[发明专利]层级式相变储热水箱

说明书

技术领域

本发明涉及热水器领域，具体涉及一种热水器的层级式相变储热水箱。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是：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。

本发明的技术方案是：本发明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。