專利名稱：熱交換裝置的制作方法
技術領域：
熱交換裝置技術領域[0001]本實用新型為一種熱交換裝置，可以使用在利用壓縮機及熱源介質(冷媒)取熱的熱泵式熱水器系統中，并且在熱交換時能夠有效吸收熱源介質的潛熱及顯熱，以提高水溫， 節省能源。
背景技術：
[0002]熱泵式熱水器的工作原理，是利用熱源介質(即冷媒)收集空氣中的熱能，通過熱泵(即壓縮機)加壓蓄存后，再將熱源介質通過熱交換器與冷水進行熱交換，使冷水逐漸地被加溫而轉換成熱水。由于熱泵式熱水器將冷水熱交換成為熱水的過程中，是利用運轉冷媒來做能源轉換，其能源轉換效率理論上可超過300%以上，相較于電力或火力轉換效率無法到達100%的限制，熱泵式熱水器僅需使用極少的電能即能達到良好的加熱效果，不但具有顯著的經濟效益，而且產生的污染甚少，是目前最環保也最省能源的制熱設備。[0003]如圖I所示，現有的熱泵式熱水器系統包括有一壓縮機I、一熱交換器2、一膨脹閥 3以及一蒸發器4 ;運作時，壓縮機I將冷媒壓縮成高溫高壓的氣態冷媒，以該高溫高壓的氣態冷媒做為熱源介質進入熱交換器2內，并且在熱交換器2中與水流進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冷媒經釋放熱能而冷凝，并透過膨脹閥 3 (或毛細管)的高低壓差成為氣液混合冷媒后，再借助于蒸發器4吸收外界熱源，并通過壓縮機I再將冷媒壓縮成高溫高壓的氣態冷媒進入熱交換器2內，如此不斷循環作熱能移轉的動作，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作過程，大致是由高溫高壓的氣態冷媒在熱交換器內冷凝，然后再由壓縮機壓縮成為高溫氣態進行下一次熱交換。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7(Tl00°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，當冷水升溫到大約55°C時，冷媒亦降溫到大約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，水流亦無法再升溫。[0006]換言之，上述現有熱泵式熱水器在冷媒與冷水進行熱交換時，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，因為冷水升溫、冷媒降溫到相同溫度而使冷媒不再釋放熱能時，冷媒仍然尚未到達釋放潛熱(由氣體轉換為液體相態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到達 55°C即無法突破，這也是業界一直無法克服的重大問題。[0007]有鑒于此，發明人于是累積多年相關領域的實務經驗與研究心得，特實用新型出一種「熱交換裝置」，不但能夠有效吸收熱源介質的總熱，而且能夠突破現有技術在溫度上的限制，達成提高水溫、節省能源的目的。實用新型內容[0008]本實用新型的目的在于提供一種熱交換裝置，不但能夠有效吸收冷媒蓄存的總熱能包括潛熱(latent heat)以及顯熱(sensible heat),還能夠突破現有技術在溫度上的限制，達成提高水溫、節省能源的目的，具有極高的產業價值。[0009]為達成上述目的，本實用新型的熱交換裝置包含一供水流流通的加熱管，以及一包覆于加熱管外部供熱源介質流通的熱源導管，其中[0010]該加熱管依水流方向依序包括一水流入口、一連接于水流入口以吸收熱源導管內熱源介質的潛熱的預熱區段、一連接于預熱區段以吸收熱源導管內熱源介質的顯熱的高溫區段，以及一連接于高溫區段以排出高溫熱水的出水口；[0011]該熱源導管依熱源介質流通方向，依序包括一與出水口相對應供熱源介質進入的熱源介質入口、一連接于熱源介質入口并且相對于加熱管的高溫區段用來釋放熱源介質的顯熱釋放區段、一連接于顯熱釋放區段并且相對于加熱管的預熱區段用來釋放熱源介質的潛熱釋放區段，以及一連通于潛熱釋放區段并且相對于水流入口的熱源介質出口。[0012]上述構造中，依熱源介質在熱源導管內流通方向來說，熱源介質先在熱源導管的上游釋放顯熱，然后在熱源導管的下游釋放潛熱；相對的，而由于加熱管內的水流方向與熱源導管的熱源介質流通方向相反，使加熱管上游預熱區段的水流可先吸收熱源介質的潛熱，下游高溫區段則可在水流已升溫的情形下進一步吸收熱源介質的顯熱。