具有整体热交换器的沉入式蒸发器 【技术领域】
本发明涉及用一个壳体包容的并至少包括一个沉入板式热交换器的一种沉入式热蒸发器，这种沉入板式热交换器设有用于二次致冷剂的至少一个进口接头和至少一个出口接头，这种板式热交换器配置在壳体底部，主致冷剂可绕板式热交换器流动，二次致冷剂可流过板式热交换器，壳体上部作为一个液体分离器。
背景技术
使用一种沉入式蒸发器是在两种分离介质之间进行热传递的一种已知方法。常用方法之一是在圆柱壳体内结合一种圆柱板式热交换器。壳体上部安装一个液体分离器，其尺寸与包容这个板式热交换器的壳体相同。这种解决方法的一个缺点是在高度上占有相当大的空间，同时，由于装置的这种高度，存在一个很大的静压抑止蒸发，特别是在低温，因而降低了效率。在蒸发器和分隔的液体分离器之间产生一个压力损失，也降低容量。
EP 0758073说明了用于冷却一种冷转换介质特别是水/盐水混合物的致冷剂闭合流路中的一种致冷装置，在这种致冷剂流路中，一个压缩机从蒸气鼓中吸取气态致冷剂，通过压缩以高压把它输送到一个冷凝器，压力膨胀后，这种液体致冷剂从这里通过蒸气鼓地液态空间输送到一个蒸发器，在这里从冷转换介质吸热，结果导致致冷剂蒸发，气态致冷剂从这里再次输送到蒸气鼓的蒸气空间，这种蒸发器的热交换器表面设计为可使介质相互横流和对流的一种板式热交换器，并安排在蒸气鼓的液体空间，这种板式热交换器的热交换器表面沉入设计为一种耐压机架的蒸气鼓中，按这种方式，在一侧安排有进口接头件和排出接头件，用于使冷转换介质水平流过板式热交换器的偏转室安排在蒸气鼓壳体外的另一侧，在板式热交换器两个侧壁和与之平行的蒸气鼓壳体壁之间构成限定性下降管道，用于使致冷剂由重力作用导致的自然循环而流通。
在这种解决方法中，热交换器安置在蒸气鼓外面。热交换器的不同零件承受不同的压力，蒸气鼓外的零件受大气压，鼓内零件受到鼓内蒸气的压力。随所用冷却介质的不同，其压差可能很高。这种热交换器是盒形结构，环绕盒周，特别是盒下及沿两侧留有大量未用空间，这种空间导致大容积的未用冷却介质。如果出现高的压差，盒形热交换器的强度是不足的。在一个实施例中，通过在接近鼓底部安置出口填料容积以降低这种无用容积。因为这种直立式蒸气鼓，环绕热交换器的静压相当高。由于蒸气形成的蒸气泡有较小的尺寸，这种静压减少蒸气。
US 4437322说明了用于致冷系统的一种热交换器装置。这种装置是一种单容器结构，具有一个蒸发器、冷凝器和快速过冷器。壳体内的一块板把蒸发器与冷凝器、快速过冷器分开，容器内的一个隔板把冷凝器与快速过冷器分开。这种热交换器装置有一个圆柱壳体，壳体上配有许多与其纵轴平行的管子。
通过把这些管配置在壳内，使热交换器中没有压差，但是，热交换器有一个由纵向管形成的降低表面。这种热交换器只有一个有限的空间，少量液体致冷剂可吸出容器。
US 4073340也说明了一种热交换器装置。这种板型热交换器具有一组相当薄的且相互有间隔的热转换板。热交换器的这些板被安排确定为几组多路对流流体通道，用于两种分离的相互交替的流体介质。一组通道连接中心基体对面的反向歧管入口。另一组通道穿过对流结构歧管后面的排气管，并与包容壳体的进口和出口部分连接。两个对置板的一种装置建立了一种流体介质流通入口和各板之间的流体通道的整体歧管。连接一个第三板进一步限定了在壳体进出口部分之间流动的第二种流体介质的一个通道。各个流体通道可以设置阻流元件，如挡板，以改进相邻对流流体之间的热转换效率。在每套排列的接口中，在套装结构中构成大小交替的接头，以便相邻板形成的接口连接板与板之间的内部空间。这类结构可使闭合的交替流体通道的排列的孔口连接到热交换器板之间的外侧。在制造一个中心基体时，零件成形并清洗，钎接合金沿其连接表面沉积。然后零件在原有成套结构中摆放堆积，并在可控气氛炉中钎接。由于所述的成套结构是密封的，钎接易于进行。
