CN111377068A - 用于真空环境中密封舱体的散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的散热方法，该散热方法包括：步骤一，将密封舱体内的携带热量的气体送至第一换热器；步骤二，第一换热器将气体所携带的热量转移至第一介质，将冷却后的气体送至密封舱体；步骤三，将携带热量的第一介质抽送至第二换热器；步骤四，第二换热器将第一介质所携带的热量转移至第二介质并将冷却后的第一介质送至第一换热器，第二介质在真空环境下汽化后排至舱外。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中无法对真空环境下的密封舱体进行散热的技术问题。

Description

用于真空环境中密封舱体的散热方法

技术领域

本发明涉及真空环境中密封舱体散热的技术领域，尤其涉及一种用于真空环境中密封舱体的散热方法。

背景技术

现有技术中，常用的制冷方法包括热电制冷方法和气体膨胀制冷。

第一，热电制冷方法。

热电制冷又称温差电制冷或半导体制冷。用两种不同的金属丝相互连接在一起，形成一个闭合电路，把两个连接点分别放在温度不同的两处，就会在两个连接点之间产生一个电势差——接触电动势，当电荷载体从高能级向低能级运动时就会形成电流，释放多余的热量。反之，只要将两种不同的金属丝相互连接形成闭合电路并通以直流电，就会使其中一个连接点变热，另一个连接点变冷，这就是帕尔贴效应，也称温差电现象。生产冷端就是我们需要的制冷。

热电制冷的效果主要取决于两种材料的热电势。纯金属材料的导电性好、导热性也好，但其帕尔贴效应很弱，制冷效率极低(不到1％)。半导体材料具有较高的热电势，但其成本高，而且必须使用直流电源，因此往往需要变压整流装置，增加了热电堆以外的体积，所以热电制冷在需要制冷量较大的场合不宜使用。

第二，气体膨胀制冷方法

气体膨胀制冷是利用高压气体绝热膨胀时，对膨胀剂做功，同时气体的温度降低，用这种方法获得低温。与液体汽化式制冷相比，空气膨胀制冷是一种没有相变的制冷方式，所采用的工质主要是空气。构成这种制冷方式的循环系统称为理想气体的逆向循环系统。其循环形式主要由：定压循环，有回热的定压循环和定容循环。

针对上述两种方法，热电制冷方法由于其效率低、成本高，且需加装变压整流装置，增大了热电堆以外的体积，不适用于制冷量大、空间较小的应用对象。气体膨胀制冷方法由于其采用的工质主要是空气，受限于现有增压设备技术条件(增压比较小)，不适用于舱体内外压差过大的应用对象。因此，对于应用对象为真空环境下的密封舱体，舱内热量较大，上述两种方法皆不适用。

发明内容

本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的散热方法，能够解决现有技术中无法对真空环境下的密封舱体进行散热的技术问题。

本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的散热方法，散热方法包括：步骤一，将密封舱体内的携带热量的气体送至第一换热器；步骤二，第一换热器将气体所携带的热量转移至第一介质，将冷却后的气体送至密封舱体；步骤三，将携带热量的第一介质抽送至第二换热器；步骤四，第二换热器将第一介质所携带的热量转移至第二介质并将冷却后的第一介质送至第一换热器，第二介质在真空环境下汽化后排至舱外。

进一步地，在步骤一中，第一换热器包括气液换热器，第一动力单元将携带热量的气体送至气液换热器。

进一步地，在步骤二中，第二动力单元将冷却后的气体送至密封舱体。

进一步地，步骤三具体包括：第三动力单元将携带热量的第一介质抽送至第二换热器。

进一步地，第一动力单元包括轴流风机；和/或第二动力单元包括轴流风机；和/或第三动力单元包括冷却剂泵。

进一步地，步骤四具体包括：第二换热器中的第二介质在调节器的作用下脉冲式地由喷嘴喷出以形成微小液滴；微小液体撞击至带有换热翅片的一侧以形成液体薄膜；携带有热量的第一介质经过换热翅片的另一侧，第一介质所携带的热量转移至液体薄膜，液体薄膜闪蒸成液体蒸汽并排至舱外，冷却后的第一介质回至第一换热器。

