CN105674602A - 一种太阳能分层蓄热水箱定向取水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，包括蓄热水箱，蓄热水箱顶部连接有太阳能集热供水端，蓄热水箱底部侧面连接有太阳能集热回水端，所述的蓄热水箱内壁上安装有分层取水器，分层取水器上活动式设置有分层取水口，分层取水口可在垂直于水平面的方向上移动；分层取水器内部与穿出蓄热水箱的采暖供水端连通，采暖回水端连接在蓄热水箱底部侧面上；蓄热水箱中的水自分层取水口进入到分层取水器内部，经过采暖供水端提供给用户。本发明可根据用户取水温度需求，进行分层取水，该装置结构简单，操作灵活，能有效解决现有太阳能蓄热水箱中存在的问题，达到分层取水的目的。

Description

一种太阳能分层蓄热水箱定向取水装置

技术领域

本发明属于太阳能的热利用技术领域，涉及太阳能蓄热水箱分层按需取水技术，具体涉及一种可根据用热系统水温需求变化的定向取水装置，既保证用户系统热利用效果，又提高了太阳能热利用效率。

背景技术

我国大多数采暖地区太阳能资源丰富，而利用太阳能采暖是一项符合可持续发展战略的技术。但要利用太阳能热能采暖，必须克服太阳能周期性和随机性的缺点，而利用蓄热装置对热量进行蓄调是解决此问题的有效途径。尤其随着国民经济的发展，生活水平的提高，城镇化发展进程的不断加快，在太阳能富区建立太阳能集中供热热站成为可能，而大型太阳能蓄热技术将被应用。

蓄热水箱蓄热是简便易行的太阳能蓄热技术。太阳能蓄热水箱集热器高温出水管、采暖系统供水管通常设置于水箱顶部，而集热器回水管、采暖系统回水和自来水补水常置于水箱底部。受太阳能集热器进出口水温度、采暖供回水温度以及进出水管流速等因素的影响，水箱内存在明显的竖向水温差异，导致温度较高的水因为密度小而向上流动，温度较低的水因为密度大而向下流动，形成温度分层的现象。这种分层不仅能够提高集热器的效率和太阳能保证率，而且为用户不同的水温需求提供了可能性。

但目前生产的水箱大多采用固定供回水管路的形式，供回水只能从固定位置离开或进入蓄热水箱。由于天气原因导致集热器集热量不同使得蓄热水箱的蓄热产生不同，从而会使温度分层不同，这就使得向用户供应的水温产生波动，不易稳定。可以说这种固定管路的形式会使供水温度与用户需求出现不匹配的现象。对于大型蓄热水箱此问题更为严重。

发明内容

针对上述现有技术中存在的太阳能蓄热水箱取水口位置固定、不能根据水箱内温度分层进行灵活取水的缺陷，本发明的目的在于，提供一种内置于太阳能蓄热水箱中，可根据用户取水温度需求，进行分层取水的装置，该装置结构简单，操作灵活，能有效解决现有太阳能蓄热水箱中存在的问题，达到分层取水的目的。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，包括蓄热水箱，蓄热水箱顶部连接有太阳能集热供水端，蓄热水箱底部侧面连接有太阳能集热回水端，所述的蓄热水箱内壁上安装有分层取水器，分层取水器上活动式设置有分层取水口，分层取水口可在垂直于水平面的方向上移动；分层取水器内部与穿出蓄热水箱的采暖供水端连通，采暖回水端连接在蓄热水箱底部侧面上；蓄热水箱中的水自分层取水口进入到分层取水器内部，经过采暖供水端提供给用户。

进一步地，所述的分层取水口开设于一个取水叠梁阀上，取水叠梁阀活动式安装在分层取水器上。

进一步地，所述的分层取水器上沿垂直于水平面的方向上开设有滑槽，取水叠梁阀安装在滑槽中，取水叠梁阀通过在滑槽中滑动来改变分层取水口的位置。

进一步地，所述的滑槽平行设置至少一个，滑槽的分布方向为靠近分层取水器内部的方向；其中安装取水叠梁阀的滑槽位于最外部，其余的滑槽中均安装有可在滑槽中滑动的挡水阀，挡水阀与取水叠梁阀活动式连接。

