一体式多室热交换器制造技术

描述了一种使用增材制造过程制造的一件式热交换器。该热交换器包括形成在其中的多个通道。所述多个通道中的至少一些通道可以构造成对热交换器提供结构上的支承以减小其重量。在所述多个通道中的第一组通道和第二组通道中可以使用不同的冷却剂介质，以在结合成一体的一件式热交换器结构中提供不同类型的冷却。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一体式多室热交换器
技术介绍
热交换器在遍及许多行业——包括军事、汽车和电子行业——的产品中使用，以防止部件在运行时过热。热交换器通过将热传递远离位于热交换器附近和/或联接至热交换器的发热部件而提供温度调节。热交换器包括具有高导热性的材料，该材料将热传递远离部件并使热进入到循环通过热交换器的冷却剂(例如，空气、水)，该材料将热传输远离部件以防止过热。
技术实现思路
一些实施方式涉及热交换器。该热交换器包括具有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口的一件式本体。热交换器还包括第一组通道和第二组通道，第一组通道形成在一件式本体中，其中，第一组通道连接至第一入口和第一出口，并且第一组通道构造成使用第一冷却剂介质提供冷却；第二组通道形成在一件式本体中，其中，第二组通道连接至第二入口和第二出口，并且第二组通道构造成使用不同于第一冷却剂介质的第二冷却剂介质提供冷却。其他实施方式涉及一种制造热交换器的方法。该方法包括：使用增材制造过程形成一件式本体和形成在一件式本体中的多个通道，其中，所述多个通道包括第一组通道和第二组通道，第一组通道构造成使用第一冷却剂介质提供冷却，第二组通道构造成使用不同于第一冷却剂介质的第二冷却剂介质提供冷却。其他实施方式涉及一种用构造成提供多模式冷却的热交换器对部件进行冷却的方法。该方法包括：将热交换器布置成与部件相邻，其中，热交换器包括多个通道，其中，所述多个通道包括第一组通道和第二组通道，第一组通道构造成在第一冷却模式下使用第一冷却剂介质提供冷却，所述第二组通道构造成在第二冷却模式下使用不同于第一冷却剂介质的第二冷却剂介质提供冷却。应该理解的是，前述概念以及下文更详细地讨论的另外的概念的所有组合(假设这些概念相互一致)被认为是本文公开的专利技术主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的专利技术主题的一部分。还应该理解的是，本文中明确采用的术语——也可以出现在通过参引并入的任何公开中——应该是与本文公开的特定概念最一致的含义。附图说明附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的各个相同或几乎相同的部件由相似的附图标记表示。为了清楚的目的，并非每个部件都可以在每幅图中标注。在附图中：图1示出了穿过包括形成矩形图案的多个翅片的常规热交换器截取的横截面；图2示出了根据一些实施方式的穿过包括多个通道的热交换器截取的横截面；图3示出了根据一些实施方式的用于热交换器的替代通道设计；图4示出了根据一些实施方式的用于热交换器的另外的替代通道设计；图5示出了根据一些实施方式的穿过具有带不同尺寸的重复元件的通道图案的热交换器截取的横截面；图6示出了根据一些实施方式的图5的通道图案中的一些通道的放大版本；图7示出了根据一些实施方式的热交换器的三维表示；图8示出了根据一些实施方式的构造成使用不同的冷却剂介质提供多种类型的冷却的图2的热交换器；图9示出了根据一些实施方式的热交换器的立体图；图10示出了图9的热交换器的替代视图；图11示出了穿过图9的热交换器截取的横截面图；图12A和图12B分别示出了根据一些实施方式的流动通过第一组通道的第一冷却剂介质的歧管流模式和流动通过第二组通道的第二冷却剂介质的歧管流模式；图13示出了根据一些实施方式的包括多个安装结构的热交换器；图14示出了图13的热交换器的示出了通道图案的侧视图；图15示出了图13的热交换器的替代视图；图16A示出了根据一些实施方式的热交换器的替代设计；图16B示出了图16A的热交换器的内部结构的视图；图16C示出了穿过图16A的热交换器截取的横截面图；以及图17示出了根据一些实施方式的用于制造热交换器的过程的流程图。具体实施方式一些常规的热交换器利用需要使用在高温下操作的昂贵设备的技术来制造。使用较低温度的其他制造技术通常生产由于在制造过程期间所使用的结合合材料而导热性较差的热交换器。