相变储热式热水器及其控制方法与流程

本发明涉及热水器领域，特别涉及一种相变储热式热水器及其控制方法。

背景技术：

相变储热式热水器是通过在内胆中填充相变材料，并将换热器埋设于相变材料中，利用相变材料热焓值高，储能密度大的优点，将热能储存在相变材料中。当需要热水时，冷水通过换热器与相变材料进行热交换，以置换出相变材料中储存的热量。

目前已有的相变蓄热式热水器一般通过加热装置直接对相变材料进行加热，由于加热装置的加热温度一般很高，如此很容易导致相变材料损坏。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种相变储热式热水器，旨在间接对相变材料进行加热，以避免相变材料温度过高而损坏。

为实现上述目的，本发明提出的相变储热式热水器，包括内部设有相变材料的箱体，所述相变储热式热水器还包括：

换热管路，所述换热管路具有进水口和出水口，所述换热管路包括与所述相变材料接触的换热段，所述换热段包括位于所述换热段上部的上聚集部、位于所述换热段下部的下聚集部及连通所述上聚集部和所述下聚集部的连接部，所述连接部呈上下方向设置，所述连接部和/或所述下聚集部的外壁设有第一加热器；

进水管，所述进水管通过所述进水口与所述换热段连通；

出水管，所述出水管通过所述出水口与所述换热段连通。

优选地，所述第一加热器为薄膜加热器。

优选地，所述相变储热式热水器还包括一循环支管，所述循环支管的两端分别与所述进水口和所述出水口连通，且所述循环支管与所述换热管路形成一循环管路。

优选地，所述循环支管设于所述箱体外。

优选地，所述循环管路位于所述箱体外的管路上设有三通阀，所述出水管通过所述三通阀与所述出水口连通。

优选地，所述循环管路上位于所述箱体外的管路内设有第二加热器。

优选地，所述第二加热器位于从所述进水管至所述换热管路的进水方向的管路上。

优选地，所述第一加热器和所述第二加热器均与一防电闸插头连接。

优选地，所述连接部设有多个，且多个所述连接部均匀分布于所述相变材料中。

优选地，多个所述连接部呈蜂窝状排布。

优选地，所述相变储热式热水器还包括一与所述三通阀、第一加热器和第二加热器电连接的控制模块，所述控制模块用于控制所述三通阀、第一加热器和第二加热器的工作。

优选地，所述相变储热式热水器还包括一与所述控制模块电连接的测温模块，所述测温模块的温度探头设于所述相变材料中。

优选地，所述出水管上设有一与所述控制模块电连接的开关阀和相变材料检测模块，在所述出水管的出水方向上，所述相变材料检测模块位于所述开关阀之后，所述相变材料检测模块用于检测所述出水管中的相变材料。

本发明还提出一种相变储热式热水器的控制方法，所述相变储热式热水器包括内部设有相变材料的箱体，所述相变储热式热水器还包括：

换热管路，所述换热管路具有进水口和出水口，所述换热管路包括与所述相变材料接触的换热段，所述换热段包括位于所述换热段上部的上聚集部、位于所述换热段下部的下聚集部及连通所述上聚集部和所述下聚集部的连接部，所述连接部呈上下方向设置，所述连接部和/或所述下聚集部的外壁设有第一加热器；

进水管，所述进水管通过所述进水口与所述换热段连通；

出水管，所述出水管通过所述出水口与所述换热段连通；

所述相变储热式热水器的控制方法包括：

检测所述相变材料的温度是否达到阈值；

若是，控制所述第一加热器停止工作。

优选地，所述相变储热式热水器还包括一循环支管，所述循环支管的两端分别与所述进水口和所述出水口连通，且所述循环支管与所述换热管路形成一循环管路，所述循环管路上设有第二加热器，所述相变储热式热水器的控制方法还包括：

当所述出水管出水时，控制所述第二加热器工作。

优选地，所述相变储热式热水器通过一防电闸插头与电源连接，所述相变储热式热水器的控制方法还包括：

通过所述防电闸插头检测所述相变储热式热水器是否漏电，若是，则断开所述相变储热式热水器与所述电源的连接。

本发明还提出另一种相变储热式热水器的控制方法，所述相变储热式热水器包括内部设有相变材料的箱体，所述相变储热式热水器还包括：

换热管路，所述换热管路具有进水口和出水口，所述换热管路包括与所述相变材料接触的换热段，所述换热段包括位于所述换热段上部的上聚集部、位于所述换热段下部的下聚集部及连通所述上聚集部和所述下聚集部的连接部，所述连接部呈上下方向设置，所述连接部和/或所述下聚集部的外壁设有第一加热器；

