CN102967086B - 板式蒸发器及制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板式蒸发器及制冷系统。该板式蒸发器包括：制冷通道；受冷介质通道，受冷介质通道和制冷通道布置成使受冷介质通道中的受冷介质与制冷通道中的第一制冷剂进行热交换；和过冷通道，过冷通道和制冷通道布置成使过冷通道中的第二制冷剂与制冷通道中已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂进行热交换，所述制冷通道中的第一制冷剂、受冷介质通道中的受冷介质和过冷通道中的第二制冷剂相互物理分离。通过在板式蒸发器中设置过冷通道来实现对第二制冷剂的过冷操作和对第一制冷剂的过热操作，避免了复杂的管路结构，节省了系统空间。

Description

板式蒸发器及制冷系统

技术领域

本发明涉及一种板式蒸发器和具有这种板式蒸发器的制冷系统。

背景技术

常规的制冷系统通常包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器几大部件。蒸发器是制冷系统中的一个重要组成部分，担负着利用经过节流装置降压液化后的制冷剂对受冷介质进行冷却以实现制冷、并将经过制冷操作之后的制冷剂输送回压缩机的重要功能。

在应用中，为了使制冷系统运行稳定高效，经常需要保证供给至节流装置进口的制冷剂状态有一定的过冷度，而为了防止吸气带液，则需要保证从蒸发器的出口输出至压缩机的制冷剂有一定的过热度。这对于低温工质冷凝温度接近于临界温度的情况尤其重要。在现有技术中，可以在系统中蒸发器和冷凝器之间的位置增加一个回热器，对从冷凝器输出的制冷剂进行冷却使之过冷，同时对从蒸发器输出的制冷剂进行加热以使之过热。但这样做使系统管路连接复杂，增大了制冷剂的泄漏机率，使成本增加，设备安装空间增大。

为此，需要提供一种能够保证节流装置进口处的制冷剂的过冷和蒸发器的出口的制冷剂的过热、而又能够避免复杂的管路结构、并节省空间和成本的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够在制冷系统中实现对供给至节流装置进口的制冷剂的过冷操作和对从蒸发器的出口供给至压缩机的制冷剂的过热操作的板式蒸发器。

本发明的目的还在于提供一种能够实现上述过冷操作和过热操作的结构简单、占用空间小且成本低的制冷系统。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案通过以下方式来实现：

根据本发明的一个方面，提供一种板式蒸发器，包括：

制冷通道，具有第一进口和第一出口，分别用于输入和输出第一制冷剂；

受冷介质通道，具有第二进口和第二出口，分别用于输入和输出受冷介质，所述受冷介质通道和制冷通道布置成使受冷介质通道中的受冷介质与制冷通道中的第一制冷剂进行热交换；

过冷通道，具有第三进口和第三出口，分别用于输入和输出第二制冷剂，所述过冷通道和制冷通道布置成使所述过冷通道中的第二制冷剂与制冷通道中已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂进行热交换；

所述制冷通道中的第一制冷剂，受冷介质通道中的受冷介质，和过冷通道中的第二制冷剂相互物理分离。

进一步地，所述过冷通道中的第二制冷剂的温度可以高于所述制冷通道中已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂的温度。

具体地，所述制冷通道还可以包括依次连通的制冷剂导入通路、换热腔、和制冷剂导出通路，所述制冷剂导入通路与所述第一进口连接，用于将从第一进口输入的第一制冷剂导入换热腔，所述制冷剂导出通路与所述第一出口连接，用于将第一制冷剂从换热腔经由第一出口输出。

优选地，所述受冷介质通道在所述换热腔中延伸并且所述受冷介质通道的外壁与第一制冷剂接触，以使所述受冷介质通道中的受冷介质与所述换热腔中的第一制冷剂进行热交换。

优选地，所述过冷通道至少部分地在制冷剂导出通路中或邻近制冷剂导出通路的换热腔部分中延伸并且所述过冷通道的外壁与经过与受冷介质进行的热交换的第一制冷剂接触，以使过冷通道中的第二制冷剂与其进行热交换。

