CN103697597A - 一种燃气辅助太阳能热水一体机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气辅助太阳能热水一体机，属于太阳能应用技术领域。该机的储热水箱内具有与太阳能集热器的换热介质管路构成循环回路的热交换器，储热水箱还具有燃气进水口和燃气出水口，并通过外部水路与燃气换热器构成水循环管路，燃气换热器的下部和上部分别具有燃气燃烧器和燃气集烟罩，燃气集烟罩与穿过储热水箱的尾气换热器连通。本发明将燃气加热与太阳能加热有机结合，使其相互补充，可以保证热水的持续提供，充分利用燃气热能，更有利于节能环保，便于制成与现代建筑设计配套的一体机，从而为提供符合节能环保要求的住宅创造了条件。

Description

一种燃气辅助太阳能热水一体机
技术领域
本发明涉及一种热水器，尤其是一种燃气辅助太阳能热水一体机，属于太阳能应用技术领域。
背景技术
太阳能热水器是目前得到普及的热水器，虽然此类热水器具有节能环保的显著优点，但其缺陷也较为突出，例如，夜晚或阴天，由于缺乏足够的太阳辐照，水温难以提升，尤其当环境温度较低时，单靠太阳能热水器无法满足热水的使用需求。为了解决这一问题，各种复合能源的热水器应运而生。其中，以太阳能和燃气为复合能源的热水器典型结构为申请号201120029320.1的中国专利所公开，该热水器包括水箱,以及位于水箱下方的燃气热装置,水箱的顶面或侧壁的上方设有出水口,水箱的侧壁下方设有热水出水口,此外还包括集热器,集热器与水箱之间分别通过水箱进水管和水箱出水管连接,水箱进水管的一端连接集热器出水口,另一端连接于水箱的顶端或侧壁的上方,水箱出水管上设有温控阀和水泵。
据申请人了解，现有此类热水器无论以燃气还是以太阳能为主能源，其本质上均为两种热源简单的串联或并联组合，不仅连接管路复杂，安装不便，而且分体安装，占据空间大，尤其是燃气尾气直接排入大气，余热未能利用，更没有与建筑设计统筹考虑，因此难以满足适应节能环保及与建筑设计配套的时代发展需求。
另外，在太阳辐照度非常好的天气，当水箱温度达到设定的温度时，为保护水箱不至于因过热而出故障，常规水箱的控制器会控制停止进一步将太阳能集热器的热量传递给水箱，导致多余的太阳能被白白浪费。
发明内容
本发明的目的首要在于：针对上述现有技术存在的问题，通过将太阳能和燃气热源有机结合，提出一种可以持续提供热水，并充分发挥燃气效能、更为节能环保的燃气辅助太阳能热水一体机，从而为与现代建筑设计配套奠定良好的基础。
本发明进一步的目的在于：提出一种不仅可以持续提供热水，而且可以保证热水舒适感的燃气辅助太阳能热水一体机。
本发明更进一步的目的在于：提出一种可以避免阳光充沛时太阳能被浪费的燃气辅助太阳能热水一体机。
为了达到以上首要目的，本发明燃气辅助太阳能热水一体机的基本技术方案为：包括具有冷水进口和热水出口的储热水箱（俗称内胆），所述储热水箱内具有与太阳能集热器的换热介质管路构成循环回路的热交换器，所述储热水箱还具有燃气进水口和燃气出水口，并通过外部水路与燃气换热器构成水循环管路，所述燃气换热器的下部和上部分别具有燃气燃烧器和燃气集烟罩，所述燃气集烟罩与穿过储热水箱的尾气换热器连通。
本发明进一步的完善是，所述燃气燃烧器下部具有燃气鼓风机，或者尾气换热器出口具有抽风机。
使用时，当太阳能集热器吸收太阳辐射热量时，介质循环泵启动，借助换热介质通过循环回路将热量送到热交换器内，与储热水箱里的水热交换，通过不断循环，直至将储热水箱内的水加热到设定温度。当阴天或夜晚，无法依靠太阳辐射加热时，或者热水需求量较大(例如多人多点用水时)，储热水箱里的水温下降较快达到阈值时，燃气燃烧器点燃，同时水路循环泵启动，驱使储热水箱内的低温水通过燃气进水口进入燃气换热器吸热升温后再通过燃气热水口进入储热水箱内，使水箱内的储水升温，同时，通过燃气换热器换热后的燃烧尾气在风机的作用下由燃气集烟罩进入穿过储热水箱的尾气换热器，与储热水箱内的水进行热交换，进一步提升水温，直至达到设定温度；而尾气温度进一步下降。
