CN207113679U - 冷凝换热机构及重力式低温热管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了冷凝换热机构及重力式低温热管，实现机械制冷机与冰箱内部的快速热量交换，有利于实现此类制冷机在低温冰箱产品上的批量应用。所述冷凝换热机构包括冷凝主体和罩壳，冷凝主体与罩壳之间形成有冷凝腔，冷凝主体的外表面上还固设有翅片，翅片位于冷凝腔内，冷凝腔连通有入口管路和出口管路；冷凝主体固连在制冷机圆柱体制冷端上，入口管路与重力式低温热管蒸发段的出口连通，出口管路与重力式低温热管蒸发段的入口连通。本实用新型可以将制冷机圆柱状低温端冷量快速传递到低温冰箱内部，解决了低温机械制冷机结构紧凑、面积小的制冷端与低温冰箱大容积的冷冻空间之间高效传热瓶颈问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及制冷设备领域，尤其是一种适合圆柱状低温制冷端的冷凝换热机构及包含该机构的重力式低温热管。
背景技术
随着生物、医疗产业的快速发展，相关生物及医学样本、试剂等生物材料长期存储对于超低温冰箱的需要越来越大。此类超低温冰箱一般要求存储温度在-70℃以下，制冷系统稳定，以实现生物材料的长期可靠存储。
与传统的蒸汽压缩式复叠低温制冷系统相比，机械制冷机（包括斯特林制冷机、脉管制冷机、G-M制冷机）在大温差制冷工况（制冷温差＞60℃时）下，系统结构简单、制冷效率相对较高。尤其是在应用于-70℃以下超低温冰箱制冷系统中，机械制冷机具有显著的节能优势。同时，由于新型制冷机可以不采用油润滑，避免了传统蒸汽压缩式复叠低温制冷系统中常见的低温油堵问题发生，系统更加稳定可靠。而且，这些新型制冷机通常采用氮气、氦气等天然物质作为制冷工质，更加环保。随着超低温冰箱应用的普及，这些新型制冷机的应用前景更加广泛。
但是这些机械制冷机的制冷端多为圆柱体，结构紧凑，制冷端面积小，不利于冷端热量的快速传递，从而限制了此类机械制冷机在大容积低温冰箱上的应用。
现有传统做法是采用铜棒、铜带等高导热性能的金属材料，将制冷机冷端的冷量传导至冰箱内部。对于利用铜棒、铜带等高导热性能金属材料实现制冷机冷端与冰箱内部快速换热的方法，由于铜棒等金属材料传热性能远低于热管传热性能，要实现较大容积冰箱内部的快速换热，所采用的铜等金属传热材料的横截面积较大，造成较大的材料耗用，同时也使得冰箱重量过大。
另外，也有采用在制冷机冷端安装金属散热器，并通过风机对冷端进行强制对流换热，使制冷机冷端的冷量快速传入冰箱内部。而对于利用风机、散热器组合方式，通过强制对流强化制冷机冷端传热效率的方式，由于超低温冰箱内部温度过低（一般在 -70℃以下），容易引起风机电机轴承油润滑失效。如果将风机电机外置，通过传动轴带动箱内叶片转动的方式，结构过于复杂，同时易引起低温冰箱箱体漏热量大，造成负荷增加、功耗增大。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种适合机械制冷机圆柱状低温制冷端的冷凝换热机构及包含该机构的重力式低温热管，实现机械制冷机与冰箱内部的快速热量交换，有利于实现此类制冷机在低温冰箱产品上的批量应用。
为达到解决上述技术目的，本实用新型所提出的冷凝换热机构采用如下技术方案予以实现：一种冷凝换热机构，包括冷凝主体和固连在冷凝主体外表面的罩壳，所述冷凝主体与所述罩壳之间形成有冷凝腔，所述冷凝主体的外表面上还固设有翅片，所述翅片位于所述冷凝腔内，所述冷凝腔连通有位于所述罩壳外部的入口管路和出口管路；所述冷凝主体固连在制冷机的圆柱体制冷端上，所述入口管路的入口与重力式低温热管蒸发段的出口连通，所述出口管路的出口与重力式低温热管蒸发段的入口连通。
所述冷凝主体为圆柱体，与所述制冷机的圆柱体制冷端端部为一体成型结构或通过焊接连接。
所述入口管路位于所述冷凝腔的上部位置，所述出口管路位于所述冷凝腔的下部位置。
所述罩壳包围所述冷凝主体的外表面。
所述翅片包括与所述冷凝主体同轴线的多个间隔设置的环形翅片或发散设置在所述冷凝主体圆周外表面上的多个条形翅片。
所述冷凝主体和所述罩壳为铜、铝或不锈钢材质。
本实用新型还提出了一种重力式低温热管，包括上述的冷凝换热机构。
相比于现有技术，本实用新型可以将制冷机圆柱状低温端冷量快速传递到低温冰箱内部空间，解决了新型低温机械制冷机结构紧凑、面积小的制冷端与低温冰箱大容积的冷冻空间之间高效传热瓶颈问题，推进了新型机械低温制冷机在低温冰箱产品上的应用，避免了传统蒸汽压缩制冷系统所采用的压缩机润滑油等辅助材料在低温环境下发生凝结造成制冷系统堵塞的风险，提高了低温冰箱制冷系统稳定运行的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是安装在制冷机圆柱体制冷端上的本实用新型冷凝换热机构结构示意图;
