CN107208983B - 板式热交换器以及热泵式室外机 - Google Patents

板式热交换器以及热泵式室外机 Download PDF

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Abstract

一种板式热交换器，所述板式热交换器抑制第2流体(水)与第3流体(低温低压二相制冷剂)的热接触，提高热效率。板交换器(1)具备：传热板组(102a)，所述传热板组(102a)将作为高温高压气体制冷剂的第1流体与作为被加热流体的第2流体进行热交换；以及传热板组(102b)，所述传热板组(102b)将作为低温高压液体制冷剂的第1流体与作为低温低压二相液体制冷剂的第3流体进行热交换。传热板组(102a)具备将板层叠多张而构成的多个制冷剂流路，作为高温高压气体制冷剂的第1流体和第2流体交替流过多个制冷剂流路，所述第2流体流过最外侧的制冷剂流路。传热板组(102b)具备将板层叠多张而构成的多个制冷剂流路，作为低温高压液体制冷剂的第1流体和第3流体交替流过多个制冷剂流路，作为低温高压液体制冷剂的第1流体流过与传热板组(102a)相邻的制冷剂流路。

Description

板式热交换器以及热泵式室外机
技术领域
本发明涉及在制冷剂与被加热流体之间进行热交换的板式热交换器以及搭载有板式热交换器的热泵式室外机。
背景技术
在进行供给热水或者制冷制热的热泵式室外机中，有作为冷凝器以及过冷却器使用板式热交换器的系统。作为该板式热交换器的例子，有冷凝器以及过冷却器由1台板式热交换器构成的板式热交换器。例如，提出了一种板式热交换器：在传热部设置边界板而形成有两个热交换部(冷凝部以及过冷却部)(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－106385号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述专利文献1所提出的板式热交换器，在第1热交换部(冷凝部)流过进行热交换的作为加热流体的第1流体(高温高压气体制冷剂)和作为被加热流体的第2流体(水)。另外，在第2热交换部(过冷却部)流过进行热交换的作为加热流体的第1流体(低温高压液体制冷剂)和作为被加热流体的第3流体(低温低压二相制冷剂)。在第1热交换部(冷凝部)和第2热交换部(过冷却部)设于1个板式热交换器内的情况下，产生第2流体(水)与第3流体(低温低压二相制冷剂)经由边界板进行热交换的部分，存在第2流体(水)的温度下降、热效率下降这样的问题点。
本发明是为了解决上述问题点而作出的，其目的在于提供一种板式热交换器，所述板式热交换器抑制第2流体(水)与第3流体(低温低压二相制冷剂)的热接触，提高热效率。
用于解决问题的方案
本发明的板式热交换器具备：第1传热板组，所述第1传热板组将作为高温高压气体制冷剂的第1流体与作为被加热流体的第2流体进行热交换；以及第2传热板组，所述第2传热板组将作为低温高压液体制冷剂的第1流体与作为低温低压二相液体制冷剂的第3流体进行热交换，所述第1传热板组具备将板层叠多张而构成的多个制冷剂流路，构成为作为所述高温高压气体制冷剂的第1流体和所述第2流体交替流过所述多个制冷剂流路，所述第2流体流过最外侧的制冷剂流路，所述第2传热板组具备将板层叠多张而构成的多个制冷剂流路，构成为作为所述低温高压液体制冷剂的第1流体和所述第3流体交替流过所述多个制冷剂流路，作为所述低温高压液体制冷剂的第1流体流过与所述第1传热板组相邻的制冷剂流路。
发明效果
根据本发明，在第1传热板组的制冷剂流路交替流过第1制冷剂和第2制冷剂，但在最外侧的制冷剂流路流过第2流体。在第2传热板组的制冷剂流路也交替流过第1制冷剂和第2制冷剂，但在与所述第1传热板组相邻的制冷剂流路流过低温高压液体制冷剂的第1流体。因此，在第2流体与第3流体之间流过作为所述低温高压液体制冷剂的第1流体。因此，第2流体与第3流体的热接触被抑制，而且，各流体间的温度差变小，能够抑制来自第2流体的散热量，能够提高热效率。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的热泵式供给热水装置的制冷剂回路图。
图2a是图1的板式热交换器的左视图。
图2b是图1的板式热交换器的主视图。
图2c是图1的板式热交换器的右视图。
图2d是图1的板式热交换器的后视图。
