CN110849055A - 一种低温冰箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温冰箱，包括制冷机与储藏室，所述制冷机采用室温推移活塞脉管制冷机，所述室温推移活塞脉管制冷机包括用于产生冷量的冷量换热器，所述冷量换热器与吸热热管连接，所述吸热热管部分置于储藏室内，所述吸热热管用于将冷量换热器的冷量传输至储藏室内。从储藏室回来的蒸汽在冷量换热器中冷凝然后经出液管流出在吸热管中吸热后变为蒸汽，从而保持储藏室温度。与现有技术相比，本发明采用冷量换热器在上方，散热器在下的空间布置，并用热管传输热量，解决了热量传输问题，可以实现低温制冷。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温冰箱。
背景技术
低温冰箱可用来储存食品、生物样品、疫苗等，温度比常规的冰箱低，如果采用复叠式制冷机则结构复杂，混合工质制冷机虽然简单，但工质的配比要求十分严格。工质在不同温区停留的多少则影响性能。采用斯特林制冷机则没有这样的困难，但斯特林制冷机由低温下的运动部件，可靠性降低，特别是疫苗的存储，要求高度可靠，因此也没有普及。室温推移活塞脉管制冷机具有与卡诺制冷机一样的理论效率，同时与普通脉管制冷机一样，没有低温下的运动部件，具有高度的可靠性，是一种新型的脉管制冷机，可作为低温冰箱的一种理想冷源。但随之而来的问题是如何与低温冰箱结合，特别是冷量的传输。脉管制冷机的特点是制冷量集中在冷头上，而冷头又很小，大功率的制冷量下传热面积太小，冷量传输困难。
中国专利CN107289705A公布了一种低温冰箱，包括箱体和制冷系统，箱体分为冷冻室、速冻室和机械室，制冷系统包括低温制冷机以及分别将制冷机制取的冷量传输到冷冻室和速冻室的第一热管传热系统和第二热管传热系统。第一热管传热系统包括至少一根回路热管、导冷板和传热模块。每根回路热管的补偿器表面贴电加热片控制其工作温度。传热模块有三种实施方式，传热模块(Ⅰ)为至少一根重力虹吸热管；传热模块(Ⅱ)为至少一根槽道热管；传热模块(Ⅲ)包括至少一根重力虹吸热管和至少一根槽道热管。第二热管传热系统包括至少一根槽道热管。其采用的回路热管结构设置复杂。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低温冰箱。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低温冰箱，包括制冷机与储藏室，所述制冷机采用室温推移活塞脉管制冷机，所述室温推移活塞脉管制冷机包括用于产生冷量的冷量换热器，所述冷量换热器与吸热热管连接，所述吸热热管部分置于储藏室内，所述吸热热管用于将冷量换热器的冷量传输至储藏室内。
优选地，所述吸热热管包括出液管、回汽管及吸热管，所述出液管、回汽管均与冷量换热器相连，所述吸热管连接在出液管与回汽管之间，且所述吸热管置于储藏室内。
从储藏室回来的蒸汽在冷量换热器中冷凝然后经出液管流出在吸热管中吸热后变为蒸汽，从而保持储藏室温度。
优选地，所述吸热热管上设置有吸热热管气库。
进一步优选地，所述吸热热管气库设置在回汽管上。当然，热管气库也可设置在吸热热管的其他地方。
进一步优选地，在吸热热管气库与回汽管之间设置有气库阀门。
由于低温冰箱的温度很低，从常温到低温的温差很大，为了保持吸热热管的工作压力，需要设置一个吸热热管气库控制工作压力。
吸热热管气库的大小使吸热热管在低温冰箱不工作时的压力小于许可压力，在工作时有足够的液体在吸热热管内。
所述室温推移活塞脉管制冷机还包括用于对制冷机散热的散热器，所述散热器与散热热管连接，所述散热热管用于将散热器处的热散掉。
进一步地，所述散热热管包括出汽管、回液管及散热管，所述出汽管与回液管均与散热器连接，所述散热管连接在出汽管与回液管之间；
