專利名稱：緊湊型換熱器用微通道及其原子擴散結合制造方法
技術領域：
本發明涉及一種緊湊型微通道換熱器的制造方法，具體涉及用 擴散結合技術制造用于熱泵熱水器，熱泵鍋爐以及地熱熱泵中使用的冷凝 器，氣體冷卻器或者蒸發器的緊湊型微通道換熱器，屬于生產技術領域。
背景技術：
熱泵熱水器，熱泵鍋爐以及地熱熱泵使用的換熱器中，目前普 遍用銅管來制造(套管式，外纏式，鑲嵌式等)。用銅管制造的換熱器， 存在有體積大，使用銅管量多，單位體積中換熱面積少等問題，直接造成 了資源消耗量大，建筑面積和空間的利用率小，使用制冷工質多等問題。 為了解決銅管制造的換熱器所帶來的問題，板式換熱器被看好，現在開始 逐漸在一些熱泵熱水器，熱泵鍋爐以及地熱熱泵中使用。板式換熱器，一 般用不銹鋼來制造，在同樣換熱能力的條件下，和用銅管來制造的換熱器 比較，重量和體積都大約可以減少一半以上，成為目前研究開發的一個方 向。盡管板式換熱器克服了用銅管制換熱器的一些問題，可是依然沒有達 到緊湊式換熱器的要求，即每一立方米中的換熱面積要達到七百以上。同 時，板式換熱器的強制對流換熱系數小，通道中增強傳熱用翅片和通道材 料之間的熱阻大，各個流道中流體分布不均勻等問題亟待解決。
研究開發微通道換熱器，作為今后板式換熱器替代物，已成為換熱器 研究開發中的一個新的方向。在同樣換熱能力的條件下，微通道換熱器相 對于板式換熱器具有體積更小，重量更輕(體積和重量對于板式換熱器， 可以再減少一半以上)，能夠達到緊湊式換熱器的要求。但是，如何實現 換熱器微通道的尺寸滿足傳熱，換熱的設計要求，如何消除傳熱，換熱過 程中的熱阻，這對微通道換熱器的制造方法提出了新的要求。微通道的制造方法，在專利申請號200510012007.6中有提及，可是能 夠制造的微通道換熱器，使用目的是制冷工質和氣體之間的換熱，不能用 于如熱泵熱水器，熱泵鍋爐以及地熱熱泵中^f吏用的制冷工質和液體之間的 換熱。專利申請號為200510011254.4的發明專利申請公開說明書中，陳述 了一種微通道板翹式換熱器，其主體采用了板翹式換熱器的板束體結構， 各層開有水力學直徑小于3mm溝槽的溝槽板分開加工好后再焊接成一個整 體。板束體采用真空釬焊，板束體與封頭等采用手工氬弧焊。上述的微通 道板翹式換熱器對于微米級水力學直徑的微通道換熱器能否適用，沒有明 確。此明顯存在構成微通道換熱器的板束體之間由于釬焊產生的熱阻。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，采用原子擴散結合的 方法來制造微通道換熱器，用于熱泵熱水器，熱泵鍋爐以及地熱熱泵中使 用的冷凝器，氣體冷卻器或者蒸發器。用原子擴散結合的方法來制造的微 通道換熱器，消除了構成微通道換熱器金屬層間的熱阻，能夠根據傳熱， 換熱以及流動性能設計的結果，耐壓強度，剛度的設計結果來決定微通道 的水力學直徑，極大地提高單位體積換熱器的換熱能力，節省換熱器使用 材料。
本發明是這樣實現的緊湊型換熱器用微通道由若干個單元層相互疊 加而成，每個單元層依次為制冷工質層、隔板層、工作流體層和隔板層。 在所述的制冷工質層和工作流體層上均勻分布有若干個通道。
緊湊型換熱器用微通道原子擴散結合制造方法首先對制冷工質層和 工作流體層加工通道，然后將構成微通道的所有單元層疊加放入處于真空 狀態的腔體內加溫加壓；最后制冷工質層、工作流體層和隔板層的表面產生原子擴散，相互結合為和金屬微細結構一樣的整體。
本發明與現有換熱器用微通道制造方法相比，具有以下顯著的優點和
突出的效果
1. 完全消除了微通道中由于焊接產生的熱阻。
2. 完全滿足任何微通道的設計的水力學直徑要求。
3. 完全能夠承受任何熱流體換熱在高溫和高壓條件下的條件。 正是因為采用原子擴散結合的方法來制造微通道換熱器有如上所述的
