CN107621187B - 一种基于相变材料的热水速冷模块及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于相变材料的热水速冷模块及装置，所述模块包括壳体、第一腔板、用于填充相变材料的第二腔板、第三腔板、第一内通道和第三内通道；第一腔板、第二腔板和第三腔板相互交替间隔设置；第一腔板间通过第一内通道连通形成第一水通道，第一水通道的两端设有第一入水口和第一出水口；第三腔板间通过第三内通道连通形成第二水通道，第二水通道的两端设有第二入水口和第二出水口。所述装置包括热水速冷模块、温度控制装置、第一集水箱、第二集水箱、饮水机、水泵、与所述第一出水口连通的管道、第一阀门和第二阀门。本发明提供了一种能将热开水即刻冷却为凉开水的模块及装置，可引入冷水快速冷却热交换后的相变材料，缩短使用间隔时间。

Description

一种基于相变材料的热水速冷模块及装置

技术领域

本发明涉及饮用水领域，尤其涉及一种基于相变材料的热水速冷模块及装置。

背景技术

在现代生活中，人们越来越注重健康而饮用烧开后经冷却的凉白开水，也就是常说的白开水。因为烧开后冷却的水，其活性要比自然水高出4-5倍，更易通过细胞膜被人体吸收，促进新陈代谢，增加血液中的血红蛋白含量，改善免疫功能。

CN201621085647.X公开了一种饮用热水降温器，其原理是首先热水在石英螺旋盘管内流动并与管外的凉水(热交换介质)进行换热初次降温，然后通过喷淋并吹冷风的形式进行换热再次降温，以实现热水能够直接饮用的目的。CN201420726472.0公开了一种热水速冷装置，热开水通过热交换管将热迅速传给热交换腔内的热交换介质或散热结构，开水迅速变为温开水。在下次使用之前，CN201621085647.X及CN201420726472.0中的装置需要等待热交换介质向周围环境散热降低到一定温度后才能继续使用，若使用间隔比较短则存在热水降温效果不佳或需要重新更换热交换介质的问题；此外，将相变材料所吸收的热量直接向周围环境散热，造成了热量的损失。

CN106186490A公开了一种用于工业大批量生产凉白开的工艺，包括原水前置处理、加热、逐级冷却等工艺。CN106889891A公开了一种快速制造凉白开的多功能加热系统，主要包括加热系统、热水通过盘管与冷水换热系统等，实现批量制备凉白开的目的。然而，这两篇专利公开的凉白开制造工艺或相应的制造系统适合于工艺的批量生产，由于其工艺或系统的复杂性而不适用于家庭人员使用。而家庭人员只能采用将热水先烧开然后再长时间自然降温的方法获得凉白开，存在降温时间长、不能即时饮用且放置过程中易接触空气污染等问题。随着生活节奏越来越快，急需一种烧开后即刻冷却成为温开水或凉白开的装置提供给广大消费者使用。

相变材料(PCMs)是指物质发生相变时能够吸收或放出热量而该物质本身温度不变或变化不大的一种智能材料。由于其独特的自适应环境温度调控等功能，因而广泛用于太阳能利用、工业余热废热回收、建筑节能、恒温服饰、蓄冷蓄热空调以及电器件恒温等能源、材料、航空航天、纺织、电力、医学仪器、建筑等领域。

CN92100602.0及CN93201178.0公开了一种速冷保温容器，中国专利CN201420787247.8公开了一种智能温控高效保温杯，这些专利均采用了相变材料作为换热介质，使得开水速冷，但是这些容器或保温杯的容量有限，能冷却开水的量有限，不足以供家庭里多人员同时饮用，且相变材料层仅与容器或保温杯的外周相接触，热交换效率有待进一步提高。

CN201310085225.7公开了一种热管式移动供热相变蓄热装置，该装置也采用相变材料制成换热模块，但该装置中蓄热室内的换热管与换热管周围的相变材料进行热交换，相变材料填充整个蓄热室，相变材料用量大，适用于供热领域。

