CN104864585A - 一种电热储能热水器 - Google Patents

Abstract

一种电热储能热水器，包括电热储能热水器本体，其特征在于：所述的电热储能热水器本体其组成包括：外壳体1、内胆2、温控组件3、保温层4、换热器5、相变蓄能材料6、电热元件7。其中，外壳体1上设有冷水进口10和热水出口11；内胆2安装在外壳体1内，内胆2的侧壁上设置有一带螺纹的盲管20，该盲管20一端伸向内胆2内；温控组件3包括温控器30和温度传感器31，温度传感器31设置在盲管20内且连接到温控器30上；保温层4设置在外壳体1与内胆2之间；换热器5和相变蓄能材料6设置在内胆2内，而电热元件7为硅橡胶电热膜，贴附在内胆2的外表面上，其冷线段和温控器30连接。

Description

一种电热储能热水器

技术领域

本发明属于家用电器及储能、节能技术领域，尤其涉及一种电热储能热水器的技术。

背景技术

随着人们生活水平以及对工作与居住环境舒适度要求的提高，电能等消耗随之大幅度增高，造成能源消耗过快、环境污染增加、电网负荷峰谷过大、峰负荷时电力供应严重不足等建筑能耗增加的问题，目前欧美发达国家的建筑能耗已达到全社会总能耗的40％，在我国建筑能耗约占全国总能耗的30左右％，随着经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，建筑能耗的比重将进一步增加。因此，建筑节能技术的开发与应用已成为当前建筑和建筑材料领域的热点问题之一。

相变蓄能是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，也是常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式，在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，有助于提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。

当前的大环境下，低碳、节能环保、蓄能等技术是国际上重点发展方向。

现有的市场上，民用电热储能热水器产品非常少，传统的储水式热水器则体积过于庞大，尤其是大容量热水器；而空气能热水器虽然节能，但是存在价格高、有噪音、安装麻烦、体积大等缺点，尤其是在外部环境温度过低的情况下，运行情况会有很大的困难。

那么，能否有这样的一种热水器，体积小、容量大、静音、节能的电热储能热水器呢？

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理、结构简单、体积小、储能量大的一种电热储能热水器。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种电热储能热水器，包括电热储能热水器本体，其特征在于：所述的电热储能热水器本体包括：

外壳体，该外壳体上设有冷水进口和热水出口；

内胆，该内胆安装在所述的外壳体内，所述的内胆的侧壁上设置有一带螺纹的盲管，该盲管一端伸向所述的内胆内；

温控组件，该温控组件包括温控器和温度传感器，所述的温度传感器设置在所述的盲管内且连接到所述的温控器上；

保温层，该保温层设置在外壳体与内胆之间；

换热器，该换热器设置在所述的内胆内，包括若干呈垂直设置的换热管和若干呈水平设置的挡板以及若干个“U”形连接管件，所述的挡板上设置有若干通孔，所述的换热管从所述的通孔内垂直穿过，相邻的换热管的各端口通过“U”形连接管件串接成一个首尾相连的水通道，每组所述的水通道各设置有一个进口端和一个出口端，且两个端口各贯通所述的内胆后分别与所述的冷水进口、热水出口连接；

相变蓄能材料，该相变蓄能材料填充在所述的内胆内；

电热元件，该电热元件贴附在所述的内胆的外表面上，且和所述的温控器连接。通常，内胆及换热器的材质为316L不锈钢，而换热管、U形连接管件由316L不锈钢波纹管制作而成；相变蓄能材料的相变温度点在70℃至90℃之间；保温层通常由两层组成，紧贴内盒体表面的一层耐温性比较好。通常，电热元件采用硅橡胶电热膜，把它紧贴在内胆的外表面上，这种电热元件有别于传统的电加热管，不仅发热面积大，同时，大大降低了漏电的可能性，提高了安全性；通常，换热器中的若干挡板呈相互等间距水平排列设置，其挡板的形状和内胆的截面形状适配，而换热管垂直穿过挡板上的通孔，把所有的挡板等间距的串接起来，U形连接管件依次把相邻的换热管连接起来，形成一个整体呈S形走向的水通道，在实际应用中，当相变蓄能材料受热蓄能后，从水通道的一端进入的冷水，流经水通道过程中和相变蓄能材料实现热交换，使得从水通道另一端流出的水变成了热水。本技术中，挡板不仅起到导热和固定换热管的作用，更主要起到防止相变蓄能材料在使用过程中有可能出现的相分离问题。

