CN104227495A - 一种换热介质以及安装该换热介质的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热介质以及安装该换热介质的冷却装置，换热介质包括中空球体，以及填充在中空球体内的相变材料。冷却装置，包括壳体，壳体内设有电主轴通道，以及沿电主轴通道的外围分布，用于填充所述换热介质的换热介质通道，冷却装置还设有与换热介质通道连接，驱动换热介质运动的驱动机构以及与驱动机构连接的冷却机构。本发明的换热介质，能够防止相变材料从中空球体中泄露出去。本发明的冷却装置通过驱动机构驱动换热介质在各通道中运动，带走被冷却对象的热量，因为采用将相变材料填充至中空球体的换热介质，克服了因现有技术因密封性问题导致冷却液泄漏，降低冷却效果和污染工作环境的问题。

Description

一种换热介质以及安装该换热介质的冷却装置

技术领域

本发明涉及冷却领域，特别是涉及一种换热介质以及安装该换热介质的冷却装置。

背景技术

近年来，相变材料(PCM-Phase Change Material)在我国已经列为国家级研发利用序列，这种材料一旦在人类生活被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体。相变材料是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

不同相变材料的溶解点和溶解潜热不同，基于此可通过选择不同的相变材料来开发适用于不同场合的冷却装置。如水是一种常见的相变材料，在1个大气压0℃的情况下，1千克质量的冰转变成同温度的水，要吸收79.6千卡的热量；STL37水合盐相变温度为28℃；目前可查商品化的相变材料熔点温度范围为从-30℃到+117℃。

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”。

电主轴与直线电机技术、高速刀具技术一起，把高速加工推向一个新时代，在高效加工领域有着举足轻重的作用。大量研究表明，主轴发热是影响其性能(刚度、精度、使用寿命)的最主要因素之一，由其导致的主轴热误差是数控机床等精密加工机械的最大误差源。因此对电主轴进行冷却具有重要的意义。

目前，电主轴冷却一般采取强制循环油冷却的方式对其定子及主轴轴承进行冷却，即将经过油冷却装置的冷却油强制性地在主轴定子外和主轴轴承外循环，带走主轴高速旋转产生的热量，如申请公布号为CN102862092 A的专利文献公开了一种基于分形流道的冷却套，包括依次紧密套接的冷却套内圈、冷却套中圈和冷却套外圈；冷却套内圈的外壁沿圆周向设有内圈冷却单元，包括矩形分布的四个内圈工字形流道以及与其连通的内圈工字形连接流道，内圈工字形连接流道与冷却套的入水口相连；冷却套中圈沿圆周向设有与内圈冷却单元正对且连通的中圈冷却单元；冷却套的入水口与冷却套的出水口错开相对设置。

此外，还有采用压缩空气冷却的电主轴，如HSPK系列压缩空气冷却电主轴。

采用上述两种冷却方式对主轴冷却套密封性有严格要求，易因密封性问题导致冷却剂泄漏使冷却效果下降和污染工作环境。因此，建立一种新型高效、结构紧凑、清洁环保的冷却系统具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种换热介质，解决现有换热介质使用时有较高密封要求的问题。

本发明还提出了一种冷却装置，解决了现有冷却系统易因密封性问题导致冷却剂泄漏使冷却效果下降和污染工作环境的问题。

一种换热介质，包括中空球体，以及填充在中空球体内的相变材料。

通过将相变材料填充至中空球体中，能够防止相变材料从中空球体中泄露出去，不存在泄露的问题。

本发明还提供了一种冷却装置，包括壳体，壳体内设有换热介质通道，所述换热介质通道内填充有如权利要求1所述的换热介质。

使用时，壳体与被冷却对象接触，换热介质在换热介质通道中运动时，与被冷却对象进行热交换，换热介质通过将相变材料(即冷却液)用中空球体包裹起来，克服了现有技术因密封性问题导致冷却液泄漏，降低冷却效果和污染工作环境的问题。

冷却装置可以为各类装置进行冷却，作为优选，所述壳体内设有电主轴通道，所述换热介质通道沿电主轴通道的外围分布，冷却装置还设有与所述换热介质通道连接，驱动换热介质在换热介质通道运动的驱动机构。

壳体通过电主轴通道与电主轴配合进行换热，通过驱动机构能够使换热介质运动，不断对电主轴进行冷却。

作为优选，还包括与所述驱动机构连接的冷却机构。

冷却机构能够对驱动机构或换热介质进行换热降温，防止换热介质温度过高，从而保证冷却装置有较高的换热效率。

作为优选，所述驱动机构中设有温度传感器，所述冷却机构连接有与温度传感器连通用于控制冷却机构启停的控制器。

通过温度传感器能够监控驱动机构的温度，当驱动机构温度高于阀值时，控制器控制冷却机构开启，对驱动机构进行冷却；当驱动机构温度低于阀值时，冷却机构处于待机状态，通过控制器和温度传感器的设计能够有效减少能耗。

