CN103047785B - 一种无级式分层贮热水箱 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种无级式分层贮热水箱，包括水箱，设置在水箱底部的换热管，所述的换热管外设有与水箱底部存在间隙的隔离罩，所述的隔离罩顶部与竖直向上延伸的疏导元件组合管连通，所述的疏导元件组合管外壁呈翅片状，每层翅片间的管壁均与水箱连通。本发明无级式分层贮热水箱能够很快使水温地达到一个可以使用的温度，同时还能使贮热水箱下层的水保持冷却，冷却的贮热水箱下层使换热器回流迅速冷却，这提高了集热器与贮热水箱换热器之间温度差并由此增加了对太阳能辐射热量的吸收。

Description

一种无级式分层贮热水箱

技术领域

本发明涉及承压式太阳能热水系统的换热和储热部件。

背景技术

贮热水箱是用于承压式太阳能热水系统换热和储热的部件，目前使用的贮热水箱仅将换热器安装在水箱内，贮热在水箱内的水依靠涌动进行换热，这样的换热方式效率低下，不能满足用户需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种换热效率高的无级式分层贮热水箱。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种无级式分层贮热水箱，包括水箱，设置在水箱底部的换热管，所述的换热管外设有与水箱底部存在间隙的隔离罩，所述的隔离罩顶部与竖直向上延伸的疏导元件组合管连通，所述的疏导元件组合管外壁呈翅片状，每层翅片间的管壁均与水箱连通。

所述的疏导元件组合管由疏导元件构成，所述的疏导元件为锥台形管体，该锥台形管体开口较大的一端向外延伸有一圈固定导流檐，所述的固定导流檐上设有固定螺孔，多个所述的疏导元件依次相互重叠并在固定螺孔处由固定螺柱连接固定，构成疏导元件组合管。

所述的固定螺孔沿轴向凸出，所述的凸出部的端部在疏导元件依次重叠固定时，抵住相邻层疏导元件，确保疏导元件间存在换热间隙。

沿着所述的水箱外壁不同高度处设有多个热水出口。

所述的水箱内水平设有一个隔板，所述的隔板中心与疏导元件组合管连接，边缘与水箱内壁存在间隙，由所述的隔板隔出的上下两层水箱均设有热水出口。

所述的水箱底部中心位置设有固定底板，所述的换热管的换热管进出口和隔离罩均固定于固定底板一侧，共同构成一个整体部件。

所述的水箱上下两层均设有温度传感器，所述的水箱上下两层热水出口均设有电磁阀，所述的温度传感器信号输出端以及电磁阀控制输入端均与控制器连接。

所述的控制器设有显现温度传感器信号数值的显示器，还设有控制电磁阀开合的控制按键。

所述的水箱设有辅助循环加热出口和辅助循环加热入口，所述的辅助循环加热出口和辅助循环加热入口与加热设备连接构成循环回路，所述的加热设备为电加热器或燃气加热器。

所述的水箱顶部设有安全阀，底部设有冷水补水口和热水回水口。

本发明的优点在于它能够很快使水温地达到一个可以使用的温度，同时还能使贮热水箱下层的水保持冷却，冷却的贮热水箱下层使换热器回流迅速冷却，这提高了集热器与贮热水箱换热器之间温度差并由此增加了对太阳能辐射热量的吸收。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1、6为水箱结构示意图；

图2、3为疏导元件结构示意图；

图4为图3中A-A结构示意图；

图5为图3中B-B结构示意图；

上述图中的标记均为：1、水箱；2、隔离罩；3、换热管；4、隔板；5、换热管进出口；6、固定底板；7、疏导元件组合管；8、温度传感器；9、冷水补水口；10、辅助循环加热出口；11、辅助循环加热入口；12、安全阀；13、热水出口；14、热水回水口；701、疏导元件；702、固定螺孔；703、固定螺柱；

