一种热交换器及热泵热水器
技术领域
本发明属于热交换技术领域，具体地说，涉及一种热交换器及热泵热水器。
背景技术
随着生活水平的提高，人们在日常生活中对热水的供应需求也越来越高，为了实现热水的随时取用，热水器成为了大多数家庭中必不可少的家用电器。热水器通常采用燃气、电能、太阳能等热源对其水箱内的水进行加热，并且，热水器通常安装在洗漱间、阳台等位置，由于热水器的水箱体积较大，使得热水器的体积较大，因此热水器在安装时占用了较大的使用空间。热泵热水器采用相变蓄能模块对水进行加热，通过相变蓄能材料的固液相变吸收/释放能量，以实现储存外界能量对水进行加热的目的。相变蓄能模块因其体积小，供应热水量多且稳定，成为热泵热水器向小型化发展的重要方向。
目前应用在热泵热水器中的相变蓄能模块大多将冷媒换热器和水换热器交叉布置在相变蓄能材料中，相变蓄能材料储存冷媒流经冷媒换热器时释放的能量，进而在水流经水换热器时将储存的热量释放出来对水进行加热。水换热器一般采用不锈钢盘管。金属铜是一种具有良好导热性的材料，因而冷媒换热器多采用铜管。但铜换热器价格高，并且由于铜管流程难以均匀分布会影响换热效果，而多流程铜管结构复杂，造成装配过程复杂，影响相变蓄能模块的生产效率。
申请号为201510182761.8的中国专利公开了一种相变蓄能箱，包括厢体、冷媒换热器、热媒换热器和电辅助加热器，厢体内充填有固液相变蓄能材料，所述厢体外部安装有保温层，所述冷媒换热器、热媒换热器和电辅助加热器置于所述厢体内的固液相变蓄能材料中；所述厢体上设置有维修孔；冷媒换热器的冷媒入口上连接有穿过所述厢体和保温层的冷媒入口接管，冷媒换热器的冷媒出口上连接有穿过所述厢体和保温层的冷媒出口接管，热媒换热器的热媒入口上连接有穿过所述厢体和保温层的热媒入口接管，热媒换热器的热媒出口上连接有穿过所述厢体和保温层的热媒出口接管。但在该方案中，冷媒换热器使用铜质盘管，成本较高，不易装配。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种分流均匀，装配简单的热交换器及热泵热水器。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种热交换器，包括外壳和设置在所述外壳内的冷媒换热器与热媒换热器，所述冷媒换热器包括冷媒换热部，所述冷媒换热部与热媒换热器至少部分相互交叉。
进一步地，所述冷媒换热部包括多个冷媒换热层，相邻两个冷媒换热层之间形成换热空间，所述热媒换热器包括至少一个插入换热空间中的热媒换热部；
优选地，所述热媒换热部包括多个热媒换热层，所述热媒换热层插入冷媒换热层之间的间隙，与冷媒换热层交替分布。
进一步地，所述冷媒换热器还包括第一总集流管和第二总集流管，所述第一总集流管和第二总集流管分别与所述冷媒换热层连通；所述多个冷媒换热层沿第一总集流管和第二总集流管的轴线方向布置；
优选地，多个冷媒换热层均匀分布，且与第一总集流管和第二总集流管的轴线方向垂直。
进一步地，所述冷媒换热器还包括与第一总集流管连通的多个第一子集流管，与第二总集流管连通的多个第二子集流管，以及两端分别与一个第一子集流管和一个第二子集流管连通的若干冷媒换热管；一个第一子集流管，一个第二子集流管，以及两者间连通的多个冷媒换热管构成所述冷媒换热层；所述第一子集流管和第二子集流管沿第一总集流管和第二总集流管的轴线方向布置，所述冷媒换热管沿第一子集流管和第二子集流管的轴线方向布置；
优选地，所述冷媒换热管均匀分布，所述第一总集流管和第二总集流管的轴线方向、第一子集流管和第二子集流管的轴线方向，以及冷媒换热管的轴线方向相互垂直。
进一步地，所述冷媒换热管为板状扁管，内部分布有若干沿冷媒换热管的轴线方向延伸的微孔通道。
