CN110017701B - 换热设备、热泵热水器系统、家庭用淋浴系统及浴室 - Google Patents

换热设备、热泵热水器系统、家庭用淋浴系统及浴室 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种换热设备、热泵热水器系统、家庭用淋浴系统及浴室，其中，所述换热设备，包括：基板；所述基板的一侧表面形成第一流道；所述第一流道具有流体输入部和流体输出部；所述第一流道具有能被第一液体流经且呈上下游分布的至少两个第一部位；所述基板设置有与所述第一流道换热的第二流道；所述第二流道具有能被第二流体流经且呈上下游分布的至少两个第二部位；其中，至少两个所述第二部位之间第二流体的流向与至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相同。本发明提供的换热设备、热泵热水器系统、家庭用淋浴系统及浴室能够对淋浴产生废水进行余热回收并对冷媒加热。

Description

换热设备、热泵热水器系统、家庭用淋浴系统及浴室
技术领域
本发明涉及废水余热回收技术领域，尤其涉及一种换热设备、热泵热水器系统、家庭用淋浴系统及浴室。
背景技术
在日常生活领域中，淋浴产生的废水依然存在较高的温度，目前这些温度较高的废水都是直接导入下水道排放掉的，也就是说淋浴时排放的废热水中含有大量的余热也就被浪费掉了，造成了能量的浪费，违背节能环保理念。
发明内容
发明人经过研究发现，现有的换热器通常采用逆流换热，参与热交换的两个流道之间的流向相反，以获取期望的出水温度。但是，发明人试验中发现：如采用逆流换热，在利用热泵热水器的冷媒与洗浴废水进行换热时洗水废水在(换热器)出水口附近经常出现结冰的现象，尤其在环境温度较低的情况下，结冰现象更易发生，而随着结冰的持续，会影响冷媒与洗浴废水之间的传热，甚至无法传热。
针对该问题，发明人经过深入研究发现引起上述问题的机理在于：冷媒的吸热方式主要在于相变化(液相变为气相)，而液体(比如水)的吸热方式主要在于液相状态下温度的变化，这就导致在逆流换热情况下，流动至出水口附近的洗浴废水的温度经过前期(出水口上游)的换热，温度已经降低至很低，而在此冷媒刚输入至换热器，大部分冷媒处于液相状态，从而对于出水口附近的洗浴废水的热量需求较大，这就导致在该处洗浴废水温度进一步降低，而且降低程度较大，由于下游的洗浴废水经过前期的换热温度较低，洗浴废水内部的传热速度可能远低于冷媒吸收废水热量，从而产生结冰问题。尤其对于多级余热回收系统，在前一级液体(比如自来水)已经吸收废水热量用于维持系统最大节能和稳定运行的效果时，后一级应用冷媒换热时更易产生结冰问题。
鉴于现有技术的不足，本发明的目的是提供一种换热设备、热泵热水器系统、家庭用淋浴系统及浴室，以能够对淋浴产生废水进行余热回收并对冷媒加热。
本发明所采用的技术方案如下：
一种换热设备，包括：基板；
所述基板的一侧表面形成第一流道；所述第一流道具有流体输入部和流体输出部；所述第一流道具有能被第一液体流经且呈上下游分布的至少两个第一部位；
所述基板设置有与所述第一流道换热的第二流道；所述第二流道具有能被第二流体流经且呈上下游分布的至少两个第二部位；其中，至少两个所述第二部位之间第二流体的流向与至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相同。
优选的，所述第一流道的流体输入部的高度大于所述流体输出部的高度。
优选的，所述基板还设有与所述第一流道相换热的第三流道；所述第三流道具有能被第三流体流经且呈上下游分布的至少两个第三部位；其中，至少两个所述第三部位之间第三流体的流向与至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相反。
优选的，至少部分所述第三流道的第三流体先于所述第二流道的第二流体与所述第一流道的第一液体换热。
优选的，所述第一流道用于洗浴废水流动；所述第二流道用于冷媒流动；所述第三流道用于自来水流动。
优选的，形成所述第一流道的表面相对于水平面的倾角为2-5度。
优选的，所述第二流道为扁形微通道结构；所述第三流道的截面为矩形结构。
优选的，所述第二流道和/或所述第三流道通过如下至少一种方式与所述基板连接：胶接、焊接、嵌入。
优选的，所述第二流道和/或所述第三流道与所述基板之间设有导热材料。
优选的，所述第二流道和/或所述第三流道的外壁还设有腐蚀保护层，所述腐蚀保护层与所述基板之间设有导热材料；部分所述腐蚀保护层用于形成所述第一流道。
优选的，所述腐蚀保护层设置有流体扰动结构。
优选的，所述基板通过激光焊接与吹胀方式成型并形成所述第二流道和/或所述第三流道。
优选的，所述基板为向中心凹陷的圆盘结构，所述圆盘结构的内表面形成所述第一流道，所述流体输入部设于所述圆盘结构的外缘，所述流体输出部设于所述圆盘结构的中心位置。
优选的，所述第二流道包括多个相平行的第一流段；所述第三流道包括多个相平行的第二流段；所述第一流段与所述第二流段互相平行并且长度方向垂直于所述流体输入部至流体输出部方向；多个所述第一流段沿所述流体输入部至流体输出部方向排布且依次串联，多个所述第二流段沿所述流体输入部至流体输出部方向排布且依次串联。
优选的，所述基板形成所述第一流道的表面设有嵌入凹槽；
所述第二流道通过所述嵌入凹槽嵌入在所述基板上；至少部分所述第三流道凸出所述表面；
