CN105972824A - 相变储热式热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种相变储热式热水器，包括箱体，填充于箱体内的相变材料，以及分别安装于箱体内的换热器、加热箱和导热件；导热件内设有第一导热介质，导热件与相变材料接触；导热件包括与加热箱换热的蒸发段和与换热器换热的冷凝段。本发明技术方案能够对相变材料进行间接加热，以避免相变材料局部温度过高而损坏。

Description

相变储热式热水器

技术领域

本发明涉及热水器领域，特别涉及一种相变储热式热水器。

背景技术

相变储热式热水器是通过在内胆中填充相变材料，并将换热器埋设于相变材料中，利用相变材料热焓值高，储能密度大的优点，将热能储存在相变材料中。当需要热水时，冷水通过换热器与相变材料进行热交换，以置换出相变材料中储存的热量。

目前已有的相变蓄热式热水器一般将加热装置置于相变材料中，通过加热装置直接对相变材料进行加热，由于加热装置的加热温度一般很高，如此很容易导致相变材料损坏。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种相变储热式热水器，旨在间接对相变材料进行加热，以避免相变材料温度过高而损坏。

为实现上述目的，本发明提出的相变储热式热水器，包括箱体，填充于所述箱体内的相变材料，以及分别安装于所述箱体内的换热器、加热箱和导热件；

所述导热件内设有第一导热介质，所述导热件与所述相变材料接触；

所述导热件包括与所述加热箱换热的蒸发段和与所述换热器换热的冷凝段。

优选地，所述加热箱内设有第二导热介质。

优选地，所述加热箱位于所述换热器的下方，所述导热件为导热管，所述蒸发段和所述冷凝段位于所述导热管的两端，所述冷凝段与所述换热器抵接，所述蒸发段与所述加热箱连接，所述第一导热介质用以在所述第二导热介质对所述导热管进行加热时，向上移动至与所述相变材料进行热交换。

优选地，所述导热管的两端封闭，且所述蒸发段插入所述供热箱内。

优选地，所述冷凝段与所述换热器的外壁连接。

优选地，所述冷凝段与所述集水箱的外壁通过绝缘导热材料连接。

优选地，所述相变材料与所述箱体之间设有第一间隙，所述第一间隙位于所述内胆的上部。

优选地，所述换热器设于所述第一间隙内，且所述相变材料与所述换热器之间设有第二间隙。

优选地，所述导热管设有多个，多个所述导热管均匀地分布于所述箱体中。

优选地，所述加热箱内设有电加热器。

本发明中，加热装置设置在所述加热箱内，通过所述加热箱给导热件加热，热量通过导热件传递给相变材料，该对相变材料采用间接加热的方式，相对于加热装置设置在相变材料之间而对相变材料直接加热的方式，能够避免相变材料局部温度，即与电加热器接触部分的温度过高现象的发生，从而避免了相变材料因局部温度过高而损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明相变蓄热式热水器一实施例的剖切示意图；

图2为图1中部分零件于一实施例中的左视图，其中箱体未示出；

图3为图1中部分零件于另一实施例中的左视图，其中箱体未示出；

图4为图1中部分零件于又一实施例中的左视图，其中箱体未示出；

图5为图2中导热件沿A-A剖面的剖切示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种相变储热式热水器。

在本发明实施例中，如图1所示，该相变储热式热水器包括箱体，填充于箱体内的相变材料14，以及分别安装于箱体内的换热器20、加热箱50和导热件30。通常，箱体包括外壳11，以及设置在外壳11内的内胆13，为了减少内胆13内热量的散失，提高内胆13保温效果，在内胆13与外壳11之间填充有保温材料12，该保温材料12可以是聚氨酯或环戊烷等；相变材料14填充于内胆13内。

在本发明中，如图1所示，该加热箱50设于内胆13中，其用于给导热件30供热。具体地，加热箱50为一密闭的箱体结构，其形状可以是圆柱形或矩形体，且在加热箱50内设有加热装置。

