一种采用3D打印技术制造的点阵结构冷凝器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用3D打印技术制造的点阵结构冷凝器，该结构在冷凝器内腔形成拓扑点阵结构，冷凝工作面与热沉之间通过螺纹固定贴合。本发明专利技术的有益效果在于：内腔采用点阵结构，有效增加了换热面积，增强换热；点阵结构通透性良好且点阵结构单元格大小尺寸可根据换热需求调整，在满足换热量的基础上减小冷凝器两端压降；采用3D打印形式生成，减少焊接接口，保证了内腔的整体性及承压性；进气口大直径，液体出口小直径，保证冷凝器所在系统柔韧性基础上，减小系统压降与系统运行所需动力；换热面采用均匀螺纹固定，保证换热面接触良好，减小漏热量。

【技术实现步骤摘要】
一种采用3D打印技术制造的点阵结构冷凝器
本专利技术涉及一种冷凝器，特别涉及一种采用3D打印技术制造的点阵结构冷凝器。
技术介绍
换热器是合理利用能源的关键设备。在换热领域，无相变时换热器只考虑显热交换，温差是热量交换的推动力；而存在相变时，流体相变产生的潜热热量很大，即蒸汽冷凝放热比单相换热负荷高的多。因此对相变换热的研究意义重大。相变换热在航空航天、太空探测、红外、原子能、超导等领域都有诸多运用与发展。回路热管是一种高效、被动式的两相换热设备，蒸发器和冷凝器通过柔性的管线连接，满足各种空间布置要求，实现冷量的长距离运输，且不需要额外的能量，无运动部件。冷凝器的设计要便于与冷源耦合，同时要强化其换热能力，减小运行阻力。目前对于回路热管，常用的冷凝器结构为蛇形盘管冷凝器与微通道冷凝器，蛇形盘管冷凝器结构简单加工容易，但存在尺寸大、质量大、热阻大的问题。微通道冷凝器换热效率高，质量轻，但是运行阻力较大，不利于系统启动运行。目前各国在冷凝器的研究中，较多地集中在内部流形与换热强度关系的研究、凝结方式与换热强度关系的研究、亲疏水表面对凝结方式的影响、以及冷凝实验换热系数及压降的经验公式拟合。这些研究的最终目的都是为了找出提升冷凝器换热系数，减小进出口压降的因素，从而使冷凝器在小的系统运行阻力下，实现高强度的换热。
技术实现思路
本专利技术的目的是：为了解决现有冷凝器换热系数低，尺寸大、质量大、热阻大、运行阻力大等问题，提供一种新型点阵结构冷凝装置，该装置不仅能增加换热面积，增加换热量，还可以减小进出口压降，减小系统运行阻力。本专利技术工艺采用3D打印技术一体完成，保证了内腔的气密性并减小了焊接等产生的接触热阻。本专利技术一种采用3D打印技术制造的点阵结构冷凝器，它包括腔体1、支撑肋2、点阵结构3、进气口4、出液口5、冷凝工作面6、连接螺纹孔7。所述的点阵结构冷凝器中，整体采用3D打印技术完成，选用铝合金材料。腔体1为中空长方体结构,腔体被支撑肋2分为三部分，腔体中空部分填充满点阵结构3，腔体左上角打印进气管4，腔体右下角打印出液管5，冷凝工作面6与外界通过连接螺纹孔7连接。所述的腔体中空部分填充满的点阵结构与腔体通过3D打印技术整体打印，点阵结构为线连成的体单元格，中间部分空着，以便工质通过，单元格与腔体上下面及侧面通过单元格上的线结构生长在一起，单元格大小尺寸可根据腔体内部大小及换热量需求进行更改设计。所述的支撑肋分别位于冷凝器1/3和2/3位置，且不填满腔体，留有工质通过的口。靠近进气口的支撑肋在上面，靠近出液口的支撑肋在下面。支撑肋将冷凝器内部分为三部分，流道呈S型布置，该支撑肋具有支撑腔体作用，满足4Mpa以下高压工作条件。同时具有导流作用，将工质以S形导流通过冷凝器。所述的腔体1左上角进气口4为圆管，且直径较大。腔体1右下角出液口5为圆管，且直径较小，。进气口和出液口圆管内外径均可根据实际应用情况进行更改设计。所述点阵结构冷凝器的具体工作过程如下：该冷凝器冷凝工作面6通过螺纹孔7与冷源耦合在一起，气态工质以一定的压力、流量从该冷凝器进气口4流入，在充满点阵结构3的腔体1中充分与点阵结构以及内腔壁面进行热交换，依次以S形通过支撑肋2划分的三个小腔体，保证工质与冷凝器的接触时间与面积，实现气态到液态的冷凝。相变后的工质以液体的形态从冷凝器出液口5流出，带着冷量进入循环液体管路，实现冷量的转移。