应用本发明的技术方案，提供了一种用于真空环境中密封舱体的散热方法，该散热方法不用直接引入外界空气，其依靠自身携带的消耗性冷却介质，通过液体汽化制冷以吸收密封舱内热量，采用强迫气体对流换热和冷却液循环的方式，以达到控温的目的。本发明的散热方法能够应用于散热量较大的密封舱，解决现有压气机增压比较小无法满足增压比较大应用场合的问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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示出了根据本发明的具体实施例提供的用于真空环境中密封舱体的散热方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的用于真空环境中密封舱体的散热系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一换热器；20、第一动力单元；30、第二动力单元；40、第二换热器；41、水箱；50、第三动力单元；60、第一气体管道；70、第二气体管道；80、第一液体管道；90、第二液体管道；100、第三液体管道；110、密封舱体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于真空环境中密封舱体110的散热方法，散热方法包括：步骤一，将密封舱体110内的携带热量的气体送至第一换热器10；步骤二，第一换热器10将气体所携带的热量转移至第一介质，将冷却后的气体送至密封舱体110；步骤三，将携带热量的第一介质抽送至第二换热器40；步骤四，第二换热器40将第一介质所携带的热量转移至第二介质并将冷却后的第一介质送至第一换热器10，第二介质在真空环境下汽化后排至舱外。

应用此种配置方式，提供了一种用于真空环境中密封舱体110的散热方法，该散热方法不用直接引入外界空气，其依靠自身携带的消耗性冷却介质，通过液体汽化制冷以吸收密封舱内热量，采用强迫气体对流换热和冷却液循环的方式，以达到控温的目的。本发明的散热方法能够应用于散热量较大的密封舱，解决现有压气机增压比较小无法满足增压比较大应用场合的问题。

具体地，液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。在一定压力下液体汽化时，需要吸收热量，该热量成为液体的汽化潜热。液体所吸收的热量来自被冷却对象，使被冷却对象温度降低，或者使它维持低于环境温度的某一温度。为了使上述过程得以连续进行，必须不断地将蒸汽从容器(蒸发器)中抽走，再不断地将液体补充进去。在本发明中，密封舱体110内的气体可将携带的热量转移至第一介质，第一介质可将携带的热量通过第二介质的液体汽化进行散热，冷却后的第一介质重新完成密封舱体110内气体的散热，由此实现密封舱体110的散热。

进一步地，在本发明中，为了顺利地将密封舱体110内的携带热量的气体送至第一换热器，在步骤一中，第一换热器10包括气液换热器，第一动力单元20将携带热量的气体送至气液换热器。在步骤二中，第二动力单元30将冷却后的气体送至密封舱体。气液换热器将气体所携带的热量转移至第一介质并通过第二动力单元30将冷却后的气体送至密封舱体110。为了能够持续对密封舱体110内的携带热量的气体进行散热，需要对第一介质进行散热。

具体地，在本发明中，气液换热器在将气体所携带的热量转移至第一介质后，可通过第三动力单元50将携带热量的第一介质抽送至第二换热器40，通过第二换热器40对携带热量的第一介质进行散热。作为本发明的一个具体实施例，第一动力单元20包括轴流风机；第二动力单元30包括轴流风机；和/或第三动力单元50包括冷却剂泵。

进一步地，在本发明中，为了实现对携带热量的第一介质进行散热，可将步骤四配置为具体包括：第二换热器40中的第二介质在调节器的作用下脉冲式地由喷嘴喷出以形成微小液滴；微小液体撞击至带有换热翅片的一侧以形成液体薄膜；携带有热量的第一介质经过换热翅片的另一侧，第一介质所携带的热量转移至液体薄膜，液体薄膜闪蒸成液体蒸汽并排至舱外，冷却后的第一介质回至第一换热器10。

应用此种配置方式，通过第二换热器中的第二介质对第一介质进行散热，冷却后的第一介质重新回至第一换热器以对密封舱体110内的空气进行散热，此种方式能够实现密封舱体110内空气的持续散热，提高密封舱体110的散热效率。

根据本发明的另一方面，如图2所示，提供了一种用于真空环境中密封舱体110的散热系统，该散热系统包括第一换热器10、第一动力单元20、第二动力单元30、第二换热器40和第三动力单元50，第一换热器10包括第一介质，第一换热器10通过第一介质以吸收密封舱体110内气体所携带的热量，第一动力单元20与第一换热器10的入口连接，第一动力单元20用于将密封舱体110内的空气送至第一换热器10，第二动力单元50与第一换热器10的出口连接，第二动力单元50用于将冷却后的气体送至密封舱体110，第二换热器40包括第二介质，第二换热器40通过第二介质的液体汽化以吸收第一介质携带的热量并将冷却后的第一介质送至第一换热器10，第三动力单元50用于将携带热量的第一介质送至第二换热器40。

