CN117751268A - 用于提高效率、简化充注/排放并降低制造成本的高可靠性微通道热管阵列 - Google Patents
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Abstract
提供了用于提供微通道阵列的系统和方法。在一些实施方案中，微通道阵列包括具有第一端和第二端的多个微通道；其中第一端和第二端中的至少一者允许多个微通道之间的流体连接。在一些实施方案中，微通道阵列包括用于多个微通道之间的流体连接的外部歧管。在一些实施方案中，微通道阵列包括用于多个微通道之间的流体连接的内部歧管。这可解决生产过程中良率低、性能一致性差的最大原因之一，同时简化生产、降低生产成本。
Description
相关申请
本申请主张2021年7月9日提交的序列号为63/220,368的临时专利申请的权益，所述临时专利申请的公开内容特此全部并入本案供参考。
技术领域
当前公开总体上涉及热管阵列。
背景技术
微通道热管/热虹吸管阵列通常由小挤压矩形通道组组成，通常为单毫米量级，其充有工作流体(制冷剂)并在每一端密封，使得每毫米尺度通道形成单独且独立的热管/热虹吸管。这些多通道阵列共同提供可扩展的传输能力，可与更大的单管/管道组件相媲美。此外，矩形通道的充注和排放，无论是单独的还是作为组件，都复杂、困难且重复性差。因此，需要改进的热管系统和方法。
发明内容
提供了用于提供微通道阵列的系统和方法。在一些实施方案中，微通道阵列包括具有第一端和第二端的多个微通道；其中第一端和第二端中的至少一者允许多个微通道之间的流体连接。在一些实施方案中，微通道阵列包括用于多个微通道之间的流体连接的外部歧管。在一些实施方案中，微通道阵列包括用于多个微通道之间的流体连接的内部歧管。这可解决生产过程中良率低、性能一致性差的最大原因之一，同时简化生产、降低生产成本。
在一些实施方案中，外部歧管包括具有孔的小直径管，孔的间隔/尺寸与微通道尺寸相匹配，以实现多个微通道之间的流体连接。
在一些实施方案中，外部歧管被钎焊至微通道挤出件以用于多个微通道之间的流体连接。
在一些实施方案中，外部歧管包括机械加工和/或冲压的端盖，所述端盖具有模制的隔离间隔件，所述隔离间隔件的尺寸被设计成容纳内部压力并允许工作流体在平行通道之间传输。
在一些实施方案中，外部歧管不包括诸如长直槽的应力集中特征部。
在一些实施方案中，外部歧管可以与微通道阵列的足够表面积界接。
在一些实施方案中，用于多个微通道之间的流体连接的内部歧管包括：切入内部通道之间的基底带中的狭槽，使每个端部上的最外通道壁不受干扰以用于密封。
在一些实施方案中，内部歧管经过以下一项或多项处理：压缩；冷焊；以及钎焊，以密封微通道阵列。
在一些实施方案中，微通道阵列还包括能够对所有多个微通道充注的充注端口。
本领域技术人员将了解本公开的范围并且在阅读与附图关联的优选实施方案的下列详细描述之后认识到本公开的额外的方面。
附图说明
并入本说明书中并形成本说明书的一部分的附图图示本公开的若干方面，并且与描述一起用于阐释本公开的原理。
图1A和图1B示出了根据一些实施方案的微通道挤出件；
图2A和图2B示出了根据一些实施方案的配合的歧管和挤出件的特写；
图3A和图3B示出了根据一些实施方案的具有集成歧管的压缩和焊接微通道；以及
图4A和图4B示出了根据一些实施方案的延伸的焊接/钎焊界面区域。
具体实施方式
下文阐述的实施方案表示使本领域技术人员实践实施方案的必要信息并且说明实践实施方案的最佳模式。在结合附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将理解本公开的概念并且将认识到本文中未特别提出的这些概念的应用。应了解这些概念和应用落入本公开和随附权利要求的范围内。
微通道热管/热虹吸管阵列通常由小挤压矩形通道组组成，通常为单毫米量级，其充有工作流体(制冷剂)并在每一端密封，使得每毫米尺度通道形成单独且独立的热管/热虹吸管。这些多通道阵列共同提供了可扩展的传输能力，可与更大的单管/管道组件相媲美。此外，矩形通道的充注和排放，无论是单独的还是作为组件，都复杂、困难且重复性差。
任何工作流体从阵列中的任何一个通道管到任何其他通道管的移动/平衡完全受到该制造过程的限制。这通常会导致阵列中管与管之间的制冷剂质量不平衡，从而导致通道之间的工作流体分布不均匀，即使可以适当地测量总制冷剂充注量。这种不均匀的分布通常会导致管与管之间出现局部溢流和烧毁情况，从而降低微通道组件的整体功能和效率。由于每个微通道管与阵列中的任何其他微通道管的固有隔离，这种充注不平衡极难检测，并且在最终组装后无法纠正。
