CN112902445A - 水箱及其制备方法和热水器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种水箱及其制备方法和热水器，包括储水部、换热器和导热部；储水部用于储水；换热器用于对储水部进行加热；导热部设置于储水部与换热器之间；导热部为金属导热部或金属化合物导热部。根据本申请的水箱及其制备方法和热水器，导热效率高，可以有效提高换热器的换热性能。

Description

水箱及其制备方法和热水器

技术领域

本申请属于热水器技术领域，具体涉及一种水箱及其制备方法和热水器。

背景技术

目前，伴随着空调新能效标准的修订实施,空调新能效标准较老国标整体提升14％,该标准的修订,势必会加快空气能行业高效节能产品推广以及产品结构调整,而空气能水箱作为空气能应用的关键产品,未来标准也会逐步提升,那么如何提升能效,将是未来产品开发的重中之重。静态加热式水箱为空气能水箱水箱的关键形式,其通过换热器(微通道/铜管)盘绕在水箱内胆体外表面，通过接触传导将热能传递至内胆用于水加热。理想状态下，换热器与内胆表面紧密接触，严丝合缝，传热效果最佳。

但是，在实际的应用中，产品制造精度、贴合效果等影响，实际的有效接触面积远小于理想的接触面积，其间的间隙由空气填充，而空气导热系数非常小(0.024W/m*K)，从而使得实际的传热效果大打折扣。常规的处理方案即在换热器与产品中间添加导热硅脂，其为一种膏状的热界面材料(其导热系数远大于空气，一般≥1W/m*K)，可用于填充接触面之间的空隙来提高传热效果，然而现有的导热硅脂仍存在导热系数低、热阻高等问题，制约着传热效果的提升。

因此，如何提供一种导热效率高，可以有效提高换热器的换热性能的水箱及其制备方法和热水器成为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种水箱及其制备方法和热水器，导热效率高，可以有效提高换热器的换热性能。

为了解决上述问题，本申请提供一种水箱，包括：

储水部；储水部用于储水；

换热器；换热器用于对储水部进行加热；

和导热部；导热部设置于储水部与换热器之间；导热部为金属导热部或金属化合物导热部。

优选地，储水部与换热器之间具有间隙；导热部填充于间隙内。

优选地，金属导热部采用的材质包括锡、钎、锌和铅中的任一种或任几种的混合物。

优选地，换热器设置于储水部的外表面；换热器外表面的硬度为H1；储水部外表面的硬度为H2；导热部的硬度为H3；H3<H2；和/或，H3<H1。

优选地，换热器的熔点为T1；储水部的熔点为T2；导热部的熔点为T3；T3<T1；和/或，T3<T2。

优选地，换热器包括换热管；换热管绕设于储水部外。

优选地，换热器为微通道换热器；和/或，储水部为水箱内胆；和/或，换热管为扁管。

优选地，导热部与换热器过盈配合；和/或，导热部与储水部过盈配合。

根据本申请的再一方面，提供了一种热水器，包括水箱，水箱为上述的水箱。

根据本申请的再一方面，提供了一种如上述的水箱制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将导热部原料设置于储水部或换热器的外表面；

步骤(2)：将换热器安装于储水部上，并使得导热部原料位于储水部和换热器之间；

步骤(3)：对导热部原料加热至熔化，再对导热部原料进行冷却，形成导热部。

优选地，将导热部原料设置于储水部或换热器的外表面包括如下步骤：

将导热部原料点胶或涂覆于储水部或换热器的外表面；

和/或，对导热部原料加热至熔化，再对导热部原料进行冷却采用的设备为回流焊设备；

和/或，导热部原料包括膏状的金属或金属化合物。

本申请提供的水箱及其制备方法和热水器，金属及其化合物的导热系数大，导热性能好，导热效率高，可以有效提高换热器的换热性能。

附图说明

图1为本申请实施例的热水器的结构示意图；

图2为本申请实施例的水箱的剖视图。

附图标记表示为：

1、储水部；2、换热器；21、换热管；3、导热部；41、第一连接管组件；42、第二连接管组件。

具体实施方式

结合参见图1所示，根据本申请的实施例，一种水箱，包括储水部1、换热器2和导热部3；储水部1用于储水；换热器2用于对储水部1进行加热；导热部3设置于储水部1与换热器2之间；导热部3为金属导热部或金属化合物导热部；导热部3连接换热器2与储水部1；导热部3用于将换热器2产生的热量传递给储水部1；金属及其化合物的导热系数大，导热性能好，导热效率高，可以有效提高换热器2的换热性能；相比于现有技术，本申请可以大大提升导热部3的导热性能，也可以在不需要加大换热器2接触面积的情况下，有效的提高换热器2的产品能效。储水部1作为容器用于蓄水。本申请可以填充液相或膏状的固相材料，经过工艺处理后，相变为固相材料，其导热性能高，经过200～300摄氏度高温后，导热部原料充分浸润接触面，形成合金结合层，导热性能高达60W/m*K；优选实施例为填充锡膏。

