一种纳米复合相变材料储能电热水器的制作方法

本发明涉及相变储能技术领域，具体为一种纳米复合相变材料储能电热水器。

背景技术：

目前国内市场上的家用热水器按其所使用的能源不同可以分为电热水器、燃气热水器、太阳能热水器和空气能热水器四大类。

电热水器有电即可使用，不受天气以及自然环境影响，缺点是储水式电热水器空间占用大，水箱内热水不能全部被利用，造成能源浪费，且水箱长期使用易生水垢；即热式电热水器能提供洗澡用水的热水器功率都在6kw以上，由于人们洗浴的时间一般在用电峰值期，即热式无法做到避峰用谷，费电费钱。同时因即热式电热水器功率大，安装条件要求也高，如要求供电电源线路独立、6mm2以上的铜芯电线、30(100)a以上电表等等。

燃气热水器存在冬季寒冷时，水温不稳定的缺陷，使用过程中存在一氧化碳气体中毒的风险。另外，为应对全球气候变暖，降低二氧化碳的排放，实现《巴黎协定》提出的“将全球升温控制在2摄氏度以内”的目标，中国工程院院士，建筑节能专家江亿教授针对燃气问题讲到：“研究表明，即便将煤改为天然气，因生产流通等环节存在天然气(甲烷)泄漏，甲烷进入大气之后，gwp等于25，(gwp25:天然气中一个碳分子产生的温室效应，相当于二氧化碳所含一个碳分子的25倍)，所以‘煤改气’仍未从根本解决碳排放问题”，“煤改气对治理雾霾有好处，但对实现低碳发展基本没贡献”。

与电热水器和燃气热水器相比，太阳能、空气能热水器具备节能环保无碳排放等许多优点，但现实中太阳能存在连续阴雨天太阳能无法使用、空气能在气温低时热效率低、储水式太阳能热水器在高楼安装受限，还有分体式太阳能热水器和空气能储水箱一般体积都较大，由于高房价，水箱占用的户内面积价值远远大于热水器本身的价值。

节能、环保、方便省钱的热能解决方案是满足人们日常生活之必需，这就需要有新的技术和解决方案来整合现有技术，扬长避短、弥补现有产品和技术之短板。

由于材料的潜热都远远大于其显热，从20世纪70年代国际上就较集中研究材料的相变潜热能在各行各业中的利用。目前相变材料和相变储能技术的研究已得到很大进步，人们已知的天然、合成的相变材料已多达4300多种，除了金属外，一般相变材料存在导热系数小、传热性能差的问题，影响热能的储放速度，还有许多无机相变材料还存在腐蚀性问题等。

由于技术原因，目前采用相变储材料的热水器在市场上还没有出现，国内诸如专利技术所介绍的相变技术电热水器没有针对现有热水器产品及技术之弊端找准定位，难于赢得市场接受。如：在充装相变材料的容器中间设有加热器、换热管及支架等，一是难以做到高密度储能，造成充装量受限，储能不足，或是采取加大箱体、多占用空间，影响美观。二是由于电加热管对相变材料直接加热，会造成相变材料局部过热，影响相变材料的使用寿命。三是由于箱体内各点的相变材料距加热器及换热表面远近距离不等，会影响整体相变材料的储、放热相变转换效率。还有在储水式电热水器内加装相变储能内胆的设计，没有绕开储水式电热水器热水不能被全部利用等之弊端。因此设计一种纳米复合相变材料储能电热水器是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种纳米复合相变材料储能电热水器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种纳米复合相变材料储能电热水器，包括箱体外壳、保温层材料、箱体内核、储热内核、导热器、相变材料、翅片换热器、控制器、电加热器、温度传感器、进水管和出水管，所述箱体外壳的内壁设置有保温层材料，且保温层材料包覆在箱体内核外部，所述箱体内核中设置有储热内核，且储热内核与保温层材料的连接处均设置有电加热器，所述电加热器的输入端与控制器的输出端电性连接，所述储热内核由相变材料和带金属导热装置的翅片换热器高压复合而成，且连接处设置有导热器，所述翅片换热器的进、出水口分别与进水管和出水管固定连接，翅片换热器的进、出水口分别与进水管和出水管固定连接，所述出水口处的相变材料内设置有温度传感器，且温度传感器的输出端与控制器的输入端电性连接。

