换热器及其制备方法与流程

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1.本发明涉及换热技术领域，具体涉及一种换热器及其制备方法。

背景技术：

2.换热器(heat exchanger)，是用于在两种或多种流体之间传递热量的系统，基于热量从高温向低温传递的特性，使热量从热流体传递到冷流体，实现加热或冷却物体。
3.微通道换热器是一种新型的换热器，通过将设置有制冷剂通道的工作流体通道片、设置有工作流体通道的工作流体通道片交替堆叠形成。然而，制冷剂通道、工作流体通道都是通过物理蚀刻或化学蚀刻形成，耗材大、制造成本高，生产效率低，且对环境有一定的污染。
4.有鉴于此，有必要提供一种新的换热器及其制备方法。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种换热器及其制备方法。
6.为解决上述技术问题之一，本发明采用如下技术方案：
7.一种换热器，包括沿o-z方向堆叠设置的若干工作流体通道片，所述工作流体通道片包括进口、出口、位于所述进口和所述出口之间的换热区，所述换热区设有冲压形成的若干微结构，相邻的工作流体通道片上的微结构的中心点沿o-xy方向对齐，且相邻的工作流体通道片上的微结构的形状不同。
8.进一步地，所述工作流体通道片包括交替堆叠的若干第一工作流体通道片、若干第二工作流体通道片，所述微结构包括设置于所述第一工作流体通道片上的第一微结构、设置于第二工作流体通道片上的第二微结构，在o-xy方向上，所述第一微结构的部分第一边缘部超出所述第二微结构，和/或所述第二微结构的部分第二边缘部超出所述第一微结构。
9.进一步地，所述第一边缘部与所述第二边缘部沿o-z方向在o-xy平面内的投影不重叠。
10.进一步地，将所述第一微结构的中心点沿o-z方向在o-xy平面内的投影记作圆心，所述第一边缘部与所述第二边缘部的投影沿该圆心的圆周方向间隔设置。
11.进一步地，所述第一微结构包括沿o-y方向超出所述第二微结构的至少一个第一边缘部，所述第二微结构包括沿o-x方向超出所述第一微结构的至少一个第二边缘部；
12.或，所述第一微结构沿o-y方向的长度＞沿o-x方向的长度，所述第二微结构沿o-y方向的长度≤沿o-x方向的长度，且所述第一微结构沿o-y方向的长度＞所述第二微结构沿o-y方向的长度，所述第一微结构沿o-x方向的长度＜所述第二微结构沿o-x方向的长度。
13.进一步地，所述第一微结构呈椭圆形或葫芦形，所述第二微结构呈菱形、或纵长方向的两端为夹角的梭形、或圆形。
14.进一步地，所述第一微结构沿o-y方向的两端均超出所述第二微结构，所述第二微
结构沿o-x方向的两端均超出所述第一微结构。
15.一种换热器的制备方法，包括如下步骤：
16.形成第一工作流体通道片，所述第一工作流体通道片包括第一进口、第一出口、位于所述第一进口和所述第二进口之间的第一换热区，所述第一换热区具有冲压形成的若干第一微结构；
17.形成第二工作流体通道片，所述第二工作流体通道片包括第二进口、第二出口、位于所述第二进口与所述第二出口之间的第二换热区，所述第二换热区具有冲压形成的若干第二微结构，第一微结构和第二微结构的形状不同；
18.将所述第一工作流体通道片和所述第二工作流体通道片沿o-z方向交替堆叠，第一微结构和第二微结构的中心点沿o-xy方向对齐，若干第一进口沿o-xy方向对齐，若干第二进口沿o-xy方向对齐，且若干第一进口、若干第一出口、若干第二进口、若干第二出口沿o-xy方向错位设置；
19.将堆叠后的所述第一工作流体通道片和所述第二工作流体通道片通过原子扩散结合在一起。
20.进一步地，在o-xy延伸方向上，所述第一微结构的部分第一边缘部超出所述第二微结构，和/或所述第二微结构的部分第二边缘部超出所述第一微结构。
21.进一步地，所述第一边缘部与所述第二边缘部沿o-z方向在o-xy平面内的投影不重叠；
22.或，将所述第一微结构的中心点沿o-z方向在o-xy平面内的投影记作圆心，所述第一边缘部与所述第二边缘部的投影沿该圆心的圆周方向错位设置；
23.或，所述第一微结构沿o-y方向的至少一个边缘超出所述第二微结构，所述第二微结构沿o-x方向的至少一个边缘超出所述第一微结构；
24.或，所述第一微结构沿o-y方向的长度＞沿o-x方向的长度，所述第二微结构沿o-y方向的长度≤沿o-x方向的长度，且所述第一微结构沿o-y方向的长度＞所述第二微结构沿o-y方向的长度，所述第一微结构沿o-x方向的长度＜所述第二微结构沿o-x方向的长度；
25.或，所述第一微结构呈椭圆形或葫芦形，所述第二微结构呈菱形、或纵长方向的两端为夹角的梭形、或圆形，所述第一微结构沿o-y方向的两端均超出所述第二微结构，所述第二微结构沿o-x方向的两端均超出所述第一微结构。
26.本发明的有益效果是：通过相邻的工作流体通道片上的微结构的中心点沿o-xy方向对齐但形状不同，每一微结构都有一部分区域与相邻的工作流体通道片的凹腔不对应，与凹腔周围的区域叠合以实现原子扩散结合。
附图说明
27.图1是本发明一实施例中换热器的结构示意图；
28.图2是图2于另一角度的部分分解图；
29.图3是图1所示换热器中若干微结构片和垫片叠加后的示意图，以透视图形式显示叠加后的情况；
30.图4是图3的局部放大图；
31.图5是图1中第一微结构片和第一微结构片的垫片叠加后的示意图；
32.图6是图5中第一微结构片的结构示意图；
33.图7是图5中第一微结构片的垫片的结构示意图；
34.图8是图1中第二微结构片和第二微结构片的垫片叠加后的示意图；
35.图9是图8中第二微结构片的结构示意图；
36.图10是图8中第二微结构片的垫片的结构示意图；
37.图11是一较佳实施例中第一片材的结构示意图；
38.图12是本发明另一实施例中若干微结构片和垫片叠加后的示意图，以透视图形式显示叠加后的情况；
39.图13是图12的局部放大图；
