本发明涉及热水器技术领域，特别涉及一种化学储能放热装置及燃气热水器。
背景技术：
燃气热水器一般安装于厨房间内，卫生间内的终端龙头或喷淋头的热水供水管路较长，在每次使用热水的初始阶段，由于无法对这段水管中的水进行加热，因此用水时都不可避免地放出一部分冷水，供水管路越长，冷水越多。
现有技术的解决方案有如下几种：
在终端龙头前加入即热式电热水器，快速对冷水加热，但这需要在用水环境中引入电源，给用户用水带来了不安全性；
在热水器与终端龙头之间增加循环水管，采用水泵将冷水循环至热水器加热后再使用，但是增加循环水管会给安装增加难度；
在终端龙头前加一个储热水装置，冷水会与储存的热水混合后再使用，可以有效提升冷水温度，但是如果长时间不使用，储存的热水温度会逐渐降低而失去作用，如果在装置内安装电加热装置则会给用户带来不安全性。
可知现有技术在解决燃气热水器零冷水方面存在安装难度大、安全性低的问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种化学储能放热装置及燃气热水器，可以解决燃气热水器供水管路中的冷水加热时引入电源或增加循环水管带来的安装难度大、安全性低的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明实施例的第一方面提供了一种化学储能放热装置，包括换热单元、储能单元、连接管和阀门；所述换热单元包括热交换外壳、第一腔体和储热盐，所述热交换外壳与所述第一腔体形成的第一空间内填充所述储热盐；所述储能单元包括具有第二腔体的外壳；所述连接管连接所述第一腔体和所述第二腔体，所述阀门设置在所述连接管上。
可选的，所述换热单元、所述储能单元和所述连接管三者构成相对密封的空间，且该密封空间具有一定真空度，保证所述换热单元和所述储能单元之间的流体物质的流动。
可选的，所述换热单元还包括储热盐载体，所述储热盐载体填充在所述第一空间内，用于负载所述储热盐。
可选地，储热盐载体与第一腔体的接触部位设置隔热层。
可选的，所述储能单元还包括吸附材料，所述外壳与所述第二腔体之间预留形成第二空间，所述吸附材料填充在所述第二空间内。
可选的，所述储热盐采用吸热分解能够产生至少一种流体状态生成物，且放热逆反应过程能够在设定时间内释放设定热量的盐类化合物。
可选的，所述化学储能放热装置还包括换热水管，所述换热水管设置在所述热交换外壳上，用于与外部管路连接，从而实现与外部管路内的流体进行热交换。
可选的，所述换热水管缠绕设置在所述热交换外壳上。
可选的，所述阀门为电磁阀或机械阀。
可选的，所述化学储能放热装置还包括壳体，所述换热单元、所述储能单元和所述连接管设置于所述壳体的内部。
本发明实施例的第二方面提供了一种燃气热水器，包括燃气热水器本体、出水管和上述的化学储能放热装置；所述燃气热水器本体的出水口上连接所述出水管；所述化学储能放热装置的换热单元设置于所述出水管上，实现与所述出水管内的水进行热交换。
可选的，当所述热交换外壳上设置所述换热水管时，所述换热水管的两端分别接入所述出水管。
可选的，所述化学储能放热装置设置于靠近所述出水管的出水口位置处。
可选的，所述燃气热水器还包括水温传感器、控制器和流量传感器；所述水温传感器的感应端设置于所述燃气热水器本体与所述化学储能放热装置之间的出水管内，所述水温传感器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述水流量传感器的输出端与所述控制器的输入端连接，用于将检测到的出水管内的水流量数据传输至所述控制器，所述控制器的输出端与所述阀门的控制端连接。
可选的，所述燃气热水器还包括气压传感器，所述气压传感器的感应端设置于换热单元的内部，所述气压传感器的输出端与所述控制器的输入端连接；当所述气压传感器检测到所述换热单元中的气压值由动态变化值逐渐稳定时，控制器控制阀门关闭。
通过本发明实施例提供的燃气热水器可达到以下的技术效果：
