CN103604232A - 太阳能冷、热水分层水箱及制作方法 - Google Patents

太阳能冷、热水分层水箱及制作方法 Download PDF

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边志敏
表亚辉
冯迎九
张丽娟
李红
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Abstract

本发明涉及一种太阳能冷、热水分层水箱及制作方法。该分层水箱包括水箱主体和装配在水箱主体内的冷热水分层器、分段换热器及设在底部的冷水分布器，所述冷热水分层器设于水箱主体内，将水箱主体内腔分割成上下两个或多个热交换腔室，分段换热器分别装配在各热交换腔室内。本发明采用分段式的热交换方式，不仅换热效率高，而且由于冷水分布器的作用使水箱内冷热水置换的更充分稳定均匀，水箱内热水整体热利用率高达88%以上。并且分段设置辅助电加热器，系统更节能。

Description

太阳能冷、热水分层水箱及制作方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能冷、热水分层水箱及制作方法。
背景技术
目前用于分体太阳能热水器的水箱主要有以下两种结构。一种是水箱为夹层换热结构，双层之间为导热介质，水箱的冷、热介质上下接头与分体太阳能集热器用管道相连接，水箱为横置结构。由此引起的水箱里的热水冷水容易混合，在前面的人洗浴用水之后，水箱内顶水新进来的冷水会与水箱内原有的热水自动混合。甚至冷水会在水箱里快速锥进，使水箱里的热水20～30％不能有效释放出来，从而降低太阳能热水器的使用效果。另一种是水箱为夹层换热竖置结构或单层内置盘管换热器结构。由此引起的水箱里的热水冷水混合程度较横置结构有所改善，但是在最初的人用水之后，水箱内新补充进来的冷水与水箱内原有热水依然会自动混合。降低太阳能热水器的使用效果。为改善水箱的混水状况，天津商业大学对太阳能储水箱进行了改进，并申报了实用新型专利，专利申请号：200920096179.X，名称为小型太阳能温度分层水箱。该技术方案是在箱体的上部分别连接有热水进口水管和热水出口水管，在箱体的下部连接有出水管，所述箱体内通过绝热隔板分隔成至少两个分水箱，在每个绝热隔板上设置有连通上一层分水箱与下一层分水箱的节流管。本实用新型的分层水箱采用节流管进行温度分层，可以进一步减小冷热水之间的扰动，增强温度分层，提高分水箱间的温差。而且，可以根据用户出水的位置来确定节流管的位置，从而保证更好的温度分层效果。该技术方案虽然在相邻两换热层间具有一定的冷热水防混作用，但是还存在如下缺陷：1、当水箱在没有布水结构运行时，在水箱下层空间不会形成均匀的冷水层，进入水箱的冷水形成锥形，冷水通过中心管直接流入水箱上层，不能将本层的热水大部分通过隔板的节流管均匀有效的推到上层空间。2、通过中心管进入上层水箱的水在低于上层水的温度时会形成一个低温锥进体，由此该水箱通过带节流管的隔板结构，设想获得水箱内更多热水的效果会明显下降。3、该水箱未加入辅助加热结构，将限制该水箱的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足提供一种热效率高的太阳能冷、热水分层水箱及制作方法。
本发明的目的是这样实现的：该太阳能冷、热水分层水箱包括水箱主体和装配在水箱主体内的冷热水分层器、分段换热器及设在底部的冷水分布器，所述冷热水分层器设于水箱主体内，将水箱主体内腔分割成上下两个或多个热交换腔室，分段换热器分别装配在各热交换腔室内。
上述所说水箱为一分体结构，其由水箱主体和上下封头组成，上下封头分别装配在水箱主体的两端头，下封头内设有冷水分布器。
制造该太阳能冷、热水分层水箱的方法是由以下步骤完成的：
A、承压水箱的制作
a、水箱主体的制作
将钢板焊制成或模压成带法兰的圆筒、防腐待用；
b、上下封头的制作
将钢板焊制或模压成带法兰的碟状或半球状、防腐待用；
B、分段换热器的制造
由列管与上集管、下集管焊接制成，分段换热器的进出水口对角设置；
C、冷热水对流分层器的制造
以均布透水孔的底板为基板，并在基板上包覆一层以上阻尼网，由环状压圈和密封胶圈将滤网与基板紧固为一体待用；
D、冷水分布器的制造