40.图14是图12中第一微结构片的结构示意图；
41.图15是图12中第一微结构片的垫片的结构示意图；
42.图16是图12中第二微结构片的结构示意图；
43.图17是图12中第二微结构片的垫片的结构示意图。
具体实施方式
44.以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
45.在本发明的各个图示中，为了便于图示说明，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本发明的主题的基本结构。
46.本发明基于“热阻平衡理论”、冲压工艺和原子扩散结合工艺，旨在设计出制造成本低、适合批量生产、结构紧凑且换热性能好的换热器100及其制备方法。但其中一部分设计也可以用于其他工艺制造的换热器100。
47.图1～图11为本发明第一类实施例，图12～图17为本发明第二类实施例。为了方便描述，设定坐标系o-xyz。
48.所述换热器100包括若干工作流体通道片1，所述工作流体通道片1大体上沿o-xy方向延伸，若干工作流体通道片1沿o-z方向堆叠，相邻两个所述工作流体通道片1之间形成供工作流体流通的工作流体通道，所述工作流体通道片1的边缘具有与所述工作流体通道连通的进口2和出口3，且相邻的两个所述工作流体通道片1的进口2、出口3沿o-xy方向错位设置。
49.相邻的两个工作流体通道分别用以流通第一工作流体、第二工作流体，两者之间具有温度差时进行热传递。其中，所述第一工作流体和所述第二工作流体指的是按照设定进行热交换的两种工作流体，两者可以材质相同但温度不同，也可以材质和温度都不同。
50.以下先对两类实施例共有的特征部分进行描述。
51.请参阅图1～图17，所述工作流体通道片1包括进口2、出口3、位于进口2和出口3之间的换热区4，所述换热区4设置有若干微结构5，将所述工作流体通道划分为若干并行或交叉连通的微通道，以提高换热器100的换热性能。
52.所述微结构5的大小及间距影响换热性能和压力损失。一优选实施例中，所述微结构5的等效直径不大于0.7mm，优选不小于0.5mm；相邻的两个微结构5的间距介于0.5mm～
2.5mm之间，优选为1mm～1.5mm之间。
53.具体地，所述工作流体通道片1还包括围绕所述换热区4设置的围坝6，所述围坝6位于设置有所述微结构5的一侧，防止工作流体向外流动。所述进口2、所述出口3设于所述围坝6上或位于所述围坝朝向所述换热区4的内侧。
54.若干所述微结构5沿若干正弦线间隔排布，且若干所述正弦线自所述进口2所在侧向所述出口3所在侧间隔排布。所述微结构5按照正弦线排布，可以用简单的微结构5起到正弦线形的引流结构的作用，简化了微结构5的生产难度，同时使工作流体具有沿正弦线流动的趋势，扰流效果好，保证了换热性能。
55.一优选实施例中，所述进口2、所述出口3分别设置于所述换热区4沿o-y方向的两侧，所述正弦线沿o-x方向延伸，且若干正弦线沿o-y方向间隔排布，工作流体从所述进口2进入到工作流体通道后，受若干微结构5的扰动，犹如海边的浪花，后浪推动前浪式逐渐向下游移动至所述出口3处；若干微结构5对流体形成前仆后继流动现象的顺势而为的诱导，对流体扰动大，换热性能好。
56.优选地，沿所述正弦线排布的若干所述微结构5沿o-x方向的间距相同，即沿所述正弦线分布的若干微结构5沿o-y方向投影到同一直线上，这些投影沿o-x方向均匀分布。因此，在相邻的工作流体通道片1相互叠加时，相邻两个所述工作流体通道片1的支撑/结合点均匀。
57.进一步地，沿相邻的两条正弦线分布的微结构5沿o-x方向错位排布，即每一所述微结构5沿o-y方向在相邻正弦线上的投影位于该被投影的正弦线上相邻两个微结构5的中间。进一步提高了整个区域支撑/结合点的均匀性，同时增加了对工作流体的扰动，提高了换热性能。
58.另，自进口2所在侧向出口3所在侧的方向上，所述换热区4包括湍流区43、位于湍流区43两侧的过渡区44。所述湍流区43的微结构5的设置密度大于所述过渡区44的微结构5的设置密度。具体地，所述过渡区44内任一正弦线上的微结构5的数量＜所述湍流区43内任一正弦线上的微结构5的数量；和/或，过渡区44内相邻两个正弦线的间距＞湍流区43内相邻两个正弦线的间距。
59.如图3、图5～6、图8～9、图11～图12、图14和图16所示，所述过渡区44内任一正弦线上的微结构5的数量＜所述湍流区43内任一正弦线上的微结构5的数量；所述湍流区43和所述过渡区44内相邻两个正弦线之间的间距相同，优选现行工艺能做到的最小值，保证换热性能的同时缩短了所述换热器100沿o-y方向的尺寸。
60.设置所述湍流区43能将同面积换热区4的换热性能提高30％，且湍流区43沿o-y方向的宽度越宽换热性能越好。所述湍流区43的宽度被设置为：1)所述湍流区43的宽度≤3mm，优选2mm～3mm；或2)所述湍流区43的宽度能够容纳上述正弦线的条数≤3，优选地能容纳所述正弦线的个数为2～3条。
61.上述两种宽度的设置方式均考虑了湍流区43对换热性能、换热器100的尺寸、制备工艺、压力损失等因素，在保证换热性能的前提下，换热器100沿o-y方向的长度最小，节省材料和占用空间小；若继续加宽湍流区43对换热性能的提高不显著，但会大幅提高压力损失和流动损失。
62.另，冲压形成所述微结构5时会在其另一侧形成对应的凹腔。若相邻的两个工作流
体通道片1的微结构5及其排布方式均相同，在叠片时其中一工作流体通道片1的微结构5与另一工作流体通道片1上相应的凹腔正相对，无法受力实现原子扩散结合。为解决该技术问题，如图3～4、图12～13所示，相邻两个工作流体通道片1的微结构5的中心点沿o-xy方向对齐，也即两中心点的连线与o-z方向平行，相邻两工作流体通道片1的支撑/结合点对齐，避免由于两种工作流体的压力不同造成结合点破开的问题；同时，相邻两个工作流体通道片1的微结构5的形状不同，因此每一微结构5都有一部分区域与相邻的微结构片13的凹腔不对应，与凹腔周围的区域叠合以实现原子扩散结合。
