CN104748415B - 一种圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱。其主要采用在水箱外壳内设有承压水箱内胆和常压水箱外胆，水箱外胆上侧部位与承压水箱内胆下侧部位紧密接触且通过承压水箱内胆底面隔开；D型圆环管换热器安装在承压水箱内胆外壁，并通过调整连接装置与承压水箱内胆外壁紧密接触；水箱外胆下部的二侧分别设有太阳能循环水进水管和太阳能循环水出水管，承压水箱内胆顶部设有热水出水管和真空隔热管，真空隔热管的一端与冷水进水管连接。本发明采用双胆结构，集太阳能热水与空气能热水为一体，太阳能循环水与生活热水互不影响水质，水箱结构简单、制造和安装方便、运行稳定、保温节能效率高。

Description

一种圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱

技术领域

本发明涉及太阳能与空气能综合利用技术，具体是指一种节能、环保、高效、稳定运行的户式圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱，属于太阳能、空气能热水器的技术领域。

背景技术

太阳能是一种清洁能源，在环境污染日益严重的今天，太阳能热水利用技术将会越来越受到人们的青睐。据专家测算，按照将水制热到35℃的热量来计算，电、气热水器每吨热水需消耗的成本是太阳能热水器的3倍。我国是一个太阳能资源丰富的国家，但太阳能资源受季节变化和天气变化的影响很大，在冬季生产热水能力较差，尤其在阴雨天甚至不能生产热水，因此，太阳能热水器需要设置辅助热源。与太阳能热水技术相比，空气能热水器是另一种高效、节能、环保的生活热水制备技术。空气能热水器不是直接用电把水加热，而是以电能为驱动力，把空气中的低温热量经过压缩机压缩后转化为高温热能以此来加热水温。与电热水器热效率相比，空气能热水器的热效率是电热水器的约4倍。与太阳能热水技术相比，空气能热水器在我国南方地区运行基本不受季节和天气的影响。因此，太阳能与空气能综合利用技术是我国南方地区十分理想的生活热水生产技术之一。

太阳能与空气能热水技术结合，仍存在一些技术方面的问题需要解决，如：首先，太阳能热水器常设计为无压水箱，而空气能热水器多设计为承压水箱，二种热水生产技术需要解决共用水箱、设备简单、投资少等问题；第二，空气源热泵的制冷剂换热盘管直接置于热水中时，铜质材料盘管长期置于热水中对热水有腐蚀，换热盘管置于水箱内胆外时传热系数将受影响；第三，换热盘管置于水箱内胆外时换热过程中沿盘管长度方向温度变化，对盘管传热量和水箱热水品质都可能有影响。

针对以上技术问题，设计稳定运行、制造简单、制造成本低、保温节能效率高的热水器水箱是太阳能与空气能综合利用技术所面临解决的重要问题之一。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供一种结构简单、体积小、制造和安装方便、运行稳定、保温节能效率高的圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱。

本发明为解决上述技术问题，所采取的技术方案是：一种圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱，它包括：冷水进水管、热水出水管、真空隔热管、太阳能循环水进水管、太阳能循环水出水管、制冷剂进流管、制冷剂回流管、D型圆环管换热器、分流器、集流器、承压水箱内胆、水箱外胆、保温材料、水箱外壳、分流支管、集流支管、电动三通换向阀、温度传感器一、温度传感器二、控制器、旁通管、连接装置，所述的承压水箱内胆置于水箱外胆上部且通过承压水箱内胆底面隔开，水箱外胆上侧部位与承压水箱内胆下侧部位紧密接触；所述的D型圆环管换热器安装于承压水箱内胆侧壁外表面，D型圆环管换热器由连接装置连接并锁紧，使D型圆环管换热器与承压水箱内胆紧密接触；所述的承压水箱内胆与水箱外胆置于水箱外壳的内部，并在水箱外壳内的空隙中充满保温材料；所述的冷水进水管与真空隔热管连接，真空隔热管的一端安装于水箱外壳顶部，另一端与承压水箱内胆顶部连接并伸入承压水箱内胆内靠下部位置，承压水箱内胆顶部与热水出水管连接，热水出水管与水箱外壳顶部连接；所述的水箱外壳侧面与太阳能循环水进水管连接，太阳能循环水进水管与水箱外胆连接，水箱外胆与太阳能循环水出水管连接，太阳能循环水出水管与水箱外壳侧面连接；所述的制冷剂进流管与分流器连接，分流器与分流支管连接，分流支管与D型圆环管换热器连接，D型圆环管换热器与集流支管连接，集流支管与集流器连接，集流器与制冷剂回流管连接；所述的温度传感器一与太阳能循环水进水管外表面紧密接触，温度传感器一与控制器连接，温度传感器二与承压水箱内胆外表面紧密接触，温度传感器二与控制器连接；所述的控制器根据温度传感器一和温度传感器二的温度差控制电动三通换向阀，使循环水进入太阳能循环水进水管或进入旁通管。

