热量交换装置的制作方法

本技术涉及能量传输技术，尤其涉及热量交换装置。

背景技术：

1、热水在人们的日常生活中具有广泛的用途，比如煮食、清洗等。一般来说，在把热水或者温水用于清洗的场景下，清洗完毕所排放的废水中仍含有大量热能。这些热能往往随着废水的排放而被浪费掉，造成了能源浪费。又比如在利用热水进行煮食时，一般需要把水加热至沸腾以将食物煮熟，或把水加热以产生水蒸气把食物蒸熟。然而，高温水蒸气在蒸煮过程中或者蒸煮之后一般都是排放至环境大气中，而煮食后的沸水也一般是作为废水被处理，或者自然冷却。蒸气中含有大量的热能，特别是液体蒸发时吸收的潜热，高达2250kj/kg。现实生活中，这些热能往往被浪费掉。一直以来，人们尝试采用各种方法回收和利用这些流失和浪费的能源。

2、美国专利号us1025400713b2公开了一种如图1所示的水蒸气煮食装置a41，其包括第一热交换器a6和第二热交换器a46。第一热交换器a6用于使液态工作流体a21(比如水)和水蒸气a53进行热交换，使得水蒸气a53放热冷凝而工作流体a21则吸收水蒸气a53冷凝时释放的潜热从而蒸发气化。第二热交换器a46则用于使气化的工作流体a21与含水液体a45进行热交换，具体来说，在第一热交换器a6中被气化的工作流体a21于第二热交换器a46内由于热交换而被液化并在此过程中释放潜热，从而加热含水液体a45并使其沸腾并产生水蒸气a53从而用于加热食物52。虽然该煮食装置能够通过热交换回收一部分热能，但是，其回收效率仍存在有以下问题。

3、具体来说，如图1所示：

4、1)在第一热交换器a6处的热交换中，首先，水蒸气a53中的很大一部分在热交换之后会凝结成水珠并依附于第一热交换器a6的翅片上或管道外壁。由于液态水珠并非热的良导体，因此会阻挡水蒸气a53与第一热交换器a6的翅片及管道外壁之间的热传导，从而减低了水蒸气a53与工作流体a21之间的热交换效率。

5、同时，在第一热交换器a6的管道内壁上也依附有由液态工作流体a21气化所形成的工作气体气泡。由于气体气泡也不是热的良导体，因此会阻挡液态工作流体a21与第一热交换器a6的管道内壁之间的热传导，从而减低了液态工作流体a21与水蒸气a53在第一热换器a6处的换热效率。

6、2)在第二热交换器a46处的热交换中，首先，气态的工作流体a21在热交换之后会在管道内凝结为液态，所生成的液体会依附于第二热换器a46的管道内壁。由于凝结在所述内壁的液态工作流体(例如，水)并非良好的热导体，因此会阻挡工作气体与第二热交换器a46的管道内壁的热传导，从而减低了工作气体a21与含水液体a45在第二热交换器a46处的热交换效率。

7、同时，当含水液体a45于第二热交换器a46内吸收工作流体a21的热量而气化时会形成水蒸气气泡，气泡会依附于第二热交换器a46的翅片表面及管道外壁。由于所述水蒸气气泡并非热的良导体，因此会阻挡含水液体a45与工作流体a21在第二熬交换器a46之间的热传导，因此减低了第二热交换器a46的换热效率。

8、由此可见，上述例子中热交换效率并不十分理想，存在着改进的空间。此外，第一热交换器a6、阀门a24、压缩器a22及第二热交换器a46通过管道连通成永久的封闭流路，且流路中只存在有水及水蒸气。当装置休息时，其温度会降温至室温，此时，封闭流路中的水蒸气会凝结成水，而封闭流路内的压力会降至近乎真空。这将导致形成封闭流路的各部分及其连接件在装置休息时需要长时间地承受来自大气的约1bar压力。该压力容易损伤装置部件的可靠性和稳定性，提高了对出厂部件的性能要求，变相地增加了所述装置的造价。

9、基于以上原因，现有技术中存在着提高热量交换装置的热量交换效率以及提高装置的可靠性和稳定性的需求。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种热量交换装置，其能有效解决上述问题，显著提高能源回收效率，且能够降低大气压力对装置的损害，提高了装置的可靠性、稳定性和使用寿命，使用方便。