图3是图1的板式热交换器的分解立体图。
图4是图1的板式热交换器内部的流体的流动的示意图。
图5是图2b的A－A剖视图。
图6是图5的传热板组(102a、102b)的局部放大图。
图7a是图6的传热板(101a)的外形图。
图7b是图6的传热板(101b)的外形图。
图8a是图6的侧板(105a)的外形图。
图8b是图6的侧板(105b)的外形图。
图9a是图6的增强板(104a)的外形图。
图9b是图6的增强板(104b)的外形图。
图10a是图6的隔离板(106a)的外形图。
图10b是图6的隔离板(106b)的外形图。
图11是图6的中间增强板(107)的外形图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1的热泵式供给热水装置的制冷剂回路图。图1的热泵式供给热水装置具备热泵式室外机(热泵单元)2以及水回路9。热泵式室外机2具备压缩机3、第1热交换器4、第2热交换器5、电子膨胀阀6a、6b以及第3热交换器7。以下，说明各部的动作。
(1)压缩机3使用电力来压缩制冷剂8，使制冷剂8所具有的焓以及压力上升。
(2)第1热交换器4在压缩后的制冷剂8(第1流体)与被加热流体(第2流体)之间进行热交换。
(3)电子膨胀阀6a使从第1热交换器4出来的制冷剂8的一部分(制冷剂8a)绝热膨胀。此外，电子膨胀阀6a相当于本发明的第1膨胀阀。
(4)第2热交换器5在从第1热交换器4出来的制冷剂8(第1流体)与作为制冷剂8的一部分而通过电子膨胀阀6a而被减压后的制冷剂8a(第3流体)之间进行热交换。第3流体在通过热交换被气化之后，被吸入到压缩机3。
(5)电子膨胀阀6b使从第2热交换器5出来的制冷剂8绝热膨胀。此外，电子膨胀阀6b相当于本发明的第2膨胀阀。
(6)第3热交换器7在从电子膨胀阀6b出来的制冷剂8与外部加热热源之间进行热交换。此外，虽然未图示，但除此之外，热泵式室外机2还具备储存剩余的制冷剂8的接收器等附属部件。
上述压缩机3～第3热交换器7构成制冷循环机构，第1流体在所述制冷循环机构中循环。而且，作为第1热交换器4使用板式热交换器1。由此，利用板式热交换器1对外部加热热源的热(由第3热交换器7吸热而得到的热)进行散热，从而流入到板式热交换器1的第2流体被加热。作为被用作外部加热热源(第3热交换器7的热交换的对象)的介质，有空气、地热等多种介质，但板式热交换器1能够用于使用外部加热热源的所有的热泵式室外机2。在本实施方式中，板式热交换器1除了内置有第1热交换器4之外，还内置有第2热交换器5，是内置有两个热交换器的结构。
热泵式室外机2例如使用水10作为第2流体。水10在水回路9中循环。在图1的例子中表示间接加热方式。水10流入到作为第1热交换器4的板式热交换器1，被第1流体(制冷剂8)加热而从板式热交换器1流出。水10当从板式热交换器1流出时，流入到由构成水回路9的配管连接的散热器、地暖等制热设备11，被用作室内温度调节。另外，通过在水回路9的中途配置使水10与自来水13热交换的水－水热交换箱12，从而能够将被水10加热后的自来水13用作泡澡、淋浴等的生活用水。
接下来，说明图1的板式热交换器1的结构。
图2a是图1的板式热交换器的左视图，图2b是图1的板式热交换器的主视图，图2c是图1的板式热交换器的右视图，图2d是图1的板式热交换器的后视图。
如图2a～图2d所示，板式热交换器1具备喷嘴103a～103g。此外，如图2b所示，在板式热交换器1的正面侧安装有3个喷嘴103a、103d、103e。另外，如图2d所示，在板式热交换器1的背面侧安装有4个喷嘴103b、103c、103fe、130g。从作为第1流体入口的喷嘴103a流入的第1流体从作为第1出口的喷嘴103b和作为第2出口的喷嘴103c这两个出口流出。该第1制冷剂流过的路径为第1流路。此外，详细内容后述，从喷嘴103b流出的第1流体在与第2流体以及第3流体热交换之后流出。从喷嘴103c流出的第1流体在与第2流体热交换之后流出(不与第3流体热交换)。从作为第2流体入口的喷嘴103d流入的第2流体从作为第2流体出口的喷嘴103e流出。该第2流体流过的路径为第2流路。另外，从作为第3流体入口的喷嘴103f流入的第3流体从作为第3流体出口的喷嘴103g流出。该第3流体流过的路径为第3流路。而且，第1流路、第2流路以及第3流路构成分别独立的流路。
