專利名稱：一種相變儲(chǔ)熱節(jié)能型電熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于家用電器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種相變儲(chǔ)熱節(jié)能型電熱水器。
背景技術(shù)：
隨著能源形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為各大熱水器品牌競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。目前 主流的電熱水器為儲(chǔ)水式熱水器，其節(jié)能主要包括有兩個(gè)方面，一是加熱過程的節(jié)能，二是 保溫過程的節(jié)能，前者在熱水器能耗中所占比例極小，而后者占97%以上。因此，熱水器行 業(yè)的節(jié)能設(shè)計(jì)核心著眼點(diǎn)主要在保溫層的革新上。目前儲(chǔ)水式電熱水器的保溫主要依靠聚氨酯泡沫材料進(jìn)行隔熱。聚氨酯是聚氨基 甲酯的簡(jiǎn)稱，凡是在高分子主鏈上含有重復(fù)-NHCOO-基團(tuán)的高分子化合物通稱聚氨酯。聚 氨酯泡沫是聚氨酯的主要品種，具有容重強(qiáng)度高、輕質(zhì)、使用壽命長(zhǎng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定 性好、成型方便等優(yōu)異性能，是目前應(yīng)用最為廣泛、綜合性能最優(yōu)的絕熱材料。然而，使用聚 氨酯保溫本質(zhì)上屬于被動(dòng)的隔熱方式，保溫方法單一，目前節(jié)能效果已達(dá)極限，除非有新型 的保溫材料和保溫方法出現(xiàn)。相變材料是近年來國內(nèi)外在能源利用和材料科學(xué)方面研究十分活躍的領(lǐng)域。相變 材料在其物相變化過程中，可以從環(huán)境吸收熱(冷)量或向環(huán)境放出熱(冷)量，從而實(shí)現(xiàn) 能量的儲(chǔ)存和釋放。由于是利用相變潛熱，能量?jī)?chǔ)存密度通常要比顯熱儲(chǔ)熱高1-2個(gè)數(shù)量 級(jí)，這也意味著相同的條件下儲(chǔ)熱單元的體積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于顯熱存儲(chǔ)。因而，相變材料用于熱 水器中可以實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)儲(chǔ)熱、節(jié)約能源的目的?，F(xiàn)有使用相變儲(chǔ)熱材料的熱水器，基本都是在 內(nèi)膽中加入相變材料，如專利“相變蓄能太陽能熱水器(ZL20060064881. 6) ”，設(shè)置了蓄能換 熱內(nèi)膽，用C18H42石蠟為相變材料；又如專利“一種相變式電熱水器(ZL0220996. 7) ”，在電熱 水器的內(nèi)膽中充入相變材料(石蠟)儲(chǔ)存熱能，又在相變材料中植入換熱元件，電加熱元件 同樣植入相變材料中，熱水器通電后先加熱相變材料至熔化，需要熱水時(shí)，讓熱水通過換熱 元件從相變材料吸取熱量。然而，這些內(nèi)置式的相變熱水器，與非相變產(chǎn)品比較，節(jié)能優(yōu)勢(shì) 并不明顯，至今沒有推廣。究其原因，一方面是因?yàn)閮?nèi)置的相變材料壓縮了熱水的體積，而 水的比熱很高，在較寬的溫度范圍內(nèi)水儲(chǔ)顯熱是可以和潛熱相比較的，因此節(jié)能并不明顯； 另一方面，石蠟等相變材料熱導(dǎo)率不高，完全依靠相變材料加熱水效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種相變儲(chǔ)熱節(jié)能型電熱水器，使用外置式相變材料儲(chǔ)熱 層，與聚氨酯泡沫材料一起構(gòu)成復(fù)合保溫層，起到儲(chǔ)熱和隔熱耦合的保溫作用，有效降低儲(chǔ) 水式電熱水器的能耗的作用。