63.所述微结构5为对称图形时，其中心对称点即为中心点；所述微结构5为非对称图形时，将其边缘归一化后的等面积的等效圆的圆心为中心点。
64.针对第一工作流体、第二工作流体，工作流体通道片1分为两种，所述换热器100包括沿o-z方向交替堆叠的第一工作流体通道片11和第二工作流体通道片12。所述第一工作流体通道片11包括冲压形成的第一微结构51、第一凹腔；所述第二工作流体通道片12包括冲压形成的第二微结构52第二凹腔。所述第一微结构51和所述第二微结构52不同，所述第一工作流体通道片11、所述第一微结构51和所述第二工作流体通道片12限定第一工作流体通道，所述第二工作流体通道片12、所述第二微结构52和所述第一工作流体通道片11限定形成第二工作流体通道。
65.参阅图3～4、图12～13，示意了第一微结构51和第二微结构52的叠加情况。在o-xy方向上，所述第一微结构51的部分第一边缘部511超出所述第二微结构52，即部分所述第一边缘部511沿o-z方向在所述第二工作流体通道片12上的投影超出所述第二微结构52，该超出的部分与所述第二凹腔的周围贴合，作为相邻两工作流体通道片1叠合时的支撑/结合点；和/或，所述第二微结构52的部分第二边缘部521超出所述第一微结构51，即该部分第二边缘部521沿o-z方向在第一工作流体通道片11上的投影超出第一微结构51，该超出的部分与所述第一凹腔的周围贴合作为相邻工作流体通道片1叠合时的支撑/结合点。
66.优选地，为了保证有效的原子扩散结合，每一超出部分的面积不小于0.04mm2,优选：0.04mm2～0.06mm2，例如0.05mm2。考虑到加工的凸起边缘有倒角问题，因此，所述第一边缘部511在o-y方向上超出所述第二微结构52的长度不小于0.15mm；所述第二边缘部521在o-y方向上超出所述第一微结构51的长度不小于0.15mm，两个超出长度的距离相同或不同均可。
67.将第一微结构51、第二微结构52沿o-z方向在同一o-xy平面内投影，所述第一边缘部511与所述第二边缘部521不重叠，支撑/结合点分散在不同区域。优选地，将所述第一微结构51的中心点的投影记作圆心，所述第一边缘部511、所述第二边缘部521的投影沿该圆心的圆周方向均匀设置，支撑/结合力更均匀。更优选地，所述第一边缘部511、所述第二边缘部521的投影距离该圆心的距离不同，分内外多层设置，支撑/结合效果更加。
68.一实施例中，所述第一微结构51沿o-y方向的至少一个优选两个第一边缘部511超出所述第二微结构52；所述第二微结构52沿o-x方向的至少一个优选两个第二边缘部521超出所述第一微结构51，形成四角支撑，结合度更强。
69.另一实施例中，所述第一微结构51沿o-y方向的长度＞沿o-x方向的长度，所述第二微结构52沿o-y方向的长度≤沿o-x方向的长度，且o-y方向上所述第一微结构51的长度＞所述第二微结构52的长度，o-x方向上所述第一微结构51长度＜所述第二微结构52的长
度。
70.例如，所述第一微结构51呈椭圆形或葫芦形，所述第二微结构52呈菱形、或纵长方向的两端为夹角的梭形、或圆形，且第一微结构51沿o-y方向的两端均超出第二微结构52，第二微结构52沿o-x方向的两端均超出第一微结构51。
71.在堆叠形成换热器100时，将所述第一工作流体通道片11和所述第二工作流体通道片12沿o-z方向交替堆叠，第一微结构51和第二微结构52的中心点沿o-xy方向对齐，可以保证相邻工作流体通道片1能够相互支撑结合。
72.另，所述换热器100的使用场景多元化，例如作为冷凝器或蒸发器用于制冷系统时，第一工作流体为高压、两相的制冷剂，所述第二工作流体为低压、单相的水。为了适应不同的温度和/或相态和/或压力的工作流体，第一工作流体通道片11包括具有第一微结构51的第一换热区41、与所述第一换热区41连通的第一进口21和第一出口31。所述第二工作流体通道片12包括具有第二微结构52的第二换热区42、与所述第二换热区42连通的第二进口22和第二出口32；所述第一微结构51朝向第一进口21的一侧与所述第二微结构52朝向第二进口22的一侧形状不同，与第一工作流体、第二工作流体最先接触的部分不同，针对不同的工作流体进行设计，平衡了换热性能和压力损失。
73.一实施例中，所述第一微结构51朝向所述第一进口21的一侧呈圆弧形，冲压模具设计容易且生产良率高，例如所述第一微结构51呈椭圆形或葫芦形。
74.所述第二微结构52朝向所述进口2的一侧呈尖角形，夹角不大于90
°
，流动损失小，且基于前沿效应第二工作流体与第二微结构52的热交换性能好；例如，所述第二微结构呈菱形、或纵长方向的两端为夹角的梭形。
75.以下对围坝6的结构做详细描述。
76.所述围坝6朝向所述换热区4的内边缘143与工作流体接触，对其流动也有一定的影响。本发明中，部分所述内边缘143的形状与距该内边缘143最近的一排所述微结构5的排布形状相同，该边缘143对工作流体的扰流趋势与相邻的所述微结构5相同。
77.具体地，沿工作流体的流动方向延伸的内边缘143的形状与靠近该内边缘143的一排所述微结构5的排布方式相同，因此位于边缘的工作流体与位于中间区域的工作流体的流动趋势大体相同。其中，工作流体的流动方向并非实际流动方向，而是指自设置所述进口2的一侧向设置所述出口3的一侧。优选地，沿工作流体的流动方向延伸的内边缘143与靠近该内边缘的一排所述微结构5的距离均相同；不同区域对工作流体的扰流趋势相同。
78.所述进口2、所述出口3分别设置于所述围坝6相对设置的两侧，所述进口2所在侧的内边缘143的形状与距该内边缘最近的一排所述微结构5的排布形状一致，该内边缘相当于最近的一排微结构5上游的一排微结构5；在工作流体的前进方向上对工作流体的推力和阻力相近似，避免工作流体在换热区4的边缘处发生大幅度的反弹，造成更大的流动损失。优选地，所述进口2所在侧的内边缘143与距该内边缘143最近的一排所述微结构5之间的距离均相等，不同区域对工作流体的扰流趋势相同。