进一步地，所述的取水叠梁阀包括矩形板体，取水叠梁阀的一对上表面边缘分别垂直设置有第三折板和第四折板，所述的分层取水口开设于取水叠梁阀的中部。

进一步地，所述的挡水阀包括上叠梁阀和下叠梁阀，上叠梁阀和下叠梁阀均包括矩形板体，在上叠梁阀和下叠梁阀的两端均分别垂直设置有第一折板和第二折板，其中：

上叠梁阀的第一折板垂直设置在上叠梁阀一端的上表面边缘，第二折板设置在上叠梁阀另一端边缘且第二折板延伸出上叠梁阀的上表面和下表面；

下叠梁阀的第一折板垂直设置在下叠梁阀一端的上表面边缘，第二折板设置在下叠梁阀另一端的下表面边缘。

进一步地，所述的滑槽内侧对称设置有一对固定叠梁阀，固定叠梁阀的纵向截面呈L形，其中一个固定叠梁阀固定于分层取水器的顶部，另一个固定叠梁阀固定于分层取水器的底部。

进一步地，所述的取水叠梁阀的上部通过至少一个上叠梁阀与位于上方的固定叠梁阀连接，取水叠梁阀的下部通过至少一个下叠梁阀与位于下方的固定叠梁阀连接。

进一步地，所述的一个以上的上叠梁阀中，其中一个上叠梁阀上设置有挂钩，挂钩通过钢丝绳与设置在蓄热水箱顶部的、由电机驱动的滚轮连接。

进一步地，所述的分层取水口上安装有温度传感器，温度传感器与一个取水温度控制器连接，取水温度控制器与所述的电机连接。

进一步地，所述的蓄热水箱底部侧面设置有补水管。

本发明与现有技术相比具有以下技术特点：

1.增强了取水的高度灵活性，大大满足用户的需求

通过温度感应器测得的取水口温度以及控制器用户预设的取水温度，控制取水口在不同温度水层间移动，直到达到用户所需温度为止。这样一方面可以增强蓄热水箱的取水灵活性，一方面又可最大程度的满足用户水温需求。

2.实现取水的自动控制，保持取水温度的稳定性

用户预设的取水温度一旦设定，则系统会根据测得水温而实现自动的控制，保证取水温度的恒定，而不用再担心由于天气原因导致水箱温度分布差异以致影响取水温度稳定性的问题。

3.结构简单，安装方便，成本有限

此发明只是在传统蓄热水箱的基础上增加了一个取水装置。其中叠梁阀和取水腔可以方便的制作出来，安装的过程也十分简便，同时卷扬机的运行费用也不高，因此可以说此装置所增加的成本是有限的。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2(a)为上叠梁阀的结构示意图；

图2(b)为下叠梁阀的结构示意图；

图2(c)为取水叠梁阀的结构示意图；

图2(d)为固定叠梁阀的结构示意图；

图3为分层取水器上滑槽的结构示意图；

图4为上叠梁阀与滑槽的装配过程示意图；

图5为分层取水器工作原理图(分层取水口位于下部)；

图6为分层取水器工作原理图(分层取水口位于中部)；

图7为分层取水器工作原理图(分层取水口位于上部)；

图8为温度控制器示意图；

图9为蓄热水箱温度分层图；

图10为蓄热水箱内流速分布图；

图中标号代表：1—蓄热水箱，2—分层取水器，3—叠梁阀区，4—太阳能集热供水端，5—太阳能集热回水端，6—补水管，7—排污管，8—采暖回水端，9—采暖供水端，10—阀门，11—分层取水口，12a—上叠梁阀，12b—下叠梁阀，12c—取水叠梁阀，12d—固定叠梁阀，12e—第一折板，12f—第二折板，12g—第三折板，12h—第四折板，13—电机，14—滚轮，15—取水温度控制器，16—温度传感器，17—挂钩，18—钢丝绳，19—数据传输线，20—滑槽。

