CN111380386A

CN111380386A - 多回路板式换热器

Info

Publication number: CN111380386A
Application number: CN201811632290.6A
Authority: CN
Inventors: 佩尔蒂埃·彼埃尔·奥利弗; 张志锋; 魏文建
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2038-12-28
Also published as: US20220099381A1; WO2020134907A1; CN111380386B; EP3904816A4; EP3904816A1

Abstract

本发明公开了一种多回路板式换热器，所述板式换热器包括：多个层叠布置的换热板片；形成在所述多个换热板片中的相邻换热板片之间的换热通道；以及延伸通过所述换热板片的分别用于换热介质流入和流出的端口通道，所述端口通道中的至少一个包括彼此分隔开的用于多路制冷剂中的至少两路制冷剂流入或流出的至少两个流体通道。所述至少两个流体通道共用一个所述端口通道，且所述至少两个流体通道沿着端口通道的径向并排设置。

Description

多回路板式换热器

技术领域

本发明涉及制冷、空调、工业制冷、加热等领域，尤其涉及多回路板式换热器。

背景技术

对于板式换热器，通常冲压有四个端口。其中的两个端口用于一种工作流体，而另外的两个端口用于另一种工作流体。用于多回路系统的板式换热器，则有六个或更多的端口。这样的做法存在以下不足或不利之处：

1)因为端口处的区域不能用于进行换热，故设置过多的端口减小了有效换热面积；

2)因为端口处的区域总是板式换热器中最薄弱的部分，故设置过多的端口会减小板式换热器的强度；

3)每个端口需要连接一个端口连接器，这导致了高的潜在泄漏风险和高的成本。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提供了一种多回路板式换热器，所述板式换热器包括：

多个层叠布置的换热板片；

形成在所述多个换热板片中的相邻的两个换热板片之间的换热通道；以及

延伸通过所述换热板片的分别用于换热介质流入和流出的端口通道，所述端口通道中的至少一个包括彼此分隔开的用于多路制冷剂中的至少两路制冷剂流入或流出的至少两个流体通道，

其中，所述至少两个流体通道共用一个所述端口通道，且所述至少两个流体通道沿着端口通道的径向并排设置。

在一些实施例中，所述至少两个流体通道通过分隔件彼此分隔开。

在一些实施例中，所述分隔件的至少一部分一体地形成在相应的所述换热板片上或者独立于所述换热板片。

在一些实施例中，所述分隔件包括翻边桥，所述翻边桥通过使所述相应的换热板片在所述端口通道中的所述至少两个流体通道中的一个处的区域变形而形成。

在一些实施例中，所述至少两个流体通道包括用于至少两路制冷剂中的一路制冷剂的第一流体通道和用于所述至少两路制冷剂中的另一路制冷剂的第二流体通道，

所述换热通道包括用于所述至少两路制冷剂中的一路制冷剂的第一换热通道和用于所述至少两路制冷剂中的另一路制冷剂的第二换热通道，

所述第一流体通道通过第一流体通道孔与所述第一换热通道流体连通，所述第二流体通道通过第二流体通道孔与所述第二换热通道流体连通。

在一些实施例中，所述第一流体通道孔和第二流体通道孔沿着所述端口通道的延伸方向交替布置。

在一些实施例中，所述第一流体通道孔和第二流体通道孔位于各自的对应的流体通道内。

在一些实施例中，所述第一流体通道孔和所述第二流体通道孔中的至少一个设置在环状件上，所述环状件的至少一部分一体地形成在相应的所述换热板片上或者独立于所述换热板片。

在一些实施例中，所述环状件包括凸缘，所述凸缘通过使所述相应的换热板片在所述端口通道中的所述至少两个流体通道中的一个处的区域变形而形成。

在一些实施例中，所述环状件的一部分设置在所述第一流体通道内，并且一部分设置在所述第二流体通道内，设置有所述第一流体通道孔的所述环状件的设置在所述第二流体通道内的部分阻隔所述第二流体通道和所述第一换热通道；和/或