当用户使用燃气热水器进行洗浴或其他用途时，出水管中存留的冷水在排出过程中经过化学储能放热装置时迅速加热，在储存热能与释放热能的过程中不需要电加热，不需要增加循环水路，安装与使用过程更为便捷，提升用户使用燃气热水器的零冷水体验。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明一示例性实施例示出的一种燃气热水器的结构示意图；
图2是根据本发明一示例性实施例示出的换热单元的结构示意图；
图3是根据本发明一示例性实施例示出的储能单元的结构示意图；
图4-1是根据本发明一示例性实施例示出的储热盐进行吸热反应前的示意图；
图4-2是根据本发明一示例性实施例示出的储热盐进行吸热反应中的示意图；
图4-3是根据本发明一示例性实施例示出的储热盐进行吸热反应后的示意图。
附图标记说明：1、热水器本体；2、出水管；3、化学储能放热装置；4、进水管；5、喷淋头；31、换热单元；32、储能单元；33、连接管；34、阀门；35、换热水管；311、热交换外壳；312、第一腔体；313、储热盐；314、储热盐载体；321、外壳；322、第二腔体；323、吸附材料。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文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。对于实施例公开的结构、产品而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
如图1-3所示，根据本发明实施例的第一方面提供了一种化学储能放热装置3，包括换热单元31、储能单元32、连接管33和阀门34；换热单元31包括热交换外壳311、第一腔体312和储热盐313，热交换外壳311与第一腔体312形成的第一空间内填充储热盐313；储能单元32包括具有第二腔体322的外壳321；连接管33连接第一腔体312和第二腔体322，阀门34设置在连接管33上。
连接管33连接在换热单元31和储能单元32之间，用于实现换热单元31和储能单元32之间的热量传递。换热单元31与储能单元32以设定间距平行安装在化学储能放热装置3内，换热单元31和储能单元32可为圆柱形结构的罐体，储能单元32与换热单元31在结构上比较相似，第二腔体322用于存储化学反应过程中产生的气态或液态物质。
具体地，可将换热单元31和储能单元32放置在化学储能放热装置3的内部的底板上，为了确保能够稳固放置，可在化学储能放热装置3的底板上的指定位置处设置两个凹槽，用于放置换热单元31和储能单元32。其中，换热单元31与储能单元32的大小可相同，也可不同。阀门34用于导通或关闭连接管33，从而实现换热单元31和储能单元32之间反应物的移动。阀门34起到开关阀的作用，当需要进行热交换时阀门34打开，当不需要热交换时阀门34关闭。
换热单元31通过其热交换外壳311可实现与外部的热量交换。吸热化学反应过程中产生的气体通过第一腔体312慢慢溢出进入连接管33，最后进入到储能单元32的内部，以气体的形式存储于储能单元32中，或遇冷液化后以液体的形式存储于储能单元32中。因此，热交换外壳311一般采用热导性好的材料，如，金属银、金属铜、金属铝或导热石墨片等。
在一种可选的实施例中，化学储能放热装置3中，换热单元31、储能单元32和连接管33三者构成相对密封的空间，且该密封空间具有一定真空度，保证换热单元31和储能单元32之间的流体物质的流动与流动物质的储存。真空度的确定依据换热单元31和储能单元32的体积、储热盐313的具体种类等参数确定即可。如，真空度确定为103～104pa。
在一种可选的实施例中，换热单元31还包储热盐载体314，储热盐载体314填充在第一空间内，用于负载储热盐313。储热盐载体314作为储热盐313的载体，储热盐载体314中设置一些具有间隔的空隙，储热盐313设置在这些空隙中，对储热盐313起到一定的固定作用，同时，储热盐313分散设置在第一空间内，有利于吸热分解反应的进行和流动性物质的流动。储热盐载体314可选用岩棉材质。
