CN102494547B

CN102494547B - 微型微通道板翅式换热器

Info

Publication number: CN102494547B
Application number: CN201110392271.2A
Authority: CN
Inventors: 袁卫星; 杨宇飞; 廖翼兵; 杨波
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN102494547A

Abstract

本发明涉及一种具有板翅式微通道结构的微型换热器，可以作为一种结构紧凑、体积小巧、换热效率高的新型高换热密度的显热换热器或者相变换热器。根据本发明的一个实施例，换热器采用多层金属薄片构成，在每层薄片其中一面通过蚀刻的方法形成微通道结构，另一面为平面结构，将金属薄片的平面侧与另一金属薄片的微通道侧叠压在一起，即形成了板翅式微通道结构。根据换热量要求可以如此多层复合，并通过真空扩散焊的方法在金属层间形成分子级的结合，使所有薄片连接在一个整体，从而形成一个完整的换热器。本发明可以解决换热器及制冷装置微型化难题。

Description

微型微通道板翅式换热器

技术领域

本发明涉及一种具有微通道结构的微型换热器，例如，可作为蒸发器应用于微型蒸汽压缩循环冷水机中，也可用于微型液-液型换热器。

背景技术

微型换热器是应用很广的一种特殊换热器，例如可用于电子设备散热和微型冷水机。冷水机是一类用途非常广泛的制冷装置，它主要用于制取冷水，而冷水可作为空气调节、设备散热、模具控温、电子元件冷却、人体降温、亚低温冶疗等应用场合的冷源使用。微型冷水机可利用蒸汽压缩式制冷原理工作，它主要由压缩机、冷凝器、节流元件、蒸发器等部件组成，并采用制冷剂作为循环工质。其蒸发器是制冷剂-水相变换热器：制冷剂在蒸发器其中一侧的腔体中蒸发，吸收蒸发器另一侧腔体中水的热量，使水的温度降低，由此得到制冷的产物，即冷水。

在某些应用场合，比如制冷量小于500W的微环境降温领域，要求冷水机的体积必须尽可能小，为此需要一种微型的蒸发器与之配套。考察目前冷水机中常用的一些蒸发器，比如壳管式换热品、套管式蒸发器和板式蒸发器等。壳管式蒸发器是一种体积庞大且笨重的蒸发器，无法实现小型化和微型化。套管式蒸发器换热系数较小，而且也有最小体积限制。不锈钢钎焊板式蒸发器是目前比较紧凑的一种蒸发器，有望实现微型化，但钎焊板式蒸发器由于在生产过程中要使用钎焊剂，因此应用仍然受到一定限制。

不锈钢钎焊板式蒸发器的钎焊剂有一般有两种材料，一种是采用铜钎焊剂的，一种是采用镍钎焊剂的。铜钎焊的板式蒸发器会在水中产生铜离子，因此对于某些对铜离子敏感的应用场合不适用，比如激光器的冷却水系统就要求不得含有铜离子。镍钎焊的板式蒸发器虽然不会在水中产生铜离子，但其耐压强度低于1MPa，如果制冷系统的压力高于1MPa则很容易造成冷媒泄漏，而实际上一般的制冷系统的压力往往是大于1MPa的，因此镍钎焊板式蒸发器的应用也受到一定限制。

综上所述，既要实现蒸发器的微型化，又要求蒸发器必须耐腐蚀，为此必须寻找一种新式的蒸发器。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种微通道板翅式换热器，其特征在于包括：

第一板片，

与第一板片相对设置的第四板片，

交替叠置在所述第一板片和所述第四板片之间的多个第二板片和第三板片，

其中每一个所述第二板片均是一面带有冷却流体微通道沟槽和冷却流体导流肋而另一面为平面结构，

其中每一个所述第三板片均是一面带有制冷剂微通道沟槽和制冷剂导流肋而另一面为平面结构。

附图说明

图1是所述微型微通道板翅式换热器的外观(正面)；

图2是所述微型微通道板翅式换热器的外观(背面)；

图3是所述微型微通道板翅式换热器的爆炸图，显示了各个板片的排列顺序；

图4是所述微型微通道板翅式换热器A板片的结构；

图5是所述微型微通道板翅式换热器B板片的结构；

图6是所述微型微通道板翅式换热器微通道的结构；

图7是所述微型微通道板翅式换热器C板片的结构；

图8是所述微型微通道板翅式换热器D板片的结构；

图9是微通道板翅式换热器与外部制冷管路的连接方式。

具体实施方式

本发明是为了解决现有的换热器、制冷装置微型化难题，而提供的一种结构紧凑、体积小巧、换热效率高、耐腐蚀的新型微通道板翅式换热器。

根据本发明的一个实施例的微通道板翅式换热器采用多层金属薄片构成，在每层薄片上通过光化学蚀刻的方法形成尺寸在1mm以下的微通道，然后将具有微通道的薄片叠在一起，通过真空热压扩散焊的方法形成层间分子级的结合，从而使所有薄片连接在一个整体，从而形成一个完整的蒸发器。