79.和/或，所述出口3的所在侧的内边缘143的形状与距该内边缘143最近的一排所述微结构5的排布形状一致，该内边缘相当于最近的一排微结构5下游的一排微结构5；在工作流体的前进方向上对工作流体的推力和阻力相近似，避免工作流体在换热区4的边缘处发生大幅度的反弹，造成更大的流动损失。优选地，所述出口3所在侧的内边缘143的形状与距
该内边缘143最近的一排所述微结构5之间的距离相等，不同区域对工作流体的扰流趋势相同。
80.一具体实施例中，所述进口2、所述出口3分别设置于所述围坝6沿o-y方向的两侧，若干所述微结构5沿o-x方向延伸的若干正弦线分布，且相邻正弦线上的微结构5沿正弦线的延伸方向错位设置，沿工作流体的流动方向且位于边缘的一排微结构5呈波浪状。所述围坝6上沿o-y方向的两侧的内边缘143也呈正弦线形，沿工作流体的流动方向延伸的内边缘143呈波浪状。
81.进一步地，每一内边缘143与所述微结构5之间的间隙与相同方向上相邻的所述微结构5之间的间隙相同，对工作流体的扰流作用一致。
82.以下对两个工作流体通道片上的进口2、出口3的分布方式进行描述。
83.同一工作流体通道片1上，所述进口2、所述出口3分设于o-y方向的两侧，且沿o-x方向错位设置，即所述进口2、所述出口3类似于对角设置。工作流体的流通距离长，提高了换热性能。
84.优选地，所述第一进口21、所述第二出口32位于所述换热器100的一侧，所述第一出口31、所述第二进口22位于所述换热器100的另一侧；因此所有进口2、所述出口3归整在换热器100相对设置的两侧，便于外接进出管道等后续工艺，且结构上更加紧凑，占用体积小。
85.优选地，所述第一进口21与所述第二出口32沿o-x方向并排；所述第二进口22与所述第一出口31沿o-x方向并排；因此所述第一进口21与所述第一出口31呈对角设置，所述第二进口22与所述第二出口32呈对角设置，第一工作流体和第二工作流体大体上呈对向流，热交换效果好。
86.将换热器100用作冷凝器时，第一工作流体为气液两相、高压且与工作流体通道片1的温差大的制冷剂，第二工作流体为低压的水。一实施例中，沿o-x方向，所述第二出口32的宽度大于所述第一进口21的宽度，所述第二进口22的宽度大于所述第一出口31的宽度，保证水的流量及热交换后的温度。另一实施例中，所述第一进口21和所述第一出口32的宽度不同，气态的制冷剂压力大从较宽的第一进口21进入，然后液态的制冷剂从较窄的第一出口32流出，整个流动过程中压力平衡；所述第二进口22和所述第二出口32的宽度相同，保证水平稳的流动。换热器100用作蒸发器时，第一进口、第一出口反过来用。
87.以下将结合制造工艺进一步对工作流体通道片1进行详细描述。
88.所述工作流体通道片1为一体式时，仅适合通过物理/化学蚀刻工艺在较厚的片材上形成所述微结构5和围坝6，而不适用于冲压工艺。
89.请参考图1～图17，本发明将工作流体通道片1设计为分体式，其包括沿o-z方向堆叠的微结构片13和微结构片的垫片14(以下简称垫片)。具体地，所述第一工作流体通道片11包括第一微结构片131、第一微结构片的垫片141(以下简称第一垫片141)；所述第二工作流体通道片12包括第二微结构片132、第二微结构片的垫片142(以下简称第二垫片142)。所述第一微结构片131和第二微结构片132统称为微结构片13，第一垫片141和第二垫片142统称为垫片14。
90.从o-z方向来看，所述微结构片13的形状与所述工作流体通道片1的形状相同，且所述微结构片13包括所述换热区4和围绕所述换热区4设置的边缘区。所述垫片14与所述边
缘区的形状相同，所述垫片14于设有所述微结构5的一侧设置于所述边缘区，在所述换热区4的周围形成所述围坝6；上述对围坝6的所有描述适用于所述垫片14。
91.本发明通过将所述工作流体通道片1沿o-z方向分割为两部分，并将所述微结构5设置于所述微结构片13上，可以采用冲压工艺分别形成所述微结构片13、所述垫片14，然后叠片通过所述垫片14形成所述围坝6，因此与所述围坝6对应的另一侧无凹腔，可进一步通过原子扩散结合将两者结合在一起。相较于传统的光蚀刻工艺，生产成本低、适合批量生产且环境污染小。
92.所述微结构片13和所述垫片14的厚度越小，最终形成的换热器100的重量越轻、热阻越小、换热性能越好。基于目前板材及其性能、冲压工艺的局限性等，所述微结构片13和所述垫片14的厚度介于0.07mm～0.1mm之间，例如0.1mm、0.09mm、0.08mm、0.075mm、0.07mm。本发明优选厚度在0.1mm以下，热阻小，但这对工艺提出了巨大的挑战。
93.在所述微结构片13的所述换热区4冲压形成的所述微结构5为中空的凸起，若干微结构之间的间隙连通形成所述微通道，将流体分为若干细小分流进行换热，提高了换热性能。
94.所述微结构片13的厚度越大，所述微结构5直径越大、强度越大、相邻所述微结构5的间距越小，所述微结构片13对位于其两侧的第一工作流体、第二工作流体的耐压承受性越强；反之耐压承受性越低。所述微结构片13的厚度由片材的厚度决定，所述微结构5的高度不小于垫片14的厚度，优选两者高度一致，在叠加加压时，略高的微结构5可以微变形，能够保证所述微结构5与相邻的微结构片13的有效接触，这是原子扩散结合的必要条件。具体地，所述垫片14的厚度≤所述微结构片13的厚度，所述微结构的高度随着所述垫片14的厚度做适应性调整。本发明中，所述垫片14与所述微结构片13厚度一致，分别采用同一种片材形成。
95.兼顾冲压模具与微结构片的性能，所述微结构5的等效直径不大于0.7mm，优选不小于0.5mm，相邻的两个微结构5的间距介于0.5mm～2.5mm之间，优选为1mm～1.5mm之间。
