CN1172158C - 三流体用板式热交换器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使第1流体依次与第2流体和第3流体进行热交换的板式热交换器。把板材叠层体的靠板材叠层方向一端侧的部分，作为前级热交换部13A，把靠板材叠层方向另一端侧的部分，作为后级热交换部13B。在前级热交换部13A，使第1流体La通过板材之间的板间第1流体路f1和使第2流体Lc通过的板间第2流体路f2，交替地位于板材叠层方向。在后级热交换部13B，使第1流体La通过板材之间的板间第1流体路f1和使第3流体Lb通过的板间第3流体路f3，交替地位于板材叠层方向。设有把通过了前级热交换部的板间第1流体路的第1流体，导入后级热交换部的板间第1流体路的连接路m。

Description

三流体用板式热交换器及其制造方法

技术领域

本发明涉及三流体用板式热交换器，具体地说，涉及将第1流体依次地与第2流体、第3流体进行热交换的三流体用板式热交换器及其制造方法。

背景技术

已往，这种热交换器中，如图6所示，在多个板材15叠置而成的板材叠层体中，把该板材叠层体中的靠板材长度方向一端的部分，作为前级热交换部13A，在该前级热交换部13A中，使第1流体La通过板材15之间的板间第1流体通道f1、和使第2流体Lc通过板材15间的板间第2流体通道f2，交替地位于板材叠层方向。另外，把板材叠层体中的靠板材长度方向另一端部分，作为后级热交换部13B，在该后级热交换部13B中，使来自前级热交换部13A的板间第1流路f1的第1流体La通过板材15之间的板间第1流体通道f1、和使第3流体Lb通过板材15之间的板间第3流体通道f3，交替地位于板材的叠层方向(见特开平9-60996号公报)。

即，前级热交换部13A使第1流体La与第2流体Lc进行热交换，后级热交换部13B接着使第1流体La与第3流体Lb进行热交换，将该前级热交换部13A和后级热交换部13B并排设置在板材15的长度方向并形成为一体。

但是，该已往的构造，与用分体的板式热交换器构成前级热交换部13A和后级热交换部13B时相比，虽然整体上已相当小型化，但是，随着近年来对机器更加小型化和更节能的要求，尚需要改进。

发明的公开

鉴于上述情形，本发明的主要课题是，在前级热交换部和后级热交换部的一体化中，通过采用合理的构造，实现更加小型化、更加减少热损失。

(1)本发明的三流体用板式热交换器，使第1流体依次与第2流体、第3流体进行热交换，其特征在于，在将多个板材叠置成的板材叠层体中，把该板材叠层体中的靠板材叠层方向的一端侧部分，作为前级热交换部，在该前级热交换部，使第1流体通过板材间的板间第1流体通道和使第2流体通过板材间的板间第2流体通道，交替地位于板材的叠层方向；把该板材叠层体中的靠板材叠层方向的另一端侧部分，作为后级热交换部，在该后级热交换部，使第1流体通过板材之间的板间第1流体通道和使第3流体通过板材间的板间第3流体通道，交替地位于板材叠层方向；设有第1流体连接路，该第1流体连接路，使并排地通过了前级热交换部中若干板间第1流体通道的第1流体，并排地流入后级热交换部中的若干板间第1流体通道。

即，根据该构造，由于把第1流体与第2流体进行热交换的前级热交换部、和第1流体与第3流体进行热交换的后级热交换部，并排地设置在板材叠层方向并形成为一体，所以，与上述已往的将前级热交换部和后级热交换部并排设置在板材长度方向并形成一体的构造相比，可使叠层的板材长度减半(面积也减半)，这样，板材叠层体在立体上更加集约化。因此，可使热交换器更小型化，提高设置性和使用性。另外，由于板材长度减半(面积减半)，对于热收缩和热变形的处理也容易，热交换器的制作也容易。

