CN102679632A - 板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种板式换热器，改善制冷剂所流动的换热器内流道中尤其是上游侧的制冷剂偏流，提高换热效率。板式换热器(5)以如下方式构成：平行层叠多张传热板(10)，使多条制冷剂流道和多条被冷却介质流道交替排列，并使排列后的所述多条制冷剂流道以及所述多条被冷却介质流道通过各自的入口部和出口部连通，利用在冷冻循环中循环的制冷剂的蒸发潜热对被冷却介质进行冷却。并且，使所述多条制冷剂流道(13a)整体的流道面积小于用于向所述制冷剂流道导入制冷剂的换热器入口(11)处的流道面积，从而使得流入所述多条制冷剂流道(13a)并流动的制冷剂的流速快于制冷剂在所述换热器入口的流速。

Description

板式换热器

技术领域

本发明涉及板式换热器，涉及尤其适宜作为冷冻装置等冷冻循环中蒸发器的板式换热器。

背景技术

作为利用在冷冻循环中循环的制冷剂的蒸发潜热对被冷却介质(例如水)进行冷却的换热器，例如采用板式换热器。该板式换热器的结构如下：使多张传热板平行竖立设置并层叠，使多条制冷剂流道和多条被冷却介质流道交替排列。另外，使排列后的多条所述制冷剂流道各自的下部侧相互连通，并且使所述多条制冷剂流道的上部侧也相互连通。同样，使所述多条被冷却介质流道各自的下部侧相互连通，并且使所述多条被冷却介质流道的上部侧也相互连通。

例如，制冷剂的入口侧的结构如下：入口管(连结管)从换热器入口***板式换热器的下部，使得所述多条制冷剂流道的下部相互连通。

制冷剂以气液两相状态流入所述板式换热器的入口管。若流速快，则液体制冷剂易于向换热器里侧的制冷剂流道流动，气体制冷剂易于向换热器跟前侧的制冷剂流道流动，从而产生制冷剂的偏流。由此，各制冷剂流道的换热量产生偏差，导致整体的换热效率下降。

作为解决该问题的现有技术，存在日本特开平10-300371号公报(专利文献1)中记载的技术。该专利文献1的技术中记载了如下技术：通过形成使所述多条制冷剂流道或者被冷却介质流道在流道中途相互连通的连通路，从而消除在所述各流道中流动的流体的偏流。

专利文献1：日本特开平10-300371号公报

上述专利文献1的技术为：通过所述连通路使流入该连通路的流体混合来均衡最初产生的各制冷剂流道或者被冷却介质流道中流体的偏流，从而来消除偏流。

但是，在该专利文献1的技术中，虽然能够改善所述连通路下游侧流道的偏流，但是在到达所述连通路之前的流道(连通路上游侧流道)中依然产生有偏流，存在不能充分提高所述连通路上游侧的板式换热器的换热效率的课题。

发明内容

本发明的目的在于得到一种板式换热器，通过改善制冷剂所流过的换热器内流道中尤其是上游侧的制冷剂偏流，能够提高换热效率。

为了解决上述课题，本发明的板式换热器以如下方式构成：平行层叠多张传热板，使多条制冷剂流道和多条被冷却介质流道交替排列，并使这些排列后的所述多条制冷剂流道以及所述多条被冷却介质流道通过各自的入口部和出口部连通，利用在冷冻循环中循环的制冷剂的蒸发潜热对被冷却介质进行冷却，该板式换热器中，其特征在于，使所述多条制冷剂流道整体的流道面积小于用于向所述制冷剂流道导入制冷剂的换热器入口处的流道面积，使得流入所述多条制冷剂流道的制冷剂的流速快于制冷剂在所述换热器入口的流速。