所述第三流道通过所述嵌入凹槽嵌入在所述基板上；至少部分所述第三流道凸出所述表面。
优选的，所述嵌入凹槽的开口沿所述流体输入部至所述流体输出部方向的宽度小于所述嵌入凹槽内部的宽度。
优选的，所述第二流道和所述第三流道均通过圆管形成；该第三流道和所述第二流道凸出形成所述第一流道的的高度均为其直径的1/3至1/2。
优选的，所述第一流段和/或所述第二流段沿所述流体输入部至所述流体输出部方向的宽度小于相邻两个所述第一流段和/或相邻两个第二流段之间的间隔距离。
优选的，所述第二流道所在区域内所述第一流段的密度小于所述第三流道所在区域所述第二流段的密度。
优选的，所述第三流道所在区域与所述第二流道所在区域存在重叠区域。
优选的，所述基板设有所述第三流道的部分表面具有斜率或曲率的第一值；所述基板具有所述第二流道的部分表面具有斜率或者曲率的第二值；所述第一值小于所述第二值。
优选的，所述第二流道的外壁具有迎流表面和背流表面；所述第一流道的液体在所述迎流表面流动时攀爬，所述第一流道的液体在所述背流表面流动时降落。
优选的，所述迎流表面由与形成所述第一流道的表面的相交位置向所述迎流表面凸出形成所述第一流道的表面的最高位置延伸时，该迎流表面至垂直形成所述第一流道的表面且穿过所述最高位置的中心线间的距离逐渐减小。
优选的，所述基板沿垂直于所述流体输入部至流体输出部的方向两侧分别设有围挡结构；所述围挡结构沿基板具有所述流体输入部的一端延伸至具有所述流体输出部的另一端；所述围挡结构具有预定高度。
优选的，所述流体输入部的上方设有入水口；所述入水口设置有滤网结构。
优选的，还包括位于基板上方的蓄水部；所述入水口位于所述蓄水部的最低位置。
优选的，所述蓄水部远离所述入水口的一端高于具有所述入水口的一端；所述蓄水部与水平面的夹角为2-5度。
一种热泵热水器系统，包括：
如上任一所述换热设备；
热泵热水器；所述热泵热水器的压缩机与所述换热设备的第二流道相连通形成冷媒循环管路；所述热泵热水器冷凝器与自来水相连通。
一种家庭用淋浴系统，包括：
热水器；
与所述热水器连接的花洒；
如上任一所述的换热设备；所述换热设备位于所述花洒的下方；所述换热设备的第二流道与所述热水器连通。
一种浴室，包括：
如上所述的热泵热水器系统，或者，如上所述的家庭用淋浴系统。
有益效果：
本发明所提供的换热设备在基板上设有第一流道和第二流道，其中，第二流道中存在至少两个所述第二部位之间第二流体的流向与第一流道的至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相同，从而形成同向换热，如此在第一流道与第二流道同向换热过程中，与位于上游的第二部位的第二流体进行换热的同样为位于上游第一部位的第一液体，而位于上游第一部位的第一液体温度高于流动至下游的第一部位的第一液体，从而第一液体的温度即使因为换热而产生下降，高温的第一流体内部传热速率也能够及时补充大量冷媒蒸发所需要的热量，因而第一流体内部也并不容易下降至冰点，进而降低结冰风险，同时，也能为第二流体形成较佳的换热效果。
在该换热设备应用于通过洗浴废水对冷媒加热时，第一流道中的第一液体为洗浴废水，第二流道中的第二流体为冷媒，由于该换热设备中至少部分的第一流道和至少部分的第二流道的流向相同，能够进行同向换热，从而能够使得较高温度(位于上游)的第一液体(洗浴废水)对蒸发量较大(位于上游)的第二流体(冷媒)加热，从而第一流道中的洗浴废水的温度即使因为换热而产生下降，也并不容易下降至冰点，有效降低结冰风险。因此，本发明提供的换热设备能够稳定地对淋浴产生废水进行余热回收并对冷媒加热。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施方式所提供的换热设备结构示意图；
图2是死水区示意图；
图3是图1中第一液体经过凸出部示意图；
图4是本发明一个实施例所提供的换热设备俯视图；
图5是图4的部分剖视图；
图6是本发明一个实施例所提供的换热设备俯视图；
图7是图6的H区域放大图；
图8是图6的部分侧视图；
图9是本发明一个实施例所提供的换热设备俯视图；
图10是图9的侧视图；
图11是图10的B-B处剖视图；
图12是本发明一个实施例所提供的换热设备俯视图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1至图5，本发明实施方式中提供一种换热设备，包括：基板1；所述基板1的一侧表面11形成第一流道；所述第一流道具有流体输入部2和流体输出部3；所述第一流道具有能被第一液体流经且呈上下游分布的至少两个第一部位；所述基板1设置有与所述第一流道换热的第二流道4；所述第二流道4具有能被第二流体流经且呈上下游分布的至少两个第二部位；其中，至少两个所述第二部位之间第二流体的流向与至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相同。
在本实施方式的换热设备在基板1上设有第一流道和第二流道4，其中，第二流道4中存在至少两个所述第二部位之间第二流体的流向与第一流道的至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相同，从而形成同向换热，如此在第一流道与第二流道4同向换热过程中，与位于上游的第二部位的第二流体进行换热的同样为位于上游第一部位的第一液体，而位于上游第一部位的第一液体温度高于流动至下游的第一部位的第一液体，从而第一液体的温度即使因为换热而产生下降，第一液体内部的传热速率也能够迅速补充温度降低的部分第一液体，从而第一液体并不容易下降至冰点，进而降低结冰风险，同时，也能为第二流体形成较佳的换热效果。
