CN102147151A - 电能、太阳能、空气能热水器水箱结构 - Google Patents

Abstract

电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，包括水箱、电热管、聚能罩或加热水箱、连接管、单向活门，其特征是在水箱(1)或法兰(13)上，牢固焊接或用机械方式连接，安装1根以上，两端或一端对外敞开，内部放置光波电热管(4-1)的圆形或翼形金属或非金属管状体(12)，并确保水箱密封；光波电热管(4-1)通电工作后产生热辐射，使金属或非金属管状体(12)受热，通过管壁热传导，使包围管状体(12)的水受热；同时在水箱内还设置1根以上普通不锈钢电热管或碳化硅管(4-2)，放热水时不工作。太阳能热水器，真空管聚热器有一段插入水箱中；空气能热水器水箱中有冷凝器或金属管换热器；此二种产品同时水箱内还设置有电辅热装置，即上部有快热电热管，下部用预热电热管，也可在法兰或其他部位制作加热水箱，并在端部连接水泵，在水泵的出水口安装单向活门。

Description

电能、太阳能、空气能热水器水箱结构

技术领域

本发明涉及电能、太阳能、空气能热水器，主要涉及热水器水箱结构。

背景技术

现有电热水器及太阳能、空气能辅助加热，都是采用普通不锈钢电热管完全浸泡在水中，沐浴时带电放水；由于使用时间长，一定会击穿，使水带电，致使我国每年死伤1000多人；专利申请号200910135082.X描述了采用光波电热管的结构，以前在同一个热水器中，只采用同一种电热管，相同的加热方式，应用范围受到限制。

发明内容

本发明对上述结构进行改进，电能、太阳能、空气能热水器同一个水箱中，可采用两种不同电热管进行加热，但在放热水时，只采用光波电热管隔水加热；当外接进、出水管采用非金属管，且管子长度大于53倍管子内径的半径平方时，无论是快热或预热电热管，均可用普通不锈钢加热管；在太阳能、空气能水箱中，还可配备水泵及冷凝器或金属管式换热器，与既有预热功能，又有快热功能的电辅热装置配合工作。

本发明是这样实现的，电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，包括水箱、电热管、聚能罩或加热水箱、连接管、单向活门等组成，在水箱1或法兰13上，牢固焊接或用机械方式连接，安装1根以上两端或一端对外敞开，内部放置光波电热管的圆形或翼形金属或非金属管状体12.并确保水箱密封；光波电热管通电工作后产生热辐射，使金属或非金属管状体12受热，通过管壁热传导及非金属的热辐射，使包围管状体12的水受热；快速加热电热管设在水箱上部，同时在水箱内(一般设在下部)还设置1根以上普通不锈钢电热管或碳化硅管4-2，其功能仅在进水温度低时，对水箱中的水进行预热，放热水时必须停止工作，改由光波电热管工作，实现隔水加热；快热光波电热管是安装在聚能罩19或加热水箱6中，预热光波电热管是装在聚能罩或加热水箱之外；有些加热水箱端部装有单向活门11，可防止加热水箱外的水流入，当加热水箱中的水温过高，又不能及时放出时，高温热水可推开活门，流入水箱中；水箱中所有普通不锈钢电热管，均可用光波电热管替代，即预热电热管既可选用不锈钢电热管或碳化硅管4-2，也可选用光波电热管4-1；法兰13上可安装加热水箱6，也可安装普通不锈钢电热管4-2；真空管式太阳能热水器，真空管聚能器有一段插在水箱(1)或工程联箱(43)中；太阳能双回路水箱中，或空气能水箱内或外设置冷凝器或金属管换热器(23)；以上各种水箱中还安装有电辅热装置，即上部设有快热电热管、下部设有预热电热管，也可在法兰(13)或其他部位制作加热水箱(6)并在其端部连接水泵(26)，在水泵出水口安装单向活门(11)。

