一种层级式相变储热水箱制造技术

本实用新型专利技术提供一种层级式相变储热水箱，包括箱体、与箱体密封连接的上盖、设于箱体内上部的相变储热装置、用于加热水且水平设置的第一盘管组件、用于初步加热水并使制冷剂由气态变成液态且水平设置的第二盘管组件、设于箱体下部的进水嘴、设于箱体内的出水管以及设于箱体上与出水管的外端口相连接的出水嘴；相变储热装置、第一盘管组件以及第二盘管组件在箱体内从上到下设置，使用时箱体内的水从下至上被自然分成低温层区、高温层区和储热区。本实用新型专利技术整体体积不大，热转换效率高，出水温度高且出水温度相对稳定，用户体验良好。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及热水器领域，具体涉及一种热水器的层级式相变储热水箱。
技术介绍
太阳能、空气能作为重要的可再生清洁能源，其开发应用日益受到重视。太阳能热水器尤其是真空管太阳能热水器在技术上已发展得比较成熟并已大规模产业化，但是太阳能热水器最大的不足是必须在有太阳光的白天才能较好地使用；目前，将太阳能与空气能相结合的热水器亦见应用，其原理是通过热交换装置将太阳光能和/或大气环境中的空气热能转移至制冷剂中，通过压缩机（热泵）使得高温高压的制冷剂在热水器水箱内的管路中流动与水进行热交换，实现加热水的目的。目前此类热水器存在的不足之处是：其一，热水器出水温度一般在65℃中温区域，为了满足日常供水需要，水箱容积往往很大，如家用空气能热水器容积一般都在150L以上，占用空间大；出水温度较低的原因，主要是受制冷剂临界温度所限，制冷剂冷凝温度不能过高，同时又不能超出压缩机极限压力，高温高压的制冷剂回流时必须冷凝至70℃以下，因而其出水温度不能过高；为了解决冷凝温度，可能需要多个水箱。其二，热水器普遍采用螺旋式盘管用于热交换，常见的如浸入式盘管，其将绕好的螺旋盘管设置在水箱内，其在使用时，水箱内水受热不均匀，不仅在垂直方向存在温度梯度，在水平方向也存在温度分层现象，远离螺旋盘管中心的区域和沿筒壁区域水温明显偏低；也有将热交换的盘管绕在水箱内胆的外壁上，避免盘管直接与水接触，其同样存在离筒壁越远水温愈低的现象。目前，在前述类型的太阳能、空气能或太阳能与空气能相结合的热水器中加设相变介质用于储能已多见研究，如申请公布号为CN 105588327A、名称为“新型储热式空气能热泵热水器”、又如申请公布号为CN 104180521A、名称为“一种纳米相变储能式热泵热水器”、再如申请公布号为CN 103615817A、名称为“一种插装式相变储热水箱”等中国专利文献，即公开了利用相变材料储热的各式热水器，其普遍存在的问题是，由于水箱内部放置相变材料的装置、热交换的盘管等构件的设计以及水箱内部整体布局的不足，使得其存在水箱出水温度不高、热转换效率不高、因水箱内的水受热不均造成出水冷热不均使得用户体验不佳等问题。
技术实现思路
本技术的目的是：提供一种整体体积不大、使用时热转换效率高、出水温度较高且出水温度相对稳定、用户体验效果良好的层级式相变储热水箱。本技术的技术方案是：本技术的层级式相变储热水箱，其结构特点是：包括箱体、上盖、相变储热装置、第一盘管组件、第二盘管组件、连接管、进水嘴和出水管；上述的第一盘管组件包括基板、盘管、制冷剂进嘴和制冷剂出嘴；基板为铜质的圆形板体件，基板上开设有若干通孔；盘管由1根铜管折弯而成；盘管整体呈连续的Z字形；盘管焊接固定在基板的上端面上；制冷剂进嘴固定设置在盘管的一个端口上；制冷剂出嘴固定设置在盘管的另一个端口上；第二盘管组件的结构与第一盘管组件相同；上述的上盖与箱体密封固定连接；相变储热装置固定设置在箱体内的上部；第一盘管组件的基板和盘管水平固定设置在箱体内的中部偏下方位置，且位于相变储热装置的下方；第一盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴固定设置在箱体上且第一盘管组件的制冷剂进嘴伸出于箱体外；出水管的外端口上设有出水嘴；出水嘴固定设置在箱体上且位于第一盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴的上方；出水管的内端口设于相变储热装置内；第二盘管组件的基板