微型换热器的制作方法

本发明涉及一种换热器，具体地为一种可适用于液体与两相流、液体与液体之间换热的微通道换热器。

背景技术：

近年来，采用蒸气压缩式制冷循环的微型制冷装置越来越多。这些微型制冷装置包括：便携式制冷装置、可穿戴式制冷装置、嵌入式制冷装置等。和常规蒸气压缩式制冷装置一样，微型蒸气压缩式制冷装置也包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件等四大制冷元件。但和常规制冷装置不同的是，微型制冷装置要求四大制冷元件的体积要尽可能小，以便满足便携性的使用要求。为此微型制冷装置的压缩机通常采用大转速的微型制冷压缩机，通过提高转速来增加输气量，从而在保证制冷量的前提下缩小压缩机的体积。与之相应的，微型制冷装置中的冷凝器和蒸发器需要采用微通道结构，利用微通道换热器具有较高换热系数的特点，可以在保证换热量的条件下将冷凝器和蒸发器的尺寸减小。

通过以上两种方式，虽然有效减小了压缩机、冷凝器、蒸发器这三个主要制冷部件的体积，但对于整个微型制冷系统来说，总体积不见得能减少多少。这是因为，在常规制冷装置中，阀门、管路等辅助部件的体积相比压缩机、冷凝器、蒸发器这些制冷部件的体积来说可以忽略不计；但在微型制冷装置中，由于受加工精度和制造工艺的限制，阀门等辅助部件的体积不能无限缩小，管路的弯曲半径也不能无限缩小，当主要制冷部件的体积缩小到一定程度时，阀门、管路等辅助部件的体积将达到能够和压缩机、冷凝器、蒸发器等主要制冷部件的体积相比拟的程度。所以，要实现制冷装置的微型化，仅缩小主要制冷部件的体积是不够的，还需要设法缩小阀门、管路等辅助部件的体积。特别是，在常规制冷装置中，通常是借助角阀、三通、针阀等附件向制冷装置内充入制冷剂的，而在微型制冷装置中，如仍采用常规的角阀、三通、针阀等附件并配合相应的连接管路来实现制冷剂充注功能的话，会使整个微型制冷装置的体积大大增加，从而抵消了压缩机、冷凝器、蒸发器的体积减小带来的好处。为使微型制冷装置的体积进一步减小，除了尽量减小压缩机、冷凝器、蒸发器的体积之外，还必须在其它方面做出改变。

技术实现要素：

本发明针对现有的微型制冷系统存在的制冷剂充注装置及相关连接管路占用较多额外空间的问题，为进一步减小微型制冷系统的体积，提出了一种新型微型换热器组件。

本发明所述的微型换热器组件由微通道换热器、螺帽、阀芯三个部分组成。

所述微通道换热器具有微通道芯体、第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口。所述微通道芯体、第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口是通过3d打印方法形成的单一均质的实体。在所述第五端口上设有外螺纹和内螺纹，所述外螺纹的规格为unf3/8-24，unf6/17-20，unf1/2-20中的任一种。

所述螺帽具有内螺纹且一端封闭。

所述阀芯具有密封和单向流通功能，所述阀芯具有外螺纹，所述阀芯旋入所述微通道换热器的第五端口，以和第五端口的内螺纹相配合。

所述螺帽旋紧在所述微通道换热器的第五端口上，所述螺帽的内螺纹和所述第五端口上的外螺纹相配合，以遮闭所述阀芯。

所述微通道芯体内部具有多个平行的、间隔排列的第一流体微通道和第二流体微通道。所述多个第一流体微通道之间是互相连通的，所述多个第二流体微道通之间也是互相连通的，但任何一个第一流体微通道和任何一个第二流体微通道之间是互不连通的。第一流体微通道和第二流体微通道的通道厚度范围为0.1-1mm，通道宽度范围为0.1-10mm。

