专利名称：板式热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以用在一个蒸汽压缩系统中的板式热交换器。该热交换器可以用来蒸发或冷凝一种流动的流体，特别是适用于一种由能相互溶解的具有不同沸点的多种致冷剂物质混合组成的流体(这种混合物在整个温度范围内蒸发或冷凝)。该热交换器能够用于，例如，空调机，制冷机，热泵或者类似装置。本发明还涉及一种包括一台板式热交换器的蒸汽压缩系统，以及一种蒸汽压缩系统的运行方法。
板式热交换器包括多块以面对面方式逐块连接的板；和它们之间的密封，例如，以焊接粘接或压紧的方式。这些板被做成适当的表面形状，以便在每对连接在一起的板之间形成一个确定的通道，流体可以从进口一端流过通道到出口一端。热交换器通常被排列成这样，即两块以上的板形成介于每对交叉的板之间的通道或通路，这些通道可以流过两种有热交换关系的不同的流体。其中一种流体是一种经历了一个相变过程的致冷剂，另一种流体将是一种工作流体，它可以是一种在可能的场合被加热或者冷却的液体(如水)或一种气体(如空气)。
热交换的表面积可以通过肋片来增加。肋片可以用于流过板之间通道的热交换的流体(如致冷剂)，也可以用于被加热或冷却的工作流体(例如水或者空气)。
这种形式的热交换器常常被布置成有热交换关系的两种流体之间逆流。一种热交换介质的两相最好在通道内顺流，这样，在通道内的任何一点，分离的相各自很好地混合，且相与相之间可有效地混合。这种情况关系到均衡蒸发或者冷凝。它能够实现，例如液体和气体顺相流动时，气体在通道腔中流动，而液体沿着通道壁流动，实际上形成了一个厚度变化的膜包围着流动的气体。蒸发或者冷凝的均衡状态最好一直保持到大体上通过整个蒸发器或者冷凝器(按可能的情况)的长度。这是很难获得的，因为相变伴随着体积的巨变，而这将影响两相的流动状态。
当热交换器中的一种或每种流体包括一种由能相互溶解的具有不同沸点的多种致冷剂物质组成的混合物，且混合物不形成共沸物，则蒸发和冷凝的均衡状态就尤其需要。这种混合物的沸点相隔至少约10℃，例如至少约20℃。沸点的差值常常小于约70℃，最好是小于约60℃，例如小于约50℃。它能使液体混合物沿着它们的沸点序列发生最佳热交换，这又能用来与工作流体的温度范围相适应，工作流体通过热交换器时与其有热交换关系。因此要求通道内热交换流体的两相安排为顺流，而且最好也能同速流动，尽管出现有大的体积流量的变化。这能减少相分离，或者富集混合物中的一种特定组分。
本发明提供了一种板式热交换器，其通道的形状是这样的，通道提供给沿其流动的流体的阻力在朝向一个末端的第一区域比朝向另一个末端的第二区域大。
于是，一方面本发明提供了一种热交换器，它包括至少两块以面对面方式逐块连接的板，这些板在它们之间的空间确定一个通道，热交换的流体可以从进口端流过板间空间到出口端。而这些板的外表面可以用来与另一种流体热交换，通道的形状是这样的，通道提供给沿其流动的热交换流体的阻力，在朝向一个末端的第一区域比朝向另一个末端的第二区域大，至少其中一个板有可以增大通过通道的流体流动阻力的表面形状，这种表面形状被配置成沿通道流动的热交换流体的阻力在沿通道长度上的一个区域比另一个区域大。
本发明提供了一种热交换器，它使处于液相和气相的热交换流体在热交换器中的整个通道长度很容易实现顺向流动，结果大体沿整个热交换器的长度实现了有效均衡的凝结或者蒸发，其中的热交换流体的两相一起流动，这样，沿通道的任何一点，分离的相各自很好地混合而且相之间有效地混合。具体来讲，热交换器能调节热交换流体发生凝结或者蒸发时的体积变化可根据可能的情况出现在热交换器的长度上。所以，当流体的两相相对比例发生改变时，通道提供的流动阻力的变化能保证液体和气体连续地有效混合。
