一種相變儲熱夾套式水箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種相變儲熱夾套式水箱，屬于熱水器【技術(shù)領(lǐng)域】。該水箱包括具有進(jìn)、出水結(jié)構(gòu)的金屬儲水內(nèi)膽和包圍內(nèi)膽的保溫外殼，所述內(nèi)膽的膽壁至少局部形成由內(nèi)壁和外壁構(gòu)成的金屬夾層結(jié)構(gòu)，所述夾層結(jié)構(gòu)至少形成兩個相互隔離的夾套腔，其中之一為灌裝相變材料的儲熱夾套腔，另一為具有換熱介質(zhì)進(jìn)、出口的換熱夾套腔。本發(fā)明的雙腔夾層結(jié)構(gòu)可以在采用相同重量金屬材料的前提下，獲得最大的內(nèi)膽剛度和容積，即防止對內(nèi)膽的損傷，又避免產(chǎn)生空隙降低換熱效率，一舉多得。
【專利說明】一種相變儲熱夾套式水箱
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲水容器，尤其是一種相變儲熱夾套式水箱，屬于熱水器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，借助相變材料儲存太陽或其它熱源的熱能，進(jìn)而在需要時通過換熱裝置利用儲存的熱能加熱水箱中的水，以滿足人們生活、工作所需，已得到實(shí)際應(yīng)用。
[0003]此類中國發(fā)明專利有200910048479.5《一種太陽能相變蓄熱熱水器》、201010197705.9《相變蓄能熱泵熱水器》等。據(jù) 申請人:了解，現(xiàn)有技術(shù)中的相變材料設(shè)置主要由內(nèi)置與外置兩種方式。內(nèi)置方式將相變材料直接安置在介質(zhì)容器中，其缺點(diǎn)是減少了容器的有效容積；外置方式將相變材料安置在單獨(dú)的儲熱裝置內(nèi)，其缺點(diǎn)是換熱效率較低。
[0004]專利號為201010271298.1的中國專利公開了《一種相變儲熱節(jié)能型電熱水器》，其熱水器外殼和內(nèi)膽之間的保溫層采用復(fù)合保溫層設(shè)計(jì)，復(fù)合保溫層由聚氨酯泡沫隔熱層和相變儲熱層組成，這樣雖然可以通過儲熱-隔熱耦合的雙重保溫實(shí)現(xiàn)儲水式電熱水器的節(jié)能，但存在以下問題:由于相變儲熱層介于水箱內(nèi)膽和隔熱保溫層之間，為宏膠囊封裝且有一定厚度，因此相變儲熱層在相變過程中的體積變化很大。理論和試驗(yàn)表明，若制造時主要考慮相變材料的固態(tài)體積，則相變材料變?yōu)橐簯B(tài)時體積變大，對內(nèi)膽外壁形成外壓，易使其內(nèi)癟變形造成損傷；若制造時主要考慮相變材料的液態(tài)體積，則相變材料變?yōu)楣虘B(tài)時體積變小，內(nèi)膽、相變儲熱層、聚氨酯隔熱層之間將產(chǎn)生空隙，使熱水器的保溫性能變差。此夕卜，相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)不高，加上宏膠囊封裝后，導(dǎo)熱系數(shù)更加低，不利于進(jìn)行熱交換。
[0005]申請?zhí)枮?01210455077.9的中國專利公開了一種儲熱水箱，該水箱內(nèi)部設(shè)有一個發(fā)熱內(nèi)膽，水箱夾套中裝有熔點(diǎn)在50°C的相變儲熱介質(zhì)，發(fā)熱內(nèi)膽中裝有沸點(diǎn)在30°C左右的介質(zhì)。據(jù)介紹，這種設(shè)計(jì)可以增加導(dǎo)熱介質(zhì)的循環(huán)速度，提高太陽能集熱器與水箱的換熱速度。當(dāng)熱水溫度高于50°C時，儲熱材料將從熱水中吸收大量的熱量儲存起來，并在水溫降低時放熱，保證水溫穩(wěn)定在50°C左右。然而，該設(shè)計(jì)的發(fā)熱內(nèi)膽占據(jù)儲水空間，并且使用沸點(diǎn)為30V左右的介質(zhì)易導(dǎo)致發(fā)熱內(nèi)膽的壓力高，存在安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種不僅可以借助相變材料儲存并在需要時快速釋放多余熱量，而且結(jié)構(gòu)緊湊、不占用內(nèi)膽儲水空間，同時避免內(nèi)膽變形和產(chǎn)生空隙的相變儲熱夾套式水箱，從而獲得理想的儲熱、換熱效果。
