CN108507386B - 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内胆、蓄热介质及换热管道，所述内胆具有容置腔；所述蓄热介质容置在所述容置腔内自由膨胀或收缩；所述蓄热介质包括互不相融的第一相变体及隔离体，所述隔离体厚度不大于50mm；所述第一相变体的密度大于所述隔离体的密度；所述换热管道穿插于所述蓄热介质内。本发明技术方案的相变蓄热装置能够简化相变蓄热装置的内胆的强度要求，简化内胆的设计。

Description

相变蓄热装置及热水器

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。现有相变蓄热装置的结构导致相变体液化时内胆承压，现有相变蓄热装置的内胆强度要求高，设计难度大。

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，旨在简化相变蓄热装置的内胆的强度要求，简化内胆设计。

为实现上述目的，本发明提出的相变蓄热装置，包括内胆、蓄热介质及换热管道，所述内胆具有容置腔；所述蓄热介质容置在所述容置腔内自由膨胀或收缩；所述蓄热介质包括互不相融的第一相变体及隔离体，所述隔离体厚度不大于50mm；所述第一相变体的密度大于所述隔离体的密度；所述换热管道穿插于所述蓄热介质内。

优选地，所述隔离体为第二相变体，所述隔离体吸热后具有液相，所述第二相变体的液化温度低于所述第一相变体的液化温度。

优选地，所述换热管道位于所述第一相变体内，所述换热管道具有进水端及出水端，所述进水端及所述出水端穿过所述内胆位于所述容置腔的底部。

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，所述内胆具有通气口，所述通气口位于所述内胆的顶部与所述容置腔连通。

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，所述负压腔由所述容置腔内注入所述蓄热介质固化后形成。

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内胆、蓄热介质及换热管道，所述内胆具有容置腔；所述蓄热介质容置在所述容置腔内自由膨胀或收缩；所述蓄热介质包括互不相融的第一相变体及隔离体，所述第一相变体的密度大于所述隔离体的密度；所述换热管道穿插于所述蓄热介质内。

本发明通过在相变蓄热装置内设置可供第一相变体膨胀或收缩的容置腔，并在第一相变体上部设置隔离体以降低内胆承压，蓄热介质包括互不相融的第一相变体及隔离体，其中，第一相变体主要用作蓄热介质，隔离体主要起隔离作用。第一相变体的密度大于隔离体的密度，隔离***于第一相变体的上面，隔离体吸热后依然具有液相用以密封阻隔第一相变体。换热管道穿插于蓄热介质内并与蓄热介质换热，当蓄热介质内的第一相变体发生液化膨胀时，隔离体的液面跟随第一相变体的体积膨胀向上浮动，同时，隔离体阻隔其上部空间内的杂质与第一相变体发生接触，防止第一相变体长期处于受污染状态而导致变质。同理，当第一相变体放热固化时，隔离体亦随着第一相变体体积收缩向下浮动。上述浮动空间幅度有限且较为固定，可以通过设置具有相应容积的内胆，以令容置腔足以容纳蓄热介质在容置腔内膨胀或收缩，通过设置该容置腔结构，以降低蓄热介质膨胀时内胆的承压，可以简化内胆的强度要求，使内胆的设计更容易。

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；

图4为图3中局部B的放大图；

图5为本发明相变蓄热装置第三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	内胆	221	第二相变体
11	容置腔	30	换热管道
				111	负压腔	31	进水端
12	通气口	32	出水端
				121	进气口	33	弯折段
122	出气口	34	直流段
				20	蓄热介质	341	翅片
21	第一相变体	40	过滤装置
				22	隔离体	50	排气阀

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。

参照图1和图2所示，在第一实施例中，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内胆10、蓄热介质20及换热管道30，内胆10具有容置腔11；蓄热介质20容置在该容置腔11内自由膨胀或收缩；蓄热介质20包括互不相融的第一相变体21及隔离体22，隔离体厚度不大于50mm，第一相变体21的密度大于隔离体22的密度；换热管道30穿插于蓄热介质20内。

具体地，参照图1所示，内胆10用于容置蓄热介质20，内胆10具有容置腔11，容置腔11的容量越大，相应地，可以容纳的蓄热介质20也越多。蓄热介质20用于与外界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，将蓄热介质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。在蓄热介质吸、放热的过程中，蓄热介质20发生相变，该相变作用导致蓄热介质20在容置腔11内的体积发生变化，当蓄热介质20吸收足够热量时，由固态转换为液态而发生体积膨胀；当蓄热介质20释放出足够热量时，由液态转化为固态而发生体积收缩。该容置腔11内具有足够的空间可以容纳蓄热介质20膨胀或收缩，从而使内胆10的承压较小。需要阐明的是：可以通过设置足够的空间以令蓄热介质20在容置腔内自由膨胀或收缩，而避免内胆10承压过大，相应地，会导致相变蓄热装置的无效蓄热体积增大。

