專利名稱：微通道換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及兩種流體之間以熱交換為目的的換熱部件；具體可以作為水和制冷工質(zhì)之間進(jìn)行熱能的傳遞的微通道換熱器。
背景技術(shù)：
目前，換熱器領(lǐng)域里，微通道換熱器由于體積、重量相對(duì)較小，能夠滿足緊湊式換熱器的要求，是當(dāng)今換熱器研究開發(fā)的新方向。但是現(xiàn)存的用于熱泵系統(tǒng)的微通道換熱器，幾乎都是用扁平鋁管型材加上制冷工質(zhì)和工作流體的進(jìn)出口來(lái)實(shí)現(xiàn)，僅限于制冷工質(zhì)和空氣之間的熱交換用的岔流型換熱器。 如專利申請(qǐng)?zhí)?00510012007. 6，200810115272. 0以及200510079932. 0中闡述的用于熱泵的微通道換熱器，均在扁平鋁管型材的基礎(chǔ)上加上實(shí)用新型人的想法或者構(gòu)成實(shí)物的實(shí)用新型。但上述三個(gè)實(shí)用新型存在著以下幾個(gè)問(wèn)題1.換熱扁平管為鋁管型材，型材的尺寸為定值。對(duì)于微通道的水力學(xué)直徑選擇有限制，很難選到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以后的鋁管型材。還有，目前受生產(chǎn)鋁管型材技術(shù)的限制，微通道之間的壁厚不能做到傳熱要求的尺寸(很薄)， 這樣使用扁平管為鋁管型材設(shè)計(jì)的微通道換熱器就不能成為微通道換熱器技術(shù)的方向。2. 制冷工質(zhì)通過(guò)的微通道和空氣通過(guò)的翅片之間由于采用的是釬焊，由此產(chǎn)生的熱阻問(wèn)題沒(méi)有解決。3.上述三個(gè)申請(qǐng)僅限于制冷工質(zhì)和空氣之間熱交換用的岔流型換熱器?？諝夂推渌ぷ髁黧w(比如水，不凍液，納米流體等)，由于強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)的不同，所需要的傳熱面積就不同，換熱器的結(jié)構(gòu)就完全不一樣?？諝獾膹?qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)比制冷工質(zhì)要小2個(gè)數(shù)量級(jí)，所以制冷工質(zhì)和空氣之間的熱交換用的岔流型換熱器需要把空氣側(cè)的傳熱面積設(shè)計(jì)得很大，因而換熱器的體積也就比較大。而水的強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)和制冷工質(zhì)相比小一個(gè)數(shù)量級(jí)左右，所以換熱器就可以設(shè)計(jì)得緊湊，提高換熱效率，節(jié)省材料。為解決上述問(wèn)題，中國(guó)專利申請(qǐng)CN102116M5A公開了一種微通道換熱器，其可以用于制冷工質(zhì)和工作流體(比如水，不凍液，納米流體等)之間的熱交換，可以用于熱泵熱水器，熱泵鍋爐(ATW (Air to Water))，地源 水源熱泵等熱泵系統(tǒng)以及廢熱熱源熱泵系統(tǒng)。 同時(shí)，其制冷工質(zhì)通道與流體通道以及兩者之間的隔層通過(guò)原子擴(kuò)散的方法結(jié)合，其沒(méi)有焊接產(chǎn)生的熱阻，單位體積中的傳熱面積大于七百。但是，該申請(qǐng)中，工作流體和制冷工質(zhì)微通道的結(jié)構(gòu)需要3層光蝕刻的金屬板片構(gòu)成，由于生產(chǎn)過(guò)程中的加工零件數(shù)增加，不利于低成本大批量進(jìn)行微通道換熱器的生產(chǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容為此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于現(xiàn)有微通道換熱器生產(chǎn)成本高的問(wèn)題，提供一種實(shí)現(xiàn)低成本的微通道換熱器。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的微通道換熱器，包括流體通道，所述流體通道的一端成型有工作流體入口和制冷工質(zhì)出口 ；另一端成型有工作流體流出口和制冷工質(zhì)入口，所述流體通道內(nèi)設(shè)有換熱段，所述換熱段由多個(gè)相互平行的制冷工質(zhì)通道與工作流體通道交替設(shè)置實(shí)現(xiàn)換熱，所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道成型于疊置結(jié)合連接的金屬板之間，相鄰金屬板的至少一個(gè)側(cè)面上交替成型有制冷工質(zhì)凹槽以及工作流體凹槽，所述金屬板經(jīng)過(guò)連接后，制冷工質(zhì)凹槽以及工作流體凹槽形成所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道。所述金屬板的一個(gè)側(cè)面交替成型有制冷工質(zhì)凹槽以及工作流體凹槽，所述金屬板