本發(fā)明本包括，熱水器外殼、保溫層、內(nèi)膽、鎂棒、排污口、熱水出水口、冷水進(jìn)水 口、漏電保護(hù)開關(guān)、溫度控制器、電加熱管；熱水器外殼和內(nèi)膽之間的保溫層采用復(fù)合保溫 層設(shè)計(jì)，復(fù)合保溫層由聚氨酯泡沫隔熱層和相變儲(chǔ)熱層組成，通過儲(chǔ)熱-隔熱耦合的雙重 保溫機(jī)制實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水式電熱水器的深度節(jié)能。聚氨酯泡沫隔熱層位于外殼與相變儲(chǔ)熱層之
3間，相變儲(chǔ)熱層緊貼內(nèi)膽外側(cè)，復(fù)合保溫層總厚度25 45mm，相變儲(chǔ)熱層與聚氨酯泡沫隔 熱層厚度比為0.4 0.8。相變儲(chǔ)熱層由相變材料經(jīng)宏膠囊方法封裝而成，制成多塊片狀膠囊緊湊排布于內(nèi) 膽外壁放置(外置式)，緊貼內(nèi)膽外側(cè)。宏膠囊是指尺寸為1 IOOOmm的膠囊。相變材料的熔點(diǎn)為50 75°C (比熱水器的設(shè)定保溫溫度60 75°C低0 10°C )； 相變材料為正二十七烷、正二十八烷、正二十九烷、正三十烷、正三i^一烷、正三十三烷及上 述材料按照任意比例的混合物，或?yàn)?-十六烷酸、1-十八烷酸、1-十八醇、1- 二十烷醇、 聚乙二醇、二硬脂酸乙二醇酯及上述材料按照任意比例的混合物，或?yàn)镹a(CH3COO) · 3H20、 Cd(NO3)2 · 4H20、Fe(NO3)2 · 6H20、水合 NaOH、Na2B4O7 · IOH2O, Na3PO4 · 12H20、Na2P2O7 · IOH2O 及上述材料按照任意比例的混合物。復(fù)合保溫層的制作方法是，先在內(nèi)膽外壁貼裝相變儲(chǔ)熱層，然后在相變儲(chǔ)熱層與 熱水器外殼之間采用整體發(fā)泡技術(shù)制作聚氨酯泡沫隔熱層。整體發(fā)泡技術(shù)是指采用灌注機(jī) 械，把聚氨酯原料混合后，注入熱水器相變儲(chǔ)熱層和外殼間的空腔內(nèi)發(fā)泡。發(fā)泡成型后，外 殼、聚氨酯泡沫隔熱層和相變儲(chǔ)熱層形成一個(gè)整體。本發(fā)明中的復(fù)合保溫層形成了儲(chǔ)熱-隔熱耦合的保溫機(jī)制，其儲(chǔ)熱保溫原理為 當(dāng)實(shí)際水溫低于熱水器內(nèi)設(shè)溫度時(shí)，電源接通，電加熱管開始加熱，水溫迅速上升，超過相 變材料熔點(diǎn)后，相變儲(chǔ)熱層開始熔化至全部液態(tài)；當(dāng)水溫超過設(shè)定保溫溫度以后，電源斷 開，電加熱管停止供熱，水溫緩慢下降，低于相變材料熔點(diǎn)時(shí)，相變儲(chǔ)熱層開始凝固放出潛 熱，維持水溫恒定。保溫層中的聚氨酯泡沫材料則起到良好的隔熱作用。相變材料在高溫 (相對(duì)材料本身熔點(diǎn))下吸熱，低溫下放熱，既回收利用部分熱能，又延長(zhǎng)電源通斷周期，降 低了熱水器儲(chǔ)水保溫過程的能耗。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)主要有1)與傳統(tǒng)儲(chǔ)水式電熱水器相比，由于采用儲(chǔ)熱-隔熱耦合 的新型保溫機(jī)制，使用功率低，熱利用效率高，可顯著降低保溫過程能耗(理論節(jié)能25 45% )，滿足國家一級(jí)能效指標(biāo)(GB21519-2008)要求。2)相變材料選用烷烴、飽和羧酸以 及飽和醇酯類有機(jī)物和水合無機(jī)物，介質(zhì)安全、無毒、環(huán)保。3)相變材料封裝工藝采用宏膠 囊技術(shù)，制成片狀膠囊緊密排布于聚氨酯泡沫隔熱層和熱水器內(nèi)膽之間，工藝簡(jiǎn)單，操作方 便，相變材料用量少，成本低。4)相變材料外置式放入，不污染水質(zhì)，不影響內(nèi)膽容量。