可选的，储热盐载体314与第一腔体312的接触部位设置隔热层(图中未示出)。隔热层可选用石棉，除储热盐载体314与热交换外壳311接触的部位外，将储热盐载体314的其余部位(即，储热盐载体314与第一腔体312接触的部位)包围，隔热层可防止反应过程中产生的热量从热交换外壳311以外的其他部位流失。
在一种可选的实施例中，储能单元32还包括吸附材料323，如岩棉，外壳321与第二腔体322之间预留形成第二空间，吸附材料323填充在第二空间内。吸附材料323用于将气体物质转换为液体物质，同时对液体物质起到吸附作用。
在一种可选的实施例中，储热盐313采用吸热分解能够产生至少一种流体状态生成物，且放热逆反应过程能够在设定时间内释放设定热量的盐类化合物。储热盐313在换热单元31中进行吸热反应，储热盐313的产物通过连接管33从储能单元32进入换热单元31进行的放热反应。储热盐313的生成物中有气体可以使化学储能放热装置3的换热单元31和储能单元32之间通过连接管33进行物质的转移。
可选的，储热盐313和/或生成物发生化学反应的过程应具体满足以下条件：
吸收热量的化学反应能够在适当温度进行；
释放热量的化学反应应该在短时间内释放大量的热量，热量要求能够在1min内将5l水的温度提升10℃以上。
可选的，适当温度的范围在30～50℃。优选的，适当温度为40℃。人体在接触比正常体温高出3℃左右的水时是最舒服的。
本发明实施例的第一方面采用了热化学储热原理的“热能电池”。化学反应式如下：
可选的，储热盐313为氢氧化钙(化学式为ca(oh)2)或碳酸氢钠(化学式为nahco3)。如图4-1至4-3所示，当热交换外壳311获得外界的热量时，热量会通过热交换外壳311传递给换热单元31的内部，储热盐313吸收热量发生化学反应并产生一部分气体，化学反应形式为a+热量→b+c↑，如ca(oh)2+热量→cao+h2o↑或nahco3+热量→na2co3+h2o+co2↑；气体c从第一腔体312溢出，沿着连接管33扩散至储能单元32内，气体c会沿着连接管33扩散至储能单元32内，接触储能单元32中的低温吸附材料323后会变成液体，存储在储能单元32中，换热单元31吸收的热量越多，发生化学变化储热盐313就越多，储能单元32内储存的液态物质c就越多，当换热单元31与储能单元32内的压强平衡时，代表吸热反应完全，此时关闭阀门34，此时换热单元31内的储热盐313成分发生了变化，由物质a变为了物质b(如由ca(oh)2变为了cao)，储能单元32中的吸附材料324中增加了物质c(如h2o)。因为h2o的沸点与气压大小密切相关，比如在气压为104pa时，h2o的沸点为45.8℃；在气压为103pa时，h2o的沸点为7.0℃；因此，只要能够精准控制换热单元31和储能单元32的气压，即可以实现h2o在两个存储单元中的气态与液态的循环变化。
需要进行放热时(即为，对外部进行加热的过程)，开启阀门34，储能单元32内的物质c(如h2o或co2)迅速扩散至换热单元31内并与物质b(如cao或na2co3)发生放热反应，化学反应形式为b+c→a+热量，如cao+h2o→ca(oh)2+热量或na2co3+h2o+co2→nahco3+热量，热量会经过热交换外壳311传递给外界。阀门34可以控制物质c由储能单元32向换热单元31的扩散速度，即可以控制物质c与物质b在换热单元31内的反应时间与放热速率。
在一种可选的实施例中，化学储能放热装置还包括换热水管35，换热水管35设置在热交换外壳311上。换热水管35用于实现化学储能放热装置与外界流经热交换外壳311的热水之间的储热以及与外界流经热交换外壳311的冷水之间放热的过程。
在一种可选的实施例中，换热水管35缠绕设置在热交换外壳311上。将换热水管35缠绕设置在热交换外壳311上能够使流经换热水管35的热水或冷水与热交换外壳311进行更长时间的热交换，提高热交换的效率。