设置有所述第二流体通道孔的所述环状件的设置在所述第一流体通道内的部分阻隔所述第一流体通道和所述第二换热通道。

在一些实施例中，设置有所述第一流体通道孔的所述环状件位于形成所述第一换热通道的相邻换热板片之间；和/或

设置有所述第二流体通道孔的所述环状件位于形成所述第二换热通道的相邻换热板片之间。

在一些实施例中，所述分隔件包括多个挡板，所述挡板设置在所述环状件中，所述多个挡板端部相连接以将所述至少一个端口通道分隔成所述至少两个流体通道。

在一些实施例中，所述板式换热器还包括与所述至少一个端口通道连接的端口连接器，所述端口连接器包括由隔板分隔开的至少两个连接通道，所述至少两个连接通道分别与所述至少两个流体通道对应连通，由此形成两个用于制冷剂流入或流出的相互隔离的通路。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了用于现有技术的板式换热器的端口结构布置的示意图；

图2显示了根据本发明的实施例的板式换热器的端口结构布置的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的板式换热器的横截面视图；

图4A是根据本发明的另一个实施例的板式换热器的横截面视图；

图4B和4C分别显示相邻的两个换热板片上的端口通道内的分隔件的结构示意图；

图5是根据本发明的另一个实施例的板式换热器的横截面视图；

图6A和6B分别示出了根据本发明的实施例的端口连接器的结构示意图和横截面视图。

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指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。

如图1所示，显示了关于现有技术的板式换热器上的端口布局的示意图。具体地，图1中显示的端口布置能够用于三回路制冷系统。端口11和12为分别用于第一种流体的入口和出口，而端口21和22为分别用于第二种流体的入口和出口；而端口31和32为分别用于第三种流体的入口和出口。

到目前为止，对于现有的板式换热器来说，如图1所示，都是一个端口或端口通道对应于一个端口连接器。在一般情况下，一种工作流体需要两个端口通道和两个端口连接器，其中的一个端口通道的端口是入口，而另一个端口通道的端口是出口。这种常见的设计和端口布局限缩或减小了板式换热器的有效换热面积和强度，以致于需要扩大端口来增加换热能力。

因此，现有技术中的板式换热器普遍存在如在本发明的背景部分所提及的不足。

针对于这种技术问题，本发明提供了一种新的发明构思以期至少部分地缓解或消除这些不足。

具体地，本发明提供了一种特殊的端口设计，其可以将至少两种工作流体的端口或端口通道接合在一起。另外，该新的特殊端口设计还可以允许简单地进行管道连接，并且使得相应的制冷系统结构更紧凑。进一步地，其还可以允许减少与之连接的端口连接器的数量，从而降低了成本。

在本发明的一个示例中，本发明提供了一种端口通道，所述端口通道包括彼此分隔开的用于至少两路制冷剂流入或流出的至少两个流体通道。

在本发明中，通过将原本用于一种流体的端口通道分隔成至少两个彼此独立的端口通道，以替代现有技术中的用于至少两路制冷剂的至少两个端口通道。或者说，通过将至少两个端口通道集成到一个端口通道中，至少部分地解决了现有技术中所论述的由于需要在板式换热器上设置更多的端口通道而导致的问题。

此外，本发明的方案可以通过减少端口通道的数量而增加有效热传递的面积，并且还可以在一定程度上简化与端口通道连接的管道连接的复杂性。

显然，与现有技术的方案相比，可以至少使分配器和垫圈的数量减少50％。

从以上多个方面可以看出，本发明的方案可以降低成本，简化复杂性，同时改善板式换热器的性能。

本发明在于扩大有效换热面积和简化所述端口连接器和板式换热器之间的连接，而不损失强度和性能。因此，提出了将一个端口通道分隔成至少两个流体通道(例如所述至少两个流体通道沿着端口通道的径向并排设置)的构思。在这样的情况下，所述至少两路制冷剂流体分别流过端口通道中的至少两个流体通道，并且是相对独立的，而不会造成制冷剂流体的相互混合。需要说明的是，本发明所指的至少两路制冷剂流体不限于制冷剂流体种类是否相同。例如，可以是相同种类的制冷剂流体，也可以是不相同种类的制冷剂流体。

具体地，本发明的一个实施例中的板式换热器的构思具体是：

该板式换热器具有多回路系统并且包括：

多个层叠布置的换热板片；

如图2所示，在本实施例中，示出了将如图1所示的一个端口通道分隔成两个流体通道，即第一流体通道和第二流体通道。可以理解，在本实例中以将如图1所示的一个端口通道分隔成两个流体通道为例对本发明的设计构思进行了解释和说明。然而，本领域技术人员可以明白，还可以将该一个端口通道分隔成三个或更多个流体通道，其设置方式或结构布置均与分隔成两个流体通道的情形相似，故不再一一举例说明。

