恒溫?fù)Q熱機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及換熱領(lǐng)域，具體涉及恒溫?fù)Q熱機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱機(jī)構(gòu)用于加熱、冷卻與精密恒溫控制有著廣泛的市場(chǎng)前景，應(yīng)用領(lǐng)域包括辦公與家居的舒適性空調(diào)，制藥、食品與化妝品領(lǐng)域的化學(xué)品及其制劑的穩(wěn)定性研究與儲(chǔ)存，生命科學(xué)領(lǐng)域的植物生長(zhǎng)試驗(yàn)、組織與微生物培養(yǎng)、種子發(fā)芽試驗(yàn)、昆蟲(chóng)與小動(dòng)物飼養(yǎng)以及化學(xué)農(nóng)藥的環(huán)境安全性評(píng)價(jià)，醫(yī)療與電子領(lǐng)域的潔凈手術(shù)室、生物潔凈實(shí)驗(yàn)室、潔凈車間與潔凈廠房，凍土工程領(lǐng)域的力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)室等。
[0003]如授權(quán)公告號(hào)為CN 203865252 U的專利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種恒溫箱，其包括:外箱，外箱上設(shè)置有箱門(mén)；內(nèi)箱，內(nèi)箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器；外箱和內(nèi)箱之間設(shè)置有包含風(fēng)機(jī)和加熱器的加熱單元；其中，外箱與內(nèi)箱之間設(shè)置有環(huán)繞于內(nèi)箱外側(cè)的空氣流道，在內(nèi)箱上開(kāi)有與空氣流道連通的通孔，使空氣流道內(nèi)的空氣能夠與內(nèi)箱內(nèi)的空氣對(duì)流?？諝饬鞯赖膶挾扰c內(nèi)箱的深度相等。加熱單元設(shè)置在外箱和內(nèi)箱之間的左下部，內(nèi)箱的上壁和下壁上分別設(shè)置有至少一排通孔，內(nèi)箱的左壁和右壁上分別設(shè)置有多個(gè)通孔陣列，其中，內(nèi)箱右臂的通孔陣列的行數(shù)沿空氣流動(dòng)的方向遞增。該恒溫箱采用強(qiáng)制對(duì)流方式來(lái)實(shí)現(xiàn)箱體內(nèi)部空間溫度的均勻傳熱。
[0004]如現(xiàn)有的空調(diào)，通常包括壓縮機(jī)，冷凝器，蒸發(fā)器，毛細(xì)管，風(fēng)機(jī)等組成的制冷系統(tǒng)，還包括由加熱元件和風(fēng)機(jī)等構(gòu)成的加熱系統(tǒng)。在制冷時(shí)，通過(guò)制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)來(lái)吸收熱量，使蒸發(fā)器周圍的空氣降溫，然后通過(guò)風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)吹入室內(nèi)空間來(lái)進(jìn)行降溫；在制熱時(shí)，通過(guò)熱栗冷凝器或輔助加熱元件加熱周邊的空氣，然后通過(guò)風(fēng)機(jī)將熱源周圍的熱風(fēng)吹入室內(nèi)空間，來(lái)進(jìn)行升溫。
[0005]如現(xiàn)有的冰箱，通常包括壓縮機(jī)，冷凝器，毛細(xì)管以及蒸發(fā)器等，蒸發(fā)器安裝在冰箱側(cè)壁或隔板內(nèi)，工作時(shí)，通過(guò)制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)作用來(lái)吸收熱量，從而實(shí)現(xiàn)降溫與低溫。
