專(zhuān)利名稱(chēng)：一種外盤(pán)蓄熱模箱和冷凝換熱器的組合式蓄熱水箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于熱泵熱水器的外盤(pán)蓄熱模箱和冷凝換熱器的組合式蓄熱水箱。
背景技術(shù)：
熱泵熱水器的水箱通常由水箱內(nèi)膽、保溫層和加熱管(即冷凝器)組成，加熱管道通常包覆在水箱內(nèi)膽外側(cè)和保溫層之間或者內(nèi)裝在水箱內(nèi)膽中，常見(jiàn)的加熱管多為薄壁銅管，薄壁銅管大多呈螺旋狀纏繞在水箱內(nèi)膽外側(cè)表面或按螺旋盤(pán)繞后內(nèi)裝在水箱內(nèi)膽之中。制冷劑流經(jīng)加熱管冷凝放熱，水箱中的水吸收冷凝熱，溫度上升。對(duì)于加熱器為單管形式的圓薄壁銅管外盤(pán)式的水箱，薄壁換熱器銅管與水箱側(cè)面的接觸為圓弧面與平面的接觸，接觸面積較小。熱量?jī)H能從制冷劑側(cè)通過(guò)薄壁銅圓管與水箱內(nèi)膽平面的線(xiàn)接觸傳導(dǎo)到水箱內(nèi)部的水中，熱阻較大，嚴(yán)重影響熱量的傳導(dǎo)效率，加大壓縮機(jī)的負(fù)荷功率。由于熱阻大，為了增強(qiáng)換熱性能，冷凝盤(pán)管必須盤(pán)繞密度高且冷凝系統(tǒng)內(nèi)制冷劑流程長(zhǎng)，壓降大，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差。對(duì)于薄壁銅管構(gòu)成的冷凝器置于水箱內(nèi)部的形式，由于冷凝換熱器的換熱管直接浸泡于水中。由于腐蝕作用，換熱器管道容易破裂積垢，制冷劑泄露直接進(jìn)入水箱，水管積垢后其換熱性能也會(huì)大幅度下降。銹蝕或微生物繁殖產(chǎn)生的生物粘泥也嚴(yán)重影響生活用水的水質(zhì)，現(xiàn)階段歐洲等國(guó)家已經(jīng)不容許熱泵熱水器采用內(nèi)盤(pán)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于蓄熱材料的蓄熱能力比水要高，因此采用蓄熱材料對(duì)熱泵冷凝熱的儲(chǔ)存比水蓄熱要大的多。加裝有蓄熱模箱的蓄熱水箱，在蓄熱能力相當(dāng)?shù)那闆r下，能有效減少水箱體積，使應(yīng)用了蓄熱模箱技術(shù)的熱泵熱水器結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時(shí)還具有延長(zhǎng)水箱內(nèi)熱水的保溫時(shí)間的優(yōu)勢(shì)。蓄熱模箱在放熱的過(guò)程中，可以起到穩(wěn)定出水溫度、減緩出水溫度下降速度的作用?，F(xiàn)有蓄熱模箱的放置方式主要是置于水箱內(nèi)部，模箱與水直接接觸。模箱置于水箱內(nèi)部有使水箱內(nèi)部水溫分布更加均勻，與水換熱速率更快等優(yōu)點(diǎn)。但由于直接浸泡水中，仍存在銹蝕破損等影響水質(zhì)安全的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種外盤(pán)式冷凝換熱器的蓄熱水箱，克服現(xiàn)有技術(shù)層面上的缺點(diǎn)和不足在滿(mǎn)足用水健康和出水溫度的前提下，增強(qiáng)換熱效率，降低能源消耗，延長(zhǎng)水箱內(nèi)部水的保溫時(shí)間，提高系統(tǒng)使用的經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種外盤(pán)式冷凝換熱器的蓄熱水箱，包括外殼、蓄熱模箱、蓄熱材料、水箱內(nèi)膽、冷凝換熱器和絕熱材料，所述蓄熱材料填充于蓄熱模箱內(nèi)(蓄熱模箱上開(kāi)有灌注口，用于填裝蓄熱材料)，絕熱材料發(fā)泡于外殼與水箱內(nèi)膽之間，水箱內(nèi)膽上設(shè)有進(jìn)、出水口 ；所述蓄熱模箱外包于水箱內(nèi)膽的外壁，所述冷凝換熱器外包于水箱內(nèi)膽的外壁。當(dāng)水溫高于相變材料溫度時(shí)，蓄熱材料處于吸熱狀態(tài)而且自身溫度不斷上升，到、達(dá)相變溫度時(shí)，相變材料開(kāi)始融化蓄熱且溫度穩(wěn)定不變。當(dāng)蓄熱材料完全融化，其自身溫度繼續(xù)往上升高。當(dāng)水箱重新加入冷水(使用熱水)或者因長(zhǎng)時(shí)間保溫，水的熱量散失時(shí)，水箱中水溫低于相變蓄熱材料溫度時(shí)，蓄熱材料開(kāi)始將之前所儲(chǔ)存的熱量放出，從而達(dá)到預(yù)熱冷水、穩(wěn)定出水溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間。通過(guò)蓄熱技術(shù)將用電時(shí)間和用水時(shí)間匹配起來(lái)，從而達(dá)到錯(cuò)峰用電、節(jié)能環(huán)保的目的。優(yōu)選地，所述蓄熱模箱與水箱內(nèi)膽一體成型。