如图2所示，左下角处的用于流入换热介质的一个圆形的端口通道被分隔成两个用于流入流体的流体通道111和121，相应地，左上角处的用于流出换热介质的一个圆形的端口通道被分隔成两个用于流出流体的流体通道112和122。为了对比，右上角的圆形的端口通道131则仍然用于流入另一种流体，则右下角的圆形的端口通道132则用于流出另一种流体，例如载冷剂。所有端口通道的位置不限于图中所示位置。

需要说明的是，该设置在右侧的两个流体通道131和132也可以采用本发明的设计构思被分隔成至少两个流体通道，具体设置方式和数量，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

另外，流体通道111、121所在的端口通道和流体通道112、122所在的端口通道中的至少一个还可以分隔成至少三个流体通道，其中一个流体通道用于载冷剂的流入或流出，从而可以不单独设置图示的流体通道131和/或132。

可以明白，两路换热介质在分别流入流体通道111和121之后，需要继续保持相互独立，相互之间避免干扰，故将在该两个流体通道111和121之间设置分隔件，或通过分隔件将它们彼此分隔开。此处，主要以流入流体的端口通道为例来说明本发明的设计构思，然而本发明的设计构思还可以应用于流出流体的端口通道，具体细节不再累述。

以下将着重说明端口通道内分隔件、流体通道孔等各个部件的具体设置方式。

如图3所示，示出了根据本发明的一个实施例的板式换热器的横截面视图，其中端口通道通过例如挡板的分隔件141和例如分配环的环状件142分隔成两个流体通道111、121。

如图所示，所述两个流体通道111和121包括用于两路制冷剂中的一路制冷剂的第一流体通道111，和用于另一路制冷剂的第二流体通道121。所述两个换热通道包括用于两路制冷剂中的一路制冷剂的第一换热通道151和用于另一路制冷剂的第二换热通道152。

在端口通道内对应于每两个换热板片所形成的换热通道151、152的位置处设置一个分配环142。每个分配环142中间设置一个挡板141，将其分隔成相互密封隔离的两个部分。所述多个挡板141在安装在端口通道中时彼此相互对齐且端部相连接以实现密封隔离。当然，也可以把多个挡板141设置成一个更长的单个挡板，即将挡板的一端插入到多个分配环142中以将他们分隔成两个部分。

在本实例中，多个分配环142中的一部分设置在第一流体通道111内，另一部分设置在第二流体通道121内。一些分配环142位于形成相应的第一换热通道151的相邻换热板片之间，其他分配环142位于形成相应的第二换热通道152的相邻的换热板片之间。

具体地，第一流体通道111通过设置在分配环142上的第一流体通道孔1111与第一换热通道151流体连通，分配环142的位于第二流体通道121内的部分可用于阻隔第二流体通道121和第一换热通道151。而第二流体通道121通过设置在分配环142上的第二流体通道孔1211与第二换热通道152流体连通，分配环142的位于第一流体通道111内的部分可用于阻隔第一流体通道111和第二换热通道152。也就是说分配环连通相应流体通道和换热通道时，分配环位于其他流体通道内的部分可用于阻隔其他流体通道和所述换热通道。可见，一个分配环142的一部分起到分配器的作用，另一部分起到用于隔离的垫圈的作用，所以本发明可以至少使分配器和垫圈的数量减少50％。

通常，由于第一换热通道151和第二换热通道152彼此交替布置在板式换热器中，故第一流体通道孔1111和第二流体通道孔1211也沿着该端口通道的延伸方向(即大致图页的上下方向)交替布置。所述第一流体通道孔1111和第二流体通道孔1211位于各自的对应的流体通道151、152内。

具体地，第一流体通道111通过第一流体通道孔1111与第一换热通道151流体连通，而第二流体通道121通过第二流体通道孔1211与第二换热通道152流体连通。

尽管图中仅示出了一个流体通道孔与一个换热通道连通，可以理解可以设置多个流体通道孔与一个换热通道连通。

另外，在与端口通道连接的端口连接器160中，通过在该端口连接器160中间部分设置一个隔板163将其分隔开成两个连接通道161、162。所述两个连接通道161、162分别与两个流体通道111和121对应连通，由此形成两个用于制冷剂流入或流出的相互隔离的通路。