专利技术人已经认识并理解到，用于制造热交换器的常规技术可以通过使用下述增材制造过程来改进：该增材制造过程生产不使用常规钎焊或结合技术的一件式热交换器结构。增材制造的使用还使得能够制造具有使用其他制造技术来实现是不可能或不切实际的通道设计的热交换器，如下面更详细讨论的。图1示意性地示出了穿过常规的热交换器100的示例截取的横截面，其中，薄翅片110在上基板120A与下基板120B之间形成矩形图案。翅片110分别通过结合层130A和130B结合至上基板120A和下基板120B。翅片110可以由任何适合的材料或具有高导热性的材料制成。例如，翅片110可以由铝或另一适合的金属制成。冷却剂(例如，空气)穿过由翅片110的矩形图案形成的通道140。从定位成与热交换器相邻的部件产生的热经由上基板和下基板中的一者或两者传递至具有高导热性的翅片110。热随后进一步传递至通道140中的冷却剂并被带走以防止部件过热。通常使用熔融的焊料浴或真空钎焊方法来执行翅片110与上基板和下基板的结合，其中，在高温(例如，300C至1100C)下使用金属基钎焊界面材料以将翅片附接至基板。然而，该方法较昂贵、耗时且可能存在潜在的腐蚀。用于将翅片110结合至基板的替代方法是使用环氧树脂或其他有机(例如，聚合物基)界面材料。在某种程度上，由于较低的固化温度(例如，100C至150C)，使用有机结合材料比使用金属基钎焊的结合提供更简单的结合方法。然而，由有机界面材料形成的结合通常具有较差的导热性，从而导致与使用钎焊制造的热交换器相比，形成导热性差的热交换器。尽管一些有机结合材料可以包括高传导性颗粒(例如，氧化铝、氮化硼、金刚石粉、银、金、铝)以改进材料的导热性，但该材料的导热性仍然不如上述金属基钎焊方法。专利技术人已经认识并理解到，可以通过使用增材制造(例如，3D打印)技术来改进用于制造热交换器的常规过程，这导致形成热交换器的不需要使用固定装置、紧固件或上述结合技术的一件式构造。通过不使用结合界面材料，热交换器的导热性能得到改进，并且减少了与常规钎焊技术相关的成本和延时。特别地，与有机结合材料相比，增材制造的金属合金具有明显更高的导热性。此外，使用增材制造来产生热交换器使得能够产生新的热交换器设计，该热交换器设计将结构支承件合并在通道设计本身内以及/或者允许在单个热交换器内使用多种类型的冷却剂介质，如在下面更详细地描述的。增材制造技术基于电子文件中指定的结构的3D设计通过构建连续的薄材料(例如，金属合金)层而用于制造3D结构。可以使用增材制造来制造各种各样的形状。然而，包括未被支承的悬垂部(例如，图1中所示的悬垂部150)的设计在没有结合制造期间所使用的额外的支承结构的情况下不能使用增材制造来生产，并且该额外的支承结构在制造之后可能被保留或被移除。当该支承结构在制造之后被移除时，悬垂部的结构完整性可能会受到损害。因此，增材制造技术的生产正交结构比如图1中所示的重复矩形结构——包括未被支承的悬垂部——的能力是有限的。专利技术人还认识到并理解到，增材制造使得能够制造热交换器中的通道设计，而该通道设计在使用用于制造热交换器的常规技术——包括上面讨论的钎焊和结合技术——来实现时是不切实际或不可能的。例如，增材制造允许使用不能由固体材料加工的内部网格结构。如下面更详细讨论的，可以使用增材制造来产生用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热交换器，包括：一件式本体，所述一件式本体具有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；第一组通道，所述第一组通道形成在所述一件式本体中，其中，所述第一组通道连接至所述第一入口和所述第一出口，并且所述第一组通道构造成使用第一冷却剂介质提供冷却；以及第二组通道，所述第二组通道形成在所述一件式本体中，其中，所述第二组通道连接至所述第二入口和所述第二出口，并且所述第二组通道构造成使用不同于所述第一冷却剂介质的第二冷却剂介质提供冷却。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.21 US 14/860,563;2015.09.21 US 14/860,5271.