CN109469988A - 一种采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其包括：屏幕放置板、保温底板、保温盖板以及斯特林制冷机。其中，通过斯特林制冷机的冷端向屏幕放置板进行供冷、降温。在保温底板上设置有用于镶嵌上述述屏幕放置板的凹槽，该凹槽的深度不小于屏幕放置板与屏幕的厚度之和。保温底板和保温盖板均由绝热材料制成。当屏幕放置到位后，保温盖板随即贴合于保温底板的上表面，以防止冷量外溢。在实际工作过程中仅需将屏幕置于屏幕放置板，无需进行定位、夹紧操作，设计结构非常简单，另外，该屏幕冷却装置采用斯特林制冷机作为冷源，可方便实现‑130℃超低温，且斯特林制冷机自身具有较高的运行可靠性高，从而降低了人工维护工时。

Description

一种采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置

技术领域

本发明涉及冰箱制造技术领域，具体是涉及一种采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置。

背景技术

随着手机进入智能的触摸屏时代，触摸屏损坏时进行方便地维修显得尤为重要。现有的解决方案是采用低温的冷板对屏幕进行冷却，随着温度的降低，屏幕与手机之间的粘结力降低，从而可以较为方便地把破碎的屏幕拆下来进行更换。现有的屏幕冷却器大多采用复叠式或者混合工质的蒸汽压缩循环制冷方式，其耗能高，且很难达到较低的温度。开发一种可到液氮温区的、屏幕冷却器就显得很有必要。

发明内容

为了解决上述技术存在的问题，本发明提供一种结构设计简单、制冷温度低、能源利用率高的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其包括：屏幕放置板、保温底板、保温盖板以及斯特林制冷机。其中，通过斯特林制冷机的冷端向屏幕放置板进行供冷、降温。在保温底板上设置有用于镶嵌上述述屏幕放置板的凹槽，该凹槽的深度不小于屏幕放置板与屏幕的厚度之和。保温底板和保温盖板均由绝热材料制成。当屏幕放置到位后，保温盖板随即贴合于保温底板的上表面，以防止冷量外溢。

采用上述技术方案的屏幕冷却装置，在实际工作过程中仅需将屏幕置于屏幕放置板，无需进行定位、夹紧操作，设计结构非常简单，另外，该屏幕冷却装置采用斯特林制冷机作为冷源，可方便实现-130℃超低温，且斯特林制冷机自身具有较高的运行可靠性高，从而降低了人工维护工时。

作为本发明的进一步改进，屏幕放置板由冷芯，以及包裹于冷芯的导热体构成。该冷芯包括由斯特林制冷机冷端直接引出的热虹吸管，以及设置于热虹吸管上的翅片。

通过采用上述方案进行设置，使得斯特林制冷机对于屏幕放置板具有较高的冷量传导率，从而使得该屏幕放置板具有快冷性，缩短屏幕冷却时间。

作为本发明的进一步改进，热虹吸管由吸热端、绝热段和放热端构成，其中，热虹吸管工作状态时其腔内真空度保持在1200～1500pa，且工作介质呈PH值不小于10碱性。在绝热段的外壁涂覆有隔热漆。

通过采用上述方案进行设置，大大提高了热虹吸管自身的热导效率，降低了工作过程中冷量的散失量。

作为本发明的进一步改进，在斯特林制冷机的热端设置有散热装置，用于对其进行降温。

作为本发明中散热装置的一种结构形式，散热装置为套设于斯特林制冷机热端的散热盘。该散热盘包括同心设置、相互进行能量传递、且由内而外依序分布的内层导热环、内层翅片、中层导热环、外层翅片、以及外层固定环。

散热盘采用双层翅片结构，热量由内层导热环传导到中层翅片上，一部分热量通过内层翅片与对流空气换热而带走，剩下的热量通过中层导热环传导值外层翅片上，再通过风扇形成的强制对流空气带走，可以将斯特林制冷机热端的热量由内向外逐渐散开，从而增大了散热面积，实现了近热端和远热端同步散热，另外，散热盘自身具有良好的透气性，从而在风机的作用下，增大了空气流阻，提高散热效率。

作为上述结构的进一步改进，内层导热环、内层翅片、中层导热环、外层翅片、以及外层固定环的材质均为铜，通过钎焊一体成型。

散热盘以钎焊的工艺方法进行成型，大大提高了其自身的整体性，使其具有较高的传热性，另外，降低了其自身生产、制造成本。

作为本发明中散热装置的另外一种结构形式，散热装置包括热管蒸发端、热管冷凝端以及使得两者进行热量交换的连接管。热管蒸发端为环状结构，套设于斯特林制冷机的冷端。热管冷凝端由盘叠而成的热管构成。在连接管和热管冷凝端的内腔填充有工作介质。在热管冷凝端的一侧设置有风扇。

