CN109269095A - 一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱 - Google Patents

一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱 Download PDF

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CN109269095A CN201811255364.9A CN201811255364A CN109269095A CN 109269095 A CN109269095 A CN 109269095A CN 201811255364 A CN201811255364 A CN 201811255364A CN 109269095 A CN109269095 A CN 109269095A
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Abstract

本发明公开了一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱，包括储热水箱壳体，储热水箱壳体内具有一个储热水箱内腔室；储热水箱内腔室包括从上到下依次分布且相互连通的高温区腔室、斜温区腔室和低温区腔室；储热水箱内腔室的横向中间位置设置有从上到下垂直分布的相变蓄热器；储热水箱壳体的顶部和底部中心位置分别具有第二外部热源入口和第二外部热源出口；储热水箱壳体的上部左侧和上部右侧分别设置有第一外部热源入口和生活热水入口；储热水箱内腔室中设置有热流分布器，第一外部热源入口与热流分布器相连通。本发明具有温度分层功能，可以根据用户的需要，可靠地提供高温水和低温水，有利于提高太阳能和低品位能源的利用率。

Description

一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱
技术领域
本发明涉及蓄热水箱技术领域，特别是涉及一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱。
背景技术
目前，随着太阳能的广泛利用和低品位能源热水系统的迅速发展，对于太阳能热水系统、空气源热泵热水系统等相关技术的需求增加，由于太阳辐射强度具有周期性变化、低品位能源(如化石燃料能源)具有不稳定性和环境条件等限制的特点，故而用来储存热能的蓄热装置成为必不可少的部件。
然而，对于现有的蓄热水箱，大多为混合蓄热水箱，其供回水管大多固定，供水温度的变化范围小，该类水箱没有分层措施，高温水把热量传递给低温水后，水箱内的水温接近均匀，且该过程是不可逆过程，使得水箱中存在能量的损失，故而导致太阳能或低品位能源的利用率降低。
因此，目前迫切需要开发出一种蓄热水箱，其可以根据用户的需要，可靠地提供高温水和低温水，有利于提高太阳能和低品位能源的利用率，使太阳能热水系统和空气源热泵热水系统等系统高效可靠的运行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱，其具有温度分层功能，可以根据用户的需要，可靠地提供高温水和低温水，有利于提高太阳能和低品位能源的利用率，使太阳能热水系统和空气源热泵热水系统等系统高效可靠的运行，有利于推广应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱，包括储热水箱壳体，所述储热水箱壳体内具有一个储热水箱内腔室；
所述储热水箱内腔室包括从上到下依次分布且相互连通的高温区腔室、斜温区腔室和低温区腔室；
所述储热水箱内腔室的横向中间位置设置有从上到下垂直分布的相变蓄热器；
所述储热水箱壳体的顶部和底部中心位置分别具有第二外部热源入口和第二外部热源出口，所述第二外部热源入口与相变蓄热器的顶部进水口相连通，所述第二外部热源出口与相变蓄热器的底部出水口相连通；
