本發(fā)明涉及制冷設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種低溫冰箱。

背景技術(shù)：

隨著低溫生物、低溫醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，低溫冰箱在生物分子、菌落、醫(yī)藥試劑、器官等樣本的實(shí)驗(yàn)及長期儲(chǔ)存中的應(yīng)用越來越多。

傳統(tǒng)的低溫冰箱大多采用復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其中的壓縮機(jī)需要潤滑油。而在低溫環(huán)境下，潤滑油易凝結(jié)，形成油堵，造成設(shè)備故障。新型低溫制冷機(jī)不需要任何形式的潤滑，消除了傳統(tǒng)低溫冰箱中常見的油堵故障；且在低溫溫區(qū)內(nèi)制冷效率更高，具有顯著的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，因此適宜作為低溫冰箱的冷源。

已有專利提出應(yīng)用新型低溫制冷機(jī)和重力虹吸熱管的新型低溫冰箱。由于重力虹吸熱管受重力影響，冷源必須位于熱源上方，導(dǎo)致新型低溫制冷機(jī)必須設(shè)置于冷凍室的上方，由此帶來振動(dòng)問題。低溫冰箱的容積越大，其所需的新型低溫制冷機(jī)的體積和重量也越大。這不僅增加了低溫冰箱的承重，而且低溫冰箱在持續(xù)工作過程中，低溫制冷機(jī)長期持續(xù)地振動(dòng)會(huì)對(duì)低溫冰箱的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部器件產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致故障。

而且目前的新型低溫冰箱僅依靠低溫制冷機(jī)的動(dòng)作對(duì)冰箱控溫，控溫精度低，溫度波動(dòng)大。

目前的低溫冰箱一般僅有冷凍室，功能單一，不能滿足某些場(chǎng)合下對(duì)實(shí)驗(yàn) 材料的速凍需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)低溫冰箱有油堵，故障率高以及新型低溫冰箱中低溫制冷機(jī)位于冷凍室上方帶來振動(dòng)對(duì)設(shè)備不利；僅依靠低溫制冷機(jī)控溫，控溫精度低，溫度波動(dòng)大；僅設(shè)冷凍室，功能單一等問題，本發(fā)明提出了一種低溫冰箱。本發(fā)明低溫冰箱無油堵，故障少；應(yīng)用回路熱管傳熱，消除了低溫制冷機(jī)必須置于冷凍室上方而帶來的振動(dòng)問題；使用回路熱管控溫，控溫精度高，溫度波動(dòng)??；設(shè)有速凍室，功能更齊全。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種低溫冰箱，包括箱體和制冷系統(tǒng)，其特征在于，箱體分為冷凍室a、速凍室b和機(jī)械室c，其箱體結(jié)構(gòu)包括低溫冰箱外壁1、冷凍室a的內(nèi)壁2、冷凍室a的門3、保溫層4、真空絕熱層5、速凍室b的門6、速凍室b的內(nèi)壁7、隔板8以及出風(fēng)口9，其中，低溫冰箱外壁1與冷凍室a的內(nèi)壁2之間，低溫冰箱外壁1與速凍室b的內(nèi)壁7之間，冷凍室a的內(nèi)壁2與速凍室b的內(nèi)壁7之間均設(shè)有保溫層4和真空絕熱層5，速凍室b的內(nèi)壁7與機(jī)械室c相鄰的壁面之間設(shè)保溫層4，該低溫冰箱制冷系統(tǒng)包括低溫制冷機(jī)10、將低溫制冷機(jī)10制取的冷量傳輸?shù)嚼鋬鍪襛的第一熱管傳熱系統(tǒng)m以及將低溫制冷機(jī)10制取的冷量傳輸?shù)剿賰鍪襜的第二熱管傳熱系統(tǒng)n；

所述第一熱管傳熱系統(tǒng)m包括至少一根回路熱管11、導(dǎo)冷板12以及傳熱模塊，其中，每根回路熱管11連接低溫制冷機(jī)10的冷端和導(dǎo)冷板12，且每根回路熱管11的補(bǔ)償器表面貼電加熱片16并使用溫度傳感器17和控制器18控 制每根回路熱管11的工作溫度，所述傳熱模塊連接導(dǎo)冷板12和冷凍室a的內(nèi)壁2，其具有三種實(shí)施方式，傳熱模塊ⅰ為至少一根重力虹吸熱管13，傳熱模塊ⅱ為至少一根槽道熱管14，傳熱模塊ⅲ包括至少一根重力虹吸熱管13和至少一根槽道熱管14；

