CN115818984A - 一种蒸发自然冷却式固化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸发自然冷却式固化设备，其包括灯体机构、微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构；灯体机构包括灯片和灯座，灯片安设在灯座上；灯片的光聚焦到与光纤同心的轴线上，形成UV光柱，光纤从UV光柱中通过时吸收UV并得到固化；微通道蒸发器机构与灯座紧密贴合，微通道蒸发器机构内的低温低压制冷剂液体吸收灯体机构上的热量变为低温低压制冷剂气体；压缩冷凝机构的两端分别与微通道蒸发器机构的蒸发体进管、蒸发体出气管连接；将从微通道蒸发器机构的蒸发体出气管出来的低温低压制冷剂气体变为低温低压制冷剂液体，并将低温低压制冷剂液体经毛细管以及蒸发体进管送入微通道蒸发器机构中。本发明体积小、效率高、成本低。
Description
技术领域
本发明属于光纤制造领域，具体涉及一种蒸发自然冷却式固化设备。
背景技术
目前的拉丝塔中光纤固化工艺中一般采用汞灯(比如高压汞灯和汞氙灯)，通过发射紫外线辐射固化涂层。高压汞灯通过电流经过高压汞蒸汽，电离激发形成放电管中电子、原子和离子，碰撞而发光，该工作过程需非常大的功率来产生高强度紫外线辐射。比如，紫外固化一根单涂覆层光纤(如聚合涂覆)可能需要消耗50kw左右的功率。同时用于运行汞灯的大部分能量会以热能形式散发出去，对能量的利用率比较低。为防止汞灯产生大量的热量无法散发出去而引起灯片高温，通常需要对固化设备降温，以防止设备被损坏。
随着UVLED固化(紫外线发光二极管)技术的发展，UVLED相比传统汞灯有更高的能效、更长的寿命、更少的能耗和更环保等优点，相对与汞灯产生的热量会少很多，但是在拉丝塔2000-3000m/min的固化速度下，单台uvled固化设备仍会产生1-2kw的发热功率。
不管是汞灯固化，还是UVLED固化，都是采用风冷式冷却固化设备或者水冷式固化设备。水冷式固化设备采用水作为介质，通过冷却水带走设备固化过程中产生的热量；采用此方式冷却，需要铺设大量的水管，也要投入冷水机，而且水在管道运输的过程中会流失制冷剂，这种方式需要投入大量的工厂辅助设施资金，后期维护成本高。风冷式固化设备采用空气对流换热，因其换热系数比较低，所以需要增大热量与空气的接触面积，这使得冷却设备的总体尺寸比较大，安装难度大，同时也需要加大风扇的风量弥补换热系数低的缺点，才能将大量热量及时带走，因此，设备运行时的噪音大；另外，风冷式固化设备对运行环境温度要求较高，环境温度若较高，则换热效果会大打折扣。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、效率高、成本低的蒸发自然冷却式固化设备，用于对拉丝塔中光纤固化工艺中的固化设备进行冷却。
本发明所采用的技术方案是：
一种蒸发自然冷却式固化设备，其包括灯体机构、微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构；
所述灯体机构包括灯片和灯座，灯片安设在灯座上；灯片的光聚焦到与光纤同心的轴线上，形成UV光柱，光纤从UV光柱中通过时吸收UV并得到固化；
所述微通道蒸发器机构与灯座紧密贴合，微通道蒸发器机构内的低温低压制冷剂液体吸收灯体机构上的热量，快速带走灯体机构工作产生的热量，达到快速为灯片降温的目的，低温低压的液体吸热蒸发后变为低温低压制冷剂气体；
所述压缩冷凝机构的一端与微通道蒸发器机构的蒸发体进管连接，另一端与微通道蒸发器机构的蒸发体出气管连接；将从微通道蒸发器机构的蒸发体出气管出来的低温低压制冷剂气体变为低温低压制冷剂液体，并将低温低压制冷剂液体经毛细管以及蒸发体进管送入微通道蒸发器机构中。
按上述方案，微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构之间设有隔热板。隔热板将微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构分隔在两个区域，防止微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构在热交换过程中出现短通现象，从而降低系统能效。