所述储热水箱壳体的上部左侧和上部右侧分别设置有第一外部热源入口和生活热水入口；
所述储热水箱壳体的下部左侧设置有第一外部热源出口，所述储热水箱壳体的下部右侧间隔设置有地暖低温水入口和地暖低温水出口；
所述储热水箱内腔室中设置有热流分布器，所述第一外部热源入口与热流分布器相连通。
其中，所述热流分布器为中空的管段，其水平方向上下两侧均匀设置有至少四个孔口，所述热流分布器水平设置。
其中，所述储热水箱壳体的中部还设置有生活热水出口，所述第一外部热源入口、生活热水入口和生活热水出口分别与高温区腔室相连通；
所述地暖低温水入口的位置高于地暖低温水出口的位置，所述第一外部热源出口、地暖低温水入口和地暖低温水出口分别与低温区腔室相连通。
其中，所述换热管的四周外壁设置有多根中空的、横向分布的肋管；
所述肋管的一端与换热管相连通，另一端封堵；
所述肋管等间距分布在所述换热管的四周外壁。
其中，所述相变蓄热器包括相变蓄热器外壳，所述相变蓄热器外壳内壁与所述肋管外壁、换热管外壁之间的间隙中，充满放入有多个中空的封装容器，每个封装容器内封装有相变材料PCM。
其中，所述相变蓄热器的顶部进水口从储热水箱壳体的顶部伸出后与第二外部热源入口相连通；
所述相变蓄热器的顶部进水口与换热管的顶部入口相连通；
所述相变蓄热器的底部出水口从储热水箱壳体的底部伸出后与第二外部热源出口相连通；
所述相变蓄热器的底部出水口与换热管的底部出口相连通。
其中所述储热水箱内腔室的左侧壁从上到下等间隔设置有多个第一温度传感器；
所述高温区腔室的右侧壁上部设置有一个最高液位传感器，所述低温区腔室的右侧壁下部设置有一个最低液位传感器。
其中，所述储热水箱壳体的形状为竖直圆柱形或圆台形；
所述储热水箱壳体外壁设有至少一层保温层；
所述储热水箱壳体的内侧壁具有保温材料层。
其中，所述储热水箱壳体的顶部左端设置有一个排气口，所述述储热水箱壳体的底部右端设置有一个排污口。
其中，第一外部热源入口与第一外部热源相连通，第二外部热源入口与第二外部热源相连通；
所述第一外部热源和第二外部热源，分别包括太阳能热泵、空气源热泵和锅炉中的任意一种。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱，其具有温度分层功能，可以根据用户的需要，可靠地提供高温水和低温水，有利于提高太阳能和低品位能源的利用率，使太阳能热水系统和空气源热泵热水系统等系统高效可靠的运行，有利于推广应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱的整体结构示意图；
图2为本发明提供的一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱中换热管与多根肋管之间的连接结构示意图；
图3为本发明提供的一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱中换热管与多根肋管之间的连接结构局部放大示意图；
图中，1为第二外部热源入口，2为最高液位传感器，3为生活热水入口，4为换热管，5为肋管，6为封装材料，7为生活热水出口；
8为地暖低温水入口，9为地暖低温水出口，10为最低液位传感器，11为排污口，12为第二外部热源出口；
13为第一外部热源出口，14为相变材料(PCM)，15为第一温度传感器，16为相变蓄热器外壳，17为第一外部热源入口，18为热流分布器，19为排气口；
20为储热水箱内腔室，21为高温区腔室，22为斜温区腔室，23为低温区腔室，31为相变蓄热器，100为储热水箱壳体。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图3，本发明提供了一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱，包括储热水箱壳体100，所述储热水箱壳体100内具有一个储热水箱内腔室20；