疊置結(jié)合連接。所述金屬板的一個(gè)側(cè)面交替成型有制冷工質(zhì)凹槽以及工作流體凹槽，另一個(gè)側(cè)面上成型有制冷工質(zhì)凹槽，所述金屬板具有工作流體凹槽的側(cè)面疊置結(jié)合連接形成換熱單元，多個(gè)換熱單元疊置結(jié)合連接形成所述換熱段。所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道的水力學(xué)直徑之比為1 :0. 25-15。所述制冷工質(zhì)通道的水力學(xué)直徑為0. 0675-0. 5mm ；所述工作流體微通道的水力學(xué)直徑為0. 125-lmm。所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道的截面為根據(jù)加工條件可以為任意幾何形狀； 優(yōu)選的，截面形狀為矩形，所述金屬板的厚度△為所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道之間的分隔壁厚度S的0.5-2. 5倍。所述金屬板厚度Δ為0. 19-0. 7mm。所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道之間的分隔壁厚度δ為0. 125-0. 5mm。所述金屬板的材質(zhì)相同，并通過(guò)固體原子擴(kuò)散方法將多層金屬板結(jié)合為整體。所述金屬板的材質(zhì)為不銹鋼、銅和鋁中的一種。圖4為微通道之間分隔壁厚度δ的變化和耐壓安全倍率之間的關(guān)系，根據(jù)圖4可以看出，當(dāng)金屬片的厚度Δ為δ最小取值的2倍時(shí)，按面A和面B固定計(jì)算得到對(duì)于所有的分隔隔壁厚度的取值范圍其耐壓安全倍率均在25倍以上，按面A固定面B自由計(jì)算得到對(duì)于所有的分隔隔壁厚度的取值范圍其耐壓的安全倍率在5倍以上。δ大于0.3以后，其耐壓的安全倍率的增加趨于平緩。因此，選取分隔壁厚度δ為0. 125-0. 5mm的金屬板耐壓強(qiáng)度能夠滿足。圖5表示了微通道之間分隔壁的厚度δ的變化和熱抵抗增加率之間的關(guān)系。根據(jù)圖5中表示的結(jié)果，當(dāng)金屬片的厚度△為δ最小取值的2倍時(shí)，微通道之間分隔壁的厚度δ的變化與熱抵抗增加率的增加呈線性關(guān)系，在分隔隔壁厚度δ為0. 125-0. 5mm的取值范圍內(nèi)，熱抵抗增加率最大為3. 3%。該熱抵抗增加率為傳熱設(shè)計(jì)中可以忽略不計(jì)的程度。本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型通過(guò)多個(gè)同樣結(jié)構(gòu)的金屬板相互疊置結(jié)合連接構(gòu)成微通道換熱器，相比于現(xiàn)有通過(guò)三種不同結(jié)構(gòu)形式的金屬板疊置形成的微通道換熱器，本實(shí)用新型的換熱器更適于批量生產(chǎn)，成本大大降低。優(yōu)選的，本實(shí)用新型的制冷工質(zhì)通道的水力學(xué)直徑為0. 0675-0. 5mm ；所述工作流體微通道的水力學(xué)直徑為0. 125-lmm。所述金屬板厚度Δ為0. 1125-0. 7mm。所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道之間的分隔壁厚度δ為0.125-0. 5mm。經(jīng)過(guò)對(duì)該金屬板的耐壓安全倍率以及熱抵抗增加率的數(shù)值模擬可以看出，上述取值范圍內(nèi)的金屬板既能滿足強(qiáng)度以及剛度的要求，同時(shí)只具有極小的熱阻，并且上述尺寸經(jīng)過(guò)生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，相比現(xiàn)有技術(shù)的換熱器微通道，其加工成本較低。
為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1是本實(shí)用新型的微通道換熱器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是形成微通道的換熱段截面圖；圖3是金屬板橫截面圖；圖4是微通道之間分隔壁厚度δ的變化和耐壓安全倍率之間的關(guān)系；圖5是微通道之間分隔壁厚度δ的變化和熱抵抗增加率之間的關(guān)系。圖中附圖標(biāo)記表示為1-工作流體入口 2-工作流體出口 3-制冷工質(zhì)出口 4-制冷工質(zhì)入口 5-換熱段6-金屬板11-制冷工質(zhì)通道12-工作流體通道61-制冷工質(zhì)凹槽62-工作流體凹槽。