按上述方案，所述微通道蒸发器机构包括蒸发体和微通道管路，蒸发体与微通道管路贴合连接；所述微通道管路的下端与蒸发体出气管连接，上端与蒸发体进管连接；微通道管路包括从下往上逐层设置的换热管，且上层换热管的尾部与下层换热管的首部连接。
按上述方案，所述蒸发体与灯座可拆卸连接，比如蒸发体通过螺钉固定安装在灯座上。灯座的外表面和蒸发体的内表面紧密贴合，利于热量在两者之间传导，蒸发体上的换热管通道内的低温气液(制冷剂)可快速带走传导过来的热量；同时可拆卸连接使灯座和蒸发体可分离，方便售后维修。
按上述方案，所述换热管的直径从上往下逐渐增大，即最后一层的换热管的出口直径最大，最上层的换热管的进口直径大于压缩冷凝机构的毛细节流管的直径，此时制冷剂在毛细节流管内为等焓节流过程，利于后面制冷剂进入微通道管路膨胀吸热，部分制冷剂闪蒸，以低温形态进入微通道管路，而后在微通道管路中进行等压蒸发过程，从而完成全部制冷循环过程。
按上述方案，微通道蒸发器机构中换热管与蒸发体表面采用铜铝焊复合技术或其他复合技术实现紧密贴合；
或，微通道蒸发器机构的微通道管路设置在灯座内部，以缩小设备体积。
按上述方案，所述压缩冷凝机构包括压缩机、冷凝器、毛细节流管；
所述压缩机的进气管与微通道蒸发器机构的蒸发体出气管连接；压缩机的出气管与冷凝器的冷凝器进气管连接；冷凝器的冷凝器出液管与毛细节流管的一端连接，毛细节流管的另一端与微通道蒸发器机构的蒸发体进管连接；在冷凝器出液管上设有制冷剂加注三通。
按上述方案，在制冷剂加注三通与毛细节流管之间设有过滤器，过滤制冷剂中的杂质，避免毛细节流管发生堵塞。
按上述方案，在冷凝器旁设有风扇；压缩机安设在机座底部，所述机座与隔热板连接；在压缩机的进气管和压缩机的出气管上设有减震块，在压缩机下设有减震胶脚，减小设备因压缩机排气脉动和电机振动引起的振动。
按上述方案，所述灯体机构还包括透镜、反光体、灯盖
所述灯片以圆周分布的形式安装在灯座内表面；透镜的圆周分布角度和灯片相同；反光体的内圆弧面正好和透镜所在的圆同心，灯盖与灯座连接，对灯体机构进行密封，防止光线射出灯体机构外；
灯片发出的光通过透镜聚焦，反光体反射回光线，在光纤所在的圆心形成一道高强度的UV光柱。
本发明的原理为：
灯体机构通过灯片发光，透镜与反光体将光聚焦到与光纤同心的轴线上，形成一段光强很高的UV光柱，光纤从这个UV光柱中通过时吸收UV并得到固化；灯体机构和微通道蒸发器机构的蒸发体贴合连接，因此灯片工作产生的热源可快速传导给蒸发体；微通道管路中低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入后，加压变成高温高压的制冷剂气体,高温高压的制冷剂气体流入冷凝器，冷凝器在风扇的辅助作用下，将热量传给空气，将高温高压的制冷剂气体变成中温高压的制冷剂液体，中温高压的制冷剂液体再经过毛细节流管到微通道管路入口，膨胀降压后变为低温低压的制冷剂液体和部分闪蒸的气体；低温低压的冷剂制液体再进入微通道管路，吸热蒸发后变为低温低压的制冷剂气体，低温低压的冷剂制液体吸热的过程中可快速带走灯体机构工作产生的热量，达到快速为灯片降温的目的，低温低压的制冷剂气体再被压缩机吸入,如此循环。
本发明产生的有益效果是：
微通道蒸发器机构的蒸发体直接紧密贴合灯座，微通道管路内的低温低压的冷剂制液体直接和灯座通过金属热传导传递能量，提高了换热系数，减少了能量运输过程中的流失，因此能效比高于风冷和水冷的能效比；
仅包括灯体机构、微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构，无需铺设大量的水管，及投入冷水机，即无需投入大量的工厂辅助设施资金，从而降低了体积和成本；
在冷却的过程中，不会流失制冷剂，制冷剂被循环利用，降低了成本，节能又环保；
通过设置减震块、减震胶脚，降低了设备运行时的噪音；
微通道蒸发器机构与灯座紧密贴合，微通道蒸发器机构直接将灯片产生的热量带走，从而达到直接、快速降温，相比水冷和风冷，既解决了风冷换热效率低，噪音大、设备尺寸大且笨重的缺点，也解决了水冷型需投入大量的其他设施成本以及后期维护的问题；
换热管管路形成制冷剂弯曲流动的微通道，增加了制冷剂热交换的面积，提高了换热效率。
蒸发体直接安装在灯座上，直接进行金属热传导，省略了中间零部件，结构紧凑，缩小设备总体积，以及提高换热效率，降低了设备投入总成本；
