[发明专利]紧凑型换热器用微通道及其原子扩散结合制造方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种紧凑型微通道换热器的制造方法，具体涉及用扩散结合技术制造用于热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵中使用的冷凝器，气体冷却器或者蒸发器的紧凑型微通道换热器，属于生产技术领域。

背景技术：

热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵使用的换热器中，目前普遍用铜管来制造(套管式，外缠式，镶嵌式等)。用铜管制造的换热器，存在有体积大，使用铜管量多，单位体积中换热面积少等问题，直接造成了资源消耗量大，建筑面积和空间的利用率小，使用制冷工质多等问题。为了解决铜管制造的换热器所带来的问题，板式换热器被看好，现在开始逐渐在一些热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵中使用。板式换热器，一般用不锈钢来制造，在同样换热能力的条件下，和用铜管来制造的换热器比较，重量和体积都大约可以减少一半以上，成为目前研究开发的一个方向。尽管板式换热器克服了用铜管制换热器的一些问题，可是依然没有达到紧凑式换热器的要求，即每一立方米中的换热面积要达到七百以上。同时，板式换热器的强制对流换热系数小，通道中增强传热用翅片和通道材料之间的热阻大，各个流道中流体分布不均匀等问题亟待解决。

研究开发微通道换热器，作为今后板式换热器替代物，已成为换热器研究开发中的一个新的方向。在同样换热能力的条件下，微通道换热器相对于板式换热器具有体积更小，重量更轻(体积和重量对于板式换热器，可以再减少一半以上)，能够达到紧凑式换热器的要求。但是，如何实现换热器微通道的尺寸满足传热，换热的设计要求，如何消除传热，换热过程中的热阻，这对微通道换热器的制造方法提出了新的要求。

微通道的制造方法，在专利申请号200510012007.6中有提及，可是能够制造的微通道换热器，使用目的是制冷工质和气体之间的换热，不能用于如热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵中使用的制冷工质和液体之间的换热。专利申请号为200510011254.4的发明专利申请公开说明书中，陈述了一种微通道板翘式换热器，其主体采用了板翘式换热器的板束体结构，各层开有水力学直径小于3mm沟槽的沟槽板分开加工好后再焊接成一个整体。板束体采用真空钎焊，板束体与封头等采用手工氩弧焊。上述的微通道板翘式换热器对于微米级水力学直径的微通道换热器能否适用，没有明确。此明显存在构成微通道换热器的板束体之间由于钎焊产生的热阻。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，采用原子扩散结合的方法来制造微通道换热器，用于热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵中使用的冷凝器，气体冷却器或者蒸发器。用原子扩散结合的方法来制造的微通道换热器，消除了构成微通道换热器金属层间的热阻，能够根据传热，换热以及流动性能设计的结果，耐压强度，刚度的设计结果来决定微通道的水力学直径，极大地提高单位体积换热器的换热能力，节省换热器使用材料。

本发明是这样实现的：紧凑型换热器用微通道由若干个单元层相互叠加而成，每个单元层依次为制冷工质层、隔板层、工作流体层和隔板层。在所述的制冷工质层和工作流体层上均匀分布有若干个通道。

紧凑型换热器用微通道原子扩散结合制造方法：首先对制冷工质层和工作流体层加工通道，然后将构成微通道的所有单元层叠加放入处于真空状态的腔体内加温加压；最后制冷工质层、工作流体层和隔板层的表面产生原子扩散，相互结合为和金属微细结构一样的整体。

本发明与现有换热器用微通道制造方法相比，具有以下显著的优点和突出的效果：

1.完全消除了微通道中由于焊接产生的热阻。

2.完全满足任何微通道的设计的水力学直径要求。

3.完全能够承受任何热流体换热在高温和高压条件下的条件。

正是因为采用原子扩散结合的方法来制造微通道换热器有如上所述的特点，因此，在同样换热能力的条件下，和正在使用中的套管式换热器相比，体积可以减小一百倍以上。重量可以减小到八分之一以下，单位体积中的传热面积大于七百，达到了紧凑型换热器定义的指标。实现了没有热阻，工作流体和制冷工质两侧都是微米级通道的液体和制冷工质换热的微通道换热器。使用上述微通道的热泵产品，可以做得紧凑，减小建筑物的占有面积或者空间，提高性能，减少制冷工质的使用量。

附图说明：

图1为金属原子扩散结合过程的示意图

图中，A和B分别是原子扩散结合前的独立金属

(a)表示了两片叠放以后的情形

(b)表示了加温，加压以后，在金属之间的原子扩散过程

(c)表示了原子扩散两片独立金属结合的结果

图2为制冷工质层，隔板层，工作流体层的结构示意图。