将金属管的一端头封堵，并将金属管弯制成单层或多层的圆环状结构，在圆环状结构下面的金属管上均布钻制出水孔，待用；
E、成装
a、将冷热水分层器固定在分段换热器上并置入水箱主体内，冷热水分层器与水箱主体间加装胶圈；
b、将冷水分布器以出水孔向下的方向安装在下封头内；
c、将上下封头通过法兰与水箱主体连接为一体，制成冷热水分层水箱。
本发明取得的技术进步是：1、分层换热，热效率高。由冷热水分层器和分段换热器将水箱主体内的热交换空间分割成两段及多段换热空间，由上部的换热器输入热源，而被加温的冷水由水箱的底部向上输入，即由上部换热器至下部换热器以热交换方式对水箱内的冷水进行分段式加温，该种分段式的热交换方式，使分段换热器内的热介质与水箱内冷水间的热交换更充分稳定均匀，热效率高。2、冷水均布顶水出热水，箱内热水利用率高。在冷水分布器的作用下，被加热的冷水以稳定均匀的冷水层面与热交换器自下而上的进行稳定均匀充分的热交换。同时在冷热水分层器的作用下，对自下而上的冷水层产生流动阻力，该流动阻力有效地控制了冷水和热水之间的轴向对流引起的自由混合，使得冷热水得到更加充分的替换，冷热水层之间的轴向对流作用减弱，在冷水压力的作用下将被加热的热水稳定均匀的顶出，从而使水箱内的热水利用率达到88%以上。3、输出水温稳定。在冷水分布器和冷热水分层器的作用下，水箱内的热水被稳定均匀向上运动的冷水层托浮上升，并且被加热的热水以稳定均匀的水温输出。同时分段设置辅助电加热器，系统更节能。如果太阳能辐射不足且只需要较少的水加热时，则只开启上封头的电热器将主水箱上部的水加热。需要较多的水加热时，开启上下封头的两个电热器将主水箱内全部水加热，从而达到节电的目的。
附图说明
图1为本发明分层水箱的整体结构示意图。
具体实施方式
下面以附图为实施例对本发明进一步的说明。如图1所示，该太阳能冷、热水分层水箱它包括水箱主体4和装配在水箱主体4内的冷热水分层器8及分段换热器9，所述冷热水分层器8设于水箱主体4内的中部，将水箱主体4内腔分割成上下两热交换腔室，分段换热器9分别装配在上下热交换腔室内。上述所说的水箱为一分体结构，其由水箱主体4和上下封头3、5组成，上下封头3、5分别装配在水箱主体4的两端头。所述在下封头5内设有冷水分布器6。为了提高太阳能的利用率，在上下封头3、5内还分别装配了电热器1、2。所述的分段换热器9有两组换热器串接构成，也可由多组换热器串接构成。其每组换热器由多根列管和上下集管组成，列管均匀布设于上下集管之间。所述冷热水分层器8由多孔底板和阻尼网构成，所述阻尼网由环状压圈和密封胶圈覆装在多孔底板上。
制造太阳能冷热水分层水箱的方法由以下步骤完成：
A、承压水箱的制作
a、水箱主体的制作
将钢板或高强度塑料焊制成或模压成带法兰的圆筒待用；
b、上下封头的制作
将钢板或高强度塑料压制成带法兰的半球状待用；
B、分段换热器的制造
由列管与上集管、下集管焊接制成，分段换热器的进出水口对角设置；
C、冷热水对流分层器的制造
以均布透水孔的底板为基板，并在基板上包覆3层阻尼网，由环状压圈和密封胶圈将滤网与基板紧固为一体待用；
D、冷水分布器的制造
将金属管的一端头封堵，并将金属管弯制成单层或多层的圆环状结构，在圆环状结构下面的金属管上均布钻制出水孔，待用；
E、成装
a、将冷热水分层器固定在分段换热器上并置入水箱主体内；
b、将冷水分布器以出水孔向下的方向安装在下封头内；
c、将上下封头通过法兰与水箱主体连接为一体，制成冷热水分层水箱。
本发明使用时，将太阳能集热器热介质出口与分段换热器9的热介质循环进口11连接，太阳能集热器热介质回流口与分段换热器9的热介质循环出口12连接。被加温的冷水接入冷水分布器6的输入口。来自太阳能集热器热介质在分段换热器9内与外部的冷水进行热交换，靠密度差循环，先将冷热水分层器8上部的水加热，然后逐步对冷热水分层器8下部的水加热。如果太阳能辐射不足时，开启电热器1、电热器2将主水箱全部水加热，如果只需要较少的水加热，则只开启电热器1将主水箱上部水加热，从而达到节电的目的。需要热水时，开启热水阀门，在冷水压力的作用下，自冷水分布器6进入水箱并形成冷水层，稳定的将热水由热水出口7输出。关闭热水阀门，在冷热水分层器8的阻尼作用下，冷热水分层器上下的冷热水不发生自动混合，从而达到节电和多出热水的目的。

