CN110806133A - 相变蓄热装置及热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种相变蓄热装置及热水器，其中，该相变蓄热装置包括壳体、相变体、换热管道及隔热件，所述壳体具有容置腔；所述壳体为塑胶件；所述相变体容置在所述容置腔内；所述相变体的熔点低于所述塑胶件的熔点；所述换热管道穿插在所述相变体内；所述隔热件为气凝胶；所述隔热件覆盖于所述壳体的外表面，所述隔热件的厚度不低于3mm，所述隔热件包覆所述壳体外表面的面积不低于所述壳体外表面面积的30％。本发明技术方案的相变蓄热装置能够提高保温效果，使电热水器更节能。

Description

相变蓄热装置及热水器

本申请为申请日为“2017年2月28日、申请号为“201710116462.3、申请名称为“相变蓄热装置及热水器”的分案。

技术领域

本发明涉及热能装备领域，特别涉及一种相变蓄热装置及热水器。

背景技术

热水器一般具有蓄热的功能，该功能通过蓄热装置来储蓄热量，以供用户使用热水时能够及时得到热水。蓄热装置的种类有多种，由于相变蓄热材料的蓄热密度高而备受青睐，应用相变材料作为蓄热材料获得越来越广泛的应用。

然而，相变材料具有高潜热，相变体吸热液化过程中发生体积膨胀。以致现有相变蓄热装置的壳体一般采用金属件加强强度，导致现有相变蓄热装置隔热性能不佳，导致保温效果差。本发明提出一种相变蓄热装置，具有良好的保温效果，热水器的节能效果不佳。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种相变蓄热装置及热水器，旨在提高保温效果，使热水器更节能。

为实现上述目的，本发明提出的相变蓄热装置，包括壳体、相变体、换热管道及隔热件，所述壳体具有容置腔；所述壳体为塑胶件；所述相变体容置在所述容置腔内；所述相变体的熔点低于所述塑胶件的熔点；所述换热管道穿插在所述相变体内；所述隔热件为气凝胶；所述隔热件覆盖于所述壳体的外表面，所述隔热件的厚度不低于3mm，且所述隔热件包覆所述壳体外表面的面积不低于所述壳体外表面面积的30％。

优选地，所述换热管道呈盘管设置，所述换热管道具有多段弯折段及多段直流段，多段所述弯折段呈半圆形折弯，各所述直流段之间设有换热间隙。

优选地，所述直流段之间设置有翅片，所述翅片沿所述直流段的长度方向间隔设置。

优选地，所述相变体为两层，两层所述相变体之间互不相溶。

优选地，所述壳体具有通气口，所述通气口位于所述壳体的顶部与所述容置腔连通，所述隔热件在所述通气口处设有让位缺口。

优选地，所述通气口包括进气口及出气口，所述进气口设有过滤装置。

优选地，所述出气口设有排气阀。

优选地，所述容置腔为密闭腔体，所述容置腔内设有与其连通的负压腔。

优选地，所述负压腔由所述容置腔内注入所述相变体固化后形成。

本发明还提出一种热水器，包括相变蓄热装置，所述相变蓄热装置包括壳体、相变体、换热管道及隔热件，所述壳体具有容置腔；所述壳体为塑胶件；所述相变体容置在所述容置腔内；所述相变体的熔点低于所述塑胶件的熔点；所述换热管道穿插在所述相变体内；所述隔热件为气凝胶；所述隔热件覆盖于所述壳体的外表面，所述隔热件的厚度不低于3mm，所述隔热件包覆所述壳体外表面的面积不低于所述壳体外表面面积的30％。。

本发明通过将壳体设置成塑胶件，并且在壳体的外表面设置隔热件与该塑胶件一体成型，使容置腔内的相变体与壳体接触换热后，壳体的热量被隔热件阻隔难以与外界进行热交换，使热量保留在壳体的内部，以减少了相变体向外界散热的速度，进而减缓了相变体温度的降低，使相变蓄热装置的保温效果得到改善，使热水器更节能。

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为本发明相变蓄热装置第一实施例的内部结构示意图；

图2为图1中局部A的放大图；

图3为本发明相变蓄热装置第二实施例的内部结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	壳体	31	弯折段
11	容置腔	32	直流段
				111	负压腔	321	翅片
12	通气口	40	隔热件
				121	进气口	41	让位缺口
122	出气口	50	过滤装置
				20	相变体	60	排气阀
30	换热管道

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蓄热装置。

在本发明实施例中，参照图1和图2所示，图中的带箭头的实线指示的是面、腔、孔等平面或空间。该相变蓄热装置包括壳体10、相变体20、换热管道30及隔热件40，壳体10具有容置腔11；壳体10为塑胶件；相变体20容置在容置腔11内；相变体20的熔点低于塑胶件的熔点；换热管道30穿插在相变体20内；隔热件40为气凝胶；隔热件40覆盖于壳体10的外表面，所述隔热件的厚度不低于3mm，所述隔热件40包覆所述壳体10外表面的面积不低于所述壳体10外表面面积的30％。

