CN1094156A - 板式换热器的改进 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板式换热器(12)，它包括一个 板件(16)组合件，上述板件限定和分隔用于制冷剂和 热交换流体流动的交错通道(14，16)。板(16)中的 一排孔道(15)设有使制冷剂和热交换流体流入各自 的通道(14、16)的入口和出口。一根制冷剂分配管 (26，37)被设置在由孔道(15)所限定的制冷剂入口 内，上述管(26，37)具有将制冷剂导入制冷剂通道 (14)的输出小孔(27，38)。断路装置(29，39)截断每 条制冷剂通道(14)中的部分开口。以便限制制冷剂， 从上述小孔(27，38)朝向板件的中心线流入预定通 道，从而确保均匀分配制冷剂。

Description

本发明涉及板式换热器的改进，更具体地说，涉及制冷系统中用作蒸发器的换热器的改进。

人们早已开发出用于制冷系统的板式换热器，这种换热器用于将热从一种热交换流体（例如水）传给制冷剂是非常实用有效的。这类换热器包括一个由若干冲压成形的，具有一些隆起部和槽形部的金属板组装而成的组合件。组合件中的隆起部和槽形部构成制冷剂和热交换流体的通道。制冷剂和热交换流体在每块板的相对的两侧流过该换热器，在换热器的一端设有制冷剂入口和热交换流体出口，换热器的另一端设有相应的制冷剂出口和热交换流体入口。

当将板式换热器用作制冷系统中的蒸发器时，常遇到的难题是确保制冷剂均匀分布在换热器及板之间的大量通道中。通常，制冷剂在进入这类换热器之前通过一个紧接在换热器之间的膨胀阀或制冷剂减压装置而膨胀，因而在进入该换热器的制冷剂中形成不稳定的液体和蒸汽的混合物。也就是说，通过膨胀装置或降压装置的液态制冷剂在膨胀或降压过程中会使一部分制冷剂蒸发。

蒸发量的大小与进入膨胀装置前液态制冷剂的温度和膨胀或降压的程度有关。在膨胀或降压阶段，50∶1的膨胀比可能会导致高达2%或更多的液体蒸发。因为蒸气可占液态和气态制冷剂混合物容积的50%或更多，因为液态和气态制冷剂的密度不同，因而导致气流结构发生变化，这样，板式换热器的板系统的某些通道所流过的液态制冷剂比其它板多。这将引起通过不同制冷剂通道的液体和气体的比例不均匀一致，从而导致排气口的蒸气温度变化。这样一来在某些通道中流过换热器流体通道的热交换流体的温度可能比其他通道中的流体温度低。

在大多数板式换热器的应用中，由于在膨胀期间部分蒸发所引起的不稳定性导致制冷剂输入不稳定，从而导致系统中通道之间的性能不稳定。这意味着为了从换热器中获得预定的效率，换热器的某些部分负载比其他部分大，其最高效率可能降低。

通常用水作为热交换流体，如果系统中流过某些板的液态制冷剂的百分比比其它板高，这些板之间的通道则有结冰的倾向，这就会导致某些热交换流体回路冻结，而其它的回路仍然畅通，从而，使问题更严重，最终可能导致换热器失效。

为了克服上述缺点，人们希望制冷剂在板式换热器板与板之间的通道中均匀流过。

还希望液态制冷剂均匀分配流过板式换热器的制冷剂通道。

也希望提供一种比较简单而成本低廉的液态制冷剂分配装置。

根据本发明一方面的内容，本发明所提供的换热器包括一个由若干板件组装而成的组合件，上述板件分隔并限定出允许制冷剂和热交换流体流动的通道装置;与制冷剂通道装置相通的制冷剂输入装置;与热交换流体通道装置相通的热交换流体输入装置，分别用于制冷剂和热交换流体的输出装置;与制冷剂输入装置相联的制冷剂分配装置，该分配装置包括一个调节和引导制冷剂进入各制冷剂通道装置的流动控制装置。