进一步地，所述冷媒换热器还包括平行于第一总集流管设置的第一支撑杆和第二支撑杆；所述第一子集流管一端与第一总集流管连通，另一端封闭设置，与第一支撑杆固定连接；所述第二子集流管一端与第二总集流管连通，另一端封闭设置，与第二支撑杆固定连接；
优选地，所述第一总集流管与第二总集流管设置在所述冷媒换热层的一条对角线两端，所述第一支撑杆和第二支撑杆设置在所述冷媒换热层的另一条对角线两端。
进一步地，所述第一总集流管与冷媒入口连通，第一总集流管中设有阻断第一总集流管两端连通的第一中间隔板；所述第二总集流管与冷媒出口连通，第二总集流管中设有阻断第二总集流管两端连通的第二中间隔板；所述第一中间隔板和第二中间隔板将冷媒换热层分为第一流程、第二流程层和第三流程，所述第一流程的冷媒换热层与冷媒入口位于第一中间隔板同一侧，第二流程的冷媒换热层位于第一中间隔板和第二中间隔板之间，第三流程的冷媒换热层与冷媒出口位于第二中间隔板同一侧；
优选地，所述第一流程、第二流程和第三流程中冷媒换热层的数量依次减少。
进一步地，所述第一中间隔板和第二中间隔板均设置有多个，且第一中间隔板和第二中间隔板的个数相同，将冷媒换热层分为一个第一流程、多个第二流程和一个第三流程；所述第一流程的冷媒换热层与冷媒入口位于最接近冷媒入口的第一中间隔板同一侧，第二流程的冷媒换热层位于第一中间隔板和第二中间隔板之间，第三流程的冷媒换热层与冷媒出口位于最接近冷媒出口的第二中间隔板同一侧；
优选地，所述第一流程，多个第二流程，以及第三流程中冷媒换热层的数量沿冷媒入口向冷媒出口的方向依次减少。
进一步地，所述热媒换热部包括多个热媒换热层，所述热媒换热层插入相邻两个冷媒换热层之间的间隙；所述热媒换热器还包括多个连通部，所述连通部设置在相邻两个热媒换热层之间，连接并导通相邻两个热媒换热层。
进一步地，所述热媒换热器包括一体设置的热媒流通管，所述热媒流通管在相邻两个冷媒换热层之间沿平行于冷媒换热层的方向延伸布置形成热媒换热层，在相邻两个热媒换热层之间沿热媒换热层分布的方向延伸形成连通部；
优选地，所述热媒换热器还包括加强件，所述加强件设置在热媒换热层上，与热媒流通管固定连接。
本发明的另一目的是提供一种热泵热水器，包括上述所述的热交换器。
进一步地，所述冷媒换热器由铝制材料制成，所述热媒换热器由不锈钢材料制成。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明的热交换器中，冷媒换热器的冷媒换热部与热媒换热器交叉布置，增加了两者相互重叠的面积，提高了换热效率。
本发明的热交换器中，冷媒换热部分层设置，热媒换热器的热媒换热部插入冷媒换热层的间隙，进一步增加了换热面积，将冷媒换热层与热媒换热层交替布置，可在尽量节省空间的情况下使换热面积最大化，实现了控制热交换器体积的前提下提供更大的换热效率。
本发明的热交换器中，第一总集流管和第二总集流管既起到导通冷媒的作用，也可以对冷媒换热器整体结构进行支撑，通过第一子集流管、第二子集流管和冷媒换热管形成冷媒换热层，实现了冷媒介质在冷媒换热器中的均匀分布，换热效果好。
本发明的热交换器中，通过设置第一支撑杆与第二支撑杆使冷媒换热器结构更加稳定。
本发明的热交换器中，通过设置第一中间隔板和第二中间隔板将冷媒换热层分成多个流程，延长冷媒介质在冷媒换热器中的流动路径，使冷媒介质中携带的热量充分释放，提高换热效率。
本发明的热交换器中，热媒换热器的热媒换热层相互连通，通过一体设置的热媒换热管形成多层结构，可整体插入冷媒换热层之间，装配简单易于操作，通过设置加强件对热媒换热管的绕制进行固定，使结构更加稳定。
本发明的热泵热水器采用上述所述的热交换器，在保证热水供应效率的情况下实现了热泵热水器的小型化，冷媒换热器采用铝制材料，降低了生产成本。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明热交换器的结构示意图；
