CN104006552A - 一种带有独立换热模块的太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有独立换热模块的太阳能热水器，包括集热器，储水箱和换热结构，所述换热结构为一独立的换热模块，设置在储水箱外部，分别和集热器和储水箱相连通，在换热模块中实现水和换热介质热交换，所述的换热模块与集热器和储水箱为可拆卸组装的结构，安装上换热模块后太阳能热水器为二次循环热水器，拆卸下换热模块后，集热器和储水箱直接相连通，太阳能热水器为一次循环热水器。换热模块损坏后可以单独更换该结构，而不是将整个储水箱更换，便于维修，降低维修成本，换热模块单独存在，提高了热水器的部件的通用性，减少了生产厂家的部件的种类。

Description

一种带有独立换热模块的太阳能热水器

技术领域

本发明涉及热水器领域，尤其是一种带有独立换热模块的太阳能热水器。

背景技术

太阳能是一种公认的最清洁能源，现在已得到广泛的应用。太阳能热水器已被越来越多的家庭接受，现在太阳能热水器可分为一次循环热水器和二次循环热水器，一次循环太阳能热水器，太阳能直接对水加热（即直接换热），受水质限制其安装存在地区限制，二次循环太阳能热水器是太阳能加热热媒，热媒的热量和水进行热交换从而对水进行加热（即间接换热）。二次循环太阳热水器以其安装不受地区限制、不受水质限制等各方面优势，逐步成为高端太阳能市场主流产品。

太阳热水器主要分为集热器和储水箱两大部分，通过循环管路将集热器和储水箱连接在一起，集热器和储水箱之间不直接换热，而是通过换热系统进行热量交换，以达到把储水箱内的水加热的目的。因此集热器和储水箱之间的换热系统就显得尤为重要。现有产品换热系统和储水箱做成一体或者换热系统和集热器做成一体。

但是将换热系统和储水箱做成一体，换热系统依附于储水箱而存在，如盘管、夹层胆等，造成换热系统损坏后（如腐蚀）后无法更换，需要将整个储水箱报废；储水箱和换热系统做成一体，储水箱不能通用，造成部分一次循环（直接换热）太阳热水器市场无法使用带有加热系统的储水箱，即使可以使用，也会造成换热系统闲置，成本高，浪费资源；制造工艺复杂，产品质量控制困难。

或者将换热系统和集热器做成一体，造成集热器体积和重量增加，由于集热器安装在屋顶上，这样会给安装和维修带来不便。

专利号为201110284241.X的中国专利，公开了一种分体太阳能热水系统换热器,包括:换热器本体;外接管路,匹配连接在所述换热器本体上;以及胆,为一封闭的腔体，且底部与换热器本体内热媒通道相连通。依据本发明的分体太阳能热水系统换热器既具有换热器的功能,也具有膨胀罐的功能，但是上述换热器通过管路换热，接触面积小，容易造成热量损失。

鉴于此提出本发明。

发明内容

本发明的目的为克服现有技术的不足，提供一种加工简单，热水器各部件的通用性强，带有独立换热模块的太阳能热水器。

为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：

一种带有独立换热模块的太阳能热水器，包括集热器，储水箱和换热结构，所述换热结构为一独立的换热模块，设置在储水箱外部，分别和集热器和储水箱相连通，在换热模块中实现水和换热介质热交换。

所述的换热模块包括内、外胆，内胆与储水箱连通，外胆与集热器连通。

所述的内胆上设置热水出口和冷水进口，分别通过管路与储水箱连通形成水路循环，所述外胆上设置换热介质入口和换热介质出口，分别通过管路与集热器连通形成换热介质循环。

所述的热水出口设置在内胆的上部，冷水进口设置在内胆的下部，换热介质入口设置在外胆的上部，换热介质出口设置在外胆的下部，通过热虹吸作用完成换热介质循环和水路循环。

所述的换热模块和集热器和/或储水箱之间设置循环泵，通过循环泵的作用完成换热介质和/或水的循环。

所述的换热模块设置在靠近储水箱端，换热模块和集热器之间设置供换热介质循环的循环泵，或者所述的换热模块设置在靠近集热器端，换热模块和储水箱之间设置供水循环的循环泵。