在本发明的一种结构中，制冷剂分配装置可以包括一根装在制冷剂输入装置中的管子，该管子有若干孔道以形成一排使制冷剂均匀流入相应的制冷剂通道的小孔。孔道的数量及尺寸可以根据板的尺寸，组成换热器的板的数量换热能力，使用的制冷剂种类、制冷剂和系统的压力，及其它工作参数来确定。显然，孔道的数量不必与制冷剂通道的数量相符，虽然通常这样会更好。为了估计制冷剂沿管子的压力损失，可以改变各小孔的尺寸。也可改变小孔的尺寸以便根据设计要求或运行参数来改变换热器的换热能力。

在一个实施例中，用带孔道或小孔或其它开口的管子作为膨胀装置或降压装置，这样就不需要外部膨胀阀或其他膨胀装置或降压装置。采用这种结构，孔道或小孔的尺寸从该管的输入端逐渐增大，这就可以为每条制冷剂通道提供均匀的液体分布。

在另一实施例中，用带有孔道小孔或其它开口的管子作为部分膨胀或降压装置，该装置与一个外部膨胀阀或其它膨胀装置或降压装置相连。采用这种结构，部分膨胀或降压发生在外部，而在制冷剂分配装置中发生液态制冷剂的最后膨胀或降压。

在又一个实施例中，用一个附加的外部膨胀阀或其他膨胀装置或降压装置与制冷剂分配装置相连。在这种构件中备有一个与制冷剂第一分配装置并联的制冷剂第二分配装置，通过经制冷剂第一分配装置膨胀后的制冷剂的温度将与输出制冷剂的温度和/或压力，热交换流体输入和输出的温度和/或压力及外界温度一起被监测，而外部膨胀阀可根据要求有选择地工作，用以保持预定的温度和/或压力参数。在这个实施例中，制冷剂第二分配装置中的孔道尺寸比较大，以便分配到通道中的制冷剂的压力比较低。

本发明另一特点是备有一个部分断路装置，可以部分切断制冷剂输入装置和制冷剂通道装置之间的联系。断路装置中的开口或小孔引导液态制冷剂按预定的方向流动，最好是流向制冷剂通道装置的中心，例如，流向板组件的中心线。在本发明的一种结构中，上述断路装置可用来构成制冷剂分配装置，而在本发明的另一种结构中，上述断路装置与制冷剂分配装置一同工作。在一个优选的实施例中，断路装置包括一个普通的C形金属丝构件，该构件设置在限定制冷剂通道装置的每对板之间的制冷剂输入装置的周围。

为了较容易地理解本发明，下面将结合附图描述本发明的一个实施例。

图1是一个标明了制冷剂流动途径的标准板式换热器的断面示意图;

图2与图1相似，但标明了热交换流体的流动途径;

图3与图1相似，它示出了本发明的一个实施例;

图4是图3中所示的换热器底部的放大断面图;

图5是图4中沿线5-5的断面图;

图6是图3中所示的换热器的局部分解透视图，它示出了本发明的一种改型;

图7为图6改型的横截面图;

图8与图4相似，但它示出了本发明的另一种结构;

图9是沿图8中9-9线的断面图;

图10与图9相似，它示出了本发明的又一个实施例。

参见附图，图1和图2所示的板式换热器12是一个由若干板例如30块呈肋状的板10组装成的组合件，相邻两块板的肋部相互衔接，相邻的两块板限定出制冷剂的通道和热交换流体的通道14和16。因为通常用水作为热交换流体，下面提到的热交换流体指的是水。此外，尽管附图示出的是一种逆流换热器，显然本发明也可应用于顺流换热器。

在图5中可以更清楚地看出，每块板10的每端有两个孔道15，板10的组合件中的孔道15形成制冷剂和水的入口及出口。板10将制冷剂通道14与和水通道16分离开，而板与板相互衔接并用钎焊或类似的焊接技术焊封在一起，使流入一条下孔道15的流体流过一组制冷剂和水通道14和16，从相应的上孔道流出，而流入另一条下孔道15的流体流过另一组通道。一根制冷剂输入总管17与同制冷剂通道14相通的那些开口15相通，换热器上端的制冷剂输出总管18能使制冷剂从换热器中流出。与此相似，水的输入总管19和输出总管21分别使水在水通道16中循环。

