CN106440508A - 热交换装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热交换装置及其方法，尤其涉及一种热交换装置(100,200,400)、一种热泵、一种家用电器和一种用于操作热交换装置(100,200,400)的方法。第一空心型材(110,210,410)配置为传导第一介质。第二空心型材(120,220,420)配置为传导第二介质。第二空心型材(120,220,420)的至少一部分缠绕第一空心型材(110,210,410)的至少一部分。第二空心型材(120,220,420)的标称宽度(w)小于第一空心型材(110,210,410)的标称宽度。第一空心型材(110,210,410)的外表面包括第一接触部，第二空心型材(120,220,420)的外表面包括第二接触部，并且第一接触部和第二接触部借助焊接连接耦连。

Description

热交换装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种热交换装置、一种热泵、一种家用电器、一种操作热交换装置的方法，并且涉及一种提供热交换装置的方法。
背景技术
许多家用电器(诸如洗碗机或洗衣机)被设计为在电器的操作期间将水加热。然而，加热水需要大量的能量，同时家用电器产生往往仍然温热的废水。由此，已作出努力以回收家用电器中的废水的热能。
DE2743333A1公开了一种从来自洗涤盆、水池、浴盆和淋浴器的废水中回收热量的热量回收系统。这些卫生设施具有冷热水供应，并且在出口中具有气味陷阱(smell trap)。回收的热被用于清水的预热。气味陷阱本身或所连接的容器形成具有螺旋空心型材(profile)线圈的热交换器。来自冷水供应的水流过该螺旋线圈，并且冷水被废水的热量加热。预热的水流入热水锅炉或混合阀。整个废水容器和热交换器可以内置到锅炉罐内。
然而，当第一介质(例如，废水)完全缠绕携带第二介质(例如，清水)的空心型材时，现有技术是具有问题的。携带第二介质的空心型材的材料因而必须被适当地选择，以避免由例如腐蚀导致的劣化。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的热交换装置、一种改进的热泵、一种改进的家用电器、一种操作热交换装置的改进的方法，以及一种提供热交换装置的改进的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种热交换装置，包括配置用于传导第一介质的第一空心型材(profile)；配置用于传导第二介质的第二空心型材，其中，所述第二空心型材的至少一部分缠绕该第一空心型材的至少一部分；其中，第二空心型材的标称宽度比第一空心型材的标称宽度小；其中，第一空心型材的外表面包括第一接触部，其中，第二空心型材的外表面包括第二接触部，并且其中，所述第一接触部与第二接触部通过焊接连接耦连。
如本文所使用的，术语空心型材不应局限于用于传导流体的空心圆筒。具体地，所述第一和第二空心型材的横断面不局限于环形，而是该术语空心型材也应包括适于传导流体的其它空心型材。
第二介质可以例如是制冷剂，或者更一般地是纯的、相变的、非污染的流体。通过在缠绕第一空心型材的第二空心型材中传导第二介质，所述第二空心型材不与第一介质接触。第一介质通常是流体，更具体地是携带污垢颗粒的流体，更加具体地是废水。如果第一介质是水，诸如废水，则第二空心型材的材料因此不必进行调整以提供对腐蚀的足够保护。
为了确保在第一介质与第二介质之间有足够的热交换，以从例如在家用电器中的废水中回收热量，所述第一接触部与第二接触部通过焊接连接耦连。因此，通过在第一与第二空心型材之间提供焊接连接，本发明实现了第一介质与第二介质之间的改进的热接触。
在一个实施例中，第二空心型材的外表面包括与第二接触部相反布置的外侧部，其中，所述外侧部与第二接触部是平行的。通过以平行方式布置外侧部和第二接触部，本实施例实现了保持第二空心型材的较小标称宽度的效果。特别地，在考虑第二空心型材的横断面时，第二空心型材的凸弯曲得以避免。因此，本实施例进一步改进了对沿着横断面图的显著热差异的抑制。
在另外的实施例中，第二空心型材的横断面具有梯形形状，优选地是均匀的梯形形状，其中，第二接触部对应于梯形形状的底面。通过提供具有梯形形状的第二空心型材，本实施例确保了外侧部和第二接触部被以平行的方式布置，其中第二空心型材的横断面包括一个非常简单的形状，这是更易于制造的。
