CN207763262U - 管道换热机构以及热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种管道换热机构以及热泵热水器，其中管道换热机构包括内管以及外管，外管套设在内管外，所述内管为冷媒流道，所述内管与外管之间为水流流道，所述内管中冷媒与所述外管中的水逆流换热；所述外管由绝缘材料制成，所述内管由金属材料制成。所述水流流道的入口段与其临近段设置扰流强化部。本申请实施方式中的管道换热机构中的外管由非金属绝缘材料制成，因此管道式换热设备不会产生电化学腐蚀，寿命较长；本申请实施方式中的管道换热机构在与热泵热水器尤其是带有内胆的换热器配合使用时，由于水流通道会经过较长的绝缘管段，因而水流中的电荷将极大减小甚至完全不带电荷，因而可以减小其他部件的消耗，和产生电化学腐蚀的风险。

Description

管道换热机构以及热泵热水器

技术领域

本申请涉及热交换领域，尤其涉及一种管道换热机构以及热泵热水器。

背景技术

在现有技术中，对于热泵热水器等其他热交换设备，常常采用这样一种管道换热机构，该管道换热机构包括内管和套设在所述内管外的外管，例如现有技术中的铜和不锈钢制成的套管换热器，然而该换热器中的中心流道为水流流道，外部为冷媒流道。这种类型换热器的主要局限在于内管制造为构型复杂的强化换热部非常困难，而且内管一旦结垢将极大地影响换热器的效率，也不容易做任何除垢操作，因而对于套管或者类似的管道式换热器需要考虑在内管与外管之间布置水流流道，然而对于现有套管而言内外管之间布置水流流道会存在如下问题：

1.由于内外管均为金属管因而在以水为工质的长期流通的换热设备，会存在严重的电化学腐蚀，尤其是对于高效率的动态换热设备，在水温较高时风险更大；

2.由于水流接触强电元件，因而水流存在带电风险，一方面水流在流过两种金属组成的流道时会加剧换热器的腐蚀，另一方面可能带荷的水流进入系统的内胆中，会消耗其中的保护电极，更严重地可能导致内胆被腐蚀。

简而言之为了解决管道类型换热器方便清理水垢的技术效果，并且解决电化学腐蚀对于换热器与使用其的带有内胆的热泵热水器或者类似系统的损坏风险，有必要开发一种新型换热器。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本申请所要解决的技术问题是提供一种管道换热机构以及热泵热水器，其能解决上述技术问题中的至少一种。

本申请实施例还公开了一种管道换热机构，包括内管以及外管，所述外管套设在所述内管外，所述内管为冷媒流道，所述内管与外管之间为水流流道，所述内管中冷媒与所述外管中的水逆流换热；所述外管由绝缘材料制成，所述内管由金属材料制成。

进一步地，所述水流流道的入口段与其临近段设置扰流强化部。

进一步地，所述扰流强化部为沿所述内管的延伸方向螺旋延伸的导流翅片。

进一步地，所述扰流强化部为自所述外管的内壁凸向所述内管方向的凸起。

进一步地，所述外管包括至少两个外管段，至少两个外管段之间能拆卸地连接。

进一步地，所述内管包括至少两个内管段,至少两个内管段之间能拆卸地连接。

进一步地，两个所述外管段分别套设在对应的两个所述内管段上，当两个所述内管段连接时，对应的两个所述外管段通过连接管连通；或，对应的两个所述外管段通过敞开的端部对接连通。

进一步地，所述内管包括第一内管段和与所述第一内管段固定连接的第二内管段，当至少两个所述外管段处于连接状态时，所述第二内管段至少部分暴露于所述外管外，当至少两个所述外管段处于脱离状态时，其中一个所述外管段能相对所述第一内管段运动，并能被置于所述第二内管段上。