本发明具有的优点和积极效果是：1)承压水箱内胆与常压水箱内胆一体化设计，即满足了空气能热水箱与生活热水的压力要求以及太阳能热水箱的常压要求，又实现了太阳能热水与生活热水通过水箱内胆壁换热的高传热系数，实现了太阳能与空气能这二种可再生能源在户用热水系统的中有机结合，而且还可以提高户用空调机组兼顾生活热水时的设备利用率。；2)制冷剂换热器置于水箱内胆外表面，解决了换热器长期浸泡生活热水中对水质的影响；3)制冷剂换热器采用D型圆环管，即增大了换热器与水箱内胆外壁的接触面，又保证了换热器对制冷剂的承压要求，另外，换热器由多个圆环管并联组成，换热时各圆环温度相同，克服了采用盘管换热器时沿水箱内胆轴向温度变化的缺点；4)承压水箱内胆进水管采用真空隔热管，可以有效隔断热量沿冷水进水管传递而损失，解决了冷水进水管安装在热水器上部的热损失问题。

附图说明

图1是本发明在热水系统中关系示意图；

图2是本发明整体结构示意图；

图3是本发明圆环管换热器示意图；

图4是本发明圆环管换热器片示意图；

图5是本发明真空隔热管结构示意图。

图1～图5中：1.冷水进水管，2.热水出水管，3.真空隔热管，4.太阳能循环水进水管，5.太阳能循环水出水管，6.制冷剂进流管，7.制冷剂回流管，8.D型圆环管换热器，9.分流器，10.集流器，11.承压水箱内胆，12.水箱外胆，13.保温材料，14.水箱外壳，15.分流支管，16.集流支管，17.电动三通换向阀，18.温度传感器一，19.温度传感器二，20.控制器，21.旁通管，22.连接装置。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1～图5所示：冷水进水管1，热水出水管2，真空隔热管3，太阳能循环水进水管4，太阳能循环水出水管5，制冷剂进流管6，制冷剂回流管7，D型圆环管换热器8，分流器9，集流器10，承压水箱内胆11，水箱外胆12，保温材料13，水箱外壳14，分流支管15，集流支管16，电动三通换向阀17，温度传感器一18，温度传感器二19，控制器20，旁通管21，连接装置22，所述的承压水箱内胆11置于水箱外胆12上部且通过承压水箱内胆11底面隔开，水箱外胆12上侧部位与承压水箱内胆11下侧部位紧密接触；所述的D型圆环管换热器8安装于承压水箱内胆11侧壁外表面，D型圆环管换热器8由连接装置22连接并锁紧，使D型圆环管换热器8与承压水箱内胆11紧密接触；所述的承压水箱内胆11与水箱外胆12置于水箱外壳14的内部，并在水箱外壳14内的空隙中充满保温材料13；所述的冷水进水管1与真空隔热管3连接，真空隔热管3的一端安装于水箱外壳14顶部，另一端与承压水箱内胆11顶部连接并伸入承压水箱内胆11内靠下部位置，承压水箱内胆11顶部与热水出水管2连接，热水出水管2与水箱外壳14顶部连接；所述的水箱外壳14侧面与太阳能循环水进水管4连接，太阳能循环水进水管4与水箱外胆12连接，水箱外胆12与太阳能循环水出水管5连接，太阳能循环水出水管5与水箱外壳14侧面连接；所述的制冷剂进流管6与分流器9连接，分流器9与分流支管15连接，分流支管15与D型圆环管换热器8连接，D型圆环管换热器8与集流支管16连接，集流支管16与集流器10连接，集流器10与制冷剂回流管7连接；所述的温度传感器一18与太阳能循环水进水管4外表面紧密接触，温度传感器一18与控制器20连接，温度传感器二19与水箱外胆12外表面接触，温度传感器二19与控制器20连接；所述的控制器20根据温度传感器一18和温度传感器二19的温度差控制电动三通换向阀17。

本发明的一种圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱的运行可以分为太阳能独立制生活热水工况、太阳能和空气能联合制热水工况，二种工况的选择可以根据实时天气和天气预报来综合确定，当太阳辐射充足时开启太阳能制生活热水工况、太阳辐射不充足或阴雨天气时，开启太阳能和空气能联合制热水工况，各工况运行如下。