如图1所示，在导热件30内设有第一导热介质(未图示)，导热件30与相变材料14接触，且导热件30包括与加热箱50换热的蒸发段32和与换热器20换热的冷凝段33。通过加热箱50的供热作用，导热件30的蒸发段32吸收热量并将热量传递给导热件30内的第一导热介质，由于导热件30与相变材料14接触，如此，第一导热介质吸收的热量可以传递给相变材料14，通过一定时间的换热过程，相变材料14就可以储存较多的热量。

通常，如图1所示，换热器20具有进水口23和出水口24，进水口23连接一进水管21，出水口24连接一出水管22，冷水从该进水管21经进水口23进入换热器20中，经过换热器20与冷凝段33的换热作用，冷凝段33的温度会降低，此时相变材料14中储存的热量会释放给导热件30，从而给冷凝段33提供大量的热量来加热换热器20中的冷水，如此，从进水口23进入的冷水通过吸收冷凝段33中的热量温度升高，从而经出水口24从出水管22出来供用户需求的热水。本发明中，通过采用加热箱50给第一导热介质加热，然后通过内部填充有第一导热介质的导热件30将相变材料14加热，相对于加热装置直接给相变材料14加热的方式，能够有效避免加热装置与相变材料14接触的局部温度过高而破坏相变材料14，导致相变材料14变性而失去储热功能。其中，换热器20也可以与相变材料14接触，从而提高换热器20的换热效率，保证出水口24的热水的供应量。

值得一提的是，加热箱50中的加热装置可以是燃气加热装置或电加热装置，而电加热装置还包括一般的电加热器40和电磁加热装置；在本发明的实施例中，如图1所示，该加热箱50中的加热装置优选为电加热器40，其具有体积小和效率高的优点。

优选地，加热箱50中的热能可以通过加热箱50的外壁与导热件30的连接，将热量传递给导热件30；也可以设置加热箱50与导热件30连通，如图3所示，如此，加热箱50内的加热装置可以直接给第一导热介质加热，减少热能传递的损失。在本发明的实施例中，如图1所示，在加热箱50内设置第二导热介质51，通过加热装置给第二导热介质51加热，然后将第二导热介质51的热量传递给导热件30，此时，导热件30可设置成与加热箱50的外壁连接；在本发明的实施例中，如图2所示，设置导热件30的蒸发段32插入加热箱50内，如此，可提高导热件30与加热箱50的换热效率；同时，通过橡胶密封件密封导热件30与加热箱50的连接处，以防止第二导热介质51从加热箱50中溢出。

如图1所示，在本发明的实施例中进一步地设置加热箱50位于换热器20的下方，导热件30选择为导热管，上述蒸发段32和冷凝段33位于导热管的两端，且冷凝段33与换热器20抵接，蒸发段32与加热箱50连接，同时设置第一导热介质用以在第二导热介质51对导热管进行加热时，向上移动至与相变材料14进行热交换，即设置第一导热介质在受到第二导热介质51的加热作用并达到一定温度时蒸发并向上移动，由于温度较高的第一导热介质的蒸汽在向上移动的过程中遇到与温度较低的相变材料14接触的导热管，会将热量传递给相变材料14，而此时该第一导热介质的蒸汽遇冷会冷凝液化成液体回流至蒸发段32，而蒸发段32的高温又会使第一导热介质蒸发并向上移动，如此反复，加热箱50内的热量通过内部设有第一导热介质的导热管传递给相变材料14，直至相变材料14的温度达到预期温度，而此时，第一导热介质的蒸汽也会向上移动到导热管的冷凝段33，即同时给换热器20进行加热，直至换热器20的温度也达到预期的温度，最终第一导热介质基本上全部成为蒸汽聚集在冷凝段33，该过程为储热过程。

当用水时，冷水从换热器20的进水口23进入，导致换热器20的温度会明显降低，并从导热管中吸收热量，此时，位于冷凝段33的第一导热介质的蒸汽会冷凝液化成液体往下移动，而当该第一导热介质的液体遇到与相变材料14接触的导热管的内壁时，由于此时相变材料14的温度相对较高，会将热量传递给该第一导热介质的液体，该第一导热介质的液体吸热后会蒸发成蒸汽又向上移动至冷凝段33，然后又冷凝液化成液体往下移动，如此反复，即实现了将相变材料14中的热量传递给换热器20中的冷水，而使冷水升温达到用户的使用要求，该过程为放热过程。