图2是本发明冷媒换热器的结构示意图；
图3是本发明第一总集流管的剖面结构示意图；
图4是本发明第一子集流管的剖面结构示意图；
图5是本发明热媒换热器的结构示意图。
图中：1、外壳；2、冷媒换热器；21、冷媒入口；211、第一总集流管；212、第一子集流管；213、第一中间隔板；22、冷媒出口；221、第二总集流管；222、第二子集流管；223、第二中间隔板；23、冷媒换热管；241、第一支撑杆；242、第二支撑杆；3、热媒换热器；31、热媒入口；32、热媒出口；33、热媒换热层；34、连通部；35、加强件；4、储热材料。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图5所示，本发明的热交换器包括外壳1和设置在外壳1内的冷媒换热器2与热媒换热器3。冷媒换热器2包括冷媒换热部，冷媒换热部与热媒换热器3至少部分相互交叉。
作为本发明的一种优选实施方式，冷媒换热部包括多个冷媒换热层，相邻两个冷媒换热层之间形成换热空间，热媒换热器3包括至少一个插入换热空间中的热媒换热部。优选地，热媒换热部包括多个热媒换热层33，热媒换热层33插入冷媒换热层之间的间隙，与冷媒换热层交替分布。
作为本发明的一种优选实施方式，热媒换热器3还包括多个连通部34，连通部34设置在相邻两个热媒换热层33之间，连接并导通相邻两个热媒换热层33。
实施例一
如图1至图5所示，本实施例所述的热交换器包括具有保温功能的外壳1和设置在外壳1内的冷媒换热器2与热媒换热器3，还包括填充在外壳内的储热材料4。外壳1上设置有与冷媒换热器2连通的冷媒入口21和冷媒出口22，还设有与热媒换热器3连通的热媒入口31和热媒出口32。冷媒换热器2的冷媒换热部与热媒换热器3至少部分相互交叉。热交换器工作时，冷媒介质从冷媒入口21进入冷媒换热器2，流经冷媒换热部后从冷媒出口22流出，在流动过程中将携带的热量传递到储热材料4中，自身的温度降低；热媒介质从热媒入口31进入热媒换热器，流经整个热媒换热器3后从热媒出口32流出，在流动过程中，吸收储热材料4中的热量，自身温度升高，从而实现了将热量从冷媒介质传递到热媒介质，使热媒介质得到加热的目的。在冷媒换热器2的冷媒换热部与热媒换热器3相互交叉的部分，因为两者在面积上存在重叠部分，换热效率高。
在本实施例的一种优选方案中，冷媒换热部包括多个冷媒换热层，相邻两个冷媒换热层之间形成换热空间，热媒换热器3包括至少一个插入换热空间中的热媒换热部。
在本实施例的进一步优选方案中，热媒换热部包括多个热媒换热层33，热媒换热层33插入冷媒换热层之间的间隙，与冷媒换热层交替分布。通过将冷媒换热部与热媒换热部分层设置，并使冷媒换热层与热媒换热层交替分布，很大程度地增加了两者之间的重叠面积，使冷媒介质与热媒介质之间的热量交换更加充分。
具体地，冷媒换热器2包括与冷媒入口21连通的第一总集流管211，还包括与冷媒出口22连通的第二总集流管221，第一总集流管211和第二总集流管221分别与多个冷媒换热层连通。多个冷媒换热层沿第一总集流管211和第二总集流管221的轴线方向布置。优选地，多个冷媒换热层均匀分布，且与第一总集流管211和第二总集流管221的轴线方向垂直。从冷媒入口21进入的冷媒介质通过第一总集流管211分布到各个冷媒换热层，经过各个冷媒换热层后汇集到第二总集流管221，进而从冷媒出口22流出。