[0007]為了達(dá)到以上目的， 申請人:對諸多需要解決的問題進(jìn)行了多角度綜合考慮，形成了本發(fā)明的相變儲熱夾套式水箱基本技術(shù)方案:包括具有進(jìn)、出水結(jié)構(gòu)的金屬儲水內(nèi)膽和包圍內(nèi)膽的保溫外殼，所述內(nèi)膽的膽壁至少局部形成由內(nèi)壁和外壁構(gòu)成的金屬夾層結(jié)構(gòu)，所述夾層結(jié)構(gòu)至少形成兩個相互隔離的夾套腔，其中之一為灌裝相變材料的儲熱夾套腔，另一為具有換熱介質(zhì)進(jìn)、出口的換熱夾套腔。[0008]工作時，外部熱源通過傳熱介質(zhì)通過自然循環(huán)或強(qiáng)制循環(huán)方式進(jìn)入換熱夾套腔，對儲水內(nèi)膽進(jìn)行加熱。在儲水內(nèi)膽水溫升高的同時，儲熱夾套腔中的相變材料可以通過內(nèi)膽壁獲取熱量。當(dāng)溫度達(dá)到相變材料的熔點(diǎn)時，相變材料吸取熱量完成相變轉(zhuǎn)換并儲存潛熱。當(dāng)用戶持續(xù)使用儲水內(nèi)膽中的水時，隨著冷水不斷進(jìn)入，水溫會逐漸降低，此時相變儲熱裝置將通過內(nèi)膽壁快速釋放熱量，延緩水溫下降速度。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的雙腔夾層結(jié)構(gòu)不僅可以借助相變材料儲存并在需要時快速釋放多余熱量，而且外圍儲熱夾套腔和換熱夾套腔不占用內(nèi)膽儲水空間，尤其是金屬夾層結(jié)構(gòu)對內(nèi)膽壁起到加強(qiáng)作用，可以在采用相同重量金屬材料的前提下，獲得最大的內(nèi)膽剛度和容積，即防止對內(nèi)膽的損傷，又避免產(chǎn)生空隙降低換熱效率，一舉多得。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的完善一是，所述儲熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽上部，所述換熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽下部。由于儲熱夾套腔與換熱夾套腔分離，外部熱源通過傳熱介質(zhì)進(jìn)入換熱夾套腔優(yōu)先對儲水內(nèi)膽下部加熱，并借助熱水升騰的自然對流作用使儲水內(nèi)膽上部的水溫也逐漸上升，同時，儲熱夾套腔中的相變材料可以通過內(nèi)膽壁獲取并儲存熱量，以便在需要時釋放。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的完善二是，所述儲熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽中上部，所述換熱夾套腔自下至上環(huán)繞內(nèi)膽的同時，將儲熱夾套腔包圍在其內(nèi)，形成局部雙夾套結(jié)構(gòu)。這樣，外部熱源通過傳熱介質(zhì)進(jìn)入換熱夾套腔對儲水內(nèi)膽下部加熱，同時也對儲熱裝置加熱。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的完善三是，所述儲熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽上半部，所述換熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽下半部，且其上端延伸到儲熱夾套腔外，形成對儲熱夾套腔的半包圍結(jié)構(gòu)。這樣，夕卜部熱源通過傳熱介質(zhì)進(jìn)入換熱夾套腔主要對儲水內(nèi)膽下部加熱，儲熱夾套與換熱夾套接觸部分主要被傳熱介質(zhì)加熱儲熱，而其余部分則主要在水溫升高時儲存熱量。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的完善四是，所述換熱夾套腔自下至上環(huán)繞內(nèi)膽的同時，所述儲熱夾套腔自下至上環(huán)繞換熱夾套腔，儲熱夾套腔處于換熱夾套腔外部，形成內(nèi)膽外的完整雙夾套結(jié)構(gòu)。工作時，外部熱源通過傳熱介質(zhì)進(jìn)入換熱夾套腔，同時對儲水內(nèi)膽和儲熱夾套腔內(nèi)的相變材料加熱。其優(yōu)點(diǎn)是儲熱夾套腔最大化，可儲存更多的熱量，且萬一儲熱夾套腔壁出現(xiàn)滲漏，也不會污染內(nèi)膽中的水，因此可以確保滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0014]本發(fā)明更進(jìn)一步的完善是，所述儲熱夾套腔和換熱夾套腔分別以螺旋方式環(huán)繞所述儲水內(nèi)膽。尤其是，所述儲熱夾套腔與換熱夾套腔的相鄰螺旋環(huán)繞腔具有共用隔壁。