进一步的，所述箱体外壳和箱体内核为一种正或长方体。

进一步的，所述储热内核的数目不低于一个，并组成该热水器的储热模块。

进一步的，所述相变材料为一种正方体或长方体形态的高密度高导热性纳米复合相变材料，相变温度在20-118℃范围内，且与储热内核的翅片换热器的翅片间填充外形吻合。

进一步的，所述翅片换热器的翅片结构材料为高导热性金属材料，且水流从翅片换热器的底部或顶部进入、流出。

进一步的，所述进水管和出水管分别贯穿箱体外壳的顶部与外界连接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该纳米复合相变材料储能电热水器，用高密度纳米复合相变材料与高导热性支撑结构材料在特定工况条件下制成一种粉末状高导热性纳米复合相变材料，该高导热纳米复合相变材料与耐腐蚀、高导热金属材料复合，经高压制成一种高密度的正(长)方体的带金属导热装置的纳米复合相变材料储热内核；用该内核集成受热面积大、储放热速度快、储能量大、存储温度范围广的储热模块，并与换热器、温度传感器等组成该热水器的箱体内核；电加热器置于箱体内核表面与储热内核紧密贴合；该箱体内核与电加热模块、控制模块等集成能解决当前同类产品和技术存在不足和问题的一种正(长)方体形态的带金属导热装置的高密度、高导热性纳米复相变材料电热水器。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体立体结构示意图；

图2是本发明的整体俯视剖视示意图；

图3是本发明的整体正视剖视示意图；

图4是本发明的整体侧视剖视示意图；

图中：1、箱体外壳；2、保温层材料；3、箱体内核；4、储热内核；5、导热器；6、相变材料；7、翅片换热器；8、控制器；9、电加热器；10、温度传感器；11、进水管；12、出水管。

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做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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种纳米复合相变材料储能电热水器，包括箱体外壳1、保温层材料2、箱体内核3、储热内核4、导热器5、相变材料6、翅片换热器7、控制器8、电加热器9、温度传感器10、进水管11和出水管12，箱体外壳1的内壁设置有保温层材料2，且保温层材料2包覆在箱体内核3外部，箱体外壳1和箱体内核3为一种正或长方体，箱体内核3中设置有储热内核4，且储热内核4与保温层材料2的连接处均设置有电加热器9，电加热器9的输入端与控制器8的输出端电性连接，储热内核4由相变材料6和带金属导热装置的翅片换热器7高压复合而成，且连接处设置有导热器5，储热内核4的数目不低于一个，并组成该热水器的储热模块，由于采用高压成型工艺，单位体积内相变材料6的储量大幅提高，储能量也大大增加，相变材料6为一种正方体或长方体形态的高密度高导热性纳米复合相变材料，相变温度在20-118℃范围内，且与储热内核4的翅片换热器7的翅片间填充外形吻合，翅片换热器7的进、出水口分别与进水管11和出水管12固定连接，翅片换热器7的翅片结构材料为高导热性金属材料，且水流从翅片换热器7的底部或顶部进入、流出，便于导热，翅片换热器7的进、出水口分别与进水管11和出水管12固定连接，进水管11和出水管12分别贯穿箱体外壳1的顶部与外界连接，出水口处的相变材料6内设置有温度传感器10，且温度传感器10的输出端与控制器8的输入端电性连接；该发明，每块储热内核4内所含的高密度高导热性纳米复合相变材料6在外部温度高于相变温度时该相变材料6在储热内核4的导热器5内部快速吸热相变，并保持其固体形态不变；反之，在温度低于相变温度时，该相变材料6亦能在储热内核4的导热器5内部快速放热相变；电加热器9通过防过热温度感应探头感应相变材料6的温度，经控制器8和温度传感器10控制，在保证复合相变材料6充分相变完毕的合理温度区间内停止加热，防止相变材料6过热失能和降低使用寿命；通过控制器8可设定电加热器9的自动开启和停止时间，以达到避峰就谷合理用能和节钱的目的；通过控制器8可智能控制电加热器9的加热功率，以适应环境温度变化和用水量大小时稳定出水温度的需求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。