CN100587366C - 带外部回路的蒸发器和热交换器以及包括该蒸发器或热交换器的热泵系统和空调系统 - Google Patents

带外部回路的蒸发器和热交换器以及包括该蒸发器或热交换器的热泵系统和空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明总体上涉及一种蒸发器并且特别地涉及一种具有装备排泄装置(160’)的蒸发室(110’)的蒸发器。所述排泄装置(160)’从蒸发器的下部排放累积的液体并且包括一个外部的膨胀驱动的喷射器和/或一个外部的泵。根据本发明的蒸发器例如可以用在热交换器中，例如用在热泵系统中或者空调系统中，并且所述真空驱动的喷射器可以与热交换器的一个膨胀装置(140’)相结合。本发明还涉及一种与所述蒸发器一起用在一种实现一个结合的加热器/过冷器的板式热交换器中。这通过限定和使用界定的相互作用区域完成，经所述的区域冷却介质在与本身热交换的过程中循环。

Description

带外部回路的蒸发器和热交换器以及包括该蒸发器或热交换器的热泵系统和空调系统
技术领域
本发明总体上涉及一种蒸发器并且特别地涉及一种装备排泄装置的蒸发器，用于提高其效率并且降低协同工作的压缩机的磨损。本发明还涉及一种在板式热交换器中与所述蒸发器一起使用的冷凝器。
背景技术
蒸发器和冷凝器是例如用于热交换器的装置，譬如热交换器例如是细长管热交换器、板式热交换器、螺旋热交换器等等。在板式热交换器中介质在交替板中循环，所述交替板典型地用金属制造并与密封的入口管和出口管钎焊在一起在一个相互作用、相互连接的板组件内形成封闭的管道系统，在所述封闭的管道系统中介质在热交换作用下循环。公开的专利申请WO00/03189A1较详细地说明了这种板式热交换器。
图1示出一种采用压缩机驱动的蒸发过程的常规热交换器的工作原理。这样的一个热交换器包括一个蒸发室110，在所述蒸发室中冷却介质吸收热量Q，并且其后在介质因此而蒸发以后，介质被引导到一个压缩机120，然后进一步被引导到一个冷凝室130，在所述冷凝室中所述介质放出热量Q并且冷凝。介质然后经一个膨胀阀140被馈送回蒸发室110。在图1中所示的常规热交换器的一个问题涉及因为本领域技术人员公知的原因在蒸发室中累积液体而降低了热交换器效率这样一个事实，累积的液体由图1中的液面150示出。另一个问题是如本领域技术人员所公知的，所述累积的液体还增加了离开室110的液体量，对压缩机120有损坏的作用。
如本领域技术人员所公知的，一个提高图1中所示的热交换器的效率的方式是借助于所谓的过热器/过冷器在图1中的区域170中提供介质的附加的加热和在区域160中提供附加的冷却。过热器/过冷器的作用还会降低图1中的压缩机120的磨损，因为压缩机120接收的液体量将会降低。常规的热交换器中的一个问题是这些过热器/过冷器实现成外部单元，使热交换器体积庞大并且不总是成本合算的。有关板式热交换器的特定的问题是在蒸发器的下部的累积的液体介质造成不均匀的流动，结果降低了效率。
本发明解决或者减少了上述问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述的问题。
从而本发明的一个目的是提供一种更有效的蒸发器。
本发明的另一个目的是降低与蒸发器连接并与之协同工作的压缩机的磨损。
本发明的又一个目的是总体上提高热交换器的效率，特别是提高板式热交换器的效率。
本发明提供一种装备排泄装置的蒸发器，所述排泄装置把累积的液体从蒸发器的下部排出。所述排泄装置包括一个喷射器和/或一个泵。
本发明还通过在热交换器的蒸发器和冷凝器中提供相互作用的界定的区域而在板式热交换器中提供一个过热器/过冷器。
具体地，本发明提供了一种板式蒸发器，所述蒸发器具有至少一个入口和至少一个出口使得介质能够进入所述蒸发器和从所述蒸发器排出，其中所述蒸发器包括多个相互连接的蒸发室，这些蒸发室并排布置，其特征在于，所述蒸发器装备有一个外部回路，该外部回路用于从所述蒸发室的下部排放所述介质并且把所述介质引回蒸发室中。