本发明的效果如下。

根据本发明，具有能够得到如下一种板式换热器的效果，该板式换热器能够改善制冷剂所流过的换热器内流道中上游侧的制冷剂偏流，由此提高了换热效率。

附图说明

图1是采用板式换热器作为蒸发器的冷冻装置的冷冻循环结构图。

图2是表示本发明板式换热器的实施例1的剖视图。

图3是表示本发明板式换热器的实施例2的剖视图。

图4是表示本发明板式换热器的实施例3的剖视图。

图5是表示本发明板式换热器的实施例4的剖视图。

图中：

1-压缩机，2-四通阀，3-空气侧换热器，4-膨胀阀，5-板式换热器，6-送风风扇，7-制冷剂配管，8-被换热介质(被冷却介质或者被加热介质)，11-换热器入口，12-入口管(连结管、入口部)，13a、13b、13c-制冷剂流道(13a：第一制冷剂流道(上游侧制冷剂流道)、13b：第二制冷剂流道(下游侧制冷剂流道)、13c：第三制冷剂流道(下游侧制冷剂流道))，14、14a、14b-连通路，15-非制冷剂流经区域，16-出口管(连结管、出口部)，17-换热器出口。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明板式换热器的具体实施例。

实施例1

图1表示采用板式换热器作为蒸发器的冷冻装置的冷冻循环结构图。在本实施例中，列举热泵式空调机作为冷冻装置的例子。

图1中，1为压缩机，2为四通阀，3为空气侧换热器，4为膨胀阀，5为板式换热器，这些设备通过制冷剂配管7依次连接。

上述四通阀2中示出的实线表示制冷运转时状态，虚线表示制热运转时状态。所述空气侧换热器3用于使冷冻循环中流动的制冷剂与室外空气进行换热，通过送风风扇6送入室外空气。并且，图1中沿着制冷剂配管7所示的实线箭头表示制冷运转时制冷剂的流动方向，虚线箭头表示制热运转时制冷剂的流动方向。

在进行所述实线箭头所示的制冷运转的情况下，经压缩机1压缩后的高温高压的气体制冷剂通过四通阀2的实线路径，由空气侧换热器3冷凝后成为高温高压的液体制冷剂。然后，该冷凝液化后的制冷剂经所述膨胀阀4减压，流入板式换热器5，与同在板式换热器5内流动的被换热介质(被冷却介质或者冷水)8换热后蒸发，成为低温低压的气体制冷剂，返回所述压缩机1。另一方面，所述被换热介质8由制冷剂冷却后用于制冷等用途。

在进行所述虚线箭头所示的制热运转的情况下，来自压缩机1的高温高压的制冷剂在通过四通阀2后流入板式换热器5，与被换热介质(被加热介质或者温水)换热后冷凝，然后经膨胀阀4减压，进入空气侧换热器3，在此处与室外空气换热后蒸发，成为低温低压的气体制冷剂，返回所述压缩机。所述被换热介质经制冷剂加热后用于制热等用途。

图2是表示本发明板式换热器的实施例1的剖视图，是图1所示板式换热器中制冷剂流道侧的剖视图。

板式换热器5中层叠有多张传热板10，并且各传热板10之间相互邻接地形成制冷剂流道和被换热介质流道(被冷却介质流道或者被加热介质流道)。在邻接地配置的所述制冷剂流道和被换热介质流道的每条流道中流通的制冷剂与被换热介质(被冷却介质或者被加热介质)通过所述传热板10相互进行换热。这样，多张所述传热板10从换热器入口11侧在进深方向(制冷剂的流入方向)上层叠，从而构成板式换热器。

并且，图2表示的是板式换热器中制冷剂流道侧的剖视图，而被换热介质流道也以基本同样的方式来构成。另外，在下文的说明中，针对冷冻装置进行制冷运转的情况，也就是板式换热器5作为蒸发器使用的情况进行说明。