96.所述垫片14围绕在所述换热区4周围形成工作流体通道的围坝6。根据换热器100的耐压性和原子扩散结合工艺设计所述垫片14的宽度，例如介于2.5mm～5mm之间，优选3mm。
97.所述垫片14的外轮廓与换热器100的形状相同，朝向所述换热区4的内边缘143与工作流体接触，具体参考围坝6的内边缘143。
98.另外，无论是分体式还是一体式的结构，工作流体通道片1上的所述进口2、所述出口3周围的区域具有引导工作流体的引流面10，所述引流面10呈斜面状或阶梯状，引导冷媒、水等流体进入所述换热区4时面对的不是“一堵墙”，而是若干有引流面10的进口。在分体式结构中，所述引流面10由所述微结构片、微结构片的垫片共同形成，例如边缘设计的不平齐，内外层次不齐构成台阶状引流面10。
99.优选地，所述引流面10位于所述进口2与所述换热区4之间、或位于所述出口3与所述换热区4之间。
100.或优选地，所述进口2、所述出口3朝向所述换热区4的一侧的圆弧角小于背离所述换热区4的一侧的圆弧角，便于形成所述引流面10。
101.以下将参考图1～图11，对本发明的设计做详细说明：
102.第一工作流体通道片11、第一工作流体通道片12均包括换热区4，设置于所述换热区4周围的两组进口2、出口3，围框15。所述进口、所述出口均沿所述微结构片13的厚度方向贯通。
103.所述换热区4设有若干所述微结构5，所述微结构5的结构及其排布方式如上所述，不再赘述。其中一组进口2、出口3与所述换热区4连通；另一组进口2、出口3通过围挡16与所述换热区4隔离设置，从该进口2进入的工作流体不能进入到换热区4。
104.以所述第一工作流体通道片11为例，第一进口21、第一出口31与换热区4连通，第二进口22、第二出口32通过所述围挡16与换热区4隔离为例对两组进口2、出口3进行说明。
105.与换热区4连通的第一进口21、第一出口31与距离其最近的一排微结构5的距离很小，与该方向上相邻的微结构5之间的距离相当，靠近第一进口21、第一出口31的区域设置了微结构5，对相邻微结构片13均匀支撑，且在原子扩散结合后形成足够的结合强度，同时还保证第一工作流体顺畅通过。
106.与所述换热区4隔离设置的所述第二进口22、所述第二出口32被所述围挡16与所述换热区4隔离开，为了保证隔离效果，所述第二进口22、所述第二出口32与距离其最近的一排微结构5的距离很大，大于该方向上相邻的微结构5之间的距离。
107.具体地，所述第一进口21、所述第一出口31分别与距离其最近的一排微结构5之间的距离为l1，所述第二进口22、所述第二出口32分别与距离其最近的一排微结构5之间的距离为l2，l1＜l2。所述围挡16的宽度为≤l2。
108.一实施例中，在所述第一进口21、所述第一出口31分别与距其最近的一排微结构5的排布方向上，l1≤相邻微结构5之间的距离，进出口处的支撑/结合强度高；和/或，在所述第二进口22、所述第二出口32分别与距离其最近的一排微结构5的排布方向上，l2＞相邻微结构5之间的距离，保证有效隔断。
109.进一步地，l2为相邻两排微结构5之间距离的1.5～4倍，例如2倍、3倍。
110.另一实施例中，所述第一进口21、所述第一出口31分设于所述换热区4沿o-y方向的两侧，所述第二进口22、所述第二出口32分设于所述换热区4沿o-y方向的两侧，若干微结构5沿o-x方向延伸的若干正弦线分布，若干正弦线沿o-y方向间隔设置。
111.优选地，l1≤相邻两个正弦线之间的距离；和/或，l2≥相邻两个正弦线之间的距离的1.5～4倍，例如2倍、3倍，该宽度内可以容纳1或2或3条正弦线。
112.另外，通常根据工作流体的压力、流量设置进口2、出口3的大小。本发明中，第一进口21、第一出口31分设于换热区4沿o-y方向的两侧，第二进口22、第二出口32也分设于换热区4沿o-y方向的两侧，且沿o-x方向上，第一进口21、第一出口31的宽度小于第二进口22、第二出口32的宽度，在第一工作流体为制冷剂、第二工作流体为水时，换热性能和压力损失均达到最佳。
113.具体地，o-x方向上，所述第二进口22、所述第二出口32的宽度大于所述换热区4的宽度的1/2；第二工作流体进出口3的横向距离大，且该宽度越大，第二工作流体越趋向于直线通过所述换热区4，压力损失越小。
114.优选地，所述第二进口22、所述第二出口32的宽度介于所述换热区4的宽度的1/2～4/5，例如2/3，3/4；第二工作流体通道拟似中心线直通结构，流动损失小。
115.一具体实施例中，第一进口21、第二出口32位于换热区4沿o-y方向的一侧，且两者
沿o-x方向排布；第一出口31、第二进口22位于换热区4沿o-y方向的另一侧，且两者沿o-x方向排布。优选地，在o-x方向上，所述第一进口21与所述第一出口31错位设置，所述第二进口22与所述第二出口32错位设置，第一工作流体和第二工作流体呈对向流，提高了换热性能。
116.另一实施例中，所述第一进口21的宽度大于所述第一出口31的宽度，所述第二出口32的宽度小于所述第一出口31的宽度，适用于第一进口21与压缩机连通的冷凝器。
117.优选地，所述围挡16和所述围框15的宽度相同，保证各处的高结合度，对工作流体的承压能力也相同，避免出现工作流体外漏现象；其余的区域被位于同一侧的进口2、出口3分配。
118.进一步地，为了能够采用冲压工艺，所述工作流体通道片1包括沿o-z方向堆叠的微结构片13和微结构片的垫片14。
119.所述微结构片13包括所述换热区4、第一进口贯通孔21’、所述第一出口贯通孔31’、所述第二进口贯通孔22’、所述第二出口贯通孔32’、与所述围框15相对应的第一围框。第一进口贯通孔21’、第一出口贯通孔31’、第二进口贯通孔22’、第二出口贯通孔32’均沿厚度方向贯穿所述微结构片13。
120.适应于不同的工作流体，所述微结构片13包括第一微结构片131和第二微结构片132。所述微结构片13、所述垫片14的外轮廓相同，例如均为正方形，取材最节约片材材料。
