环路型热虹吸管和斯特林冰箱制造技术

本发明专利技术提供了具有不管热负荷如何波动也能保持稳定运转的环路型热虹吸管以及利用环路型热虹吸管的斯特林冰箱。利用工作流体传递来自高温热源（５）的热量的环路型热虹吸管包括：蒸发器（１），其具有热吸收部分（１ａ），并且通过热吸收部分夺取所述的高温热源的热量来蒸发所述的工作流体；冷凝器（３），其位于所述高温热源的上方并且用于冷却在所述的蒸发器中蒸发的工作流体（２３）；以及管（２，４），其用于将所述的蒸发器和所述的冷凝器连接起来形成环路。在环路型热虹吸管中，已经通过冷凝器（３）的工作流体（２２）在汇集进入用于蒸发器中工作流体的液体池（２１）中之前与所述的热吸收部分（１ａ）进行接触，因此能够与热吸收部分进行热交换。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环路型热虹吸管以及利用环路型热虹吸管的斯特林冰箱。
技术介绍
散热器、热管、热虹吸管等等用于冷却产生热的装置或者热电冷却设备。对于散热器来说，温度分布是由在其上设置有热源的底座部分引起的。因此，当距热源的距离增加的时候，散热器产生很少的散热。同时，热管或者热虹吸管具有很高的传热能力，并且其特点在于，即使当将热传递到距离热源很远的部分的时候，也具有很小温度变动的特性。另一方面，对于热管来说，工作流体的蒸气和液体在同一个管中流动。同样的，如果传热量大，必需要增加管的数量。例如，如果假设将温差设定为5℃，外径为15.8mm、长度为300mm的热管能够得到大约100W的传热量。如果将热最终释放到大气环境中，由于空气的传热系数低，因此为了与空气交换热，提供了包括具有很大的传热区域的冷凝部分的热管。管型热虹吸管也具有相似的特性，在管型热虹吸管中流体由于重力的原因流回到蒸发部分。同时，也将环路型热虹吸管构造成使在冷凝器中冷凝的流体借助重力流回到蒸发器中。然而这里不但能够根据冷凝器的冷却方式设计冷凝器的形状和尺寸，而且可以根据热源的形状和尺寸来设计蒸发器。因此，在大多数情况下，具有用于连接冷凝器和蒸发器的两个管(也就是气体管和流体管)就足够了。这里，显然冷凝器必须放置在蒸发器的上方。然而，在环路型热虹吸管中，在很多情况下，由于容纳的工作流体的类型或者在某种范围内热负荷的波动，环流速度基本不可能稳定并且热源的温度将有波动。众所周知，已经利用CFC(卤烃化合物)和基于HCFC的致冷剂作为在冷却设备中的工作流体或者作为二次工作流体。然而，为了保护臭氧层，根据国际条约不再使用这种基于CFC的致冷剂并且限制基于HCFC的致冷剂的使用。此外，一种新开发出的不会破坏臭氧层但基于HFC的致冷剂是一种能够获得比二氧化碳的全球变暖系数高几百至几千或者更多倍的产生温室效应的物质，并且需要对其进行排水的控制。因此，就环境保护的观点来说，对于环路型热虹吸管来说对能够作为工作流体的致冷剂的类型的选择是受到限制的。有利的环境的例子和所谓的自然致冷剂包括例如基于HC的致冷剂、氨、二氧化碳、水和乙醇以及它们的混合物的媒介。如在图5中显示的，常规的环路型热虹吸管是通过利用管102、104将蒸发器101、冷凝器103和气液分离池106连接在一起构成的。热源105在蒸发器101中得到冷却。将冷凝器103放置在蒸发器101的上方。在冷凝器103中液化的工作流体通过在冷凝器和蒸发器之间配置的气液分离池106将其分离为气体和液体。工作流体的液体借助重力的作用穿过管104，并且从蒸发器101的较低部分引入到蒸发器中。此外，夺取了热源的热量的工作流体在蒸发器101中被蒸发，并且工作流体的蒸气借助在冷凝器和蒸发器之间的蒸气压力差通过管102引入到冷凝器103中。在大多数情况下，蒸发器101是根据热源的外形而设计的。在图5中，气液分离池106不是必要的。公开号为11-223404的日本专利揭露了一种通过泵的方式冷却带有二次致冷剂的斯特林致冷装置的高温部分的方法。然而，在常规的环路型热虹吸管中，工作流体的不稳定的环流速度很可能导致热源温度的波动。特别的，如果常规的环路型热虹吸管在远离所设计的目标负荷的负荷下操作，热源的温度通常会有很大的波动。如果热源的温度波动很大，不仅热源设备的性能不稳定，而且会损坏热源设备。这里，假设利用环路型热虹吸管来冷却斯特林致冷装置的高温部分并且斯特林致冷装置安装在例如冰箱上。众所周知，冰箱的热负荷随着季节波动。当冰箱的热负荷波动的时候，从斯特林致冷装置的高温部分消散的热量也会变化。环路型热虹吸管在波动的热负荷的条件下经常展现不稳定的运转。