在该换热设备应用于通过洗浴废水对冷媒加热时，第一流道中的第一液体为洗浴废水，第二流道4中的第二流体为冷媒，由于该换热设备中至少部分的第一流道和至少部分的第二流道4的流向相同，能够进行同向换热，从而能够使得较高温度(位于上游)的第一液体(洗浴废水)对较低温度(位于上游)的第二流体(冷媒)加热，从而第一流道中的洗浴废水的温度即使因为换热而产生下降，洗浴废水内部的传热速率能够迅速补充温度降低的部分洗浴废水，从而洗浴废水并不容易下降至冰点，有效降低结冰风险。因此，本实施方式提供的换热设备能够对淋浴产生废水进行余热回收并对冷媒加热。
在本实施方式中，基板1形成第一流道的表面11供第一流体流通，在应用于回收洗浴废水余热时，第一流体可以为洗浴废水，洗浴废水通过在第一流道流动时与第二流道4中的第二流体进行换热，将第二流体加热，从而将洗浴废水的余热进行回收。
在本实施方式中，流体输入部2可以为输入口、输入端、收集表面等等，在本申请中只需实现液体流入第一流道中即可，相似的，流体输出部3可以为输出口、输出端、倾泻表面等等，在本申请中只需实现液体流出第一流道中即可。考虑到基板1整体为板体结构，在应用时可以为矩形板体结构。从而，流体输入部2和流体输出部3可以分别位于基板1的两端，形成流体输入端以及流体输出端。
第一流体在基板1的第一流道进行流通时从流体输入部2流向流体输出部3。其中，第一流道承载第一流体，同时，第一流体可以在重力影响下向流体输出部3流动。从而，在具体的实施例中，流体输出部3在重力方向上低于流体输入部2。即，所述第一流道的流体输入部2的高度大于所述流体输出部3的高度。
当然，本申请并不排除流体输入部2和流体输出部3的其他相对位置关系，比如流体输入部2和流体输出部3在重力方向高度相同，或者，流体输入部2低于流体输出部3，在这些实施例中，可以通过动力设备驱动第一流体流向流体输出部3。
本实施方式所提供的换热设备可以适用于液体与流体之间的换热，第一流道供液体流动，其中，第一流道中所流动的液体介质并不局限于洗浴废水，也可以为其他带有废热的废水，比如小厨宝加热后的餐厨废水等等；第二流道4中的第二流体可以为液体，也可以为气体，甚至气液混合物等等，本申请并不作特别的限制。在应用时，在第二流道4中输入期望被加热的流体即可。
需要说明的是，考虑到两个第一部位之间可以为直线流道，也可以为曲线流道，或不规则流道。基于该考虑，该实施方式中的至少两个第一部位之间第一液体的流向可以为位于上游的第一部位指向位于下游的第一部位的向量的方向，也可以为第一液体在两个第一部位之间的直线连线上的流向，比如：在图4所示基板1为矩形板体，流体输入部2以及流体输出部3位于基板1两端的示例中，两个第一部位可以分别对应流体输入部2以及流体输出部3，相应的，第一液体的流向即为流体输入部2至流体输出部3的方向，也为图中的“F”方向。
与两个第一部位之间的第一流体的流向描述相似，两个第二部位之间可以为直线流道，也可以为曲线流道，或不规则流道，因此，该实施方式中的至少两个第二部位之间第二流体的流向可以为位于上游的第二部位指向位于下游的第二部位的向量的方向，也可以为第二流体在两个第二部位之间的直线连线上的流向，比如：在图4所示示例中，第二流道4包括多个相平行的第一流段40，取一位于上游的第一流段40的A点为一第二部位，取一位于下游的第一流段40的B点为另一第二部位，两个第二部位之间的第二流体的流向即为向量的方向，也为图中箭头的方向。
在一个可行的实施方式中，该实施方式提供一种换热设备，包括：基板1；所述基板1的一侧表面形成第一流道；所述第一流道具有流体输入部2和流体输出部3；所述基板1设置有与所述第一流道换热的第二流道4；所述第二流道4具有至少两个能被第二流体流经且呈上下游分布的部位；其中，位于下游的部位相对于位于上游的部位更靠近所述第一流道的流体输出部3。
其中，该实施方式中基板1的第一流道中第一液体的流向即为流体输入部2至流体输出部3的方向，即为图中的“F”方向。在该情况下位于下游的部位相对于位于上游的部位更靠近所述第一流道的流体输出部3，使得该两个部位中第二流体的流向与第一流道中第一液体的流向相同(流向平行同样视为流向相同)。
在本申请另一具体的实施方式中，基板1可以具有相背对的第一表面11和第二表面12；所述第一表面11形成供第一流体(第一流体优选为液体，故也可以称为第一液体)流动的第一流道。其中，所述基板1上设有沿所述第二表面12向所述第一表面11方向至少部分凸出所述第一表面11的凸出部；所述凸出部内设有第二流道4。
本实施方式中的换热设备通过设有该凸出部，第一液体在第一流道流动时被凸出部阻挡，从而可以减缓第一液体的流动速度，保证第一液体和第二流道4中的第二流体的换热时间，提升换热效率。
本实施方式中，通过基板1的第一表面11形成供第一流体流动的第一流道，从而可以方便承接洗浴过程中位于洗浴区域的下方对洗浴废水进行承接收集，洗浴废水在第一流道流动时可以与第二流道4进行换热，从而加热期望流体，完成对洗浴废水的余热回收。
所述凸出部具有迎流表面13和背流表面14；所述第一液体在所述迎流表面13流动时向上攀爬，所述第一液体在所述背流表面14流动时向下降落。