圖1為一種相變儲(chǔ)熱節(jié)能型電熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，熱水器外殼1、保溫層 2、內(nèi)膽3、鎂棒4、排污口 5、熱水出水口 6、冷水進(jìn)水口 7、漏電保護(hù)開關(guān)8、溫度控制器9、電 加熱管10。圖2為圖IA處的局部放大圖，其中聚氨酯泡沫隔熱層11、相變儲(chǔ)熱層12
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括，熱水器外殼1、保溫層2、內(nèi)膽3、鎂棒4、排污口 5、熱水出水口 6、冷 水進(jìn)水口 7、漏電保護(hù)開關(guān)8、溫度控制器9、電加熱管10 ；熱水器外殼和內(nèi)膽之間的保溫層 2采用復(fù)合保溫層設(shè)計(jì)，復(fù)合保溫層由聚氨酯泡沫隔熱層11和相變儲(chǔ)熱層12組成，通過儲(chǔ) 熱_隔熱耦合的雙重保溫實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水式電熱水器的節(jié)能，聚氨酯泡沫隔熱層11位于外殼1與
4相變儲(chǔ)熱層12之間，相變儲(chǔ)熱層12緊貼內(nèi)膽3外側(cè)，復(fù)合保溫層總厚度25 45mm，相變儲(chǔ) 熱層12與聚氨酯泡沫隔熱層11厚度比為0. 4 0. 8。實(shí)例1在容量40L(水箱內(nèi)徑0. 336m,筒體長(zhǎng)度0. 50m)的儲(chǔ)水式電熱水器中使用含相變 材料的復(fù)合保溫層，厚度為0. 045m。其中相變材料選用正二十八烷，相變溫度為62. 8°C，相 變焓為244J/g，密度為0. 910g/m3，通過宏膠囊技術(shù)制成相變儲(chǔ)熱層，緊貼內(nèi)膽外側(cè)置入，厚 度為0. 019m。采用整體發(fā)泡技術(shù)制備聚氨酯泡沫隔熱層，充滿相變儲(chǔ)熱層與外殼間空隙， 厚度為0. 026m,即相變儲(chǔ)熱層與聚氨酯泡沫隔熱層厚度比為0. 73。將本熱水器按照《儲(chǔ)水 式電熱水器能效限定值及能效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)(GB21519-2008)所規(guī)定的相關(guān)試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè) 試，結(jié)果表明，本熱水器與傳統(tǒng)儲(chǔ)水式電熱水器(外殼與內(nèi)膽間使用純聚氨酯泡沫保溫層， 厚度0. 045m)相比較，其24小時(shí)固有能耗系數(shù)指標(biāo)降低12. 4%。實(shí)例2在容量50L(水箱內(nèi)徑0. 336m，筒體長(zhǎng)度0. 605m)的儲(chǔ)水式電熱水器中使用含相變 材料的復(fù)合保溫層，厚度為0. 035m。其中相變材料選用1-十六烷酸，相變溫度為64°C，相 變焓為200J/g，密度為0. 850g/m3，通過宏膠囊技術(shù)制成相變儲(chǔ)熱層，緊貼內(nèi)膽外側(cè)置入，厚 度為0. 015m。采用整體發(fā)泡技術(shù)制備聚氨酯泡沫隔熱層，充滿相變儲(chǔ)熱層與外殼間空隙， 厚度為0. 020m,即相變儲(chǔ)熱層與聚氨酯泡沫隔熱層厚度比為0. 75。將本熱水器按照實(shí)例 1中所述的相關(guān)試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本熱水器與傳統(tǒng)儲(chǔ)水式電熱水器(外殼與內(nèi) 膽間使用純聚氨酯泡沫保溫層，厚度0. 035m)相比較，其24小時(shí)固有能耗系數(shù)指標(biāo)降低了
