自带真空隔热功能的微型换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种可自隔热的微型换热器，适用于热能与暖通空调领域。本发明由于在微型换热器的外壁面内部构造了真空隔热层，不需在微型换热器的外表面粘贴保温棉即可实现保温隔热效果，因此大大减小了微型换热器的实际安装体积和装配工作量。可广泛应用于微型换热设备、微型蒸气压缩式制冷机、微型蒸气压缩式热泵等设备中。
【背景技术】
[0002]微型换热器通常是指换热量在数瓦至数百瓦范围内的热交换器。微型换热器常采用微通道设计，因此具有体积小、重量轻、结构紧凑、换热效率高的优点，可广泛应用在便携式人体冷却设备、电子芯片液冷降温设备、微型化工实验设备等流体换热设备中。如现今已获得应用的，换热量达300W的微型微通道换热器，其体积仅相当于火柴盒大小。
[0003]微型换热器尽管本身的体积很小，但有时不得不增加一些额外体积。这是因为在实际应用中，为了减小微型换热器的热损失，提高换热效率，通常需要在微型换热器的外表面粘贴保温棉。对于工作温度小于环境温度的微型换热器来说，粘贴保温棉的另一个作用是防止换热器的外表面因温度过低而产生凝露现象。为达到一定的保温效果，换热器所需的保温棉的厚度主要取决于换热器表面和周围环境的温差，而与换热器本身的体积大小无关。当温差确定时，所需保温棉的厚度也就确定了，保温棉的厚度不会因换热器体积的缩小而随之减小。这对于微型换热器来说就产生了一个独特的现象，或者说微型换热器相较于大中型换热器的一个显著的特点就在于:微型换热器的保温棉在整个换热器中所占的相对体积非常大。例如，用30_厚的聚氨酯泡沫保温棉去包覆一个尺度为Im的大中型换热器时，所增加的保温棉不会显著增加整个换热设备的体积；而同样是用30mm厚的聚氨酯泡沫保温棉去包覆一个长宽高均为30_的微型换热器时，保温棉所占的体积甚至比微型换热器本身的体积还要大，从而使得整个换热器变得很臃肿，丧失了微型换热器体积小的优势。
[0004]可见，在微型换热器的实际应用中，为了减小热损失、避免凝露等目的而不得不粘附的保温棉，增大了整个微型换热系统的体积，使得微型换热器体积小的优势大打折扣。而且保温棉的粘贴工艺繁琐，大多靠手工完成，难以实现自动化生产，更不用说粘贴了保温棉后的微型换热器也很不美观，使得整个微型换热设备的工艺美观性大为降低。如何减少甚至取消保温棉的使用，同时又能保证微型换热器的漏热尽可能小，是换热器微型化和实用化的一个重要课题。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种可以实现自隔热的一体化微型换热器，在保持换热器结构微型化的同时，使得通过换热器表面向周围环境传递的热量减少到最低。
[0007]本发明利用了真空扩散焊技术、分层实体制造技术(多层金属薄片的真空扩散焊接)、光化学蚀刻技术等制造技术。
[0008]真空扩散焊，也叫真空热压扩散焊，是在高真空的条件下，将要焊接的两个工件放在两个压板之间，在压板上施加高压压力，同时将工件加热到低于材料的融化温度，并保温一定时间，通过相互接触的工件表面上的大量分子或原子的相互扩散作用而将工件焊合在一起。真空扩散焊的优点是不需要钎焊料或焊剂，两个零件经真空扩散焊接后完全成为一个实体，原来两个零件接触的地方没有明显的分界面，也没有任何氧化现象。真空扩散焊既可以实现同种金属材料之间的焊接，也可以实现异种金属材料的焊接，甚至可以实现金属和陶瓷材料之间的焊接。分层实体扩散焊是采用多层薄板或箔片材料，根据两种流体换热的要求，在薄板上设计并光刻或蚀刻成不同的流道后，按一定顺序交错叠在一起，再利用上述真空扩散焊接技术将多层薄板焊接在一起。本发明正是借助于分层实体的真空扩散焊接工艺可以制造中空零件以及在焊接过程中需要抽真空的特点而实现的。
[0009]本发明的具体实现步骤是:
首先使用厚度很薄的金属板，通过光化学蚀刻技术，蚀刻出6种不同形状的板片。其中第I种板片是冷流体换热板片，在其板片中间蚀刻有具有一定深度的冷流体流道(流道深度小于板厚)，并在冷流体流道和板片的边缘之间蚀刻出镂空部分(镂空深度等于板厚)，使得冷流体流道和板片边缘之间的材料隔离开来。第2种板片是热流体换热板片，在其板片中间蚀刻有具有一定深度的热流体流道(流道深度小于板厚)，同样地，在热流体流道和板片边缘之间蚀刻有镂空部分(镂空深度等于板厚)，以使得热流体流道和板片边缘之间的材料隔离开来。热流体换热板片上的镂空部分和冷流体换热板片上的镂空部分处于相同位置，即当热流体换热板片和冷流体换热板片叠在一起时，两种板片上的镂空部分刚好重合，当多个板片叠在一起时，所有板片上的镂空部分即构成一个空腔。第3种板片是前盖板，上面蚀刻有4个镂空的孔，分别用作热流体和冷流体进出换热器的通道。第4种板片是后盖板，仅起密封作用。第5种板片是在前盖板和冷/热流体换热板片之间起隔热作用的板片，称之为前隔热板片。第6种板片是在后盖板和冷/热流体换热板片之间起隔热作用的板片，称之为后隔热板片。
[0010]然后将上述蚀刻好的金属片，按I片热流体换热板片搭配I片冷流体换热板片的方式，每两片交替叠在一起，如此叠放多层，构成换热器的换热核心。在换热核心的前面放置一片前隔热板片，在换热器核心的后面放置一片后隔热板片。再在最前面放置一片前盖板，在最后面放置一片后盖板。
[0011]将上述叠好顺序的板片组，置于真空扩散焊炉的上、下压板之间，使所有板片与压板平行。关闭炉门，抽去炉中的空气，使炉中形成高真空。随后将炉腔升温到很高的温度，并在上、下压板之间施加很高的压力。于是在高温、高压、高真空的作用下，各层金属薄片相互接触的表面之间便由于原子的扩散作用而互相结合在一起，从而使全部板片焊合成为一个换热器实体。
[0012]在微型换热器焊合后，前隔热板片和后隔热板片上形成真空腔，可以实现微型换热器前、后2个方向的隔热。冷流体换热板片和热流体换热板片边缘部位的镂空区组合形成的空腔则可以实现微型换热器上、下、左、右4个方向的隔热。可见，通过此种方法，在微型换热器的所有6个表面均构造了真空隔热结构。
[0013]最后在微型换热器实体的外部焊接上冷、热流体的进、出口接头，从而最终构成所述的具有真空隔热功能的微型换热器。
[0014]本发明的有益效果主要体现在以下几个方面:
首先，通过在所述微型换热器的换热核心部分和外表面之间构造了真空隔热层，因而大大减少了热量由换热器向周围空间的传递，从而可以少用或者完全不用保温棉就能实现隔热功能，省去了在微型换热器外表面粘贴保温棉的工作量。
[0015]其次，当所述换热器用作微型蒸气压缩式制冷系统的蒸发器时，表面常常会出现水蒸气凝结现象。不仅损失制冷量，使制冷效率降低，还使设备内部变得潮湿，降低电气绝缘强度，造成安全隐患。具有自隔热功能的微型换热器无需担心凝露现象，因而使得设备更加安全。
[0016]再次，由于取消了保温棉，还使得微型换热器在安装到系统中后更加美观，从而保持了微型换热器体积小巧、结构紧凑的优点，因而更容易集成到微型换热或制冷设备中去，比如可以更容易集成到微型便携式人体冷却设备中去。
[0017]另外，用于构造所述微型换热器的分层金属板片很薄，热流体和冷流体的换热流道近似于微通道，因而换热效率很高，在减小体积的同时提高了能效比。
[0018]最后，与钎焊板式换热器不同，基于分层实体扩散焊的换热器不需要铜等钎焊料，因而更耐腐蚀，且在水侧不会出现铜离子，这对于有些对水的电导率要求较高，且水中不能含铜离子的应用场合尤为重要。
【附图说明】
[0019]图1是所述的具有真空隔热结构的微型换热器的一个【具体实施方式】的外观示意图。
[0020]图2是组成微型换热器本体的各蚀刻板片的装配关系和叠层顺序示意图。
[0021]图3是微型换热器本体中的前盖板的结构示意图。
[0022]图4是微型换热器本体中的前隔热板片的结构示意图。
[0023]图5是微型换热器本体中的冷流体换热板片上的流道示意图。
[0024]图6是微型换热器本体中的热流体换热板片上的流道示意图。
[0025]图7是微型换热器本体中的后隔热板片的结构示意图。
[0026]图8是微型换