热交换系统和用水设备的制作方法

1.本实用新型涉及热交换领域，具体而言，涉及一种热交换系统和用水设备。


背景技术：

2.日常生活中，人们有饮用凉白开的习惯。相关技术中实现方式有如下几种：第一种是用户需要多少度的水，就将水加热至多少度出水；该方案不能对水进行彻底杀菌，有健康隐患。第二种是使用管式热交换系统对沸水进行降温；该方案需要管路较长，成本高，体积大。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
4.为此，本实用新型第一方面提供了一种热交换系统。
5.本实用新型第二方面提供了一种用水设备。
6.本实用新型第一方面提供了一种热交换系统，包括：第一管路，用于供介质流通；加热组件，用于为介质供热；换热组件，相较加热组件靠近第一管路的出口端，换热组件包括：第一换热结构，第一换热结构包括第一相变介质，第一相变介质用于与介质换热；第二换热结构，第二换热结构包括第二相变介质，第二相变介质用于与第一相变介质换热。
7.本实用新型提出的热交换系统包括第一管路、加热组件和换热组件。其中，第一管路可供液体等介质流通。加热组件工作时可为第一管路内的介质供热，以将第一管路内的介质加热至高温状态或沸腾状态；这样，通过高温可起到良好的杀菌效果。换热组件相较加热组件靠近第一管路的出口端，使得换热组件能够与第一管路内经过加热的高温介质进行换热，进而为高温的介质降温，使得介质恢复到适宜的温度，便于用户直接使用或者是饮用。
8.特别地，换热组件包括配合使用的第一换热结构和第二换热结构。其中，第一换热结构包括第一相变介质；第一相变介质能够与第一管路内经过加热的高温的介质进行换热，进而将第一管路内高温的介质降低到适宜的温度。第二换热结构包括第二相变介质，第二相变介质具有在恒定温度下快速吸收大量热能的特性，并且第二相变介质能存储热量。这样，第一相变介质吸收的热量能够快速交换到第二相变介质中，进而保证换热过程的持续进行，直到第一相变介质的温度与第二相变介质的温度平衡为止。
9.因此，本实用新型提出的热交换系统，第一换热结构能够作为换热结构使用，第二换热结构能够作为储能结构使用。这样，一方面可以实现短期内依靠第一相变介质吸收高温介质大量热能，使得高温介质降至直饮温度；另一方面可以通过第二相变介质将第一相变介质中的热量快速耗散到环境中，进而使得第一相变介质快速恢复功能，缩短热交换系统恢复时间，使得热交换系统能够长时间持续工作，进而提高热交换系统的使用效率。
10.此外，本实用新型提出的热交换系统能够将饮用水等介质实现沸腾杀菌后快速降温饮用，基本实现直饮需求。该热交换系统利用相变材料储热和环境散热的方式将开水快
速降温，该热交换系统具有降温过程不需额外耗能、结构简单、效率高、可重复使用等特点，具有非常好的市场应用前景和价值。该热交换系统具有结构简单、能耗低，具有绿色环保的特性。该热交换系统选择的加热和降温方式安全无毒，选用的降温材料广泛易得，价格较低。
11.在一些可能的设计中，换热组件还包括：流道结构，与第一管路相连通，第一相变介质与流道结构相换热。
12.在该设计中，换热组件还包括流道结构。其中，流道结构与第一管路相连通，经过加热后的高温介质会流入到流道结构内。第一相变介质与流道结构相换热，在高温介质流经流道结构时，第一相变介质会与第一管路内高温介质相接触换热，进而将第一管路内高温介质的温度降低到适宜的温度。
13.在一些可能的设计中，流道结构的至少一部分呈弯曲状。
14.在该设计中，流道结构的至少一部分呈弯曲状；具体地，流道结构可以整体为螺旋状。这样，通过对流道结构的形状进行优化，可有效提升流道结构的流道长度，进而使得高温介质在流道结构内的路径增长，进而使得高温介质与第一相变介质具有足够换热时间，进而提升第一相变介质对第一管路内高温介质的降温效果。
15.在一些可能的设计中，流道结构包括至少两个第一直管段、以及连通于相邻两个第一直管段之间的第一转接头，相邻两个第一直管段的延伸方向不同。
16.在该设计中，流道结构包括至少两个第一直管段以及连通于相邻两个第一直管段之间的第一转接头。其中，相邻两个第一直管段通过第一转接头相连接，并保证相邻两个第一直管段的延伸方向不同，使得相邻两个第一直管段呈现出弯折的状态。这样，通过对流道结构的形状进行优化，可有效提升流道结构的流道长度，进而使得高温介质在流道结构内的路径增长，进而使得高温介质与第一相变介质具有足够换热时间，进而提升第一相变介质对第一管路内高温介质的降温效果。
17.在一些可能的设计中，第一换热结构还包括：第一相变腔，第一相变介质设置于第一相变腔内。
18.在该设计中，第一换热结构还包括第一相变腔。其中，第一相变介质设置于第一相变腔内，进而在第一相变腔内发生相变反应，以吸收第一管路内高温介质的热量。此外，第一相变介质设置于第一相变腔内，使得第一相变介质在第一相变腔内发生相变反应，并保证第一相变介质在反应前后均处于第一相变腔内，一方面避免第一相变介质泄漏，另一方面实现了第一相变介质的重复利用。
19.在一些可能的设计中，第一相变介质包括固液相变介质。
20.在该设计中，第一相变介质包括固液相变介质，第一换热结构能够通过固液相变反应为高温介质降温。具体地，在第一管路内的介质经过加热组件供热杀菌后，固液相变介质与高温介质进行换热，进而将高温介质降温到适宜的温度。特别地，固液相变介质具有良好的形变性能，可以通过固液相变反应吸收高温介质的温度，进而将第一管路内介质的热量转移至第二相变介质。
21.在一些可能的设计中，第二相变介质包括汽液相变介质。
22.在该设计中，第二相变介质包括汽液相变介质，第二换热结构能够通过汽液相变反应为第一相变介质降温。具体地，在第一相变介质与高温介质进行换热后，汽液相变介质
