CN101160503B - 板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种包括传热板(2)形成的组件的板式热交换器(1)，该传热板设有穿过该板组件以形成入口通道(12)的贯通的入口孔(10)，在传热板之间配置的密封装置，该密封装置与所述传热板一起在每隔一个板的板间空隙内限定用于一种液体的第一流动通路(14)，并在其余板的每一板间空隙内限定用于另一种液体的第二流动通路(13)，其中所述入口通道(12)经由第一入口通路(15)与每一第一流动通路(14)相连通，并且借助所述密封装置使得与每个第二流动通路的连通被封闭。

Description

板式热交换器
技术领域
本发明涉及一种包括传热板形成的组件的板式热交换器，该传热板设有通过该板组件而形成入口通道的贯通的入口孔，在传热板之间配置有密封装置，该密封装置与传热板一起在每隔一个板的板间空隙内限定用于一种液体的第一流动通路，并在其余板的每个板间空隙内限定用于另一种液体的第二流动通路，其中所述入口通道通过第一入口通路与每个第一流动通路相连通，并且借助所述密封装置使得与每个第二流动通路的连通被密封。
背景技术
板式热交换器常常用来作为在制冷装置内循环的制冷剂蒸发用的蒸发器。通常这种制冷装置包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所有这些部件都串联连接在一起。在这种类型的装置中作为蒸发器使用的板式热交换器的传热板经常钎接或焊接在一起。但是垫圈也可以在传热板之间作为密封装置使用。
随同上面谈到的制冷装置所发生的问题是进入板式热交换器入口通道中的制冷剂不能均匀地分配到传热板之间的板间空隙内的不同的蒸发流动通路。产生这种情况的一个原因可能是制冷剂在通过膨胀阀后，当它再进入入口通道时已经部分地蒸发，以及在沿整个入口通道通过的过程中，不能保持均匀的液体/蒸汽混合物状态，而是往往会部分地分离成液流和蒸汽流。
制冷剂在板式热交换器内的不同蒸发通路的不均匀分配使得板式热交换器的部件的使用效率降低，而且，该制冷剂可能变得不必要的过热。此外，某些通道可能被制冷剂充满并且存在某些液体在出口处出现的危险。
为了避免制冷剂在上述类型的板式热交换器内的不均匀分配的问题，在以前的瑞典专利SE 8702608-4中已经提出，在板式热交换器的入口通道与形成制冷剂的蒸发流动通路的每个板间空隙之间的每一个通道内配置节流装置。该节流装置可以是具有一个孔的圆环或垫圈，并且被配置在一对围绕该孔的相邻的传热板之间。或者该节流装置可以是具有许多孔或小孔的管子，该管子配置在板式热交换器的入口通道内。在SE8702608-4中还提出另外一个可供选择的方案，即通过折叠该传热板的边缘部分并且限定两个相邻的传热板的入口孔彼此边缘对边缘地靠紧来形成作为传热板的组成部分的节流装置。但是，允许制冷剂进入相邻板之间的流动通路的入口孔是在一个较小的面积上形成的。
配置有上述类型的节流装置的板式热交换器在其制造过程中将会产生一些困难。分离圆环或垫圈的使用在板式热交换器装配时也会产生该圆环或垫圈定位在正确的位置内的问题。管子形式的节流装置的缺点是它必须具有与包括在板式热交换器内的传热板的数量相适应的长度，还必须使它相对于通到传热板之间的流动通路的入口通路正确地定位。根据很难获得如SE 8702608-4中所提出的恰当限定通入板间空隙的入口孔的事实，也已经证明折叠传热板的入口边缘部分是不实际的。
对于所遇到的与冷却剂在板式热交换器中的不同蒸发通路分配不均匀有关问题的另一个解决办法是提供一个用来节流输入介质的恰当限定的入口通路。具有这样的节流装置的板式热交换器已在WO95/00810和WO 97/15797公开。
在WO 95/00810和WO 97/15797公开的板式热交换器中，入口和出口通道沿板组件形成具有连续的峰和谷的壁的管道。但是，沿板组件形成的这种特殊形状的通道具有对液体流动的有害的冲击，从而迫使液体收缩和膨胀，导致紊流和回流，影响进入相邻板之间的流动通路的制冷剂混合物数量和质量，并引起压降。具体地说，由于这种情况负面地影响制冷剂沿板组件的分配，因此对于沿板组件的制冷剂入口通道是很关键的。
理论上，制冷剂沿板组件的分配应该保证在传热板之间的每个制冷剂通道内具有相同制冷剂蒸气特性的相等的质量流量。但是，实际上当液体沿着板组件流动时，由于液体的物理状态和液流动力状态的变化，达到这样的性能是十分困难的。
发明内容
