CN106196611A - 一种相变储热式热水器换热装置及热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变储热式热水器换热装置，涉及热水器技术领域。该换热装置包括相变储热壳体及设置在壳体内的加热装置、换热管和导热翅片，壳体内填充有相变材料，相变材料中设置温度传感器，导热翅片安装在换热管上，换热管的两端分别与进水管和出水管相连通，加热装置设置在换热管与进水管的连接处，并与温度控制器电连接，用于加热由进水管流入换热管的自来水。本发明还公开了一种包括该换热装置的热水器。本申请可以使相变材料的储热和放热共用一套换热管路，加热装置内置，不需要额外增加循环泵和单向阀等连接附属件，结构简单，节省了管路和空间，提高了电加热效率，节约了成本，降低了故障率和热量损耗，增加了用户使用体验。

Description

一种相变储热式热水器换热装置及热水器

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，尤其涉及一种相变储热式热水器换热装置及具有该相变储热式热水器换热装置的热水器。

背景技术

相变储热式热水器因其具有较高的储热密度、较长的使用寿命等特点，而且可以利用便宜的谷电进行储热，响应移峰填谷的国家节能政策，而得到大力推广。因相变材料的导热率低，在相变之前为固体，无法用电加热管直接对相变材料进行加热，其储热方式都是通过二次换热，目前常用的是通过螺旋式、分布式或翅片是管道埋藏于相变材料内部，相变储热模块外部单独有辅助能源加热水，然后通过外置循环泵强制循环热水给相变材料充热储能，此方法有以下缺点：

(1)额外增加管路、循环泵、保温材料等附件，成本高且故障漏水点增多；

(2)循环泵可靠性低，易损坏，运行有噪音，影响用户使用体验；

(3)管路、循环泵等附件的安装占用大量的体积，导致整个热水器占用大量空间，空间利用率低；

(4)辅助能源加热在外部，通过循环热水给相变充热储能，热量散失严重，能源转化率低。

基于以上描述，亟需要一种新的相变储热式热水器换热装置，以解决现有相变储热式热水器存在的连接附属件多，成本高，管路接口多，漏水故障隐患多；循环泵可靠性低，运行有噪音，影响用户使用体验；连接管路和附属件占用空间，热水器体积大，空间利用率低；辅助能源加热转换效率低等问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种相变储热式热水器换热装置，该换热装置利用相变材料实现了储热和放热，提高了电加热效率；不需要额外增加连接附属件，节省了空间，节约了成本，降低了故障率，增加了用户使用体验，降低了热量损耗。

本发明的另一个目的在于提出一种热水器，该热水器具有如上所述的相变储热式热水器换热装置，该热水器空间利用率高，制造成本低，故障率低，用户使用体验良好，能源转化率高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种相变储热式热水器换热装置，包括相变储热壳体及设置在相变储热壳体内的加热装置、换热管和导热翅片，所述相变储热壳体内填充有相变材料，所述相变储热壳体内相变材料中设置温度传感器，所述导热翅片安装在所述换热管上，所述换热管的两端分别与进水管和出水管相连通，所述加热装置设置在换热管与进水管的连接处，并与温度控制器电连接，用于加热由进水管流入换热管的自来水。

作为一种优选方案，所述换热装置还包括安装在相变储热壳体内的第一集水器和第二集水器，所述第二集水器分别与换热管和进水管相连通，所述加热装置安装在所述第二集水器内，所述第一集水器分别与换热管和出水管相连通。

