CN102914196A

CN102914196A - 储能箱及太阳能热水器

Info

Publication number: CN102914196A
Application number: CN2012104554229A
Authority: CN
Inventors: 杨春涛; 王少鹏
Original assignee: Haier Group Corp; Qingdao Economic and Technological Development Zone Haier Water Heater Co Ltd
Current assignee: Haier Group Corp; Qingdao Economic and Technological Development Zone Haier Water Heater Co Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明提出一种储能箱及太阳能热水器，本发明采用储能箱取代传统水箱，储能箱包括壳体、内胆，填充在壳体与内胆之间的保温层，位于内胆中的盘管以及填充在内胆中的相变材料，该相变材料填充量占内胆体积的75%-85%，根据相变材料特性增大能量吸收，从而可以减少水箱的体积、增大储热能量，方便搬运安装，同时箱体内无水不存在漏水情况。

Description

储能箱及太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能集热装置，属于太阳能热水器的技术领域，具体地讲涉及太阳能热水器结构的改进。

背景技术

当今在太阳能利用方面,利用太阳能获得生活、供暖所需中高温水的技术已趋成熟，但是太阳能在生活、供暖利用方面存在着一个致命的弱点,即其是一种间歇式能源,太阳辐射受到昼夜、季节以及雨雪天气因素的影响,表现为间断性和不稳定性，究其原因，其系统主用采用水箱进行供热，水箱无储能作用，且水箱在使用过程中还存在如下缺陷：1、水箱体积大，一方面，在用水量少时，水循环慢，导致不能及时换热，影响用户使用，以及存在部分死水空间，容易滋生细菌不卫生；另一方面体积庞大的水箱安装放置不方便，同时水箱内长期盛水，日久腐蚀，存在漏水的可能；再一方面，水箱容积大，为保持卫生水需定期高温加热，因而极其费电。2、水箱加热到一定温度不能进行换热加热水箱内的水，如继续加热水箱，会出现水箱内水过热；如不继续加热水箱，集热器将发生过热，从而损坏集热器。

发明内容

为解决现有水箱换热存在储热少，体积大等问题，本发明提出一种储能箱，包括壳体，该壳体上设有冷水进口、热水出口、集热循环进口、集热循环出口；内胆，该内胆安装在壳体内；保温层，该保温层填充在壳体与内胆之间；盘管，该盘管位于所述内胆中，包括两根管子，其中一根管子的进口连接所述冷水进口，出口连接所述热水出口，另一根管子的进口连接所述集热循环进口，出口连接所述集热循环出口；相变材料，该相变材料填充在所述内胆中，其填充量占内胆体积的75%-85%。

进一步地，为了提高换热效率，所述相变材料由HR35、月桂酸和HR50组合而成，其相变温度为79℃，所述盘管的管壁呈波纹状。

进一步地，为了平衡储能箱内外压力，所述壳体上安装有膨胀罐。

进一步地，为了精确控制集热器循环的时间和频率，所述内胆上位于集热循环进口、集热循环出口以及中间位置处分别安装有传感器。

进一步地，为了防止储能箱整体变形，所述壳体及内胆均呈圆柱状。

进一步地，所述传感器的安装方式如下：所述内胆上集热循环进口、集热循环出口以及中间位置处分别焊接螺头，该螺头上安装有带螺纹的盲管，该盲管伸向所述内胆中，所述传感器位于所述盲管中。

另外，本发明为解决现有太阳能热水器使用水箱换热存在储热少，体积大以及安装不便等问题，提出一种太阳能热水器，包括集热器、太阳能泵站、控制器以及进、出水管路，该热水器上安装有上述储能箱，所述进、出水管路通过泵站分别与储能箱上的集热循环出口、集热循环进口相连。

与现有技术相比，本说明的优点和积极效果如下：

1、本发明采用储能箱取代传统水箱，储能箱中填充相变材料，同时预留部分空间用于加热时膨胀，根据相变材料特性增大能量吸收，从而可以减少水箱的体积、增大储热能量，方便搬运安装，同时箱体内无水不存在漏水情况。另一方面，在储能箱中通过盘管进行换热，采用盘管增加换热面积提升换热效率和出水温度稳定性。

2、本发明储能箱上安装膨胀罐以调节和平衡储能箱压力变化。

3、本发明采用圆柱形储能箱，承压能力强，同时增加预留部分空气膨胀空间，且外接膨胀罐，可动态调节水箱压力，减少箱体内压力。

结合附图阅读本说明的具体实施方式后，本说明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本说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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本说明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为太阳能热水器系统结构示意图；