2、根据本技术的第一方面提供了一种包括第一流体路径的热量交换装置，所述热量交换装置用于在第一流体路径中的第一流体(35a,35b)和所述第一流体路径外部的第二流体(36a,36b)之间交换热量，所述第一流体路径被分为第一通道和第二通道，其中，所述第一通道的至少一部分形成为第一热交换器(21)的一部分，以用于使处于气态的所述第一流体(35b)在流经所述第一热交换器(21)时释放热能，所述第二通道的至少一部分形成第二热交换器(31)的一部分，以使得在其中流动的处于液态的所述第一流体(35a)吸收热能，其中，在所述热量交换装置运行时所述第一通道和所述第二通道被配置成具有不同的气压值，其中，所述第一流体路径处于热量交换工作状态时是密封的，其中，所述第一热交换器(21)中设置有用于促进处于气态的所述第一流体(35b)在所述第一热交换器(21)内螺旋流动的第一气体导流结构(219),其中，所述第二热交换器(31)中设置有用于促进处于液态的所述第一流体(35a)在所述第二热交换器(31)内螺旋流动的第一液体导流结构(320)，其中所述第一气体导流结构(219)和所述第一液体导流结构(320)中的至少一个是可移动的。优选地，所述第一流体路径分别在所述第一热交换器(21)和第二热交换器(31)处与位于所述第一流体路径以外的第二流体路径以互不流体连通地方式相交，所述热量交换装置被配置使得：气态的所述第一流体(35b)在流经所述第一热交换器(21)时与所述第二流体路径中液态的第二流体(36a)进行热量交换从而使得液态的第二流体(36a)的至少一部分被气化成为气态的所述第二流体(36b)而所述气态的第一流体(35b)的至少一部分被冷凝成为液态的所述第一流体(35a)；液态的所述第一流体(35a)在流经所述第二热交换器(31)内部时与所述第二流体路径中气态的所述第二流体(36b)交换热量，从而使得液态的所述第一流体(35a)的至少一部分被气化为气态的所述第一流体(35b)而气态的所述第二流体(36b)的至少一部分被冷凝成为液态的所述第二流体(36c)。优选地，所述第一液体导流结构(320)的至少一部分邻近于形成所述第二热交换器(31)的第二通道内壁并且沿着所述内壁形成有螺旋状的导流通道，其中，所述第一气体导流结构(219)的至少一部分在所述第一热交换器(21)内邻近形成所述第二流体路径的管道(212a)外壁并且沿着所述外壁形成有螺旋状的导流通道。优选地，所述热量交换装置还进一步包括安置于所述第一流体路径中的压缩机(11)和与所述压缩机(11)间隔开的调节阀(12)，所述第一流体路径被所述压缩机(11)和所述调节阀(12)分为所述第一通道和所述第二通道，其中，所述压缩机(11)和调节阀(12)用于改变所述第一通道和所述第二通道中的气压以使得在所述热量交换装置运行时所述第一通道和所述第二通道具有不同的气压值。优选地，所述热量交换装置还进一步包括用于促进气态的所述第一流体于所述第一通道内循环经过所述第一热交换器(21)的第一气体动力装置(213)。优选地，所述热量交换装置还进一步包括用于促进液态的所述第一流体于所述第二通道内循环经过所述第二热交换器(31)的第一液体动力装置(314)。优选地，其中所述第一流体路径可通过选择性地打开气阀(222)和/或液体阀(603)，以与外界流体连通。优选地，所述热量交换装置还进一步包括第一加热装置(318)和位于所述第一流体路径上的第一腔室(315)，其中所述第一腔室(315)用于容纳液态的第一流体(35a),其中所述第一加热装置用于对所述第一腔室(315)进行加热以气化其中的所述第一流体(35)。优选地，其中所述第一加热装置用于对所述第一腔室(315)进行加热时，所述气阀(222)处于开启状态。优选地，所述热量交换装置还进一步包括用于收集并容纳经过所述第二热交换器而被液化的所述第二流体(36c)的第二腔室(322)，被液化的所述第二流体可通过打开液体阀(603)而进入所述第一腔室(315)。