其中，第一液体在迎流表面13向上攀爬时远离第一表面11运动，并能够形成湍流扰动，第一液体在迎流表面13向下降落时向第一表面11运动，并能够形成湍流扰动。
在应用于处理流量较小的淋浴废水余热回收时，如图1、图3、图5所示，第一液体(淋浴废水)在第一流道流动时的液位并不高于凸出部过多，第一液体覆盖在第一表面11上并形成液膜，所形成的液膜最高高度(液位)小于凸出部凸起的高度3倍，从而流经凸出部时能够形成攀爬以及下降，借此形成湍流扰动。相较于浸泡类型的换热，该换热设备中第一液体利用在凸出部所形成的湍流扰动可以更好地向第二流道4内换热。
在本实施方式中，凸出部可以为部分第一表面11自身凸起形成，也可以为通过嵌入、焊接等方式连接于第一表面11上的管道形成，本申请并不作特别的限制。其中，所述凸出部构成所述第二流道4的壁，所述第一液体和所述第二流体通过所述第二流道4的壁进行换热。第一液体流经凸出部时与第二流体进行换热，将第二流体加热。
请继续参阅图1、图4，考虑到冷媒即使与较低温度的水依然可以进行换热，为充分利用洗浴废水的余热，所述基板1还可以设有与所述第一流道相换热的第三流道5。第三流道5供第三流体流动。第三流道5也可以为直线型流道，也可以为曲线型流道，本申请并不作特别的限制，只需第三流道5可与第一流道相换热即可。
在本实施方式中，第三流道5与第一流道可以与同向换热，也可以逆向换热，考虑到第三流道5在应用中优选为供自来水流动，从而作为优选的方案，至少部分第三流道5与至少部分第一流道逆向换热(流向相反换热)。即，所述第三流道5具有能被第三流体流经且呈上下游分布的至少两个第三部位；其中，至少两个所述第三部位之间第三流体的流向与至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相反。
为避免在应用于加热冷媒时冷媒先将洗浴废水的温度降低过多而无法对第三流体进行加热，以及考虑到冷媒蒸发温度低，与其进行换热的水温无需过高，在该实施方式中，至少部分所述第三流道5的第三流体先于所述第二流道4的第二流体与所述第一流道的第一液体换热。
具体可以参阅图4所示的示例中，矩形结构的基板1的上表面(第一表面11)为第一流道，并且第一流道的流体输入部2高于流体输出部3，第一液体的流向即为流体输入部2至流体输出部3的方向F。沿第一液体的流向F，至少部分第三流道5相对于第二流道4更靠近流体输入端，相应的，至少部分第三流道5沿第一液体的流向位于第二流道4的上游。
再看第三流道5，由于第一流道的流向整体恒定，在该实施方式中，位于下游的第三部位相对于位于上游的第三部位更靠近所述第一流道的流体输入部2。如图4中，第三流道5上D点为一位于下游的第三部位，C点为一位于上游的第三部位，其中，相对于C点，D点更靠近第一流道的流体输入部2，同时，该两个第三部位之间的流向(参考上述两个第一部位或两个第二部位之间的流向描述)为向量的方向，也为第三流体在C点与D点两点之间直线连线上的流向。
按照此实施例布局，在基板1的第一表面11上沿流体输入部2至流体输出部3的方向形成两级换热。其中，实际第一级流动可以采用最高效的换热方式换热，也就是第三流道可以按照最大换热量设计，即逆流换热设计。第二流道大部分或者全部相对于第三流道处于第一流体流动方向F的下游位置，第一流道内的液体(以洗浴废水为例)流动至第二流道所在区域时已经处于较低温度。
当设计思路仍然按照传统的最大换热量定势思维进行逆流换热设计时，第二流道流体的输入部可能位于洗浴废水水温最低区域(流体输出部3位置)，然而此时的冷媒(第二流道内流体)处于液态饱和区，会存在剧烈的蒸发，因而会与间接换热的洗浴废水存在高热流密度的换热，而临近洗浴废水水温最低区域的洗浴废水热量又不能及时补充，导致在部分区域存在小范围结冰，随着结冰的产生，一部分换热流道热阻迅速上升，实际的换热面积进一步减小，单位面积的热负荷进一步提升，导致更多结冰现象发生，整个系统将很快处于瘫痪状态。
基于发现的上述问题，本申请实施方式打破了上述传统的设计定式，实际上蒸发状态中冷媒的温度变化并不大，因而采用传统逆流方案并不能大幅提升换热效率，而本申请实施方式的着重点主要在于平衡冷媒相变与洗浴废水的传热速度和洗浴废水内部热量传递速度，进而保证换热效率的同时也不会在局部结冰。
在一实施例中，所述第一流道用于洗浴废水流动，此时，第一液体即为洗浴废水。所述第二流道4用于冷媒流动，此时，第二流体即为冷媒。该第二流道4可以为热泵热水器的部分冷媒循环管路。所述第三流道5用于自来水流动，此时，第三流体即为自来水，相应的，第三流体可以连通入户进水管道，也可以通往室内热水器中再次进行加热。
在本实施方式中，第一流道形成于基板1的第一表面11上，第一液体在第一流道上可以在重力影响下向流体输出部3流动。考虑到洗浴废水在第一流道上如流速过快则无法充分的与第二流道4和/或第三流道5换热，如流速过慢则洗浴废水有可能在凸出部的靠近其根部区域形成滞止区，被冷媒充分吸热后产生结冰问题，经过大量试验研究发现，如图1所示，在形成所述第一流道的表面11相对于水平面的倾角β为2-5度时，洗浴废水不仅能够充分地与第二流道4和/或第三流道5换热，而且不易产生结冰问题。
在一个如图12所示的实施例中，为具备较佳的换热效率，所述第二流道4为扁形微通道结构；所述第三流道5的截面为矩形结构。其中，第三流道5为矩形管体。第二流道4为扁平管体的微通道结构，其中扁平管内有多条细微流道。
