一种低温冰箱的制作方法

本发明涉及制冷设备领域，具体涉及一种低温冰箱。

背景技术：

随着低温生物、低温医学等科学领域的迅猛发展，低温冰箱在生物分子、菌落、医药试剂、器官等样本的实验及长期储存中的应用越来越多。

传统的低温冰箱大多采用复叠式蒸汽压缩制冷系统，其中的压缩机需要润滑油。而在低温环境下，润滑油易凝结，形成油堵，造成设备故障。新型低温制冷机不需要任何形式的润滑，消除了传统低温冰箱中常见的油堵故障；且在低温温区内制冷效率更高，具有显著的节能优势，因此适宜作为低温冰箱的冷源。

已有专利提出应用新型低温制冷机和重力虹吸热管的新型低温冰箱。由于重力虹吸热管受重力影响，冷源必须位于热源上方，导致新型低温制冷机必须设置于冷冻室的上方，由此带来振动问题。低温冰箱的容积越大，其所需的新型低温制冷机的体积和重量也越大。这不仅增加了低温冰箱的承重，而且低温冰箱在持续工作过程中，低温制冷机长期持续地振动会对低温冰箱的结构和内部器件产生不利影响，导致故障。

而且目前的新型低温冰箱仅依靠低温制冷机的动作对冰箱控温，控温精度低，温度波动大。

目前的低温冰箱一般仅有冷冻室，功能单一，不能满足某些场合下对实验 材料的速冻需求。

技术实现要素：

针对传统低温冰箱有油堵，故障率高以及新型低温冰箱中低温制冷机位于冷冻室上方带来振动对设备不利；仅依靠低温制冷机控温，控温精度低，温度波动大；仅设冷冻室，功能单一等问题，本发明提出了一种低温冰箱。本发明低温冰箱无油堵，故障少；应用回路热管传热，消除了低温制冷机必须置于冷冻室上方而带来的振动问题；使用回路热管控温，控温精度高，温度波动小；设有速冻室，功能更齐全。

本发明采用如下技术方案：

一种低温冰箱，包括箱体和制冷系统，其特征在于，箱体分为冷冻室a、速冻室b和机械室c，其箱体结构包括低温冰箱外壁1、冷冻室a的内壁2、冷冻室a的门3、保温层4、真空绝热层5、速冻室b的门6、速冻室b的内壁7、隔板8以及出风口9，其中，低温冰箱外壁1与冷冻室a的内壁2之间，低温冰箱外壁1与速冻室b的内壁7之间，冷冻室a的内壁2与速冻室b的内壁7之间均设有保温层4和真空绝热层5，速冻室b的内壁7与机械室c相邻的壁面之间设保温层4，该低温冰箱制冷系统包括低温制冷机10、将低温制冷机10制取的冷量传输到冷冻室a的第一热管传热系统m以及将低温制冷机10制取的冷量传输到速冻室b的第二热管传热系统n；

所述第一热管传热系统m包括至少一根回路热管11、导冷板12以及传热模块，其中，每根回路热管11连接低温制冷机10的冷端和导冷板12，且每根回路热管11的补偿器表面贴电加热片16并使用温度传感器17和控制器18控 制每根回路热管11的工作温度，所述传热模块连接导冷板12和冷冻室a的内壁2，其具有三种实施方式，传热模块ⅰ为至少一根重力虹吸热管13，传热模块ⅱ为至少一根槽道热管14，传热模块ⅲ包括至少一根重力虹吸热管13和至少一根槽道热管14；

所述第二热管传热系统n包括至少一根槽道热管15，每根所述槽道热管15连接低温制冷机10的冷端和速冻室b的内壁7。

每根所述回路热管11的冷凝段缠绕在低温制冷机10的冷端上，每根所述回路热管11的蒸发段与导冷板12连接；每根所述重力虹吸热管13的冷凝段与导冷板12连接，每根所述重力虹吸热管13的蒸发段呈蛇形布置在冷冻室a的内壁2上；每根所述槽道热管14的冷凝段与导冷板12连接，每根所述槽道热管14的蒸发段与冷冻室a的内壁2连接。