具体地，参照图1所示，相变蓄热装置的壳体10用于容置相变体20，壳体10具有容置腔11，容置腔11的容量越大，相应地，可以容纳的相变体20也越多。相变体20用于与热交换管道30或者壳体10进行热交换吸收热量，然后将热量储蓄于容置腔11内，当需要使用相变蓄热装置的热量时，将相变体20的热量通过热交换方式传导出相变蓄热装置，以对外放热。在相变体20吸、放热的过程中，相变体20发生相变，该相变作用导致相变体20在容置腔11内的体积发生变化，当相变体20吸收足够热量时，由固态转换为液态而发生体积膨胀；当相变体20释放出足够热量时，由液态转化为固态而发生体积收缩。相变体20的热量可以通过壳体10传导出相变蓄热装置，在壳体10周围设置隔热保温材料可以起到保温的效果。

参照图1所示，本发明实施例中，相变体20容置在容置腔11内可以自由膨胀或收缩，此处所述的膨胀或收缩是指相变体20在发生型变后不直接挤压壳体10，导致壳体10发生塑性型变。在容置腔11内设定一定的空间供相变体20膨胀，当相变体20膨胀后挤压容置腔11内的空气，该空气的气压为正压，降低该气压，可以采取使容置腔11与大气连通或施加负压的方式。在壳体10的外表面设置隔热件40，隔热件40的种类及材料不作具体限定，当然，可以采用石棉、隔热毛毡或其它导热系数低的材料。本领域技术人员可以通过本发明实施例及附图，获得相应的技术方案，在此不作赘述。当然，也可以将隔热件40制成隔热套、隔热涂层、隔热环或其它可以覆盖于壳体10表面的形状，以达到充分阻隔热量的目的。当容置腔11内的相变体20与壳体10接触换热后，壳体10的热量被隔热件40阻隔难以与空气进行热交换。壳体10的热量停留在壳体10的内部，以使相变体20与壳体10的温度差减少，减少了相变体20向壳体10的传热的速度，进而减慢了相变体20的温度变化，使相变蓄热装置的保温效果得到改善，使热水器更节能。

为了进一步提高相变蓄热装置壳体10的隔热性能，参照图1所示，在本实施例中，将壳体10设置成塑胶件，塑胶件相对于金属件而言具有较低的导热系数，将壳体10设置成塑胶件能进一步阻隔容置在容置腔11内的相变体20与壳体10之间的热量传导，使热量更多地保留在壳体10的内部，改善了保温效果。出于保障壳体10的可靠性考虑，塑胶件的熔点高于相变体20的熔点，以使容置腔11内的热量难以使壳体10熔化。进一步地，为了改善隔热效果，隔热件60为气凝胶。气凝胶具有导热系数低的特点，对热量传导具有较佳的阻隔作用。同时，将隔热件60做成气凝胶可以利用气凝胶材料具有柔性的特点，气凝胶可以附着塑胶壳体10的外壁面而产生一定的型变，从而与外壁面充分接触，起良好的热阻隔作用。再者，气凝胶毡具有质轻、防火、环保等特性，适合用作蓄热装置的保温材料，以减轻相变蓄热装置的整体重量。考虑到降低相变蓄热装置的制造成本，塑胶壳体10及隔热件60一体成型，隔热件60可以通过双色注塑或二次注塑等方式与塑胶壳体10一并成型，以达到提高量产能力，简化安装步骤。

出于进一步提高换热效率的目的，参照图1所示，本实施例中，换热管道30呈盘管设置，盘管相对于直管而言，具有更大的换热面积，热交换速度快。换热管道30具有多段弯折段31及多段直流段32，多段弯折段31呈半圆形折弯，以令换热管道30形成迂回，起充分利用容置腔11空间的作用，各直流段32之间设有换热间隙，相对于各直流段32贴靠设置而言，该间隙可以令相变体20与换热管道30的接触面积更大，充分提高换热效率。进一步提高蓄热装置内的换热效率，直流段32之间设置有翅片321，翅片321可以是单独设置的片状，也可以是连接各直流段32的板状，所述翅片321沿所述直流段32的长度方向间隔设置，以令相邻两翅片321之间形成一定的间隙，相变体20填充进各翅片321之间的间隙，从而通过与翅片321接触换热，进一步增大了换热面积，提高了换热效率。

为了进一步加快换热效率，充分利用相变体20相变时吸放大量潜热的特点，参照图1所示，本实施例中，相变体20为两层，两层相变体相对于单层相变体而言，具有两个相变温度点，两个相变温度点促进了相变体20潜热的吸放，进而加速了相变换热装置的换热效率。两层相变体20之间互不相溶，以令各层相变体20层叠在容置腔11内。两层相变体20的密度与其相变温度具有正相关关系，两层相变体20之间的相变温度点越高，其密度越大，相变温度较低的相变体20始终置于相变温度较高的相变体20的上方，以使上层的相变体20具有隔离外界杂质的作用。