所述储热水箱内腔室20包括从上到下依次分布且相互连通的高温区腔室21、斜温区腔室22和低温区腔室23；
所述储热水箱内腔室20的横向中间位置设置有从上到下垂直分布的相变蓄热器31，所述相变蓄热器31内的中心位置包括一根垂直分布的换热管4；
所述储热水箱壳体100的顶部和底部中心位置分别具有第二外部热源入口1和第二外部热源出口12，所述第二外部热源入口1与相变蓄热器31的顶部进水口相连通，所述第二外部热源出口12与相变蓄热器31的底部出水口相连通；
所述储热水箱壳体100的上部左侧和上部右侧分别设置有第一外部热源入口17和生活热水入口3，所述储热水箱壳体100的中部还设置有生活热水出口7，所述第一外部热源入口17、生活热水入口3和生活热水出口7分别与高温区腔室21相连通，即对应作为高温区腔室21的进水口或者出水口；
所述储热水箱壳体100的下部左侧设置有第一外部热源出口13，所述储热水箱壳体100的下部右侧间隔设置有地暖低温水入口8和地暖低温水出口9，所述地暖低温水入口8的位置高于地暖低温水出口9的位置，所述第一外部热源出口13、地暖低温水入口8和地暖低温水出口9分别与低温区腔室23相连通，即对应作为低温区腔室23的进水口或者出水口。
所述储热水箱内腔室20中设置有热流分布器18，所述第一外部热源入口17与热流分布器18相连通。
在本发明中，具体实现上，所述热流分布器18为中空的管段，其水平方向上下两侧均匀设置有至少四个孔口，所述热流分布器18水平设置。
在本发明中，具体实现上，所述换热管4的四周外壁设置有多根中空的、横向分布的肋管5；
所述肋管5的一端与换热管4相连通，另一端(即远离换热管的一端)封堵；
所述肋管5等间距分布在所述换热管4的四周外壁。在本发明中，具体实现上，所述相变蓄热器31包括相变蓄热器外壳16，所述相变蓄热器外壳16内壁与所述肋管5外壁、换热管4外壁之间的间隙中，充满放入有多个中空的封装容器6，每个封装容器6内封装有相变材料(PCM)14。
因此，对于本发明，多个封装容器6将PCM封装，其位于换热管4、肋管5和相变蓄热器外壳16之间，并将整个空间充满。PCM材料分布在封装容器6内部。
具体实现上，所述肋管5可以为普通的中空圆管。肋管5中央通过的流体来自换热管4，而换热管4顶部为外部热水入口(第二外部热源入口)，所以肋管5接收的是外部的热水。
具体实现上，所述换热管4和肋管5的材料均为铜，管壁厚度均为1mm。所述封装容器6可以是由预设封装材料(如铝合金)制成的薄膜作为外壁所形成的容器。当然，根据所述PCM材料的不同，还可以是其他柔性、容易改变形状的材料制成的容器。
需要说明的是，在本发明中，常见的封装材料可以有金属、塑料、陶瓷、玻璃、石膏、混凝土等，根据具体PCM材料的不同，进行相应的选择。本发明通过采用铝合金作为封装容器6的制备材料，可以增大传热面积，使相变材料(PCM)14与换热管4肋管之间的热量传递效果更佳。
需要说明的是，由于绝大多数PCM材料，会减少蓄热系统的使用寿命，具有一定的腐蚀性，封装容器6可以阻止相变材料与相变蓄热器外壳、肋管5、换热管4等其他部件的直接接触，且可以增加传热面积，同时封装容器6的应用，能够控制相变材料在发生相变时的体积变化。
需要说明的是，相变蓄热器31的原理为，第二外部热源中的热水，依次通过第二外部热源入口1以及相变蓄热器顶部的进水口、换热管4的顶部入口，进入到换热管4与肋管5中，并通过换热管4与肋管5的管壁与相变材料(PCM)14进行换热。
需要说明的是，相变材料(PCM，Phase Change Material)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时，相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类，在此为现有技术，不具体展开描述。
在本发明中，生活热水入口3和生活热水出口7，指的是给用户提供生活用水的接口，具体体现在设备上，例如家用电热水器。需要说明的是，这里的生活热水入口3相对于用户设备来说是接入口，而相对于储热水箱来说是出水口，而生活热水出口7相对于用户设备来说是输出口，相对于储热水箱来说是进水口。