在上述的一种电热储能热水器，其特征在于，所述的内胆的顶部设置有一排气嘴，所述的电热储能热水器本体内或外还设置有气体缓冲装置，所述的气体缓冲装置包括气囊腔和设置在所述的气囊腔内的气囊，所述的排气嘴和气囊通过一连接管相连通。通常，如果内胆做成扁平的盒体状时，由于这种结构的内胆不受压，需要保持内胆内的压力为常压，这时候需要一个气体缓冲装置来缓解内胆内由于相变蓄能材料受热膨胀造成的压力升高的影响，气囊在相变蓄能材料处于固态时保持干瘪的状态，一旦相变蓄能材料在受热变成液态后，把内胆内的部分气体排放到气囊内，这时候气囊开始膨胀且气囊在保持常压下有足够的空间来吸收内胆内所排放的气体，。通常，如果内胆是一个承压圆柱体结构的，那么，就可以不需要气体缓冲装置；

在上述的一种电热储能热水器，其特征在于，所述的换热管和“U”形连接管件为一体结构。

在上述的一种电热储能热水器，其特征在于，所述的换热管和“U”形连接管件为分体结构。

在上述的一种电热储能热水器，其特征在于，所述的换热管和“U”形连接管件为分体结构，所述的换热管的端口设置有活接锁紧螺母和密封垫，相应的，所述的“U”形连接管件的两端口上各焊接有外丝螺纹接头，所述的锁紧螺母和外丝螺纹接头适配。

在上述的一种电热储能热水器，其特征在于，所述的电热元件为硅橡胶电热膜。

在上述的一种电热储能热水器，其特征在于，所述的内胆的顶部设置有一排气嘴和灌注口，所述的排气嘴或灌注口上设置有封堵。

在上述的一种电热储能热水器，其特征在于，所述的内胆的顶部设置有一排气嘴和灌注口，且所述的排气嘴和灌注口贯穿所述的外壳体的顶部，所述的排气嘴或灌注口上设置有封堵。

与现有的技术相比，本技术设计合理、结构简单、体积小、蓄能量大的优点。

附图说明

图1是本发明提供的一种电热储能热水器的局部剖视结构示意图；

图2是本发明提供的图1中标示的A-A截面示意图；

图3是本发明提供的一种挡板的结构示意图；

图4是本发明提供的一种换热器的结构示意图；

图5是本发明提供的另一种电热储能热水器的局部剖视结构示意图；

图6是本发明提供的另一种换热器的结构示意图；

图7是本发明提供的图5中标示的B-B截面示意图；

图8是本发明提供的另一种挡板的结构示意图；

图9是本发明提供的一种“U”形连接管件的结构示意图；

图10是本发明提供的换热管和U形连接管件的管壁剖视图。

图中，电热储能热水器本体0、外壳体1、内胆2、温控组件3、保温层4、换热器5、相变蓄能材料6、电热元件7、气体缓冲装置8、冷水进口10、热水出口11、排气嘴12、灌注口13、封堵14、盲管20、温控器30、温度传感器31、换热管50、挡板51、U形连接管件52、通孔53、水通道54、气囊腔80、气囊81、连接管82、锁紧螺母500、密封垫501、外丝螺纹接头520、进口端540、出口端541。

具体实施方式

实施例1：

如图1、图2、图3、图4所示，本实施例中的电热储能热水器，包括整体呈圆柱体状的电热储能热水器本体0，其组成包括：圆柱形状的外壳体1和内胆2、温控组件3、保温层4、换热器5、相变蓄能材料6、电热元件7。

