專利名稱：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?？疾炷壳袄渌畽C(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，而且也有最小體積限制。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)器會在水中產(chǎn)生銅離子，因此對于某些對銅離子敏感的應(yīng)用場合不適用，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)明的一個方面，提供了一種微通道板翅式換熱器，其特征在于包括第一板片，與第一板片相對設(shè)置的第四板片，交替疊置在所述第一板片和所述第四板片之間的多個第二板片和第三板片，其中每一個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，通過真空熱壓擴(kuò)散焊的方法形成層間分子級的結(jié)合，從而使所有薄片連接在一個整體，從而形成一個完整的蒸發(fā)器。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器的外表面上有四個開孔，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)明的一個實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器的板片之間通過真空擴(kuò)散焊而形成了分子級的連接，因此其密封效果好，耐壓強(qiáng)度高，工作壓力可達(dá)5MPa以上而無任何泄漏。同樣，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的微型微通道板翅式換熱器在生產(chǎn)過程沒有采用任何焊劑，因此不會對水產(chǎn)生任何污染，是一種真正食品級的蒸發(fā)器。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，采用多個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)一個具體的實(shí)施例，每片不銹鋼板片的厚度不超過1. 2mm ；在一個典型實(shí)施例中，每片不銹鋼板片的厚度為0. 7mm。其中標(biāo)號 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。每一個蒸發(fā)器只有1個A板片和1個D板片，但是通常有多個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排列，成對布置，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5-4是導(dǎo)流肋，用于對水進(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)明的一個的實(shí)施例中，設(shè)置有圓形的凸臺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，在流體流動方向呈平行排列。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的C板片3-3的結(jié)構(gòu)詳圖。其中標(biāo)號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)明的一個的實(shí)施例中，設(shè)置有圓形的凸臺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，和制冷系統(tǒng)管路連接的示意圖。圖9中，標(biāo)號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)明說明書及圖示內(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 第一板片(3-1)，與第一板片(3-1)相對設(shè)置的第四板片(3-4)，交替疊置在所述第一板片(3-1)和所述第四板片(3-4)之間的多個第二板片(3-2)和第三板片(3-3)， 其中每一個所述第二板片(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，其特征在于所述第一板片(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， 所述冷卻流體導(dǎo)流肋(5-4)，用于對冷卻流體進(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， 所述制冷劑導(dǎo)流肋(7-4)，用于對制冷劑進(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(5-7)，所述凸臺(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(7-7)，所述凸臺(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，其特征在于第一板片(3-1)、第四板片(3-4)、多個第二板片(3- 和第三板片(3- 經(jīng)過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，其特征在于所述第一板片(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第一對對角位置上，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對角位置上，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)置在所述第一對對角位置上，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)置在所述第二對對角位置上。
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，并通過真空擴(kuò)散焊的方法在金屬層間形成分子級的結(jié)合，使所有薄片連接在一個整體，從而形成一個完整的換熱器。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F28D9/00GK102494547SQ20111039227
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者廖翼兵, 楊宇飛, 楊波, 袁衛(wèi)星 申請人:北京航空航天大學(xué)