CN200910192045.2公开了一种板式热交换器，但该装置只适用于废水余热回收提高水温。

发明内容

为了解决一个或者多个技术问题，本发明提供了一种结构简单，使用间隔时间短，热交换效率高，能将烧开的热开水迅速降温基于相变材料的热水速冷模块及装置，满足人们日常热水加热后迅速降温即时饮用新鲜温开水或凉白开水的需求。

本发明在第一方面提供了一种基于相变材料的热水速冷模块，包括壳体，所述壳体内设置有多个第一腔板、多个用于填充相变材料的第二腔板、多个第三腔板、多个第一内通道和多个第三内通道；所述第一腔板、所述第二腔板和所述第三腔板相互交替间隔设置组成板组件；所述第一腔板间通过第一内通道连通，所述第一腔板与所述第一内通道形成第一水通道，所述第一水通道的两端分别设置有与所述第一水通道连通的第一入水口和第一出水口；所述第三腔板间通过第三内通道连通，所述第三腔板与所述第三内通道形成第二水通道，所述第二水通道的两端分别设置有与所述第二水通道连通的第二入水口和第二出水口。

优选地，所述壳体内还设置有多个第二内通道；所述第二腔板间通过第二内通道连通，所述第二腔板与所述第二内通道形成相变材料通道，所述相变材料通道的一端设置有与所述相变材料通道连通的进料口。

优选地，所述第一内通道、所述第二内通道和所述第三内通道设置在所述板组件的外侧面。

优选地，所述相变材料通道的另一端设置有与所述相变材料通道连通的出料口；所述第一入水口、第一出水口、第二入水口、第二出水口延伸至所述壳体的外侧；和/或所述进料口和所述出料口延伸至所述壳体的外侧。

优选地，所述第一腔板和/或所述第二腔板和/或所述第三腔板的表面设置有凸槽；和/或所述第一腔板、所述第二腔板和所述第三腔板的形状为平板状。

特别地，所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃、碳原子数为12至18的高级脂肪醇、熔点为25℃至60℃的烷烃型石蜡和分子量为800至20000的聚乙二醇组成的组；优选的是，所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃和熔点为30℃至60℃的烷烃型石蜡组成的组；更优选的是，所述相变材料为熔点为30℃至60℃的烷烃型石蜡。

优选地，所述相变材料为导热相变材料；所述导热相变材料包含相变材料和导热填料。

优选地，所述导热填料选自由铝粉、铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯和膨胀石墨组成的组；和/或所述导热填料占所述导热相变材料的质量百分比含量为1％～30％。

本发明在第二方面提供了一种基于相变材料的热水速冷装置，所述装置包括本发明在第一方面提供的基于相变材料的热水速冷模块、温度控制装置、第一集水箱、第二集水箱、饮水机、水泵、与所述第一出水口连通的管道、第一阀门和第二阀门；所述饮水机包括具有开关的加热模块；所述第一集水箱的出口与所述加热模块的入口连通，所述加热模块的出口与所述第一入水口连通；所述水泵的入口与管道连通，所述水泵的出口与所述第一集水箱的入口连通；所述第一阀门和所述第二阀门分别设置在所述管道的两端，且所述第二阀门位于所述第一出水口与所述水泵的入口之间；所述第二集水箱的入口与所述第二出水口连通。

优选地，所述温度控制装置包括第一温度传感器、第二温度传感器和温度控制仪；所述第一温度传感器的一端设置在所述第二腔板内，用于检测所述第二腔板内的相变材料的温度，所述第一温度传感器的另一端与所述温度控制仪的第一输入端相连；所述第二温度传感器的一端设置在所述第一集水箱内，用于检测第一集水箱中水的温度；所述第二温度传感器的另一端与所述温度控制仪的第二输入端相连；所述温度控制仪的第一输出端与加热模块的开关相连，用于控制加热模块的工作；所述温度控制仪的第二输出端与自来水开关相连。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