特點，因此，在同樣換熱能力的條件下，和正在使用中的套管式換熱器相 比，體積可以減小一百倍以上。重量可以減小到八分之一以下，單位體積 中的傳熱面積大于七百，達到了緊湊型換熱器定義的指標。實現了沒有熱
通道換熱器。使用上述微通道的熱泵產品，可以做得緊湊，減小建筑物的 占有面積或者空間，提高性能，減少制冷工質的使用量。
圖1為金屬原子擴散結合過程的示意圖
圖中，A和B分別是原子擴散結合前的獨立金屬
(a) 表示了兩片疊放以后的情形
(b) 表示了加溫，加壓以后，在金屬之間的原子擴散過程
(c) 表示了原子擴散兩片獨立金屬結合的結果 圖2為制冷工質層，隔板層，工作流體層的結構示意圖。
左圖為制冷工質層中圖為隔板層右圖為工作流體層 圖中C為通道 圖3為緊湊型換熱器用微通道的結構示意圖。
圖中l.單元層 2.制冷工質層 3.隔層 4.工作流體層 5.通道
具體實施例方式如圖2所示，本發明所述緊湊型換熱器用微通道由若干個 單元層l相互疊加而成，每個單元層1依次為制冷工質層2、隔板層3、工 作流體層4和隔板層3，在制冷工質層2和工作流體層4上均勻分布有若干 個通道5。根據傳熱、換熱以及流動性能設計的結果，以及耐壓強度、剛度 的設計結果，用光腐蝕、精密沖壓和^:電加工等方式加工制冷工質層和工 作流體層中的通道，加工制冷工質層和工作流體層之間的隔層以及單元層 和單元層之間的隔層。將構成微通道換熱器的所有單元層疊加以后，放入 處于真空狀態的腔體內，對其加溫加壓。在真空狀態，金屬的表面受到溫 度和壓力以后產生原子擴散，經過一定的時間金屬表面之間結合為和金屬 微細結構一樣的整體，如圖1所示。
上述的緊湊型換熱器用微通道的材質可以為銅，鋁或者不銹鋼。 微通道的水力學直徑的設計范圍為微米級。隔層的厚度的設計范圍為 也是微米級。
權利要求
1. 緊湊型換熱器用微通道，由若干個單元層(1)相互疊加而成，每個單元層(1)依次為制冷工質層(2)、隔板層(3)、工作流體層(4)和隔板層(3)，在所述的制冷工質層(2)和工作流體層(4)上均勻分布有若干個通道(5)。
2. 根據權利要求1所述的緊湊型換熱器用微通道，其特征在于所述 通道(5)為^:米級。
3. 根據權利要求1所述的緊湊型換熱器用微通道，其特征在于所述 隔層(3)為微米級。
4. 根據權利要求2所述的緊湊型換熱器用微通道，其特征在于所述 制冷工質層(2)、隔板層(3)和工作流體層(4)的材質相同，其材質為銅，鋁或 者不銹鋼。
5. 緊湊型換熱器用微通道原子擴散結合制造方法，首先對制冷工質層 (2)和工作流體層(4)加工通道(5)，然后將構成微通道的所有單元層(l)疊加放 入處于真空狀態的腔體內加溫加壓；最后制冷工質層(2)、工作流體層(4)和 隔板層(3)的表面產生原子擴散，相互結合為和金屬微細結構一樣的整體。
全文摘要
本發明公開了一種緊湊型換熱器用微通道及其制造方法，微通道由若干個單元層相互疊加而成，每個單元層依次為制冷工質層、隔板層、工作流體層和隔板層；疊加后放入真空狀態的腔體內加溫加壓；最后金屬表面產生原子擴散，相互結合為和金屬微細結構一樣的整體。其中通道直徑和隔層的厚度范圍均為微米級。本發明具有沒有由于焊接所產生的熱阻、微通道的水力學直徑可以任意設計和單位體積中的傳熱面積大于七百等特點。制造出來的微通道換熱器可以作為熱泵熱水器，熱泵鍋爐以及地熱熱泵中使用的冷凝器，氣體冷卻器或者蒸發器使用，能極大地提高單位體積換熱器的換熱能力，節省換熱器使用材料，從而減小熱泵熱水器，熱泵鍋爐以及地熱熱泵的體積和重量。
文檔編號B23P15/26GK101509744SQ20091002581
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月10日 優先權日2009年3月10日
發明者丁國良, 王凱建, 環宇平, 諸小薇 申請人:江蘇三江電器集團有限公司