应用此种配置方式，提供了一种用于真空环境中密封舱体110的散热系统，该系统通过设置第一换热器和第二换热器，能够持续地对密封舱体110内的热空气进行散热。具体地，在本发明中，如图2所示，密封舱体110内经人体或设备加热后的热空气在第一动力单元20的作用下被送至第一换热器10，通过热交换过程将热量转移至第一介质后温度降低，经冷却后的空气在第二动力单元30的作用下重新回到密封舱体110内。同时经热空气加热后的第一介质，在第三动力单元50的作用下抽送至第二换热器40，此时第一介质的热量通过水的相变过程进行吸收后温度降低，之后回到第一换热器10参与下一制冷流程。

作为本发明的一个具体实施例，为了实现密封舱内气体换热，可将散热系统配置为还包括第一气体管道60和第二气体管道70，第一气体管道60分别与第一动力单元20和第一换热器10的入口连接，第二气体管道70分别与第一换热器10的出口和密封舱体连接。应用此种配置方式，密封舱体内携带热量的气体在第一动力单元20的作用下可通过第一气体管道60送至第一换热器10，在第一换热器10的作用下，将气体的热量转移至第一介质，冷却后的气体在第二动力单元30的作用下通过第二气体管道70重新送回至密封舱体，携带热量的第一介质在第三动力单元50的作用下进入第二换热器，第二换热器通过液体汽化对第一介质散热，冷却后的第一介质重新回到第一换热器10，由此实现密封舱体内气体的换热。

进一步地，在本发明中，如图2所示，为了实现密封舱体110内空气的持续散热，可将散热系统配置为还包括第一液体管道80、第二液体管道90和第三液体管道100，第一液体管道80、第二液体管道90和第三液体管道100均设置在密封舱体110内，第一液体管道80分别与第一换热器10和第三动力单元50连接，第二液体管道90分别与第三动力单元50和第二换热器40连接，第三液体管道100分别与第一换热器10和第二换热器40连接。应用此种配置方式，能够实现第一介质在第一换热器10和第二换热器40之间的流动，并通过第二介质的液体汽化实现第一介质的散热。

作为本发明的一个具体实施例，第一动力单元20包括轴流风机；和/或第二动力单元30包括轴流风机；和/或第三动力单元50包括冷却剂泵。第一换热器10包括气液换热器；和/或第二换热器40包括水蒸发器。

进一步地，在本发明中，为了实现对携带热量的第一介质进行散热，可将第二换热器40配置为包括水箱41、调节器、喷嘴和换热翅片，调节器分别与水箱41和喷嘴连接，调节器用于调节水箱41内的液态水以脉冲式地从喷嘴内喷出，喷嘴与换热翅片相对设置，喷嘴中喷出的水滴在换热翅片上形成水滴薄膜，水滴薄膜汽化以用于吸收第一介质所携带的热量。

应用此种配置方式，通过第二换热器中的第二介质对第一介质进行散热，冷却后的第一介质重新回至第一换热器以对密封舱体110内的空气进行散热，此种方式能够实现密封舱体110内空气的持续散热，提高密封舱体110的散热效率。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1和图2对本发明的用于真空环境中密封舱体110的散热系统和散热方法进行详细说明。

如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于真空环境中密封舱体110的散热系统，该散热系统包括第一换热器10、第一动力单元20、第二动力单元30、第二换热器40、第三动力单元50、第一气体管道60、第二气体管道70、第一液体管道80、第二液体管道90和第三液体管道100，第二换热器40包括水箱41、调节器、喷嘴和换热翅片，在本实施例中，采用轴流风机作为第一动力单元20，轴流风机作为第二动力单元30，冷却剂泵作为第三动力单元50，气液换热器作为第一换热器10，水蒸发器作为第二换热器40。

