板式换热器及其流体分配器、板式换热器的控制方法与流程

本发明涉及空调设备技术领域，尤其涉及一种用于上述设备的板式换热器及其流体分配器。本发明还涉及一种板式换热器的控制方法。

背景技术：
板式换热器是一种结构紧凑、效率较高的换热器，广泛应用于动力、化工、食品、空调、供热和机械等行业中，它还是新能源设备如余热利用、太阳能利用、海水利用、地热利用中的关键装置。板式换热器由多片冲压成型的薄板片通过螺栓或者焊接等方式堆叠而成，多个板片分隔形成相间的制冷剂通道和换热流体通道，且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，工作过程中，制冷剂和热交换流体在每块板片的相对的两侧流过换热器，实现换热。板式换热器以其优越的性能在空调系统中得到了广泛的应用，其可以被用作蒸发器、冷凝器以及应用于其他非相变化热工况中。空调系统通常包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流部件、储液器等部件。节流部件主要包括毛细管和膨胀阀两种，膨胀阀在空调系统回路中设于蒸发器的输入端，起着节流降压的作用，即控制流入蒸发器的制冷剂流量，降低流入蒸发器的制冷剂压强，利于液态制冷剂在蒸发器中膨胀蒸发。然而，制冷剂经过膨胀阀节流降压以后，在流入蒸发器之前已经部分蒸发汽化，因此在蒸发器各板片之间的制冷剂通道内分配不均，有的制冷剂通道内制冷剂液体较多，有的制冷剂通道内制冷剂气体较多，导致板式换热器换热不均，整体换热系数降低，换热性能不稳定。严重的情况下，例如当制冷剂是水时，制冷剂通道内的水甚至会结冰，导致换热器的功能丧失。有鉴于此，亟待针对上述技术问题，对现有板式换热器的流体分配器的结构进行进一步优化设计，使其既能调节制冷剂的压力和温度，又能避免制冷剂在进入制冷剂通道之前蒸发汽化，保证制冷剂均匀流入各个制冷剂通道内，从而提高板式换热器的换热系数和换热稳定性。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题为提供一种用于板式换热器的流体分配器，该板式换热器既能调节制冷剂的压力和温度，又能避免制冷剂在进入制冷剂通道之前发生蒸发汽化，保证制冷剂均匀流入制冷剂通道内，从而提高板式换热器的换热系数和换热稳定性。本发明要解决的另一个技术问题为提供一种包括上述流体分配器的板式换热器，以及板式换热器的控制方法。为解决上述技术问题，本发明提供一种用于板式换热器的流体分配器，所述板式换热器在对应于所述板式换热器的制冷剂通道的位置设有供制冷剂流入所述制冷剂通道的分配孔；所述流体分配器包括驱动部件和在所述驱动部件的驱动下调节所述分配孔的开口大小的执行部件。优选地，所述流体分配器还包括贯穿所述板式换热器的各个板片的分配管，所述分配孔设于所述分配管上；所述驱动部件包括与所述分配管同心设置的输出转轴；所述执行部件包括设于所述分配管内的挡板，所述挡板包括沿所述分配管的径向设置的第一立板和沿所述分配管的轴向设置的弧形底板，所述第一立板与所述输出转轴在所述分配管的端面中心处连接，所述弧形底板与所述分配管的内周壁贴合设置。优选地，所述执行部件还包括限定所述弧形底板随所述输出转轴的转动而转动的最大角度的限位部件。优选地，所述限位部件为设于所述分配管内的弧形限位板，所述弧形限位板的底壁与所述分配管的内周壁贴合设置，且所述弧形限位板的底部设有开口向内的弧形限位槽，所述弧形底板的端部设于所述弧形限位槽内。优选地，所述弧形限位槽的弧面圆心角大于或等于所述弧形底板的弧面圆心角的两倍。优选地，所述分配管的端部设有第一通孔，所述驱动部件的输出转轴插装于所述第一通孔中。优选地，所述第一通孔的外侧设有直径大于所述第一通孔的第二通孔，所述第二通孔内壁与所述输出转轴之间设有密封部件。优选地，所述分配管外部还设有用于支撑所述驱动部件的支撑座件。优选地，所述支撑座件包括第二立板和弧形托板，所述第二立板与所述分配管的外端面贴合设置，所述弧形托板与所述驱动部件的底部贴合设置。本发明提供一种用于板式换热器的流体分配器，包括驱动部件和在所述驱动部件的驱动下调节所述分配孔的开口大小的执行部件。