CN201575735U - 热管热交换器及应用该热管热交换器的节能淋浴系统 - Google Patents

Abstract

一种热管热交换器及应用该热管热交换器的节能淋浴系统，该热管热交换器包括至少两组依次串接的热交换组件，每组热交换组件均包括一冷流体通道和一热流体通道，各热交换组件的冷流体通道通过连接管道依次串联在一起，各热交换组件的热流体通道通过连接管道依次串联在一起，且所有的冷流体通道和热流体通道均相互平行，相邻的两个热交换组件的相邻两流体通道同为冷流体通道或同为热流体通道。该热管热交换器的换热量大，冷、热流体进出口可灵活设置；该节能淋浴系统节能且环保。

Description

热管热交换器及应用该热管热交换器的节能淋浴系统

技术领域

本实用新型涉及一种热交换器，尤其涉及一种热管热交换器。

本实用新型还涉及一种淋浴系统。

背景技术

热管热交换器的应用是70年代发展起来的，现有的热管热交换器的基本组成如图1所示，包括：一外壳4和设置在外壳4内的由多根热管1、穿设于热管1中部的隔板3和多个穿设在热管1上的金属翅片2组成的热交换组件。隔板3与外壳4将整个内部空间分成相互隔开的冷流体通道8和热流体通道9。热流体进口5h和热流体出口10h分别开设于热流体通道9两端的外壳4上，冷流体进口5c和冷流体出口10c分别开设于冷流体通道8两端的外壳4上。外壳4除了流体进口5h、5c和流体出口10h、10c外是对外封闭的。热管1上穿上的金属翅片2是为了增强流体和热管的换热效果，较经济的方式是：热管1共用翅片2，即多个热管1共同穿于同一连续翅片2。该热管热交换器基本原理是：穿过隔板3的多根热管1以及热管1上的金属翅片2将隔板3一侧流体的热量通过热管传到隔板3另一侧的流体中以实现热交换。这种形式的热交换器的作用和功能与传统的间壁式热交换器类似，相互间换热的两种流体不直接接触，从而实现气体或液体的余热回收，液体或气体加热，流体间换热等功能。

但是这种热交换器存在如下缺陷：

(1)该种热管热交换器不能无限制的增加冷热流体通道的长度或者热管的数量，尤其当流体为液体时，为了保持流体的流速不能随意增加通道的截面积，因此无法实现较大的换热量；

(2)现有热管热交换器的流体进、出口位置不能向传统间壁式热交换器(如套管式，管壳式热交换器)那样灵活布局，必须在流体通道两端设置；

(3)现有热管热交换器不能在空间全方向实现紧凑型的设计。

以上缺点限制了热管热交换器的应用范围，特别是液-液和液-气之间的换热应用。

现有的淋浴系统结构如图2所示，热水器1’是可以将由管道3’流入的冷水加热并将加热后的热水由另一管道4’输出的装置。热水器1’输出的热水经由管道由淋浴喷头2’流出。热水器1’工作需要的能源输入图2中未画出，如果热水器1’是电热水器，那么需要电源的输入；如果热水器1’是燃气热水器，那么需要电源的输入和燃气输入。热水冲洗人体后到达地面上的接水盘5’(通常的淋浴房中的底座)后从地漏或类似排水结构6’排入下水道，冲洗过的热水中的热量也随热水一起排入下水道流失，所以，造成了能源的浪费。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种换热量大，且冷、热流体进出口可灵活设置的热管热交换器。

本实用新型要解决的另一技术问题是：为提高现有淋浴系统的热量损耗而提供一种节能淋浴系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种热管热交换器，其包括至少两组依次串接的热交换组件，每组热交换组件均包括一冷流体通道和一热流体通道，各热交换组件的冷流体通道通过连接管道依次串联在一起，各热交换组件的热流体通道通过连接管道依次串联在一起，且所有的冷流体通道和热流体通道均相互平行，相邻的两个热交换组件的相邻两流体通道同为冷流体通道或同为热流体通道。

所述的热管热交换器，其中，所述每组热交换组件还包括：一外壳、多根横向设置在所述外壳内的热管、多片纵向设置在所述外壳内并穿设在所述热管上的金属翅片以及一穿设在热管中部的隔板，所述冷流体通道和热流体通道分别位于所述隔板的两侧，所述外壳两端设置有分别联通冷流体通道和热流体通道的端口。

所述的热管热交换器，其中，相邻两热交换组件的外壳相互贴合或共壁。

所述的热管热交换器，其中，串联后的热流体通道的两端对应所述外壳的位置分别设置有一热流体进口和一热流体出口，串联后的冷流体通道的两端对应所述外壳的位置分别设置一冷流体进口和一冷流体出口。

