CN103370592A - 制冷循环中用于水冷式散热的钎焊板换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水冷式散热换热器，且所述水冷式散热换热器包括壳体，其具有第一和第二相对端板和在所述端板之间延伸以形成外壳的侧壁，至少所述第一端板包括分别用于第一和第二流体的第一和第二进口/出口对；多块板，其设置在所述第一和第二端板之间的外壳内以限定设置为与所述第一进口/出口对流体连通的第一流体通路和设置为与所述第二进口/出口对流体连通的第二流体通路；和多个钎焊形成物，其设置在所述第一端板、所述多块板和所述第二端板中的相邻板之间以隔离所述第一流体通路与所述第二流体通路。

Description

制冷循环中用于水冷式散热的钎焊板换热器
发明背景
本文公开的主题涉及钎焊板水冷式气体冷却器/冷凝器。
集装箱客户需求决定集装箱制冷机组(CRU)具有将热量排到水源的能力和将热量排到环境空气的能力。这通常在CRU在船上的时候发生，此时相对于制冷剂流动的方向(虽然其它构造也是可行的)，水冷式散热换热器通常被定位在空气冷却式散热换热器的制冷剂回路下游。在这些情况下，当机组使用水冷式散热换热器作为散热片时，空气冷却式散热换热器通常呈现为不能工作。这可通过关闭冷凝器风扇来实现。
目前公知的水冷式散热换热器设计是壳管型，其中水位于管侧，而制冷剂位于壳侧。这些机组的换热器壳通常由包括制冷剂的碳钢和包括水的铜镍合金管制成。选择铜镍合金是由于其在暴露在海水中时的优异耐腐蚀性，因为海水在过去一直被用作水源。应理解，虽然因为许多原因而优选该构造，但是可使制冷剂在管内流动且水包含在壳侧。此外，也可采用其它液体冷却剂，诸如乙二醇溶液来代替水。用水冷式散热换热器制成的CRU的产量是总生产量的约20％。
通常，CRU的水冷式散热换热器作为冷凝器而操作，其中流过散热换热器的制冷剂在临界点以下并从蒸汽冷凝为液体。然而，对于一些制冷剂(诸如二氧化碳)，水冷式散热换热器可作为冷凝器而操作达其中一部分时间，同时作为气体冷却器而操作达其中另一部分时间。在后者的情况下，流过散热换热器的制冷剂在临界点以上，同时被水冷却，并保持在单相。此外，由诸如二氧化碳的制冷剂诱导的高操作压力需要对散热换热器的特定结构设计考虑因素。最后，其它热交换器(诸如被定位于压缩级之间的中间冷却器)可在散热过程中协助。
发明简述
根据本发明的一方面，提供了一种散热换热器，且所述散热换热器包括壳体，其具有第一相对端板和第二相对端板和在端板之间延伸以形成外壳的侧壁，至少第一端板包括分别用于第一流体和第二流体的第一进口/出口对和第二进口/出口对；多块板，其设置在第一端板和第二端板之间的外壳内以限定设置为与第一进口/出口对流体连通的第一流体通路和设置为与第二进口/出口对流体连通的第二流体通路；和多个钎焊形成物，其设置在第一端板、多块板和第二端板中的相邻板之间以隔离第一流体通路与第二流体通路。
根据本发明的另一方面，提供了一种散热换热器，且散热换热器包括壳体，其具有第一相对端板和第二相对端板和在端板之间延伸以形成外壳的侧壁，至少第一端板包括分别用于高温流体和低温流体的高温进口/出口对和低温进口/出口对；多块板，其设置在第一和第二端板之间的外壳内以限定设置为与高温进口/出口对流体连通的高温流体通路和设置为与低温进口/出口对流体连通的低温流体通路；和多个钎焊形成物，其设置在第一端板、多块板和第二端板中的相邻板之间以隔离高温流体通路与低温流体通路。
根据本发明的又一方面，提供了一种制冷机组，且所述制冷机组包括蒸汽压缩循环，其包括蒸发器、空气冷却式散热换热器和可操作地设置在蒸发器和冷凝器之间的压缩机；和水冷式钎焊板散热换热器，其可操作地设置在压缩机和蒸发器之间用于从压缩机接收高温流体并从外部源接收低温流体，从而使高温流体经由与低温流体的热连通而冷却并从压缩机流到蒸发器；水冷式钎焊板散热换热器被形成为限定高温流体通路和低温流体通路并包括隔离高温流体通路与低温流体通路的多个钎焊形成物。