本发明的热交换器有特别的优越性，它使得应用宽沸点的多种致冷剂物质的混合物变得简便，这些混合物要求在可能的场合下，整个长度的蒸发器或冷凝器在接近均衡的状态下蒸发或凝结。本发明的这个特性是非常重要的，它能保证沿通道流动的致冷剂的流量较均匀，从而致冷剂的液相和气相的分离最小。它有利于致冷剂的气相和液相顺向流动，使气体沿通道腔流动而液体沿通道壁有效地流动并形成一层厚度变化的膜包围着气体，并且使这种情况可能大体包括整个通道的长度。通过这种方法，蒸发或者冷凝的均衡状况能一直保持通过致冷剂混合物温度范围的相变过程。
热交换器的通道的形状是这样的，通道提供给沿其流动的热交换流体的阻力在朝向一个末端的一个区域比朝向另一个末端的一个区域大。这可以通过许多方法中的一种来实现。例如，朝向一端的通道的截面面积比朝向另一端的大。因此，当热交换器是一个蒸发器时，朝向出口一端的截面面积比朝向入口端的大；当热交换器是一个冷凝器时，朝向进口一端的截面面积比朝向出口一端的大。通道截面积的变化可以通过板的结构来实现。此外，这种变化也可以通过位于板间的限定部件，例如内壁构成合适的通道来实现。
该板或每块板应有延伸出板平面之外的结构，这些结构沿着至少通道长度的一部分形成了通道的壁。这些结构可以通过板的材料的适当变形提供，例如，采用波纹板。波纹板可以是水平的，尽管波纹板的“波纹”可以影响流动的阻力。这些形状可以压制出来而且造成流体流动沿长度方向不连续。这些结构可以包括供流体从板的一边流过另一边的孔。这些结构的形状是这样的，它们提供给热交换流体的阻力沿通道的长度在一个区域比另一个区域大。这种适当的结构可由波纹板构成，波纹板沿至少部分地与流体通过通道流动的方向横向地布置。流体流过通道时要经过这些结构，至少沿着通道长度的一部分流过，但是最好沿着通道的大体整个长度流过。
这些结构可以通过在一块板或每块板的一个面上提供材料来构成，例如通过粘接(例如用一种粘合剂、焊接、钎接或者其它适当的技术)将一片带波纹形状的材料粘到所述的表面上。
这些结构最好由形成通道的两块板来构成，这些板共同来满足流体沿通道流动的阻力要求。然而，在某些应用中，这种阻力也可以用一个平板和一个具有这些结构形状的板相结合来实现。
除了影响流动阻力外，一块板或每块板提供的结构还能够加固板，从而使板能承受热交换器使用时必须承受的压力。
通道的所述区域之间的结构的形状变化应当具有如下特性(a)该结构与热交换流体的流动的角度，(b)结构的深度，(c)该结构的波长。例如，流体流动的阻力可以通过增加该结构与流体流动方向倾角的角度来增加。此外，流体流动阻力的增加也可以通过增加流体沿通道流动时必须流过的结构的深度来实现。另外，流体流动阻力的增加可以通过缩短结构序列中的相邻波峰的距离，即缩短结构的“波长”实现。
板间可设置肋片。它们可以设置在热交换流体流动的通道里。此外，它们也可以设置在工作流体流动的通道里。肋片可以引导从肋片上流过的流体的流动。它们也能影响流体流动的阻力，例如通过摩阻效应，或者通过改变流体流过的通道的截面积来影响。
当为热交换流体和工作流体都提供肋片时，适于一种流体的肋片形状可不同于适于另一种流体的肋片形状。例如，热交换流体的肋片形成一个通道，其中的流体交替的向上和向下流动而工作流体的通道可以大体笔直地流过热交换器。
加设肋片的好处是它们能加固热交换器，增大它在使用时须经受的承压能力。
设置的具有不同流动阻力的通道的第一和第二区域使流体从通道的进口端到出口端顺序地从一个区域流到另一个区域。这些区域不需要延伸到通道末端。例如，通过各种各样的与进口或出口或两者连接的区域，流体被分配到每对板之间的平行的通道之间。在各种各样的区域里都可以影响(增大或减小)流动阻力。
沿通道流动的热交换流体的阻力可以沿着至少通道长度的一部分，在有些情况下，沿着大体整个通道长度连续变化。所述流动的阻力可以沿着通道长度上的特定的点剧烈变化。这样的点的数目决定于，例如，要求的覆盖整个通道长度的所有阻力变化和每一个这样的点处的阻力变化。它可以是和热交换器结构相适应的沿通道长度的至少两个点处的阻力变化，例如在三个或四个点，这样就有沿通道长度的三个、四个或五个不同阻力水平的区域。
