CN110579018B - 一种热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热水器，特别是涉及一种热泵热水器，包括热水器水箱，所述热水器水箱外置有冷凝器，所述热水器水箱的内部设有第一类挡板和第二类挡板，所述第一类挡板内部镶嵌有第一相变储能材料，所述第二类挡板内部镶嵌有第二相变储能材料，所述第一相变储能材料的相变潜热比所述第二相变材料的相变潜热高，所述热水器水箱的底部设有进水口，顶部设有出水口，所述第一类挡板设置在所述热水器水箱的底部一侧，所述第二类挡板设在所述第一类挡板的上方置于所述热水器水箱的顶部一侧。本发明不仅能够减少热阻，加快水温升高的速度，还能在相同储热量的情况下将热泵热水器的体积大幅度减小，以此达到节约资源的目的。

Description

一种热泵热水器

技术领域

本发明涉及热水器，特别是涉及一种热泵热水器。

背景技术

随着经济的高速发展，人们越来越注重生活质量，对淋浴方面的舒适性和便捷性有着更高的要求，空气源热泵热水器可利用极少的电能来加热所需的热水，其用途广泛、能效比高等优点逐渐被市场所接受。然而，空气源热泵热水器也具备体积巨大，外界环境温度降低时效率极具降低等问题。相变材料具备储能密度大、体积小等优点，如果将部分储热介质变成相变储能材料，则可进一步的减小空气源热泵热水器的体积。

目前，利用相变储能材料的热泵热水器，大多把相变储能材料贴在热水器的外部，在加一层保温层以隔热，这种形式的热水器会导致热量的散失相对较大，且增加了传热过程中的热阻，不利于热水器的加热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内嵌不同种类相变储能材料的热泵热水器，通过将相变储能材料镶嵌在热水器水箱的内部，不仅能够减少传热过程中的热阻，还能加快水温升高的速度。

本发明所采用的技术方案为：

一种热泵热水器，包括热水器水箱，所述热水器水箱外置有冷凝器，所述热水器水箱的内部设有第一类挡板和第二类挡板，所述第一类挡板内部镶嵌有第一相变储能材料，所述第二类挡板内部镶嵌有第二相变储能材料，所述第一相变储能材料的相变潜热比所述第二相变储能材料的相变潜热高，所述热水器水箱的底部设有进水口，顶部设有出水口，所述第一类挡板设置在所述热水器水箱的底部一侧，所述第二类挡板设在所述第一类挡板的上方置于所述热水器水箱的顶部一侧。

在热水器水箱外置冷凝器，冷凝器的铜管不与水接触，换热铜管不直接加热水，而是通过加热金属内胆来间接加热水，通过冷凝器与热水器内的水间接换热，从而达到提高水温的目的；热泵热水器内的水由于自然对流，导致热水器水箱中温度较高的水上升到热水器水箱的上端，温度较低的水下沉到热水器水箱的下端，在热泵热水器内形成一定的温度梯度，因此在热水器水箱的内部装有第一类挡板和第二类挡板，其中内部镶嵌有相变潜热较高的第一相变储能材料的第一类挡板放置在热水器水箱的底部，含有相变潜热较低的第二相变储能材料的第二类挡板放置在热水器水箱的顶部，利用不同相变潜热能力的相变储能材料进行对热水器水箱内不同水温分布位置进行换热，使相变潜热高的第一相变储能材料放置在热水器水箱的底部对温度较低的水进行迅速提升升温速度，而相变潜热低的第二相变储能材料放置在热水器水箱的顶部对温度较高的水升温速度较慢，形成一个升温速度差，使热水器水箱底部的水温能快速与热水器水箱顶部的水温靠近。通过上述设计的热水器水箱，不仅能够减少热阻，加快水温升高的速度，还能在相同储热量的情况下将热泵热水器的体积大幅度减小，以此达到节约资源的目的。

进一步，所述第一类挡板由内外两层结构镶嵌而成，外层为304不锈钢，内部镶嵌有糖醇类作为所述第一相变储能材料。第一类挡板的外层材料与热水器水箱的材质相同均为304不锈钢，便于进行换热；同时与多元醇类相比，糖醇类的相变潜热更高，相同质量的情况下能储存更多的热量，放在热水器水箱的底部能更快速的加热从热水器水箱下端进水口进来的冷水，使热水器水箱底部的水温快速升高，减少与热水器水箱顶部水温的温差。

进一步，所述第二类挡板由内外两层结构镶嵌而成，外层为304不锈钢，内部镶嵌有多元醇类作为所述第二相变储能材料。第二类挡板的外层材料与热水器水箱的材质相同均为304不锈钢，便于进行换热；多元醇类作为第二相变储能材料，其相变潜热较低，对于储热要求不高的热水器水箱顶端来说，能有效减弱顶端水温的升高速度，使热水器水箱底端的水温升温速度比顶端的快，形成升温速度差，使热水器水箱的热阻减少。

