CN221301760U - 一种低温换热器及低温恒温器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种低温换热器及低温恒温器，该低温换热器包括：换热器芯体、换热器壳体和冷头；换热器芯体设置在换热器壳体的内部，换热器芯体内部包括轴向延伸的空腔，冷头包括多个轴向延伸的换热翅片，冷头连接换热器壳体，换热翅片插入空腔；空腔和空腔内的换热翅片组成第一流道，第一流道的入口用于导入冷却流体，换热器芯体的外表面包括多个凸起结构，换热器芯体的外表面和换热器壳体的内表面组成第二流道，第二流道的出口用于导出冷却流体；换热器芯体包括通孔，通孔连通第一流道的出口和第二流道的入口。第一流道和第二流道的结构可以增加制冷流体与低温换热器之间的换热面积，如此可以提高低温换热器的热交换效率。

Description

一种低温换热器及低温恒温器

技术领域

本申请属于制冷技术领域，具体涉及一种低温换热器及低温恒温器。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本申请的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

低温恒温器是一种可以提供低温且温度均匀的换热设备，对试验样品或生产的产品进行恒定温度试验或测试的仪器，也可以作为直接制冷和辅助制冷的冷源。低温恒温器应用领域广泛，如石油、化工、电子仪表、物理、化学、生物工程、医药卫生、生命科学、轻工食品、材料表征、物性测试及化学分析等研究部门，高等院校，企业质检及生产部门等。

低温恒温器通常是利用液氮或者液氦作为低温媒介，可实现快速降温至液氮或者液氦温区，其工作原理是在恒温器内部，通过液氮或者液氦与低温换热器之间的快速换热，实现低温恒温器冷头温度的降低，再通过控温仪，通过其内部的模糊控制系统，调整加热输出功率，使低温恒温器冷头的温度在预设温度区间内，例如4K-350K之间快速变温，并能快速的稳定到某一设定值上。在一些实施例中，如果低温恒温器加装减压装置，可以将恒温器冷头的温度降低至4K以下。此外，由于低温恒温器工作温度属于超低温温区，低温恒温器系统对设备的漏热要求非常严格，低温换热器的体积尺寸不易过大，结构越紧凑越好，低温换热器的换热性能对整个低温恒温器的换热效率和经济性至关重要。

因此，本领域急需一种换热性能更好的低温换热器。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种低温换热器及低温恒温器，利用这种低温换热器及低温恒温器，能够解决上述问题。

本申请提供了以下方案。

第一方面，本申请提供了一种低温换热器，包括：换热器芯体、换热器壳体和冷头；

换热器芯体设置在换热器壳体的内部，换热器芯体内部包括轴向延伸的空腔，冷头包括多个轴向延伸的换热翅片，冷头连接换热器壳体，换热翅片插入空腔；

空腔和空腔内的换热翅片组成第一流道，第一流道的入口用于导入冷却流体，换热器芯体的外表面包括多个凸起结构，换热器芯体的外表面和换热器壳体的内表面组成第二流道，第二流道的出口用于导出冷却流体；