需要说明的是，在本发明中，所述的入口和出口，均是以用户为对象。生活热水没有特殊的要求和标准，也不需定义特定的设备，对用户来说，生活热水是广义的，涉及生活用水的方方面面，故生活热水接入的设备可根据用户需求自行设定，例如可以为家用电热水器。
具体循环方式为，本发明的储热水箱高温区腔室21内的热水可经由生活热水入口3供给用户当做生活热水，使用完毕后的生活热水温度降低，再经由生活热水出口7回到储热水箱进行加热，如此循环利用。
在本发明中，需要说明的是，地暖低温水也就是水地暖系统中的低温水，水地暖系统以温度不高于60℃的热水为热媒，在埋置于地面以下填充层中的加热管内循环流动，加热整个地板，常用于用户的室内取暖。也就是说，地暖低温水入口8和地暖低温水出口9可以分别与现有水地暖系统中的地暖管道(例如用户室内地板下面的采暖管道)相连通，并且该水地暖系统中的地暖管道的两端，分别与外部热源的热水进出口相连通。
在本发明中，所述的入口和出口，均是以用户为对象。地暖低温水入口8相对于储热水箱是输水口，相对与水地暖系统中的地暖管道来说是接入口，而地暖低温水出口9相对于储热水箱是进水口，相对于水地暖系统中的地暖管道来说是水的向外输出口。
具体循环方式为，本发明的储热水箱低温区腔室23内的热水可经由地暖低温水入口供给用户，作为水地暖系统中供暖中的热水使用，使用完毕后的地暖热水温度降低，再经由地暖低温水出口9回到储热水箱进行加热，如此循环利用。
具体实现上，外部热源可以为目前地区供热站的供热锅炉，该供热锅炉通过铺设的公共供热管道与现有水地暖系统中的地暖管道(例如用户室内地板下面的采暖管道)相连通。此外，外部热源可以为现有的热源设备，只要能够对用户室内的地暖管道(即地板下面的采暖管道)中的水进行加热处理即可，例如，可以采用壁挂炉、空气源热泵、地源热泵、太阳能集热器等设备，这些设备可以对现有水地暖系统中的地暖管道中的水进行加热。其中，采暖壁挂炉最常见的是燃气式壁挂炉，按气种的划分有人工煤气、天燃气。
在本发明中，在储热水箱的低温区腔室23设置地暖低温水出入口，其作用在于，可将储热水箱低温区腔室23的水体通入水地暖系统，为水地暖提供热量，从而达到储热水箱的余热利用，节能环保的性能优点。
在本发明中，具体实现上，所述相变蓄热器31的顶部进水口从储热水箱壳体100的顶部伸出(即露出在储热水箱壳体100外部)后与第二外部热源入口1相连通；
所述相变蓄热器31的顶部进水口与换热管4的顶部入口相连通；
所述相变蓄热器31的底部出水口从储热水箱壳体100的底部伸出(即露出在储热水箱壳体100外部)后与第二外部热源出口12相连通；
所述相变蓄热器31的底部出水口与换热管4的底部出口相连通。
在本发明中，具体实现上，所述储热水箱内腔室20的左侧壁从上到下等间隔设置有多个第一温度传感器15。
需要说明的是，第一温度传感器15可以实时检测储热水箱内腔室20中的高温区腔室、斜温区腔室和低温区腔室内各测点的水体温度，并与自动控制装置中的检测装置相连。
具体实现上，第一温度传感器15由铜线和热电偶组成，一根铜线在储热水箱内腔室20自上而下固定，铜线上均匀布置至少五个热电偶，用于测量储热水箱内腔室20内的液体温度(即水温)。
在本发明中，具体实现上，所述高温区腔室21的右侧壁上部设置有一个最高液位传感器2，所述低温区腔室23的右侧壁下部设置有一个最低液位传感器10。
需要说明的是，最高液位传感器2和最低液位传感器10，采用现有的液位传感器即可。
在本发明中，具体实现上，所述储热水箱壳体100的形状为竖直圆柱形或圆台形。
在本发明中，具体实现上，所述储热水箱壳体100的顶部左端设置有一个排气口19，所述述储热水箱壳体100的底部右端设置有一个排污口11。
在本发明中，具体实现上，所述储热水箱壳体100外壁设有至少一层保温层，以增强保温的效果，防止热量流失。