所述的集热器上、下两端分别设置有与外胆的换热介质入口、换热介质出口连通的排出口和流入口。

所述的换热模块还包括外壳，外壳和外胆之间设有保温层，所述外胆上还设置有填充换热介质的注液口。

采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：

1、将换热结构和储水箱分离，换热结构以换热模块的结构单独存在，通过管路与储水箱和集热器连通，换热模块损坏后可以单独更换该结构，而不是将整个储水箱更换，便于维修，降低维修成本。

2、模块化结构，提高了热水器的部件的通用性，减少了生产厂家的部件的种类，集热器和水箱在一次循环热水器和二次循环热水器中能通用，安装换热模块后可用于适合二次循环地区，不安装换热模块可适用于一次循环地区，一次循环和二次循环热水器的储水箱和集热器可以用相同的结构。

3、本发明所述的换热模块，内胆和外胆的接触面积大，换热充分，提高了热量的利用率。

4、换热模块不占用储水箱的容积，且本身有一定的容积，从而能增大热水器的储水容积。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1：本发明换热模块结构图

图2：本发明换热模块剖视图

图3：本发明带有独立换热模块的分体式太阳能热水器

图4：本发明带有独立换热模块的一体式太阳能热水器

其中：1、外壳，2、保温层，3、外胆，4、内胆，5、热水出口，6、冷水进口，7、换热介质进口，8、换热介质出口，9、注液口，10、储水器，11、集热器，12、换热模块，13、用水管，14、自来水供水管，15泵站，16、冷水出口，17、热水进口，18、排出口，19、流入口，20、三通。

具体实施方式

本发明所述的一种带有独立换热模块的太阳能热水器，包括集热器11，储水箱10和换热结构，所述换热结构为一独立的换热模块12，设置在储水箱10外部，分别和集热器11和储水箱10相连通，在换热模块12中实现水和换热介质热交换。

所述的换热模块2包括内、外胆，内胆4与储水箱10连通，外胆3与集热器11连通。所述的内胆4上设置热水出口5和冷水进口6，分别通过管路与储水箱10连通形成水路循环，所述外胆3上设置换热介质入口7和换热介质出口8，分别通过管路与集热器11连通形成换热介质循环。

所述的热水出口5设置在内胆4的上部，冷水进口6设置在内胆4的下部，换热介质入口7设置在外胆3的上部，换热介质出口8设置在外胆3的下部，通过热虹吸作用完成换热介质循环和水路循环。

或者所述的换热模块12和集热器11和/或储水箱10之间设置循环泵，通过循环泵的作用完成换热介质和/或水的循环，所述的换热模块12设置在靠近储水箱10端，换热模块12和集热器11之间设置供换热介质循环的循环泵，或者所述的换热模块设置在靠近集热器11端，换热模块12和储水箱10之间设置供水循环的循环泵。

所述的储水箱10设有分别与内胆4的冷水进口6、热水出口5连通的冷水出口和热水进口，冷水出口和热水进口分别设于储水箱10对立的两端，热水进口的位置高于冷水出口的位置。

所述的储水箱10上设有三通，三通的一端与储水箱10的冷水出口连通，一端与储水箱10的自来水供水管连通，另一端通过管路与换热模块12的冷水进口6连通。

所述的集热器11上、下两端分别设置有与外胆3的换热介质入口7、换热介质出口8连通的排出口和流入口。

所述的换热模块12还包括外壳1，外壳1和外胆3之间设有保温层2，所述外胆3上还设置有填充换热介质的注液口9。

所述的换热模块12与集热器11和储水箱10为可拆卸组装的结构，安装上换热模块12后太阳能热水器为二次循环热水器，拆卸下换热模块12后，集热器11和储水箱10直接相连通，太阳能热水器为一次循环热水器。

