使用三种热交换流体的板式换热器 本发明涉及一种使用三种热交换流体的板式换热器，它包括至少一个具有换热板片的板芯、至少两个端板和热交换流体的进出口。本发明还涉及用于制冷的板式换热器。
【技术领域】
使用三种热交换流体的板式换热器具有许多潜在的应用场合。例如可用作在制冷系统中流动的制冷剂蒸发的蒸发器。这种制冷系统通常包括一个压缩机、一个膨胀阀和一个蒸发器。在该类系统中用作蒸发器的板式换热器常常具有焊接或钎焊在一起的热交换板片，但是也可以使用垫片来使传热板片之间密封。
现有技术
US5462113显示了一种板片间为三种不同流体流道的板式换热器。三种流体在板芯中的流动是这样的：第一种流体地通道位于其余两种流体流道的每一个的两侧。在一个优选实施例中，使用两种不同的板片制成通道。在相邻板片间三种流体进出口流道所形成的开孔处的良好密封是这样形成的：设计环绕开孔的区域使得利用环形平盘来限定一个系统。
使用三种热交换流体的换热器的设计使得可以进行与部分负荷有关的弹性运行方案，然而传热并非是最高效的。
本发明总括
本发明的目的在于提供一种使用三种流体的更高效的换热器。因此本发明涉及一种使用三种换热流体的板式换热器，它包括至少一个具有换热板片的板芯，至少两个端板和换热流体的进出口。每个换热板片具有形成每一种流体穿板芯的一个进口流道和一个出口流道的6个开孔，其中一种流体的流道与间隔的板间相连通，其余两种流体的流道都分别交替地与剩下的相隔的板间相连通。
每个换热板都有中心传热部分，该部分具有一个或多个波纹，它们各自在由两个平行的相互有一定间隔的第一第二平面所限定的区域内垂直延伸，两平面之间的距离形成板片的厚度限制，它们与板芯中的所有板片以及板式换热器的端板大致平行。第一平面比第二平面更靠近在换热器一端的第一端板，第二平面比第一平面更靠近在换热器另一端的第二端板。
换热板在板芯中以四种不同的实施形式交替出现。也就是，第一种板片靠近第二种板片和第四种板片安装。第二种板片靠近第三种板片和第一种板片安装。第三种板片靠近第四种板片和第二种板片安装。第四种板片靠近第一种板片和第三种板片安装。
开孔成对地用于流过各换热流体，各对开孔位于传热部分的两侧，开孔中心的直连线将传热部分分成相同的两部分。
第一种板片具有：用于第一流体的两个大致呈圆形的第一开孔，它们具有第一直径，由在第一平面上的一个密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第一个的环绕开孔的密封区，
用于第二流体的两个大致呈圆形的第二开孔，它们具有小于第一直径的第二直径，由在第二平面上的第一密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第二个的环绕开孔的密封区，该开孔还由在第一平面上的位于第一密封区外侧的第二密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第一个的环绕开孔的密封区，和
用于第三流体的两个大致呈圆形的第三开孔，它们具有第三直径，由在第二平面上的一个密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第二个的环绕相同尺寸开孔的密封区。
第二种板片具有：用于第一流体的两个大致呈圆形的第一开孔，它们具有第一直径，由在第二平面上的密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第二个的环绕开孔的密封区，
用于第二流体的两个大致呈圆形的第二开孔，它们具有小于第一直径的第二直径，由在第一平面上的第一密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第一个的环绕开孔的密封区，该开孔还由在第二平面上的同心布置在第一密封区外侧的第二密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第二个的环绕开孔的密封区，和
用于第三流体的两个大致呈圆形的第三开孔，它们具有第三直径，由在第一平面上的密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触平面中的第一个的环绕相同尺寸开孔的密封区。
第三种板片具有：用于第二流体的两个大致呈圆形的第一开孔，它们具有第一直径，由在第一平面上的密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第一个的环绕开孔的密封区，所说的第一开孔及其密封区在板片上的位置与第一种板片上的第二开孔及其密封区的位置相对应，
