CN106288387A - 相变储热式热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种相变储热式热水器及其控制方法，其中，相变储热式热水器包括：内部设有导热介质的箱体；加热装置，加热装置设于导热介质中；导热件，导热件设于箱体内并与导热介质接触，且导热件内部填充有相变材料；换热管路，换热管路具有进水口和出水口，换热管路包括与导热介质接触的换热段；进水管，进水管通过进水口与换热段连通；出水管，出水管通过出水口与换热段连通。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

相变储热式热水器及其控制方法

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及其控制方法。

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：

内部设有导热介质的箱体；

加热装置，所述加热装置设于所述导热介质中；

导热件，所述导热件设于所述箱体内并与所述导热介质接触，且所述导热件内部填充有相变材料；

换热管路，所述换热管路具有进水口和出水口，所述换热管路包括与所述导热介质接触的换热段；

进水管，所述进水管通过所述进水口与所述换热段连通；

出水管，所述出水管通过所述出水口与所述换热段连通。

优选地，所述导热件包括多个内部填充有所述相变材料的导热管。

优选地，多个所述导热管呈蜂窝状排布。

优选地，所述导热件包括具有内壳和外壳的导热容器，所述外壳与所述箱体的内壁抵接，所述内壳与所述导热介质接触，所述内壳和所述外壳之间填充有相变材料。

优选地，所述加热装置为电加热器。

优选地，所述相变储热式热水器还包括一循环支管，所述循环支管的两端分别与所述进水口和所述出水口连通，以使所述循环支管与所述换热管路形成一循环管路。

优选地，所述循环支管设于所述箱体外。

优选地，位于所述箱体外的所述循环管路上设有三通阀，所述出水管通过所述三通阀与所述出水口连通。

优选地，所述相变储热式热水器还包括一与所述三通阀和加热装置电连接的控制模块。

优选地，所述出水管上设有一与所述控制模块电连接的开关阀和相变材料检测模块，所述相变材料检测模块用于检测所述出水管中的相变材料，在所述出水管的出水方向上，所述相变材料检测模块位于所述开关阀之后。

本发明还提出一种相变储热式热水器的控制方法，所述相变储热式热水器，包括：内部设有导热介质的箱体；加热装置，所述加热装置设于所述导热介质中；导热件，所述导热件设于所述箱体内并与所述导热介质接触，且所述导热件内部填充有相变材料；换热管路，所述换热管路具有进水口和出水口，所述换热管路包括与所述导热介质接触的换热段；进水管，所述进水管通过所述进水口与所述换热段连通；出水管，所述出水管通过所述出水口与所述换热段连通，所述相变储热式热水器的出水管上设有相变材料检测模块，；

所述相变储热式热水器的控制方法包括：

所述相变材料检测模块检测所述相变储热式热水器的出水管内是否包含相变材料，若包含，则关闭所述相变储热式热水器的出水管。

本发明技术方案通过采用内部设有导热介质的箱体，具有进水口和出水口的换热管路，且该换热管路包括与导热介质接触的换热段，在该箱体内设有导热件，该导热件内部填充有相变材料，且该导热件与上述导热介质接触，如此，通过设于导热介质中的加热装置的加热作用可将箱体内的导热介质加热，而导热介质又会将热量传递给导热件，最终实现了将热量存储在导热件内的相变材料中，该过程即为储热过程。由于是设于导热介质中的加热装置给导热介质加热，导热介质再将热量传递给相变材料，即加热装置不是直接给相变材料加热，如此，能够有效避免加热装置与相变材料接触的局部温度过高而破坏相变材料，导致相变材料变性而失去储热功能。

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为本发明相变储热式热水器一实施例的结构示意图；

图2为图1中所示的换热段的A-A向的剖面示意图；

图3为图2中所示的剖面示意图的实际效果图；

图4为本发明相变储热式热水器的控制方法一实施例的流程示意图；

图5为本发明相变储热式热水器的控制方法另一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				11	外胆	12	保温材料
13	内胆	14	导热介质
				20	进水管	30	出水管
40	换热段	50	相变材料
				51	导热管	52	导热容器
53	内壳	60	循环支管
				61	三通阀	62	第二加热器
70	防电闸插头	80	开关阀
				90	单向阀	91	加热装置