1、本发明采用了循环稳定性好，热导率可调的相变材料，可以实现热水快速降温，方便人们饮用开水，降温过程操作简便，节能环保；本发明可直接将家庭中烧开的热水通过第一入水口注入、从第一出水口流出后获得凉白开水，也可与即热式加热器或饮水机等组合使用。

2、本发明中第一腔板、填充相变材料的第二腔板与第三腔板相互交替间隔布置，并各自通过内通道连通，第一腔板之间、第二腔板之间、第三腔板之间均形成了迂回的通道，增加了通道的长度，提高了热水、冷水与相变材料的接触面积，提高了热交换效率，节省了相变材料用量，且这种迂回通道的设置能够使得通过第一腔板的热水实现逐级降温。

3、本发明中的第一腔板、第二腔板与第三腔板的上下表面设置有凸槽，进一步提高了第一腔板与第二腔板的接触面积以及第二腔板与第三腔板的接触面积，进一步提高了热交换效率。

4、本发明结构简单，容易制造和使用，且本发明中的相变材料通道两端分别设置有进料口和出料口，便于更换相变材料，模块使用寿命长。

5、本发明装置结构简单，容易制造和使用，操作方便；且本发明装置设置有温度控制装置，可自动往第一水通道中引干净的冷水及往第二水通道中引自来水，及时地将相变材料吸收的热量传送走，使得第二腔板中的相变材料迅速降温，缩短本发明使用的间隔时间，便于投入下次使用。

6、本发明中干净的冷水吸收热量后温度得到提升(吸收了相变材料的热量)，可返回第一集水箱中进入饮水机供加热使用，可达到节约水及电能的目的，而自来水则返回第二集水箱中，自来水温度同样得到提升(吸收了相变材料的热量)，第二集水箱中的水灌入热水器中进一步加热，可达到节约水及燃气或者电能的目的。

附图说明

图1是本发明基于相变材料的热水速冷模块的立体图。

图2是图1的俯视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是图2的B-B剖视图。

图5是图2的C-C剖视图。

图6是本发明基于相变材料的热水速冷装置的示意图。

图7是温度控制装置的控制过程图。

图中：1：壳体；2：第一腔板；3：第二腔板；4：第三腔板；5：第一内通道；6：第三内通道；7：第一入水口；8：第一出水口；9：第二入水口；10：第二出水口；11：第二内通道；12：进料口；13：出料口；14：第一集水箱；15：第二集水箱；16：饮水机；17：加热模块；18：水泵；19：管道；20：第一阀门；21：第二阀门。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动的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。

本发明在第一方面提供了一种基于相变材料的热水速冷模块，如图3和图4所示，包括壳体1，所述壳体1内设置有多个第一腔板2、多个用于填充相变材料的第二腔板3、多个第三腔板4、多个第一内通道5和多个第三内通道6；所述第一腔板2、所述第二腔板3和所述第三腔板4相互交替间隔设置组成板组件(例如可以为垂直方向相互交替平行间隔设置或水平方向相互交替平行间隔设置)；所述第一腔板2间通过第一内通道5连通，所述第一腔板2与所述第一内通道5形成第一水通道，所述第一水通道的两端分别设置有与所述第一水通道连通的第一入水口7和第一出水口8；所述第三腔板4间通过第三内通道6连通，所述第三腔板4与所述第三内通道6形成第二水通道，所述第二水通道的两端分别设置有与所述第二水通道连通的第二入水口9和第二出水口10；所述第二腔板3内填充了相变材料。