采用这种结构，在工作过程中，上述流体分配器的驱动部件通过执行部件调节分配孔的开口大小，即改变进入制冷剂通道的流量，从而起到调节制冷剂通道内的压力和/或温度的作用。由此可见，这种结构的立体分配器不仅调节进入制冷剂通道的制冷剂的压力和温度，即实现了现有技术中膨胀阀的作用和功能，也就是说，这种结构实现流体分配器和膨胀阀一体化的设计，相比现有技术来说，使得空调系统在物理结构上可以省去膨胀阀这一部件，具有结构紧凑的特点，还节约了生产成本。并且，上述结构能够并且使制冷剂直接、均匀地流入制冷剂通道，与现有技术相比，避免了制冷剂由于蒸发汽化而不均匀进入制冷剂通道的现象，提高了板式换热器的换热系数和换热稳定性。本发明还提供一种板式换热器，包括由多个板片堆叠而成的换热器主体，所述多个板片分隔形成相间的制冷剂通道和换热流体通道；还包括检测部件、控制器，以及如上所述的流体分配器；所述检测部件用于检测所述制冷剂通道输入或输出的制冷剂的当前压力和/或当前温度；所述控制器用于根据所述当前压力和/或当前温度，获取当所述制冷剂通道按照预定的标准压力和/或标准温度输出制冷剂时所需要的分配孔开口大小，并根据需要的分配孔开口大小输出控制命令；所述驱动部件用于根据所述控制命令，驱动所述执行部件，使所述执行部件调节所述分配孔的开口至需要的分配孔开口大小。本发明还提供一种板式换热器的控制方法，所述板式换热器包括换热器主体和流体分配器，所述换热器主体的多个板片分隔形成相间的制冷剂通道和换热流体通道，所述流体分配器在对应于所述制冷剂通道的位置设有供制冷剂流入所述制冷剂通道的分配孔；所述控制方法包括如下步骤：1)检测所述板式换热器的制冷剂通道输入或输出的制冷剂的当前压力和/或当前温度；2)根据所述当前压力和/或当前温度，获取当所述制冷剂通道按照预定的标准压力和/或标准温度输出制冷剂时所需要的所述分配孔开口大小，并根据需要的分配孔开口大小输出控制命令；3)根据所述控制命令，调节所述分配孔的开口至需要的分配孔开口大小。由于上述流体分配器具有上述技术效果，因此，包括上述流体分配器的板式换热器和上述板式换热器的控制方法均应当具有相应的技术效果，在此不再赘述。附图说明图1为本发明所提供流体分配器的一种具体实施方式的结构示意图，并示出了分配孔完全打开时的状态图；图2为图1所示的流体分配器的分配孔完全关闭时的状态图；图3为图1所示的流体分配器与部分换热器主体的装配图；图4-图7为图1中的流体分配器的分配管的立体图、主视图、左视图和俯视图；图8-图10为图1中的挡板的三个角度的结构示意图；图11-图13为图1中的限位部件的三个角度的结构示意图；图14和图15分别为图1中的驱动部件的主视图和立体图；图16为本发明所提供流体分配器与换热器主体的整体装配图；图17为图16中的支撑座的立体图；图18为本发明所提供的板式换热器的一种具体实施方式的结构框图；图19为本发明所提供板式换热器的控制方法的一种具体实施方式的结构框图。其中，图1-图18的附图标记与部件名称之间的对应关系为：分配管1；分配孔11；第一通孔12；第二通孔13；驱动部件2；支撑座21；第二立板211；弧形托板212；输出转轴22；执行部件3；挡板31；第一立板311；弧形底板312；弧形限位板32；弧形限位槽321；底壁322；侧壁3211。流体分配器10；换热器主体20；板片201；制冷剂通道202；检测部件30；控制器40。具体实施方式本发明的核心为提供一种用于板式换热器的流体分配器，该流体分配器既能调节制冷剂的压力和温度，又能够避免制冷剂在进入换热通道之前蒸发汽化，保证制冷剂均匀进入换热通道，从而提高板式换热器的换热系数和换热稳定性。本发明的另一个核心为提供一种包括上述流体分配器的板式换热器，以及板式换热器的控制方法。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请参考图1和图2，图1为本发明所提供流体分配器的一种具体实施方式的结构示意图，并示出了分配孔完全打开时的状态图；图2为图1所示的流体分配器的分配孔完全关闭时的状态图。