熱交換裝置及使用該裝置的熱水器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種熱交換裝置，尤其是有關(guān)于一種能使兩流體進(jìn)行熱交換的熱交換裝置以及使用此熱交換裝置的熱水器。
【背景技術(shù)】
[0002]熱泵式熱水器的工作原理是利用熱源介質(zhì)(即冷媒)收集空氣中的熱能，通過熱泵(即壓縮機(jī))加壓蓄存后，再將熱源介質(zhì)通過熱交換器與冷水進(jìn)行熱交換，使冷水逐漸地被加溫而轉(zhuǎn)換成熱水。由于熱泵式熱水器將冷水熱交換成為熱水的過程中，是利用運(yùn)轉(zhuǎn)冷媒來做能源轉(zhuǎn)換，其能源轉(zhuǎn)換效率理論上可超過300%以上，相較于電力或火力轉(zhuǎn)換效率無法到達(dá)100%的限制，熱泵式熱水器僅需使用極少的電能即能達(dá)到良好的加熱效果，不但具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且產(chǎn)生的污染很少，是目前最環(huán)保也最省能源的制熱設(shè)備。
[0003]圖1所示，現(xiàn)有的熱泵式熱水器包括壓縮機(jī)1、熱交換器2、膨脹閥3，以及蒸發(fā)器4 ;運(yùn)作時，壓縮機(jī)I將冷媒壓縮成高溫高壓的氣態(tài)冷媒，以所述高溫高壓的氣態(tài)冷媒做為熱源介質(zhì)進(jìn)入熱交換器2內(nèi)，并且在熱交換器2中與水流進(jìn)行熱交換而釋放熱能，使水流得以被加熱升溫，同時高溫高壓的氣態(tài)冷媒經(jīng)釋放熱能而冷凝，并透過膨脹閥3 (或毛細(xì)管)的高低壓差成為氣液混合冷媒后，再通過蒸發(fā)器4吸收外界熱源，并通過壓縮機(jī)I再將冷媒壓縮成高溫高壓的氣態(tài)冷媒進(jìn)入熱交換器2內(nèi)，如此不斷循環(huán)作熱能移轉(zhuǎn)的動作，即可以讓水流在熱交換器2中被加熱升溫。
[0004]由上述過程可知，熱泵式熱水器的熱交換的運(yùn)作過程，大致是由高溫高壓的氣態(tài)冷媒在熱交換器內(nèi)冷凝，然后再由壓縮機(jī)壓縮成為高溫氣態(tài)進(jìn)行下一次熱交換。而冷媒蓄存熱能的過程中，其總熱能包括潛熱(latent heat)以及顯熱(sensible heat),但是在熱交換器內(nèi)冷凝時，由于冷水在熱交換的初期吸收了冷媒釋放的顯熱而不斷地被提高溫度，直到冷水升溫、冷媒降溫到二者相同的溫度時，冷媒即不再釋放熱能。
[0005]舉例來說，冷水在熱交換的初期大約25°C，冷媒溫度大約在70?100°C，此時，冷水可以大幅吸收冷媒的熱能而快速升溫，同時高溫高壓的冷媒因釋放熱能而降溫，二者一升溫一降溫而且彼此溫度趨近，當(dāng)冷水升溫到大約55°C時，冷媒也降溫到大約55°C，此時，由于二者溫度已趨近于相同，因此冷媒就無法再對水流釋放熱能，水流也無法再升溫。
[0006]換言之，上述現(xiàn)有熱泵式熱水器在冷媒與冷水進(jìn)行熱交換時，水并沒有完全吸收到冷媒所蓄存的總熱，尤其是在潛熱的部分，因?yàn)槔渌郎?、冷媒降溫到相同溫度而使冷媒不再釋放熱能時，冷媒仍然尚未到達(dá)釋放潛熱(由氣體轉(zhuǎn)換為液體相態(tài)變化時所釋放的熱能)的溫度，因此也造成冷水加熱溫度上的限制；目前，熱泵式熱水器加熱溫度大約在55°C，這也是業(yè)界一直無法克服的重大問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種熱交換裝置，以提升熱交換效率。
[0008]本發(fā)明另提供一種熱水器，以提升熱交換效率。
[0009]為達(dá)到上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的一個實(shí)施例提供一種熱交換裝置，其適于使第一流體與第二流體進(jìn)行熱交換。此熱交換裝置包括第一管體與第二管體。第一管體具有第一入口與第一出口，以供第一流體進(jìn)出第一管體。第二管體具有第二入口與第二出口，以供第二流體進(jìn)出第二管體。第一管體接觸第二管體并與第二管體并排設(shè)置，且第一流體于第一管體內(nèi)的流動方向相反于第二流體于第二管體內(nèi)的流動方向。
