專(zhuān)利名稱(chēng)：微型微通道板翅式換熱器的制作方法

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明涉及一種具有微通道結(jié)構(gòu)的微型換熱器，例如，可作為蒸發(fā)器應(yīng)用于微型蒸汽壓縮循環(huán)冷水機(jī)中，也可用于微型液-液型換熱器。

　　背景技術(shù)：

　　微型換熱器是應(yīng)用很廣的一種特殊換熱器，例如可用于電子設(shè)備散熱和微型冷水機(jī)。冷水機(jī)是一類(lèi)用途非常廣泛的制冷裝置，它主要用于制取冷水，而冷水可作為空氣調(diào)節(jié)、設(shè)備散熱、模具控溫、電子元件冷卻、人體降溫、亞低溫冶療等應(yīng)用場(chǎng)合的冷源使用。微型冷水機(jī)可利用蒸汽壓縮式制冷原理工作，它主要由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件、蒸發(fā)器等部件組成，并采用制冷劑作為循環(huán)工質(zhì)。其蒸發(fā)器是制冷劑-水相變換熱器制冷劑在蒸發(fā)器其中一側(cè)的腔體中蒸發(fā)，吸收蒸發(fā)器另一側(cè)腔體中水的熱量，使水的溫度降低，由此得到制冷的產(chǎn)物，即冷水。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，比如制冷量小于500W的微環(huán)境降溫領(lǐng)域，要求冷水機(jī)的體積必須盡可能小，為此需要一種微型的蒸發(fā)器與之配套。考察目前冷水機(jī)中常用的一些蒸發(fā)器， 比如殼管式換熱品、套管式蒸發(fā)器和板式蒸發(fā)器等。殼管式蒸發(fā)器是一種體積龐大且笨重的蒸發(fā)器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型化和微型化。套管式蒸發(fā)器換熱系數(shù)較小，而且也有*小體積限制。不銹鋼釬焊板式蒸發(fā)器是目前比較緊湊的一種蒸發(fā)器，有望實(shí)現(xiàn)微型化，但釬焊板式蒸發(fā)器由于在生產(chǎn)過(guò)程中要使用釬焊劑，因此應(yīng)用仍然受到一定限制。不銹鋼釬焊板式蒸發(fā)器的釬焊劑有一般有兩種材料，一種是采用銅釬焊劑的，一種是采用鎳釬焊劑的。銅釬焊的板式蒸發(fā)器會(huì)在水中產(chǎn)生銅離子，因此對(duì)于某些對(duì)銅離子敏感的應(yīng)用場(chǎng)合不適用，比如激光器的冷卻水系統(tǒng)就要求不得含有銅離子。鎳釬焊的板式蒸發(fā)器雖然不會(huì)在水中產(chǎn)生銅離子，但其耐壓強(qiáng)度低于IMPa，如果制冷系統(tǒng)的壓力高于 IMPa則很容易造成冷媒泄漏，而實(shí)際上一般的制冷系統(tǒng)的壓力往往是大于IMPa的，因此鎳釬焊板式蒸發(fā)器的應(yīng)用也受到一定限制。綜上所述，既要實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器的微型化，又要求蒸發(fā)器必須耐腐蝕，為此必須尋找一種新式的蒸發(fā)器。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種微通道板翅式換熱器，其特征在于包括**板片，與**板片相對(duì)設(shè)置的第四板片，交替疊置在所述**板片和所述第四板片之間的多個(gè)第二板片和第三板片，其中每一個(gè)所述第二板片均是一面帶有冷卻流體微通道溝槽和冷卻流體導(dǎo)流肋而另一面為平面結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)所述第三板片均是一面帶有制冷劑微通道溝槽和制冷劑導(dǎo)流肋而另一面為平面結(jié)構(gòu)。

