一种即热式相变储能热水器的制造方法

xiaoxiao2021-5-21  180

一种即热式相变储能热水器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及热水器技术领域,具体涉及一种即热式相变储能热水器。
【背景技术】
[0002]相变储能热水器是通过换热盘管或电加热器将太阳能/电能储存在高焓值的相变储能材料中,放热时在换热盘管内走水,带走相变材料所储存的热量,实现冷水进热水出的加热功能。
[0003]相变储能热水器使用的储能材料热焓值高,储能密度高,单位体积的储能密度是水的2-3倍,且热量大部分分布在50-70°C之间,虽然相变储能热水器大部分热水集中在50-70°C之间,但是出水温度低于40°C时一般就不能再利用,造成热量的损失。
[0004]即热式电热水器是利用电热管、电热棒、玻璃管或塑料管加热,即开即热、无需预热和保温。从安全性方面看,即热式电热水器采用非金属加热体、水电隔离技术、漏电保护装置、接地保护等基本措施,使用安全系数比较高。而在体积上由于没了水箱部分,外形可以设计得小巧精致,比较适合在小空间使用。即热式电热水器的额定功率较高,一般需要5千瓦以上。其优点是安全、占用空间小、节电。但缺点是功率大,对安装的线路要求高,最小要用4平方的电源线,对线路要求比较高。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷,本实用新型提供一种既能提高相变热水器低品位热源利用率,又不提高对线路要求的即热式相变储能热水器。
[0006]本实用新型的技术方案是:一种即热式相变储能热水器,包括即热加热机构和相变储能单元两部分,所述即热加热机构安装在相变储能单元热水出水口处。
[0007]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述相变储能单元包括外壳,外壳内有保温层,保温层内有内壳,内壳内有相变材料,相变材料中浸没有换热盘管、电加热机构、第一温度传感器,电加热机构和第一温度传感器电连接至控制器。
[0008]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述换热盘管一端连接冷水进水口,一端连接热水出水口。
[0009]本实用新型的即热式相变储能热水器,在所述相变储能单元出口安装有第二温度传感器,用于测量相变储热单元出口温度,在即热加热机构出口安装第三温度传感器,用于测量即热加热机构出水温度。
[0010]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述电加热机构是均匀分布于相变材料中的电热线。
[0011]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述换热盘管是水的流道,由若干组U型管串联或并联组成。
[0012]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述换热盘管为碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金或复合材料的光管/翅片管。
[0013]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述翅片管为机械加工或轧制、钎焊或气体保护焊、或高频焊的翅片管,翅片形式为绕片式、镶嵌式、套片式、或串片式。
[0014]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述相变材料是可以储存/释放潜热和部分显热的材料。
[0015]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述相变材料是在50_90°C之间的各种相变材料,包括结晶水合盐、金属及合金类、石蜡类、非石蜡有机类、陶瓷基复合材料等相变材料;优选地,在上述相变材料中加导热增强材料,包括金属材料、石墨、碳纳米管、泡沫材料。
[0016]本实用新型的即热式相变储能热水器,所述相变储能单元外壳为圆筒形或立方形。