由板决定的通道的路径是左右交互的。该路径包括第一和第二组平行交替的支通道。支通道可以布置成流体横向流过第一组成第二组或两组支通道。最好是流体通常在至少第一和第二组中的一组支通道中垂直流动，例如，通常在第一组支通道中向下流动而在第二组中向上流动。垂直流动的优点是使致冷剂气相和液相的分离最小，尤其是重力作用下的垂直流动。
另一方面，本发明提供了一种运行一个蒸汽压缩系统的方法，该系统包括至少两块以面对面方式逐块连接的板，这些板在板之间的空间形成一个通道，热交换流体可以从进口一端流经该空间到出口一端，通道的形状是这样的，通道提供给沿其流动的流体的阻力在朝向通道一端的第一区域比朝向另一端的第二区域大，该方法包括在热交换流体流过通道时，使其大体上垂直向上流动，并和另一种流体有热交换关系。
在一个根据本发明的方法运行的蒸汽压缩系统中，在热交换器的通道中，致冷剂气体可能会带动致冷剂液体以和气体大体相同的速度向上流动，特别是这样就可以有效地均衡沿通道内向上流动的分支且最好也沿着向下的分支发生的凝结或蒸发。
在另一个方面，本发明提供了一种热交换器，它包括至少两块以面对面方式逐块连接的板，这些板在它们之间的空间形成一个通道，热交换流体可以从进口一端流过该空间到出口一端，板的外表面可以实现和另一种流体的热交换，通道的路径左右交互，所以包括第一和第二组平行交替的支通道，在第一组中的每个支通道里流动的致冷剂流体的阻力比第二组相应的相邻支通道中流动的流体的阻力大。
支通道可由板上的结构限定。它们可以由板之间的确定通道的结构来限定。它们可以由位于板之间的肋片限定，或者使流体沿它们流动。
沿第一组分通道流动的致冷剂流体的阻力最好比沿第二组分通道流动的阻力大。这样，当流体在通道内流动时，在第一组支通道内对流体的流量进行控制，同时流体能够较容易地流过第二组支通道。采用这种布置方式，热交换将优先在第一组支通道中发生，通道被配置成当热交换流体在所述的第一组的支通道中流过时进行热交换。这种布置的优点是液相和气相的流体可能在低阻力的支通道中混合，从而使在高阻力支通道中平衡凝结或蒸发变得容易。当第一组和第二组的支通道的流动阻力不同时，最好是高阻力的那组中的流体大体向下流动而低阻力的那组中流体大体向上流动，这样重力作用下的相分离最小。
通道的形状最好是这样的，第一组支通道包括至少两个支通道，例如三个或四个支通道，并与第二组支通道相连接。
当通道包括有两个或者更多支通道的第一组时，热交换流体的阻力变化被引入到第一组的连续的支通道之间，使于每个支通道的流动阻力大体上稳定。这种变化可以把致冷剂流过热交换器时的液态和气态的致冷剂比例变化考虑进去。
热交换器最好包括最少三块板，第一对板之间确定的通道流过热交换流体，相邻的一对板之间的通道流过另一种流体，它和第一对板之间的热交换流体进行热交换。通常，热交换器包括多块板，在相间的每对板之间形成供两种进行热交换的流体通过的通道。然而本发明也包括一个由两块板组成的热交换器，两板间形成的空间供热交换流体通过，与流过上述板上面的工作流体进行热交换。
热交换器最好包括至少两对连接在一起的四块板，进行热交换时，所述的另一种流体流过两对板之间形成的路径，而热交换流体流过两对板形成的左右交互的通道。
本发明提供了一种在一个热交换器的通道之间分配液态和气态致冷剂的装置，它包括(a)一根分配管，(b)致冷剂从该管流到热交换器通道中的孔，致冷剂气体流出的孔的尺寸是受限制的，使致冷剂流过孔时有一个压降，和(c)一个致冷剂进入分配管的进口，进口的形状使致冷剂进入分配管时是紊流的而且致冷剂的液相和气相在管中是均衡的。
该装置分配致冷剂可以通过分开的两对板间的空间形成的通道实现，例如一个四个板的组中的两对。