在一种可选的实施例中，阀门34为电磁阀或机械阀。当阀门34是机械阀时，机械阀可选用型号为gj41x-10z的铁管夹阀，可将铁管夹阀安装在连接管33的中间位置处，由用户根据使用习惯自行手动控制。
在一种可选的实施例中，化学储能放热装置3还包括壳体，换热单元31、储能单元32和连接管33设置于壳体的内部。壳体是对换热单元31、储能单元32和连接管33起到一个保护作用，可在壳体上开设检修门，以便于在日常检修过程中取出或放入换热单元31、储能单元32和连接管33。
根据本发明实施例的第二方面提供了一种燃气热水器，包括燃气热水器本体1、出水管2和上述的化学储能放热装置3；燃气热水器本体1的出水口上连接出水管2；化学储能放热装置3的换热单元31设置于出水管2上，实现与出水管2内的水进行热交换。
具体地，在化学储能放热装置3中，换热单元31为吸热和放热的单元部件，因此，只要将出水管2设置在换热单元31的热交换外壳311上即可。
如图1所示，在燃气热水器的出水管2的末端龙头或喷淋头5处的出水管2上设置一个化学储能放热装置3，当用户开启末端龙头或喷淋头5时，阀门34开启，化学储能放热装置3会将在储能单元32中储存的物质c通过连接管33传递给换热单元31，通过在换热单元31内进行放热反应，可以将热量通过热交换外壳311快速传递给流过的冷水，实现了用户使用过程中的零冷水效果，同时也避免了在用户用水过程中因设置电加热装置引起触电的风险。
在一种可选的实施例中，当热交换外壳311上设置换热水管35时，换热水管35的两端分别接入出水管2。换热水管35的作用是将出水管2与化学储能放热装置3连接，实现换热单元31与出水管2之间的热交换，当出水管2内流经热水时，阀门34开启，换热单元31中的储热盐313通过吸热化学反应产生的生成物由于换热单元3中的气压升高逐渐进入到储能单元32中被储存起来，当吸热化学反应达到饱和后阀门34关闭；当出水管2内流经冷水时，再次开启阀门34，由于储能单元32中气压较高，生成物又再次进入到换热单元31中，通过放热化学反应又重新生成储热盐313，同时对出水管2内流经的冷水进行快速加热。
可选的，出水管2包括第一段和第二段，第一段为从热水器本体1到换热单元31的一段，第二段为从换热单元31到出水口端的另一段，换热水管35连接在第一段与第二段之间。将出水管2分成两段，中间连接设置换热水管35可以达到更好的热交换效果，提升出水管2内存留的冷水的快速加热。
可选的，燃气热水器还包括水温传感器、控制器和水流量传感器；水温传感器的感应端设置于燃气热水器本体1与化学储能放热装置3之间的出水管2内，水温传感器的输出端与控制器的输入端连接，水流量传感器的输出端与控制器的输入端连接，用于将检测到的出水管内的水流量数据传输至控制器，控制器的输出端与阀门34的控制端连接。温度传感器感应出水管2内的实时水温，并将实时水温传输至控制器，水流量传感器监测出水管2内的实时水流量，并将实时水流量传输至控制器；控制器根据实时水温和实时水流量来控制阀门34的开度。当实时水温低于控制器内的预设水温时，控制打开阀门34，同时，控制器依据实时水流量数据、实时水温以及储热盐的反应热数据，获得阀门34的实际开度，而使控制器控制阀门34以实际开度打开，实现控制物质c由储能单元32向换热单元31的扩散速度，即控制物质c与物质b在换热单元31内的反应时间与放热速率；当实时水温高于控制器内的预设水温时，控制关闭阀门34。
当然，化学储能放热装置3可以在每次有热水流经换热水管35时打开阀门34进行储能，也可以每隔几次有热水流经换热水管35时打开阀门34进行储能。
本发明实施例的燃气热水器中，化学储能放热装置3装配至出水管2上后，是需要一个激活过程的，由于初始的化学储能放热装置3中的储热盐314，只有吸热分解后，才会进行放热化合的逆反应。因此，第一次使用化学储能放热装置3时，需要进行激活操作，之后就可以按照上述的方式进行自动控制。当然，也不排除用户手动控制阀门34的实施方式。