进水管，所述进水管通过所述进水口与所述换热段连通；

出水管，所述出水管通过所述出水口与所述换热段连通；

所述相变储热式热水器的控制方法包括：

检测所述出水管内是否包含相变材料，若包含，则关闭所述出水管。

本发明技术方案通过采用包括具有进水口和出水口的换热管路，该换热管路包括与相变材料接触的换热段，其中，该换热段包括位于该换热段上部的上聚集部、位于换热段下部的下聚集部及连通上聚集部和下聚集部的连接部，连接部呈上下方向设置，且在连接部和/或下聚集部的外壁设有第一加热器，该第一加热器用于对换热段的相应位置加热。如此，通过进水管可向该换热管路中冲入生活用水，当换热管路中充满水时，通过设置在连接部和/或下聚集部的外壁的第一加热器可对连接部和/或下聚集部中的水加热，当该连接部和/或下聚集部中的水被加热成热水后，由于热水密度相对冷水密度较小，热水会不断沿着上下方向设置的连接部往上流，直至流至上聚集部，此时，上聚集部的冷水会往下流，从而形成自然对流，而无需在换热管路中设置水泵即能使水流动，大大简化了该相变储热式热水器的系统，不仅降低了该相变储热式热水器的功耗，而且提高了其运行的可靠性；热水在上升的过程中会将热量通过换热段传递给箱体中的相变材料，从而加热相变材料。同时，由于该第一加热器是设置在连接部和/或下聚集部的外壁，即该第一加热器没有直接地与用户使用的水直接接触，如此，可大大减少水垢的产生，一方面提高了热水器的出水质量，而且不容易出现水垢堵塞管路的问题，提高热水器的安全性和可靠性。而且，由于本方案的第一加热器不是直接给相变材料加热，如此，能够有效避免第一加热器与相变材料接触的局部温度过高而破坏相变材料，导致相变材料变性而失去储热功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明相变储热式热水器一施例的剖切示意图；

图2为本发明相变储热式热水器中的换热段的结构示意图；

图3为图2中所示的换热段的A-A向的剖面示意图；

图4为图3中所示的剖面示意图的实际效果图；

图5为图2中所示的换热段的侧视图；

图6为本发明相变储热式热水器的控制方法一实施例的流程示意图；

图7为本发明相变储热式热水器的控制方法另一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种相变储热式热水器。

在本发明实施例中，如图1所示，该相变储热式热水器包括内部设有相变材料的箱体，通常，该箱体包括外壳11，以及设置在外壳11内的内胆13，相变材料14填充于内胆13内，为了减少内胆13内相变材料14热量的散失，提高内胆13保温效果，在内胆13与外壳11之间填充有保温材料12，该保温材料12可以是聚氨酯或环戊烷等材料。

如图1所示，本发明相变储热式热水器还包括具有进水口(未标示)和出水口(未标示)的换热管路，该换热管路包括与相变材料14接触的换热段40，一进水管20通过进水口与换热段40连通，一出水管30通过出水口与换热段40连通的。通常，进水口和出水口设于箱体外，进水管20与外部水源装置连接，如与用户的自来水管连接，出水管30与花洒连接；为了防止该相变储热式热水器中的水倒流至外部水源装置，在进水管20上设置单向阀90。其中，该换热段40包括位于该换热段40上部的上聚集部41、位于换热段40下部的下聚集部43及连通上聚集部41和下聚集部43的连接部42，连接部42呈上下方向设置，且在连接部42和/或下聚集部43的外壁设有第一加热器，该第一加热器用于对换热段40的相应位置加热。如此，通过进水管20可向该换热管路中冲入生活用水，当换热管路中充满水时，通过设置在连接部42和/或下聚集部43的外壁的第一加热器可对连接部42和/或下聚集部43中的水加热，当该连接部42和/或下聚集部43中的水被加热成热水后，由于热水密度相对冷水密度较小，热水会不断沿着上下方向设置的连接部42往上流，直至流至上聚集部41，此时，上聚集部41的冷水会往下流，从而形成自然对流，而无需在换热管路中设置水泵即能使水流动，大大简化了该相变储热式热水器的系统，不仅降低了该相变储热式热水器的功耗，而且提高了其运行的可靠性；热水在上升的过程中会将热量通过换热段40传递给箱体中的相变材料14，从而加热相变材料14。同时，由于该第一加热器是设置在连接部42和/或下聚集部43的外壁，即该第一加热器没有直接地与用户使用的水直接接触，如此，可大大减少水垢的产生，一方面提高了热水器的出水质量，而且不容易出现水垢堵塞管路的问题，提高热水器的安全性和可靠性。而且，由于本方案的第一加热器不是直接给相变材料加热，如此，能够有效避免第一加热器与相变材料14接触的局部温度过高而破坏相变材料14，导致相变材料14变性而失去储热功能。

