CN112611108A - 相变恒温热水器 - Google Patents

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Abstract

相变恒温热水器，壳体内包裹罐体，罐体内灌注相变材料，相变材料周围设置盘管，盘管进口连接自来水管，出口连接水龙头，罐体上设置加热装置，罐体内还设置搅拌装置对相变材料进行搅拌。利用罐体中的相变材料能够大量储存热量的特点，进水管与自来水管连接，自来水被相变材料加热，罐体内还设置搅拌设备，将液相的相变材料在换热过程中进行不断搅拌，达到增强相变材料与自来水热交换效果，延长热水出水时间的技术效果。

Description

相变恒温热水器
技术领域
本发明涉及供水设备领域，具体为一种相变蓄能水箱。
背景技术
相变材料是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料生活各个领域被广泛应用，成为节能环保的最佳绿色环保载体，其优点为：储热密度大、储放热过程近似等温和过程容易控制等。
传统的蓄热水箱主要以蓄水容器，加上加热元件构成，水箱中的水通过加热后保温储存在水箱中，供家庭使用，水容量一般限制在80L以下。传统蓄热水箱的缺点在于：蓄水量由于容器大小的限制，容量较小，当容器中热水消耗完后，还需等待新灌注的冷水重新进行加热到温后才能继续使用，使用不方便。经过相变材料的快速发展，将相变材料应用于蓄热水箱已越来越普遍，利用相变材料储热密度大的特性，在用电低谷时给相变材料加热蓄能，当水温低于相变材料温度时，相变材料将热量快速传导给冷水将其加温，从而使水温保持恒定。但现有的相变热水器有以下缺陷：
相变蓄热器或储热装置大部分采用盘管结构增加相变材料和自来水的接触面积，制成相变蓄能热水器达到快速导热和生成热水的目的。但经过申请人大量实验使用后仍然发现，现有的盘管结构，在水流与相变材料的热交换速率依然不尽如人意，盘管与相变材料的热交换，常常仅局限于盘管周围的相变材料，当盘管附近的相变材料冷却后流动性降低，进一步影响了相变材料之间的流动性和换热能力，造成相变蓄能热水器产生热水的持续时间过短，相变材料中所蓄含的能量不能完全释放。
发明内容
本发明的目的是提供一种相变蓄能热水器，利用罐体中的相变材料能够大量储存热量的特点，进水管与自来水管连接，自来水被相变材料加热，罐体内还设置搅拌设备，将液相的相变材料在换热过程中进行不断搅拌，达到增强相变材料与水流热交换效果，延长热水出水时间的技术效果。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
相变恒温热水器，壳体内包裹罐体，罐体内灌注相变材料，相变材料周围设置盘管，盘管进口连接自来水管，出口连接水龙头，罐体上设置加热装置，罐体内还设置搅拌装置对相变材料进行搅拌。
所述搅拌装置包括电机，电机轴端连接齿轮箱，齿轮箱的输出轴连接搅拌杆，搅拌杆端部设置搅拌头，搅拌头竖直伸入到罐体内部搅拌。电机采用交流同步齿轮减速电机，齿轮箱内设置伞齿轮连接，将水平的扭矩转变成竖直方向，搅拌头为三叶或四叶螺旋桨浆叶，主要实现液态相变材料上下流动循环。
所述搅拌装置包括安装在罐体底部的波轮，波轮包括通过转轴连接的波盘和桨盘，波盘位于罐体内部底端，桨盘位于罐体外部下方的密封壳内，密封壳一侧连接波轮进水管，另一侧连接波轮出水管，波轮出水管另一端连接盘管进水管。自来水通过波轮进水管进入到密封壳内，自来水压力冲击桨盘上的竖直浆叶，桨盘通过转轴带动上方的波盘转动，并搅动罐体内的液态相变材料，密封壳内的水流通过密封壳另一侧的波轮出水管流入到盘管中加热后使用；此种结构无需使用外部动力设备进行搅拌设备驱动，更加节省能源。
所述盘管为并联的若干个支流盘管，支流盘管的进口端均连接盘管进水管，出口端均连接盘管出水管。并联的多支流盘管比传统单盘管的相变蓄能热水器具有更大的换热面积，换热效果很好，且中空部位能***上述的电机搅拌装置，结构紧凑。
所述盘管为若干卷环直径不同的盘管套装并串联连接。串联多层套管同样具有较大的换热面积，换热效果好，中部同样预留***上述的电机搅拌装置，结构紧凑。
所述罐体内设置测温装置，加热装置为***到罐体内的电热管。水箱壳体和罐体设置相对应通孔，通孔***测温装置进入相变材料内；测温装置可为测温热电偶，用来实时测量相变材料的温度，当温度低于设定值，热电偶通过信号线缆输入信号至控制器，由控制器中程序决定是否通电电加热带。
电加热管提供相变材料的能量来源，电加热管直接将热量传递给相变材料；在实际当中，可以设定当夜间用电低谷时段对电加热管通电加热，低谷时段储存的热量即可满足蓄热水箱一整天的用水加热需求，可大大缓解用电紧张地区的用电平衡，如分不同时段实行不同电价的地区也可节省大量用电成本，利国利民。例如在北京、上海、杭州等地，实行峰谷差额电价，谷电价仅为峰电价的一半甚至三分之一，则本发明将给用户带来巨大的经济价值。
所述加热装置为卷绕在罐体外侧的盘管，盘管的入口连接太阳能热水器的出水管，出口连接太阳能热水器的入水管。太阳能热水盘管可为金属波纹管，外部太阳能热水器的热水通过太阳能入水管进入太阳能热水盘管加热相变材料，冷却的水再从太阳能出水管流入太阳能热水器进行加热，从而实现利用太阳能加热相变材料；使用太阳能替代电加热形式储存能量，更为清洁环保。
所述壳体的上方设置洗手盆。洗手盆底部排水口连接下水管；洗手盆和下方的相变蓄能水箱合为一体，热水直接从水龙头中流出使用，可直接放置在家庭中卫生间，美观实用。
所述加热装置、测温装置通过控制线路连接控制面板，控制面板可安装在壳体上或墙体上。控制面板上还可设置监控屏，可实时看到罐体内温度。
所述壳体上侧壁设置若干提手。提手可为壳体上凹槽，用于人工将热水器整体移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的优点：
（1）本发明相对传统相变蓄能热水器，可显著延长热水出水的时间，提高相变材料与自来水的热交换效率。
（2）本发明中的搅拌设备、盘管等装置和设备的装配位置结构紧凑合理，热水器占地面积小，可最大程度节省室内空间。
（3）本发明热水器可使用于厨房、卫生间、淋浴间等多种室内热水使用场景，应用广泛。
附图说明
图1为电机搅拌装置的侧视结构示意图；
图2为电机搅拌装置的正视结构示意图；
图3为串联式盘管的侧视结构示意图；
图4为串联式盘管的俯视结构示意图；
图5为波轮搅拌装置的侧视结构示意图；
图6为波轮搅拌装置的俯视结构示意图；
图7为并联式盘管的侧视结构示意图；
图8为并联式盘管的俯视结构示意图；
图9为太阳能换热装置的结构示意图；
图10为加装洗手盆后的外观结构图；
图中标号名称为：1洗手盆；11、下水管；2、壳体；21、地脚；22、提手；3、罐体；31、加注口；41、齿轮箱；42、搅拌杆；43、搅拌头；44、电机；5、测温装置；6、电热管；61、盘管；7、水龙头；8、控制面板；91、波盘；92、桨盘；93、转轴；94、波轮进水管；95、波轮出水管；96、密封壳。
具体实施方式
采用无机类型的相变材料，相变温度58℃、密度为1.45，采用60L的罐体装满相变材料，保持自来水进水水温15℃，出水水温要求45℃，如高于45℃则与冷水混合至45℃出水，水流量7L/min。
实施例1
电机搅拌+串联盘管
利用36W的变频电机带动搅拌杆在箱体内搅拌相变材料。
实施例2
电机搅拌+并联盘管
利用36W的变频电机带动搅拌杆在箱体内搅拌相变材料。
实施例3
波轮搅拌+串联盘管
箱体的底部装上一套波轮搅拌***，用进水的冲击力来驱动波轮的转动。
实施例4
波轮搅拌+并联盘管
箱体的底部装上一套波轮搅拌***，用进水的冲击力来驱动波轮的转动。
实验结果：
Figure 990399DEST_PATH_IMAGE002
由此可见，本发明几种实施例具有显著的增强相变材料与水流热交换效果，特别是实施例3和4，采用波轮搅拌形式更能延长热水出水时间的技术效果。

