CN108019969A - 一种用于制冷机的冷端装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制冷机的冷端装置，包括冷端换热器、端盖和两相闭式热虹吸管，所述端盖罩设在所述冷端换热器的上部外侧并与所述冷端换热器侧壁紧密连接，所述冷端换热器底部与回热器外壁固定连接并形成密闭的膨胀腔，所述冷端换热器上设有数个平行分布的肋片，每相邻两个肋片之间设有冷凝斜槽，所述冷凝斜槽通过所述两相闭式热虹吸管与冷量消耗空间连通，所述两相闭式热虹吸管上还连接有充液管；本发明在有限制冷空间中扩大了换热面积，无需外部动力驱动导冷工质的循环，配合各冷凝槽道，强化了凝结液的流动效果，实现了导冷工质的高效循环，优化了冷量传导的均匀性，实现了冷量的高效传导与利用。
Description
技术领域
本发明是涉及一种冷端装置，具体说，是涉及一种用于制冷机的冷端装置，属于低温制冷机技术领域。
背景技术
随着红外技术、超导技术、航空航天技术以及低温医学、低温电子学等科学技术的发展，低温制冷技术得到了很大的发展与应用。斯特林制冷机作为一种利用膨胀气缸内气体周期性膨胀和压缩来制取冷量的气体机械制冷机，具有结构紧凑、制冷温区广、制冷效率高、节能环保等优点，在各个领域都得到了相应的应用。
冷头，又称冷端，是制冷机与外部热载荷交换热量的关键部件，制冷机产生的冷量经冷头传导至消耗冷量的空间，冷头的换热效率直接影响着制冷机整体的制冷效果。然而，使用斯特林制冷机作为低温冷源时，受制于冷头的直径较小，冷头换热器的换热面积也较小，导致冷量传导效率低，如果通过增大冷头直径来增大换热面积，会增大冷头的体积，不利于低温制冷机产品的小型化发展。
另外，在现有的斯特林制冷机设计与应用中，将冷头直接放入空间内部进行换热的直接式冷量传递方式，由于冷头换热面积较小，不利于冷量的传递，导致传导的冷量有限，空间内温度分布不均，不能充分发挥出斯特林制冷机的快速制冷优势，使斯特林制冷机的制冷能力得到很大的限制，花费高昂代价制得的冷量不能得到充分的利用，制冷效率降低。
如中国专利201520762380.2公开的一种斯特林制冷机的冷量导出系统，将斯特林制冷机产生的冷量传导给紧固于冷头外侧的冷端适配器，冷端适配器接收的冷量再经导冷平板传导至消耗冷量的空间。虽然设置导冷平板扩大了换热面积，但是增大了斯特林制冷机的体积，不利于斯特林制冷机的小型化发展，且通过导冷平板直接对空间进行制冷容易导致空间内温度分布不均，不能充分发挥出斯特林制冷机的快速制冷优势，影响制冷效果。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种用于制冷机的冷端装置，不增大体积的同时增大换热表面、提高换热系数，且无需外部动力驱动，强化导冷工质的流动，优化冷量在空间中传输的均匀性，实现冷量的高效传导与利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于制冷机的冷端装置，包括冷端换热器和端盖，所述端盖罩设在所述冷端换热器的上部外侧并与所述冷端换热器的侧壁下部紧密连接，所述冷端换热器底部设有的内壁面与回热器外壁固定连接并形成制冷机密闭的膨胀腔，其特征在于：还包括两相闭式热虹吸管，所述冷端换热器的上部设有数个平行分布的肋片，每相邻两个肋片之间的根部设有向同一方向倾斜的冷凝斜槽，所述冷凝斜槽的末端处通过所述两相闭式热虹吸管与冷量消耗空间连通，所述两相闭式热虹吸管上还连接有充液管；通过肋片与冷凝斜槽的配合设置设置，冷端换热器与端盖之间形成一个冷端换热腔，不改变体积的同时增加了冷端换热器换热面积、提高了换热系数。
作为优选方案，所述冷端换热器的外圆周方向上开设有一贯穿的冷凝环槽。
作为进一步优选方案，所述冷凝环槽的槽宽范围为2mm～4mm,槽深范围为0.5mm～1mm。
作为优选方案，所述冷凝斜槽的末端处开设有聚液槽。