优选地，所述过冷通道的一部分可以在制冷剂导出通路中延伸，另一部分可以在邻近制冷剂导出通路的换热腔部分中延伸。

优选地，所述过冷通道的通道外壁还可以与受冷介质通道的通道外壁相接触，以实现过冷通道中的第二制冷剂同受冷介质通道中的受冷介质的热交换。

具体地，所述过冷通道中的第二制冷剂的温度可以高于所述受冷介质通道中的受冷介质的温度。

进一步地，所述板式蒸发器可以设置有一条或更多条过冷通道。

进一步地，所述过冷通道由换热管形成，在所述制冷剂导出通路的与第一出口相对的一侧上开设有一开口，所述第三入口和第三出口中的至少一个从所述开口中引出。

进一步地，在所述制冷剂导出通路的与第一出口相对的一侧上开设有一开口，所述第三入口和第三出口位于所述开口的周围，且所述过冷通道与板式蒸发器的外壳以及受冷介质通道的通道外壁相接合。

具体地，所述过冷通道可以由板片叠合而成。

根据本发明的另一方面，提供了一种制冷系统，包括：压缩机、冷凝器、节流装置和上述任一种板式蒸发器，其中所述压缩机的出口与冷凝器的入口相连，所述冷凝器的出口与所述板式蒸发器的过冷通道的第三进口相连，所述板式蒸发器的过冷通道的第三出口连接至节流装置的入口，所述节流装置的入口连接至所述板式蒸发器的制冷通道的第一进口，所述板式蒸发器的制冷通道的第一出口连接至压缩机的入口。

进一步地，所述第一制冷剂可以是从节流装置的出口输出的气液两相制冷剂，第二制冷剂可以是从冷凝器的出口输出的制冷剂。

本发明的上述技术方案中的至少一个方面能够通过在板式蒸发器中设置过冷通道来实现对供给至节流装置进口的制冷剂的过冷操作和对从蒸发器的出口供给至压缩机的制冷剂的过热操作，使得制冷系统中不需要设置独立的回热器而避免了复杂的管路结构，节省了系统空间和成本。

附图说明

图1示出根据本发明的一实施例的板式蒸发器及制冷系统的示意性的结构图；

图2示出根据本发明的一实施例的板式蒸发器的内部结构示意图；

图2a示出如图2所示的板式蒸发器的过冷通道的第三进口和第三出口的右侧局部视图；

图2b示出如图2a所示的方案的一种替代方案；

图3示出根据本发明的另一实施例的板式蒸发器的内部结构示意图；和

图3a示出如图3所示的板式蒸发器的过冷通道的第三进口和第三出口的右侧局部视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。附图中由断裂线表示的部分是不可见的实体或通路。

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的板式蒸发器10。图中的箭头表示通道中的制冷剂或其它介质的流动方向。该板式蒸发器10包括制冷通道11、受冷介质通道12和过冷通道13。制冷通道11具有第一进口111和第一出口112。所述第一进口111用于从所述板式蒸发器10外部输入第一制冷剂，所述第一出口112用于将流过制冷通道11的第一制冷剂从制冷通道输出所述板式蒸发器10。受冷介质通道12具有第二进口121和第二出口122。所述第二进口121和第二出口122分别用于将受冷介质从所述板式蒸发器10外部输入受冷介质通道12和从受冷介质通道12输出到所述板式蒸发器10外部。所述过冷通道13具有第三进口131和第三出口132。所述第三进口131用于从所述板式蒸发器10外部输入第二制冷剂，所述第三出口132用于将经过过冷通道13的第二制冷剂输出到所述板式蒸发器10外部。

在板式蒸发器10中，所述受冷介质通道12和制冷通道11布置成使受冷介质通道12中的受冷介质与制冷通道11中的第一制冷剂在所述板式蒸发器中进行热交换。流入制冷通道11的第一制冷剂例如可以是液相或气液两相制冷剂。在上述热交换中，第一制冷剂吸收受冷介质的热量，例如用于使第一制冷剂汽化。于是，从受冷介质通道12的第二出口122输出的受冷介质的温度将低于其从第二进口121输入时的温度。这样，就实现了对受冷介质的冷却操作。经过对受冷介质的冷却操作后的第一制冷剂从第一出口112排出到板式蒸发器10的外部。

