相變儲熱式熱水器及其控制方法與流程
2023-10-05 06:25:54 5
本發明涉及熱水器領域，特別涉及一種相變儲熱式熱水器及其控制方法。
背景技術：
：相變儲熱式熱水器是通過在內膽中填充相變材料，並將換熱器埋設於相變材料中，利用相變材料熱焓值高，儲能密度大的優點，將熱能儲存在相變材料中。當需要熱水時，冷水通過換熱器與相變材料進行熱交換，以置換出相變材料中儲存的熱量。目前已有的相變蓄熱式熱水器一般通過加熱裝置直接對相變材料進行加熱，由於加熱裝置的加熱溫度一般很高，如此很容易導致相變材料損壞。技術實現要素：本發明的主要目的是提出一種相變儲熱式熱水器，旨在間接對相變材料進行加熱，以避免相變材料溫度過高而損壞。為實現上述目的，本發明提出的相變儲熱式熱水器，包括：內部設有導熱介質的箱體；加熱裝置，所述加熱裝置設於所述導熱介質中；導熱件，所述導熱件設於所述箱體內並與所述導熱介質接觸，且所述導熱件內部填充有相變材料；換熱管路，所述換熱管路具有進水口和出水口，所述換熱管路包括與所述導熱介質接觸的換熱段；進水管，所述進水管通過所述進水口與所述換熱段連通；出水管，所述出水管通過所述出水口與所述換熱段連通。優選地，所述導熱件包括多個內部填充有所述相變材料的導熱管。優選地，多個所述導熱管呈蜂窩狀排布。優選地，所述導熱件包括具有內殼和外殼的導熱容器，所述外殼與所述箱體的內壁抵接，所述內殼與所述導熱介質接觸，所述內殼和所述外殼之間填充有相變材料。優選地，所述加熱裝置為電加熱器。優選地，所述相變儲熱式熱水器還包括一循環支管，所述循環支管的兩端分別與所述進水口和所述出水口連通，以使所述循環支管與所述換熱管路形成一循環管路。優選地，所述循環支管設於所述箱體外。優選地，位於所述箱體外的所述循環管路上設有三通閥，所述出水管通過所述三通閥與所述出水口連通。優選地，所述相變儲熱式熱水器還包括一與所述三通閥和加熱裝置電連接的控制模塊。優選地，所述出水管上設有一與所述控制模塊電連接的開關閥和相變材料檢測模塊，所述相變材料檢測模塊用於檢測所述出水管中的相變材料，在所述出水管的出水方向上，所述相變材料檢測模塊位於所述開關閥之後。本發明還提出一種相變儲熱式熱水器的控制方法，所述相變儲熱式熱水器，包括：內部設有導熱介質的箱體；加熱裝置，所述加熱裝置設於所述導熱介質中；導熱件，所述導熱件設於所述箱體內並與所述導熱介質接觸，且所述導熱件內部填充有相變材料；換熱管路，所述換熱管路具有進水口和出水口，所述換熱管路包括與所述導熱介質接觸的換熱段；進水管，所述進水管通過所述進水口與所述換熱段連通；出水管，所述出水管通過所述出水口與所述換熱段連通，所述相變儲熱式熱水器的出水管上設有相變材料檢測模塊，；所述相變儲熱式熱水器的控制方法包括：所述相變材料檢測模塊檢測所述相變儲熱式熱水器的出水管內是否包含相變材料，若包含，則關閉所述相變儲熱式熱水器的出水管。本發明技術方案通過採用內部設有導熱介質的箱體，具有進水口和出水口的換熱管路，且該換熱管路包括與導熱介質接觸的換熱段，在該箱體內設有導熱件，該導熱件內部填充有相變材料，且該導熱件與上述導熱介質接觸，如此，通過設於導熱介質中的加熱裝置的加熱作用可將箱體內的導熱介質加熱，而導熱介質又會將熱量傳遞給導熱件，最終實現了將熱量存儲在導熱件內的相變材料中，該過程即為儲熱過程。由於是設於導熱介質中的加熱裝置給導熱介質加熱，導熱介質再將熱量傳遞給相變材料，即加熱裝置不是直接給相變材料加熱，如此，能夠有效避免加熱裝置與相變材料接觸的局部溫度過高而破壞相變材料，導致相變材料變性而失去儲熱功能。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。