[0006]上述設(shè)備均通過(guò)換熱機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷或制熱，考慮成本因素，上述的恒溫箱和空調(diào)其熱源的換熱面積是有限的，在制熱時(shí)，通過(guò)增加熱源溫度和目標(biāo)溫度之間的溫差，采用強(qiáng)制對(duì)流方式來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制散熱并改善箱體內(nèi)部空間的溫度均勻度。顯而易見(jiàn)這種方式所能實(shí)現(xiàn)的溫度均勻度偏低，不能滿足高均勻度和高精度應(yīng)用的需求；對(duì)于熱栗空調(diào)，熱源與目標(biāo)溫度之間溫差較大時(shí)，還會(huì)降低熱栗空調(diào)的能效比，使得能耗增加。
[0007]上述的空調(diào)和冰箱在制冷時(shí)，蒸發(fā)器的溫度并不均勻，蒸發(fā)器表面的溫度會(huì)隨著管路布局及其管路中制冷劑的流動(dòng)與蒸發(fā)逐漸變化，將蒸發(fā)器看成一個(gè)換熱層，則該換熱層任意點(diǎn)的溫度不一致。同時(shí)受加工成本、換熱面積與蒸發(fā)器體積的限制，需增加冷源溫度和目標(biāo)溫度之間的溫差以實(shí)現(xiàn)滿足要求的換熱容量，從而導(dǎo)致溫度梯度的增加和控制精度下降；同樣由于冷源與目標(biāo)溫度之間較大的溫差，還會(huì)降低制冷系統(tǒng)的能效比，使得能耗增加?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型針對(duì)上述問(wèn)題，至少為了克服溫度波動(dòng)度與均勻度的兩個(gè)不足，提出了一種恒溫?fù)Q熱機(jī)構(gòu)。解決了現(xiàn)有技術(shù)溫度均勻性差和波動(dòng)度大的缺陷以及不能滿足高舒適性與波動(dòng)度、均勻度高要求的應(yīng)用場(chǎng)合的問(wèn)題。
[0009]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下:
[0010]一種恒溫?fù)Q熱機(jī)構(gòu)，包括用于容納換熱介質(zhì)的恒溫罐，所述恒溫罐具有出液口和回液口，還包括至少一根換熱管，所述換熱管具有一進(jìn)口和一出口，換熱管的進(jìn)口與恒溫罐的出液口連通，換熱管的出口與恒溫罐的回液口連通；換熱管中部彎折，形成兩個(gè)彎折部，兩個(gè)彎折部相互靠攏并確保充分傳熱，整體形成恒溫部；所述恒溫?fù)Q熱機(jī)構(gòu)還包括用于將換熱介質(zhì)送入換熱管內(nèi)的循環(huán)栗。
[0011]本申請(qǐng)所說(shuō)的“靠攏”，表示兩個(gè)彎折部相互緊貼或者留有一定的間隙，靠攏的目的是為了他們之間均勻的傳熱以確保均勻度。實(shí)際運(yùn)用中，根據(jù)對(duì)均勻度的需求以及實(shí)施的成本與便利程度確定是否緊貼或保留一定的間隙并填充確保均勻傳熱的材料。
[0012]首先通過(guò)恒溫罐來(lái)加熱或冷卻換熱介質(zhì)并使其達(dá)到溫度穩(wěn)定，然后通過(guò)換熱介質(zhì)在換熱管中的流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)環(huán)境進(jìn)行換熱，這種二級(jí)恒溫控制的方式，能夠有效改善波動(dòng)度，但是不能顯著改善均勻度。本申請(qǐng)中，兩個(gè)彎折部相互靠攏是為了確保充分傳熱，相互靠攏的兩個(gè)彎折部整體形成恒溫部，兩個(gè)彎折部任意對(duì)應(yīng)位置的溫度平均值均相同，即將恒溫部看成一個(gè)整體后，恒溫部上任意位置的溫度均相同，這種結(jié)構(gòu)形式能夠顯著改善溫度分布的均勻性。
[0013]結(jié)合二級(jí)恒溫控制和恒溫部，既能保證恒溫?fù)Q熱機(jī)構(gòu)具有較低的波動(dòng)度，同時(shí)具有較好的均勻性。