所述第二熱管傳熱系統(tǒng)n包括至少一根槽道熱管15，每根所述槽道熱管15連接低溫制冷機(jī)10的冷端和速凍室b的內(nèi)壁7。

每根所述回路熱管11的冷凝段纏繞在低溫制冷機(jī)10的冷端上，每根所述回路熱管11的蒸發(fā)段與導(dǎo)冷板12連接；每根所述重力虹吸熱管13的冷凝段與導(dǎo)冷板12連接，每根所述重力虹吸熱管13的蒸發(fā)段呈蛇形布置在冷凍室a的內(nèi)壁2上；每根所述槽道熱管14的冷凝段與導(dǎo)冷板12連接，每根所述槽道熱管14的蒸發(fā)段與冷凍室a的內(nèi)壁2連接。

每根所述槽道熱管15的冷凝段與低溫制冷機(jī)10的冷端通過螺栓連接，每根所述槽道熱管15的蒸發(fā)段與速凍室b的內(nèi)壁7連接。

所述回路熱管11的蒸發(fā)段與導(dǎo)冷板12，所述重力虹吸熱管13的冷凝段與導(dǎo)冷板12，所述槽道熱管14的冷凝段與導(dǎo)冷板12的連接方式均為焊接或螺栓連接中的任意一種。

所述低溫制冷機(jī)10為斯特林制冷機(jī)、脈沖管制冷機(jī)以及g-m制冷機(jī)中的任意一種。

所述低溫制冷機(jī)10的機(jī)身位于機(jī)械室c內(nèi)，所述低溫制冷機(jī)10的冷端位于速凍室b內(nèi)。

所述電加熱片16為薄膜加熱片、陶瓷加熱片、ptc加熱片、不銹鋼加熱片以及硅膠加熱片中的任意一種。

所述回路熱管11、所述重力虹吸熱管13、所述槽道熱管14以及所述槽道熱管15中的工質(zhì)相同，且為甲烷、乙烷、丙烯以及氨中的任意一種。

所述導(dǎo)冷板12為高導(dǎo)熱率固體材料，為鋁或銅中的任意一種。

本發(fā)明的有益效果

(1)本發(fā)明低溫冰箱采用新型低溫制冷機(jī)解決了采用復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的低溫冰箱中壓縮機(jī)有油堵，導(dǎo)致故障率高的問題。

(2)本發(fā)明低溫冰箱采用回路熱管將冷量從低溫制冷機(jī)的冷端快速高效地傳輸?shù)嚼鋬鍪覂?nèi)的導(dǎo)冷板上。由于回路熱管沒有方向限制，使得低溫制冷機(jī)與冷凍室之間的相對(duì)位置不受限，消除了直接應(yīng)用重力虹吸熱管傳熱的低溫冰箱中低溫制冷機(jī)必須位于冷凍室上方而帶來的振動(dòng)問題。

(3)本發(fā)明低溫冰箱中的回路熱管通過在其補(bǔ)償器上貼電加熱片，控制其工作溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凍室的控溫。解決了僅依靠低溫制冷機(jī)的動(dòng)作控溫的低溫冰箱中存在的控溫精度低，溫度波動(dòng)大的問題。

(4)本發(fā)明低溫冰箱還設(shè)有速凍室，并應(yīng)用槽道熱管連接新型低溫制冷機(jī)的冷端和速凍室，使速凍室降溫迅速，以滿足速凍需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種低溫冰箱的箱體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種低溫冰箱箱體結(jié)構(gòu)的左視圖；

圖3是實(shí)施例一：應(yīng)用傳熱模塊ⅰ的一種低溫冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是實(shí)施例二：應(yīng)用傳熱模塊ⅱ的一種低溫冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是實(shí)施例三：應(yīng)用傳熱模塊ⅲ的一種低溫冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：a-冷凍室，b-速凍室，c-機(jī)械室，m-第一熱管傳熱系統(tǒng)，n-第二熱管傳熱系統(tǒng)。