圖1為本發明相變儲熱式熱水器一實施例的結構示意圖；圖2為圖1中所示的換熱段的A-A向的剖面示意圖；圖3為圖2中所示的剖面示意圖的實際效果圖；圖4為本發明相變儲熱式熱水器的控制方法一實施例的流程示意圖；圖5為本發明相變儲熱式熱水器的控制方法另一實施例的流程示意圖。附圖標號說明：標號名稱標號名稱11外膽12保溫材料13內膽14導熱介質20進水管30出水管40換熱段50相變材料51導熱管52導熱容器53內殼60循環支管61三通閥62第二加熱器70防電閘插頭80開關閥90單向閥91加熱裝置本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。需要說明，若本發明實施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、後……)，則該方向性指示僅用於解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關係、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。另外，若本發明實施例中有涉及「第一」、「第二」等的描述，則該「第一」、「第二」等的描述僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護範圍之內。本發明提出一種相變儲熱式熱水器。在本發明實施例中，如圖1和圖2所示，該相變儲熱式熱水器包括內部設有導熱介質14的箱體，通常，該箱體包括外膽11，以及設置在外膽11內的內膽13，導熱介質14填充於內膽13內，為了減少內膽13內導熱介質14熱量的散失，提高內膽13保溫效果，在內膽13與外膽11之間填充有保溫材料12，該保溫材料12可以是聚氨酯或環戊烷等材料。其中，導熱介質14選擇為具有高導熱性的介質，如導熱油和水等。如圖1所示，本發明相變儲熱式熱水器還包括具有進水口(未標示)和出水口(未標示)的換熱管路，該換熱管路包括與導熱介質14接觸的換熱段40，一進水管20通過進水口與換熱段40連通，一出水管30通過出水口與換熱段40連通的。通常，進水口和出水口設於箱體外，進水管20與外部水源裝置連接，如與用戶的自來水管連接，出水管30與花灑連接；為了防止該相變儲熱式熱水器中的水倒流至外部水源裝置，在進水管20上設置單向閥90。為了實現本發明相變儲熱式熱水器儲熱的功能，在該箱體內設有導熱件，如圖2和3所示，該導熱件內部填充有相變材料50，且該導熱件與上述導熱介質14接觸，如此，通過設於導熱介質14中的加熱裝置91的加熱作用可將箱體內的導熱介質14加熱，而導熱介質14又會將熱量傳遞給導熱件，最終實現了將熱量存儲在導熱件內的相變材料50中，該過程即為儲熱過程。其中，加熱裝置91優選為電加熱器，其具有體積小和效率高的優點。當用戶需要使用熱水時，如圖1所示，冷水從進水管20進入，經換熱管路的進水口進入換熱段40，由於，經儲熱過程後的導熱介質14和導熱件內的相變材料50的溫度較高，且換熱段40與導熱介質14接觸，如此，換熱段40中的冷水會吸收導熱介質14中的熱量，而導熱介質14中的熱量被換熱段40中的冷水吸收導致溫度降低，導熱介質14又會從相變材料50中吸收熱量，因此，換熱段40中的冷水在經過換熱段40的吸熱過程後從出水口流入出水管30時，從出水管30就會流出用戶需要的熱水；由於想變材料中存儲的熱量較多，因此可供給用戶較多的熱水，以滿足用戶需求。由於是設於導熱介質14中的加熱裝置91給導熱介質14加熱，導熱介質14再將熱量傳遞給相變材料50，即加熱裝置91不是直接給相變材料50加熱，如此，能夠有效避免加熱裝置91與相變材料50接觸的局部溫度過高而破壞相變材料50，導致相變材料50變性而失去儲熱功能。