　　圖1是所述微型微通道板翅式換熱器的外觀(正面)；

　　圖2是所述微型微通道板翅式換熱器的外觀(背面)；

　　圖3是所述微型微通道板翅式換熱器的爆炸圖，顯示了各個(gè)板片的排列順序

　　圖4是所述微型微通道板翅式換熱器A板片的結(jié)構(gòu)；

　　圖5是所述微型微通道板翅式換熱器B板片的結(jié)構(gòu)；

　　圖6是所述微型微通道板翅式換熱器微通道的結(jié)構(gòu)；

　　圖7是所述微型微通道板翅式換熱器C板片的結(jié)構(gòu)；

　　圖8是所述微型微通道板翅式換熱器D板片的結(jié)構(gòu)；

　　圖9是微通道板翅式換熱器與外部制冷管路的連接方式。

　　具體實(shí)施例方式本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的換熱器、制冷裝置微型化難題，而提供的一種結(jié)構(gòu)緊湊、 體積小巧、換熱效率高、耐腐蝕的新型微通道板翅式換熱器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微通道板翅式換熱器采用多層金屬薄片構(gòu)成，在每層薄片上通過(guò)光化學(xué)蝕刻的方法形成尺寸在Imm以下的微通道，然后將具有微通道的薄片疊在一起，通過(guò)真空熱壓擴(kuò)散焊的方法形成層間分子級(jí)的結(jié)合，從而使所有薄片連接在一個(gè)整體，從而形成一個(gè)完整的蒸發(fā)器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器的外表面上有四個(gè)開(kāi)孔，分別是制冷劑進(jìn)口、制冷劑出口、水進(jìn)口、水出口。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器的板片具有微通道結(jié)構(gòu)。微通道具有換熱系數(shù)大的特點(diǎn)，因此體積雖小，換熱量卻很大。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器可全部由不銹鋼或鈦合金材料制成，因此具有很好的耐化學(xué)腐蝕的能力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器的板片之間通過(guò)真空擴(kuò)散焊而形成了分子級(jí)的連接，因此其密封效果好，耐壓強(qiáng)度高，工作壓力可達(dá)5MPa以上而無(wú)任何泄漏。同樣，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器在生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有采用任何焊劑，因此不會(huì)對(duì)水產(chǎn)生任何污染，是一種真正食品級(jí)的蒸發(fā)器。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用多個(gè)304不銹鋼板片，經(jīng)真空擴(kuò)散焊接后形成根據(jù)本發(fā)明的微型微通道板翅式換熱器。根據(jù)一個(gè)具體的實(shí)施例，每片不銹鋼板片的厚度不超過(guò)1. 2mm ；在一個(gè)典型實(shí)施例中，每片不銹鋼板片的厚度為0. 7mm。其中標(biāo)號(hào) 1-1為制冷劑進(jìn)口，1-2為制冷劑出口。圖2是圖1所示實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器從背面看的示意圖。其中2-1 為水進(jìn)口，2-2為水出口。圖3是圖1所示實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器的裝配爆炸圖，顯示了多個(gè)不銹鋼板片的排列順序。其一共由四種板片構(gòu)成A板片3-1、Β板片3-2、C板片3-3、D板片 3-4。每一個(gè)蒸發(fā)器只有1個(gè)A板片和1個(gè)D板片，但是通常有多個(gè)B板片和C板片。B板片和C板片均是一面帶有微通道、另一面為平面結(jié)構(gòu)，兩板片的微通道側(cè)和平面?zhèn)冉诲e(cuò)排列，成對(duì)布置，并可重復(fù)多次。B、C板片的微通道一面有微通道溝槽、分流通道、供流體流入的通道孔和流出的通道孔，而A、D板片上只有供流體流入和流出的通道孔。圖4顯示了圖3中所示的微型微通道板翅式換熱器的A板片3-1，它相當(dāng)于微型微通道板翅式換熱器的前蓋。其中標(biāo)號(hào)4-1是制冷劑進(jìn)口，4-2是制冷劑出口。圖5是圖3中所示的微型微通道板翅式換熱器的B板片3-2的結(jié)構(gòu)詳圖。其中標(biāo)號(hào)5-1是制冷劑進(jìn)口，5-3是制冷劑出口，5-2是水進(jìn)口，5-6是水出口，5-5是大體縱向平行排列的微通道溝槽，其剖面如圖6所示。微通道溝槽5-5所在的部分起主要的換熱作用。 標(biāo)號(hào)5-4是導(dǎo)流肋，用于對(duì)水進(jìn)行導(dǎo)流，將從水進(jìn)口 5-2流入的水均勻地分配到微通道溝槽 5-5中去，并將從微通道溝槽5-5中流出的水引導(dǎo)到出口 5-6中去。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)的實(shí)施例中，設(shè)置有圓形的凸臺(tái)5-7，其位于水進(jìn)、出口 5-2、5-6的邊緣，主要起焊接的承力點(diǎn)的作用，在進(jìn)行熱壓擴(kuò)散焊時(shí)可以承受層間壓力，避免出現(xiàn)層間坍塌而導(dǎo)致焊接不牢的現(xiàn)象。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微通道溝槽5-5結(jié)構(gòu)的剖切放大示意圖。在一個(gè)具體實(shí)施例中，微通道溝槽5-5是在0. 7mm厚的不銹鋼板上利用光或化學(xué)蝕刻的方法形成的，微通道溝槽5-5寬0. 35mm，深0. 35mm，在流體流動(dòng)方向呈平行排列。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的C板片3-3的結(jié)構(gòu)詳圖。其中標(biāo)號(hào)7-1是制冷劑進(jìn)口，7-3是制冷劑出口。7-2是水進(jìn)口，7-6是水出口。7-5是縱向平行排列的微通道溝槽，其剖面如結(jié)構(gòu)圖6所示。7-4是導(dǎo)流肋，用于對(duì)制冷劑進(jìn)行導(dǎo)流，將從7-1流入的制冷劑均勻地分配到微通道溝槽7-5中去，并將從微通道溝槽7-5中流出的制冷劑引導(dǎo)到出口 7-3中去。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)的實(shí)施例中，設(shè)置有圓形的凸臺(tái)7-7，其位于制冷劑進(jìn)、出口 7-1,7-3的邊緣，起焊接的承力點(diǎn)的作用。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的D板片3-4的結(jié)構(gòu)圖。D板片相當(dāng)于微型微通道板翅式換熱器的后蓋。圖8中標(biāo)號(hào)8-1是水進(jìn)口，8-2是水出口。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器在制冷系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，和制冷系統(tǒng)管路連接的示意圖。圖9中，標(biāo)號(hào)9-1是制冷劑進(jìn)管，9-2是制冷劑出管，9-3 是水進(jìn)管，9-4是水出管。在一個(gè)具體實(shí)施例中，A、B、C、D板片使用的是316不銹鋼，但也可以是其它金屬， 如304不銹鋼，鈦合金、鋁鎂合金等。在上述實(shí)施例中所描述的制冷劑和水是用于進(jìn)行換熱的兩種流體，但本發(fā)明不限于這兩種流體，換用其它任何兩種流體之間的換熱也屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明提供了一種緊湊、高效的微型微通道板翅型換熱器結(jié)構(gòu)，在相同換熱量條件下，大幅降低換熱器的體積和重量，既可用于微型制冷裝置，也可用于緊湊式微型換熱器，顯著降低換熱器的體積和重量，與傳統(tǒng)換熱器相比，具有很大的降低成本的潛力。以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，非因此局限本發(fā)明的保護(hù)范圍，故舉凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及圖示內(nèi)容所為的等效技術(shù)變化，均包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

