CN101006311B - 用于冷却液体的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热交换器，其具有至少一个流体入口和流体出口，以允许制冷剂在其中循环。每个热交换器包括多个薄板物区段，这些薄板物区段布置于一对薄的平面外板之间。每个薄板物区段由平行的流动路径构成，从而允许制冷剂流过入口，随后从一个区段流到下一个区段，最后从出口流出。平行流动路径区段的布置允许制冷剂与所述外板的大部分内壁接触，从而允许进行最大限度的热交换。在用于冷却液体时，热交换器布置于框架内，并且与待冷却的液体接触。当所述热交换器用于充分冷却液体来制造冰晶时，旋转刮削装置对热交换器的表面进行清扫，从而去除任何已形成的冰晶。

Description

用于冷却液体的热交换器

技术领域

本发明涉及用于冷却液体的热交换器。

背景技术

制冰机和冷却器已为我们所熟知。这类机器被应用于多种行业，包括食品加工、塑料、渔业以及普通冷冻应用。冷却器通常将液体冷却至其冰点之上，而制冰机通常将水或溶液冷却至其冰点之下。制冰机和冷却器要使用热交换器，所述热交换器通常是使用在其内部通道中流动的制冷剂来制冷。将水或其它任何待冷却的液体引导至热交换器的表面上。如果所述液体被冻结，将会用各种方法把冰从所述热交换器的表面上去除，包括使用刮削装置，或临时加热所述表面来去掉冰。冰浆与冰屑的不同之处在于，冰浆是水和盐或其它一些物质冻成的，这是为了改变冰点。所产生的浆状物具有泥浆的稠度并且可以进行抽吸，这使其更适合于最终产物必须移走的很多应用场合。而且其能量储存和传递特性也要优于其它类型的冰。

属于Lyon的美国专利No.5,157,939和No.5,363,659以及属于Gall的美国专利No.5,632,159和No.5,918,477公开了圆盘形状的热交换器，其具有供制冷剂在圆盘内流动的内部通道。圆盘与一个固定的刮削装置接触地旋转，所述刮削装置用于去除形成于所述圆盘表面上的冰。在Lyon的专利中，所述圆盘由两个配合的圆盘半部构成，其中每个半部包括位于其内表面上的多个凹槽。所述两个半部中的凹槽的图案成镜面对称，这样，当这两个半部配合并焊接在一起时，对应的凹槽相配合以形成通道。制造这种热交换器需要化学蚀刻所述圆盘的每个半部，这使得成本较高。

属于Gall的两个发明公开了一种热交换器，其通过用铣床将液体通道切成厚金属板而形成。在通道被切开之后，将薄平板与铣过的板接合成所述圆盘。虽然铣削板不像化学蚀刻那样昂贵，且在此工艺中只加工一张板，而不是两张，但这仍是一个耗时而昂贵的工艺。在现有技术的平圆盘式热交换器中，制冷剂与热交换器表面的很大一部分不接触。其原因是，这需要在通道之间有足够的材料来提供足够大的焊接用表面面积以承受压力。

现有技术所公开的热交换器中的制冷剂通过单个入口引入热交换器，并通过单个出口排出。所述制冷剂受到压缩机驱动而通过内部通道。制冷剂有一个最佳的流速范围：如果流速太小，热交换效率降低，没有足够的速度把从压缩机上获得的油带回压缩机的油箱中。如果流速太大，压缩机会浪费能量。

单个入口和单个出口促使所有的制冷剂都通过较小的横截面积流动。对于固定流量的制冷剂，较小的流动横截面积对应较大的流速。这样，由于设置有单个入口和出口，通道长度和流速增加，并且所述压缩机(在制冰机系统中移动制冷剂)的运转能力得到显著提高。在现有技术的热交换器中，降低所述制冷剂的流速的唯一方法是增加横截面积，但这会增加制造成本。

因此，有利的是，使制冰机具有压降较低的热交换器，并且其制冷剂的流速可降至最佳范围。

更加有利的是，使应用于冷却器或制冰机的热交换器可以成本节省的方式制造。

更加有利的是，使热交换器提高热传递性能，其中制冷剂通道允许制冷剂更高程度地热接触圆盘表面的大部分。

更加有利的是，使平板热交换器的外壁薄以提供较高的热传递性能，而且还能承受制冷剂的高压。

另外一个需要是提供一种具有平板热交换器的制冰机，该热交换器可以用单个驱动电动机同时刮削几个热交换表面，并且对于每个附加的表面几乎不需要附加的电力。

另外还需要提供一种用于制冰机的刮削装置，其简单耐用，易于保养，而且几乎不需要清洁保养。

发明内容

另一方面，本发明涉及一种热交换装置，该热交换装置包括至少一个流体入口、至少一个流体出口、第一外板和第二外板、以及内层。所述内层密封地夹于所述第一外板和所述第二外板之间。所述内层至少部分地限定至少一组流动通道。每个流动通道由所述外板之一的内表面和所述内层部分地限定。所述至少一组流动通道构成至少一个在所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口之间的流动路径。