必須要說的是，由於導熱件是通過導熱介質14與換熱段40進行換熱，如此，實現了換熱段40與導熱件中的相變材料50的隔離設置，即使換熱段40漏水，導熱件中的相變材料50也不會進入換熱段40內汙染用戶的生活用水，從而保證了用戶用水安全。且此時，相變材料50也可以使用偏鹼性或含有一定重金屬的材料，從而提高儲能密度，進一步減小設備體積以及降低成本。為了提高導熱介質14與導熱件換熱的效率，如圖1至3所示，設置導熱件包括多個內部填充有相變材料50的導熱管51，如此，可提高導熱件與導熱介質14的接觸面積，進而提高換熱的速度。當然，為了保障換熱的均勻性，設置導熱管51均勻地分布於導熱介質14中，如此，可實現多個導熱管51均勻地與導熱介質14接觸，從而保證導熱介質14中的熱量均勻地傳遞給導熱管51中的想變材料，不至於有些地方的相變材料50溫度很高，而有些地方的相變材料50還沒有發生相變，而影響儲能效果。優選地，如圖2和3所示，可設置多個導熱管51呈蜂窩狀排布於相變材料50中，以進一步地提高換熱的效率和均勻性。此外，還可在導熱管51的外壁設置翅片，以進一步提高導熱管51與導熱介質14的換熱效率。為了進一步地提高該相變儲熱式熱水器的儲熱量，如圖1至3所示，設置導熱件還包括具有內殼53和外殼的導熱容器52，外殼與箱體的內膽13抵接，內殼53與導熱介質14接觸，內殼53和外殼之間填充有相變材料50。如此，提高了該相變儲熱式熱水器中的相變材料50的量，進而可以存儲更多的熱量，保證提供充足的熱量供用戶置換出大量的熱水，避免了用戶因熱水器體積小而不能滿足大量熱水使用的需求，從而減少了用戶因熱水器體積小而需等待的時間，提高了該相變儲熱式熱水器的出水量。值得一提的是，外殼與箱體的內膽13可以設置為一體結構，如此，可簡化結構，提高相變儲熱式熱水器的成本和生產效率。由於上述相變儲熱式熱水器的結構使冷水從進水管20到出水管30的管路只有一條，如圖1所示，即從進水管20到換熱管路到出水管30，導致從出水管30出來的熱水的溫度不容易控制，如若用戶需要某一特定溫度範圍或某一特定溫度的水時，不能滿足用戶需求，為此可設置一循環支管60，該循環支管60的兩端分別與進水口和出水口連通，且循環支管60與換熱管路形成一循環管路，如此，從出水管30出來的水為換熱管路中的水和循環支管60中的水的混合水，通過合理地設置循環管路和進水管20的連接位置，能夠調節從換熱管路中流入出水管30的熱水量和從循環支管60中流入出水管30的冷水量，即可控制從出水管30流出的水的溫度，以滿足用戶想要的水溫要求。優選地，如圖1所示，將循環支管60設於箱體外，以方便在循環支管60上設置閥門，方便控制水路的流向；且通過設置該循環支管60，如此，循環管路中的一部分管路是設置在箱體外，當循環管路出現一些故障問題時，通過該箱體外的管路即可方便地檢修循環管路中的故障，而不需要破壞箱體對箱體內的管路進行檢修。如圖1所示，為了更好地控制出水管30的出水溫度，位於箱體外的循環管路上設置三通閥61，且出水管30通過該三通閥61與出水口連通，由於從出水管30出來的水包括從換熱管路流入的水和從循環支管60流入的水，即其是混合水，因此出水管30的出水溫度往往不容易精確地控制，而通過設置該三通閥61，由於出水管30與該三通閥61的一個埠連通，該三通閥61的另外兩個埠分別流入換熱管路的水和循環支管60的水，通過設置三通閥61的埠的流入量，即設置從換熱管路流入的水量和從循環支管60流入的水量，就能夠調節通過該三通閥61流入出水管30的水溫，從而實現出水管30的水溫滿足用戶的需求。優選地，可設置該三通閥61為恆溫閥，如此，可實現出水管30出水溫度的自動調節，進一步地方便用戶地使用。當用戶的熱水用量較多，導致相變材料50中儲存的熱量加上同時開啟加熱裝置91的供熱量仍不能及時地使出水管30的出水溫度滿足使用需求時，可在循環管路上位於箱體外的管路內設置第二加熱器62，如圖1所示，如此，開啟該第二加熱器62可提高出水管30的出水溫度，以滿足用戶的大量熱水需求。