CN107436058A - 热交换器及具有该热交换器的热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换器及具有该热交换器的热泵热水器。其中，热交换器可包括：热交换部，配置成将进入其内的工质中的热量传递给进入其内的水，以对流经其的水进行加热；和水气混合部，与热交换部的进水口连通，配置成接收水和气态物质，且使气态物质与水混合，以使混合后的水和气态物质进入热交换部；其中气态物质为酸性气体或包含酸性气体的混合气体。本发明的热交换器及具有该热交换器的热泵热水器能够使酸性气体混入被加热的水中，抑制热交换部内水垢的生成，影响换热效果。

Description

热交换器及具有该热交换器的热泵热水器

技术领域

本发明涉及水加热技术领域，特别是涉及一种热交换器及具有该热交换器的热泵热水器。

背景技术

目前，热泵热水器一般性可包括热泵制热系统和水箱，其中热泵制热系统主要由压缩机、热交换器、节流装置和蒸发器等几大部件组成，其工作原理是由压缩机工作产生高压高温的制冷剂气体进入热交换器后被冷凝降温，然后到节流装置进行节流膨胀，后进入蒸发器吸收空气的热量蒸发成低压蒸汽，低压制冷剂蒸汽被吸入压缩机重新被压缩成高温高压气体。冷水可被引入热交换器内，被热交换器内的制冷剂加热后进入水箱储存。

热交换器在使用过程中，由于水处理设备运行不当，水质控制不严，将不符合水质标准的循环水注入到热交换器中，水中的一些物质如Ca²⁺、Mg²⁺遇热后变成沉淀物，这些沉淀物会粘结在受热面上形成竖硬的水垢，由于水垢的导热性极差，降低热交换器的传热效率，造成热能的严重浪费。热泵热水器的热交换器结水垢是行业难点。

现有常用抑垢方法有增加软水设备、结垢后酸洗、磁化抑垢、电子抑垢等方法，但效果都不理想。增加软水设备会大大增加用户投资，增加安装难度，且软化水会极大改变自来水物理指标，人误饮软化水会造成健康影响。结垢后酸洗不仅没有解决热水器使用过程中结垢造成能效下降或降低换热器堵塞风险，维修还增加人工成本和造成设备停工。磁化抑垢、电子抑垢方法的抑垢效果都不理想。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有热交换器抑垢的至少一个缺陷，提供一种新颖的热交换器及具有该热交换器的热泵热水器，其能够利用酸性气体尽可能地防止水加热后在热交换器内部结垢，以防止热交换器换热效率的降低，也不会改变水的物理指标。

具体地，本发明提供了一种用于热泵热水器的热交换器，其包括：

热交换部，配置成将进入其内的工质中的热量传递给进入其内的水，以对流经其的水进行加热；和

水气混合部，与所述热交换部的进水口连通，配置成接收水和气态物质，且使所述气态物质与水混合，以使混合后的水和所述气态物质进入所述热交换部；其中

所述气态物质为酸性气体或包含酸性气体的混合气体。

可选地，所述水气混合部包括：

文丘里管，其进口配置成接收水，出口连接于所述热交换部的进水口；

气体进管，其具有进气孔，且与所述文丘里管的喉道和/或扩散段连通；和

堵塞，设置于所述气体进管内，配置成：堵塞所述气体进管的所述进气孔，且在水流经所述文丘里管时所形成的负压的作用下打开所述气体进管的进气口，以使所述气态物质经由所述气体进管进入所述文丘里管。

可选地，所述堵塞为浮子。

可选地，所述水气混合部为喷射器。

可选地，所述热交换部包括工质管和水管。

可选地，所述热交换部为板式换热装置或套管式换热装置。

本发明还提供了一种热泵热水器，其包括：

水箱，配置成容纳水；

热泵制热系统，其具有上述任一种热交换器，所述热交换器的所述热交换部的出水口经由管路与所述水箱连通。

可选地，所述气态物质为二氧化碳或空气。

可选地，所述热泵热水器还包括浮球阀，配置成根据所述水箱内的水位导通或断开所述热交换部的出水口与所述水箱之间的管路。

可选地，所述热交换器的水气混合部配置成接收自来水网中的水。

本发明的热交换器及具有该热交换器的热泵热水器因为能够使酸性气体混入被加热的水中，例如在自来水进入热交换部前加入空气，利用空气中的CO₂等酸性气体与水、Ca²⁺、Mg²⁺、Ca₂CO₃等生成Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂等，抑制Ca₂CO₃等的生成并沉淀于热交换器内水管的管壁上，从而抑制热交换部内水垢的生成，影响换热效果。进一步地，在水中加入气体也可提高水的加热速度，提高换热效率。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的热交换器的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的热泵热水器的示意性结构图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的热交换器220的示意性结构图。如图1所示，本发明实施例提供了一种用于热泵热水器的热交换器220，该热交换器220可包括热交换部10和水气混合部20。