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖，使用以下實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步闡述。實(shí)施例1圖1為本實(shí)用新型的微通道換熱器，包括流體通道，所述流體通道的一端成型有工作流體入口 1和制冷工質(zhì)出口 3 ；另一端成型有工作流體出口 2和制冷工質(zhì)入口 4，所述流體通道內(nèi)設(shè)有換熱段5，所述換熱段5包括多個(gè)相互平行交替設(shè)置的制冷工質(zhì)通道11與工作流體通道12。低溫水從工作流體入口 1進(jìn)入換熱器，與從制冷工質(zhì)入口 4進(jìn)入的高溫高壓制冷工質(zhì)氣體在換熱段5處相變換熱以后，從工作流體流出口 2以中高溫水流出，而制冷工質(zhì)從制冷工質(zhì)出口 3以液體的狀態(tài)流出，實(shí)現(xiàn)該換熱器的換熱。如圖2所示，所述制冷工質(zhì)通道11與工作流體通道12成型于疊置結(jié)合連接的金屬板6之間，所述金屬板 6的一個(gè)側(cè)面交替成型有制冷工質(zhì)凹槽61以及工作流體凹槽62，另一個(gè)側(cè)面上成型有制冷工質(zhì)凹槽61，所述金屬板6的具有工作流體凹槽62的側(cè)面疊置結(jié)合連接形成換熱單元，所述金屬板6經(jīng)過(guò)疊置結(jié)合連接后，對(duì)置的兩個(gè)冷工質(zhì)凹槽61以及工作流體凹槽62分別形成所述制冷工質(zhì)通道11與工作流體通道12。多個(gè)所述換熱單元疊置結(jié)合連接形成所述換熱段5。本實(shí)施例中，所述微通道的截面為矩形，所述制冷工質(zhì)通道11與工作流體通道12 的水力學(xué)直徑之比為1 :2。作為另外的實(shí)施方式，所述微通道的截面還可以為圓形、橢圓形等任何一種可成型形狀。本實(shí)施例的所述制冷工質(zhì)通道11的水力學(xué)直徑為0. 5mm ；所述工作流體微通道12 的水力學(xué)直徑為1mm。成型所述制冷工質(zhì)通道11以及工作流體微通道12的金屬板6厚度以及制冷工質(zhì)通道11與工作流體微通道12之間的分隔壁厚度應(yīng)該是在能夠保證強(qiáng)度以及加工難度的條件下，厚度越小換熱效率越高。為了滿足上述條件，申請(qǐng)人經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，得到本實(shí)用新型的金屬板厚度△以及微通道的分隔壁厚度δ范圍值，如圖3所示。本實(shí)施例中，所述金屬板的厚度△為所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道之間的分隔壁厚度S的2倍。所述金屬板6厚度Δ為0. 7mm。所述制冷工質(zhì)通道11與工作流體通道12之間的分隔壁厚度δ為 0. 35mm0所述金屬板6的材質(zhì)相同，并通過(guò)固體原子擴(kuò)散方法將多層金屬板結(jié)合為整體。 本實(shí)施例中所述金屬板6的材質(zhì)為不銹鋼。實(shí)施例2本實(shí)施例中的微通道換熱器與實(shí)施例1中的基本一致，其區(qū)別點(diǎn)在于本實(shí)施例中的所述制冷工質(zhì)通道11的水力學(xué)直徑為0. 25mm ；所述工作流體微通道12的水力學(xué)直徑為0. 5mm。成型所述制冷工質(zhì)通道11以及所述工作流體微通道12的金屬板6厚度Δ為 0. 25mm。所述制冷工質(zhì)通道11與工作流體通道12之間的分隔壁厚度δ為0. 13mm。本實(shí)施例中所述金屬板6的材質(zhì)為銅。實(shí)施例3本實(shí)施例中的微通道換熱器與實(shí)施例1中的基本一致，其區(qū)別點(diǎn)在于本實(shí)施例中的所述制冷工質(zhì)通道11的水力學(xué)直徑為0. 0625mm ；所述工作流體微通道12的水力學(xué)直徑為0. 125mm。成型所述制冷工質(zhì)通道11以及所述工作流體微通道12的金屬板6厚度Δ為 0. 19mm。所述制冷工質(zhì)通道11與工作流體通道12之間的分隔壁厚度δ為0. 38mm。本實(shí)施例中所述金屬板6的材質(zhì)為鋁。實(shí)施例4本實(shí)施例中的微通道換熱器與實(shí)施例1中的基本一致，其區(qū)別點(diǎn)在于本實(shí)施例中的所述制冷工質(zhì)通道11的水力學(xué)直徑為0. 125mm ；所述工作流體微通道12的水力學(xué)直徑為0. 3mm。成型所述制冷工質(zhì)通道11以及所述工作流體微通道12的金屬板6厚度Δ為 0. 4mm。所述制冷工質(zhì)通道11與工作流體通道12之間的分隔壁厚度δ為0. 16mm。本實(shí)施例中所述金屬板6的材質(zhì)為銅。