来自设在板式换热器5下部的所述换热器入口11的制冷剂流入板式换热器下部的入口管(连结管或者入口部)12，从该入口管12分配给在传热板10之间形成的多条第一制冷剂流道13a(上游侧制冷剂流道)，并且上升。在传热板10的上下方向的中间部附近，设有连通所述多条第一制冷剂流道的连通路14，在该连通路14的上部形成有制冷剂进一步向上方流动的多条第二制冷剂流道13b(下游侧制冷剂流道)。并且，所述多条第二制冷剂流道13b的上部通过出口管(连结管或者出口部)16连通，所述制冷剂被集合到该出口管16，从设在与所述换热器入口11相同侧(跟前侧)上部的换热器出口17排出。

本实施例中，在从所述入口管12到所述连通路14的第一制冷剂流道13a侧的部分设有非制冷剂流经区域15，使得多条第一制冷剂流道13a整体的流道面积减小。另外，在本实施例中，构成为，相比所述换热器入口11的流道面积，所述多条第一制冷剂流道13a整体的流道面积较小。也就是，在本实施例中，通过设置所述非制冷剂流经区域15，形成为制冷剂只在板式换热器里侧的几条流道13a流动的结构，因此能够减小多条第一制冷剂流道13a(上游侧制冷剂流道)整体的流道面积。

基于这样的结构，从换热器入口11流入的制冷剂通过所述入口管12后，分配给在所述传热板10之间形成的所述多条第一制冷剂流道13a，但是在流入这些第一制冷剂流道13a时，产生流通阻力，导致制冷剂不易流动。因此，制冷剂暂时滞留在所述入口管12内。流入入口管12的制冷剂中液体制冷剂和气体制冷剂混合存在，通过在所述入口管12的部分暂时滞留，被后来流入的制冷剂搅拌，使得液体制冷剂和气体制冷剂得以良好的混合。因此，分配给设在上游侧的所述多条第一制冷剂流道13a的制冷剂的质量和流量更加平均，能够改善制冷剂的偏流。

另外，通过设置非制冷剂流经区域15，多条第一制冷剂流道13a的入口部处于相互接近的位置。因此，流入第一制冷剂流道13a时各流道的压力损失的差异也变小。因此，从该点也能够改善所述多条第一制冷剂流道13a间制冷剂的偏流。

在本实施例中，由于设有所述非制冷剂流经区域15，相应地所述第一制冷剂流道13a的流道数目也减少，在各第一制冷剂流道13a中流动的制冷剂的流速能够对应于流道数目的减少而增快，流动也变为湍流。因此，即便制冷剂所流过的第一制冷剂流道13a的区域减小，也能够进一步提升板式换热器整体的换热效率。

在本实施例中，在所述第一制冷剂流道13a上部设有所述连通路14，在该连通路14上部设有所述多条第二制冷剂流道13b。由此，从多条第一制冷剂流道13a流出的制冷剂在所述连通路14混合后，流入所述多条第二制冷剂流道，因此也能够改善第二制冷剂流道中的制冷剂偏流。

另外，所述非制冷剂流经区域15在本实施例中设在所述换热器出口17侧。并且，所述非制冷剂流经区域15也位于换热器入口11侧(进深方向跟前侧)。基于该种结构，从换热器入口11流入的制冷剂流到入口管12的里侧，因此与所述换热器出口17侧的距离变长，能够向未设有非制冷剂流经区域的所述多条第二制冷剂流道13b整体均匀地流入制冷剂，从而能够提高换热效率。

在所述多条第二制冷剂流道13b中，越是靠近换热器出口17的流道，制冷剂越易于流动。另一方面，在所述连通路14中，虽然向第二制冷剂流道13b再次分配从第一制冷剂流道13a流来的制冷剂，但是更多制冷剂易于流进多条第二制冷剂流道13b中位于所述第一制冷剂流道13a正上方(即，接近第一制冷剂流道13a)部分的第二制冷剂流道13b。因此，通过在与形成有第一制冷剂流道13a的一侧相反的一侧(即，非制冷剂流经区域15侧)形成换热器出口17，也能够进一步改善多条第二制冷剂流道13b中的偏流。