根据本发明的一个实施例的微型微通道板翅式换热器的外表面上有四个开孔，分别是制冷剂进口、制冷剂出口、水进口、水出口。

根据本发明的一个实施例的微型微通道板翅式换热器的板片具有微通道结构。微通道具有换热系数大的特点，因此体积虽小，换热量却很大。

根据本发明的一个实施例的微型微通道板翅式换热器可全部由不锈钢或钛合金材料制成，因此具有很好的耐化学腐蚀的能力。

根据本发明的一个实施例的微型微通道板翅式换热器的板片之间通过真空扩散焊而形成了分子级的连接，因此其密封效果好，耐压强度高，工作压力可达5MPa以上而无任何泄漏。

同样，根据本发明的一个实施例的微型微通道板翅式换热器在生产过程没有采用任何焊剂，因此不会对水产生任何污染，是一种真正食品级的蒸发器。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，采用多个304不锈钢板片，经真空扩散焊接后形成根据本发明的微型微通道板翅式换热器。根据一个具体的实施例，每片不锈钢板片的厚度不超过1.2mm；在一个典型实施例中，每片不锈钢板片的厚度为0.7mm。其中标号1-1为制冷剂进口，1-2为制冷剂出口。

图2是图1所示实施例的微型微通道板翅式换热器从背面看的示意图。其中2-1为水进口，2-2为水出口。

图3是图1所示实施例的微型微通道板翅式换热器的装配爆炸图，显示了多个不锈钢板片的排列顺序。其一共由四种板片构成：A板片3-1、B板片3-2、C板片3-3、D板片3-4。每一个蒸发器只有1个A板片和1个D板片，但是通常有多个B板片和C板片。B板片和C板片均是一面带有微通道、另一面为平面结构，两板片的微通道侧和平面侧交错排列，成对布置，并可重复多次。B、C板片的微通道一面有微通道沟槽、分流通道、供流体流入的通道孔和流出的通道孔，而A、D板片上只有供流体流入和流出的通道孔。

图4显示了图3中所示的微型微通道板翅式换热器的A板片3-1，它相当于微型微通道板翅式换热器的前盖。其中标号4-1是制冷剂进口，4-2是制冷剂出口。

图5是图3中所示的微型微通道板翅式换热器的B板片3-2的结构详图。其中标号5-1是制冷剂进口，5-3是制冷剂出口，5-2是水进口，5-6是水出口，5-5是大体纵向平行排列的微通道沟槽，其剖面如图6所示。微通道沟槽5-5所在的部分起主要的换热作用。标号5-4是导流肋，用于对水进行导流，将从水进口5-2流入的水均匀地分配到微通道沟槽5-5中去，并将从微通道沟槽5-5中流出的水引导到出口5-6中去。在根据本发明的一个的实施例中，设置有圆形的凸台5-7，其位于水进、出口5-2、5-6的边缘，主要起焊接的承力点的作用，在进行热压扩散焊时可以承受层间压力，避免出现层间坍塌而导致焊接不牢的现象。

图6是根据本发明的一个实施例的微通道沟槽5-5结构的剖切放大示意图。在一个具体实施例中，微通道沟槽5-5是在0.7mm厚的不锈钢板上利用光或化学蚀刻的方法形成的，微通道沟槽5-5宽0.35mm，深0.35mm，在流体流动方向呈平行排列。

图7是根据本发明的一个实施例的C板片3-3的结构详图。其中标号7-1是制冷剂进口，7-3是制冷剂出口。7-2是水进口，7-6是水出口。7-5是纵向平行排列的微通道沟槽，其剖面如结构图6所示。7-4是导流肋，用于对制冷剂进行导流，将从7-1流入的制冷剂均匀地分配到微通道沟槽7-5中去，并将从微通道沟槽7-5中流出的制冷剂引导到出口7-3中去。在根据本发明的一个的实施例中，设置有圆形的凸台7-7，其位于制冷剂进、出口7-1、7-3的边缘，起焊接的承力点的作用。

图8是根据本发明的一个实施例的D板片3-4的结构图。D板片相当于微型微通道板翅式换热器的后盖。图8中标号8-1是水进口，8-2是水出口。

图9是根据本发明的一个实施例的微型微通道板翅式换热器在制冷系统中应用时，和制冷系统管路连接的示意图。图9中，标号9-1是制冷剂进管，9-2是制冷剂出管，9-3是水进管，9-4是水出管。