这种热交换器设计用于空气与气体热交换。如果这些板用于蒸发器内部，板的形状将导致含有大容积未用致冷剂的壳体。
WO 97/45689的发明涉及具有一组板的一种热交换器，包括交替排列成行的第一板和第二板，其间构成第一通道和第二通道，这些通道通过第一和第二连接区连接到第一和第二接头开口。第一接头开口、第一连接区、第一通道与第二接头开口、第二连接区、第二通道完全分离。每个第一和第二板在其两个侧面上都有一组与每个板平行排列的基本直立的主通道。第一通道和第二通道由相互构成一个第一角的第一、第二主通道和第三、第四主通道组成，这几个主通道以开口通向连接面的半通道形式在一个第一连接面和一个第二连接面的两侧形成。第四主通道和第二主通道在第一板和第二板的一侧形成，第一主通道和第三主通道在其另一侧形成。这些板是金属薄板，其两侧的主通道呈叠珠焊缝形式，在金属板的一侧设有沟槽，在另一侧设有毛边状凸起。在金属板的一侧，沿周向设有一个接触面，在另一面，设有两个接触区，每个接触区接通一个通道开口，因此，在每一种情况把金属相同侧或面连接在一起，其接触面和接触区总是相互交替邻接，并且紧密连接，特别是在焊接或钎焊在一起的情况，这样，以一种防泄漏的方式分开第一和第二通道。
已努力按另一种已知的方式解决这些问题，把一种或相同壳体中和一个液体分离器结合在一个或相同壳体中。例如，US 6158238所述的一种热交换器，其圆柱壳体直径明显大于内部圆柱板式热交换器的直径，因此，配置在壳体底部的这种板式热交换器可以沉入主致冷剂，而其余空间作为液体分离器功能。这种解决方法，有相当低的静压，因为两者被制造在一起，在蒸发器和液体分离器之间不存在压力降的问题。然而，这种沉入板和壳体热交换器有一个大缺点，即要求极大的主致冷剂填充，在许多情况下是不可接受的，填充的大部分实际上是处于壳体和热交换器之间是无用的空间。因为这种设计要求壳体直径常常是其内部板式热交换器直径的1.5～2倍，因此，与其要求的空间相比，这个系统的效率也不是最佳的。
上述系统另一个极为显著的缺点是：在主致冷剂蒸发向上流动和液态致冷剂返回到壳体底部的途中，发生主致冷剂混合。因此，在壳体底部可能缺少致冷剂，导致效率明显降低。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种具有整体板式热交换器的沉入式蒸发器，与现有技术热交换器相比，可以明显高的容量工作，与现有蒸发器相比，这种热交换器不要求更大的空间，与现有装置相比，只要求相当少的主致冷剂填充容积。
这可以通过所述的具有整体板式热交换器的一种沉入式蒸发器实现，这种板式热交换器与液体分离器成为一个整体，整体板式热交换器外形基本跟随壳体下部形状和主致冷剂液面。
采用这种板式热交换器的一种设计，整个蒸发器尺寸可以最佳化。因此，与现有技术的相同容量的沉入式蒸发器相比，只占有相当小的空间。主要原因在于较好地利用了内部容积。与传统的相同容量的蒸发器相比，本类型一种沉入式蒸发器的静压最低，蒸发器与液体分离器之间的压力损失最低，当然填充量相当小。这种整体热交换器的形状仿照壳体内部形状制造。一般地说，采用传统的在端部焊接或螺接的圆柱形壳体，在其内部装配一种部分圆柱形(例如半圆柱形)的板式热交换器，热交换器外径比壳体内径小5～15mm。利用这种设计，实现了一种明显降低主致冷剂填充量的沉入式蒸发器。为了达到沉入式蒸发器的最大效应，如所指出的那样，它被沉入，并具有本发明的沉入式蒸发器，因为只有最小的无用容积，所以只要求有限的容积，即在热交换器和壳体侧面之间的不大的无用区由主致冷剂填充。