通过下面的描述并结合附图，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。
附图简述
被视为本发明的主题被特别指出并在本说明书的结论处的权利要求书中清楚地要求保护。通过下面的详细描述并结合附图，本发明的上述和其它特征和优点显而易见，其中：
图1是制冷机组的示意图；
图2是合并图1的蒸汽压缩循环机组的集装箱制冷机组的透视图；和
图3是用于图2的集装箱制冷机组的空间约束内的钎焊板水冷式散热换热器的截面图。
详述通过举例的方式并参照附图来解释本发明的实施方案连同优点和特征。
发明详述
参照图1和图2，提供了集装箱制冷机组10。集装箱制冷机组10合并了蒸汽压缩循环机组12。蒸汽压缩循环机组12包括蒸发器20、空气冷却式散热换热器30和压缩机40。压缩机40可操作地设置在蒸发器20和空气冷却式散热换热器30之间。蒸发器20和空气冷却式散热换热器30两者都可具有典型构造，由此各自的风扇在各自的换热表面或盘管的上面吹空气来进行热传递连通，同时制冷剂流体流入上面引用的管或盘管内。
蒸汽压缩循环机组12可进一步包括散热换热器13，诸如水冷式钎焊板散热换热器50。水冷式钎焊板散热换热器50可操作地设置在压缩机40和蒸发器20之间，并被构造为分别与空气冷却式散热换热器30和高温流体源(例如压缩机)和低温流体源(例如水箱)流体连通。在水冷式钎焊板散热换热器50内，高温流体经由与低温流体的热连通而冷却且冷却的高温流体然后从水冷式钎焊板散热换热器50朝向蒸发器20流动。如下面参照图3将描述的，水冷式钎焊板散热换热器50被形成为限定高温流体通路和低温流体通路501和502并包括隔离高温流体通路501与低温流体通路502的多个钎焊形成物503。
当辅助风扇140可操作时，通过与从低温源(诸如水箱)流出然后流入蒸发器20的低温流体热连通(在操作时)的水冷式钎焊板散热换热器50，使高温流体从高温流体源(通常为压缩机)流向与环境空气热连通的空气冷却式散热换热器30。
根据实施方案，高温流体可包括传统制冷剂，其可在临界点以下操作并在空气冷却式散热换热器30和水冷式钎焊板散热换热器50(同时在操作中)中热传递交互作用期间冷凝；或诸如二氧化碳的制冷剂，其可在临界点以下操作达至少其中一部分时间并在临界点以上操作达其中另一部分时间；且低温流体可包括水或乙二醇溶液。虽然可在临界点以上操作，但是制冷剂仍保持在单相。然而，应理解，其它流体和/或气体可在本文提供的描述的范围内交换使用。
如图1所示，压缩机40可包括至少第一级压缩机41和第二级压缩机42，而空气冷却式散热换热器30可包括可操作地设置在第二级压缩机42的下游的冷凝器/气体冷却器31，和中间冷却器32。中间冷却器32可操作地设置在第一级压缩机41的下游。来自第一级压缩机41的压缩的中压制冷剂蒸汽流到中间冷却器32用于第一冷却连通，且来自第二级压缩机42的压缩的高压制冷剂蒸汽流到冷凝器/气体冷却器31用于第二冷却连通。如上所述，空气冷却式散热换热器30可在制冷剂热力状态在临界点以下时作为冷凝器而操作并在制冷剂热力状态在临界点以上时作为气体冷却器而操作。
水冷式钎焊板散热换热器50可操作地设置在冷凝器/气体冷却器31的下游。当每个换热器主动地分别与环境空气和冷流体源进行热传递交互作用时，留在冷凝器/气体冷却器31的制冷剂被输送到水冷式钎焊板散热换热器50用于在其中进行进一步冷却操作。然而，可根据环境空气和冷流体源的可用性来交换使用冷凝器/气体冷却器31和水冷式钎焊板散热换热器50。例如，当在船上时，仅冷流体源可用，从而呈现了仅水冷式钎焊板散热换热器50可操作。
二次水冷式钎焊板散热换热器60可操作地介于中间冷却器32和第二级压缩机42之间。来自中间冷却器32的冷却的制冷剂蒸汽可流到第二级压缩机42通过二次水冷式钎焊板散热换热器60用于在其中进行进一步冷却连通。类似于冷凝器/气体冷却器31和水冷式钎焊板散热换热器50，中间冷却器32和二次水冷式钎焊板散热换热器60可根据低温源可用性来彼此同时或交替操作。