具体地，当阀门34是电磁阀时，电磁阀可选用2l-15型电磁阀，水温传感器可选用热敏电阻传感器或pt100型的温度传感器，控制器可选用bent品牌的双轴型控制器，水流量传感器可选用lwgyc型流量传感器，在燃气热水器本体1与化学储能放热装置3之间的出水管2的位置安装水流量传感器，在该位置处将水流量传感器套接安装在出水管2的外壁上。本发明中，控制器、电磁阀、温度传感器和水流量传感器的型号不限于上述列举的型号的器件，只是提供一种具体的可实现本发明的器件，其他具备相应功能的器件均可用于本发明。
可选的，燃气热水器还包括气压传感器，气压传感器的感应端设置于换热单元31的内部，压传感器的输出端与控制器的输入端连接；当气压传感器检测到换热单元31中的气压值达到预设气压值时，控制器控制阀门34关闭。其中，所述预设气压值为储能单元32内的流体分解产物达到饱和时的饱和气压值，该预设气压值可以预先测定储能单元32内的饱和气压值后写入控制器中，也可以通过在储能单元32内增加参比气压传感器，用于实时获取储能单元32内的参比气压值，当换热单元31中的气压值与参比气压值相等时，控制器控制阀门34关闭。气压传感器的设置是为了对化学储能放热装置3中通过吸热反应来储能的过程进行自动控制，是在上述水温传感器、控制器和水流量传感器对阀门34进行控制的基础上，实现对阀门34关闭更加精准地控制，即，将通过对气压传感器感应的气压值来判断阀门34的关闭，取代前述的控制器的“当实时水温高于控制器内的预设水温时，控制关闭阀门34”的控制步骤。具体地，气压传感器可选用ms5611-01ba型气压传感器，气压传感器的感应端可设置于换热单元31的第一腔体312的内壁上，换热单元31内的气压值从放热化合至吸热分解过程中，会一直处于动态变化中，但是当吸热分解反应达到一定程度后，如，储热单元32中储存的分解产物达到饱和状态时，此时，储热盐的吸热分解反应达到动态平衡，此时，换热单元31中的气压值不再变化，达到控制器内预存的预设气压值(或等于前述的参比气压传感器的参比气压值)，说明化学储能放热装置3的储能过程完成，控制器即可控制关闭电磁阀。从而实现对化学储能放热装置3的储热、放热过程的自动控制。
在一种可选的实施例中，化学储能放热装置3设置于靠近出水管2的出水口位置处。由于冷水存留在燃气热水器本体1与出水管2的末端出水口之间，化学储能放热装置3设置在出水口处有利于对出水管2内存留的更多冷水进行加热。
类似的技术方案有显热储热方案和潜热储热方案。显热储热方案中多数选择水为储热介质，将燃气加热或电加热的水储存在罐内，冷水流过时会与罐内的热水混合达到提升水温的目的；潜热储热方案中选择相变材料作为储热介质，利用材料在相变过程中的大量相变潜热来储存热量，相变材料可以选择无机盐或者石蜡等材料，潜热拥有更高的储热密度，不过相变材料的导热率低、过冷度大等缺点限制了其实际应用。
本发明实施例的第二方面通过在出水管的终端龙头前放置一个“热能电池”，即化学储能放热装置3，电池有充电和放电两个过程，“热能电池”存在充热和放热两个过程。在用户使用热水淋浴时，“热能电池”将出水管2中热水的热量逐渐存储起来即为充热；待到用户再次打开喷淋头5或水龙头时，“热能电池”将存储的热量迅速释放出来对冷水加热，此过程即为放热。充热过程中不需要电能和燃气能参与加热，可以通过换热水管35将出水管2中的热量存储起来。
根据本发明实施例提供的燃气热水器利用化学能储能的方法解决燃气热水器零冷水的问题。储存热能与释放热能的过程中不需要电加热，不需要增加循环水路，安装与使用过程更为便捷，提升用户使用燃气热水器的零冷水体验。化学能储热与放热过程中需要破坏反应物之间物理或化学键，储热密度远高于显热储能(比如水)和潜热储能，能够实现小体积存储大热量。化学储能放热装置中的换热单元与储能单元可由阀门分离，储能阶段换热单元和储能单元中的物质处于分离状态，化学能不会受外界的温度条件、放置时间等条件影响，有效时间久，不需要进行保温处理。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书不应理解为对本发明的限制。