在另一实施例中，所述第一空心型材包括直部，其中所述第二空心型材缠绕所述直部的至少一部分。通过以直线方式提供第一空心型材的至少一部分，第二空心型材可以更便宜以及更直接的方式提供。这是因为缠绕直的空心型材缠绕空心型材当然比将缠绕适配于复杂形状要更加容易。
在另一实施例中，缠绕第一空心型材的一部分的第二空心型材的一部分的中心轴线对应于具有等螺距的螺旋线。选择等螺距是为具有相同工件的一种可能性。它还能够使制造商在基本空心型材工件缠绕期间无需决定各自长度的情况下准备具有不同长度的第二空心型材。换言之，可以先准备具有给定的标准长度的缠绕的空心型材，然后，根据第二空心型材的所期望的各自的长度，将基本工件切割成数个所期望长度的第二空心型材。
在另一实施例中，第二空心型材的两个相邻匝之间的距离等于或大于1.5mm。通过将第二空心型材的相邻匝保持至少1.5mm远，可以确定的是，焊接连接保持在第一和第二接触部之间，而不是分布在匝之间使得在相邻匝之间提供焊接连接。换言之，所提出的相邻匝之间的最小距离确保相邻匝之间不产生焊接连接。
在另一实施方式中，第二空心型材的两个相邻匝之间的距离等于或小于0.3mm。通过将第二空心型材的相邻匝保持比0.3mm更近，在匝之间也提供焊接连接。换言之，所提出的相邻匝之间的最大距离能够提供相邻匝之间的焊接连接。
在另一实施方式中，第一空心型材包括不锈钢，其中，第一空心型材优选地由不锈钢制成。不锈钢在抗侵蚀、生锈、水斑方面具有卓越的特性。优选地，在第一空心型材中传导的第一介质对应于水，特别是来自家用设备、例如洗碗机或洗衣机的废水。鉴于与水的频繁接触，通过将第一空心型材选择为包括不锈钢而提高了第一空心型材的寿命。
在另一实施方式中，第二空心型材包括铝，其中，第二空心型材优选地由铝制成。由于其优秀的热传导性，铝很适合作为散热材料。优选地，在第二空心型材中传导的第二介质对应于制冷剂，特别地，配置成重新获得家用设备、例如洗碗机或洗衣机中废水的热量的制冷剂。通过选择第二空心型材以包括铝，改进了第一介质和第二介质之间的热接触。
在另一实施方式中，第二空心型材的标称宽度对应于第二空心型材的与第二接触部相反布置的第一内表面区段和第二空心型材的与外侧部相反布置的第二内表面区段之间的距离。通过以上述方式限定第二空心型材的径向宽度，本发明提供了较小高度的第二空心型材，而避免或至少抑制了沿着第二空心型材的横断面的热差异。
在另一实施例中，第一空心型材的至少一部分具有环形横断面。选择第一空心型材的环形横断面简化了第二空心型材的制造工艺，因为第二空心型材缠绕第一空心型材并且因此遵循第一空心型材的环周。
在另一实施例中，第一空心型材的标称宽度等于或大于20mm并且小于120mm。通过提供为20mm的最小标称宽度，本实施例保证了第一介质的足够快的流速。将第一空心型材的标称宽度保持在120mm以下保证了第一介质流得足够慢以提供第一介质与第二介质之间足够的热耦合。
在又一实施例中，第二空心型材的标称宽度等于或大于5mm并且小于25mm。通过将第二空心型材的标称宽度保持为小的值(例如25mm)，本实施例提供了横断面轮廓的小的高度，由此避免了沿着第二空心型材的横断面图的显著热差异。
根据本发明的另一方面，提供了一种热泵，其包括根据本发明的热交换装置，其中，热交换装置作为蒸发器或压缩机使用。
根据本发明的另一方面，提供了一种家用电器，优选地是洗衣机或洗碗机中的一个，其包括根据本发明的热泵。
根据本发明的另一方面，提供了一种操作根据本发明的热交换装置的方法。所述方法包括以下步骤：在第一空心型材中传导第一介质；在第二空心型材中传导第二介质，其中，第二空心型材的至少一部分缠绕第一空心型材的至少一部分；其中，第二空心型材的标称宽度小于第一空心型材的标称宽度；其中，第一空心型材的外表面包括第一接触部，其中，第二空心型材的外表面包括第二接触部，并且其中，第一接触部和第二接触部借助于焊接连接耦连。
应理解，根据本发明的热系统部件和提供根据本发明的热系统部件的方法具有相似的和/或相同的如在从属权利要求中限定的优选的实施例。
应理解，根据本发明的热交换装置、根据本发明的热泵、根据本发明的家用电器、根据本发明的操作热交换装置的方法、以及根据本发明的提供热交换装置的方法具有相似的和/或相同的如在从属权利要求中限定的优选的实施例。
在下文中所描述的实施例中，本发明的这些方面及其他方面将更为明显，并且，本发明的这些方面及其他方面将参考这些实施例被阐明。
附图说明
在以下的附图中：