一种热交换器，包括：一件式本体，所述一件式本体具有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；第一组通道，所述第一组通道形成在所述一件式本体中，其中，所述第一组通道连接至所述第一入口和所述第一出口，并且所述第一组通道构造成使用第一冷却剂介质提供冷却；以及第二组通道，所述第二组通道形成在所述一件式本体中，其中，所述第二组通道连接至所述第二入口和所述第二出口，并且所述第二组通道构造成使用不同于所述第一冷却剂介质的第二冷却剂介质提供冷却。2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一组通道中的通道的数目大于所述第二组通道中的通道的数目。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一组通道中的通道的组合体积大于所述第二组通道中的通道的组合体积。4.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一冷却剂介质是流体，并且所述第二冷却剂介质是相变材料。5.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一冷却剂介质是第一流体，并且所述第二冷却剂介质是第二流体。6.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一组通道中的至少一些通道的形状与所述第二组通道中的至少一些通道的形状不同。7.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述一件式本体以及形成在所述一件式本体中的所述第一组通道和所述第二组通道使用增材制造过程形成。8.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述一件式本体包括至少一个安装结构，所述至少一个安装结构构造成将所述热交换器安装至要被所述热交换器冷却的部件。9.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一冷却剂介质使所述热交换器能够在第一冷却模式下操作，并且所述第二冷却剂介质使所述热交换器能够在不同于所述第一冷却模式的第二冷却模式下操作。10.根据权利要求9所述的热交换器，其中，所述第一冷却模式是稳态冷却模式，并且所述第二冷却模式是瞬态冷却模式。11.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述一件式本体包括能够使用增材制造过程制造的金属合金。12.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述第一组通道包括多个菱形形状的通道。13.一种制造热交换器的方法，所述方法包括：使用增材制造过程形成一件式本体和形成在所述一件式本体中的多个通道，其中，所述多个通道包括第一组通道和至少第二组通道，所述第一组通道构造成使用第一冷却剂介质提供冷却，所述第二组通道构造成使用不同于所述第一冷却剂介质的至少第二冷却剂介质提供冷却。14.根据权利要求13所述的方法，还包括用相变材料填充所述第一组通道和/或所述第二组通道。15.根据权利要求13或14中的任一项所述的方法，其中，形成所述一件式本体包括形成作为所述一件式本体的一部分的至少一个安装结构。16.根据权利要求13至15中的任一项所述的方法，其中，形成所述多个通道包括使所述第一组通道形成为具有比所述第二组通道中的通道的组合体积大的组合体积。17.根据权利要求13至16中的任一项所述的方法，其中，形成所述多个通道包括使所述第一组通道中的至少一些通道形成为具有与所述第二组通道中的至少一些通道的形状不同的形状。18.一种用构造成提供多模式冷却的热交换器对部件进行冷却的方法，所述方法包括：将所述热交换器布置成与所述部件相邻，其中，所述热交换器包括多个通道，其中，所述多个通道包括第一组通道和第二组通道，所述第一组通道构造成在第一冷却模式下使用第一冷却剂介质提供冷却，所述第二组通道构造成在第二冷却模式下使用不同于所述第一冷却剂介质的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·L·沃斯，里安·M·奥尔德弗，兰达尔·J·施图茨曼，马修·丹尼尔·米勒，
申请(专利权)人：洛克希德马汀股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US