太阳能独立制生活热水工况的具体操作为：空气能热泵断电，电动三通换向阀17和控制器20通电；系统在太阳能独立制生活热水工况的运行机理为：最初控制为电动三通换向阀17为旁通管21连通、水箱进水管断开；太阳能循环水在太阳能集热器内吸收热量后，循环进入太阳能循环水进水管4，温度传感器一18实时监测太阳能循环水进水管4内水温，温度传感器二19实时监测承压水箱内胆11下部水温，当温度传感器一18的监测温度低于温度传感器二19的监测温度时，太阳能循环水为低温循环流动，不但不能加热承压水箱内胆11内的热水，甚至将带走承压水箱内胆11内热水的热量，此时控制器20控制电动三通换向阀17，使太阳能循环水进水管4断开，旁通管21连通，太阳能循环水不进入水箱外胆12而经旁通管21循环流动；当温度传感器一18的监测温度高于温度传感器二19的监测温度时，太阳能循环水进水管4的水可以用于加热承压水箱内胆11内的热水，此时控制器20控制电动三通换向阀17，使太阳能循环水进水管4连通，旁通管21断开，太阳能循环水不进入旁通管21而经水箱外胆12循环流动并供热。

太阳能和空气能联合制热水工况的具体操作为：空气能热泵通电运行，电动三通换向阀17和控制器20通电；系统在太阳能和空气能联合制热水工况的运行机理为：最初控制为电动三通换向阀17处于旁通管21连通、水箱进水管断开；高温的空气源热泵制冷剂从制冷剂进流管6进入制冷剂分流器9、再经分流支管15进入并联的D型圆环管换热器8内散热，在各个D型圆环管换热器8内散热后的制冷剂经集流支管16进入集流器10内，再经制冷剂回流管7流回空气源热泵；D型圆环管换热器8与承压水箱内胆11为面接触，D型圆环管换热器8内的热量通过二者的紧密接触面传递至承压水箱内胆11内；在空气能热泵运行的同时，控制器20根据温度传感器一18和温度传感器二19的实时监测温度控制电动三通换向阀17，当温度传感器一18的监测温度低于温度传感器二19的监测温度时，太阳能循环水进水管4断开，旁通管21连通；当温度传感器一18的监测温度高于温度传感器二19的监测温度时，太阳能循环水进水管4连通，旁通管21断开，此时太阳能循环水流入水箱外胆12内并将热量传递至承压水箱内胆11内的热水。

在太阳能和空气能联合制热水工况中包括空气能独立制热水工况，即当夜间或者白天太阳能不能产生热水时，温度传感器一18的实时监测温度低于温度传感器二19的实时监测温度，电动三通换向阀不动作，整个过程为空气能生产热水。

Claims (1)

1.一种圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱，其特征在于：所述圆环管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱包括冷水进水管(1)，热水出水管(2)，真空隔热管(3)，太阳能循环水进水管(4)，太阳能循环水出水管(5)，制冷剂进流管(6)，制冷剂回流管(7)，D型圆环管换热器(8)，分流器(9)，集流器(10)，承压水箱内胆(11)，水箱外胆(12)，保温材料(13)，水箱外壳(14)，分流支管(15)，集流支管(16)，电动三通换向阀(17)，温度传感器一(18)，温度传感器二(19)，控制器(20)，旁通管(21)，连接装置(22)，所述的承压水箱内胆(11)置于水箱外胆(12)上部且通过承压水箱内胆(11)底面隔开，水箱外胆(12)上侧部位与承压水箱内胆(11)下侧部位紧密接触；所述的D型圆环管换热器(8)安装于承压水箱内胆(11)侧壁外表面，D型圆环管换热器(8)由连接装置(22)连接并锁紧，使D型圆环管换热器(8)与承压水箱内胆(11)紧密接触；所述的承压水箱内胆(11)与水箱外胆(12)置于水箱外壳(14)的内部，并在水箱外壳(14)内的空隙中充满保温材料(13)；所述的冷水进水管(1)与真空隔热管(3)连接，真空隔热管(3)的一端安装于水箱外壳(14)顶部，另一端与承压水箱内胆(11)顶部连接并伸入承压水箱内胆(11)内靠下部位置，承压水箱内胆(11)顶部与热水出水管(2)连接，热水出水管(2)与水箱外壳(14)顶部连接；所述的水箱外壳(14)侧面与太阳能循环水进水管(4)连接，太阳能循环水进水管(4)与水箱外胆(12)连接，水箱外胆(12)与太阳能循环水出水管(5)连接，太阳能循环水出水管(5)与水箱外壳(14)侧面连接；所述的制冷剂进流管(6)与分流器(9)连接，分流器(9)与分流支管(15)连接，分流支管(15)与D型圆环管换热器(8)连接，D型圆环管换热器(8)与集流支管(16)连接，集流支管(16)与集流器(10)连接，集流器(10)与制冷剂回流管(7)连接；所述的温度传感器一(18)与太阳能循环水进水管(4)外表面紧密接触，温度传感器一(18)与控制器(20)连接，温度传感器二(19)与水箱外胆(12)外表面接触，温度传感器二(19)与控制器(20)连接；所述的控制器(20)根据温度传感器一(18)和温度传感器二(19)的温度差控制电动三通换向阀(17)。