能够通过汽液相变反应快速吸收第一相变介质的热量，进而使得第一相变介质快速恢复，以保证第一相变介质持续为第一管路内的高温介质降温。
23.此外，汽液相变反应的反应更为剧烈，具有恒定温度下快速吸收大量热能的特性。本实用新型中第二相变介质包括汽液相变介质，进而利用汽液相变介质的反应特性来快速为第一相变介质降温，有利于提升整个热交换系统的工作时长以及工作持续性。
24.在一些可能的设计中，第二换热结构还包括：第二相变腔，第二相变介质设置于第二相变腔内。
25.在该设计中，第二换热结构还包括第二相变腔，第二相变介质设置于第二相变腔内。其中，在第二相变介质包括汽液相变介质的情况下，汽液相变介质在第二相变腔内发生汽液相变反应，以吸收第一相变介质的热量。此外，第二相变介质设置于第二相变腔内，使得汽液相变介质在第二相变腔内发生汽液相变反应，并保证汽液相变介质在反应前后均处于第二相变腔内，一方面避免汽液相变介质泄漏，另一方面实现了汽液相变介质的重复利用。
26.在一些可能的设计中，第一换热结构的至少一部分设置于第二相变腔内。
27.在该设计中，第一换热结构的至少一部分可以设置于第二相变腔的内部。具体地，可以是第一换热结构全部设置在第二相变腔内，也可是第一换热结构的一部分设置在第二相变腔内(例如第一换热结构穿设于第二相变腔)。这样，即可保证第二相变腔内的第二相变介质与第一换热结构的第一相变介质相接触，以保证第二相变介质吸收第一相变介质的热量，进而使得第二相变介质起到传递热量的效果，保证固液相变反应持续进行。
28.在一些可能的设计中，第一换热结构的至少一部分与第二相变腔相接触。
29.在该设计中，第一换热结构的至少一部分与第二相变腔相接触。其中，第一换热结构可以设置在第一相变腔的外部。这样，第一换热结构与第二相变腔相接触的部分可进行换热，以保证第二相变介质吸收第一相变介质的热量，进而使得第二相变介质起到传递热量的效果，保证固液相变反应持续进行。
30.在一些可能的设计中，换热组件还包括：冷凝结构，冷凝结构包括进汽口和排液口，进汽口和排液口分别连通于第二相变腔。
31.在该设计中，换热组件还包括冷凝结构。其中，冷凝结构包括进汽口和排液口，进汽口和排液口分别连通于第二相变腔。在热交换系统使用过程中，第二相变腔内汽态的汽液相变介质会通过进汽口进入到冷凝结构内；汽态的汽液相变介质在冷凝结构内液化为液态的汽液相变介质；液态的汽液相变介质通过排液口流回到第二相变腔内。
32.这样，即可实现第二相变介质的循环持续使用，以使得第二相变介质将第一相变介质的热量传递到外部环境，进而使得第一相变介质快速恢复功能，缩短热交换系统的恢复时间，提高第一换热组件以及整个热交换系统的使用效率。
33.在一些可能的设计中，换热组件还包括：进汽管路，连通于第二相变腔和进汽口；排液管路，连通于排液口和第二相变腔。
34.在该设计中，换热组件还包括进汽管路和排液管路。其中，进汽管路连通于第二相变腔和进汽口，以使得第二相变腔内汽态的第二相变介质通过进汽管路进入到冷凝结构内；排液管路连通于排液口和第二相变腔，以使得液态的第二相变介质通过排液管路流回到第二相变腔内。此外，进汽管路和排液管路的设置，使得冷凝结构与第二相变腔之间具有
一定的距离，使得冷凝结构所释放的热量不会影响第二相变腔的温度。
35.在一些可能的设计中，冷凝结构包括冷凝管；冷凝管的至少一部分呈弯曲状。
36.在该设计中，冷凝结构包括冷凝管，并且冷凝管的至少一部分呈弯曲状。其中，在第二相变介质包括汽液相变介质的情况下，第二相变腔内汽态的汽液相变介质会进入到冷凝管内，并在冷凝管内液化为液态的汽液相变介质。而冷凝管的至少一部分呈弯曲状，可有效提升冷凝管的长度，进而使得汽态的汽液相变介质在冷凝管内的路径增长，进而使得汽态的汽液相变介质具有足够冷凝时间，提升汽态的汽液相变介质的冷凝效果。
37.在一些可能的设计中，冷凝结构包括：冷凝腔，冷凝腔连通于第二相变腔。
38.在该设计中，冷凝结构包括冷凝腔，并且冷凝腔连通于第二相变腔。特别地，冷凝腔具有相较较大的空间，进而可以使得更多汽态的汽液相变介质进入到冷凝腔内，并在冷凝腔内发生液化后流回到第二相变腔内。
39.在一些可能的设计中，冷凝结构包括冷凝管；冷凝管包括至少两个第二直管段、以及连通于相邻两个第二直管段之间的第二转接头，相邻两个第二直管段的延伸方向不同。
40.在该设计中，冷凝结构包括冷凝管，并且冷凝管包括至少两个第二直管段、以及连通于相邻两个第二直管段之间的第二转接头。其中，其中，相邻两个第二直管段通过第二转接头相连接，并保证相邻两个第二直管段的延伸方向不同，使得相邻两个第二直管段呈现出弯折的状态。这样，通过对冷凝管的形状进行优化，可有效提升冷凝管的长度，进而使得汽态的汽液相变介质在冷凝管内的路径增长，进而使得汽态的第二相变介质具有足够冷凝时间，提升汽态的第二相变介质的冷凝效果。
41.在一些可能的设计中，热交换系统还包括：散热组件，用于为冷凝结构散热。
42.在该设计中，热交换系统还包括散热组件。其中，散热组件用于为冷凝结构散热，进而降低冷凝结构的温度，进而提升汽态的汽液相变介质在冷凝结构内的冷凝效果。
43.在一些可能的设计中，散热组件包括：翅片，与冷凝结构相连接；和/或风机，用于为冷凝结构送风。
44.在该设计中，散热组件包括翅片。其中，翅片与冷凝结构相连接，翅片可以增大冷凝结构的散热面积，进而提升冷凝结构的散热效果。具体地，在热交换系统使用过程中，冷凝结构的热量会传导到的翅片上，进而通过翅片协助冷凝结构散热，进而提升冷凝结构的散热效果，提升汽态的汽液相变介质在冷凝结构内的冷凝效果。
