CN217236137U - 一种基于热管的制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于热管的制冷系统，它包括液氮蒸发模块和热管模块，所述液氮蒸发模块包括液氮腔，所述液氮腔一侧设置有液氮进管，所述液氮进管上设置有液氮流量控制阀，所述液氮腔顶部设置有液氮蒸发管，所述液氮蒸发管上设置有液氮蒸发压力背压阀，所述热管模块设置于液氮腔内，所述热管模块包括沿竖向布置的工质进管和热管管壳，所述工质进管下端与热管管壳上端相连接，所述工质进管上端和热管管壳下端伸出液氮腔。本实用新型一种基于热管的制冷系统，其能够在较宽范围内精确调节制冷功率和制冷量，提高设备的控温精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于热管的制冷系统，属于低温工程技术领域。
背景技术
随着我国工业水平的提高，对宽温度，宽制冷功率的需求越来越多，对控温精度也提出了更高的要求。同时由于场地，设备成本，设备用电量等限制，宽温区，宽制冷功率的制冷机研发一直难以解决。
除了使用制冷机之外，另一个代替方案是直接使用制冷工质(液氮，液氦)，将部件浸没于制冷工质之中，就可以实现制冷目的。其中不同的制冷工质可以对应不同的制冷温度，液氮可以实现77K以上温度的制冷温度，液氦可以实现4K以上的制冷温度，该种制冷方式使用广泛。
单纯利用制冷工质，其制冷功率和制冷温度无法精确控制。制冷温差过大，无法达到工艺要求。液氮在一个大气压下，制冷温度恒定为77K，在对制冷温度要求严格的工艺流程中，传统方法并不适用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于热管的制冷系统，其能够在较宽范围内精确调节制冷功率和制冷量，提高设备的控温精度。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于热管的制冷系统，它包括液氮蒸发模块和热管模块，所述液氮蒸发模块包括液氮腔，所述液氮腔一侧设置有液氮进管，所述液氮进管上设置有液氮流量控制阀，所述液氮腔顶部设置有液氮蒸发管，所述液氮蒸发管上设置有液氮蒸发压力背压阀，所述热管模块设置于液氮腔内，所述热管模块包括沿竖向布置的工质进管和热管管壳，所述工质进管下端与热管管壳上端相连接，所述工质进管上端和热管管壳下端伸出液氮腔。
可选的，所述液氮腔顶部还设置有液氮液位计，所述液氮液位计下端伸入液氮腔内。
可选的，所述工质进管上设置有工作泄放阀，所述工作泄放阀位于液氮腔外。
可选的，所述工质进管上连接设置有工质减压管，所述工质减压管上依次设置有压力表和工质减压阀。
可选的，所述热管管壳下端设置有温度控制模块。
可选的，所述温度控制模块包括导热层，所述导热层上设置有温度传感器和电加热器。
可选的，所述热管管壳包括冷凝侧和蒸发侧，所述冷凝侧位于蒸发侧上方。
可选的，所述液氮腔内的液氮蒸发压力调节为0～0.3Mpa，所述热管管壳内的压力调节为0.3～0.5Mpa。
可选的，所述热管管壳内的工质采用液氮、液氨或液态氟利昂。
可选的，同一液氮蒸发模块搭载一个或多个热管模块，多个热管模块的热管管壳尺寸相同或不同。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1、本实用新型流程简单，设备数量少，制冷效果稳定；
2、本实用新型在宽温区，宽功率范围下都有较强的适应性；
3、本实用新型能够在较宽范围内精确调节制冷功率和制冷量，提高设备的控温精度；
4、本实用新型可减少使用时的震动冲击，便于系统长期运行。
附图说明
图1为本实用新型一种基于热管的制冷系统的结构示意图。
图2为图1中热管管壳的细节示意图。
其中：
液氮腔1
液氮进管2
液氮流量控制阀3
液氮蒸发管4
液氮蒸发压力背压阀5
液氮液位计6
工质进管7
热管管壳8
冷凝侧81
蒸发侧82
工作泄放阀9
工质减压管10
压力表11
工质减压阀12
导热层13
温度传感器14
电加热器15。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例中的一种基于热管的制冷系统，它包括液氮蒸发模块、热管模块和温度控制模块；
所述液氮蒸发模块包括液氮腔1，所述液氮腔1一侧设置有液氮进管2，所述液氮进管2上设置有液氮流量控制阀3，液氮流量控制阀3可以实时控制液氮的液位，并保持液氮液位高于热管顶部，将热管完全浸没，所述液氮腔1顶部设置有液氮蒸发管4，所述液氮蒸发管4上设置有液氮蒸发压力背压阀5，液氮蒸发压力背压阀5可以调节液氮蒸发的温度，提高系统控温精度；
所述液氮腔1顶部还设置有液氮液位计6，所述液氮液位计6下端伸入液氮腔1内；
所述热管模块设置于液氮腔1内；
所述热管模块包括沿竖向布置的工质进管7和热管管壳8，所述工质进管7下端与热管管壳8上端相连接，所述工质进管7上端和热管管壳8下端伸出液氮腔1；
所述热管管壳8包括冷凝侧81和蒸发侧82，所述冷凝侧81位于蒸发侧82上方；
所述工质进管7上设置有工作泄放阀9，所述工作泄放阀9位于液氮腔1外；
所述工质进管7上还连接设置有工质减压管10，所述工质减压管10上依次设置有压力表11和工质减压阀12，通过工质减压阀12可将高压氮气或别种工质减压至适当压力，充入热管管壳8中；
所述工质减压管10与工质进管7连接位置位于工作泄放阀9与蒸发腔1之间；
所述温度控制模块设置于热管管壳8下端；
所述温度控制模块包括导热层13，所述导热层13上设置有温度传感器14和电加热器15；
所述液氮蒸发压力背压阀5将液氮腔1内的液氮蒸发压力调节为0～0.3Mpa；
所述热管管壳8内的工质采用液氮、液氨或液态氟利昂等；
所述热管管壳8内的压力调节为0.3～0.5Mpa；
同一液氮蒸发模块可以搭载一个或多个热管模块；
多个热管模块的热管管壳8尺寸可以相同也可以不同，以实现不同制冷功率的精确调节。