最好，把致冷剂朝着管子的一端由此排入到管子里时，致冷剂变为紊流状况，这样它就可以直接从进口流向管子的端壁。例如，这可以通过在进口端设一个弯头来获得，或者在进口管的一边从进口开一个致冷剂的出口。最好，这种装置的管子的致冷剂流出的一端是扩大的，尤其是一般的圆形。
最好，管子上的出口是环形地布置在管子周围，这样一些用来流出液态致冷剂，一些用来流出气态致冷剂。管子上的朝着底部的孔用来流出液态致冷剂而管子上朝着顶部的孔用来排出气态致冷剂。最好，管子上朝着顶部的孔比朝着底部的孔大，这样可控制排出的液态和气态致冷剂的相对比例。
可以为独立的通道设置管子上的孔，或者位于每对通道之间，这样致冷剂沿着管道在特定点从孔中流出时就流入两个相邻的通道。
本发明的热交换器可以用来在一种流过板之间通道的致冷剂与一种工作流体之间换热，工作流体可以是，例如液相或气相。提供给工作流体的路径的形状取决于诸如工作流体相态的一些特点。流体可以沿着每对板之间的通道流动；这种结构非常适合于一种液相的工作流体，而对于工作流体来说它在液态和气态之间的相变则是通过热交换实现的。后面的这种情况，适合于工作流体的流动阻力在通道中的朝向一端的一个区域比朝向另一端的一个区域大的情况，如上文所讨论过的。
工作流体流过的路径可以基本上打开，让工作流体流过形成通道的板，通常在板的表面上设有肋片来优化热交换。这种结构很适合于与气体的或气相的工作流体进行热交换。
通过板时有热交换关系的一种和最好每一种流体的流动阻力在相应的通道中，最好一端比另一端阻力大，使这种换热器更适合于热交换过程中都有相变的两种物质之间的热交换。
另一方面，本发明提供了一种热交换器，包括若干限定通道的板，这些通道用于至少两种热交换流体在相邻对的板间供相应流体进行热交换，当热交换器使用时，它们处于热交换关系。供第一种流体流过的通道被放入到第二种流体的通道之间，其中(a)第一种流体的每一条通道构成一个位于通道进口和出口之间的左右交互的路径，它的截面积从路径的一端到另一端逐渐增加，和(b)第二种流体的每个通道有一个大致笔直的通路。
一种根据本发明的这个方面的热交换器能够用于一种热交换流体如一种致冷剂和一种工作流体如压缩气体之间进行热交换，尤其是它要被大量冷却时。
最好，第一组的每个通道都由许多平行的支通道构成，这些支通道足够窄来防止致冷剂分离成气态和液态。
最好，热交换器布置成第一组的通道为致冷剂流动的垂直通路，大致上向上和向下。
最好，供第一种和第二种流体中的一种或两种流体流动的通道包含有肋片，尤其是大体沿通道延伸的板至少有一些肋片。
另一方面，本发明提供了一个蒸汽压缩系统，包括一台上文讨论过的类型之一的热交换器。在本发明的系统中，热交换器起着一个蒸发器的功能，它接收至少主要为液态的致冷剂，放出致冷剂蒸汽(最好有一点湿)。所述的热交换器也可以起着冷凝器的功能，它接收致冷剂蒸汽而排出至少主要是液态的致冷剂。系统可以包括一个蒸发器和一个冷凝器，其中每一个的型式都是以上讨论过的。
热交换器最好安装成热交换器流体大体上向下流动并和要交换热量的流体有热交换关系。
在单一制冷系统中适合用做致冷剂的物质的例子包括标记为R22和R134a的物质。本发明的这个系统的一个特别的优点是适用于宽沸点和非共沸的混合致冷剂，象人们特别希望的那样，无论在蒸发器还是冷凝器中，液态和气态的致冷剂一起顺向流动且保持均衡，而致冷剂混合流与进行热交换的流体基本上逆向流动。适合于混合的致冷剂的例子包括那些被标记为R23/R134a，和R32/R227的物质。可以理解，词条“致冷剂”，用在本文件中指在蒸汽压缩系统中循环的流体，也适用于作为空调或热泵功能的系统中循环的流体。
现在参考附图通过举例来对本发明进行描述，其中
