CN105890170B - 安全式相变蓄热水箱 - Google Patents

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Abstract

一种安全式相变蓄热水箱，包括带换热器的壳体（1），壳体（1）内设有电热元件（3）且装有相变蓄热材料，壳体（1）设有保护液（4）和安全管（2），相变蓄热材料浮于保护液（4）并与保护液（4）形成分层结构，保护液（4）的沸点高于相变蓄热材料的相变温度，安全管（2）一端伸入保护液（4）中、另一端与大气连通。由于本发明利用保护液的沸点低于相变蓄热材料的相变温度，当相变蓄热材料的温度高于保护液的沸点时，由于保护液沸腾过程中需要吸收大量的热能，保护液汽化后通过安全管排出水箱，从而能防止相变蓄热材料的温度进一步升高，有效地降低超温导致安全事故的风险。

Description

安全式相变蓄热水箱
技术领域
本发明属于热水器领域，尤其涉及一种安全式相变蓄热水箱。
背景技术
在现有技术中，储水式电热水器采用水作为蓄热流体，大多是将最高水温限制在75℃，由于采用非相变蓄热方式，且考虑到安全性和经济性等因素，难以将单位容积蓄热量提高，导致储水式电热水器需要较大的体积来储存热水以满足使用需求。而采用相变蓄热措施可以大幅度减少储水式电热水器的外形尺寸，但是，由于某些相变蓄热材料在高温条件下可能出现不安全状态，若电热水器的温控器等电气保护装置出现故障时，就有可能使相变蓄热材料的温度大幅度升高超过警戒范围，从而导致安全隐患。为克服这些缺陷，特对使用相变蓄热材料的热水器的水箱进行了改良。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种安全式相变蓄热水箱，它能有效地限制相变蓄热材料温度升高，延长相变蓄热材料出现超温现象的警戒时间，从而降低超温导致安全事故的风险。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：它包括壳体，壳体设有加热器和换热盘管，且壳体内装有相变蓄热材料，壳体还设有保护液和安全管，相变蓄热材料浮于保护液并与保护液形成分层结构，保护液的沸点高于相变蓄热材料的相变温度，安全管底端伸入保护液中、顶端与大气连通；所述壳体中还设置有分散于相变蓄热材料中的导热材料。当相变蓄热材料的温度高于保护液的沸点时，由于保护液沸腾过程中需要吸收大量的热能，从而限制了相变蓄热材料温度进一步升高，大幅度延长了相变蓄热材料出现超温现象的警戒时间，从而降低超温导致安全事故的风险。此外，由于变蓄热材料与保护液为分层结构，保护液上方被相变蓄热材料封隔，安全管的设置能及时将汽化的保护液排出，进一步降低安全事故的风险。当壳体内的保护液减少后，可直接通过安全管向壳体内补充保护液。
所述相变蓄热材料为石蜡、沥青、金属盐之一或任意两者混合物或三者混合物。
所述保护液为水。水与相变蓄热材料接触时不会发生物理、化学变化，且密度高于固态、液态相变蓄热材料的液体，以确保相变蓄热材料浮于水中，且安全管能伸进水中。
所述加热器为电热元件、加热内盘管或加热外盘管；所述换热盘管为换热内盘管、换热外盘管或串联的换热内盘管与换热外盘管。
所述壳体为立式结构或卧式结构。
所述安全管为中空贯通的管道。
本发明同背景技术相比所产生的有益效果：
由于本发明利用保护液的沸点低于相变蓄热材料的相变温度，当相变蓄热材料的温度高于保护液的沸点时，由于保护液沸腾过程中需要吸收大量的热能，保护液汽化后通过安全管排出水箱，从而能防止相变蓄热材料的温度进一步升高，延长相变蓄热材料出现超温现象的警戒时间，有效地降低超温导致安全事故的风险。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
本发明中，加热器3可以是电热元件、加热内盘管或加热外盘管，换热盘管可以是换热内盘管、换热外盘管或串联的换热内盘管与换热外盘管。下面以立式结构的水箱为例，并以水作为保护液4，结合附图进一步说明本发明。
实施例一