所述的热管热交换器，其中，所述热流体进口或热流体出口的位置设置有接口管道、导流器具或流量控制部件。

所述的热管热交换器，其中，所述冷流体进口或冷流体出口的位置设置有接口管道、导流器具或流量控制部件。

所述的热管热交换器，其中，所述热流体通道的接口管道和所述冷流体通道的接口管道之间设置有一维护管道，所述维护管道上设置有一开关阀。

所述的热管热交换器，其中，所述冷流体通道和/或所述热流体通道中还设置有流体驱动装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供还一种节能淋浴系统，其包括一热水器、一上述的热管热交换器、一第一冷水管道、一第二冷水管道、一汇集废水的集水口以及一下水道，所述热管热交换器的冷流体通道的两端分别与所述第一冷水管道和所述第二冷水管道相连，所述第二冷水管道的另一端与所述热水器的入水口相连，所述热管热交换器的热流体通道的两端分别与所述集水口和所述下水道相连。

所述的节能淋浴系统，其中，在所述第一冷水管道和所述第二冷水管道之间设置有一维护管道，所述维护管道上设置有一开关阀，所述第一冷水管道连接在所述热管热交换器和所述维护管道之间的部分设置有一开关阀，所述第二冷水管道连接在所述热管热交换器和所述维护管道之间的部分设置有一开关阀。

本实用新型的有益技术效果在于：该热管热交换器是一种紧凑型设计，其热、冷流体进、出口可实现灵活设置(甚至能做到所有进口和出口设置在同一方向)，拓展了热管热交换器在大换热量场合的需求以及液-液和液-气间换热领域上的应用。该节能淋浴系统通过热交换设备，将洗浴冲洗过的热水中的部分热量在排入下水道的过程中进行回收，回收的热量用来预热输入热水器的冷水，从而减少热水器的能源消耗。根据实验数据证明该节能淋浴系统比现有的没有热回收的淋浴系统至少少加热10℃，意味着每人每次淋浴可相应减排二氧化碳350克，如果全中国按照13亿人中20％的人这么做来计算，每年节能640.4万吨标准煤，减少二氧化碳1650万吨。所以，该节能淋浴系统不仅带来了经济效益还保护了环境。

附图说明

图1为现有热管热交换器的结构示意图；

图2为现有淋浴系统的结构示意图；

图3-6为本发明热管热交换器的第一实施例的俯视、主视、侧视以及立体示意图；

图7为本发明热管热交换器的第二实施例的结构示意图；

图8为本发明热管热交换器的第三实施例的结构示意图；

图9为本发明热管热交换器的第四实施例的结构示意图；

图10为本发明节能淋浴系统的第一实施例的结构示意图；

图11为图10所述节能淋浴系统中热管热交换器的结构示意图；

图12为本发明节能淋浴系统的第二实施例的结构示意图；

图13为本发明节能淋浴系统的第三实施例的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图详细介绍本发明热管热交换器以及应用该热管热交换器的节能淋浴系统的具体结构。

本专利热流体和冷流体是这样定义的：两流体存在温差，温度相对高者为热流体，温度相对低者为冷流体。

参阅图3-6，其为本发明热管热交换器第一实施例的结构示意图，该热管热交换器包括：两组依次串接的热交换组件100、200，每组热交换组件100、200均包括：一外壳4、多根横向设置在外壳4内的热管1、多片纵向设置在外壳4内并穿设在热管1上的金属翅片4以及一穿设在热管1的大约中间位置的隔板3，隔板3将外壳4内的容置空间分成相互隔开的冷流体通道8和热流体通道9。

每组热交换组件100、200的外壳4两端设置有分别联通冷流体通道8和热流体通道9的端口(未图示)，热交换组件100、200通过连接管道6与外壳4上的端口相连从而实现两组热交换组件100、200的冷流体通道8串联在一起，热交换组件100、200通过连接管道7与外壳4上的端口相连从而实现两组热交换组件100、200的热流体通道9串联在一起，该两组热交换组件100、200的所有冷流体通道8和热流体通道9均相互平行，且，两热交换组件100、200的相邻两流体通道必须同为冷流体通道8或同为热流体通道9。

在本实施例中，相邻两热交换组件100、200的外壳4是相互贴合在一起的，当然，也可将该两相互贴合的外壳4设计成共壁。

热流体进口5h和热流体出口10h分别开设于整个串联的热流体通道9两端对应所述外壳4的位置，冷流体进口5c和冷流体出口10c分别开设于整个串联的冷流体通道8两端对应所述外壳4的位置，且，热流体进、出口5h、10h以及冷流体进、出口5c、10c均设置在整个热管热交换器的同一侧。

