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Title:
HEAT EXCHANGE APPARATUS AND WATER HEATER USING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/172285
Kind Code:
A1
Abstract:
A heat exchange apparatus and a water heater using the heat exchange apparatus, suitable for heat exchange between a first fluid and a second fluid. The heat exchange apparatus comprises a first pipe body and a second pipe body. The first pipe body is provided with a first inlet and a first outlet to allow the first fluid to flow into and flow out of the first pipe body, and the second pipe body is provided with a second inlet and a second outlet to allow the second fluid to flow into and flow out of the second pipe body. The first pipe body is in contact with the second pipe body and is arranged abreast with the second pipe body, and the flowing direction of the first fluid in the first pipe body is opposite to the flowing direction of the second fluid in the second pipe body. The heat exchange apparatus has good heat exchange efficiency.

Inventors:
LIN SHENG-LIAN (CN)
LIN YU-YING (CN)
Application Number:
CN2014/077264
Publication Date:
November 19, 2015
Filing Date:
May 12, 2014
Export Citation:
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Assignee:
LIN SHENG-LIAN (CN)
International Classes:
F28D7/08
Foreign References:
CN102762934A2012-10-31
CN202993924U2013-06-12
CN2739558Y2005-11-09
CN2881508Y2007-03-21
CN102636048A2012-08-15
CN103837025A2014-06-04
JPS60238682A1985-11-27
JP2009264686A2009-11-12
NZ250366A1996-05-28
Attorney, Agent or Firm:
PSHIP FIRM, LLC (CN)
上海波拓知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1.一种热交换装置, 适于使第一流体与第二流体进行热交换, 其特征在 于: 所述热交换装置包括: 第一管体及第二管体; 所述第一管体具有一第一 入口与一第一出口, 以供所述第一流体进出所述第一管体; 所述第二管体具 有一第二入口与一第二出口, 以供所述第二流体进出所述第二管体, 其中所 述第一管体接触所述第二管体并与所述第二管体并排设置, 且所述第一流体 于所述第一管体内的流动方向相反于所述第二流体于所述第二管体内的流动 方向。

2.如权利要求 1 所述的热交换装置, 其特征在于: 所述第一管体与所述 第二管体分别为椭圆管, 所述第一管体具有一第一接触面, 所述第二管体具 有一与所述第一接触面接触的第二接触面, 且每一椭圆管的短轴延伸方向通 过所述第一接触面与所述第二接触面。

3.如权利要求 1 所述的热交换装置, 其特征在于: 所述第一管体与所述 第二管体分别为多边形管, 所述第一管体具有一第一接触面, 所述第二管体 具有一与所述第一接触面接触的第二接触面。

4.如权利要求 1 所述的热交换装置, 其特征在于: 所述第一管体具有一 第一接触面, 所述第二管体具有一与所述第一接触面接触的第二接触面, 所 述第一接触面具有至少一凹部, 所述第二接触面具有至少一凸部, 且所述凹 部接触所述凸部。

5.如权利要求 1 所述的热交换装置, 其特征在于: 所述第一管体具有一 第一接触面, 所述第二管体具有一与所述第一接触面接触的第二接触面, 所 述第一接触面具有至少一凸部, 所述第二接触面具有至少一凹部, 且所述凹 部接触所述凸部。

6.如权利要求 1 所述的热交换装置, 其特征在于: 所述第一管体与所述 第二管体皆呈连续弯折状。

7.如权利要求 1 所述的热交换装置, 其特征在于: 所述热交换装置还包 括一隔热层, 所述隔热层包覆所述第一管体与所述第二管体。

8.如权利要求 1 所述的热交换装置, 其特征在于: 所述热交换装置还包 括箱体及隔热层; 所述箱体容置所述第一管体与所述第二管体; 所述隔热层 位于所述箱体内并包覆所述第一管体与所述第二管体。

9.一种热水器, 其特征在于: 其包括如权利要求 1 至 8 中任一项所述的 热交换装置及加热单元, 所述加热单元连接于所述热交换装置的第一管体的 第一出口与第一入口之间。