从所述换热器入口11流入的制冷剂在所述第一制冷剂流道13a以及所述第二制冷剂流道13b中与传热板10另一侧流动的被冷却介质(被换热介质)换热，利用制冷剂的蒸发潜热对被冷却介质进行冷却。因此，越往下游，液体制冷剂蒸发导致气体制冷剂的比例增加，因此，越是下游侧，制冷剂的流速越快。在本实施例中，相比上游侧的第一制冷剂流道13a的流道数目，下游侧的第二制冷剂流道13b的流道数目较多，相应地第二制冷剂流道整体的流道面积也增加，因此抑制了制冷剂流速的上升，还能够防止由于流速增加导致的流道内压力损失的增加。这样，根据本实施例中的板式换热器，由于成为制冷剂流道数目(流道面积)对应于换热器内流动的制冷剂流量增加而增加的结构，因此能够抑制压力损失增大，冷冻装置的制冷系数(COP)也能够相比现有的采用板式换热器的冷冻装置的制冷系数进一步提高。

并且，在本实施例中，是针对隔着一条连通路14在上下设置有第一制冷剂流道和第二制冷剂流道的例子进行的说明，但也可以将所述连通路14在上下形成两条以上，通过在该连通路之间也设置制冷剂流道，来增加制冷剂流道的层数，通过这样增加制冷剂流道的层数也能够进一步改善偏流的产生。

实施例2

图3是表示本发明板式换热器的实施例2的剖视图，与图2所示板式换热器相同，是制冷剂流道侧的剖视图。另外，图3中附注了与图2同一符号的部分表示相同或者相应的部分。

在该实施例2中，换热器出口17设在与换热器入口11相反的一侧(里侧)，并且非制冷剂流经区域15设在与所述换热器出口17侧相同的换热器里侧。相应地，第一制冷剂流道13a设在跟前侧(换热器入口11侧)。其他的结构与上述实施例1相同。

在本实施例2中，也能够与实施例1一样地改善制冷剂的偏流，能够得到与实施例1相同的效果。

实施例3

图4是表示本发明板式换热器的实施例3的剖视图，与图2所示板式换热器相同，是制冷剂流道侧的剖视图。另外，图4中附注了与图2同一符号的部分表示相同或者相应的部分。

在该实施例3中，与图2所示实施例1的板式换热器不同，构成为，使多条第一制冷剂流道13a的流道面积互不相同，越是接近换热器入口11的跟前侧的第一制冷剂流道13a，越增大其流道面积，里侧的第一制冷剂流道13a距离换热器入口11越远，越减小其流道面积。

从换热器入口11流入入口管12的制冷剂的流速越快，液体制冷剂越易于向里侧流动，因此，液体制冷剂易于流入里侧的第一制冷剂流道13a，而气体制冷剂易于流入跟前侧的第一制冷剂流道13a。根据本实施例，由于越是里侧的第一制冷剂流道，流道面积越小，因此在各第一制冷剂流道13a中流动的制冷剂的质量和流量能够更加均匀，能够进一步改善偏流，从而提高换热效率。

实施例4

图5是表示本发明板式换热器的实施例4的剖视图，与图2所示板式换热器相同，是制冷剂流道侧的剖视图。另外，图5中附注了与图2同一符号的部分表示相同或者相应的部分。

本实施例中，在板式换热器5的大约下半部分设置第一制冷剂流道13a和第二制冷剂流道13b，并且在所述第一制冷剂流道13a和第二制冷剂流道13b的下部设置有连通这些制冷剂流道13a、13b的第一连通路14a。另外，在板式换热器5的大约上半部分设有第三制冷剂流道13c(下游侧制冷剂流道)，在该第三制冷剂流道13c与所述第二制冷剂流道13b之间(板式换热器的上下方向中央部附近)形成有第二连通路14b。在所述第三制冷剂流道13c的出口侧(板式换热器的上部)设有出口管16，流至此处的制冷剂从换热器出口17流出。