可根据外部流体系统的具体连接需求，在热流体进口5h或热流体出口10h的位置设置接口管道或其它导流器具11，或者，在冷流体进口5c或冷流体出口10c的位置设置接口管道或其它导流器具11，显然，也可在热流体进、出口5h、10h和冷流体进、出口5c、10c同时设置接口管道或其它导流器具11。

此外，本发明热管热交换器还可视整体流体系统的具体工作要求，必要时在某些流体进口5h、5c、流体出口10h、10c或接口管道11处设置可以控制流体流量的部件(未图示)，如：流路开关、阀门、塞头等。

当没有外力驱动流体流动时，可以将流体驱动装置，如泵、风扇和风机等，集成设于热管热交换器的冷流体通道8或热流体流体通道9中。

图7为本发明热管热交换器的第二实施例的结构示意图，本实施例中的热管热交换器与上述第一实施例不同的是：该实施例中的热管热交换器包括三组依次串联的热交换组件100、200、300，热流体进口5h和热流体出口10h分别设置在整个热管热交换器的两侧，冷流体进口5c和冷流体出口10c也分别设置在整个热管热交换器的两侧。具体地说，热流体进口5h和冷流体出口10c位于热管热交换器的一侧，热流体出口10h、冷流体进口5c位于热管热交换器的另一侧。热流体进口5h与热交换组件100的热流体通道9的一端连通，热交换组件100的热流体通道9的另一端与热交换组件200的热流体通道9的一端串联连通，热交换组件200的热流体通道9的另一端与热交换组件300的热流体通道9的一端串联连通，热交换组件300的热流体通道9的另一端与热流体出口10h相连；冷流体进口5c与热交换组件100的冷流体通道8的一端连通，热交换组件100的冷流体通道8的另一端与热交换组件200的冷流体通道8的一端串联连通，热交换组件200的冷流体通道8的另一端与热交换组件300的冷流体通道8的一端串联连通，热交换组件300的冷流体通道8的另一端与冷流体出口10c相连。

该实施例中的各热交换组件100、200、300的具体结构均与上述第一实施例相同，所以，此处不再赘述。

图8为本发明热管热交换器的第三实施例的结构示意图，如图所示，该实施例中热管热交换器的结构与上述第二实施例基本相同，不同的是，在该实施例中，各热交换组件100、200、300之间的外壳4是不紧贴的，其相邻两热交换组件100、200、300的外壳4之间具有间隔。

图9为本发明热管热交换器的第四实施例的结构示意图，如图所示，本实施例中的热管热交换器的结构与上述第二实施例基本相同，不同的是：本实施例中的热管热交换器包括四组依次串联的热交换组件100、200、300、400，热流体进、出口5h、10h以及冷流体进、出口5c、10c均设置在整个热管热交换器的同一侧。各热交换组件100、200、300、400之间的具体连接结构可参阅上述第二实施例，此处不再赘述。

由上述四个实施例可以看出，当热交换组件组数为奇数时，热(冷)流体进口5h(5c)和热(冷)流体出口10h(10c)分别分布在整个热交换器的两侧；当流体通道组数为偶数时，热(冷)流体进口5h(5c)和热(冷)流体出口10h(10c)均分布在整个热交换器的同侧。

图10、图11为应用上述热管热交换器的节能淋浴系统的第一实施例的结构示意图。该节能淋浴系统包括：一热水器1’、一热管热交换器7’、一第一冷水管道3’、一第二冷水管道8’、一集水口6’以及一下水道9’，热管热交换器7’的冷流体通道8的冷流体进口5c与第一冷水管道3’相连，热管热交换器7’的冷流体通道8的冷流体出口10c与第二冷水管道8’相连，第二冷水管道8’的另一端与热水器1’的入水口相连，热管热交换器7’的热流体通道9的热流体进口5h与集水口6相连，热管热交换器7’的热流体出口10h与和下水道9’相连。

显然，也可在热管热交换器7’的冷流体进口5c和冷流体出口10c的位置分别设置一接口管道11a、11b。

该节能淋浴系统的工作原理为：第一冷水管道3’的冷水先从热管热交换器7’的接口管道11a进入冷流体通道8，然后从接口管道11b出来后经第二冷水管道8’输入热水器1’，热水器1’将水加热后通过热水管道4’流向淋浴喷头2’，冲洗过人体的热水汇入热管热交换器7’的热流体进口5h，然后经热流体通道9，最后从热流体出口10h出来排入下水道9’。当热水流经热流体通道9时，其与冷流体通道8中的冷水发生热交换，使冷水的温度上升，从而有效回收了洗浴后热水的部分热量，减少了淋浴系统的热量损耗。