避免上述因充注不平衡而导致的不良性能的传统解决方案是使用歧管来封闭和密封微通道阵列的一端来互连通道。微通道的一端使用传统的金属连接技术(例如冷焊或钎焊)进行密封。另一端附接到圆管(歧管)，制有沿着其长轴切开的狭槽，该狭槽的大小可以接受微通道阵列的仍然开放端的插入。将微通道阵列插入制好的狭槽中后，通过传统的钎焊或焊接密封边缘。在密封微通道阵列和歧管期间，歧管端部之一也被密封。歧管的另一端通常首先用于充注工作流体(制冷剂)，然后也以传统方式(钎焊、压接、焊接等)密封。歧管的开口侧还可以在密封过程中或在单独的过程中安装阀门或配件，以便于现场维修。该管可以位于热管/热虹吸管的冷凝器或蒸发器端。歧管允许流体在各个微通道之间移动，从而提高不均匀空间热负荷的效率。同时，工作流体通过歧管从一个管到另一个管的自由流动降低了热管/热虹吸管对过度充注或充注不足的敏感性。遗憾地是，这种缓解方法可能是一个昂贵的过程，但它确实在低压应用中提供了相当有效的解决方案。然而，在任何高压应用中，歧管与微通道界面处的方形狭槽几乎成为某个故障点。
提供了用于提供微通道阵列的系统和方法。在一些实施方案中，微通道阵列包括具有第一端和第二端的多个微通道；其中第一端和第二端中的至少一者允许多个微通道之间的流体连接。在一些实施方案中，微通道阵列包括用于多个微通道之间的流体连接的外部歧管。在一些实施方案中，微通道阵列包括用于多个微通道之间的流体连接的内部歧管。这可解决生产过程中良率低、性能一致性差的最大原因之一，同时简化生产、降低生产成本。
在一些实施方案中，本文公开的微通道阵列可以与具有主动制冷系统的隔热容器一起使用。另外的细节可在2020年12月28日提交的序列号为PCT/US2020/067172的国际专利申请中找到，所述国际专利申请的公开内容特此全部并入本案供参考；并且可在2020年12月28日提交的序列号为17/135,420的美国专利申请中找到，所述美国专利申请的公开内容特此全部并入本案供参考。这两个专利申请主张2019年12月26日提交的序列号为62/953,771的临时专利申请的优先权。
在一些实施方案中，控制方案包括美国专利申请公布US2013/0291555、美国专利申请公布US2015/0075184、美国专利号9,581,362、美国专利号10,458,683和美国专利号9,593,871中描述的控制方案中的一种或多种，它们通过引用并入本文。在一些实施方案中，热模块包括诸如美国专利号9,144,180中所描述的热泵，该专利通过引用并入本文。对于热量提取(即，热量接收)和热量排出，热模块可以包括例如热量接收系统(例如，热虹吸管、微通道阵列、或用于从主动冷却器的内部到TEC/热泵的冷侧传输热量的被动或主动热交换部件)和排热系统(例如，用于从TEC/热泵的热侧到周围环境传输热量的热虹吸管或其他主动或被动热交换部件)。
图1A和图1B示出了根据一些实施方案的微通道挤出件。图2A和图2B示出了根据一些实施方案的配合的歧管和挤出件的特写。外部歧管：小直径管，其孔的间距/尺寸与微通道尺寸和/或材料相匹配，然后钎焊到微通道挤出件上。
机械加工/冲压的端盖，所述端盖具有模制的隔离间隔件，所述隔离间隔件的尺寸被设计成容纳内部压力并允许工作流体在平行通道之间传输。
由于各个通道的尺寸小以及通道之间的内部网带，微通道阵列本身固有地能够支撑高内部压力。这些组件的失效模式几乎完全与挤压件两端的密封有关。传统的外部歧管和密封技术在中压到高压内部操作和存储条件下受到严重限制。为了解决这个问题，可以使用适当尺寸的管来创建外部歧管，该管的尺寸适合目标系统压力，并带有一系列集成孔。通过确保管道没有诸如长直槽的应力集中特征部，并且歧管可以与微通道阵列的足够表面积界接，可以轻松地对整个组件进行高压评级，而没有微通道阵列的歧管中的材料失效风险。
图3A和图3B示出了根据一些实施方案的具有集成歧管的压缩和焊接微通道。图4A和图4B示出了根据一些实施方案的延伸的焊接/钎焊界面区域。内部歧管：在内部通道之间的基底带上切出狭槽，使每个端部上的最外通道壁不受干扰以用于密封，然后压缩并冷焊或钎焊以密封。
由于各个通道的尺寸小以及通道之间的内部网带，微通道阵列本身固有地能够支撑高内部压力。这些组件的失效模式几乎完全与挤压件两端的密封有关。密封微通道热管/热虹吸管的最常见方法是沿其短轴(垂直于制冷剂再循环路径)对挤压件进行液压压缩。然后通过一种或多种工艺(冷焊、摩擦焊、钎焊、焊接、Tig/Mig焊等)密封压缩的微通道。该过程通常对于低压应用来说是足够的，但对于中压到高压应用来说是主要的失效模式。通过去除微通道阵列一端或两端的各个微通道端口之间的一小段网带，可用于密封的表面积显著增加，从而显著提高对中高内部压力的抵抗力。同时，这种方法将形成一个内部歧管，允许工作流体在各个室之间轻松迁移。这种歧管解决了生产过程中良率低、性能一致性差的最大原因之一，同时简化生产、降低生产成本。
