组合式冷凝器与蒸发器的制造方法与工艺

本发明涉及由多个堆叠的热交换板制成的组合式冷凝器与蒸发器，所述热交换板设置有脊部和槽部的挤压图案(apressedpatternofridgesandgrooves)，以使所述热交换板彼此保持距离进而创建板间流通通道，其中，组合式冷凝器与蒸发器中的蒸发器部分具有可连接至膨胀阀(expansionvalve)的冷却剂出口。

背景技术：
用于家庭供热或地区供热的热泵通常包括压缩气态冷却剂的压缩机和冷凝器，在冷凝器中，被压缩的气态冷却剂与例如用于房屋的热系统的热载体进行热交换，以使冷却剂冷凝。在冷却剂被冷凝后，它将通过膨胀阀，使得冷却剂的压力(且因此沸点)降低。然后，低压冷却剂进入蒸发器，在蒸发器中，冷却剂在与低温热载体的热交换下蒸发，例如，所述低温热载体为从地面或外部空气收集热量的盐溶液。以上公开的热泵系统的基本功能非常简单，但是实际情况是，为了实现最高性能，将变得复杂。将使问题复杂化的现象的一个例子是温度差异将随着时间明显改变；在冬季或者热的自来水的加热中，有必要在高温下冷凝冷却剂，且盐水溶液(即用于使冷却液蒸发的能量载体)可以被冷却，而在春季和秋季可能为其他的温度水平。通常，通过控制膨胀阀和压缩机来控制压差，通过压差的控制可以实现使系统适应于不同的温度。但是，不可能改变热交换器，意味着那些必须设计成用于“最坏情况”。通常，越大越好，但是在某些时候，热交换器的花费将太高。用于冷凝气态冷却剂的热交换器太小的一个主要问题是并不是所有的冷却剂在离开冷凝器时都会被冷凝。未冷凝的冷却剂离开冷凝器对热泵工序(heatpumpprocess)非常有害，因为未冷凝的冷却剂将使得很难控制膨胀阀。避免这种问题的普遍做法是提供吸气热交换器，该热交换器在来自于冷凝器的冷凝的冷却剂和离开蒸发器的蒸发的冷却剂之间进行热交换(通常称为“吸气”)。用于吸气热交换器的热交换器通常非常小，常常足够将通向膨胀阀的管道钎接(braze)至或焊接至使吸入的气体通向冷凝器的管道以实现所需热交换。即使来自于冷凝器的液体冷却剂应该完全是液体，在膨胀阀上游压力下将冷却剂过冷却至远低于它的沸点应该是有利的。众所周知，一些冷却剂将在通过膨胀阀之后立即沸腾。这种沸腾将从液体冷却剂的温度中带走的能量。通过过冷却将要进入膨胀阀中的液体冷却剂，可以明显减少经过膨胀阀之后立即转化成气相的液体的量。膨胀阀下游的这种冷却剂立即沸腾的减少具有非常积极的效果；一个众所周知的问题是冷却剂中的气体大幅度地增加了冷却剂的体积，使得必须使用大直径的连接管道而且蒸发器中的冷却剂的分配可能被气态成分扰乱。本发明的一个目的是提供用于过冷却进入膨胀阀的液体冷却剂的方案，使得以上关于分配和增加的压降的问题可以被缓解。现有技术中的热泵的另一个问题是部件的数量和对应的必要的管道的量。不仅所有的管道增加了失效的风险，而且由于流动阻力和热损失的增加也会降低系统的效率。本发明的目的是提供一种热交换器，该热交换器允许更少的管道以及对应地更高的效率，同时允许在冷却剂通过膨胀阀以前过冷却冷却剂。

技术实现要素：
本发明通过提供组合式冷凝器与蒸发器来解决或缓解上述问题，在所述组合式冷凝器与蒸发器中，蒸发器部分和膨胀阀之间的连接部件延伸穿过蒸发器部分。附图说明在下文中，将参考附图描述本发明的实施方式，其中：图1是根据现有技术的冷却系统的热泵的示意图；图2是显示了包括在根据本发明的热交换器中的多个热交换板的立体爆炸图；图3是图2中显示的一个热交换板的更大比例的立体图；图4A是根据本发明的接口装置的平面图；图4B是图4A中的接口装置的立体图；图4C是图4A中的接口装置的立体图；图5A是沿图5B中的线A-A剖切的具有根据图4A至图4C的接口装置的热交换器的剖视图；图5B是图5A中的热交换器的平面图；图6是利用蒸发器的接口开口中的热交换的组合式冷凝器与蒸发器的冷凝器侧的平面示意图；图7是利用蒸发器的接口开口中的热交换的组合式冷凝器与蒸发器的蒸发器侧的平面示意图；图8是图6和图7中显示的组合式蒸发器的沿这些附图中的线A-A剖切的剖视图；以及图9是包括在根据本发明的一种实施方式中的组合式冷凝器与蒸发器中的多个的热交换板的立体爆炸图。