和盘管水平固定设置在箱体内的下部；第二盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴固定设置在箱体上且第二盘管组件的制冷剂出嘴伸出于箱体外；连接管将第一盘管组件的制冷剂出嘴与第二盘管组件的制冷剂进嘴相连；进水嘴固定设置在箱体上且位于第二盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴的下方；使用时，冷水从设于箱体下部的进水嘴流入，热水从设于箱体中部偏下位置的出水嘴流出；高温高压的制冷剂气体从第一盘管组件的制冷剂进嘴流入；冷却后的制冷剂液体从第一盘管组件的制冷剂出嘴流出；箱体内的水体从下至上被自然分成低温层区、高温层区和储热区；其中，第二盘管组件周围的空间构成低温层区，第一盘管组件上方、相变储热装置下方的空间构成高温层区；相变储热装置内的空余空间构成储热区。进一步的方案是：上述的箱体为上端开口的中空圆柱体件；箱体包括外壳、内胆以及设置在外壳和内胆间的保温层。进一步的方案是：上述的箱体的内胆为搪瓷内胆；保温层的材质为聚氨脂发泡保温材料。进一步的方案是：上述的相变储热装置包括顶座、底座、铝管和相变储热材料；顶座由插接板和安装环组成；插接板为圆形的板体件，插接板上设有若干个铝管安装孔；安装环的周边设有若干安装用的螺孔，安装环设于插接板的上方且与插接板的外周边一体连接，从而使得安装环的上端面与插接板的上端面之间形成一个预留相变膨胀空间；底座由底板和裙板一体组成，底板为圆形的板体件；底板的圆心处设有圆形的中心孔；裙板设置在底板的上端外周边上且与底板一体连接；铝管设置的数量与顶座的插接板上的铝管安装孔的数量相同；各铝管在顶座的插接板和底座的底板间垂直设置；各铝管的下端与底座的底板的上端面超声波焊接方式固定连接；各铝管的上端与顶座的插接板上相应的铝管安装孔插接；相变储热材料填充在各铝管内。进一步的方案是：上述的相变储热装置的相变储热材料为比热为水的50倍且固液相变临界温度为80℃的石蜡和石墨混合物。进一步的方案还有：上述的出水管具有相连的水平管段和垂直管段，出水管整体呈L形；出水管的水平管段的外端口上连接出水嘴，出水管的水平管段位于第一盘管组件的盘管的上方；出水管的垂直管段穿过相变储热装置的底座的底板的中心孔后沿相变储热装置的中轴线向上伸出，且出水管的垂直管段的上端口与相变储热装置的上板接近。本技术具有积极的效果：（1）本技术的层级式相变储热水箱，其通过设于箱体内的相变储热装置、用于加热水的第一盘管组件、用于初步加热水并使制冷剂由气态变成液态的第二盘管组件、设于箱体下部的进水嘴和出水管的结构和位置安排等布局结构设计，使其在使用时箱体内的水从下至上被自然分成低温层区、高温层区和储热区，箱体内的水自然对流热交换，水体受热均匀，有效克服了现有技术中水箱内的水温分区、冷热不均的现象。（2）本技术的层级式相变储热水箱，其通过相变储热装置的结构设计使得相变储热材料与热水能够进行充分的热交换，保持热水温度，从而能够相应最大程度地减小水箱的体积；同时通将出水管的上端口设置在相变储热装置内，使得出水嘴输出的热水基本保持在80℃左右温度，用户体验大为改善。（3）本技术的层级式相变储热水箱，其通过将盘管组件的基板采用多孔的铜板、固定设置基板上的盘管设计成整体呈连续的Z字形等结构设计，能够有效提高与水的热交换面积，提高热转换效率；同时通过将第一盘管组件和第二盘管组件分层水平设置，使其能够通过水的自然对流实现对水的充分加热，使得水体受热均匀。（4）本技术的层级式相变储热水箱，其整体体积不大，热转换效率高，出水温度高且出水温度相对稳定，用户体验良好。