在本实施例的一种优选方案中，冷媒换热器2还包括与第一总集流管211连通的多个第一子集流管212，与第二总集流管221连通的多个第二子集流管222，以及两端分别与一个第一子集流管212和一个第二子集流管222连通的若干冷媒换热管23。一个第一子集流管212，一个第二子集流管222，以及两者间连通的多个冷媒换热管23构成所述冷媒换热层。第一子集流管212和第二子集流管222沿第一总集流管211和第二总集流管221的轴线方向布置，冷媒换热管23沿第一子集流管212和第二子集流管222的轴线方向布置。优选地，冷媒换热管23均匀分布，第一总集流管211和第二总集流管221的轴线方向、第一子集流管212和第二子集流管222的轴线方向，以及冷媒换热管23的轴线方向相互垂直。采用上述结构的冷媒换热器2，第一总集流管211中的冷媒介质分散进入各个第一子集流管212，在第一子集流管212中向右流动分散进入各个冷媒换热管23的前端，从冷媒换热管23的后端流出后汇集到相应的第二子集流管222中，各个第二子集流管222中的冷媒介质向第二总集流管221所在方向流动汇集到第二总集流管221中。优选地，冷媒换热管23为板状扁管，内部均匀分布有若干沿其轴线方向延伸，截面直径大小为1mm的微孔通道。冷媒介质通过所述微孔通道流过冷媒换热管23，实现了冷媒介质在冷媒换热管23中的均匀分布，进一步提高了换热效率。
本实施例的热媒换热器3包括多个热媒换热层33组成的热媒换热部，热媒换热层33插入相邻两个冷媒换热层之间的间隙。热媒换热器3还包括多个连通部34，连通部设置在相邻两个热媒换热层33之间，连接并导通相邻两个热媒换热层33。
在本实施例的一种优选方案中，热媒换热器3包括一体设置的热媒流通管，热媒流通管的一端与热媒入口31连通，另一端连通至热媒出口32。热媒流通管在相邻两个冷媒换热层之间沿平行于冷媒换热层的方向延伸绕制形成热媒换热层33，在相邻两个热媒换热层33之间沿热媒换热层33分布的方向延伸形成连通部34。采用一体设置的热媒流通管绕制形成热媒换热器3的多层结构，在热交换器进行装配时可以将热媒换热器3整体直接插入冷媒换热器2的对应位置，装配操作简单。
本实施例中，通过将冷媒换热器与热媒换热器设计成多层结构，并使冷媒换热层与热媒换热层交替分布，在尽量节省空间的情况下很大程度地增加了两者之间的重叠面积，使冷媒与热媒之间的热量交换更加充分；通过设置第一总集流管将冷媒分散到各个冷媒换热层，第二总集流管汇集流过冷媒换热层的冷媒，设置第一子集流管、第二子集流管和冷媒换热管形成冷媒换热层，实现了冷媒在冷媒换热器中的均匀分布，换热效果好；热媒换热器的热媒换热层相互连通，通过一体设置的热媒换热管形成多层结构，可整体插入冷媒换热层之间，装配简单易于操作。
实施例二
如图1至图4所示，本实施例为上述实施例一的进一步限定，所述的冷媒换热器2还包括平行于第一总集流管211设置的第一支撑杆241和平行于第二总集流管221设置的第二支撑杆242。第一子集流管212一端与第一总集流管211连通，另一端封闭设置，与第一支撑杆241固定连接。第二子集流管222一端与第二总集流管221连通，另一端封闭设置，与第二支撑杆242固定连接。
在本实施例的一种优选方案中，第一总集流管211与第二总集流管221设置在冷媒换热层的一条对角线两端，第一支撑杆241和第二支撑杆242设置在冷媒换热层的另一条对角线两端。具体地，第一总集流管211与第一子集流管212的左端连通，第二总集流管221与第二子集流管222的右端连通。这样的设置方式保证了冷媒在第一子集流管212和第二子集流管222中的流动方向相同，进一步保证了冷媒的均匀分布。
本实施例中，通过设置第一支撑杆与第二支撑杆，对各个冷媒换热层起到支撑作用，保证了冷媒换热器整体结构的稳定性；第一支撑杆与第一子集流管连接但不导通，第二支撑杆与第二子集流管连接但不导通，不影响冷媒的流动路径，确保了冷媒的均匀分布。
实施例三
如图1至图3所示，本实施例为上述实施例一的进一步限定，所述的第一总集流管211中设有阻断第一总集流管211两端连通的第一中间隔板213，第二总集流管221中设有阻断第二总集流管221两端连通的第二中间隔板223。第一中间隔板213和第二中间隔板223的设置将冷媒换热层分为第一流程、第二流程层和第三流程。所述第一流程的冷媒换热层与冷媒入口21均位于第一中间隔板213上侧，第二流程的冷媒换热层位于第一中间隔板213和第二中间隔板223之间，第三流程的冷媒换热层与冷媒出口22均位于第二中间隔板223下侧。
