[发明专利]冷凝-节流-蒸发一体化微型换热器

说明书

技术领域

本发明提供一种集成微型换热器，属于微型制冷领域，其可在单一器件中完成制冷剂的冷凝、节流和蒸发过程，同时实现对第二种流体的加热和对第三种流体的冷却。本发明由于省去了冷凝器与节流装置之间、节流装置与蒸发器之间的管路连接，减少了管路焊接点，结构极为紧凑，易于实现小型化和微型化，可广泛应用于采用蒸气压缩制冷循环的微型制冷系统中。 

背景技术

在某些机器设备中，常需要将一部分流体冷却，同时将另一部分流体加热，以同时获得两种不同温度范围的流体。如在家用饮水机中，需要在提供冷水的同时提供热水；在饮料机中，在提供冷饮的同时也提供热饮。又如在某些实验装置中，需要将某些管路中的流体冷却，同时将另一些管路中的流体加热，以满足实验过程对温度控制的要求。有些要求这些设备的制冷量和制热量不必太大，但是要求体积尽可能小，以方便使用在某些特殊场合，如需要放在桌面上使用的场合、需要手提的便携式应用场合、需要内置到其它机器设备中的嵌入式应用场合等。

在类似上述的需求同时获得冷流体和热流体的设备中，目前较常见的做法是各采用一套制冷装置和一套加热装置，以分别实现对流体的冷却和加热，其中的制冷装置常采用半导体制冷器，加热装置则多采用电加热器。由于半导体制冷器的制冷系数小，而电加热器的加热效率也小于1，因此造成整个系统能源利用效率低，体积庞大，耗电量高。有些虽然也采用了蒸气压缩式制冷机来实现其中的冷却功能，但是由于目前已有的压缩机和换热器的尺寸较大，因而总的体积也难以缩小，不能实现微型化和便携式应用。

采用微型水源热泵可以解决上述问题。水源热泵是利用蒸气压缩式制冷循环原理，从温度较低的水中吸热，并向温度较高的水中放热的制冷(或加热)装置。水源热泵具有制冷和制热效率高、单位体积制冷量和制热量大、结构紧凑的优点，相较于半导体制冷器+电加热器的配置方式，体积可以减小很多，并且更加节能。如果能将其中的压缩机和换热器微型化，则可以构造出体积和效率均很出色的微型水源热泵，从而可以应用在某些需要小冷(热)量的冷却加热设备中，如微型冷热饮水机、桌面式冷热饮料机、便携式冷热实验装置等。

目前已发明了几种微型制冷压缩机，这使得设计体积小巧、结构紧凑的微型水源热泵系统成为了可能。但是在微型水源热泵中，仅仅做到压缩机的微型化是不够的，还需要做到冷凝器和蒸发器的微型化。除此之外，小微型制冷系统相较于大中型制冷系统的一个显著的特点在于，小微型制冷系统的制冷剂管路在整个系统中所占的相对体积很大。在大中型制冷系统中，管路的直径和弯曲半径相对于压缩机、冷凝器和蒸发器等部件的尺寸而言是很小的，因而管路所占空间几乎可以忽略不计，其管路也容易布局。而在小微型制冷系统中，虽然压缩机、冷凝器、蒸发器等部件的体积可以缩到很小，但是连接这些部件的管路直径和弯曲半径不能无限小，并且由于管路外面包覆的保温层的厚度不能减小，因而使得管路及其保温棉在小微型制冷系统中所占的体积可以达到和压缩机、冷凝器和蒸发器相比拟的程度。小微型制冷系统中的管路既难以布置，生产时也难以焊接，焊接质量难以保证。可见，要构造微型水源热泵，除了要有微型的制冷压缩机外，还必须要有配套的微型冷凝器、微型蒸发器、微型节流装置，此外还要尽量减少系 统各部件之间的接管数量，以及尽量减少保温棉的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于微型制冷系统(特别是微型水源热泵系统)中的冷凝-节流-蒸发一体化微型换热器。在所述的微型换热器中可一次性完成制冷剂的冷凝、节流、蒸发三过程，在实现冷凝器和蒸发器微型化的同时，消除冷凝器和节流装置之间、节流装置和蒸发器之间的管路连接和相应的管路保温，以尽量减少制冷系统的体积和装配工作量。

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。

真空扩散焊是在高真空的条件下，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。