一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器

1.本发明涉及冰箱蒸发器技术领域，尤其涉及一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器。


背景技术：

2.高质量的生物样本是基础和临床研究的重要来源，也是实现转化医学与精准医学的物质基础，更是作为重点发展领域被列入《“十四
·
五”生物经济发展规划》。大多数生物样本需要在-80℃
±
5℃的极低温环境下才能实现长期存储。
3.在传统超低温冰箱中蒸发器基本全部布置在冰箱的内壁保温层一侧，蒸发管路贴于内壁。热量的传递由冰箱内部的空气传递到冰箱内壁、内壁的热量再传递到蒸发器、再经由蒸发器内的制冷剂将热量带到设备外。由于制冷剂与箱体内空气之间存在多层换热，存在热阻大、换热效率底下的问题，需要增大换热温差。此时，要达到相同的制冷效果就需要更低的蒸发温度，蒸发压力也必须随之降低。这就使得蒸发器和冷凝器内的压力差增大、进而导致整个系统的制冷效率和cop双双降低。
4.同时，小型生物样本储存冰箱中下部和顶部距离较远，难以达到存储的极低温要求、冰箱的温度场分布不均，不同位置温度差大，蒸发器顶部空气循环受阻、换热能力不佳。
5.经对现有技术的文献检索发现，已有专利号为cn216845217u，名称为“一种超低温生物样本冷库蒸发器”的实用新型专利，通过上下两层多组铜管和多组回路u形蒸发排管组成一种导热性优良的超低温生物样本冷库蒸发器；但由于多排管设计，蒸发器高度偏高，上部易换热不佳、可能存在局部温度梯度过大的现象，且已有的适合低温生物样本库的蒸发器均为矩形结构设计，不适合安装布置在小型样本库的圆柱形主体区里。
6.因此，本领域的技术人员致力于开发一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，可以在小型样本库的圆柱形主体区里降低蒸发管与均温底板的接触热阻，增强空气与蒸发器的换热能力。