图2为储能箱纵向剖面结构示意图；

图3为传感器安装结构一示意图；

图4为传感器安装结构二示意图；

图5为部分盘管纵向剖面结构示意图；

各图中：

100、储能箱；110、壳体；120、内胆；130、保温层；140、集热循环进口；150、集热循环出口；160、盘管；170、热水出口；180、冷水进口；

200、集热器；300、太阳能泵站；400、进水管路；500、出水管路；600、膨胀罐；700、P/T阀；800、相变材料；900、传感器；910、螺头；920、盲管；930、铝箔胶带。

具体实施方式

实施例一，参考图1及图2，为了更好地体现储能箱100的内部结构，图2中示出了壳体110、保温层130及内胆120的纵向剖面图，盘管160未剖，如上各图所示，本实施例提出一种可取代传统水箱的储能箱，包括壳体110、内胆120、保温层130、盘管160以及相变材料800。

所述壳体110上设有用于和后续供水设备相连的冷水进口180、热水出口170以及和集热器200相连的集热循环进口140、集热循环出口150。考虑到其他形状储能箱如方形储能箱使用过程中，相变材料在吸热和放热时会存在固液状态转换，温度变化带来的压力变化非常大，长期处于热胀冷缩会造成方形储能箱变形，焊接处或薄板处等薄弱环节疲劳开裂，致使相变材料泄漏，因而，本发明采用圆柱形壳体，承压能力强，且加工工艺简单。

所述内胆120安装在壳体110内，同样考虑到热胀冷缩变形，该内胆120整体也设计成圆柱形。所述保温层130位于壳体110与内胆120之间，主要起到保温作用。

所述盘管160位于所述内胆120中，由两根管子交叉螺旋绕制而成，其中一根管子的进口连接所述冷水进口180，出口连接所述热水出口170，另一根管子的进口连接所述集热循环进口140，出口连接所述集热循环出口150。考虑到铜的导热系数为383.8W/M·K，导热性能非常好，因此可用来作为理想传热换热器，一般采用直径为4-20mm，壁厚为0.4-2mm的铜管制成螺旋形状盘管（具体可根据换热面积及储能箱容积等选择盘管的管径与长度等），作为换热器使用，但是铜盘管成本相对较高。不锈钢导热系数在10-30W/ M·K，导热性能一般，但因其有着优良的加工性能、抗腐蚀性、强度高等优点，同时成本远低于铜管，因此在近年来开始逐渐应用到换热管路中，其具体应用时可制成U形盘管。

为了增大换热面积，如图5所示，可将铜管或不锈钢管通过连续压卷在管表面形成连续均匀的波纹形状，再将波纹管卷成螺旋盘管状，作为换热管路，采用波纹管的优点是可以将换热面积加大为光管同样长度的1.2倍从而增大换热面积，同时波纹管内的介质处于高度湍流状态不容易沉积垢类或其他杂质，同时波纹管是柔性元件，因而比普通管的承压能力强。

采用可靠的、性能优良的相变材料,可以在太阳能可获得期间进行储热,在太阳能间断期,又可将所储热量放出供人们使用，本实施例所述相变材料为潜热型蓄能材料，其利用物质由固态转变为液态，由液态转变为气态，或由固态直接转变为气态（升华）时，以及相态的逆互换过程中，所释放或吸收的相变热来达到储存热量和释放热量加热水的目的。潜热型蓄能材料按照相变的方式一般分为4类：固-固相变、固-液相变、固-气相变及液-气相变。由于固-气相变和液-气相变材料相变时体积变化太大，使用时需要很多的复杂装置，因此尽管它们有很大的相变潜热，但一般不考虑。本实施例采用石蜡和聚乙烯醇共混或由十八酸(SA)、十六酸(PA)、十四酸(MA)、十二酸(LA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 共混或由HR35、月桂酸和HR50共混形成的相变温度为79℃的相变材料，与单一相变材料相比，可使相变过程的平均传热温差增加,减少传热过程的不可逆传热温差,从而使相变传热速率提高,增加传热效率。

考虑到相变材料800热胀冷缩时，内胆120压力变化较大，为了达到一个平衡的压力，通过反复试验得出相变材料的填充量占内胆120总体积的75%-85%时可维持胆内压力平衡，为了保证胆内压力处于一个较佳的平衡状态，本实施例在壳体上安装有膨胀罐600，该膨胀罐600通过P/T阀700安装在壳体110的顶部，该膨胀罐600可有效缓冲胆内压力变化。

