使用液體工質的脈動冷管的製作方法
2023-12-02 10:24:46 3
使用液體工質的脈動冷管的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種使用液體工質的脈動冷管，包括脈管，脈管頂端為放熱端，脈管底端為製冷端；脈管的放熱端通過進氣管連接有壓力波發生器，脈管放熱端設有用於將脈管熱量排到大氣環境的換熱器；脈管制冷端設有用於容納液態製冷劑的空腔，且脈管制冷端位於製冷區域；壓力波發生器在脈管內產生四分之一波長的駐波壓力場，放熱端位于波腹，製冷端位于波節。本實用新型所採用的結構使得採用液體製冷劑製作脈動冷管成為現實。由於液體工質的比熱及相變潛熱相較氣體工質均較大，因此本實用新型相比以往的脈管制冷機大大提高了製冷性能。在放熱端和製冷端之間設置多孔介質材料作為回熱器，提高製冷效率。
【專利說明】使用液體工質的脈動冷管
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及製冷【技術領域】，尤其是一種脈管制冷機。
【背景技術】
[0002]傳統熱管利用兩側相變的傳熱原理實現傳熱，將熱量從加熱端帶到冷凝端，是一種有效的均溫技術。其一般選用液態工質，通過液體的蒸發吸熱及冷凝放熱的相變過程實現換熱。由於液體工質的比熱及相變潛熱較大，因此熱管有極高的傳熱效率。脈管制冷機則是利用高低壓氣體對脈管空腔的充放氣過程獲得製冷效果。其一般選用氣體作為工質，通過脈管內部氣體活塞的往復運動來調節脈管冷端質量流與壓力波的相位。根據相位理論，當脈管冷端壓力和速度同相時，製冷量最大；當兩者正交(相位差90度)時，製冷量等於零。脈管制冷機主要通過氣體和管壁的熱交換將熱量從冷端泵到熱端，由此產生冷量，但管壁泵熱功能有限，限制了其製冷性能的提高。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在於提供一種新型的以液體製冷劑為工質的脈動冷管。
[0004]為實現上述目的，本實用新型的使用液體工質的脈動冷管包括脈管，脈管頂端為放熱端，脈管底端為製冷端；脈管的放熱端通過進氣管連接有壓力波發生器，脈管放熱端設有用於將脈管熱量排到大氣環境的換熱器；脈管制冷端設有用於容納液態製冷劑的空腔，且脈管制冷端位於製冷區域；壓力波發生器在脈管內產生四分之一波長的駐波壓力場，放熱端位于波腹，製冷端位于波節。
[0005]所述脈管內於製冷端與放熱端之間填充有多孔介質材料。
[0006]所述換熱器為水冷翅片式換熱器或風冷翅片式換熱器。
[0007]所述壓力波發生器採用以下三種形式中的任一種:往復運動的活塞裝置；壓力膜片；揚聲器。
[0008]所述多孔介質材料為泡沫銅、泡沫鋁或多孔陶瓷。
[0009]所述脈管的材料為銅材、鋁材或者不鏽鋼中的任一種。
[0010]本實用新型的優點主要有:
[0011]①本實用新型所採用的結構使得採用液體製冷劑製作脈動冷管成為現實。由於液體工質的比熱及相變潛熱相較氣體工質均較大，因此本實用新型相比以往的脈管制冷機大大提聞了製冷性能。
[0012]在放熱端和製冷端之間設置多孔介質材料作為回熱器，提高製冷效率。
[0013]②本實用新型相比傳統脈管制冷機，結構簡單緊湊，應用範圍廣泛。低溫部(即製冷端)無運動部件，運行可靠。
[0014]③採用液體製冷劑作為工質，相變潛熱較大，大大提高了製冷效率。
[0015]④脈管的材料可以使用傳熱效率較高的銅材、鋁材或者不鏽鋼等，取材廣泛，易於加工。
[0016]⑤該脈動冷管放熱端主要根據壓力變化實現冷凝放熱，對換熱器換熱效率要求較低，因此放熱端可以選用的換熱器樣式廣泛。脈管內填充的多孔介質材料可以為多孔陶瓷，泡沫銅、泡沫鋁等，對孔隙率等精度要求不高，廉價且容易加工。
[0017]⑥製冷端充注的液體工質可以為常規製冷劑(如R410a或R22)，尤其是沸點受壓力影響較大和相變潛熱較大的製冷劑，無毒無害且取材方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0019]圖中標號I為壓力波發生器；標號為進氣管；標號3為放熱端；標號4為脈管；標號5為製冷端；標號6為製冷區域,標號7為換熱器,標號8為多孔介質材料。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本實用新型的使用液體工質的脈動冷管包括脈管4，脈管4頂端為放熱端3,脈管4底端為製冷端5 ;脈管4的放熱端3通過進氣管2連接有壓力波發生器I,脈管4的放熱端3的空腔內設有用於將脈管4內的熱量送出的換熱器7 ;脈管4的製冷端5設有用於容納液態製冷劑的空腔，且脈管4的製冷端5位於製冷區域6 ;壓力波發生器I在脈管4內產生四分之一波長的駐波壓力場(即脈管4的長度為波長的四分之一)，放熱端3位于波腹，製冷端5位于波節。