太阳能热水器可分为一次循环热水器和二次循环热水器，一次循环太阳能热水器，太阳能直接对水加热（即直接换热），受水质限制其安装存在地区限制，二次循环太阳能热水器是太阳能加热热媒，热媒的热量和水进行热交换从而对水进行加热（即间接换热）。

所述的换热模块12包括外壳1、外壳1内部的储存水的内胆4和储存换热介质的外胆3、位于外壳1和外胆3之间的保温层2，所述的换热模块12的外胆3设置在内胆4的外部，内胆4内为要加热的水，外胆3和内胆4之间为提供热量的换热介质，外胆3将内胆4全部包裹，这样内胆4和外胆3的接触面积大大提高，从而提高换热的效率。

所述的内胆4上设置冷水进口6和热水出口5，所述外胆3上设置换热介质入口7和换热介质出口8，所述的换热模块12的外胆3上还设置有填充换热介质的注液口9，需要加热的水通过冷水进口6进入内胆4内，温度较高的换热介质在集热器11中被加热后通过换热介质入口7进入外胆3和内胆4之间，温度高的换热介质和温度低的水发生热交换，从而使内胆4内部的水的温度逐渐升高同时外胆3和内胆4之间的换热介质温度逐渐降低，被加热的水通过热水出口流出内胆4，冷水进口6又流入温度低的水，同时换热介质将热量传给水后温度降低，温度低的换热介质通过换热介质出口8流出外胆3，换热介质入口7又流入高温度的换热介质，形成循环，从而将储水箱10中的水加热。

所述的换热模块12中内胆上的热水出口5和冷水进口6分别和储水箱相连通，外胆3上的换热介质入口7、换热介质出口8分别和集热器11的排出口、集热器11的流入口相连通，通过热虹吸作用完成换热介质和水的循环。这样集热器11吸收太阳的能量将换热介质加热，源源不断的进入换热模块12，通换热模块12中的水进行热交换，换热模块12中的水被加热后流入水箱，水箱中的低温度的水在流入换热模块12，形成循环，从而通过换热模块12将水箱中的水加热。

或者通过循环泵提供循环动力，形成水和换热介质的循环，完成换热介质和水的热交换。

安装时所述内胆4上的热水出口5位于内胆4的上部，所述的冷水进口6位于内胆4的下部，被加热的水温度升高、密度变小，向上运动，正好从内胆4上部的热水出口5流出。所述外胆3上的换热介质入口7位于外胆3的上部，所述的换热介质出口8位于外胆3的下部，换热介质入口7、换热介质出口8分别与集热器11上、下两端连通，集热器中的换热介质被加热后密度变小，向上运动从换热介质入口7进入外胆3。

虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的，即利用水柱压力差，使水上升后再流到低处，由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动。利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出。如太阳能集热器内储满冷水，当太阳能集热器吸收太阳能时，里面的水受热膨胀，密度变小，就上升到上面的热交换器中。而密度较大的冷水则回流到集热器的底部，在吸收了热能后，继续膨胀上升，形成热循环，热循环运动即为热虹吸效应，集热器和热交换器之间的温差越大，水体在两者之间的循环流动的速度越快。

实施例一

如图1、图2所示，换热模块为一长条状的结构，包括最外面的外壳1，外壳1内部设置外胆3，外胆3内部设置内胆4，外壳1和外胆3之间设置保温层2，保温层2用于阻隔换热介质和外界环境的热交换，避免不必要的热量损失，内胆4内的空间为所要加热的水，外胆3和内胆4之间的空间为换热介质。

所述的内胆4上设置热水出口5和冷水进口6，所述外胆3上设置换热介质入口7和换热介质出口8。所述的换热模块12中内胆4上的热水出口5和冷水进口6分别和储水箱10相连通，外胆3上的换热介质入口7、换热介质出口8分别和集热器11的出口、集热器11的入口相连通，所述的换热模块12的外胆3上还设置有填充换热介质的注液口9。