图1示意性且示例性显示了热交换装置的实施例；
图2示意性且示例性显示了热交换装置的实施例；
图3提供了图2中显示的第二空心型材的更为细节的视图；
图4示意性且示例性显示了热交换装置的实施例；
图5提供了图4中显示的第二空心型材的更为细节的视图；
图6示意性且示例性显示了热交换装置的实施例。
具体实施方式
图1示意性且示例性显示了根据本发明的热交换装置100的实施例。热交换装置100包括第一空心型材110，其被构造为传导第一介质。在一个示例中，第一介质可以是水，特别是来自洗碗机、洗衣机或其他家用电器的废水。第一介质的流动方向由箭头130指示。热交换装置100进一步包括第二空心型材120，其被构造为传导第二介质。在一个示例中，第二介质可以是制冷剂。第二介质的流动方向由箭头140指示。如图1所示，第二空心型材120的至少一部分缠绕第一空心型材110的至少一部分。本发明提出选取第二空心型材120的标称宽度小于第一空心型材110的标称宽度。第二空心型材120的标称宽度对应于第二空心型材120的与第二接触部相反布置的第一内表面区段和第二空心型材120的与外侧部相反布置的第二内表面区段之间的距离。
在图1的热交换装置100中，第一空心型材110和第二空心型材120借助于焊接连接耦连。具体的，第一空心型材110的外表面包括第一接触部，并且，第二空心型材120的外表面包括第二接触部。第一接触部和第二接触部随后借助于焊接连接耦连。第二空心型材120进一步包括可选的第二空心型材的直部120a、120b，其被构造为连接第二空心型材120至相应的入口和出口。在一个示例中，第一空心型材110包括不锈钢。在一个示例中，第二空心型材120包括铝。
图2示意性且示例性显示了根据本发明的热交换装置200的实施例。热交换装置200包括第一空心型材210，其被构造为传导第一介质。在一个示例中，第一介质可以是水，特别是来自洗碗机、清洗机械或其它家用电器的废水。热交换装置200进一步包括第二空心型材220，其被构造为传导第二介质。在一个示例中，第二介质可以是制冷剂。第二空心型材220的至少一部分缠绕第一空心型材210的至少一部分。在图2的热交换装置200中，第一空心型材210和第二空心型材220借助于焊接连接耦连。具体地，第一空心型材210的外表面包括第一接触部，并且，第二空心型材220的外表面包括第二接触部。第一接触部和第二接触部随后借助于焊接连接耦连。第二空心型材220进一步可选地包括第二空心型材的直部220a、220b,其被构造为连接第二空心型材220至相应的入口和出口。在一个示例中，第一空心型材210包括不锈钢。在一个示例中，第二空心型材220包括铝。
图3提供了第二空心型材220的更详细视图。如图3所示，第二空心型材220的横截面具有倒圆的均匀梯形的形状。第二接触部对应于梯形的底面。
第二空心型材220的标称宽度w小于第一空心型材210的标称宽度。在一实例中，用于第二空心型材220的标称宽度w的典型值在5至25mm的范围内。在一实例中，第一空心型材210的标称宽度的典型值在20至120mm的范围内。
如图3进一步所示，第二空心型材220的两个相邻匝之间的距离等于或大于1.5mm。通过保持第二空心型材220的相邻圈分开至少1.5mm，可确保焊接连接部保持在第一和第二接触部之间，而不是分散在匝之间从而在相邻匝之间设置焊接连接。也就是说，相邻匝之间的建议的最小距离确保相邻匝之间不出现焊接连接。
图4示意性地示出了根据本发明的热交换装置400的实施例。热交换装置400包括第一空心型材410，其配置为传导第一介质。在一实例中，第一介质可为水，特别是来自洗碗机、洗衣机或其他家用电器的废水。热交换装置400包括第二空心型材420，其配置为传导第二介质。在一实例中，第二介质可为制冷剂。第二空心型材420的至少一部分缠绕第一空心型材410的至少一部分。在图4的热交换装置400中，第一空心型材410和第二空心型材420通过焊接连接而被耦连。具体地，第一空心型材410的外表面包括第一接触部，第二空心型材420的外表面包括第二接触部。第一接触部和第二接触部则通过焊接连接而被耦连。第二空心型材420还可选地包括第二空心型材直部420a、420b，其配置为分别连接第二空心型材420至入口和出口。在一实例中，第一空心型材410包括不锈钢。在一实例中，第二空心型材420包括铝。
图5提供了第二空心型材420的更详细视图。如图5所示，第二空心型材420的横截面具有扁平且倒圆的均匀梯形的形状。第二接触部对应于梯形的底面。