另一方面，本发明涉及一种热交换装置，该热交换装置包括至少一个流体入口、至少一个流体出口、第一外板和第二外板、以及内层。所述内层密封地夹于所述第一外板和所述第二外板之间。所述内层至少部分地限定至少一个在所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口之间的流动路径。可选择地，所述内层可以包括多个区段，每个区段限定一个或多个流动路径段。所述区段以拼图型构造配合在一起，以构成所述内层的流动部分。

一方面，本发明的实施例包括带有热交换装置的冷却器或制冰机。所述热交换装置包括：大体上相同外形的平面顶板和底板；至少一个流体入口和至少一个流体出口，其均位于所述板的边缘上或者附近的位置；以及多个拼图型布置的区段，其在所述顶板和所述底板之间。每个区段包括具有平行流动通道的薄片物。所述区段的拼图型布置允许流体连续地从所述入口流入，经过不同的所述区段并且从所述出口流出。该实施例的另一特征在于，所述区段这样构造，即，使所述顶板和所述底板的大部分内表面与所述区段中流动的流体接触。在本发明的一个实施例中，所述平行流动通道构成的区段为波纹形物体，并且所述拼图型布置在所述板中为对称的。另外，每个入口和出口都具有这样的尺寸，使得流体流过大量的流动通道。在有利的实施例中，有两个入口和两个出口，其中每个入口和出口都沿着所述顶板或底板的边缘均匀地间隔开。在上述的实施例中，所述顶板和所述底板各自包括内环和外环部分，其中所述内环和所述外环部分延伸超出所述流动通道构成的区段。所述流体通过所述区段的流动路径优选地包括：流体经过所述入口流入，并且流向所述内环，随后绕内环向所述出口流动，随后以先流向所述入口然后流向所述出口的方式往复流动，沿着逐渐靠近所述外环的路径，最后流体流出所述出口。

本发明的另一个特征是用于从两个板之间刮削物体的刮削装置，其包括：垂直穿过所述板中心的轴；中空承载器，其设置于所述板之间，并且具有足够到达所述板边缘的长度；多个刮刀，其沿着所述中空承载器的长度设置；内承载器，带有将其固定于所述轴的固定装置，并且设置为使所述内承载器滑动接合于所述中空承载器中；使所述轴旋转的装置；以及连接所述内承载器和所述中空承载器的可拆卸的连接装置。在一个实施例中，所述固定装置是焊接于所述内承载器并且固定于所述轴的板。同样，所述可拆卸的连接装置也可以是可拆卸而使所述中空承载器可以滑出的螺栓。所述刮削装置的外形优选是这样的，即，所述刮削装置是可颠倒(翻转)的，这样，当与热交换表面接触的边缘(棱边)磨损时，可以使用相对的棱边，从而延长所述刮削装置的使用寿命。

另一方面，本发明为制冰装置，其包括：框架；多个平板热交换器，其平行地排列于所述框架之中；连续向所述热交换器提供溶液的装置；以及刮削装置，其用于去除形成于所述热交换器表面上的冰晶。在一个实施例中，绝热板固定于所述框架上以形成大体上密封的隔室。

另一方面，本发明涉及一种用于建立从入口经过热交换装置到出口的总体连续的流动路径的方法，所述路径占据所述入口与所述出口之间的基本全部表面积，所述方法包括如下步骤：提供多个区段，其中每个区段由平行的流动通道组构成；将每个区段以一个或多个角度切成平行流动通道的选定群组；将每个区段的边缘与其它一个或多个区段邻接，从而改变所述流动路径的方向；以及将所述区段以拼图型构造组装。每个区段可以包括任意给定点处的所有相连的平行通道，因此区段可以包括彼此方向相反的平行流动路径。

根据以下的详细说明和附图可以清楚理解本发明的其它方面和优点。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的热交换器的透明前视图。