技术实现要素：

7.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何降低小型生物样本储存冰箱的热阻，提高换热效率。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，包括螺旋盘管、均温底板和槽间开孔平直翅片，其中，所述均温底板的上表面与所述螺旋盘管相连，所述均温底板的下表面设有多排槽间开孔平直翅片。
9.进一步地，所述螺旋盘管为等距螺旋管，所述螺旋盘管的管道为椭圆扁管或矩形管。
10.进一步地，所述均温底板的上表面设有与所述螺旋盘管等距的凹槽，所述螺旋盘管与所述凹槽配合后再采用焊接方式连接，所述螺旋盘管与所述均温底板的上表面紧密贴合。
11.进一步地，所述均温底板的下表面设有槽道，所述槽道的槽间形成所述槽间开孔平直翅片，所述槽间开孔平直翅片的根部设有贯穿孔。
12.进一步地，所述螺旋盘管为两组并联，第一根所述螺旋盘管的制冷剂从所述螺旋盘管的中心进入、边缘流出，第二根所述螺旋盘管的制冷剂从所述螺旋盘管的边缘进入、中心流出。
13.进一步地，所述螺旋盘管在制冷剂流入的一端与毛细管出口相连，在制冷剂流出的一端与压缩机入口相连，所述螺旋盘管与所述毛细管出口和所述压缩机入口通过焊接连接。
14.进一步地，所述圆盘式超低温蒸发器还包括支撑板和盖板，所述支撑板与所述均温底板通过螺栓连接，所述支撑板和所述盖板通过焊接连接。
15.进一步地，所述均温底板、所述盖板和所述支撑板之间的空间采用聚氨酯发泡形成隔热层。
16.进一步地，所述圆盘式超低温蒸发器还包括环形密封条，所述环形密封条安装在所述盖板与所述支撑板连接的位置。
17.进一步地，所述环形密封条为m形的硅橡胶圈。
18.本发明与现有的小型生物样本储存冰箱蒸发器相比，具有以下优点：
19.1、现有的蒸发器盘管与均温板之间接触热阻过大；本发明在均温底板顶部开与螺旋盘管尺寸相同的半椭圆槽或矩形槽，两者通过焊接连接，通过均温铝板与铜盘管在低温条件下的收缩率不同，使二者在工作时紧密贴合，减小间隙和接触热阻，从而使螺旋盘管与均温底板接触热阻大幅下降、二者温差的最大值小于0.5k。
20.2、现有的均温板底部与空气换热能力不佳，均温板底部空气热梯度较大；本发明在均温底板底部开槽道，槽间形成翅片，翅片根部开贯穿圆孔，开槽道对空气有导流作用，槽间翅片也增大了空气侧的换热面积，增强了热空气的自然对流、减少积聚，根部的贯穿圆孔使得不同槽道内空气得以掺混，减少了空气的热梯度，使空气有序流动，空气与蒸发器的换热能力大幅增强，均温底板表面空气温度梯度明显减小。
21.3、空气在试样储存筒筒体内自然循环时吸热从中间上升，均温板沿径向所需换热能力中间大、边缘小；本发明采用等距螺旋椭圆扁管或矩形管作为蒸发管，一根管的制冷剂从中间进入、边缘流出，另一根管的流向相反，制冷剂从边缘进入、中间流出，均温底板底部的槽道和翅片不是等距分布，而是“密-疏-密”的非等距分布，由于制冷剂在中等干度时换热能力最强，在低干度和极高干度的换热能力较弱，两根管子制冷剂流向相反可相互补偿换热能力；中心和边缘较密集的翅片强化均温底板中心和最外缘的换热效果，均温底板整体换热能力与负荷的匹配性增强。
22.4、内部环境与外界温差极大，空气渗入会造成筒体及蒸发器结霜，影响换热效果；本发明在蒸发器支撑板与盖板的连接处采用“m”形环形密封条，环形密封条中间的缝隙卡住试样储存筒筒体的边缘，蒸发器重量压在环形密封条传给筒壁，上侧实现密封，“m”形两边分别隔绝筒内和外界空气在两侧实现密封，内部冷空气不渗出、外界热空气不渗入，无结霜风险、内部温度波动小。
23.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
24.图1是本发明的一个较佳实施例的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器的整体装配后的仰视图；
25.图2是本发明的一个较佳实施例的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器的均温底板及底部开孔翅片的剖视图；
26.图3是本发明的一个较佳实施例的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器的螺旋盘管与均温底板配合后的俯视图；
27.图4是本发明的一个较佳实施例的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器的均温底板下方和槽间开孔平直翅片局部放大的仰视图；
28.图5是本发明的一个较佳实施例的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器的整体装配后的俯视图；
29.图6是是本发明的一个较佳实施例的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器的螺旋盘管整体结构示意图；
30.图7是是本发明的一个较佳实施例的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器的环形密封条的剖视图；
31.图8是是本发明的一个较佳实施例的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器的环形密封条与试样储存筒筒体的配合结构示意图；
32.其中，1-螺旋盘管，2-均温底板，3-槽间开孔平直翅片，4-支撑板，5-盖板，6-环形密封条，7-承重圈，8-试样储存筒筒体。
具体实施方式
33.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
34.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