在所述板式蒸发器10中，所述过冷通道13和制冷通道11布置成使所述过冷通道13中的第二制冷剂在所述板式蒸发器10中与制冷通道11中已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂进行热交换。通常，制冷通道11中已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂会位于制冷通道11中更靠近第一出口112的一侧，而非更靠近第一进口111的一侧。通常，过冷通道13中的第二制冷剂的温度会高于所述制冷通道11中位于第一出口内侧处的第一制冷剂的温度。因此，这两者的热交换会使得第一制冷剂的进一步吸热而实现过热，而使第二制冷剂的温度降低而实现过冷。对所述已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂在其从第一出口112流出之前进行过热处理，可以避免或至少减少从该第一出口112流出的第一制冷剂中的液相成分。本申请中所述的“已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂”不仅包括已经完成与受冷介质的热交换的第一制冷剂，还包括基本上完成与受冷介质的热交换的第一制冷剂。也就是说，在所述第一制冷剂与第二制冷剂进行热交换的同时或之后，所述第一制冷剂仍可能与受冷介质进行少量的热交换。由于从第一出口112流出的第一制冷剂可用于供给压缩机20，抑制其中的液相成分可以防止所谓“吸气带液”现象，能够提高压缩机的处理效率，避免给压缩机造成故障。而从过冷通道3流出的第二制冷剂，可以被供给至节流装置40的进口，对第二制冷剂进行过冷处理，可以抑制其气相成分，使流入节流装置40的制冷剂的液相成分得以提高，从而提高制冷效率。

在板式蒸发器10中，制冷通道11中的第一制冷剂、受冷介质通道12中的受冷介质和过冷通道13中的第二制冷剂在物理上是相互分离的。也就是说，尽管如上所述它们之间存在着热交换，但是，这些介质之间并不相互直接接触，而是以一定的方式，例如通过某一通道的外壁来实现热交换。

如图2所示，除去上述的第一进口111和第一出口112之外，制冷通道11还可以包括依次连通的制冷剂导入通路113、换热腔114和制冷剂导出通路115。制冷剂导入通路113与所述第一进口111连接，用于将从第一进口111输入的第一制冷剂导入换热腔114。第一制冷剂在所述换热腔114中与受冷介质通道12中的受冷介质进行热交换。制冷剂导出通路115与所述第一出口112连接，用于将第一制冷剂从换热腔114经由第一出口112导出所述板式蒸发器10。从第一出口112导出的第一制冷剂可以被送至压缩机20以便进行制冷循环。

在一实施例中，受冷介质通道12可以在换热腔114中延伸，以使换热腔114中的第一制冷剂与所述受冷介质通道12的外壁相接触，从而使所述受冷介质通道12中的受冷介质与换热腔114中的第一制冷剂通过受冷介质通道12的外壁进行热交换。

过冷通道13可以完全地设置在制冷剂导出通路115中，并使过冷通道13的外壁与制冷剂导出通路115中的第一制冷剂相接触，从而使过冷通道13中的第二制冷剂与制冷剂导出通路115中的第一制冷剂进行热交换。于是，实现了对第二制冷剂的过冷处理和对第一制冷剂的过热处理。过冷通道13也可以部分地在制冷剂导出通路115中延伸，而使过冷通道13中的第二制冷剂与制冷剂导出通路115中的第一制冷剂通过过冷通道13制冷剂导出通路115中延伸部分的外壁进行热交换。过冷通道13还可以至少部分地在换热腔114的邻近制冷剂导出通路115的部分中延伸，以使过冷通道13的外壁与换热腔114的该部分中的第一制冷剂相接触，以实现过冷通道13中的第二制冷剂与换热腔114的邻近制冷剂导出通路115的部分中的第一制冷剂的热交换。过冷通道13也可以布置成一部分在制冷剂导出通路115中延伸，而另一部分在换热腔114的邻近制冷剂导出通路115的部分中延伸，以使得过冷通道13中的第二制冷剂可以通过过冷通道13的外壁与位于制冷剂导出通路115中和换热腔114的邻近制冷剂导出通路115的部分中的第一制冷剂都进行热交换。将过冷通道13的至少一部分设置于换热腔114的邻近制冷剂导出通路115的部分中，能够适度地扩大过冷通道13的换热面积，并且减小其空间布置的难度，这在制冷剂导出通路115空间狭小时尤其有益。

在一实施例中，在过冷通道13的外壁与制冷剂导出通路115中的第一制冷剂和/或换热腔114的邻近制冷剂导出通路115的部分中的第一制冷剂相接触的同时，所述过冷通道13的通道外壁还可以与受冷介质通道12的通道外壁相接触，以实现过冷通道13中的第二制冷剂同受冷介质通道12中的受冷介质的热交换。在这种情况下，过冷通道13中的第二制冷剂不仅能够通过与第一制冷剂的热交换而实现过冷，还能够通过与受冷介质通道12中的受冷介质的热交换来实现过冷。这样，过冷通道13中的第二制冷剂能够获得更好的过冷效果。通常，过冷通道13中的第二制冷剂的温度高于受冷介质通道12中的受冷介质的温度。

