使用液體工質(zhì)的脈動冷管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種使用液體工質(zhì)的脈動冷管，包括脈管，脈管頂端為放熱端，脈管底端為制冷端；脈管的放熱端通過進(jìn)氣管連接有壓力波發(fā)生器，脈管放熱端設(shè)有用于將脈管熱量排到大氣環(huán)境的換熱器；脈管制冷端設(shè)有用于容納液態(tài)制冷劑的空腔，且脈管制冷端位于制冷區(qū)域；壓力波發(fā)生器在脈管內(nèi)產(chǎn)生四分之一波長的駐波壓力場，放熱端位于波腹，制冷端位于波節(jié)。本實(shí)用新型所采用的結(jié)構(gòu)使得采用液體制冷劑制作脈動冷管成為現(xiàn)實(shí)。由于液體工質(zhì)的比熱及相變潛熱相較氣體工質(zhì)均較大，因此本實(shí)用新型相比以往的脈管制冷機(jī)大大提高了制冷性能。在放熱端和制冷端之間設(shè)置多孔介質(zhì)材料作為回?zé)崞?，提高制冷效率?br> 【專利說明】使用液體工質(zhì)的脈動冷管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及制冷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種脈管制冷機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)熱管利用兩側(cè)相變的傳熱原理實(shí)現(xiàn)傳熱，將熱量從加熱端帶到冷凝端，是一種有效的均溫技術(shù)。其一般選用液態(tài)工質(zhì)，通過液體的蒸發(fā)吸熱及冷凝放熱的相變過程實(shí)現(xiàn)換熱。由于液體工質(zhì)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(jī)則是利用高低壓氣體對脈管空腔的充放氣過程獲得制冷效果。其一般選用氣體作為工質(zhì)，通過脈管內(nèi)部氣體活塞的往復(fù)運(yùn)動來調(diào)節(jié)脈管冷端質(zhì)量流與壓力波的相位。根據(jù)相位理論，當(dāng)脈管冷端壓力和速度同相時，制冷量最大；當(dāng)兩者正交(相位差90度)時，制冷量等于零。脈管制冷機(jī)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(chǎn)生冷量，但管壁泵熱功能有限，限制了其制冷性能的提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的以液體制冷劑為工質(zhì)的脈動冷管。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的使用液體工質(zhì)的脈動冷管包括脈管，脈管頂端為放熱端，脈管底端為制冷端；脈管的放熱端通過進(jìn)氣管連接有壓力波發(fā)生器，脈管放熱端設(shè)有用于將脈管熱量排到大氣環(huán)境的換熱器；脈管制冷端設(shè)有用于容納液態(tài)制冷劑的空腔，且脈管制冷端位于制冷區(qū)域；壓力波發(fā)生器在脈管內(nèi)產(chǎn)生四分之一波長的駐波壓力場，放熱端位于波腹，制冷端位于波節(jié)。
[0005]所述脈管內(nèi)于制冷端與放熱端之間填充有多孔介質(zhì)材料。
[0006]所述換熱器為水冷翅片式換熱器或風(fēng)冷翅片式換熱器。
[0007]所述壓力波發(fā)生器采用以下三種形式中的任一種:往復(fù)運(yùn)動的活塞裝置；壓力膜片；揚(yáng)聲器。
[0008]所述多孔介質(zhì)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、鋁材或者不銹鋼中的任一種。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)主要有:
[0011]①本實(shí)用新型所采用的結(jié)構(gòu)使得采用液體制冷劑制作脈動冷管成為現(xiàn)實(shí)。由于液體工質(zhì)的比熱及相變潛熱相較氣體工質(zhì)均較大，因此本實(shí)用新型相比以往的脈管制冷機(jī)大大提聞了制冷性能。