为了进一步降低壳体10内的承压，参照图1和图2所示，在第一实施例中，壳体10具有通气口12，该通气口12用于使容置腔11与大气连通，当然，也可以设置通气管与容置腔11连通，考虑到成本优化，设置为通气口12。通气口12位于壳体10的顶部与容置腔11连通，使通气口12始终位于相变体20的端面之上，从而使相变体20的液面上浮时不会漫过通气口12，保持通气口12畅通。通气口12可以是一个互通口，也可以是多个单向的连通口，将通气口12设置为一个互通口可以节省成本。同时，在隔热件40设置让位缺口41，该让位缺口41设置在通气口12处，以令通气口12不受隔热件40的阻隔，使容置腔11与大气连通。该让位缺口41的形状不作具体限定，可以是圆形、方形、三角形或其它不规则形状等。

从提高容置腔11洁净度的角度出发，参照图2所示，本实施例中，通气口12包括进气口121及出气口122，进气口121及出气口122皆为单向的连通口，进气口121设有过滤装置50，该过滤装置50可以是滤网、空气滤芯、滤棉或其它形式的空气过滤材料等，本领域技术人员可以通过本发明实施例及附图，获得相应的技术方案，在此不作赘述。该过滤装置50用于防止外界的杂质通过进气口121进入容置腔11内，污染相变体20，提高了容置腔11内的洁净度。进一步地，出于防止频繁排气而导致外界杂质进入容置腔11，出气口122设有排气阀60，当相变体20液化膨胀时，容置腔11内的气压增大，当容置腔11内的气压增大至排气阀60的阀值时，排气阀60打开，容置腔11内的气体经出气口122排出容置腔11，通过设置排气阀60使出气口122由处于常通状态转换为常闭状态，进一步提高了容置腔11的洁净度。

出于密封壳体10以令相变蓄热装置更为集约化考虑，参照图3所示，在第二实施例中，容置腔11为密闭腔体，容置腔11内设有与其连通的负压腔111，当相变体20为固态时，该负压腔111内的气压为负压状态。相变体20吸热液化后，由于相变体20膨胀而使容置腔11内的气压升高，该负压腔111内的负压抵消了该部分气压的升高，从而使容置腔11内的气压为零压、少量负压或少量正压状态。负压腔111由容置腔11内注入相变体20固化后形成，可以节约制造成本。当注入容置腔11内的相变体20从液相转换为固相时，相变体20在密闭的容置腔11内发生体积收缩，容置腔11内的气压从零压开始降低，从而形成负压腔111。

本发明还提出一种热水器，该热水器包括多个前述的相变蓄热装置，该相变蓄热装置的具体结构参照上述实施例，由于本热水器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

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 (15)

1.一种相变蓄热装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有容置腔，所述壳体具有通气口，所述通气口位于所述壳体的顶部与所述容置腔连通，通过所述通气口使得所述容置腔与大气连通；

相变体，所述相变体容置在所述容置腔内；

换热管道，所述换热管道穿插在所述相变体内。

2.根据权利要求1所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述通气口包括单向导通的进气口和出气口，所述进气口和所述出气口彼此不连通且选择性地与所述容置腔连通。

3.根据权利要求1所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述通气口为包括单向导通的进气口和出气口，所述进气口和所述出气口彼此连通。

4.根据权利要求2或3所述的相变蓄热装置，其特征在于，还包括：过滤装置，所述过滤装置设于所述壳体上，气体经过所述过滤装置过滤之后进入所述容置腔内。

5.根据权利要求4所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述进气口为渐扩孔。

6.根据权利要求5所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述进气口内设有进气阀，所述进气阀可上下移动地设在所述进气口的入口处。

7.根据权利要求6所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述进气阀包括：

浮球和连接于所述浮球上的伸缩件，所述伸缩件连接于所述壳体，根据作用于所述浮球上气压大小，所述伸缩件相应地伸长或压缩。

8.根据权利要求6所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述过滤装置设于所述进气口的出口处。

9.根据权利要求2或3所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述出气口为渐扩孔。

10.根据权利要求9所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述出气口内设有排气球，所述排气球根据作用于其上的气压大小可上下移动。

11.根据权利要求1所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述壳体为塑胶件，所述相变体的熔点低于所述塑胶件的熔点。

12.根据权利要求11所述的相变蓄热装置，其特征在于，还包括隔热件，所述隔热件为具有柔性的气凝胶，所述气凝胶一体形成于所述壳体的外表面。

13.根据权利要求12所述的相变蓄热装置，所述隔热件的厚度不低于3mm。

14.根据权利要求13所述的相变蓄热装置，其特征在于，所述隔热件包覆所述壳体外表面的面积不低于所述壳体外表面面积的30％。

15.一种热水器，其特征在于，包括权利要求1-14中任一项所述的相变蓄热装置。

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