本申请实施例还公开了一种热泵热水器，包括：

内胆；

如上述的管道换热机构，所述内管和所述外管之间形成的流道与所述内胆连通；

水泵，所述水泵与所述流道连通。

进一步地，所述管道换热机构位于所述内胆内，或，所述管道换热机构位于内胆外。

进一步地，所述水泵与自来水供水管道直接或间接连通。

进一步地，所述管道换热机构位于所述内胆内，至少部分的所述内管位于所述外管外。

进一步地，所述内管位于所述外管外的部分位于所述外管的上方。

本申请实施例还公开了一种利用上述的管道换热机构的热泵热水器，所述外管的外壁贴近于所述内胆的外壁，和/或，所述内管位于所述外管外的部分贴近于所述内胆的外壁；使所述换热器盘绕于所述内胆上。

本申请实施例采用上述结构具有的优点有：

1、本申请实施方式中的管道换热机构中的外管由非金属绝缘材料制成，因此管道式换热设备不会产生电化学腐蚀，寿命较长；

2、本申请实施方式中的管道换热机构在与热泵热水器尤其是带有内胆的换热器配合使用时，由于水流通道会经过较长的绝缘管段，因而水流中的电荷将极大减小甚至完全不带电荷，因而可以减小其他部件的消耗，和产生电化学腐蚀的风险；

3、本申请实施方式中的管道换热机构的外管的材料成本和制造成本较低，因此管道换热机构的成本较低；

4、本申请实施方式中的管道换热机构的至少部分外管可拆，因此便于去除水垢。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。

图1示出了本申请实施例中的管道换热机构的结构示意图。

图2示出了本申请实施例中的热泵热水器的结构示意图。

以上附图的附图标记：1、内管；2、外管；3、内胆；4、压缩机；5、蒸发器；6、节流部件。

具体实施方式

结合附图和本申请具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本申请的细节。但是，在此描述的本申请的具体实施方式，仅用于解释本申请的目的，而不能以任何方式理解成是对本申请的限制。在本申请的教导下，技术人员可以构想基于本申请的任意可能的变形，这些都应被视为属于本申请的范围。

参照图1所示，本申请实施例公开了一种管道换热机构，包括内管1以及外管2，所述外管2套设在部分的所述内管1外，并且有部分的所述内管1位于所述内管1外，所述内管1为冷媒流道，所述内管1与外管2之间为水流流道，所述内管1中冷媒与所述外管2中的水逆流换热；所述外管2由绝缘材料制成，所述内管1由金属材料制成。

在一个可选的实施方式中，所述外管2由塑料材料或其他绝缘材质制成，所述内管1由金属材料制成。

相较于现有技术中外管2采用不锈钢材料，本实施方式中外管2采用的塑料材料或其他的绝缘材料成本降低。

同时，由于塑料材料以及其他绝缘材料较易被加工成异形结构(例如，螺旋形)，因此本实施方式中的管道换热机构的制造成本也较低，并且也可以满足根据实际需要设定的各种结构。

再者，现有技术中外管和内管均由金属材料制成。因此，外管、内管可以成为两个电极，而位于外管和内管之间的水成为电解质，从而对外管和/或内管造成电化学腐蚀。而在本实施方式中，由于外管2由非金属材料制成，因此本申请实施例中的换热就不会发生电化学腐蚀；绝缘材质制成的水流通道壁面，在水流经过其后所可能带有的电荷将被极大减少，甚至消除，因而配合带有内胆3的热泵系统时确保了系统内胆3或者其他与水接触部件不容易被腐蚀。

具体的，所述外管2由PV或PP塑料制成。所述内管1由铜制成，当然所述内管1也可以为分流类型的多组管路，使整个换热器具有更高的换热效率。

优选地，所述水流流道入口段与其临近段设置扰流强化部，进而形成水流在入口及其附近区域形成扰动强化实现快速升温的技术效果，由于扰流部件的设置也可以在整体上减小管道换热器的长度。

