CN103185406B - 电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱 - Google Patents

电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱,包括水箱壳体,冷水进口,热水出口,换热器、电辅助加热器,及控制器,在水箱壳体的中下部设有弧形挡盖,弧形挡盖的边缘与水箱壳体之间的间隙构成冷水通口,弧形挡盖的中部设有热水导管,热水导管的上端出口位于水箱壳体的顶部;换热器为波纹盘管换热器,其位于所述换热区;电辅助加热器位于换热区的中部;温度传感器A设置于水箱壳体的中上部,温度传感器B设置于水箱壳体的中下部且位于弧形挡盖的上方。本发明能够提高换热效率,增加可用热水体积,使蓄热水箱储热稳定,且随时满足对少量或大量热水的需要,有效降低蓄热水箱内热水与冷水的混合,太阳能利用率高,节能效果好。

Description

电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱
技术领域
[0001] 本发明涉及电辅助加热间接式热水系统,尤其是一种电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱。
背景技术
[0002] 太阳能热水系统中按照有无换热器可分为直接式热水系统与间接式热水系统。直接式热水系统的水直接在水箱内循环,影响水质,水箱和集热器内容易结水垢,在寒冷地区,还会出现冷冻。间接式热水系统可以解决防冻问题、提高水质。
[0003] 现有的间接式电辅助太阳能热水器,是由太阳能集热器、保温水箱、换热器、电辅助加热器、水泵、温度传感器和控制器等构成。为了有足够的太阳能储热空间,间接式电辅助太阳能热水器水箱的电辅助加热器设置在水箱的中部位置。这种结构的太阳能水箱存在以下缺陷:一是太阳能热水器仅用于洗澡时,如果太阳能能量不足,辅助加热只能加热中部以上水箱中的水,会出现供热水量不足的情况;二是太阳能热水器需随时供应热水,电辅助加热常开状态下,水箱的储存太阳能空间只能是水箱下部,这就降低了太阳能热水器的效率;三是若临时需要用水而临时加热,加热时间过长。蓄热水箱容积越大,上述缺陷就越明显。另外,在间接式热水系统中,换热区域和热水集中区域没有分层,这样就存在着尚待解决的问题:换热区域需要强化湍流以提高换热效率,但是这样就会造成在水箱上部热水与冷水混合严重,降低了可用热水体积。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于:提供一种电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱,能够提高换热效率,增加可用热水体积,使蓄热水箱储热稳定,且随时满足对少量或大量热水的需要,有效降低蓄热水箱内热水与冷水的混合,太阳能利用率高,节能效果好。
[0005] 为实现上述目的,本发明可采取下述技术方案:
[0006] 本发明一种电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱,包括水箱壳体,冷水进口,位于水箱壳体顶部的热水出口,设置于水箱壳体内的换热器、电辅助加热器、温度传感器,及控制器,在所述水箱壳体的中下部设有中部拱起的弧形挡盖,所述弧形挡盖将水箱壳体分为上部的蓄热区和下部的换热区,弧形挡盖的边缘与水箱壳体之间的间隙构成冷水通口,所述冷水进口位于该冷水通口处的上方,在弧形挡盖的中部设有热水导管,该热水导管的上端出口位于水箱壳体的顶部;所述换热器为波纹盘管换热器,其位于所述换热区;所述电辅助加热器位于换热区的中部;所述温度传感器为温度传感器A、B两个,温度传感器A设置于水箱壳体的中上部,温度传感器B设置于水箱壳体的中下部且位于弧形挡盖的上方。
[0007] 所述波纹盘管换热器由多个螺旋状的盘片沿纵向叠置构成,各盘片的中部入口连通构成热工质进口,各盘片的边缘部出口连通构成热工质出口。
[0008] 所述水箱壳体由内胆、保温层和外壳构成;所述电辅助加热器、温度传感器A、温度传感器B与所述控制器电连接,所述控制器依据温度传感器A、温度传感器B传来的数据控制电辅助加热器的启动与关闭。
[0009] 与现有技术相比本发明的有益效果是:由于采用上述技术方案,在所述水箱壳体的中下部设有中部拱起的弧形挡盖,所述弧形挡盖将水箱壳体分为上部的蓄热区和下部的换热区,弧形挡盖的边缘与水箱壳体之间的间隙构成冷水通口,所述冷水进口位于该冷水通口处的上方,在弧形挡盖的中部设有热水导管,该热水导管的上端出口位于水箱壳体的顶部,所述换热器为波纹盘管换热器,其位于所述换热区;所述电辅助加热器位于换热区的中部;所述温度传感器至少有温度传感器A、B两个,分别设置于水箱壳体的中上部和中下部,
[0010] 这种结构,利用弧形挡盖中部的热水导管和弧形挡盖边缘的冷水通口将蓄热区和换热区连通,构成对流循环,既提高了对流效率,又克服了冷热水严重混合而降低可用热水体积的缺陷;如果太阳能能量不足,电辅助加热器能够加热换热区域的冷水,并通过热水导管迅速到达顶部,不会出现供热水量不足的情况,且缩短加热冷水的时间;采用波纹盘管换热器,在冷热水换热时,当流体由缩径处进入扩径处时会发生边界层分离现象,此时在扩径处产生流体空白区,一部分流体会倒流回来填充空白区,扩径处就形成了涡流和横向流,对边界层、滞留内层和管壁内的污垢有很强的冲击作用,这样就减少了热阻,大大提高了对流传热系数,流体在波纹管外侧也同样会出现类似的情况,波纹管结构应用于换热器中会使传热系数得到明显提高,对流系数是光管的3-7倍。
[0011] 当水箱内上部温度传感器A感应到的温度未达到设定值,控制器控制电辅助加热器打开,在换热区加热冷水,热水通过热水导管进入到蓄热区上部,蓄热区底部的冷水通过冷水通口进入到换热区受热,若上部温度传感器处的水温达到设定值,电辅助加热器关闭,水箱内的水温继续以太阳能受热,当热工质达到一定温度,热工质进入波纹盘管换热器,换热区中的冷水吸收热量,温度升高,热水通过热水导管进入到蓄热区上部,蓄热区底部的冷水通过冷水通口进入到换热区,继续冷热水换热。当需要大量热水时,水箱内下部的温度传感器B处的水温未达到设定值,控制器控制电辅助加热器打开,继续在换热区加热冷水。当该处温度达到设定值时,电辅助加热器关闭。
附图说明
[0012] 图1是本发明结的构示意图;
[0013] 图2是图1波纹盘管换热器的结构示意图;
[0014] 图3是图2的I部结构放大示意图。
具体实施方式
[0015] 如图1至3所示,本发明,包括一种电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱,包括水箱壳体,冷水进口 1,位于水箱壳体顶部的热水出口 8,设置于水箱壳体内的换热器、电辅助加热器、温度传感器,及控制器,所述水箱壳体由内胆701、保温层702和外壳703构成;在所述水箱壳体的中下部设有中部拱起的弧形挡盖3,所述弧形挡盖3将水箱壳体分为上部的蓄热区401和下部的换热区402,弧形挡盖3的边缘与水箱壳体之间的间隙构成冷水通口 301,所述冷水进口 I位于该冷水通口 301处的上方,在弧形挡盖3的中部设有热水导管302,该热水导管302的上端出口位于水箱壳体的顶部;所述换热器为波纹盘管换热器2,其位于所述换热区402,所述波纹盘管换热器2由多个螺旋状的盘片沿纵向叠置构成,各盘片的中部入口连通构成热工质进口 201,各盘片的边缘部出口连通构成热工质出口 202,采用波纹盘管换热器,在冷热水换热时,当流体由缩径处203进入扩径处204时会发生边界层分离现象,此时在扩径处产生流体空白区,一部分流体会倒流回来填充空白区,扩径处就形成了涡流和横向流,对边界层、滞留内层和管壁内的污垢有很强的冲击作用,这样就减少了热阻,大大提高了对流传热系数,流体在波纹管外侧也同样会出现类似的情况,波纹管结构应用于换热器中会使传热系数得到明显提高,对流系数是光管的3-7倍;所述电辅助加热器5位于换热区402的中部;所述温度传感器为温度传感器A、B601、602两个,温度传感器A601设置于水箱壳体的中上部,温度传感器B602设置于水箱壳体的中下部且位于弧形挡盖3的上方;所述电辅助加热器5、温度传感器A601、温度传感器B602与所述控制器电连接,所述控制器依据温度传感器A601、温度传感器B602传来的数据控制电辅助加热器5的启动与关闭。