即在本实施例中，设置导热管通过第一导热介质的蒸发与相变材料14和换热器20换热；由于在导热管内设置了能够在气液之间转换的第一导热介质，由于蒸汽的上升速度非常快，即可做到导热管内各处蒸汽的温度可以看作是近似相同，因此，传递给周围相变材料14的热量也近似相同，从而使得各处相变材料14的温度更加接近，即该给相变材料14加热的过程是均匀的，能够有效避免加热装置直接给相变材料14加热导致两者接触的局部温度过高而破坏相变材料14，导致相变材料14变性而失去储热功能。

如图5所示，为更好地实现气液分离，导热管的内壁设有多个凸条31，多个凸条31间隔设置，并沿上下方向延伸，而将导热管内部分隔成多个相互连通的腔室。具体地，导热管具有相对设置的两内壁，两内壁上均设有凸条31，凸条31的宽度小于两内壁之间的距离，且两内壁上的凸条31交错设置。当然，凸条31也可仅并排设置在同一内壁上。

如图2所示，在一具体实施例中，导热管插设于加热箱50内，且导热管的两端封闭。本实施例中，第一导热介质与第二导热介质51可以是相同的，也可以不同。优选地，第一导热介质不同于第二导热介质51，且第一导热介质可以是丙酮、甲醇或异丙醇导等，第二导热介质51为导热油或水等。其中，第一导热介质优选为丙酮，由于丙酮的沸点较低，受热后较易蒸发成蒸汽，因此本实施例中，能够缩短对丙酮的加热时间，加快与相变材料14热交换的速度。

优选地，设置导热管的冷凝段33与换热器20的外壁连接，为了使导热件30与换热器20之间接触的效果更好，从而提高导热效率，本实施例中，设置导热件30与换热器20接触的形状与换热器20的外壁的形状尽可能地适配。

如图4所示，在一实施例中，导热件30的朝向换热器20的表面设有凹槽(未标示)，该凹槽与换热器20配合。当换热器20为圆柱形时，该凹槽的壁面为圆弧面，且圆弧面的半径与换热器20的半径相同，或大于换热器20的半径。圆弧面的角度优选为180度，若圆弧面的角度大于180度，则在圆弧面的开口处形成缩口形状，加大了导热件30与换热器20之间安装的难度；若圆弧面的角度过小，则导致导热件30与换热器20之间的换热面积小，不利于换热器20内水的快速受热。因此，通过将圆弧面的角度设置成180度，在能够获得较大换热面积的同时，还能够方便导热件30与换热器20的安装。本发明中并不对圆弧面的角度进行限制。在该实施例中，凹槽可以是由导热件30的壁面朝内凹陷形成，或者也可以是由导热件30弯折形成。

如图2所示，在另一实施例中，换热器20的与导热件30接触的表面为平面。具体地，换热器20呈半圆柱形，半圆柱形换热器20包括圆弧面以及与圆弧面连接，并位于两端面之间的平面，导热件30与该该平面接触。该平面可以是沿着竖直方向设置，使得导热件30的侧面与平面接触；当然，该平面也可以是沿着水平方向设置，使得导热件30的顶面与平面接触。由于换热器20的与导热件30接触的表面为平面，因此更有利于导热件30与换热器20的的结合。

导热件30的横截面形状可以是方形或圆形，在一实施例中，导热件30优选为横截面为长方形的导热管，且换热器20呈半圆柱形，其中换热器20的平面竖直设置，导热管位于换热器20的一侧，导热管的侧面与换热器20的平面接触。优选地，导热管沿长度方向的侧面与换热器20接触。如此，使得导热管与换热器20的接触面积更大。