扰流强化部可以为外管2设置向内的凸起，或者也可以通过额外的旋流片使内部水流沿着径向流动，增加水流流程，起到强化换热的技术效果。

优选地，所述外管2和所述内管1之间形成的流道沿所述内管1的延伸方向(螺旋线) 螺旋延伸。呈螺旋延伸的流道可以延长水的换热路径，以进一步提高换热效率。呈螺旋延伸的流道可以由设置在所述外管2内壁的凸起形成。或，呈螺旋延伸的流道可以由设置在所述内管1外壁的凸起形成。或，呈螺旋延伸的流道可以由设置在所述外管2内壁的凸起和在所述内管1外壁的凸起共同形成。

当所述强化换热部为外管2上的凸起或者扰流片时，所述强化换热部布置为不与所述冷媒内管1直接或间接热接触的方式，可以起到对于外管2塑料材质的保护，而不至于其损坏变形。

在另一个可选的实施方式中，所述外管2包括至少两个外管段，至少两个外管段之间能拆卸地连接。管道换热机构在经过一段时间使用后，或多或少可能会在外管2和内管1之间形成水垢。为了便于去除水垢，可以将其中一个外管段拆除。

经过实践表明，当水的温度达到较高值时(例如30至50摄氏度之间)，较容易产生水垢。因此，其中一个所述外管段完全或大部分覆盖水的高温区(一般位于内胆3的上部)。当需要清除水垢时，可以将完全或大部分覆盖水的高温区的外管段移除。

具体的，在本实施方式中，所述外管2包括第一外管段和第二外管段，其中第一外管段完全或大部分覆盖水的高温区，第二外管段固定设置。所述第一外管段和所述第二外管段可以通过螺纹连接或其他连接方式能脱离的连接。所述内管1包括第一内管段和与所述第一内管段固定连接的第二内管段。在本实施方式中，所述第一内管段和所述第二内管段可以一体式构造。当然的，在其他可选的实施方式中，所述第一内管段和所述第二内管段可以通过其他固定方式固定。当所述第一外管段和所述第二外管段处于连接时，所述第二内管段至少部分地暴露在所述外管2外。当所述第一外管段和所述第二外管段处于连接时，所述第二外管段可以脱离所述第一外管段，并且能相对所述第一内管段移动，并且被置于所述第二内管段上。由此，操作人员可以在不移除所述第一外管段的同时，还可以方便地对所述第一外管段内的水垢进行清理。

在一个可选的实施方式中，所述内管1包括两个内管段。所述外管2包括两个外管段。两个外管段分别套设在两个内管段外形成两个套筒。两个内管段可以通过螺纹连接等其他连接方式能拆卸地连接。在本实施方式中，当两个内管段固定连接时，所述两个外管段相应地对接从而使两个套筒中的外管段与内管段之间的间隙空间连通。

在另一个可选的实施方式中，与上一个实施方式不同之处在于，当两个内管段固定连接时，所述两个外管段通过设置在其外部的连接管连通。

在本实施方式中，参照图2所示，所述管道换热机构位于所述内胆3内。部分的内管1 位于所述外管2外。伸出所述外管2外的内管1位于所述外管2的上方。所述内管1伸出内胆3并与压缩机4、蒸发器5、节流部件6构成冷媒循环流道。所述水泵能将内胆3底部的水抽出，并与内管1中的冷媒进行换热。

由此，管道换热机构中所述内管1外设置有所述外管2的部分可以实现内管1中的冷媒和间隙空间中的水的动态换热。管道换热机构中所述内管1暴露在所述外管2外的部分可以与所述内胆3内的水实现动态换热。

经过实验表明，微通道的平均换热系数为470(单位：W·K^-1·m²)，而现有的套管换热器的平均换热系数为2290(单位：W·K^-1·m²)，本实施方式中的水泵处于停止或故障状态时热泵热水器的平均换热系数为473(单位：W·K^-1·m²)，本实施方式中的水泵处于工作状态时热泵热水器的平均换热系数为1893(单位：W·K^-1·m²)。由此可见，在本实施方式中的水泵处于停止或故障状态时换热效率仍然较佳。当本实施方式中的水泵处于工作状态时，平均换热系数大幅提高，保留了现有的动态换热的优点。