这里，如果斯特林致冷装置的高温部分的温度波动较大，那么其中的影响并不限制在对斯特林致冷装置的COP(性能参数)的变动。如果高温部分的温度极高，那么可能损坏斯特林致冷装置的再生器。图6显示了用于冷却热源的常规环路型热虹吸管的圆柱形蒸发器。蒸发器101为圆柱形是为了冷却圆柱形热源105。将圆柱形热源105装配在蒸发器的孔中，因此能够使热源与蒸发器的孔的表面密切接触。蒸发器的孔的表面上配置了内部翅片(没有示出)用来增加蒸发面积。来自冷凝器的液体通过管104并且通过蒸发器的较低部分流进液体池121，从蒸发器的上部排出的蒸气通过管102流到冷凝器中。图7显示了使用在图6中显示的蒸发器和管装置并且容纳了作为工作流体的水的环路型热虹吸管在实验操作中的热源的温度变化。如果从热源中产生的热量不大于所设计的负荷的75％，将带来如图7中所示的热源温度的波动。即使当工作流体的容纳量变化的时候，也看不到改进。本专利技术的目的是提供一种即使在热负荷具有很大的波动的条件下都能够维持高温热源的稳定温度的环路型热虹吸管和一种装备了这种环路型热虹吸管的斯特林冰箱。专利技术概述根据本专利技术的环路型热虹吸管利用工作流体从高温热源传递热。环路型热虹吸管包括蒸发器，其具有热吸收部分并且通过热吸收部分夺取吸收高温热源的热量以蒸发工作流体；冷凝器，其设置在高温热源的上方并且冷凝在蒸发器中蒸发的工作流体；以及管，其用来连接蒸发器和冷凝器以形成一个环路。已经通过冷凝器的工作流体在汇集到蒸发器中工作流体的液体池之前与热吸收部分接触。根据这种结构，已经冷却的工作液体由热吸收部分预热而不是将其直接提供给液体池，并且之后借助重力从上方提供工作流体。因此在液体池中产生流动，从而促进包括在液体池中的工作流体在内的作为一个整体的工作流体的蒸发。必然地，能够以确定的方式促进已经得到引导的以及最先与热吸收部分交换热的工作流体的蒸发，由此，高温热源中的温度分布是均匀的。此外，能够促进粘在热吸收部分或者类似物上的气泡的分离。因此，能够实现适于热负荷的波动的热交换，并且能够稳定高温热源的温度。附图的简要说明附图说明图1示出了本专利技术第一个实施例的环路型热虹吸管的基本结构。图2显示了在本专利技术第一个实施例中的环路型热虹吸管的变型。图3显示了本专利技术的第二个实施例中的斯特林冰箱。图4显示了当使用本专利技术第三个实施例中的环路型热虹吸管时热源温度的稳定性。图5显示了普通的环路型热虹吸管的结构。图6显示了常规的环路型热虹吸管中的蒸发器。图7显示了当使用常规环路型热虹吸管时热源温度的波动。实现本专利技术的最佳方式下面将参考附图对本专利技术的实施例进行说明。(第一个实施例)图1是说明本专利技术的第一个实施例中的环路型热虹吸管的基本结构的构思图。在图1中显示的环路型热虹吸管是由蒸发器1、冷凝器3、从蒸发器1延伸到冷凝器3的气体管2、以及从冷凝器3延伸到蒸发器1的液体管4构成。在本实施例中，当将要得到冷却的高温热源5具有如图1所示的圆柱形散热表面的时候，蒸发器为带有圆孔的环形，该圆孔具有适于热源的圆柱形散热表面的尺寸。此外，使蒸发器的孔的表面处于与热源5的圆柱散热表面密切接触的状态，以减小接触热阻。冷凝器3为翅片管型，并且冷凝器通过围绕管流动的空气来冷却在管中流动的工作流体。用来使工作流体在其中流动的管可以为并行流类型和螺旋类型中的任何一种。将冷凝器配置成气体的入口高于冷凝的液体的出口。从蒸发器1延伸到冷凝器3的气体管2具有比从冷凝器延伸到蒸发器的液体管4大的直径。因此，气体管2具有的流体阻力小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用工作流体（２２，２３）从高温热源（５）传递热的环路型热虹吸管，包括：蒸发器（１），其具有热吸收部分（１ａ），并且通过该热吸收部分夺取所述高温热源的热量来蒸发所述工作流体；冷凝器（３），其位于所述高温热源的上方并且用于 冷凝在所述蒸发器中蒸发的工作流体（２３）；以及管（２，４），其用于将所述蒸发器和所述冷凝器连接起来形成环路；其中已经通过所述冷凝器的所述工作流体（２２）在其汇集到蒸发器中工作流体的液体池（２１）中之前与所述热吸收部分（１ａ） 接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张恒良，陈炜，增田雅昭，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]