仅将板式换热器5下部跟前侧的数条流道作为所述第一制冷剂流道13a，剩余的形成在里侧的流道作为第二制冷剂流道13b。在所述第一制冷剂流道13a的上部设置非制冷剂流经区域15，在该非制冷剂流经区域15下部设有作为所述第一制冷剂流道13a的入口侧的集管部的入口管12。另外，与该入口管12连通地设有换热器入口11。另外，相比换热器入口11的流道面积，所述多条第一制冷剂流道13a(上游侧制冷剂流道)整体的流道面积较小。

通过这样构成，从所述换热器入口11流入所述入口管12的制冷剂在入口管12暂时滞留并混合，流入与入口管12连通的所述第一制冷剂流道13a并向下方流动，然后，制冷剂流入在板式换热器5下部形成的所述第一连通路14a并混合，流入里侧的第二制冷剂流道13b并向上方流动。从第二制冷剂流道13b流出的制冷剂在形成在板式换热器5的上下方向大致中央的所述第二连通路14b中再度混合后，流入第三制冷剂流道13c并上升，通过设在换热器上部的所述出口管16，从换热器出口17流到换热器外部。制冷剂在所述各制冷剂流道13a～13c中流动期间，与在传热板10的相反侧流动的被冷却介质换热。

在本实施例中，与上述各实施例相同，非制冷剂流经区域15也设在与换热器出口17相同侧。另外，与上述实施例1以及3相同，换热器入口11与换热器出口17设在相同侧(跟前侧)。

在本实施例中，也能够得到与上述各实施例相同的效果。另外，根据本实施例，由于在非制冷剂流经区域15下部设有第一制冷剂流道13a，因此能够有效利用换热器整体，并且由于在第一制冷剂流道13a与第二制冷剂流道13b之间以及第二制冷剂流道13b与第三制冷剂流道13c之间分别设有连通路14a、14b，因此能够进一步减少制冷剂的偏流，能够得到换热效率高的板式换热器。

如上所述，根据本发明的各实施例，能够获得以下效果。

(1)由于所述多条第一制冷剂流道13a(上游侧制冷剂流道)整体的流道面积小于换热器入口11的流道面积，因此流入入口管12的制冷剂暂时滞留并混合，能够改善在第一制冷剂流道13a中流动的制冷剂的偏流。另外，相比从换热器入口11流入的制冷剂流速，在所述第一制冷剂流道13a中流动的制冷剂的流速增快，流动也成为湍流。流速越快则换热效率越高，并且由于湍流比层流的换热效率高，因此也能够提高换热效率。

(2)通过设置非制冷剂流经区域15，能够在相互接近的位置上配置所述多条第一制冷剂流道13a的入口，由于各流道入口部的压力损失的差异减小，因此从该点也能改善制冷剂的偏流。

(3)由于在第一制冷剂流道13a与第二制冷剂流道13b之间、或者进一步在第二制冷剂流道13b与第三制冷剂流道13c之间设有连通路14或者14a、14b，因此通过该连通路也能够减少制冷剂偏流。

(4)在作为蒸发器使用的板式换热器中，越往制冷剂流道的下游，由于液体制冷剂蒸发使得气体制冷剂的比例越大(干燥度提高)。由此，越是下游侧，制冷剂的流速越快，在本实施例中，成为下游侧制冷剂流道的流道数目多于上游侧制冷剂流道的流道数目的结构。也就是，成为制冷剂流道的流道数目随着流动的制冷剂的干燥度的变化增加(作为冷凝器使用的情况下减少)的结构，因此，能够防止换热器内制冷剂流速过度上升。由此，能够防止压力损失的增加，能够防止冷冻装置的制冷系数(COP)下降。