另外，上述立体上的集约化，使板材叠层体的外表面积也减小，所以可抑制外表面的散热损失，节能性好。

(2)在本发明中，在叠层的板材之中，把位于前级热交换部和后级热交换部交界部的板材之间，做成流体不通过的绝热层。

根据该构造，用上述绝热层防止温度不同的前级热交换部和后级热交换部之间的热交换，抑制两热交换部之间因热交换引起的热损失(简言之，在本来不是热交换对象的第2流体和第3流体之间的热交换引起的热损失)，这样，对第1流体的热交换性更加好，在节能方面也有利。

另外，利用多个板材叠置成的原来的板材叠层构造，在前级热交换部和后级热交换部的交界部，形成绝热层，所以，绝热层的形成容易，热交换器的制作也容易。

(3)在本发明中，在叠层的板材之中，把位于前级热交换部和后级热交换部交界部的3个以上相邻板材之间，分别做成流体不通过的绝热层。

根据该构造，是在上述本发明中，把3个以上相邻板材间分别做成绝热层，所以，将绝热层多层化，确保较大的绝热层的厚度，提高其绝热效率，更有效地抑制前级热交换部和后级热交换部之间因热交换引起的热损失。

另外，根据该构造，把断面为波形的板材，即使以其波形峰部相向接触的状态叠置起来，形成板材叠层构造时(即，在通过波形峰部的接合部位也估计有热传递时)，由于上述多层化提高绝热效果，所以可有效地抑制前级热交换部与后级热交换部之间的热交换引起的热损失。

(4)在本发明中，在叠层的板材之中，把位于前级热交换部和后级热交换部交界部的板材之间，做成真空状态的气密空间，将上述绝热层做成真空绝热层。

根据该构造，是在上述本发明中，把形成在板材之间的绝热层做成为真空绝热层，利用真空空间的极高绝热效果，更有效地抑制前级热交换部与后级热交换部之间的热交换引起的热损失。

另外，根据该构造，不需要绝热材，可利用原来的板材叠层构造形成绝热层，所以，绝热层的形成更加容易。

(5)在本发明中，其特征在于，上述第1流体连接路，在板材叠层体的内部，沿板材叠层方向贯通上述板材，将前级热交换部中的若干板间第1流体通道和后级热交换部中的若干板间第1流体通道连接起来。

根据该构造，与用外部配管把第1流体连接路(该第1流体连接路使第1流体从前级热交换部的板间第1流体通道向后级热交换部的板间第1流体通道移行)形成在板材叠层体外部的构造相比，可简化板材叠层体周边的构造，使热交换器更加小型化。

另外，根据该构造，使各流体的导入路或导出路(即，使第1流体并排地流入前级热交换部中的若干板间第1流体通道的第1流体导入路、使第2流体并排地流入前级热交换部中的若干板间第2流体通道的第2流体导入路、把通过了前级热交换部中若干板间第2流体通道的第2流体集合起来排出的第2流体导出路、使第3流体并排地流入前级热交换部中若干板间第3流体通道的第3流体导入路、把通过了后级热交换部中若干板间第3流体通道的第3流体集合起来排出的第3流体导出路、把通过了后级热交换部中若干板间第1流体通道的第1流体集合起来排出的第1流体导出路)分别在板材叠层体内，沿板材叠层方向贯通板材，将对应的板间流体通道连接起来，更加使板材叠层体周边构造简单化，使热交换器小型化。

(6)本发明是所述三流体用板式热交换器的制造方法，其特征在于，把叠置的多个板材在真空下，将相邻板材焊接，形成上述各板间流体通道，这时，在真空下通过各相邻板材的焊接接合，在位于前级热交换部和后级热交换部交界部的板材之间，同时形成作为上述真空绝热层的真空状态的气密空间。

根据该方法，利用真空焊接法，在把相邻板材接合的同时形成真空绝热层，与其它的接合法相比，例如把位于前级热交换部与后级热交换部交界部的板材之间形成气密空间后，再从该气密空间抽气，形成真空绝热层，极容易形成真空绝热层，可高效率地制作热交换器。