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为图1的A-A向剖视图；图3为图2中的储热装置的结构示意图；图4为图3中的底座的俯视图；图5为图2中的第一盘管组件的结构示意图；图6为图5中去掉基板后的结构示意图；图7为本技术一种应用例的系统结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层级式相变储热水箱，其特征在于：包括箱体、上盖、相变储热装置、第一盘管组件、第二盘管组件、连接管、进水嘴和出水管；所述的第一盘管组件包括基板、盘管、制冷剂进嘴和制冷剂出嘴；基板为铜质的圆形板体件，基板上开设有若干通孔；盘管由1根铜管折弯而成；盘管整体呈连续的Z字形；盘管焊接固定在基板的上端面上；制冷剂进嘴固定设置在盘管的一个端口上；制冷剂出嘴固定设置在盘管的另一个端口上；第二盘管组件的结构与第一盘管组件相同；所述的上盖与箱体密封固定连接；相变储热装置固定设置在箱体内的上部；第一盘管组件的基板和盘管水平固定设置在箱体内的中部偏下方位置，且位于相变储热装置的下方；第一盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴固定设置在箱体上且第一盘管组件的制冷剂进嘴伸出于箱体外；出水管的外端口上设有出水嘴；出水嘴固定设置在箱体上且位于第一盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴的上方；出水管的内端口设于相变储热装置内；第二盘管组件的基板和盘管水平固定设置在箱体内的下部；第二盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴固定设置在箱体上且第二盘管组件的制冷剂出嘴伸出于箱体外；连接管将第一盘管组件的制冷剂出嘴与第二盘管组件的制冷剂进嘴相连；进水嘴固定设置在箱体上且位于第二盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴的下方；使用时，冷水从设于箱体下部的进水嘴流入，热水从设于箱体中部偏下位置的出水嘴流出；高温高压的制冷剂气体从第一盘管组件的制冷剂进嘴流入；冷却后的制冷剂液体从第一盘管组件的制冷剂出嘴流出；箱体内的水体从下至上被自然分成低温层区、高温层区和储热区；其中，第二盘管组件周围的空间构成低温层区，第一盘管组件上方、相变储热装置下方的空间构成高温层区；相变储热装置内的空余空间构成储热区。...

【技术特征摘要】
1.一种层级式相变储热水箱，其特征在于：包括箱体、上盖、相变储热装置、第一盘管组件、第二盘管组件、连接管、进水嘴和出水管；所述的第一盘管组件包括基板、盘管、制冷剂进嘴和制冷剂出嘴；基板为铜质的圆形板体件，基板上开设有若干通孔；盘管由1根铜管折弯而成；盘管整体呈连续的Z字形；盘管焊接固定在基板的上端面上；制冷剂进嘴固定设置在盘管的一个端口上；制冷剂出嘴固定设置在盘管的另一个端口上；第二盘管组件的结构与第一盘管组件相同；所述的上盖与箱体密封固定连接；相变储热装置固定设置在箱体内的上部；第一盘管组件的基板和盘管水平固定设置在箱体内的中部偏下方位置，且位于相变储热装置的下方；第一盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴固定设置在箱体上且第一盘管组件的制冷剂进嘴伸出于箱体外；出水管的外端口上设有出水嘴；出水嘴固定设置在箱体上且位于第一盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴的上方；出水管的内端口设于相变储热装置内；第二盘管组件的基板和盘管水平固定设置在箱体内的下部；第二盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴固定设置在箱体上且第二盘管组件的制冷剂出嘴伸出于箱体外；连接管将第一盘管组件的制冷剂出嘴与第二盘管组件的制冷剂进嘴相连；进水嘴固定设置在箱体上且位于第二盘管组件的制冷剂进嘴和制冷剂出嘴的下方；使用时，冷水从设于箱体下部的进水嘴流入，热水从设于箱体中部偏下位置的出水嘴流出；高温高压的制冷剂气体从第一盘管组件的制冷剂进嘴流入；冷却后的制冷剂液体从第一盘管组件的制冷剂出嘴流出；箱体内的水体从下至上被自然分成低温层区、高温层区和储热区；其中，第二盘管组件周围的空间构成低温层区，第一盘管组...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛永琪，陈平，
申请(专利权)人：常州戚墅堰机车车辆配件工业有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32