第一气体管道60和第二气体管道70设置在密封舱体110内，轴流风机通过第一气体管道60与气液换热器的入口连接，气液换热器的出口通过第二气体管道70与轴流风机连接，气液换热器包括第一介质，轴流风机用于将密封舱体110内的空气送至气液换热器，气液换热器通过第一介质以吸收密封舱体110内气体所携带的热量并通过轴流风机将冷却后的气体送至密封舱体110，水蒸发器包括第二介质，水蒸发器通过第二介质的液体汽化以吸收第一介质携带的热量并将冷却后的第一介质送至气液换热器，冷却剂泵用于将携带热量的第一介质送至水蒸发器。第一液体管道80、第二液体管道90以及第三液体管道100均设置在密封舱体110内，第一液体管道80分别与冷却剂泵和第一换热器10连接，第二液体管道90分别与冷却剂泵和水蒸发器连接，第三液体管道100分别与气液换热器和水蒸发器连接。

水蒸发器包括水箱41、调节器、喷嘴和换热翅片，调节器分别与水箱41和喷嘴连接，调节器用于调节水箱41内的液态水以脉冲式地从喷嘴内喷出，喷嘴与换热翅片相对设置，喷嘴中喷出的水滴在换热翅片上形成水滴薄膜，水滴薄膜汽化以用于吸收第一介质所携带的热量。

在本实施例所提供的散热方法具体包括：轴流风机将携带热量的气体送至气液换热器；气液换热器将气体所携带的热量转移至第一介质并通过轴流风机将冷却后的气体送至密封舱体110；冷却剂泵将携带热量的第一介质抽送至水蒸发器；水箱41中的水在调节器的控制下，脉冲式地由喷嘴喷出，喷嘴把水细化成微小的水滴，这些水滴形成了一个中空的圆锥形的喷射流。喷射的水滴撞击到带有换热翅片的换热面上。在这个换热面上，水滴迅速地展开成一层薄膜，并在下一个喷液脉冲到来之前，在低真空环境下沸腾、闪蒸成水蒸汽排到密封舱外部空间。该换热面的另一侧是冷却剂通道，第一介质携带的热量由于水的闪蒸蒸发而被冷却，冷却后的第一介质回到气液换热器中。

综上所述，本发明提供了一种用于真空环境中密封舱体的散热方法，该散热方法依靠自身携带的消耗性冷却剂吸收密封舱内热量，采用强迫气体对流换热和冷却液循环的方式，以达到控温的目的。在本发明中，强迫气体对流主要用于实现舱内热量的转移(舱内空气转移至冷却剂)，通过轴流风机加速密封舱内的空气流动，从而加速人体/电子设备与空气之间的对流换热速率来带走热量。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于真空环境中密封舱体的散热方法，其特征在于，所述散热方法包括：

步骤一，将密封舱体内的携带热量的气体送至第一换热器(10)；

步骤二，所述第一换热器(10)将气体所携带的热量转移至第一介质，将冷却后的气体送至密封舱体；

步骤三，将携带热量的所述第一介质抽送至第二换热器(40)；

步骤四，所述第二换热器(40)将所述第一介质所携带的热量转移至第二介质并将冷却后的所述第一介质送至所述第一换热器(10)，所述第二介质在真空环境下汽化后排至舱外。

2.根据权利要求1所述的用于真空环境中密封舱体的散热方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述第一换热器(10)包括气液换热器，第一动力单元(20)将携带热量的气体送至所述气液换热器。

3.根据权利要求2所述的用于真空环境中密封舱体的散热方法，其特征在于，在所述步骤二中，第二动力单元(30)将冷却后的气体送至密封舱体。

4.根据权利要求3所述的用于真空环境中密封舱体的散热方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：第三动力单元(50)将携带热量的所述第一介质抽送至第二换热器(40)。

5.根据权利要求4所述的用于真空环境中密封舱体的散热方法，其特征在于，所述第一动力单元(20)包括轴流风机；和/或第二动力单元(30)包括轴流风机；和/或所述第三动力单元(50)包括冷却剂泵。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于真空环境中密封舱体的散热方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：

第二换热器(40)中的第二介质在调节器的作用下脉冲式地由喷嘴喷出以形成微小液滴；

所述微小液体撞击至带有换热翅片的一侧以形成液体薄膜；

携带有热量的第一介质经过所述换热翅片的另一侧，所述第一介质所携带的热量转移至所述液体薄膜，所述液体薄膜闪蒸成液体蒸汽并排至舱外，冷却后的所述第一介质回至所述第一换热器(10)。

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