在根据本发明的板式蒸发器10中，可以设置有一条过冷通道13，也可以设置两条、三条、四条或更多条过冷通道13。增加过冷通道13的数量可以增大换热面积，以提高换热效率。设置合适数量的过冷通道13，可以兼顾结构的紧凑程度和换热面积，以获得最佳的热交换效率。

上述制冷剂导出通路115和制冷剂导入通路113可以采用孔、腔、管等形式。过冷通道13可以由换热管形成。如图2所示，制冷剂导出通路115可以在与第一出口112相对的一侧上开设有一开口116，该开口116的形状可以是圆形、矩形等形状。过冷通道13的第三入口131和第三出口132可以都从所述开口116中引出，如图2a所示。图2a所示出的部分对应于图2中的虚线框所表示的部分。也可以设置成第三入口131和第三出口132中的一个从所述开口116中引出，而另一个在所述开口116外围引出，如图2b所示。所述第三入口131和第三出口132也可以都设置在开口116的外围。图2和图3中在换热腔114中，方向指向上的箭头表示的是第一制冷剂的流动方向，而方向指向下的箭头表示的是受冷介质的流动方向。这种方向表示是示意性的，制冷剂和受冷介质的流动方向并不受限于此。

如前所述，过冷通道13可以与第一制冷剂和受冷介质通道12中的受冷介质同时进行热交换，在这种情况下，过冷通道13可以设置成与受冷介质通道12的外壁接合在一起，以保证过冷通道13的外壁与受冷介质通道12的外壁的可靠接触。如图3所示，过冷通道13进一步还可以与所述板式蒸发器10的外壳以及受冷介质通道12的通道外壁都接合在一起，以形成板式蒸发器10的整体结构的机械加强结构，从而提高整个板式蒸发器10的结构的刚度和稳定性。在这种情况下，增加过冷通道13的数量可以提高机械加强效果。

在一实施例中，过冷通道13可以至少部分地与受冷介质通道12一体形成，例如，过冷通道13的至少一部分可以由沿着受冷介质通道12的外壁延伸而不穿过受冷介质通道12的外壁的孔或腔形成。过冷通道13也可以由板片叠合而成。尽管在上述实施例中给出了过冷通道13的示意性的布置方式，但是本领域技术人员应当理解，过冷通道13的布置方式不限于此，例如其可以包含以各种形式弯曲的管路，或第三进口131和第三出口132可以设置在制冷剂导出通路115的其它位置上。根据本发明的板式蒸发器10还可以包括各种支撑结构来满足各个通道的支撑和固定的需要。

图1中还示出了一种包括根据本发明的板式蒸发器10的制冷系统。这种制冷系统还包括压缩机20、冷凝器30和节流装置40。其中压缩机20的出口与冷凝器30的入口相连，冷凝器30的出口与所述板式蒸发器10的过冷通道13的第三进口131相连，所述板式蒸发器10的过冷通道13的第三出口132连接至节流装置40的入口。节流装置40的入口连接至所述板式蒸发器10的制冷通道11的第一进口111，所述板式蒸发器10的制冷通道11的第一出口112连接至压缩机20的入口。

在上述制冷系统的工作中，压缩机20将气相制冷剂送至冷凝器30，在冷凝器30中，制冷剂在高压下液化放热，形成气液两相制冷剂，并将其作为第二制冷剂输入到板式蒸发器10的过冷通道13中经历如上所述的过冷处理，经过过冷处理的第二制冷剂被输送至节流装置40，经过节流装置40减压处理的制冷剂被作为第一制冷剂输送至板式蒸发器10的制冷通道11，第一制冷剂在板式蒸发器10中与受冷介质通道12中的受冷介质进行热交换，蒸发吸热，并与过冷通道13进行热交换经历过热处理，之后，制冷剂从板式蒸发器10的制冷通道11的第一出口112输出至压缩机20，从而完成一个制冷循环。