图1是一个蒸汽压缩系统的示意图，其中的冷凝器和蒸发器都是按照本发明构成的；图2是图1所示系统中的冷凝器或蒸发器的轴侧图；图3是一个根据本发明的热交换器的示意图，适合于用作一个冷凝器，特别是用在小规模中的冷凝器；图4是和图1中所示一样的热交换器的示意图，适于用作一个蒸发器，特别是用在小规模中的蒸发器；图5是图2和图3所示的热交换器的轴侧图；图6是一个热交换器的示意图，适合于和气相的工作流体热交换，尤其在规模较大时；图7是图6所示的热交换器的局部剖视的轴侧图；图8是一个热交换器中致冷剂分离通道间分配致冷剂的装置的纵断面图。
参考附图，图1表示了一个蒸汽压缩系统包括一台压缩机2，用于增加致冷剂蒸汽的压力，一个冷凝器4，用于接收从压缩机来的高压致冷剂，和一个蒸发器6，用于接受从冷凝器来的液态致冷剂。一个膨胀装置8，以浮球阀(专利W0-A-92/06339公开的通用型式)的形式保持冷凝器和蒸发器之间的压差并控制液态致冷剂从冷凝器中的抽取。
一个接收器10位于蒸发器6的下游。该接收器包括一个贮液池12，它收集从蒸发器流入该贮液池的液态致冷剂。这样，供给压缩机的液态致冷剂减小到最少。
每一台冷凝器4和蒸发器6由一组以面对面方式布置的板组成。致冷剂流过热交换器(冷凝器4和蒸发器6)的相间的每对板之间，与流过介于其中间的每对板的工作流体逆向流动。致冷剂和工作流体彼此相对地逆向流动。
构成热交换器的板做成波纹14的形式。沿每对板之间形成的通道流动的致冷剂在流过每个通道时被强制流过这些波纹。
波纹14的型式在冷凝器4的第一和第二区域16，18之间变化，也在蒸发器6的第一和第二区域20，22之间变化。在冷凝器中，波纹型式的变化使致冷剂流动的阻力在冷凝器出口处比进口处大。蒸发器正好相反，流动阻力的改变由至少以下因素之一的改变引起波纹和致冷剂流动方向的角度，波纹的深度，和波纹的波长。
在多个进口和出口之间有两种以上的波纹型式是较为适当的。
图2表示了图1示出系统中的冷凝器，和致冷剂的流动方向和与其进行热交换的流体的流动方向。致冷剂向下流动而另一种流体(如水)向上流动，流动方向彼此基本相对。
以上参考图1和图2所描述的一种蒸汽压缩系统的一个合适的应用是用在一台冷水机组，比如可用于建筑物的空气调节。
图3表示了一块适用冷凝器结构的压制的板。冷凝器由若干成对堆叠布置的板组成。一对一对的板由被加热的流体如空气或水流过的通路分开。通路里设有肋片，以增加与所述工作流体进行热交换的表面积。当致冷剂流过每对板形成的通道时，就发生热交换。致冷剂通过一个进口32供给相应的每对板之间的通道。进口穿过有肋片的通路跨接。同样，致冷剂通过一个出口34从相邻的板之间的通道流出。进口32和出口34延伸穿过整个板组。
每对板之间的致冷剂流动的通道的方向使流体交替地大致向上和向下流动。它包括第一和第二组交替的平行支通道。从进口32流过通道的致冷剂首先流入支通道36，沿着它向上流动，所受流动阻力最小。向上伸展的支通道的低阻力导致了支通道内流体的高速流动。这便利了流体的气相和液相的混合，也利于在接下来的向下伸展的支通道里均衡蒸发或者冷凝。在支通道36的顶部，致冷剂流入一个截面积较大的支通道38，当致冷剂沿支通道38向下流动时，具有波纹结构的板给致冷剂以流动阻力。
这种克服最小的流动阻力而向上流动，和克服波纹造成的阻力而向下流动区两种交替发生的型式，在分别通过支通道组36a，36b和38a，38b时重复地进行。
致冷剂的流动阻力在通过有波纹的支通道38时，与通过第一个这样的支通道相比较，通过最后一个所述的支通道时的阻力要增加。这种阻力的变化可以通过从进口32到出口34的整个通道长度上逐渐减小支通道的截面积来获得。这种阻力的改变也可以用上文所述的一般的方法通过改变波纹的型式获得。
图4表示了一块可以用来构成蒸发器型式的板40。蒸发器由若干堆叠布置的这样的板构成，其方法与图3所示的用板构成冷凝器的方法相似。