设计制冷剂流道时，考虑制冷剂比容的变化和传热效率，需在换热管入口处设计较小通道，随着换热的进行，制冷剂干度逐渐增加，其比容逐渐变大，因此流道(换热管)的直径需逐渐增加，直到出口处，流道需变化为最大值；
微通道管路内的制冷剂依靠重力从上往下流动，节约了能耗。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是蒸发自然冷却式固化设备的原理图；
图2是蒸发自然冷却式固化设备(缺灯体机构)的结构示意图；
图3是压缩冷凝机构的结构示意图；
图4是灯体机构的结构示意图；
图中：1、蒸发体，2、蒸发体出气管，3、蒸发体进管，4、毛细节流管，5、隔热板，6、冷凝器，7、风扇，8、压缩机，9、减震胶脚，10、减震块，11、过滤器，12、冷凝器进气管，13、制冷剂加注三通，14、冷凝器出液管，15、机座，16、灯座，17、灯片，18、透镜，19、反光体，20、灯盖，21、微通道管路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-图4，一种蒸发自然冷却式固化设备，其包括灯体机构、微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构。微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构之间设有隔热板5，隔热板5将微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构分隔在两个区域，防止微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构在热交换过程中出现短通现象，从而降低系统能效。
灯体机构包括灯片17、灯座16、透镜18、反光体19、灯盖20。灯座16的截面呈弧形；灯片17以圆周分布的形式安装在灯座16的内表面上；透镜18的圆周分布角度和灯片17相同；反光体19的内圆弧面正好和透镜18所在的圆同心，灯盖20与灯座16连接，对灯体机构进行密封，防止光线射出灯体机构外。灯片17发出的光通过透镜18聚焦，反光体19反射回光线，在光纤所在的圆心形成一道高强度的UV光柱，光纤从UV光柱中通过时吸收UV并得到固化。
微通道蒸发器机构与灯座16紧密贴合，微通道蒸发器机构内的低温低压制冷剂液体吸收灯体机构上的热量，快速带走灯体机构工作产生的热量，达到快速为灯片17降温的目的，低温低压的液体吸热蒸发后变为低温低压制冷剂气体。微通道蒸发器机构包括蒸发体1和微通道管路21，蒸发体1与微通道管路21贴合连接。微通道管路21的下端与蒸发体出气管2连接，上端与蒸发体进管3连接；微通道管路21包括从下往上逐层设置的换热管，且上层换热管的尾部与下层换热管的首部连接。换热管的直径从上往下逐渐增大，即最后一层的换热管的出口直径最大，最上层的换热管的进口直径大于压缩冷凝机构的毛细节流管4的直径，此时制冷剂在毛细节流管4内为等焓节流过程，利于后面制冷剂进入微通道管路21膨胀吸热，部分制冷剂闪蒸，以低温形态进入微通道管路21，而后在微通道管路21中进行等压蒸发过程，从而完成全部制冷循环过程。本实施例中，蒸发体1与灯座16采用可拆卸连接方式连接(比如采用螺钉固定)，以便将蒸发体1与灯座16进行分离，方便维修和更换。蒸发体1外表面与微通道管路采用铜铝焊复合技术或其他复合技术实现紧密贴合，或，将微通道管路设置在灯座内部，只要能确保灯座16的表面和蒸发体1的表面紧密贴合，便于热量在两者之间传导就行。
压缩冷凝机构的一端与蒸发体进管3连接，另一端与蒸发体出气管2连接；将从微通道蒸发器机构的蒸发体出气管2出来的低温低压制冷剂气体变为低温低压制冷剂液体，并将低温低压制冷剂液体通过蒸发体进管3送入微通道管路21。压缩冷凝机构包括压缩机8、冷凝器6、毛细节流管4，压缩机8、冷凝器6固定在机座15上(压缩机8安设在机座15底部，冷凝器6置于压缩机8上)，且隔热板5也固定在机座15上。压缩机8的进气管与蒸发体出气管2连接，压缩机8的出气管与冷凝器6的冷凝器进气管12连接；冷凝器6的冷凝器出液管14与毛细节流管4的一端连接，毛细节流管4的另一端与蒸发体进管3连接；在冷凝器出液管14上设有制冷剂加注三通13，便于向设备加制冷剂；在制冷剂加注三通13与毛细节流管4之间设有过滤器11，过滤制冷剂中的杂质，避免毛细节流管4发生堵塞。为了更好的实现冷凝，可在冷凝器6旁设风扇7。为了减小设备因压缩机8排气脉动和电机振动引起的振动，可在压缩机8的进气管和出气管上设减震块10，在压缩机8下设减震胶脚9。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：包括灯体机构、微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构；