45.在该设计中，散热组件包括风机。其中，风机朝向冷凝结构设置，并可在工作时向冷凝结构送风，进而提升冷凝结构的散热效果。具体地，在热交换系统使用过程中，风机工作并向冷凝结构送风，通过流动的气流带走冷凝结构的热量，进而提升冷凝结构的散热效果，提升汽态的汽液相变介质在冷凝结构内的冷凝效果。
46.在一些可能的设计中，热交换系统还包括：换向阀，设置于第一管路上，换向阀包括相连通的第一阀口、第二阀口和第三阀口，第一阀口连通于加热组件，第二阀口连通于换热组件；第二管路，连通于第三阀口和第一管路的出口端。
47.在该设计中，热交换系统还包括换向阀和第二管路。其中，换向阀包括相连通的第一阀口、第二阀口和第三阀口；第一阀口连通于加热组件，第二阀口连通于换热组件，第二管路连通于第三阀口和第一管路的出口端。这样，通过换向阀即可控制介质的流向，进而为用户提供不同温度的介质。因此，通过换向阀和第二管路的配合，可极大程度上提升了热交
换系统的功能性，进而使得用户根据实际需要来控制热交换系统的出水温度，更加便于用户使用。
48.在第一阀口与第二阀口相连通，且第三阀口处于关闭状态时，经过加热组件加热后的介质会流向换热组件，高温的介质在第一换热结构和第二换热结构的换热后流出热交换系统。此时，换热组件工作，用户可得到适宜温度的介质。
49.具体地，在第一阀口与第三阀口相连通，且第二阀口处于关闭状态时，经过加热组件加热后的介质会流向第二管路，高温的介质在经过第二管路流出热交换系统。此时，换热组件不工作，用户可得到高温的介质。
50.具体地，在第一阀口同时与第二阀口和第三阀口相连通时，经过加热组件加热后的一部分介质会流向换热组件，该高温的介质与第一换热结构和第二换热结构进行换热；经过加热组件加热后的一部分介质流向第二管路，该部分高温介质并不与换热组件换热。而后，经过换热与不经过换热的介质相混合后流出，实现了高温介质与低温介质的中和，进而调节热交换系统的出水温度。
51.在一些可能的设计中，热交换系统还包括：热交换组件，热交换组件包括第一换热管路和第二换热管路，第一换热管路连通于第一管路的进口端和加热组件之间，第二换热管路连通于加热组件和换热组件之间；其中，第一换热管路内的介质能够与第二换热管路内的介质换热。
52.在该设计中，热交换系统还包括热交换组件。其中，热交换组件相较于加热组件更加靠近第一管路的进口端。热交换组件包括第一换热管路和第二换热管路；第一换热管路连通于第一管路的进口端和加热组件之间。这样，第一换热管路内的介质会流向加热组件变为高温介质，高温介质会进入到第二换热管路内并流向换热组件。
53.此外，第一换热管路内的介质能够与第二换热管路内的介质换热。也即，第一换热管路内的低温介质可与第二管路内的高温介质相接触。这样，第一换热管路内的低温介质在被加热组件加热前存在一个预加热的过程，可极大程度上提升了经过加热组件加热后的介质的温度。对应地，第二管路内的高温介质在与换热组件接触换热之前存在一个预降温的过程，可极大程度上降低了经过换热组件换热后的介质的温度。
54.在一些可能的设计中，第一换热管路的至少一部分与第二换热管路的至少一部分缠绕设置。
55.在该设计中，第一换热管路的至少一部分与第二换热管路的至少一部分缠绕设置。具体地，第一换热管路的至少一部分与第二换热管路的至少一部分呈螺旋状分布。这样，通过对第一换热管路和第二换热管路的形状进行优化，使得介质在第一换热管路和第二换热管路内的路径增长，进而使得第一换热管路内低温介质与第二换热管路高温介质具有足够换热时间，进而提升介质的预加热和预降温效果。
56.在一些可能的设计中，第一换热管路的至少一部分与第二换热管路的至少一部分相接触。
57.在该设计中，第一换热管路的至少一部分与第二换热管路的至少一部分相接触。这样，通过对第一换热管路和第二换热管路的形状进行优化，使得介质在相接触的第一换热管路和第二换热管路内时进行接触换热，进而提升介质的预加热和预降温效果。
58.在一些可能的设计中，第一相变介质的相变温度大于或等于37℃，并小于或等于
65℃。
59.在该设计中，第一相变介质的相变温度大于或等于37℃，并小于或等于65℃。这样，在常温下第一相变介质稳定处于固态，此时第一相变介质并不会发生相变反应。经过加热组件加热后的介质的温度高于37℃(一般处于沸腾状态为100℃)，在热交换系统使用过程中，第一相变介质与高温介质相接触，以实现对高温介质的降温。
60.并且，第一相变介质的相变温度大于或等于37℃，并小于或等于65℃。这样在整个热交换系统处于稳定状态后，经过降温的介质的温度也大于或等于37℃，并小于或等于65℃。该温度下的介质更加符合用户的使用标准，提升了用户使用的舒适性。
61.在一些可能的设计中，第一相变介质可采用石蜡复合相变介质等。
62.在一些可能的设计中，第二相变介质的相变温度在大于或等于37℃，并小于或等于65℃。
63.在该设计中，第二相变介质的相变温度在大于或等于37℃，并小于或等于65℃。这样，在常温下第二相变介质稳定处于液态，此时第二相变介质并不会发生相变反应。在热交换系统使用过程中，第一相变介质的温度升高并高于第二相变介质的相变温度，此时液态的第二相变介质发发生相变反向并吸收第一相变介质的热量，以保证第一相变介质与高温介质持续发生固液相变反应。
64.在一些可能的设计中，第二相变介质可采用二氯甲烷、乙醇等。
65.本实用新型第二方面提供了一种用水设备，包括如本实用新型第一方面设计的热交换系统。
66.本实用新型第二方面提供的用水设备，包括本实用新型第一方面设计的热交换系统。因此，具有上述热交换系统的全部有益效果，在此不再详细论述。
67.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
68.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