通过采用上述技术方案进行设置，可有效地防止用于放置斯特林制冷机的内腔由于温度差而形成的凝露、积水，从而省去了导流管及水槽的设置，可大大简化屏幕冷却装置的结构。

作为上述技术方案中热管蒸发端的一种设计方式，热管蒸发端由铜制的，且在其上开设有多个凹槽，用于安装连接管。

作为上述技术方案中热管蒸发端的另一种设计方式，热管蒸发端呈空腔结构，且其与连接管以及热管冷凝端的内腔相互连通。

作为本发明的进一步改进，上述屏幕冷却装置还包括温度传感器以及控制器。温度传感器镶嵌于屏幕放置板内，实时对其上表面温度进行监测，并将温度数据至所述控制器，并与目标设定值进行比较，发出相应的工作信号至斯特林制冷机，直至监测值与目标设定值相一致。

通过采用上述技术方案进行设置，当屏幕放置到位后，仅需预先在控制器内选定目标设定值，并可实现屏幕放置板温度的自动调节，且偏差量较小，确保屏幕的分屏过程顺利进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置一种实施方式的结构示意图。

图2是图1中散热盘的结构示意图。

图3是本发明采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置另一种实施方式的结构示意图。

图4是热管蒸发端与连接管一种装配形式的结构示意图。

图5是热管蒸发端与连接管另一种装配形式的结构示意图。

1-屏幕放置板；2-保温底板；3-保温盖板；4-斯特林制冷机；5-散热装置；51-散热盘；511-内层导热环；512-内层翅片；513-中层导热环；514-外层翅片；515-外层固定环；52-热管蒸发端；53-热管冷凝端；54-连接管；55-风扇；56-工作介质；6-风机。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明。该屏幕冷却装置由屏幕放置板1、保温底板2、保温盖板3以及斯特林制冷机4等几部分组成。其中，通过斯特林制冷机4的冷端向屏幕放置板1进行供冷、降温。在保温底板2上设置有用于镶嵌上述述屏幕放置板1的凹槽，该凹槽的深度不小于屏幕放置板1与屏幕的厚度之和。保温底板2和保温盖板3均由绝热材料制成。当屏幕放置到位后，保温盖板3随即贴合于保温底板2的上表面。在实际工作过程中无需对屏幕进行定位、夹紧操作。采用斯特林制冷机4作为冷源，可方便实现-130℃超低温，且斯特林制冷机4自身具有较高的运行可靠性高，从而降低了人工维护工时。另外，保温盖板3可以在气压缸的驱动下进行上下移动，且通过导柱进行导向，当屏幕放置到位后，操作人员发出指令至气压缸。

为了尽可能地减少由于上述保温底板2及保温盖板3自身平整度超差而导致的冷量外溢，可以在保温底板2或保温盖板3的相对配合面上设置有橡胶密封圈，从而确保保温底板2与保温盖板3贴合时的气密封。推荐做法为：在其中一个配合面上开设凹槽，将低苯基硅橡胶橡胶密封圈嵌入或使用螺钉紧固。橡胶密封圈的安装高度稍高于配合面即可，以2～3mm为宜。

为了使得屏幕放置板自身具有较高的冷量传导率，降低屏幕的处理时间，作了进一步优化，上述屏幕放置板1可设计为复合结构，具体为：屏幕放置板1由冷芯及导热体两部分构成，其中，导热体对冷芯进行包裹，且该冷芯包括由斯特林制冷机4冷端直接引出的热虹吸管，以及设置于热虹吸管上的翅片。通过采用上述方案进行设置，仅需通过优化热虹吸管和翅片的结构及位置优化即可确保屏幕放置板1上表面温度分布的一致性，从而有利于屏幕后期分屏操作。

再者，可以在斯特林制冷机4的热端设置有散热装置5，其可以通过以下两种方式进行布置：1)如图1中所示，散热盘51直接套设于斯特林制冷机4的热端。散热盘51由同心设置、相互进行能量传递、且由内而外依序分布的内层导热环511、内层翅片512、中层导热环513、外层翅片514、以及外层固定环515等几部分构成(如图2中所示)，材质均采用铜，且通过钎焊的方式连接为一体。该方式热传导过程如下：热量由内层导热环511传导到内层翅片512上，一部分热量通过内层翅片512与对流空气换热而带走，剩下的热量通过中层导热环513传导值外层翅片514上，再通过设置于斯特林制冷机4尾部的风机6形成的强制对流空气带走，从而将斯特林制冷机4热端的热量由内向外逐渐散开，增大了散热面积，实现了近热端和远热端同步散热，另外，散热盘51自身具有良好的透气性，从而在风机6的作用下，增大了空气流阻，提高散热效率。2)如图3中所示，散热装置5由热管蒸发端52、热管冷凝端53以及使得两者进行热量交换的连接管54等几部分构成。其中，热管蒸发端52为环状结构，套设于斯特林制冷机4的冷端。热管冷凝端53由盘叠而成的热管构成。在连接管54和热管冷凝端53的内腔填充有工作介质56。在热管冷凝端53的一侧设置有风扇55。采用上述方法最明显的优势为可有效地防止用于放置斯特林制冷机4的内腔形成积水，在延长斯特林制冷机4自身寿命的同时，简化了该屏幕冷却装置的结构设计。该方式热传导过程如下：斯特林制冷机4热端的热量使得位于热管蒸发端52内部的液态工作介质56蒸发而形成气态工作介质56，把热量带走，随后气态工作介质56通过连接管54流动到热管冷凝端53，在风扇55所产生的强制对流的作用下，带走热管冷凝端53的热量，由于热量被带走，流动到热管冷凝端53的气体工作介质56被冷凝为液态工作介质56，该液态工作介质56通过内部的毛细芯回流至热管蒸发端52。