这样，根据本实施例，能够得到在进行换热的制冷剂所流动的换热器内流道的上游侧至下游侧的大范围内改善制冷剂的偏流，从而可提高换热效率的板式换热器。

并且，上述各实施例中是针对板式换热器5作为蒸发器使用的情况进行的说明，在图1所示的冷冻装置中，在进行制热运转的情况下，制冷剂的流动与上述的制冷运转的情况相反，高温高压的气体制冷剂从板式换热器5的所述换热器出口17流入换热器内，制冷剂在换热器内冷凝，从换热器入口11流出。因此，上述本实施例的板式换热器5也可以在制热运转时使用。

另外，上述各实施例均是针对具备上游侧的制冷剂流道和下游侧的制冷剂流道并且在那些制冷剂流道之间设有连通路的例子进行的说明，但是本发明并不仅限定于这样的方式，即便是例如没有所述连通路、以上游侧的制冷剂流道和下游侧的制冷剂流道合在一起的长的制冷剂流道来构成的板式换热器，同样能够适用。也就是，只要使所述多条制冷剂流道整体的流道面积小于所述换热器入口的流道面积来使得流入多条制冷剂流道的制冷剂的流速快于换热器入口处的制冷剂流速，即可得到相同效果。

并且，如上述各实施例那样，在具备上游侧的制冷剂流道(第一制冷剂流道)和下游侧的制冷剂流道(第二制冷剂流道或者第三制冷剂流道)的结构中，只要使上游侧的制冷剂流道整体的流道面积小于换热器入口的流道面积即可，没有必要减小到下游侧制冷剂流道的流道面积。

Claims (7)

1.一种板式换热器，其以如下方式构成：平行层叠多张传热板，使多条制冷剂流道和多条被冷却介质流道交替排列，并使这些排列后的所述多条制冷剂流道以及所述多条被冷却介质流道通过各自的入口部和出口部连通，利用在冷冻循环中循环的制冷剂的蒸发潜热对被冷却介质进行冷却，该板式换热器的特征在于，

使所述多条制冷剂流道整体的流道面积小于用于向所述制冷剂流道导入制冷剂的换热器入口处的流道面积，使得流入所述多条制冷剂流道并流动的制冷剂的流速快于制冷剂在所述换热器入口的流速。

2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，

通过在形成于所述传热板间的多条制冷剂流道的一部分流道上设置非制冷剂流经区域，从而构成为所述多条制冷剂流道整体的流道面积小于所述换热器入口处的流道面积，并且构成为所述多条制冷剂流道的流道入口配置在相互接近的位置。

3.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，

在所述多条制冷剂流道的中途设置使各制冷剂流道连通的连通路，并且构成为所述连通路的上游侧制冷剂流道整体的流道面积小于所述换热器入口处的流道面积，而且所述连通路的下游侧制冷剂流道整体的流道面积大于所述上游侧制冷剂流道整体的流道面积。

4.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，

所述多条制冷剂流道各自的流道面积构成为距离换热器入口越往里侧越窄。

5.根据权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，

所述非制冷剂流经区域与用于从所述制冷剂流道向换热器外导出制冷剂的换热器出口设在同一侧。

6.根据权利要求5所述的板式换热器，其特征在于，

将用于向所述制冷剂流道导入制冷剂的换热器入口和用于从所述制冷剂流道向换热器外导出制冷剂的换热器出口设在换热器同一侧的面上。

7.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，

所述制冷剂流道从所述换热器入口向下游侧由第一制冷剂流道、第二制冷剂流道以及第三制冷剂流道构成，在所述第一制冷剂流道与第二制冷剂流道之间设置使各制冷剂流道连通的第一连通路，在所述第二制冷剂流道与第三制冷剂流道之间设置使各制冷剂流道连通的第二连通路，所述第一以及第二制冷剂流道配置在板式换热器的下部侧，所述第三制冷剂流道配置在板式换热器的上部侧，在所述第一制冷剂流道的上方设置非制冷剂流经区域，从而构成为来自换热器入口的制冷剂流入所述第一制冷剂流道，然后依次流过所述第一连通路、第二制冷剂流道、第二连通路、所述第三制冷剂流道，从向外部导出制冷剂的换热器出口向换热器外流出。

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