69.图1是本实用新型一个实施例的热交换系统的结构简图之一；
70.图2是本实用新型一个实施例的热交换系统的结构简图之二；
71.图3是本实用新型一个实施例的热交换系统的结构简图之三；
72.图4是本实用新型一个实施例的冷凝管与翅片的结构示意图之一；
73.图5是本实用新型一个实施例的冷凝管与翅片的结构示意图之二；
74.图6是本实用新型一个实施例的冷凝管的结构示意图之一；
75.图7是本实用新型一个实施例的冷凝管的结构示意图之二；
76.图8是本实用新型一个实施例的热交换系统的结构简图之四；
77.图9是图8所示热交换系统的使用状态示意图之一；
78.图10是图8所示热交换系统的使用状态示意图之二；
79.图11是图8所示热交换系统的使用状态示意图之三；
80.图12是本实用新型一个实施例的热交换系统的结构简图之五。
81.其中，图1至图12中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
82.100热交换系统，102第一管路，104加热组件，106换热组件，108第一换热结构，110第一相变介质，112第二换热结构，114第二相变介质，116流道结构，118第一相变腔，120第二相变腔，122冷凝结构，124进汽管路，126排液管路，128冷凝管，130冷凝腔，132散热组件，134翅片，136风机，138换向阀，140第二管路，142热交换组件，144第一换热管路，146第二换热管路，148第一阀口，150第二阀口，152第三阀口，154水泵，156出水头，158水箱，160进口端，162出口端。
具体实施方式
83.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
84.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
85.下面参照图1至图12来描述根据本实用新型一些实施例提供的热交换系统100和用水设备。其中，图1至图3、以及图9至图12中实线箭头表示介质的流动方向；图1至图3、以及图12中虚线箭头表示第二相变介质114的流动方向。
86.如图1所示，本实用新型第一个实施例提供了一种热交换系统100，包括：第一管路102、加热组件104和换热组件106。
87.其中，如图1所示，第一管路102可供液体等介质流通。加热组件104工作时可为第一管路102内的介质供热，以将第一管路102内的介质加热至高温状态或沸腾状态；这样，通过高温可起到良好的杀菌效果。换热组件106相较加热组件104靠近第一管路102的出口端162，使得换热组件106能够与第一管路102内经过加热的高温介质进行换热，进而为高温的介质降温，使得介质恢复到适宜的温度，便于用户直接使用或者是饮用。
88.特别地，如图1所示，换热组件106包括配合使用的第一换热结构108和第二换热结构112。其中，如图1所示，第一换热结构108包括第一相变介质110；第一相变介质110能够与第一管路102内经过加热的高温的介质进行换热，进而将第一管路102内高温的介质降低到适宜的温度。如图1所示，第第二换热结构112包括第二相变介质114，第二相变介质114具有在恒定温度下快速吸收大量热能的特性，并且第二相变介质114能存储热量。这样，第一相变介质110吸收的热量能够快速交换到第二相变介质114中，进而保证换热过程的持续进行，直到第一相变介质110温度与第二相变介质114的温度平衡为止。
89.因此，如图1所示，本实施例提出的热交换系统100，第一换热结构108能够作为换热结构使用，第二换热结构112能够作为储能结构使用。这样，一方面可以实现短期内依靠第一相变介质110吸收高温介质大量热能，使得高温介质降至直饮温度；另一方面可以通过第二相变介质将第一相变介质110中积蓄的热量快速耗散到环境中，进而使得第一相变介质110快速恢复功能，缩短热交换系统100恢复时间，使得热交换系统100能够长时间持续工作，进而提高热交换系统100的使用效率。
90.此外，如图1所示，本实施例提出的热交换系统100能够将饮用水等介质实现沸腾
杀菌后快速降温饮用，基本实现直饮需求。该热交换系统100利用相变材料储热和环境散热的方式将开水快速降温，该热交换系统100具有降温过程不需额外耗能、结构简单、效率高、可重复使用等特点，具有非常好的市场应用前景和价值。该热交换系统100具有结构简单、能耗低，具有绿色环保的特性。该热交换系统100选择的加热和降温方式安全无毒，选用的降温材料广泛易得，价格较低。
91.本实用新型第二个实施例提出了一种热交换系统100，在第一个实施例的基础上，进一步地：
92.如图1所示，换热组件106还包括流道结构116。其中，流道结构116与第一管路102相连通，经过加热后的高温介质会流入到流道结构116内。第一相变介质110与流道结构116相热交换系统(可以是接触换热，也可以是间隔换热)，在高温介质流经流道结构116时，第一相变介质110会与第一管路102内高温介质相接触换热，进而将第一管路102内高温介质的温度降低到适宜的温度。
93.在该实施例中，流道结构116的至少一部分可以呈弯曲状；具体地，流道结构116可以整体为螺旋状。这样，通过对流道结构116的形状进行优化，可有效提升流道结构116的流道长度，进而使得高温介质在流道结构116内的路径增长，进而使得高温介质与第一相变介质110具有足够换热时间，进而提升第一相变介质110对第一管路102内高温介质的降温效果。