本实施例以电热元件作为加热器3，以串联的换热内盘管与换热外盘管作为换热盘管。参看图1所示，它包括壳体1、安全管2、电热元件、水、相变蓄热材料、导热材料和串联的换热内盘管、换热外盘管。壳体1由筒身、主封盖和副封盖组成。安全管2为中空贯通的管道。换热内盘管置于壳体1的内侧，换热内盘管的两端口分别通过主封盖、副封盖伸出壳体1的外侧；换热外盘管置于壳体1的外侧，换热内盘管与换热外盘管的下部端口彼此联接使换热内盘管与换热外盘管串联。相变蓄热材料、导热材料置于壳体1的内侧，相变蓄热材料浮于水并与水形成分层结构，安全管2底端伸入水中、顶端与壳体1外部的大气连通。
壳体1中的相变蓄热材料通常采用石蜡、沥青、金属盐之一或任意两者混合物或三者混合物。导热材料通常为导热性能良好的材料制作而成的丝状、网状、条状或其他形状的物体，所用的材料为金属等，使用时分散于相变蓄热材料中，用于改善壳体1内侧的温度均匀性。
本实施例的蓄热过程为：电热元件加热固态相变蓄热材料至高于其相变温度后，相变蓄热材料逐步液化为液态相变蓄热材料，由于相变过程需要吸收大量的热能，故热能储存于液态相变蓄热材料中。
本实施例的放热过程为：冷水进入换热外盘管与壳体1外侧表面进行热交换，然后进入换热内盘管与壳体1内侧的相变蓄热材料进行热交换，冷水温度上升后，从换热内盘管流出。液态相变蓄热材料在被水冷却的过程中，释放热量后从液态变为固态。放热过程被加热的冷水，可以用水溶液或其他流体替代。
本实施例中的换热盘管为串联的内盘管与外盘管，但根据实际设计需要，换热盘管还可以仅采用内盘管或外盘管等实施方式。
实施例二
参看图2所示，与实施例一相比，本实施例取消了电热元件，并将串联的内盘管、外盘管断开，重新设定内盘管、外盘管的作用。本实施中，内盘管作为加热器3，外盘管作为换热盘管，其他结构与实施例一相同。
本实施例的蓄热过程为：加热内盘管用作蓄热流体通道，高温流体进入加热内盘管加热壳体1内侧的固态相变蓄热材料，然后变成低温流体流出，固态相变蓄热材料的温度高于其相变温度后，相变蓄热材料逐步液化为液态相变蓄热材料并储存大量的热能。提供蓄热用热能的高温流体通常为水、水溶液或其他流体。
本实施例的放热过程为：冷水进入换热外盘管通过壳体1外侧表面与壳体1内侧的相变蓄热材料进行热交换，冷水温度上升后，从换热外盘管流出。液态相变蓄热材料在被水冷却的过程中，释放热量后从液态变为固态。放热过程被加热的冷水，可以用水溶液或其他流体替代。
当然，本实施例中，内盘管、外盘管的作用也可以调换，即以外盘管作为加热器3，内盘管作为换热盘管。
本发明中的保护液4除了可以是水之外，还可以是其他水溶液，但采用水溶液时，必须保证水溶液中的物质与相变蓄热材料接触时不会发生物理、化学变化，且密度高于固态、液态相变蓄热材料的液体，以确保相变蓄热材料浮于水溶液中。此外，水溶液的沸点必须低于相变蓄热材料的相变温度。

Claims (6)

1.一种水箱，包括壳体（1），壳体（1）设有加热器（3）和换热盘管，且壳体（1）内装有相变蓄热材料，其特征在于：所述壳体（1）设有保护液（4）和安全管（2），相变蓄热材料浮于保护液（4）并与保护液（4）形成分层结构，保护液（4）的沸点高于相变蓄热材料的相变温度，安全管（2）底端伸入保护液（4）中、顶端与大气连通；所述壳体（1）中还设置有分散于相变蓄热材料中的导热材料。
2.根据权利要求1所述的水箱，其特征在于：所述相变蓄热材料为石蜡、沥青、金属盐之一或任意两者混合物或三者混合物。
3.根据权利要求2所述的水箱，其特征在于：所述保护液（4）为水。
4.根据权利要求1~3任一项所述的水箱，其特征在于：所述加热器（3）为电热元件、加热内盘管或加热外盘管；所述换热盘管为换热内盘管、换热外盘管或串联的换热内盘管与换热外盘管。
5.根据权利要求1~3任一项所述的水箱，其特征在于：所述壳体（1）为立式结构或卧式结构。
6.根据权利要求1~3任一项所述的水箱，其特征在于：所述安全管（2）为中空贯通的管道。
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