121.所述第一微结构片131包括第一换热区41、设置于所述第一换热区41沿o-y方向的一侧且沿o-x方向排布的第一进口贯通孔21’和第二出口贯通孔32’、设置于所述第一换热区41沿o-y方向的另一侧且沿o-x方向排布的第一出口贯通孔31’和第二进口贯通孔22’、第一围框。第一进口贯通孔21’、第二出口贯通孔32’、第一出口贯通孔31’、第二进口贯通孔22’、第一围框位于所述边缘区；并且，第一进口贯通孔21’、第一出口贯通孔31’与第一换热区41连通，第二进口贯通孔22’、第二出口贯通孔32’与第一换热区41通过围挡16隔离设置。
122.所述第二微结构片132包括第二换热区42、设置于所述第二换热区42沿o-y方向的一侧且沿o-x方向排布的第一进口贯通孔21’和第二出口贯通孔32’、设置于所述第二换热区42沿o-y方向的另一侧且沿o-x方向排布的第一出口贯通孔31’和第二进口贯通孔22’、第一围框。其中，第一进口贯通孔21’、第二出口贯通孔32’、第一出口贯通孔31’、第二进口贯通孔22’、第一围框设置于所述边缘区。与所述第一微结构片131的区别是：第一进口贯通孔21’、第一出口贯通孔31’与第一换热区41通过围挡16隔离设置，第二进口贯通孔22’、第二出口贯通孔32’与第一换热区41连通。
123.具体地，与第二换热区42隔离设置的第一进口贯通孔21’、第一出口贯通孔31’与距离其最近的一排微结构5之间的距离为l1，与第二换热区42连通的第二进口贯通孔22’、第二出口贯通孔32’与距离其最近的一排微结构5之间的距离为l2，l1＞l2。进一步地，l1＞该方向上相邻微结构5之间的距离；和/或，l2≤该方向上相邻微结构5之间的距离。优选地，l1为该方向上相邻两排微结构5之间的距离的1.5～4倍，例如2倍、3倍。或，l1≥相邻两个正弦线之间的距离的1.5～4倍，在l2的宽度范围内可以容纳一条或两条正弦线；和/或，l2≤相邻两个正弦线之间的距离。
124.所述垫片14包括：与所述换热区4、与所述换热区4连通的进口贯通孔2’和出口贯通孔3’相对应的换热镂空区144，与所述换热区4隔离设置的进口贯通孔2’对应的进口镂空区145，与所述换热区4隔离设置的出口贯通孔3’对应的出口镂空区146，所述围挡16，与所
述围框15相对应的第二围框。
125.换热镂空区144与进口贯通孔2’对应的部分称为进口2，与出口贯通孔3’对应的部分称为出口3。并且为了简化描述，也可以将进口贯通孔2’称为进口，将出口贯通孔3’称为出口。
126.其中所述换热镂空区144、所述进口镂空区145、所述出口镂空区146沿所述垫片14的厚度方向贯通，所述围挡16位于所述进口镂空区145与所述换热镂空区144之间、所述出口镂空区146与所述换热镂空区144之间；所述第二围框将几个镂空区围在一起，整体上呈一片式。叠片后，所述第一围框与所述第二围框构成所述围框15。
127.所述垫片14围设形成所述换热镂空区144的内边缘143的设置方式与上述描述相同，形状与距离其最近的一排微结构5的排布形状相同，优选与距离其最近的一排微结构5之间的距离相同，更优选与相同方向上相邻排微结构5的距离相同。
128.具体地，所述垫片14包括与所述第一微结构片131配合的第一垫片141、与所述第二微结构片132配合的第二垫片142。
129.所述第一垫片141包括与所述第一换热区41、第一进口贯通孔21’和第一出口贯通孔31’相对应的第一换热镂空区，与所述第二进口贯通孔22’相对应的第二进口镂空区，与所述第二出口贯通孔32’相对应的第二出口镂空区，与围框15相对应的第二围框。
130.所述第二垫片142包括与所述第二换热区42、所述第二进口贯通孔22’和所述第二出口贯通孔32’相对应的第二换热镂空区，与第一进口贯通孔21’相对应的第一进口镂空区，与第一出口贯通孔31’相对应的第一出口镂空区，与所述围框15相对应的第二围框。
131.本发明还采用外构基片71作为基片、外构工作流体出入口片72作为封盖，两者的厚度介于2～3mm，承压能力强，对内部工作流体通道片1进行保护。
132.换热器的制备方法大体分为叠片和原子扩散两步。
133.所述换热器的制备方法包括：形成若干所述第一工作流体通道片11；形成如干所述第二工作流体通道片12；清洗后，在外构基片71、外构工作流体出入口片72之间沿o-z方向交替堆叠所述第一工作流体通道片11、所述第二工作流体通道片12；通过工装夹具加压，进行原子扩散结合。
134.具体地，所述换热器的制备方法包括如下步骤：冲压形成所述第一微结构片131、所述第一垫片141、所述第二微结构片132、所述第二垫片142；清洗后，在外构基片71上按照第一微结构片131、第一垫片141、第二微结构片132、第二垫片142的顺序叠加至少一个重复单元至设定的高度，再以外构工作流体出入口片72封顶，通过工装夹具加压。其中重复单元可以为整数，也可以在整数的基础上多1/4、或2/4、或3/4。
135.本文中所有实施例的原子扩散结合在真空炉内完成，真空压力4
×
10-3
pa，施加压力面压5mpa，温度1100℃附近。原子扩散结合后即完成了换热器100的主体。
136.叠加后，若干第一进口贯通孔21’、若干第一换热镂空区144、若干第一进口镂空区构成第一流入腔81，若干第二出口贯通孔32’、若干第一换热镂空区144、若干第一出口镂空区构成第一流出腔83；然后在所述外构工作流体出入口片72上连接与第一流入腔81连通的第一流入管82或第一流入管接头、与第一流出腔83连通的第一流出管84或第一流出管接头。第一工作流体进入所述第一流入腔81，缓冲混合后经若干所述第一进口21进入到所述第一流通通道内，然后汇流到所述第一流出腔83流出。