在本发明中，具体实现上，所述储热水箱壳体100的内侧壁具有保温材料层，所述保温材料层位于所述储热水箱壳体100的内侧壁与储热水箱内腔室20之间。
需要说明的是，对于本发明提供的储热水箱，其利用温度分层原理，储热水箱内腔室20自上而下设有高温区腔室、斜温区腔室和低温区腔室，因此，通过将生活热水入口3设置在高温区腔室的上部，地暖低温水入口8设置在低温区腔室的上部，从而保证本发明提供的储热分层水箱，既可以提供生活用高温水，又可以提供地暖低温水。
同时，对于本发明，至少两个外部热源提供热水，第一外部热源入口17设在高温区腔室的上部，与生活热水入口3分别设在两个方向，第一外部热源出口13设在低温区腔室的下部，第二外部热源入口1设在储热水箱壳体100顶部中央的相变蓄热器31入口，第二外部热源出口12设在储热水箱壳体100底部的相变蓄热器31出口。
在本发明中，第一外部热源通过直接给储热水箱壳体100内的储热水箱内腔室20注入热水而提供热量，第二外部热源中的热水通过第二外部热源入口1流入相变蓄热器31，然后与储热水箱内腔室20内的热水进行换热，从而给储热水箱提供热量，第一外部热源和第二外部热源可独立开启或同时开启，根据环境条件和水箱内的温度适时启闭，实现了储热水箱的高效节能。
而第二外部热源提供热水，通过相变蓄热器31与储热水箱内腔室20内的热水进行充分换热，既可以为本发明的储热水箱提供热量，又可促进水箱内的水体温度进一步分层。
在本发明中，具体实现上，第一外部热源入口17与第一外部热源相连通，第二外部热源入口1与第二外部热源相连通，第一外部热源和第二外部热源作为外部加热源，其可以包括太阳能热泵、空气源热泵和锅炉中的任意一种，可以是能够对水进行加热并向外输出加热后的水的任意一种外部热源。具体实现上，包括但不限于：太阳能热泵、空气源热泵和锅炉。
在本发明中，具体实现上，所述第一外部热源和第二外部热源可以是太阳能热泵、空气源热泵和锅炉中的任意一种，在供热量满足的条件下，第一外部热源优先给水箱系统供热，热量不够时再接入第二外部热源，在通常情况下，第一外部热源可以为现有的太阳能热水系统，第二外部热源可以为现有的空气源热泵系统或锅炉，在供热顺序，可以根据地域条件和用户的要求进行调换组合。
在本发明中，通过将储热水箱高径比为4：1的结构、相变蓄热器结构以及热流分布器等三项结构技术的引用，足以使储热水箱具有自上而下的温度分层功能。
其中，储热水箱的高径比为4：1，有助于使得其内的水温进行分层，经过研究表明，分层效果最佳。同时，热流分布器的引入，可以减缓第一外部热源入口处水体的流动速度，从而减少储热水箱内水体在垂直方向上的扰动，实现促进水箱内温度分层的作用。
此外，在本发明中，第二外部热源提供热水，通过相变蓄热器31与储热水箱内腔室20内的热水进行充分换热，既可以为本发明的储热水箱提供热量，由于热水从上到下，在垂直方向流动，又可促进水箱内的水体温度进一步分层。
总而言之，在本发明中，储热水箱的温度分层的作用主要表现在以下两个方面：一是可以降低太阳能集热器等外部热源提供的热水的进口温度，减少热量散失，提高集热效率。二是可以提高储热水箱内的可用能量，减少辅助热量，缩短从系统开启到有可用能的时间，提高可用能品质。因此，本发明提供的储热水箱的温度分层作用，可以提高阳能热水系统和空气源热泵热水系统等集热供暖系统的性能。
因此，对于本发明，由于储热水箱具有的温度分层功能，储热水箱内腔室20的水体温度自上而下逐步降低，其中，上部区域的温度高，中部区域的温度居中，下部的温度低，因此，在本发明中，将储热水箱内腔室20分为高温区腔室21、斜温区腔室22和低温区腔室23三个组成部分，且相互之间不需设隔板。其中，高温区腔室21的水体温度稳定且较高(例如可以为50℃～70℃)，可供生活用水，低温区腔室23的水体温度较低(例如可以为30℃～50℃)，可供地暖低温水，在实际应用中，储热水箱具体能达到的温度，还要根据外部热源的集热量以及地理、环境等因素而变化。需要说明的是，由于斜温区腔室23的水体温度不稳定且扰动较大，是一个水体温度进行过渡的腔室，一般情况下，不考虑对该区域的热水进行利用，通常情况下采用高温区腔室21和低温区腔室23的水体供热。