需要加热的水通过冷水进口6进入内胆4内，温度较高的换热介质通过换热介质入口7进入外胆3和内胆4之间，温度高的换热介质和温度低的水发生热交换，从而使内胆4内部的水的温度逐渐升高同时外胆3和内胆4之间的换热介质的温度逐渐降低，被加热的水通过热水出口5流出内胆4，冷水进口6又流入温度低的水，同时换热介质将热量传给水后温度降低，温度低的换热介质通过换热介质出口8流出外胆3，换热介质入口7又流入高温度的换热介质。如此循环，在换热介质和水之间发生热量的交换。

实施例二

如图3所示，为分体式太阳能热水器，包括集热器11、储水箱10、换热模块12，换热模块12位于集热器11和储水箱10之间靠近储水箱10一端，集热器11和换热模块12之间设有提供循环动力的泵站15，各结构之间通过管路连通。

所述储水箱10的上部设置有热水进口17，下部设置有冷水出口16，热水进口17、冷水出口16分别与内胆4的冷水进口6、热水出口5连通，形成水路的循环。

所述的集热器11的上部设置有换热介质的排出口18和流入口19，排出口18、流入口19分别和外胆3的换热介质出口8、换热介质入口7连通，形成换热介质的循环。

所述的换热模块12中内胆上的热水出口5、冷水进口6分别通过管路和储水箱10的冷水出口16、热水进口17相连通，外胆3上的换热介质入口7、换热介质出口8分别通过管路和流入口19、排出口18相连通。

集热器11一般设置在楼顶、外墙、阳台等能接受阳光的地方，储水箱10一般设置在室内或者阳台等地方，储水箱10和集热器11距离较远，中间通过泵站15提供循环动力实现循环，

换热介质在集热器11被加热后，通过排出口18、管路、换热介质入口7进入换热模块12的内胆4和外胆3之间的空间内，与内胆4内的水进行热交换，内胆4内的水被加热，被加热的水通过热水出口5、管路、热水进口17进入储水箱10，储水箱10内的冷水通过、冷水出口16、管路、冷水进口6进入内胆4，同时进行热交换后的换热介质的温度逐渐降低，温度降低后换热介质通过换热介质出口8、管路、流入口19流回集热器10继续加热，如此形成循环，即可将储水箱10内的水逐渐加热，换热介质的循环动力由设置在集热器11和换热模块12之间的泵站15提供，储水箱10和内胆4中水的循环通过热虹吸作用实现。

或者所述的换热模块12还可以设置在集热器11和储水箱10之间靠近集热器11一端，换热模块12和储水箱10之间设置用于提供循环动力的泵站15，水的循环动力由泵站15提供，集热器11和内胆4中换热介质的循环通过热虹吸作用实现。

实施例三

如图4所示，为一体式太阳能热水器，包括集热器11、储水箱10、换热模块12，换热模块12位于集热器11和储水箱10之间各结构之间通过管路连通。

所述储水箱10的上部设置有热水进口17，下部设置有冷水出口16，热水进口17、冷水出口16分别与内胆4的冷水进口6、热水出口5连通，形成水路的循环。

所述的集热器11的上部设置有换热介质的排出口18和流入口19，排出口18、流入口19分别和外胆3的换热介质出口8、换热介质入口7连通，形成换热介质的循环。

所述的换热模块12中内胆上的热水出口5、冷水进口6分别通过管路和储水箱10的冷水出口16、热水进口17相连通，外胆3上的换热介质入口7、换热介质出口8分别通过管路和流入口19、排出口18相连通。