　　權(quán)利要求

　　1.微通道板翅式換熱器，其特征在于包括 **板片(3-1)，與**板片(3-1)相對(duì)設(shè)置的第四板片(3-4)，交替疊置在所述**板片(3-1)和所述第四板片(3-4)之間的多個(gè)第二板片(3-2)和第三板片(3-3)， 其中每一個(gè)所述第二板片(3- 均是一面帶有冷卻流體微通道溝槽(5-5)和冷卻流體導(dǎo)流肋(5-4)而另一面為平面結(jié)構(gòu)，每一個(gè)所述第三板片(3- 均是一面帶有制冷劑微通道溝槽(7- 和制冷劑導(dǎo)流肋 (7-4)而另一面為平面結(jié)構(gòu)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1的微通道板翅式換熱器，其特征在于所述**板片(3-1)帶有制冷劑進(jìn)口(4-1)和制冷劑出口 0-2)， 所述第四板片(3-4)帶有冷卻流體進(jìn)口(8-1)和冷卻流體出口(8-2)， 所述第二板片(3- 帶有制冷劑進(jìn)口(5-1)、制冷劑出口(5-3)、冷卻流體進(jìn)口(5-2)、 冷卻流體出口(5-6)，所述第三板片(3- 帶有制冷劑進(jìn)口(7-1)、制冷劑出口(7-3)、冷卻流體進(jìn)口(7-2)、 冷卻流體出口 (7-6),