优选地，所述散热管包括水平散热管与垂直散热管，所述水平散热管与垂直散热管外加翅片；
优选地，为了增强散热，在散热管处设置风扇扇风。
如果功率不是很大，散热热管可以被紧贴在散热器外的简单的翅片代替。
液体在散热器中蒸为危蒸汽，蒸汽从出汽管出来，在水平散热管与垂直散热管内冷凝成液体，然后从回液管流回散热器。
冷量换热器与散热器的距离不可做的太长，太长回热器流阻太大，影响效率。为了使吸热热管能够在储藏室从低到高整个部分分布，优选地将冷量换热器布置在高处，这样散热热管水平部分就需要长一些，从而增大换热面积。
优选地，所述吸热热管是蛇形管或并排树形管。蛇形管的流动阻力大，并排树形管的流动阻力小。
所述吸热热管或散热热管优选为重力热管，热管内的流体靠重力流动。
吸热热管或散热热管不限于重力热管，也可为其他类型的热管。
所述散热器也可由水来冷却，用水管替代热管即可。
优选地，所述制冷机由压缩机、推移活塞、冷头组成，可将推移活塞与压缩机做在一起组成驱动部。
所述冷头由散热器、回热器、脉管和冷量换热器组成，所述散热器、回热器、冷量换热器、脉管顺序相连。所述散热器、回热器、冷量换热器、脉管可以同轴设置，也可以不同轴设置。所述散热器有内散热通道和外散热通道，所述外散热通道与散热热管相连，所述冷量换热器有内冷量换热通道和外冷量换热通道，所述外冷量换热通道与吸热热管相连。
进一步地，所述压缩机由电机、活塞、气缸组成，所述气缸与活塞形成压缩腔，用于对冷头供气，所述压缩腔通过第一连接管与散热器相连；
所述推移活塞由推移活塞、推移活塞气缸、推移活塞杆、弹簧和气库组成，形成推移活塞前腔与推移活塞背腔，所述推移活塞背腔通过第一连接管与散热器相连，所述推移活塞前腔通过第二连接管与脉管相连。
本发明中，所述制冷机采用室温推移活塞脉管制冷机，除此以外，也可以是其他形式的脉管制冷机和其他形式的回热式制冷机或斯特林制冷机。
本发明中采用的制冷机原理如下：
压缩活塞在电机带动下往复运动，产生压力波，推动推移活塞往复运动，推移活塞前腔吸收脉管的膨胀功，传输到推移活塞背腔，与压缩机的功一起输入到冷头。热量在散热器散出，制冷量在冷量换热器输出。
在散热器中，压缩腔与推移活塞背腔的气体在散热器内散热通道放出，并通过外散热通道内的液体蒸发带走，蒸发的液体在散热热管里冷凝，通过重力流回；
在冷量换热器中，脉管下端的气体膨胀后温度降低，冷量由冷量换热器内通道传入冷量换热器外通道冷凝由吸热热管来的蒸汽，冷凝后的液体靠重力流回吸热热管。
由于一般的低温冰箱的制冷温度一般高于液氮温度，大约在200K左右，脉管的膨胀功很大，因此，本发明采用推移活塞回收膨胀功后与压缩机的输入功一起制冷，使脉管制冷机的理论效率和斯特林制冷机一样，从而获得高的制冷效率。
与现有技术相比，本发明采用冷量换热器在上方，散热器在下的空间布置，并用热管传输热量，解决了热量传输问题，可以实现低温制冷。
附图说明
图1为实施例1中低温冰箱的结构示意图；
图2为实施例1中制冷剂结构示意图；
图3为实施例2中低温冰箱的结构示意图；
图4为实施例3中低温冰箱的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
参考图1，一种低温冰箱，包括制冷机1、储藏室2、吸热热管3及散热热管4，制冷机1包括冷量换热器134与散热器131，散热热管4与散热器131连接，吸热热管3与冷量换热器134连接，且部分置于储藏室2内，冷量换热器134在空间上置于散热器131的上方，
其中，吸热热管3包括出液管32、回汽管31及吸热管33，出液管32、回汽管31均与冷量换热器134相连，吸热管33连接在出液管32与回汽管31之间，且吸热管33置于储藏室2内。从储藏室2回来的蒸汽在冷量换热器134中冷凝然后经出液管32流出在吸热管33中吸热后变为蒸汽，从而保持储藏室2温度。
