CN114136046B - 一种车载高效绝热斯特林深低温冰箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载高效绝热斯特林深低温冰箱,该冰箱包括冰箱箱体、斯特林制冷机系统以及均温系统;冰箱箱体包括壳体和复合绝热层;复合绝热层内形成冷冻腔;复合绝热层包括由外向内依次设置的高温定型相变材料、多孔气凝胶材料、真空绝热板、多孔气凝胶材料以及低温定型相变材料;斯特林制冷机系统包括斯特林制冷机、斯特林制冷机冷指、电控模块以及散热风机;均温系统包括设置于冷冻腔内顶部的导热均温板和设置于冷冻腔内的低温脉动热管;导热均温板连接于斯特林制冷机冷指和低温脉动热管之间。上述冰箱具有体积小、保温效果好、制冷温区广、符合车载应用工况的特点,解决了现有斯特林低温冰箱在车载等小空间应用工况的绝热问题。
Description
技术领域
本发明涉及深低温冰箱技术领域,具体涉及一种车载高效绝热斯特林深低温冰箱。
背景技术
随着生物医疗行业的不断发展,越来越多的生物医药样品需要深低温存储,即在-70℃以下。目前,深低温冷链正在经历从无到有的过程,由于技术条件有限,缺乏“最后一公里”存储配送的车载深低温冰箱。
受限于车载工况,深低温冰箱对其几何尺寸有着极高的要求。目前主要有两类深低温冰箱,一种是常规的基于复叠式压缩循环的深低温冰箱,但受其制冷原理限制,结构复杂、体积大、温区窄,本质不适用车载工况;另一种是基于斯特林制冷机的深低温冰箱,但其体积也相对较大,绝热层通常由聚氨酯发泡材料构成,绝热效果较差,大多仅能够维持-30℃~-40℃的温度。
车载深低温冰箱需具备小型化、结构可靠、适应短时间断电等特征,对车载低温冰箱的结构设计,尤其是绝热结构设计,提出了更高的要求。因此,现有深低温冰箱因绝热材料具有体积大、保温性较差、温区窄的缺陷而不适用存放空间极其有限的车载工况。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种车载高效绝热斯特林深低温冰箱,该深低温冰箱具有体积小、保温效果好、制冷温区广、符合车载应用工况要求的特点,解决了现有斯特林低温冰箱在车载等小空间应用工况的绝热问题。
本发明采用以下具体技术方案:
一种车载高效绝热斯特林深低温冰箱,该冰箱包括冰箱箱体、斯特林制冷机系统以及均温系统;
所述冰箱箱体包括壳体和设置于所述壳体内侧面的复合绝热层;所述复合绝热层内形成冷冻腔;所述复合绝热层包括由外向内依次设置的高温定型相变材料、多孔气凝胶材料、真空绝热板、多孔气凝胶材料以及低温定型相变材料;
所述斯特林制冷机系统包括斯特林制冷机、斯特林制冷机冷指、电控模块以及散热风机;所述斯特林制冷机、所述散热风机以及所述电控模块均设置于所述冰箱箱体的顶部;所述斯特林制冷机冷指的顶部与所述斯特林制冷机连接,底部穿过所述复合绝热层后伸入所述冷冻腔内,用于将所述斯特林制冷机产生的冷量传入所述冷冻腔中;所述电控模块与所述斯特林制冷机和所述散热风机连接,用于调节所述斯特林制冷机和所述散热风机的运行功率;所述散热风机用于将所述斯特林制冷机产生的废热排出;
所述均温系统包括设置于所述冷冻腔内顶部的导热均温板和设置于所述冷冻腔内的低温脉动热管;所述导热均温板连接于所述斯特林制冷机冷指和所述低温脉动热管之间,所述导热均温板和所述低温脉动热管用于将所述斯特林制冷机冷指传入的冷量均布到所述冷冻腔中。
更进一步地,所述高温定型相变材料、所述多孔气凝胶材料、所述真空绝热板、所述多孔气凝胶材料以及所述低温定型相变材料依次粘接连接。
更进一步地,所述高温定型相变材料和所述低温定型相变材料均由低导热的多孔气凝胶材料复合低温蓄冷材料制备而成。
更进一步地,所述高温定型相变材料的相变温度高于所述低温定型相变材料的相变温度。
更进一步地,所述导热均温板采用金属材料制成。
更进一步地,所述导热均温板采用铜或铝制成。
有益效果:
本发明的车载高效绝热斯特林深低温冰箱采用斯特林制冷机作为深低温冰箱的冷源,并且冰箱箱体采用由外向内依次设置的高温定型相变材料、多孔气凝胶材料、真空绝热板、多孔气凝胶材料以及低温定型相变材料构成的复合绝热层,基于多层复合相变蓄冷方法的复合绝热层,当相变材料达到相变温度时,可在近似等温条件下吸收自身显热近百倍的热量,同时其导热系数较小,可以将冷冻腔到环境的整体大温差划分为多个小温差区域,显著减少系统漏热的驱动势差;复合绝热层能够将系统损失的冷量存储,在深低温冰箱短时间断电时可维持内部的温度稳定;复合绝热层选用多孔隙的气凝胶作为基质材料,将液化后的相变材料填充进气凝胶进行预封装,气凝胶的导热系数小于常规的聚氨酯材料,所以具有更优的绝热能力且厚度更小,解决了现有斯特林低温冰箱在车载等小空间应用工况的绝热问题。同时,本发明的车载高效绝热斯特林深低温冰箱将斯特林制冷机系统设置于冷冻腔的顶部,并在冷冻腔内设置均温系统,通过将斯特林制冷机系统设置于冰箱箱体的顶部,并将均温系统的导热均温板设置于冷冻腔内顶部,能够最大化冷冻腔内的自然对流效果,增强内部的温度均匀性,另外通过设置于冷冻腔内的低温脉动热管可将传入的冷量均布到冷冻腔中,实现冷冻腔内的温度均匀化,防止内部出现“冷点”,进而增加冷冻腔内部与环境之间的温差。
采用上述结构的车载高效绝热斯特林深低温冰箱具有体积小、保温效果好、制冷温区广、符合车载应用工况要求的特点,能够解决现有斯特林低温冰箱在车载等小空间应用工况的绝热问题。
附图说明
图1为本发明车载高效绝热斯特林深低温冰箱的结构示意图;
图2为图1中车载高效绝热斯特林深低温冰箱的复合绝热层的结构示意图。
其中,1-壳体,2-复合绝热层,3-冷冻腔,4-低温脉动热管,5-导热均温板, 6-斯特林制冷机冷指,7-电控模块,8-斯特林制冷机,9-散热风机,10-高温定型相变材料,11-真空绝热板,12-低温定型相变材料,13-多孔气凝胶材料
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
参考附图1和图2,本发明实施例提供了一种车载高效绝热斯特林深低温冰箱,该冰箱适用于对冰箱尺寸和绝热能力有严格要求的场合,尤其适用于车载工况;该冰箱包括冰箱箱体、斯特林制冷机8系统以及均温系统;
冰箱箱体包括壳体1和设置于壳体1内侧面的复合绝热层2;复合绝热层2 内形成冷冻腔3;如图2结构所示,复合绝热层2包括由外向内依次设置的高温定型相变材料10、多孔气凝胶材料13、真空绝热板11、多孔气凝胶材料13以及低温定型相变材料12,即,复合绝热层2为多层结构,以真空绝热板11为骨架,在真空绝热板11的两侧分别粘接多孔气凝胶材料13,并在一侧的多孔气凝胶材料13外侧粘接高温定型相变材料10,同时在另一侧的多孔气凝胶材料13 外侧粘接低温定型相变材料12,高温定型相变材料10粘接于壳体1的内侧面,而低温定型相变材料12的内侧形成冷冻腔3;
斯特林制冷机8系统包括斯特林制冷机8、斯特林制冷机冷指6、电控模块 7以及散热风机9;如图1结构所示,斯特林制冷机8、散热风机9以及电控模块7均设置于冰箱箱体的顶部;斯特林制冷机冷指6的顶部与斯特林制冷机8 连接,底部穿过复合绝热层2后伸入冷冻腔3内,用于将斯特林制冷机8产生的冷量传入冷冻腔3中;电控模块7与斯特林制冷机8和散热风机9连接,用于调节斯特林制冷机8和散热风机9的运行功率;散热风机9用于将斯特林制冷机8产生的废热排出,使废热进入外部环境;
均温系统包括设置于冷冻腔3内顶部的导热均温板5和设置于冷冻腔3内的低温脉动热管4;导热均温板5连接于斯特林制冷机冷指6和低温脉动热管4 之间,导热均温板5和低温脉动热管4用于将斯特林制冷机冷指6传入的冷量均布到冷冻腔3中;导热均温板5可以采用导热性能好的金属材料或其它材料制成,如:铜、铝等。
上述车载高效绝热斯特林深低温冰箱采用斯特林制冷机8作为深低温冰箱的冷源,具有结构简单、体积小、寿命长、效率高、绿色环保、制冷温区广、启动电流低等优点,适用于车载应用工况;