10.如权利要求 9所述的热水器, 其特征在于: 还包括一储液单元, 适于 接收由所述热交换装置的第二管体的第二出口流出的第二流体。

Description:
热交换装置及使用该装置的热水器

技术领域

本发明是有关于一种热交换装置, 尤其是有关于一种能使两流体进行热 交换的热交换装置以及使用此热交换装置的热 水器。

背景技术

热泵式热水器的工作原理是利用热源介质 (即冷媒) 收集空气中的热能, 通过热泵 (即压缩机) 加压蓄存后, 再将热源介质通过热交换器与冷水进行 热交换, ^吏冷水逐渐地被加温而转换成热水。 由于热泵式热水器将冷水热交 换成为热水的过程中, 是利用运转冷媒来做能源转换, 其能源转换效率理论 上可超过 300%以上, 相较于电力或火力转换效率无法到达 100%的限制, 热 泵式热水器仅需使用极少的电能即能达到良好 的加热效果, 不但具有显著的 经济效益, 而且产生的污染很少, 是目前最环保也最省能源的制热设备。

图 1所示, 现有的热泵式热水器包括压缩机 1、 热交换器 2、 膨胀阀 3, 以及蒸发器 4 ; 运作时, 压缩机 1 将冷媒压缩成高温高压的气态冷媒, 以所 述高温高压的气态冷媒做为热源介质进入热交 换器 2 内, 并且在热交换器 2 中与水流进行热交换而释放热能, 使水流得以被加热升温, 同时高温高压的 气态冷媒经释放热能而冷凝,并透过膨胀阀 3(或毛细管)的高低压差成为气液 混合冷媒后, 再通过蒸发器 4吸收外界热源, 并通过压缩机 1再将冷媒压缩 成高温高压的气态冷媒进入热交换器 2内,如此不断循环作热能移转的动作, 即可以让水流在热交换器 2中被加热升温。

由上述过程可知, 热泵式热水器的热交换的运作过程, 大致是由高温高 压的气态冷媒在热交换器内冷凝, 然后再由压缩机压缩成为高温气态进行下 一次热交换。 而冷媒蓄存热能的过程中, 其总热能包括潜热 (latent heat)以及 显热 (sensible heat) , 但是在热交换器内冷凝时, 由于冷水在热交换的初期吸 收了冷媒释放的显热而不断地被提高温度, 直到冷水升温、 冷媒降温到二者 相同的温度时, 冷媒即不再释放热能。

举例来说, 冷水在热交换的初期大约 25° (:, 冷媒温度大约在 70〜 100° (:, 此时, 冷水可以大幅吸收冷媒的热能而快速升温, 同时高温高压的冷媒因释 放热能而降温, 二者一升温一降温而且彼此温度趋近, 当冷水升温到大约 55 °C时, 冷媒也降温到大约 55°C, 此时, 由于二者温度已趋近于相同, 因此冷 媒; 无法再十 7j 流释放热能, 7j 流也无法再升温。 换言之, 上述现有热泵式热水器在冷媒与冷水进行热交 换时, 水并没有 完全吸收到冷媒所蓄存的总热, 尤其是在潜热的部分, 因为冷水升温、 冷媒 降温到相同温度而使冷媒不再释放热能时, 冷媒仍然尚未到达释放潜热 (由 气体转换为液体相态变化时所释放的热能) 的温度, 因此也造成冷水加热温 度上的限制; 目前, 热泵式热水器加热温度大约在 55° (:, 这也是业界一直无 法克服的重大问题。

发明内容

本发明提供一种热交换装置, 以提升热交换效率。 本发明另提供一种热水器, 以提升热交换效率。

为达到上述优点, 本发明的一个实施例提供一种热交换装置, 其适于使 第一流体与第二流体进行热交换。 此热交换装置包括第一管体与第二管体。 第一管体具有第一入口与第一出口, 以供第一流体进出第一管体。 第二管体 具有第二入口与第二出口, 以供第二流体进出第二管体。 第一管体接触第二 管体并与第二管体并排设置, 且第一流体于第一管体内的流动方向相反于第 二流体于第二管体内的流动方向。 在本发明的一个实施例中, 所述第一管体与第二管体分别为椭圆管, 其 中第一管体具有第一接触面,第二管体具有与 第一接触面接触的第二接触面, 且每一椭圆管的短轴延伸方向通过第一接触面 与第二接触面。 在本发明的一个实施例中, 所述第一管体与第二管体分别为多边形管, 其中第一管体具有第一接触面, 第二管体具有与第一接触面接触的第二接触 面。 在本发明的一个实施例中, 所述第一管体具有第一接触面, 第二管体具 有与第一接触面接触的第二接触面, 其中第一接触面具有至少一凹部, 第二 接触面具有至少一凸部, 且凹部接触凸部。

在本发明的一个实施例中, 所述第一管体具有第一接触面, 第二管体具 有与第一接触面接触的第二接触面, 其中第一接触面具有至少一凸部, 第二 接触面具有至少一凹部, 且凹部接触凸部。