参照图1所示，本发明实施例中，蓄热介质20包括互不相融的第一相变体21及隔离体22，其中，第一相变体21主要用于蓄热，隔离体22主要起隔离作用。隔离体22可以为液体，也可以是相变体，隔离体22的厚度不大于50mm，使隔离体22起到隔离作用的同时，使既定容量的内胆10可以容纳较多第一相变体21。第一相变体21的密度大于隔离体22的密度，隔离体22位于第一相变体21之上，隔离体22吸热后依然具有液相用以密封阻隔第一相变体21。换热管道30穿插于蓄热介质20内与蓄热介质20换热，当蓄热介质20内的第一相变体21发生液化膨胀时，隔离体22的液面跟随第一相变体21的体积膨胀上浮，同时，隔离体22阻隔其上部空间内的杂质与第一相变体21发生接触，防止第一相变体21长期处于受污染状态而导致变质。同理，当第一相变体21放热固化时，隔离体22亦随着第一相变体21体积收缩下浮。上述浮动的空间幅度有限且较为固定，可以通过设置具有相应容积的内胆10，以令容置腔11足以容纳蓄热介质20在容置腔11内自由膨胀或收缩，此处所述的自由膨胀或收缩是指，容置腔11内具有蓄热介质20及容置空气、其它气体或真空的空间，以使蓄热介质20在容置腔11内膨胀时液面自由浮动。此处需要特别阐明的是，本发明的技术方案并不会通过大量增加相变蓄热装置的无效蓄热容量导致空间浪费。该容置方式可以有多种，如通过在容置腔11内设置与大气连通的排气口或在隔离体的上方增设负压腔等，通过设置该容置腔结构内蓄热介质20的结构，以降低蓄热介质20膨胀时内胆10的承压，可以简化内胆10的强度要求，使内胆10的设计更容易。

考虑到增大相变蓄热装置的容量，第一实施例中，隔离体22为第二相变体221，隔离体22具有液相，可以在隔离体22液化后随第一相变体21而浮动。由于第二相变体221的液化温度低于第一相变体21的液化温度，当蓄热介质20吸热时，第二相变体221先于第一相变体21液化，液化后的第二相变体221覆盖于第一相变体21上，形成密封阻隔。随着温度继续升高，第一相变体21液化，由于第二相变体221的密度低于第一相变体21的密度，第二相变体221始终位于第一相变体21上，并且由于第二相变体221相对于其它液体蓄热介质20而言，具有较好的蓄热作用。

为了提高换热效率，使蓄热介质20与换热管道30之间的换热更为充分，在一实施例中，换热管道30位于第一相变体21内，以充分与第一相变体21接触换热，提高换热效率。换热管道30具有进水端31及出水端32，以用于对流经热水器的水进行热交换，进水端31及出水端32穿过内胆10位于容置腔11的底部，第一相变体21经自身重力作用填满容置腔11的底部，可以保持对进水端31及出水端32实施持续换热，提高了换热效率。

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33及多段直流段34，多段弯折段33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34之间设有换热间隙，相对于各直流段34贴靠设置而言，该间隙可以令第一相变体21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34之间设置有翅片341，翅片341可以是单独设置的片状，也可以是连接各直流段34的板状，所述翅片341沿所述直流段34的长度方向间隔设置，以令相邻两翅片341之间形成一定的间隙，相变蓄热介质20填充进各翅片341之间的间隙，从而通过与翅片341接触换热，进一步增大了换热面积，提高了换热效率。

为了进一步降低内胆10内的承压，参照图1和图2所示，在第一实施例中，内胆10具有通气口，该通气口12用于与大气连通，当然，也可以设置通气管与大气相连，考虑到成本优化，设置为通气口12。通气口12位于内胆10的顶部与容置腔11连通，使通气口12始终位于隔离体22之上，从而使隔离体22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，将通气口设置为一个互通口可以节省成本。

从提高容置腔11内洁净度的角度出发，参照图3和图4所示，在第二实施例中，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，进气口设有过滤装置40，该过滤装置40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40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，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50，当第一相变体21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50的阀值时排气阀50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50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。

出于密封内胆10以令相变蓄热装置更为集约化考虑，参照图5所示，在第三实施例中，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，当第一相变体21为固态时，该负压腔111内的气压为负压状态，该负压腔111内可以是真空、稀薄空气或充入一定量的惰性气体，本领域技术人员可以通过本发明实施例及附图，获得相应的解决方案，在此不作赘述。第一相变体21吸热液化后，由于第一相变体21膨胀而使容置腔11内气压升高，该负压腔111内的负压抵消该部分气压的升高，从而使容置腔11内的气压为无压、少量负压或少量正压状态。出于节减成本考虑，该负压腔111由容置腔内注入蓄热介质20固化后形成，以节约制造成本。

本发明还提出一种热水器，该热水器包括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 (4)

1.一种相变蓄热装置，用于热水器，其特征在于，包括：

内胆，所述内胆具有容置腔；

蓄热介质，所述蓄热介质容置在所述容置腔内自由膨胀或收缩；所述蓄热介质包括互不相融的第一相变体及隔离体，所述隔离体厚度不大于50mm；所述第一相变体的密度大于所述隔离体的密度；

换热管道，所述换热管道穿插于所述蓄热介质内；

所述内胆具有通气口，所述通气口位于所述内胆的顶部与所述容置腔连通；

所述通气口包括进气口及出气口，所述进气口和所述出气口均为单向连通口，所述进气口设有过滤装置；

在所述进气口和所述出气口出均设有阀门；

所述隔离体为第二相变体，所述隔离体吸热后具有液相，所述第二相变体的液化温度低于所述第一相变体的液化温度；

所述换热管道仅位于所述第一相变体内，所述换热管道具有进水端及出水端，所述进水端及所述出水端均穿过所述内胆位于所述容置腔的底部。

2.如权利要求1所述的相变蓄热装置，其特征在于，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。

3.如权利要求2所述的相变蓄热装置，其特征在于，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。

4.一种热水器，其特征在于，所述热水器包括如权利要求1至3中任意一项所述的蓄热装置。