優(yōu)選地，所述冷凝換熱器采用盤(pán)管式換熱器。優(yōu)選地，所述盤(pán)管式換熱器的橫截面的形狀為D型，使得換熱器的換熱管道與內(nèi)膽壁采用面面接觸。優(yōu)選地，所述冷凝換熱器采用微通道冷凝器，所述微通道冷凝器包括兩條豎直的進(jìn)、出口集流管及在兩集流管間上下等間距排布的扁管束，所述集流管和扁管束之間相連通，所述扁管束的扁平面與水箱內(nèi)膽的外壁貼合在一起。水內(nèi)膽與換熱器扁管束接觸面間可以涂抹高導(dǎo)熱系數(shù)材料(如導(dǎo)熱硅膠等)增大兩者之間的熱導(dǎo)率。優(yōu)選地，所述冷凝換熱器采用一個(gè)微通道冷凝器，其中一條集流管的下部設(shè)有冷媒出口管，另一條集流管的上部設(shè)有冷媒進(jìn)口管。優(yōu)選地，所述冷凝換熱器采用兩個(gè)微通道冷凝器并聯(lián)而成，兩個(gè)微通道冷凝器的進(jìn)口集流管通過(guò)冷媒流通管連通，兩個(gè)微通道冷凝器的出口集流管通過(guò)冷媒流通管連通，其中一條冷媒流通管位于集流管的下部，并連通有冷媒出口管，另一條冷媒流通管位于集流管的上部，并連通有冷媒進(jìn)口管。優(yōu)選地，所述蓄熱模箱設(shè)于水箱上部，所述冷凝換熱器設(shè)于水箱下部。優(yōu)選地，所述蓄熱模箱設(shè)于水箱上部和下部，所述冷凝換熱器設(shè)于水箱中部。優(yōu)選地，所述蓄熱材料的相變溫度點(diǎn)在進(jìn)口與出口水溫之間。蓄熱模箱采用銅或者各種高導(dǎo)熱性材料為外殼，冷凝換熱器換熱管道的布管密度或者布管長(zhǎng)度，由系統(tǒng)設(shè)計(jì)水箱所需加熱量的大小確定。從壓縮機(jī)出來(lái)的高溫高壓制冷劑流經(jīng)該冷凝換熱器后，熱量傳遞路線(xiàn)為制冷劑-換熱器管壁-內(nèi)膽壁-水-蓄熱模箱壁-蓄熱材料，同時(shí)由內(nèi)膽壁直接加熱相變蓄熱模箱壁。冷凝換熱器一般可置于水箱的下部，冷水從水箱下部進(jìn)入蓄熱模箱，經(jīng)過(guò)外盤(pán)式冷凝盤(pán)管加熱后，熱水由于熱對(duì)流等作用上升到水箱上部，從而加熱蓄熱材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)所述蓄熱模箱和冷凝換熱器均設(shè)于水箱內(nèi)膽的外壁，由于避免了直接浸泡于水中，從而保證了水質(zhì)的安全，同時(shí)也使得蓄熱模箱壁和冷凝換熱器壁免受腐蝕，延長(zhǎng)了它們的使用壽命；由于它們不再占用水箱內(nèi)膽的體積，從而增大了水箱的蓄水量。(2)所述盤(pán)管式換熱器的橫截面的形狀為D型，冷凝換熱器的換熱管道與內(nèi)膽壁采用面面接觸；由于微通道冷凝器中采用了微通道扁管結(jié)構(gòu)，扁管壁面與水箱壁面也采用面面換熱，從而增大換熱面積，降低熱阻，提高了系統(tǒng)的換熱效率，降低系統(tǒng)能耗。接觸面處可涂有導(dǎo)熱硅膠，增大兩者間的導(dǎo)熱系數(shù)，換熱熱阻降低，換熱效率增加。(3)本發(fā)明蓄熱材料并沒(méi)有外包在冷凝換熱器上。蓄熱器與冷凝器分開(kāi)的設(shè)置，有利于提高熱水對(duì)機(jī)組的響應(yīng)速度。冷凝換熱器的冷凝熱直接加熱熱水，當(dāng)水溫上升到一定的時(shí)候，由于水溫與蓄熱材料產(chǎn)生溫差，熱水上升到一定的溫度(該溫度與蓄熱材料的相變溫度有關(guān))再加熱蓄熱材料，但并不延緩水箱內(nèi)水溫的上升速率。(4)蓄熱模箱直接與水箱內(nèi)膽加工成一體，減少了蓄熱模箱壁這一環(huán)節(jié)在熱量傳輸中的熱損耗。