若本发明的节能淋浴系统需要满足热管热交换器7’维修时仍可按照现有淋浴系统工作的需求，本专利提供了在淋浴系统中接入维护管道来解决该问题，即：热管热交换器7’在正常工作情况下维护管道关闭，当热管热交换器7’需要维修且淋浴系统仍需要工作时，开启维护管道，即将热管热交换器7’隔离到淋浴系统之外以维持现有淋浴系统工作形式。

下面是两种具体解决方案的说明：

方案一：如图12所示，在热管热交换器7’的接口管道11a和11b间接入带有开关阀12的维护管道13。热交换器7’维修时需要开启维护通道13，同时也需要通过前述设置在冷水进口5c和出口10c或接口管道11a和11b处的流量控制部件来阻塞冷水通过冷水进口5c和冷水出口10c流入热管热交换器7。

方案二：如图13所示，在第一冷水管道3’和第二冷水管道8’之间接入带有开关阀12’的维护管道13’。热交换器7’维修时需要开启维护管道13’的同时需要通过两种可选的方式阻塞冷水流入热管热交换器7’：方式一与前述方案1一样；方式二如图13所示，分别在第一冷水管道3’和第二冷水管道8’上位于维护管道13’和热管热交换器7’之间的部分设置一开关阀11’、10’，关闭此开关阀11’、10’来阻塞冷水流入热管热交换器7’。

相比方案一，方案二给淋浴系统的管道铺设和施工带来复杂度，不过好处是减少热管热交换器7’的设计复杂度，另外若选择前述方式二来实现阻塞冷水流入热管热交换器7’，可以实现热管热交换器7’完全移出整个淋浴系统(解除接口管道11a和11b与冷水管道的连接)。

以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非限制本实用新型的保护范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种热管热交换器，其特征在于，包括至少两组依次串接的热交换组件，每组热交换组件均包括一冷流体通道和一热流体通道，各热交换组件的冷流体通道通过连接管道依次串联在一起，各热交换组件的热流体通道通过连接管道依次串联在一起，且所有的冷流体通道和热流体通道均相互平行，相邻的两个热交换组件的相邻两流体通道同为冷流体通道或同为热流体通道。

2.如权利要求1所述的热管热交换器，其特征在于，所述每组热交换组件还包括：一外壳、多根横向设置在所述外壳内的热管、多片纵向设置在所述外壳内并穿设在所述热管上的金属翅片以及一穿设在热管中部的隔板，所述冷流体通道和热流体通道分别位于所述隔板的两侧，所述外壳两端设置有分别联通冷流体通道和热流体通道的端口。

3.如权利要求2所述的热管热交换器，其特征在于，相邻两热交换组件的外壳相互贴合或者共壁。

4.如权利要求2所述的热管热交换器，其特征在于，串联后的热流体通道的两端对应所述外壳的位置分别设置有一热流体进口和一热流体出口，串联后的冷流体通道的两端对应所述外壳的位置分别设置一冷流体进口和一冷流体出口。

5.如权利要求4所述的热管热交换器，其特征在于，所述热流体进口或热流体出口的位置设置有接口管道、导流器具或流量控制部件。

6.如权利要求5所述的热管热交换器，其特征在于，所述冷流体进口或冷流体出口的位置设置有接口管道、导流器具或流量控制部件。

7.如权利要求6所述的热管热交换器，其特征在于，所述热流体通道的接口管道和所述冷流体通道的接口管道之间设置有一维护管道，所述维护管道上设置有一开关阀。

8.如权利要求1所述的热管热交换器，其特征在于，所述冷流体通道和/或所述热流体通道中还设置有流体驱动装置。

9.一种节能淋浴系统，其特征在于，包括一热水器、一如权利要求1-8中任意一项所述的热管热交换器、一第一冷水管道、一第二冷水管道、一汇集废水的集水口以及一下水道，所述热管热交换器的冷流体通道的两端分别与所述第一冷水管道和所述第二冷水管道相连，所述第二冷水管道的另一端与所述热水器的入水口相连，所述热管热交换器的热流体通道的两端分别与所述集水口和所述下水道相连。

10.如权利要求9所述的节能淋浴系统，其特征在于，在所述第一冷水管道和所述第二冷水管道之间设置有一维护管道，所述维护管道上设置有一开关阀，所述第一冷水管道连接在所述热管热交换器和所述维护管道之间的部分设置有一开关阀，所述第二冷水管道连接在所述热管热交换器和所述维护管道之间的部分设置有一开关阀。

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