CN211696012U - 蓄能组件和水处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种蓄能组件和水处理设备，蓄能组件包括：蓄能箱，所述蓄能箱内设置有相变材料；以及储水箱，设于所述蓄能箱内，所述储水箱设有进水口和出水口。本实用新型技术方案能够实现快速制冷/热水。

Description

蓄能组件和水处理设备

技术领域

本实用新型涉及家用电器技术领域，特别涉及一种蓄能组件和水处理设备。

背景技术

目前水处理设备通过压缩机或半导体制冷模块实现制冷水，压缩机制冷采用氟利昂，这种方式不利于环保，并且压缩机运行噪声大，能耗高。而对于半导体制冷而言，单次出冷水量少，效果差，容易发生故障。为保证用户可及时用上冷水，不管是半导体制冷或压缩机制冷，两者的制水速度均较慢，不能够即时出冷水。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种蓄能组件，旨在实现快速制冷/热水。

为实现上述目的，本实用新型提出的蓄能组件，包括

蓄能箱，所述蓄能箱内设置有相变材料；以及，

储水箱，设于所述蓄能箱内，所述储水箱设有进水口和出水口。

可选地，所述储水箱与所述蓄能箱一体成型。

可选地，所述储水箱为塑胶件。

可选地，所述相变材料为蓄冷材料，所述蓄冷材料包括水、四丁基溴化铵、氯化锌、石蜡、脂肪酸类或多元醇中的一种或多种组合；或者，

所述相变材料为蓄热材料，所述蓄热材料包括三水合醋酸钠、芒硝、磷酸钠、草酸、石蜡、脂肪酸类或多元醇中的一种或多种组合。

可选地，所述蓄能组件还包括设置在所述蓄能箱内的相变换热器，所述相变换热器与所述进水口连接。

可选地，所述相变换热器环绕所述储水箱设置。

可选地，所述相变换热器分别与所述储水箱和所述蓄能箱间隔设置。

本实用新型还提出一种水处理设备，包括：

蓄能组件；以及

换热模块，用以与所述蓄能组件的相变材料和储水箱内的水换热。

可选地，所述水处理设备还包括水泵、取能换热器、进水管和出水管，所述取能换热器用以与所述换热模块换热，所述取能换热器、所述水泵、所述蓄能组件的储水箱和相变换热器连通形成蓄能回路，所述进水管和所述出水管均连接所述蓄能回路。

可选地，所述换热模块为半导体，所述取能换热器与所述半导体的热端或冷端接触。

本实用新型中，换热模块产生的热量或冷量能够输送至蓄能箱内的相变材料以及储水箱，相变材料能够蓄积冷量或热量，而储水箱内的水可被换热模块产生的热量或冷量进行制热或制冷，同时相变材料可对储水箱保温，如此换热模块能够在空闲时间对储水箱和相变材料换热，使得储水箱内预先存储用户需要的热水或冷水，在用户需要饮用热水或冷水时，储水箱可即时出热水或冷水，实现快速出热水或冷水的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型水处理设备一实施例的水路示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型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，若本实用新型实施例中有涉及“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，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种蓄能组件，该蓄能组件可应用于水处理设备，本实用新型中的水处理设备可以是饮水机、咖啡机、净水机或是其它的饮料设备等。

在本实用新型实施例中，如图1所示，蓄能组件包括：

蓄能箱20，所述蓄能箱20内设置有相变材料；以及，

储水箱70，设于所述蓄能箱20内，所述储水箱70设有进水口和出水口。

本实施例中，蓄能箱20内或者是在蓄能箱20外还可以设置换热模块10，该换热模块10产生的热量或冷量能够输送至蓄能箱20内的相变材料以及储水箱70，相变材料能够蓄积冷量或热量，而储水箱70内的水可被换热模块10产生的热量或冷量进行制热或制冷，同时相变材料可对储水箱70保温，如此换热模块10能够在空闲时间对储水箱70和相变材料换热，使得储水箱70内预先存储用户需要的热水或冷水，在用户需要饮用热水或冷水时，储水箱70可即时出热水或冷水，实现快速出热水或冷水的目的。