1-低溫冰箱外壁，2-冷凍室a的內(nèi)壁，3-冷凍室a的門，4-保溫層，5-真空絕熱層，6-速凍室b的門，7-速凍室b的內(nèi)壁，8-隔板，9-出風(fēng)口。

10-低溫制冷機(jī)，11-回路熱管，12-導(dǎo)冷板，13-重力虹吸熱管，14-第一熱管傳熱系統(tǒng)m中的槽道熱管，15-第二熱管傳熱系統(tǒng)n中的槽道熱管，16-電加熱片，17-溫度傳感器，18-控制器，19-風(fēng)扇，20-水管，21-水泵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

圖1是本發(fā)明一種低溫冰箱的箱體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明一種低溫冰箱箱體結(jié)構(gòu)的左視圖。如圖1和圖2所示，本發(fā)明低溫冰箱箱體分為冷凍室a、速凍室b和機(jī)械室c。其箱體結(jié)構(gòu)包括低溫冰箱外壁1、冷凍室a的內(nèi)壁2、冷凍室a的門3、保溫層4、真空絕熱層5、速凍室b的門6、速凍室b的內(nèi)壁7、隔板8以及出風(fēng)口9，其中，低溫冰箱外壁1與冷凍室a的內(nèi)壁2之間，低溫冰箱外壁1與速凍室b的內(nèi)壁7之間，冷凍室a的內(nèi)壁2與速凍室b的內(nèi)壁7之間均設(shè)有保溫層4和真空絕熱層5，速凍室b的內(nèi)壁7與機(jī)械室c相鄰的壁 面之間設(shè)保溫層4。

圖3是實(shí)施例一：應(yīng)用傳熱模塊ⅰ的一種低溫冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明低溫冰箱箱體分為冷凍室a、速凍室b和機(jī)械室c，且機(jī)械室c位于冷凍室a的下方。其制冷系統(tǒng)包括低溫制冷機(jī)10、將低溫制冷機(jī)10制取的冷量傳輸?shù)嚼鋬鍪襛的第一熱管傳熱系統(tǒng)m以及將低溫制冷機(jī)10制取的冷量傳輸?shù)剿賰鍪襜的第二熱管傳熱系統(tǒng)n。

第一熱管傳熱系統(tǒng)m包括一根回路熱管11、導(dǎo)冷板12以及傳熱模塊ⅰ。其中，回路熱管11的冷凝段纏繞在低溫制冷機(jī)10的冷端上，其蒸發(fā)段與導(dǎo)冷板12連接。且回路熱管11的補(bǔ)償器表面貼電加熱片16并使用溫度傳感器17和控制器18控制回路熱管11的工作溫度。傳熱模塊ⅰ為一根重力虹吸熱管13。其冷凝段與導(dǎo)冷板12連接，其蒸發(fā)段呈蛇形布置在冷凍室a的左側(cè)、右側(cè)以及后側(cè)的內(nèi)壁2上。導(dǎo)冷板12為高導(dǎo)熱率固體材料，為鋁或銅中的任意一種。回路熱管11的蒸發(fā)段與導(dǎo)冷板12以及重力虹吸熱管13的冷凝段與導(dǎo)冷板12的連接方式均為焊接或螺栓連接中的任意一種。

第二熱管傳熱系統(tǒng)n為一根槽道熱管15。槽道熱管15的冷凝段與低溫制冷機(jī)10的冷端通過螺栓連接，槽道熱管15的蒸發(fā)段與速凍室b的內(nèi)壁7連接。

低溫制冷機(jī)10為斯特林制冷機(jī)、脈沖管制冷機(jī)以及g-m制冷機(jī)中的任意一種。

電加熱片16為薄膜加熱片、陶瓷加熱片、ptc加熱片、不銹鋼加熱片以及硅膠加熱片中的任意一種。

回路熱管11、重力虹吸熱管13以及槽道熱管15中的工質(zhì)相同，且為甲烷、乙烷、丙烯以及氨中的任意一種。

低溫制冷機(jī)10的機(jī)身布置于機(jī)械室c內(nèi)，其冷端位于速凍室b內(nèi)。低溫制冷機(jī)10的散熱系統(tǒng)包括出風(fēng)扇19、冷卻水管20以及水泵21均布置于機(jī)械室c內(nèi)，冷卻水管20與低溫制冷機(jī)10上自帶的冷卻水接口相連。