137.第一流入管82或第一流入管接头的延伸方向与第一进口21和第一换热区41的排布方向交叉优选垂直，也即第一工作流体自所述第一流入管82或第一流入管接头流入所述第一流入腔81的方向与其经过所述第一进口21流入第一换热区41的方向相交叉优选垂直，适用于高压的、两相的第一工作流体，例如制冷剂；第一工作流体进入第一流入腔81后经过弯折才能进入到第一通道，在冲击力下增加了混合均匀，避免气液分离，部分第一工作流体通道内只有气态的工作流体，换热性能差。
138.若干第二进口贯通孔22’、若干第二换热镂空区144、若干第二进口镂空区构成第二流入腔85，若干第二出口贯通孔32’、若干第二换热镂空区144、若干第二出口镂空区构成第二流出腔87，所述第一围框、所述第二围框构成围墙，然后在所述围墙上连接与第二流入腔85连通的第二流入管或第二流入管接头86、第二流出腔87连通的第二流出管或第二流出管接头88。第二工作流体进入所述第二流入腔85，在此缓冲混合后经若干所述第二进口22进入到所述第二工作流体通道内，然后汇流到所述第二流出腔87流出。
139.优选地，第二流入管或第二流入管接头86的延伸方向与第二进口22和所述第二换热区42的排布方向一致。适用于低压的、单相的第二工作流体，例如水，第二工作流体进入第二流入腔85，缓冲后分配进入到若干第二工作流体通道内，由于流动方向一致，压力损失较小。
140.具体地，在所述围墙上数控机床切削加工形成贯通的与第二流入腔85连通的连接口，然后将第二流入管或第二流入管接头86焊接于连接口处。相较于第一类实施例，省略了第一流入盖板、第一流出盖板、第二流入盖板、第二流出盖板的外嵌焊接，提高了可靠性。图17中示意出了机床切削加工成入口或出口的区域a。
141.其中，第一流入管82或第一流入管接头、所述第一流出管84或所述第一流出管接头、第二流入管或第二流入管接头86、所述第二流出管或所述第二流出管接头88是原子扩散结合后通过焊接结合在换热器100的主体上，先后顺序可以调整。
142.所述换热器的制备方法还包括：在所述第一换热区41冲压形成第一微结构51；在所述第二换热区42冲压形成第二微结构52，如上描述的所述第一微结构51与所述第二微结构52的形状不同；沿o-z方向叠片时，将第一微结构51和第二微结构52的中心点沿o-xy方向对齐，可以保证相邻工作流体通道片1能够相互支撑结合；其他细节与上述相同，不再赘述。
143.另外，基于所述微结构片13、所述垫片14的外轮廓相同，本发明采用如下方法：在若干第一片材、若干第二片材、若干第三片材、若干第四片材上均按照相同的排布方式形成至少两个冲压片，第一片材上的所述冲压片包括所述第一微结构片131、所述第一垫片141、所述第二微结构片132、所述第二垫片142中的至少一个；且第一片材、第二片材、第三片材、第四片材中相应位置处的冲压片按照第一微结构片131、第一垫片141、第二微结构片132、第二微结构片132、第一微结构片131的循环顺序设置；在外构基片71、外构工作流体出入口片72之间按照第一片材、第二片材、第三片材、第四片材的顺序叠加至少一个重复单元；然后再原子扩散结合，结合后在相邻两个冲压片之间切进行割，形成若干换热器100。
144.该方法，同时可以形成多个紧凑型换热器4，提高了生产效率；并且只需在第一片材、第二片材、第三片材、第四片材的边缘或中间区域形成定位结构或防呆结构或定位防呆结构即可，无需在每一冲压片上形成定位结构等，节约了冲压片的材料。
145.优选地，如图11所示，所述第一片材上的若干冲压片为同一种冲压片，形成的若干
微型换热器100完全相同，且同一片材上的冲压片形状相同，便于生产检测。例如在第一片材上冲压形成若干第一微结构片131，在第二片材上冲压形成相同数量且排布一致的第一微结构片131，在第三片材上冲压形成相同数量且排布一致的第二微结构片132；在第四片材上形成相同数量且排布一致的第二垫片142。
146.当然，所述第一片材上的若干冲压片也可以包括至少两种冲压片，整个片材的应力更为协调。
147.另根据片材的大小，第一片材上形成的冲压片的个数为：2个、或4个、或6个或8个。
148.另，在上述制备方法的基础上，进一步地，与所述外构基片71、所述外构工作流体出入口片72相邻的为同一种垫片14，使得换热器100沿堆叠方向的两侧的流体为同一流体，将该换热器100投入使用时，主动提供冷量或热量的工作流体了通过与所述外构基片71、所述外构工作流体出入口片72相邻的工作流体通道，另一种被动获取能量的流体被主动提供能量的流体包围，即被动获取能量的工作流体的两侧均能从主动提供能量的流体处获取能量，换热性能较佳。
149.例如，将换热器100用作冷凝器或蒸发器时，第一工作流体为制冷剂，第二工作流体为水，与外构基片71、外构工作流体出入口片72相邻的均为第一垫片141，制冷剂包围水，任一水流层的两侧均与制冷剂换热，换热性能好。
150.请参考图12～图17所示，本发明的第二类实施例与第一类实施例的区别仅在于：
151.第一进口21、第一出口31、第二进口22、第二出口32的形状略有不同，它们朝向所述换热区4的一侧相对其他侧设计的更加平缓，便于形成所述引流面10。
152.第一微结构片131、所述第一垫片141、第二微结构片132、第二垫片142上均设有相对应的定位孔9，优选将定位孔设置于四个角部，便于叠片，也不影响换热区主体设置。
153.本发明还提供换热器100，由上述任意一种工作流体通道片1堆叠形成，或由上述任意一种换热器的制备方法制备所得。所述换热器100包括上述若干工作流体通道片1，若干所述工作流体通道片1沿o-z方向堆叠，相邻两个所述工作流体通道片1之间形成供工作流体流通的工作流体通道，且相邻的所述工作流体通道中的一个仅与第一进口21、第一出口31连通，另一个仅与第二进口22、第二出口32连通。
154.其中，相邻的工作流体通道片1上的微结构5的形状、排布方式均与第一类实施例相同。相邻的工作流体通道片1上的微结构5的中心点沿o-xy方向对齐，且相邻的工作流体通道片1上的微结构5的形状不同，其他不再赘述。