[0015]本發(fā)明再進(jìn)一步的完善是，所述儲熱夾套腔和換熱夾套腔分別以不同旋向螺旋環(huán)繞在內(nèi)膽外。這樣可以使儲熱夾套腔和換熱夾套腔相互交叉，既有利于加固強(qiáng)化內(nèi)膽，又有助于提聞?chuàng)Q熱效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0018]圖2為圖1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為圖2的A處局部放大圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0021]圖5為圖4實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖7為本發(fā)明實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8為圖7的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例一
本實(shí)施例的相變儲熱夾套式水箱如圖1和圖2所示，金屬儲水內(nèi)膽5底部插入進(jìn)水管7和出水管1，并裝有電加熱器6，外部包圍保溫外殼2。內(nèi)膽5的膽壁中上部具有金屬夾層形成的儲熱夾套腔3，同時外壁自下至上環(huán)繞內(nèi)壁形成金屬夾層的換熱夾套腔4，且換熱夾套腔4將儲熱夾套腔3包圍在其內(nèi)，形成相互隔離的局部雙夾套結(jié)構(gòu)。儲熱夾套腔3灌裝相變材料，換熱夾套腔4具有分別位于其底部和頂部的換熱介質(zhì)進(jìn)、出口。
[0026]如圖3所示，儲熱夾套腔3由環(huán)繞壁3-2以及兩端的過渡環(huán)3_1構(gòu)成，過渡環(huán)3_1由分別與環(huán)繞壁3-2和內(nèi)膽內(nèi)壁貼附的兩端貼附段以及兩端貼附段之間的傾斜過渡段構(gòu)成。由儲熱夾套腔3穿出換熱夾套腔4的3-3是用于填充相變材料的罐裝口。換熱夾套腔的結(jié)構(gòu)相同，可以類推。該結(jié)構(gòu)成形、焊接簡單，焊接之后，容易保證密封，且對內(nèi)膽起到加強(qiáng)筋的作用，因此可以采用薄壁板材，降低成本。
[0027]工作時，外部熱源通過傳熱介質(zhì)進(jìn)入換熱夾套腔對儲水內(nèi)膽下部加熱，同時也對儲熱裝置加熱。在儲水內(nèi)膽水溫升高的同時，儲熱夾套腔中同時獲取并儲存熱量。這種局部雙夾套結(jié)構(gòu)對內(nèi)膽的加固作用更為顯著，并且換熱面積大，加熱與儲熱同時進(jìn)行，尤為適合與能源充分的外部熱源配套。
[0028]實(shí)施例二
本實(shí)施例的相變儲熱夾套式水箱如圖4和圖5所示，基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，不同之處在于儲熱夾套腔3環(huán)繞內(nèi)膽5上部，換熱夾套腔4環(huán)繞內(nèi)膽5下部。外部熱源通過傳熱介質(zhì)進(jìn)入換熱夾套腔優(yōu)先對儲水內(nèi)膽下部加熱，儲熱夾套腔中的相變材料可以通過內(nèi)膽壁獲取并儲存熱量。
[0029]由于儲水內(nèi)膽的出水口通常設(shè)置在上部，因此可以直接獲得儲熱夾套腔釋放的熱量，及時滿足用水需求。此外，儲熱夾套腔與換熱夾套腔分離，在熱交換過程中對內(nèi)膽產(chǎn)生的應(yīng)力相互分散，不會疊加，從而有助于保護(hù)內(nèi)膽。
[0030]實(shí)施例三
本實(shí)施例的相變儲熱夾套式水箱如圖6所示，基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例二相同，不同之處在于儲熱夾套腔3和換熱夾套腔4分別以螺旋方式環(huán)繞內(nèi)膽5。不難理解，構(gòu)成螺旋結(jié)構(gòu)儲熱夾套腔3和換熱夾套腔4的螺旋過渡環(huán)3-1對于內(nèi)膽具有更好的加固強(qiáng)化作用，且由于換熱夾套腔4具有分別位于其底部和頂部的換熱介質(zhì)進(jìn)、出口，因此換熱介質(zhì)進(jìn)入后將以旋流方式流動，從而提高與內(nèi)膽中水的熱交換效率，同時改善與儲熱夾套腔3中儲熱相變材料的熱交換效率。
[0031]實(shí)施例四