本发明的优点是出热水时为隔水加热，绝对安全；并有快热和储水功能；而且不结水垢；太阳能和空气能热水器每天都能供应热水。

附图说明

图1电热水器水箱中装二种不同加热方式的光波电热管和普通不锈钢电热管的卧式结构示意图，实施例之1；

图2电热水器水箱中上部和下部均采用光波电热管的卧式结构示意图，实施例之2；

图3电热水器水箱中装有快热和预热均采用光波电热管的卧式结构示意图，实施例之3；

图4电热水器水箱中装有二种不同加热方式的光波电热管和普通不锈钢电热管的卧式双水箱结构示意图，实施例之4；

图5电热水器水箱中装有二种不同加热方式的光波电热管和普通不锈钢电热管的立式单水箱示意图，实施例之5；

图6电热水器水箱中装有快热和预热均采用光波电热管的立式单水箱结构示意图，实施例之6；

图7电热水器水箱中装有二种不同加热方式的光波电热管和普通不锈钢电热管的立式双水箱示意图，实施例之7；

图8是图1、图2、图5，A-A截面图；

图9是安装光波电热管的金属管状体做成独立部件用螺纹与水箱连接示意图；

图10是带螺纹连接的不锈钢电热管；

图11是安装光波电热管的管状体由玻璃制作结构图；

图12、图13、图14、图16、图17是太阳能热水器结构示意图；

图15是空气能热水器结构示意图；

图18是图17B-B截面图；

具体实施方式

下面结合附图进行说明，附图中包括：水箱1、(冷水)进水口2、(热水)出水口3、电热管4(光波快热或预热电热管4-1，普通不锈钢电热管或碳化硅管4-2)、控制器5、加热水箱6、连接管7、卡箍8，、水9、空气10、单向活门11、放置光波电热管的圆形或翼形金属或非金属管状体12、法兰13、密封圈14、电热管绝缘安装垫15、水流传感器16、测温管17、混水阀18、聚能罩19、外壳20

图1是卧式单桶电热水器，水箱中装有二种电热管，加热方式不同，功能也不同；其上部装有光波电热管4-1，在法兰13上装有普通不锈钢电热管4-2；水箱上部光波电热管4-1是装在金属管状体12中，一般采用2根，中间设置出水口3，外面被聚能罩19包围着，聚能罩两端敞开，上部与水箱壁相接近但留有缝隙；通电工作后，快速将聚能罩内的水加热，称为快热电热管；而装在法兰13上的不锈钢电热管4-2，在进水温度很低时才工作，仅对水进行预热，能整体提高水箱内的水温，称为预热电热管。

图2是对图1进行改进，用光波电热管4-1替代普通不锈钢电热管4-2，并通过金属管状体12装在水箱1的下部，并将光波电热管4-1装在其内；也就是对水预热既可用不锈钢电热管4-2，也可用光波电热管4-1；本结构使现有储水式热水器作小的改进就实现隔水加热。

图3快热和预热均采用光波电热管，快热时启动装在法兰13上加热水箱6中的光波加热管4-1，加热水箱6有连接管7与热水出水口3相连，被加热的水通过混水阀放出，当放热水量小，加热水箱6中，水温过高时会推开单向活门11，把热水送入水箱中；下部光波电热管只在进水温度低时启动，进行预热。

图4是卧式双桶结构，图中同时采用了光波电热管和普通不锈钢二种电热管，同样也可用光波电热管替代不锈钢电热管；当采用不锈钢电热管时只能进行预热，放热水时必须停止工作。

图5、图6是立式单桶结构；图7是立式双桶结构；图5、图7，同时采用光波电热管4-1和不锈钢电热管4-2；图6快热和预热均采用光波电热管4-1，也可改为不锈钢电热管4-2；

附图1-7中，预热均可采用不锈钢电热管4-2；这种电热管成本低，一般寿命在2000小时，若只用作预热，10年内只需工作500-700小时；它的致命缺陷是可能被腐蚀击穿，使水带电；若放热水时停止工作改由光波电热管隔水加热，就发挥了二种电热管的优点。

图8是图1、图2、图5A-A截面图，示出了聚能罩19与光波电热管4-1的安装关系(未示出光波电热管)，聚能罩19是用薄板卷成的圆形或半圆形，将快热电热管4-1包围住，把被加热的水控制起来，使其中被加热的水优先放出，当热水温度过高时，可通过缝隙或开口流入水箱中；以上结构不用预热电热管，直接用快热电热管也能使水预热，效果比较差，图1、图2快热电加热管安装在上部，被加热的水也在上部，不用聚能罩也可以，被加热的水热量会散失一些，图3、图4、图6、图7加热水箱6中安装有快热光波电热管，并通过金属管状体12对水进行加热；金属管状体12，用焊接的方法与水箱1牢固连接，若金属管状体12采用碳素钢制造时，与水接触的表面应涂搪瓷，防止产生水垢。