在标准的板式换热器12中，制冷剂输入总管17通过一个使制冷剂降压的膨胀阀23与一个高压液态制冷剂供应装置22相连。当制冷剂通过上述阀23时，一些制冷剂闪蒸成蒸气并与液态制冷剂混合。结果，液态和气态制冷剂的混合物进入换热器12。因为混合物不均匀，因为气态制冷剂所占体积比液体制冷剂所产占体积大得多，一些制冷剂通道14比其它通道接受更多的液态制冷剂，因此，使流过每条制冷剂通道14的液体和蒸气量发生变化，这就造成各制冷剂通道14之间，水通道16和制冷剂通道14之间的传热量发生变化。

图1中，线24表明了在液态制冷剂与蒸气之间发生相变的地方热交换能力的变化。线24是“完全相变线”，该曲线表示出从几条制冷剂通道14中流出的制冷剂的温度。根据进入每条制冷剂通道14中的蒸气比例，上述温度的变化值可从2℃到11℃。

从通道14中流出的制冷剂蒸气的温度变化引起从水通道16中流出的水的温度发生类似变化。如图2所示，从水通道16中流出的水的温度可从2℃变到10℃。如果任何一条水通道16中水的温度太低而引起水结冰，在换热器的其它部分就会有附加负载，而且热交换效率也会显著下降。这种结冰可能会导致换热器失效。

参见图3-7，在本发明的一种结构中，高压液态制冷剂被直接输送给装在制冷剂输入总管17中并延伸至与制冷剂通道14相通的板孔道15上的分配管26内。分配管26有若干孔或小孔27，这些孔在数目上与制冷剂通道14一致，并准确地与制冷剂通道14对齐。上述孔27的尺寸从总管17到换热器12的后部逐渐增大，因此，虽然在管26内形成压降，但每条制冷剂通道14中的液态制冷剂的分布仍很均匀。

孔27使经膨胀而产生所要求减压的高压液态制冷剂流入通道14中，致使流过换热器12长度方向上的液态制冷剂分布均匀。如果需要，可使用一个与分配管26相连的外部热膨胀阀来提供所要求的制冷剂压降。

因为与制冷剂通道14相通的板孔道15处于每块板的一侧，装在制冷剂通道14中的C形垫圈29大体上环绕在相应的板孔道15周围，并切断直接进入通道14的入口。处于每个C形垫圈29两端之间的开口25用来引导液态制冷剂朝下并流向通道14的中心，从而使液态制冷剂均匀地分布在通道14的整个宽度上。限定通道14的板16上的被升高的接触面30有助于将制作冷剂引向通道14的中心。

试验表明，采用本发明中的分配管26，液态和蒸气制冷剂之间的完全相变使其大体均匀分布在所有通道14上，如图3中的完全相变线28所示。结果使制冷剂蒸气的温度大体均匀，所以，也可以使从水通道16流出的水得到相应的均匀温度。

由于保证了在每条制冷剂通道14中液体和蒸气的均匀分布，从而明显提高了换热器12的效率。试验还表明，与一般的膨胀和流体分配方法相比，在本发明所描述的实施例中，由应用分配管26的相同的试验换热器可使换热能力提高10%。那么，通过利用本发明的特征，在任何给定的环路中流出的最低水温十分接近流出水的平均温度的前提下，可以减少板式换热器中的板件数量。显然，在任何给定情况下减少换热器的板件数量可使成本降低，运行效率提高。

参见图6和图7，管26上的孔27的尺寸可以根据各个制冷及空调系统中的不同工作参数而变化，以满足不同的制冷需求，为此，上述管26有一根相对于管26可转动的空心轴26a，以便根据需要关闭或打开孔27。空心轴26a可以由任何适当的装置定位。

图8和图9，示出了本发明的一种改型，该结构中有一个穿过与制冷剂通道14相通的板孔道15的液态制冷剂第二分配装置31，该装置大体上与液态制冷剂第一分配管26平行。第二根管31上有与分配管26上的孔27数量相当且大体与孔27对中的孔，孔32的尺寸大体上比孔27的尺寸大。