图1a为图1所示热交换器的透明视图，其中为了清晰起见去除了各个流动通道，以示出制冷剂在热交换器中的流动路径。

图2为根据本发明另一个实施例的制冰机的部分以虚线表示的前视图，其包括图1所示的热交换器。

图3为沿图2中线3-3截取的横截面图。

图4为用于对板的一个表面进行刮削的刮削装置的侧视图

图5为连接刮削装置与轴的基板的端视图。

图6a为图4所示刮削装置的顶板的顶视图，其中带有与该顶板相连的刮刀。

图6b为图6a所示顶板的顶视图，其中不带刮刀。

图6c为刮刀的中间板的顶视图。

图6d为刮刀的底板的顶视图。

图7为连接刮刀与板的枢轴的侧视图。

图8为用于两个板之间的刮削装置的侧视图。

图9a为图7所示刮削装置的板的顶视图，其中带有一对与该板相连的刮刀。

图9b为图9a所示板的顶视图，其中不带刮刀。

图10为用于图8所示刮削装置的喷管的侧视图。

图11为板之间的可选拼图型布置的多个区段的顶视图。

图11a为图11所示热交换器的透明视图，其中为了清晰起见去除了各个流动通道，以示出制冷剂在热交换器中的流动路径。

图12a为图1所示热交换器的一部分的放大截面侧视图。

图12b为图12a所示热交换器一部分的一种可选构造的放大截面侧视图。

图13为板之间的另一种可选拼图型布置的多个区段的顶视图。

图14为当装置只有一个入口和一个出口时的拼图型布置的多个区段的顶视图。

图14a为图14所示热交换器的透明视图，其中为了清晰起见去除了各个流动通道，以示出制冷剂在热交换器中的流动路径。

图15为当装置只有一个入口和一个出口时的另一种拼图型布置的顶视图。

图16为制冰机的一种可选实施例的前视图，其中热交换器的是水平放置的。

图17为水平式实施例的收集盘和清扫装置的顶视图。

图18为用于水平板的刮削装置的顶视图。

图19为同时刮两个水平板的一对刮刀的侧视图。

图20为用于刮水平板的单刮削元件的侧视图。

图21为与水平板接触的刮削元件的顶视图。

图22为根据本发明另一个实施例的制冰机的部分透明的透视图。

图22a为图22所示外壳的侧视图。

具体实施方式

参照图3，其示出了根据本发明第一实施例的制冰机10。制冰机10包括：支撑框架14内的多个平板热交换器12、刮削系统15以及液体供应系统17。参照图12a，每个热交换器都由下列几部分构成：第一外板42，第二外板44，以及内层45，其位于第一外板42和第二外板44之间。内层45包括多个壁部分47，其中每一个壁部分都有两个纵向边缘49。沿着一个或两个纵向边缘49，接脚部分(footportion)51可以与壁部分47一体连接。一个或两个接脚部分51将壁部分47连接于外板42和44中的一者或两者。当连接于外板42和44时，壁部分47分隔并限定流动通道53，流动通道53用于输送通过热交换器12的制冷剂。通道53布置成在一个或多个制冷剂入口32和一个或多个制冷剂出口34之间提供制冷剂的流动路径。在图1所示的示例性实施例中，热交换器12显示为具有两个入口32和两个出口34。但是，热交换器12也可以可选地具有更少或更多的入口32和出口34。

可以理解，流动路径包括外板和内层(其从流体入口引向相应的流体出口)相夹形成的所有通道。相反，术语流动路径  “段”用来定义流动路径在入口和出口之间的部分。可以理解，只有在流动路径的整个长度上(穿过所有组成流动路径段的内层部分)以平行布置排列的一组相邻通道属于同一段。

参照图12a。通过使用接脚部分51将壁部分47连接于外板42和44，可以得到很多优点。一个优点是可以使壁部分47相对较薄，这样在外板42和44之间可以放置相对较多的壁部分47和关联的接脚部分51。这样转而在第一外板42和第二外板44之间提供相对较多的结构部件。这样转而将热交换器12构造成当制冷剂在压力下经过通道53循环时阻止热交换器变形。

热交换器12预计可承受压力为大约30磅/平方英寸(表压)(207千帕)至大约300磅/平方英寸(表压)(2070千帕)之间，因此可以构造成承压至少高达大约300磅/平方英寸(表压)(2070千帕)。然而，在一些地区，热交换器12需要承受的压力要高于使用中的预计最大内压力。例如，热交换器12可以构造为承压达到大约450磅/平方英寸(表压)(3100千帕)，以满足一些地区的局部规定。

通过使用相对较薄的壁部分47，与壁部分47接触的板42和44的总体表面积相对较小。这就允许板42和44与通道53之间有相对更大的接触表面积，这有助于板42和44保持在选定的温度。壁部分47的厚度以Tw表示。例如，厚度Tw可以是大约0.008英寸(0.2毫米)。在限定通道的一对相邻的壁部分47之间的通道宽度以Wc表示，该通道宽度可以是大约3/16英寸(4.8毫米)。可以理解，通道宽度Wc并非必须是一致的，并且术语“通道宽度”指的是通道53中与外板42和44的流体接触的部分。

壁部分厚度Tw与通道宽度Wc的比值可以小于大约1∶8，更优选地在大约1∶18到大约1∶25之间，更优选地小于大约1∶20，并且可以在大约1∶20到大约1∶25之间，例如为大约1∶22.5。

通过在第一外板42和第二外板44之间使用相对较多的结构部件(也就是壁部分47)，第一外板42和第二外板44的厚度可以相对较小。第一外板42和第二外板44的厚度分别以Tp1和Tp2表示。厚度Tp1和Tp2可以分别为大约0.120英寸(3毫米)或更小。