每根所述槽道热管15的冷凝段与低温制冷机10的冷端通过螺栓连接，每根所述槽道热管15的蒸发段与速冻室b的内壁7连接。

所述回路热管11的蒸发段与导冷板12，所述重力虹吸热管13的冷凝段与导冷板12，所述槽道热管14的冷凝段与导冷板12的连接方式均为焊接或螺栓连接中的任意一种。

所述低温制冷机10为斯特林制冷机、脉冲管制冷机以及g-m制冷机中的任意一种。

所述低温制冷机10的机身位于机械室c内，所述低温制冷机10的冷端位于速冻室b内。

所述电加热片16为薄膜加热片、陶瓷加热片、ptc加热片、不锈钢加热片以及硅胶加热片中的任意一种。

所述回路热管11、所述重力虹吸热管13、所述槽道热管14以及所述槽道热管15中的工质相同，且为甲烷、乙烷、丙烯以及氨中的任意一种。

所述导冷板12为高导热率固体材料，为铝或铜中的任意一种。

本发明的有益效果

(1)本发明低温冰箱采用新型低温制冷机解决了采用复叠式蒸汽压缩制冷系统的低温冰箱中压缩机有油堵，导致故障率高的问题。

(2)本发明低温冰箱采用回路热管将冷量从低温制冷机的冷端快速高效地传输到冷冻室内的导冷板上。由于回路热管没有方向限制，使得低温制冷机与冷冻室之间的相对位置不受限，消除了直接应用重力虹吸热管传热的低温冰箱中低温制冷机必须位于冷冻室上方而带来的振动问题。

(3)本发明低温冰箱中的回路热管通过在其补偿器上贴电加热片，控制其工作温度，进而实现对冷冻室的控温。解决了仅依靠低温制冷机的动作控温的低温冰箱中存在的控温精度低，温度波动大的问题。

(4)本发明低温冰箱还设有速冻室，并应用槽道热管连接新型低温制冷机的冷端和速冻室，使速冻室降温迅速，以满足速冻需求。

附图说明

图1是本发明一种低温冰箱的箱体结构示意图；

图2是本发明一种低温冰箱箱体结构的左视图；

图3是实施例一：应用传热模块ⅰ的一种低温冰箱的内部结构示意图；

图4是实施例二：应用传热模块ⅱ的一种低温冰箱的内部结构示意图；

图5是实施例三：应用传热模块ⅲ的一种低温冰箱的内部结构示意图；

图中：a-冷冻室，b-速冻室，c-机械室，m-第一热管传热系统，n-第二热管传热系统。

1-低温冰箱外壁，2-冷冻室a的内壁，3-冷冻室a的门，4-保温层，5-真空绝热层，6-速冻室b的门，7-速冻室b的内壁，8-隔板，9-出风口。

10-低温制冷机，11-回路热管，12-导冷板，13-重力虹吸热管，14-第一热管传热系统m中的槽道热管，15-第二热管传热系统n中的槽道热管，16-电加热片，17-温度传感器，18-控制器，19-风扇，20-水管，21-水泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1是本发明一种低温冰箱的箱体结构示意图，图2是本发明一种低温冰箱箱体结构的左视图。如图1和图2所示，本发明低温冰箱箱体分为冷冻室a、速冻室b和机械室c。其箱体结构包括低温冰箱外壁1、冷冻室a的内壁2、冷冻室a的门3、保温层4、真空绝热层5、速冻室b的门6、速冻室b的内壁7、隔板8以及出风口9，其中，低温冰箱外壁1与冷冻室a的内壁2之间，低温冰箱外壁1与速冻室b的内壁7之间，冷冻室a的内壁2与速冻室b的内壁7之间均设有保温层4和真空绝热层5，速冻室b的内壁7与机械室c相邻的壁 面之间设保温层4。