本发明中，第一腔板2与第一内通道5连通形成了曲折迂回的第一水通道(供干净的热开水或干净的冷水流体)，第三腔板4与第三内通道6连通形成了曲折迂回的第二水通道(供自来水流通)，大大增加了水路的长度，提高了热交换效率。本发明中，第一腔板2、第二腔板3和第三腔板4相互交替间隔设置，增加了热水与相变材料以及冷水与相变材料的接触面积，提高了热交换效率。特别地，本发明中可将所述第二腔板3中填充好相变材料之后，密封严实，然后将第二腔板3布置在所述第一腔板2与第三腔板4之间，所述第一腔板2、第二腔板3和第三腔板4相互交替间隔布置组装成板组件，而第一腔板2间通过第一内通道5连通，第三腔板4通过第三内通道6连通。

本发明中，所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃(例如18、19、20、21、22、23、24、25或26个碳原子数的高级脂肪烃)、碳原子数为12至18的高级脂肪醇(例如12、13、14、15、16、17或18个碳原子数的高级脂肪醇)、熔点为25℃至60℃的烷烃型石蜡(例如熔点为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃的烷烃型石蜡)和分子量为800至20000的聚乙二醇(例如分子量为800、1000、1500、3000、5000、8000、10000、12000、15000、18000或20000的聚乙二醇)组成的组；优选的是，所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃和熔点为30℃至60℃的烷烃型石蜡组成的组；更优选的是，所述相变材料为熔点为30℃至60℃的烷烃型石蜡。本发明采用了循环稳定性好的高级脂肪烃、烷烃型石蜡和聚乙二醇等相变材料，使得本发明能循环冷却热开水。

根据一些优选的实施方式，所述相变材料为导热相变材料；所述导热相变材料包含相变材料和导热填料。所述导热填料选自由铝粉、铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯和膨胀石墨组成的组；所述导热填料占所述导热相变材料的质量百分比含量为1％～30％(例如1％、2％、3％、4％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、25％、28％或30％)。通过改变导热填料的质量百分比含量，使得本发明中的导热相变材料热导率可调节(1W/m·K至20W/m·K)，例如为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20W/m·K。

根据一些优选的实施方式，如图5所示，所述壳体1内还设置有多个第二内通道11；所述第二腔板3间通过第二内通道11连通，所述第二腔板3与所述第二内通道11形成相变材料通道，所述相变材料通道的一端设置有与所述相变材料通道连通的进料口12；所述进料口12例如可以为灌装口。所述第一内通道5、所述第二内通道11和所述第三内通道6设置在所述板组件的外侧面，例如所述第一内通道5与所述第二内通道11设置在所述板组件两两相对应的外侧面，所述第三内通道6与所述第一内通道5设置在所述板组件相同的外侧面。

根据一些优选的实施方式，如图5所示，所述相变材料通道的另一端设置有与所述相变材料通道连通的出料口13，便于根据需要更换第二腔板3内的相变材料；本发明中，所述第一入水口7、第一出水口8、第二入水口9和第二出水口10延伸至所述壳体1的外侧(壳体外部)；和/或所述进料口12和所述出料口13延伸至所述壳体1的外侧，即所述第一入水口7、第一出水口8、第二入水口9、第二出水口10、进料口12和出料口13与壳体1贯穿，延伸出所述壳体1的外表面，便于添加热水、冷水和填充相变材料。本发明在填充相变材料时，先将出料口13密封，然后将熔融后液态的相变材料从进料口12填充入第二腔板3中，再将进料口12密封冷却。

根据一些优选的实施方式，所述第一腔板2和/或所述第二腔板3和/或所述第三腔板4的表面设置有凸槽，增加了换热面积，加剧了水的紊流，进一步提高了热交换效率。

本发明中所述第一腔板2、所述第二腔板3和所述第三腔板4的形状没有特别的限制，例如可以为S形板状、W形板状、螺旋形板状或平板状，优选的是，所述第一腔板2、所述第二腔板3和所述第三腔板4的形状为平板状。