图4所示的板包括一个进口42和一个出口44，进口和出口沿整个板组延伸。每对板之间的从进口到出口延伸的通道，包括支通道46，46a，48b，致冷剂沿其向上流动，克服的阻力最小。通道还包括支通道48，48a，48b，致冷剂沿其向下流动，克服波纹的阻力。
当致冷剂沿整个通道流动而流过所述支通道时，致冷剂的流动阻力沿支通道48，48a，48b减少。流动阻力的减小主要是通过逐次增加支通道的截面积来获得的。流动阻力的减小也可以用上文讨论过的方法通过改变波纹型式来实现。
进口42的结构是这样的，气相的和液相的致冷剂都被大致相等地分配到每对板之间。进口的管道的截面足够大，使气相和液相的致冷剂都可以流入。当成对的板一个接一个连接在一起时，在集管的径线处或靠近径线处设有一些孔。致冷剂蒸汽将趋向于在等直径的孔中等量流动，液体也将趋向于在孔中等量流动，液体就被卷起来随蒸汽流走。
图3和图4所示的热交换器促成了原地的叉流，它发生在板间通道内的致冷剂流和每对板之间形成的通路中流动的工作流体之间。但是，由于包括多条支通道，例如所示的六条支通道，所以使所有流体间的总接触过程都基本是逆流。致冷剂和被交换热量的流体的流动特性表示在图5中。
图6表示了一台适用于一个蒸汽压缩系统的蒸发器，可以用来冷却压缩的气体。它适合用来冷却大比例压缩的空气。
该系统包括连接在一起的一组板，板间形成供流体流动的通道。肋片用来增加每种流体的用于热交换的面积。肋片的型式因流体的不同而不同。这种结构类型可以用来在三种或更多种流体间进行热交换；以下的描述限定于两种流体间的交换，即一种致冷剂和被冷却的气体。
一个进口集管62供将被冷却的气体进入，一个出口集管供未凝结的气体流出。进口集管62包括一个适当的端部来保证空气被大体均匀地分配到板之间的通道里。以同样的方式，出口集管64聚集从板之间排出的空气。出口集管包括一个排凝结水分的凝结水出口66。借助于从布置成一组的板之间通过的致冷剂，空气可以在蒸发器的通道中被冷却。致冷剂在致冷剂进口68和致冷剂出口70之间的相邻的每对板之间的通道里流动。每对板之间的通道有一个左右交互的路径。在致冷剂进口68和致冷剂出口70之间，通道的截面积逐渐地增加。通道中的肋片用来引导致冷剂的流动和增加利于致冷剂热交换的面积，尤其是在通道里的向上和向下的支流中，但不是必须也在向上和向下的支流之间的横向的支流中。因为通道的截面积变化，使随着致冷剂沿通道流动，致冷剂沿通道的流动阻力逐渐减小。
要被冷却的空气在空气进口集管62和空气出口集管64之间的形成致冷剂通道的每对板之间的空间流动。设在所述空间内的肋片用来优化与空气的热交换和加强板，以使它们能承受两种流体流动的压力。肋片基本笔直地延热交换器伸展，从进口集管62朝向出口集管64。肋片可以做成适当的形状来使热传递最佳，用波纹、阶梯结构、打孔或者其他在实际中采用的特征。
图7表示了图6中的蒸发器和致冷剂流动路径与将被热交换的流体流动路径之间的关系。
当图1所示的蒸汽压缩系统包括致冷剂流动阻力变化的冷凝器和蒸发器时，它可以适用于一些只有一台以这种方式工作的热交换器的系统(蒸发器或冷凝器)。另一台热交换器可以是其他的型式。例如，当被冷却的是空气而不是水时，一台上述类型的冷凝器可以和一台肋管式蒸发器一起使用。在另一种布置中，一台上述类型的蒸发器可以和一台肋管式冷凝器在一台空冷的冷水机组中一起使用。
图8表示了一种在一个蒸发器里的致冷剂通道之间分配致冷剂的装置，例如，图4和图5所表示的类型，致冷剂在相邻的每对板里面流动，而与致冷剂有热交换关系的流体在每对板之间流动。该装置包括一个两端都封闭的分配管80。该装置安装成分配管沿蒸发器的进口延伸。致冷剂通过一个末端稍微弯曲的进口管82进入该管，这样致冷剂朝着分配管的一个端头84横向流入分配管。那个端头是扩大的且通常是圆形的。当致冷剂冲击管子的端部时，引起紊流，这样气相和液相的致冷剂就保持彼此均衡。