在一种具体实施方式中，本发明提供一种用于板式换热器的流体分配器，该板式换热器包括换热器主体20、换热器主体20由多个板片201堆叠而成，多个板片201分隔形成相间的制冷剂通道202和换热流体通道，板式换热器在对应于制冷剂通道202的位置设有供制冷剂流入制冷剂通道202的分配孔11；流体分配器包括驱动部件2和执行部件3，执行部件3能够在驱动部件2的驱动作用下调节分配孔11的开口大小。采用这种结构，在工作过程中，上述流体分配器的驱动部件2通过执行部件3调节分配孔11的开口大小，即改变进入制冷剂通道202的流量，从而起到调节制冷剂通道202内的压力和/或温度的作用。由此可见，这种结构的流体分配器不仅调节进入制冷剂通道202的制冷剂的压力和温度，即实现了现有技术中膨胀阀的作用和功能，也就是说，这种结构实现流体分配器和膨胀阀一体化的设计，相比现有技术来说，使得空调系统在物理结构上可以省去膨胀阀这一部件，具有结构紧凑的特点，还节约了生产成本。并且，上述结构能够并且使制冷剂直接、均匀地流入制冷剂通道202，与现有技术相比，避免了制冷剂由于蒸发汽化而不均匀进入制冷剂通道202的现象，提高了板式换热器的换热系数和换热稳定性。请参考图3-图10，图3为图1所示的流体分配器与板式换热器的部分换热器主体的装配图；图4-图7为图2中的流体分配器的立体图、主视图、左视图和俯视图；图8-图10为图1中的挡板的三个角度的结构示意图。具体的方案中，如图3-图7所示，该流体分配器还包括分配管1，该分配管1贯穿板式换热器的各个板片201，并且上述供制冷剂流入制冷剂通道202的分配孔11设于分配管1在对应于板式换热器的制冷剂通道202的位置。如图1和图2所示，上述驱动部件2可以包括与流体分配器同心设置的输出转轴22；如图8-图10所示，上述执行部件3可以包括设于分配管1内的挡板31，挡板31包括沿流体分配器的径向设置的第一立板311和沿流体分配器的轴向设置的弧形底板312，第一立板311与驱动部件2的输出转轴22在流体分配器的端面中心处连接，弧形底板312与流体分配器的内周壁贴合设置。下面以图1和图2中的驱动部件2的输出转轴22逆时针转动为例介绍上述结构的板式换热器的工作过程：当输出转轴22逆时针转动时，带动径向设置的第一立板311绕流体分配器的端面中心转动，从而带动弧形底板312沿流体分配器的内周壁做周向转动。由于流体分配孔11设置于流体分配器的周壁的长度方向，因此在弧形底板312的转动过程中，必然存在弧形底板312完全遮挡流体分配孔11(如图2所示)-部分遮挡流体分配孔11-完全不遮挡流体分配孔11(如1图所示)的过程，即流体分配孔11的开口逐渐增大的过程。这使得流体分配器中的制冷剂能够均匀流入个制冷剂通道202内，达到提高换热系数和换热稳定性的效果。由上述工作过程可以看出，采用上述驱动部件2和挡板31，能够调节进入制冷剂通道202的制冷剂的压力和温度，并使制冷剂均匀进入制冷剂通道202。当然，上述驱动部件2和执行部件3并不仅限于上述具体结构，还可以采用其它结构。例如，可以将执行部件3设置为曲柄滑块机构，该曲柄滑块机构包括一个曲柄和多个滑块，每个滑块与流体分配器的每个流体分配孔11对应设置。将驱动部件2的输出转轴22平行于流体分配器的端面设置，并且输出转轴22与曲柄连接，输出转轴22转动后，带动曲柄转动，从而带动与曲柄连接的多个滑块沿分配管1的长度方向往复移动，从而实现完全覆盖流体分配孔11或者部分覆盖流体分配孔11或者完全不覆盖流体分配孔11，以达到根据传感器信号和控制器40的命令调节进入制冷剂通道202的制冷剂的压力和温度的效果，并且由于多个滑块的动作同步，也保证了制冷剂均匀进入各制冷剂通道202，提高了板式换热器的换热稳定性和换热系数。请参考图11-图13，图11-图13为图中的限位部件的三个角度的结构示意图。在另一种具体实施方式中，如图11-图13所示，上述执行部件3还可以包括限定弧形底板312随驱动部件2的转动而转动的最大角度的限位部件。具体地，上述限位部件为设于流体分配器内的弧形限位板32，弧形限位板32的底壁322与流体分配器的内周壁贴合设置，且限位板底部设有开口向内的弧形限位槽321，弧形底板312的端部设于该弧形限位槽321内。