Claims (3)

1.一种电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱,包括水箱壳体,冷水进口(1),位于水箱壳体顶部的热水出口(8),设置于水箱壳体内的换热器、电辅助加热器、温度传感器,及控制器,其特征在于:在所述水箱壳体的中下部设有中部拱起的弧形挡盖(3),所述弧形挡盖(3)将水箱壳体分为上部的蓄热区(401)和下部的换热区(402),弧形挡盖(3)的边缘与水箱壳体之间的间隙构成冷水通口( 301),所述冷水进口( I)位于该冷水通口( 301)处的上方,在弧形挡盖(3)的中部设有热水导管(302),该热水导管(302)的上端出口位于水箱壳体的顶部;所述换热器为波纹盘管换热器(2),其位于所述换热区(402);所述电辅助加热器(5)位于换热区(402)的中部;所述温度传感器为温度传感器A、B (601、602)两个,温度传感器A (601)设置于水箱壳体的中上部,温度传感器B (602)设置于水箱壳体的中下部且位于弧形挡盖(3)的上方。
2.根据权利要求1所述的电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱,其特征在于:所述波纹盘管换热器(2)由多个螺旋状的盘片沿纵向叠置构成,各盘片的中部入口连通构成热工质进口(201),各盘片的边缘部出口连通构成热工质出口(202)。
3.根据权利要求1或2所述的电辅助加热间接式热水系统中应用的蓄热水箱,其特征在于:所述水箱壳体由内胆(701)、保温层(702)和外壳(703)构成;所述电辅助加热器(5)、温度传感器A (601)、温度传感器B (602)与所述控制器电连接,所述控制器依据温度传感器A (601)、温度传感器B (602)传来的数据控制电辅助加热器(5)的启动与关闭。
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