一系列的出口孔86、88存在于分配管上，使致冷剂能流出进入到蒸发器的通道里。管子顶部的孔86比管子底部的孔88大，这样致冷剂的气相和液相的相对比例就可以控制。
权利要求
1.一种热交换器，包括至少两块的面对面方式逐块连接的板，这些板在它们之间的空间形成通道，热交换流体从进口端流过该空间到出口端，板的外表面可以用来和另外一种流体进行热交换，通道的形状的是这样的，通道提供给沿其流动的热交换流体的阻力在朝向通道一端的第一区域比朝向通道另一端的第二区域大，至少其中一块板具有使流过通道的流体的流动阻力增加的表面结构，该表面结构沿整个通道的长度设置，热交换流体沿通道的流动阻力在一个区域比另一个区域大。
2.一种如权利要求1所述的热交换器，其中表面结构至少构成沿通道长度的一部分。
3.一种如权利要求1或2所述的热交换器，其中通道的有效截面积在朝向进口端和出口端之一时比朝向所述的另一端截面积大。
4.一种如权利要求3所述的热交换器，其中所述的区域在下列条目至少一条不同时，其结构形式不同(a)该结构与热交换流体流动的角度，(b)该结构的深度，(c)该结构的波长。
5.一种如权利要求1～4中任何一项所述的热交换器，其中通道的路径左右交互，这样就包括第一和第二组交替的平行的支通道。
6.一种权利要求5所述的热交换器，其中致冷剂沿第一组中的每个支通道的流动阻力比沿相邻的第二组的支通道的流动阻力大，最好是至少其中一组支通道的有效截面积在朝向通道的进口端和出口端之间时比朝向所述的另一端的截面大。
7.一种如权利要求5或权利要求6所述的热交换器，其中通道为进行热交换而设置，当热交换流体在通道里时它处于所述的第一组的支通道里。
8.一种如权利要求5～7中任何一项所述的热交换器，其中所述的支通道被布置成，流体在其中流动时，交替地大致向上和向下流动。
9.一种如权利要求5～8中任何一项所述的热交换器，其中所述的第一组包括至少两条支通道。
10.一种如权利要求5～9中任何一项所述的热交换器，其中第二组中每一个支通道的截面积比第二组中与之相邻的支通道的截面积小。
11.一种如权利要求1～10中任何一项所述的热交换器，其中通道里包括若干肋片，供通道里热交换的流体流过。
12.一种如权利要求1～11中任何一项所述的热交换器，其中包括若干肋片，供与热交换流体有热交换关系的流体流过。
13.一种如权利要求1～12中任何一项所述的热交换器，包括至少三块所述的板并限定第一对板之间形成供热交换流体流动的通道，以相相邻的一对板之间形成供另一种流体流动的通道，它与第一对板之间的热交换流体进行热交换。
14.一种蒸汽压缩系统，包括一台如权利要求1～13中任何一项所述的热交换器，其中热交换器中的热交换流体是一种致冷剂。
15.一种如权利要求14所述的蒸汽压缩系统，其中所述的热交换器被设置成使流入交换器的致冷剂比从交换器中流出的致冷剂保持更多的液体。
16.一种如权利要求14所述的蒸汽压缩系统，其中所述的热交换器被设置成使流入交换器的致冷剂比从交换器中流出的致冷剂保持更少的液体。
17.一种如权利要求14～16中任何一项所述的蒸汽压缩系统，其中热交换器被安装成使热交换流体大致向下流动，并和将被换热的另一种流体有热交换关系。
18.一种运行一个蒸汽压缩系统的方法，包括至少两块以面对面方式逐块连接的板，板之间的空间里形成一个通道，热交换流体从进口端流过该空间到出口端，通道的形状是这样的，通道提供给沿其流动的热交换流体的流动阻力在朝向通道一端的第一区域比朝向通道另一端的第二区域大，该方法包括引起热交换流体在通道中大致垂直地向上流动，并和另一种流体有热交换关系。
19.一种热交换器，包括至少两块以面对面方式逐块连接的板，板间的空间形成一个通道，热交换流体从进口端流过该空间到出口端，板的外表面可以用来和另一种流体进行热交换，通道的路径左右交互，这样就包括第一和第二组交替的平行的支通道，其中致冷剂流体沿第一组中的每个支通道流动的阻力比沿相邻的第二组的支通道流动的阻力大。