作为进一步优选方案，所述聚液槽的一端开设有用于连接所述两相闭式热虹吸管的圆弧形焊孔，在所述端盖的相应位置上设有同心的圆形连通孔，用于穿过与所述圆弧形焊孔焊接连接的两相闭式热虹吸管。
作为优选方案，沿冷凝斜槽倾斜方向所述肋片末端设有聚液坡面，使冷端换热腔内的凝结液更易流动至两相闭式热虹吸管中，配合两相闭式热虹吸管利用导冷工质的相变和重力作用循环导出膨胀腔经冷端换热器传导到换热腔中的冷量。
一种实施方式，所述两相闭式热虹吸管通过三通连接所述充液管。
一种实施方式，所述冷端换热器的侧壁上设有环形焊缝，所述端盖焊接于所述环形焊缝处。
一种实施方式，所述冷端换热器的内壁面通过设有的角焊缝与所述回热器外壁焊接连接。
进一步实施方式，所述焊接采用银焊焊接工艺。
作为优选方案，所述冷端换热器的材质采用高热导率的紫铜，所述端盖的材质采用低热导率的不锈钢。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所述冷端换热器设置的肋片和冷凝环槽扩大了换热面积，两相闭式热虹吸管无需外部动力驱动导冷工质的循环，配合以冷凝斜槽、聚液槽的斜面结构以及聚液坡面，强化了凝结液的流动效果，实现了导冷工质的高效循环，冷端换热器采用的材料紫铜具有高热导率，端盖采用的材料不锈钢具有低热导率，最终提高了斯特林制冷机冷头的换热系数，优化了冷量传导的均匀性，实现了冷量的高效传导与利用，具有明显的进步性和应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于制冷机的冷端装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于制冷机的冷端装置的剖视图；
图3为本发明实施例提供的一种用于制冷机的冷端装置的分解状态示意图；
图4为本发明实施例提供的冷头换热器的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的冷头换热器的正视图。
图中标号示意如下：1、冷端换热器；11、内壁面；12、肋片；121、聚液坡面；13、冷凝斜槽；14、冷凝环槽；15、聚液槽；151、圆弧形焊孔；16、环形焊缝；17、角焊缝；2、端盖；3、两相闭式热虹吸管；31、三通；4、回热器外壁；5、膨胀腔；6、充液管；7、冷端换热腔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例
结合图1至图5所示，本实施例提供的一种用于制冷机的冷端装置，包括冷端换热器1、端盖2和两相闭式热虹吸管3，所述端盖2罩设在所述冷端换热器1的上部外侧并与所述冷端换热器1的侧壁下部紧密连接，所述冷端换热器1底部设有的内壁面11与回热器外壁4固定连接并形成制冷机密闭的膨胀腔5，所述冷端换热器1的上部设有数个平行分布的肋片12，每相邻两个肋片12之间的根部设有向同一方向倾斜的冷凝斜槽13，所述冷凝斜槽13的末端处通过所述两相闭式热虹吸管3与冷量消耗空间连通，所述两相闭式热虹吸管3上还连接有充液管6；通过肋片12与冷凝斜槽13的配合设置设置，冷端换热器1与端盖2之间形成一个冷端换热腔7，不改变冷端换热器体积的同时增加了冷端装置换热面积、提高了换热系数。
为了是冷端换热腔内冷凝液更好的汇集，如图2至图5所示，所述冷端换热器1的外圆周方向上开设有一贯穿的冷凝环槽14，所述冷凝环槽14的槽宽范围为2mm～4mm,槽深范围为0.5mm～1mm。
为了进一步地强化所述冷端换热器1上各冷凝槽道和热虹吸管3中导冷工质的流动效果，以提高换热效率，如图3至图5所示，所述冷凝斜槽13的末端处开设有聚液槽15，所述聚液槽15的一端开设有用于连接所述两相闭式热虹吸管3的圆弧形焊孔151，在所述端盖2的相应位置上设有同心的圆形连通孔21，用于穿过与所述圆弧形焊孔151焊接连接的两相闭式热虹吸管3。
在本实施例中，如图3至图5所示，沿冷凝斜槽13倾斜方向所述肋片12末端设有聚液坡面121，使的冷端换热腔7内的凝结液更易流动至两相闭式热虹吸管3中，配合两相闭式热虹吸管3利用导冷工质的相变和重力作用循环导出膨胀腔5经冷端换热器1传导到冷端换热腔7中的冷量。