可见，上文所述的第一制冷剂可以是从节流装置40的出口输出的气液两相制冷剂，第二制冷剂可以是从冷凝器的出口输出的制冷剂。所述节流装置40例如可以是节流阀。

根据本发明的制冷系统由于采用了设置有过冷通道13的板式蒸发器10，因而不需要设置独立的回热器，既节省了成本和空间，又避免了因为独立的回热器而增加的复杂管路和制冷剂泄漏机率，实现了高效稳定的制冷循环。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (14)

1.一种板式蒸发器，包括：

制冷通道，具有第一进口和第一出口，分别用于输入和输出第一制冷剂；

受冷介质通道，具有第二进口和第二出口，分别用于输入和输出受冷介质，所述受冷介质通道和制冷通道布置成使受冷介质通道中的受冷介质与制冷通道中的第一制冷剂进行热交换；

过冷通道，具有第三进口和第三出口，分别用于输入和输出第二制冷剂，所述过冷通道和制冷通道布置成使所述过冷通道中的第二制冷剂与制冷通道中已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂进行热交换；

所述制冷通道中的第一制冷剂，受冷介质通道中的受冷介质，和过冷通道中的第二制冷剂相互物理分离。

2.根据权利要求1所述的板式蒸发器，其特征在于，所述过冷通道中的第二制冷剂的温度高于所述制冷通道中已经过与受冷介质的热交换的第一制冷剂的温度。

3.根据权利要求2所述的板式蒸发器，其特征在于，所述制冷通道还包括依次连通的制冷剂导入通路、换热腔、和制冷剂导出通路，所述制冷剂导入通路与所述第一进口连接，用于将从第一进口输入的第一制冷剂导入换热腔，所述制冷剂导出通路与所述第一出口连接，用于将第一制冷剂从换热腔经由第一出口输出。

4.根据权利要求3所述的板式蒸发器，其特征在于，所述受冷介质通道在所述换热腔中延伸并且所述受冷介质通道的外壁与第一制冷剂接触，以使所述受冷介质通道中的受冷介质与所述换热腔中的第一制冷剂进行热交换。

5.根据权利要求4所述的板式蒸发器，其特征在于，所述过冷通道至少部分地在制冷剂导出通路中或邻近制冷剂导出通路的换热腔部分中延伸并且所述过冷通道的外壁与经过与受冷介质进行的热交换的第一制冷剂接触，以使过冷通道中的第二制冷剂与其进行热交换。

6.根据权利要求5所述的板式蒸发器，其特征在于，所述过冷通道的一部分在制冷剂导出通路中延伸，另一部分在邻近制冷剂导出通路的换热腔部分中延伸。

7.根据权利要求5所述的板式蒸发器，其特征在于，所述过冷通道的通道外壁还与受冷介质通道的通道外壁相接触，以实现过冷通道中的第二制冷剂同受冷介质通道中的受冷介质的热交换。

8.根据权利要求7所述的板式蒸发器，其特征在于，所述过冷通道中的第二制冷剂的温度高于所述受冷介质通道中的受冷介质的温度。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的板式蒸发器，其特征在于，所述板式蒸发器设置有一条或更多条过冷通道。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的板式蒸发器，其特征在于，所述过冷通道由换热管形成，在所述制冷剂导出通路的与第一出口相对的一侧上开设有一开口，所述第三入口和第三出口中的至少一个从所述开口中引出。

11.根据权利要求7或8所述的板式蒸发器，其特征在于，在所述制冷剂导出通路的与第一出口相对的一侧上开设有一开口，所述第三入口和第三出口位于所述开口的周围，且所述过冷通道与板式蒸发器的外壳以及受冷介质通道的通道外壁相接合。

12.根据权利要求11所述的板式蒸发器，其特征在于，所述过冷通道由板片叠合而成。

13.一种制冷系统，包括：压缩机、冷凝器、节流装置和根据权利要求1-12中任一项所述的板式蒸发器，其中所述压缩机的出口与冷凝器的入口相连，所述冷凝器的出口与所述板式蒸发器的过冷通道的第三进口相连，所述板式蒸发器的过冷通道的第三出口连接至节流装置的入口，所述节流装置的入口连接至所述板式蒸发器的制冷通道的第一进口，所述板式蒸发器的制冷通道的第一出口连接至压缩机的入口。

14.根据权利要求13所述的制冷系统，其特征在于，所述第一制冷剂是从节流装置的出口输出的气液两相制冷剂，第二制冷剂是从冷凝器的出口输出的制冷剂。