为方便第一流道与第二流道4、第三流道5换热，所述第二流道4和/或所述第三流道5与所述基板1之间设有导热材料。其中，导热材料可以填充在所述第二流道4和/或所述第三流道5(的壁)与基板1之间，防止所述第二流道4和/或所述第三流道5与基板1之间形成空隙，而不利于传热。同时，导热材料有利于基板1将所吸收的第一液体的热量传递至第二流道4、以及第三流道5，进一步提升换热效率。
所述第二流道4和/或所述第三流道5的外壁还设有腐蚀保护层，所述腐蚀保护层与所述基板1之间设有导热材料；部分所述腐蚀保护层用于形成所述第一流道。为更好地形成湍流扰动，利于第一液体与第二流道4和/或第三流道5换热，所述腐蚀保护层设置有流体扰动结构。
具体的，流体扰动结构可以为腐蚀保护层上设有的凸起结构，甚至凹陷等结构，该体扰动结构可以具有规则形状，比如圆柱凸起、板状凸起或波纹状凸起等等，也可以为不规则结构，本申请并不作限制，只需能够形成流体扰动即可。
在一实施例中，所述第二流道4和/或所述第三流道5可以并不通过基板1自身构造形变形成。具体的，所述第二流道4和/或所述第三流道5可以通过如下至少一种方式与所述基板1连接：胶接、焊接、嵌入。在该实施例中，所述第二流道4和/或所述第三流道5可以通过管体或管道形成，形成所述第二流道4和/或所述第三流道5通过胶接、焊接、或嵌入安装于基板1上。
如图6-图8所示的示例中，所述第二流道4和/或所述第三流道5通过嵌入的方式安装于基板1上。另外在如图4、图5所示的示例中，基板1具有上板以及下板；形成所述第二流道4和/或所述第三流道5的圆管位于上板和下板之间，再将上板和下板压合，所述第二流道4和/或所述第三流道5同时在第一表面11和第二表面12形成凸起。
在另一实施方式中，所述基板1通过激光焊接与吹胀方式成型并形成所述第二流道4和/或所述第三流道5。在该实施方式中，所述第二流道4和/或所述第三流道5与基板1为一体结构，由基板1吹胀形成。
本发明实施方式中，基板1可以为矩形结构，如图4、图6、图12所示示例。当然，基板1也可以为其他形状结构，比如：
如图9-图11所示示例中，所述基板1为向中心凹陷的圆盘结构，所述圆盘结构的内表面形成所述第一流道，所述流体输入部2设于所述圆盘结构的外缘，所述流体输出部3设于所述圆盘结构的中心位置。
在该示例中，第二流道4和/或第三流道5可以为螺旋结构，设置于圆盘的盘面上与第一液体进行换热。圆盘的内盘面(内表面、内锥面)形成第一流道，为延长第一液体与所述第二流道4和/或所述第三流道5的换热时间，提升换热效率，第一流道也可以为螺旋流道(在一实施例中，螺旋流道的壁可以通过所述第二流道4和/或所述第三流道5的通道壁形成)，从而第一液体不仅可以通过翻越流道壁进行动态换热以及湍流扰动，还能通过沿着螺旋流道流动时随着内径逐渐减小，流速相应的会加快，从而不易形成结冰问题。
当然，基板1也并不局限于矩形板体结构，也并不局限于上述锥形圆盘结构，在其他实施例中，基板1也可以向外凸起的锥体结构，锥体的尖端部位可以为流体输入部2，锥体的底面圆周处为流体输出部3等等，基板1也可以为不规则形状，考虑到基板1的形状存在多种，此处不再一一赘述。
如图4所示的实施例中，考虑到第一流道为基板1的板面形成，具有较宽的流动范围，第二流道4和第三流道5均为管道形成的流道，为充分与第一流道流动宽度范围内的第一液体换热，所述第二流道4包括多个相平行的第一流段40；所述第三流道5包括多个相平行的第二流段50。其中，所述第一流段40与所述第二流段50互相平行并且长度方向垂直于所述流体输入部2至流体输出部3方向。
在本实施例中，多个所述第一流段40沿所述流体输入部2至流体输出部3方向排布且依次串联，多个所述第二流段50沿所述流体输入部2至流体输出部3方向排布且依次串联。相邻两个第一流段40的流向相反。其中，两个第一流段40中，位于下游的第一流段40相对于位于上游的第一流段40更靠近流体输出部3。
如图4、图7所示，每相邻两个第一流段40之间通过U型管15串联(也可直接将整个换热管道利用弯管设备，弯制形成多个连接U型连接部)，直至将所有第一流段40串联形成第二流道。当然，相邻两个第一流段40之间串联的方式并不局限于采用U型管15，也可以采用其他连接管段相连通，本申请并不作特别的限定。
在其他实施例中，所述第二流道4和/或所述第三流道5包括至少部分并联的流段。以所述第一流段40、第二流段50为例，并联的流段可以为两个或更多个所述第一流段40和/或第二流段50相并联。其中，和/或中的“和”表示所述第二流道4和/或所述第三流道5均存在并联的流段，而不是所述第二流道4和/或所述第三流道5并联。
具体的，至少两个相邻的第一流段40也可以流向相同。其中，多个第一流段40沿所述流体输入部2至流体输出部3方向形成多个依次串联的第一流动模块，每个第一流动模块中包括两个或更多个流向相同的第一流段40。沿所述流体输入部2至流体输出部3方向，相邻两个第一流动模块的流向相反。
其中，每个第一流动模块所包括第一流段40的数量可以相等，也可以不等。考虑到第二流道4可以用于相态变化的第二流体加热，而第二流体吸热后成为气态下的体积会出现较大幅度的增大，基于此考虑，沿所述流体输入部2至流体输出部3方向，所述第一流动模块中所具有的第一流段40的数量逐渐增加(当然，在其他实施例中也可以逐渐减少)，从而，在第二流体吸热体积增大后具有更多的第一流段40容纳膨胀后的第二流体，防止将第二流道4损坏开裂，保证使用寿命。