本发明中对所述第一内通道5、第二内通道11和第三内通道6没有特别的限制，可以为普通的连接管道或者为平板状的连接管道。本发明对第一腔板2、第二腔板3和第三腔板4的数量没有特别的限制，可根据实际需要设计不同数量的第一腔板2、第二腔板3和第三腔板4以及生产不同规格大小的基于相变材料的热水速冷模块，本发明中所述第一腔板2、第二腔板3和第三腔板4的数量的增多可增加第一水通道和第二水通道的长度，可以将热开水的温度降低得更低一些或使得用冷水冷却相变材料的温度效果更佳一些，并且冷水的温度升高得更高一些。例如，所述第一腔板2、所述第二腔板3和所述第三腔板4的数量之和可以为30、33、36、39、42、45、48、51、54、57或60。例如，本发明模块中第一腔板2、第二腔板3和第三腔板4为平板状，数量之和为39，且自上而下(垂直方向)相互间隔设置时，所述模块的大小可以为：长度为20cm，宽度为9cm，高度(厚度)为12.8cm。

本发明在第二方面提供了一种基于相变材料的热水速冷装置，如图6所示，所述装置包括本发明在第一方面提供的基于相变材料的热水速冷模块、温度控制装置、第一集水箱14、第二集水箱15、饮水机16、水泵18、与所述第一出水口8连通的管道19、第一阀门20和第二阀门21；所述饮水机16包括具有开关的加热模块17；所述第一集水箱14的出口与所述加热模块17的入口连通，所述加热模块17的出口与所述第一入水口7连通；所述水泵18的入口与管道19连通，所述水泵18的出口与所述第一集水箱14的入口连通；所述第一阀门20和所述第二阀门21分别设置在所述管道19的两端，且所述第二阀门21位于所述第一出水口8与所述水泵18的入口之间；所述第二集水箱15的入口与所述第二出水口10连通。

根据一些优选的实施方式，所述温度控制装置包括第一温度传感器、第二温度传感器和温度控制仪；所述第一温度传感器的一端设置在所述第二腔板3内，优选为设置在靠近出料口13的第二腔板3内，用于检测所述第二腔板3内的相变材料的温度，所述第一温度传感器的另一端与所述温度控制仪的第一输入端相连；所述第二温度传感器的一端设置在所述第一集水箱14内，用于检测第一集水箱14中水的温度；所述第二温度传感器的另一端与所述温度控制仪的第二输入端相连；所述温度控制仪的第一输出端与加热模块17的开关相连，用于控制加热模块17的工作；所述温度控制仪的第二输出端与自来水开关相连。

本发明温度控制装置的控制过程可以如图7所示。具体地，根据选用的相变材料设置好温度控制仪的参数，第一温度传感器将检测到的相变材料的温度信号传送给温度控制仪，温度控制仪根据接收的从温度传感器传来的温度信号判断相变材料的温度是否高于相变材料的相变温度，若是，加热模块17的开关关闭，加热模块停止加热，第一集水箱14中的干净冷水通过饮水机16的加热模块17从第一入水口7引入第一水通道中，并从第一水通道的第一出水口8流出；若否，加热模块的开关无操作。

在干净的冷水流过第一水通道的过程中，第二腔板3中的相变材料迅速降温，第一温度传感器实时监测相变材料的温度并将温度信号传送给温度控制仪，且第二温度传感器实时监测第一集水箱14中干净冷水的温度，温度控制仪根据接收的从第一温度传感器和第二温度传感器传来的温度信号判断相变材料的温度是否高于水温T度，若是，加热模块开关及自来水开关无操作，即加热模块17开关保持关闭的状态；若否，温度控制仪自动使得自来水开关打开，从第二入水口9引入自来水至第二水通道中冷却第二腔板3中的相变材料。