在一些实施方案中，流体连接提高了效率，因为所有通道都是均衡的。由于不止一个通道会受到影响，因此突发故障更容易被检测到。在一些实施方案中，系统的充注更容易，因为可以使用管接头代替扁平接头。这也使得现场维修变得更加可能。
本领域的技术人员将认识到本公开的优选实施方案的改进和修改。所有这些改进和变化被认为在本文公开的概念和以下权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种微通道阵列，其包括：
具有第一端和第二端的多个微通道；
其中所述第一端和所述第二端中的至少一者允许所述多个微通道之间的流体连接。
2.根据权利要求1所述的微通道阵列，其还包括：
用于所述多个微通道之间的流体连接的外部歧管。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的微通道阵列，其中所述外部歧管包括具有孔的小直径管，所述孔的间隔/尺寸与微通道尺寸相匹配以用于所述多个微通道之间的流体连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的微通道阵列，其中所述外部歧管被钎焊至微通道挤出件以用于所述多个微通道之间的流体连接。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的微通道阵列，其中所述外部歧管包括机械加工和/或冲压的端盖，所述端盖具有模制的隔离间隔件，所述隔离间隔件的尺寸被设计成容纳内部压力并允许工作流体在平行通道之间传输。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的微通道阵列，其中所述外部歧管不包括诸如长直槽的应力集中特征部。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的微通道阵列，其中所述外部歧管能够与所述微通道阵列的足够表面积界接。
8.根据权利要求1所述的微通道阵列，其还包括：
用于所述多个微通道之间的流体连接的内部歧管。
9.根据权利要求8所述的微通道阵列，其中用于所述多个微通道之间的流体连接的所述内部歧管包括：切入内部通道之间的基底带中的狭槽，使每个端部上的最外通道壁不受干扰以用于密封。
10.根据权利要求9所述的微通道阵列，其中所述内部歧管经过以下一项或多项处理：压缩；冷焊；以及钎焊，以密封所述微通道阵列。
11.一种微通道阵列的制造方法，其包括：
提供具有第一端和第二端的多个微通道；
其中所述第一端和所述第二端中的至少一者允许所述多个微通道之间的流体连接。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
提供用于所述多个微通道之间的流体连接的外部歧管。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中所述外部歧管包括具有孔的小直径管，所述孔的间隔/尺寸与微通道尺寸相匹配以用于所述多个微通道之间的流体连接。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其还包括：
将所述外部歧管钎焊至微通道挤出件以用于所述多个微通道之间的流体连接。
15.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其还包括：
机械加工和/或冲压所述外部歧管的端盖，所述端盖具有模制的隔离间隔件，所述隔离间隔件的尺寸被设计成容纳内部压力并允许工作流体在平行通道之间传输。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中所述外部歧管不包括诸如长直槽的应力集中特征部。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中所述外部歧管能够与所述微通道阵列的足够表面积界接。
18.根据权利要求11所述的方法，其还包括：
提供用于所述多个微通道之间的流体连接的内部歧管。
19.根据权利要求18所述的方法，其还包括：
在所述内部歧管的内部通道之间的基底带中切出一个狭槽，使每个端部上的最外通道壁不受干扰以用于密封。
20.根据权利要求19所述的方法，其还包括：
以下一项或多项：压缩；冷焊；以及钎焊所述内部歧管以密封所述微通道阵列。
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