热交换部10配置成将进入其内的工质中的热量传递给进入其内的水，以对流经其的水进行加热。具体地，热交换部10可包括进水口、出水口、工质进口和工质出口，以接收水和工质，并在水和工质换热后允许水和工质流出。被加热后的水可以流到水箱100进行储存，或直接被使用。工质可为制冷剂，重新吸收热量后，再次返回热交换部10加热热水。工质也可为烟气等其他携载热量的物质。

水气混合部20与热交换部10的进水口连通，配置成接收水和气态物质，且使气态物质与水混合，以使混合后的水和气态物质进入热交换部10。特别地，气态物质为酸性气体或包含酸性气体的混合气体。例如，气态物质可为二氧化碳或包含二氧化碳的空气，可利用CO₂等酸性气体与水、Ca²⁺、Mg²⁺、Ca₂CO₃等生成Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂等，抑制Ca₂CO₃等的生成并沉淀于热交换器220内水管12的管壁上影响换热效果。

本发明实施例创造性地使用不影响水质的二氧化碳等酸性气体与水发生反应，抑制热交换部10加热水的过程中水垢的生成，不仅能够防止热交换器220换热效率的下降，也不影响水物理指标，对人体无影响，且不会因维修造成设备停工和增加人工成本。同时，实验表明抑垢效果高于磁化抑垢、电子抑垢等方法的抑垢效果。为了进一步提高抑垢效果，本发明实施例的使用酸性气体抑垢的方法也可与磁化抑垢和电子抑垢相结合。

为了方便快捷地使空气等气态物质进入水中，在本发明的一些实施方式中，水气混合部20可包括文丘里管21、气体进管22和堵塞23。

文丘里管21一般可由以下各部分组成：入口段，如一个短的圆柱段；收缩段，例如一锥形管，锥角约为21°±5°，优选为20°、21°或22°；喉道，一般为短的直管段，直径约为入口段的直径的1/4～1/3，长度等于喉道的管径；扩散段，可为锥角为8°～30°的锥管，优选为15°、20°等。文丘里管21的进口配置成接收水，出口连接于热交换部10的进水口。文丘里管21的喉道壁或扩散段的始端具有连通气体进管22的开口。在该实施例中，文丘里管21结构可根据伯努利定律设计，应满足在自来水流动时，中部压力小于大气压力，以形成负压。

气体进管22可具有进气孔，且其出气端连接于文丘里管21上的开口，以与文丘里管21的喉道和/或扩散段连通。气体进管22可包括一短直管，设置于短直管的进口端的盖板，盖板上开设有进气孔。在该实施例中，进气孔大小由热泵热水器的制热能力决定。

堵塞23可优选为浮子，设置于气体进管22内，配置成：堵塞23气体进管22的进气孔，且在水流经文丘里管21时所形成的负压的作用下打开气体进管22的进气口，以使气态物质经由气体进管22进入文丘里管21。

具体地，该水气混合部20的工作原理如下，当文丘里管21内的水不流动时，文丘里管21内和气体进管22内的水使堵塞23抵靠于气体进管22的盖板，封闭进气孔，以防止水流出文丘里管21和气体进管22，即防止水溢出。当文丘里管21内水流动时，经过喉道的作用，喉道和/或扩散段内气压下降，形成负压，大气压力使堵塞23移动，打开进气孔，使气态物质如空气进入文丘里管21内与水混合。

在本发明的一些替代性实施例中，水气混合部20可为喷射器。喷射器也可被称为射流真空泵、射流真空喷射器、喷射泵、水喷射器、真空喷射器。它是采用有一定压力的水流通过对称均布成一定侧斜度的喷咀喷出，聚合在一个焦点上，由于喷射水流速特别高，将压力能转变为速度能，使吸气区压力降低产生真空，从而使空气被吸入。高速水流将空气攫走，经过文氏管(即文丘里管)收缩段与喉径充分混合后流出至热交换器220的热交换部10。该喷射器的气体进口处也可设置堵塞23，以根据喷射器内部是否为负压控制开启或关闭气体进口。在该实施例中，喷射器结构可根据伯努利定律设计，应满足在自来水流动时，喷射器内部压力小于大气压力，以形成负压。