此外，本发明还提供了一种由板形成的板式热交换器，所述板具有沟槽结构，所述沟槽结构在交替的成对板之间形成至少两个分开的管道系统，使得第一介质能够在与所述管道系统中的第二管道系统中循环的第二介质进行热交换的过程中在所述管道系统中的第一管道系统中循环，其中所述第一管道系统包括一个形成多个相互连接的蒸发室的部分，所述蒸发室具有至少一个公共的入口和至少一个公共的出口，使得所述第一介质能够进入所述蒸发室和从所述蒸发室排出，其特征在于，所述蒸发室装备有一个连接到排泄装置的附加的出口，所述排泄装置用于把所述第一介质从所述蒸发室的下部排放进一个外部回路中并且把所述第一介质引回所述蒸发室中。
此外，本发明还提供了一种包含上述蒸发器和热交换器的热泵系统或空调系统。
附图说明
下面参照附图详细地说明本发明，在附图中：
图1示出常规热交换器的工作原理；
图2示出在根据本发明的热交换器中使用的蒸发器的不同实施方式；
图3示出如何设计根据本发明的板式热交换器的一个第一板面，即A’正面的一个例子；
图4示出如何设计根据本发明的板式热交换器的一个第二板面，即B’背面的一个例子。
具体实施方式
关于蒸发器效率的一个问题是理想地不应当有液体离开蒸发器，也就是说蒸发的介质的液体含量应当是零，这在实际中是难以达到的。从而，本发明的一个目的是通过把离开蒸发器的蒸发了的介质的液体含量减少到最少而提供一种更加有效的蒸发器。
另一个问题是蒸发的介质的较高的液体含量会增加连接到所述蒸发器上的协同工作的压缩机的磨损。从而，本发明的另一个目的是通过把离开蒸发器的蒸发了的介质的液体含量减少到最少而降低连接到该蒸发器的压缩机的磨损。
关于板式热交换器的一个具体问题是蒸发器下部中累积的液体介质会导致不均匀的流动，结果降低了效率。从而，本发明的一个目的是通过减少蒸发器中累积的液体介质的量来提高板式热交换器的效率。
关于热交换器的另一个问题是过热器/过冷器是一种外部单元，使热交换器体积庞大并且不是成本合算的。
下面参照图2说明根据本发明的蒸发器的工作原理。在图2中，一种介质，例如一种冷却剂介质(譬如氟利昂)从一个蒸发室110’循环到压缩机120’，再到一个冷凝器130’并且最后经一个膨胀阀140’返回到蒸发室110’。根据本发明，蒸发室110’在其下部装备有排泄装置160’，使得能够在一个外部的回输回路中引导以液体状态累积的介质。这将降低蒸发室中的液面150’并且因此提高蒸发器的效率以及减少达到压缩机120’的液体量，并且，如本领域技术人员所理解的，结果是降低了压缩机120’的磨损。在一个优选的实施方式中，所述排泄装置由连接装置组成，该连接装置例如通过一个软管、导管或者管连接在蒸发室110’的下部中的一个附加的出口410’与在一个膨胀装置(譬如一个膨胀阀140’)中的一个附加入口170’之间。所述膨胀装置还可以是毛细管或者类似物。在该优选的实施方式中，所述膨胀阀140’装备有一个附加的入口170’用于回输排水。在膨胀阀140’中的该附加的入口170’经受一个产生一种喷射作用(injector effect)的负压，所述负压是由以相对高的速度从冷凝器130’经膨胀阀140’流至蒸发器110’的介质引起的。可以利用该喷吸/喷射作用从出口410’把液体介质输送回膨胀阀140’中。
在一个可供选择的实施方式中，排泄装置不引回膨胀阀140’中，而是引回膨胀阀140’与蒸发室110’之间的连接装置中，如由图2中的箭头180’所示。
在另一个实施方式中，所述外部回路直接地引回到所述蒸发室110’中，由图2中的箭头190’所示。
在又一个实施方式中，所述的排泄装置160’包括一个泵。
这些可供选择的实施方式中也可以利用上述的喷射作用。这意味着，将使用一个膨胀驱动的喷射器经本发明所述的排泄装置输送介质。
下面对以一种板式热交换器的形式实现蒸发器和冷凝器的特例更加详细地说明根据本发明的蒸发器、冷凝器和热交换器。板式热交换器是用于在不同的介质之间进行热交换的普遍公知的装置并且用在许多环境中，而本发明不限于任何特定的应用。然而本发明最容易应用于完全钎焊型的板式热交换器。这指的是所述热交换器包括具有一个沟槽结构(groove pattern)以及介质的入口和出口连接的板。这些板放进一个外壳(package)中并且钎焊在一起形成一个固定的单元。从而为典型地在交替的成对板之间沿相反的方向循环的介质形成分隔的管道。入口和出口延伸穿过所有的板并且从而对于在管道中流动的相应介质是公共的。该技术是普遍公知的，因此在本文中不进行详细地说明。