本申请还公开了一些实施例，储水部1与换热器2之间具有间隙；导热部3填充于间隙内。导热部3为填充介质，填充水箱内胆与换热器2之间的间隙，用于传递热量。

在间隙内均匀添加填充物，使得间隙内充满换热器2与内胆体的间隙，确保接触紧密，可采用涂覆、浸润等方式。间隙填充完成后，经过回流焊，填充物在高温下相变融合固化成固体，实现固相导热。

其填充物特性如下：

导热部原料即填充物，采用金属或金属化合物的粉末膏体，其主要成分为金属/金属化合物及添加剂，可在高温下进行相变融化再融合成固态，形成固相导热，提高导热性能。

导热部原料包括金属/金属化合物：其熔点低(低于内胆、换热器2的影响温度)

导热部原料还包括添加剂：其主要作用为促进主成分的回流并融合成固态。

本申请还公开了一些实施例，金属导热部采用的材质包括锡、钎、锌和铅中的任一种或任几种的混合物。优选地，采用锡膏，可以实现固相导热，其导热系数可提升至67W/m*K，大幅提升导热系数，本申请相对于传统硅脂涂覆工艺，导热部3的导热性能提升数十倍。而且由于导热系数的大幅提升，实现能量利用效率提高，使得在相同的热量需求下，损耗更少，其接触传热面积可以控制更小，采用本申请的方案，在同样的换热状况下，换热器2的接触面积可减少50％以上，即换热器2的扁管数可减少，降低生产制造成本。可以采用焊接的方式将导热部3设置于通过锡焊工艺实现换热器2紧密贴合水箱内胆，实现固相导热，从根本上提升换热器2换热性能。

本申请还公开了一些实施例，换热器2设置于储水部1的外表面；换热器2外表面的硬度为H1；储水部1外表面的硬度为H2；导热部3的硬度为H3；H3<H2；和/或，H3<H1。在换热器2和储水部1之间添加软金属或其化合物，其硬度低于内胆体表面及换热器2表面，可以有效减小对产品的损坏，可以最大限度的不损坏产品，比如换热器2多采用铜或铝。而且采用导热部3填充在换热器2与水箱内胆的接触间隙内，实现固相导热，提高换热系数从本质上提高换热性能。

本申请还公开了一些实施例，换热器2的熔点为T1；储水部1的熔点为T2；导热部3的熔点为T3；T3<T1；和/或，T3<T2。比如，水箱可以烧成温度为850摄氏度、微通道换热器的焊接温度约为600度左右，则可以选择水箱以及换热器2焊接温度低100摄氏度的金属或金属化合物作为导热部3的材质。则采用熔点为200～500摄氏度的金属钎、锌、锡、铅等金属或其化合物或其混合物。优选锡，可以进一步降低成本。

本申请还公开了一些实施例，换热器2包括换热管21；换热管21绕设于储水部1外。比如采用铜管缠绕储水水箱的外壁。

本申请还公开了一些实施例，换热器2为微通道换热器；换热器2与水箱内胆接触，提供能量用于水箱内胆内的水加热。换热器2还可以为铜管换热器2。

本申请还公开了一些实施例，储水部1为水箱内胆；

本申请还公开了一些实施例，换热管21为扁管。

本申请还公开了一些实施例，导热部与换热器过盈配合；和/或，导热部与储水部过盈配合。

对换热器表面和储水水箱表面进行机械加工，提高粗糙度。在粗糙极小的情况下，二者的接触表面可以近似于无间隙。

将固态导热部放置在储水部与换热器之间,过盈/过渡配合装配,通过适当温度使固态导热部接触面融合,形成紧密接触,消除接触间隙。

实施例1：换热器2扁管为铝制的；水箱内胆为铁质的；导热部3为锡质的。

对比例1：换热器2扁管为铝制的；水箱内胆为铁质的；导热部3为硅脂。

而铝的导热系数为237W/m*K；铁的导热系数为61W/m*K；硅脂的导热系数为1W/m*K；锡的导热系数为67W/m*K。

显然，相比于对比例1中采用现行业内热水器的散热硅脂填充换热器2与内胆的界面间隙，用于热量传导，散热硅脂的主要成分为有机硅及填充料(如氧化铝等)，呈膏状，其导热介于固相导热与液相导热之间。本申请在换热器2与内胆表面通过锡膏填充，可实现换热器2与内胆体表面内实现固相导热。固相导热系数≥液相导热系数≥气相导热系数。本申请实施例1的导热性能相比于对比例1中的导热性能由1提升至61，使用性能提升60倍。