图4示出了热管蒸发端与连接管一种装配形式的结构示意图。热管蒸发端52由导热性较好的铜制的，且在其上开设有多个凹槽，用于安装连接管54。施工时需要预先将连接管54腔内注入工作介质56，且密封后，再与热管蒸发端52进行钎焊。作为另一种设计方式，热管蒸发端52呈空腔结构，且其与连接管54以及热管冷凝端53的内腔相互连通(如图5所示)。根据斯特林制冷机4热端的具体形状和尺寸加工热管蒸发端52，然后和连接管54进行焊接，最后充注工作介质56。

最后，为了降低该屏幕冷却装置的操作难度，还可以引入智能温控系统。具体做法可参考如下：配套该屏幕冷却装置还设置有温度传感器(图中未示出)和控制器(图中未示出)。温度传感器镶嵌于屏幕放置板1内，实时对其上表面温度进行监测，并将温度数据至所述控制器，并与目标设定值进行比较，发出相应的工作信号至斯特林制冷机4，直至监测值与目标设定值相一致。当屏幕放置到位后，仅需预先在控制器内选定目标设定值，并可实现屏幕放置板1温度的自动调节，且偏差量较小，确保屏幕的分屏操作顺利进行。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，包括：屏幕放置板、保温底板、保温盖板以及斯特林制冷机；其中，通过所述斯特林制冷机的冷端向所述屏幕放置板进行供冷、降温；在所述保温底板上设置有用于镶嵌所述屏幕放置板的凹槽；所述凹槽的深度不小于所述屏幕放置板与所述屏幕的厚度之和；所述保温底板和所述保温盖板均由绝热材料制成；当屏幕放置到位后，所述保温盖板随即贴合于所述保温底板的上表面，以防止冷量外溢。

2.根据权利要求1所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，所述屏幕放置板由冷芯，以及包裹于所述冷芯的导热体构成；所述冷芯包括由所述斯特林制冷机冷端直接引出的热虹吸管，以及设置于所述热虹吸管上的翅片。

3.根据权利要求2所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，所述热虹吸管由吸热端、绝热段和放热端构成，其中，所述热虹吸管工作状态时其腔内真空度保持在1200～1500pa，且工作介质呈PH值不小于10碱性；在所述绝热段的外壁涂覆有隔热漆。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，在所述斯特林制冷机的热端设置有散热装置，用于对其进行降温。

5.根据权利要求4所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，所述散热装置为套设于所述斯特林制冷机热端的散热盘；所述散热盘包括同心设置、相互进行能量传递、且由内而外依序分布的内层导热环、内层翅片、中层导热环、外层翅片、以及外层固定环。

6.根据权利要求5所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，所述内层导热环、所述内层翅片、所述中层导热环、所述外层翅片、以及所述外层固定环的材质均为铜，通过钎焊一体成型。

7.根据权利要求4所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，所述散热装置包括热管蒸发端、热管冷凝端以及使得两者进行热量交换的连接管；所述热管蒸发端为环状结构，套设于所述斯特林制冷机的冷端；所述热管冷凝端由盘叠而成的热管构成；在所述连接管和所述热管冷凝端的内腔填充有工作介质；在所述热管冷凝端的一侧设置有风扇。

8.根据权利要求7所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，所述热管蒸发端由铜制的，且在其上开设有多个凹槽，用于安装所述连接管。

9.根据权利要求7所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，所述热管蒸发端呈空腔结构，且其与所述连接管及所述热管冷凝端的内腔相互连通。

10.根据权利要求1所述的采用斯特林制冷机作为冷源的屏幕冷却装置，其特征在于，还包括温度传感器以及控制器；所述温度传感器镶嵌于所述屏幕放置板内，实时对其上表面温度进行监测，并将温度数据发送至所述控制器，并与目标设定值进行比较，发出相应的工作信号至所述斯特林制冷机，直至监测值与目标设定值相一致。