进一步，所述第一类挡板和所述第二类挡板在所述热水器水箱内间隔均匀分层错位设置，减小热水器水箱内水流过的横截面积，从而提高水的流速，增大流体的换热系数，达到加快水温升高速度的目的。

进一步，所述冷凝器具有两个端口，一端连接压缩机出口，另一端与节流阀的入口相连接，压缩机出口的冷媒温度高，通过冷凝器时与热水器内的水间接换热，从而达到提高水温的目的。

进一步，所述冷凝器采用外置盘管式的微通道换热器，其铜管不与水接触，换热铜管不直接加热水，而是通过加热金属内胆来间接加热水，有效防止热水器水箱内的热水腐蚀冷凝器，缩短冷凝器的使用寿命，且微通道换热器与其他换热器相比具有更好的换热性能。

进一步，所述微通道换热器的每一微通道管有18个流道，选用18流道的微管通道，有效提高换热器的换热效果和效率。

进一步，所述冷凝器的外侧覆盖有保温层，所述保温层采用聚氨酯材料制成，硬质聚氨酯导热系数低，热工性能好,且具有良好的防潮、防水性能，虽然聚氨酯泡沫材的单价比其它传统保温材料的单价更高，但是其突出的隔热性能能大幅度降低热损失所产生的费用，综合性价比更高。

进一步，所述热水器水箱采用304不锈钢制作而成，304不锈钢具有良好耐腐蚀性和成型性，不仅能够有效防止热水器水箱内的热水腐蚀水箱壁面，还能防止热水器水箱内由于温差所带来的热应力过大而导致的水箱变形。

进一步，所述热泵热水器采用外盘式空气源热泵热水器，将冷凝器外置贴在热水器水箱的侧面上，能够有效防止热泵热水器内的水腐蚀冷凝器管道，降低热泵热水器的耐用性。

本发明的有益效果为：

在热水器水箱内部增加第一类挡板和第二类挡板，并根据热水器水箱内水温度的分层将不同相变潜热的相变储能材料镶嵌在第一类挡板和第二类挡板的内部，具有高潜热的糖醇类作为第一相变储能材料的第一类挡板设置在热水器水箱底部，具有较低潜热的多元醇类作为第二相变储能材料的第二类挡板设置在热水器水箱顶部，形成一个升温速度差，使热水器水箱底部的水温能快速与热水器水箱顶部的水温靠近，本发明不仅能够减少热阻，加快水温升高的速度，还能在相同储热量的情况下将热泵热水器的体积大幅度减小，以此达到节约资源的目的。

附图说明

图1是热水器水箱的结构示意图；

图2是热水器水箱的内部结构示意图；

图3是微通道换热器的结构示意图；

图4是微通道换热器的微通道管截面示意图；

图中：1-热水器水箱、2-冷凝器、201-微通道管、202-流道、3-保温层、4-第一类挡板、5-第二类挡板、6-进水口、7-出水口。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

如图1和图2所示，一种热泵热水器，包括热水器水箱1，热水器水箱1采用304不锈钢制作而成，热水器水箱1外置有冷凝器2，冷凝器2具有两个端口，一端连接压缩机出口，另一端与节流阀的入口相连接，冷凝器2的外侧覆盖有保温层3，保温层3采用聚氨酯材料制成，热水器水箱1的内部设有三个第一类挡板4和两个第二类挡板5，第一类挡板4由内外两层结构镶嵌而成，外层为304不锈钢，内部镶嵌有糖醇类作为第一相变储能材料，第二类挡板5由内外两层结构镶嵌而成，外层为304不锈钢，内部镶嵌有多元醇类作为第二相变储能材料，糖醇类的相变潜热比多元醇类的相变潜热高，热水器水箱1的底部设有进水口6，顶部设有出水口7，第一类挡板4设置在热水器水箱1的底部与中部之间，第二类挡板5设在第一类挡板4的上方置于热水器水箱1的顶部与中部之间，第一类挡板4和第二类挡板5在热水器水箱1内间隔均匀分层错位设置。

在热水器水箱1外置冷凝器2，冷凝器2的铜管不与水接触，换热铜管不直接加热水，而是通过加热金属内胆来间接加热水，通过冷凝器2与热水器内的水间接换热，从而达到提高水温的目的；热泵热水器内的水由于自然对流，导致热水器水箱1中温度较高的水上升到热水器水箱1的上端，温度较低的水下沉到热水器水箱1的下端，在热泵热水器1内形成一定的温度梯度，因此在热水器水箱1的内部装有第一类挡板4和第二类挡板5，其中内部镶嵌有相变潜热较高的糖醇类作为第一相变储能材料的第一类挡板4放置在热水器水箱1的底部，含有相变潜热较低的多元醇类作为第二相变储能材料的第二类挡板5放置在热水器水箱1的顶部，利用不同相变潜热能力的糖醇类和多元醇类进行对热水器水箱1内不同水温分布位置进行换热，使相变潜热高的糖醇类放置在热水器水箱1的底部对温度较低的水进行迅速提升升温速度，而相变潜热低的多元醇类放置在热水器水箱1的顶部对温度较高的水升温速度较慢，形成一个升温速度差，使热水器水箱1底部的水温能快速与热水器水箱1顶部的水温靠近。通过上述设计的热水器水箱1，不仅能够减少热阻，加快水温升高的速度，还能在相同储热量的情况下将热泵热水器的体积大幅度减小，以此达到节约资源的目的。