与壁部分47相连的接脚部分51具有厚度Tf，该厚度可以与壁部分47的厚度Tw相同。接脚部分51优选地相对较薄，这样它对外板42和44的外表面上所沉积物质的冷却作用的干扰会相对较小。接脚部分51允许在相对较大的表面积上连接壁部分47与第一外板42和第二外板44，从而提供了相对牢固和密封的连接，同时允许壁部分47可以相对较薄。

壁部分47和接脚部分51可以一体地形成于波纹片材区段40上。多个这样的区段40可以配合在一起，使得通道53沿着入口32和出口34之间的一组选定的平行流动路径引导制冷剂。流动路径大体上制成曲折的，以便增加流过热交换器12的制冷剂的每单位体积所发生的传热量。术语“曲折的”用来指这样的流动路径段，其中方向以V字形式逐渐地(使用区段边界处的多个90至180度的界面)或突然地(使用至少一个锐角的区段界面)部分地反转至少一次，而且经常是以波浪形式反转多次。例如，如图13所示，区段界面处V字形式的通道可以在单个流动路径段中重复多次。

用多个波纹片材的配合区段40制作的内层45为流动路径提供了选定的路线，提供了相对较薄的壁结构(就壁部分47以及外板42和44而言)，并且还提供了一种相对成本节省的方法将这些有利特征结合在热交换器12中。区段40以拼图型的构造配合在一起，但是它们在平面图中的外形决不限于传统的拼图件外形。

术语“波纹”广泛地用于定义波浪形弯曲部，这些弯曲部用于限定流体流过热交换器时所经过的通道的高度和宽度。由这些弯曲部形成的外形对于限定通道(包括相对于外板42和44至少部分共面的表面)尺度的范围是重要的。这个共面表面(在这里指的是通道壁的接脚部分51)具有与有效接触面有关的宽度Wf，当波纹片材层例如通过铜焊方式密封地接合于外板时，该有效接触面要足以与外板42和44形成连接部。在弯曲部为90度时接触面积达到最大，但是可以认识到，尽管接触面会稍微小些，部分曲线形的弯曲部仍然可以有利地应用。可以认识到，接脚部分51越小，制冷剂与外板42和44之间直接接触的表面积就会越大(见图12b)。这样，可以选择波纹形的构造来实现如下两者之间的选定的平衡，所述两者即，密封表面面积的量以及所期望的流体和外板之间的直接接触量。

图1提供了区段40的一种选定构造。图11、13、14和15示出了区段40的其它构造，该构造在一个或多个入口32和一个或多个出口34之间提供不同的流动路径。更具体地，图1、11和13示出了在两个入口32和两个出口34之间有一组流动路径的热交换器12。图14和15示出了在一个入口32和一个出口34之间有一组流动路径的热交换器12。

每个区段40可以关于一个或多个相邻的区段40以非零的角度切割，这样当这些区段沿它们的外边缘相互配合在一起时，由这些波纹形成的通道53的方向从一个区段40到另一个区段40就会变化。第二个区段40又邻接于另一个区段40，以再次改变流动方向，以此类推，从而建立从入口32到出口34的总体流动路径。每个区段40可以包括任意给定点处的所有相连的平行通道，或者区段40可以包括彼此方向相反的平行流动路径。

内层45可以包括外环48，该外环将第一板42和第二板44沿其外边缘密封地连接在一起，以防止制冷剂从热交换器12的外边缘泄漏。带孔安装片50可以围绕外环48设置，用来将热交换器12安装在支撑框架14上。安装于支撑框架14上的连接杆100(见图3)可以插进带孔安装片50中。可以在相邻的一对热交换器12之间以及热交换器12和支撑框架14之间的连接杆100上设置垫圈22，从而将一个或多个热交换器12固定在选定位置中。外环48可以在内层45(也就是区段40)的通道部分的周围以及入口32和出口34的周围延伸。

术语“密封地”用来指三层夹层结构(也就是两个外层42和44以及内层45)的特性，其可以避免热交换介质(例如，制冷剂)在高压下，例如在大约50磅/平方英寸(表压)(340千帕)到大约300磅/平方英寸(表压)(2070千帕)之间的压力下，从三层夹层结构中泄漏。特别是当介质为制冷剂时，以这样的密封方式连接各层是重要的，这样就不用担心制冷剂从热交换器12中泄漏而对环境造成影响。

热交换器12可以具有穿透其自身的轴贯穿孔55，该孔允许作为刮削系统15的一部分的驱动轴16穿过，用于与热交换器12两侧的刮刀26连接。可以设想，对于一些实施例，例如当热交换器用作冷却器时，热交换器12就不需要这个轴贯穿孔55。