(5)由于微通道冷凝器換熱效率高，材料可以從銅制換熱器變成鋁制換熱器，生產(chǎn)成本降低。微通道冷凝器承受壓力能力高，特別是在采用系統(tǒng)冷凝壓力高的R410A制冷劑時(shí)，換熱器承壓不易變形。(6)組合式冷凝器流程短，壓降損失低；單片式微通道冷凝器加工工藝簡(jiǎn)單。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I蓄熱水箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2蓄熱水箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3蓄熱水箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例4蓄熱水箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例I冷凝換熱器展開(kāi)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖I的俯視圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例2冷凝換熱器展開(kāi)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖2的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例I如圖I所示，一種外盤(pán)式冷凝換熱器的蓄熱水箱，包括外殼I、蓄熱模箱2、蓄熱材料5、水箱內(nèi)膽3、冷凝換熱器4和絕熱材料6，所述蓄熱材料5填充于蓄熱模箱2內(nèi)，蓄熱材料5的相變溫度點(diǎn)在進(jìn)口與出口水溫之間；絕熱材料6發(fā)泡于外殼I與水箱內(nèi)膽3之間，水箱內(nèi)膽3上設(shè)有進(jìn)、出水口 7、8 ;所述蓄熱模箱2外包于水箱內(nèi)膽3的外壁，蓄熱模箱2與水箱內(nèi)膽3 —體成型；所述冷凝換熱器4外包于水箱內(nèi)膽3的外壁；所述蓄熱模箱2設(shè)于水箱上部，冷凝換熱器4設(shè)于水箱下部。所述冷凝換熱器4采用一個(gè)微通道冷凝器，所述微通道冷凝器包括兩條豎直的進(jìn)、出口集流管42、46及在兩集流管間上下等間距排布的扁管束41，所述進(jìn)、出口集流管42,46和扁管束41之間相連通，所述扁管束41的扁平面與水箱內(nèi)膽3的外壁貼合在一起；其中出口集流管46的下部設(shè)有冷媒出口管43，進(jìn)口集流管42的上部設(shè)有冷媒進(jìn)口管44。如圖I所示，高溫高壓的制冷劑從壓縮機(jī)出口流到冷凝換熱器中與水箱中的冷水進(jìn)行換熱，冷水被加熱后由于熱對(duì)流的作用上升到水箱上部。當(dāng)被加熱的熱水溫度比相變蓄熱器內(nèi)的蓄熱材料溫度要高時(shí)。由于溫差傳熱，熱水把一部分的熱量通過(guò)內(nèi)膽壁，蓄熱模箱壁然后存儲(chǔ)到蓄熱材料中。蓄熱模箱以潛熱的方式對(duì)熱量進(jìn)行存儲(chǔ)，并起到一個(gè)保溫層的作用。當(dāng)用戶(hù)大量使用熱水時(shí)，水箱上部水的溫度逐步降低。當(dāng)降到一定溫度時(shí)，蓄熱模箱開(kāi)始對(duì)水箱體內(nèi)部水進(jìn)行放熱。從而提高出水溫度，解決大量用水時(shí)出水溫度快速下降的缺點(diǎn)。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間不使用熱水時(shí)，蓄熱器還能起到保溫層的效果，延緩箱內(nèi)水溫下降。水箱完成加熱和蓄熱過(guò)程后，用戶(hù)用水時(shí)，熱水從水箱上部流出。冷水從水箱下端進(jìn)入儲(chǔ)水箱后經(jīng)過(guò)下部蓄熱模箱進(jìn)行預(yù)熱，然后再由冷凝換熱器加熱。完成最終的熱水加熱過(guò)程。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同之處在于所述蓄熱模箱2設(shè)于水箱上部和下部，所述冷凝換熱器4設(shè)于水箱中部。所述冷凝換熱器4采用兩個(gè)微通道冷凝器并聯(lián)而成，兩個(gè)微通道冷凝器的進(jìn)口集流管42通過(guò)冷媒流通管45連通，兩個(gè)微通道冷凝器的出口集流管46通過(guò)冷媒流通管45連通，其中一條冷媒流通管位于出口集流管46的下部，并連通有冷媒出口管43，另一條冷 媒流通管位于進(jìn)口集流管42的上部，并連通有冷媒進(jìn)口管44。實(shí)施例3如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同之處在于所述冷凝換熱器4采用盤(pán)管式換熱器，其橫截面的形狀為D型。