本发明的目的在于消除或至少减轻上述的缺点，并且提供一种容易制造和成本低廉的板式热交换器，该板式热交换器中，传热板这样形成，即，使得待蒸发的制冷剂或其他被液体可以在该传热板之间的不同的蒸发流动通道获得改进的和均匀的分配。
根据本发明，上述目的已经由本文一开始所叙述的这种类型的板式热交换器实现，该板式热交换器的特征在于，入口通道基本上是平滑的圆柱形，它是由设置在第一液体的入口孔内的密封件构造成，并且该入口通路就设置在该密封件内。
根据本发明，可以提供一种易于制造和安装并且成本低廉的板式热交换器，在该板式热交换器中，传热板这样形成，即，使得待蒸发的制冷剂或其他被液体可以在该传热板之间的不同的蒸发流动通道获得改进的和均匀的分配。
特别是，通过本发明的基本上圆柱形的平滑的入口通道，可以得到一种改进的和非常有效利用的板式热交换器，其中，紊流、液体的分离、液体的积聚和回流已经显著地减少，从而使该板式热交换器的热效率提高，并且具有较高的稳定性，在部分载荷的情况下也是如此。
在本发明的一个最佳实施例中，入口孔具有较小的直径，并且围绕该孔的板材这样形成，使得传热板沿着该孔的边缘彼此紧密相靠，该传热板形成封闭第二流动通路和第一流动通路的第一外密封区和第二内密封区。
在本发明的另一个最佳实施例中，传热板上设置有通过板组件形成分配通道的附加孔，入口通路将入口通道与所述分配通道相连接，传热板上设置有至少一个在传热板之间连接分配通道与所述第一流动通路的第二入口通路。
在本发明另一个实施例中，所述第一和第二入口通路应如此确定尺寸，即，使得它们在入口通道与分配通道之间及在分配通道与所述第一流动通路之间分别形成节流连通。
在本发明的一个最佳实施例中，所述第一入口通路是由彼此靠紧的相邻传热板所形成并且位于它们之间。在这样的相邻传热板中的至少一个板内形成一个凹口或凹槽。
在本发明另一个实施例中，密封件是一套环，并且最好该套环是该孔的一个组成部分。在本发明另一个最佳实施例中，该套环的相对置的边缘部分彼此相靠紧。
在本发明另一个实施例中，该套环相对置的边缘部分借助其间的一个大于0毫米的距离从而形成一狭缝。
在另一个实施例中，两个相邻的传热板上有不同直径的入口孔，套环的高度这样确定，使得所述套环的对置的边缘部分相互搭接。入口孔和套环之间的角度优先采用大于或等于90°，最好该角度是90°。此外，按照本发明的一个实施例，在板间空隙内紧靠在套环的后面形成一腔。
在本发明另一个最佳实施例中，密封件是圆环，该圆环在两个相邻传热板之间的空隙内围绕着入口孔设置，所述圆环具有至少一对对置的凹口，该凹口沿径向从圆环的内圆周向外圆周延伸，以及入口通路由其中容纳有入口通路的两个相邻圆环的凹口形成。最好所述凹口的形状与第一入口通路的形状相对应。
本发明其他的目的、特性、优点和最佳实施例通过阅读下面的详细说明，连同参看附图及所附的权利要求书将变得更加清楚。
附图说明
下面参照附图对本发明的最佳实施例作更详细的说明。
图1示出了一种板式热交换器的透视图；
图2示出了沿图1中的A-A线所截取的常规的板式热交换器的截面图；
图3示出了设有先前已知的一种分配装置的板式热交换器的截面图，该分配装置形成通过该板式热交换器的不平滑的通道；
图4示出了设有先前已知的另一种分配装置的板式热交换器的截面图，该分配装置形成通过该板式热交换器的不平滑的通道；
图5示出了一种板式热交换器的入口通道的透视图，该板式热交换器设有与本发明的一个实施例相一致的平滑通道；
图6示出了一种板式热交换器的入口通道的截面图，该板式热交换器设有与本发明另一个实施例相一致的平滑通道；
图7示出了一种板式热交换器的入口通道的透视图，该板式热交换器设有与本发明另一个实施例相一致的借助于围绕孔口的圆环来形成的平滑通道；以及
图8示出了图7中的本发明的圆环的透视图。
具体实施方式
图1示出了常规的单回路板式热交换器1，该板式热交换器用来在冷却装置中作为蒸发器使用。板式热交换器1包括许多传热板2，这些传热板在上部的外盖板3和下部的外盖板4之间叠置在彼此的顶部，并且通过钎接，粘接或焊接永久地相连接。最好该传热板2设置有波纹状平行脊，该平行脊这样延伸，使得相邻传热板2的脊在该板间空隙内相互跨接并彼此相靠。此外该板式热交换器1具有用于两种热交换液体的第一和第二入口5，6以及第一和第二出口7，8。
当然，传热板的数量可根据板式热交换器所需要的热传导容量而变化。在用钎接方法连接的过程中，适当数量的传热板相互堆叠放置，并在相邻传热板之间放入薄板形，盘形或糊状的钎料，然后将整个板组件放在炉内加热，直至所述的钎料熔化。