3、根据本技术的第二方面提供了一种用于在第一流体(35/36)和与所述第一流体在热量交换之前处于不同物态的第二流体(36/35)之间进行热量交换的热量交换装置，所述热量交换装置具有用于供所述第一流体通过的第一热量交换通道(211/311)和用于供所述第二流体通过的第二热量交换通道(212/312)，所述第二热量交换通道的至少一部份由具有内壁及外壁的管道(212a/312a)的内腔形成，其中所述第二热量交换通道(212/312)以彼此不流体连通的方式与所述第一热量交换通道(211/311)相交并从所述第一热量交换通道(211/311)中穿过，其中所述第一热量交换通道(211/311)中设置有促使流经所述第一热量交换通道的所述第一流体(35/36)绕所述第二热量交换通道螺旋流动的第一导流结构(219/319)，其中所述第二热量交换通道(212/312)中设置有促使流经所述第二热量交换通道的所述第二流体(36/35)在所述第二热量交换通道内螺旋流动的第二导流结构(220/320)，所述第一导流结构(219/319)和所述第二导流结构(220/320)中的至少一个是可移动的，其中所述第一流体的至少一部分和所述第二流体的至少一部分因所述热量交换而改变物态。优选地，所述第一导流结构(219/319)的至少一部分邻近形成所述第二热量交换通道(212/312)的管道(212a/312a)的外壁并且沿着所述外壁形成有螺旋状的导流通道。优选地，所述第二导流结构(220/320)的至少一部分邻近所述第二热量交换通道(212/312)的内壁并且沿着所述内壁形成有螺旋状的导流通道。优选地，所述热量交换装置进一步具有供第一流体流动的第一流体路径，所述第一流体路径具有安置于所述第一流体路径中的压缩机(11)和与所述压缩机(11)间隔开的调节阀(12)，所述第一流体路径被所述压缩机(11)和所述调节阀(12)分为第一通道和第二通道，其中，所述第一流体路径处于热量交换工作状态时是密封的，所述压缩机(11)和调节阀(12)用于改变所述第一通道和所述第二通道中的气压以使得在所述热量交换装置运行时所述第一通道和所述第二通道具有不同的气压值，其中所述第一热量交换通道(211)由所述第一通道的至少一部分形成。如优选地，所述热量交换装置进一步包括供第二流体流动的所述第二流体路径，所述第二流体路径位于所述第一流体路径之外，并与所述第一流体路径以互不流体连通地方式相交，其中所述第二热量交换通道(212)由所述第二流体路径的至少一部分形成。优选地，其中所述第一流体路径的所述第二通道的至少一部分形成第三热量交换通道(312)，所述第三热量交换通道的至少一部份由具有内壁及外壁的管道(312a)的内腔形成，所述第二流体路径在与所述第一流体路径的所述第三热量交换通道(312)相交处形成有第四热量交换通道(311)，所述第三热量交换通道(312)以彼此不流体连通的方式与所述第四热量交换通道(311)相交并从所述第四热量交换通道(311)中穿过。优选地，其中所述第三热量交换通道(312)中设置有用于促进第一流体在其中内螺旋流动的第三导流结构(320)，所述第四热量交换通道(311)中设置有用于促进第二流体在其中内螺旋流动的第四导流结构(319)，其中所述第三导流结构(320)和第四导流结构(319)中的至少一个是可移动的，其中所述第一流体和所述第二流体通过所述第三热量通道和所述第四热量通道交换热量并使所述第一流体的至少一部分和所述第二流体的至少一部分改变物态。优选地，其中，所述第四导流结构(319)的至少一部分邻近形成所述第三热量交换通道(312)的管道312a的外壁并且沿着所述外壁形成有螺旋状的导流通道。优选地，其中，所述第三导流结构(320)的至少一部分邻近形成所述第三热量交换通道(312)的管道312a的内壁并且沿着所述内壁形成有螺旋状的导流通道。优选地，所述热量交换装置还进一步包括用于促进气态的所述第一流体于所述第一通道内循环经过所述第一热量交换通道(211)的第一气体动力装置(213)。优选地，所述热量交换装置还进一步包括用于促进液态的所述第一流体于所述第二通道内循环经过所述第三热量交换通道(312)的第一液体动力装置(314)。优选地，其中所述第一流体路径可通过选择性地打开气阀(222)和/或液体阀(603)，以与外界流体连通。优选地，所述热量交换装置还进一步包括第一加热装置(318)和位于所述第一流体路径上的第一腔室(315)，其中所述第一腔室(315)用于容纳液态的第一流体(35a),其中所述第一加热装置用于对所述第一腔室(315)进行加热以气化其中的所述第一流体(35)。优选地，其中所述第一加热装置用于对所述第一腔室(315)进行加热时，所述气阀(222)处于开启状态。优选地，所述热量交换装置还进一步包括用于收集并容纳经过所述第四热量交换通道而被液化的所述第二流体的第二腔室(322)，所述第二流体可通过打开液体阀(603)而进入所述第一腔室(315)。

4、从与附图相结合的以下详细描述中，将会清楚地理解根据本技术的各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。例如，与现有技术相比，本技术技术方案易于制造、安装和维护，使用成本低，冷凝带来的不利影响，能够有效保证并提高装置的工作性能、安全性和可靠性。本技术具有显著的实用性。