[0010]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一管體與第二管體分別為橢圓管，其中第一管體具有第一接觸面，第二管體具有與第一接觸面接觸的第二接觸面，且每一橢圓管的短軸延伸方向通過第一接觸面與第二接觸面。
[0011]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一管體與第二管體分別為多邊形管，其中第一管體具有第一接觸面，第二管體具有與第一接觸面接觸的第二接觸面。
[0012]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一管體具有第一接觸面，第二管體具有與第一接觸面接觸的第二接觸面，其中第一接觸面具有至少一凹部，第二接觸面具有至少一凸部，且凹部接觸凸部。
[0013]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一管體具有第一接觸面，第二管體具有與第一接觸面接觸的第二接觸面，其中第一接觸面具有至少一凸部，第二接觸面具有至少一凹部，且凹部接觸凸部。
[0014]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一管體與第二管體皆呈連續(xù)彎折狀。
[0015]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述熱交換裝置還包括隔熱層，所述隔熱層包覆第一管體與第二管體。
[0016]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述熱交換裝置還包括箱體及隔熱層，其中箱體容置第一管體與第二管體，而隔熱層位于箱體內(nèi)，并包覆第一管體與第二管體。
[0017]為達(dá)上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的一個實(shí)施例提供一種熱水器，其包括上述任一實(shí)施例的熱交換裝置以及加熱單元。加熱單元連接于熱交換裝置的第一管體的第一出口與第一入口之間。
[0018]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述熱水器還包括儲液單元，適于接收由熱交換裝置的第二管體的第二出口流出的第二流體。
[0019]本發(fā)明的熱交換器及使用該裝置的熱水器由于使第一流體于第一管體內(nèi)的流動方向相反于第二流體于第二管體內(nèi)的流動方向，因此能有效提升熱交換效率。
[0020]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的構(gòu)造，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0021]圖1是現(xiàn)有的熱泵式熱水器的示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的一種熱交換裝置的示意圖
[0023]圖3是圖2中熱交換裝置的剖面示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明另一個實(shí)施例的熱交換裝置的示意圖。
[0025]圖5是本發(fā)明另一個實(shí)施例的熱交換裝置的剖面示意圖。
[0026]圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的熱交換裝置的第一管體與第二管體的剖面示意圖。
[0027]圖7是本發(fā)明另一個實(shí)施例的熱交換裝置的第一管體與第二管體的剖面示意圖。
[0028]圖8是本發(fā)明另一個實(shí)施例的熱交換裝置的第一管體與第二管體的局部示意圖。
[0029]圖9為本發(fā)明一個實(shí)施例的熱水器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的熱交換裝置及使用該裝置的熱水器，詳細(xì)說明如下。