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2的微通道板翅式換熱器，其特征在于所述第二板片(3- 進(jìn)一步帶有大體縱向平行排列的所述冷卻流體微通道溝槽(5-5)，用于使冷卻流體通過(guò)， 所述冷卻流體導(dǎo)流肋(5-4)，用于對(duì)冷卻流體進(jìn)行導(dǎo)流，將從冷卻流體進(jìn)口(5-2)流入的冷卻流體均勻地分配到冷卻流體微通道溝槽(5-5)中去，并將從冷卻流體微通道溝槽 (5-5)中流出的冷卻流體引導(dǎo)到冷卻流體出口(5-6)， 所述第三板片(3- 進(jìn)一步帶有大體縱向平行排列的所述制冷劑微通道溝槽(7-5)，用于使制冷劑通過(guò)， 所述制冷劑導(dǎo)流肋(7-4)，用于對(duì)制冷劑進(jìn)行導(dǎo)流，將從制冷劑進(jìn)口(7-1)流入的制冷劑均勻地分配到所述制冷劑微通道溝槽(7-5)中去，并將從所述制冷劑微通道溝槽(7-5) 中流出的制冷劑引導(dǎo)到制冷劑出口(7-3)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3的微通道板翅式換熱器，其特征在于冷卻流體微通道溝槽(5- 和所述制冷劑微通道溝槽(7- 通過(guò)蝕刻的方法制成。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求3的微通道板翅式換熱器，其特征在于所述第二板片(3- 設(shè)置有圓形的凸臺(tái)(5-7)，所述凸臺(tái)(5-7)其位于所述冷卻流體進(jìn)口(5- 和所述冷卻流體出口(5-6)的邊緣，用于在進(jìn)行焊接時(shí)承受板片間壓力，避免出現(xiàn)板片間坍塌而導(dǎo)致焊接不牢的現(xiàn)象，所述第三板片(3- 設(shè)置有圓形的凸臺(tái)(7-7)，所述凸臺(tái)(7-7)其位于所述制冷劑進(jìn)口 (7-1)和所述制冷劑出口(7- 的邊緣，用于在進(jìn)行焊接時(shí)承受板片間壓力，避免出現(xiàn)板片間坍塌而導(dǎo)致焊接不牢的現(xiàn)象。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5的微通道板翅式換熱器，其特征在于所述焊接是真空熱壓擴(kuò)散焊接。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1的微通道板翅式換熱器，其特征在于**板片(3-1)、第四板片(3-4)、多個(gè)第二板片(3- 和第三板片(3- 經(jīng)過(guò)疊壓和焊接而加工成形。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1的微通道板翅式換熱器，其特征在于所述**板片(3-1)所帶有的制冷劑進(jìn)口(4-1)和制冷劑出口(4- 被設(shè)置在所述微通道板翅式換熱器的**對(duì)對(duì)角位置上，所述第四板片(3-4)所帶有的冷卻流體進(jìn)口(8-1)和冷卻流體出口(8- 被設(shè)置在所述微通道板翅式換熱器的第二對(duì)對(duì)角位置上，所述第二板片(3- 所帶有的制冷劑進(jìn)口(5-1)和制冷劑出口(5-3)以及所述第三板片(3- 所帶有的制冷劑進(jìn)口(7-1)和制冷劑出口(7- 被設(shè)置在所述**對(duì)對(duì)角位置上，所述第二板片(3- 所帶有的冷卻流體進(jìn)口(5- 和冷卻流體出口(5-6)以及所述第三板片(3- 所帶有的冷卻流體進(jìn)口(7- 和冷卻流體出口(7-6)被設(shè)置在所述第二對(duì)對(duì)角位置上。

　　全文摘要

　　本發(fā)明涉及一種具有板翅式微通道結(jié)構(gòu)的微型換熱器，可以作為一種結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、換熱效率高的新型高換熱密度的顯熱換熱器或者相變換熱器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，換熱器采用多層金屬薄片構(gòu)成，在每層薄片其中一面通過(guò)蝕刻的方法形成微通道結(jié)構(gòu)，另一面為平面結(jié)構(gòu)，將金屬薄片的平面?zhèn)扰c另一金屬薄片的微通道側(cè)疊壓在一起，即形成了板翅式微通道結(jié)構(gòu)。根據(jù)換熱量要求可以如此多層復(fù)合，并通過(guò)真空擴(kuò)散焊的方法在金屬層間形成分子級(jí)的結(jié)合，使所有薄片連接在一個(gè)整體，從而形成一個(gè)完整的換熱器。本發(fā)明可以解決換熱器及制冷裝置微型化難題。

　　文檔編號(hào)F28D9/00GKSQ

　　公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日

　　***廖翼兵, 楊宇飛, 楊波, 袁衛(wèi)星 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)

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