94.在该实施例中，如图1所示，流道结构116可以包括至少两个第一直管段以及连通于相邻两个第一直管段之间的第一转接头。其中，相邻两个第一直管段通过第一转接头相连接，并保证相邻两个第一直管段的延伸方向不同，使得相邻两个第一直管段呈现出弯折的状态。这样，通过对流道结构116的形状进行优化，可有效提升流道结构116的流道长度，进而使得高温介质在流道结构116内的路径增长，进而使得高温介质与第一相变介质110具有足够换热时间，进而提升第一相变介质110对第一管路102内高温介质的降温效果。
95.本实用新型第三个实施例提出了一种热交换系统100，在第一个实施例和第二个实施例的基础上，进一步地：
96.如图1所示，第一换热结构108还包括第一相变腔118。其中，第一相变介质110设置于第一相变腔118内，进而在第一相变腔118内发生固液相变反应，以吸收第一管路102内高温介质的热量。此外，第一相变介质110设置于第一相变腔118内，使得第一相变介质110在第一相变腔118内发生固液相变反应，并保证第一相变介质110在反应前后均处于第一相变腔118内，一方面避免第一相变介质110泄漏，另一方面实现了第一相变介质110的重复利用。
97.本实用新型第四个实施例提出了一种热交换系统100，在第一个实施例、第二个实施例和第三个实施例的基础上，进一步地：
98.第一相变介质110包括固液相变介质，第一换热结构108能够通过固液相变反应为高温介质降温。具体地，在第一管路102内的介质经过加热组件104供热杀菌后，固液相变介质与高温介质进行换热，进而将高温介质降温到适宜的温度。特别地，固液相变介质具有良好的形变性能，可以通过固液相变反应吸收高温介质的温度，进而将第一管路102内介质的热量转移至第二相变介质114。
99.在该实施例中，进一步地，第二相变介质114包括汽液相变介质，第二换热结构112
能够通过汽液相变反应为第一相变介质110降温。具体地，在第一相变介质110与高温介质进行换热后，汽液相变介质能够通过汽液相变反应快速吸收第一相变介质110的热量，进而使得第一相变介质110快速恢复，以保证第一相变介质110持续为第一管路102内的高温介质降温。
100.此外，汽液相变反应的反应更为剧烈，具有恒定温度下快速吸收大量热能的特性。本实用新型中第二相变介质114包括汽液相变介质，进而利用汽液相变介质的反应特性来快速为第一相变介质110降温，有利于提升整个热交换系统100的工作时长以及工作持续性。
101.本实用新型第五个实施例提出了一种热交换系统100，在第一个实施例、第二个实施例、第三个实施例和第四个实施例的基础上，进一步地：
102.如图1所示，第二换热结构112还包括第二相变腔120，第二相变介质114设置于第二相变腔120内。其中，在第二相变介质114包括汽液相变介质的情况下，汽液相变介质在第二相变腔120内发生汽液相变反应，以吸收第一相变介质110的热量。此外，汽液相变介质设置于第二相变腔120内，使得汽液相变介质在第二相变腔120内发生汽液相变反应，并保证汽液相变介质在反应前后均处于第二相变腔120内，一方面避免汽液相变介质泄漏，另一方面实现了汽液相变介质的重复利用。
103.在该实施例中，第一换热结构108的至少一部分可以设置于第二相变腔120的内部。具体地，可以是第一换热结构108全部设置在第二相变腔120内，也可是第一换热结构108的一部分设置在第二相变腔120内(例如第一换热结构108穿设于第二相变腔120)。这样，即可保证第二相变腔120内的第二相变介质114与第一换热结构108的第一相变介质110相换热，以保证第二相变介质114吸收第一相变介质110的热量，进而使得第二相变介质114起到传递热量的效果，保证相变反应持续进行。
104.在该实施例中，如图1所示，第一换热结构108的至少一部分可以与第二相变腔120相接触。其中，第一换热结构108可以设置在第一相变腔118的外部。这样，第一换热结构108与第二相变腔120相接触的部分可进行换热，以保证第二相变介质114吸收第一相变介质110的热量，进而使得第二相变介质114起到传递热量的效果，保证相变反应持续进行。
105.本实用新型第六个实施例提出了一种热交换系统100，在第一个实施例、第二个实施例、第三个实施例、第四个实施例和第五个实施例的基础上，进一步地：
106.如图1所示，换热组件106还包括冷凝结构122。其中，冷凝结构122包括进汽口和排液口，进汽口和排液口分别连通于第二相变腔120。在热交换系统100使用过程中，第二相变腔120内汽态的汽液相变介质会通过进汽口进入到冷凝结构122内；汽态的汽液相变介质在冷凝结构122内液化为液态的汽液相变介质；液态的汽液相变介质通过排液口流回到第二相变腔120内。
107.这样，即可实现汽液相变介质的循环持续使用，以使得汽液相变介质将第一相变介质110的热量传递到外部环境，进而使得第一相变介质110快速恢复功能，缩短热交换系统100的恢复时间，提高第一换热组件106以及整个热交换系统100的使用效率。
108.在该实施例中，进一步地，如图1所示，换热组件106还包括进汽管路124和排液管路126。其中，进汽管路124连通于第二相变腔120和进汽口，以使得第二相变腔120内汽态的汽液相变介质通过进汽管路124进入到冷凝结构122内；排液管路126连通于排液口和第二
相变腔120，以使得液态的汽液相变介质通过排液管路126流回到第二相变腔120内。
109.此外，如图1所示，进汽管路124和排液管路126的设置，使得冷凝结构122与第二相变腔120之间具有一定的距离，使得冷凝结构122所释放的热量不会影响第二相变腔120的温度。
110.在该实施例中，进一步地，如图2和图3所示，冷凝结构122包括冷凝管128。第二相变腔120内汽态的第二相变介质会进入到冷凝管128内，并在冷凝管128内液化为液态的汽液相变介质。