優選地，該第二加熱器62，可選擇為常用的電加熱器，該電加熱器具有體積小、功率大的特點，不僅容易安裝而且能夠滿足熱量的使用需求。優選地，如圖1所示，設置第二加熱器62位於從進水管20至換熱管路的進水方向的管路上，相較於將該第二加熱器62設置在靠近從換熱管路至出水管30的出水方向上，通過該第二加熱器62可提高進入換熱管路的水溫，能夠最大限度地釋放相變材料50中的熱量，提高能源利用率。為了實現該相變儲熱式熱水器工作的自動化，只需用戶設置好水溫、時間等參數，即可從出水管30出來用戶想要的水溫，設置該相變儲熱式熱水器還包括一與三通閥61和加熱裝置91電連接的控制模塊，控制模塊用於控制三通閥61和加熱裝置91的工作。具體地，可通過該控制模塊設置三通閥61的出水溫度，然後依靠相變材料50中儲存的熱量給冷水加熱，使出水溫度達到使用需求，若相變材料50中的熱量不能滿足出水溫度的要求，則該控制模塊自動開啟加熱裝置91供熱。當然，該控制模塊也可以與第二加熱器62電連接，若開啟加熱裝置91後仍不能滿足出水溫度的需求的熱量，則控制模組繼續開啟第二加熱器62進一步供熱，以滿足用戶的用水需求。為了自動地控制加熱裝置91的工作使其通過導熱介質14給相變材料50加熱，設置該相變儲熱式熱水器還包括一與控制模塊電連接的測溫模塊，測溫模塊的溫度探頭設於相變材料50中，如此，可設置加熱相變材料50的最高溫度，如一般設置為75℃，當溫度探頭檢測相變材料50的溫度低於75℃，則控制模塊控制加熱裝置91給導熱介質14加熱，直至相變材料50的溫度達到75℃。由於相變材料50一般對人體有害，儘管本方案中已經將導熱件中的相變材料50和換熱段40進行了隔離設置，不過為了徹底防止相變材料50洩露到出水管30後從出水管30流出而對人體造成損傷，在出水管30上設有一與控制模塊電連接的開關閥80和相變材料檢測模塊，相變材料檢測模塊用於檢測出水管30中的相變材料50，如圖1所示，在出水管30的出水方向上，相變材料檢測模塊位於開關閥80之後，如此，當相變材料50洩露進入換熱管路並流入出水管30，在到達開關閥80之前，該相變材料檢測模塊會及時檢測到相變材料50的洩露，然後控制模塊會封閉開關閥80的導通，防止相變材料50從出水口流出而傷害到人體。優選地，該開關閥80可選擇為電磁閥，且將該相變材料檢測模塊集成於該電磁閥中，如此，可減少兩者安裝時所佔用的空間。本發明還提出一種相變儲熱式熱水器的控制方法，其中，該相變儲熱式熱水器包括內部設有導熱介質14的箱體；加熱裝置91，加熱裝置91設於導熱介質14中；導熱件，導熱件設於箱體內並與導熱介質14接觸，且導熱件內部填充有相變材料50；換熱管路，換熱管路具有進水口和出水口，換熱管路包括與導熱介質14接觸的換熱段40；進水管20，進水管20通過進水口與換熱段40連通；出水管30，出水管30通過出水口與換熱段40連通。具體的，如圖4所示，該相變儲熱式熱水器的控制方法包括：步驟S10：檢測相變材料50的溫度是否達到閾值；具體地，可通過一測溫模塊來檢測相變材料50的溫度，如將該測溫模塊的溫度探頭設置在相變材料50中，預先設置相變材料50的最高溫度，如一般設置為75℃，當溫度探頭檢測到相變材料50的溫度達到最高溫度時，則發出提示信號(如語音信號等)，提醒用戶進行相應操作，或者通過一與該測溫模塊連接的控制模塊自動進行相應的操作。步驟S20：若是，控制第一加熱器停止工作。具體的，當相變材料50的溫度達到最高溫度時，用戶可根據測溫模塊的提示信號手動關閉第一加熱器，停止對相變材料50的加熱，也可以通過控制模塊自動控制第一加熱器停止工作。