一实施例中，所述储水箱70与所述蓄能箱20一体成型，如此可免去两者的安装，简化安装步骤，并且储水箱70和蓄能箱20一体成型后可有效防止两者之间的晃动。此外，其它实施例中，储水箱70与蓄能箱20也可分体设置，并且两者通过焊接或卡接等方式固定。

可选地，所述储水箱70为塑胶件，由于塑胶件的导热效率较低，故能够有效减少储水箱70内冷量或热量的散失，保证储水箱70内的水温符合用户需求。另外，储水箱70也可为金属件，以更好实现与相变材料的换热。

一实施例中，所述相变材料的相变温度大于或等于5℃，如此能够避免相变材料的相变温度过低而导致水结冰。可选地，相变材料的相变温度小于10℃，能够避免温度过高时水温较高。具体地，相变材料的相变温度可以选择5℃、6℃、6.5℃、8℃、10℃等数值。

一实施例中，所述相变材料的导热率为0.1-6W/m.K。具体而言，若相变材料的导热率过低，则会影响到换热效率，导致制取冷水速度较慢。若相变材料的导热率过高，则成本较高。因此综合考虑，将相变材料的导热率设置在0.1W/m.K至6W/m.K之间，具体可以选择相变材料的导热率为0.1W/m.K、0.5W/m.K、1W/m.K、2W/m.K、4W/m.K、6W/m.K等数值。

可选地，所述相变材料可为无机盐类或有机类。具体地，一实施例中，水处理设备用于制冷，相对应地，所述相变材料为蓄冷材料，所述蓄冷材料包括无机盐类，例如水、四丁基溴化铵、氯化锌等，所述蓄冷材料还可包括有机类，例如石蜡(C10-C16)、脂肪酸类(辛酸)或多元醇(聚乙二醇、月桂醇等)等。蓄冷材料可为上述材料中的一种或多种组合。一实施例中，水处理设备用于制热，相对应地，所述相变材料为蓄热材料，所述蓄热材料包括无机盐类(水合盐)，例如三水合醋酸钠、芒硝、磷酸钠、草酸等，该蓄热材料还可包括有机类，例如石蜡(C20-C30)、脂肪酸类(软脂酸、硬脂酸)、多元醇(丙醇、丁醇等)等。同样的，蓄热材料可为上述材料中的一种或多种组合。

此外，为提高导热率以满足充放冷量需求，在所述蓄能箱20内还设置有导热助剂。所述导热助剂为膨胀石墨、石墨稀、碳纳米管、铝粉和铜粉中的一种或多种组合。在增加导热助剂后，能够大大提高蓄能箱20内的导热效率，加快冷水的制取时间。

上述中，所述相变材料的质量分数为80％-100％，所述导热助剂的质量分数为0％-20％。具体地，相变材料的质量分数可选择为80％、85％、90％、92％、100％等等数值，相对应地，导热助剂的质量分数为20％、15％、10％、8％、0％等数值。通过上述这种组合搭配后，能够在节省成本的同时保证蓄能箱20内的导热率达到一个较高的水平。

上述实施例中，相变材料与导热助剂通过机械搅拌进行混合，具体地，根据设定比例称取相应质量的相变材料和导热助剂，置于搅拌桶中，搅拌桶内装有搅拌浆，搅拌浆以300-500RPM(Revolution Per Minute，即每分钟的转动圈数)的转速进行搅拌，例如但不限于300RPM、400RPM、500RPM的转速。同时，搅拌桶本身以0-60RPM的转速进行滚动，例如但不限于5RPM、20RPM、60RPM的转速。相变材料和导热助剂的混合材料经过30-60min的搅拌后完成混合，具体混合时间可根据材料本身或是材料的质量来定，例如可经过30min、40min、60min的混合时间。搅拌桶设有加热模块而具有加热功能，当相变材料的熔点高于室温时，搅拌桶将相变材料加热到其熔点以上5-10℃后，再对相变材料和导热助剂进行搅拌混合处理。

混合材料通过注塑的方式压入蓄能箱20中，根据混合材料的粘稠状态选择合适的注射压力。例如，当混合材料为水状态或经加热后混合材料为水状态时，混合材料可直接注入蓄能箱20；当混合材料为细砂状时，灌装时应施加0.5-1MPa的压力把混合材料压入蓄能箱20中。