[0031]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的一種熱交換裝置的示意圖，圖3是圖2中熱交換裝置的剖面示意圖。請參照圖2與圖3，本實(shí)施例的熱交換裝置100適于使第一流體Fl與第二流體F2進(jìn)行熱交換。此熱交換裝置100包括第一管體110與第二管體120。第一管體110具有第一入口 112與第一出口 114，以供第一流體Fl進(jìn)出第一管體110。第二管體120具有第二入口 122與第二出口 124，以供第二流體F2進(jìn)出第二管體120。第一管體110接觸第二管體120并與第二管體120并排設(shè)置，且第一流體Fl于第一管體110內(nèi)的流動方向相反于第二流體F2于第二管體120內(nèi)的流動方向。
[0032]在本實(shí)施例中，第一入口 112鄰近第二出口 124，而第一出口 114鄰近第二入口122。此處所指的第一入口 112與第一出口 114位于第一管體110的兩端，且此兩端接觸于第二管體120。第一入口 112與第一出口 114可分別連接其他管體(圖未示)，而這些管體可與第一管體110—體成型。舉例來說，第一入口 112可通過其他管體連接至第一流體供應(yīng)源。同樣地，此處所指的第二入口 122與第二出口 124例如位于第二管體120的兩端，且此兩端接觸于第一管體120。第二入口 122與第二出口 124可分別連接其他管體(圖未示)，而這些管體可與第二管體120 —體成型。舉例來說，第二入口 122可通過其他管體連接至第二流體供應(yīng)源。此外，第一管體110與第二管體120例如分別為圓形管體，但其也可為其他形狀的管體。第一管體110與第二管體120的材質(zhì)可為具有高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬(如銅)、合金或其他復(fù)合材料。
[0033]以下將以第一管體110為供熱源介質(zhì)(第一流體Fl)流通的熱源導(dǎo)管，而第二管體120為供水(第二流體F2)流通的加熱管為例，來說明本實(shí)施例的熱交換裝置100的熱交換過程。
[0034]在本實(shí)施例中，熱源介質(zhì)(第一流體Fl)的熱能經(jīng)由第一導(dǎo)管110與第二導(dǎo)管120而傳遞至水(第二流體F2)。由于在熱交換裝置100中，第一流體Fl于第一管體110內(nèi)的流動方向相反于第二流體F2于第二管體120內(nèi)的流動方向，所以第二管體120依水(第二流體F2)的流動方向可依序區(qū)分為位于第二入口 122與第二出口 124之間的預(yù)熱區(qū)段126與高溫區(qū)段128。其中，預(yù)熱區(qū)段126連接于第二入口 122以吸收第一導(dǎo)管110內(nèi)熱源介質(zhì)(第一流體Fl)的顯熱，而高溫區(qū)段128連接于預(yù)熱區(qū)段126以吸收第一導(dǎo)管110內(nèi)熱源介質(zhì)(第一流體Fl)的潛熱。
[0035]此外，第一導(dǎo)管110依熱源介質(zhì)(第一流體Fl)流動方向可依序區(qū)分為位于第一入口 112與第一出口 114之間的潛熱釋放區(qū)段116以及顯熱釋放區(qū)段118。其中，潛熱釋放區(qū)段116連接于第一入口 112并且相對于第二導(dǎo)管120的高溫區(qū)段128，用以釋放熱源介質(zhì)(第一流體Fl)的潛熱。顯熱釋放區(qū)段118連接于潛熱釋放區(qū)段116并且相對于第二導(dǎo)管120的預(yù)熱區(qū)段126，用以釋放熱源介質(zhì)(第一流體Fl)的顯熱。
[0036]上述構(gòu)造中，熱源介質(zhì)(第一流體Fl)在第一導(dǎo)管110內(nèi)的流通方向，是先在上游的潛熱釋放區(qū)段116釋放熱源介質(zhì)(第一流體Fl)的潛熱，然后在下游的顯熱釋放區(qū)段118釋放熱源介質(zhì)(第一流體Fl)的顯熱。相對的，由于第二導(dǎo)管120內(nèi)的水(第二流體F2)的流動方向與第一導(dǎo)管110的熱源介質(zhì)(第一流體Fl)流動方向相反，使第二導(dǎo)管120上游預(yù)熱區(qū)段126的水(第二流體F2)可先吸收熱源介質(zhì)(第一流體Fl)在