用于冷量超集中制冷设备的具有多级蒸发段的重力热管的制作方法

1.本实用新型涉及制冷设备技术领域，具体涉及一种用于冷量超集中制冷设备的具有多级蒸发段的重力热管。


背景技术：

2.斯特林制冷机以其制冷温度低、范围广的特点，其应用越来越广泛，尤其是以斯特林制冷机为冷源加保温箱体组成的低温保存箱的应用越来越受到市场重视。斯特林制冷机的显著特点是其冷量集中在冷机的冷端，其散热面积相对于蒸汽压缩式制冷机所使用的蒸发管路来说很小，所以采用传统的对流换热方式来释放集中的冷量时，其效率很低，另外，半导体制冷或其他冷量过于集中的制冷设备也存在上述相同问题。
3.目前，斯特林制冷机或其他冷量集中设备的传热部件通常采用重力热管，其传热效率高。重力热管具有冷凝段及蒸发段，其内部换热工质从冷凝段向蒸发段流动是依靠自己的重力，因此，重力热管具有方向性，其蒸发段必须置于冷凝段的下方。当前市场上所用的重力热管都是单一回路热管，这种单一回路热管在使用时，若重力热管向有害方向偏移，即冷凝段与蒸发段的高度差减小，进而减小热管内液体工质流动的驱动力，从而会导致传热效率下降，甚至会出现当冷凝段与蒸发段高度相同时，重力热管停止工作，影响制冷设备使用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种用于冷量超集中制冷设备的具有多级蒸发段的重力热管，其在重力热管的下方设置备用蒸发管，可提高制冷设备的有效使用角度范围，防止制冷设备偏转时传热效率下降。
5.本实用新型为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
6.本实用新型提供一种用于冷量超集中制冷设备的具有多级蒸发段的重力热管，所述重力热管相对于水平面倾斜设置，所述重力热管包括主蒸发段及冷凝段，主蒸发段低于冷凝段，所述重力热管的主蒸发段下方还设置有备用蒸发管，所述备用蒸发管与重力热管的主蒸发段相连通，所述备用蒸发管的顶部高于主蒸发段内壁且在主蒸发段内形成阻液段。
7.进一步地，所述备用蒸发管设置至少1级，且随着级数增加，备用蒸发管逐渐向冷凝段靠近，当重力热管在正常角度工作时，仅主蒸发段工作，当随着重力热管向有害方向偏移时，下一级备用蒸发管作为蒸发段工作。
8.进一步地，所述备用蒸发管相对于水平面倾斜设置，所述备用蒸发管与水平面的夹角为5
°
～90
°
，所述备用蒸发管的倾斜角度大于重力热管的倾斜角度。
9.进一步地，所述阻液段的靠近冷凝段一端的高度高于重力热管的内壁。
10.进一步地，所述重力热管的主蒸发段与冷凝段之间设置有绝热段。
11.进一步地，所述重力热管为环形管、u形管或单根管。
12.本实用新型的有益效果为：
13.(1)本实用新型通过在重力热管下方设置若干级备用蒸发管，可提高重力热管的使用角度范围，即使制冷设备整机的工作角度向有害方向偏移，冷凝段内的液态换热工质会逐渐流向备用蒸发管，使备用蒸发管转变为新的蒸发段，能最大程度上保持新的蒸发段与冷凝段的重力势差，不会影响热管的换热效率；
14.(2)本实用新型在备用蒸发管与重力热管交叉段设置阻液段，可保证重力热管处于正常工作角度时，阻液段可阻止液体换热工质流入备用蒸发管内。
附图说明
15.为了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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本实用新型实施例1的整体结构示意图；
17.图2是图1的侧视图；
18.图3是图2的a处结构放大图；
19.图4是实施例2的结构示意图；
20.图5是图4的侧视图；
21.图6是图5的b处结构放大图。
22.图中标注：1.低温保存箱；2.重力热管；3.主蒸发段；4.绝热段；5.冷凝段；6.一级备用蒸发管；7.二级备用蒸发管；8.三级备用蒸发管；9.阻液段。
具体实施方式
23.本实用新型提供了一种用于冷量超集中制冷设备的具有多级蒸发段的重力热管，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
25.实施例1
26.参照图1-3，本实施例提供了一种用于冷量超集中制冷设备的具有多级蒸发段的重力热管，该重力热管2安装在以斯特林制冷机为冷源的低温保存箱1内，该低温保存箱1包括箱体外壳及设置在箱体外壳内部的内胆，且箱体外壳与内胆之间设置有绝热层。本实施例中，环形的重力热管2围绕低温保存箱1内胆设置，重力热管2包括主蒸发段3、绝热段4及冷凝段5，且绝热段4位于主蒸发段3与冷凝段5之间，其中，主蒸发段3与低温保存箱1的内胆接触，绝热段4设置在低温保存箱1的绝热层中，冷凝段5伸出低温保存箱1外侧并与冷源接触换热。
27.上述重力热管2相对于水平面倾斜设置，且主蒸发段3低于冷凝段5，即重力热管2与水平面成一定夹角工作，该夹角需保证低温保存箱1与地面水平时重力热管2能有效工作，通常设置重力热管2与地面的夹角为20
°
～70
°
。重力热管2的管路中充注有换热工质，当
重力热管2的冷凝段5与主蒸发段3存在温差时，换热工质依靠冷凝段5与主蒸发段3的重力势差驱动工作，进而实现换热。