其中，外壳体1上设有冷水进口10和热水出口11；内胆2安装在外壳体1内，内胆2的侧壁上设置有一带螺纹的盲管20，该盲管20一端伸向内胆2内；温控组件3包括温控器30和温度传感器31，温度传感器31设置在盲管20内且连接到温控器30上；保温层4设置在外壳体1与内胆2之间；换热器5和相变蓄能材料6设置在内胆2内，而电热元件7为硅橡胶电热膜，包裹在圆柱形内胆2的外表面上，其冷线段和温控器30连接。

如图3和图4所示，换热器5包括若干呈垂直设置的换热管50和若干呈水平设置的挡板51以及若干个“U”形连接管件52，挡板51上设置有若干通孔53，换热管50从通孔53内垂直穿过，相邻的换热管50的各端口通过“U”形连接管件52串接成一个首尾相连的水通道54，每组水通道54各设置有一个进口端540和一个出口端541，且两个端口各贯通内胆2后分别与冷水进口10、热水出口11连接；本技术方案中，换热管50和“U”形连接管件52为一体结构。

如图1所示，本技术方案中，内胆2的顶部设置有一排气嘴12和灌注口13，且排气嘴12和灌注口13上设置有相应适配的封堵14。灌注口13主要用来往内胆2内灌装相变蓄能材料6用，而排气嘴12在灌装相变蓄能材料6的过程中，起到排气作用，相变蓄能材料6在灌装过程中，其温度要高于其相变点温度(即过热液态状)，灌装完毕后，马上用封堵14分别把排气嘴12和灌注口13的出口处封堵死，一旦内胆2内的相变蓄能材料6的温度下降后及至相变蓄能材料6变成固态，这时候，内胆2内的压力变成负压，而本技术中，内胆2是能承压的密闭容器。

本发明所述的相变蓄能材料6为高导热无机相变材料，可按照如下组成成份及质量百分比含量的其中一个配方制备：

(1)蓄能材料93％、成核剂2％、改性剂1％、水2％、导热增强材料2％；

(2)蓄能材料93％、成核剂0.5％、改性剂3％、水2.5％、导热增强材料1％；

(3)蓄能材料80％、成核剂0.25％、改性剂0.1％、水0.65％、导热增强材料19％；

(4)蓄能材料99.4％、成核剂0.25％、改性剂0.1％、水0.1％、导热增强材料0.15％；

(5)蓄能材料80％、成核剂10％、改性剂4％、水1％、导热增强材料5％；

(6)蓄能材料81％、成核剂0.4％、改性剂15％、水3％、导热增强材料0.6％；

(7)蓄能材料80％、成核剂4％、改性剂0.7％、水15％、导热增强材料0.3％。

其中，蓄能材料为结晶水合盐，该结晶水合盐为十二水磷酸氢钠、十二水硫酸钠、三水醋酸钠、八水氢氧化钡、五水硫代硫酸钠、六水氯化钙、七水硫酸镁、十水碳酸钠中的一种或者几种的混合物。成核剂为碳酸盐或硼酸盐，碳酸盐为碳酸钙、碳酸钡、碳酸锶、碳酸镁中的一种或者几种的混合物，硼酸盐为硼砂。改性剂为聚丙烯酸乳液或增稠粉，增稠粉为稠度增倍剂、即溶全透明增稠粉、速溶耐酸碱透明增稠粉、全透明增稠粉、半透明增稠粉中的一种或者几种的混合物。导热增强材料为石墨、碳粉、铜粉、碳纤维、碳化硅粉中的一种或者几种的混合物。

实施例2：

如图5、图6、图7、图8和图9所示，本实施例中的电热储能热水器，包括整体呈扁平盒体状的电热储能热水器本体0，其组成包括：扁平盒体状的外壳体1和内胆2、温控组件3、保温层4、换热器5、相变蓄能材料6、电热元件7。

其中，外壳体1上设有冷水进口10和热水出口11；内胆2安装在外壳体1内，内胆2的侧壁上设置有一带螺纹的盲管20，该盲管20一端伸向内胆2内；温控组件3包括温控器30和温度传感器31，温度传感器31设置在盲管20内且连接到温控器30上；保温层4设置在外壳体1与内胆2之间；换热器5和相变蓄能材料6设置在内胆2内，而电热元件7为硅橡胶电热膜，贴附在盒体状的内胆2的一个外表面上，其冷线和温控器30连接。