比如，在图12所示示例中，第二流道4沿所述流体输入部2至流体输出部3方向形成4个第一流动模块，4个第一流动模块沿所述流体输入部2至流体输出部3方向依次具有：3个第一流段40、4个第一流段40、6个第一流段40、8个第一流段40(矩形框中的数字即为相应第一流动模块中第一流段的个数)。
当然，第二流道4、第三流道5并不局限于上述实施方式中的方式，在其他实施例中，第二流道4、第三流道5也可以为在上游分离在下游合并的方案，比如，第二流道4布置为将冷媒分布为多段并联换热蒸发的方案，或者，多个流向相同第二流段50汇集成一主流段与第一流道想换热等到。
与第二流道4的上述排布方式相似，在一实施例中，至少两个相邻的第二流段50也可以流向相同。其中，多个第二流段50沿所述流体输入部2至流体输出部3方向形成多个依次串联的第二流动模块，每个第二流动模块中包括两个或更多个流向相同的第二流段50。沿所述流体输入部2至流体输出部3方向，相邻两个第二流动模块的流向相反。
其中，每个第二流动模块所包括第二流段50的数量可以相等，也可以不等。考虑到第三流道5所流通的主要为自来水，且并不存在相态变化，从而第二流体加热前后的体积变化差异较小，基于该考虑，每个所述第二流动模块中所具有的第二流段50的数量可以相等。
在本申请实施方式中，所述基板1形成所述第一流道的表面11(第一表面11)可以设有嵌入凹槽16；所述第二流道4通过所述嵌入凹槽16嵌入在所述基板1上；至少部分所述第二流道4凸出所述表面。进一步地，所述第三流道5通过所述嵌入凹槽16嵌入在所述基板1上；至少部分所述第三流道5凸出所述基板1的第一表面11。具体的，为使所述第二流道4和/或所述第三流道5凸出第一表面11，嵌入凹槽16的深度小于第二流道4和第三流道5的直径。
如此，所述第二流道4和/或所述第三流道5凸出第一表面11的部分可以形成上述凸出部。当第一液体流动至所述凸出部时，在翻越凸出部之前第一液体会沿着凸出部(所述第二流道4和/或所述第三流道5)的延伸方向先横向流动，当水流聚集到一定高度时再翻越凸出部，从而形成更强的湍动动态换热效果(整个过程类似于设置多级围坝，延长了水流通道)。
为防止第一流道从基板1上脱落，保证第一流道与基板1的安装结构的稳定性，所述嵌入凹槽16的开口沿所述流体输入部2至所述流体输出部3方向的宽度小于所述嵌入凹槽16内部的宽度，所述嵌入方式可以通过热塑性方案嵌入，当然也可以通过其他例如机械挤压嵌入等等方案实现。
在本实施方式中，为避免如图2所示的在相邻两个凸出部(第一流段40、第二流段50)之间形成死水区100，保证第一液体在凸出部能够形成攀爬以及下降，进而形成湍流扰动，所述第二流道4和所述第三流道5均通过圆管形成。如图5所示，该第三流道5和所述第二流道4凸出所述第一表面11的高度L2均为其直径的1/3至1/2。
为防止相邻两个所述第一流段40和/或所述第二流段50之间的间距过小而导致形成死水区100，影响换热效果，所述第一流段40和/或所述第二流段50沿所述流体输入部2至所述流体输出部3方向的宽度小于相邻两个所述第一流段40和/或相邻两个第二流段50之间的间隔距离L1。
在本实施方式中，第二流道4和第三流道5分布于第一表面11上，并且，第二流道4和第三流道5的部分外壁参与形成第一流道供第一液体流动。承接上文记载，沿流体输入部2至流体输出部3方向(第一液体的流向)，第三流道5位于第二流道4的上游，从而第三流道5先于第二流道4与第一流道换热。
为保障第三流道5中自来水的加热效果，防止冷媒过多吸热而引起结冰问题，所述第二流道4所在区域41内所述第一流段40的密度小于所述第三流道5所在区域51所述第二流段50的密度。
其中，如图4所示，所述第三流道5所在区域51与所述第二流道4所在区域41可以相互独立。也可以在有的实施例中，所述第三流道5所在区域51与所述第二流道4所在区域41存在重叠区域。其中，重叠区域中所包括部分第二流道4以及第三流道5均为第二流道4和第三流道5的上游部分，如此可以在保证初期冷媒的吸热效果，同时不易发生结冰问题。
在一实施方式中，所述基板1设有所述第三流道5的部分表面具有斜率或曲率的第一值；所述基板1具有所述第二流道4的部分表面具有斜率或者曲率的第二值；所述第一值小于所述第二值，主要考虑冷媒换热效率较高，提高流动速度降低结冰风险。
承接上文描述，如图3所示，所述第二流道4(凸出第一表面11的部分)的外壁具有迎流表面13和背流表面14；所述第一流道的液体在所述迎流表面13流动时攀爬，所述第一流道的液体在所述背流表面14流动时降落。
为避免形成死水区以及更好地利于第一液体在迎流表面13攀爬以及背流表面14降落，在所述迎流表面13由与形成所述第一流道的表面11的相交位置向所述迎流表面13凸出形成所述第一流道的表面11的最高位置延伸时，该迎流表面13至垂直形成所述第一流道的表面11(第一表面11)且穿过所述最高位置的中心线10间的距离逐渐减小。
如此结构的迎流表面13并不存在诸如凹槽等容易形成死水的区域，同时，对于迎面流来的第一液体能够提供平滑的上升区域，避免过于垂直对第一液体形成阻挡回流。同时，由于第一表面11存在一定的倾角，第一液体在重力作用下也可以通过迎流表面13，而不至于被迎流表面13阻挡形成死水，防止第一液体留存在第一表面11，避免滋生细菌的同时也利于换热。
进一步地，所述背流表面14凸出所述第一表面11的最高位置向所述背流表面14与所述第一表面11的交汇位置延伸时，该背流表面14至垂直形成所述第一流道的表面11(第一表面11)且穿过所述最高位置的中心线10间的距离逐渐增大。
