流入管道25和出口部分23的开口端23b用铜焊连接冷却剂的流出管道26。流出管道26的截面面积比流入管道25的截面面积大。蒸发部分21插入铝制的头接块24中并在外部热源29的顶面通孔24a上拧紧。

蒸发部分21和头接块24可整体地构成单块构件，这样它们可借助于诸如盖子，而不是头接块24直接固定在外部热源29的顶面上。

图7所示为一蒸发器30，其由经过的空气吸收热量使液态冷却剂蒸发。蒸发器30包括一蒸发部分31、一入口部分32、一出口部分33和散热片34。蒸发部分31由一具有许多互相平行排列的通孔31a的铝制平板构成。蒸发部分31在三个位置上被弯曲和在它的平坦部分之间构成三个矩形截面的空间。散热片34以薄铝板构成波浪形并插入所述的空间以浪形状的顶端与蒸发部分31接触。

入口部分32和出口部分33为空心铝管并各有封闭端32a、33a和开口端32b、33b。

入口部分32以它的外圆周面连接蒸发部分31的下端部分。入口部分32与所有通孔31a相通。

出口部分33以它的外部圆周面连接蒸发部分31的上端部分。出口部分33与所有通孔31a相通。

然后，入口部分32的开口端32b连接铝制的冷却剂流入管道35。出口部分33的开口端33b连接铝制的冷却剂流出管道36，其截面面积比流入管道35的截面面积大。

通过采用上述的配置，液化的冷却剂经过流入管道35流入蒸发部分31较低的位置，然后在通孔31a里渐渐蒸发并最后从蒸发部分31较高的位置经过具有较大截面面积的流出管道36流出。

在上述的发明中，蒸发部分31的弯曲位置不一定限制在三个位置而一、二和四个或以上弯曲位置也可以。散热片34的波浪形也不一定限制是U形而可以是V形和其它形状。

图8所示为多根互相平行地排列的空心管41并用铜焊固定。每一空心管41均用铝制成，其直径为一毫米。采用所述空心管41，可以以较简单的方式及低的成本作冷凝部分或蒸发部分21、31。

通过将本发明的冷凝器10和蒸发器20用在图10中分别所示的排热部分51和吸热部分52，便可实现一具有高冷却效率和容易保养的小型冷却装置。

如图10所示，如果冷凝器10设置在蒸发器20的上端，则可利用液态的冷却剂和汽化的冷却剂之间的比重差进行连续循环而不用外部动力。然而，如果冷凝器10设置与蒸发器20差不多相同的位置或比蒸发器20较低的位置上，不用驱动泵冷剂便不能循环。

图9所示为一驱动泵60，也称之“鱼尾泵”，其以小型和简单的构造而闻名。驱动泵60安装在冷却剂管道65里和使板弹簧61支撑在支撑点63上。由于一小块例如铁的金属附在板弹簧61上，故而采用电磁石64可使其摆动。板弹簧61以鱼的尾鳍摆动方式输送冷却剂。如果板弹簧61以它的共振速度摆动，只需少量的动力便可输送足够的冷却剂。

Claims (4)

1.一种通过使冷却剂气体的热量排到外部冷却装置一预定的柱状吸热部分而使所述气体冷凝的冷凝器，所述的冷凝器包括：

一冷凝部分，

一入口部分和

一出口部分，其特征在于：

所述冷凝部分由一平板形成，以围住所述柱状的吸热部分的整个圆周，

所述平板还有多个沿其圆周方向形成并相互平行排列的通孔，

所述入口和出口部分为空心管，各自均具有一封闭端和一开口端，

所述入口部分与所述冷凝部分的圆周方向垂直的所述冷凝部分的一端面连接，

所述入口部分与全部所述的通孔相通，

所述出口部分与所述冷凝部分的圆周方向垂直的所述冷凝部分的另一端面连接，

所述出口部分与全部所述的通孔相通，

所述入口部分的开口端连接所述冷却剂的流入管道，

所述出口部分的开口端连接所述冷却剂的流出管道，其截面面积比所述流入管道的截面面积小，

所述冷凝部分插入并固定在所述的柱状吸热部分上。

2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于所述冷凝器设有一夹具以围住所述的冷凝部分并插入所述柱形的吸热部分和用所述的夹具夹紧固定在吸热部分上。

3.根据权利要求1或2所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝部分由多根互相平行排列的空心管组成。

4.一冷却装置，其特征在于，所述的冷却装置包括：

根据权利要求1、2或3所述的冷凝器；

蒸发器；其中

所述冷凝器的流出管道连接所述蒸发器的流入管道和所述冷凝器的流入管道连接所述蒸发器的流出管道。

Images