8.3%。實(shí)例3在容量60L(水箱內(nèi)徑0. 336m,筒體長(zhǎng)度0. 71m)的儲(chǔ)水式電熱水器中使用含相變 材料的復(fù)合保溫層，厚度為0.035m。其中相變材料選用正三i^一烷，相變溫度為65°C，相 變焓為252J/g，密度為0. 910g/m3，通過宏膠囊技術(shù)制成相變儲(chǔ)熱層，緊貼內(nèi)膽外側(cè)置入，厚 度為0. 013m。采用整體發(fā)泡技術(shù)制備聚氨酯泡沫隔熱層，充滿相變儲(chǔ)熱層與外殼間空隙， 厚度為0. 022m,即相變儲(chǔ)熱層與聚氨酯泡沫隔熱層厚度比為0. 59。將本熱水器按照實(shí)例1 中所述的相關(guān)試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本熱水器與傳統(tǒng)儲(chǔ)水式電熱水器(外殼與內(nèi) 膽間使用純聚氨酯泡沫保溫層，厚度0. 035m)相比較，其24小時(shí)固有能耗系數(shù)指標(biāo)降低了
9.5%。實(shí)例4在容量80L(水箱內(nèi)徑0. 406m,筒體長(zhǎng)度0. 674m)的儲(chǔ)水式電熱水器中使用含相 變材料的復(fù)合保溫層，厚度為0. 025m。其中相變材料選用水合NaOH，相變溫度為64. 3
相變焓為227. 6J/g，密度為1. 690g/m3，通過宏膠囊技術(shù)制成相變儲(chǔ)熱層，緊貼內(nèi)膽外側(cè)置 入，厚度為0. 009m。采用整體發(fā)泡技術(shù)制備聚氨酯泡沫隔熱層，充滿相變儲(chǔ)熱層與外殼間空 隙，厚度為0. 016m,即相變儲(chǔ)熱層與聚氨酯泡沫隔熱層厚度比為0. 56。將本熱水器按照實(shí) 例1中所述的相關(guān)試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本熱水器與傳統(tǒng)儲(chǔ)水式電熱水器(外殼與 內(nèi)膽間使用純聚氨酯泡沫保溫層，厚度0. 025m)相比較，其24小時(shí)固有能耗系數(shù)指標(biāo)降低 了 10. 3%。實(shí)例5
在容量100L(水箱內(nèi)徑0.406m，筒體長(zhǎng)度0.824m)的儲(chǔ)水式電熱水器中使用含 相變材料的復(fù)合保溫層，厚度為0.025m。其中相變材料選用Na(CH3COO) ·3Η20，相變溫度 為58. 4°C，相變焓為280. OJ/g，密度為1. 450g/m3。該相變材料通過宏膠囊技術(shù)制成相變 儲(chǔ)熱層，緊貼內(nèi)膽外側(cè)置入，厚度為0. 008m。采用整體發(fā)泡技術(shù)制備聚氨酯泡沫隔熱層，充 滿相變儲(chǔ)熱層與外殼間空隙，厚度為0. 017m,即相變儲(chǔ)熱層與聚氨酯泡沫隔熱層厚度比為 0. 47。將本熱水器按照實(shí)例1中所述的相關(guān)試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本熱水器與傳統(tǒng) 儲(chǔ)水式電熱水器(外殼與內(nèi)膽間使用純聚氨酯泡沫保溫層，厚度0. 025m)相比較，其24小 時(shí)固有能耗系數(shù)指標(biāo)降低了 11. 1%。