一实施例中，所述蓄能组件还包括设置在所述蓄能箱20内的相变换热器30，所述相变换热器30与所述进水口连接，一般情况下相变换热器30被相变材料包围。通过设置相变换热器30后，水先通过相变换热器30与相变材料换热，再流入到储水箱70内，能够使得流入到储水箱70内的水被进一步被相变材料制冷或制热，保证储水箱70内的水温更加符合用户需求。

为使得结构紧凑，一实施例中，所述相变换热器30环绕所述储水箱70设置。可选地，所述相变换热器30呈螺旋状。通过将相变换热器30设置为螺旋状并绕设储水箱70设置，可以充分利用蓄能箱20内部空间，并充分增大相变换热器30的换热面积。可以想到的是，由于相变换热器30需要与相变材料换热，故相变换热器30的材质为具有高导热性的金属，例如，相变换热器30为不锈钢管。相变换热器30的相邻两个环形管段之间间隔设置。另外由于储水箱70是设置在蓄能箱20内，且相变换热器30环绕所述储水箱70，三者之间结构紧凑，可以减少对整机空间的占用。

由于相变材料在发生相变时，其形态逐渐发生改变，例如对水进行制冷时，相变材料逐渐由固态变为液态，并且相变材料形态的改变是从与相变换热器30接触的位置逐渐朝外发生改变的，而不是同时发生的，为提高各处相变材料发生相变的同步性，一实施例中，所述相变换热器30分别与所述储水箱70和所述蓄能箱20间隔设置，即相变换热器30分别与所述储水箱70的外周面和蓄能箱20的内周面间隔设置，而相变材料是填充在储水箱70和蓄能箱20之间的，如此最外侧的相变材料与最内侧的相变材料距离相变换热器30均较近，内外侧相变材料产生相变的状态更加一致，换热效率更快。可选地，所述相变换热器30与所述储水箱70外周面之间的距离等于所述相变换热器30与所述蓄能箱20内周面之间的距离。

所述相变换热器30的出水端伸入所述储水箱70底部，所述储水箱70的顶部设有连接所述取能换热器40的出水口。经过相变换热器30换热后的冷水直接排出到储水箱70底部，远离储水箱70的顶部，则储水箱70顶部的冷水水温波动较小，在刚进入换热模式时，用户初始获得的冷水为储水箱70顶部的水，该顶部出水口流出的冷水温度较低，能够很好符合用户需求。当然，所述相变换热器30的出水端可靠近储水箱70顶部设置，而储水箱70的出水口则设置排水管，排水管伸入到储水箱70的底部。

本实用新型实施例中，所述相变换热器30为光管式换热器、翅管式换热器或板式换热器等形式中的任意一种。其中，光管式换热器指的是仅包括换热管的形式而不包括翅片。可选地，光管式换热器呈螺旋状设置，能够有效利用整机空间。所述相变换热器30的材质是不锈钢、铜或铝中的任意一种。

本实用新型还公开一种水处理设备，该水处理设备包括蓄能组件，该蓄能组件的具体结构参照上述实施例，由于本水处理设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少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。

在本实用新型实施例中，如图1所示，水处理设备还包括换热模块10，换热模块10用以与所述蓄能组件的相变材料和储水箱70内的水换热，使得相变材料和储水箱70内的水均被制冷或制热。具体地，换热模块10可设置在蓄能箱20内，直接与相变材料接触，或者，换热模块可以设置在蓄能箱20外，通过在蓄能箱20内设置换热器的方式来与换热模块连接进行传热。

水处理设备还包括水泵50、取能换热器40、进水管61和出水管62，其中，储水箱70与相变换热器30、取能换热器40以及水泵50连通形成蓄能回路，取能换热器40用以与换热模块10换热，具体地，所述取能换热器40和所述换热模块10设置在蓄能箱20外，换热模块10可以为半导体(10)，取能换热器40与半导体(10)的冷端或是热端接触换热。此外，换热模块10也可以包括压缩机、冷凝器、蒸发器等形成的压缩机制冷设备，取能换热器40与冷凝器或是蒸发器换热，或者而言，取能换热器40作为压缩机制冷设备中的冷凝器或蒸发器。