图3是图1的板式热交换器的分解立体图。如图3所示，板式热交换器1按照安装有喷嘴103a、103d、103e的增强板104a、侧板105a、相当于第1热交换器4的传热板组102a(传热板101a、传热板101b……传热板101a、传热板101b)、隔离板106a、中间增强板107、隔离板106b、相当于第2热交换器5的传热板组102b(传热板101a、传热板101b……传热板101a、传热板101b)、侧板105b、安装有喷嘴103b、103c、103f、103g的增强板104b的顺序层叠。
接下来，进行在板式热交换器1内部流过的第1流体～第3流体的流动的说明。
图4是图1的板式热交换器1内部的流体的流动的示意图。
第1流体(制冷剂8)从喷嘴103a流入到传热板组102a，通过在隔离板106a、中间增强板107以及隔离板106b开设的流路孔，向传热板组102b流入。进入到传热板组102b的第1流体被分成与第3流体(制冷剂8a)热交换而从喷嘴103b流出的第1流体、和不与第3流体(制冷剂8a)热交换地从喷嘴103c流出的第1流体(该第1流体为被膨胀处理的第3流体)。第2流体(被加热流体)从喷嘴103d流入到传热板组102a，从喷嘴103e流出。第3流体从喷嘴103f向传热板组102b流入，从喷嘴103g流出。
此外，上述传热板组102a相当于本发明的第1传热板组，传热板组102b相当于本发明的第2传热板组。另外，从喷嘴103a流入的制冷剂相当于本发明的作为高温高压气体制冷剂的第1流体，从喷嘴103d流入的第2流体(被加热流体)相当于本发明的作为被加热流体的第2流体，从喷嘴103f流入的第3流体相当于本发明的低温低压的第3流体。另外，在传热板组102a热交换而流入到传热板组102b的第1流体相当于本发明的低温高压的第1流体。
接下来，使用图5～图11，详细地说明板式热交换器1的构造。
图5是相当于图2的A－A剖面的剖视图。称为“相当于”是基于下面的理由。在图5中，为了使说明变简单，使用了合计10张构成传热板组102a、102b的传热板101a、101b。这样，图5与图2不相同，所以称为“相当于”。图6是图5的传热板组102a、102b的局部放大图。此外，图5或者图6中的说明中的上下是指图示的位置关系的上下。
如图5以及图6所示，本实施方式的板式热交换器1通过将传热板101a与传热板101b进行层叠，从而将形成用于在第1流体与第2流体之间以及第1流体与第3流体之间进行热交换的流路的传热板组102a、102b作为主要构造。在传热板组102a与102b之间配置隔离板106a、中间增强板107以及隔离板106b。板式热交换器1的基干部108(以下，称为基干部108)是通过在传热板组102a的上部配置侧板105a并在传热板组102b的下部配置侧板105b而构成的。通过在基干部108的上部配置增强板104a并在下部配置增强板104b，从而由增强板104a和增强板104b夹着基干部108。在增强板104a、104b开设有喷嘴安装口(喷嘴对应孔)。在增强板104a的喷嘴安装口安装有喷嘴103a、103d、103e。在增强板104b的喷嘴安装口安装有喷嘴103b、130c、103f、103g。此外，在图5中，喷嘴103c、103d、103f分别为喷嘴103b、103e、103g的背侧，所以未图示。
(传热板101a、传热板101b)
图7a为传热板101a的外形图，图7b为传热板101b的外形图。图7a的传热板101a与图7b的传热板101b的大小以及板厚相同。传热板101a以及传热板101b在四个角分别具备流路孔109a～109d。在传热板101a(101b)的沿长度方向设置的流路孔109a、109d与流路孔109b、109c之间形成有用于搅拌流体的波形状110a、110b。传热板101a的波形状110a与传热板101b的波形状110b为180度颠倒的形状(上下颠倒的形状)。即，波形状110b相对于波形状110a，处于使波形状110a以点P为中心绕箭头方向旋转180度的关系。此外，图7a的传热板101a的流路孔109a、109b及其周边部与流路孔109c、109d及其周边部相比，处于在其垂直方向上低的位置(即，处于在图的纸面的垂直方向上靠里的位置。)。图7b的传热板101b也同样地，流路孔109c、109d及其周边部与流路孔109a、109b及其周边部相比，处于在其垂直方向上低的位置(即，处于在图的纸面的垂直方向上靠里的位置。)。