由于在换热段40中的热水依靠自身密度小的特点从下往上流比较容易，如若从换热段40的上方往下流就需要多克服冷水的阻挡力，本方案中设置第一加热器在下聚集部43的外壁上，如此，该下聚集部43内的热水杯被加热后，可以依靠自身密度小的特点从换热段40的下聚集部43流至该换热段40的上聚集部41，该流动过程不要克服冷水较多的阻力，其流动速度较快，可加快与换热段40与相变材料14的换热速度，以提高换热效率。

如图2至图5所示，由于在一个连接部42中，热水和冷水的对流需要克服冷水的阻力，导致热水和冷水的对流速度较慢而影响换热效率，为此可设置连接部42为多个，如此，其中一个连接部42中的热水被加热往上流至上聚集部41时，可通过其它的连接部42往下流，以加快对流速度。而且，如图3和图4所示，可设置多个连接部42均匀分布于相变材料14中，如此，可实现多个连接部42均匀地与相变材料14进行接触，从而保证能均匀的给相变材料14加热，热量传递均匀，不至于有些地方的相变材料14温度很高，而有些地方的相变材料14还没有发生相变，而影响储能效果。优选地，如图4所示，可设置连接部42呈蜂窝状排布于相变材料14中，以进一步地提高换热的效率和均匀性。此外，还可在连接部42的外壁设置翅片50，具体的，如图2至图5所示，该翅片50为多个水平设置的板状翅片，且每一翅片50均与多个连接部42的外部连接。

值得一提的是，第一加热器可优选为薄膜加热器，该薄膜加热器可选择为在管路的外表面镀的薄膜加热层，也可以选择普通的薄膜电加热器，然后将其附着于管路的外壁。由于薄膜加热器占用空间极小，如此，可为加热器中的其他部件提供相对较大的空间；且薄膜加热器比较柔软，其形状和大小的设置相对比较灵活，尤其适合安装于换热段40中不规则的下聚集部43和连接部42的外壁；此外，薄膜加热器可实现不同的面积部位满足不同的加热功率和加热温度的要求，如此，可根据换热段40的具体结构设置薄膜加热器的加热功率，以达到均匀加热和均匀换热的目的，有效防止局部温度过高，而导致不良影响，同时，该薄膜加热器的加热的均匀性，也可大大减少水垢的产生，防止水垢阻塞管道。

为了使换热管路中的热水和冷水进行更好地对流，如图1所示，设置一循环支管60，该循环支管60的两端分别与进水口和出水口连通，且循环支管60与换热管路形成一循环管路，如此，可使热水和冷水在较大的循环管路中对流，从而方便热水和冷水的对流，加快对流速度，以提高换热速度；而且，通过合理地设置进水管20和出水管30的位置，如将进水管20设置的换热管路的上方，将出水管30设置的换热管路的下方，如此，当使用热水器时，从进水管20进来的冷水通过换热段40与相变材料14的换热过程，可从出水管30出来热水，以满足用户使用热水的需求。

如图1所示，上述循环支管60是设置在箱体外部，以方便在循环支管60上设置阀门，方便控制水路的流向；且通过设置该循环支管60，如此，循环管路中的一部分管路是设置在箱体外，当循环管路出现一些故障问题时，通过该箱体外的管路即可方便地检修循环管路中的故障，而不需要破坏箱体对箱体内的管路进行检修。