附图简单说明

图1是吸收式制冷机的装置构造图。

图2是热交换器的纵断面图。

图3是热交换器的局部横断面图。

图4是热交换器的概略立体图。

图5是另一实施例的热交换器纵断面图。

图6是已往的热交换器的概略构造图。

实施发明的最佳形态

图1表示吸收式制冷机的装置构造。1是高温再生器，2是低温再生器，3是冷凝器，4是蒸发器，5是吸收器。在高温再生器1中，用高温加热器6加热吸收了制冷剂R(例如水)的低浓度吸收液La(例如溴化锂水溶液)，使制冷剂R蒸发分离。

在高温再生器1分离了制冷剂R后的中浓度吸收液Lb，通过流路r1送到低温再生器2，另外，在高温再生器1产生的制冷剂蒸气R′，通流路r2作为热源送到低温再生器2中的低温加热器7，这样，在低温再生器2中，把在高温再生器1产生的制冷剂R′作为热源，加热中浓度吸收液Lb，使制冷剂R再从该中浓度吸收液Lb中蒸发分离。

在低温再生器2产生的制冷剂R′以及在低温加热器7作为热源用后的制冷剂蒸气R′，在冷凝器3中被冷却器8冷却而冷凝，该冷凝的制冷剂R(即液体制冷剂)通过流路r3送到蒸发器4。

在蒸发器4，用制冷剂泵9A一边使冷凝器4送来的冷凝制冷剂R循环，一边由散布器10散布到内装热交换器11，随着该散布使制冷剂R蒸发，在这过程中夺取其气化热，使流过内装热交换器11的冷却对象流体C(例如水或海水)冷却。

在低温再生器2中分离了制冷剂R后的高浓度吸收液Lc，通过流路r4送到吸收器5，在吸收器5用散布器12散布从低温再生器2送来的高浓度吸收液Lc，这样，使在蒸发器4产生的制冷剂蒸气R′被散布吸收液Lc吸收，从而在蒸发器4中形成在低温下使散布制冷剂R蒸发的低压环境。

在吸收器5吸收了制冷剂蒸气R′后的低浓度吸收液La，被溶液泵9B通过流路r5返回高温再生器1，返回到从该低浓度吸收液La中再分离制冷剂R的工序。

标记13是热回收用热交换器，该热回收用热交换器13，把返回高温再生器1的低温低浓度吸收液La，依次与从低温再生器2送到吸收器5的中温高浓度吸收液Lc、以及从高温再生器1送到低温再生器2的高温中浓度吸收液Lb进行热交换，回收该高浓度吸收液Lc和中浓度吸收液Lb的保有热。另外，图1中，热回收用热交换器13，仅模式地表示低浓度吸收液La对高浓度吸收液Lc和中浓度吸收液Lb的热交换顺序，与后述的具体构造不一致。

标记14是冷却器，该冷却器14用于除去在吸收器5中散布吸收液Lc吸收制冷剂时产生的吸收热，把冷却用流体(例如在与冷却塔之间循环的冷却水)供给该吸收器5中的冷却器14和冷凝器3中的冷却器8。

使低浓度吸收液La、高浓度吸收液Lc、中浓度吸收液Lb(下面按此顺序称为第1～第3流体)三流体进行热交换的热回收热交换器13，如图2至图4所示，由多个板材15叠置而成。该板材15除了两端部附近外，断面形状呈波浪形，并且在其角部设有形成导出入路用的孔P1～P4。该板材15如图3所示地以波形峰部相向接触的状态叠置。如图4所示，该板材叠层体中的靠板材叠置方向一端的部分，作为使第1流体La与第2流体Lc热交换的前级热交换部13A，而该板材叠层体中的靠板材叠层方向另一端的部分，作为后级热交换部13B，在该后级热交换部13B，使在前级热交换部13A与第2流体Lc热交换的第1流体La接着与第3流体Lb热交换。

