[发明专利]带干燥过滤和节流功能的集成微型换热器组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于微型蒸气压缩式制冷系统的集成换热器组件，可在单一组件中完成制冷剂的干燥过滤、节流以及相变换热，既可作蒸发器用途，也可作冷凝器用途，以实现对流体的冷却或加热。本发明用于微型蒸气压缩式制冷系统中时，可有效减小系统的体积和质量，使得系统更加紧凑。

背景技术

本发明涉及真空扩散焊技术、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、微型蒸气压缩式制冷技术以及紧凑型换热器技术。

真空扩散焊是在高真空的条件下(真空度不低于10^-2托)，将要焊接的工件放在两个压板之间，在压板上施加高压压力，同时将工件加热到不高于材料的融化温度，并保温一定时间，通过相互接触的工件表面上的分子或原子的扩散作用将工件焊合在一起。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整体，原来两个零件接触的地方没有相的分界面，也没有任何氧化现象。因此可以对焊接后的零件进行再加工，就像是加工一个单一的零件一样。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之间的焊接，甚至可以实现金属和陶瓷材料之间的焊接。

分层实体制造技术是采用多层薄板或箔片材料，根据两种流体换热的要求，在薄板上设计并加工成不同的流道后，多层叠起装配并连接在一起，从而完成实体制造。层板间的连接方法有胶接、低温钎焊或真空扩散焊等。前者适合于纸张、树脂板等材料做造型的分层实体制造，后者适合于金属做造型的实体制造。通过真空扩散焊技术将多层金属换热片连接在一起，可以实现不同金属板片之间流道的自由设计，从而为构造高效、紧凑的换热器创造条件。适合用做多层金属薄片的真空扩散焊的材料有不锈钢、钛合金和铝合金薄片等。

光化学蚀刻技术是采用照相制版技术在金属表面形成光刻胶图形，再用强氧化性腐蚀溶液，在材料上刻出高精度(误差可小于±10μm)、复杂图形的技术。光化学蚀刻是一种高质量、低成本的精密零件加工技术，尤其适合于在金属薄板上蚀刻出供不同流体流动所需的流道，蚀刻深度可从几十微米到几毫米。

微型蒸气压缩式制冷系统由于具有制冷效率高、单位体积的制冷量大的优点，从而可以代替效率低、体积笨重的热电制冷装置，用于许多需要点对点冷却的场合，如激光器冷却、大功率电子元件冷却、大功率芯片冷却、便携式人体冷却等。微型制冷压缩机的出现使得设计体积小巧、结构紧凑的微型蒸气压缩式制冷系统成为了可能，但仅仅做到压缩机的微型化是不够的，还需要配套的微型化的换热器。

钎焊板式换热器是一种紧凑型换热器，用于普通制冷系统中时可有效减小系统的体积，但目前已有的钎焊板式换热器的最小换热量也在几个千瓦以上。对于换热量只有几百瓦的微型制冷装置来说，目前还没有可供配套的换热量在几百瓦量级的板式换热器可用。钎焊式板式换热器一般采用铜或镍作钎焊剂。采用铜作钎焊剂的板式换热器不能应用于对铜离子敏感的激光器冷却场合，这是由于钎焊剂的铜离子溶于水，容易沉积在激光器的微通道热沉中，从而造成激光器冷却通道的堵塞。采用镍做钎焊剂的板式换热器中不含铜离子，可用于激光器冷却的场合，但是镍钎焊板式换热器的耐压却很小，一般小于1MPa。由于常规的压缩机制冷系统的压力很容易超过1MPa，因此采用镍钎焊的板式换热器极易因制冷系统的压力过高而造成泄漏。由于钎焊板式换热器的板片是通过冲压模具成型的，而冲压模具价格昂贵、开发周期长，因此其不适合针对微型制冷系统进行订制加工。可见，钎焊板式换热器不太适合微型制冷系统使用，急需开发一种新型的、高效紧凑的微型换热器。

此外，由于压缩机、冷凝器、干燥过滤器、节流装置、蒸发器、充填阀等主要制冷部件之间是通过铜管等金属管路连接起来的，而管路相互连接时需要很多辅助接头，并且管路弯曲时需要一定的弯曲半径，因此微型制冷系统中的管路很占空间。这使得在本就狭小的微型制冷装置的机壳内进行管路和制冷零部件的布局非常困难，在组装时也难以进行管路和零部件之间的焊接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑的干燥过滤-节流-换热一体化微型换热器，以解决现有的换热器应用于微型制冷系统中时存在的体积过大、换热量不匹配、适应性不好以及管路难以布局和焊接的问题。

本发明是基于前述的光化学蚀刻技术，以及分层金属薄片的真空扩散焊接技术来实现的：