本發(fā)明涉及微通道換熱器，具體而言，涉及一種微通道換熱器及其制備方法和應用。

背景技術：

1、微通道換熱器是一種高效、緊湊的換熱設備，通過在微小通道中傳遞流體來實現(xiàn)優(yōu)異的換熱性能。微通道換熱器相比傳統(tǒng)換熱器具有多項優(yōu)勢。高效換熱：微通道的小尺寸使得流體與固體之間的傳熱距離縮短，從而提高換熱效率?？焖夙憫河捎隗w積小和熱容量低，微通道換熱器能夠更快地響應溫度變化。節(jié)能環(huán)保：微通道換熱器因其高效換熱特性，可以降低設備運行能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。緊湊結構：微通道換熱器的緊湊設計使其適用于空間受限的場景，如汽車、航空航天等領域。

2、作為微通道換熱器的典型代表，印刷電路板式換熱器具有更高的可靠性，在石油和化工工業(yè)、氣化技術、航空航天、燃料電池和新能源等領域具有廣闊的應用前景。然而，高昂的制造成本，成為阻礙其廣泛應用的最主要因素。

3、固相增材制造技術，也被稱為固態(tài)3d打印或ssam。與傳統(tǒng)的加工方法不同，固相增材制造技術通過逐層添加材料來構建三維物體，而不是通過去除材料來得到所需形狀。真空擴散焊接技術是應用最為廣泛的固相增材制造技術。其是在一定的溫度、壓力及保溫時間條件下通過原子擴散使被焊工件的界面形成良好接合的焊接技術。因焊接過程中被焊工件不融化、小變形，因此是一種非常適用于構造復雜內腔結構的固相焊接方法。隨著科學技術的進步，擴散焊正被廣泛應用于航空發(fā)動機葉片，緊湊式微通道換熱器，高熱流密度水冷板等領域。

4、微通道換熱器制造的工藝流程為原材料板片加工--流道板加工--擴散焊接--組合焊接--產品檢測幾個主要部分。其中流道板加工的主要工藝包括化學蝕刻、機械加工。機械加工微通道板價格昂貴，目前僅在高溫合金、陶瓷等難蝕刻材料上少量應用。相對于機械加工，化學蝕刻工藝是一種適用于流道板批量加工的工藝，然而其加工費用依然高于微通道換熱器大規(guī)模商用推廣的需求，且化學蝕刻對于鋁合金、銅合金、不銹鋼比較成熟，而高溫合金、陶瓷等的蝕刻仍然不能實現(xiàn)工業(yè)化批量生產，從而嚴重限制了微通道換熱器的規(guī)模推廣。

5、目前微通道換熱器制造工藝存在流道板加工成本高，可加工材料范圍窄(高溫合金、陶瓷、哈式合金等耐腐蝕材料不易加工)，擴散焊接過程對材料損傷大，加工材料單一等缺點。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種微通道換熱器及其制備方法和應用。

2、本發(fā)明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。

3、本發(fā)明提供一種微通道換熱器，微通道換熱器包括冷熱交替且依次堆疊的板片和蓋板，板片由基板和沿基板的寬度方向等間距排列的凹槽組成，其中，基板由間隔設置的第一焊接區(qū)與第一耐腐蝕區(qū)組成，且相鄰兩個凹槽的頂部通過第二焊接區(qū)連接，第二焊接區(qū)在基板上的投影與基板上的第一焊接區(qū)對應，基板和凹槽之間的部分由支撐區(qū)與支撐區(qū)表面的第二耐腐蝕區(qū)組成。在特定工況條件下，第一焊接區(qū)、耐腐蝕區(qū)與強度區(qū)所選用的材料允許有重合。

4、本發(fā)明還提供一種上述的微通道換熱器的制備方法，包括：采用分層鋪設、分層預壓的方式制備得到微通道換熱器。

5、本發(fā)明還提供一種上述的微通道換熱器的在高溫高壓領域的應用，將的微通道換熱器應用于超臨界二氧化碳換熱。

6、本發(fā)明具有以下有益效果：

7、本發(fā)明提供的一種微通道換熱器及其制備方法和應用，本發(fā)明提供的微通道換熱器包括冷熱交替且依次堆疊的板片和蓋板，板片由基板和沿基板的寬度方向等間距排列的凹槽組成，其中，基板由間隔設置的第一焊接區(qū)與第一耐腐蝕區(qū)組成，且相鄰兩個凹槽的頂部通過第二焊接區(qū)連接，第二焊接區(qū)在基板上的投影與基板上的第一焊接區(qū)對應，基板和凹槽之間由支撐區(qū)與支撐區(qū)表面的第二耐腐蝕區(qū)組成。本發(fā)明提供的上述微通道換熱器采用不同組成的合金粉末分層鋪設、分層預壓制備得到，通過合金粉末的梯度布置，拓展了擴散焊接技術的可焊材料體系，拓展了微通道換熱器的材料品類，從而提供一種高強度、高耐腐蝕、高焊接可靠性的可用于鉛鉍等腐蝕介質的微通道換熱器，并且可以將其應用于超臨界二氧化碳等高溫高壓領域的換熱。