在本发明一个实施例中，具有整体板式热交换器的沉入式蒸发器的设计使板式热交换器的侧面闭合，以使板式热交换器板与板之间的主致冷剂流入或流出，因此，在板式热交换器底部，至少设置一个开口，主致冷剂通过该开口在板式热交换器的板间流动。采用这种闭合侧面的一个优点是，蒸发致冷剂所携带的液体可以被输送返回到板式热交换器底部，在其返回途中没有与蒸发的致冷剂和未蒸发的致冷剂液体混合。
在本发明一个最佳实施例中，在板式热交换器和壳体间隙中，设置一些从临近板式热交换器顶部伸出向下对着壳体底部的纵向导向板，纵向导向板向下伸出一定范围，使板式热交换器底部与导向板脱开，使主致冷剂可以在板式热交换器的板间流动。这种设计也可实现向下流动的液体不与向上流动的液体混合，因此，具有整体式热交换器的沉入式蒸发器的效率明显提高。
在本发明另一个实施例中，沉入式蒸发器的一种板式热交换器由具有导引槽花样凸起的板制造，这种导引槽在板的上边指向壳体内周边，与水平成0-90°的角，最好成20-80°的角。这种导引槽可以更快更好地使未蒸发的致冷剂返回，因为这种致冷剂被导引到壳体内周边，然后沿壳体侧壁向下流动，返回到板式热交换器底部。在这种方法中，液体分离作用被强化，因为保证了可能被携带的液体仍保留在液体分离器/壳体中。
而且，具有整体热交换器的沉入式蒸发器可以包括一个设计为板式热交换器的一个冷凝器，它安装在壳体“干”的部分，并由一块板使之与蒸发器部分分离。因此，实现了蒸发的致冷剂或其一部分进行冷凝的可能性。
具有整体板式热交换器的一种沉入式蒸发器可以包括一个去雾器(液滴收集器)，安装在壳体中最靠近蒸发致冷剂出口的接头处。使用这样一种去雾器，在蒸气遗留在蒸发器之前可以除去未蒸发的致冷剂中不希望的液滴，同时，可能使壳体尺寸最小，而仍具有相同容量。
按照本发明的一种沉入式蒸发器，二次致冷剂可以分别通过在板的上边的一个进口接头和一个出口接头流入和流出板式热交换器。另一方面，二次致冷剂也可以分别通过板底部一个接头和板上边的一个接头流入和流出板式热交换器。另一种方案是：二次致冷剂可以分别通过板底部一个接头和板上边的两个接头流入和流出板式热交换器。采用这些接头可使沉入式蒸发器处于许多不同的工作状态，由于不同的原因，不同的接头安排都可能涉及不同的优点。根据实际工作状态，可以自由选择流动方向。
最后，本发明的一种沉入式蒸发器可以包括一个设置在壳体“干”部的、沿蒸发器纵向伸出的、其长度基本上与板式热交换器长度相当的吸入歧管。由于对气体的均匀吸收，这种歧管对改进液体分离作用有影响，可使壳体尺寸保持在最低水平并尽可能降低。
【附图说明】
下面，参照附图说明本发明，这些附图非限定性地示出本发明沉入式蒸发器的一个最佳实施例。
图1示出现有类型的具有沉入板式热交换器的沉入式蒸发器。
图2示出从端部所见的本发明的具有整体板式热交换器的一个横截面。
图3示出从侧面所见的一种沉入式蒸发器。
图4示出导向板的位置。
图5示出热交换器板上导引槽的可能设计。
图6示出具有整体冷凝器和去雾器的一种沉入式蒸发器。
图7示出用于二次致冷剂的不同的接头的可能性。
图8示出通过热交换器一个部分的截面。
【具体实施方式】
由图1可见现有技术的具有沉入板式热交换器4的沉入式蒸发器2。壳体6的直径比圆柱形板式热交换器4直径大1.5～2倍，这是必要的，因为圆柱形板式热交换器4被主致冷剂液体10所掩盖，同时，要剩余足够的空间起液体分离器功能。作为板式热交换器4和环绕壳体6之间直径差的自然结果，在热交换器侧面8具有一个由主致冷剂10填充的相当大的容积。然而，为了保证在下降到蒸发器底部12的途中的致冷剂10与在板式热交换器板间蒸发生成的致冷剂不至于发生太多的混合，这种大的容积也是必要的。