所述第一端口和第二端口为中空的管状，所述第五端口的主体为中空的管状，第一端口、第二端口、第五端口和所述微通道芯体内部的多个第一流体微通道连通。

所述第三端口、第四端口为中空的管状，第三端口、第四端口和所述微通道芯体内部的多个第二流体微通道连通。

进一步地，在所述第三端口、第四端口的端部还构造有宝塔形状，这是为了方便和外接软管的连接，但第三端口、第四端口端部的宝塔形状不是必需的。

进一步地，在所述第五端口内部还设有一个内圆台面，内圆台面直径较小的一侧朝向所述微通道换热器的内部，内圆台面直径较大的一侧朝向所述微通道换热器的外部，所述第五端口的内螺纹位于所述内圆台面直径较大的一侧。

进一步地，在所述阀芯上还设有一个外圆台面，外圆台面直径较小的一侧朝向所述微通道换热器的内部，外圆台面直径较大的一侧朝向所述微通道换热器的外部，所述阀芯上的外螺纹位于所述外圆台面直径较大的一侧。一个灯罩形状的橡胶圈套在所述外圆台面的外面。所述阀芯具有单向导通作用，导通方向为从外圆台面直径较大的一端指向直径较小的一端。

当将所述阀芯旋入所述微通道换热器的第五端口时，所述阀芯上的外螺纹和所述第五端口的内螺纹相互配合，而所述阀芯上的外圆台面和所述第五端口的内圆台面相互配合，所述阀芯上的外圆台面和所述第五端口的内圆台面之间的间隙被橡胶圈填充，从而实现阀芯和第五端口内壁之间的密封。

当将所述阀芯旋入所述微通道换热器的第五端口，且所述螺帽未盖住所述第五端口时，通过所述阀芯可向所述微通道换热器内部充入制冷剂。由于所述阀芯具有单向导通能力，因此当所述微通道换热器的外部压强大于内部压强时，制冷剂可通过所述阀芯进入所述微通道换热器的内部；相反地，当所述微通道换热器的内部压强大于外部压强时，由于所述阀芯的外圆台面和橡胶圈的密封作用，所述微通道换热器内部的制冷剂不能泄漏到换热器之外。

所述微型换热器组件用于制冷剂和水换热时，可作为蒸发器或冷凝器使用。无论所述微型换热器组件是用作蒸发器还是冷凝器，当所述微型换热器组件连入到微型制冷系统当中并且系统封闭以后，可通过所述微通道换热器上的第五端口为制冷系统补充制冷剂，而不是像普通制冷系统那样，通过设在管路上的阀门或其它附件为系统充入制冷剂。

所述微型换热器组件也可用于液体和液体换热，此时所述微通道换热器上的第五端口可用作冷液体或热液体的加注口或排放口。

本发明对微通道换热器上各个端口的相对位置没有限制，所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口可根据需要设置在所述微通道芯体的任一侧，而不会改变本发明的实施效果。在本发明的其中一个实施例中，所述第一端口、第二端口位于所述微通道芯体的一侧，所述第三端口、第四端口、第五端口位于所述微通道芯体的另一侧。根据本发明的另一个实施例，所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口均位于所述微通道芯体的一侧，而第五端口位于所述微通道芯体的另一侧。

本发明所述的微型换热器组件在同一个组件内同时实现了换热和制冷剂充注两种功能，不需要另外设置充注制冷剂的阀门、附件及相应的连接管路，具有体积小巧、结构紧凑、换热效率高的特点，用于微型制冷系统中时可极大地节省系统所占的空间，并可减少系统中焊点和潜在漏点的数量，有助于提高制冷系统的可靠性。可用于多种微型蒸气压缩式制冷系统，如便携式制冷系统、嵌入式制冷系统、可穿戴式制冷系统等。

附图说明

图1是本发明所述的微型换热器组件100的其中一个实施方式的外观透视图。

图2是本发明所述的微型换热器组件100的结构爆炸示意图，其包括微通道换热器1、螺帽2和阀芯3三个部分。

图3是所述微通道换热器1的透视图。

图4是所述微通道换热器1的剖切视图。

图5是所述微通道换热器1的第五接头1f的剖切视图。

图6是所述阀芯3的正视图。

图7是所述微型换热器组件100的另一种实施方式的外观透视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步描述。