液氮进入液氮蒸发模块，在液氮蒸发模块中给热管模块的冷凝侧制冷，随后温度控制模块控制热管模块的蒸发侧温度，热管模块蒸发侧可以给需要制冷的工件提供可控的制冷量。
其具体步骤如下：
步骤A：液氮通过液氮流量控制阀进入液氮腔，并形成一定液位，液氮蒸发压力和蒸发温度通过液氮蒸发压力背压阀控制；
步骤B：向热管管壳内冲入一定压力的工质，工质可以通过工质减压阀调节到适当压力，此时制冷系统开始工作；
步骤C：通过控制电加热器的加热功率，使系统稳定在适当温度，控制制冷系统的制冷温度和制冷功率；
步骤D：通过工质泄放阀可将热管管壳内工质排出，在不排出液氮的情况下，快速停止制冷。
实施例：制冷系统制冷温度要求为100K，制冷功率50W。
基于热管的冷凝器系统设计步骤如下：
制冷工质选择液氮，热管工质选择氮气；
调节液氮流量控制阀3，使得液氮腔1内液位始终维持浸没热管水平；调节液氮蒸发压力背压阀4的压力为0.1Mpa(表压)，此时液氮蒸发温度为83.6K；
系统的制冷功率，制冷量取决于热管的尺寸和内部工质状态。
针对100K，50W的需求，热管管壳选择铝制热管，其直径为20mm，冷凝测长度200mm，蒸发测长度200mm，内部工质为0.44Mpa(表压)的低压氮气，热管蒸发测温度可维持在95K，该温度略低于100K目标温度。
温度控制模块中，导热层13采用紫铜材质，与蒸发测的贴合高度大于150mm，底部直径大于70mm，电加热器最大功率为100W，通过温度传感器和加热器精确控制冷头的制冷温度及制冷量。
除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于热管的制冷系统，其特征在于：它包括液氮蒸发模块和热管模块，所述液氮蒸发模块包括液氮腔(1)，所述液氮腔(1)一侧设置有液氮进管(2)，所述液氮进管(2)上设置有液氮流量控制阀(3)，所述液氮腔(1)顶部设置有液氮蒸发管(4)，所述液氮蒸发管(4)上设置有液氮蒸发压力背压阀(5)，所述热管模块设置于液氮腔(1)内，所述热管模块包括沿竖向布置的工质进管(7)和热管管壳(8)，所述工质进管(7)下端与热管管壳(8)上端相连接，所述工质进管(7)上端和热管管壳(8)下端伸出液氮腔(1)。
2.根据权利要求1所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：所述液氮腔(1)顶部还设置有液氮液位计(6)，所述液氮液位计(6)下端伸入液氮腔(1)内。
3.根据权利要求1所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：所述工质进管(7)上设置有工作泄放阀(9)，所述工作泄放阀(9)位于液氮腔(1)外。
4.根据权利要求1所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：所述工质进管(7)上连接设置有工质减压管(10)，所述工质减压管(10)上依次设置有压力表(11)和工质减压阀(12)。
5.根据权利要求1所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：所述热管管壳(8)下端设置有温度控制模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：所述温度控制模块包括导热层(13)，所述导热层(13)上设置有温度传感器(14)和电加热器(15)。
7.根据权利要求1所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：所述热管管壳(8)包括冷凝侧(81)和蒸发侧(82)，所述冷凝侧(81)位于蒸发侧(82)上方。
8.根据权利要求1所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：所述液氮腔(1)内的液氮蒸发压力调节为0～0.3Mpa，所述热管管壳(8)内的压力调节为0.3～0.5Mpa。
9.根据权利要求1所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：所述热管管壳(8)内的工质采用液氮、液氨或液态氟利昂。
10.根据权利要求1所述的一种基于热管的制冷系统，其特征在于：同一液氮蒸发模块搭载一个或多个热管模块，多个热管模块的热管管壳(8)尺寸相同或不同。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202123276391.4U CN217236137U (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 一种基于热管的制冷系统 |
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| CN217236137U true CN217236137U (zh) | 2022-08-19 |
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| CN202123276391.4U Active CN217236137U (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 一种基于热管的制冷系统 |
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2021
- 2021-12-23 CN CN202123276391.4U patent/CN217236137U/zh active Active
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