實(shí)施例4如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2的不同之處在于所述冷凝換熱器4采用盤(pán)管式換熱器，其橫截面的形狀為D型。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，不受換熱器的外盤(pán)方法及其與水箱的相對(duì)位置、蓄熱材料的種類(lèi)的限制。在實(shí)際情況中，各種蓄熱器與各種換熱器(包括薄壁銅管換熱器和微通道冷凝器等)分別外包于水箱外側(cè)的組合均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種外盤(pán)蓄熱模箱和冷凝換熱器的組合式蓄熱水箱，包括外殼、蓄熱模箱、蓄熱材料、水箱內(nèi)膽、冷凝換熱器和絕熱材料，所述蓄熱材料填充于蓄熱模箱內(nèi)，絕熱材料發(fā)泡于外殼與水箱內(nèi)膽之間，水箱內(nèi)膽上設(shè)有進(jìn)、出水口 ；其特征在于，所述蓄熱模箱外包于水箱內(nèi)膽的外壁，所述冷凝換熱器外包于水箱內(nèi)膽的外壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述蓄熱模箱與水箱內(nèi)膽一體成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述冷凝換熱器采用盤(pán)管式換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述盤(pán)管式換熱器的橫截面的形狀為D型。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述冷凝換熱器采用微通道冷凝器，所述微通道冷凝器包括兩條豎直的進(jìn)、出口集流管及在兩集流管間上下等間距排布的扁管束，所述集流管和扁管束之間相連通，所述扁管束的扁平面與水箱內(nèi)膽的外壁貼合在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述冷凝換熱器采用一個(gè)微通道冷凝器，其中一條集流管的下部設(shè)有冷媒出口管，另一條集流管的上部設(shè)有冷媒進(jìn)口管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述冷凝換熱器采用兩個(gè)微通道冷凝器并聯(lián)而成，兩個(gè)微通道冷凝器的進(jìn)口集流管通過(guò)冷媒流通管連通，兩個(gè)微通道冷凝器的出口集流管通過(guò)冷媒流通管連通，其中一條冷媒流通管位于集流管的下部，并連通有冷媒出口管，另一條冷媒流通管位于集流管的上部，并連通有冷媒進(jìn)口管。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述蓄熱模箱設(shè)于水箱上部，所述冷凝換熱器設(shè)于水箱下部。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述蓄熱模箱設(shè)于水箱上部和下部，所述冷凝換熱器設(shè)于水箱中部。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的蓄熱水箱，其特征在于，所述蓄熱材料的相變溫度點(diǎn)在進(jìn)口與出口水溫之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種外盤(pán)蓄熱模箱和冷凝換熱器的組合式蓄熱水箱，包括外殼、蓄熱模箱、蓄熱材料、水箱內(nèi)膽、冷凝換熱器和絕熱材料，所述蓄熱材料填充于蓄熱模箱內(nèi)，絕熱材料發(fā)泡于外殼與水箱內(nèi)膽之間，水箱內(nèi)膽上設(shè)有進(jìn)、出水口；所述蓄熱模箱外包于水箱內(nèi)膽的外壁，所述冷凝換熱器外包于水箱內(nèi)膽的外壁。本發(fā)明由于避免了蓄熱模箱和冷凝換熱器直接浸泡于水中，從而保證了水質(zhì)的安全，同時(shí)也使得蓄熱模箱壁和冷凝換熱器壁免受腐蝕，延長(zhǎng)了它們的使用壽命；由于它們不再占用水箱內(nèi)膽的體積，從而增大了水箱的蓄水量。
文檔編號(hào)F24H9/00GK102635948SQ20121013359
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉超鵬, 巫江虹, 王凱 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)