采用这种结构，当驱动部件2为步进驱动部件2(例如步进马达或者步进电机)时，驱动部件2接收脉冲信号后在一定角度范围内转动，从而带动第一立板311绕分配管1的端面中心在一定角度范围内转动，进而带动弧形底板312沿流体分配器周壁在一定角度范围内转动，由于弧形底板312的端部插装于弧形限位槽321中，因此弧形限位槽321的两侧壁3211对弧形底板312起到限位的作用，即弧形限位槽321的两侧壁3211限制了弧形底板312的最大转动角度。因此，弧形限位板32能够很好地配合步进驱动部件2的作用，起到对弧形底板312的限位作用，保证弧形底板312摆动角度的精确性，进一步提高执行部件3的工作稳定性。在具体的安装过程中，可以先将弧形底板312安装固定后，再通过钎焊等方式将弧形限位板32固定于流体分配器内的合适位置，使得弧形底板312的端部设置于弧形限位板32的弧形限位槽321中。优选地，上述弧形限位板32可以设在流体分配器的远离第一立板311的端部，这样，在上述限位作用的基础上，由于弧形底板312的两端分别受到第一立板311、弧形限位板32的约束，避免了由于弧形底板312的长度较长，弧形底板312的远离第一立板311的一端偏离靠近第一立板311的端部运动，或者弧形底板312由于弯曲变形导致两端运动不一致等现象，进一步增强执行部件3的执行能力，保证流体介质均匀进入各制冷剂通道202。当然，上述限位部件并不仅限于弧形限位板32的结构，还可以将其设置为其他结构。例如，上述流体分配器可以在远离第一立板311的端部设置两个限位块，将弧形底板312的端部设置于两个限位块之间，这样，两个限位块之间的空间就是弧形底板312的运动空间，同样能够起到保证弧形底板312运动角度的作用，同时还具有结构简单、加工制造方便的特点。更进一步的方案中，上述弧形限位槽321的弧面圆心角β大于或等于弧形底板312的弧面圆心角α的两倍。这样能够保证弧形底板312在弧形限位槽321中的一侧时，能够完全覆盖多个流体分配孔11，此时制冷剂不能够通过流体分配孔11进入制冷剂通道202；并且当弧形底板312在弧形限位槽321的另一侧时，能够使得流体分配孔11完全敞开，此时弧形底板312不能阻碍制冷剂通过流体分配孔11进入制冷剂通道202。特别说明的是，本文中出现的方位词“内”指的是在分配管1的长度方向上，由两端指向中心面的方向，“外”指的是在分配管1的长度方向上，由中心面指向两端的方向；“端面”指的是垂直于分配管1的轴向中心线的平面；应当理解，这些方位词是以附图为基准而设立的，它们的出现不应当影响本发明的保护范围。还可以进一步设置流体分配器与驱动部件2的具体连接方式。在另一种具体实施方式中，如图5所示，流体分配器的端部设有第一通孔12，驱动部件2的输出转轴22插装于第一通孔12中。这种连接方式能够简单、方便地实现二者的连接，并且使得流体分配器具有加工方便的特点。进一步地，流体分配器在上述第一通孔12的外侧设有直径大于第一通孔12的第二通孔13，第二通孔13内壁与驱动部件2的输出转轴22之间设有密封部件。这样，密封部件能够将插装于第一通孔12中的驱动部件2的输出转轴22进行密封，避免制冷剂从第一通孔12中泄漏，进一步保证板式换热器的换热稳定性。还可以进一步设置上述驱动部件2的具体结构形式和安装方式。请参考图14和图15，图14和图15分别为图1中的驱动部件的主视图和立体图。在另一种具体实施方式中，如图14和图15所示，驱动部件2可以具体采用马达或者电机来实现对执行部件3的驱动。更具体的方案中，如图16-图17所示，图16为本发明所提供流体换热器与换热器主体的整体装配图；图17为图16中的支撑座的立体图；上述分配管1外部还可以设有用于支撑驱动部件2的支撑座21。例如，上述支撑座21可以包括第二立板211和弧形托板212，第二立板211与流体分配器的外端面贴合设置，弧形托板212与驱动部件2的底部贴合设置。采用这种结构的支撑座21能够实现对驱动部件2的稳定支撑，保证驱动部件2稳定地输出扭矩，进一步增强板式换热器的换热稳定性。当然，上述支撑座21并不仅限上述结构，还可以采用其他结构的支撑座21。