需要说明的是，通常情况下，水的温度越高，其密度越小，也就越轻，热水位于冷水的上方，在一个储热水箱中，位置越高的水的温度，相对越高。因此，在本发明中，高温区腔室21、斜温区腔室22和低温区腔室23在储热水箱内腔室20里面，呈从上到下依次分布的状态。
在本发明中，具体实现上，本发明提供的储热水箱还包括：环境温度传感器，设置于储热水箱壳体100的外部，用于检测储热水箱所处的当前环境的温度。
因此，对于本发明，通过在储热水箱壳体100的外部设置环境温度传感器，能够感知当前的环境温度，匹配适当的控制逻辑，实现根据气候条件、白天昼夜，来单独控制每个加热源的开启和关闭。
在本发明中，具体实现上，所述储热水箱壳体100的外部设置有自动控制系统，该控制系统分别与最高液位传感器2和最低液位传感器10相连接，从而可以根据最高液位传感器2和最低液位传感器10传递过来的储热水箱内腔室20内水体的液面位置，适时向水箱内注水，以防水箱内的水量不够充足。
具体实现上，所述自动控制系统包括检测装置、比较装置、控制装置和执行器，其中：
所述检测装置，用于获得被控量的实际值并进行变换；
所述比较装置，用于获得给定量与被控量之间的偏差；
所述控制装置，用于按照预设的控制规律，来对偏差进行控制运算；
所述执行器，用于将控制量作用于被控对象，以消除或减少偏差。
在本发明中，具体实现上，在所述第一外部热源入口17处设有第二温度传感器和第一控制阀，所述第二温度传感器与所述自动控制系统的检测装置相连接，所述第一控制阀与所述自动控制系统的执行器相连接。
具体实现上，在所述第一外部热源出口13处设有第三温度传感器和第二控制阀，所述第三温度传感器与所述自动控制系统的检测装置相连接，所述第二控制阀与所述自动控制系统的执行器相连接。
具体实现上，在所述第二外部热源入口1处设有第四温度传感器和第三控制阀，所述第四温度传感器与所述自动控制系统的检测装置相连接，所述第三控制阀与所述自动控制系统的执行器相连接。
具体实现上，在所述第二外部热源出口12处设有第五温度传感器和第四控制阀，所述第五温度传感器与所述自动控制系统的检测装置相连接，所述第四控制阀与所述自动控制系统的执行器相连接。
具体实现上，在所述用户生活热水入口3处设有第六温度传感器和第五控制阀，所述第六温度传感器与所述自动控制系统的检测装置相连接，所述第五控制阀与所述自动控制系统的执行器相连接。
具体实现上，在所述用户生活热水出口7处设有第七温度传感器和第六控制阀，所述第七温度传感器与所述自动控制系统的检测装置相连接，所述第六控制阀与所述自动控制系统的执行器相连接。
具体实现上，在所述用户地暖低温水入口8处设有第八温度传感器和第七控制阀，所述第八温度传感器与所述自动控制系统的检测装置相连接，所述第七控制阀与所述自动控制系统的执行器相连接。
具体实现上，在所述用户地暖低温水出口9处设有第九温度传感器和第八控制阀，所述第九温度传感器与所述自动控制系统的检测装置相连接，所述第八控制阀与所述自动控制系统的执行器相连接。
因此，对于本发明，具体实现上，所述第一温度传感器15、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第六温度传感器、第七温度传感器、第八温度传感器、第九温度传感器、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀、第八控制阀、最高液位传感器2和最低液位传感器10，均与检测装置相连接。
需要说明的是，对于本发明，具体实现上，通过自动控制系统，能够对储热水箱内温度、液位状况进行实时检测，并根据水箱所处的环境，来发送预设的控制信号给第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀、第八控制阀，从而实时启闭对应的控制阀，从而使储热水箱具有三种用水模式。