还应理解，水冷式钎焊板散热换热器50和二次水冷式钎焊板散热换热器60两者都可被分别设置在冷凝器/气体冷却器31和中间冷却器32的上游。此外，水冷式钎焊板散热换热器50和二次水冷式钎焊板散热换热器60可以是两个单独机组，如图2所描述，或者它们可以被组合在单个机组中，其中具有四对进口/出口，两个用于诸如水或乙二醇溶液的冷流体，且另外两个用于诸如二氧化碳或其它制冷剂的热流体。
蒸汽压缩循环机组12可进一步包括闪蒸罐70；高压调节阀80，其可操作地介于水冷式钎焊板散热换热器50和闪蒸罐70之间；和蒸发器膨胀阀90。蒸发器膨胀阀90可操作地介于闪蒸罐70和蒸发器20之间。高压调节阀80将2-相热力状态下的冷却的高温流体传送到闪蒸罐70，其被构造为分离气相与液相。一旦完成分离，闪蒸罐70即可通过关闭阀和止回阀组合95的方式将气相连通至压缩机40，并经由蒸发器膨胀阀90将液相引导至蒸发器20。蒸发器膨胀阀90将2-相热力状态下的其它膨胀的高温流体连通至蒸发器20。探针100(诸如压力计或热电偶)可操作地介于高压调节阀80和闪蒸罐70之间。
集装箱制冷机组10和/或蒸汽压缩循环机组12可进一步包括驱动压缩机40的电机110和可变频率驱动器120。可变频率驱动器120用于致动电机110来以可变速度驱动压缩机40。根据实施方案，可变频率驱动器120可被设置在多个位置(包括，但不限于接近蒸发器20的位置#1、中心位置#2、接近闪蒸罐70的位置#3、接近二次水冷式钎焊板散热换热器60的位置#4、接近水冷式钎焊板散热换热器50的位置#5和外部位置#6)中的一个或多个上。
如图2所示，集装箱制冷机组10包括结构隔离框架130和辅助风扇140。结构隔离框架130被形成为限定包围并合并蒸汽压缩循环机组12的外壳。即，蒸发器20包含在结构隔离框架130后面且空气冷却式散热换热器30包含在辅助风扇140后面。闪蒸罐70、压缩机40和可变频率驱动器120被设置在外壳的可进入部分内，例如，可变频率驱动器120被提供在例如外部位置#6中。采用这种构造，可用于水冷式钎焊板散热换热器50的空间被限定在闪蒸罐70和压缩机40之间，并由此被限制。因此，水冷式钎焊板散热换热器50必须足够小来适配可用空间，但仍能够提供在高温流体和低温流体之间的热传递的必需量。这对于使用壳管式换热器的传统集装箱制冷机组一般是不可能的。
参照图3，水冷式钎焊板散热换热器50被示为水冷式散热换热器，其可作为气体冷却器和/或冷凝器而操作，如上面关于空气冷却式散热换热器30所解释的。如图所示，水冷式钎焊板散热换热器50包括壳体51和多块板52。壳体51具有第一相对端板和第二相对端板511和512和由板52的端部形成的侧壁513。侧壁513在第一相对端板和第二相对端板511和512之间延伸，以形成外壳。第一端板511包括用于第一或高温流体(即，二氧化碳或其它制冷剂)的第一进口/出口对53和用于第二或低温流体(即水或乙二醇溶液)的第二进口/出口对54。
多块板52与水冷式钎焊板散热换热器50的其它组件一起通常由不锈钢或其它类似材料形成。多块板52被设置在在第一端板和第二端板511和512之间形成的外壳内以限定高温流体通路和低温流体通路501和502，其中高温流体通路501被设置为与第一进口/出口对53流体连通且低温流体通路502被设置为与第二进口/出口对54流体连通。多个钎焊形成物503形成于第一端板511、多块板52和第二端板512中的相邻板之间以隔离第一流体通路501与第二流体通路502，反之亦然。
根据实施方案，并如图3所示，高温流体进入第一进口/出口对53的进口并被允许流入高温流体通路501，但通过钎焊接头5020防止流入低温流体通路502。与此相反，低温流体进入第二进口/出口对54的进口并被允许流入低温流体通路502，但通过钎焊接头5010防止流入高温流体通路501。根据其它实施方案，钎焊接头5010和5020协作形成蜂窝图案或其它类似图案。应理解，用于高温流体和低温流体的进口和出口连接中的每个都可位于水冷式钎焊板散热换热器50的任一侧，且所有这些构造都在内本发明的范围内。而且，水冷式钎焊板散热换热器50可被定向，垂直、水平地定位在其一侧或以任何倾斜角度来定位。