仅为说明的目的，在此将对带有热交换在三种介质I、II和III之间进行的热交换器的特例说明本发明，然而本发明可以应用于任意数量介质的热交换。使用的介质例如可以是：I＝氟利昂、II＝盐水和III＝水，但是，如本领域技术人员所公知的，可以有其它的可供选择的方案。
下面参见图3，示出根据本发明的板式热交换器的一个板300的正面A’。图3中的板以其正确的工作直立位置示出，即在图3中重力向下起作用。在A’面装备有II介质的一个入口305和一个出口310同时还装备有介质I的一个入口315和一个出口320。一个隔板D把所述介质彼此分隔开，从而在图3中介质II将循环到隔板D的左手侧，而介质I将循环到隔板D的右手侧，即在冷凝室380中循环。根据本发明，设有另一个隔板E，该隔板E形成一个界定的区域A”，同时还形成在所述区域A”与介质I在其中循环的冷凝室380之间的一个槽路C”。这两个隔板通过适当的相互作用的板之间的沟槽和凹陷结构得到，例如从文献WO00/03189中获知，并且在本文中不加说明。下面参见图4，图3中的板300的背面B’以其正确的工作直立位置示出。B’侧具有入口405和420，同时还有出口415和425以及一个隔板F，该隔板把所述介质彼此分隔开，从而介质I将在蒸发室450中循环到图4中的隔板F的左方，而介质III将循环到隔板F的右方。另外，本发明提供一个在蒸发室450的下部中的出口410，该出口连接到根据本发明的外部排泄装置430。排泄装置430具有与上面参照图2说明的排泄装置160’相同的功能，并且可以以同样的方式实现。从而排泄装置430由连接装置组成，该连接装置例如通过一个软管、导管或者管连接在出口410与膨胀阀440之间，如图4中的箭头460所示，或者可供选择地在出口410与膨胀阀440和入口405之间的某处之间，如图4中的箭头470所示，或者可供选择地在出口410与一个附加的入口490之间，如图4中的箭头480所示。如以上参照图2所阐述的，该排泄装置可以利用上述的喷射作用，即包括一个膨胀驱动的喷射器，并且也可以包括一个泵。从而根据本发明的排泄装置自动地从蒸发室450中排放液体。从而，在工作中，该排泄装置连续地从蒸发室排放相对少量的液体，然后把它返回到所述室中。当关闭热交换器时，或者热交换器因某种原因停止时，结果液体会累积在蒸发室450中。然而，只要一开启热交换器，根据本发明的排泄装置就有效地排放蒸发室450。从而，在起动热交换器后将会立即地有大量的液体经排泄装置排走，然而排放液体的量将会很快速地减少。排泄装置提高了蒸发器和热交换器的效率并且减少压缩机的磨损，如本领域技术人员所能够理解的那样。
现在参照图3和图4说明根据本发明的热交换器的工作原理。为了纯叙述的目的，将说明用于热泵应用的热交换器。介质II，例如盐水，以例如对应于地温相对高的温度(例如12℃)在与介质I进行热交换的过程中向下引导进管道腔385中，其后以例如7℃的较低的温度经出口310离开，以在一个封闭的回路中被引导回地。
入口315由压缩机供给介质I(例如氟利昂)，从而介质I在高压和例如80℃的高温下经入口315进入冷凝室。介质I在与介质III进行热交换的过程中被引导向槽路C”的入口370，然后经槽路C”被进一步向上引导并且在与介质I本身热交换的过程中被引导经过界定的区域A”。从而根据本发明的区域A”提供一种双重作用，即，在介质I的蒸发阶段的过程中起过热器的作用，而在介质I的冷凝阶段起过冷器的作用。从而在界定的区域A”中进一步冷凝介质I。这增加了热交换器的效率并且减少了压缩机的磨损，如本领域技术人员所能够理解的那样。