在本发明的一个实施例中, 所述第一管体与第二管体皆呈连续弯折状。 在本发明的一个实施例中, 所述热交换装置还包括隔热层, 所述隔热层 包覆第一管体与第二管体。

在本发明的一个实施例中, 所述热交换装置还包括箱体及隔热层, 其中 箱体容置第一管体与第二管体, 而隔热层位于箱体内, 并包覆第一管体与第 二管体。 为达上述优点, 本发明的一个实施例提供一种热水器, 其包括上述任一 实施例的热交换装置以及加热单元。 加热单元连接于热交换装置的第一管体 的第一出口与第一入口之间。

在本发明的一个实施例中, 所述热水器还包括储液单元, 适于接收由热 交换装置的第二管体的第二出口流出的第二流 体。 本发明的热交换器及使用该装置的热水器由于 使第一流体于第一管体内 的流动方向相反于第二流体于第二管体内的流 动方向, 因此能有效提升热交 换效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述, 为了能够更清楚了解本发明的构 造, 而可依照说明书的内容予以实施, 并且为了让本发明的上述和其他目的、 特征和优点能够更明显易懂, 以下特举较佳实施例, 并配合附图, 详细说明 如下。

附图概述

图 1是现有的热泵式热水器的示意图。

图 2是本发明一个实施例的一种热交换装置的示 图

图 3是图 2中热交换装置的剖面示意图。 图 4是本发明另一个实施例的热交换装置的示意 。

图 5是本发明另一个实施例的热交换装置的剖面 意图。

图 6是本发明另一实施例的热交换装置的第一管 与第二管体的剖面示 意图。

图 7是本发明另一个实施例的热交换装置的第一 体与第二管体的剖面 示意图。

图 8是本发明另一个实施例的热交换装置的第一 体与第二管体的局部 示意图。

图 9为本发明一个实施例的热水器的示意图。 本发明的较佳实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所 采取的技术手段及功效, 以下结合附图及较佳实施例, 对依据本发明提出的热交换装置及使用该装置 的热水器, 详细说明如下。

图 2是本发明一实施例的一种热交换装置的示意 , 图 3是图 2中热交 换装置的剖面示意图。 请参照图 2与图 3, 本实施例的热交换装置 100适于 使第一流体 F1与第二流体 F2进行热交换。 此热交换装置 100包括第一管体 110与第二管体 120。 第一管体 110具有第一入口 112与第一出口 114, 以供 第一流体 F1进出第一管体 110。第二管体 120具有第二入口 122与第二出口 124 , 以供第二流体 F2进出第二管体 120。 第一管体 110接触第二管体 120 并与第二管体 120并排设置, 且第一流体 F1 于第一管体 110 内的流动方向 相反于第二流体 F2于第二管体 120内的流动方向。

在本实施例中, 第一入口 112邻近第二出口 124, 而第一出口 114邻近 第二入口 122。 此处所指的第一入口 112与第一出口 114位于第一管体 110 的两端, 且此两端接触于第二管体 120。 第一入口 112与第一出口 114可分 别连接其他管体 (图未示) , 而这些管体可与第一管体 110—体成型。 举例 来说, 第一入口 112可通过其他管体连接至第一流体供应源。 同样地, 此处 所指的第二入口 122与第二出口 124例如位于第二管体 120的两端, 且此两 端接触于第一管体 120。 第二入口 122与第二出口 124可分别连接其他管体 (图未示) , 而这些管体可与第二管体 120—体成型。 举例来说, 第二入口 122可通过其他管体连接至第二流体供应源。 此外, 第一管体 110与第二管 体 120例如分别为圆形管体, 但其也可为其他形状的管体。 第一管体 110与 第二管体 120的材质可为具有高导热系数的金属 (如铜) 、 合金或其他复合 材料。

以下将以第一管体 110为供热源介质 (第一流体 F1) 流通的热源导管, 而第二管体 120为供水 (第二流体 F2) 流通的加热管为例, 来说明本实施例 的热交换装置 100的热交换过程。

在本实施例中, 热源介质 (第一流体 F1) 的热能经由第一导管 110与第 二导管 120而传递至水 (第二流体 F2) 。 由于在热交换装置 100中, 第一流 体 F1于第一管体 110内的流动方向相反于第二流体 F2于第二管体 120内的 流动方向, 所以第二管体 120依水 (第二流体 F2) 的流动方向可依序区分为 位于第二入口 122与第二出口 124之间的预热区段 126与高温区段 128。 其 中, 预热区段 126连接于第二入口 122以吸收第一导管 110内热源介质 (第 一流体 F1) 的显热, 而高温区段 128 连接于预热区段 126 以吸收第一导管 110内热源介质 (第一流体 F1 ) 的潜热。