由于冰箱箱体采用由外向内依次设置的高温定型相变材料10、多孔气凝胶材料13、真空绝热板11、多孔气凝胶材料13以及低温定型相变材料12构成的复合绝热层2,当相变材料达到相变温度时,可在近似等温条件下吸收自身显热近百倍的热量,同时其导热系数较小,进而可以将冷冻腔3到环境的整体大温差划分为多个小温差区域,显著减少系统漏热的驱动势差;上述复合绝热层可将系统损失的冷量存储,在深低温冰箱短时间断电时,也可维持内部的温度稳定;选用多孔隙的气凝胶作为基质材料,将液化后的相变材料填充进气凝胶进行预封装,气凝胶的导热系数小于常规的聚氨酯材料,所以具有更优的绝热能力且厚度更小,在实现超高效绝热的同时可以减小冰箱的体积;
通过设置于冷冻腔3内的导热均温板5和低温脉动热管4可将斯特林制冷机冷指6传入的冷量均布到冷冻腔3中,采用一体化、均温性好、不受安装角度影响的低温脉动热管4将斯特林制冷机冷指6的冷量传递到整个冷冻腔3的内部,实现冷冻腔3内的温度均匀化,防止内部出现“冷点”,进而增加冷冻腔 3内部与环境之间的温差;同时,将斯特林制冷机冷指6与导热均温板5放置于冷冻腔3的顶部,能够最大化冷冻腔3内的自然对流效果,增强内部的温度均匀性。
采用上述结构的车载高效绝热斯特林深低温冰箱具有体积小、保温效果好、制冷温区广、符合车载应用工况要求的特点,能够解决现有斯特林低温冰箱在车载等小空间应用工况的绝热问题。
在实际制备复合绝热层2时,高温定型相变材料10、多孔气凝胶材料13、真空绝热板11、多孔气凝胶材料13以及低温定型相变材料12依次粘接连接。高温定型相变材料10和低温定型相变材料12均由低导热的多孔气凝胶材料13 复合低温蓄冷材料制备而成。高温定型相变材料10的相变温度高于低温定型相变材料12的相变温度。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种车载高效绝热斯特林深低温冰箱,其特征在于,包括冰箱箱体、斯特林制冷机系统以及均温系统;
所述冰箱箱体包括壳体和设置于所述壳体内侧面的复合绝热层;所述复合绝热层内形成冷冻腔;所述复合绝热层包括由外向内依次设置的高温定型相变材料、多孔气凝胶材料、真空绝热板、多孔气凝胶材料以及低温定型相变材料;
所述高温定型相变材料和所述低温定型相变材料均由低导热的多孔气凝胶材料复合低温蓄冷材料制备而成,即选用多孔隙的气凝胶作为基质材料,将液化后的相变材料填充进气凝胶进行预封装后得到;
所述高温定型相变材料的相变温度高于所述低温定型相变材料的相变温度;
所述斯特林制冷机系统包括斯特林制冷机、斯特林制冷机冷指、电控模块以及散热风机;所述斯特林制冷机、所述散热风机以及所述电控模块均设置于所述冰箱箱体的顶部;所述斯特林制冷机冷指的顶部与所述斯特林制冷机连接,底部穿过所述复合绝热层后伸入所述冷冻腔内,用于将所述斯特林制冷机产生的冷量传入所述冷冻腔中;所述电控模块与所述斯特林制冷机和所述散热风机连接,用于调节所述斯特林制冷机和所述散热风机的运行功率;所述散热风机用于将所述斯特林制冷机产生的废热排出;
所述均温系统包括设置于所述冷冻腔内顶部的导热均温板和设置于所述冷冻腔内的低温脉动热管;所述导热均温板连接于所述斯特林制冷机冷指和所述低温脉动热管之间,所述导热均温板和所述低温脉动热管用于将所述斯特林制冷机冷指传入的冷量均布到所述冷冻腔中;
所述高温定型相变材料、所述多孔气凝胶材料、所述真空绝热板、所述多孔气凝胶材料以及所述低温定型相变材料依次粘接连接。
2.如权利要求1所述的车载高效绝热斯特林深低温冰箱,其特征在于,所述导热均温板采用金属材料制成。
3.如权利要求2所述的车载高效绝热斯特林深低温冰箱,其特征在于,所述导热均温板采用铜或铝制成。
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