内层45包括内环46，该内环在轴贯穿孔55周围沿第一板42和第二板44这两者的内边缘而将该两者密封地连接在一起，以防止制冷剂从热交换器12的内边缘泄漏。

热交换器的每个部件(包括第一板42和第二板44、内环46和外环48以及区段40)可以由适当的材料(如金属材料)制成。

外环48、内环46以及接脚部分51与外板42和44之间的连接可以通过任何适当的方法诸如铜焊等实现。

一个通过拼图型布置的区段40的示例性流动路径可以参照图1和图1a描述如下：制冷剂通过以32a表示的入口流入热交换器12，并且沿着区段40a流向内环46。流过区段40a后，一部分制冷剂从区段40a中通道53的末端被引入区段40b，从而改变方向并沿内环46流动。制冷剂从区段40b流入区段40c，然后继续流入区段40d，在区段40d中流体改变方向，并暂时背离内环46流动。制冷剂沿着一组通道从区段40d流回区段40c，该组通道与从区段40c流入区段40d时的流动通道不同。制冷剂从区段40c流回区段40b，再流回区段40a。从流动箭头52可以看出，制冷剂继续通过区段40流动，直到到达以34a表示的出口。在入口32a和出口34a之间所示的流动路径经过图1所示热交换器12的四分之一部分。值得注意的是，一部分流入热交换器12的制冷剂也会在热交换器12的另一个四分之一部分中流到以34b表示的出口。制冷剂也是以同样的方式流过以32b表示的入口，流到各个出口34a和34b。

值得注意的是，至少在一些区段40诸如区段40b中，制冷剂以某一方向沿着通道53流动，并且以相反方向沿着另一些通道流动。

另外，值得注意的是，至少在一些成对的相邻区段之间的连接部中，例如在区段40d和40c的一部分之间的连接部中，通道53以锐角相交，这样制冷剂在某种程度上进行自身回流。可以通过至少在相邻区段之间设置一些连接部使得通道53以锐角相交来设置曲折的流动路径。

同样值得注意的是，至少在一些成对的相邻区段之间的其它一些连接部中，例如在区段40b和40c之间的连接部中，通道53以钝角相交。这样的连接部可以设置在相继的成对相邻区段40之间，以允许制冷剂流动路径的方向相对平缓地从一个方向变化到另一个方向。例如，图14和14a所示热交换器12所提供的流动路径在相邻的区段对40之间只包括钝角的连接部。在图14和14a所示热交换器12中，总体的流动路径的外形依照热交换器12的基本环状外形，并且没有自身折返。通过至少设置一些连接部使得其中相邻区段40中的通道53以钝角相交，可以降低在总体流动方向改变中产生的压降。

通过设置两个入口32和两个出口34，将每四分之一的制冷剂所流经的总距离限定在热交换器的单个四分之一部分里。这样会比所有制冷剂都流过热交换器所产生的总压降更小，这是因为压降随制冷剂流动的路径长度成比例地变化的缘故。

当增加制冷剂的路径长度时，存在一种在现有技术中众所周知的平衡。一方面，较长的路径长度会增加制冷剂从与之接触的材料移走热量所经历的时间，从而使热传递效率更高。较短的路径降低了移动制冷剂所需的压力，从而使压缩机或驱动制冷剂流动的其它装置运转得更轻松。很多种拼图型布置的区段40可以用于热交换器12。已经发现，图1和图13所示的布置可以优化各种尺寸单元的较短和较长路径长度之间的平衡，同时又完全覆盖板的表面积。

内层45包括：外边界部分，其由外环48构成；流动部分，其可由波纹形金属片材的区段40构成；以及可选的内边界部分，其由可选地设置的内环46构成。流动部分覆盖的面积可以是内层45面积的大约50％到大约95％，这取决于某些因素，例如热交换器12是否具有轴贯穿孔55以及热交换器12的总体尺寸。在一些实施例中，流动部分可以覆盖内层45面积的大约75％到大约90％，并且优选地至少覆盖内层45面积的大约85％，并且更优选地至少覆盖内层45面积的88％。

下面描述刮削系统15。中心轴16穿过可以在大体上平行的位置中竖直排列的热交换器12，中心轴16可以用一对轴承18支撑在支撑框架14的外部。中心轴16由电动机103通过变速箱102驱动。多个螺纹杆100穿过安装于支撑架20的带孔安装片50中的孔101。如图3所示，连接杆100、支撑架20和垫圈22可以将热交换器12保持在竖直位置，并且由螺母24将该热交换器12锁定在适当的位置。

如图4所示的外刮削装置26设置在最外侧热交换器和支撑框架14之间，而如图8所示的内刮削装置28设置于两个热交换器12之间。

制冷剂通过多个连接器30(参见图3)进入制冰机10，然后通过入口32(参见图2)抽入每个热交换器12。在制冷剂流过热交换器12之后，它就会从出口34(参见图2)流出，再经由连接器30(参见图3)返回。淡水、海水或其它任何待冷却的液体通过中心轴16被抽入制冰机10，然后通过喷嘴36喷到热交换器12的表面上。对于刮削最外侧热交换器的刮削装置26，喷嘴36设置于刮削装置26的后部。如果有可能将喷嘴36安放在能同时刮削两个板的刮削装置28上，则优选地将喷嘴36安放在独立的喷管92上。于是刮削装置26、28由中心轴16转动，从而从热交换器12的表面上去除冰水混合物，并使其掉入收集罩38中。在进入收集罩38中之后，冰水混合物就被抽入存储箱(未示出)，在这里将冰分离，并将水抽回制冰机10。多个绝热板60固定于支撑框架上，从而形成绝热隔室。