换热器芯体包括通孔，通孔连通第一流道的出口和第二流道的入口。

在一些可能的实施例中，换热翅片与冷头是一体成型结构。

在一些可能的实施例中，多个凸起结构包括多个轴向延伸的微肋片，多个微肋片在换热器芯体的外表面沿圆周方向排布；

换热器芯体外表面的两个相邻微肋片与换热器壳体的内表面组成夹层通道，多个夹层通道形成第二流道。

在一些可能的实施例中，多个微肋片在轴向方向设置有多个微肋片缺口，多个微肋片缺口形成的空隙连通多个夹层通道。

在一些可能的实施例中，多个微肋片在轴向方向的同一位置设置有微肋片缺口。

在一些可能的实施例中，通孔设置在换热器芯体靠近冷头的一端。

在一些可能的实施例中，通孔沿径向方向设置。

第二方面，本申请提供了一种低温恒温器，该低温恒温器包括上述的低温换热器和恒温管道；

恒温管道包括内管道和设置在内管道外层的外管道；

内管道用于向低温换热器中导入冷却流体，外管道用于从低温换热器中导出冷却流体。

在一些可能的实施例中，内管道直接连接第一流道的入口，外管道直接连接第二流道的出口。

在一些可能的实施例中，内管道通过软管连接第一流道的入口，外管道通过软管连接第二流道的出口。

本申请实施例提供的低温换热器，采用第一流道和第二流道组合的形式，其中第一流道由冷头的换热翅片和换热器芯体的内表面组成，第二流道由包括多个凸起结构的换热器芯体的外表面和换热器壳体的内表面组成。本申请实施例中第一流道和第二流道的结构可以增加制冷流体与低温换热器之间的换热面积，有利于降低制冷流体与低温换热器之间的换热温差，而且通过换热翅片的导热作用，低温换热器的冷头温度会快速降低，如此可以提高低温换热器的热交换效率。

本申请的其他优点将配合以下的说明和附图进行更详细的解说。

应当理解，上述说明仅是本申请技术方案的概述，以便能够更清楚地了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施。为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举例说明本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文的示例性实施例的详细描述，本领域普通技术人员将明白本文所述的优点和益处以及其他优点和益处。附图仅用于示出示例性实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种低温换热器的立体图；

图2为本申请实施例提供的一种换热器芯体的立体图；

图3为本申请实施例提供的一种低温换热器的剖面图；

图4为本申请实施例提供的一种冷头的立体图；

图5为本申请实施例提供的一种低温换热器的剖面图；

图6为本申请实施例提供的另一种换热器芯体的立体图；

图7为本申请实施例提供的一种低温恒温器的的剖面图；

图8为本申请实施例提供的一种低温恒温器的的立体图；

图9为本申请实施例提供的另一种低温恒温器的的剖面图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

冷头1；换热器芯体2；换热器壳体3；第一流道的入口5；第二流道的出口4；换热翅片11；凸起结构21；通孔22；夹层通道24；微肋片缺口25；低温换热器101；恒温管道102；内管道112；外管道122。

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，本申请可以以各种形式实现，而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整传达给本领域的技术人员。

在本申请实施方式的描述中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中存在所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合，并且并不排除存在一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的可能性。术语“第一”、“第二”等仅为了便于描述而用于区分相同或相似的技术特征，而不能理解为指示或暗示这些技术特征的相对重要性或者数量。由此，由“第一”、“第二”等限定的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个这一特征。在本申请实施方式的描述中，除非另有说明，术语“多个”的含义是两个或多于两个。

除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。

另外还需要说明的是，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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种低温换热器的立体图。

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种换热器芯体的立体图。

参见图3，该图为本申请实施例提供的一种低温换热器的剖面图。

参见图4，该图为本申请实施例提供的一种冷头的立体图。

如图1所示，本申请实施例提供的一种低温换热器，包括：换热器芯体2、换热器壳体3和冷头1。

如图2、图3和图4所示，换热器芯体2设置在换热器壳体3的内部，换热器芯体2内部包括轴向延伸的空腔，冷头1包括多个轴向延伸的换热翅片11，冷头1连接换热器壳体3，换热翅片11插入换热器芯体2内部的空腔；

换热器芯体2内部的空腔和空腔内的换热翅片11组成第一流道，第一流道的入口用于导入冷却流体，换热器芯体2的外表面包括多个凸起结构21，换热器芯体的外表面和换热器壳体的内表面组成第二流道，第二流道的出口用于导出冷却流体；

换热器芯体2包括通孔22，通孔22连通第一流道的出口和第二流道的入口。

如图3所示，本申请实施例中的多个换热翅片11之间可以等间距设置多个微流道，换热翅片与换热器芯体2的内表面之间的间隙也可以设置为微流道，这些微流道组成了第一流道。低温流体通过进液/气口进入换热器芯体内部，低温流体通过与换热翅片的接触进行换热，由于微小流道数量众多，接触面积大，而且流体与换热翅片直接进行热交换，使得换热翅片降温较快。而且通过换热翅片的导热作用，低温换热器的冷头温度会快速降低，如此可以提高低温换热器的热交换效率。

