CN120557806A - 水箱及热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热管理技术领域，提供了一种水箱及热泵热水器，所述水箱包括：箱体、冷媒管和相变储热组件；所述冷媒管和所述相变储热组件设置于所述箱体内；所述冷媒管包括若干个环形管以及连接管；所述环形管水平设置，相邻的环形管通过连接管连通；所述相变储热组件包括多个相变储热板，各所述相变储热板水平设置于所述箱体内，相邻所述环形管之间具有至少一个所述相变储热板。如此配置，本发明中的冷媒管包括多层水平的环形管，层层环形管之间便于存储多块相变储热板，有利于提高水箱的空间利用率，进而提高单位体积的储热量。

Description

水箱及热泵热水器

技术领域

本发明涉及热管理技术领域，特别涉及一种水箱及热泵热水器。

背景技术

热泵热水器通常配备有水箱，传统水箱利用水的比热容进行显热存储，水的比热容密度为4.2J/(g.℃)，其单位体积的储热量较低。

相变材料的比热容密度较高，相变储热技术可以使热量进行高效的存储和转换，有效的解决了热量传递中“时间”与“空间”上的不平衡、不匹配问题。相变材料利用“显热+潜热”储热模式，普通储热材料潜热值可达到250kJ/kg左右。将相变储热技术应用于热泵热水器后，相同体积下的水箱，单位体积的储热量显著提升。

现有的相变材料应用于水箱，一般是将相变材料简单的填充在水箱内，水箱的冷媒管穿过相变材料。上述设置方式，一方面会导致相变材料的放置变得比较困难，又使得水箱内填充的相变储热组件的数量有限，导致水箱的空间利用率低，单位体积的储热量的提升效果不明显。

因此，基于上述技术问题，需要一种水箱，该水箱通过冷媒管和相变储热组件结构以及装配方式的改进，保证水箱较高的空间利用率，提高换热和储热效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水箱及热泵热水器，该水箱通过冷媒管和相变储热组件结构以及装配方式的改进，保证水箱较高的空间利用率，提高换热和储热效果。

本发明提供了一种水箱，包括：箱体、冷媒管和相变储热组件；

所述冷媒管和所述相变储热组件设置于所述箱体内；

所述冷媒管包括若干个环形管以及连接管；

所述环形管水平设置，且各所述环形管沿竖向排列设置，所述环形管上具有一缺口并在缺口的周向两侧形成了环形管的进口和出口；一所述环形管的进口与相邻的另一所述环形管的出口通过所述连接管连通；

所述相变储热组件包括多个相变储热板，各所述相变储热板水平设置于所述箱体内，相邻所述环形管之间具有至少一个所述相变储热板。

可选地，所述相变储热板包括若干个第一相变储热板和若干个第二相变储热板；

各所述第一相变储热板和各所述第二相变储热板沿竖向排列且交替设置；

所述箱体上具有沿第一水平方向相对的第一侧壁和第二侧壁；所述第一相变储热板连接于所述第一侧壁，且第一相变储热板与所述第二侧壁之间具有第一过流间隙，所述第二相变储热板连接于所述第二侧壁，且所述第二相变储热板与所述第一侧壁之间具有第二过流间隙；