第一温度传感器继续实时监测相变材料的温度并将温度信号传送给温度控制仪，温度控制仪根据接收的第一温度传感器的温度信号判断相变材料的温度是否低于环境温度(例如25℃)，若是，温度控制仪自动使得自来水开关关闭，加热模块17的开关打开；若否，自来水开关和加热模块17的开关无操作，即自来水开关继续保持打开的状态，加热模块17的开关继续保持关闭的状态，分别继续往第一水通道和第二水通道引冷水。

本发明装置可实现自动循环冷却第二腔板3中的相变材料，使第二腔板3中的相变材料迅速降温恢复至初始状态，然后使得本发明中的基于相变材料的热水速冷模块或装置能够投入下次使用。而冷却过相变材料的干净的水可通过水泵18返回第一集水箱14中供饮水机16加热使用；冷却过相变材料的自来水可返回第二集水箱15中。本发明中的自来水开关为可通过电信号控制的气动开关。

本发明所述的T度，可根据实际需要进行不同的参数设置，例如可以为5℃、8℃、10℃或15℃。本发明中温度调节装置的控制过程中设置相变材料是否高于水温T度的判断程序，是为了防止第一集水箱14中的水循环冷却第二腔板3中的相变材料后，其水温与相变材料的温度接近，冷却效果差，为了加快第二腔板3中的相变材料冷却，通过第二入水口9引入自来水(室温25℃)至第二水通道内，提高冷却效率。

在一些更为具体的实施方式中，本发明的工作过程为：

打开饮水机的加热模块17的开关，对饮水机中的水进行加热，当水烧开后，并使得饮水机中的热开水经第一入水口7引入由第一腔板2和第一内通道5组成的第一水通道内，热水流经迂回的第一水通道的过程中与相变材料通道内的相变材料进行热交换，实现热开水快速逐级降温。当需要饮用凉白开水时，关闭第二阀门21，打开第一阀门20，凉白开水依次经第一出水口8、管道19及第一阀门20流出凉白开水，可供人们直接即时饮用。当接够饮用的凉白开水后，关闭第一阀门20，打开第二阀门21和水泵18的开关。

基于相变材料的热水速冷模块冷却过热开水后，第二腔板3中的相变材料的温度升高。第一温度传感器将检测到的第二腔板3中的温度信号传送给温度控制仪，温度控制仪根据接收的从第一温度传感器传来的温度信号判断相变材料的温度是否高于相变材料的相变温度，若是，温度控制仪关闭加热模块17的开关，加热模块17停止加热，第一集水箱14中的干净冷水通过饮水机16的加热模块17(无加热)从第一入水口7引入第一水通道中，并从依次经过第一出水口8、管道19及第二阀门21流出，通过水泵18将冷却过相变材料的水返回第一集水箱14中。

在干净的冷水流过第一水通道的过程中，第二腔板3中的相变材料降温，第一温度传感器实时监测相变材料的温度并将温度信号传送给温度控制仪，且第二温度传感器实时监测第一集水箱14中干净冷水的温度，温度控制仪根据接收的从第一温度传感器和第二温度传感器传来的温度信号判断相变材料的温度是否高于水温T度，若否，温度控制仪自动使得自来水开关打开，从第二入水口9引入自来水至第二水通道中冷却第二腔板3中的相变材料。

第一温度传感器继续实时监测相变材料的温度并将温度信号传送给温度控制仪，温度控制仪根据接收的第一温度传感器的温度信号判断相变材料的温度是否低于环境温度(例如25℃)，若是，温度控制仪自动使得自来水开关关闭，加热模块17的开关打开。

本发明中，自来水流经第二水通道后经第二出水口10流入第二集水箱15中。第二集水箱15收集的自来水的温度得到了提高，第二集水箱15中的水如果进入热水器则达到节约燃气或者电能的目的，也可以直接作为其他用途。