在本申请实施例中，换热翅片11与冷头1可以为一体成型结构。换热翅片11和冷头1为一体结构时，换热翅片11与冷头1之间的导热效果更好。当制冷流体使得换热翅片11的温度降低时，冷头1的温度也会快速降低，如此可以提高低温换热器的热交换效率。

需要说明的是，本申请实施例中的换热器壳体3连接冷头1，换热器芯体2也可以连接冷头1。本申请实施例中的通孔22可以设置在换热器芯体靠近冷头的一端。本申请实施例中的通孔22可以为可以设置在换热器芯体2上的孔洞结构，也可以为换热器芯体2与相邻结构组成的间隙，例如换热器芯体2与冷头1之间的空隙，本申请实施例在此不做限定，只要可以连通第一流道和第二流道的结构都可以实现本申请所提到的效果。

如图5所示，在本申请实施例中，当通孔22设置在换热器芯体靠近冷头的一端时，如图5所示，制冷流体从第一流道的入口5进入低温换热器，流经第一流道，然后通过通孔22流入第二流道，并从第二流道的出口4流出低温换热器。作为一个示例，通孔22可以沿圆周的径向方向设置。

由此可知，本申请实施例提供的低温换热器，采用第一流道和第二流道组合的形式，其中第一流道由冷头的换热翅片和换热器芯体的内表面组成，第二流道由包括多个凸起结构的换热器芯体的外表面和换热器壳体的内表面组成。本申请实施例中第一流道和第二流道的结构可以增加制冷流体与低温换热器之间的换热面积，有利于降低制冷流体与低温换热器之间的换热温差，而且通过换热翅片的导热作用，低温换热器的冷头温度会快速降低，如此可以提高低温换热器的热交换效率。

本申请实施例中换热器芯体的表面的多个凸起结构有多种可能的实施方式，下面结合附图对本申请实施例提供的换热器芯体表面的多个凸起结构进行示例性介绍。

如图2所示，本申请实施例中换热器芯体中多个凸起结构21包括多个轴向延伸的微肋片，多个微肋片在换热器芯体的表面沿圆周方向排布；换热器芯体表面的两个相邻微肋片与换热器壳体的内表面组成夹层通道24，多个夹层通道24形成第二流道。进一步地，如图6所示，本申请实施例中的多个微肋片在轴向方向还可以设置有多个微肋片缺口25，多个微肋片缺口25形成的空隙连通多个夹层通道24。在一些实施例中，多个微肋片在轴向方向的同一位置设置有微肋片缺口25。

需要说明的是，多个微肋片缺口形成的空隙可以连通多个夹层通道。在实际的应用中，由于第二通道中包括多个夹层通道，不同的夹层通道中冷却流体的流量可能存在较大差别，从而导致低温换热器的热交换效率较低。通过微肋片缺口的作用对制冷流体进行多次流量分配，有利于流量在每个流道内均匀分布。流量在每个流道内均匀分布使得制冷流体与换热器芯体之间可以进行充分的热交换，从而使得换热器芯体的温度降低。换热器芯体的温度降低使得换热器芯体与冷头之间通过导热作用使得冷头的温度相应降低，从而使得低温换热器的热交换效率更高。

综上所述，本申请实施例提供的低温换热器，采用第一流道和第二流道组合的形式，其中第一流道由冷头的换热翅片和换热器芯体的内表面组成，第二流道由包括多个凸起结构的换热器芯体的外表面和换热器壳体的内表面组成。本申请实施例中第一流道和第二流道的结构可以增加制冷流体与低温换热器之间的换热面积，有利于降低制冷流体与低温换热器之间的换热温差。通过换热翅片的导热作用，低温换热器的冷头温度会快速降低，如此可以提高低温换热器的热交换效率。而且通过微肋片缺口的作用对制冷流体进行多次流量分配，有利于流量在每个流道内均匀分布，从而使得换热器芯体的温度降低。换热器芯体的温度降低使得换热器芯体与冷头之间通过导热作用使得冷头的温度相应降低，从而使得低温换热器的热交换效率更高。