请参考图1和图2，根据本发明的一个实施例，本发明提供了一种微型换热器组件100，其由微通道换热器1、螺帽2、阀芯3三个部分组成。

由图3可见，所述微通道换热器1具有微通道芯体1a、第一端口1b、第二端口1c、第三端口1d、第四端口1e和第五端口1f。所述微通道芯体1a、第一端口1b、第二端口1c、第三端口1d、第四端口1e和第五端口1f是通过3d打印方法形成的单一均质的实体。实体的材质通常为钛合金、304不锈钢或316不锈钢。

所述螺帽2是内部带有螺纹且一端封闭的螺帽。所述阀芯3具有密封和单向流通功能，所述阀芯3装入所述微通道换热器1的第五端口1f的内部。所述螺帽2拧紧在所述第五端口1f上，盖住装入第五端口1f内的阀芯3，使得所述阀芯3不外露。

由图4可见，所述微通道芯体1a内部具有多个平行的、间隔排列的第一流体微通道1m和第二流体微通道1n。多个第一流体微通道1m之间是互相连通的，多个第二流体微道通1n之间也是互相连通的，但任何一个第一流体微通道1m和任何一个第二流体微通道1n之间是互不连通的。第一流体微通道1m和第二流体微通道1n的通道厚度范围为0.1-1mm，通道宽度范围为0.1-10mm。

所述第一端口1b和第二端口1c为中空的管状，所述第五端口1f的主体为中空的管状，所述第一端口1b、第二端口1c、第五端口1f和所述微通道芯体1a内部的多个第一流体微通道1m连通。

所述第三端口1d、第四端口1e为中空的管状，第三端口1d、第四端口1e和所述微通道芯体1a内部的多个第二流体微通道1n连通。

在第三端口1d、第四端口1e的端部还设有宝塔形状，这是为了方便和外接软管进行连接，但第三端口1d、第四端口1e端部的宝塔形状不是必需的。

如图5所示，所述第五端口1f具有外圆柱面1f-1、直径较大的内圆柱面1f-2、直径较小的内圆柱面1f-3，以及连接内圆柱面1f-2和内圆柱面1f-3的内圆台面1f-4，其中直径较大的内圆柱面1f-2朝向微通道换热器1的外部，直径较小的内圆柱面1f-3朝向微通道换热器1的内部，且在外部圆柱面1f-1上具有外螺纹1f-5，在直径较大的内圆柱面1f-2上具有内螺纹1f-6，内螺纹1f-6位于内圆柱面1f-2朝向微通道换热器1外部的一端。所述外螺纹规格为unf3/8-24，unf6/17-20，unf1/2-20中的任一种，优选规格为unf6/17-20。

如图6所示，所述阀芯3具有外螺纹3a、外圆台面3b和橡胶圈3c，所述外螺纹3a位于阀芯3直径较大的一端，所述外圆台面3b位于阀芯3的直径较大端和直径较小端的过渡段，灯罩形状的橡胶圈3c套在所述外圆台面3b的外面。所述阀芯3具有单向导通作用，导通方向为从直径较大的一端指向直径较小的一端。

结合图2、图5和图6可知，当将所述阀芯3旋入所述微通道换热器1的第五端口1f时，所述阀芯3上的外螺纹3a和所述第五端口1f的内螺纹1f-6相互配合，而所述阀芯3上的外圆台面3b和所述第五端口1f的内圆台面1f-4相互配合，所述阀芯3上的外圆台面3b和所述第五端口1f的内圆台面1f-4之间的间隙由阀芯3上的橡胶圈3c进行填充，从而堵塞所述第五端口1f的内部通道，实现阀芯3与第五端口1f内壁之间的密封。

当将所述阀芯3旋入所述微通道换热器1的第五端口1f，且所述螺帽2未盖住所述第五端口1f时，通过阀芯3可向所述微通道换热器1内部充入制冷剂。由于所述阀芯3具有单向导通作用，因此当所述微通道换热器1的外部压强大于内部压强时，制冷剂可通过阀芯3进入微通道换热器1的内部；相反，当所述微通道换热器1的内部压强大于外部压强时，由于所述阀芯3的外圆台面3b和橡胶圈3c的密封作用，微通道换热器1内部的制冷剂不能泄漏到微通道换热器外。