本實(shí)施例一的工作原理：第一熱管傳熱系統(tǒng)m工作，處于冷凍室a內(nèi)的重力虹吸熱管13蒸發(fā)段中的液態(tài)工質(zhì)在流動(dòng)過程中沿管路吸收冷凍室a內(nèi)的熱量而汽化。隨著吸熱的持續(xù)進(jìn)行，氣態(tài)工質(zhì)越聚越多，并沿管路向上走，到達(dá)其冷凝段，在冷凝段內(nèi)與導(dǎo)冷板12進(jìn)行換熱冷凝，重新變?yōu)橐簯B(tài)工質(zhì)。液態(tài)工質(zhì)在重力作用下又回流至重力虹吸熱管13的蒸發(fā)段中。如此循環(huán)工作，重力虹吸熱管13便將冷凍室a內(nèi)的熱負(fù)荷qa傳輸?shù)搅藢?dǎo)冷板12。回路熱管11的蒸發(fā)段固定在導(dǎo)冷板12上，其內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)吸收導(dǎo)冷板12的熱量而汽化。氣態(tài)工質(zhì)在毛細(xì)作用下沿管路到達(dá)冷凝段，并在冷凝段放熱，將熱量傳輸給低溫制冷機(jī)10的冷端后冷凝成液態(tài)工質(zhì)，隨后回流至回路熱管11的蒸發(fā)段。如此循環(huán)，冷凍室a中的熱負(fù)荷qa最終傳輸給了低溫制冷機(jī)10。

第二熱管傳熱系統(tǒng)n工作，槽道熱管15蒸發(fā)段中的液態(tài)工質(zhì)吸收速凍室b內(nèi)的熱量而汽化，氣態(tài)工質(zhì)到達(dá)其冷凝段，并在冷凝段與低溫制冷機(jī)10的冷端換熱冷凝，重新變?yōu)橐簯B(tài)工質(zhì)。液態(tài)工質(zhì)在重力和毛細(xì)力的作用下回流至槽道熱管15的蒸發(fā)段。如此循環(huán)，速凍室b中的熱負(fù)荷qb傳輸給了低溫制冷機(jī)10。由于速凍室b的容積相對(duì)較小，槽道熱管15直接與低溫制冷機(jī)10的冷端換熱以及槽道熱管自身換熱速度快的特點(diǎn)，使得速凍室b降溫速率快，能夠?qū)崿F(xiàn)速凍，滿足某些場(chǎng)合下對(duì)材料的速凍需求。

低溫制冷機(jī)10工作，最終將冷凍室a中的熱負(fù)荷qa和速凍室b中的熱負(fù)荷qb傳輸?shù)江h(huán)境。低溫制冷機(jī)的工作原理因其類型不同而不同，在此不贅述。風(fēng)扇 19轉(zhuǎn)動(dòng)，從機(jī)械室c底部引入空氣對(duì)低溫制冷機(jī)10進(jìn)行冷卻，之后空氣再由出風(fēng)口9排出。本實(shí)施例中的低溫制冷機(jī)10還具有冷卻水接口連接冷卻水管20以及水泵21，對(duì)低溫制冷機(jī)10進(jìn)行冷卻。