如图4A所示，示出了根据本发明的另一个实施例的板式换热器的横截面视图，其中端口通道通过一体地形成在相应的换热板片上的分隔件241分隔成两个流体通道111、121。

图4A的主要特征在于将分隔件设置成一体地形成在相应的换热板片上，而图3则是通过独立于换热板片的挡板形成分隔件。环状件142，242的一个作用是连通一个流体通道和相应换热通道，例如设置在入口端口时，通过流体通道孔向相应的换热通道分配制冷剂，设置在出口端口时，还可以起到增强端口强度的作用。环状件142，242还可阻隔其他流体通道和所述换热通道。环状件242的位置和作用等在上文对图3的实施例中已经参考分配环142进行了详细说明，此处不再赘述。图4中的环状件242被设置成一体地形成在相应的换热板片上，而图3中环状件(分配环142)是独立的部件。可以理解的是，一个环状件242可以部分设置成一体地形成在相应的换热板片上，部分是独立的部件，例如所述独立的分配环142可以是半环。换热器的多个环状件中，可以部分被设置成一体地形成在相应的换热板片上，部分是独立的部件。

如图4B和4C所示，该分隔件240包括翻边桥241。该翻边桥241通过使相应的换热板片在所述端口通道中(例如流体通道处)的区域变形而形成。图4B显示出了用于第一流体通道111处的翻边桥241的结构，而图4C显示出了用于第二流体通道121处的翻边桥241的结构。图4B和4C所显示的翻边桥241的结构大致类似，其主要区别在于当多个换热板片组装在一起时，分别具有图4B和4C所显示的翻边桥241的两个相邻的换热板片能够彼此装配在一起，并且将端口通道分隔成两个流体通道。也就是说，图4B和4C所显示的翻边桥241彼此能够配合并通过例如焊接等以实现对端口通道的密封隔离。

在每个换热板片对应于端口通道的位置处还设置有环状件242，该环状件242的至少一部分一体地形成在相应的换热板片上。可替代地，还可以将该环状件242设置成独立于换热板片的单独的部件，之后将其与每个换热板片焊接在一起。例如图3中的分配环142。

该环状件242包括多个凸缘，所述凸缘通过使相应的换热板片在所述端口通道中(例如一个流体通道处)的区域变形而形成。相邻换热板片的凸缘彼此配合并通过例如通过压接、焊接或粘结连在一起。

在本实例中，该环状件242的一部分设置在第一流体通道111内，且位于形成相应的第一换热通道151的相邻换热板片之间；相应地，该环状件242的剩下的部分设置在第二流体通道121内，且位于形成相应的第二换热通道152的相邻的换热板片之间。

此外，在与进口接管连接的端口通道的端口连接器160中，通过在该端口连接器160中间部分设置一个隔板163将其分隔开成两个连接通道161、162。所述两个连接通道161、162分别与两个流体通道111和121对应连通，由此形成两个用于制冷剂流入或流出的相互隔离的通路。

图4A中的环状件与图3中显示的分配环的作用大致相同，故不再详细说明。

如图5所示，示出了根据本发明的另一个实施例的板式换热器的横截面视图，其中仅示出了分隔成两个流体通道的端口通道部分。

图5中显示出了图4中的环状件与图3显示的分隔件的组合的示例。具体地，在图5中分隔件不是成一体地形成在相应的换热板片上，而是通过由多个挡板形成分隔件。图5中，环状件的至少一部分一体地形成在相应的换热板片上。

具体地，该板式换热器包括板组件300，所述板组件设有三种工质流体的进出口通道。所述板组件包括具有相同形状周边的第一、第二、第三和第四四种换热板301、302、303、304。所述换热板以第一、第二、第三和第四换热板301、302、303、304的循环周期依次设置。在第一换热板301和第二换热板302之间设置有流过第一流体R1的第一换热通道151、第三换热板303和第四换热板304之间设有流过第二流体R2的第二换热通道152，且在第二换热板302和第三换热板303之间、第四换热板304和与之相邻的第一换热板301之间设有流过第三流体W的第三换热通道153。