(由传热板101a、101b形成流路)
(传热板组102a)
通过将传热板101a与传热板101b进行层叠，从而波形状110a与波形状110b点接触。该点接触的部分被钎焊，从而成为形成流路的“柱”。例如，通过按照传热板101a、传热板101b的顺序层叠，从而形成第2流体(纯水、自来水或者混合有防冻液的水等)的流路，通过按照传热板101b、传热板101a的顺序层叠，从而形成第1流体(例如，以R410A为代表的在空调中使用的制冷剂)的流路。通过按照传热板101a、传热板101b、传热板101a进行层叠，从而形成“第2流体－第1流体”的层。以下，通过增加传热板的层叠张数，从而按照“第2流体－第1流体－第2流体－第1流体……”来交替形成流路(参照图4、图6)。由这些层叠的多个传热板101a、101b构成如图5以及图6所示的传热板组102a。此时，传热板101a、101b为偶数张，是以传热板101a开始且以传热板101b结束的形式，所以是第2流体流过传热板组102a的最外侧的构造。
(传热板组102b)
与传热板组102a同样地，将传热板101a与传热板101b进行层叠，从而构成传热板组102b。通过按照传热板101b、传热板101a的顺序层叠，从而形成第1流体的流路。通过按照传热板101a、传热板101b的顺序层叠，从而形成第3流体的流路。通过按照传热板101a、传热板101b、传热板101a进行层叠，从而形成“第1流体－第3流体－第1流体”的层。以下，通过增加传热板的层叠张数，从而按照“第1流体－第3流体－第1流体……”来交替形成流路(参照图4、图6)。由这些层叠的多个传热板101a、101b构成如图5以及图6所示的传热板组102b。此时，传热板101a、101b为偶数张，是以传热板101b开始且以传热板101a结束的形式，所以是第1流体流过传热板组102b的最外侧(即，最接近传热板组102a的流路)的构造。
(侧板105a、105b)
图8a是图6的侧板105a的外形图，图8b是图6的侧板105b的外形图。侧板105a以及侧板105b是大小以及板厚与传热板101a、101b相同，在四个角具备流路孔109a～109d，没有波形状110a、110a的平面构造的板。如图5所示，侧板105a配置于传热板组102a的上部，侧板105b配置于传热板组102b的下部，构成基干部108。另外，如图8a以及图8b所示，在侧板105a的流路孔109a、109b形成有节流形状部111a，在侧板105b的流路孔109c、109d形成有节流形状部111b。
(节流形状部111a～111d)
如图5、图8a以及图8b所示，侧板105a在流路孔109a、109b的周边具备通过深冲加工形成的凹状的节流形状部111a，侧板105b在流路孔109c、109d的周边具备通过深冲加工形成的凸状的节流形状部111b。这些节流形状部111a、111b通过被钎焊于传热板101a、101b的流路孔109a、109b，从而能够在传热板101a和侧板105a、105b的流路孔周围形成柱，提高强度。
另外，如图5所示，由侧板105a所具有的节流形状部111a形成非传热空间112a，防止第1流体流入，所述非传热空间112a由侧板105a和传热板101a形成。非传热空间112a是由平面和波形状(110b)形成的空间，是传热性差的空间。因此，能够防止第1流体流入到该非传热空间112a，能够防止多余的散热以及制冷剂流速的下降。同样地，由侧板105b所具有的节流形状部111b形成非传热空间112b，防止第3流体流入，所述非传热空间112b由侧板105b和传热板101a形成。
(增强板(耐压板)104a、104b)
图9a是图6的增强板104a的外形图，图9b是图6的增强板104b的外形图。如上述图5所示，增强板104a安装于基干部108的上部，增强板104b安装于基干部108的下部。增强板104a、104b相对于传热板101a、101b以及侧板105例如具有约5倍的厚度。在板式热交换器1，如图9所示，增强板104a、104b分别具备3个流路孔109a、109c、109d。
在增强板104a，分别将喷嘴103a、103d、103e在与传热板组102a相反的方向钎焊于流路孔109a、109c、109d。在增强板104b，分别将喷嘴103b、130c、103f、103g在与传热板组102b相反的方向钎焊于流路孔109a、109c、109d。板式热交换器1能够利用增强板104a、104b来承受由在基干部108中流过的流体产生的压力的变动疲劳以及由板式热交换器1的压力与大气压之差产生的力。