如图6和图8所示，换热器5包括若干呈垂直设置的换热管50和若干呈水平设置的挡板51以及若干个“U”形连接管件52，挡板51上设置有若干通孔53，换热管50从通孔53内垂直穿过，相邻的换热管50的各端口通过“U”形连接管件52串接成一个首尾相连的水通道54，每组水通道54各设置有一个进口端540和一个出口端541，且两个端口各贯通内胆2后分别与冷水进口10、热水出口11连接；本技术方案中，换热管50和“U”形连接管件52为分体结构，换热管50的端口设置有活接锁紧螺母500和密封垫501，相应的，U形连接管件52的两端口上各焊接有外丝螺纹接头520(如图9所示)，锁紧螺母500和外丝螺纹接头520适配。

如图5所示，本技术方案中，内胆2的顶部设置有一排气嘴12和灌注口13，且排气嘴12和灌注口13贯穿外壳体1的顶部，灌注口13上设置有相应适配的封堵14。灌注口13主要用来往内胆2内灌装相变蓄能材料6用，而排气嘴12在灌装相变蓄能材料6的过程中，起到排气作用，相变蓄能材料6在灌装过程中，其温度要高于其相变点温度(即过热液态状)，灌装完毕后，用封堵14把灌注口13的出口处封堵死；本技术方案中，电热储能热水器本体0外还设置有与之配套的气体缓冲装置8，气体缓冲装置8包括气囊腔80和设置在气囊腔80内的气囊81，排气嘴12和气囊81通过一连接管82相连通。本实施例中，由于内胆2为扁平的盒体状，不承受内部相变蓄能材料6因受热膨胀造成的压力，故需要在内胆2顶部设置一个排气嘴12，用于平衡气压，由于相变蓄能材料6和大气直接接触有诸多的弊端，故需要设置一个气体缓冲装置8，其内设置有气囊腔80和气囊81，气囊81通过一根连接管82相连接，在相变蓄能材料6处于固态时，气囊81也处于干瘪状态，一旦相变蓄能材料6受热膨胀，内胆2内排出的气体就排放到气囊81内，由于平衡内胆2内的压力，使之保持常压，气囊81就随着相变蓄能材料6的固液两态的循环变换，气囊81在气囊腔80内相应的从干瘪到充胀之间转换。

本发明所述的相变蓄能材料6为高导热无机相变材料，可按照如下组成成份及质量百分比含量的其中一个配方制备：

(1)蓄能材料93％、成核剂2％、改性剂1％、水2％、导热增强材料2％；

(2)蓄能材料93％、成核剂0.5％、改性剂3％、水2.5％、导热增强材料1％；

(3)蓄能材料80％、成核剂0.25％、改性剂0.1％、水0.65％、导热增强材料19％；

(4)蓄能材料99.4％、成核剂0.25％、改性剂0.1％、水0.1％、导热增强材料0.15％；

(5)蓄能材料80％、成核剂10％、改性剂4％、水1％、导热增强材料5％；

(6)蓄能材料81％、成核剂0.4％、改性剂15％、水3％、导热增强材料0.6％；

(7)蓄能材料80％、成核剂4％、改性剂0.7％、水15％、导热增强材料0.3％。

其中，蓄能材料为结晶水合盐，该结晶水合盐为十二水磷酸氢钠、十二水硫酸钠、三水醋酸钠、八水氢氧化钡、五水硫代硫酸钠、六水氯化钙、七水硫酸镁、十水碳酸钠中的一种或者几种的混合物。成核剂为碳酸盐或硼酸盐，碳酸盐为碳酸钙、碳酸钡、碳酸锶、碳酸镁中的一种或者几种的混合物，硼酸盐为硼砂。改性剂为聚丙烯酸乳液或增稠粉，增稠粉为稠度增倍剂、即溶全透明增稠粉、速溶耐酸碱透明增稠粉、全透明增稠粉、半透明增稠粉中的一种或者几种的混合物。导热增强材料为石墨、碳粉、铜粉、碳纤维、碳化硅粉中的一种或者几种的混合物。