这样，不仅将太阳能与燃气两种热源组合在一起，使其可以相互补充，在充分利用太阳能的情况下，辅以燃气加热，保证热水的持续提供；而且由于将燃气加热与太阳能加热有机结合，因此可以在充分利用燃气热能的同时，使其排出的烟气温度更低，更有利于节能环保；加之本发明的结构在输出同等燃气功率的情况下，燃气燃烧器、燃气换热器的体积更为小巧紧凑，可以将储热水箱、燃气燃烧器、燃气换热器、燃气集烟罩、水路循环泵集成在同一外壳内，因此便于制成与现代建筑设计配套的一体机——例如制成容置于厨房吊柜内的一体机，从而为提供符合节能环保要求的住宅创造了条件。
为了达到本发明进一步的目的，所述储热水箱（2）的主体为立置的圆柱状，所述尾气换热器垂向穿过储热水箱（2）的中央，所述热交换器（2-1）为盘绕于尾气换热器（14）但相互独立不接触的盘管热交换器，所述燃气进水口（7）和燃气出水口（8）分别位于储热水箱（2）圆柱面的下部和上部，且分别延伸至储热水箱内盘管热交换器与尾气换热器（14）环形间隔的下方和上方。
这样，当燃气辅助加热时，水循环管路在储热水箱内的出水和进水可以形成盘管热交换器与尾气换热器环形间隔区域的紊流，从而有助于同时提高盘管热交换器与尾气换热器的换热效率；当太阳能单独加热时，可以控制水路循环泵在燃气不点燃的情况下依然趋势水循环，在盘管热交换器与尾气换热器环形间隔区域形成紊流，从而有助于盘管热交换器的换热效率；从而使储热水箱内的水升温更快、温度更均匀，保证热水的舒适感。
为了达到更进一步的目的，所述储热水箱（2）设有内部充填有相变储热材料（17）的相变储热材料腔（16）。
这样，当热源提供的热量充裕时，当达到相变储能材料融点后，相变储能材料将融化成流体态，因相变储能材料比热容远大于水，所以其能吸收大量的热量，相变材料全部融化后，水箱温度继续上升，直至达到设定的温度。而当热源提供的热量不能满足需要（例如大量用水或太阳能不足时），水箱温度下降到相变材料凝固点时，相变材料会固化并释放出大量的热量。这样，与常规水箱比，同样的水箱设定温度，本发明可以让水箱存储更多的热量，更加充分利用太阳能，减少浪费，并能使水箱热水出水量增加，提高用户舒适度体验。
附图说明
 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例二的结构示意图。
图中含有：外壳1，储热水箱2，盘管热交换器2-1，冷水进口2-2，热水出口2-3，盘管热交换器出口3，盘管热交换器进口4，介质循环泵5，太阳能集热器6，燃气进水口7，燃气出水口8，水路循环泵9，风机10，燃气燃烧器11，燃气换热器12，燃气集烟罩13，尾气换热器14，控制器15，相变储热材料腔16，相变储热材料17。
具体实施方式
实施例一
本实施例的燃气辅助太阳能热水一体机如图1所示，立置的圆柱状储热水箱2（又称内胆）具有冷水进口2-2和热水出口2-3，其中的盘管热交换器2-1与涂覆吸热材料的太阳能集热器6的换热介质管路构成循环回路。并且，储热水箱2还具有燃气进水口7和燃气出水口8，通过外部水路与具有翅片的燃气换热器12构成水循环管路，燃气换热器12的下部和上部是燃气燃烧器11，上部具有燃气集烟罩13，燃气集烟罩13与由上至下穿过储热水箱2中央的尾气换热器14连通。燃气燃烧器11下部具有燃气鼓风风机10。在储热水箱2内的上部设置有相变储热材料腔16，其内部充填有相变储热材料17。盘管热交换器2-1盘绕于尾气换热器14周围，但相互独立不接触。燃气进水口7和燃气出水口8分别位于储热水箱2圆柱面的下部和上部，且分别延伸至储热水箱2内盘管热交换器2-1与尾气换热器14的环形间隔下方和上方。储热水箱2、燃气燃烧器11、燃气换热器12、燃气集烟罩13、水路循环泵9集成在同一外壳1内，该一体机特别适合容置于厨房吊柜内，从而融入建筑装潢设计之中。