在本实施例的一种优选方案中，所述第一流程、第二流程和第三流程中冷媒换热层的数量依次减少。刚进入冷媒换热器2的冷媒介质中携带的热量更多，通过设置更多的冷媒换热层可以使其中的热量更充分地释放出来，储存到储热材料4中。以下以具有六个冷媒换热层的冷媒换热器2为例，对冷媒介质在其中的流动路径进行描述。
从冷媒入口21进入第一总集流管211的冷媒介质被第一中间隔板213阻挡，不能向第一中间隔板213下侧流动，只能分散进入位于第一中间隔板213上侧的三个第一子集流管212，进而流入相应的冷媒换热管23，汇入最上方三个第二子集流管222，再汇入第二总集流管221，完成第一流程。第二总集流管221中的冷媒介质向下流动，流至第二中间隔板223所在高度时，无法继续向下，会分散进入第一中间隔板213和第二中间隔板223之间的两个第二子集流管222，然后通过多个冷媒换热管汇集到相应的两个第一子集流管212中，再进一步汇入第一总集流管211，完成第二流程。第一总集流管211中的冷媒介质继续向下流动，到达最下方的第一子集流管212，并沿最下方的第一子集流管212流动，分散进入各个冷媒换热管23，再汇集至最下方的第二子集流管222，最终通过第二总集流管221从冷媒出口22流出，完成第三流程。
本实施例中，通过设置第一中间隔板和第二中间隔板将冷媒换热层分成三个流程，延长冷媒介质在冷媒换热器中流动路径，还可以使冷媒介质均匀分配至各个冷媒换热层，使得冷媒介质中携带的热量充分释放，提高了热交换器的换热效率。
实施例四
本实施例与上述实施例三的区别在于：所述的第一中间隔板和第二中间隔板均设置有多个，且第一中间隔板和第二中间隔板的个数相同。多个第一中间隔板和第二中间隔板将冷媒换热层分为一个第一流程、多个第二流程和一个第三流程。所述第一流程的冷媒换热层与冷媒入口均位于最上方的第一中间隔板上侧，多个第二流程的冷媒换热层位于最上方的第一中间隔板和最下方的第二中间隔板之间，第三流程的冷媒换热层与冷媒出口均位于最下方的第二中间隔板下侧。
在本实施例的一种优选方案中，所述第一流程，多个第二流程，以及第三流程中冷媒换热层的数量由上至下依次减少。
本实施例中，通过设置多个第一中间隔板和第二中间隔板，进一步延长了冷媒介质在冷媒换热器中流动路径，使冷媒介质的分布更加均匀，进一步提高了热交换器的换热效率。
实施例五
如图1和图5所示，本实施例为上述实施例一的进一步限定，所述的热媒换热器3还包括加强件35。所述的热媒流通管在冷媒换热层之间沿S形绕制形成热媒换热层33，加强件35与热媒流通管垂直设置，固定连接在热媒流通管上，使热媒流通管中平行布置的各段管路相对位置固定。优选地，加强件35为刚性的金属条。
本实施例中，通过在热媒换热层上设置加强件，对绕制形成热媒换热层的管路进行固定加强，使热媒换热器的结构更加稳定。
实施例六
本实施例提供一种热泵热水器，包括上述实施例中任一所述的热交换器。热交换器中的冷媒换热器采用铝制材料制成，热媒换热器采用不锈钢材料制造。热泵热水器工作时，冷媒介质在冷媒换热器中流通，释放的热量被储热材料吸收储存。水介质在热媒换热器中流通，吸收了热量的高温储热材料对流动的水进行加热，从而得到用户需求的热水。
本实施例中，热泵热水器采用本发明所述的热交换器，在保证热水供应效率的情况下实现了热泵热水器的小型化，冷媒换热器采用铝制材料，相较于采用铜管作为冷媒换热器的热水器，降低了生产成本。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