实施例3：

如图10所示，换热管50和U形连接管件52均为316L不锈钢波纹管制作而成，其管壁呈波纹状。其它的和实施例1和2类同，在此不再一一赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电热储能热水器本体、外壳体、内胆、温控组件、保温层、换热器、相变蓄能材料、电热元件、气体缓冲装置、冷水进口、热水出口、排气嘴、灌注口、封堵、盲管、温控器、温度传感器、换热管、挡板、U形连接管件、通孔、水通道、气囊腔、气囊、连接管、锁紧螺母、密封垫、外丝螺纹接头、进口端、出口端等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种电热储能热水器，包括电热储能热水器本体(0)，其特征在于：所述的电热储能热水器本体(0)包括：

外壳体(1)，该外壳体(1)上设有冷水进口(10)和热水出口(11)；

内胆(2)，该内胆(2)安装在所述的外壳体(1)内，所述的内胆(2)的侧壁上设置有一带螺纹的盲管(20)，该盲管(20)一端伸向所述的内胆(2)内；

温控组件(3)，该温控组件(3)包括温控器(30)和温度传感器(31)，所述的温度传感器(31)设置在所述的盲管(20)内且连接到所述的温控器(30)上；

保温层(4)，该保温层(4)设置在外壳体(1)与内胆(2)之间；

换热器(5)，该换热器(5)设置在所述的内胆(2)内，包括若干呈垂直设置的换热管(50)和若干呈水平设置的挡板(51)以及若干个“U”形连接管件(52)，所述的挡板(51)上设置有若干通孔(53)，所述的换热管(50)从所述的通孔(53)内垂直穿过，相邻的换热管(50)的各端口通过“U”形连接管件(52)串接成一个首尾相连的水通道(54)，每组所述的水通道(54)各设置有一个进口端(540)和一个出口端(541)，且两个端口各贯通所述的内胆(2)后分别与所述的冷水进口(10)、热水出口(11)连接；

相变蓄能材料(6)，该相变蓄能材料(6)填充在所述的内胆(2)内；

电热元件(7)，该电热元件(7)贴附在所述的内胆(2)的外表面上，且和所述的温控器(30)连接。

2.根据权利要求1所述的一种电热储能热水器，其特征在于：所述的内胆(2)的顶部设置有一排气嘴(12)，所述的电热储能热水器本体(0)内或外还设置有气体缓冲装置(8)，所述的气体缓冲装置(8)包括气囊腔(80)和设置在气囊腔(80)内的气囊(81)，所述的排气嘴(12)和气囊(81)通过一连接管(82)相连通。

3.根据权利要求1所述的一种电热储能热水器，其特征在于：所述的换热管(50)和“U”形连接管件(52)为一体结构。

4.根据权利要求1所述的一种电热储能热水器，其特征在于：所述的换热管(50)和“U”形连接管件(52)为分体结构。

5.根据权利要求4所述的一种电热储能热水器，其特征在于：所述的换热管(50)和“U”形连接管件(52)为分体结构，所述的换热管(50)的端口设置有活接锁紧螺母(500)和密封垫(501)，相应的，所述的“U”形连接管件(52)的两端口上各焊接有外丝螺纹接头(520)，所述的锁紧螺母(500)和外丝螺纹接头(520)适配。

6.根据权利要求1所述的一种电热储能热水器，其特征在于：所述的电热元件(7)为硅橡胶电热膜。

7.根据权利要求1所述的一种电热储能热水器，其特征在于：所述的内胆(2)的顶部设置有一排气嘴(12)和灌注口(13)，所述的排气嘴(12)或灌注口(13)上设置有封堵(14)。

8.根据权利要求1所述的一种电热储能热水器，其特征在于：所述的内胆(2)的顶部设置有一排气嘴(12)和灌注口(13)，且所述的排气嘴(12)和灌注口(13)贯穿所述的外壳体(1)的顶部，所述的排气嘴(12)或灌注口(13)上设置有封堵(14)。