用于第一流体的两个大致呈圆形的第二开孔，它们具有小于第一直径的第二直径，由在第二平面上的第一密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第二个的环绕开孔的密封区，该开孔还由在第一平面上的同心布置在第一密封区外侧的第二密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第一个的环绕开孔的密封区，和
用于第三流体的两个大致呈圆形的第三开孔，它们具有第三直径，由在第二平面上的密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触平面中的第二个的环绕相同尺寸开孔的密封区。
第四种板片具有：用于第二流体的两个大致呈圆形的第一开孔，它们具有第一直径，由在第二平面上的密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第二个的环绕开孔的密封区，所说的具有密封区的第一开孔在板片上的位置与第二种板片上的具有密封区的第二开孔的位置相对应，
用于第一流体的两个大致呈圆形的第二开孔，它们具有小于第一直径的第二直径，由在第一平面上的第一密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第一个的环绕开孔的密封区，该开孔还由在第二平面上的同心布置在第一密封区外侧的第二密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第二个的环绕开孔的密封区，和
用于第三流体的两个大致呈圆形的第三开孔，它们具有第三直径，由在第一平面上的密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片中的第一个的环绕相同尺寸开孔的密封区。
由于在热交换中相配合的两种流体可在板间对角地流过板片，因此使该类型的换热器有效地利用了传热表面。流体也因此能很好的分布在板片的整个宽度上，使在板间的流体通道能得到较好的利用。
本发明还涉及一种用于制冷的、有三种换热流体的板式换热器，它包括至少一个具有换热板片的板芯，至少两个端板和若干换热流体的进口出口。换热板片具有形成流体通往板芯的进口流道和出口流道的开孔，其中一种流体的流道与每个间隔的板间相连通，其余两种流体的流道交替与剩下的每隔一个的板间相连通。
每个换热板片具有一个或多个波纹，它们各自在由两个平行的第一和第二平面所限定的区域内竖直延伸，两平面之间的距离形成板片的厚度限制，二者与板芯中的所有板片以及板式换热器的端板大致平行，其中第一平面比第二平面更靠近在换热器一端的第一端板，第二平面比第一平面更靠近在换热器另一端的第二端板。
换热板在板芯中以四种不同形式交替出现。第一种板片靠近第二种板片和第四种板片安装。第二种板片靠近第三种板片和第一种板片安装。第三种板片靠近第四种板片和第二种板片安装。第四种板片靠近第一种板片和第三种板片安装。
两种流体中每一种的开孔都具有通往板芯的至少两个进口流道，这些进口流道使每一种流体在沿进口流道的若干地方处相互连通，使得流体从一个进口流道流至板间的行程中，被迫流过第二进口流道。
由于两种流体之一的两个进口流道能使这些流体均匀地分配至各流体的板间，因此这种类型的热交换器有效地利用了传热表面，使这种形式的板式换热器具有较高的效率。
本发明的其它特性显示在权利要求中。
以下将结合本发明实施例并参考附图对板式换热器进行详细描述。
附图的简要说明
图1是本发明具有换热板片、端板和换热流体进出口的永久性连接板式换热器的断面图。
图2是图1中的4种不同形式换热板片的正面示意图。
图3a是用于制冷的一种形式换热板片的立体示意图，该板片具有分配区。
图3b是图3a所示的具有分配区板片的局部放大图。
图4a是由图3所示的板片构成的板芯中的前板图。
图4b是图4a所示板芯的E-E断面图。
图4c是图4a所示板芯的B-B断面图。
图4d是图4a所示板芯的A-A断面图。
图5a是用于制冷的换热板片的另一种形式的部分(角处)正面示意图。
图5b显示在切割出进口流道之前的图5a所示板片角处的一部分。
实施例的描述
图1显示具有图2所示热交换板片的永久性连接板式换热器的断面。板片具有4种不同的应用形式1-4。图1的板芯由16个板片构成，当然也可以是所需的规格。板芯的端部终止处具有端板5，它比热交换板厚。构成换热流体进出口的六个连通件6位于一个端板5上。