本實(shí)施例一的控溫原理：回路熱管11工作時(shí)，其補(bǔ)償器和蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)均處于汽液兩相飽和狀態(tài)，工質(zhì)的溫度和壓力相對(duì)應(yīng)?；芈窡峁?1內(nèi)的工質(zhì)在沿管路流動(dòng)過程中其壓降非常小(通常小于1kpa)，與蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽壓力相比，壓降可以忽略，因此，回路熱管11補(bǔ)償器內(nèi)氣態(tài)工質(zhì)的壓力與蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽壓力非常接近。在壓-焓圖中，甲烷、乙烷、丙烯以及氨工質(zhì)的飽和蒸汽線上，壓力的變化對(duì)溫度不敏感，壓力變化1kpa，溫度幾乎不變。因此通過調(diào)節(jié)回路熱管11補(bǔ)償器內(nèi)工質(zhì)的溫度，可以調(diào)節(jié)其壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)回路熱管11蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽壓力，相應(yīng)地調(diào)節(jié)了蒸發(fā)器的工作溫度。在低溫冰箱控制器18上設(shè)定溫度ts，溫度傳感器17檢測(cè)到冷凍室a內(nèi)的溫度為t。若t<ts，控制器18控制電加熱片16開始工作，對(duì)回路熱管11的補(bǔ)償器加熱。補(bǔ)償器內(nèi)工質(zhì)溫度升高，相應(yīng)地回路熱管11蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)溫度升高，回路熱管11的工作溫度升高。導(dǎo)冷板12溫度隨之升高，相應(yīng)地重力虹吸熱管13的工作溫度升高，最終冷凍室a內(nèi)的溫度升高。直至t≥ts時(shí)，控制器18控制電加熱片16停止工作，并啟動(dòng)低溫制冷機(jī)10。使用回路熱管控溫比僅依靠低溫制冷機(jī)動(dòng)作控溫精度高，溫度波動(dòng)小。

圖4是實(shí)施例二：應(yīng)用傳熱模塊ⅱ的一種低溫冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，第一熱管傳熱系統(tǒng)m包括回路熱管11、導(dǎo)冷板12和傳熱模塊ⅱ。傳熱模塊ⅱ為一根槽道熱管14。槽道熱管14的冷凝段與導(dǎo)冷板12連接，連接方式為焊接或螺栓連接中的任意一種，其蒸發(fā)段與冷凍室a的內(nèi)壁2連接。處 于冷凍室a內(nèi)的槽道熱管14蒸發(fā)段中的液態(tài)工質(zhì)吸收冷凍室a內(nèi)的熱量而汽化。氣態(tài)工質(zhì)向上走，到達(dá)槽道熱管14的冷凝段，并在冷凝段與導(dǎo)冷板12換熱冷凝，重新變?yōu)橐簯B(tài)工質(zhì)。液態(tài)工質(zhì)在重力和毛細(xì)力的作用下回流至槽道熱管14的蒸發(fā)段。如此循環(huán)工作，冷凍室a內(nèi)的熱負(fù)荷qa傳輸?shù)搅藢?dǎo)冷板12。本實(shí)施例其它部分的結(jié)構(gòu)和工作原理同實(shí)施例一，不再贅述。

圖5是實(shí)施例三：應(yīng)用傳熱模塊ⅲ的一種低溫冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，第一熱管傳熱系統(tǒng)m包括回路熱管11、導(dǎo)冷板12和傳熱模塊ⅲ。傳熱模塊ⅲ為一根重力虹吸熱管13和一根槽道熱管14。處于冷凍室a內(nèi)的重力虹吸熱管13和槽道熱管14各自吸熱放熱循環(huán)工作，其工作原理分別同實(shí)施例一和實(shí)施例二。在重力虹吸熱管13和槽道熱管14的共同作用下，冷凍室a內(nèi)的熱負(fù)荷qa傳輸?shù)搅藢?dǎo)冷板12。本實(shí)施例其它部分的結(jié)構(gòu)和工作原理同實(shí)施例一和實(shí)施例二，不再贅述。

本發(fā)明低溫冰箱應(yīng)用新型低溫制冷機(jī)無需潤滑，解決了傳統(tǒng)低溫冰箱有油堵，故障率高等問題。并采用回路熱管將冷量從低溫制冷機(jī)的冷端快速高效地傳輸?shù)嚼鋬鍪覂?nèi)的導(dǎo)冷板上，由于回路熱管沒有方向限制，使得低溫制冷機(jī)與冷凍室之間的相對(duì)位置不受限，消除了直接應(yīng)用重力虹吸熱管傳熱的低溫冰箱中低溫制冷機(jī)必須位于冷凍室上方而帶來的振動(dòng)問題。且本發(fā)明低溫冰箱通過控制回路熱管的工作溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凍室的控溫，解決了僅依靠低溫制冷機(jī)的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控溫的低溫冰箱中存在的控溫精度低，溫度波動(dòng)大的問題。本發(fā)明低溫冰箱還設(shè)有速凍室，以滿足速凍需求。