需要说明的是，上述板式换热器的分配孔11并不仅限设于流体分配器的分配管1上，还可以设置在其他位置，例如，换热器主体20的每相邻两个板片201可以紧密配合，只形成一个分配孔11，其余地方不会泄露流体，此时流体分配器10可以不包括分配管1，仅包括驱动部件2和执行部件3，在工作过程中驱动部件2驱动执行部件3改变分配孔11的开口大小，同样能够起到调节制冷剂通道202的压力和流量的效果，并且避免了制冷剂由于蒸发汽化而不均匀进入制冷剂通道202的现象，提高了板式换热器的换热系数和换热稳定性。请参考图18，图18为本发明所提供的板式换热器的一种具体实施方式的结构框图。如图18所示，本发明还提供一种板式换热器，该板式换热器包括换热器主体20、如上所述的流体分配器10、检测部件30和控制器40。换热器主体20由多个板片201堆叠而成，多个板片201分隔形成相间的制冷剂通道202和换热流体通道。检测部件30用于检测制冷剂通道202输入或输出的制冷剂的当前压力和/或当前温度。控制器40用于根据当前压力和/或当前温度，获取当制冷剂通道202按照预定的标准压力和/或标准温度输出制冷剂时所需要的分配孔11开口大小，并根据需要的分配孔11开口大小输出控制命令。流体分配器10的驱动部件2用于根据控制命令，驱动执行部件3，使执行部件3调节分配孔11的开口至需要的分配孔11开口大小。具体的方案中，上述检测部件30可以具体为设于板式换热器的制冷剂通道的制冷剂入口或者制冷剂通道的制冷剂出口或者空调系统的压缩机的制冷剂入口处的压力传感器和/或温度传感器，由于传感器具有灵敏度高、准确度高的特点，因此采用压力传感器和/或温度传感器作为检测部件30能够快速、准确地检测到制冷剂的压力和/或温度。当然，本发明所提供板式换热器还可以采用结构的检测部件。采用这种结构，在工作过程中，压力传感器和/或温度传感器检测制冷剂通道202输入或输出的制冷剂的当前压力和/或当前温度，将当前压力信号和/或当前温度信号传输给控制器40，控制器40根据预定的标准压力和/或标准温度，以及当前压力信号和/或当前温度信号，通过其预先设置的程序或者指令获取当制冷剂通道202按照预定的标准压力和/或标准温度输出制冷剂时所需要的分配孔11开口大小，并发出控制命令；然后，驱动机构根据控制器40的控制命令驱动执行部件3，使执行部件3调节分配孔11的开口至需要的分配孔11开口大小，从而达到多个流体分配孔11的开口大小随制冷剂的压力和流量变化而变化，实现对板式换热器的制冷剂通道202的压力和/或温度的控制，并且使得制冷剂均匀进入换热通道，提高板式换热器的换热系数和工作稳定性。由上述工作过程可以看出，上述结构的板式换热器能够实现检测-反馈-控制的过程，以达到制冷剂通道202始终按照预定的标准压力和/或温度输出制冷剂的效果，且保证控制过程中向制冷剂通道202均匀输送制冷剂。当然，上述控制过程可以为实时检测，也可以采用定期或者定时的方式进行间断性的控制过程。请参考图19，图19为本发明所提供板式换热器的控制方法的一种具体实施方式的结构框图。如图19所示，本发明还提供一种板式换热器的控制方法，板式换热器包括换热器主体和流体分配器，换热器主体包括多个堆叠设置的板片，多个板片分隔形成相间的制冷剂通道和换热流体通道，流体分配器包括贯穿多个板片的分配管，分配管在对应于制冷剂通道的位置设有供制冷剂流入制冷剂通道的分配孔；上述控制方法包括如下步骤：S1：检测板式换热器的制冷剂通道输入或输出的制冷剂的当前压力和/或当前温度；S2：根据当前压力和/或当前温度，获取当制冷剂通道按照预定的标准压力和/或标准温度输出制冷剂时所需要的分配孔开口大小，并根据需要的分配孔开口大小输出控制命令；S3：根据控制命令，调节分配孔的开口至需要的分配孔开口大小。类似地，上述控制方法能够实现检测-反馈-控制的过程，以达到制冷剂通道始终按照预定的标准压力和/或温度输出制冷剂的效果，且保证控制过程中向制冷剂通道均匀输送制冷剂。以上对本发明所提供的板式换热器及其流体分配器、板式换热器的控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。