参照图4-10，图中示出刮削装置的实施例。图4示出外刮削装置26，其包括通过基板56(如图5所示)固定于中心轴16的承载管54。顶板62(参见图6b)焊接于承载管54的顶端，中间板64(参见图6c)沿着承载管54均匀地间隔，底板66(参见图6d)在中心轴16附近焊接于管54的底部。多个刮刀58沿承载管54的长度延伸，由枢轴68(参见图7)固定于各板上，其中枢轴的台肩70将枢轴固定于适当的位置。对于冰浆优选地使用塑料刮刀58，而对于冰屑优选地使用金属刮刀58。

参照图6a和6b，在每个板的槽72中置有第一挡杆74，该第一挡杆具有焊接于其自身和板上的第二挡杆76。橡胶减震垫78置于第一挡杆74与第二挡杆76之间。橡胶减震垫78将刮刀58推离杆74，并且将刮刀角棱80推在平板热交换器12上。刮刀58的外形使得在角棱80磨损时可以简单地将刮刀颠倒并使用第二个角棱，这样就延长了刮刀的寿命。在承载管54的与刮刀58相对的一侧有多个喷嘴36。当水抽入中心轴16时，随着管54与中心轴16一起转动，水在承载管54中流动，并从喷嘴36中喷出。

图8示出用于两个平板热交换器12之间的内刮削装置28。内承载器82焊接于基板56(参见图5)并且固定于中心轴16。附加的中空承载器84滑过内承载器82并将其包围。可拆卸的螺栓86将中空承载器84固定于内承载器82上，并且由此固定于中心轴16上。多个板88焊接于中空承载器84上。两组刮刀58由两个独立的枢轴68(参见图7)固定于板88上。沿着承载器84长度的每一对刮刀58由减震垫78隔开。挡杆90焊接于板88上，并且将减震垫78固定于适当位置。减震垫78将刮刀58相互推开，并且将其推向各自的平板热交换器12。这种设计使得易于维修内刮削装置。不需要拆卸平板热交换器，而只需拆卸螺栓86，中空承载器84即可从热交换器之间滑出。而且，因为承载器84小于热交换器12的半径，这样减小了制冰机上的必要作用面积。

如图10所示，在中心轴16的与内承载器82相对的一侧是喷管92，该喷管焊接于基板56并且固定于中心轴16。沿着喷管92的长度设置有多个喷嘴36。当水流入中心轴16时，水流过喷管92，并且从喷嘴36喷到热交换器12的表面。

图16示出了制冰机的可选实施例，其中各个板是水平放置的。该实施例在高度有限的场合(例如渔船的甲板上)是有优势的。参照图16，在图16中相似的部件具有相似的参考标记，制冰机210包括多个平板热交换器12，这些热交换器置于底部框架208所支撑的顶部框架209中。中心轴16穿过在大体平行的位置中水平排列的热交换器12，中心轴16由一对轴承18支撑在顶部框架209的外部以及收集盘206的下方。

外刮削装置201设置于最外侧的热交换平板与顶部框架209之间，而内刮削装置202设置于两个热交换器12之间。制冷剂从多个连接器进入制冰机210，然后被抽入各热交换器12。淡水、海水或其它任何待冷冻的液体通过中心轴16被抽入制冰机210，然后通过刮削装置201、202中的喷嘴喷到热交换器12的表面上。刮削装置201、202由中心轴16旋转，从而从热交换器12的表面去除冰水混合物。通过使刮削装置202、201朝向外侧而将冰推向外侧。冰在经过热交换器12的最外边缘时落入收集盘206中。图17示出收集盘206的顶视图。在收集盘206中有安装于中心轴16并与中心轴16一起旋转的清扫装置203，该清扫装置203用于清扫落入收集盘206中的冰。该收集盘206具有带孔部分212。当清扫装置203经过带孔部分212时，冰穿过带孔部分212落入箱槽205中。冰随后经由出口204抽出制冰机，进入存储箱(未示出)，在存储箱中将冰分离并且将水抽回制冰机210。倾斜角部207确保当冰落入收集盘206时能够滑入收集盘206中清扫装置203能够达到的部分。

刮削装置201、202在图18中示出，其包括带有多个刮刀220的承载器。每个刮刀220具有用于支持刮削元件221的支架223，该支架包括顶部226、后部224、前部225以及两个侧部222。可压缩减震垫230在刮削元件221上保持向外的压力，使其与热交换器12保持接触。