[0014]恒溫部的具體原理如下:在換熱管各處材料、密度、壁厚以及內(nèi)徑等完全相同的前提下，換熱管及其內(nèi)部流動(dòng)的換熱介質(zhì)，因?yàn)闊峤粨Q的存在，換熱管及換熱介質(zhì)的溫度會(huì)沿其流動(dòng)的方向均勻變化，這種特性使得換熱管中部彎折形成的兩個(gè)彎折部相互靠攏并確保充分傳熱后，兩個(gè)彎折部任意對(duì)應(yīng)位置處一個(gè)溫度高一個(gè)溫度低，通過(guò)充分傳熱和溫度互補(bǔ)，從而確保恒溫部任意位置的溫度完全相同。如換熱管的總長(zhǎng)度為20m，進(jìn)口溫度為22°C，出口為18°C，可以理解為換熱介質(zhì)每流動(dòng)前進(jìn)lm，溫度下降為(22-18) V /20m =0.2°C /m。將換熱管在10m處彎折，然后將換熱管的兩個(gè)彎折部相互靠攏并令其充分傳熱，恒溫部在換熱管彎折處的溫度為〗〗！:-^).〗！:/!!!※^)!!!) =20°C。同理，離開(kāi)換熱管進(jìn)口位置5m處的彎折部溫度為22°C-(0.2°C/mX5m) = 21°C ,離開(kāi)換熱管出口位置5m處的彎折部溫度為22°C -(0.2°C /mX15m) = 19°C，恒溫部在離開(kāi)換熱管出口位置5m處和進(jìn)口位置5m處的溫度為(19°C +21°C )/2 = 20°C。由此可以推論，恒溫部任意位置處的溫度均為20。。。
[0015]進(jìn)一步的，恒溫?fù)Q熱機(jī)構(gòu)還包括與恒溫罐出液口連通的出液總管，以及與恒溫罐回液口連通的回液總管；所述換熱管有結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)度完全相同的多根，各換熱管的進(jìn)口均與所述出液總管連通，各換熱管的出口均與所述回液總管連通；各換熱管的恒溫部相互間等間距布置構(gòu)成換熱面積更大的換熱層。
[0016]各換熱管的恒溫部相互間等間距均勻布置，各換熱管的進(jìn)口均與出液總管連通，出口均與回液總管連通，這種結(jié)構(gòu)可以無(wú)限增加換熱機(jī)構(gòu)的換熱面積，在確保出液總管與回液總管之間、各并聯(lián)連接的換熱管之間，其材料、密度、壁厚以及內(nèi)徑完全相同時(shí)，能夠確保各并聯(lián)連接的恒溫部任意位置的溫度基本相同，如此結(jié)構(gòu)的換熱管構(gòu)成的換熱層，其任意位置的溫度基本相同，實(shí)現(xiàn)了大面積換熱層溫度高度均勻的應(yīng)用需求。
[0017]進(jìn)一步的，所述恒溫部反復(fù)彎折，形成鋸齒形、連續(xù)S形或螺旋形，彎折后的恒溫部構(gòu)成溫度均勻的換熱層。
[0018]實(shí)際運(yùn)用時(shí)，為了確保更好的均勻度，恒溫部按照鋸齒形或連續(xù)S形彎折時(shí)，各重復(fù)部分的“Z”形或“S”形應(yīng)完全相同且間距一致；螺旋形折彎形成的各部分按照“同心圓”布置時(shí)的間距完全相同。
[0019]如果恒溫部的長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，因?yàn)楹銣夭咳我馕恢玫臏囟认嗤?，恒溫部反?fù)彎折構(gòu)成的更大面積的換熱層上任意位置的溫度也相同，這種結(jié)構(gòu)可以以另一種方式實(shí)現(xiàn)大面積換熱層溫度高度均勻的應(yīng)用需求。
[0020]進(jìn)一步的，恒溫?fù)Q熱機(jī)構(gòu)還包括:
[0021]換熱元件，用于向換熱介質(zhì)施加熱量或從換熱介質(zhì)吸收熱量，實(shí)現(xiàn)換熱介質(zhì)的升溫或降溫，保持換熱介質(zhì)的溫度恒定；
[0022]控制器，用于控制換熱元件工作；
[0023]溫度傳感器，用于探測(cè)恒溫罐內(nèi)換熱介質(zhì)的溫度信號(hào)，并將溫度信號(hào)傳送給控制器。
[0024]工作時(shí)，控制器根據(jù)溫度傳感器輸送的溫度信號(hào)控制換熱元件工作，使得換熱介質(zhì)的溫度向設(shè)定溫度靠攏并保持溫度恒定。
[0025]現(xiàn)有技術(shù)的換熱機(jī)構(gòu)的熱源或冷源本身溫度不穩(wěn)定，這會(huì)導(dǎo)致恒溫空間溫度的波動(dòng)度增加，而本申請(qǐng)通過(guò)加熱、制冷與恒溫控制方式首先將換熱介質(zhì)保持恒定溫度，然后再通過(guò)溫度恒定的換熱介質(zhì)在換熱