回汽管31上设置有吸热热管气库34，在吸热热管气库34与回汽管31之间设置有气库阀门35。由于低温冰箱的温度很低，从常温到低温的温差很大，为了保持吸热热管3的工作压力，需要设置一个吸热热管气库34控制工作压力。吸热热管气库34的大小使吸热热管在低温冰箱不工作时的压力小于许可压力，在工作时有足够的液体在吸热热管内。
本实施例中，吸热热管气库34设置在回汽管31上，当时实际使用时，热管气库34也可设置在吸热热管3的其他地方。
散热热管4用于将散热器131处的热散掉，散热热管4包括出汽管41、回液管42及散热管432，出汽管41与回液管42均与散热器131连接，散热管连接在出汽管41与回液管42之间；散热管包括水平散热管431与垂直散热管432，水平散热管431与垂直散热管432外加翅片。液体在散热器131中蒸发为蒸汽，蒸汽从出汽管41出来，在水平散热管431与垂直散热管432内冷凝成液体，然后从回液管42流回散热器131。
为了增强散热，在散热管处可以设置风扇扇风。如果功率不是很大，散热热管4可以被紧贴在散热器131外的简单的翅片代替。
冷量换热器134与散热器131的距离不可做的太长，太长回热器流阻太大，影响效率。为了使吸热热管能够在储藏室从低到高整个部分分布，冷量换热器134需要布置在高处，这样散热热管水平部分就需要长一些，从而增大换热面积。
本实施例中，吸热热管3是蛇形管。
本实施例中，吸热热管3或散热热管4优选为重力热管，热管内的流体靠重力流动。
此外，吸热热管3或散热热管4不限于重力热管，也可为其他类型的热管。
散热器131也可由水来冷却，用水管替代热管即可。
参考图2，本实施例中，制冷机1由压缩机11、推移活塞12、冷头13组成，可将推移活塞12与压缩机11做在一起组成驱动部1112。
冷头13由散热器131、回热器132、脉管133和冷量换热器134组成，散热器131、回热器132、冷量换热器134、脉管133顺序相连。本实施例中散热器131、回热器132、冷量换热器134、脉管133同轴设置。散热器131有内散热通道1311和外散热通道1312，外散热通道1312与散热热管4相连，冷量换热器134有内冷量换热通道1341和外冷量换热通道1342，外冷量换热通道1342与吸热热管3相连。
压缩机11由电机114、活塞112、气缸113组成，气缸113与活塞112形成压缩腔111，用于对冷头供气，压缩腔111通过第一连接管141与散热器131相连；推移活塞12由推移活塞123、推移活塞气缸122、推移活塞杆124、弹簧126和气库127组成，形成推移活塞前腔121与推移活塞背腔125，推移活塞背腔125通过第一连接管141与散热器131相连，推移活塞前腔121通过第二连接管142与脉管133相连。
本发明中采用的制冷机原理如下：
压缩活塞112在电机114带动下往复运动，产生压力波，推动推移活塞12往复运动，推移活塞前腔121吸收脉管133的膨胀功，传输到推移活塞背腔125，与压缩机11的功一起输入到冷头13。热量在散热器131散出，制冷量在冷量换热器134输出。推移活塞的运动靠推移活塞123两端的气体压差运动，推移活塞杆124两端的气体压力差进一步增大驱动力，从而使推移活塞可工作在最佳行程。
在散热器131中，压缩腔111与推移活塞背腔125的气体在散热器内散热通道1311放出，并通过外散热通道1312内的液体蒸发带走，蒸发的液体在散热热管4里冷凝，通过重力流回；
在冷量换热器134中，脉管133下端的气体膨胀后温度降低，冷量由冷量换热器内通道1341传入冷量换热器外通道1342冷凝由吸热热管3来的蒸汽，冷凝后的液体靠重力流回吸热热管3。
由于一般的低温冰箱的制冷温度一般高于液氮温度，大约在200K左右，脉管的膨胀功很大，因此，本发明采用推移活塞12回收膨胀功后与压缩机11的输入功一起制冷，使脉管制冷机的理论效率和斯特林制冷机一样，从而获得高的制冷效率。
实施例2
参考图3，本实施例与实施例1不同之处在于，吸热热管3是并排树形管，并排树形管的流动阻力小。