[0017]本实用新型的即热式相变储能热水器,其中相变储能单元的外壳作用是封装、固定保温层,固定控制器,及展示产品外观的作用;保温材料层有绝热效果,防止热量散发损失;内胆是热水器的相变储能单元,内含电加热机构、相变材料、换热盘管、温度传感器。相变储能热水器蓄热、放热过程都在内胆中进行;电加热机构提供电能以加热相变材料,电加热机构均布于相变材料中,使相变材料加热充分、均匀、稳定,不会出现相变材料过热,延长相变材料使用寿命;相变材料可以储存/释放潜热和部分显热,其占内胆体积的80% -98%,为相变材料体积膨胀预留空间;相变材料是在40-90°C之间的各种相变材料,包括结晶水合盐、金属及合金类、石蜡类、非石蜡类有机类、陶瓷基复合材料等相变材料,为提高导热性能,可以在材料中加导热增强材料,如金属材料、石墨、碳纳米管、泡沫材料等;换热盘管是水的流道,由若干组U型管串、并联组成,自来水从冷水进水口进入,热水出水口流出,通过换热盘管与相变材料进行热量交换,带走相变材料中储存的潜热和部分显热;换热盘管材质为碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金光管/翅片管或复合材料翅片管;翅片管制造工艺包括机械加工或轧制、钎焊或气体保护焊、高频焊、绕片式、镶嵌式、套片式、串片式等;热水出口温度传感器,测量热水出水温度,根据该传感器测量值启动电加热机构;相变材料温度传感器用于测量相变材料的温度,控制器根据此温度计控制电加热机构停止。
[0018]即热式加热机构是为相变储能单元出水进行加热,以提高其低品位热水温度,供用户使用;第三温度传感器-用于测量即热式加热机构出口水温。
[0019]本实用新型的优点和取得的技术效果是:
[0020]1、即热加热机构对相变储能单元出口温度的提高有明显的作用,可以延长热水使用时间。
[0021]2、即热加热机构可以利用相变储能单元出口低品位热水,因此功率要求较小,对线路要求较低。
[0022]3、即热加热机构外形小巧,占用空间少,价格便宜,经济性好。
[0023]4、电加热机构直接加热相变材料蓄能,提高电能利用率,节能环保。
[0024]5、相变储能单元中的电加热机构单位面积电功率较小,均匀分布于相变材料中,使相变材料可以稳定加热至相变点以上,储存潜热和部分显热,提高了其蓄热量,相变材料不会出现局部过热,提高其使用寿命。
[0025]6、换热盘管为若干组U型盘管串、并联,均匀埋设在相变材料中,换热盘管与相变材料充分接触,使相变材料中热量能快速、均匀释放。
[0026]7、相变材料比热较小,储存显热时间较短,加热时,相变材料温度很快升至相变点,通过换热盘管中冷水换出相变材料中的显热和部分潜热,所得热水可供人们利用,有即热功能;
[0027]8、即热式相变储能热水器采用热焓值大的相变储能材料,储能密度高,因此体积小巧,比市面上相同热水输出量的储热式热水器相比,体积减少约60%?70%。该相变储能热水器结构紧凑,体积小巧,因此外表面积小,减少了热量的散发,更加节能环保。
[0028]9、即热式相变储能热水器可以利用“谷”电的价格优势,在“谷”电期间充热,“峰”电期间放热。
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型实施例1中的即热式相变储能热水器的结构图;
[0030]图2是本实用新型实施例1中的即热式相变储能热水器的放热曲线;
[0031]其中图1中:1.冷水进水口 ;2.相变储能单元;3.第二温度传感器;4.即热加热机构;5.第三温度传感器;6.热水出水口 ;7.控制器;8.外壳;9.保温材料层;10.内壳;
11.相变材料;12.换热盘管;13.电加热机构;14.第一温度传感器。
【具体实施方式】
[0032]为进一步说明本实用新型,结合以下实施例具体说明:
[0033]实施例1
[0034]一种即热式相变储能热水器,结构详见图1,包括即热加热机构4和相变储能单元2两部分,所述即热加热机构4安装在相变储能单元2的热水出水口 6处。
[0035]所述的相变储能单元2包括外壳8,外壳内有保温材料层9,保温材料层内有内壳10,内壳内有相变材料11,相变材料11中浸没有换热盘管12、电加热机构13、温度传感器14,电加热机构13和第一温度传感器14电连接至控制器7。
[0036]所述的换热盘管12 —端连接冷水入水口 1,一端连接热水出水口 6。
[0037]所述相变储能单元2出口安装有第二温度传感器3,用于测量相变储热单元出口温度,在即热加热机构4出口安装第三温度传感器5,用于测量即热加热机构出水温度。
[0038]电加热机构13是均匀缠绕在换热盘管上的电热线。
[0039]换热盘管12是水的流道,由若干组U型管串联或并联组成。换热盘管为碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金或复合材料的光管/翅片管。
[0040]相变材料是在40_90°C之间的各种相变材料,包括结晶水合盐、金属及合金类、石蜡类、非石蜡有机类、陶瓷基复合材料等相变材料;或者在上述相变材料中加导热增强材料,包括金属材料、石墨、碳纳米管、泡沫材料。
[0041]上述热水器的工作原理如下:
[0042]相变储能与即热加热联用热水器一般有两个工作过程,加热过程和放热过程。
[0043]加热过程:启动电加热机构13,加热相变材料11至温度传感器14设定值,相变材料储存潜热和部分显热,控制器7控制电加热机构13停止加热。