图1、4、6中箭头方向为水流方向。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

参见图1可知，一种无级式分层贮热水箱包括水箱1和设置在水箱1内的换热系统，换热系统包括呈螺旋管状设置在水箱1底部的换热管3，罩在换热管3外的隔离罩2，隔离罩2与水箱1底部存在用于让冷水涌入的间隙，隔离罩2顶部与竖直向上延伸的疏导元件组合管7连通，疏导元件组合管7外壁呈翅片状，每层翅片间的管壁均与水箱1连通，这样在有阳光辐照条件下，太阳能集热器吸收太阳辐射并转换成热能使集热器传热工质温度不断上升，被加热的传热工质由集热循换泵输送进入换热管3与隔热罩2内水进行换热,将热量传递到隔离罩2内水中，水被加热后其密度变化产生上升的浮力(即热水上涌、冷水下降的物理原理)，上升的热水沿疏导元件组合管7上升流至与水箱1内对应温度层面高度时，沿着导元件组合管7上相应间隙流出，与贮热水箱1内对应温度层的水混合，而冷水从隔离罩2与水箱1底部件的间隙涌入，可给隔离罩2内补水。这样可以尽可能的使贮热水箱1的下层保持冷却，冷却的水箱1下层使换热管3回流迅速冷却。这提高了集热器与贮热水箱1内换热管3回流之间的温差，并由此增强了对太阳辐射能量的吸收，可以有效的提高整个太阳能热水系统热效率（根据传热学基本定率：单位时间内的导热量与温度梯度及传热面积成正比, 由于增大了水箱内水的温度梯度进而增大了集热器与贮热水箱1之间的温差 , 因而提高了换热效率和太阳能热水系统集热效率）。

下面提供一种结构精简，制造方便，换热效果好的疏导元件组合管7实施例，参见图2-5可知，疏导元件组合管7由多组疏导元件701重叠构成，该疏导元件701为锥台形管体，该锥台形管体开口较大的一端向外延伸有一圈固定导流檐，固定导流檐用于固定连接相邻的疏导元件701，以及辅助导流出热水的作用。在固定导流檐上设有固定螺孔702，固定螺孔702沿轴向凸出，这样每个固定螺孔702的凸出部端部在疏导元件701依次重叠固定时，抵住相邻层疏导元件701的固定导流檐，从而相邻确保疏导元件701间存在换热间隙，且间隙等距，将多个疏导元件701相互重叠且依次相套，且均开口较大端朝下，同时固定螺孔702对准位置后，通过固定螺柱703将所有疏导元件701连接固定，构成疏导元件组合管7，这样水箱1大小变化时，只需调整疏导元件701的数量，即可调整疏导元件组合管7的长度，从而与水箱1相适应。

安装了上述实施例的疏导元件组合管7，可以更有效的进行分层换热，将热水分层输入具有相对应温度的贮热层中，因疏导元件组合管7中部流水管道内热水必须通过疏导元件701向下方流出，由于热水与冷水密度的不同，上涌的热水不可能向下流动与水箱1下部周围的冷水混合，而只能与贮热水箱1内对应温度层的水混合。这样在光照条件较强时，分层贮热水箱可以迅速地把被加热的热水储存于位于水箱1上层的贮热层中。

为了便于水箱1装配制造，以及后期维护修理，水箱1底部中心位置设有固定底板6，换热系统均固定于固定底板6一侧，即换热管3的换热管进出口4和隔离罩2固定于固定底板6上，共同构成一个整体部件。这样将换热管3、换热管进出口4、隔离罩2和疏导元件组合管7装配完成后，将安装在固定底板6上的换热系统塞入水箱1底部预留的安装孔内，之后密封固定底板6即可。

由于水箱1内的贮水是分层换热的，因此水箱1不同高度的水温是存在温差的，因此在外壁不同高度处设有多个热水出口13，可以让使用者按水箱1内热水温度分层情况提供相应温度要求的生活热水。为完善此类提高热水方案，可在水箱1不同高度位置温度传感器8，并在每个热水出口13设有电磁阀，上述温度传感器8号输出端以及电磁阀控制输入端均与控制器连接，控制器可以根据预设阀值与采集温度数据比对，自动控制电磁阀启闭，为用户提供合适温度的热水。同时控制器设有显现温度传感器8信号数值的显示器，显示器可以显示水箱1内各层水温，并且控制器还设有控制电磁阀开合的控制按键，用户也可以根据自己需要人工控制相应水出口13电磁阀开启，为用户供水。

水箱1上还设有辅助循环加热出口10和辅助循环加热入口11，上述辅助循环加热出口10和辅助循环加热入口11与加热设备连接构成循环回路，加热设备可以选择电加热器或燃气加热器，并且循环回路上设有水泵，水泵以及加热设备与控制连接，可以人工或手动控制其工作，从而在阳光不足时，为水箱1提供第二加热手段。为确保水箱1安全工作，水箱1顶部设有安全阀12。冷水补水口9位于水箱1的底部，从而进一步保障水箱1底部水温较低，提高换热效率。同时水箱1上还设有热水回水口14。