在本实施例中，所述两相闭式热虹吸管3通过三通31连接所述充液管6，如图1、图3所示。
在本实施例中，如图2至图5所示。所述冷端换热器1的侧壁上设有环形焊缝16，所述端盖2焊接于所述环形焊缝16处。
在本实施例中，所述冷端换热器1的内壁面11通过设有的角焊缝17与所述回热器外壁4焊接连接。
在本实施例中，上述焊接采用银焊焊接工艺。
为了进一步地提高换热系数并减少冷量损失，所述冷端换热器1的材质采用高热导率的紫铜，所述端盖2的材质采用低热导率的不锈钢。
另外，在本实施例中，如图1至图5所示，所述冷端换热器1下端为制冷机产生冷量的圆柱形膨胀腔5，气缸中气体膨胀制取的冷量通过采用高热导率材料紫铜制成的冷端换热器1传导至端盖2与冷端换热器1之间的冷端换热腔7中，冷端换热器1通过上端设有的肋片12和冷凝环槽14扩展了冷端换热腔7中的换热表面，从充液管6充入液态导冷工质(如乙烷，二氧化碳等)，液态导冷工质流动至冷量消耗空间，在空间中汽化后产生的气态工质经两相闭式热虹吸管3上升到冷端换热腔7中，在各个冷凝斜槽13、冷凝环槽14以及聚液坡面121上冷凝吸收冷量，冷凝后的凝结液依靠重力沿各斜面以及冷凝环槽表面流动，汇集至前端聚液槽15中并继续依靠重力作用经两相闭式热虹吸管3回流至冷量消耗空间汽化，均匀地向空间中导出冷量，实现制冷机的快速高效制冷。
综上所述可见，冷端换热器设置的肋片和冷凝环槽扩大了换热面积，两相闭式热虹吸管无需外部动力驱动导冷工质的循环，配合以冷凝斜槽、聚液槽的斜面结构以及聚液坡面，强化了凝结液的流动效果，实现了导冷工质的高效循环，冷端换热器采用的材料紫铜具有高热导率，端盖采用的材料不锈钢具有低热导率，最终提高了斯特林制冷机冷头的换热系数，优化了冷量传导的均匀性，实现了冷量的高效传导与利用。
最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于制冷机的冷端装置，包括冷端换热器和端盖，所述端盖罩设在所述冷端换热器的上部外侧并与所述冷端换热器的侧壁下部紧密连接，所述冷端换热器底部设有的内壁面与回热器外壁固定连接并形成制冷机密闭的膨胀腔，其特征在于：还包括两相闭式热虹吸管，所述冷端换热器的上部设有数个平行分布的肋片，每相邻两个肋片之间的根部设有向同一方向倾斜的冷凝斜槽，所述冷凝斜槽的末端处通过所述两相闭式热虹吸管与冷量消耗空间连通，所述两相闭式热虹吸管上还连接有充液管。
2.根据权利要求1所述的冷端装置，其特征在于：所述冷端换热器的外圆周方向上开设有一贯穿的冷凝环槽。
3.根据权利要求2所述的冷端装置，其特征在于：所述冷凝环槽的槽宽范围为2mm～4mm,槽深范围为0.5mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的冷端装置，其特征在于：所述冷凝斜槽的末端处开设有聚液槽。
5.根据权利要求4所述的冷端装置，其特征在于：所述聚液槽的一端开设有用于连接所述两相闭式热虹吸管的圆弧形焊孔，在所述端盖的相应位置上设有同心的圆形连通孔。
6.根据权利要求1所述的冷端装置，其特征在于：沿冷凝斜槽倾斜方向所述肋片末端设有聚液坡面。
7.根据权利要求1所述的冷端装置，其特征在于：所述两相闭式热虹吸管通过三通连接所述充液管。
8.根据权利要求1所述的冷端装置，其特征在于：所述冷端换热器的侧壁上设有环形焊缝，所述端盖焊接于所述环形焊缝处，所述冷端换热器的内壁面通过设有的角焊缝与所述回热器外壁焊接连接。
9.根据权利要求8所述的冷端装置，其特征在于：所述焊接采用银焊焊接工艺。
10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的冷端装置，其特征在于：所述冷端换热器的材质采用高热导率的紫铜，所述端盖的材质采用低热导率的不锈钢。
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