图2、图6、图7的水箱结构采用不锈钢材料制作时，可以不用法兰口做成封闭式水箱；

图1至图7采用装在卧式水箱上部或装在加热水箱中或是聚能罩包围的光波电热管4-1是快热电热管，即通电工作后能快速将局部水加热；而装在卧式水箱下部或装在加热水箱、或聚能罩之外的电热管，无论是不锈钢电热管或碳化硅管4-2，或光波电热管4-1都是水温低时对水箱内的水进行预热的电热管；聚能罩19和加热水箱6的基本功能相同。

图9是金属管状体12做成独立部件与水箱连接，在水箱1和金属管状体12上制有相互配合的螺纹，通过密封件14，实现密封连件；金属管状体12，也可用法兰与水箱连接，金属管状体12用碳钢制造时，外表面应镀搪瓷或涂耐高温防腐蚀材料；图11管状体12用玻璃材质制造，主要用高硼硅玻璃、石英玻璃，其优点是光波可穿透玻璃直接加热水。

图12至图18涉及太阳能和空气能热水器，图中包括：太阳能聚热器(含玻璃真空管式和热管真空管式)21、平板式聚热器22、冷凝器或金属管换热器23、安全阀24、循环泵25、水泵26、工质进口27、工质出口28、膨胀罐29、排污口30、压缩机31、贮液罐32、干燥过滤器33、膨胀阀34、蒸发器35、汽液分离器36、循环进口37、循环出口38、空气能热水器室外机39、半导体温差发电芯片40、防冻液或导热油41、水管42、工程联箱43；

现有太阳能和空气能虽然都加装了简单的电辅热，但仍受日照和气温的制约，存在不能全年、全天候供应热水的缺点；应用图12至17，就能全天候供应热水。

图12、图13、图17是真空管式太阳能热水器，真空管聚热器有一段插在水箱1或工程联箱43中，此外在水箱中，设置电辅助加热装置；即水箱1上部设置快热电热管，下部设置预热电热管；在法兰13或其他部位制作加热水箱6并在端部连接水泵26，在水泵的出水口，安装单向活门11；当水泵工作，混水阀18放水时，热水通过花洒流出；当水泵工作，混水阀关闭，热水推开单向活门，流入水箱中；

图16、图17水箱是独立设置，聚热器可以采用真空管也可采用平板，根据安装场地选定；图14和图17是双回路结构，由聚热器21或22、冷凝器或金属管换热器23、循环泵25、膨胀罐29及管路组成，管导内有传热工质-防冻液或导热油41，是通过防冻液或导热油不断循环，把水箱中的水加热；本结构的另一个用途是在工程联箱43或水箱某个部位上紧贴表面安装半导体温差发电芯片40，芯片40的另一面由内部通冷水的水管42压紧，由芯片的热端和冷端形成温差，产生电能。

图15是空气能热水器，在水箱内或外设置冷凝器或金属管换热器23，同时还有电辅热装置；在水箱1的上部有1个或多个加热水箱6，内装快热电热管；可由其中一个加热水箱，构成空气能家庭中央热水器，满足生活和取暖用水的需要，分二路供水，与循环进、出水口37、38相连接的加热水箱6是向供暖设备供应热水，采用外置循环泵25(图中用水设备及泵均未示出)；另一路供生活热水，由于热泵启动之后，总能向水箱供应热水；当水箱中水温始终低于20℃以下时，设在水箱最下端的预热电热管4会启动工作，把水预热到30℃时停止；此时若需要用热水，打开出水口3，加热水箱6中的快热电热管4会工作，对流过的水再加热，可放出＞42℃的热水；当热泵使水箱温度能达到30℃时，预热电热管不能启动，直接通过加热水箱6放出＞42℃热水，水箱温度＞50℃时，预热快热电热管不能启动。

图15水箱的电辅热可以采用图14的立式结构，采用加热水箱6并在其端部连接水泵26，在水泵的出水口，安装单向活门11；功率大的工程空气能电热水器水箱容积在500升至几千升时，可将电辅热装置做成独立部件，分别装在大容量的水箱中，只对本水箱进行辅热。

图12至图17太阳能和空气能，电辅热是分阶段进行，当水箱中水温很低时，启动预热程序，只能将水升至低温(约35℃左右)，当使用热水时，启动快热程序，供应＞42℃以上的热水；加热水箱(6)、水泵(26)、单向活门(11)是按设定，分别进入预热程序和快热程序。