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和图2所示，该相变储热式热水器包括内部设有导热介质14的箱体，通常，该箱体包括外胆11，以及设置在外胆11内的内胆13，导热介质14填充于内胆13内，为了减少内胆13内导热介质14热量的散失，提高内胆13保温效果，在内胆13与外胆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材料。其中，导热介质14选择为具有高导热性的介质，如导热油和水等。

如图1所示，本发明相变储热式热水器还包括具有进水口(未标示)和出水口(未标示)的换热管路，该换热管路包括与导热介质14接触的换热段40，一进水管20通过进水口与换热段40连通，一出水管30通过出水口与换热段40连通的。通常，进水口和出水口设于箱体外，进水管20与外部水源装置连接，如与用户的自来水管连接，出水管30与花洒连接；为了防止该相变储热式热水器中的水倒流至外部水源装置，在进水管20上设置单向阀90。

为了实现本发明相变储热式热水器储热的功能，在该箱体内设有导热件，如图2和3所示，该导热件内部填充有相变材料50，且该导热件与上述导热介质14接触，如此，通过设于导热介质14中的加热装置91的加热作用可将箱体内的导热介质14加热，而导热介质14又会将热量传递给导热件，最终实现了将热量存储在导热件内的相变材料50中，该过程即为储热过程。其中，加热装置91优选为电加热器，其具有体积小和效率高的优点。

当用户需要使用热水时，如图1所示，冷水从进水管20进入，经换热管路的进水口进入换热段40，由于，经储热过程后的导热介质14和导热件内的相变材料50的温度较高，且换热段40与导热介质14接触，如此，换热段40中的冷水会吸收导热介质14中的热量，而导热介质14中的热量被换热段40中的冷水吸收导致温度降低，导热介质14又会从相变材料50中吸收热量，因此，换热段40中的冷水在经过换热段40的吸热过程后从出水口流入出水管30时，从出水管30就会流出用户需要的热水；由于想变材料中存储的热量较多，因此可供给用户较多的热水，以满足用户需求。

由于是设于导热介质14中的加热装置91给导热介质14加热，导热介质14再将热量传递给相变材料50，即加热装置91不是直接给相变材料50加热，如此，能够有效避免加热装置91与相变材料50接触的局部温度过高而破坏相变材料50，导致相变材料50变性而失去储热功能。

必须要说的是，由于导热件是通过导热介质14与换热段40进行换热，如此，实现了换热段40与导热件中的相变材料50的隔离设置，即使换热段40漏水，导热件中的相变材料50也不会进入换热段40内污染用户的生活用水，从而保证了用户用水安全。且此时，相变材料50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。

为了提高导热介质14与导热件换热的效率，如图1至3所示，设置导热件包括多个内部填充有相变材料50的导热管51，如此，可提高导热件与导热介质14的接触面积，进而提高换热的速度。当然，为了保障换热的均匀性，设置导热管51均匀地分布于导热介质14中，如此，可实现多个导热管51均匀地与导热介质14接触，从而保证导热介质14中的热量均匀地传递给导热管51中的想变材料，不至于有些地方的相变材料50温度很高，而有些地方的相变材料50还没有发生相变，而影响储能效果。优选地，如图2和3所示，可设置多个导热管51呈蜂窝状排布于相变材料50中，以进一步地提高换热的效率和均匀性。此外，还可在导热管51的外壁设置翅片，以进一步提高导热管51与导热介质14的换热效率。

为了进一步地提高该相变储热式热水器的储热量，如图1至3所示，设置导热件还包括具有内壳53和外壳的导热容器52，外壳与箱体的内胆13抵接，内壳53与导热介质14接触，内壳53和外壳之间填充有相变材料50。如此，提高了该相变储热式热水器中的相变材料50的量，进而可以存储更多的热量，保证提供充足的热量供用户置换出大量的热水，避免了用户因热水器体积小而不能满足大量热水使用的需求，从而减少了用户因热水器体积小而需等待的时间，提高了该相变储热式热水器的出水量。值得一提的是，外壳与箱体的内胆13可以设置为一体结构，如此，可简化结构，提高相变储热式热水器的成本和生产效率。