介质I以一个例如32℃的较低的温度离开出口320，其后被供给膨胀阀440。在经过膨胀阀440以后，介质I以相当低的压力和温度(例如2℃)经入口405进入。介质I开始以较低的压力蒸发并且当在蒸发室450中被加热时进一步地蒸发。在与介质II进行热交换的过程中介质I被引导向界定的区域B”，以经出口415排出。当抵达界定的区域B”时，在该示例性的例子中，介质I的温度将会在7℃左右。在界定的区域B”中介质I有一个与本身的热交换，如前所述，从而在此阶段，即蒸发阶段受到上述的过热器的作用。过热器保证所有的液体在抵达压缩机前都蒸发，这将进一步地提高热交换器的效率并且减少压缩机的磨损，如本领域技术人员所能够理解的那样。
而且，以液体形式累积的介质I将会由根据本发明的排泄装置430回输，如前所述。其后介质I以例如10℃的较高温度在一个封闭的回路中从出口415引导到压缩机。
从而介质I在一个封闭的回路中从蒸发室450循环到压缩机并且进一步到冷凝室380，其后经膨胀阀440回到蒸发室450。介质I还可以在由排放出口410和根据本发明的排泄装置430形成的回输回路中循环，如前所述。
介质III，例如水，以一个例如38℃的相对较低的温度经入口420进入，并且以一个例如44℃的相对较高的温度离开出口425，因为介质III在热交换器中与介质I热交换。介质III以一个例如38℃的相对低的温度经入口420进入管道腔485，并且在与所述介质I进行热交换的过程中被引导经过所述管道腔485。所述介质III然后以例如44℃的较高的温度经出口425离开所述管道腔485。从而，作为一个最终效果，介质II把一定量的热量给了介质III。
尽管在一个用于热泵应用的板式热交换器的一个蒸发器和一个冷凝器的例子中说明了本发明，应当理解本发明可以用在各种各样的加热和/或冷却的应用中。例如，本领域技术人员可以认识到上述的过程可以实现一个空调应用、热交换器不必是板式热交换器等等。而且根据本发明的蒸发器不仅可以用在广泛的热交换器中而且可以用在任何的蒸发过程中。图3和图4不是按比例的而且仅以举例的方式说明本发明的工作原理。因此本领域技术人员可以在不偏离由权利要求书所限定的本发明的范围的情况下用许多不同的方式实现本发明。

Claims (18)

1.一种板式蒸发器，所述蒸发器具有至少一个入口和至少一个出口使得介质能够进入所述蒸发器和从所述蒸发器排出，其中所述蒸发器包括多个相互连接的蒸发室(110’)，这些蒸发室并排布置，其特征在于，所述蒸发器装备有一个外部回路(160’)，该外部回路用于从所述蒸发室(110’)的下部排放所述介质并且把所述介质引回所述蒸发室(110’)中。
2.如权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述入口通过连接装置连接到一个膨胀装置(140’)上，所述膨胀装置(140’)装备有一个附加的入口(170’)，并且所述外部回路(160’)布置成把所述介质经所述膨胀装置(140’)的附加的入口(170’)引回所述蒸发室(110’)中。
3.如权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述入口装备有一个附加的入口(170’)，并且所述外部回路(160’)布置成借助于一个膨胀驱动的喷射器把所述介质经所述附加的入口(170’)引回所述蒸发室(110’)中。
4.如权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述外部回路(160’)包括一个泵。
5.一种由板形成的板式热交换器，所述板具有沟槽结构，所述沟槽结构在交替的成对板之间形成至少两个分开的管道系统，使得第一介质(I)能够在与所述管道系统中的第二管道系统中循环的第二介质(II)进行热交换的过程中在所述管道系统中的第一管道系统中循环，其中所述第一管道系统包括一个形成多个相互连接的蒸发室(450)的部分，所述蒸发室具有至少一个公共的入口(405)和至少一个公共的出口(415)，使得所述第一介质(I)能够进入所述蒸发室(450)和从所述蒸发室(450)排出，其特征在于，所述蒸发室(450)装备有一个连接到排泄装置(430)的附加的出口(410)，所述排泄装置用于把所述第一介质(I)从所述蒸发室(450)的下部排放进一个外部回路中并且把所述第一介质(I)引回所述蒸发室(450)中。