技術特征：

1.一種微通道換熱器，其特征在于，所述微通道換熱器包括冷熱交替且依次堆疊的板片和蓋板，所述板片由基板和沿基板的寬度方向等間距排列的凹槽組成，其中，所述基板由間隔設置的第一焊接區(qū)與第一耐腐蝕區(qū)組成，且相鄰兩個凹槽的頂部通過第二焊接區(qū)連接，所述第二焊接區(qū)在基板上的投影與所述基板上的第一焊接區(qū)對應，所述基板和所述凹槽之間的部分由支撐區(qū)與所述支撐區(qū)表面的第二耐腐蝕區(qū)組成。

2.一種根據權利要求1所述的微通道換熱器的制備方法，其特征在于，采用分層鋪設、分層預壓的方式制備得到所述微通道換熱器。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將易焊粉和耐腐蝕粉間隔布置并進行一次預壓后，然后鋪置高強高耐溫粉進行流道形狀的二次預壓，在形成的凹槽的表面鋪置耐腐蝕粉并進行三次預壓，再在相鄰兩個凹槽頂部的連接處鋪置易焊粉并進行四次預壓之后，對整體進行五次預壓，完成板片制作，將制作的板片進行冷熱交替的依次堆疊，堆疊完成后再進行擴散焊接，最后焊接封頭和接管，制備得到微通道換熱器。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述一次預壓包括：將所需質量比的易焊粉與耐腐蝕粉間隔布置，壓緊力為10～50mpa進行一次預壓。

5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述二次預壓、三次預壓、四次預壓包括：一次預壓完成后，鋪置高強高耐溫粉，采用專用模具進行流道形狀預壓，壓緊力為50～100mpa進行二次預壓；在形成的凹槽表面鋪置耐腐蝕粉，壓緊力為20-70mpa進行三次預壓，在相鄰兩個凹槽頂部的連接處鋪置易焊粉，壓緊力為20-70mpa進行四次預壓。

6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述五次預壓包括：四次預壓完成后的表面進行掃描檢驗合格后，對整體進行五次壓制，且壓緊力為120mpa～250mpa。

7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述易焊粉包括316l和純鎳中的任意一種，所述耐腐蝕粉包括feal3和monel400中的任意一種，所述高強高耐溫粉310s和inconel617中的任意一種。

8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述一次預壓、三次預壓、四次預壓鋪粉層的層數(shù)為1層，所述二次預壓鋪粉層的層數(shù)為5層，且每層鋪粉層的厚度為0.1-0.3mm，并且在所述一次預壓、所述二次預壓、所述三次預壓和所述四次預壓完成之后，對預壓表面進行吹掃，去除多余粉末。

9.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述擴散焊接的操作如下：焊接溫度為1030±50℃，升溫速率為2-10℃/min，焊接壓力為2-15mpa，保溫時間為1-8h，焊接完成后開啟快冷，使工件盡快冷卻至室溫。

10.根據權利要求1所述的微通道換熱器或權利要求2-9中任一項所述的制備方法制備得到的微通道換熱器在高溫高壓領域的應用，其特征在于，將所述的微通道換熱器應用于超臨界二氧化碳換熱。

技術總結
本發(fā)明公開了一種微通道換熱器及其制備方法和應用，屬于微通道換熱器技術領域，本發(fā)明提供的一種微通道換熱器由若干依次堆疊的冷側板和熱側板以及蓋板組成，其中，冷側板或熱側板包括若干等間距排列的平行陣列微通道，且冷側板或熱側板由焊接層、耐腐蝕功能層和強度支撐層壓制而成。本發(fā)明采用的合金粉末+預壓制過程制備預制流道板技術增加了微通道換熱器材料設計的組配，使高強、耐腐蝕、高導熱等通過常規(guī)材料不能全部實現(xiàn)的換熱器設計需求有了集合于同一換熱器實現(xiàn)的可能性。通過合金粉末的梯度布置，拓展了擴散焊接技術的可焊材料體系，拓展了微通道換熱器的材料品類。

技術研發(fā)人員：邵長斌,王莉敏,張昊,張壯
受保護的技術使用者：陜西智拓固相增材制造技術有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10