刮刀220沿承载器隔开，相继的刮刀220间隔大约一个刮刀220的宽度。轴的相对两侧上的刮刀220沿承载器以这样的方式排列，即，任意一个刮刀220走过的圆形路径经过相对一侧上的刮刀。刮削元件22 1具有向外偏转的刮削刃229，用来将冰推向并且最终推出热交换器12的边缘。相继的刮削元件可以采用这样的方式更加向外偏转，即，那些靠近轴的刮削元件布置为更接近与承载器的长度方向平行，那些靠近热交换器12边缘的刮削元件偏转为更接近与承载器的长度方向垂直。不同偏转度的刮削元件并非本设计的根本所在。销227用来将刮削元件连接于支架223，同时紧固于螺纹228中的螺钉使销227保持于适当位置。

对于刮削外侧热交换器12的最外侧的外刮削装置201，刮刀220将焊接在固定于轴的承载器上。置于两个热交换器之间并且同时刮削两个热交换器侧面的内刮削装置202具有焊接于中空承载器的刮刀220，中空承载器可以滑过固定于轴的内承载器82。喷嘴(未示出)从承载器指向热交换器12以便喷射待冷冻的液体。

在图中，内层示为由多个区段构成，这些区段以拼图型式配合在一起。每个区段描述为包括多个壁部分和接脚部分，从而限定多个流动通道，所有的通道连接为一体构成区段的一部分。可选的是，每个壁部分47都是独立的一段，其具有接脚部分51，而接脚部分51沿着一个或两个纵向边缘49一体地连接于壁部分47。换句话说，可选择地，使每个壁部分和与之相连的一个或两个接脚部分51构成独立的一段，该独立的一段独立地与外板连接。

在图中，制冰机包括用于刮削热交换器两面的刮刀。可选的是，一个或多个热交换器只有用于刮削其一面的单个刮刀。

在图中，制冰机示为包括多个热交换器12。可选的是，制冰机包括单个热交换器12。在这种可选形式中，制冰机可以包括在其一个或两个外表面上的外刮刀26，但是，可以理解，其中不包括内刮刀28。

制冰机10描述为通过液体供应系统17经由液体源提供待冷冻的液体，然后由喷嘴36喷出。可选的是，用另一种方法提供待冷冻的液体。例如，参照图22，可以设置限定内腔99的密封外壳97，内腔中放置热交换器12以及刮刀26和28。待冷冻的液体可以经由内腔入口(示示出)引入内腔99，内腔入口可以设置于任何适合的位置，例如外壳97的一个侧壁上。内腔99可以充分地填充待冷冻的液体。这样，热交换器12浸没在待冷冻的液体中。当冰形成于热交换器12上时，刮刀26和28将冰刮掉。冰可以用任何适当的方法收集，例如将其收集于连接在内腔99顶部的合适管道中。

参照图22a，密封外壳97可以大体是圆筒形，并且可以包括一个或两个扁平片材301，该片材优选地由绝热材料弯成圆筒形并且将边缘密封。优选的是用两个绝热的端板302(参见图22)密封内腔99的端面。可选的是，密封外壳可以大体为矩形。

外壳97围绕穿过其中的旋转轴16密封以防止待冷冻的液体泄漏。可以采用任何合适的方法进行密封，例如采用多个密封圈。

制冰机10的可选构造也是可行的。当构成为冷却但不冻结液体的冷却器时，则不需要刮削系统15。可以通过将液体抽入和抽出内腔99而使液体与热交换器12接触。抽吸的速度决定了热交换器12将液体冷却达到的温度。

上面的描述构成了本发明的实施例，应当认识到，可以在不背离所附权利要求书的恰当含义的情况下对本发明进行修改和改变。

Claims (30)

1.一种热交换装置，包括：

至少一个流体入口；

至少一个流体出口；

第一外板和第二外板；以及

位于所述第一外板与所述第二外板之间的一个内层，其中，

所述第一外板和所述第二外板具有内表面和外表面，所述内层至少部分地限定至少一组流动通道，每个流动通道由所述第一外板和所述第二外板之一的内表面和所述内层部分地限定，并且，所述至少一组流动通道限定至少一个在所述至少一个流体入口和所述至少一个流体出口之间的流动路径；所述内层包括外边界部分、波纹形金属片材部分、以及内边界部分，所述波纹形金属片材部分围绕所述内边界部分，所述外边界部分围绕所述波纹形金属片材部分，所述内层密封地夹于所述第一外板和所述第二外板之间，所述内层的波纹形金属片材部分覆盖的面积为所述内层面积的50％到95％之间。

2.如权利要求1所述的装置，其中，

所述内层包括内层壁部分和内层接脚部分，每个接脚部分与所述第一外板和所述第二外板之一接合，并且所述通道由两个相邻内层壁部分、所述两个相邻内层壁部分之间的一个接脚部分以及所述第一外板和所述第二外板中的另一个限定。