6.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述板形成第三管道系统，在所述第三管道系统中第三介质(III)在与至少所述第一介质(I)热交换的过程中循环。
7.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述蒸发室(450)限定有一个界定的区域(B”)，并且所述蒸发室(450)的所述至少一个公共的出口(415)经由一个压缩机连接到形成一个冷凝室(380)的所述第一管道系统的一部分，所述冷凝室(380)具有一个竖直的槽路(C”)，所述竖直的槽路(C”)把所述第一介质(I)从所述冷凝室(380)的下部向上引导到在冷凝室(380)中限定的另一个界定的区域(A”)中，其中分别在所述两个界定的区域(A”、B”)中流动的第一介质(I)之间进行热交换。
8.如权利要求7所述的热交换器，其特征在于，
所述第二管道系统包括一个第一管道腔(385)，所述第一管道腔(385)具有一个入口(305)和一个出口(310)使得所述第二介质(II)能够经所述第一管道腔的入口(305)进入所述第一管道腔(385)，以在与所述第一介质(I)热交换的过程中被引导经过所述第一管道腔(385)，并且经所述第一管道腔的出口(310)离开所述第一管道腔(385)，
一个膨胀阀(440)连接到所述冷凝室(380)的出口(320)和所述蒸发室(450)的所述至少一个公共的入口(405)，使得能够经由所述膨胀阀(440)把所述第一介质(I)从所述冷凝室(380)经所述蒸发室(450)的所述至少一个公共的入口(405)引导到所述蒸发室(450)中，以及，
所述第三管道系统包括一个第二管道腔(485)，所述第二管道腔具有一个入口(420)和一个出口(425)，使得所述第三介质(III)能够经所述第二管道腔的入口(420)进入所述第二管道腔(485)并且能够在与所述第一介质(I)进行热交换的过程中被引导经过所述第二管道腔(485)并且使所述第三介质(III)能够经所述第二管道腔的出口(425)离开所述第二管道腔(485)。
9.如权利要求5-7中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述排泄装置(430)布置成把所述第一介质(I)经一个为所述蒸发室(450)的所述至少一个公共的入口(405)供给所述第一介质(I)的膨胀阀(440)引回所述蒸发室(450)中。
10.如权利要求8所述的热交换器，其特征在于，所述排泄装置(430)布置成把所述第一介质(I)经所述的为所述蒸发室(450)的所述至少一个公共的入口(405)供给所述第一介质(I)的膨胀阀(440)引回蒸发室(450)中。
11.如权利要求5-8中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述排泄装置布置成借助于一个膨胀驱动的喷射器把所述第一介质(I)引入到所述蒸发室的一个附加的入口(490)中。
12.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述排泄装置(430)包括一个泵。
13.一种热泵系统，其特征在于，所述热泵系统包括一个如权利要求1所述的蒸发器。
14.一种热泵系统，其特征在于，所述热泵系统包括一个如权利要求8所述的热交换器。
15.一种热泵系统，其特征在于，所述热泵系统包括一个如权利要求1所述的蒸发器和如权利要求8所述的热交换器。
16.一种空调系统，其特征在于，所述空调系统包括一个如权利要求1所述的蒸发器。
17.一种空调系统，其特征在于，所述空调系统包括一个如权利要求8所述的热交换器。
18.一种空调系统，其特征在于，所述空调系统包括一个如权利要求1所述的蒸发器和一个如权利要求8所述的热交换器。
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