第二空心型材420的标称宽度w小于第一空心型材410的标称宽度。在一实例中，第二空心型材420的标称宽度w的典型值在5至25mm的范围内。在一实例中，第一空心型材410的标称宽度的典型值在20至120mm的范围内。
如图5中进一步所示，第二空心型材420的两个相邻匝之间的距离等于或小于0.3mm。通过保持第二空心型材420的相邻匝比0.3mm更靠近，可在匝之间设置焊接连接。也就是说，相邻匝之间的建议的最大距离使得相邻匝之间能设置焊接连接。
图6示意性地且示例地示出了制冷剂循环6000的实施例，其包括蒸发器6100、冷凝器6200、压缩机6300和热膨胀阀6400。在一实例中，蒸发器6100和冷凝器6200包括根据本发明的热交换装置。蒸发器6100包括第一空心型材6110和缠绕第一空心型材6110的第二空心型材6120。冷凝器6200包括第一空心型材6210和缠绕第一空心型材6210的第二空心型材6220。流过第一空心型材6110的介质的流动方向由箭头6130所指。流过第一空心型材6210的介质的流动方向由箭头6230所指。流过第二空心型材6120、6220、压缩机6300和热膨胀阀6400的第二介质的流动方向由箭头6340和6440所指。在一实例中，第二介质对应于制冷剂。
循环制冷剂进入压缩机6300中，作为饱和蒸汽。蒸汽然后被压缩并离开压缩机6300，作为过热蒸汽。接下来，蒸汽行进通过冷凝器6200的一部分，该冷凝器6200通过冷却蒸汽而去除过热。蒸汽在行进通过冷凝器6200的剩余部分之后，冷凝成饱和液。饱和液制冷剂通过膨胀阀6400并经受压力的突然下降。冷的且部分汽化的制冷剂然后行进通过蒸发器6100的第二空心型材6120，在那里，它通过温暖的第一介质完全汽化。得到的制冷剂蒸汽返回压缩机6300的入口。
通过图6所示的布置，可以从流过第一空心型材6110的介质重新获得热能，然后利用该热能加热流过第一空心型材6210的介质。
本发明的示例性应用一般涉及家用电器例如洗碗机、洗衣机等的制冷循环中的热交换装置。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践本发明时可以理解并实现这里所公开的实施例的其它变体。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其它要素或步骤，词语“一”或“一个”不排除多个。
单一单元或装置可以实现权利要求中所限定的若干项的功能。某些手段记载在不同的从属权利要求中这一事实并不表示不能使用这些手段的组合来获益。
权利要求中的附图标记不能被解释为是对范围的限制。
本发明涉及一种热交换装置、一种热泵、一种家用电器、以及一种操作热交换装置的方法。第一空心型材构造成传导第一介质。第二空心型材构造成传导第二介质。第二空心型材的至少一部分缠绕第一空心型材的至少一部分。第二空心型材的标称宽度小于第一空心型材的标称宽度。第一空心型材的外表面包括第一接触部，第二空心型材的外表面包括第二接触部，第一接触部和第二接触部借助焊接连接来耦连。

Claims (17)

1.一种热交换装置(100,200,400)，包括：
第一空心型材(110,210,410)，其配置为传导第一介质；
第二空心型材(120,220,420)，其配置为传导第二介质，第二空心型材(120,220,420)的至少一部分缠绕第一空心型材(110,210,410)的至少一部分；
其中，第二空心型材(120,220,420)的标称宽度(w)小于第一空心型材(110,210,410)的标称宽度；
其中，第一空心型材(110,210,410)的外表面包括第一接触部，第二空心型材(120,220,420)的外表面包括第二接触部，并且第一接触部和第二接触部借助焊接连接耦连。
2.根据权利要求1所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第二空心型材(120,220,420)的外表面包括与第二接触部相反布置的外侧部，其中，该外侧部和第二接触部平行。
3.根据权利要求1或2所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第二空心型材(120,220,420)的横断面具有梯形形状，优选是均匀的梯形形状，其中第二接触部对应于梯形形状的底面。