在本发明的一些替代性实施例中，也可能有其它造成流动时负压的结构，以代替上述实施例中的文丘里管21和喷射器。

在本发明的一些实施例中，热交换部10可包括工质管11和水管12。例如，热交换部10为套管式换热装置，水管12可套装在工质管11的外侧，也可设置于工质管11内侧。工质管11可采用内螺纹铜制管。再例如，工质管11和水管12平行并列设置，工质管11和水管12的管壁接触抵靠以进行换热。在本发明的另一些实施例中，热交换部10也可为板式换热装置。

图2是根据本发明一个实施例的热泵热水器的示意性结构图。如图2所示，本发明实施例还提供了一种热泵热水器，其可包括水箱100和热泵制热系统200。

水箱100可为开式水箱也可为壁闭式水箱，以容纳水。

热泵制热系统200可包括压缩机210、上述任一实施例中的热交换器220、节流装置230和蒸发器240等。热交换器220的水气混合部20配置成接收自来水网中的水，热交换器220的热交换部10的出水口经由管路与水箱100连通。可替代地，热交换器220的水气混合部20也可配置成接收水箱100中的水，以实现水箱100中水的循环加热。

热泵制热系统200的工作原理是由压缩机210工作产生高压高温的制冷剂气体进入热交换器220后被水冷凝降温(即加热水)，然后到节流装置230进行节流膨胀，后进入蒸发器240吸收空气的热量蒸发成低压蒸汽，低压制冷剂蒸汽被吸入压缩机210重新被压缩成高温高压气体。水被加热后进入水箱100，被储存或者使用。在该实施例中，气态物质可为二氧化碳或空气，优先使用空气。

在本发明的一些实施例中，热泵热水器还可包括浮球阀140，配置成根据水箱100内的水位导通或断开热交换部10的出水口与水箱100之间的管路。在一些替代性实施例中，也可在水气混合部20的进水口处设置电磁阀。

本发明实施例的热泵热水器的抑垢原理就是当热泵热水器工作时，引入空气混入即将进入热交换器220的热交换部10的水中，空气中的CO₂可与水及水中的可能产生水垢的物质发生化学反应，避免水垢产生或附着于换热面，不仅成本低，且结构简单，环保，健康。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于热泵热水器的热交换器，其特征在于，包括：

热交换部，配置成将进入其内的工质中的热量传递给进入其内的水，以对流经其的水进行加热；和

水气混合部，与所述热交换部的进水口连通，配置成接收水和气态物质，且使所述气态物质与水混合，以使混合后的水和所述气态物质进入所述热交换部；其中

所述气态物质为酸性气体或包含酸性气体的混合气体。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述水气混合部包括：

文丘里管，其进口配置成接收水，出口连接于所述热交换部的进水口；

气体进管，其具有进气孔，且与所述文丘里管的喉道和/或扩散段连通；和

堵塞，设置于所述气体进管内，配置成：堵塞所述气体进管的所述进气孔，且在水流经所述文丘里管时所形成的负压的作用下打开所述气体进管的进气口，以使所述气态物质经由所述气体进管进入所述文丘里管。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，

所述堵塞为浮子。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述水气混合部为喷射器。

5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述热交换部包括工质管和水管。

6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述热交换部为板式换热装置或套管式换热装置。

7.一种热泵热水器，其特征在于，包括：

水箱，配置成容纳水；

热泵制热系统，其具有权利要求1至6中任一项所述的热交换器，所述热交换器的所述热交换部的出水口经由管路与所述水箱连通。

8.根据权利要求7所述的热泵热水器，其特征在于，

所述气态物质为二氧化碳或空气。

9.根据权利要求7所述的热泵热水器，其特征在于，还包括：

浮球阀，配置成根据所述水箱内的水位导通或断开所述热交换部的出水口与所述水箱之间的管路。

10.根据权利要求7所述的热泵热水器，其特征在于，

所述热交换器的水气混合部配置成接收自来水网中的水。