虽然已经仅结合有限数量的实施方案详细描述了本发明，但是应容易地理解，本发明并不限于这些公开的实施方案。相反，本发明可以被修改以结合任意数量的此前未描述的变化、变更、替代或等效布置，但这些都与本发明的精神和范围相称。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施方案，但是应理解，本发明的多个方面可仅包括一些所描述的实施方案。因此，本发明不被视为受前述描述的限制，而是仅受所附的权利要求书的范围的限制。

Claims (33)

1.一种水冷式散热换热器，其包括：
壳体，其具有第一相对端板和第二相对端板和在所述端板之间延伸以形成外壳的侧壁，至少所述第一端板包括分别用于第一流体和第二流体的第一进口/出口对和第二进口/出口对；
多块板，其设置在所述第一端板和第二端板之间的外壳内以限定设置为与所述第一进口/出口对流体连通的第一流体通路和设置为与所述第二进口/出口对流体连通的第二流体通路；和
多个钎焊形成物，其设置在所述第一端板、所述多块板和所述第二端板中的相邻板之间以隔离所述第一流体通路与所述第二流体通路。
2.根据权利要求1所述的水冷式散热换热器，其中用于所述第一流体和第二流体的所述进口/出口和所述通路提供所述第一流体和所述第二流体的不同横截面积。
3.根据权利要求1所述的水冷式散热换热器，其中所述多块板由不锈钢制成。
4.根据权利要求1所述的水冷式散热换热器，其中所述第一流体和所述第二流体热连通。
5.根据权利要求1所述的水冷式散热换热器，其中所述第一流体包括水且所述第二流体包括二氧化碳。
6.根据权利要求5所述的水冷式散热换热器，可至少部分作为气体冷却器而操作。
7.根据权利要求1所述的水冷式散热换热器，其中用于所述第一流体的所述进口/出口对与用于所述第二流体的所述进口/出口对位于相同端板上。
8.根据权利要求1所述的水冷式散热换热器，其中用于所述第一流体和所述第二流体中的至少一种流体的所述进口和出口位于相对端板上。
9.一种水冷式散热换热器，其包括：
壳体，其具有第一相对端板和第二相对端板和在所述端板之间延伸以形成外壳的侧壁，至少所述第一端板包括分别用于高温流体和低温流体的高温进口/出口对和低温进口/出口对；
多块板，其设置在所述第一端板和第二端板之间的外壳内以限定设置为与所述高温进口/出口对流体连通的高温流体通路和设置为与所述低温进口/出口对流体连通的低温流体通路；和
多个钎焊形成物，其设置在所述第一端板、所述多块板和所述第二端板中的相邻板之间以隔离所述高温流体通路与所述低温流体通路。
10.根据权利要求9所述的水冷式散热换热器，其中用于所述高温流体和低温流体的所述进口/出口对和所述通路提供所述第一流体和所述第二流体的不同横截面积。
11.根据权利要求9所述的水冷式散热换热器，其中所述多块板由不锈钢制成。
12.根据权利要求9所述的水冷式散热换热器，其中所述高温流体包括二氧化碳且所述低温流体包括水。
13.根据权利要求12所述的水冷式散热换热器，可至少部分作为气体冷却器而操作。
14.根据权利要求9所述的水冷式散热换热器，其中用于所述高温流体的所述进口/出口对与用于所述低温流体的所述进口/出口对位于相同端板上。
15.根据权利要求9所述的水冷式散热换热器，其中用于所述高温流体和所述低温流体中的至少一种流体的所述进口和出口位于相对端板上。
16.一种制冷机组，其包括：
蒸汽压缩循环机组，其包括蒸发器、空气冷却式散热换热器和可操作地设置在所述蒸发器和所述冷凝器之间的压缩机；和
水冷式钎焊板散热换热器，其可操作地设置在所述压缩机和所述蒸发器之间用于从所述压缩机接收高温流体并从外部源接收低温流体，从而使所述高温流体经由与所述低温流体的热连通而冷却并从所述压缩机流到所述蒸发器。