在前级热交换部13A，上述板材叠层构造中，使第1流体La通过相邻板材15间的第1流体通道f1、和使第2流体Lc通过相邻板材15间的第2流体通道f2，交替地位于板材的叠层方向，在这些板间流体通道f1、f2的通过过程中，将板材15作为传热壁，使第1流体La与第2流体Lc热交换。

同样地，在后级热交换部13B，上述板材叠层构造中，使第1流体La通过相邻板材15间的第1流体通道f1、和使第3流体Lb通过相邻板材15间的第3流体通道f3，交替地位于板材的叠层方向，在这些板间流体通道f1、f3的通过过程中，将板材15作为传热壁，使第1流体La与第3流体Lb热交换。

另外，各板间流体图f1～f3，如图3所示，借助波形峰部相向接触的板材叠层体构造，在与流体流动方向直交的板宽方向也被细分成很多流路，所以确保大的传热面积，同时可得到高强度。

由于各板材15的两端附近是没有波形的平板形状，所以，各板间流体图f1～f3的两端部，成为在板宽方向被细分的流路的集管部。而形成在各板材15的4角部的导出入路形成用孔P1～P4中的一个孔P1，在板材叠层体内部形成第1流体连接路m，该第1流体连接路m，将前级热交换部13A中的各板间第1流体通道f1的一端侧集管部之间与后级热交换部13B中的各板间第1流体通道f1的一端侧集管部之间连接起来。在第1流体连接路m的贯通板间第2流体通道f2和板间第3流体通道f3的部分，在板材15的叠层中使孔P1的首部d一直伸到相邻板材15的对应孔P1，这样，分别阻断第1流体连接路m与板间第2流体通道f2的连通，以及第1流体连接路m与板间第3流体通道f3的连通。

图2中，为了表示上述第1流体连接路m和后述各导出入路i1、o1、i2、o2、i3、o3，将这些流路的重叠部展开，表示热交换器13的纵断面。

导出入路形成用的4个孔P1～P4中的孔P1，形成第1流体连接路m，在孔P1对角位置的孔P4，在前级热交换部13A中，在板材叠层体内部形成第1流体导入路i1，在后级热交换部13B中，在板材叠层体内部形成第1流体导出路o1。上述第1流体导入路i1将前级热交换部13A中的各板间第1流体通道f1的另一端侧集管部之间连接起来。上述第1流体导出路o1将后级热交换部13B中的各板间第1流体通道f1的另一端侧集管部相互连接起来。第1流体导入路i1的贯通板间第2流体通道f2的部分，以及，第1流体导出路o1的贯通板间第3流体通道f3的部分，在板材15的叠层中，将孔P4的首部d一直伸到相邻板材15的对应孔P4，这样，分别阻断了第1流体导入路i1与板间第2流体通道f2的连通、以及第1流体导出路o1与板间第3流体通道f3的连通。

导出入路形成用的4个孔P1～P4中，孔P1形成第1流体连接路m，相对于孔P1位于板宽方向相邻位置的孔P2，在前级热交换部13A中，在板材叠层体内部形成第2流体导入路i2，在后级热交换部13B中，在板材叠层体内部形成第3流体导出路o3。上述第2流体导入路i2把前级热交换部14A中的各板间第2流体通道f2的一端侧集管部连接起来。上述第3流体导出路o3把后级热交换部13B中的各板间第3流体通道f3的一端侧集管部相互连接起来。第2流体导出路o2的贯通板间第1流体通道f1的部分，以及第3流体导出路o3的贯通板间第1流体通道f1的部分，在板材15的叠层中，将孔P2的首部一直伸到相邻板材15的对应孔P2，这样，分别阻断了第2流体导入路i2与板间第1流体通道f1的连通、以及第3流体导出路o3与板间第1流体通道f1的连通。