如此结构的背流表面14可以在承载第一液体的同时使第一液体从凸出部的最高位置降落，避免第一液体因不具有承载表面而直接掉落，降低换热效果。并且，该结构的背流表面14也不会形成死水区(也称为滞止区)。
上述设计主要借鉴生物学中纺锤形生物体形态，水中生物体的迎流表面和背流表面具有上述关系，因而水流流过时较少产生滞止区，借鉴于此，对需要换热的凸出部设置为更适合换热的流线类型，水流流动过程中并不会存在水流滞止区，并且结合围坝结构的凸出部实现更高效的换热，下面以最普遍的圆管类型流道的没入深度作为具体解释。
具体的如图3所示，该第三流道5和所述第二流道4凸出所述第一表面11的部分形成迎流表面13和背流表面14，该迎流表面13和背流表面14均为圆弧表面，同时，该迎流表面13和背流表面14为对称结构。在其他实施例中，该迎流表面13和背流表面14也可以为平面，类似于棱柱相邻的两个侧面形成。当然，该迎流表面13和背流表面14具体形状构造并不以上述举例为限制，只需满足上述限定的设计思路即可。
请继续参阅图1，为防止第一液体在第一表面11流动时在基板1宽度方向的两侧流出，所述基板1沿垂直于所述流体输入部2至流体输出部3的方向两侧分别设有围挡结构6；所述围挡结构6沿基板1具有所述流体输入部2的一端延伸至具有所述流体输出部3的另一端；所述围挡结构6具有预定高度。
其中，围挡结构6可以为条形板、挡水条结构。围挡结构6高于第一表面11，同时，围挡结构6同样高于凸出部。围挡结构6可以将上述串联第一流段40和第二流段50的U型管15遮挡在外侧，从而在两侧围挡结构6之间均为平行的第一流段40和第二流段50，并与第一液体换热。
请参阅图1，所述流体输入部2的上方设有入水口7。其中，该入水口7可以设置于淋浴区域的地面上，并可以将落在地面的淋浴废水收集输入。为避免杂物进入换热设备的第一流道中而难以清理，所述入水口7设置有滤网结构。
为将基板1作隐藏设计，避免占用过多的空间，该换热设备还包括位于基板1上方的蓄水部8。其中，该蓄水部8可以位于花洒9的下方，并且可以为用户在淋浴过程中所处位置。为使得入水口7更好地收集淋浴废水，所述入水口7位于所述蓄水部8的最低位置。
进一步地，所述蓄水部8远离所述入水口7的一端高于具有所述入水口7的一端。为保证用户处于蓄水部8时不至于产生过多的倾斜而影响淋浴体验，同时兼具淋浴废水的收集效果，所述蓄水部8与水平面的夹角为2-5度。
所述蓄水部8的形状可以较为灵活，其可以为矩形形状，也可以为其他多边形形状。在实际生活中可以根据用户的需求进行定制，本申请并不作特别的限定
本申请实施方式中还提供一种热泵热水器系统，包括：如上任一实施方式所述换热设备；热泵热水器。
其中，所述热泵热水器的压缩机与所述换热设备的第二流道4相连通形成冷媒循环管路；所述热泵热水器冷凝器与自来水相连通。进一步地，热泵热水器冷凝器可以与第三流道5相连通，从而对换热后的自来水进行二次加热，能够有效节约所使用能源。
本申请实施方式中还提供一种家庭用淋浴系统，包括：热水器；与所述热水器连接的花洒9；如上任一所述的换热设备；所述换热设备位于所述花洒9的下方；所述换热设备的第二流道4与所述热水器连通。
在该实施方式中，所述热水器并不局限于热泵热水器，其还可以为电热水器、燃气热水器，从而利用该换热设备对热水器进行淋浴时产生的淋浴废水的余热回收。
本申请实施方式中还提供一种浴室，包括：如上实施方式所述的热泵热水器系统，或者，如上实施方式所述的家庭用淋浴系统。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (29)

1.一种换热设备，其特征在于，包括：基板；
所述基板的一侧表面形成第一流道；所述第一流道具有流体输入部和流体输出部；所述第一流道具有能被第一液体流经且呈上下游分布的至少两个第一部位；
所述基板设置有与所述第一流道换热的第二流道；所述第二流道具有能被第二流体流经且呈上下游分布的至少两个第二部位；其中，至少两个所述第二部位之间第二流体的流向与至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相同；
所述第二流道的外壁具有迎流表面和背流表面；所述第一液体覆盖在所述基板的表面上并形成液膜，所述第一流道的液体在所述迎流表面流动时攀爬，所述第一流道的液体在所述背流表面流动时降落，以形成湍流扰动；
所述迎流表面由与形成所述第一流道的表面的相交位置向所述迎流表面凸出形成所述第一流道的表面的最高位置延伸时，该迎流表面至垂直形成所述第一流道的表面且穿过所述最高位置的中心线间的距离逐渐减小。
2.如权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述第一流道的流体输入部的高度大于所述流体输出部的高度。
3.如权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述基板还设有与所述第一流道相换热的第三流道；所述第三流道具有能被第三流体流经且呈上下游分布的至少两个第三部位；其中，至少两个所述第三部位之间第三流体的流向与至少两个所述第一部位之间第一液体的流向相反。
4.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于，至少部分所述第三流道的第三流体先于所述第二流道的第二流体与所述第一流道的第一液体换热。