相邻两个所述环形管之间具有至少一个所述第一相变储热板和至少一个所述第二相变储热板。

可选地，各所述环形管的进口沿竖向正对；和/或，各所述环形管的出口沿竖向正对。

可选地，所述连接管竖直延伸，各所述连接管的中轴线共线。

可选地，所述冷媒管还包括弯头，所述连接管通过弯头与所述环形管的进口和出口连接。

可选地，所述冷媒管还包括进液管；

位于最上方的所述环形管的进口与所述进液管连接，所述进液管经所述箱体的顶部穿设至所述箱体外。

可选地，所述冷媒管还包括回液管，位于最下方的所述环形管的出口与所述回液管连接，所述回液管向上延伸并经所述箱体的顶部穿设至所述箱体外；

和/或，所述箱体上设置有进液口和出液口，所述出液口位于所述进液口的上方。

可选地，所述冷媒管包括回液管时，所述回液管穿过各所述环形管的中部向上延伸。

可选地，所述相变储热板包括第一相变储热板和多个第二相变储热板且所述冷媒管包括回液管时；

所述回液管与所述连接管沿第一水平方向排列设置，且所述连接管靠近所述第一侧壁设置，所述回液管靠近所述第二侧壁设置；

所述第一相变储热板靠近所述第一侧壁一侧开设有用于避让所述连接管的第一避让槽，所述第二相变储热板靠近所述第二侧壁一侧开设有用于避让所述回液管的第二避让槽。

本发明还提供了一种热泵热水器，所述热泵热水器设置有上述所述的水箱。

综上所述，本发明提供了一种水箱，包括：箱体、冷媒管和相变储热组件；所述冷媒管和所述相变储热组件设置于所述箱体内；所述冷媒管包括若干个环形管以及连接管；所述环形管水平设置，且各所述环形管沿竖向排列设置，所述环形管上具有一缺口并在缺口的周向两侧形成了环形管的进口和出口；一所述环形管的进口与相邻的另一所述环形管的出口通过所述连接管连通；所述相变储热组件包括多个相变储热板，各所述相变储热板水平设置于所述箱体内，相邻所述环形管之间具有至少一个所述相变储热板。

如此配置，本发明中的冷媒管包括多层水平的环形管，层层环形管之间放置相变储热板。该结构的冷媒管并不会影响相变储热板的安装，使得相变储热板方便的安装于水箱中且稳定可靠。

本发明中的冷媒管通过多层相互连通的环形管，使得冷媒的流动行程较长，利于冷媒的充分热交换，以提高换热效率。

本发明中的冷媒管中各个环形管水平设置，且通过竖直的连接管连接，使得相邻的环形管之间的空间较大，该空间内便于存储多块相变储热板，有利于提高水箱的空间利用率，进而提高单位体积的储热量。

附图说明

图1为本发明一实施例的水箱的结构示意图；

图2为本发明一实施例的水箱的局部结构示意图；

图3为本发明一实施例的冷媒管的局部结构示意图；

图4为本发明一实施例的第一相变储热板和第二相变储热板的分布结构统示意图。

其中，附图中：

10-箱体；101-第一侧壁；102-第二侧壁；11-进液口；12-出液口；

20-冷媒管；21-环形管；211-缺口；212-进口；213-出口；22-连接管；23-弯头；24-进液管；25-回液管；

30-相变储热组件；31-第一相变储热板；311-第一避让槽；32-第二相变储热板；321-第二避让槽；

41-第一过流间隙；42-第二过流间隙；

a-第一水平方向。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的水箱作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”或“多个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。此外，如在本发明中所使用的，“安装”、“相连”、“连接”，一元件“设置”于另一元件，应做广义理解，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，诸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右等的方向术语相对于示例性实施方案如它们在图中所示进行使用，向上或上方向朝向对应附图的顶部，向下或下方向朝向对应附图的底部。

本实施例提供了一种水箱，该水箱可应用于热泵热水器中用于水的热交换。

请参考图1所示，水箱包括：箱体10、冷媒管20和相变储热组件30。

本实施例中，第一水平方向a对应于图1中的左右方向，对应于图2中的前后方向。图1中为表示清楚箱体10的内部结构，将图1中箱体10的前侧面板隐藏；同理，图2中也隐藏箱体10的一侧面板(对应于图1中的右侧面板)和底部面板。

所述冷媒管20和所述相变储热组件30设置于所述箱体10内，箱体10呈长方体，箱体10的长度方向沿竖向延伸。

请参考图1至图3所示，所述冷媒管20包括若干个环形管21以及连接管22。

所述环形管21水平设置，此处的水平设置是指环形管21的姿态水平，环形管21的管体截面为圆形。各所述环形管21沿竖向排列设置，由于箱体10沿竖向呈长条形，故在箱体10内部竖向排列设置多个环形管21，环形管21的具体数量可以基于换热要求确定。

结合图2和图3所示，所述环形管21上具有一缺口211，故环形管21并非严格意义上的闭环。在缺口211的周向两侧形成了环形管21的进口212和出口213，此处的周向是指环形管21管体延伸的方向。各所述环形管21的所述缺口211沿竖向正对设置，一所述环形管21的进口212与相邻的另一所述环形管21的出口213通过连接管22连通，故各个环形管21为相互连通的关系，当冷媒通入环形管21内时，冷媒可在各个环形管21中流动。

环形管21与箱体10的内侧壁保持一定间隙，即环形管21与箱体10的内侧壁不接触，当箱体10内充满水时，使得环形管21与箱体10内的水直接接触，达到较好的热交换效果。