在一个具体实施例中，A、B、C、D板片使用的是316不锈钢，但也可以是其它金属，如304不锈钢，钛合金、铝镁合金等。

在上述实施例中所描述的制冷剂和水是用于进行换热的两种流体，但本发明不限于这两种流体，换用其它任何两种流体之间的换热也属本发明的保护范围。

本发明提供了一种紧凑、高效的微型微通道板翅型换热器结构，在相同换热量条件下，大幅降低换热器的体积和重量，既可用于微型制冷装置，也可用于紧凑式微型换热器，显著降低换热器的体积和重量，与传统换热器相比，具有很大的降低成本的潜力。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的保护范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims

1.微通道板翅式换热器，其特征在于包括：

第一板片（3-1），

与第一板片（3-1）相对设置的第四板片（3-4），

交替叠置在所述第一板片（3-1）和所述第四板片（3-4）之间的多个第二板片（3-2）和第三板片（3-3），

其中

每一个所述第二板片（3-2）均是一面带有冷却流体微通道沟槽（5-5）和冷却流体导流肋（5-4）而另一面为平面结构，

每一个所述第三板片（3-3）均是一面带有制冷剂微通道沟槽（7-5）和制冷剂导流肋（7-4）而另一面为平面结构，

所述第一板片（3-1）带有制冷剂进口（4-1）和制冷剂出口（4-2），

所述第四板片（3-4）带有冷却流体进口（8-1）和冷却流体出口（8-2），

所述第二板片（3-2）带有制冷剂进口（5-1）、制冷剂出口（5-3）、冷却流体进口（5-2）、冷却流体出口（5-6），

所述第三板片（3-3）带有制冷剂进口（7-1）、制冷剂出口（7-3）、冷却流体进口（7-2）、冷却流体出口（7-6），

所述第二板片（3-2）进一步带有：

大体纵向平行排列的所述冷却流体微通道沟槽（5-5），用于使冷却流体通过，

所述冷却流体导流肋（5-4），用于对冷却流体进行导流，将从冷却流体进口（5-2）流入的冷却流体均匀地分配到冷却流体微通道沟槽（5-5）中去，并将从冷却流体微通道沟槽（5-5）中流出的冷却流体引导到冷却流体出口（5-6），

所述第三板片（3-3）进一步带有：

大体纵向平行排列的所述制冷剂微通道沟槽（7-5），用于使制冷剂通过，

所述制冷剂导流肋（7-4），用于对制冷剂进行导流，将从制冷剂进口（7-1）流入的制冷剂均匀地分配到所述制冷剂微通道沟槽（7-5）中去，并将从所述制冷剂微通道沟槽（7-5）中流出的制冷剂引导到制冷剂出口（7-3），

所述第二板片（3-2）设置有圆形的凸台（5-7），所述凸台（5-7）其位于所述冷却流体进口（5-2）和所述冷却流体出口（5-6）的边缘，用于在进行焊接时承受板片间压力，避免出现板片间坍塌而导致焊接不牢的现象，

所述第三板片（3-3）设置有圆形的凸台（7-7），所述凸台（7-7）其位于所述制冷剂进口（7-1）和所述制冷剂出口（7-3）的边缘，用于在进行焊接时承受板片间压力，避免出现板片间坍塌而导致焊接不牢的现象，

冷却流体微通道沟槽（5-5）是在0.7mm厚的不锈钢板上利用光或化学蚀刻的方法形成的，冷却流体微通道沟槽（5-5）宽0.35mm，深0.35mm，在流体流动方向呈平行排列。

2.根据权利要求1的微通道板翅式换热器，其特征在于所述焊接是真空热压扩散焊接。

3.根据权利要求1的微通道板翅式换热器，其特征在于

第一板片（3-1）、第四板片（3-4）、多个第二板片（3-2）和第三板片（3-3）经过叠压和焊接而加工成形。

4.根据权利要求1的微通道板翅式换热器，其特征在于

所述第一板片（3-1）所带有的制冷剂进口（4-1）和制冷剂出口（4-2）被设置在所述微通道板翅式换热器的第一对对角位置上，

所述第四板片（3-4）所带有的冷却流体进口（8-1）和冷却流体出口（8-2）被设置在所述微通道板翅式换热器的第二对对角位置上，

所述第二板片（3-2）所带有的制冷剂进口（5-1）和制冷剂出口（5-3）以及所述第三板片（3-3）所带有的制冷剂进口（7-1）和制冷剂出口（7-3）被设置在所述第一对对角位置上，

所述第二板片（3-2）所带有的冷却流体进口（5-2）和冷却流体出口（5-6）以及所述第三板片（3-3）所带有的冷却流体进口（7-2）和冷却流体出口（7-6）被设置在所述第二对对角位置上。