本實(shí)施例的相變儲熱夾套式水箱如圖7和圖8所示，基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例三類似，儲熱夾套腔3以間隔螺旋環(huán)繞在儲水內(nèi)膽5外，不同之處是，螺旋狀的換熱夾套腔4環(huán)繞在儲熱夾套腔3外，形成對儲熱夾套腔3的半包圍結(jié)構(gòu)。儲熱夾套腔3和換熱夾套腔4既可以選向相同，也可以不同旋向螺旋環(huán)繞在內(nèi)膽外。[0032]工作時，進(jìn)入換熱夾套腔4的傳熱介質(zhì)在儲熱夾套腔3的螺旋間隔處直接對儲水內(nèi)膽加熱，半包圍處則可以對相變材料加熱后儲熱。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)儲水內(nèi)膽容量較小時，可以通過適當(dāng)增大儲熱夾套腔的空間彌補(bǔ)內(nèi)膽中水蓄熱能力的不足。儲熱夾套腔被換熱夾套腔的半包圍比例可根據(jù)外部熱源的功率酌情進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0033]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的啟示，非創(chuàng)造性形成的等同替換或等效變換的技術(shù)方案，例如改變儲熱夾套腔和換熱夾套腔的內(nèi)外位置等等，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種相變儲熱夾套式水箱，其特征在于:包括具有進(jìn)、出水結(jié)構(gòu)的金屬儲水內(nèi)膽和包圍內(nèi)膽的保溫外殼，其特征在于:所述內(nèi)膽的膽壁至少局部形成由內(nèi)壁和外壁構(gòu)成的金屬夾層結(jié)構(gòu)，所述夾層結(jié)構(gòu)至少形成兩個相互隔離的夾套腔，其中之一為灌裝相變材料的儲熱夾套腔，另一為具有換熱介質(zhì)進(jìn)、出口的換熱夾套腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變儲熱夾套式水箱，其特征在于:所述儲熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽上部，所述換熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽下部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變儲熱夾套式水箱，其特征在于:所述儲熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽中上部，所述換熱夾套腔自下至上環(huán)繞內(nèi)膽的同時，將儲熱夾套腔包圍在其內(nèi)，形成局部雙夾套結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變儲熱夾套式水箱，其特征在于:所述儲熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽上半部，所述換熱夾套腔環(huán)繞內(nèi)膽下半部，且其上端延伸到儲熱夾套腔外，形成對儲熱夾套腔的半包圍結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變儲熱夾套式水箱，其特征在于:所述換熱夾套腔自下至上環(huán)繞內(nèi)膽的同時，所述儲熱夾套腔自下至上環(huán)繞換熱夾套腔，儲熱夾套腔處于換熱夾套腔外部,形成內(nèi)膽外的完整雙夾套結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的相變儲熱夾套式水箱，其特征在于:所述儲熱夾套腔和換熱夾套腔分別以螺旋方式環(huán)繞所述儲水內(nèi)膽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相變儲熱夾套式水箱，其特征在于:所述儲熱夾套腔和換熱夾套腔分別以不同旋向螺旋環(huán)繞在內(nèi)膽外。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相變儲熱夾套式水箱，其特征在于:所述儲熱夾套腔和換熱夾套分別由環(huán)繞壁以及兩端的過渡環(huán)構(gòu)成，所述過渡環(huán)由分別與環(huán)繞壁和內(nèi)壁貼附的兩端貼附段以及兩端貼附段之間的傾斜過渡段構(gòu)成。
【文檔編號】F24J2/46GK103591690SQ201310525940
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】朱慶國, 李 杰, 許昌 申請人:江蘇邁能高科技有限公司