实施例1

制造一种基于相变材料的热水速冷模块及热水速冷装置，第一腔板、第二腔板和第三腔板的形状为平板状，第一腔板、第二腔板和第三腔板垂直方向相互交替间隔排列，本发明的模块长度为20cm，宽度为9cm，高度(厚度)为13.2cm，第一腔板的数量为13、第二腔板的数量为13和第三腔板的数量为13，即总腔板数量为39，其中第二腔板中填充了导热相变材料，所述导热相变材料由相变温度为48℃的石蜡与膨胀石墨(导热填料)组成，导热相变材料的用量为460g，其中膨化石墨占所述导热相变材料的质量百分比含量为10％。

关闭第二阀门，打开第一阀门，通过饮水机从基于相变材料的热水速冷模块的第一入水口以水流量40mL/s引入92℃的热水300mL，65s后从第一阀门接出的凉白开水的温度为43℃；待接够饮用的凉白开水后，关闭第一阀门，打开第二阀门和水泵开关，温度控制装置自动将第一集水箱中的干净的冷水通过饮水机的加热模块直接引入第一水通道中，直至第二腔板中的相变材料的温度高于第一集水箱中水的温度6℃，打开自来水开关，从第二入水口引自来水至第二水通道中，直至第二腔板中的相变材料的温度低于环境温度(环境温度设置为25℃)，即使得即使得第二腔板中的相变材料恢复至初始状态；第二腔板中的相变材料恢复至初始状态的时间为205s。

冷却过相变材料的干净的冷水通过水泵返回第一集水箱后，水温上升14℃，将水温升高14℃的干净水引入饮水机的加热模块中加热得到热开水，能节约电能42％左右。

冷却过相变材料的自来水返回第二集水箱后，水温升高5℃，将第二集水箱中的水最终引入热水器中，最高能节约燃气或者电能15％左右。

实施例2-12与实施例1基本相同，不同之处如表1所示。

对比例1

制造一种基于相变材料的热水速冷模块，第一腔板、第二腔板和第三腔板的形状为平板状，第一腔板、第二腔板和第三腔板垂直方向相互交替间隔排列，本发明的模块长度为20cm，宽度为9cm，高度(厚度)为13.2cm，第一腔板的数量为13、第二腔板的数量为13和第三腔板的数量为13，即总腔板数量为39，其中第二腔板中填充了导热相变材料，所述导热相变材料由相变温度为48℃的石蜡与膨胀石墨(导热填料)组成，导热相变材料的用量为460g，其中膨化石墨占所述导热相变材料的质量百分比含量为10％。

从基于相变材料的热水速冷模块的第一入水口以水流量40mL/s引入92℃的热水300mL，65s后从第一出水口流出的凉白开水的温度为43℃；待接够饮用的凉白开水后，将基于相变材料的热水速冷模块自然放置向环境中散热，直至第二腔中的相变材料的温度低于25℃，即使得第二腔板中的相变材料恢复至初始状态；第二腔板中的相变材料恢复至初始状态的时间为26min。

对比例2

对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：本对比例用的基于相变材料的热水速冷模块不具备第二腔板和第二内通道，直接将相变材料填充在壳体内，均匀分布在第一腔板、第三腔板、第一内通道与第三内通道的周围，相变材料填充壳体的总用量为800g。

从对比例2的第一入水口以水流量40mL/s引入92℃的热水300mL，65s后从第一出水口流出的凉白开水的温度为43℃。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于相变材料的热水速冷装置，其特征在于：

所述热水速冷装置包括基于相变材料的热水速冷模块；所述基于相变材料的热水速冷模块包括壳体（1），所述壳体（1）内设置有多个第一腔板（2）、多个用于填充相变材料的第二腔板（3）、多个第三腔板（4）、多个第一内通道（5）和多个第三内通道（6）；

所述第一腔板（2）、所述第二腔板（3）和所述第三腔板（4）相互交替间隔设置组成板组件；

所述第一腔板（2）间通过第一内通道（5）连通，所述第一腔板（2）与所述第一内通道（5）形成第一水通道，所述第一水通道的两端分别设置有与所述第一水通道连通的第一入水口（7）和第一出水口（8）；