图2示出本发明的具有整体板式热交换器4的一种沉入式蒸发器14，可见，热交换器4几乎完全填充了壳体6的沉入部分，因此，不要求如现有技术那样用大量的主致冷剂10进行填充。横截面图示出了热交换器4具有一种半圆柱形横截面，当然，它可设有任何可能的一部分圆柱形横截面，或者设有最适合壳体6实际形状的其它的形状。如图4所示，板式热交换器4一般可设置一个切边或一个平底16。
图3是示出与图2同一装置14纵向截面的一个侧视图。可见配置在壳体6内的液体分离器“干”部20的一根吸入歧管18。这个歧管18可以最佳利用蒸发致冷剂10，因而提高了效率。在壳体6的端部，可见二次致冷剂26分别导入和流出整体板式热交换器4的连接接头的输入端24。其流动方向视不同状态自由选择。
如前所述，整体板式热交换器4可以在热交换器4侧面和壳体6侧面之间配置导向板28。图4为安置导向板28的一个例子。而且，壳体6可由固定在端板22之间的一根或几根水平撑杆30加强。保证致冷剂10在返回壳体6底部12的途中不与蒸发生成的致冷剂10混合的另一种方法是沿板式热交换器侧面8焊接一些单块板34。或者这种单块板可设计为使它们在安装状态紧密保持在一起，因此可得到同样的效应。这种解决方法保证致冷剂10可在热交换器4与壳体6之间的一个通道32中自由流向壳体6的底部12。当然，在板式热交换器底部12，在单块板34之间有自由出入的通路，因此，主致冷剂10可以在单块板34之间流动，并产生蒸发。
由图5可见，用于制造板式热交换器4的单块板34通常有称为导引槽36的花样凸块，其目的是保证最佳热转换，并使各种致冷剂10更好地导入热交换器4。在热交换器的板34的上边缘，这些导引槽36通常都是以0-90°的角度指向壳体6。在图5中，相对于水平方向而言，这个角大约是60°。显然，这个角度根据该系统的其余部分的设计的不同是可以变化的。由图可见，这些导引槽36的开口方向不需要任何接头，在单块板34的剩余区域都设计有导引槽36。
由图6可见具有整体板式热交换器4的沉入式蒸发器14的一种改型。在这种改型中，安装了一个冷凝器38，冷凝器38原则上设计为沉入壳体6底部12的一种板式热交换器4，但安装在壳体6的“干”部20，并且被一块板与蒸发器部分分开。或者，这块板可以由冷凝器中的焊接板盒构成。而且图6所示的蒸发器配备一个安装在壳体6内的蒸发致冷剂10出口42下面的去雾器40。
图7示出二次致冷剂26的管接头24的三种不同可能性。图7.1示出在板式热交换器4右侧的进口24.1和左侧的出口24.2，图7.2示出在板式热交换器4底部12的进口24.1和在中部上面44的出口24.2。图7.3示出与图7.2那样在底部12的进口24.1，但在热交热器4上部边缘44的角部有两个出口24.2。图示的几种接头仅作为例子举出，不应看成以任何方式限制接头结构的选择。二次致冷剂可能是单相的，但也可能是冷凝气体。
图8示出通过壳体6环绕的一种沉入式蒸发器一部分的截面。在蒸发器内示出热交换器的板34，在板间示出包含主致冷剂10的容积和包含二次致冷剂26的容积。在壳体和热交换器之间形成主致冷剂流通导管32。
从二次致冷剂26到主致冷剂10发生热转换，因此主致冷剂10被加热到介质沸点以上的一个温度。因此随着主致冷剂10中蒸汽泡的发展而发生沸腾。这些蒸汽泡在热交换器的板34之间形成的导管中企图向上。同时上升汽泡导致液体上流，提高了蒸发器的效率。同时，这种向上流动导致导管32中的向下流动，在这里主致冷剂10主要以液体形式向下流动。因此保证了环绕和通过蒸发器导管的充足流动。