在组装能拆开的板式热交换器的过程中，适量的传热板相互堆叠放置，在相邻的板之间用橡胶垫或类似密封件密封。然后，将整个板组件用紧固装置例如螺栓固定在一起。
图2中示出了通过图1的板式热交换器截取的横截面，该截面沿着包括第二入口连接装置6和第一出口连接装置7的这部分板式热交换器延伸。
传热板2还配置有通孔9和在离它很小距离处的一个附加孔10。在该板上相应的孔9，10时彼此对中，由此使孔9形成通过板组件延伸的出口通道11，孔10形成通过板组件延伸的入口通道12。出口通道11在其一端与用于第二热交换液体的出口连接装置7相连接，而入口通道12与用于第一热交换液体的入口连接装置6相连接。
板式热交换器1以常规的方法在传热板2之间配置密封装置，该密封装置与相应的传热板一起在每个第二板间空隙内限定了用于所述第二热交换液体的第二流动通路13，而在剩余的板间空隙内限定了用于第一热交换液体的第一流动通路14。第二流动通路13借助于两个彼此紧靠的两个传热板的孔之间的至少一个入口通路15与出口通道11连接。每个第一流动通路14以同样的方法与入口通道12连接。
图1和图2示出的板式热交换器为两种热交换传导液体中的每种液体配置一个出口通道11和一个入口通道12，并且所述的通道都位于传热板2的端部位置。当然，该板式热交换器也可以配置几个入口和出口通道，但通道的形状和位置可以自由选择，例如该板式热交换器可以是一种用于三种不同的液体的具有六个通道的双回路板式热交换器，。
图3示出了设置有前面已知的一种分配装置的板式热交换器1的入口通道12。与图2中所示的入口通道12相比较，该传热板2配置有一种缩小的入口通道。因此，孔10具有更小的直径，并且围绕孔10的板材这样形成，使得传热板2沿该孔10的边缘更加靠紧。由于这种结构，传热板2形成了第一外部的密封区16和第二内部密封区17，它们分别封闭第二流动通路13和第一流动通路14。该第二密封区17基本上是一个围绕孔10的环形平面。
第一流动通路14和入口通道12之间的连通是由入口通路15来提供的。在两个板的至少一个板中的第二内部密封区17，在其面对另一个板的这一侧可以设置至少一个较窄的凹口或凹槽18，该凹槽使得两个板在该内部密封区17的部分处没有靠紧或相互连接，这意味着所述凹槽18形成了使入口通道12与第一流动通路14相连接的第一入口通路15。在图3中，该入口通路15形成为一个管道，该管道是由在相邻的两个传热板2的每个板内设置的相对置的凹槽形成的，该管道沿孔10的边缘彼此面对。
但是，如图3中所示，这种结构形成一个通过该板式热交换器的不平滑的通道，内部密封区17形成了不平滑的入口通道12，这就产生了上述各种问题。
图4示出了设置有前面已知的另一种分配装置的另一种板式热交换器1的入口通道12。该分配装置也形成了通过该板式热交换器的不平滑的通道。每一个传热板2上都设置有第一孔10并在离它很小距离处设置有第二孔19。所有的第一孔10都相互对中并形成一个通过该板组件延伸的入口通道12，所有的第二孔19也都相互对中并形成分配通道20，该分配通道与入口通道12相平行地通过板组件延伸。
在另一个实施例中，第二凹槽21形成第二入口通路22，该通路使分配通道20与在两个相邻传热板2之间形成的第一流动通路14相连接。
图5示出了本发明的第一个实施例，其中板式热交换器1设置有密封件23，该密封件在传热板2的孔10中采取套环23A的形式。最好套环23A和孔10之间的角度为90°，具有基本上圆柱形的平滑的入口通道12就通过套环23A形成。
在相邻板的两个套环23A的边缘之间(即彼此面对的边缘之间)可以形成一定的距离，所述距离形成一个狭缝24。该距离可以根据传热板的压入深度来选择以便使狭缝24的间隙减至最小。该间隙越小该通道就越类似平滑的圆柱形管道。
在加压该板组件的过程中，为了避免一个套环23A的边缘同下一个套环的边缘之间相互干涉，套环高度可以这样选择，使得它不超过压入深度，也就是说，套环23A的相对置的边缘部分之间可以形成距离大于零毫米的狭缝24。
但是，在图6中也示出了可以避免该边缘之间相互干涉的实施例，该实施例设置具有不同直径的入口孔10的两个相邻的传热板，并且这样选择套环23A的高度，使得套环23A的相对置边缘部分相互搭接。此外，在后一种情况下，根据本发明，入口孔10和套环23A之间的角度可以大于90°。
紧接在套环23A后面的空隙中形成的小腔25可以容纳通过狭缝24的制冷剂，并且起着用来平衡由于高压而引起的压力和动量的制冷剂室的作用。这样，套环23A就不会由于受到制冷剂的压力而变形，并且入口通道12沿该板组件也有较好的机械抗力。