本实施例中环形管21整体轮廓呈圆环形，在其他可替代的实施中，环形管21整体轮廓可设置为椭圆环形或者其他的近似闭合形状。

请参考图2和图3所示，各所述环形管21的进口212均位于缺口211的右侧，各个环形管21的进口212沿竖向正对。各所述环形管21的出口213均位于缺口211的左侧，且各所述环形管21的出口213沿竖向正对。即各个环形管21内部冷媒的流向均为逆时针流动，各个环形管21内部冷媒流动方向保持一致。反之亦然。

其中所述连接管22竖直延伸，各所述连接管22的中轴线共线，即保证各个连接管22相对环形管21的相对位置保持一致。

由于环形管21的出口213与相邻的环形管21的进口212在周向方向存在错位关系，若通过连接管22直连，则连接管22会倾斜设置而不会竖直延伸。为补偿该错位关系使得连接管22竖直延伸，故所述冷媒管20还增设弯头23，所述连接管22通过弯头23与所述环形管21的进口212和出口213连接。本实施例中弯头23为直角弯头，通过弯头23的设置补偿上述错位关系，以使得连接管22竖直延伸。各连接管22竖直延伸且共线的设置方式，利于相变储热组件30中各相变储热板的安装以及标准化生产，其具体效果结合下述的相变储热组件30进一步介绍。

请继续参考图2和图3所示，所述冷媒管20还包括进液管24和回液管25；

位于最上方的所述环形管21的进口212与所述进液管24连接，所述进液管24经所述箱体10的顶部穿设至所述箱体10外。进液管24的中轴线与其他的连接管22的中轴线共线。

位于最下方的所述环形管21的出口213与所述回液管25连接，所述回液管25弯折后向上延伸并经所述箱体10的顶部穿设至所述箱体10外；回液管25向上延伸的部分优选竖直延伸，各所述环形管21围绕所述回液管25设置，即回液管25穿过环形管21中部向上延伸，回液管25不占用环形管21外部的空间，便于水箱的各部件的整体布局。此外，回液管25竖向向上延伸的设置方式也利于相变储热组件30中各相变储热板的安装以及标准化生产，其具体效果结合下述的相变储热组件30进一步介绍。

上述的进液管24和回液管25均向上延伸经过箱体10的顶部伸出，进液管24与外部供液设备连接，回液管25与外部冷媒存储结构相连。进液管24和回液管25的连接方式属于热泵热水器的现有技术，此处不再赘述。

此外，所述箱体10上设置有进液口11和出液口12，所述出液口12位于所述进液口11的上方。进液口11用于供水，出液口12用于出水。如图2所示，其中进液口11和出液口12均开设于箱体10的同一侧壁上。

上述的冷媒管20的设置方式，使得冷媒上进上出，冷媒管20不经过箱体10的底部，从而可避免在箱体10的底部开孔，以彻底消除箱体10底部泄露的风险。冷媒经过进液管24通入后，依次经过各个环形管21逆时针流动，其流动的行程较长，便于与箱体10内的水进行充分的热交换。

本实施例中，箱体10设置为长方体，在其他可替代的实施例中，箱体10可以设置为圆柱结构或者其他的形状，箱体10的具体形状可以基于实际使用需求适应性的调整。

本实施例中，环形管21的管体截面为圆形，在其他可替代的实施例中，环形管21的管体截面可以设置为矩形或者其他的形状，环形管21的管体截面的具体形状可以基于实际使用需求适应性的调整。

请参考图1和图4所示；所述相变储热组件30包括多个相变储热板，各所述相变储热板水平设置于所述箱体10内，相邻所述环形管21之间具有至少一个所述相变储热板。

相变储热板包括板体和相变材料，板体内部具有存储空间，相变材料密封填充于存储空间内部。相变材料在特定的温度下发生物相变化，并伴随着吸收或放出热量，可用来控制周围环境的温度，或用以储存热能。它把热量或冷量储存起来，在需要时再把它释放出来，从而提高了能源的利用率。储热材料例如可采用石蜡或其他已知的材料。相变储热板为现有技术，此处不再赘述。

请参考图1和图4所示，所述相变储热板包括多个第一相变储热板31和多个第二相变储热板32；

各所述第一相变储热板31和各所述第二相变储热板32沿竖向排列且交替设置；

所述箱体10上具有沿第一水平方向a相对的第一侧壁101和第二侧壁102，其中第一侧壁101对应于图1中箱体10的右侧壁，第二侧壁102对应于图1中箱体10的左侧壁。