参照图2所示，本申请还公开了一种热泵热水器，该热泵热水器包括内胆3；如上述的管道换热机构，所述内管1和所述外管2之间形成的流道与所述内胆3连通；水泵，所述水泵与所述流道连通。

在本实施方式中，所述流道的水可以在水泵的作用下自下而上泵入内胆3中。所述内胆 3中的冷媒可以自上而下运动，两者实现逆向换热，增强换热效果，由于水流会接触水泵等强电连接的部件，而该类型的换热器外侧采用绝缘的非金属材料制成，因而水流即使带有电荷在水流流动过程中，由于绝缘管的作用，会使水流带电电荷基本得到消除，再将该绝缘之后的水流输送到内胆3中，可以减小本身内胆3内的保护电极，使得内胆3被电化学腐蚀的概率降低，极大地延长了容积类型热泵热水器的使用寿命，也极大地提高了整个系统的可靠性。

如前所述，在一个可选的实施方式中，所述管道换热机构中的所述内管1至少部分位于所述外管2外。在本实施方式中，所述管道换热机构位于所述内胆3内，此时由于所述换热器外管2为非金属材质，因而在一定程度上也起到了阻隔换热内管1与内胆3壁面的电性连通，因而进一步降低了系统被腐蚀的风险，提高了运行的可靠性。由此，管道换热机构中所述内管1外设置有所述外管2的部分可以实现内管1中的冷媒和间隙空间中的水的动态换热。管道换热机构中所述内管1暴露在所述外管2外的部分可以与所述内胆3内的水实现静态换热。

特别的，当水泵停止或出现故障时，本实施方式中的位于所述外管2外的内管1仍然可以与所述内胆3中的水起到换热效果。而不会像现有技术中的套管换热器，当水泵处于停止或故障时整个系统就不能够再使用。

特别的，所述水泵直接或间接与自来水水源联通，当水泵出现故障时，水源补水使得套管内部水流可以在自来水水压的驱动下实现流动，因而使得系统在水泵出现故障时依然具有可能动态加热的可能。由于内胆3中的高温水一般位于内胆3的上部，因此，位于所述外管 2外的内管1位于所述内胆3的上部，即内管1中的冷媒与内胆3上部的水直接换热，从而可以进一步提高换热效率。

经过实验表明，微通道的平均换热系数为470(单位：W·K^-1·m²)，而现有的套管换热器的平均换热系数为2290(单位：W·K^-1·m²)，本实施方式中的水泵处于停止或故障状态时热泵热水器的平均换热系数为473(单位：W·K^-1·m²)，本实施方式中的水泵处于工作状态时热泵热水器的平均换热系数为1893(单位：W·K^-1·m²)。由此可见，在本实施方式中的水泵处于停止或故障状态时换热效率仍然较佳。当本实施方式中的水泵处于工作状态时，平均换热系数大幅提高，保留了现有的动态换热的优点。

优选地，所述外管2的侧壁设置有贯通的导流通道。当水泵停止或出现故障时，本实施方式中的位于所述内管1内的冷媒可以通过导流通道将热量传递至内胆3中的水，从而与所述内胆3中的水起到换热效果。在本实施方式中，所述内管1的长度为15m(米)，所述内管 1的长度为12m(米)。在最靠近出口(即靠近于由所述外管2和所述内管1形成的流道的出口)处1m的位置每间隔5cm(厘米)打2mm(毫米)的小孔。当然，导流通道的位置、形状结构以及大小尺寸可以根据需要设定。优选地，所述导流通道靠近于所述流道的出口处。由于，上部的冷媒的温度较高，因此该部分的热量也较大，在靠近于所述流道的出口处，即在所述外管2的上部较佳。经过实验表明，本实施方式中的水泵处于工作状态时热泵热水器的制热量为8505瓦，常规的套管换热器的制热量为8600瓦，本实施方式中的水泵处于停止或故障状态时的制热量为2700瓦。而本申请中的水泵处于工作状态时热泵热水器的单位成本的换热量为40.89瓦/元，而普通微通道为15.357瓦/元。