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種微通道換熱器，包括流體通道，所述流體通道的一端成型有工作流體入口(1) 和制冷工質(zhì)出口(3)；另一端成型有工作流體流出口(2)和制冷工質(zhì)入口(4)，所述流體通道內(nèi)設(shè)有換熱段(5)，所述換熱段(5)由多個(gè)相互平行的制冷工質(zhì)通道(11)與工作流體通道(12)交替設(shè)置實(shí)現(xiàn)換熱，其特征在于所述制冷工質(zhì)通道(11)與工作流體通道(12)成型于疊置結(jié)合連接的金屬板(6)之間， 相鄰金屬板(6)的至少一個(gè)側(cè)面上交替成型有制冷工質(zhì)凹槽(61)以及工作流體凹槽(62)， 所述金屬板(6)經(jīng)過(guò)疊置結(jié)合連接后，制冷工質(zhì)凹槽(61)以及工作流體凹槽(62)形成所述制冷工質(zhì)通道(11)與工作流體通道(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其特征在于所述金屬板(6)的一個(gè)側(cè)面交替成型有制冷工質(zhì)凹槽(61)以及工作流體凹槽(62)，所述金屬板(6)疊置結(jié)合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其特征在于所述金屬板(6)的一個(gè)側(cè)面交替成型有制冷工質(zhì)凹槽(61)以及工作流體凹槽(62)，另一個(gè)側(cè)面上成型有制冷工質(zhì)凹槽(61)，所述金屬板(6)具有工作流體凹槽(62)的側(cè)面對(duì)置疊置結(jié)合連接形成換熱單元，多個(gè)換熱單元疊置結(jié)合連接形成所述換熱段(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的微通道換熱器，其特征在于所述制冷工質(zhì)通道(11)與工作流體通道(12)的水力學(xué)直徑之比為1 :0. 25-15。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微通道換熱器，其特征在于所述制冷工質(zhì)通道(11)的水力學(xué)直徑為0. 0675-0. 5mm ；所述工作流體微通道(12)的水力學(xué)直徑為0. 125-lmm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微通道換熱器，其特征在于所述制冷工質(zhì)通道(11)與工作流體通道(12)的截面為矩形，所述金屬板(6)的厚度Δ 為所述制冷工質(zhì)通道(11)與工作流體通道(12)之間的分隔壁厚度δ的0.5-2. 5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微通道換熱器，其特征在于所述金屬板(6)厚度Δ為0. 19-0. 7mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微通道換熱器，其特征在于所述制冷工質(zhì)通道(11)與工作流體通道(12)之間的分隔壁厚度δ為0. 125-0. 5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的微通道換熱器，其特征在于所述金屬板(6)的材質(zhì)相同，并通過(guò)固體原子擴(kuò)散方法將多層金屬板結(jié)合為整體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微通道換熱器，其特征在于所述金屬板(6)的材質(zhì)為不銹鋼、銅和鋁中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微通道換熱器，包括流體通道，所述流體通道的一端成型有工作流體入口和制冷工質(zhì)出口；另一端成型有工作流體流出口和制冷工質(zhì)入口，所述流體通道內(nèi)設(shè)有換熱段，所述換熱段由多個(gè)相互平行的制冷工質(zhì)通道與工作流體通道交替設(shè)置實(shí)現(xiàn)換熱，所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道成型于疊置結(jié)合連接的金屬板之間，相鄰金屬板至少一個(gè)側(cè)面上交替成型有制冷工質(zhì)凹槽以及工作流體凹槽，所述金屬板疊置結(jié)合連接后，冷工質(zhì)凹槽以及工作流體凹槽分別形成所述制冷工質(zhì)通道與工作流體通道。該微通道換熱器通過(guò)多個(gè)同樣結(jié)構(gòu)的金屬板相互疊置結(jié)合連接而成，相比于現(xiàn)有微通道換熱器，本實(shí)用新型的換熱器更適于批量生產(chǎn)，成本大大降低。
文檔編號(hào)F25B39/00GK202281422SQ20112039628
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者王凱建, 石景禎 申請(qǐng)人:杭州沈氏換熱器有限公司