作为一种优选方案，所述换热管的进水口与所述第二集水器相连通，其出水口与所述第一集水器相连通。

作为一种优选方案，所述相变材料填充在相变储热壳体与换热管之间的容腔内。

作为一种优选方案，所述导热翅片平行地垂直穿设在所述换热管上。

作为一种优选方案，所述换热管竖直且相互平行地布置在相变储热壳体内。

作为一种优选方案，所述加热装置为电加热管，所述电加热管外表面套设有加热套管。

作为一种优选方案，所述进水管的进水口和所述出水管的出水口均伸出相变储热壳体外。

本发明还提供了一种热水器，包括如以上任一项所述的相变储热式热水器换热装置。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种相变储热式热水器换热装置，该相变储热式热水器换热装置包括相变储热壳体及设置在相变储热壳体内的加热装置、换热管和导热翅片，所述相变储热壳体内填充有相变材料，所述相变储热壳体内相变材料中设置温度传感器，所述导热翅片安装在所述换热管上，所述换热管的两端分别与进水管和出水管相连通，所述加热装置设置在换热管与进水管的连接处，并与温度控制器电连接，用于加热由进水管流入换热管的自来水。本发明可以使得相变材料的储热和放热共用一套换热管路，加热装置内置，不需要额外增加循环泵和单向阀等连接附属件，结构简单，节省了管路和空间，提高了电加热效率，节约了成本，降低了故障率，增加了用户使用体验，降低了热量损耗。

本发明提供了一种热水器，该热水器包括如上所述的相变储热式热水器换热装置，该热水器的空间利用率高，制造成本低，故障率低，用户使用体验良好，能源转化率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例提供的相变储热式热水器换热装置的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明优选实施例提供的电加热管的结构示意图；

图4是本发明优选实施例提供的第一集水器或第二集水器的局部俯视图；

图5是本发明优选实施例提供的换热管的结构示意图。

图中：

1、相变储热壳体；2、换热管；3、导热翅片；4、进水管；5、出水管；6、第一集水器；7、第二集水器；8、电加热管。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

优选实施例

如图1和图2所示，本实施例提供了一种较优选的相变储热式热水器换热装置，所述相变储热式热水器换热装置包括相变储热壳体1及设置在相变储热壳体1内的加热装置、数根换热管2、数组导热翅片3、第一集水器6和第二集水器7(如图4所示)，相变储热壳体1内填充有相变材料，相变储热壳体1内相变材料中设置用于检测相变材料温度的温度传感器，数组导热翅片3安装在换热管2上，数根换热管2的两端均分别与进水管4和出水管5相连通，加热装置设置在换热管2与进水管4的连接处，并与温度控制器电连接，用于加热由进水管4流入换热管2的自来水。

于本实施例中，如图1至图3所示，加热装置安装在第二集水器7内，加热装置优选为结构简单的电加热管8，电加热管8外表面套设有加热套管，加热套管固定安装在热水器封头的法兰上。本实施例相变储热式热水器换热装置通过内置电加热管进行加热，实现加热与换热一体化设计，节省了空间，提高了加热效率。

于本实施例中，作为优选方案，数根换热管2竖直且相互平行地布置在相变储热壳体1内，具体的，如图1、图2和图5所示，数根换热管2呈13列布置，每列具有平行排布的三根换热管2，每根换热管2的进水口与第二集水器7的出水口相连通，每根换热管2的出水口与第一集水器6的进水口相连通，同时，第二集水器7的进水口与进水管4相连通，第一集水器6的出水口与出水管5的进水口相连通。进水管4的进水口和出水管5的出水口均伸出相变储热壳体1外。本实施例中的换热管2的排布方式不限，可根据换热能效率和成本方面调整排布。

数组导热翅片3优选为数组整版式导热翅片，为了增加换热面积和换热能力，数组整版式导热翅片平行地垂直穿设在数根换热管2上。相邻两导热翅片3之间的间距大小可根据相变材料的传热特性来确定。本实施例中的导热翅片3不局限于上述结构或安装形式，还可以设计成数组导热翅片单元间隔阵列排布或将导热翅片3螺旋式缠绕在换热管2上，以增加传热面积，提高换热能力。