该蓄能回路指的是一个闭合回路，水泵50驱动水在蓄能回路内循环流动。当水流经取能换热器40时，与换热模块10产生热交换，取能换热器40内的水被制冷或制热，随后当水流动到相变换热器30时，与蓄能箱20内的相变材料产生热交换，将能量传递给相变材料，相变材料则进行蓄能。然后水又再次流动到换热模块10附近而与换热模块10进行热交换，如此循环往复从而使得相变材料蓄积大量冷量或热量。相变材料对储水箱70保温，避免储水箱70冷量或热量的散失，因此在用户需要使用时可以快速获取冷水或热水。

本实施例中，换热模块10是通过在蓄能回路内循环流动的水而与相变材料进行换热的，水作为热量传递的媒介。另外，储水箱70内的水是流出储水箱70后，并同样在蓄能回路内循环流动，从而实现与换热模块10的换热。

以下以换热模块10为半导体为例进行说明，但不限于此。半导体(10)具有冷端和热端，一实施例中，取能换热器40与所述半导体(10)的冷端接触，半导体(10)的热端设有热端换热器11，如此半导体(10)对取能换热器40制冷。一实施例中，取能换热器40与所述半导体(10)的热端接触，半导体(10)的冷端设有冷端换热器，如此半导体(10)对取能换热器40制热。

具体地，以取能换热器40与所述半导体(10)的冷端接触为例进行说明，但不限于此。水泵50驱动水在蓄能回路内循环流动。所述半导体(10)的冷端与所述取能换热器40接触，将冷量传递给取能换热器40，并与流经取能换热器40的水产生热交换，对蓄能回路内的水进行降温，随后当水流动到相变换热器30时，与蓄能箱20内的相变材料产生热交换，将冷量传递给相变材料，相变材料则进行蓄冷。然后水又再次流动到半导体(10)附近而与半导体(10)进行热交换，如此循环往复从而使得相变材料蓄积大量冷量。

所述进水管61和所述出水管62均分别连接所述蓄能回路，在这一实施例中，进水管61的一端接入所述蓄能回路，另一端连接水源，例如该另一端可连接一原水箱64。通常在进水管61上设有进水电磁阀63以控制进水管61进水。另外，出水管62一端连接在蓄能回路，出水管62的另一端连接出水龙头。

具体地，水处理设备具有蓄能模式和换热模式，当需要制取冷水或热水时，水处理设备进入换热模式(以下以水处理设备制取冷水为例进行说明)，此时进水电磁阀63和出水龙头打开，原水箱64的水经由进水管61流入蓄能回路，当水流经相变换热器30时，与蓄能箱20内的相变材料进行换热，相变材料对水制冷，使得水温大大降低，当水从相变换热器30流入取能换热器40后，与半导体(10)换热并被再次制冷，水的温度进一步降低，最后水经由出水管62从出水龙头流出。当不需要取用冷水时，水处理设备进入蓄能模式，此时进水电磁阀63和出水龙头关闭，蓄能回路内剩余的水(或者可以打开进水电磁阀63，以使蓄能回路内充满水)在水泵50的作用下循环流动，以将半导体(10)冷端的冷量传递给相变材料，使得相变材料蓄积冷量，为下一次制取冷水做好准备。在换热模式时，水的流动方向请参见图的虚线箭头；在蓄能模式时，水的流动方向请参见图1中的实线箭头。

本实用新型实施例中，通过使用低温相变材料蓄冷，蓄冷相变材料能够实现恒温释冷，与水进行快速换热，可实现快速制冷水或热水。相变材料释冷量或释热量大，制冷水量或制热水量大，如此可以免去水胆，从而避免细菌滋生，同时达到减小整机体积的效果。此外，系统可以利用空闲时间对相变材料进行蓄冷或蓄热，可实现移峰填谷，缓解能量供求在时间、地点及强度上的不匹配。此外，当设备对水进行制冷或制热时，蓄能回路内的循环水又能够从出水管62被彻底排出，如此避免了循环水一直残留在蓄能回路内导致细菌滋生。再者，在下一次循环时，蓄能回路内的循环水已替换为新注入的水，因此可避免蓄能回路内的水体堆积过久而发臭。