3.如权利要求2所述的装置，其中，

所述外边界部分和所述波纹形金属片材部分的高度大体上相同，并且所述波纹形金属片材部分与所述外边界部分齐平地设置。

4.如权利要求3所述的装置，其中，

所述第一外板的厚度在所述第一外板的整个范围内是一致的，所述第二外板的厚度在所述第二外板的整个范围内是一致的。

5.如权利要求3或4所述的装置，其中，

每个通道具有通道宽度，每个内层壁部分具有壁部分厚度，并且所述内层壁部分的壁部分厚度与所述通道宽度的比值小于1∶8。

6.如权利要求5所述的装置，其中，

所述内层壁部分的壁部分厚度与所述通道宽度的比值在1∶8至1∶18之间。

7.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，

所述内层的至少一部分由多个以拼图型布置方式连接的内层区段构成，所述多个内层区段包括：第一内层区段，其具有一组部分限定第一组流动通道的第一流动通道壁；以及第二内层区段，其与所述第一内层区段相邻并且具有一组部分限定第二组流动通道的第二流动通道壁，并且所述第二流动通道壁与所述第一流动通道壁交接，使得所述第一组流动通道与所述第二组流动通道流体连通。

8.如权利要求7所述的装置，其中，

所述至少一个流动路径的至少一部分为曲折的。

9.如权利要求8所述的装置，其中，

所述第一组流动通道以90度或更小的角度与所述第二组流动通道交接，并且构成所述流动路径的曲折部分的至少一部分。

10.如权利要求7所述的装置，其中，

所述内层区段的拼图型布置为对称的。

11.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，

所述至少一个流动路径由所述波纹形金属片材部分中的多个波纹形成，与所述波纹形金属片材部分表面连接的所述第一外板和所述第二外板的厚度不超过0.12英寸(3毫米)。

12.如权利要求11所述的装置，其中，

所述波纹形金属片材部分由大体上为直角的弯曲部构成。

13.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，

所述热交换装置包括两个流体入口和两个流体出口。

14.如权利要求7所述的装置，其中，

所述外边界部分是外环，所述内边界部分是内环，所述内环和外环置于形成所述流动路径的内层区段的外部。

15.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，

所述流体入口和流体出口位于所述第一外板和所述第二外板的边缘附近。

16.如权利要求1至4中任一项所述的装置，包括多个流体入口和流体出口，其中每个流体出口与多个流体入口流体连通。

17.如权利要求1至4中任一项所述的装置，包括多个流体入口和流体出口，其中每个流体入口与多个流体出口流体连通，每个流体出口与多个流体入口流体连通。

18.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，

所述内层适于将压力为至少300磅/平方英寸的制冷剂从所述至少一个流体入口密封地引导至所述至少一个流体出口。

19.如权利要求8所述的装置，其中，

所述内层适于将压力为至少300磅/平方英寸的制冷剂从所述至少一个流体入口密封地引导至所述至少一个流体出口。

20.如权利要求9所述的装置，其中，

所述内层适于将压力为至少300磅/平方英寸的制冷剂从所述至少一个流体入口密封地引导至所述至少一个流体出口。

21.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，

所述内层适于将压力为450磅/平方英寸的制冷剂从所述至少一个流体入口密封地引导至所述至少一个流体出口。

22.如权利要求8所述的装置，其中，

所述内层适于将压力为450磅/平方英寸的制冷剂从所述至少一个流体入口密封地引导至所述至少一个流体出口。

23.如权利要求9所述的装置，其中，

所述内层适于将压力为450磅/平方英寸的制冷剂从所述至少一个流体入口密封地引导至所述至少一个流体出口。

24.如权利要求2所述的装置，其中，

所述内层壁部分的壁部分厚度为0.2毫米。

25.如权利要求5所述的装置，其中，

所述内层壁部分的壁部分厚度与所述通道宽度的比值小于1∶20。

26.如权利要求5所述的装置，其中，

所述内层壁部分的壁部分厚度与所述通道宽度的比值在1∶18至1∶25之间。

27.一种热交换系统，包括：

支撑框架；

密封的柱形外壳，其与所述框架连接；

多个如权利要求1至26中任一项所述的热交换装置，其平行地布置在所述外壳内；

液体供应系统，其构造成连续地使液体接触所述热交换装置；以及

刮削系统，其构造成去除任何形成于所述热交换装置表面上的冰晶。

28.如权利要求27所述的系统，还包括：

多根连接杆，其悬挂所述外壳内的热交换装置；以及

多个垫圈，其在相邻热交换装置之间位于所述连接杆上，所述垫圈保持所述热交换装置平行地布置。

29.如权利要求28所述的系统，其中，

所述热交换装置朝向竖直方向。

30.如权利要求27所述的系统，其中，

所述热交换装置朝向水平方向。

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