111.在该实施例中，进一步地，如图1所示，也可将冷凝管128替换为冷凝腔130，进而增大汽态的汽液相变介质的反应空间。
112.在该实施例中，如图6所示，冷凝管128的至少一部分可以呈弯曲状，可有效提升冷凝管128的长度，进而使得汽态的汽液相变介质在冷凝管128内的路径增长，进而使得汽态的汽液相变介质具有足够冷凝时间，提升汽态的汽液相变介质的冷凝效果。
113.在该实施例中，如图7所示，冷凝管128可以包括至少两个第二直管段、以及连通于相邻两个第二直管段之间的第二转接头。其中，其中，相邻两个第二直管段通过第二转接头相连接，并保证相邻两个第二直管段的延伸方向不同，使得相邻两个第二直管段呈现出弯折的状态。这样，通过对冷凝管128的形状进行优化，可有效提升冷凝管128的长度，进而使得汽态的汽液相变介质在冷凝管128内的路径增长，进而使得汽态的汽液相变介质具有足够冷凝时间，提升汽态的汽液相变介质的冷凝效果。
114.本实用新型第七个实施例提出了一种热交换系统100，在第六个实施例的基础上，进一步地：
115.如图2和图3所示，热交换系统100还包括散热组件132。其中，散热组件132用于为冷凝结构122散热，进而降低冷凝结构122的温度，进而提升汽态的第二相变介质在冷凝结构122内的冷凝效果。
116.在该实施例中，如图4和图5所示，散热组件132可以包括翅片134。其中，翅片134与冷凝结构122相连接，翅片134可以增大冷凝结构122的散热面积，进而提升冷凝结构122的散热效果。具体地，在热交换系统100使用过程中，冷凝结构122的热量会传导到的翅片134上，进而通过翅片134协助冷凝结构122散热，进而提升冷凝结构122的散热效果，提升汽态的汽液相变介质在冷凝结构122内的冷凝效果。
117.在该实施例中，如图2和图3所示，散热组件132可以包括风机136。其中，风机136朝向冷凝结构122设置，并可在工作时向冷凝结构122送风，进而提升冷凝结构122的散热效果。具体地，在热交换系统100使用过程中，风机136工作并向冷凝结构122送风，通过流动的气流带走冷凝结构122的热量，进而提升冷凝结构122的散热效果，提升汽态的汽液相变介质在冷凝结构122内的冷凝效果。
118.本实用新型第八个实施例提出了一种热交换系统100，在第一个实施例、第二个实施例、第三个实施例、第四个实施例、第五个实施例、第六个实施例和第七个实施例的基础上，进一步地：
119.如图8所示，热交换系统100还包括换向阀138和第二管路140。其中，换向阀138包括相连通的第一阀口148、第二阀口150和第三阀口152；第一阀口148连通于加热组件104，第二阀口150连通于换热组件106，第二管路140连通于第三阀口152和第一管路102的出口
端162。这样，通过换向阀138即可控制介质的流向，进而为用户提供不同温度的介质。
120.因此，该实施例通过换向阀138和第二管路140的配合，可极大程度上提升了热交换系统100的功能性，进而使得用户根据实际需要来控制热交换系统100的出水温度，更加便于用户使用。
121.具体地，如图9所示，在第一阀口148与第二阀口150相连通，且第三阀口152处于关闭状态时，经过加热组件104加热后的介质会流向换热组件106，高温的介质在第一换热结构108和第二换热结构112的换热后流出热交换系统100。此时，换热组件106工作，用户可得到适宜温度的介质。
122.具体地，如图10所示，在第一阀口148与第三阀口152相连通，且第二阀口150处于关闭状态时，经过加热组件104加热后的介质会流向第二管路140，高温的介质在经过第二管路140流出热交换系统100。此时，换热组件106不工作，用户可得到高温的介质。
123.具体地，如图11所示，在第一阀口148同时与第二阀口150和第三阀口152相连通时，经过加热组件104加热后的一部分介质会流向换热组件106，该高温的介质与第一换热结构108和第二换热结构112进行换热；经过加热组件104加热后的一部分介质流向第二管路140，该部分高温介质并不与换热组件106换热。而后，经过换热与不经过换热的介质相混合后流出，实现了高温介质与低温介质的中和，进而调节热交换系统100的出水温度。
124.本实用新型第八个实施例提出了一种热交换系统100，在第一个实施例、第二个实施例、第三个实施例、第四个实施例、第五个实施例、第六个实施例和第七个实施例的基础上，进一步地：
125.如图12所示，热交换系统100还包括热交换组件142。其中，热交换组件142相较于加热组件104更加靠近第一管路102的进口端160。热交换组件142包括第一换热管路144和第二换热管路146；第一换热管路144连通于管路的进口端160和加热组件104之间。这样，第一换热管路144内的介质会流向加热组件104变为高温介质，高温介质会进入到第二换热管路146内并流向换热组件106。
126.此外，如图12所示，第一换热管路144内的介质能够与第二换热管路146内的介质换热。也即，第一换热管路144内的低温介质可与第二管路140内的高温介质相接触。这样，第一换热管路144内的低温介质在被加热组件104加热前存在一个预加热的过程，可极大程度上提升了经过加热组件104加热后的介质的温度。对应地，第二管路140内的高温介质在与换热组件106接触换热之前存在一个预降温的过程，可极大程度上降低了经过换热组件106换热后的介质的温度。
127.在该实施例中，第一换热管路144的至少一部分可以与第二换热管路146的至少一部分缠绕设置。具体地，第一换热管路144的至少一部分与第二换热管路146的至少一部分呈螺旋状分布。这样，通过对第一换热管路144和第二换热管路146的形状进行优化，使得介质在第一换热管路144和第二换热管路146内的路径增长，进而使得第一换热管路144内低温介质与第二换热管路146高温介质具有足够换热时间，进而提升介质的预加热和预降温效果。