于本实施例中，作为优选方案，相变材料填充在相变储热壳体1与换热管2之间的容腔内，于是，导热翅片3之间也会填充有相变材料。

本发明的工作原理和工作流程是：

在用电低谷时段需要储热时，温度控制器控制电加热管8通过加热套管加热经进水管4流入第二集水器7内的自来水，热水通过换热管2上升，热水通过换热管2和周围分布的导热翅片3将热量传递给相变材料，温度降低后变为冷水下降，然后再被电加热管8加热，如此反复循环，直至相变材料的温度达到预定温度，完成储热过程。在储热过程中，相变材料由于吸收热量后温度逐渐升高，在未达到相变温度-熔点前储存显热，相变材料获得足够的热量后逐渐发生相变储存潜热，相变结束并达到设定温度时储热过程完成，温度控制器控制电加热管8停止加热。

当相变材料进行放热时，冷水由进水管4进入换热管2中，相变材料逐渐发生晶格变化-凝固，将所携带的热量通过导热翅片3和换热管2传递给流入换热管2内的水，相变材料温度下降并释放显热，冷水温度升高，汇集到出水管5输出热水。在放热过程中，当冷水带走的热量使相变材料的温度低于设定温度时，在温度控制器的控制下继续启动电加热管8进而给相变材料加热储能，当相变材料的温度达到设定温度时，停止加热即可。

本申请的相变储热式热水器换热装置可以使得相变材料的储热和放热共用一套换热管路，不需要额外增加循环泵和单向阀等连接附属件，结构简单，节省了管路和空间，提高了电加热效率，节约了成本，降低了故障率，增加了用户使用体验，降低了热量损耗。

本申请还提供了一种热水器，包括如以上任一项所述的相变储热式热水器换热装置。该热水器的空间利用率高，制造成本低，故障率低，用户使用体验良好，能源转化率高。

本发明的“第一”、“第二”等等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种相变储热式热水器换热装置，其特征在于，包括相变储热壳体(1)及设置在相变储热壳体(1)内的加热装置、换热管(2)和导热翅片(3)，所述相变储热壳体(1)内填充有相变材料，所述相变储热壳体(1)内相变材料中设置温度传感器，所述导热翅片(3)安装在所述换热管(2)上，所述换热管(2)的两端分别与进水管(4)和出水管(5)相连通，所述加热装置设置在换热管(2)与进水管(4)的连接处，并与温度控制器电连接，用于加热由进水管(4)流入换热管(2)的自来水。

2.根据权利要求1所述的相变储热式热水器换热装置，其特征在于，所述换热装置还包括安装在相变储热壳体(1)内的第一集水器(6)和第二集水器(7)，所述第二集水器(7)分别与换热管(2)和进水管(4)相连通，所述加热装置安装在所述第二集水器(7)内，所述第一集水器(6)分别与换热管(2)和出水管(5)相连通。

3.根据权利要求2所述的相变储热式热水器换热装置，其特征在于，所述换热管(2)的进水口与所述第二集水器(7)相连通，其出水口与所述第一集水器(6)相连通。

4.根据权利要求1至3任一项所述的相变储热式热水器换热装置，其特征在于，所述相变材料填充在相变储热壳体(1)与换热管(2)之间的容腔内。

5.根据权利要求1至3任一项所述的相变储热式热水器换热装置，其特征在于，所述导热翅片(3)平行地垂直穿设在所述换热管(2)上。

6.根据权利要求5所述的相变储热式热水器换热装置，其特征在于，所述换热管(2)竖直且相互平行地布置在相变储热壳体(1)内。

7.根据权利要求1至3任一项所述的相变储热式热水器换热装置，其特征在于，所述加热装置为电加热管(8)，所述电加热管(8)外表面套设有加热套管。

8.根据权利要求1至3任一项所述的相变储热式热水器换热装置，其特征在于，所述进水管(4)的进水口和所述出水管(5)的出水口均伸出相变储热壳体(1)外。

9.一种热水器，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的相变储热式热水器换热装置。