具体实施方式在图1中，显示了典型的热泵或冷却系统，该热泵或冷却系统使用根据本发明的具有接口开口装置的蒸发器。该系统包括压缩机C、冷凝器CN和短路热交换器HX，压缩机C压缩气态冷却剂以使得冷却剂的温度和压力增加，冷凝器CN通过交换冷却剂和高温热载体(例如，用于家庭供热的水)之间的热量来冷凝气态冷却剂，其中通过与来自于膨胀阀EXP的半液体冷却剂交换热量而使来自于冷凝器CN的液体冷却剂的温度降低。经过膨胀阀之后的冷却剂由于局部沸腾而具有较低的温度，局部沸腾是由于在膨胀阀之后压力减小。最后，半液体冷却剂将进入蒸发器EVAP，在蒸发器中，半液体将通过与低温热载体交换热量而蒸发，热载体例如为盐水溶液，该盐水溶液从例如地源和/或环境空气中收集低温热量。高温热载体和低温热载体的典型温度分别为50℃和0℃。因此，液体冷却剂离开冷凝器CN时的温度将超过50℃，并且冷却剂离开膨胀阀EXP时的温度将下降至0℃以下。可以理解的是，冷却剂离开膨胀阀时的气体含量将明显低于没有短路热交换器HX的热泵循环中的气体含量，因为进入膨胀阀EXP的液体冷却剂的温度将更低。然而，在图1的结构中，离开短路热交换器HX和进入膨胀阀EVAP的半液体的气体含量将与进入没有短路热交换器的热泵系统中的蒸发器中的半液体冷却剂的气体含量相同。因此，根据图1的系统不会影响冷却剂在蒸发器中的分配，这是本发明的一个目的。参考图2，根据本发明的一种实施方式的蒸发器100包括多个热交换板110，每一个热交换板110设置有脊部R和槽部G的挤压图案，以适于使该板与另一个板保持距离，以用于形成供介质交换热量的板间流通通道。热交换板110的接口区域120被设置在不同高度上的板区域围绕，以通过本领域技术人员熟知的方式为接口和板间流通通道之间的提供选择性的连通。进口接口区域130包括进口140和两个接口150，160，进口140用于直接来自于膨胀阀EXP的半液体冷却剂(意思是在膨胀阀和进口之间冷却剂没有热交换)，两个接口150，160分别用于使液体冷却剂从冷凝器CN和到膨胀阀EXP的进入和放出。为了形成蒸发器，板110以堆叠体的形式堆叠，使得脊部与槽部彼此接触，且使板彼此保持距离。在优选实施方式中，板的堆叠体被放置在熔炉中，且板之间具有钎焊材料，使得板在相邻的板之间的接触点处被钎焊在一起。图3中更清楚地显示了接口区域130。在此，显示了围绕接口开口140的环形区域145设置在较高平面(等于脊部R的平面上)，而围绕接口150的环形区域155和165分别设置在较低平面(等于槽部G的平面)上。图示实施方式中的中间区域170在接口开口140的周围延伸，且它的环形围绕区域设置在介于所述较高平面和较低平面之间的中间平面上。最后，中间区域170被阻止区域180围绕，阻止区域180设置在类似于脊部R和环形区域145的较高平面上。此外，开口A、开口B和开口C分别被区域A’、区域B’和区域C’围绕，区域A’、区域B’和区域C’分别设置在较高高度、较低高度和较低高度上，区域A’、区域B’和区域C’设置为靠近板的边角。当图3中显示的板被放置成堆叠体时，它与接口开口周围具有镜像高度(mirroredheights)的板相邻，即使得环形区域155，165被放置在较高平面上，环形区域145被放置在较低平面上，并且区域A’、区域B’和区域C’分别设置在较低平面、较高平面和较高平面上。