一种分层利用相变材料的高效储热水箱及其设计方法与流程

本发明创造涉及储热水箱领域，尤其涉及一种分层利用相变材料的高效储热水箱及其设计方法。

背景技术：

太阳能热水器已成为人们居家生活中的常用商品，由于其安全、节能、环保，已越来越受到消费者的青睐。而传统太阳能热水器储水箱的保温是在其内胆与外壳之间充填一层厚厚的聚氨酯材料，利用聚氨酯材料的热传导性差的特性来隔断热量的向外传递；也有产品在聚氨酯材料与外壳、内胆之间贴上一层热反射膜，用以减少热量的耗散。由于聚氨酯材料的隔热效果一般，基本没有蓄热能力等缺点，储水箱散热量仍然较大，保温效果难以达到用户要求。极大影响太阳能热水器的使用，因此储水箱的保温问题是限制太阳能热水器有效满足用户对热水温度要求的重要原因。已有研究将高储能密度、低导热系数的相变材料用于水箱外部作为储能保温材料，但在当前的使用中，只是简单的将相变材料封装在保温层和水箱内胆之间，并未对相变材料的设置进行合理的设计、优化。一般多以生活热水所需求的温度来选取相变材料，由于水箱内存在垂直方向上的温度分层，当水箱上部相变材料完成相变时候，水箱中下部的相变材料大部分是无法完成相变的，大大降低相变材料的使用率，不仅不能提高水箱的储热性能，反而导致水箱储热性能下降。

技术实现要素：

本发明创造的目的在于解决现有太阳能热水器储水箱保温效果差的问题，提供一种分层利用相变材料的高效储热水箱及其设计方法，能使水箱中的相变材料全部完成相变，真正意义上同时起到储能和保温的效果，以提高水箱整体的保温效果。

本发明提供了一种分层利用相变材料的高效储热水箱及其设计方法，包括水箱内胆、相变材料层、保温层、进水口、出水口、排污口，将水箱顶部和底部各设为一个温度区域，水箱内按3摄氏度温差为间隔进行温度分区，不同区域对应设置不同温度的相变材料，相变材料封装后设置在水箱内胆外部，相变材料与水箱内胆和外保温层之间不留缝隙。

其中，所述水箱内顶部和底部为各位一个温度分区，水箱内以3摄氏度温差为间隔对进行温度分区。

其中，所述的相变材料为石蜡或导热系数低的相变材料。

其中，所述相变材料的相变温度根据对应区域中心温度进行选择。

其中，所述相变材料应采用环状封装结构对相变材料进行封装。

其中，所述环状封装结构的设计高度应与水箱内分区高度相同。

其中，所述环状封装结构的内设有翅片，加强相变材料的换热。

其中， 所述环状封装结构为拼装式，各个环状封装结构可相互之间拼接起来，便于后期对相变材料层进行更换和检修。

其中，相所述的相变材料和传统保温材料，如玻璃棉或聚氨酯，填充厚度比例为1﹕1。

本发明创造的有益效果：通过储热水箱内部温度分区合理设置与之对应不同相变温度的相变材料，使得当水箱中的水被加热时，水箱内不同位置的相变材料均可达到各自相变温度，通过相变过程（熔化）吸收内多余的热量并储存起来，维持水箱内各区域水温的恒定；当停止加热一段时间后，水箱内的热水温度降低时，对应区间的相变材料再次通过相变过程（凝固）将储存的潜热传给水箱中的水，维持水箱内各区域水温的恒定。因此相变材料在对储热水箱内热水起到良好保温作用的同时，从而可以长时间满足用户的热水需求。

附图说明

附图1为一种分层利用相变材料的高效储热水箱示意图：

图中1—水箱内胆、2—保温层、3—顶部相变材料、4—上部相变材料、5—中部相变材料、6—下部相变材料、7—底部相变材料、8—水箱出水口、9—水箱进水口、10—排污口。

附图2环状封装结构示意图：

图中1—水箱内胆、11—封装结构主体、12—翅片、13—相变材料入口、14—上部卡槽、15—下部卡槽。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明创造作进一步描述。

本发明创造了一种分层利用相变材料的高效储热水箱及其设计方法，如图1 所示，其结构包括水箱内胆1、保温层2、不同温度相变材料3-7、进水口8、出水口9、排污口10。

所述水箱内胆1优选为圆柱体的水箱1，水箱顶部为相变材料2，水箱内胆外侧相变材料从高到低为4-6，水箱底部为相变材料7和相变材料外为保温层2。

所述相变材料为石蜡或导热系数低的相变材料。

所述水箱外侧不同相变温度的相变材料利用环状封装结构进行封装，并使各温度分区对应的各层相变材料间光滑平行接触，不留缝隙。

所述保温层2与相变材料应紧密贴合，不留缝隙，中间不留空气。

所述环状封装结构高度与水箱内分区高度相同，内部设有翅片用于加强换热。

在图2，所述环状封装结构中封装结构主体11内部间隔均匀的竖直安装有翅片12，封装结构主体11上部开有相变材料入口13，封装结构主体11侧面设计有上部卡槽14和与之对应的下部卡槽15，方便不同封装结构之间连接，便于安装、检修和更换。

当各温度分区的热水开始向外散热而温度降低时，储存在对应的相变材料中热量就会开始被释放给各分区的热水，使得热水温度维持恒定，通过上述相变蓄热、放热过程有效地维持水箱内热水温度的稳定。