由于上述相变储热式热水器的结构使冷水从进水管20到出水管30的管路只有一条，如图1所示，即从进水管20到换热管路到出水管30，导致从出水管30出来的热水的温度不容易控制，如若用户需要某一特定温度范围或某一特定温度的水时，不能满足用户需求，为此可设置一循环支管60，该循环支管60的两端分别与进水口和出水口连通，且循环支管60与换热管路形成一循环管路，如此，从出水管30出来的水为换热管路中的水和循环支管60中的水的混合水，通过合理地设置循环管路和进水管20的连接位置，能够调节从换热管路中流入出水管30的热水量和从循环支管60中流入出水管30的冷水量，即可控制从出水管30流出的水的温度，以满足用户想要的水温要求。

优选地，如图1所示，将循环支管60设于箱体外，以方便在循环支管60上设置阀门，方便控制水路的流向；且通过设置该循环支管60，如此，循环管路中的一部分管路是设置在箱体外，当循环管路出现一些故障问题时，通过该箱体外的管路即可方便地检修循环管路中的故障，而不需要破坏箱体对箱体内的管路进行检修。

如图1所示，为了更好地控制出水管30的出水温度，位于箱体外的循环管路上设置三通阀61，且出水管30通过该三通阀61与出水口连通，由于从出水管30出来的水包括从换热管路流入的水和从循环支管60流入的水，即其是混合水，因此出水管30的出水温度往往不容易精确地控制，而通过设置该三通阀61，由于出水管30与该三通阀61的一个端口连通，该三通阀61的另外两个端口分别流入换热管路的水和循环支管60的水，通过设置三通阀61的端口的流入量，即设置从换热管路流入的水量和从循环支管60流入的水量，就能够调节通过该三通阀61流入出水管30的水温，从而实现出水管30的水温满足用户的需求。优选地，可设置该三通阀61为恒温阀，如此，可实现出水管30出水温度的自动调节，进一步地方便用户地使用。

当用户的热水用量较多，导致相变材料50中储存的热量加上同时开启加热装置91的供热量仍不能及时地使出水管30的出水温度满足使用需求时，可在循环管路上位于箱体外的管路内设置第二加热器62，如图1所示，如此，开启该第二加热器62可提高出水管30的出水温度，以满足用户的大量热水需求。优选地，该第二加热器62，可选择为常用的电加热器，该电加热器具有体积小、功率大的特点，不仅容易安装而且能够满足热量的使用需求。

优选地，如图1所示，设置第二加热器62位于从进水管20至换热管路的进水方向的管路上，相较于将该第二加热器62设置在靠近从换热管路至出水管30的出水方向上，通过该第二加热器62可提高进入换热管路的水温，能够最大限度地释放相变材料50中的热量，提高能源利用率。

为了实现该相变储热式热水器工作的自动化，只需用户设置好水温、时间等参数，即可从出水管30出来用户想要的水温，设置该相变储热式热水器还包括一与三通阀61和加热装置91电连接的控制模块，控制模块用于控制三通阀61和加热装置91的工作。具体地，可通过该控制模块设置三通阀61的出水温度，然后依靠相变材料50中储存的热量给冷水加热，使出水温度达到使用需求，若相变材料50中的热量不能满足出水温度的要求，则该控制模块自动开启加热装置91供热。当然，该控制模块也可以与第二加热器62电连接，若开启加热装置91后仍不能满足出水温度的需求的热量，则控制模组继续开启第二加热器62进一步供热，以满足用户的用水需求。

为了自动地控制加热装置91的工作使其通过导热介质14给相变材料50加热，设置该相变储热式热水器还包括一与控制模块电连接的测温模块，测温模块的温度探头设于相变材料50中，如此，可设置加热相变材料50的最高温度，如一般设置为75℃，当温度探头检测相变材料50的温度低于75℃，则控制模块控制加热装置91给导热介质14加热，直至相变材料50的温度达到75℃。