4.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第一空心型材(110,210,410)包括直部，其中，第二空心型材(120,220,420)缠绕该直部的至少一部分。
5.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，缠绕第一空心型材(110,210,410)的部分的第二空心型材(120,220,420)的部分的中心轴线对应于等螺距的螺旋线。
6.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(200)，其中，第二空心型材(120,220,420)的两个相邻匝之间的距离(d)等于或大于1.5mm。
7.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(400)，其中，第二空心型材(120,220,420)的两个相邻匝之间的距离(d)等于或小于0.3mm。
8.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第一空心型材(110,210,410)包括不锈钢，其中，第一空心型材(110,210,410)优选由不锈钢制成。
9.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第二空心型材(120,220,420)包括铝，其中，第二空心型材(120,220,420)优选由铝制成。
10.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第二空心型材(120,220,420)的标称宽度(w)对应于第二空心型材(120,220,420)的、与第二接触部相反布置的第一内表面区段与第二空心型材(120,220,420)的、与所述外侧部相反布置的第二内表面区段之间的距离。
11.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第一空心型材(110,210,410)的至少一部分具有环形横断面。
12.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第一空心型材(110,210,410)的标称宽度等于或大于20mm并且小于120mm。
13.根据上述权利要求中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，第二空心型材(120,220,420)的标称宽度(w)等于或大于5mm并且小于25mm。
14.一种热泵，其包括根据权利要求1至13中任一项所述的热交换装置(100,200,400)，其中，热交换装置(100,200,400)被用作蒸发器或压缩机。
15.一种家用电器，其优选为洗衣机或洗碗机，该家用电器包括根据权利要求14所述的热泵。
16.一种用于操作根据权利要求1至13中任一项所述的热交换装置(100,200,400)的方法，其中，该方法包括如下步骤：
在第一空心型材(110,210,410)中传导第一介质；
在第二空心型材(120,220,420)中传导第二介质，其中，第二空心型材(120,220,420)的至少一部分缠绕第一空心型材(110,210,410)的至少一部分；
其中，第二空心型材(120,220,420)的标称宽度(w)小于第一空心型材(110,210,410)的标称宽度；
其中，第一空心型材(110,210,410)的外表面包括第一接触部，其中，第二空心型材(120,220,420)的外表面包括第二接触部，并且其中第一接触部与第二接触部借助焊接连接耦连。
17.一种用于提供热交换装置(100,200,400)的方法，包括：
提供第一空心型材(110,210,410)，其配置为传导第一介质；
提供第二空心型材(120,220,420)，其中，第二空心型材(120,220,420)的标称宽度(w)小于第一空心型材(110,210,410)的标称宽度；
将第二空心型材(120,220,420)的至少一部分缠绕第一空心型材(110,210,410)的至少一部分；
提供焊接连接，用于将第一接触部和第二接触部耦连，其中，第一空心型材(110,210,410)的外表面包括第一接触部，并且其中第二空心型材(120,220,420)的外表面包括第二接触部。
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