在本发明的一个实施例的板式热交换器中，待蒸发的制冷剂或其他液体的输入液流在通过第一入口通路15，18时将承受第一次压力降并部分地蒸发，该第一入口通路是在入口通道12与分配通道20之间形成的。然后，它在通过第二凹槽21进入传热板之间形成的第一流动通路14之前，将在分配通道内达到压力平衡。
本发明的另一个可供选择的实施例示于图7和图8中，其中密封件23是一个圆环26，该圆环在两个相邻的传热板之间围绕着孔10，插入到两个相邻传热板2之间的空隙内。圆环26有至少一对对置的凹口27，该对凹口沿径向从圆环的内圆周到外圆周延伸。所述凹口与入口通路15的形状相对应，例如在两个相靠紧的传热板2的第二密封区17内的一个或几个凹口18形成入口通路15。该圆环26围绕入口孔10设置在两个相邻的传热板之间的空隙中，并且入口通路15由其中容纳有入口通路15的两个相邻圆环的凹口27所构成。该圆环具有平滑的内表面并且最好由金属或聚四氟乙烯制成。
当制冷剂进入入口通道12时，如果它部分地蒸发，本发明可以在它进入在传热板之间形成的蒸发流动通道之前保持该制冷剂液体/蒸汽混合物均匀性。特别是根据本发明，一种改进的非常有效利用的板式热交换器可以由基本上是圆柱形的平滑的入口通道12来获得，在该入口通道中紊流、液体分离、液体的积聚和回流都可以显著地减少，从而使该板式热交换器的热效率增加，并且具有较高的稳定性，在部分载荷的情况下也是如此。
对于在本技术领域内的普通技术人员来说，非常明显的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对本文中所公开的本发明做出各种变换和修改。

Claims (10)

1.一种包括传热板(2)形成的组件的板式热交换器(1)，该传热板设有穿过该板组件以形成入口通道(12)的贯通的入口孔(10)，在传热板之间配置的密封装置，该密封装置与所述传热板一起在每隔一个板的板间空隙内限定用于第一液体的第一流动通路(14)，并在其余板的每一板间空隙内限定用于第二液体的第二流动通路(13)，其中所述入口通道(12)经由第一入口通路(15)与每一第一流动通路(14)相连通，并且借助所述密封装置使得与每个第二流动通路的连通被封闭，其特征在于，入口通道(12)具有基本上平滑的圆柱形，该圆柱形通道是由设置在用于第一液体的入口孔(10)内的密封件(23)形成的，以及该第一入口通路(15)设置在密封件(23)内，所述第一入口通路(15)位于相邻的彼此靠紧的传热板之间并且是由相邻的传热板彼此靠紧而形成的，凹口或凹槽(18)在至少一个这样相邻的传热板(2)内形成，所述凹口或凹槽(18)形成所述第一入口通路(15)。
2.权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，密封件(23)是套环(23A)。
3.权利要求2所述的板式热交换器，其特征在于，套环(23A)是入口孔(10)的一部分。
4.权利要求2或3所述的板式热交换器，其特征在于，套环(23A)的对置的边缘部分彼此靠紧。
5.权利要求2或3所述的板式热交换器，其特征在于，套环(23A)的对置的边缘部分借助在其间的大于0毫米的距离而形成一狭缝。
6.权利要求2或3所述的板式热交换器，其特征在于，两个相邻传热板具有不同直径的入口孔(10)，并且套环(23A)的高度应这样确定，即，使得所述套环(23A)的对置边缘部分相互搭接。
7.权利要求2或3中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，入口孔(10)和套环(23A)之间的角度大于或等于90°。
8.权利要求2或3中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，入口孔(10)和套环(23A)之间的角度为90°。
9.权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，密封件(23)是一圆环(26)，它围绕入口孔(10)设置在两个相邻传热板之间的板间空隙内，所述圆环具有至少一对相对置的凹口(27)，该凹口沿径向从该圆环的内圆周向外圆周延伸，并且容纳有该第一入口通道的两个相邻圆环的凹口(27)形成该第一入口通路(15)。
10.权利要求9所述的板式热交换器，其特征在于，所述凹口(27)具有与第一入口通路(15)的形状相对应的形状。
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