28.本实施例中，在重力热管2的主蒸发段3下方依次设置有逐渐向冷凝段5方向靠近的一级备用蒸发管6、二级备用蒸发管7及三级备用蒸发管8，一级备用蒸发管6、二级备用蒸发管7及三级备用蒸发管8之间相互平行，其高度均相对于主蒸发段3管路偏低，且该一级备用蒸发管6、二级备用蒸发管7及三级备用蒸发管8均与重力热管2的主蒸发段3相连通。在重力热管2的角度偏离正常角度且向有害方向偏移时，经冷凝段5冷凝后的液态换热工质会流向一级备用蒸发管6，使得一级备用蒸发管6转换为新的蒸发段，保证重力热管2的换热效率不因角度变化而降低，随着重力热管2向有害方向偏移，冷凝后的液态工质会逐渐流向二级备用蒸发管7、三级备用蒸发管8，使下一级备用蒸发管6转变为新的蒸发段。
29.另外，一级备用蒸发管6、二级备用蒸发管7及三级备用蒸发管8的顶部均高于主蒸发段3内壁且在主蒸发段3内形成阻液段9，该阻液段9的高度与重力热管2内换热工质的灌注量及重力热管2与水平面的夹角有关，该阻液段9的顶部管口为斜切口。通过设置阻液段9，当低温保温箱处于水平面工作时，重力热管2保持其正常工作角度，重力热管2的冷凝段5与主蒸发段3的高度差较大，冷凝后的液态换热工质可沿重力热管2的底内壁流至主蒸发段3，同时阻液段9可防止来自冷凝段5的液态换热工质流至备用蒸发管内，保证低温保存箱1内温度均匀；当低温保存箱1在使用过程中发生偏转时，即重力热管2的角度偏离正常角度且向有害方向偏移时，由于重力热管2的主蒸发段3与冷凝段5的高度差较小，使得冷凝后的液态换热工质驱动力不足而逐渐聚集，当液面高度高于阻液段9高度时，经冷凝后的液态换热工质会从冷凝段5流向一级备用蒸发管6，且随着重力热管2向有害方向偏移，冷凝后的液态工质会逐渐流向二级备用蒸发管7、三级备用蒸发管8，使下一级备用蒸发管转变为新的蒸发段，当然由于重力作用，还会有一小部分液态换热工质流向主蒸发段3。
30.本实施例中，重力热管2与水平面的夹角为30
°
，阻液段9的顶部管口的倾斜角度为30
°
，一级备用蒸发管6、二级备用蒸发管7及三级备用蒸发管8与水平面的夹角为90
°
。
31.本实施例的工作原理为：
32.(1)当低温保存箱1处于水平面时，重力热管2处于正常工作角度，在降温初期，环形重力热管2的主蒸发段3及冷凝段5处在热平衡状态，随着冷凝段5的温度逐渐降低，处在重力热管2冷凝段5的气态换热工质会逐渐冷却并冷凝为液态换热工质，冷凝完的液态换热工质在重力的作用下经过绝热段4流向重力热管2的主蒸发段3并在主蒸发段3内蒸发吸热转变为气态换热工质，由于阻液段9的存在，液态换热工质会正常流入重力热管2的主蒸发段3而不是备用蒸发段，且气态换热工质由于密度很小，会自然流向处在高处的冷凝段5并在冷凝段5继续冷凝为液态工质，如此反复循环进行换热；
33.(2)若在使用过程中低温保存箱1发生偏转，重力热管2向有害方向转动，经冷凝段5冷凝后的液态换热工质会逐渐流向一级备用蒸发管6，虽然重力热管2的角度偏离原来正常的工作角度，重力热管2的冷凝段5与主蒸发段3的高度差减小，但由于一级备用蒸发管6的高度相对于重力热管2的冷凝段5来说还在较低的高度，使得冷凝段5与一级备用蒸发管6之间仍存在较大的重力势差来驱动重力热管2工作，即一级备用蒸发段变为新的蒸发段；随着重力热管2向有害角度方向偏离越来越大，重力热管2的冷凝段5内的液态换热工质会逐级流向二级备用蒸发管7、三级备用蒸发管8，提高重力热管2向有害角度偏移时的工作角度
范围。另外，当重力热管2向有利角度方向偏移时，重力热管2的蒸发段与主蒸发段3会保持正常工作；
34.(3)假设重力热管2向有害角度方向偏移较大，三级备用蒸发管8作为蒸发段工作，则当重力热管2从有害角度向正常工作角度返回时，储存在三级备用蒸发管8中的液态换热工质会逐渐蒸发，同时由于阻液段9的存在，不会有新的液态换热工质流入三级备用蒸发管8中，且随着角度向正常角度偏移，液态换热工质逐渐流向二级备用蒸发管7、一级备用蒸发管6，当角度恢复至正常角度时，液态换热工质重新回到主蒸发段3工作。
35.实施例2
36.参照图4-6，本实施例与实施例1的主要区别在于：本实施例中，重力热管2采用环形重力热管2，重力热管2的主蒸发段3下方设置有一级备用蒸发管6及二级备用蒸发管7，一级备用蒸发管6与二级备用蒸发管7相对于水平面倾斜设置。
37.本实施例中，重力热管2与水平面的夹角为25
°
，阻液段9的顶部管口的倾斜角度为30
°
，一级备用蒸发管6、二级备用蒸发管7与水平面的夹角为40
°
。
38.本实施例中，阻液段9的顶部管口倾斜角度相对较大，阻液段9的远离冷凝段5的一端紧贴重力热管2的内壁，阻液段9的靠近冷凝段5一端的高度高于重力热管2的内壁，可在重力热管2发生偏转时，冷凝段5的液态换热工质更容易流至备用蒸发管内，同时当重力热管2处于正常工作角度时，阻液段9可阻止液体换热工质流入备用蒸发管内。
39.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
40.本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
41.当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。