所述第一相变储热板31连接于所述第一侧壁101，且第一相变储热板31与所述第二侧壁102之间具有第一过流间隙41，所述第二相变储热板32连接于所述第二侧壁102，且所述第二相变储热板32与所述第一侧壁101之间具有第二过流间隙42。

第一相变储热板31和第二相变储热板32可通过插装、螺钉拧紧等方式连接于箱体10的侧壁上。

优选第一相变储热板31和第二相变储热板32与第一侧壁101第二侧壁102之外的其余侧壁密封接触或连接。

本实施例中，相邻两个所述环形管21之间具有两个第一相变储热板31和两个所述第二相变储热板32。由于各环形管21水平设置，故使得相邻环形管21之间的空间较大，利于设置多个相变储热板，有助于提高箱体的空间利用率，便于相变储热板的放置，且提高箱体内单位体积的储能密度。此外，相邻的环形管21匹配定量的相变储热板，有利于环形管21内的冷媒、水以及与相变储热板之间的热交换。

在其他可替代的实施例中，相邻两个所述环形管21之间可以设置一个第一相变储热板31和一个所述第二相变储热板32；或者可设置更多个第一相变储热板31和更多个所述第二相变储热板32，相邻两个所述环形管21之间的第一相变储热板31和第二相变储热板32的数量可以基于实际使用需求适应性的调整。

结合图4所示，则第一相变储热板31和第二相变储热板32构成了由下至上往复折返的过流通道。各相变储热板不仅仅用于储存相变材料，同时在整个蓄水箱内起到增加扰动和增加水流程的效果，提高热交换效率。

请继续参考图1和图2所示，所述回液管25与所述连接管22沿第一水平方向a排列设置，且所述连接管22靠近所述第一侧壁101设置，所述回液管25靠近所述第二侧壁102设置；

所述第一相变储热板31靠近所述第一侧壁101一侧(图1中的右侧)开设有用于避让所述连接管22的第一避让槽311。由于各个连接管22竖直延伸，且各个连接管22轴线共线，故各第一相变储热板31上的第一避让槽311开设位置相同，利于第一相变储热板31的标准化生产。

所述第二相变储热板32靠近所述第二侧壁102一侧(图1中的左侧)开设有用于避让所述回液管25的第二避让槽321。由于回液管25竖直延伸，故各第二相变储热板32上的第二避让槽321开设位置相同，利于第一相变储热板31的标准化生产。

本发明的水箱内始终充满水，箱体10内充满水时，水液面与出液口12最低处等高。

在相变储热板储热时，进液口11停止注水，冷媒通过进液管24注入，在各个环形管21内循环流动，并经过出液管25流出。冷媒循环流动过程中，通过冷媒管20与箱体10内的水产生热交换，且水与箱体10内的相变储热板发生热交换，相变储热板内部的相变材料发生相变，相变储热板储热。

在相变储热板储热完成时，且相变储热板进行放热时，冷媒管20内的冷媒可停止循环流动，此时通过进液口11向箱体10内注水，且箱体10内的水向上通过过流通道折返流动，并经过出液口12流出。此时箱体10内的水与相变储热板发生热交换，相变储热板放热，水吸热升温。

当然，在其他可替代的实施例中，相变储热板进行放热时，冷媒也可以在冷媒管20内循环流动，此时冷媒、箱体10内的水以及相变储热板三者同时发生热交换。

上述的水箱，采取水平环形管21配合连接管22形成的冷媒管20内的冷媒制热，环形管21的进口212和出口213转弯处设计弯管连接流通，该结构稳定牢固。相变材料填充于相变储料板的板体中，防止泄露与腐蚀。水作为供热工质在冷媒管与相变储热板间流动。相变储热板放置于两层环形管21中，一侧紧贴水箱的内壁，另外一侧留有空隙，对水流换热形成扰流作用。达到冷媒管制热，相变材料储热，水供热用户端的目的。

本实施例中的冷媒管20包括多层水平的环形管21，层层环形管21之间放置相变储热板。该结构的冷媒管使得相变储热板的安装较为方便，使得相变储热板方便的安装于水箱中且稳定可靠。