155.需要说明的是：本发明对所述第一工作流体通道片11上的所有特征都冠“第一”，对所述第二工作流体通道片12上的所有特征都冠“第二”，“第一”和“第二”仅作区分并非对其结构和功能的限定。例如，对所述换热区4的描述适用于第一换热区41、第二换热区42；对所述微结构5的结构和分布方式的描述等也适用于第一微结构51、第二微结构52；其他不再一一例举。
156.应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
157.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说
明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种换热器，其特征在于，包括沿o-z方向堆叠设置的若干工作流体通道片，所述工作流体通道片包括进口、出口、位于所述进口和所述出口之间的换热区，所述换热区设有冲压形成的若干微结构，相邻的工作流体通道片上的微结构的中心点沿o-xy方向对齐，且相邻的工作流体通道片上的微结构的形状不同。2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述工作流体通道片包括交替堆叠的若干第一工作流体通道片、若干第二工作流体通道片，所述微结构包括设置于所述第一工作流体通道片上的第一微结构、设置于第二工作流体通道片上的第二微结构，在o-xy方向上，所述第一微结构的部分第一边缘部超出所述第二微结构，和/或所述第二微结构的部分第二边缘部超出所述第一微结构。3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述第一边缘部与所述第二边缘部沿o-z方向在o-xy平面内的投影不重叠。4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：将所述第一微结构的中心点沿o-z方向在o-xy平面内的投影记作圆心，所述第一边缘部与所述第二边缘部的投影沿该圆心的圆周方向间隔设置。5.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述第一微结构包括沿o-y方向超出所述第二微结构的至少一个第一边缘部，所述第二微结构包括沿o-x方向超出所述第一微结构的至少一个第二边缘部；或，所述第一微结构沿o-y方向的长度＞沿o-x方向的长度，所述第二微结构沿o-y方向的长度≤沿o-x方向的长度，且所述第一微结构沿o-y方向的长度＞所述第二微结构沿o-y方向的长度，所述第一微结构沿o-x方向的长度＜所述第二微结构沿o-x方向的长度。6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述第一微结构呈椭圆形或葫芦形，所述第二微结构呈菱形、或纵长方向的两端为夹角的梭形、或圆形。7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述第一微结构沿o-y方向的两端均超出所述第二微结构，所述第二微结构沿o-x方向的两端均超出所述第一微结构。8.一种换热器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：形成第一工作流体通道片，所述第一工作流体通道片包括第一进口、第一出口、位于所述第一进口和所述第二进口之间的第一换热区，所述第一换热区具有冲压形成的若干第一微结构；形成第二工作流体通道片，所述第二工作流体通道片包括第二进口、第二出口、位于所述第二进口与所述第二出口之间的第二换热区，所述第二换热区具有冲压形成的若干第二微结构，第一微结构和第二微结构的形状不同；将所述第一工作流体通道片和所述第二工作流体通道片沿o-z方向交替堆叠，第一微结构和第二微结构的中心点沿o-xy方向对齐，若干第一进口沿o-xy方向对齐，若干第二进口沿o-xy方向对齐，且若干第一进口、若干第一出口、若干第二进口、若干第二出口沿o-xy方向错位设置；将堆叠后的所述第一工作流体通道片和所述第二工作流体通道片通过原子扩散结合在一起。9.根据权利要求8所述的换热器的制备方法，其特征在于，在o-xy延伸方向上，所述第一微结构的部分第一边缘部超出所述第二微结构，和/或所述第二微结构的部分第二边缘
部超出所述第一微结构。10.根据权利要求9所述的换热器的制备方法，其特征在于，所述第一边缘部与所述第二边缘部沿o-z方向在o-xy平面内的投影不重叠；或，将所述第一微结构的中心点沿o-z方向在o-xy平面内的投影记作圆心，所述第一边缘部与所述第二边缘部的投影沿该圆心的圆周方向错位设置；或，所述第一微结构沿o-y方向的至少一个边缘超出所述第二微结构，所述第二微结构沿o-x方向的至少一个边缘超出所述第一微结构；或，所述第一微结构沿o-y方向的长度＞沿o-x方向的长度，所述第二微结构沿o-y方向的长度≤沿o-x方向的长度，且所述第一微结构沿o-y方向的长度＞所述第二微结构沿o-y方向的长度，所述第一微结构沿o-x方向的长度＜所述第二微结构沿o-x方向的长度；或，所述第一微结构呈椭圆形或葫芦形，所述第二微结构呈菱形、或纵长方向的两端为夹角的梭形、或圆形，所述第一微结构沿o-y方向的两端均超出所述第二微结构，所述第二微结构沿o-x方向的两端均超出所述第一微结构。

技术总结

本发明提供一种换热器及其制备方法，换热器包括沿O-Z方向堆叠设置的若干工作流体通道片，所述工作流体通道片包括进口、出口、位于所述进口和所述出口之间的换热区，所述换热区设有冲压形成的若干微结构，相邻的工作流体通道片上的微结构的中心点沿O-XY方向对齐，且相邻的工作流体通道片上的微结构的形状不同。本发明通过相邻的工作流体通道片上的微结构的中心点沿O-XY方向对齐但形状不同，每一微结构都有一部分区域与相邻的工作流体通道片的凹腔不对应，与凹腔周围的区域叠合以实现原子扩散结合。结合。结合。