35.如图6所示，本发明为一种提高传热效率的圆盘式超低温蒸发器结构设计，其特征在于，蒸发器的蒸发管为等距的螺旋盘管1，管道为椭圆扁管或矩形管，螺旋盘管1的中间为制冷剂入口，外侧为出口，由于热空气从中间上升、冷空气从边缘下降，这样的设计使得热空气与均温底板2换热时所对应的区域主要是中干度区换热系数大的制冷剂，冷却效果好。
36.如图2所示，水平安装的圆盘式超低温蒸发器均温底板2包括：上表面与螺旋盘管1等距且深度为螺旋盘管1短半轴(管道为椭圆扁管)或管高(管道为矩形管)的一半的槽，用于固定蒸发管的位置；下表面包括多排槽间开孔平直翅片3。
37.如图3所示，螺旋盘管1与均温底板2上方的凹槽配合后再采用焊接方式连接，让螺旋盘管1与均温底板2紧密贴合，形成一体化设备，减小空气间隙以达到减小局部热阻的目的，均温底板2为铝板，螺旋盘管1为铜管，二者在低温条件下的收缩率不同，使二者在工作时紧密贴合，减小间隙和接触热阻。螺旋盘管1在制冷剂流入一端接毛细管出口，在制冷剂流出一端接压缩机入口，通过焊接形式连接，连接管径不超过10mm。螺旋盘管1为两组并联，
第一根盘管的制冷剂从中心进入、边缘流出，第二根盘管的制冷剂从边缘进入、中心流出，换热能力相互补偿；在开机或极高负荷时可同时开启两组制冷系统，在中低负荷仅开启一组即可。
38.如图4所示，均温底板2中间打孔使得放置架的转动轴得以通过并起到定位的作用；均温底板2的底部翅片间距可根据不同制冷剂调节，一般为采取从中心到边缘的“密-疏-密”布置，密集翅片强化低干度和极高干度区的传热效果，翅片提高了空气侧换热面积，提高了换热性能；翅片间隙的通道起到了导流的作用，翅片根部的贯穿圆孔使得不同通道内的冷热空气互相掺混，减小了温度的不均匀性。
39.如图1和图5所示，支撑板4和盖板5通过焊接连接成一体，连接处套上环形密封条6；螺旋盘管1与均温底板2配合连接后的整体蒸发器与在底板上安装连接好的支撑板4和盖板5组成一体化结构；均温底板2、盖板5和支撑板4之间形成的空间采用聚氨酯发泡形成隔热层；在均温底板2的下方通过螺栓将均温底板2与支撑板4连接，并通过承重圈7将压力分散到整个底板；连接后的整体蒸发器安装在小型生物样本库的放置区外壳顶部，通过环形密封条6实现内外隔绝，减少漏热、防止结霜；均温底板2的大孔与盖板5的小孔为同心孔，轴肩与顶板贴合实现密封。
40.如图7所示，环形密封条6的结构为“m”形的硅橡胶圈，在超低温环境也可正常工作。
41.如图8所示，试样储存筒筒体8的边缘卡在环形密封条6中间的间隙里，隔绝内外空气，防止结霜，实现配合和密封。
42.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，包括螺旋盘管、均温底板和槽间开孔平直翅片，其中，所述均温底板的上表面与所述螺旋盘管相连，所述均温底板的下表面设有多排槽间开孔平直翅片。2.如权利要求1所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述螺旋盘管为等距螺旋管，所述螺旋盘管的管道为椭圆扁管或矩形管。3.如权利要求2所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述均温底板的上表面设有与所述螺旋盘管等距的凹槽，所述螺旋盘管与所述凹槽配合后再采用焊接方式连接，所述螺旋盘管与所述均温底板的上表面紧密贴合。4.如权利要求1所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述均温底板的下表面设有槽道，所述槽道的槽间形成所述槽间开孔平直翅片，所述槽间开孔平直翅片的根部设有贯穿孔。5.如权利要求1所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述螺旋盘管为两组并联，第一根所述螺旋盘管的制冷剂从所述螺旋盘管的中心进入、边缘流出，第二根所述螺旋盘管的制冷剂从所述螺旋盘管的边缘进入、中心流出。6.如权利要求5所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述螺旋盘管在制冷剂流入的一端与毛细管出口相连，在制冷剂流出的一端与压缩机入口相连，所述螺旋盘管与所述毛细管出口和所述压缩机入口通过焊接连接。7.如权利要求1所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述圆盘式超低温蒸发器还包括支撑板和盖板，所述支撑板与所述均温底板通过螺栓连接，所述支撑板和所述盖板通过焊接连接。8.如权利要求7所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述均温底板、所述盖板和所述支撑板之间的空间采用聚氨酯发泡形成隔热层。9.如权利要求7所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述圆盘式超低温蒸发器还包括环形密封条，所述环形密封条安装在所述盖板与所述支撑板连接的位置。10.如权利要求9所述的一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，其特征在于，所述环形密封条为m形的硅橡胶圈。

技术总结
本发明公开了一种强化自然对流的圆盘式超低温蒸发器，涉及冰箱蒸发器技术领域，包括螺旋盘管、均温底板和槽间开孔平直翅片，其中，所述均温底板的上表面与所述螺旋盘管相连，所述均温底板的下表面设有多排槽间开孔平直翅片。本发明可以在小型生物样本储存冰箱里降低蒸发管与均温底板的接触热阻，增强空气与蒸发器的换热能力，降低均温板底部空气的热梯度，同时具有良好的密封性能。同时具有良好的密封性能。同时具有良好的密封性能。


技术研发人员：雷睿 胡海涛 黄天骢 郭江悦 潘晨曦
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/10/7