由于相变材料50一般对人体有害，尽管本方案中已经将导热件中的相变材料50和换热段40进行了隔离设置，不过为了彻底防止相变材料50泄露到出水管30后从出水管30流出而对人体造成损伤，在出水管30上设有一与控制模块电连接的开关阀80和相变材料检测模块，相变材料检测模块用于检测出水管30中的相变材料50，如图1所示，在出水管30的出水方向上，相变材料检测模块位于开关阀80之后，如此，当相变材料50泄露进入换热管路并流入出水管30，在到达开关阀80之前，该相变材料检测模块会及时检测到相变材料50的泄露，然后控制模块会封闭开关阀80的导通，防止相变材料50从出水口流出而伤害到人体。优选地，该开关阀80可选择为电磁阀，且将该相变材料检测模块集成于该电磁阀中，如此，可减少两者安装时所占用的空间。

本发明还提出一种相变储热式热水器的控制方法，其中，该相变储热式热水器包括内部设有导热介质14的箱体；

加热装置91，加热装置91设于导热介质14中；

导热件，导热件设于箱体内并与导热介质14接触，且导热件内部填充有相变材料50；

换热管路，换热管路具有进水口和出水口，换热管路包括与导热介质14接触的换热段40；

进水管20，进水管20通过进水口与换热段40连通；

出水管30，出水管30通过出水口与换热段40连通。

具体的，如图4所示，该相变储热式热水器的控制方法包括：

步骤S10：检测相变材料50的温度是否达到阈值；

具体地，可通过一测温模块来检测相变材料50的温度，如将该测温模块的温度探头设置在相变材料50中，预先设置相变材料50的最高温度，如一般设置为75℃，当温度探头检测到相变材料50的温度达到最高温度时，则发出提示信号(如语音信号等)，提醒用户进行相应操作，或者通过一与该测温模块连接的控制模块自动进行相应的操作。

步骤S20：若是，控制第一加热器停止工作。

具体的，当相变材料50的温度达到最高温度时，用户可根据测温模块的提示信号手动关闭第一加热器，停止对相变材料50的加热，也可以通过控制模块自动控制第一加热器停止工作。本发明的实施例中，优选为通过一控制模块实现自动控制，如此，可减少用户的参与，节省用户的时间。

为了控制从出水管30流出的水的温度，设置一循环支管60，该循环支管60的两端分别与进水口和出水口连通，以使循环支管60与换热管路形成一循环管路，如此，从出水管30出来的水为换热管路中的水和循环支管60中的水的混合水，通过合理地设置循环管路和进水管20的连接位置，能够调节从换热管路中流入出水管30的热水量和从循环支管60中流入出水管30的冷水量，即可控制从出水管30流出的水的温度，以满足用户想要的水温要求。

当用户的热水用量较多，导致相变材料50中储存的热量加上同时开启加热装置91的供热量仍不能及时地使出水管30的出水温度满足使用需求时，可在循环管路上设置第二加热器62，如此，开启该第二加热器62可提高出水管30的出水温度，以满足用户的大热量需求。优选地，该第二加热器62，可选择为常用的电加热器，该电加热器具有体积小、功率大的特点，不仅容易安装而且能够满足热量的使用需求。

因此，该相变储热式热水器的控制方法还包括：

当出水管30出水时，控制第二加热器62工作。如此，可提高出水管30的出水温度，以满足用户的大热量需求。

优选地，设置第二加热器62位于从进水管20至换热管路的进水方向的管路上，相较于将该第二加热器62设置在靠近从换热管路至出水管30的出水方向上，通过该第二加热器62可提高进入换热管路的水温，能够最大限度地释放相变材料50中的热量，提高能源利用率。

为了防止该相变储热式热水器漏电，导致漏电伤人事件发生，将该相变储热式热水器通过一防电闸插头70与电源连接，相变储热式热水器的控制方法还包括：

通过防电闸插头70检测相变储热式热水器是否漏电，若是，则断开相变储热式热水器与电源的连接。

具体地，将该相变储热式热水器中的电气部件均连接到该防电闸插头70，如此，只要检测到相变储热式热水器中的任一电气部件漏电，即可及时地切断该相变储热式热水器与电源的连接，有效防止该相变储热式热水器漏电而影响用户的人身安全。