换热板1-4具有开孔11-16。在板芯中，开孔相互呈直线排列使得开孔11形成换热流体例如被冷却流体的进口流道，而开孔13和15分别形成其余两种流体例如两种制冷剂的进口流道。同理，开孔12形成一种换热流体例如被冷却流体的出口流道，开孔14和16分别形成其余两种换热流体例如制冷剂的出口流道。
板式换热器采用常规的在换热板间装配有密封装置的做法，使在板间产生密封的流道。一种换热流体例如是上述被冷却的流体可以在间隔的板间流动，其余的换热流体例如是上述制冷剂可以在其余板间交替流动。因此根据这种应用，包含被冷却换热流体的每一个板间的一侧是一种制冷剂板间，另一侧是另一种制冷剂板间。
换热板1-4具有平行棱形式的波纹图案，这些棱在相邻传热板间相互交叉并在板间相互支承延伸。每个用作被冷却流体流道的板间与由开孔11形成的进口流道相连通。同理，用作各制冷剂流道的板间与由开孔13和15形成的进口流道相连通。由开孔12形成的出口流道与一种流体例如被冷却流体的板间相连通，而由开孔14和16形成的出口流道分别与其余两种流体例如制冷剂1和制冷剂2的板间相连通。
使用开孔/流道11、12的流体流动时大致与板片的长边平行或者与板片的两个侧边平行。其余两种流体例如制冷剂大致沿板片对角流动，也就是说，制冷剂1从开孔/流道13进入，从开孔/流道14流出，而制冷剂2从开孔/流道15进入，从开孔/流道16流出。在图2中，箭头表示介质的大致流动方向，其中实线箭头表示在板的一侧流动(在图2所示的板侧)，虚线箭头表示在板的另一侧流动(在图2所示板的后面)。板片通常是大致矩形或方形的。当然也可以是其它形状。
如图2所示，板芯由4种不同应用形式的板片构成，这里如果不考虑开孔13-16的尺寸和应用形式的话，每个间隔的板片是一样的。在开孔处的内圆表示开孔的边沿和其它同心的环形密封的边沿，假如这些其它的同心圆是实线，则表明它们在图2板片的一侧，如果是虚线，表明它们在图2板片的后侧。
4个开孔13-16的每一个在制造时就具有两个同心密封区，其中一个区在图2所示板片一侧波纹的一个平面上，另一个区在图2所示板片背面波纹的另一个平面上。为了在处理流体的开孔通道间和被处理流体的板间形成密封，这些密封区中径向靠外侧的一个与邻近的所接触板片的相应密封区永久性连接，例如参见图1中的28。为了在处理流体的两个回路之间形成密封，用于各开孔流道13-16的、在各处理流体间隔板间的径向内侧的密封区与邻近接触板片的对应表面永久性连接，例如参见图1中的29。用作一种处理流体的开孔流道不与另一种处理流体的板间相连通。在与开孔流道相连通的处理流体的其余板间，其内侧密封表面被切除。
图2所示板片的开孔是相同尺寸成对出现的，每对孔位于传热部分的两侧，孔中心之间的直连线将传热部分分成相同的两部分。第一种板具有两个大致呈圆形的第一开孔13、14，它们对角布置在板的对面，其直径为第一直径。每个孔由上述所说的外侧密封区环绕，用于密封地顶住板芯中两个最靠近接触板片的第一个板片上环绕开孔的密封区。密封区在第一平面，它比另一平面更靠近在板芯一端的第一端板，第一和第二平面一道限定了板的厚度，第一端板上安装有板式换热器的换热流体的连通件6。
第一种板片还具有两个用于第二流体的大致呈圆形的第二开孔15、16，它们对角布置在板的对面，该孔为第二直径，它小于第一直径，由位于上面所说第二平面上的第一密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片的第二个板片上环绕开孔的一个密封区，该孔同时还由位于上面所说第一平面上的、同心布置在第一密封区外侧的第二密封区环绕，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片的第一个板片上的环绕开孔的一个密封区。
另外，第一种板片还包括两个用于第三种流体的大致呈圆形的第三开孔11、12，它们位于板片的正对面，具有第三直径，每一个由在所述第二平面上的一个密封区环绕。该密封区顶住在板芯中两个最靠近接触板片的第二个板片上的环绕相同尺寸开孔的一个密封区。
与第一种板片相比，第二种板片有下列不同。
用于第一种流体的两个大致呈圆形的第一开孔具有在所述第二平面上的一个密封区，用于密封地顶住在板芯中两个最靠近接触板片的第二个板片上的环绕开孔的密封区。用于第二流体的另外两个开孔具有在所述第一平面上的第一密封区和在所述第二平面上的、同心布置在第一个密封区外侧的第二密封区。用于第三流体的两个开孔中的每一个都由在所述第一平面上的一个密封表面环绕。波纹取向相反。
图2所示的第三种板片与第一种板片有下列不同。