第二制冷剂管31在换热器12的外部通过膨胀阀34与高压液态制冷剂管33相连。

第二液态制冷剂管31在启动时和在低环境温度条件下工作时，特别是在制冷剂循环中使用气冷冷凝器时可为换热器12提供附加的制冷剂膨胀量从而可以满足需要。输入总管17上还可以装有温度传感器36，也可用其他传感器（未示出）测定制冷剂出口处的温度和/或压力，并测定水的入口和出口温度，以便调节膨胀阀34的工作。设置第二液态制冷剂31可在一定的运行条件的范围内提高换热器12的工作能力，因此提高了装有这类换热器的系统的效率。

如图8和9中所示，该实施例中还利用C型垫圈29，而且两组孔27和32都对着垫圈两端之间的开口25。孔的走向以管的走向为基准。以保证孔32偏离管26。

参见图10，它示出了本发明另一个实施例。在该例中，制冷剂的分配是由一个穿过与制冷剂通道14相通的板孔道15的圆锥管37来完成的。管37除了从制冷剂总管端到管37的另一端的横断面积逐渐减少以外，其它方面与在图3至图7所示的实施例中的管26很相似。与管26上的孔27相应的圆锥管37上的每个孔38的尺寸相同，而正是管的圆锥状保证了流过孔38中的液态制冷剂能均匀分布。

如上述实施例所示，虽然可以用C形环或垫圈29来局部断开制冷剂通道14，图10中还示出了另一种断路装置，该装置是由一个沿一侧开有一条缝41的截止管组成。截止管39被插入板孔道15中（这些孔道与制冷剂通道14相通），通常使缝41朝里并朝下。缝的位置与上述实施例中处于C形垫圈两端之间的开口位置相似。截止管可用可焊的材料制成，并可焊在孔通15周围的板16上，在这种情况中，截止管39可在组装换热器12的最后焊接阶段之前装入。另外，截止管39也可以最后焊接阶段之后再装入，在这种情况中，截止管可用任何适当的材料（包括塑料）制成。如果截止管的材料是弹性材料，管39的外径可大于板孔道15的直径，而在装入该管时只须压缩该管，使缝41紧靠一侧，这样可以减小管的直径，足以使其能够装入板孔道15中。如果需要，可在截止管39上加工出圆形的凹槽，这样，当装配到位时，板孔道15的边缘就能卡在圆形凹槽内。必要时，可用密封材料或粘合剂将截止管39安装并密封在所需位置。

显然，本发明的改型还可包括其他用于调节从制冷剂输入总管17流到每个通道14的液态制冷流的装置。如果改变这种调节能使液态制冷剂和蒸气制冷剂均衡流入每条通道14，则可望得到与述各具体实施例相似的效果。

显然，本发明还可以省掉普通膨胀阀或其它膨胀装置或制冷剂减压装置，因此，可以降低生产成本，同时还能提高换热器的性能。

Claims (25)

1、一种板式换热顺包括一个由若干板件组装而成的组装件，上述板件分隔并限定出允许制冷剂和热交换流体流动的通道装置；

与制冷剂通道装置相通的制冷剂输入装置；

与热交换流体通道装置相通的热交换流体输入装置；

分别用于制冷剂及热交换流体的输出装置；

与制冷剂输入装置相连的制冷剂分配装置，该分配装置包括一个调节和引导制冷剂流入各制冷剂通道装置的流动控制装置。

2、如权利要求1所述的板式换热器，其中上述制冷剂输入装置包括板中的一排孔道，上述分配装置包括一根装在制冷剂输入装置中的管，该管具有若干构成流动控制装置的小孔，制冷剂从上述控制装置流入每条制冷剂通道装置。

3、如权利要求2所述的板式换热器，其中上述若干小孔的尺寸从管的一端到另一端是变化的。

4、如权利要求2所述的板式换热器，其中设有可选择地改变小孔横截面积的调节装置，从而改变制冷剂在小孔内的流动状态。

5、如权利要求2至4中任一项所述的板式换热器，其中上述管和那些小孔的尺寸应选定成能构成降低液态制冷剂压力的制冷剂减压装置，以使送入上述管内的液态制冷剂达到预定的较低压力。