由于相变材料50一般对人体有害，为了防止相变材料50泄露到出水管30后从出水管30流出，为此，本发明还提出另一种相变储热式热水器的控制方法，其中，该相变储热式热水器包括内部设有导热介质14的箱体；

加热装置91，加热装置91设于导热介质14中；

导热件，导热件设于箱体内并与导热介质14接触，且导热件内部填充有相变材料50；

换热管路，换热管路具有进水口和出水口，换热管路包括与导热介质14接触的换热段40；

进水管20，进水管20通过进水口与换热段40连通；

出水管30，出水管30通过出水口与换热段40连通；

且在出水管30上设有相变材料检测模块。

具体的，如图5所示，该相变储热式热水器的控制方法包括：

步骤S100：相变材料检测模块检测出水管30内是否包含相变材料50；

步骤S200：若包含，则关闭出水管30。

具体地，可在出水管30上设有一与控制模块电连接的开关阀80和相变材料检测模块，在出水管30的出水方向上，相变材料检测模块位于开关阀80之后，相变材料检测模块用于检测出水管30中的相变材料50，如此，当相变材料50泄露进入换热管路并流入出水管30，在到达开关阀80之前，该相变材料检测模块会及时检测到相变材料50的泄露，然后控制模块会封闭开关阀80的导通，防止相变材料50从出水口流出而伤害到人体。优选地，该开关阀80可选择为电磁阀，且将该相变材料检测模块集成于该电磁阀中，如此，可减少两者安装时所占用的空间。

以上所述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 (11)

1.一种相变储热式热水器，其特征在于，所述相变储热式热水器包括：

内部设有导热介质的箱体；

加热装置，所述加热装置设于所述导热介质中；

导热件，所述导热件设于所述箱体内并与所述导热介质接触，且所述导热件内部填充有相变材料；

换热管路，所述换热管路具有进水口和出水口，所述换热管路包括与所述导热介质接触的换热段；

进水管，所述进水管通过所述进水口与所述换热段连通；

出水管，所述出水管通过所述出水口与所述换热段连通。

2.如权利要求1所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述导热件包括多个内部填充有所述相变材料的导热管。

3.如权利要求2所述的相变储热式热水器，其特征在于，多个所述导热管呈蜂窝状排布。

4.如权利要求1或2所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述导热件包括具有内壳和外壳的导热容器，所述外壳与所述箱体的内壁抵接，所述内壳与所述导热介质接触，所述内壳和所述外壳之间填充有相变材料。

5.如权利要求1所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述加热装置为电加热器。

6.如权利要求1所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述相变储热式热水器还包括一循环支管，所述循环支管的两端分别与所述进水口和所述出水口连通，以使所述循环支管与所述换热管路形成一循环管路。

7.如权利要求6所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述循环支管设于所述箱体外。

8.如权利要求7所述的相变储热式热水器，其特征在于，位于所述箱体外的所述循环管路上设有三通阀，所述出水管通过所述三通阀与所述出水口连通。

9.如权利要求8所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述相变储热式热水器还包括一与所述三通阀和加热装置电连接的控制模块。

10.如权利要求9所述的相变储热式热水器，其特征在于，所述出水管上设有一与所述控制模块电连接的开关阀和相变材料检测模块，所述相变材料检测模块用于检测所述出水管中的相变材料，在所述出水管的出水方向上，所述相变材料检测模块位于所述开关阀之后。

11.一种相变储热式热水器的控制方法，其特征在于，所述相变储热式热水器为如权利要求1所述的相变储热式热水器，所述相变储热式热水器的出水管上设有相变材料检测模块，所述相变储热式热水器的控制方法包括：

所述相变材料检测模块检测所述相变储热式热水器的出水管内是否包含相变材料，若包含，则关闭所述相变储热式热水器的出水管。