对角相对布置、具有第一直径、由在第一平面上的一个密封区环绕的两个第一圆形开孔，其在板片上的位置与在第一种板片上、具有相应密封区的第二开孔的位置相对应，因此用于流过第二种流体。对角相对布置、具有小于第一直径的第二直径、由在第二平面上的第一密封区以及在第一平面上的同心布置在第一密封区外侧的第二密封区环绕的两个第二圆形开孔，其在板片上的位置与在第一种板片上、具有相应密封区的第一开孔的位置相对应，因此用于流过第一种流体。对用于第三种流体的两个相对布置的第三圆形开孔而言，其位置同第一种板片上的位置一样。
图2所示的第四种板片与上述第二种板片有下列不同。
对角相对布置、具有密封区的两个第一圆形开孔，其在板片上的位置与在第二板片上的、具有相应密封区的第二开孔的位置相对应，它们用于流过第二种流体。对角相对布置、具有密封区的两个第二圆形开孔，其在板片上的位置与在第二板片上的、具有相应密封区的第一开孔的位置相对应，它们用于流过第一种流体。用于第三种流体、垂直相对布置、由一个密封区包围的两个第三圆形开孔，它们在板片上的位置与第二种板片没有区别。
在该实施例中，上述第二直径与第三直径相同。
当板片用于蒸发器时，需要一个专门设计的进口，以保证制冷剂向所有制冷剂板间的均匀分配。针对该目的的不同类型的分配装置显示在图3-5中。具有分配器的板片通常这样布置，即在立式板片时，使分配装置在板芯的下部，当然也有其它的方式。
在具有图3、图4所示板片的板芯中，参见板片正面的标号，对角流动的一种制冷剂流入开孔/流道17，通过凹槽9流进由两相邻板片的第一分配区8限定的空间，然后流进开孔/流道18，再通过凹槽10流进垂直板的板间隙中。同理，第二制冷剂流入开孔/流道20，通过类似的凹槽9流进由两相邻板片的第一分配区8限定的空间，然后流进开孔/流道21，再通过类似的凹槽10流进板间隙中。在一个板中只有一个凹槽10是打开的。第一制冷剂通过开孔/流道19离开热交换器，另一制冷剂通过开孔/流道22离开热交换器。
图3、图4所示的板型也有4种应用形式31-34。第一种板片具有两个大致呈圆形的第一开孔19、22，它们沿孔的同一侧边相对布置，孔19具有第四直径，并由在第二平面上的一个密封区包围，孔22具有第五直径，由在第一平面上的内密封区以及在第二平面上的位于内密封区外侧的外密封区环绕。第五直径小于第四直径。
另外，第二板型的第一种板片还具有4个大致呈圆形的第二开孔17、18、20、21，它们沿同一侧边成对相对布置。两个开孔17、20相对布置，具有第六直径，由在第二平面上的第一密封区39和在第一平面上的位于第一密封区外侧的第二密封区8以及在第二平面上的位于第二密封区外侧的第三密封区30包围。其余两个相对布置的孔18、21具有第7直径，由在第一平面上的第一密封区8和在第二平面上的位于第一密封区外侧的第二密封区30包围。
密封区具有专门的设计，使得每个环绕第六直径开孔17、20的第二密封区8与在该板片上环绕距离最近的第七直径开孔18、21的第二密封区8成一体，在图3所示板片背面的这两个密封区8，一道产生换热流体的分配区8。每个环绕第六直径开孔的第三密封区30也与在该板片上环绕距离最近的第七直径开孔的第三密封区30设计成一体。
每个环绕第六直径开孔17、20的第一密封区39具有一个径向沟槽9，它使换热流体能从开孔/流道17、20流至分配区8。每个环绕第七直径开孔18、21的第一密封区8也具有一个径向沟槽10，对于在板片上的第七直径的一个开孔18、21而言，使换热流体能从分配区8流至密封区30的背面并从此处流进板片，也就是说，在每个板片上的两个沟槽10的一个是“打开”的，同时另一个是“关闭”的。
在所述的第一种板片上，还有两个正向相对、具有第八直径、大致呈圆形的第三开孔28、29，每一个都由在第一平面上的第一密封区环绕。
第二种板片32与第一种板片31有以下不同。
两个相对布置的大致呈圆形的第一开孔变化了位置。另外所有的密封区都从第一平面变到了第二平面，或从第二平面变到了第一平面。
在板片上成对相对布置的四个第二圆形开孔的所有密封区都从第一平面变到了第二平面或反之。
两个正向相对布置的第三圆形开孔均由在第二平面上的一个密封区所环绕。
波纹取向相反。
第三种板片33与第一种板片31有以下区别。
两个相对布置的大致呈圆形的第一开孔变化了位置。
第四种板片34与第一种板片31有以下区别。
所有密封区都从第一平面变到了第二平面或反之。波纹取向相反。