导热方式改变使得其导热性能大幅提升，同时：

COP＝有效制热量/输入能量；

有效制热量＝实际制热量*效率。

效率的影响因素主要是能量损耗，提升能量传递效率后，可以有效减少能量损耗，即：

a.相同的能量输入情况下，其实际制热量不变，但有效制热量更多，满足的COP更高，即产品能效更高更节能，甚至在现有条件下，可以超出循环加热式的换热效率，平均COP高出0.5以上。

b.在满足系统的COP能效要求下，其实际制热量更少，且换热面积更小，即可以满足轻量化、小型化设计，采用功率更小的压缩机、以及换热面积更小的换热器2。

基于以上优势，本申请产品的制造成本更低，可满足以更少的投入，实现产品能效大幅升级。

根据本申请实施例，提供了一种热水器，包括水箱，水箱为上述的水箱。热水器还包括连接管组件，连接管组件包括第一连接管组件41和第二连接管组件42，用于连接内机、外机的蒸发器与冷凝器。

根据本申请实施例，提供了一种如上述的水箱制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将导热部原料设置于储水部1或换热器2的外表面；

步骤(2)：将换热器2安装于储水部1上，并使得导热部原料位于储水部1和换热器2之间；

步骤(3)：对导热部原料加热至熔化，再对导热部原料进行冷却，形成导热部3。

对导热部原料加热至熔化至融合，导热部原料完全融化或者导热部接触部位的部分融化,以满足接触面(储水部与导热部、导热部与加热部)的有效融合。

本申请还公开了一些实施例，将导热部原料设置于储水部1或换热器2的外表面包括如下步骤：

将导热部原料点胶或涂覆于储水部1或换热器2的外表面；

本申请还公开了一些实施例，对导热部原料加热至熔化，再对导热部原料进行冷却采用的设备为回流焊设备；

本申请还公开了一些实施例，导热部原料包括膏状的金属或金属化合物。

即换热器2与水箱内胆装配后间隙由膏状金属或金属化合物，如锡膏填充，经回流焊后流体混合物固化成固体填充间隙。

具体包括如下步骤：

锡膏涂覆→换热器2装配→相变回流融合

或者，换热器2装配→锡膏浸润→相变回流融合

在扁管或内胆体部件表面涂覆锡膏，将扁管缠绕在内胆外表面，并经过拉紧装配后，锡膏被紧密压紧在扁管以及内胆体部件中间，将接触间隙填充均匀，保证接触面尽可能充分。间隙填充完成后，采用回流焊，使得锡膏内的锡珠高温融化，并在催化剂的作用下，无数的小颗粒的凝为一体，经过冷却后又重新融合成固态状态。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种水箱，其特征在于，包括：

储水部(1)；所述储水部(1)用于储水；

换热器(2)；所述换热器(2)用于对所述储水部(1)进行加热；

和导热部(3)；所述导热部(3)设置于所述储水部(1)与所述换热器(2)之间；所述导热部(3)为金属导热部或金属化合物导热部。

2.根据权利要求1中所述的水箱，其特征在于，所述储水部(1)与所述换热器(2)之间具有间隙；所述导热部(3)填充于所述间隙内。

3.根据权利要求1中所述的水箱，其特征在于，所述金属导热部采用的材质包括锡、钎、锌和铅中的任一种或任几种的混合物。

4.根据权利要求1中所述的水箱，其特征在于，所述换热器(2)设置于所述储水部(1)的外表面；所述换热器(2)外表面的硬度为H1；所述储水部(1)外表面的硬度为H2；所述导热部(3)的硬度为H3；H3<H2；和/或，H3<H1。

5.根据权利要求1中所述的水箱，其特征在于，所述换热器(2)的熔点为T1；所述储水部(1)的熔点为T2；所述导热部(3)的熔点为T3；T3<T1；和/或，T3<T2。

6.根据权利要求1中所述的水箱，其特征在于，所述换热器(2)包括换热管(21)；所述换热管(21)绕设于所述储水部(1)外。

7.根据权利要求6中所述的水箱，其特征在于，所述换热器(2)为微通道换热器；和/或，所述储水部(1)为水箱内胆；和/或，所述换热管(21)为扁管。

8.根据权利要求1中所述的水箱，其特征在于，所述导热部(3)与所述换热器(2)过盈配合；和/或，所述导热部(3)与所述储水部(1)过盈配合。

9.一种热水器，包括水箱，其特征在于，所述水箱为权利要求1-8中任一项中所述的水箱。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的水箱制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：将导热部原料设置于储水部(1)或换热器(2)的外表面；

步骤(2)：将换热器(2)安装于储水部(1)上，并使得导热部原料位于所述储水部(1)和所述换热器之间；

步骤(3)：对所述导热部原料加热至熔化，再对所述导热部原料进行冷却，形成导热部(3)。

11.根据权利要求10中所述的水箱制备方法，其特征在于，所述将导热部原料设置于储水部(1)或换热器(2)的外表面包括如下步骤：

将所述导热部原料点胶或涂覆于所述储水部(1)或所述换热器(2)的外表面；

和/或，所述对所述导热部原料加热至熔化，再对所述导热部原料进行冷却采用的设备为回流焊设备；

和/或，所述导热部原料包括膏状的金属或金属化合物。

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