所述第三腔板（4）间通过第三内通道（6）连通，所述第三腔板（4）与所述第三内通道（6）形成第二水通道，所述第二水通道的两端分别设置有与所述第二水通道连通的第二入水口（9）和第二出水口（10）；

所述壳体（1）内还设置有多个第二内通道（11）；

所述第二腔板（3）间通过第二内通道（11）连通，所述第二腔板（3）与所述第二内通道（11）形成相变材料通道，所述相变材料通道的一端设置有与所述相变材料通道连通的进料口（12）；

所述热水速冷装置还包括温度控制装置、第一集水箱（14）、第二集水箱（15）、饮水机（16）、水泵（18）、与所述第一出水口（8）连通的管道（19）、第一阀门（20）和第二阀门（21）；

所述饮水机（16）包括具有开关的加热模块（17）；

所述第一集水箱（14）的出口与所述加热模块（17）的入口连通，所述加热模块（17）的出口与所述第一入水口（7）连通；

所述水泵（18）的入口与管道（19）连通，所述水泵（18）的出口与所述第一集水箱（14）的入口连通；

所述第一阀门（20）和所述第二阀门（21）分别设置在所述管道（19）的两端，且所述第二阀门（21）位于所述第一出水口（8）与所述水泵（18）的入口之间；当需要饮用凉白开水时，关闭第二阀门（21），打开第一阀门（20），凉白开水依次经第一出水口（8）、管道（19）及第一阀门（20）流出；

所述第二集水箱（15）的入口与所述第二出水口（10）连通；

所述温度控制装置包括第一温度传感器、第二温度传感器和温度控制仪；

所述第一温度传感器的一端设置在所述第二腔板（3）内，用于检测所述第二腔板（3）内的相变材料的温度，所述第一温度传感器的另一端与所述温度控制仪的第一输入端相连；

所述第二温度传感器的一端设置在所述第一集水箱（14）内，用于检测第一集水箱（14）中水的温度；所述第二温度传感器的另一端与所述温度控制仪的第二输入端相连；

所述温度控制仪的第一输出端与加热模块（17）的开关相连，用于控制加热模块（17）的工作；

所述温度控制仪的第二输出端与自来水开关相连。

2.根据权利要求1所述的热水速冷装置，其特征在于：

所述第一内通道（5）、所述第二内通道（11）和所述第三内通道（6）设置在所述板组件的外侧面。

3.根据权利要求1所述的热水速冷装置，其特征在于：

所述相变材料通道的另一端设置有与所述相变材料通道连通的出料口（13）；

所述第一入水口（7）、第一出水口（8）、第二入水口（9）、第二出水口（10）延伸至所述壳体（1）的外侧；

所述进料口（12）和所述出料口（13）延伸至所述壳体（1）的外侧。

4.根据权利要求1所述的热水速冷装置，其特征在于：

所述第一腔板（2）和/或所述第二腔板（3）和/或所述第三腔板（4）的表面设置有凸槽；和/或

所述第一腔板（2）、所述第二腔板（3）和所述第三腔板（4）的形状为平板状。

5.根据权利要求1所述的热水速冷装置，其特征在于：

所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃、碳原子数为12至18的高级脂肪醇、熔点为25℃至60℃的烷烃型石蜡和分子量为800至20000的聚乙二醇组成的组。

6.根据权利要求5所述的热水速冷装置，其特征在于：

所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃和熔点为30℃至60℃的烷烃型石蜡组成的组。

7.根据权利要求1所述的热水速冷装置，其特征在于：

所述相变材料为导热相变材料；

所述导热相变材料包含相变材料和导热填料。

8.根据权利要求7所述的热水速冷装置，其特征在于：

所述导热填料选自由铝粉、铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯和膨胀石墨组成的组；和/或

所述导热填料占所述导热相变材料的质量百分比含量为1%~30%。

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