参考图1-图3，当所述微型换热器组件100用于制冷剂和水换热，且用作蒸发器时，制冷剂的流通路径为：第一端口1b→微通道芯体1a内部多个平行的第一流体微通道1m→第二端口1c；水的流通路径为：第三端口1d→微通道芯体1a内部多个平行的的第二流体微通道1n→第四端口1e。液态制冷剂从所述第一端口1b流入所述微通道芯体1a后，在多个平行的第一流体微通道1m内部蒸发，吸收与第一流体微通道1m间隔排列的第二流体微通道1n中水的热量，使水的温度降低，达到制冷的效果，而蒸发后的制冷剂变成气态，从所述第二端口1c流出所述微通道换热器1。

如图1-图3所示，当所述微型换热器组件100用于制冷剂和水换热，且用作冷凝器时，制冷剂的流通路径为：第二端口1c→微通道芯体1a内部多个平行的第一流体微通道1m→第一端口1b；水的流通路径为：第四端口1e→微通道芯体1a内部多个平行的的第二流体微通道1n→第三端口1d。液态制冷剂从所述第二端口1c流入所述微通道芯体1a后，在多个平行的第一流体微通道1m内部冷凝，放出热量，放出的热量传递给与第一流体微通道1m间隔排列的第二流体微通道1n中的水，升温后的水从所述第三端口1d流出所述微通道换热器1，而冷凝后的制冷剂变成液态，从所述第一端口1b流出所述微通道换热器1。

无论所述微型换热器组件100是用作蒸发器还是冷凝器，当所述微型换热器组件100连入到微型制冷系统当中并且系统封闭以后，都可以通过所述第五端口1f为制冷系统补充制冷剂。

所述微型换热器组件100也可用于液体和液体换热。当热液体的流通路径为第二端口1c→微通道芯体1a内部多个平行的第一流体微通道1m→第一端口1b时，冷液体的流通路径为第四端口1e→微通道芯体1a内部多个平行的的第二流体微通道1n→第三端口1d，此时第五端口1f可用作热液体的加注或排放口。反之，当热液体的流通路径为第三端口1d→微通道芯体1a内部多个平行的第二流体微通道1n→第四端口1e时，冷液体的流通路径为第一端口1b→微通道芯体1a内部多个平行的的第一流体微通道1m→第二端口1c，此时第五端口1f可用作冷液体的加注或排放口。

在上述实施例中，第一端口1b、第二端口1c位于所述微通道芯体1a的一侧，第三端口1d、第四端口1e、第五端口1f位于所述微通道芯体1a的另一侧，但本发明对各个端口的相对位置没有限制。第一端口1b、第二端口1c、第三端口1d、第四端口1e、第五端口1f可根据需要设置在所述微通道芯体1a的任一侧，而不会改变本发明的实施效果。例如，如图7所示，根据本发明的另一个实施例，第一端口1b、第二端口1c、第三端口1d、第四端口1e均位于所述微通道芯体1a的一侧，而第五端口1f位于所述微通道芯体1a的另一侧。

作为本发明所述技术方案的一个优选实施例，所述微通道芯体1a为长方体，但本发明不限制所述微通道芯体1a的形状，所述微通道芯体1a的形状也可以为圆柱体、棱柱体、圆台体及其它适宜的形状。

从上述实施例可以看出，由于将充注制冷器的装置集成到了微通道换热器上，不需要在制冷系统中另外设置用于充注制冷剂的阀门附件及相应的管路，因此减少了这部分附件及管路所占的体积和重量，使得构建更小更轻的微型制冷系统变得可能。由于所述微通道换热器是通过3d打印方式一体成型的，且冷媒充注附件集成到了微通道换热器上，因此减少了制冷系统制造过程中需要焊接的点位数量，减少了潜在的漏点数量，提高了制冷系统的可靠性。

在上文中涉及的“连通”，是指材料中具有空腔的部位，其空腔是连接在一起的，可允许流体从其中流过。

在本文中，所涉及的内部、外部、中部、端部、侧面等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。