实施例3
参考图4，本实施例与实施例1不同之处在于，吸热热管3外有翅片，从而更大增大换热面积。并可采用风扇吹风而采用风冷冷却储藏室。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低温冰箱，包括制冷机(1)与储藏室(2)，其特征在于，所述制冷机(1)采用室温推移活塞脉管制冷机，所述室温推移活塞脉管制冷机包括用于产生冷量的冷量换热器(134)，所述冷量换热器(134)与吸热热管(3)连接，所述吸热热管(3)部分置于储藏室(2)内，所述吸热热管(3)用于将冷量换热器(134)的冷量传输至储藏室(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种低温冰箱，其特征在于，所述吸热热管(3)包括出液管(32)、回汽管(31)及吸热管(33)，所述出液管(32)、回汽管(31)均与冷量换热器(134)相连，所述吸热管(33)连接在出液管(32)与回汽管(31)之间，且所述吸热管(33)置于储藏室(2)内。
3.根据权利要求1或2所述的一种低温冰箱，其特征在于，所述吸热热管(3)上设置有吸热热管气库(34)。
4.根据权利要求1所述的一种低温冰箱，其特征在于，所述室温推移活塞脉管制冷机包括用于对制冷机散热的散热器(131)，所述散热器(131)与散热热管(4)连接，所述散热热管(4)用于将散热器(131)处的热散掉。
5.根据权利要求4所述的一种低温冰箱，其特征在于，所述散热热管(4)包括出汽管(41)、回液管(42)及散热管，所述出汽管(41)与回液管(42)均与散热器(131)连接，所述散热管连接在出汽管(41)与回液管(42)之间。
6.根据权利要求4或5所述的一种低温冰箱，其特征在于，所述吸热热管(3)或散热热管(4)为重力热管，热管内的流体靠重力流动。
7.根据权利要求1所述的一种低温冰箱，其特征在于，所述制冷机(1)由压缩机(11)、推移活塞(12)、冷头(13)组成，
所述冷头(13)由散热器(131)、回热器(132)、脉管(133)和冷量换热器(134)组成，
所述散热器(131)有内散热通道(1311)和外散热通道(1312)，所述外散热通道(1312)与散热热管(4)相连，所述冷量换热器(134)有内冷量换热通道(1341)和外冷量换热通道(1342)，所述外冷量换热通道(1342)与吸热热管(3)相连。
8.根据权利要求7所述的一种低温冰箱，其特征在于，所述散热器(131)、回热器(132)、冷量换热器(134)、脉管(133)顺序相连。
9.根据权利要求7所述的一种低温冰箱，其特征在于，所述压缩机(11)由电机(114)、活塞(112)、气缸(113)组成，所述气缸(113)与活塞(112)形成压缩腔(111)，用于对冷头供气，所述压缩腔(111)与散热器(131)相连；
所述推移活塞(12)由推移活塞(123)、推移活塞气缸(122)、推移活塞杆(124)、弹簧(126)和气库(127)组成，形成推移活塞前腔(121)与推移活塞背腔(125)，所述推移活塞背腔(125)与散热器(131)相连，所述推移活塞前腔(121)与脉管(133)相连。
10.根据权利要求7所述的一种低温冰箱，其特征在于，在散热器(131)中，压缩腔(111)与推移活塞背腔(125)的气体在散热器内散热通道(1311)放出，并通过外散热通道(1312)内的液体蒸发带走，蒸发的液体在散热热管(4)里冷凝，通过重力流回；
在冷量换热器(134)中，脉管(133)下端的气体膨胀后温度降低，冷量由冷量换热器内通道(1341)传入冷量换热器外通道(1342)冷凝由吸热热管(3)来的蒸汽，冷凝后的液体靠重力流回吸热热管(3)。
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