5.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于：所述第一流道用于洗浴废水流动；所述第二流道用于冷媒流动；所述第三流道用于自来水流动。
6.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于：所述第二流道和/或所述第三流道包括至少部分并联的流段。
7.如权利要求1所述的换热设备，其特征在于：形成所述第一流道的表面相对于水平面的倾角为2-5度。
8.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于：所述第二流道为扁形微通道结构；所述第三流道的截面为矩形结构。
9.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于：所述第二流道和/或所述第三流道通过如下至少一种方式与所述基板连接：胶接、焊接、嵌入。
10.如权利要求8所述的换热设备，其特征在于：所述第二流道和/或所述第三流道与所述基板之间设有导热材料。
11.如权利要求8所述的换热设备，其特征在于：所述第二流道和/或所述第三流道的外壁还设有腐蚀保护层，所述腐蚀保护层与所述基板之间设有导热材料；部分所述腐蚀保护层用于形成所述第一流道。
12.如权利要求11所述的换热设备，其特征在于：所述腐蚀保护层设置有流体扰动结构。
13.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于：所述基板通过激光焊接与吹胀方式成型并形成所述第二流道和/或所述第三流道。
14.如权利要求1所述的换热设备，其特征在于：所述基板为向中心凹陷的圆盘结构，所述圆盘结构的内表面形成所述第一流道，所述流体输入部设于所述圆盘结构的外缘，所述流体输出部设于所述圆盘结构的中心位置。
15.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于，所述第二流道包括多个相平行的第一流段；所述第三流道包括多个相平行的第二流段；所述第一流段与所述第二流段互相平行并且长度方向垂直于所述流体输入部至流体输出部方向；多个所述第一流段沿所述流体输入部至流体输出部方向排布且依次串联，多个所述第二流段沿所述流体输入部至流体输出部方向排布且依次串联。
16.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于：所述基板形成所述第一流道的表面设有嵌入凹槽；
所述第二流道通过所述嵌入凹槽嵌入在所述基板上；至少部分所述第三流道凸出所述表面；
所述第三流道通过所述嵌入凹槽嵌入在所述基板上；至少部分所述第三流道凸出所述表面。
17.如权利要求16所述的换热设备，其特征在于：所述嵌入凹槽的开口沿所述流体输入部至所述流体输出部方向的宽度小于所述嵌入凹槽内部的宽度。
18.如权利要求16所述的换热设备，其特征在于：所述第二流道和所述第三流道均通过圆管形成；该第三流道和所述第二流道凸出形成所述第一流道的表面的高度均为其直径的1/3至1/2。
19.如权利要求15所述的换热设备，其特征在于：所述第一流段和/或所述第二流段沿所述流体输入部至所述流体输出部方向的宽度小于相邻两个所述第一流段和/或相邻两个第二流段之间的间隔距离。
20.如权利要求15所述的换热设备，其特征在于：所述第二流道所在区域内所述第一流段的密度小于所述第三流道所在区域所述第二流段的密度。
21.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于：所述第三流道所在区域与所述第二流道所在区域存在重叠区域。
22.如权利要求3所述的换热设备，其特征在于：所述基板设有所述第三流道的部分表面具有斜率或曲率的第一值；所述基板具有所述第二流道的部分表面具有斜率或者曲率的第二值；所述第一值小于所述第二值。
23.如权利要求1所述的换热设备，其特征在于：所述基板沿垂直于所述流体输入部至流体输出部的方向两侧分别设有围挡结构；所述围挡结构沿基板具有所述流体输入部的一端延伸至具有所述流体输出部的另一端；所述围挡结构具有预定高度。
24.如权利要求1所述的换热设备，其特征在于：所述流体输入部的上方设有入水口；所述入水口设置有滤网结构。
25.如权利要求24所述的换热设备，其特征在于：还包括位于基板上方的蓄水部；所述入水口位于所述蓄水部的最低位置。
26.如权利要求25所述的换热设备，其特征在于：所述蓄水部远离所述入水口的一端高于具有所述入水口的一端；所述蓄水部与水平面的夹角为2-5度。
27.一种热泵热水器系统，其特征在于，包括：
如权利要求1-26任一所述换热设备；
热泵热水器；所述热泵热水器的压缩机与所述换热设备的第二流道相连通形成冷媒循环管路；所述热泵热水器冷凝器与自来水相连通。
28.一种家庭用淋浴系统，其特征在于，包括：
热水器；
与所述热水器连接的花洒；
如权利要求1-26任一所述的换热设备；所述换热设备位于所述花洒的下方；所述换热设备的第二流道与所述热水器连通。
29.一种浴室，其特征在于，包括：
如权利要求27所述的热泵热水器系统，或者，如权利要求28所述的家庭用淋浴系统。
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