热水器水箱1的加热过程为：冷水从热水器水箱1下方的进水口6进入热水器水箱1，并在热水器水箱1内部通过金属外壳与冷凝器2间接换热进行升温，同时也和第一类挡板4、第二类挡板5内的相变储能材料进行换热，实现热水器水箱1内的温度整体相差不大，热阻小，升温速度快，热水最终从热水器水箱1上方的出水口7流出。

在本实施例中，第一类挡板4和第二类挡板5在热水器水箱1内间隔均匀分层错位设置，减小热水器水箱1内水流过的横截面积，从而提高水的流速，增大流体的换热系数，达到加快水温升高速度的目的。

如图3所示，在本实施例中，冷凝器2采用外置盘管式的微通道换热器，其铜管不与水接触，换热铜管不直接加热水，而是通过加热金属内胆来间接加热水，有效防止热水器水箱内的热水腐蚀冷凝器，缩短冷凝器的使用寿命，且微通道换热器与其他换热器相比具有更好的换热性能。

其中，如图4所示，微通道换热器的每一微通道管201有18个流道202，选用18个流道202的微管通道201，有效提高换热器的换热效果和效率。

在本实施例中，保温层3采用聚氨酯材料制成，硬质聚氨酯导热系数低，热工性能好,且具有良好的防潮、防水性能，虽然聚氨酯泡沫材的单价比其它传统保温材料的单价更高，但是其突出的隔热性能能大幅度降低热损失所产生的费用，综合性价比更高。

在本实施例中，热泵热水器采用外盘式空气源热泵热水器，将冷凝器2外置贴在热水器水箱1的侧面上，能够有效防止热泵热水器内的水腐蚀冷凝器管道，降低热泵热水器的耐用性。

在本实施例中，热水器水箱1采用304不锈钢制作而成，304不锈钢具有良好耐腐蚀性和成型性，不仅能够有效防止热水器水箱1内的热水腐蚀水箱壁面，还能防止热水器水箱1内由于温差所带来的热应力过大而导致的水箱变形。

在本实施例中，第一类挡板4、第二类挡板5的外层材料与热水器水箱1的材质相同均为304不锈钢，便于进行换热；糖醇类作为第一相变储能材料，与多元醇类相比，糖醇类的相变潜热更高，相同质量的情况下能储存更多的热量，放在热水器水箱1的底部能更快速的加热从热水器水箱1下端进水口6进来的冷水，使热水器水箱1底部的水温快速升高，减少与热水器水箱1顶部水温的温差；多元醇类作为第二相变储能材料，其相变潜热较低，对于储热要求不高的热水器水箱1顶端来说，能有效减弱顶端水温的升高速度，使热水器水箱1底端的水温升温速度比顶端的快，形成升温速度差，使热水器水箱1的热阻减少。

其中，糖醇类与多元醇类的相变潜热对比如下表：

材料	相变潜热(kJ/kg)
		多元醇类	83-187
糖醇类	263-340

其中多元醇类可利用聚乙二醇,聚乙二醇性能稳定不易氧化，无相分离和腐蚀性，热循环性良好，价格适中等；糖醇类可利用甘露醇，甘露醇化学稳定性好，无吸湿性，干燥快。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热泵热水器，其特征在于，包括热水器水箱，所述热水器水箱外置有冷凝器，所述热水器水箱的内部设有第一类挡板和第二类挡板，所述第一类挡板内部镶嵌有第一相变储能材料，所述第二类挡板内部镶嵌有第二相变储能材料，所述第一相变储能材料的相变潜热比所述第二相变储能材料的相变潜热高，所述热水器水箱的底部设有进水口，顶部设有出水口，所述第一类挡板设置在所述热水器水箱的底部一侧，所述第二类挡板设在所述第一类挡板的上方置于所述热水器水箱的顶部一侧。

2.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述第一类挡板由内外两层结构镶嵌而成，外层为304不锈钢，内部镶嵌有糖醇类作为所述第一相变储能材料。

3.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述第二类挡板由内外两层结构镶嵌而成，外层为304不锈钢，内部镶嵌有多元醇类作为所述第二相变储能材料。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述第一类挡板和所述第二类挡板在所述热水器水箱内间隔均匀分层错位设置。

5.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述冷凝器具有两个端口，一端连接压缩机出口，另一端与节流阀的入口相连接。

6.根据权利要求1或5所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述冷凝器采用外置盘管式的微通道换热器。

7.根据权利要求6所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述微通道换热器的每一微通道管有18个流道。

8.根据权利要求6所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述冷凝器的外侧覆盖有保温层，所述保温层采用聚氨酯材料制成。

9.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述热水器水箱采用304不锈钢制作而成。

10.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述热泵热水器采用外盘式空气源热泵热水器。

Images