换热介质在集热器11被加热后，通过排出口18、管路、换热介质入口7进入换热模块12的内胆4和外胆3之间的空间内，与内胆4内的水进行热交换，内胆4内的水被加热，被加热的水通过热水出口5、管路、热水进口17进入储水箱10，储水箱10内的冷水通过、冷水出口16、管路、冷水进口6进入内胆4，同时进行热交换后的换热介质的温度逐渐降低，温度降低后换热介质通过换热介质出口8、管路、流入口19流回集热器10继续加热，如此形成循环，即可将储水箱10内的水逐渐加热，集热器11、换热模块12的换热介质的循环和储水箱10、内胆4中水的循环通过热虹吸作用实现。

优选换热模块12的长度和集热器11的长度相对应，且同方向安装，集热器11的上部的排出口和换热模块12的换热介质入口7相连通，集热器11的下部的流入口19和换热模块12的换热介质出口8相连通，集热器11中的换热介质被太阳能加热后，温度上升、密度减小，向上运动，最上部的换热介质的温度最高，集热器11的上部和换热模块12的换热介质入口相连通，可以让较高温度的换热介质进入换热模块12。

优选储水箱10位于集热器11和换热模块12的上部。

由于一体式太阳能热水器中各个部件距离近，水箱位置高于集热器，无需安装循环泵，通过热虹吸作用即可形成循环。

所述的储水箱10上设有三通，三通的一端与储水箱10的冷水出口连通，一端与储水箱10的自来水供水管连通，另一端通过管路与换热模块12的冷水进口6连通。

优选储水箱的10的热水进口17设置在储水箱10的一端的上部，和冷水出口16设置在储水箱10的另一端的下部，这样设置可以让整个储水箱10中的水形成循环。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种带有独立换热模块的太阳能热水器，包括集热器（11），储水箱（10）和换热结构，其特征在于：所述换热结构为一独立的换热模块（12），设置在储水箱（10）外部，分别和集热器（11）和储水箱（10）相连通，在换热模块（12）中实现水和换热介质热交换。

2.根据权利要求1所述的带有独立换热模块的太阳能热水器，其特征在于：所述的换热模块（12）包括内、外胆，内胆（4）与储水箱（10）连通，外胆（3）与集热器（11）连通。

3.根据权利要求2所述的带有独立换热模块的太阳能热水器，其特征在于：所述的内胆（4）上设置热水出口（5）和冷水进口（6），分别通过管路与储水箱（10）连通形成水路循环，所述外胆（3）上设置换热介质入口（7）和换热介质出口（8），分别通过管路与集热器（11）连通形成换热介质循环。

4.根据权利要求3所述的带有独立换热模块的太阳能热水器，其特征在于：所述的热水出口（5）设置在内胆（4）的上部，冷水进口（6）设置在内胆（4）的下部，换热介质入口（7）设置在外胆（3）的上部，换热介质出口（8）设置在外胆（3）的下部，通过热虹吸作用完成换热介质循环和水路循环。

5.根据权利要求3所述的带有独立换热模块的太阳能热水器，其特征在于：所述的换热模块（12）和集热器（11）和/或储水箱（10）之间设置循环泵，通过循环泵的作用完成换热介质和/或水的循环。

6.根据权利要求5所述的带有独立换热模块的太阳能热水器，其特征在于：所述的换热模块（12）设置在靠近储水箱（10）端，换热模块（12）和集热器（11）之间设置供换热介质循环的循环泵，或者所述的换热模块设置在靠近集热器（11）端，换热模块（12）和储水箱（10）之间设置供水循环的循环泵。

7.根据权利要求3-6任一所述的带有独立换热模块的太阳能热水器，其特征在于：所述的储水箱（10）设有分别与内胆（4）的冷水进口（6）、热水出口（5）连通的冷水出口（16）和热水进口（17），冷水出口（16）和热水进口（17）分别设于储水箱（10）对立的两端，热水进口（17）的位置高于冷水出口（16）的位置。

8.根据权利要求2所述的带有独立换热模块的太阳能热水器，其特征在于：所述的换热模块（12）还包括外壳（1），外壳（1）和外胆（3）之间设有保温层（2），所述外胆（3）上还设置有填充换热介质的注液口（9）。