下面结合具体的工作模式，来进一步说明本发明的技术方案。
对于本发明提供的储热水箱，可以独立提供生活热水、地暖低温水模式，以及生活热水与地暖低温水共用模式，模式多变，高效节能，且满足不同终端用户的使用要求。
1、当储热水箱处于生活热水模式时，设定生活热水温度TS1；开启第一外部热源进行加热；判断第一温度传感器15的检测温度T1是否满足TS1要求；当T1不满足要求时，开启第二外部热源进行加热，直至T1满足要求；当T1满足要求后，先关闭第二外部热源，再关闭第一外部热源。
需要说明的是，在开启第一外部热源后，通过判断第一温度传感器15的检测温度T1是否满足TS1要求，来确定生活热水温度是否达到设定温度，当T1没有达到设定温度时，说明生活热水温度没有达到设定温度，开启第二外部热源，直至T1满足要求，保证蓄热分层水箱可以持续稳定的提供生活用高温水。同时通过依次开启第一外部热源、第二外部热源，有助于节约能源，避免热量损耗。
2、当储热水箱处于地暖低温水模式时，设定地暖低温水温度TS2；开启第一外部热源进行加热；判断第一温度传感器15的检测温度T2是否满足TS2要求；当T2不满足要求时，开启第二外部热源进行加热，直至T2满足要求；当T2满足要求后，先关闭第二外部热源，再关闭第一外部热源。
需要说明的是，开启第一外部热源后，通过判断第一温度传感器15的检测温度T2是否满足TS2要求，来确定地暖低温水温度是否达到设定温度，当T2没有达到设定温度时，说明地暖低温水温度没有达到设定温度，开启第二外部热源，直至T2满足要求，保证蓄热分层水箱可以持续稳定的提供地暖低温水。同时通过依次开启第一外部热源、第二外部热源，有助于节约能源，避免热量损耗。
3、当储热水箱处于生活热水与地暖低温水共用模式时，设定生活热水温度TS1和地暖低温水温度TS2；开启第一外部热源进行加热；判断第一温度传感器15的检测温度T1和T2是否满足所述设定温度TS1和TS2要求；当T1满足要求但T2不满足要求时，开启第二外部热源进行加热；直至T2满足要求；当T2满足要求但T1不满足要求时，开启第二外部热源进行加热；直至T1满足要求；当T1和T2均不满足要求时，开启第二外部热源进行加热；直至T1和所述T2均满足要求；当T1和T2均满足要求后，先关闭第二外部热源，再关闭第一外部热源。
需要说明的是，在设定生活热水温度TS1和地暖低温水温度TS2后，开启第一外部热源，判断第一温度传感器15的检测温度T1和T2是否满足所述设定温度TS1和TS2要求，来确定生活热水温度和地暖低温水温度是否达到设定温度。当T1满足要求但T2不满足要求时，说明生活热水温度已达到设定温度，此时重复单独地暖低温水用水模式的控制步骤，直至第一温度传感器15的检测温度T2满足设定温度TS2要求；当T2满足要求但T1不满足要求时，说明地暖低温水已达到设定温度，此时重复单独生活热水模式的控制步骤，直至第一温度传感器15的检测温度T1满足设定温度TS1要求；当T1和T2均不满足要求时，说明生活热水及地暖低温水温度均没有达到设定温度，此时开启第二外部热源加热，直至T1和T2均满足设定温度TS1和TS2要求。
基于以上技术方案可知，本发明充分利用蓄热水箱的温度分层功能，既能降低外部热源进口温度，减少外部热源的消耗；又能提高热量的利用效率，减少热量损失，从而达到节能的目的。与传统的蓄热水箱相比，本发明的蓄热水箱，能够大幅度提高水箱的热分层程度，从而提高太阳能和低品位能源的利用率。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱，其具有温度分层功能，可以根据用户的需要，可靠地提供高温水和低温水，有利于提高太阳能和低品位能源的利用率，使太阳能热水系统和空气源热泵热水系统等系统高效可靠的运行，有利于推广应用，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内含热流分布器和相变蓄热器的温度分层储热水箱，其特征在于，包括储热水箱壳体(100)，所述储热水箱壳体(100)内具有一个储热水箱内腔室(20)；