本专利技术与现有冷凝器比较，其优点在于：1.点阵结构增加了流体与壁面之间的接触面积，同时对流体流动有扰动作用，增强力二者之间的换热，有利于冷凝换热的进行。2.点阵结构相比微通道型冷凝器，具有良好的通透性，可保证换热强度的基础上，有效减弱进出口的压降，减小系统运行阻力。同时可以根据不同工质不同工况，调节3D打印时点阵结构的疏密程度，以实现最佳的换热量和最小的压降。3.本专利技术加工工艺通过3D整体打印技术实现，保证了内部腔体的气密性，同时避免了一般冷凝器采用焊接工艺时产生的接触热阻。4.支撑肋结构既实现了点阵结构的支撑作用，可承受4Mpa高压的工作压力。同时对流体在内腔中的流动起引导作用，保证流体与腔体充分接触面积与时间。5.大的进气口减小了流体运行的阻力，小的出液口保证了管路的柔韧性。附图说明图1为本专利技术点阵结构冷凝器外观示意图；图2为按照本专利技术设计的冷凝器三维图示例；图中标号:1.腔体；2.支撑肋；3.点阵结构；4.进气口；5.出液口；6.冷凝工作面；7.连接螺纹孔。具体实施方式结合附图，以下对本专利技术的结构原理进一步详细描述。本专利技术所述的点阵结构冷凝器，参照附图1、2，本专利技术主要有别于常规冷凝器的结构包括：支撑肋2，点阵结构3，以及大直径的进气口4，小直径的出液口5。参照附图2，举例展示了根据本专利技术设计思路设计的点阵结构冷凝器。如图所示，该冷凝器外形尺寸180*90*6mm；腔体1尺寸154*70*3.3mm；腔体1内1/3和2/3位置分别设计里两个支撑肋2，支撑肋尺寸64*3.5*3.3mm；腔体1和支撑肋2之间充满单元格大小为4*4*2mm，丝径0.4mm的点阵结构；腔体1左上角进气口4为圆管，外径为6mm，内径为3mm。腔体1右下角出液口5为圆管，外径为3mm，内径为2mm。本专利技术的实施效果在于，点阵结构增加了流体与壁面之间的接触面积，同时对流体流动有扰动作用，增强力二者之间的换热，相比微通道型冷凝器，具有良好的通透性，可保证换热强度的基础上，有效减弱进出口的压降，减小系统运行阻力。同时可以根据不同工质不同工况，调节3D打印时点阵结构的疏密程度，以实现最佳的换热和最小的压降；加工工艺通过3D整体打印技术实现，保证了内部腔体的气密性，同时避免了一般冷凝器采用焊接工艺时产生的接触热阻；支撑及导流结构既实现了点阵结构的支撑作用，又对流体在内腔中的流动起引导作用，保证流体充分接触面积与时间；进出口采用不同管径，在保证系统柔性要求的同时，减小系统运行阻力。以上显示和描述了专利技术的基本原理和主要特征和专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用3D打印技术制造的点阵结构冷凝器，包括腔体(1)、支撑肋(2)、点阵结构(3)、进气管(4)、出液口(5)、冷凝工作面(6)、连接螺纹孔(7)，其特征在于：所述的点阵结构冷凝器选用铝合金材料,腔体(1)为中空长方体结构，支撑肋(2)位于腔体内1/3和2/3位置，且不填满腔体，留有工质通过的口，靠近进气口的支撑肋在上面，靠近出液口的支撑肋在下面,支撑肋将冷凝器内部分为三部分，并使流道呈S形布置，流道呈S形布置的腔体(1)中空部分填充满点阵结构(3)，腔体左上角整体打印进气管(4)，腔体右下角整体打印出液管(5)，冷凝工作面(6)与外界通过连接螺纹孔(7)连接。

【技术特征摘要】
1.一种采用3D打印技术制造的点阵结构冷凝器，包括腔体(1)、支撑肋(2)、点阵结构(3)、进气管(4)、出液口(5)、冷凝工作面(6)、连接螺纹孔(7)，其特征在于：所述的点阵结构冷凝器选用铝合金材料,腔体(1)为中空长方体结构，支撑肋(2)位于腔体内1/3和2/3位置，且不填满腔体，留有工质通过的口，靠近进气口的支撑肋在上面，靠近出液口的支撑肋在下面,支撑肋将冷凝器内部分为三部分，并使流道呈S形布置，流道呈S形布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴亦农，闫凯芬，谢荣建，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31