可选地，进水管61连接在所述储水箱70进水侧，出水管62连接所述储水箱70的出水侧。通过设置储水箱70后，在蓄能模式下，经过相变材料和半导体(10)换热后的水能够流入到储水箱70内，并且在蓄能模式完成后，储水箱70内的冷水温度较低或者热水温度较高，能够满足用户对冷水或热水的使用需求。则在切换到换热模式时，最初从出水管62流出的水为储水箱70内的水，因此当用户着急使用时，储水箱70的水至少可以满足用户的单次用水需求，实现快速出冷水或热水。另外，在蓄能模式下，水的循环流动不仅让相变材料蓄能，还额外让储水箱70储存部分冷水或热水，蓄积冷量或热量，则用户在下次使用时，在相变材料蓄积的冷量或热量全部放出的情况下，获取的冷水或热水为相变材料转换的水加上储水箱70内的水，如此相较于未设置储水箱70的情况可以取得更多的冷水或热水。

一实施例中，所述相变换热器30的出水端连接所述储水箱70，所述进水管61连接在所述相变换热器30的进水侧，如此从进水管61进入的水是先流经相变换热器30与相变材料换热，水温降低之后再流进储水箱70内，与储水箱70内的水混合，可以避免储水箱70内的水温快速升高，在刚进入换热模式时，可以保证储水箱70内的水温是缓慢升高的，从而保证快速制冷水。

可选地，所述进水管61连接在所述取能换热器40与所述相变换热器30之间的管路上。通过如此连接之后，在制冷时，可以保证进水管61流入的水先经过蓄能箱20，在蓄能箱20内与相变材料进行热交换，然后流出蓄能箱20后能够流经取能换热器40而与半导体(10)进行热交换，使得水被进一步制冷，从而保证了最终从出水管62流出的水的温度较低，满足用户所需。

当相变材料蓄冷完成后，用户取了少量的冷水，储水箱70的冷水温度升高，继续制冷过程中，除了半导体(10)使蓄能回路内的水变冷外，相变材料同样会释放出冷量，使得蓄能回路内的水快速变冷，缩短制冷时间，经过半导体(10)和相变材料制冷后的冷水流入到储水箱70内，与储水箱70内的水混合，使得混合后的水温较低，温度较低的混合水流出储水箱70后从出水管62流出。

所述取能换热器40为光管式换热器、翅管式换热器或板式换热器等形式中的任意一种，取能换热器40的材质是不锈钢、铜或铝中的任意一种。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型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实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种蓄能组件，其特征在于，包括：

蓄能箱，所述蓄能箱内设置有相变材料；以及，

储水箱，设于所述蓄能箱内，所述储水箱设有进水口和出水口；

所述蓄能组件还包括设置在所述蓄能箱内的相变换热器，所述相变换热器与所述进水口连接。

2.根据权利要求1所述的蓄能组件，其特征在于，所述储水箱与所述蓄能箱一体成型。

3.根据权利要求1所述的蓄能组件，其特征在于，所述储水箱为塑胶件。

4.根据权利要求1所述的蓄能组件，其特征在于，所述相变换热器环绕所述储水箱设置。

5.根据权利要求4所述的蓄能组件，其特征在于，所述相变换热器分别与所述储水箱和所述蓄能箱间隔设置。

6.一种水处理设备，其特征在于，包括：

蓄能组件，所述蓄能组件为如权利要求1-5任意一项所述的蓄能组件；以及

换热模块，用以与所述蓄能组件的相变材料和储水箱内的水换热。

7.根据权利要求6所述的水处理设备，其特征在于，所述水处理设备还包括水泵、取能换热器、进水管和出水管，所述取能换热器用以与所述换热模块换热，所述取能换热器、所述水泵、所述蓄能组件的储水箱和相变换热器连通形成蓄能回路，所述进水管和所述出水管均连接所述蓄能回路。

8.根据权利要求7所述的水处理设备，其特征在于，所述换热模块为半导体，所述取能换热器与所述半导体的热端或冷端接触。

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