所述储热水箱内腔室(20)包括从上到下依次分布且相互连通的高温区腔室(21)、斜温区腔室(22)和低温区腔室(23)；
所述储热水箱内腔室(20)的横向中间位置设置有从上到下垂直分布的相变蓄热器(31)，所述相变蓄热器(31)内的中心位置包括一根垂直分布的换热管(4)；
所述储热水箱壳体(100)的顶部和底部中心位置分别具有第二外部热源入口(1)和第二外部热源出口(12)，所述第二外部热源入口(1)与相变蓄热器(31)的顶部进水口相连通，所述第二外部热源出口(12)与相变蓄热器(31)的底部出水口相连通；
所述储热水箱壳体(100)的上部左侧和上部右侧分别设置有第一外部热源入口(17)和生活热水入口(3)；
所述储热水箱壳体(100)的下部左侧设置有第一外部热源出口(13)，所述储热水箱壳体(100)的下部右侧间隔设置有地暖低温水入口(8)和地暖低温水出口(9)；
所述储热水箱内腔室(20)中设置有热流分布器(18)，所述第一外部热源入口(17)与热流分布器(18)相连通。
2.如权利要求1所述的储热水箱，其特征在于，所述热流分布器(18)为中空的管段，其水平方向上下两侧均匀设置有至少四个孔口，所述热流分布器(18)水平设置。
3.如权利要求1所述的储热水箱，其特征在于，所述储热水箱壳体(100)的中部还设置有生活热水出口(7)，所述第一外部热源入口(17)、生活热水入口(3)和生活热水出口(7)分别与高温区腔室(21)相连通；
所述地暖低温水入口(8)的位置高于地暖低温水出口(9)的位置，所述第一外部热源出口(13)、地暖低温水入口(8)和地暖低温水出口(9)分别与低温区腔室(23)相连通。
4.如权利要求1所述的储热水箱，其特征在于，所述换热管(4)的四周外壁设置有多根中空的、横向分布的肋管(5)；
所述肋管(5)的一端与换热管(4)相连通，另一端封堵；
所述肋管(5)等间距分布在所述换热管(4)的四周外壁。
5.如权利要求4所述的储热水箱，其特征在于，所述相变蓄热器(31)包括相变蓄热器外壳(16)，所述相变蓄热器外壳(16)内壁与所述肋管(5)外壁、换热管(4)外壁之间的间隙中，充满放入有多个中空的封装容器(6)，每个封装容器(6)内封装有相变材料PCM。
6.如权利要求1至5中任一项所述的储热水箱，其特征在于，所述相变蓄热器(31)的顶部进水口从储热水箱壳体(100)的顶部伸出后与第二外部热源入口(1)相连通；
所述相变蓄热器(31)的顶部进水口与换热管(4)的顶部入口相连通；
所述相变蓄热器(31)的底部出水口从储热水箱壳体(100)的底部伸出后与第二外部热源出口(12)相连通；
所述相变蓄热器(31)的底部出水口与换热管(4)的底部出口相连通。
7.如权利要求1至5中任一项所述的储热水箱，其特征在于，所述储热水箱内腔室(20)的左侧壁从上到下等间隔设置有多个第一温度传感器(15)；
所述高温区腔室(21)的右侧壁上部设置有一个最高液位传感器(2)，所述低温区腔室(23)的右侧壁下部设置有一个最低液位传感器(10)。
8.如权利要求1至5中任一项所述的储热水箱，其特征在于，所述储热水箱壳体(100)的形状为竖直圆柱形或圆台形；
所述储热水箱壳体(100)外壁设有至少一层保温层；
所述储热水箱壳体(100)的内侧壁具有保温材料层。
9.如权利要求1至5中任一项所述的储热水箱，其特征在于，所述储热水箱壳体(100)的顶部左端设置有一个排气口(19)，所述述储热水箱壳体(100)的底部右端设置有一个排污口(11)。
10.如权利要求1至5中任一项所述的储热水箱，其特征在于，第一外部热源入口(17)与第一外部热源相连通，第二外部热源入口(1)与第二外部热源相连通；
所述第一外部热源和第二外部热源，分别包括太阳能热泵、空气源热泵和锅炉中的任意一种。
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