6、如权利要求2所述的板式换热器，其中上述管3横截面积逐渐减小，在制冷剂入口端横截面积较大，在入口端的远端横截面积较小。

7、如上述任一项权利要求所述的板式换热器，其中或者在每条制冷剂通道装置中设有局部围绕制冷剂输入装置的部分断路装置，或者在制冷剂输入装置中设有部分断路装置，该断路装置限定制冷剂从分配装置由沿局部断路装置中的开口所限定的预定通道流动。

8、如权利要求7所述的板式换热器，其中上述开口的位置应能使制冷剂流向各制冷剂通道装置的中心线。

9、如权利要求7或8所述的板式换热器，其中上述流动控制装置将制冷剂从分配装置导向上述开口。

10、如权利要求7至9中任一项所述的板式换热器，其中上述部分断路装置包括若干密封板件的C形件，上述C形件限定了每条制冷剂通道装置并包围了板中限定制冷剂输入装置的孔道。

11、如权利要求7至9中任一项所述的板式换热器，其中上述部分断路装置包括一个管状件，该管件的一侧有一条槽，管件位于由板中一排孔道限定的制冷剂入口装置中，管上的槽形成上述开口。

12、如上述权利要求中任一项的板式换热器，其中在制冷剂输入装置中设有一个制冷剂第二分配装置，该制冷剂第二分配装置通过一个可选择地操作的减压装置与高压液态制冷剂供给装置相连。

13、如权利要求12所述的板式换热器，其中上述制冷剂第二分配装置包括一根开有若干较大的孔的管子，以便将制冷剂导向每个制冷剂通道装置。

14、一种板式换热器包括一个板件组合件，上述板件分隔和限定出用于制冷剂和热交换流体流动的交错通道，每块板件上有位于组件中的孔道，上述孔道限定了输入装置和输出装置并使制冷剂和热交换流体沿各自的通道流动，一根制冷剂分配管从上述组件一侧延伸穿过制冷剂输入装置，该分配管远离组件一侧的一端是封闭的，分配管上有若干小孔，每个孔对准并朝向一条制冷剂通道，以便将送入管中的制冷剂导入通道中。

15、如权利要求14所述的板式换热器，其中上述分配管与高压液态冷剂管路相连，因此，制冷剂在较高压力下进入该管，上述管和小孔构成一个减压装置，通过该减压装置使进入制冷剂通道的制冷剂的压力降低。

16、如权利要求15所述的板式换热器，其中一个附加制冷剂分配器穿过上述制冷剂输入装置，大体与上述管平行。

17、如权利要求16所述的板式换热器，其中上述附加分配器管通过一个减压装置同高压液态制剂管路相连，致使该附加分配器管中的制冷剂压力较低，附加分配器管上加工有较大的孔，较低压力的制冷剂流过上述孔被分配到上述制冷剂通道中。

18、如权利要求17所述的板式换热器，其中根据制冷剂和热交换流体的进出口温度所确定的换热器的负载可选择地操作上述减压装置。

19、如权利要求14至18中任一项所述的板式换热器，其中上述分配管上的小孔的尺寸从上述一端到另一远端逐渐增加。

20、如权利要求14至19中任一项所述的板式换热器，其中上述小孔的横截面积是可变的。

21、如权利要求20所述的板式换热器，其中在上述分配管上配有一个空心轴，该轴有一个或多个与上述小孔对中的开口，该轴可选择地转动，以改变小孔的尺寸。

22、如权利要求14至21中任一项所述的板式换热器，其中在制冷剂输入装置或每一条制冷剂通道中设有断路装置，以便限制制冷剂从输入装置流入由该断路装置的开口所限定的预定通道中。

23、如权利要求22所述的板式换热器，其中上述断路装置包括一些密封上述通道并围绕上述输入装置的C形金属丝构件。

24、如权利要求22所述的板式换热器，其中上述断路装置包括一个设置在上述输入装置内大体为C形的管状件。

25、如权利要求14至24中任一项所述的板式换热器，其中上述分配管的横截面积从组件的一端到另一远端逐渐减小。

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