如图1所示，为了更好地控制出水管30的出水温度，在循环管路位于箱体外的管路上设置三通阀61，且出水管30通过该三通阀61与出水口连通，由于从出水管30出来的水包括从换热管路流入的水和从循环支管60流入的水，即其是混合水，因此其温度往往不容易控制，如若用户需要某一特定温度范围或某一特定温度的水，即不能满足用户需求，而通过设置该三通阀61，由于出水管30与该三通阀61的一个端口连通，该三通阀61的另外两个端口分别流入换热管路的水和循环支管60的水，通过设置三通阀61的端口的流入量，即设置从换热管路流入的水量和从循环支管60流入的水量，就能够调节通过该三通阀61流入出水管30的水温，从而实现出水管30的水温满足用户的需求。优选地，可设置该三通阀61为恒温阀，如此，可实现出水管30出水温度的自动调节，进一步地方便用户地使用。

当用户的热水用量较多，导致相变材料14中储存的热量加上同时开启第一加热器的供热量仍不能及时地使出水管30的出水温度满足使用需求时，可在循环管路上位于箱体外的管路内设置第二加热器62，如图1所示，如此，开启该第二加热器62可提高出水管30的出水温度，以满足用户的大热量需求。优选地，该第二加热器62，可选择为常用的电加热器，该电加热器具有体积小、功率大的特点，不仅容易安装而且能够满足热量的使用需求。

优选地，如图1所示，设置第二加热器62位于从进水管20至换热管路的进水方向的管路上，相较于将该第二加热器62设置在靠近从换热管路至出水管30的出水方向上，通过该第二加热器62可提高进入换热管路的水温，能够最大限度地释放相变材料14中的热量，提高能源利用率。

为了防止第一加热器和第二加热器62漏电，导致从出水管30出来的水带电而电伤用户，设置该第一加热器和第二加热器62均与一防电闸插头70连接，如图1所示，如此，当检测到该第一加热器和第二加热器62漏电时，可第一时间切断本发明相变储热式热水器与电源的连接，防止漏电伤人事件发生。

为了实现该相变储热式热水器工作的自动化，只需用户设置好水温、时间等参数，即可从出水管30出来用户想要的水温，设置该相变储热式热水器还包括一与三通阀61、第一加热器和第二加热器62电连接的控制模块，控制模块用于控制三通阀61、第一加热器和第二加热器62的工作。具体地，可通过该控制模块设置三通阀61的出水温度，然后依靠相变材料14中储存的热量给冷水加热，使出水温度达到使用需求，若相变材料14中的热量不能满足出水温度的要求，则控制模组自动开启第一加热器供热；若开启第一加热器后仍不能满足出水温度的需求的热量，则控制模组继续开启第二加热器62进一步供热，以满足用户的用水需求。

为了自动地控制第一加热器的工作使其通过换热段40给相变材料14加热，设置该相变储热式热水器还包括一与控制模块电连接的测温模块，测温模块的温度探头设于相变材料14中，如此，可设置加热相变材料14的最高温度，如一般设置为75℃，当温度探头检测相变材料14的温度低于75℃，则控制模块控制第一加热器给换热段40加热，直至相变材料14的温度达到75℃。

由于相变材料14一般对人体有害，为了防止相变材料14泄露到出水管30后从出水管30流出，在出水管30上设有一与控制模块电连接的开关阀80和相变材料14检测模块，在出水管30的出水方向上，相变材料14检测模块位于开关阀80之后，相变材料14检测模块用于检测出水管30中的相变材料14，如此，当相变材料14泄露进入换热管路并流入出水管30，在到达开关阀80之前，该相变材料14检测模块会及时检测到相变材料14的泄露，然后控制模块会封闭开关阀80的导通，防止相变材料14从出水口流出而伤害到人体。优选地，该开关阀80可选择为电磁阀，且将该相变材料14检测模块集成于该电磁阀中，如此，可减少两者安装时所占用的空间。

本发明还提出一种相变储热式热水器的控制方法，其中，该相变储热式热水器包括包括内部设有相变材料14的箱体，相变储热式热水器还包括：换热管路，换热管路具有进水口和出水口，换热管路包括与相变材料14接触的换热段40，换热段40包括位于换热段40上部的上聚集部41、位于换热段40下部的下聚集部43及连通上聚集部41和下聚集部43的连接部42，连接部42呈上下方向设置，连接部42和/或下聚集部43的外壁设有第一加热器；进水管20，进水管20通过进水口与换热段40连通；出水管30，出水管30通过出水口与换热段40连通。具体的，如图6所示，该相变储热式热水器的控制方法包括：