[0044]放热过程:自来水由冷水进水口 I进入浸没在相变材料11中的换热盘管12,与高温相变材料进行热交换,热水由热水出水口 6流出供用户使用,当出水温度传感器3显示温度低于40度时,控制器启动即热加热机构4,提高出水温度,延长热水使用时间,直到温度传感器5显示温度低于使用温度时,停止使用。
[0045]对本即热式相变储能热水器的放热性能进行了测试,启动即热机构,用2kW的电功率将相变储能材料加热至80°C,相变材料储存潜热和部分显热,停止加热;
[0046]自来水由冷水进水口进入换热盘管,与高温相变材料进行热交换,热水由热水出水口流出供用户使用,当出水温度低于40°C时,控制器自动启动即热加热机构,试验选用的即热式加热机构功率为3.5kW,入口冷水水温为22°C,在水流量为5L/min时,对比相变储能机构出水口(温度传感器3测量值)和即热加热机构出水口温度(温度传感器5测量值)可以看出,即热加热机构可以将出水温度提高10°C左右。因此,在相变储能出口联接即热加热机构,可以将低品位热水变为可用热水,延长热水使用时间,提高热水利用率,且家用2.5平方、16A的电线插口就可满足使用要求。
[0047]以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述,并非对本实用新型的范围进行限定,在不脱离本实用新型设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种即热式相变储能热水器,其特征在于:包括即热加热机构(4)和相变储能单元(2)两部分,所述即热加热机构(4)安装在相变储能单元(2)热水出水口(6)处。2.根据权利要求1所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:相变储能单元(2)包括外壳(8),外壳内有保温层(9),保温层内有内壳(10),内壳内填充有相变材料(11),相变材料(11)中浸没有换热盘管(12)、电加热机构(13)、第一温度传感器(14),电加热机构(13)和第一温度传感器(14)电连接至控制器(7)。3.根据权利要求1或2所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:换热盘管(12)—端连接冷水进水口(I),一端连接热水出水口(6)。4.根据权利要求1或2所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:在相变储能单元(2)出口安装有第二温度传感器(3),用于测量相变储能单元出口温度;在即热加热机构(4)出口安装第三温度传感器(5),用于测量即热加热机构出水温度。5.根据权利要求2所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:所述电加热机构(13)是均匀分布于相变材料中的电热线。6.根据权利要求2所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:所述换热盘管(12)是水的流道,由若干组U型管串联或并联组成。7.根据权利要求6所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:所述换热盘管为碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金或复合材料的光管/翅片管。8.根据权利要求7所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:所述翅片管为机械加工或轧制、钎焊或气体保护焊、或高频焊的翅片管,翅片形式为绕片式、镶嵌式、套片式、或串片式。9.根据权利要求1或2所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:所述相变材料是可以储存/释放潜热和部分显热的材料。10.根据权利要求1或2所述的即热式相变储能热水器,其特征在于:所述相变储能单元外壳为圆筒形或立方形。
【专利摘要】本实用新型涉及一种即热式相变储能热水器,包括即热加热机构和相变储能单元两部分,所述即热加热机构安装在相变储能单元热水出水口处。相变储能单元包括外壳,外壳内有保温材料层,保温材料层内有内壳,内壳内有相变材料,相变材料中浸没有换热盘管、电加热机构、温度传感器,电加热机构和温度传感器电连接至控制器。即热加热机构对相变储能单元出口温度的提高有明显的作用,可以延长热水使用时间,也没有提高对线路要求。
【IPC分类】F24H7/02
【公开号】CN204705041
【申请号】CN201520398538
【发明人】王志, 杜兔平, 卢敬霞
【申请人】北京宇田相变储能科技有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月10日

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