图3是实施例一：应用传热模块ⅰ的一种低温冰箱的内部结构示意图。本发明低温冰箱箱体分为冷冻室a、速冻室b和机械室c，且机械室c位于冷冻室a的下方。其制冷系统包括低温制冷机10、将低温制冷机10制取的冷量传输到冷冻室a的第一热管传热系统m以及将低温制冷机10制取的冷量传输到速冻室b的第二热管传热系统n。

第一热管传热系统m包括一根回路热管11、导冷板12以及传热模块ⅰ。其中，回路热管11的冷凝段缠绕在低温制冷机10的冷端上，其蒸发段与导冷板12连接。且回路热管11的补偿器表面贴电加热片16并使用温度传感器17和控制器18控制回路热管11的工作温度。传热模块ⅰ为一根重力虹吸热管13。其冷凝段与导冷板12连接，其蒸发段呈蛇形布置在冷冻室a的左侧、右侧以及后侧的内壁2上。导冷板12为高导热率固体材料，为铝或铜中的任意一种。回路热管11的蒸发段与导冷板12以及重力虹吸热管13的冷凝段与导冷板12的连接方式均为焊接或螺栓连接中的任意一种。

第二热管传热系统n为一根槽道热管15。槽道热管15的冷凝段与低温制冷机10的冷端通过螺栓连接，槽道热管15的蒸发段与速冻室b的内壁7连接。

低温制冷机10为斯特林制冷机、脉冲管制冷机以及g-m制冷机中的任意一种。

电加热片16为薄膜加热片、陶瓷加热片、ptc加热片、不锈钢加热片以及硅胶加热片中的任意一种。

回路热管11、重力虹吸热管13以及槽道热管15中的工质相同，且为甲烷、乙烷、丙烯以及氨中的任意一种。

低温制冷机10的机身布置于机械室c内，其冷端位于速冻室b内。低温制冷机10的散热系统包括出风扇19、冷却水管20以及水泵21均布置于机械室c内，冷却水管20与低温制冷机10上自带的冷却水接口相连。

本实施例一的工作原理：第一热管传热系统m工作，处于冷冻室a内的重力虹吸热管13蒸发段中的液态工质在流动过程中沿管路吸收冷冻室a内的热量而汽化。随着吸热的持续进行，气态工质越聚越多，并沿管路向上走，到达其冷凝段，在冷凝段内与导冷板12进行换热冷凝，重新变为液态工质。液态工质在重力作用下又回流至重力虹吸热管13的蒸发段中。如此循环工作，重力虹吸热管13便将冷冻室a内的热负荷qa传输到了导冷板12。回路热管11的蒸发段固定在导冷板12上，其内的液态工质吸收导冷板12的热量而汽化。气态工质在毛细作用下沿管路到达冷凝段，并在冷凝段放热，将热量传输给低温制冷机10的冷端后冷凝成液态工质，随后回流至回路热管11的蒸发段。如此循环，冷冻室a中的热负荷qa最终传输给了低温制冷机10。

第二热管传热系统n工作，槽道热管15蒸发段中的液态工质吸收速冻室b内的热量而汽化，气态工质到达其冷凝段，并在冷凝段与低温制冷机10的冷端换热冷凝，重新变为液态工质。液态工质在重力和毛细力的作用下回流至槽道热管15的蒸发段。如此循环，速冻室b中的热负荷qb传输给了低温制冷机10。由于速冻室b的容积相对较小，槽道热管15直接与低温制冷机10的冷端换热以及槽道热管自身换热速度快的特点，使得速冻室b降温速率快，能够实现速冻，满足某些场合下对材料的速冻需求。