128.在该实施例中，如图12所示，第一换热管路144的至少一部分可以与第二换热管路146的至少一部分相接触。这样，通过对第一换热管路144和第二换热管路146的形状进行优化，使得介质在相接触的第一换热管路144和第二换热管路146内时进行接触换热，进而提
升介质的预加热和预降温效果。
129.在上述任一实施例的基础上，进一步地，第一相变介质110的相变温度大于或等于37℃，并小于或等于65℃。这样，在常温下第一相变介质110稳定处于固态，此时固态的第一相变介质110并不会发生固液相变反应。经过加热组件104加热后的介质的温度高于37℃(一般处于沸腾状态为100℃)，在热交换系统100使用过程中，固态的第一相变介质110与高温介质相接触，以实现对高温介质的降温。
130.并且，第一相变介质110的相变温度大于或等于37℃，并小于或等于65℃。这样在整个热交换系统100处于稳定状态后，经过降温的介质的温度也大于或等于37℃，并小于或等于65℃。该温度下的介质更加符合用户的使用标准，提升了用户使用的舒适性。
131.在上述任一实施例的基础上，进一步地，第一相变介质110可采用石蜡复合相变介质等。
132.在上述任一实施例的基础上，进一步地，第二相变介质114的相变温度在大于或等于37℃，并小于或等于65℃。这样，在常温下第二相变介质114稳定处于液态，此时液态的第二相变介质114并不会发生汽液相变反应。在热交换系统100使用过程中，第一相变介质110的温度升高并高于第二相变介质114的相变温度，此时液态的第二相变介质114发发生汽液相变反向并吸收第一相变介质110的热量，以保证第一相变介质110与高温介质持续发生固液相变反应。
133.在上述任一实施例的基础上，进一步地，第二相变介质114可采用二氯甲烷、乙醇等。
134.在上述任一实施例的基础上，进一步地，如图11所示，换热组件106还包括出水头156，出水头156设置在第一管路102的出口端162，用于介质流出。
135.本实用新型第九个实施例提出了一种用水设备，包括如上述任一实施例热交换系统100。
136.本实施例提供的用水设备，包括上述任一实施例的热交换系统100。因此，具有上述热交换系统100的全部有益效果，在此不再详细论述。
137.此外，如图11所示，用水设备还包括水箱158，水箱158连通于第一管路102的进口端160。
138.此外，如图11所示，用水设备还包括水泵154，水泵154设置在第一管路102上，并用于驱动介质流动。
139.具体地，本实用新型提出的用水设备可以为饮水机。更具体地，可以为直饮水机。
140.本实用新型提出一种先急速沸腾后快速降温的热交换系统100，该热交换系统100优点如下：第一是通过热交换组件142、换热组件106以及流道结构116的设计，可以实现将饮用水先沸腾杀菌，后快速降温到适饮区间的效果，给用户一个全新的非常好的喝水体验；第二是选择的降温方式安全无毒；第三是选用的相变保温材料广泛易得，价格较低。
141.下面，以第一管路102内的介质为水为例，对本实用新型提出的热交换系统100进行进一步的介质说明：
142.具体地，如图1所示，本实用新型提出的热交换系统100包括第一管路102、加热组件104和换热组件106。其中，加热组件104可以实现常温水快速加热至沸腾(常见水流量为6-10g/s)。换热组件106包括第一换热结构108、第二换热结构112、流道结构116和冷凝结构
122。
143.流道结构116可采用排式结构或管式结构，能够有效增加水流形成，延长换热时间，实现沸腾开水快速降温，最低可达40℃。
144.如图1所示，第一换热结构108包括第一相变介质110(可采用固液相变介质)，第一相变介质110具有热能储存的作用。具体地，第一相变介质110具有在恒定温度下吸收大量热能的特性，可以将高温热水的热量交换到第一相变介质110中，而第一相变介质110的温度不高于相变温度点，进而保证换热过程的持续进行，直到热水温度与第一相变介质110温度平衡为止；固液相变材料的相变温度在37℃到65℃之间，如石蜡复合相变材料等。
145.如图1所示，第二换热结构112包括第二相变介质114(可采用汽液相变介质)，第二相变介质114具有热能传递的作用。具体地，第二相变介质114具有在恒定温度下快速吸收大量热能的特性，可以将第一相变介质110吸收的热量快速交换到第二相变介质114中，进而保证换热过程的持续进行，直到第一相变介质110温度与第二相变介质114温度平衡为止；第二相变介质114的相变温度在37℃到65℃之间，如二氯甲烷、乙醇等。
146.如图1所示，冷凝结构122由于第二相变介质114在相变过程中具有明显的体积膨胀，冷凝结构122需包含一个存储汽体的冷凝管128以及对外换热的翅片134或风机136，可以将汽态的第二相变介质114吸收的热量，通过自然对流或者外接风扇等方式，逐步散热到环境中去，使得第二相变介质114恢复液态，从排液管路126返回第二相变腔120内，进而继续工作。
147.因此，本实用新型提出的热交换系统100可以实现短期内依靠第一相变介质110吸收沸腾开水大量热能，使得开水降至直饮温度；另一方面，通过第二相变介质114换热效率快的方式，将第一相变介质110中积蓄的热量快速耗散到环境中，进而使得第一相变介质110快速恢复功能，缩短热交换系统100恢复时间，提高热交换系统100的使用效率。