20.一种如权利要求19所述的热交换器，其中通道为进行热交换而设置，当热交换流体在通道里时它处于所述的第一组的支通道里。
21.一种如权利要求20所述的热交换器，其中热交换流体被设置成在第一组的支通道里时大致向下流动。
22.一种如权利要求19～21中任何一项所述的热交换器，其中支通道被设置成流体在其中流动时，交替地大致向上和向下流动。
23.一种如权利要求19～22中任何一项所述的热交换器，其中所述的第一个组包括至少两个支通道。
24.一种如权利要求19～23中任何一项所述的热交换器，包括至少由两对连接在一起的四块所述的板，当它与左右交互的通道中流动的热交换流体有热交换关系时，两对板之间形成的路径供所述的流体流过。
25.一种如权利要求24所述的热交换器，其中供所述的另一种流体流动的所述路径是由介于每对板之间的暴露的表面上延伸的细长的构件决定的，通常垂直于所述的支通道。
26.一种如权利要求24或25所述的热交换器，包括一个在两对板限定的通道间分配液相的和气相的致冷剂的装置，它包括(a)一根分配管，(b)致冷剂从管中流出进入通道的孔，孔的孔径限制致冷剂气体的排出，使通过那些孔时有一个压降，和(c)一个致冷剂进入分配管的进口，它被做成当致冷剂进入分配管时呈紊流状态，这样分配管中的致冷剂的液相和气相是均衡的。
27.一种如权利要求26所述的热交换器，其中致冷剂从管子的一端被送入，并且从进口被引向分配管的一个端壁。
28.一种如权利要求27所述的热交换器，其中分配管在致冷剂被送入的一端是扩大的。
29.一种如权利要求26～28中任何一项所述的热交换器，其中排出孔是环形地布置在管子周围，这样一些孔可以用来排出液态致冷剂，一些孔可以用来排出气态致冷剂。
30.一种如权利要求29所述的热交换器，其中朝向管子底部的排出孔比朝向管子顶部的排出孔提供给致冷剂的流动阻力大。
31.一种热交换器，包括若干限定通道的板，通道供至少两种流体在相邻的分别供各自的流体流动的板之间进行热交换，当热交换器使用时，它们有热交换关系；供第一种流体流过的通道被放入到第二种流体的通道之间，其中(a)第一种流体的每一条通道构成一个位于通道进口和出口之间的左右交互的路径，它的截面积从路径的一端到另一端逐渐增加，和(b)第二种流体的每一个通道有一个大致笔直的通路。
32.一种如权利要求31所述的热交换器，其中第一组的每个通道都由许多平行的支通道构成，这些支通道足够窄来防止致冷剂分离成气态和液态。
33.一种如权利要求31或32所述的热交换器，布置成第一组的通道为致冷剂流动的垂直通路，大致向上和向下。
34.一种如权利要求31～33中任何一项所述的热交换器，其中供第一种和第二种流体中的一种或两种流体流动的通道中包含有肋片。
35.一种如权利要求34所述的热交换器，其中大体沿通道延伸的板上至少有一些肋片。
全文摘要
本发明公开了一种板式热交换器(4,6),它调节液相和气相致冷剂的相对比例变化,使得两相的致冷剂保持均衡地通过热交换器(4,6)的流动通道。流动的通道左右交互,包括第一和第二组交互平行的支通道(36,38,46,48),其中致冷剂流体沿第一组中的每一个支通道(38,48)的流动阻力比沿相邻的第二组的支通道(36,46)的流动阻力大,热交换器(4,6)中致冷剂流过的通道的形状被布置成使致冷剂流动的阻力在朝向一端时比朝向另一端大。这可以通过一块或更多有表面结构(14)的板来获得,它被设置成热交换流体沿通道的流动阻力在通道长度上的一个区域(18,20)比另一个区域(16,22)大。
文档编号F25B9/00GK1172525SQ9519699
公开日1998年2月4日 申请日期1995年12月20日 优先权日1994年12月23日
发明者G·G·哈兹尔顿 申请人:英国技术集团美国有限公司