水冷式钎焊板散热换热器被形成为限定高温流体通路和低温流体通路并包括用于隔离所述高温流体通路与所述低温流体通路的多个钎焊形成物。
17.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述水冷式钎焊板散热换热器被定位在所述压缩机和所述空气冷却式散热换热器之间。
18.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述水冷式散热换热器被定位在所述空气冷却式散热换热器和所述蒸发器之间。
19.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述水冷式散热换热器和所述空气冷却式散热换热器至少部分地同时进行操作。
20.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述水冷式散热换热器和所述空气冷却式散热换热器可至少部分可操作地互换。
21.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述高温通路和低温通路提供所述高温流体和低温流体的不同横截面积。
22.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述高温流体包括二氧化碳且所述低温流体包括水。
23.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述水冷式钎焊板散热换热器可至少部分作为气体冷却器而操作。
24.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述压缩机包括至少第一压缩级压缩机和第二压缩级压缩机，且所述空气冷却式散热换热器包括可操作地设置在所述第二级压缩机的下游的空气冷却式气体冷却器/冷凝器和可操作地设置在所述第一级压缩机的下游的空气冷却式中间冷却器。
25.根据权利要求24所述的制冷机组，其中所述水冷式钎焊板散热换热器被定位在所述第二级压缩机和所述气体冷却器/冷凝器之间。
26.根据权利要求24所述的制冷机组，其中所述水冷式钎焊板散热换热器被定位在所述空气冷却式气体冷却器/冷凝器和所述蒸发器之间。
27.根据权利要求24所述的制冷机组，其中所述水冷式钎焊板散热换热器包括两个单独机组，一个被定位在所述第一级压缩机的下游且另一个被定位在所述第二级压缩机的下游。
28.根据权利要求27所述的制冷机组，其中一个机组被定位在所述第一级压缩机和所述中间冷却器之间或在所述中间冷却器和所述第二级压缩机之间且另一个机组被定位在所述第二级压缩机和所述气体冷却器/冷凝器之间或在所述气体冷却器/冷凝器和所述蒸发器之间。
29.根据权利要求27所述的制冷机组，其中所述机组包括带有四个进口/出口对的独立机组、用于所述高温流体的两个机组和用于所述低温流体的两个机组。
30.根据权利要求24所述的制冷机组，其中所述水冷式钎焊板散热换热器被定位在所述第二级压缩机和所述空气冷却式气体冷却器/冷凝器之间或在所述空气冷却式气体冷却器/冷凝器和所述蒸发器之间。
31.根据权利要求16所述的制冷机组，其进一步包括：
闪蒸罐；
高压调节阀，其可操作地插在所述水冷式钎焊板散热换热器和所述闪蒸罐之间；和
蒸发器膨胀阀，其可操作地插在所述闪蒸罐和所述蒸发器之间。
32.根据权利要求31所述的制冷机组，其中所述闪蒸罐分离冷却的气态高温流体与液态高温流体、将所述气态高温流体传送至所述压缩机并经由所述蒸发器膨胀阀朝向所述蒸发器传送所述液态高温流体。
33.根据权利要求16所述的制冷机组，其中所述蒸汽压缩循环机组包括：
电机，其驱动所述压缩机；和
可变频率驱动器，其致动所述电机以可变速度驱动所述压缩机，所述可变频率驱动器被设置在多个位置中的一个或多个上。
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