[发明专利]一种微通道换热器

说明书

本发明涉及一种微通道换热器，采用3D打印技术实现，包括：芯体，由一些相互独立且交叉排布平行流道组构成，平行流道组包括第一通道组和第二通道组，第一通道组两端分别连通第一分流腔和第一集流腔，第二通道组两端分别连通第一分流腔和第二集流腔；第一分、集流腔与第二分、集流腔开设在芯体四周且相互独立；第一分、集流腔内部嵌入三片彼此平行排布的第一分流板，分流板之间由多个支撑柱连接，第二分、集流腔内部嵌入一片平行于芯体的第二分流板，第二分流板与芯体之间由多个支撑柱连接。本发明经过激光选区熔化增材制造技术一体成型，水密性好，微通道换热器换热效率高，承载能力强。

技术领域

本发明涉及一种微通道换热器，属于强化换热领域。

背景技术

工业级高通量微流道换热器，是一种通道当量直径在1-2mm的新型换热器，最初是为了满足电子工业发展的需要而设计的一类结构紧凑、轻巧、高效的换热器。现今已在发动机冷却系统、滑油燃油热交换系统、家用及商用空调等领域有着广泛应用。与常规换热器相比，微流道换热器具有体积小、换热系数大、换热效率高、节能等优点，可满足更高的能效标准，同时符合环保要求，已引起国内外学术界和工业界的广泛关注。

微通道换热器芯体结构复杂，内部置有大量细长的平行流管且通道截面几何形状不规则，加工难度较大，目前普遍采用电化学腐蚀刻槽和扩散焊接工艺制造。然而对于现阶段化学腐蚀刻槽工艺，只能制备矩形或半圆形截面通道，换热更高效和承载更强的复杂截面通道无法制备；腐蚀液废料处理不当易污染环境；工艺繁琐、生产周期长。与此同时，国内的扩散焊接工艺无法实现多板束的无缺陷焊接，存在板束内部焊接不完全的问题，影响了冷却介质流向和流速，甚至是泄露。限制了产品的工作压力，严重降低了换热器的热交换效率及产品的工作安全与可靠性。

3D打印技术是利用CAD等软件设计出三维立体模型，通过计算机控制在打印平台上打印出一定的厚度，相当于完成了立体实物的一个剖面，打印完一层，再打印下一层，从而实现通过逐层的堆积获得三维立体实物。在整个制造过程中，3D打印技术不需要像传统技术那样去除大量的原材料，而是逐层增加原材料而获得立体实物，因此又被称为增材制造技术。

激光增材制造技术的出现，为实现工业级高通量微流道换热器的精密制造提供了可能。采用3D打印技术制造微流道换热器具有以下优点：首先，金属板片可以根据工况使用钛合金、不锈钢以及镍合金等金属粉末打印，不再局限于铝及其合金，整个制造过程是在全封闭式清粉回收系统中进行，粉末利用率高，没有粉末暴露于空气当中，无环境污染，无材料氧化和爆炸的危险；其次，通过专业数据处理软件可打印圆形截面和树形分叉流道。由于电化学腐蚀刻槽工艺只能制备矩形截面、z字型和直型流道，而3D打印技术能实现换热性能更为优越的圆形截面和树形分叉微流道的成型制造，为进一步提高能源利用率提供了有力的技术支持。

316L不锈钢不仅拥有优良的高温强度，由于含有Mo，兼备了较好的耐腐蚀性、耐点蚀性，可在高温苛刻条件下工作，同时还具有很高的力学性能，故被广泛应用于换热器的生产制造。

中国专利CN111140361A发明公开了一种可用于燃气轮机系统的微通道换热器核芯，该换热器核芯板片呈圆环状，两片为一个换热单元，解决了传统燃气轮机的单位推力随压气机压比的提高而增大，而在高负荷条件下提高压气机压比会导致进气系统过热，甚至出现系统温度超过现有燃气轮机材料限制的技术问题。然而该流道由刻蚀和机加工等工艺成型，板束采用扩散焊接工艺连接，该工艺繁琐，现有的技术容易出现焊接不完全等缺陷，易发生泄露。

中国专利CN109579570发明公开了一种采用同轴套设且相互独立的不同直径的两个流道，该换热器易于加工，换热比表面积高。然而该换热器容积腔内没有设计分流器或分流结构，流道内易出现气体空隙，同时传热梯度方向发生改变，削弱了换热能力。并且该换热器还存在第一、二容积腔内部空间较大，3D打印过程中易出现塌陷，支撑在内部不容易去除等问题；相较于316L不锈钢，铜粉成型难度更大，更容易产生翘曲和塌陷等打印缺陷。

发明内容