[0021]所述製冷區域6為冰箱或者其他低溫冷藏冷凍室等需要低溫的場合。在使用時將製冷端5放置於製冷區域6處。
[0022]所述脈管4內於製冷端5與放熱端3之間填充有多孔介質材料8。
[0023]所述換熱器7為水冷翅片式換熱器或風冷翅片式換熱器。
[0024]所述壓力波發生器I為現有技術，採用以下三種形式中的任一種:往復運動的活塞裝置；壓力膜片；揚聲器。壓力波發生器I用於在脈管4內來產生四分之一波長的駐波壓力場。壓力波發生器I各種形式的具體結構均為現有技術，不再詳述。
[0025]所述多孔介質材料8為泡沫銅、泡沫鋁或多孔陶瓷，也可以採用其他多孔材料。
[0026]所述脈管4的材料為銅材、鋁材或者不鏽鋼中的任一種。
[0027]其中，製冷端5充注的製冷劑可以選擇R410a或R22等常規製冷劑，尤其是沸點受壓力影響較大和相變潛熱較大的製冷劑，根據製冷的目標溫度適當選取。
[0028]本實用新型中，製冷端5內充注了液體製冷劑作為工質，工作時將製冷端5至於製冷區域6 (需要製冷的場合)內即可實現該區域的製冷。
[0029]本實用新型的設計思路是:
[0030]本實用新型中的使用液體工質的脈動冷管結合了熱管與脈管制冷機的優點，採用液體製冷劑作為工質，利用液體在不同壓力下沸點不同的特性在不同的壓力相位處進行相變製冷。通過壓力波發生器I在脈管4內形成四分之一的駐波場，使脈管4內的製冷端5處于波節，放熱端3位于波腹。在製冷端5填充的液體工質在較低壓力下沸點較低，蒸發向上運動至放熱端3，因壓力增大，沸點升高，在放熱端3冷卻放熱，冷卻液體流回製冷端5繼續蒸發吸熱。液體工質不斷在脈管4兩端進行吸熱放熱實現製冷效應，其中製冷端5與放熱端3之間填充了多孔介質，起到回熱器的作用，提高製冷效率。該脈動冷端低溫端(即製冷端5)無運動部件，且採用液體工質提高了製冷效率，可以運用於冰箱，冷凍箱等需要製冷的設備中。
[0031]本實用新型在工作時，壓力波發生器I在脈管4內形成四分之一波長的駐波場。在壓力波發生器I採用活塞裝置時，是依靠活塞的往復運動形成駐波場的。在脈管4內形成四分之一波長的駐波場，可以使放熱端3便于波腹，製冷端5位于波節。在製冷端5處預先充入了液體製冷劑作為工質。製冷端5處在波節處，壓力較低，因而該處工質的沸點較低。放熱端3處在波腹處，壓力較高，因而該處工質的沸點較高。這樣，液體工質會在製冷端5蒸發吸熱，蒸氣上升。工質的蒸氣在通過多孔介質材料8時,與多孔介質材料8接觸,實現充分換熱。最終工質的蒸氣在放熱端3由於壓力較大、沸點較高、蒸氣本身的溫度低於沸點溫度而進行冷凝放熱。蒸氣冷凝放出的熱量被放熱端3處的的換熱器7帶走，蒸氣冷凝為液體工質後在重力的作用下自動流回至製冷端5。正是液體工質不斷的蒸發吸熱和冷凝放熱的過程中，製冷區域6內的熱量被泵到了熱端，實現了製冷的效果。
[0032]以上實施例僅用以說明而非限制本實用新型的技術方案，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和範圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.使用液體工質的脈動冷管，包括脈管，其特徵在於:脈管頂端為放熱端，脈管底端為製冷端；脈管的放熱端通過進氣管連接有壓力波發生器，脈管放熱端設有用於將脈管熱量排到大氣環境的換熱器；脈管制冷端設有用於容納液態製冷劑的空腔，且脈管制冷端位於製冷區域；壓力波發生器在脈管內產生四分之一波長的駐波壓力場，放熱端位于波腹，製冷端位于波節。
2.根據權利要求1所述的使用液體工質的脈動冷管，其特徵在於:所述脈管內於製冷端與放熱端之間填充有多孔介質材料。
3.根據權利要求1所述的使用液體工質的脈動冷管，其特徵在於:所述換熱器為水冷翅片式換熱器或風冷翅片式換熱器。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的使用液體工質的脈動冷管，其特徵在於:所述壓力波發生器採用以下三種形式中的任一種:往復運動的活塞裝置；壓力膜片；揚聲器。
5.根據權利要求2所述的使用液體工質的脈動冷管，其特徵在於:所述多孔介質材料為泡沫銅、泡沫招或多孔陶瓷。
6.根據權利要求1至3中任一項所述的使用液體工質的脈動冷管，其特徵在於:所述脈管的材料為銅材、鋁材或者不鏽鋼中的任一種。
【文檔編號】F25B9/14GK204141882SQ201420636676
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】沈超, 潘娜, 嶽春麗, 李洪欣, 張琰鑫 申請人:鄭州大學