[0013]換言之，在進行熱交換的過程中，對熱源介質而言，溫度由高至低逐步釋放熱能， 水溫則相對應由低至高逐步吸收熱能，如此即可以讓水流在經過熱交換后，幾乎能夠完全吸收熱源介質的總熱，并且能突破現有技術在溫度上的限制，達成提高水溫、節省能源的目的。[0014]值得一提的是，在現有技術中，并未考慮到熱源介質的總熱包括顯熱與潛熱，所以其水流與熱源介質熱交換時，溫度為相向式的遞增及遞減，使遞增的水溫最多只能到達與遞減后熱源介質相同的溫度，熱源介質即無法再釋放熱能，一般大約在55°C左右。反觀本實用新型，由于低溫水流先在預熱區段吸收熱源介質處于較低溫的潛熱，之后在水流已升溫的情形下又進一步吸收熱源介質處于較高溫的顯熱，因此其溫度可以突破現有技術的限制，到達趨近于冷媒初期釋放顯熱的溫度；根據本實用新型的發明人實際實驗的結果，水流可以升溫到7(T10(TC，不僅能夠突破現有技術溫度大約在55°C左右的限制，還能有效提高能源效率比值C. O. P。[0015]根據上述結構特征，本實用新型實施時，所述的熱源導管以及位于熱源導管內供水流流通的加熱管，二者的管體是呈直線形狀或者連續彎曲形狀，連續彎曲形狀可以在相同熱交換距離的情形下節省配置長度，以便于安裝實施。[0016]根據上述結構特征，本實用新型實施時，所述的熱源導管外部披覆有一層隔熱層， 能使熱源介質只對內部加熱管的水流釋放熱能。[0017]根據上述結構特征，本實用新型實施時，所述熱源導管的熱源介質出口依序連接一膨脹閥、一蒸發器、一壓縮機，再由壓縮機連接于熱源介質入口，使熱源介質循環流通。[0018]根據上述結構特征，本實用新型實施時，所述加熱管的出水口進一步連接至儲存熱水的儲水桶，以供蓄存熱水。4[0019]相較于現有技術，本實用新型熱交換裝置中的水流可以先在預熱區段吸收熱源介質的潛熱，之后在水流已升溫的情形下進一步吸收熱源介質的顯熱，因此其溫度可以突破現有技術大約在55°C左右的限制，被加熱到達7(Tl00°C，不但能突破現有技術溫度的限制，而且能有效提升熱交換效率，提高能源效率比值，達到節省能源的目的，具有極高的產業價值。


[0020]圖I為現有熱泵式熱水器的系統示意圖；[0021]圖2為本實用新型熱交換裝置的第一實施例結構示意圖；[0022]圖3為本實用新型熱交換裝置的第二實施例結構示意圖；[0023]圖4為本實用新型配合一般熱泵式熱水器系統的使用示意圖。[0024]附圖標記說明10_加熱管；11-水流入口 ；12_預熱區段；13-聞溫區段；14-出水口 ；20_熱源導管；21-熱源介質入口 ；22_顯熱釋放區段；23-潛熱釋放區段；24-熱源介質出口 ；25_隔熱層；30_膨脹閥；40_蒸發器；50_壓縮機；60_儲水桶。
具體實施方式
[0025]以下依據本實用新型的技術手段，列舉出適于本實用新型的實施方式，并配合附圖說明如后[0026]如圖2所示，本實用新型的熱交換裝置包含一供水流流通的加熱管10，以及一包覆于加熱管10外部供熱源介質流通的熱源導管20，其中[0027]該加熱管10被包覆在熱源導管20內，其水流由上游往下游流通方向，如圖中所示由左向右，依序包括一水流入口 11、一連接于水流入口 11以吸收熱源導管20內熱源介質的潛熱的預熱區段12、一連接于預熱區段12以吸收熱源導管20內熱源介質的顯熱的高溫區段13，以及一連接于高溫區段13以排出高溫熱水的出水口 14。[0028]該熱源導管20內的熱源介質流通方向與水流方向相反，依熱源介質由上游往下游流通方向，如圖中所示由右向左，依序包括一熱源介質入口 21、一顯熱釋放區段22、一潛熱釋放區段23，以及一熱源介質出口 24。[0029]上述熱源介質入口 21與出水口 14相對應供熱源介質進入；該顯熱釋放區段22與熱源介質入口 21相連接并與加熱管10的高溫區段13相對應用來釋放熱源介質的顯熱；潛熱釋放區段23與顯熱釋放區段22相連接并與加熱管10的預熱區段12相對應用來釋放熱源介質的潛熱；該熱源介質出口 24與潛熱釋放區段23相連通并與水流入口 11相對應以供熱源介質排出。[0030]上述構造中，熱源介質在熱源導管20內的流通方向，是先在熱源導管20上游(圖示右側)的顯熱釋放區段22釋放熱源介質的顯熱，然后在熱源導管20下游(圖示左側)的潛熱釋放區段23釋放熱源介質的潛熱。[0031]相對的，由于加熱管10內的水流方向與熱源導管20的熱源介質流通方向相反，使加熱管10上游(圖示左側)預熱區段12的低溫水流可先吸收熱源介質在潛熱釋放區段23 所釋放較低溫的潛熱，而加熱管10下游(圖示右側)高溫區段13則可在水流已升溫的情形下，進一步吸收熱源介質在顯熱釋放區段22所釋放較高溫的顯熱。