为进一步提高导热件30与换热器20之间的导热效果，在一实施例中，如图4所示，导热件30与换热器20接触的表面与换热器20之间设有导热硅脂60。因导热件30与换热器20是通过导热硅酯进行换热，换热器20与导热件30之间完全绝缘，即使电加热器40漏电，换热器20也不会带电，真正实现了水电分离，提高了用水的安全性。当然，在其他实施例中，也可用其他绝缘导热材料来代替导热硅脂60，如用石膏或陶瓷等材料。

进一步地，在本发明的实施例中，如图1所示，设置相变材料14与箱体之间具有第一间隙，该第一间隙位于内胆13的上部，该第一间隙的存在可防止相变材料14吸热膨胀后体积变大而破坏相关部件。同时，将换热器20设于第一间隙内，且相变材料14与换热器20之间设有第二间隙，如此，实现了换热器20与相变材料14的隔离设置，即使换热器20漏水，相变材料14也不会进入换热器20内污染用户的生活用水，从而保证了用户用水安全。同时，相变材料14也可以使用偏碱性或含有一定重金属的材料，从而提高储能密度，进一步减小设备体积以及降低成本。

为了进一步地加强导热管与相变材料14换热地均匀性，如图1所示，设置导热管为多个，且多个导热管均匀地分布于箱体中，由于相变材料14是填充于箱体中的，如此，可实现多个导热管均匀地与相变材料14进行接触，从而保证能均匀的给相变材料14加热，热量传递均匀，不至于有些地方的相变材料14温度很高，而有些地方的相变材料14还没有发生相变，而影响储能效果。

为实现对电加热器40的智能化控制，本实施例中，热水器还包括控制器，电加热器40上设有用于检测第二导热介质51温度的温度传感器，温度传感器与控制器连接，且当第二导热介质51的温度高于预设值时，控制器控制电加热器40断电。

具体地，开启电加热器40对第二导热介质51进行加热，热量不断通过第一导热介质传递给相变材料14，相变材料14蓄积热量。由于热量被不断转移，因此第二导热介质51的温度会在一较低范围内波动。随着相变材料14温度的升高，相变材料14与电加热器40之间的温度差越来越小，且当相变材料14的温度达到一较高值时，第二导热介质51的温度同样也较高。当温度传感器检测到第二导热介质51的温度达到预设值时，控制器控制电加热器40断电。当用户需要使用热水时，冷水从进水口23流经换热器20，并不断与周围的相变材料14换热，使得相变材料14的温度下降，且当温度传感器检测到第二导热介质51的温度下降到另一预设值时，控制器控制电加热器40重新开启来对第二导热介质51进行加热。如此避免了电加热器40一直开启而造成的能源浪费。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种相变储热式热水器，其特征在于，包括箱体，填充于所述箱体内的相变材料，以及分别安装于所述箱体内的换热器、加热箱和导热件；

所述导热件内设有第一导热介质，所述导热件与所述相变材料接触；

所述导热件包括与所述加热箱换热的蒸发段和与所述换热器换热的冷凝段。

2.如权利要求1所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述加热箱内设有第二导热介质。

3.如权利要求2所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述加热箱位于所述换热器的下方，所述导热件为导热管，所述蒸发段和所述冷凝段位于所述导热管的两端，所述冷凝段与所述换热器抵接，所述蒸发段与所述加热箱连接，所述第一导热介质用以在所述第二导热介质对所述导热管进行加热时，向上移动至与所述相变材料进行热交换。

4.如权利要求3所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述导热管的两端封闭，且所述蒸发段插入所述供热箱内。

5.如权利要求3所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述冷凝段与所述换热器的外壁连接。

6.如权利要求5所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述冷凝段与所述集水箱的外壁通过绝缘导热材料连接。

7.如权利要求3所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述相变材料与所述箱体之间设有第一间隙，所述第一间隙位于所述内胆的上部。

8.如权利要求7所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述换热器设于所述第一间隙内，且所述相变材料与所述换热器之间设有第二间隙。

9.如权利要求3所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述导热管设有多个，多个所述导热管均匀地分布于所述箱体中。

10.如权利要求1至9中任一项所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述加热箱内设有电加热器。