所述灯体机构包括灯片和灯座，灯片安设在灯座上；灯片的光聚焦到与光纤同心的轴线上，形成UV光柱，光纤从UV光柱中通过时吸收UV并得到固化；
所述微通道蒸发器机构与灯座紧密贴合，微通道蒸发器机构内的低温低压制冷剂液体吸收灯体机构上的热量，快速带走灯体机构工作产生的热量，达到快速为灯片降温的目的，低温低压的液体吸热蒸发后变为低温低压制冷剂气体；
所述压缩冷凝机构的一端与微通道蒸发器机构的蒸发体进管连接，另一端与微通道蒸发器机构的蒸发体出气管连接；将从微通道蒸发器机构的蒸发体出气管出来的低温低压制冷剂气体变为低温低压制冷剂液体，并将低温低压制冷剂液体经毛细管以及蒸发体进管送入微通道蒸发器机构中。
2.根据权利要求1所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：微通道蒸发器机构、压缩冷凝机构之间设有隔热板。
3.根据权利要求1或2所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：所述微通道蒸发器机构包括蒸发体和微通道管路，蒸发体与微通道管路贴合连接；所述微通道管路的下端与蒸发体出气管连接，上端与蒸发体进管连接；微通道管路包括从下往上逐层设置的换热管，且上层换热管的尾部与下层换热管的首部连接。
4.根据权利要求3所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：所述蒸发体与灯座可拆卸连接。
5.根据权利要求3所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：所述换热管的直径从上往下逐渐增大，即最后一层的换热管的出口直径最大；最上层的换热管的进口直径大于压缩冷凝机构的毛细节流管的直径。
6.根据权利要求3所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：微通道蒸发器机构中换热管与蒸发体表面采用铜铝焊复合技术实现紧密贴合；
或，微通道蒸发器机构的微通道管路设置在灯座内部。
7.根据权利要求1或2所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：所述压缩冷凝机构包括压缩机、冷凝器、毛细节流管；
所述压缩机的进气管与微通道蒸发器机构的蒸发体出气管连接；压缩机的出气管与冷凝器的冷凝器进气管连接；冷凝器的冷凝器出液管与毛细节流管的一端连接，毛细节流管的另一端与微通道蒸发器机构的蒸发体进管连接；在冷凝器出液管上设有制冷剂加注三通。
8.根据权利要求7所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：在制冷剂加注三通与毛细节流管之间设有过滤器，过滤制冷剂中的杂质，避免毛细节流管发生堵塞。
9.根据权利要求7所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：在冷凝器旁设有风扇；压缩机安设在机座底部，所述机座与隔热板连接；在压缩机的进气管和压缩机的出气管上设有减震块；在压缩机下设有减震胶脚。
10.根据权利要求1所述的蒸发自然冷却式固化设备，其特征在于：所述灯体机构还包括透镜、反光体、灯盖；
所述灯片以圆周分布的形式安装在灯座内表面；透镜的圆周分布角度和灯片相同；反光体的内圆弧面正好和透镜所在的圆同心，灯盖与灯座连接，对灯体机构进行密封，防止光线射出灯体机构外；
灯片发出的光通过透镜聚焦，反光体反射回光线，在光纤所在的圆心形成一道UV光柱。
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