148.具体实施例中，以200ml的热水降温为例，按照10g/s的速度进行降温，开水降温至45度，约需要20s时间，交换46.2kj热量，大约需要2300w的换热功率。通过第一相变介质110搭配流道结构116的设计，是可以实现这一需求的。但是想要将2300w功率直接传递到环境中，按照常见翅片134散热或者风机136散热，需要非常大的散热面积或对流风速。因此，本实用新型利用第一相变介质110先将46.2kj的热量存储下来，再通过第二相变介质114逐步的将这些热量传递到环境中去，可以大大的降低对环境散热功率的需求，同时满足热交换系统100工作的需求。通过简单换算，若第二相变介质114的换热功率为230w，则10倍于工作时长的散热时间即可使热交换系统100重复工作，即200s，大约3.5min；如果没有第二换热结构112，第一相变介质110需要将近60min的自散热时间。
149.具体实施例中，如果单独采用第一相变介质110进行换热，但是饮水后，第一相变介质110全部液化后恢复速度慢。单独使用第二相变介质114，可以快速恢复，但是汽化后体积变化较大，所以不能单次填充太多，导致单轮可以带走的热量有限，需要配合的散热器功率较大，实现第二相变介质114汽化后快速散热液化进行二轮、三轮，甚至更多次的换热。理论上可以单独使用第二相变介质114实现可以不等待出水45℃，需要第二相变介质114的散热器功率约1283w左右(250ml水在45s内从100℃降至45℃。p＝温差x体积x密度x比热容/时间＝(100-45)x0.25x1x4200/45＝1283w)。因此，如图1所示，本实用新型采用第一相变介质110和第二相变介质114组合的方式，利用第一相变介质110储能大，实现单次将大量的水降
温至45℃，然后利用第二相变介质114带走第一相变介质110的能力，让其快速恢复降温能力。
150.此外，该热交换系统100中第一换热结构108与流道结构116受限于结构设计和空间尺寸，而冷凝结构122可以采用更多设计方案，增加热交换系统100的散热面积，进而实现快速向环境散热的目的。该热交换系统100可应用在非连续饮用水系统之中，利用相变材料储热和环境散热的方式将开水快速降温，该系统具有降温过程不需额外耗能、结构简单、效率高、可重复使用等特点。
151.具体实施例中，如图8所示，换向阀138包括相连通的第一阀口148、第二阀口150和第三阀口152，第一阀口148连通于加热组件104，第二阀口150连通于换热组件106，第二管路140连通于第三阀口152和第一管路102的出口端162。
152.具体地，如图9所示，在第一阀口148与第二阀口150相连通，且第三阀口152处于关闭状态时，经过加热组件104加热后的介质会流向换热组件106，高温的介质在第一换热结构108和第二换热结构112的换热后流出热交换系统100。此时，换热组件106工作，用户可得到适宜温度的介质(例如45℃的水)。
153.具体地，如图10所示，在第一阀口148与第三阀口152相连通，且第二阀口150处于关闭状态时，经过加热组件104加热后的介质会流向第二管路140，高温的介质在经过第二管路140流出热交换系统100。此时，换热组件106不工作，用户可得到高温的介质(例如100℃的水)。
154.具体地，如图11所示，在第一阀口148同时与第二阀口150和第三阀口152相连通时，经过加热组件104加热后的一部分介质会流向换热组件106，该高温的介质与第一换热结构108和第二换热结构112进行换热；经过加热组件104加热后的一部分介质流向第二管路140，该部分高温介质并不与换热组件106换热。而后，经过换热与不经过换热的介质相混合后流出，实现了高温介质与低温介质的中和，进而调节热交换系统100的出水温度(例如45℃到100℃之间的水)。
155.此外，由于换热组件106的设计，使得水温的控制精确，抗外界影响能力强，当进水温度偏高或偏低时，出水温度还是会稳定到一定的温度(例如45℃)，同时可简化整个热交换系统100的结构。
156.具体实施例中，如图2和图3所示，可以对冷凝结构122增加散热组件132，当冷凝结构122中汽液相变材料汽化后，因热汽体会自然上升，所以其会自动升高到位于相较较高的汽液相变材料冷却部分。汽液相变材料的散热部分可以采用多种方式：例如直接使用散热结构的冷凝管128直接采用弯管、盘旋管方式加大其对空汽散热面积、例如在冷凝管128的四周增加翅片134，加大其与空汽接触面积，然后增加风机136，利用汽体的强制对流换热对其降温。
157.具体实施例中，如图12所示，热交换系统100还包括热交换组件142，并通过热交换组件142与换热组件106配合增强降温效果。具体地，第一管路102中的介质先经过热交换组件142，再经过换热组件106，其原因在于降温前，沸腾水与常温水温差较大，热交换组件142的换热效率高；而换热组件106利用相变材料相变温度恒定的特性，在低温差换热的效率要高于热交换组件142，热交换组件142与换热组件106结合可以提高降温效率。
158.具体实施例中，如图12所示，加热组件104在第一换热管路144和第二换热管路146
之间进行加热，水流需先经过热交换组件142的第一换热管路144，再经过加热组件104加热至沸腾，最后再次经过热交换组件142的第二换热管路146，利用新进入第一换热管路144的常温水进行降温；初次使用时水流不具备预升温条件，需流经加热组件104后，该热交换系统100才具备预热与降温双重功能。
159.在本实用新型的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
160.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
161.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。