本發明的實施例中，優選為通過一控制模塊實現自動控制，如此，可減少用戶的參與，節省用戶的時間。為了控制從出水管30流出的水的溫度，設置一循環支管60，該循環支管60的兩端分別與進水口和出水口連通，以使循環支管60與換熱管路形成一循環管路，如此，從出水管30出來的水為換熱管路中的水和循環支管60中的水的混合水，通過合理地設置循環管路和進水管20的連接位置，能夠調節從換熱管路中流入出水管30的熱水量和從循環支管60中流入出水管30的冷水量，即可控制從出水管30流出的水的溫度，以滿足用戶想要的水溫要求。當用戶的熱水用量較多，導致相變材料50中儲存的熱量加上同時開啟加熱裝置91的供熱量仍不能及時地使出水管30的出水溫度滿足使用需求時，可在循環管路上設置第二加熱器62，如此，開啟該第二加熱器62可提高出水管30的出水溫度，以滿足用戶的大熱量需求。優選地，該第二加熱器62，可選擇為常用的電加熱器，該電加熱器具有體積小、功率大的特點，不僅容易安裝而且能夠滿足熱量的使用需求。因此，該相變儲熱式熱水器的控制方法還包括：當出水管30出水時，控制第二加熱器62工作。如此，可提高出水管30的出水溫度，以滿足用戶的大熱量需求。優選地，設置第二加熱器62位於從進水管20至換熱管路的進水方向的管路上，相較於將該第二加熱器62設置在靠近從換熱管路至出水管30的出水方向上，通過該第二加熱器62可提高進入換熱管路的水溫，能夠最大限度地釋放相變材料50中的熱量，提高能源利用率。為了防止該相變儲熱式熱水器漏電，導致漏電傷人事件發生，將該相變儲熱式熱水器通過一防電閘插頭70與電源連接，相變儲熱式熱水器的控制方法還包括：通過防電閘插頭70檢測相變儲熱式熱水器是否漏電，若是，則斷開相變儲熱式熱水器與電源的連接。具體地，將該相變儲熱式熱水器中的電氣部件均連接到該防電閘插頭70，如此，只要檢測到相變儲熱式熱水器中的任一電氣部件漏電，即可及時地切斷該相變儲熱式熱水器與電源的連接，有效防止該相變儲熱式熱水器漏電而影響用戶的人身安全。由於相變材料50一般對人體有害，為了防止相變材料50洩露到出水管30後從出水管30流出，為此，本發明還提出另一種相變儲熱式熱水器的控制方法，其中，該相變儲熱式熱水器包括內部設有導熱介質14的箱體；加熱裝置91，加熱裝置91設於導熱介質14中；導熱件，導熱件設於箱體內並與導熱介質14接觸，且導熱件內部填充有相變材料50；換熱管路，換熱管路具有進水口和出水口，換熱管路包括與導熱介質14接觸的換熱段40；進水管20，進水管20通過進水口與換熱段40連通；出水管30，出水管30通過出水口與換熱段40連通；且在出水管30上設有相變材料檢測模塊。具體的，如圖5所示，該相變儲熱式熱水器的控制方法包括：步驟S100：相變材料檢測模塊檢測出水管30內是否包含相變材料50；步驟S200：若包含，則關閉出水管30。具體地，可在出水管30上設有一與控制模塊電連接的開關閥80和相變材料檢測模塊，在出水管30的出水方向上，相變材料檢測模塊位於開關閥80之後，相變材料檢測模塊用於檢測出水管30中的相變材料50，如此，當相變材料50洩露進入換熱管路並流入出水管30，在到達開關閥80之前，該相變材料檢測模塊會及時檢測到相變材料50的洩露，然後控制模塊會封閉開關閥80的導通，防止相變材料50從出水口流出而傷害到人體。優選地，該開關閥80可選擇為電磁閥，且將該相變材料檢測模塊集成於該電磁閥中，如此，可減少兩者安裝時所佔用的空間。以上所述僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是在本發明的發明構思下，利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的
技術領域：
均包括在本發明的專利保護範圍內。當前第1頁1 2 3