Claims (10)

1.相变恒温热水器，其特征在于：壳体（2）内包裹罐体（3），罐体（3）内灌注相变材料，相变材料周围设置盘管（61），盘管（61）进口连接自来水管，出口连接水龙头（7），罐体（3）上设置加热装置，罐体内还设置搅拌装置对相变材料进行搅拌。
2.根据权利要求1所述相变恒温热水器，其特征在于，所述搅拌装置包括电机（44），电机轴端连接齿轮箱（41），齿轮箱（41）的输出轴连接搅拌杆（42），搅拌杆（42）端部设置搅拌头（43），搅拌头（43）竖直伸入到罐体（3）内部搅拌。
3.根据权利要求1所述相变恒温热水器，其特征在于，所述搅拌装置包括安装在罐体（3）底部的波轮，波轮包括通过转轴（93）连接的波盘（91）和桨盘（92），波盘（91）位于罐体（3）内部底端，桨盘（92）位于罐体（3）外部下方的密封壳（96）内，密封壳（96）一侧连接波轮进水管（94），另一侧连接波轮出水管（95），波轮出水管（95）另一端连接盘管进水管。
4.根据权利要求1所述相变恒温热水器，其特征在于：所述盘管（61）为并联的若干个支流盘管，支流盘管的进口端均连接盘管进水管，出口端均连接盘管出水管。
5.根据权利要求1所述相变恒温热水器，其特征在于：所述盘管（61）为若干卷环直径不同的盘管套装并串联连接。
6.根据权利要求1所述相变恒温热水器，其特征在于：所述罐体（3）内设置测温装置（5），加热装置为***到罐体（3）内的电热管（6）。
7.根据权利要求1所述相变恒温热水器，其特征在于：所述加热装置为卷绕在罐体外侧的盘管（61），盘管（61）的入口连接太阳能热水器的出水管，出口连接太阳能热水器的入水管。
8.根据权利要求1所述相变恒温热水器，其特征在于：所述壳体（2）的上方设置洗手盆（1）。
9.根据权利要求6所述相变恒温热水器，其特征在于：所述加热装置、测温装置（5）通过控制线路连接控制面板（8），控制面板（8）可安装在壳体（2）上或墙体上。
10.根据权利要求1所述相变恒温热水器，其特征在于：所述壳体（2）上侧壁设置若干提手（22）。
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