另外，导出入路形成用的4个孔P1～P4中剩下的一个孔P3，在前级热交换部13A中，在板材叠层体内部形成第2流体导出路o2，在后级热交换部13B中，在板材叠层体内部形成第3流体导入路i3。上述第2流体导出路o2将前级热交换部13A中的各板间第2流体通道f2的另一端侧集管部相互连接起来。上述第3流体导入路i3将后级热交换部13B中的各板间第3流体通道f3的另一端侧集管部相互连接起来。第2流体导出路o2的贯通板间第1流体通道f1的部分，以及第3流体通道i3的贯通板间第1流体通道f1的部分，与其它导出入路同样地，在板材15的叠层中，将孔P3的首部d一直伸到相邻板材15的对应孔P3。这样，分别阻断了第2流体导出路o2与板间第1流体通道f1的连通、以及第3流体导入路i3与板间第1流体通道f1的连通。

即，上述构造中，第1流体La，从第1流体导入路i1并排地流入前级热交换部13A中的若干板间第1流体通道f1，接着，使并排地通过前级热交换部13A中的若干板间第1流路f1的第1流体La，通过第1流体连接路m，集合起来，再并排地流入后级热交换部13B中的若干板间第1流体通道f1，把并排地通过后级热交换部13B中的若干板间第1流体通道f1的第1流体La，从第1流体导出路o1，以集合状态排出。

在前级热交换部13A中，使第2流体Lc从第2流体导入路i2并排地流入若干板间第2流体通道f2，把并排地通过这些若干板间第2流体通道f2的第2流体Lc，从第2流体导出路o2以集合状态排出，这样，在前级热交换部13A中，使第1流体La(低浓度吸收液)以多路对流方式与第2流体Lc(高浓度吸收液)热交换。

在后级热交换部13B中，使第3流体Lb从第3流体导入路i3并排地流入若干板间第3流体通道f3，把并排地通过这些若干板间第3流体通道f3的第3流体Lb，从第3流体导路o3以集合状态排出，这样，在后级热交换部13B中，使在前级热交换部13A与第2流体Lc(高浓度吸收液)热交换后的第1流体La(低浓度吸收液)以多路对流方式与第3流体Lb(中浓度吸收液)热交换。

另外，在板材叠层体中，位于板材叠层方向两端的板材15，把形成第1流体连接路m的孔P1闭塞住。

上述板材叠层体中，把前级热交换部13A和后级热交换部13B并排设置在板材叠层方向，并形成一体化构造。位于两热交换部13A、13B交界部的2块相邻板材15，闭塞住形成第1流体连接路m的孔P1以外的孔P2～P4、并且把形成第1流体连接路m的一方孔P1的首部d一直伸到另一方对应孔P1，这些交界部板材15之间，是真空状态的气密空间，这样，把该真空状态的板间气密空间作为真空绝热层16，可防止前级热交换部13A和后级热交换部13B间因热交换引起的热损失。

上述构造的热交换器13这样制造：在相邻板材15的周缘折返部之间、以及使孔P1～P4的首部d和连接该首部d的对应孔P1～P4之间等需要接合的部位，以挟着焊料的状态将板材叠置，将该板材叠层体投入真空炉内。在真空炉内将该板材叠层体在真空下加热，使上述需要接合的部位焊接，另外，通过在该真空下的焊接，在板材15接合的同时，在前级热交换部13A和后级热交换部13B的交界部的板材15之间，形成作为上述真空绝热层16的真空状态的气密空间。

〔其它实施例〕

下面说明其它实施例。

前述实施例中，是把位于前级热交换部13A和后级热交换部13B交界部的2块相邻板材15间，形成真空绝热层16。但也可以如图5所示那样，把位于两热交换部13A、13B交界部的3个以上相邻板材15之间分别形成真空绝热层16。

前述实施例中，是利用真空焊接法同时进行板材15的接合和真空绝热层16的形成，但是如上述本发明中，根据情形也可以先将板材15接合，把位于两热交换部13A、13B交界部的板材15之间形成气密空间，再对该气密空间进行抽气，形成真空绝热层16。