權(quán)利要求
一種相變儲(chǔ)熱節(jié)能型電熱水器，包括，熱水器外殼、保溫層、內(nèi)膽、鎂棒、排污口、熱水出水口、冷水進(jìn)水口、漏電保護(hù)開關(guān)、溫度控制器、電加熱管；其特征在于熱水器外殼和內(nèi)膽之間的保溫層采用復(fù)合保溫層設(shè)計(jì)，復(fù)合保溫層由聚氨酯泡沫隔熱層和相變儲(chǔ)熱層組成，通過儲(chǔ)熱 隔熱耦合的雙重保溫實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水式電熱水器的節(jié)能，聚氨酯泡沫隔熱層位于外殼與相變儲(chǔ)熱層之間，相變儲(chǔ)熱層緊貼內(nèi)膽外壁，復(fù)合保溫層總厚度25～45mm，相變儲(chǔ)熱層與聚氨酯泡沫隔熱層厚度比為0.4～0.8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征在于相變儲(chǔ)熱層由相變材料經(jīng)宏膠囊方法 封裝而成，制成多塊片狀膠囊緊湊排布于內(nèi)膽外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱水器，其特征在于所述的相變材料的熔點(diǎn)為50 75°C， 相變材料為正二十七烷、正二十八烷、正二十九烷、正三十烷、正三i^一烷、正三十三烷及上 述材料按照任意比例的混合物，或?yàn)?-十六烷酸、1-十八烷酸、1-十八醇、1-二十烷醇、 聚乙二醇、二硬脂酸乙二醇酯及上述材料按照任意比例的混合物，或?yàn)镹a(CH3COO) · 3H20、 Cd(NO3)2 · 4H20、Fe(NO3)2 · 6H20、水合 NaOH、Na2B4O7 · IOH2O, Na3PO4 · 12H20、Na2P2O7 · IOH2O 及上述材料按照任意比例的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征在于，復(fù)合保溫層的制作方法是，先在內(nèi)膽外 壁貼裝相變儲(chǔ)熱層，然后在相變儲(chǔ)熱層與熱水器外殼之間采用整體發(fā)泡技術(shù)制作聚氨酯泡 沫隔熱層。
全文摘要
一種相變儲(chǔ)熱節(jié)能型電熱水器，屬于家用電器技術(shù)領(lǐng)域。該熱水器包括，熱水器外殼、保溫層、內(nèi)膽、鎂棒、排污口、熱水出水口、冷水進(jìn)水口、漏電保護(hù)開關(guān)、溫度控制器、電加熱管；熱水器外殼和內(nèi)膽之間的保溫層采用復(fù)合保溫層設(shè)計(jì)，復(fù)合保溫層由聚氨酯泡沫隔熱層和相變儲(chǔ)熱層組成，通過儲(chǔ)熱-隔熱耦合的雙重保溫實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水式電熱水器的節(jié)能，聚氨酯泡沫隔熱層位于外殼與相變儲(chǔ)熱層之間，相變儲(chǔ)熱層緊貼內(nèi)膽外側(cè)，復(fù)合保溫層總厚度25～45mm，相變儲(chǔ)熱層與聚氨酯泡沫隔熱層厚度比為0.4～0.8。優(yōu)點(diǎn)在于，可以提高儲(chǔ)水保溫過程中的節(jié)能水平，降低電能消耗，熱利用效率高、安全環(huán)保、操作方便、價(jià)格較低。
文檔編號(hào)F24H1/20GK101943466SQ201010271298
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者徐哲, 李建強(qiáng), 馬炳倩 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所