在另一个可选的实施方式中，所述管道换热机构位于内胆3外，所述外管2的外壁贴近于所述内胆3的外壁。所述内管1中的冷媒可以与所述流道中的水进行换热。所述流道中的水可以通过水泵泵入所述内胆3中。由于所述的管道式换热器外壁为非金属绝缘材质，因而换热器可以作任意弧度的弯曲，可以适用不同类型的内胆3。

在另一个可选的实施方式中，所述管道换热机构位于所述内胆3外。所述内管1的上部伸出所述外管2外，并且所述内管1位于所述外管2外的部分与所述内胆3的壁面贴近，从而可以与所述内胆3内的水进行换热。

在另一个可选的实施方式中，所述管道换热机构位于所述内胆3外。所述外管2包括至少两个外管段，至少两个外管段之间能拆卸地连接。管道换热机构在经过一段时间使用后，或多或少可能会在外管2和内管1之间形成水垢。为了便于去除水垢，可以将其中一个外管段拆除。具体结构可以从参见上文描述，在此不再累述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种管道换热机构，其特征在于，包括内管以及外管，所述外管套设在所述内管外，所述内管为冷媒流道，所述内管与外管之间为水流流道，所述内管中冷媒与所述外管中的水逆流换热；所述外管由绝缘材料制成，所述内管由金属材料制成。

2.根据权利要求1所述的管道换热机构，其特征在于，所述水流流道的入口段与其临近段设置扰流强化部。

3.根据权利要求2所述的管道换热机构，其特征在于，所述扰流强化部为沿所述内管的延伸方向螺旋延伸的导流翅片。

4.根据权利要求2所述的管道换热机构，其特征在于，所述扰流强化部为自所述外管的内壁凸向所述内管方向的凸起。

5.根据权利要求1所述的管道换热机构，其特征在于，所述外管包括至少两个外管段，至少两个外管段之间能拆卸地连接。

6.根据权利要求5所述的管道换热机构，其特征在于，所述内管包括至少两个内管段,至少两个内管段之间能拆卸地连接。

7.根据权利要求6所述的管道换热机构，其特征在于，两个所述外管段分别套设在对应的两个所述内管段上，当两个所述内管段连接时，对应的两个所述外管段通过连接管连通；或，对应的两个所述外管段通过敞开的端部对接连通。

8.根据权利要求5所述的管道换热机构，其特征在于，所述内管包括第一内管段和与所述第一内管段固定连接的第二内管段，当至少两个所述外管段处于连接状态时，所述第二内管段至少部分暴露于所述外管外，当至少两个所述外管段处于脱离状态时，其中一个所述外管段能相对所述第一内管段运动，并能被置于所述第二内管段上。

9.一种热泵热水器，其特征在于，包括：

内胆；

如权利要求1至8任一项所述的管道换热机构，所述内管和所述外管之间形成的流道与所述内胆连通；

水泵，所述水泵与所述流道连通。

10.根据权利要求9所述的热泵热水器，其特征在于，所述管道换热机构位于所述内胆内，或，所述管道换热机构位于内胆外。

11.根据权利要求9所述的热泵热水器，其特征在于，所述水泵与自来水供水管道直接或间接连通。

12.根据权利要求9所述的热泵热水器，其特征在于，所述管道换热机构位于所述内胆内，至少部分的所述内管位于所述外管外。

13.根据权利要求12所述的热泵热水器，其特征在于，所述内管位于所述外管外的部分位于所述外管的上方。

14.一种利用权利要求1至8任一项所述的管道换热机构的热泵热水器，其特征在于，所述外管的外壁贴近于内胆的外壁，和/或，所述内管位于所述外管外的部分贴近于内胆的外壁；使所述换热器盘绕于所述内胆上。