热交换装置及使用该装置的热水器的制造方法

文档序号:9371405阅读:125来源:国知局
热交换装置及使用该装置的热水器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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,使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。
[0003]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I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I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。
[0004]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。
[0005]举例来说,冷水在热交换的初期大约25°C,冷媒温度大约在70?100°C,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,因此冷媒就无法再对水流释放热能,水流也无法再升温。
[0006]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°C,这也是业界一直无法克服的重大问题。

【发明内容】

[0007]本发明提供一种热交换装置,以提升热交换效率。
[0008]本发明另提供一种热水器,以提升热交换效率。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
【附图说明】
[0021]图1是现有的热泵式热水器的示意图。
[0022]图2是本发明一个实施例的一种热交换装置的示意图
[0023]图3是图2中热交换装置的剖面示意图。
[0024]图4是本发明另一个实施例的热交换装置的示意图。
[0025]图5是本发明另一个实施例的热交换装置的剖面示意图。
[0026]图6是本发明另一实施例的热交换装置的第一管体与第二管体的剖面示意图。
[0027]图7是本发明另一个实施例的热交换装置的第一管体与第二管体的剖面示意图。
[0028]图8是本发明另一个实施例的热交换装置的第一管体与第二管体的局部示意图。
[0029]图9为本发明一个实施例的热水器的示意图。
【具体实施方式】
[0030]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。
[0031]图2是本发明一实施例的一种热交换装置的示意图,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Fl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Fl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Fl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。
[0032]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。
[0033]以下将以第一管体110为供热源介质(第一流体Fl)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。
[0034]在本实施例中,热源介质(第一流体Fl)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Fl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Fl)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Fl)的潜热。
[0035]此外,第一导管110依热源介质(第一流体Fl)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Fl)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Fl)的显热。
[0036]上述构造中,热源介质(第一流体Fl)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Fl)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Fl)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Fl)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Fl)在
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