为了保证有较大的换热面积，作为优选，所述换热介质通道为螺旋状。

作为优选，所述壳体外壁设有两个分别与所述换热介质通道两端连通的进出孔，所述驱动机构包括：

驱动箱体，内部设有丝杠以及用于容纳丝杠的丝杠腔；

驱动通道，设置在驱动箱体内，中部与所述丝杠腔的侧壁连通，两端分别与对应的进出孔连通，所述丝杠上的凹槽与进入丝杠腔的换热介质相互配合；

驱动电机，用于驱动所述丝杠旋转，带动换热介质在换热介质通道和驱动通道中做循环运动。

丝杠旋转时能够带动与丝杠接触的换热介质运动，即使得所有的换热介质在换热介质通道和驱动通道做循环运动。

为了使丝杠有更好的驱动效果，作为优选，所述驱动通道与丝杠腔交叉部分的轴线与丝杠的轴线平行。

作为优选，所述驱动电机为中空电机。丝杠由中空电机驱动，为“零传动”，结构更加紧凑，效率更高。

本发明的有益效果是：本发明的换热介质，通过将相变材料填充至中空球体中，能够防止相变材料从中空球体中泄露出去，不存在泄露的问题。本发明的冷却装置通过驱动机构驱动换热介质在各通道中运动，带走被冷却对象的热量，因为采用将相变材料填充至中空球体的换热介质，克服了因现有技术因密封性问题导致冷却液泄漏，降低冷却效果和污染工作环境的问题；通过相连通的丝杠和驱动通道，使得丝杠能够带动换热介质在换热介质通道和驱动通道做循环运动。

附图说明：

图1是本发明冷却装置的结构示意图；

图2是外冷却套的结构示意图；

图3是内冷却套的结构示意图；

图4是驱动箱体的结构示意图；

图5是图1中驱动箱体的局部剖视图；

图6是本发明的换热介质的结构示意图。

图中各附图标记为：

1.外冷却套，2.内冷却套，3.换热介质，4.冷却箱，5.驱动箱体，6.驱动电机，7.第一螺纹槽，8.进出孔，9.沉头孔，10.第二螺纹槽，11.第一轴承座，12.驱动通道，13.通孔，14.丝杠腔，15.第二轴承座，16.中空球体，17.相变材料，18.电主轴通道。

具体实施方式：

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

如图1～6所示，一种冷却装置，包括：

换热介质3，包括中空球体16，以及填充在中空球体内的相变材料17，见图6，这能够防止相变材料从中空球体中泄露出去，不存在泄露的问题；

外冷却套1，内壁设有第一螺纹槽7，且外冷却套外壁具有一固定平面，固定平面上设有若干沉头孔9；

内冷却套2，同轴设置在外冷却套1的内部，且内冷却套的外壁设有与第一螺纹槽7配合的第二螺纹槽10，第一螺纹槽和第二螺纹槽构成供换热介质3运动的螺旋状的换热介质通道，内冷却套2的内壁为电主轴通道18，本实施例中，外冷却套和内冷却套均为传热材质，且外冷却套和内冷却套过盈配合构成壳体，本发明使用时，壳体通过电主轴通道30套设在电主轴单元上，代替电主轴原来的冷却套；

两个进出孔8，设置在外冷却套的固定平面上，且分别与换热介质通道的两端连通。

冷却装置还包括驱动机构，驱动机构包括：

驱动箱体5，上表面设有与沉头孔配合的通孔13，驱动箱体通过连接件与外冷却套的固定平面连接，驱动箱体内设有丝杠、用于容纳丝杠的丝杠腔14以及设置在丝杠腔两端的第一轴承座11和第二轴承座15；

驱动通道12，设置在驱动箱体内，中部与所述丝杠腔的侧壁相切连通，两端分别与对应的进出孔连通，所述丝杠上的凹槽与进入丝杠腔的换热介质3相互配合，本实施例中，驱动通道与丝杠腔交叉部分的轴线与丝杠的轴线平行；

驱动电机6，用于驱动丝杠旋转，带动换热介质在驱动滚道和换热介质通道中做循环运动，本实施例中，驱动电机为中空电机；

冷却装置还包括用于对驱动箱体5进行冷却的冷却机构，本实施例中，冷却机构为冷却箱4。

驱动箱体5中设有温度传感器，冷却箱4连接有与温度传感器连通的，用于控制冷却箱启停的控制器。

大量实验表明，一般电主轴发热温度在20-80℃左右，因此，针对特定电主轴可采用相应熔点的相变材料来实现冷却。

本发明的换热介质，通过将相变材料填充至中空球体中，能够防止相变材料从中空球体中泄露出去，不存在泄露的问题。本发明的冷却装置通过驱动机构驱动换热介质在各通道中运动，带走被冷却对象的热量，因为采用将相变材料填充至中空球体的换热介质，克服了因现有技术因密封性问题导致冷却液泄漏，降低冷却效果和污染工作环境的问题；通过相连通的丝杠和驱动通道，使得丝杠能够带动换热介质在换热介质通道和驱动通道做循环运动。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种换热介质，其特征在于，包括中空球体，以及填充在中空球体内的相变材料。

2.一种冷却装置，包括壳体，壳体内设有换热介质通道，其特征在于，所述换热介质通道内填充有如权利要求1所述的换热介质。

3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述壳体内设有电主轴通道，所述换热介质通道沿电主轴通道的外围分布，冷却装置还设有与所述换热介质通道连接，驱动换热介质在换热介质通道运动的驱动机构。

4.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，还包括与所述驱动机构连接的冷却机构。

5.如权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述驱动机构中设有温度传感器，所述冷却机构连接有与温度传感器连通用于控制冷却机构启停的控制器。

6.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述换热介质通道为螺旋状。

7.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述壳体外壁设有两个分别与所述换热介质通道两端连通的进出孔，所述驱动机构包括：

驱动箱体，内部设有丝杠以及用于容纳丝杠的丝杠腔；

驱动通道，设置在驱动箱体内，中部与所述丝杠腔的侧壁连通，两端分别与对应的进出孔连通，所述丝杠上的凹槽与进入丝杠腔的换热介质相互配合；

驱动电机，用于驱动所述丝杠旋转，带动换热介质在换热介质通道和驱动通道中做循环运动。

8.如权利要求7所述的冷却装置，其特征在于，所述驱动通道与丝杠腔交叉部分的轴线与丝杠的轴线平行。