所述板组件300还包括在端口通道内对应于相邻的两个第一换热通道151和第二换热通道152的至少一个分隔空间311，在各自的流体流道内，所述分隔空间311对于第一流体R1和第二流体R2中的另一种流体是封闭的。也就是，在第一流体通道111内，第一流体R1通过第一流体流道孔1111流入到第一换热通道151内，而第二流体R2则通过第二流体流道孔1211流入到第二换热通道152内。

如图5所示，在至少设置了两个分隔空间311的情况下，针对于一个分隔空间311的第三和第四换热板303、304与相邻的另一分隔空间的第一和第二换热板301、302的环状件142在端口通道处彼此连接以形成一围绕所述端口通道的环形接触部。为了图示简单，仅示出了在端口通道中的三个环形接触部，作为示例。在该环形接触部处，四种换热板301、302、303、304彼此相互接触，例如通过压接、焊接或粘结在一起。

在端口通道内，相邻的环形接触部314之间设置有挡板141，相邻的挡板141的相互连接以将该端口通道分隔成两个流体通道。

在本发明的各实施例中，流体流道孔可以是一体形成于换热板片上的凹坑区域，也可以是穿过端口通道的通孔。该流体流道孔的形状可以圆形、半圆形、椭圆形、矩形、梯形等任意形状。

为了实现该端口连接器160具有两个连接通道161、162，该端口连接器160的大致中间部分设置有一个隔板163。当然，不一定必须通过隔板163将该端口连接器160分隔成两个大致相等的部分，也可以分隔成大小不等的两个部分。

以上仅为本发明的一些实施例，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

1.一种多回路板式换热器，所述板式换热器包括：

多个层叠布置的换热板片；

2.根据权利要求1所述的多回路板式换热器，其中，

所述至少两个流体通道通过分隔件彼此分隔开。

3.根据权利要求2所述的多回路板式换热器，其中，

所述分隔件的至少一部分一体地形成在相应的所述换热板片上或者独立于所述换热板片。

4.根据权利要求2或3所述的多回路板式换热器，其中，

所述分隔件包括翻边桥，所述翻边桥通过使所述相应的换热板片在所述端口通道中的区域变形而形成。

5.根据权利要求1或2所述的多回路板式换热器，其中，

所述至少两个流体通道包括用于至少两路制冷剂中的一路制冷剂的第一流体通道和用于所述至少两路制冷剂中的另一路制冷剂的第二流体通道，

6.根据权利要求5所述的多回路板式换热器，其中，

所述第一流体通道孔和第二流体通道孔沿着所述端口通道的延伸方向交替布置。

7.根据权利要求5所述的多回路板式换热器，其中，

所述第一流体通道孔和第二流体通道孔位于各自的对应的流体通道内。

8.根据权利要求5所述的多回路板式换热器，其中，

所述第一流体通道孔和所述第二流体通道孔中的至少一个设置在环状件上，所述环状件的至少一部分一体地形成在相应的所述换热板片上或者独立于所述换热板片。

9.根据权利要求8所述的多回路板式换热器，其中，

所述环状件包括凸缘，所述凸缘通过使所述相应的换热板片在所述端口通道中的区域变形而形成。

10.根据权利要求8所述的多回路板式换热器，其中，

所述环状件的一部分设置在所述第一流体通道内，并且一部分设置在所述第二流体通道内，

设置有所述第一流体通道孔的所述环状件的设置在所述第二流体通道内的部分阻隔所述第二流体通道和所述第一换热通道；和/或

11.根据权利要求8所述的多回路板式换热器，其中，

设置有所述第一流体通道孔的所述环状件位于形成所述第一换热通道的相邻换热板片之间；和/或

12.根据引用权利要求2时的权利要求8所述的多回路板式换热器，其中，

所述分隔件包括多个挡板，所述挡板设置在所述环状件中，所述多个挡板端部相连接以将所述至少一个端口通道分隔成所述至少两个流体通道。

13.根据权利要求1-3、6-12中任一项所述的多回路板式换热器，还包括：

与所述至少一个端口通道连接的端口连接器，所述端口连接器包括由隔板分隔开的至少两个连接通道，所述至少两个连接通道分别与所述至少两个流体通道对应连通，由此形成两个用于制冷剂流入或流出的相互隔离的通路。