此外, 第一导管 110依热源介质 (第一流体 F1) 流动方向可依序区分为 位于第一入口 112与第一出口 114之间的潜热释放区段 116以及显热释放区 段 118。 其中, 潜热释放区段 116连接于第一入口 112并且相对于第二导管 120的高温区段 128, 用以释放热源介质 (第一流体 F1 ) 的潜热。 显热释放 区段 118连接于潜热释放区段 116并且相对于第二导管 120的预热区段 126, 用以释放热源介质 (第一流体 F1) 的显热。

上述构造中, 热源介质 (第一流体 F1) 在第一导管 110内的流通方向, 是先在上游的潜热释放区段 116释放热源介质 (第一流体 F1) 的潜热, 然后 在下游的显热释放区段 118释放热源介质 (第一流体 F1 ) 的显热。 相对的, 由于第二导管 120内的水(第二流体 F2) 的流动方向与第一导管 110的热源 介质 (第一流体 F1) 流动方向相反, 使第二导管 120上游预热区段 126的水 (第二流体 F2) 可先吸收热源介质 (第一流体 F1) 在显热释放区段 118所 释放的显热, 下游高温区段 128则可在水 (第二流体 F2) 已升温的情形下进 一步吸收热源介质 (第一流体 F1) 在潜热释放区段 116所释放的潜热, 如此 即可以让水(第二流体 F2)在经过热交换后,能够有效率地吸收热源介 质(第 一流体 F1) 的热能。 因此, 本实施例的热交换装置 100具有较佳的热交换效 率, 能突破现有技术的限制, 达成提高水温、 节省能源的优点。

此外,由于本实施例采用第一管体 110与第二管体 120并排设置的方式, 即使第一管体 110破损, 第一流体 F1也不会流入第二管体 120 中而污染第 二流体 F2。 同样地, 即使第二管体 120破损, 第二流体 F2也不会流入第一 管体 110中而污染第一流体 Fl。

上述第一管体 110与第二管体 120可以为直线状或呈连续弯折状, 但不 以此为限。 其中, 连续弯折状可以在相同热交换距离的情形下节 省空间, 并 且让水 (第二流体 F2) 在越接近第二管体 120 的第二出口 124 及第一管体 110的第一入口 112的位置, 其温度即能越接近热源介质 (第一流体 F1) 被 压缩时的初期高温。

图 4是本发明另一实施例的热交换装置的示意图 请参照图 4, 本实施 例的热交换装置 100a与第一个实施例的热交换装置 100相似,主要差异处在 于热交换装置 100a还包括箱体 130及隔热层 140, 其中箱体 130容置第一管 体 110与第二管体 120, 而隔热层 140位于箱体 130内, 并且包覆第一管体 110与第二管体 120。 如此, 可避免热量散逸, 进而提升热交换效率。 此隔热 层 140可为泡棉、 发泡剂、 空气层或真空层等, 其填充于箱体 130内。

图 5 是本发明另一实施例的热交换装置的剖面示意 图。 请参照图 5, 本 实施例的热交换装置 100b与第一个实施例的热交换装置 100相似,主要差异 处在于第一导管 110与第二导管 120外部被隔热层 150包覆, 以避免热量散 逸, 进而提升热交换效率。 此隔热层 150可为泡棉或发泡剂等。

图 6是本发明另一实施例的热交换装置的第一管 与第二管体的剖面示 意图。 请参照图 6, 本实施例的热交换装置 100c与第一个实施例的热交换装 置 100相似, 主要差异处在于本实施例的第一管体 110c与第二管体 120c分 别为椭圆管, 其中第一管体 110c具有第一接触面 111, 第二管体 120c具有 与第一接触面 111接触的第二接触面 121, 且每一椭圆管的短轴延伸方向 A 通过第一接触面 111与第二接触面 121。相较于热交换装置 100, 本实施例可 提高第一管体 110c与第二管体 120c的接触面积, 所以能进一步提升热交换 效率。

图 7是本发明另一实施例的热交换装置的第一管 与第二管体的剖面示 意图。 请参照图 7, 本实施例的热交换装置 100d与第一个实施例的热交换装 置 100相似, 主要差异处在于本实施例的第一管体 110d与第二管体 120d分 别为多边形管, 如四边形管, 但不以此为限。 第一管体 110d具有第一接触面 111, 第二管体 120d具有与第一接触面 111接触的第二接触面 121。 相较于 热交换装置 100, 本实施例可提高第一管体 110d与第二管体 120d的接触面 积, 所以能进一步提升热交换效率。