本发明所述的光波电热管是指通电加热时能产生红外光波的卤素管、碳素管或外表面涂导电发热材料的石英玻璃管或普通石英管；普通不锈钢电热管是金属管内有电热丝用氧化镁粉把管壁和电热丝相隔离的电热管。

图中箭头是液体流动方向。

图1至图17中，各种水箱结构可以交换组合使用；太阳能、空气能聚热或供热方式不同，但可与不同结构水箱配合使用，以满足不同需求！

Claims (10)

1.电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，包括水箱、电热管、聚能罩或加热水箱、连接管、单向活门，其特征是在水箱(1)或法兰(13)上，牢固焊接或用机械方式连接，安装1根以上，两端或一端对外敞开，内部放置电热管(4)的圆形或翼形金属或非金属管状体(12)，并确保水箱密封；光波电热管(4-1)通电工作后产生热辐射，使金属或非金属管状体(12)受热，通过管壁热传导，使包围金属或非金属管状体(12)的水受热；同时在水箱(1)内还设置1根以上普通不锈钢电热管或碳化硅管(4-2)。

2.根据权利要求1所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，其特征是装在水箱上部或装在加热水箱(6)内或被聚能罩(19)包围的电热管(4)是快热电热管；装在水箱下部或装在加热水箱(6)、或聚能罩(19)之外的电热管，无论是不锈钢电热管或碳化硅管(4-2)或光波电热管(4-1)都是预热电热管；预热电热管，放热水时停止工作；当外接进、出水管采用非金属管，且管子长度大于53倍管子内径的半径平方，快热或预热电热管均可用普通不锈钢加热管，放热水时采用何种电热管不受限制。

3.根据权利要求1所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，其特征是：放置光波电热管的圆形或翼形金属或非金属管状体(12)可做成独立部件，在水箱(1)和金属管状体(12)上制有相互配合的螺纹，通过密封件(14)实现密封连接；金属或非金属管状体(12)也可用法兰与水箱(1)连接；独立部件的金属管状体(12)用碳钢制造时外表面应涂搪瓷或涂耐高温防腐蚀材料；管状体(12)选用玻璃材质制造时，应用高硼硅玻璃或石英玻璃。

4.根据权利要求1所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构其特征是：制作电热水器时图2、图6、图7，采用不锈钢材料制作时，不用法兰口，做成封闭式水箱。

5.根据权利要求1所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，其特征是：光波电热管是通电加热时能产生红外光波的卤素管、碳素管或外表面涂导电发热材料的石英玻璃管或普通石英管；普通电热管是金属管内有电热丝，用氧化镁粉把管壁和电热丝相隔离的电热管。

6.根据权利要求1或2所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，其特征是对水预热或快速加热既可用不锈钢电热管或碳化硅管(4-2)，也可用光波电热管(4-1)。

7.根据权利要求1所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，其特征是：真空管式太阳能热水器，真空管聚热器有一段插在水箱(1)或工程联箱(43)中，并在水箱中设置电辅助加热装置，即上部设置快热电热管、下部设置预热电热管，也可在法兰(13)或其他部位制作加热水箱(6)并在其端部连接水泵(26)，在水泵出水口安装单向活门(11)；电辅助加热装置可与冷凝器或金属管换热器(23)同时装在水箱中，并协同工作。

8.根据权利要求1或7所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，其特征是：太阳能双回路的工程联箱(43)或水箱某个部位上紧贴表面安装半导体温差发电芯片(40)，芯片(40)的另一面由内部通冷水的水管(42)压紧，由芯片的热端和冷端形成温差，产生电能。

9.根据权利要求1所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，其特征是：空气能热水器水箱内或外设置冷凝器或金属管换热器(23)，同时还有电辅热装置，即在水箱1的上部有1个或多个加热水箱(6)，内装快热电热管，下部有预热电热管(4)；或者采用立式加热水箱(6)，并在其端部连接水泵(26)，在水泵的出水口安装单向活门(11)；电辅助加热装置可与冷凝器或金属管换热器(23)同时装在水箱中，并协同工作；水箱容积较大时，电辅热装置可做成独立部件，分别装在每个水箱中。

10.根据权利要求1或7或9所述电能、太阳能、空气能热水器水箱结构，其特征是：太阳能、空气能，电辅热是分阶段进行，当水箱中水温很低时，启动预热程序，当使用热水时启动快热程序；加热水箱(6)、水泵(26)单向活门(11)是按设定，分别进入预热程序和快热程序。

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