[發明專利]具有節流功能的微型換熱器

有效

• 申請號: 201410044416.3
• 申請日: 2014-02-06
• 公開（公告）號: CN103759472A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 楊宇飛;周小平;楊宇翔
• 申請（專利權）人: 武漢微冷科技有限公司
• 主分類號: F25B39/00
• 分類號: F25B39/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種可用于微型蒸氣壓縮式制冷系統的微型換熱器，可在單一組件中完成制冷劑的節流以及相變換熱，既可作蒸發器用途，也可作冷凝器用途，以實現對流體的冷卻或加熱。本發明用于微型蒸氣壓縮式制冷系統中時，可有效減小系統的體積和質量，從而使得系統更加緊湊。

背景技術

本發明涉及真空擴散焊技術、分層實體制造技術(多層金屬薄片的真空擴散焊接)、光化學蝕刻技術、微型蒸氣壓縮式制冷技術以及緊湊型換熱器技術。

真空擴散焊是在高真空的條件下(真空度不低于10^-2托)，將要焊接的工件放在兩個壓板之間，在壓板上施加高壓壓力，同時將工件加熱到不高于材料的融化溫度，并保溫一定時間，通過相互接觸的工件表面上的分子或原子的擴散作用將工件焊合在一起。真空擴散焊的優點是不需要釬焊料或焊劑，兩個零件經真空擴散焊接后完全成為一個整體，原來兩個零件接觸的地方沒有相的分界面，也沒有任何氧化現象。因此可以對焊接后的零件進行再加工，就像是加工一個單一的零件一樣。真空擴散焊既可以實現同種金屬材料之間的焊接，也可以實現異種金屬材料之間的焊接，甚至可以實現金屬和陶瓷材料之間的焊接。

分層實體制造技術是采用多層薄板或箔片材料，根據兩種流體換熱的要求，在薄板上設計并加工成不同的流道后，多層疊起裝配并連接在一起，從而完成實體制造。層板間的連接方法有膠接、低溫釬焊或真空擴散焊等。前者適合于紙張、樹脂板等材料做造型的分層實體制造，后者適合于金屬做造型的實體制造。通過真空擴散焊技術將多層金屬換熱片連接在一起，可以實現不同金屬板片之間流道的自由設計，從而為構造高效、緊湊的換熱器創造條件。適合用做多層金屬薄片的真空擴散焊的材料有不銹鋼、鈦合金和鋁合金薄片等。

光化學蝕刻技術是采用照相制版技術在金屬表面形成光刻膠圖形，再用強氧化性腐蝕溶液，在材料上刻出高精度(誤差可小于±10μm)、復雜圖形的技術。光化學蝕刻是一種高質量、低成本的精密零件加工技術，尤其適合于在金屬薄板上蝕刻出供不同流體流動所需的流道，蝕刻深度可從幾十微米到幾毫米。

微型蒸氣壓縮式制冷系統由于具有制冷效率高、單位體積的制冷量大的優點，從而可以代替效率低、體積笨重的熱電制冷裝置，用于許多需要點對點冷卻的場合，如激光器冷卻、大功率電子元件冷卻、大功率芯片冷卻、便攜式人體冷卻等。微型制冷壓縮機的出現使得設計體積小巧、結構緊湊的微型蒸氣壓縮式制冷系統成為了可能，但僅僅做到壓縮機的微型化是不夠的，還需要配套的微型化的換熱器。

釬焊板式換熱器是一種緊湊型換熱器，用于普通制冷系統中時可有效減小系統的體積，但目前已有的釬焊板式換熱器的最小換熱量也在數千瓦以上。對于換熱量只有幾百瓦的微型制冷裝置來說，目前還沒有可供配套的換熱量在幾百瓦量級的板式換熱器可用。釬焊式板式換熱器一般采用銅或鎳作為釬焊劑。采用銅作釬焊劑的板式換熱器不能應用于對銅離子敏感的激光器冷卻場合，這是由于釬焊劑的銅離子溶于水，容易沉積在激光器的微通道熱沉中，從而造成激光器冷卻通道的堵塞。采用鎳作為釬焊劑的板式換熱器中不含銅離子，可用于激光器冷卻的場合，但是鎳釬焊板式換熱器的耐壓卻很小，一般小于1MPa。由于常規的壓縮機制冷系統的壓力很容易超過1MPa，因此采用鎳釬焊的板式換熱器極易因制冷系統的壓力過高而造成泄漏。由于釬焊板式換熱器的板片是通過沖壓模具成型的，而沖壓模具價格昂貴、開發周期長，因此其不適合針對微型制冷系統進行訂制加工。可見，釬焊板式換熱器不太適合微型制冷系統使用，急需開發一種新型的、高效緊湊的微型換熱器。

此外，當實現了換熱器的微型化以后，與之配套的節流裝置的微型化也是一個問題。在常規制冷系統中使用的電子膨脹閥、熱力膨脹閥和節流孔板等節流裝置由于接口尺寸和制冷量范圍均過大，難以和微型換熱器配合使用；毛細管雖可以和微型蒸發器配合使用，但是在采用焊接方法將毛細管連接到微型換熱器時難以操作，焊接質量難以保證，焊接過程中極易造成毛細管堵塞。

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發明內容

本發明的目的在于提供一種緊湊的節流-換熱一體化微型換熱器，以解決現有的換熱器應用于微型制冷系統中時存在的體積過大、換熱量不匹配和節流元件難以焊接的問題。

本發明是基于前述的光化學蝕刻技術，以及分層金屬薄片的真空擴散焊接技術來實現的：