图2是制冷机、低温热管与低温冰箱内部空间耦合结构示意。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参照图1，本实施例一种冷凝换热机构，包括冷凝主体10和固连在冷凝主体10外表面的罩壳20，冷凝主体10和罩壳20优选铜或铝或不锈钢等具有良好导热能力的金属制作，优选罩壳20包围冷凝主体10的外表面，以在冷凝主体10与罩壳20之间形成有冷凝腔30，冷凝主体10的外表面上还固设有翅片40，翅片40位于冷凝腔30内，冷凝腔30连通有位于罩壳20外部的入口管路50和出口管路60；冷凝主体10固连在制冷机70的圆柱体制冷端71上，入口管路50的入口与重力式低温热管蒸发段的出口连通，出口管路60的出口与重力式低温热管蒸发段的入口连通。
如图1所示，冷凝换热机构整体固连在制冷机70的圆柱体制冷端71上，冷凝主体10和罩壳20通常采用铜、铝等高导热性能金属制造，实现与制冷端71的紧密贴合，并在冷凝主体10上固设翅片40，大大提高了换热效果，充分吸收制冷机圆柱状低温端的冷量。在蒸发段，低温热管工质吸收热量，蒸发变成气体，但在来自冷凝换热机构的液体工质推动下继续向下流动，直至从低温热管蒸发段的最底部管路返回至冷凝换热机构的入口管路50而进入冷凝腔30内，形成单向循环流动，实现了制冷机与低温冰箱内部存储空间的快速换热。
进一步具体地，冷凝主体10为圆柱体，与制冷机70的圆柱体制冷端71端部（具体指端部封堵件）直接焊接连接。或者，冷凝主体10与制冷机70的圆柱体制冷端71为一体成型结构，冷凝主体10即作为圆柱体制冷端71与低温冰箱之间的冷凝换热部件，又作为圆柱体制冷端71的封堵件。通过这种结构设计，低温热管蒸发后的气态工质从入口管路50进入冷凝腔30，直接与制冷机制冷端71表面接触，放热、冷凝，减少了接触热阻，更进一步提高了换热效率，且实现了制冷机与低温热管冷凝换热机构的一体化，有利于保障批量生产、应用过程中的状态一致性控制。
为便于进入冷凝腔30内的气态工质分布整个冷凝腔30，同时在冷凝腔30内冷凝后产生的液态工质顺利流向出口管路60，本实施例中入口管路50位于冷凝腔30的上部位置，出口管路60位于冷凝腔30的下部位置，液体工质在自重下顺利流向出口管路60。
为进一步提高换热效果，翅片40包括与冷凝主体10同轴线的多个间隔设置的环形翅片或者发散设置在冷凝主体10圆周外表面上的多个条形翅片，其可与冷凝主体10一体成型或焊接在冷凝主体10上，多个环形翅片或条形翅片增大了换热面积，大大提高了换热效果。具体地，当制冷机70的圆柱体制冷端71如图1所示横向设置时，优选地，翅片40包括与冷凝主体10同轴线的多个间隔设置的环形翅片，设置环形翅片，可以便于冷凝后产生的液态工质顺着翅片流向出口管路60，尽可能地减小翅片对液态工质的阻隔；当制冷机70的圆柱体制冷端71为竖立设置时，优选地，翅片40包括发散设置在冷凝主体10圆周外表面上的多个条形翅片，条形翅片也为竖立设置，同理是便于冷凝后产生的液态工质顺着翅片流向出口管路60。
本实施例还提出了一种重力式低温热管，包括冷凝换热机构，冷凝换热机构的具体结构参见本实用新型冷凝换热机构的实施例及附图1的描述，在此不再赘述。制冷机、低温热管与低温冰箱内部空间耦合结构示意图参照图2，制冷机70设置在低温冰箱内胆80的相对高处，在制冷机70的圆柱体制冷端71上耦合重力式低温热管的冷凝换热机构A，冷凝换热机构A为本实施例所述的冷凝换热机构，在冷凝换热机构A中低温热管工质放出热量冷凝为液体，并在重力因素下顺管路流动至低温热管蒸发段90处，在此处与低温冰箱内胆80换热蒸发，吸收热量，从而实现低温冰箱内胆80所包围的内部存储空间的低温。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种冷凝换热机构，其特征在于：包括冷凝主体和固连在冷凝主体外表面的罩壳，所述冷凝主体与所述罩壳之间形成有冷凝腔，所述冷凝主体的外表面上还固设有翅片，所述翅片位于所述冷凝腔内，所述冷凝腔连通有位于所述罩壳外部的入口管路和出口管路；所述冷凝主体固连在制冷机的圆柱体制冷端上，所述入口管路的入口与重力式低温热管蒸发段的出口连通，所述出口管路的出口与重力式低温热管蒸发段的入口连通。
2.根据权利要求1所述的冷凝换热机构，其特征在于：所述冷凝主体为圆柱体，与所述制冷机的圆柱体制冷端端部为一体成型结构或通过焊接连接。
3.根据权利要求1所述的冷凝换热机构，其特征在于：所述入口管路位于所述冷凝腔的上部位置，所述出口管路位于所述冷凝腔的下部位置。
4.根据权利要求1所述的冷凝换热机构，其特征在于：所述罩壳包围所述冷凝主体的外表面。
5.根据权利要求2-4种任一项所述的冷凝换热机构，其特征在于：所述翅片包括与所述冷凝主体同轴线的多个间隔设置的环形翅片或发散设置在所述冷凝主体圆周外表面上的多个条形翅片。
6.根据权利要求1所述的冷凝换热机构，其特征在于：所述冷凝主体和所述罩壳为铜、铝或不锈钢材质。
7.一种重力式低温热管，其特征在于：包括权利要求1至6中任一项所述的冷凝换热机构。
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