本实施例中的冷媒管20中各个环形管21水平设置，且通过竖直的连接管22连接，使得相邻的环形管21之间的空间较大，该空间内便于存储多块相变储热板，有利于提高水箱10的空间利用率，进而提高单位体积的储热量。

本实施例中的冷媒管20通过多层相互连通的环形管21，使得冷媒的流动行程较长，利于冷媒的充分热交换，以提高换热效率。

第一相变储热板31和第二相变储热板32的一侧紧贴水箱10的内壁且由固定点固定，另一侧与水箱10的侧壁之间留有间隙，以形成折返的过流通道。该设置方式一方面便于各相变储热板的固定安装，另一方面也保障水流从每层储料板之间流动，且流动行程较长，利于增大换热面积，形成扰流效应增强换热效果。可有效的减小热泵热水器的体积，水箱代替冷凝器可提升系统的能效比，达到节能的目的。

本实施例还提供了一种热泵热水器，所述热泵热水器设置有上述所述的水箱。热泵热水器还包括蒸发器和压缩机等部件，热泵热水器的各部件以及各个部件的连接方式均为现有技术，此处不再赘述。热泵热水器例如可以为空气热源热泵热水器。其中水箱的空间利用率较优，单位空间内设置的相变储热板数量交多。故在相同的储热要求下，可以减小水箱的体积，进而降低整个热泵热水器的体积，使其安装更加方便，应用范围和使用场景更广，且由于水箱的换热效率更高使热泵热水器的使用舒适度更好。同时，由于所述相变储热板的换热效率及换热速率更高，所述热泵热水器能够提高对水的加热速度，并能够保证出水温度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种水箱，其特征在于，包括：箱体、冷媒管和相变储热组件；

所述冷媒管和所述相变储热组件设置于所述箱体内；

所述冷媒管包括若干个环形管以及连接管；

所述环形管水平设置，且各所述环形管沿竖向排列设置，所述环形管上具有一缺口并在缺口的周向两侧形成了环形管的进口和出口；一所述环形管的进口与相邻的另一所述环形管的出口通过所述连接管连通；

所述相变储热组件包括多个相变储热板，各所述相变储热板水平设置于所述箱体内，相邻所述环形管之间具有至少一个所述相变储热板。

2.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，所述相变储热板包括若干个第一相变储热板和若干个第二相变储热板；

各所述第一相变储热板和各所述第二相变储热板沿竖向排列且交替设置；

所述箱体上具有沿第一水平方向相对的第一侧壁和第二侧壁；所述第一相变储热板连接于所述第一侧壁，且第一相变储热板与所述第二侧壁之间具有第一过流间隙，所述第二相变储热板连接于所述第二侧壁，且所述第二相变储热板与所述第一侧壁之间具有第二过流间隙；

相邻两个所述环形管之间具有至少一个所述第一相变储热板和至少一个所述第二相变储热板。

3.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，各所述环形管的进口沿竖向正对；和/或，各所述环形管的出口沿竖向正对。

4.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，所述连接管竖直延伸，各所述连接管的中轴线共线。

5.如权利要求4所述的水箱，其特征在于，所述冷媒管还包括弯头，所述连接管通过弯头与所述环形管的进口和出口连接。

6.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，所述冷媒管还包括进液管；

位于最上方的所述环形管的进口与所述进液管连接，所述进液管经所述箱体的顶部穿设至所述箱体外。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的水箱，其特征在于，所述冷媒管还包括回液管，位于最下方的所述环形管的出口与所述回液管连接，所述回液管向上延伸并经所述箱体的顶部穿设至所述箱体外；

和/或，所述箱体上设置有进液口和出液口，所述出液口位于所述进液口的上方。

8.如权利要求7所述的水箱，其特征在于，所述冷媒管包括回液管时，所述回液管穿过各所述环形管的中部向上延伸。

9.如权利要求7所述的水箱，其特征在于，所述相变储热板包括第一相变储热板和多个第二相变储热板且所述冷媒管包括回液管时；

所述回液管与所述连接管沿第一水平方向排列设置，且所述连接管靠近所述第一侧壁设置，所述回液管靠近所述第二侧壁设置；

所述第一相变储热板靠近所述第一侧壁一侧开设有用于避让所述连接管的第一避让槽，所述第二相变储热板靠近所述第二侧壁一侧开设有用于避让所述回液管的第二避让槽。

10.一种热泵热水器，其特征在于，所述热泵热水器设置有如权利要求1至9中任意一项所述的水箱。