[0012]在放熱端和制冷端之間設(shè)置多孔介質(zhì)材料作為回?zé)崞?，提高制冷效率?br> [0013]②本實(shí)用新型相比傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，應(yīng)用范圍廣泛。低溫部(即制冷端)無運(yùn)動部件，運(yùn)行可靠。
[0014]③采用液體制冷劑作為工質(zhì)，相變潛熱較大，大大提高了制冷效率。
[0015]④脈管的材料可以使用傳熱效率較高的銅材、鋁材或者不銹鋼等，取材廣泛，易于加工。
[0016]⑤該脈動冷管放熱端主要根據(jù)壓力變化實(shí)現(xiàn)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(nèi)填充的多孔介質(zhì)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制冷端充注的液體工質(zhì)可以為常規(guī)制冷劑(如R410a或R22)，尤其是沸點(diǎn)受壓力影響較大和相變潛熱較大的制冷劑，無毒無害且取材方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中標(biāo)號I為壓力波發(fā)生器；標(biāo)號為進(jìn)氣管；標(biāo)號3為放熱端；標(biāo)號4為脈管；標(biāo)號5為制冷端；標(biāo)號6為制冷區(qū)域,標(biāo)號7為換熱器,標(biāo)號8為多孔介質(zhì)材料。

【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型的使用液體工質(zhì)的脈動冷管包括脈管4，脈管4頂端為放熱端3,脈管4底端為制冷端5 ;脈管4的放熱端3通過進(jìn)氣管2連接有壓力波發(fā)生器I,脈管4的放熱端3的空腔內(nèi)設(shè)有用于將脈管4內(nèi)的熱量送出的換熱器7 ;脈管4的制冷端5設(shè)有用于容納液態(tài)制冷劑的空腔，且脈管4的制冷端5位于制冷區(qū)域6 ;壓力波發(fā)生器I在脈管4內(nèi)產(chǎn)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，制冷端5位于波節(jié)。
[0021]所述制冷區(qū)域6為冰箱或者其他低溫冷藏冷凍室等需要低溫的場合。在使用時將制冷端5放置于制冷區(qū)域6處。
[0022]所述脈管4內(nèi)于制冷端5與放熱端3之間填充有多孔介質(zhì)材料8。
[0023]所述換熱器7為水冷翅片式換熱器或風(fēng)冷翅片式換熱器。
[0024]所述壓力波發(fā)生器I為現(xiàn)有技術(shù)，采用以下三種形式中的任一種:往復(fù)運(yùn)動的活塞裝置；壓力膜片；揚(yáng)聲器。壓力波發(fā)生器I用于在脈管4內(nèi)來產(chǎn)生四分之一波長的駐波壓力場。壓力波發(fā)生器I各種形式的具體結(jié)構(gòu)均為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。
[0025]所述多孔介質(zhì)材料8為泡沫銅、泡沫鋁或多孔陶瓷，也可以采用其他多孔材料。
[0026]所述脈管4的材料為銅材、鋁材或者不銹鋼中的任一種。
[0027]其中，制冷端5充注的制冷劑可以選擇R410a或R22等常規(guī)制冷劑，尤其是沸點(diǎn)受壓力影響較大和相變潛熱較大的制冷劑，根據(jù)制冷的目標(biāo)溫度適當(dāng)選取。
[0028]本實(shí)用新型中，制冷端5內(nèi)充注了液體制冷劑作為工質(zhì)，工作時將制冷端5至于制冷區(qū)域6 (需要制冷的場合)內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)該區(qū)域的制冷。
[0029]本實(shí)用新型的設(shè)計思路是:
[0030]本實(shí)用新型中的使用液體工質(zhì)的脈動冷管結(jié)合了熱管與脈管制冷機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用液體制冷劑作為工質(zhì)，利用液體在不同壓力下沸點(diǎn)不同的特性在不同的壓力相位處進(jìn)行相變制冷。通過壓力波發(fā)生器I在脈管4內(nèi)形成四分之一的駐波場，使脈管4內(nèi)的制冷端5處于波節(jié)，放熱端3位于波腹。在制冷端5填充的液體工質(zhì)在較低壓力下沸點(diǎn)較低，蒸發(fā)向上運(yùn)動至放熱端3，因壓力增大，沸點(diǎn)升高，在放熱端3冷卻放熱，冷卻液體流回制冷端5繼續(xù)蒸發(fā)吸熱。液體工質(zhì)不斷在脈管4兩端進(jìn)行吸熱放熱實(shí)現(xiàn)制冷效應(yīng)，其中制冷端5與放熱端3之間填充了多孔介質(zhì)，起到回?zé)崞鞯淖饔?，提高制冷效率。該脈動冷端低溫端(即制冷端5)無運(yùn)動部件，且采用液體工質(zhì)提高了制冷效率，可以運(yùn)用于冰箱，冷凍箱等需要制冷的設(shè)備中。
[0031]本實(shí)用新型在工作時，壓力波發(fā)生器I在脈管4內(nèi)形成四分之一波長的駐波場。在壓力波發(fā)生器I采用活塞裝置時，是依靠活塞的往復(fù)運(yùn)動形成駐波場的。在脈管4內(nèi)形成四分之一波長的駐波場，可以使放熱端3便于波腹，制冷端5位于波節(jié)。在制冷端5處預(yù)先充入了液體制冷劑作為工質(zhì)。制冷端5處在波節(jié)處，壓力較低，因而該處工質(zhì)的沸點(diǎn)較低。放熱端3處在波腹處，壓力較高，因而該處工質(zhì)的沸點(diǎn)較高。這樣，液體工質(zhì)會在制冷端5蒸發(fā)吸熱，蒸氣上升。工質(zhì)的蒸氣在通過多孔介質(zhì)材料8時,與多孔介質(zhì)材料8接觸,實(shí)現(xiàn)充分換熱。最終工質(zhì)的蒸氣在放熱端3由于壓力較大、沸點(diǎn)較高、蒸氣本身的溫度低于沸點(diǎn)溫度而進(jìn)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(zhì)后在重力的作用下自動流回至制冷端5。正是液體工質(zhì)不斷的蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱的過程中，制冷區(qū)域6內(nèi)的熱量被泵到了熱端，實(shí)現(xiàn)了制冷的效果。
[0032]以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.使用液體工質(zhì)的脈動冷管，包括脈管，其特征在于:脈管頂端為放熱端，脈管底端為制冷端；脈管的放熱端通過進(jìn)氣管連接有壓力波發(fā)生器，脈管放熱端設(shè)有用于將脈管熱量排到大氣環(huán)境的換熱器；脈管制冷端設(shè)有用于容納液態(tài)制冷劑的空腔，且脈管制冷端位于制冷區(qū)域；壓力波發(fā)生器在脈管內(nèi)產(chǎn)生四分之一波長的駐波壓力場，放熱端位于波腹，制冷端位于波節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用液體工質(zhì)的脈動冷管，其特征在于:所述脈管內(nèi)于制冷端與放熱端之間填充有多孔介質(zhì)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用液體工質(zhì)的脈動冷管，其特征在于:所述換熱器為水冷翅片式換熱器或風(fēng)冷翅片式換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的使用液體工質(zhì)的脈動冷管，其特征在于:所述壓力波發(fā)生器采用以下三種形式中的任一種:往復(fù)運(yùn)動的活塞裝置；壓力膜片；揚(yáng)聲器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用液體工質(zhì)的脈動冷管，其特征在于:所述多孔介質(zhì)材料為泡沫銅、泡沫招或多孔陶瓷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的使用液體工質(zhì)的脈動冷管，其特征在于:所述脈管的材料為銅材、鋁材或者不銹鋼中的任一種。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】沈超, 潘娜, 岳春麗, 李洪欣, 張琰鑫 申請人:鄭州大學(xué)