低温制冷机10工作，最终将冷冻室a中的热负荷qa和速冻室b中的热负荷qb传输到环境。低温制冷机的工作原理因其类型不同而不同，在此不赘述。风扇 19转动，从机械室c底部引入空气对低温制冷机10进行冷却，之后空气再由出风口9排出。本实施例中的低温制冷机10还具有冷却水接口连接冷却水管20以及水泵21，对低温制冷机10进行冷却。

本实施例一的控温原理：回路热管11工作时，其补偿器和蒸发器内的工质均处于汽液两相饱和状态，工质的温度和压力相对应。回路热管11内的工质在沿管路流动过程中其压降非常小(通常小于1kpa)，与蒸发器内的蒸汽压力相比，压降可以忽略，因此，回路热管11补偿器内气态工质的压力与蒸发器内的蒸汽压力非常接近。在压-焓图中，甲烷、乙烷、丙烯以及氨工质的饱和蒸汽线上，压力的变化对温度不敏感，压力变化1kpa，温度几乎不变。因此通过调节回路热管11补偿器内工质的温度，可以调节其压力，进而调节回路热管11蒸发器内的蒸汽压力，相应地调节了蒸发器的工作温度。在低温冰箱控制器18上设定温度ts，温度传感器17检测到冷冻室a内的温度为t。若t<ts，控制器18控制电加热片16开始工作，对回路热管11的补偿器加热。补偿器内工质温度升高，相应地回路热管11蒸发器内的工质温度升高，回路热管11的工作温度升高。导冷板12温度随之升高，相应地重力虹吸热管13的工作温度升高，最终冷冻室a内的温度升高。直至t≥ts时，控制器18控制电加热片16停止工作，并启动低温制冷机10。使用回路热管控温比仅依靠低温制冷机动作控温精度高，温度波动小。

图4是实施例二：应用传热模块ⅱ的一种低温冰箱的内部结构示意图。如图4所示，第一热管传热系统m包括回路热管11、导冷板12和传热模块ⅱ。传热模块ⅱ为一根槽道热管14。槽道热管14的冷凝段与导冷板12连接，连接方式为焊接或螺栓连接中的任意一种，其蒸发段与冷冻室a的内壁2连接。处 于冷冻室a内的槽道热管14蒸发段中的液态工质吸收冷冻室a内的热量而汽化。气态工质向上走，到达槽道热管14的冷凝段，并在冷凝段与导冷板12换热冷凝，重新变为液态工质。液态工质在重力和毛细力的作用下回流至槽道热管14的蒸发段。如此循环工作，冷冻室a内的热负荷qa传输到了导冷板12。本实施例其它部分的结构和工作原理同实施例一，不再赘述。

图5是实施例三：应用传热模块ⅲ的一种低温冰箱的内部结构示意图。如图5所示，第一热管传热系统m包括回路热管11、导冷板12和传热模块ⅲ。传热模块ⅲ为一根重力虹吸热管13和一根槽道热管14。处于冷冻室a内的重力虹吸热管13和槽道热管14各自吸热放热循环工作，其工作原理分别同实施例一和实施例二。在重力虹吸热管13和槽道热管14的共同作用下，冷冻室a内的热负荷qa传输到了导冷板12。本实施例其它部分的结构和工作原理同实施例一和实施例二，不再赘述。

本发明低温冰箱应用新型低温制冷机无需润滑，解决了传统低温冰箱有油堵，故障率高等问题。并采用回路热管将冷量从低温制冷机的冷端快速高效地传输到冷冻室内的导冷板上，由于回路热管没有方向限制，使得低温制冷机与冷冻室之间的相对位置不受限，消除了直接应用重力虹吸热管传热的低温冰箱中低温制冷机必须位于冷冻室上方而带来的振动问题。且本发明低温冰箱通过控制回路热管的工作温度，进而实现对冷冻室的控温，解决了仅依靠低温制冷机的动作实现控温的低温冰箱中存在的控温精度低，温度波动大的问题。本发明低温冰箱还设有速冻室，以满足速冻需求。