另外，虽然真空绝热层16的真空度越高绝热效果越好，但是，真空绝热层16的具体真空度可根据各种条件适当决定，并不一定要做成高真空度的真空绝热层16。

另外，本发明中，也可以不形成真空绝热层16，而是在位于前级热交换部13A和后级热交换部13B交界部的板材15间，充填绝热材料或气体(例如非腐蚀性气体等)，在板材15间形成绝热层。

前级热交换部13A中的板间流体通道f1、f2的并排数，以及后级热交换部13B中的板间流体通道f1、f3的并排数，可分别根据所要求的热交换量决定，并不限定于前述实施例中所示的并排数。

在本发明中，在真空环境下将板材15相互焊接的方法，可采用各种方法，另外，该焊接时的真空度和稀薄气体也可根据各种条件适当决定。

本发明的三流体板式热交换器，不限于吸收式制冷机中的吸收液之间的热交换，可适用于各种流体的热交换。

工业上的实用性

本发明的三流体用板式热交换器，将板材叠置，使2流体交替地流过板材间，使第1流体与第2流体进行热交换后，再使第1流体与第3流体进行热交换。本发明可用于吸收式制冷机等的制冷机。

Claims (7)

1.三流体用板式热交换器，其是使第1流体依次与第2流体、第3流体进行热交换的，其特征在于：

在将多个板材叠置成的板材叠层体中，把在该板材叠层体中的板材叠层方向的一端侧部分，作为前级热交换部，在该前级热交换部，使第1流体通过板材间的板间第1流体通道和使第2流体通过板材间的板间第2流体通道，交替地位于板材的叠层方向；

把在该板材叠层体中的板材叠层方向的另一端侧部分，作为后级热交换部，在该后级热交换部，使第1流体通过上述板材间的板间第1体流路和使第3流体通过板材间的板间第3流体通道，交替地位于板材叠层方向；

设有第1流体连接路，该第1流体连接路，使并排地通过了上述前级热交换部中的若干板间第1流体通道的第1流体，并排地流入上述后级热交换部中的若干板间第1流体通道。

2.如权利要求1所述的三流体用板式热交换器，其特征在于，在叠层的板材之中，把位于上述前级热交换部和上述后级热交换部的交界部的板材之间，做成流体不通过的绝热层。

3.如权利要求2所述的三流体用板式热交换器，其特征在于，在叠层的板材之中，把位于上述前级热交换部和上述后级热交换部的交界部的3个以上相邻板材之间，分别做成流体不通过的绝热层。

4.如权利要求2或3所述的三流体用板式热交换器，其特征在于，在叠层的板材之中，把位于上述前级热交换部和上述后级热交换部的交界部的板材之间，做成真空状态的气密空间，将上述绝热层做成真空绝热层。

5.如权利要求1至3中任一项所述的三流体用板式热交换器，其特征在于，上述第1流体连接路，在板材叠层体的内部，沿板材叠层方向贯通上述板材，将上述前级热交换部中的若干板间第1流体通道和上述后级热交换部中的若干板间第1流体通道连接起来。

6.如权利要求4所述的三流体用板式热交换器，其特征在于，上述第1流体连接路，在板材叠层体的内部，沿板材叠层方向贯通上述板材，将上述前级热交换部中的若干板间第1流体通道和上述后级热交换部中的若干板间第1流体通道连接起来。

7.一种三流体用板式热交换器的制造方法，其是权利要求4所述三流体用板式热交换器的制造方法，其特征在于，在把叠置的多个板材置于真空的状态下，将相邻板材焊接，形成上述各板间流体通道，这时，在真空下通过各相邻板材的焊接接合，在位于上述前级热交换部和后级热交换部交界部的板材之间，同时形成作为上述真空绝热层的真空状态的气密空间。

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