(隔离板106a、106b)
图10a是图6的隔离板106a的外形图，图10b是隔离板106b的外形图。如图5所示，隔离板106a配置于传热板组102a的下部，隔离板106b设置于传热板组102b的上部。隔离板106a是大小、板厚与传热板101a(101b)相同，具有流路孔109b，没有波形状110a的平面构造的板。隔离板106a朝向传热板组102a具有节流形状部111c，如图5所示，与传热板组102a的最后的传热板101b的流路孔109a、109b的周围钎焊，从而防止第1流体流入到非传热空间112c。隔离板106b也同样地是大小、板厚与传热板101b(101a)相同，具有流路孔109b，没有波形状110b的平面构造的板。隔离板106b朝向传热板组102b具有节流形状部111d，如图5所示，与传热板101b的流路孔109c、109d的周围钎焊，从而防止第3流体流入到非传热空间112d。
(中间增强板107)
图11是图6的中间增强板107的外形图。如图11所示，中间增强板107为与增强板104a、104b相同的形状、厚度，具备流路孔109b。中间增强板107按照被隔离板106a和隔离板106b夹着的形式设置，能够承受由第2流体的压力与第3流体的压力之差产生的力。
通过将上述传热板组102a与传热板组102b夹着隔离板106a、中间增强板107、隔离板106b地进行钎焊，从而以一个板式热交换器1构成第1热交换器4和第2热交换器5。另外，传热板组102a的最外侧为第2流体，传热板组102b的最外侧为第1流体，所以是图4所示的流体的流动的示意图的流路结构，温度低的第3流体不会与第2流体接触。因此，能够抑制第2流体的出口温度的下降，板式热交换器1的热效率提高。
附图标记说明
1：板式热交换器；2：热泵式室外机；3：压缩机；4：第1热交换器；5：第2热交换器；6a、6b：电子膨胀阀；7：第3热交换器；8、8b：制冷剂；9：水回路；10：水；11：制热设备；12：水热交换箱；13：自来水；101a：传热板；101b：传热板；102a：传热板组；102b：传热板组；103a～103g：喷嘴；104a、104b：增强板；105a、105b：侧板；106a、106b：隔离板；107：中间增强板；108：基干部；109a～109c：流路孔；110a、110b：波形状；111a～111d：节流形状部；112a～112d：非传热空间。

Claims (3)

1.一种板式热交换器，其中，该板式热交换器具备：
第1传热板组，所述第1传热板组使作为高温高压气体制冷剂的第1流体与作为被加热流体的第2流体进行热交换；以及
第2传热板组，所述第2传热板组使作为低温高压液体制冷剂的第1流体与作为低温低压二相液体制冷剂的第3流体进行热交换，
所述第1传热板组具备将板层叠多张而构成的多个制冷剂流路，作为所述高温高压气体制冷剂的第1流体和所述第2流体交替流过所述多个制冷剂流路，所述第2流体流过最外侧的制冷剂流路，
所述第2传热板组具备将板层叠多张而构成的多个制冷剂流路，作为所述低温高压液体制冷剂的第1流体和所述第3流体交替流过所述多个制冷剂流路，作为所述低温高压液体制冷剂的第1流体流过与所述第1传热板组相邻的制冷剂流路。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器，其中，
所述板式热交换器还具备：
一对隔离板，所述一对隔离板配置于所述第1传热板组与所述第2传热板组之间；以及
中间增强板，所述中间增强板配置于所述一对隔离板之间，增强所述一对隔离板。
3.一种热泵式室外机，具备压缩机、作为冷凝器发挥功能的第1热交换器、第1膨胀阀、作为过冷却器发挥功能的第2热交换器、第2膨胀阀以及作为蒸发器发挥功能的第3热交换器，其中，
所述第1热交换器使作为高温高压气体制冷剂的第1流体与作为被加热流体的第2流体进行热交换，
所述第2热交换器使在所述第1热交换器冷凝后的作为低温高压液体制冷剂的第1流体、与使所述低温高压液体制冷剂的一部分经过所述第1膨胀阀而变为低压低温二相流体的第3流体进行热交换，
所述第1热交换器以及所述第2热交换器由权利要求1或者2所述的板式热交换器构成。
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