Claims (7)

1.一种太阳能冷、热水分层水箱，其特征在于它包括水箱主体和装配在水箱主体内的冷热水分层器、分段换热器及设在底部的冷水分布器，所述冷热水分层器设于水箱主体内，将水箱主体内腔分割成上下两个或多个热交换腔室，分段换热器分别装配在各热交换腔室内。
2.根据权利要求1所述的太阳能冷、热水分层水箱，其特征在于所说水箱为一分体结构，其由水箱主体和上下封头组成，上下封头分别装配在水箱主体的两端头。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能冷、热水分层水箱，其特征在于所说下封头内设有冷水分布器。
4.根据权利要求3所述的太阳能冷、热水分层水箱，其特征在于所说冷热水分层器由多孔底板和阻尼网构成，所述阻尼网覆装在多孔底板上。
5.根据权利要求4所述的太阳能冷、热水分层水箱，其特征在于所说上、下封头内分别设有电热器。
6.根据权利要求5所述的太阳能冷、热水分层水箱，其特征在于所说分段换热器由两组以上换热器串接构成，所述每组换热器由列管和上下集管组成，列管均布设于上下集管之间。
7.一种太阳能冷、热水分层水箱的制造方法，所述分层水箱包括水箱主体和装配在水箱主体内的冷热水分层器及分段换热器，所述冷热水分层器设于水箱主体内，将水箱主体内腔分割成上下两个及以上热交换腔室，分段换热器分别装配在各热交换腔室内，其特征在于所述分层水箱的制造方法由以下步骤完成：
A、承压水箱的制作
a、水箱主体的制作
将钢板焊接成或模压成带法兰的圆筒、内外防腐处理待用；或将耐温耐压材料焊接成或模压成带法兰的圆筒待用；
b、上下封头的制作
将钢板焊接或压制成带法兰的碟状或半球状、内外防腐处理待用；或将耐温耐压材料焊接成或模压成带法兰的碟状或半球状待用；
B、分段换热器的制造
由列管与上集管、下集管焊接制成，分段换热器的进出水口对角设置；
C、冷热水对流分层器的制造
以均布透水孔的底板为基板，并在基板上包覆一层以上阻尼网，由环状压圈和密封胶圈将阻尼网与基板紧固为一体待用；
D、冷水分布器的制造
将金属管的一端头封堵，并将金属管弯制成单层或多层的圆环状结构，在圆环状结构金属管下表面上均布制出水孔，待用；
E、成装
a、将冷热水分层器固定在分段换热器上并置入水箱主体内，冷热水分层器与水箱主体间由冷热水分层器上的胶圈密封；
b、将冷水分布器以出水孔向下的方向安装在下封头内；
c、将上下封头通过法兰与水箱主体连接为一体，制成冷、热水分层水箱。
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