无论太阳辐照强度高低，该贮热水箱1都能够几乎无级的分层储热（温）水，所以它能够高效利用总是处于不稳定和变化之中的太阳辐射的能量。为此提出一个实施例。参见图6可知，在水箱1内水平设有一个隔板4，位于水箱1中上层位置（如水箱1的 1/3位置），该隔板4将水箱1隔出上下两层，隔板4中心与疏导元件组合管7连接，边缘与水箱1内壁存在间隙，确保整个水箱1内的水能够流通换热。利用疏导元件组合管7的分层换热功能，这样的隔板4设计可以使水箱1上层的水温明显高于下层，特别是在在光照条件较弱时，温差更大，可以为用户提供一部分热水，而不至于在光照条件较弱时整个水箱1内的水温都不能达到用户要求。水箱1上下两层还可以分别设置温度传感器8，并且水箱1上下两层各设一个热水出口13，且每个热水出口13均设有电磁阀，上述温度传感器8号输出端以及电磁阀控制输入端均与控制器连接，控制器可以根据预设阀值与采集温度数据比对，自动控制电磁阀启闭，为用户提供合适温度的热水。同时控制器设有显现温度传感器8信号数值的显示器，显示器可以显示水箱1内各层水温，并且控制器还设有控制电磁阀开合的控制按键，用户也可以根据自己需要人工控制相应水出口13电磁阀开启，为用户上层热水，或下层温水。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无级式分层贮热水箱，包括水箱(1)，设置在水箱(1)底部的换热管(3)，其特征在于：所述的换热管(3)外设有与水箱(1)底部存在间隙的隔离罩(2)，所述的隔离罩(2)顶部与竖直向上延伸的疏导元件组合管(7)连通，所述的疏导元件组合管(7)外壁呈翅片状，每层翅片间的管壁均与水箱(1)连通；所述的疏导元件组合管(7)由疏导元件(701)构成，所述的疏导元件(701)为锥台形管体，该锥台形管体开口较大的一端向外延伸有一圈固定导流檐，所述的固定导流檐上设有固定螺孔(702)，多个所述的疏导元件(701)依次相互重叠且均开口较大端朝下放置，并通过固定螺孔(702)以及固定螺柱(703)相互连接固定，构成疏导元件组合管(7)。

2.根据权利要求1所述的无级式分层贮热水箱，其特征在于：所述的固定螺孔(702)沿轴向凸出，该固定螺孔(702)凸出部位的端部在疏导元件(701)依次重叠固定时，抵住相邻层疏导元件(701)，确保疏导元件(701)间存在换热间隙。

3.根据权利要求1所述的无级式分层贮热水箱，其特征在于：沿着所述的水箱(1)外壁不同高度处设有多个热水出口(13)。

4.根据权利要求3所述的无级式分层贮热水箱，其特征在于：所述的水箱(1)内水平设有一个隔板(4)，所述的隔板(4)中心与疏导元件组合管(7)连接，边缘与水箱(1)内壁存在间隙，由所述的隔板(4)隔出的上下两层水箱均设有热水出口(13)。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的无级式分层贮热水箱，其特征在于：所述的水箱(1)底部中心位置设有固定底板(6)，所述的换热管(3)的换热管进出口(4)和隔离罩(2)均固定于固定底板(6)一侧，共同构成一个整体部件。

6.根据权利要求4所述的无级式分层贮热水箱，其特征在于：所述的水箱(1)上下两层均设有温度传感器(8)，所述的水箱(1)上下两层热水出口(13)均设有电磁阀，所述的温度传感器(8)信号输出端以及电磁阀控制输入端均与控制器连接。

7.根据权利要求6所述的无级式分层贮热水箱，其特征在于：所述的控制器设有显现温度传感器(8)信号数值的显示器，还设有控制电磁阀开合的控制按键。

8.根据权利要求7所述的无级式分层贮热水箱，其特征在于：所述的水箱(1)设有辅助循环加热出口(10)和辅助循环加热入口(11)，所述的辅助循环加热出口(10)和辅助循环加热入口(11)与加热设备连接构成循环回路，所述的加热设备为电加热器或燃气加热器。

9.根据权利要求1、2、3、4、6、7或8所述的无级式分层贮热水箱，其特征在于：所述的水箱(1)顶部设有安全阀(12)，底部设有冷水补水口(9)和热水回水口(14)。