图 8是本发明另一实施例的热交换装置的第一管 与第二管体的局部示 意图。 请参照图 8, 本实施例的热交换装置 100e与第一个实施例的热交换装 置 100相似,主要差异处在于本实施例中第一管体 110e具有第一接触面 111, 第二管体 120e具有与第一接触面 111接触的第二接触面 121, 其中第一接触 面 111 具有至少一凸部 113, 第二接触面具有至少一凹部 123, 且凹部 123 接触凸部 113。 凸部 113 与凹部 123 的设计能減低第一流体 F1 与第二流体 F2的流动速度, 增加第一流体 F1与第二流体 F2进行热交换的时间, 以提升 第一流体 F1与第二流体 F2热交换效率。

需说明的是, 本发明并不限定凸部 113与凹部 123的数量及位置。 此外, 在另一实施例中, 也可以于第一管体的第一接触面设置至少一凹 部, 并于第 二管体的第二接触面设置至少一凸部, 并使凹部接触凸部。

图 9 为本发明一实施例的热水器的示意图。 请参照图 9, 本实施例的热 水器 200包括上述热交换装置 100以及加热单元 210。 加热单元 210连接于 热交换装置 100的第一管体 110的第一出口 114与第一入口 112之间。

加热单元 210 包括从第一出口 114 至第一入口 112依序设置的膨胀阀

212、 蒸发器 214以及压缩机 216, 其中膨胀阀 212、 蒸发器 214以及压缩机 216通过管体 218彼此连通, 并连通至第一出口 114与第一入口 112。 热源介 质 (第一流体 F1) 经膨胀阀 212、 蒸发器 214、 压缩机 216的运作而循环流 通, 进而不断地在第一管体 210内流动, 以与第二流体 F2进行热交换。 本实施例的热水器 200 因采用第一个实施例的热交换装置 100, 所以具 有较佳的热交换效率。 在本实施例中, 第二管体 120的第二出口 124流出的 水 (第二流体 F2) 的温度可以到达 70〜: 100°C, 在一般家庭使用时, 可以直 接混入适当冷水立即使用, 即所谓即热型热水器。 若使用在饭店、 机关宿舍 等热水使用量较大的场所时, 热水器 200可以进一步包括储液单元 220, 用 以接收由第二出口 124流出的第二流体 F2, 以供蓄存热水, 如此即可作为储 热式热水器。 具体而言, 储液单元 220例如包括储液容器 222, 用以接收由 第二出口 124流出的第二流体 F2。 此外, 储液单元 220可还包括连接于第二 出口 124的管体 224, 用以将第二流体 F2导引至储水容器 222。

另外,由于第一管体 110与第二管体 120并排设置的方式,第二管体 120 破损, 第二流体 F2也不会流入第一管体 110中, 所以可防止第二流体 F2经 由第一管体 110流入加热单元 210内,进而避免加热单元 210因第二流体 F2 的流入而受损。 需说明的是, 本实施例的热水器 200的热交换装置 100可替 换成上述各实施例的热交换装置。

综上所述, 本发明的热交换装置及热水器中, 由于第一流体于第一管体 内的流动方向相反于第二流体于第二管体内的 流动方向, 可以让第二流体先 在预热区段吸收第一流体的显热, 之后在第二流体已升温的情形下进一步吸 收第一流体的潜热。 因此, 从第二出口流出的第二流体的温度可以有效突 破 现有技术温度大约在 55°C左右的限制, 达成提高水温及节省能源的功效。 此 夕卜, 由于采用第一管体与第二管体并排设置的方式 , 即使其中一个管体破损, 管体内的流体也不会流入另一管体中。

以上所述, 仅是本发明的较佳实施例而已, 并非对本发明作任何形式上 的限制, 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上, 然而并非用以限定本发明, 任何熟悉本专业的技术人员, 在不脱离本发明技术方案范围内, 当可利用上 述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同 变化的等效实施例, 但凡是未 筒单修改、 等同变化与修饰, 均仍属于本发明技术方案的范围内。

工业实用性 本发明的热交换装置及热水器中, 由于第一流体于第一管体内的流动方 向相反于第二流体于第二管体内的流动方向, 可以让第二流体先在预热区段 吸收第一流体的显热, 之后在第二流体已升温的情形下进一步吸收第 一流体 的潜热。 因此, 从第二出口流出的第二流体的温度可以有效突 破现有技术温 度大约在 55°C左右的限制, 达成提高水温及节省能源的功效。