运行可以通过内置的电脑控制器15控制。当检测到太阳能集热器6吸收太阳热量时，介质循环泵5动作，将太阳能集热器6里的热介质送到热交换器2-1里，热交换器2-1将热量传给储热水箱2里的水，不断循环，直至加热整个储热水箱里的水到设定温度；大量用水或太阳辐照度不足时，水箱里的水温度下降很快到达设定警戒值，水循环泵9启动，同时燃气燃气鼓风机10启动，燃气燃烧器11燃烧，使储热水箱2中部或下部低温水通过燃气进水口7进入燃气换热器12吸热升温，再通过燃气热水口8进入储热水箱2上部，随后通过燃气换热器12换热后的尾气在燃气鼓风机10的作用下，由燃气集烟罩13进入储热水箱2内安装的尾气换热器14内，并由储热水箱里的水吸收尾气的热量，使水温进一步提升，尾气温度进一步下降，不断循环直到水温达到设定的温度；当太阳持续提供热量使储热水箱2里水温度上升，达到相变储能材料17融点时，相变储能材料17开始融化成流体态，直至全部融化后，储热水箱2温度继续上升，达到设定的温度时则由控制器15控制停止换热；而当大量用水或太阳能不足时用水，储热水箱2里水温度会下降，达到相变储热材料17凝固点时，相变储热材料17会固化并释放出热量。
由此可见，本实施例具有如下显著优点：
1）.燃气与太阳能有机结合，体积小，安装方便，可24小时提供热水，同时节能环保，无太阳的天气，单独依靠燃气也能保证连续供水，保证舒适性不减；
2）.储热水箱内安装有燃气尾气换热器，可吸收燃气尾气里的热量给储热水箱里的水，提高了燃气利用率，节省能源，降低污染；
3）.可以储存热量,提高太阳能的利用率,减少燃烧燃气时的二氧化碳排出量。
实施例二
本实施例的燃气辅助太阳能热水一体机如图2所示，其基本构成与实施例一相同，不同之处在于：
1）燃气集烟罩13与由下至上穿过储热水箱2中央的尾气换热器14连通；
2）尾气换热器14出口具有抽排风机10，取代了原先位于燃气燃烧器11下部的燃气鼓风机；
3）在储热水箱2的外壁设置夹套构成的相变储热材料腔16；
4）电脑控制器15外置，通过有线或无线通讯进行操控，太阳能系统和燃气系统可同时工作，也可以单独工作。
凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃气辅助太阳能热水一体机，包括具有冷水进口（2-2）和热水出口（2-3）的储热水箱（2），所述储热水箱(2)内具有与太阳能集热器（6）的换热介质管路构成循环回路的热交换器（2-1），其特征在于：所述储热水箱（2）还具有燃气进水口（7）和燃气出水口（8），并通过外部水路与燃气换热器（12）构成水循环管路，所述燃气换热器（12）的下部和上部分别具有燃气燃烧器（11）和燃气集烟罩（13），所述燃气集烟罩（13）与穿过储热水箱（2）的尾气换热器（14）连通。
2.根据权利要求1所述的燃气辅助太阳能热水一体机，其特征在于：所述储热水箱（2）的主体为立置的圆柱状，所述尾气换热器垂向穿过储热水箱（2）的中央，所述热交换器（2-1）为盘绕于尾气换热器（14）但相互独立不接触的盘管热交换器，所述燃气进水口（7）和燃气出水口（8）分别位于储热水箱（2）圆柱面的下部和上部，且分别延伸至储热水箱内盘管热交换器与尾气换热器（14）环形间隔的下方和上方。
3.根据权利要求1或2所述的燃气辅助太阳能热水一体机，其特征在于：所述储热水箱（2）设有内部充填有相变储热材料（17）的相变储热材料腔（16）。
4.根据权利要求3所述的燃气辅助太阳能热水一体机，其特征在于：所述燃气燃烧器（11）下部具有燃气鼓风风机（10）。
5.根据权利要求3所述的燃气辅助太阳能热水一体机，其特征在于：所述尾气换热器（14）出口具有抽排风机（10）。
6.根据权利要求4所述的燃气辅助太阳能热水一体机，其特征在于：所述储热水箱（2）、燃气燃烧器（11）、燃气换热器（12）、燃气集烟罩（13）、水路循环泵（9）集成在同一外壳（1）内。
7.根据权利要求6所述的燃气辅助太阳能热水一体机，其特征在于：所述一体机容置于厨房吊柜内。
8.根据权利要求7所述的燃气辅助太阳能热水一体机，其特征在于：所述储热水箱（2）内的上部设置有相变储热材料腔。
9.根据权利要求7所述的燃气辅助太阳能热水一体机，其特征在于：所述储热水箱（2）的外壁设置夹套构成的相变储热材料腔（16）。
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