为了精确控制集热器200循环的时间和频率，在内胆120上、中、下部位分别安装上、中、下传感器900，具体地，上温度传感器的位于距换热循环管路进口140正下方处，中温度传感器位于内胆120中部的内胆高度的1/2处，下温度传感器1位于换热循环管路出口正上方处。传感器的安装方式可采用两种方式，一种为贴片式，如图3所示（图中只示出部分内胆结构），将传感器900用铝箔胶带930贴在内胆的表面；另一种为插入式，如图4所示，在内胆上对应位置焊接螺头910，然后用带螺纹的盲管920，插入对接螺头，再将传感器900放入盲管920内部。

本实施例储能箱采用相变材料，增大了储能量，因而可以将整体体积做的较小，方便运输和安装，同时实现了自来水即时换热出热水，水质清洁，该系统通过调节储能箱膨胀空间和膨胀罐的系统匹配，可达到压力的动态平衡，从而提高储能箱可靠性，延长使用寿命。

实施例二，本实施例提出一种太阳能热水器，该太阳能热水器安装有上述储能箱100，具体结构参考图1，包括包括集热器200、太阳能泵站300、控制器（本实施例控制器集成在太阳能泵站中，故图中未示出）以及进水管路500、出水管路400，该热水器上安装有上述储能箱100，所述进、出水管路通过太阳能泵站300分别与储能箱上的集热循环出口150、集热循环进口140相连。所述内胆120上位于集热循环进口140、集热循环出口150以及中间位置处分别安装有与所述控制器电连接的传感器900。各部件之间的安装关系参考实施例一。

本实施例太阳能热水器一方面采用储能箱，可以在太阳能可获得期间进行储热,在太阳能间断期,又可将所储热量放出供人们使用；另一方面采用多点温度检测，即在内胆上适当位置布置三个温度传感器，控制器对上述传感器检测的温度进行温差对比从而控制集热循环的时间和频率，从而给用户提供较佳的用水体验。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本说明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本说明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种储能箱，其特征在于：包括

壳体，该壳体上设有冷水进口、热水出口、集热循环进口、集热循环出口；

内胆，该内胆安装在壳体内；

保温层，该保温层填充在壳体与内胆之间；

盘管，该盘管位于所述内胆中，包括两根管子，其中一根管子的进口连接所述冷水进口，出口连接所述热水出口，另一根管子的进口连接所述集热循环进口，出口连接所述集热循环出口；

相变材料，该相变材料填充在所述内胆中，其填充量占内胆体积的75%-85%。

2.根据权利要求1所述的储能箱，其特征在于：所述相变材料由HR35、月桂酸和HR50组合而成，其相变温度为79℃。

3.根据权利要求1或2所述的储能箱，其特征在于：所述壳体上安装有膨胀罐。

4.根据权利要求3所述的储能箱，其特征在于：所述盘管的管壁呈波纹状。

5.根据权利要求4所述的储能箱，其特征在于：所述内胆上位于集热循环进口、集热循环出口以及中间位置处分别安装有传感器。

6.根据权利要求5所述的储能箱，其特征在于：所述壳体及内胆均呈圆柱状。

7.根据权利要求6所述的储能箱，其特征在于：所述内胆上集热循环进口、集热循环出口以及中间位置处分别焊接螺头，该螺头上安装有带螺纹的盲管，该盲管伸向所述内胆中，所述传感器位于所述盲管中。

8.一种太阳能热水器，包括集热器、太阳能泵站、控制器以及进、出水管路，其特征在于：还包括一储能箱，该储能水箱包括壳体，该壳体上设有冷水进口、热水出口、集热循环进口、集热循环出口；内胆，该内胆安装在壳体内；保温层，该保温层填充在壳体与内胆之间；盘管，该盘管位于所述内胆中，包括两根管子，其中一根管子的进口连接所述冷水进口，出口连接所述热水出口，另一根管子的进口连接所述集热循环进口，出口连接所述集热循环出口；相变材料，该相变材料填充在所述内胆中，其填充量占内胆体积的75%-85%；所述进、出水管路通过泵站分别与所述集热循环出口、集热循环进口相连。

9.根据权利要求8所述的太阳能热水器，其特征在于：所述内胆上位于集热循环进口、集热循环出口以及中间位置处分别安装有与所述控制器电连接的传感器。

10.根据权利要求9所述的太阳能热水器，其特征在于：所述相变材料由HR35、月桂酸和HR50组合而成，其相变温度为79℃。