步骤S10：检测相变材料14的温度是否达到阈值；

具体地，可通过一测温模块来检测相变材料14的温度，如将该测温模块的温度探头设置在相变材料14中，预先设置相变材料14的最高温度，如一般设置为75℃，当温度探头检测到相变材料14的温度达到最高温度时，则发出提示信号(如语音信号等)，提醒用户进行相应操作，或者通过一与该测温模块连接的控制模块自动进行相应的操作。

步骤S20：若是，控制第一加热器停止工作。

具体的，当相变材料14的温度达到最高温度时，用户可根据测温模块的提示信号手动关闭第一加热器，停止对相变材料14的加热，也可以通过控制模块自动控制第一加热器停止工作。本发明的实施例中，优选为通过一控制模块实现自动控制，如此，可减少用户的参与，节省用户的时间。

为了使换热管路中的热水和冷水进行更好地对流，设置一循环支管60，该循环支管60的两端分别与进水口和出水口连通，且循环支管60与换热管路形成一循环管路，如此，可使热水和冷水在较大的循环管路中对流，从而方便热水和冷水的对流，加快对流速度，以提高换热速度；而且，通过合理地设置进水管20和出水管30的位置，如将进水管20设置的换热管路的上方，将出水管30设置的换热管路的下方，如此，当使用热水器时，从进水管20进来的冷水通过换热段40与相变材料14的换热过程，可从出水管30出来热水，以满足用户使用热水的需求。

当用户的热水用量较多，导致相变材料14中储存的热量加上同时开启第一加热器的供热量仍不能及时地使出水管30的出水温度满足使用需求时，可在循环管路上设置第二加热器62，如此，开启该第二加热器62可提高出水管30的出水温度，以满足用户的大热量需求。优选地，该第二加热器62，可选择为常用的电加热器，该电加热器具有体积小、功率大的特点，不仅容易安装而且能够满足热量的使用需求。

因此，该相变储热式热水器的控制方法还包括：

当出水管30出水时，控制第二加热器62工作。如此，可提高出水管30的出水温度，以满足用户的大热量需求。

优选地，设置第二加热器62位于从进水管20至换热管路的进水方向的管路上，相较于将该第二加热器62设置在靠近从换热管路至出水管30的出水方向上，通过该第二加热器62可提高进入换热管路的水温，能够最大限度地释放相变材料14中的热量，提高能源利用率。

为了防止该相变储热式热水器漏电，导致漏电伤人事件发生，将该相变储热式热水器通过一防电闸插头70与电源连接，相变储热式热水器的控制方法还包括：

通过防电闸插头70检测相变储热式热水器是否漏电，若是，则断开相变储热式热水器与电源的连接。

具体地，将该相变储热式热水器中的电气部件均连接到该防电闸插头70，如此，只要检测到相变储热式热水器中的任一电气部件漏电，即可及时地切断该相变储热式热水器与电源的连接，有效防止该相变储热式热水器漏电而影响用户的人身安全。

由于相变材料14一般对人体有害，为了防止相变材料14泄露到出水管30后从出水管30流出，为此，本发明还提出另一种相变储热式热水器的控制方法，其中，该相变储热式热水器包括内部设有相变材料14的箱体，相变储热式热水器还包括：换热管路，换热管路具有进水口和出水口，换热管路包括与相变材料14接触的换热段40，换热段40包括位于换热段40上部的上聚集部41、位于换热段40下部的下聚集部43及连通上聚集部41和下聚集部43的连接部42，连接部42呈上下方向设置，连接部42和/或下聚集部43的外壁设有第一加热器；进水管20，进水管20通过进水口与换热段40连通；出水管30，出水管30通过出水口与换热段40连通。具体的，如图7所示，该相变储热式热水器的控制方法包括：

步骤S100：检测出水管30内是否包含相变材料14；

步骤S200：若包含，则关闭出水管30。

具体地，可在出水管30上设有一与控制模块电连接的开关阀80和相变材料14检测模块，在出水管30的出水方向上，相变材料14检测模块位于开关阀80之后，相变材料14检测模块用于检测出水管30中的相变材料14，如此，当相变材料14泄露进入换热管路并流入出水管30，在到达开关阀80之前，该相变材料14检测模块会及时检测到相变材料14的泄露，然后控制模块会封闭开关阀80的导通，防止相变材料14从出水口流出而伤害到人体。优选地，该开关阀80可选择为电磁阀，且将该相变材料14检测模块集成于该电磁阀中，如此，可减少两者安装时所占用的空间。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。