图5a所示的板组与图3、4的板片相比，分配区8由凹槽26、27连同疏排区25所代替，其中制冷剂通过开孔/流道23进入，通过凹槽26流至开孔/流道24，通过凹槽27分配至合适的板间隙中。只有那些用于分配制冷剂的凹槽27与开孔/流道24相连通，其余的关闭，见图5b的详图B。凹槽27可以在板片的压力下压紧关闭，以后当与换热器相连通时，需要打开。在各板片的开孔/流道24和板间热交换部分之间，也可以有若干平行的凹槽27，例如可具有不同的长度和截面积，以适合不同的制冷剂压力降，只有那些最方便使用的才被认为是打开的。在图5a中只示出板片的一个角，但是应当理解，相对的角具有同样的外观，但镜像是颠倒的，因此与开孔23相对的示作23’，与开孔24相对的示作24’。
图5a所示的第一种形式的板片35与板31相似，具有两个大致呈圆形的第一开孔19、22，它们沿同一边相对布置，其中一个孔19是第四直径，由在第二平面上的密封区环绕。第二开孔22具有第五直径，由在第一平面上的内密封区和在第二平面上的内密封区外侧的外密封区环绕。第五直径小于第四直径。
板片35还具有4个大致呈圆形的第二开孔23、23’、24、24’，它们沿同一边成对相对地布置，两个相对布置的孔23、23’每个都具有第六直径，由在第二平面上的第一密封区40及在第一平面上的位于第一密封区之外的第二密封区25包围。其余两个相对布置的孔24、24’每个具有第七直径，由在第二平面上的第一密封区41以及在第一平面上的位于第一密封区之外的第二密封区25包围。在第二平面上的另一密封区42和在第一平面上的密封区43将密封区25与板片的波纹分隔开，其中密封区43在密封区42和波纹之间延伸。
环绕第六直径开孔的每个第二密封区25与在板片上环绕最靠近的第七直径开孔的第二密封区25形成一体，每一个这样一体形成的密封区25具有两个与开孔相连的大致为径向的凹槽26、27，其中一个凹槽26将第六直径的开孔23与最靠近的第七直径的开孔24相连通，使热交换流体能在开孔23、24之间流过。在板片上的一个具有第七直径的开孔24处的第二凹槽27使流体还能够流过另外的密封区42并流到板片的波纹中。
象板片31一样，这里也有两个垂直相对的大致呈圆形的第三开孔28、29。它们具有第八直径，每一个都由在第一平面上的第一密封区包围。
第二种类型的板片36与第一种板片35有下列不同：
两个相对布置的第一圆形开孔19、22变化了位置。另外，板片上的所有密封区都从第一平面变到了第二平面或反之。波纹取向相反。
第三种类型的板片37与第一种板片35有下列不同：
两个相对布置的第一圆形开孔19、22变化了位置。
第四种类型的板片38与第一种板片35有下列不同：
板片上的所有密封区都从第一平面变到了第二平面或反之。波纹取向相反。
所说的第五直径可与第八直径具有相同的尺寸。所说的第六直径可与第七直径相同。
经过小的改型后，所有的板型均可以使用在流体与板的两个侧边平行流动的板式换热器上。这对图3-5所示的板片尤其适用，因为根据实施例所述的孔的直径适合于平行流动和对角流动。相反，密封区所在的平面必须合适地变化。
每个换热板片，不管是哪一种，都具有类似凸缘状的边沿环绕板片的整个周边，该边沿与板片的主平面具有一定角度，它支承着板芯中相邻板片的对应边沿。在板芯的每个支承表面上，例如刚刚提到的凸缘边，可以是例如钎焊的流体密封连接。
板片通常采用薄钢板，也可以采用钛或陶瓷材料等。
由于一方面利用了对角流动和/或若干热调节流体的进口流道的原理，另一方面使用了三种流体，因此使本发明以较好的方式将高效传热和板式换热器的弹性的部分负荷调节相结合。在所有板间的被调节流体与两种调节流体接触。通过切断一种热调节流体的供应使在各板间是没有切断的一种热调节流体和被调节流体相接触，可以使换热器的效能下降。这种剩余的效能之所以能被利用是由以下事实来保证的：即没有被切断的热调节流体对角流过板片，因此能够有效地铺满整个板片宽度(对于较宽的传热板来说这是非常重要的)，和/或通过强迫流进若干进口流道使不受影响的流体均匀分布在整个板间。
可以想象没有较厚端板5的板式换热器。通过在两端压制换热板而制成板芯，其中在板芯一端上的板可以完全没有孔洞。
为了简化板片的制造，对于图2所示的板片类型，可以将板片只压制成两种类型，其中在角上的四个孔13、14、15、16被制成相同的直径，那些在换热器制成时应该钻成较大的孔以后再切割或钻孔，并仅在一定的范围内，例如在环绕孔的密封区内。
另外还可以简单的方式将本发明的板片用在仅有两种介质的板式换热器中，一种方法是只使用图2中的第一和第二种板片。也可以将一种制冷剂通道的进口全关闭，同时将两个出口通道合并。
本发明并不限于所示的实施例，可根据权利要求进行改变。