根据上述实施例提供的低温换热器，本申请实施例还提供了一种低温恒温器。

如图7和图8所示，本申请实施例提供的低温恒温器包括上述实施例中的低温换热器101和恒温管道102。恒温管道102包括内管道112和设置在内管道外层的外管道122；内管道112用于向低温换热器101中导入冷却流体，外管道122用于从低温换热器101中导出冷却流体。

如图7所示，本申请实施例中的内管道112可以直接连接第一流道的入口，外管道122可以直接连接第二流道的出口。作为另一种可能的实施方式，如图9所示，本申请实施例中的内管道112也可以通过软管连接第一流道的入口，外管道122通过软管连接第二流道的出口。

需要说明的是，本申请实施例中的低温恒温器可以包括前述低温换热器的实施例的各个部件，并达到相同的效果和功能，这里不再赘述。

虽然本申请的说明性实施例已在附图和前述描述中详细说明和描述，但它们应被认为是说明性的而不是限制性的，应当理解，仅显示和描述了某些示例性实施例并且所有希望保护在要求保护的发明的精神范围内的变化和修改。应当理解，虽然在上面的描述中使用诸如优选的、优选的、优选的或更优选的词语表示这样描述的特征可能是更理想的，但是它可能不是必需的并且可以设想没有这些特征的实施例如在本发明的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，当使用诸如“一个”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”等词语时，无意将权利要求仅限于一项，除非特别说明在索赔中有相反的陈述。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，项目可以包括一部分和/或整个项目，除非有相反的具体说明。

以上虽然已经参考若干具体实施方式描述了本申请的精神和原理，但是应该理解，本申请并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合。本申请旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种低温换热器，其特征在于，包括：换热器芯体、换热器壳体和冷头；

所述换热器芯体设置在所述换热器壳体的内部，所述换热器芯体内部包括轴向延伸的空腔，所述冷头包括多个轴向延伸的换热翅片，所述冷头连接所述换热器壳体，所述换热翅片插入所述空腔；

所述空腔和所述空腔内的所述换热翅片组成第一流道，所述第一流道的入口用于导入冷却流体，所述换热器芯体的外表面包括多个凸起结构，所述换热器芯体的外表面和所述换热器壳体的内表面组成第二流道，所述第二流道的出口用于导出冷却流体；

所述换热器芯体包括通孔，所述通孔连通所述第一流道的出口和所述第二流道的入口。

2.根据权利要求1所述的低温换热器，其特征在于，所述换热翅片与所述冷头是一体成型结构。

3.根据权利要求1所述的低温换热器，其特征在于，多个所述凸起结构包括多个轴向延伸的微肋片，多个所述微肋片在所述换热器芯体的外表面沿圆周方向排布；

所述换热器芯体外表面的两个相邻微肋片与所述换热器壳体的内表面组成夹层通道，多个所述夹层通道形成所述第二流道。

4.根据权利要求3所述的低温换热器，其特征在于，多个所述微肋片在轴向方向设置有多个微肋片缺口，所述多个微肋片缺口形成的空隙连通多个所述夹层通道。

5.根据权利要求3所述的低温换热器，其特征在于，多个所述微肋片在轴向方向的同一位置设置有微肋片缺口。

6.根据权利要求1所述的低温换热器，其特征在于，所述通孔设置在所述换热器芯体靠近所述冷头的一端。

7.根据权利要求1-6任一项所述的低温换热器，其特征在于，所述通孔沿径向方向设置。

8.一种低温恒温器，其特征在于，所述低温恒温器包括权利要求1-7任一项所述的低温换热器和恒温管道；

所述恒温管道包括内管道和设置在所述内管道外层的外管道；

所述内管道用于向所述低温换热器中导入冷却流体，所述外管道用于从所述低温换热器中导出冷却流体。

9.根据权利要求8所述的低温恒温器，其特征在于，所述内管道直接连接所述第一流道的入口，所述外管道直接连接所述第二流道的出口。

10.根据权利要求8所述的低温恒温器，其特征在于，所述内管道通过软管连接所述第一流道的入口，所述外管道通过软管连接所述第二流道的出口。