如此即可以讓水流在經過熱交換后，幾乎能夠完全吸收熱源介質的總熱，并且能突破現有技術在溫度上的限制，達成提高水溫、節省能源的目的。[0032]如圖3所示，本實用新型實施時，所述的熱源導管20以及位于熱源導管20內供水流流通的加熱管10，二者的管體可以為直線或呈連續彎曲形狀；連續彎曲形狀可以在相同熱交換距離的情形下節省配置長度，以便于安裝實施，讓水流在越接近加熱管10下游出水口 14及熱源導管20的上游熱源介質入口 21的位置(圖示下方)，其溫度即能越接近熱源介質初期釋放顯熱的溫度，大約7(T10(TC。[0033]此外，本實用新型實施時，可以在熱源導管20外部披覆一層隔熱層25，該層隔熱層25可以讓熱源導管20與外界溫度隔離，使熱源導管20內的熱源介質只對其內部加熱管 10的水流釋放熱能。[0034]如圖4所示，為本實用新型實施時配合一般熱泵式熱水器系統示意圖，圖中揭示， 所述熱源導管20的熱源介質出口 24依序連接一膨脹閥30、一蒸發器40與一壓縮機50，再由壓縮機50連接于熱源導管20另一端的熱源介質入口 21，使熱源介質得以經膨脹閥30、 蒸發器40、壓縮機50的運作而循環流通，進而不斷地在熱源導管20內進行熱交換。[0035]此外，本實用新型實施時，由于加熱管10的出水口 14水流溫度可以到達 7(T10(TC，在一般家庭使用時，可以直接混入適當冷水立即使用，即所謂即熱型熱水器；若使用在飯店、機關宿舍等熱水使用量較大的場所時，可以進一步將出水口 14連接至一儲水桶60，以供蓄存熱水，則可以使用在儲熱式熱水器系統中。[0036]綜上所述，本實用新型可以讓水流先在預熱區段吸收熱源介質的潛熱，之后在水流已升溫的情形下進一步吸收熱源介質的顯熱，因此其溫度可以有效突破現有技術溫度大約在55°C左右的限制，達成提高水溫及節省能源的目的；然而，以上的實施說明及附圖所示，僅舉例說明本實用新型的較佳實施例而已，并非以此局限本實用新型；舉凡與本實用新型的構造、裝置、特征等近似或相雷同者，均應屬本實用新型的創設目的及申請專利范圍的內，謹此聲明。
權利要求1.ー種熱交換裝置，其特征在于，包含一供水流流通的加熱管，以及ー包覆于加熱管外部供熱源介質流通的熱源導管，其中 該加熱管依水流方向依序包括一水流入ロ、一連接于水流入口以吸收熱源導管內熱源介質的潛熱的預熱區段、一連接于預熱區段以吸收熱源導管內熱源介質的顯熱的高溫區段，以及ー連接于高溫區段以排出高溫熱水的出水ロ； 該熱源導管依熱源介質流通方向，依序包括一與出水ロ相對應供熱源介質進入的熱源介質入ロ、ー連接于熱源介質入ロ并且相對于加熱管的高溫區段用來釋放熱源介質的顯熱釋放區段、一連接于顯熱釋放區段并且相對于加熱管的預熱區段用來釋放熱源介質的潛熱釋放區段，以及ー連通于潛熱釋放區段并且相對于水流入口的熱源介質出口。
2.如權利要求I所述的熱交換裝置，其特征在于，所述的熱源導管的管體以及位于熱源導管內供水流流通的加熱管的管體，呈直線形狀或者連續彎曲形狀。
3.如權利要求I所述的熱交換裝置，其特征在于，所述的熱源導管外部被覆有ー層隔熱層。
4.如權利要求I所述的熱交換裝置，其特征在于，所述熱源導管的熱源介質出口依序連接ー膨脹閥、一蒸發器與ー壓縮機，再由壓縮機連接于熱源介質入口。
5.如權利要求I所述的熱交換裝置，其特征在于，所述加熱管的出水ロ進ー步連接至儲存熱水的儲水桶。
專利摘要本實用新型為一種熱交換裝置，可以使用在利用壓縮機及熱源介質(冷媒)取熱的熱泵式熱水器系統中，并且在熱交換時能夠有效吸收熱源介質的潛熱及顯熱，以提高水溫，節省能源。本實用新型的熱交換裝置包含供水流流通的加熱管，以及一包覆于加熱管外部供熱源介質流通的熱源導管；其中，加熱管水流方向與熱源導管的熱源介質流通方向相反，使加熱管上游的預熱區段水流可先吸收熱源介質的潛熱，加熱管下游高溫區段則可在水流已升溫的情形下進一步吸收熱源介質的顯熱，如此即可以讓水流在經過熱交換后，幾乎能完全吸收熱源介質的總熱，并且能突破現有技術在溫度上的限制，達成提高水溫、節省能源的目的。
文檔編號F25B30/02GK202814166SQ20122048146
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者張玉仁 申請人:睿士綺機電有限公司