因此，形成下面的流通通道：在图3中显示的板以上，将具有用于例如接口开口C和接口开口B之间的盐水溶液的流通通道。该流通通道将几乎延伸过板的整个区域，但是将被阻止区域180阻止与中间区域170连通。此外，在中间区域170上的接口开口150和接口开口160之间将会连通。在图3中显示的板的另一侧，接口开口140和接口开口A之间通过由这两个板限定的板间流通通道连通。该流通通道将延伸过整个板区域，包括中间区域170。该实施方式使得实现来自于冷凝器的液体冷却剂在它进入膨胀阀之前过冷却成为可能，过冷却通过让来自于冷凝器的热液体冷却剂进入接口160或接口150中的任意一者中来实现，允许过冷却的冷却剂从接口150或接口160中的另一者流出，且允许来自于膨胀阀的半液体冷却剂通过接口140进入。通过这样的布置，从膨胀阀进来的冷的半液体冷却剂和从冷凝器进来的热的液体冷却剂之间会有热交换。重要的是注意到，该热交换发生在半液体冷却剂已经沿着热交换板的堆叠体的高度分配之后。因此，在来自于膨胀阀的半液体冷却剂中的增加的气体含量将不会扰乱流体的分配。应该注意的是，中间区域170不必在接口开口140的周围延伸。在本发明的一种实施方式中，中间区域可以以新月的形式从板的长边和短边延伸，因此部分地环绕接口开口。以上描述的蒸发器还可以进一步装备有用于改善半液体冷却剂分配的任何已知的工具。根据以上的蒸发器还可以使其使用新的热泵系统成为可能。在现有技术的系统中，冷凝器与蒸发器之间的所有的或者几乎所有的压力减小都发生在膨胀阀之后，压力减小可以被控制为用于使系统适应于各种温度和加热需求。如上所述，有可能过冷却来自于冷凝器的液体冷却剂使得明显较少的冷却剂在膨胀阀之后立即蒸发。然而，由于来自于膨胀阀的半液体冷却剂在过冷却器HX中温度升高，温度升高将会在过冷却器之后产生气相冷却剂，该益处在现有技术中被抵消了。因此，根据现有技术中的方案不会获得分配上的益处。在使用根据图2和图3中的实施方式的蒸发器的系统中，可通过设置两个步骤的膨胀(或者，在理想的情况中，在膨胀阀之后的第一可控压力减小步骤以及在分配管道之后的第二膨胀步骤)来进一步改善分配。下面将对该系统进行说明：假设根据例如EP08849927.2的分配管道，该分配管道包括延长管道的分配管道，延长管道设置有许多与板间隙对齐的小孔，小孔中需要供入待蒸发的冷却剂，其中小孔具有这种尺寸：该尺寸使得小孔将提供在最大质量流量(amaximummassflow)以及冷凝器的温度和蒸发器的温度之间的最小温度差的操作条件下的足够的压降。在这种操作条件下，由于膨胀阀将会被完全打开，将会有液体只进入分配管道，并且在冷却剂已经被适当地沿分配管的长度分配后产生膨胀，在膨胀后将会有一些气体在液体中产生。当然需要具有冷凝器与蒸发器之间的压降能够被控制的系统，且这可以通过在分配管道的上游设置普通的膨胀阀来实现，且这里，可以发现本发明相比现有技术的最重要的优点之一是：在分配管道之后发生的进入膨胀阀的液体与离开分配管道的液体之间的过冷却已经沿分配管道的长度分配了冷却剂。因此，气相冷却剂的增加将不会扰乱所述分配。在根据图1的现有技术的方案中，由于来自于膨胀阀的冷却剂中的气体的减少将被从膨胀阀进入热交换器的冷却剂中的气体的增加抵消，被供入分配管道的气体的量与不会在来自于冷凝器的冷却剂和来自于膨胀阀的冷却剂之间的发生热交换的气体一样多。此外，这将具有现有技术中的系统不能达到的稳定性益处：假设需要冷凝器与蒸发器之间具有更大压降的情形。这可以通过控制膨胀阀使得在膨胀阀之后发生局部压降来实现。没有过冷却，或者通过根据图1的过冷却器HX中的过冷却，在膨胀阀之后减小压力将导致大量的气态冷却剂进入分配管道。众所周知，在流过限制的特定质量流量的气体(在这种情况下，沿...