具体实施方式

遵从上述技术方案，如图所示，一种太阳能分层蓄热水箱1定向取水装置，包括蓄热水箱1，蓄热水箱1顶部连接有太阳能集热供水端4，蓄热水箱1底部侧面连接有太阳能集热回水端5，所述的蓄热水箱1内壁上安装有分层取水器2，分层取水器2上活动式设置有分层取水口11，分层取水口11可在垂直于水平面的方向上移动；分层取水器2内部与穿出蓄热水箱1的采暖供水端9连通，采暖回水端8连接在蓄热水箱1底部侧面上；蓄热水箱1中的水自分层取水口11进入到分层取水器2内部，经过采暖供水端9提供给用户。

本发明的基本原理是，由于蓄热水箱1中的水温是分层的，为了满足不同用户的使用需求，需要自不同的水温层中取水供给给用户。然而水温层又是在一定范围内变动的，因此取水部位不能是固定的。本方案提出的这种结构，可根据水温层的不断变化来调整取水位置，以在不同的情况下均能将合适温度的水供给给用户。

本方案的蓄热水箱1可采用如图1所示的矩形体结构，其中太阳能集热供水端4连接在蓄热水箱1的上部，来自太阳能热水器的热水自蓄热水箱1的上部进入到蓄热水箱1中，以提升蓄热水箱1内部的水温；太阳能集热回水端5连接在蓄热水箱1底部侧面，蓄热水箱1中下部的水通过该回水端进入太阳能热水器中加热。为弥补因各种原因导致的蓄热水箱1水量减少，本方案在蓄热水箱1底部侧面还连接有补水管6，以向蓄热水箱1内部补充自来水。另外，蓄热水箱1底部设置有排污管7，用于排空水箱内的水，方便水箱内部的检修；本方案中所有提及的连接管道的端口上均安装有阀门10，方便根据需要调整开度。

本方案中设置了活动式分层取水口11结构，该分层取水口11可以在竖直方向上活动；由于前面的分析，水箱中的水温是在竖直方向上分层的，因此只需要调整分层取水口11对应某一个水温层，即可持提供特定温度的水温。将分层取水口11位置调整好之后，蓄热水箱1中的热水自分层取水口11进入到分层取水器2内部，继而通过采暖供水端9提供给用户。

在本方案中，为了便于分层取水口11的设置，分层取水口11开设于一个取水叠梁阀12c上，取水叠梁阀12c活动式安装在分层取水器2上。这样就可以通过调整取水叠梁阀12c的位置来改变分层取水口11的位置。

更具体地，分层取水器2上沿垂直于水平面的方向上开设有滑槽20，取水叠梁阀12c安装在滑槽20中，取水叠梁阀12c通过在滑槽20中滑动来改变分层取水口11的位置。

如图所示，滑槽20平行设置至少一个，滑槽20的分布方向为靠近分层取水器2内部的方向；其中安装取水叠梁阀12c的滑槽20位于最外部，其余的滑槽20中均安装有可在滑槽20中滑动的挡水阀，挡水阀与取水叠梁阀12c活动式连接。

本方案中，当分层取水口11位置调整好之后，需要对其位置进行固定，并且应尽可能阻挡其他部位的水进入到分层取水器2中，而仅使水流通过分层取水口11进入，这样可以保证水温的稳定。为此，可以设置多个滑槽20，滑槽20平行布设，分布方向为靠近分层取水器2内部的方向。除了取水叠梁阀12c之外，其余的滑槽20中安装有挡水阀，挡水阀可与取水叠梁阀12c活动式配合，在取水叠梁阀12c位置固定后，用于阻挡其余部分的水进入到分层取水器2中。

如图所示，为一种取水叠梁阀12c的结构。取水叠梁阀12c包括矩形板体，取水叠梁阀12c的一对上表面边缘分别垂直设置有第三折板12g和第四折板12h，所述的分层取水口11开设于取水叠梁阀12c的中部。

挡水阀包括上叠梁阀12a和下叠梁阀12b，上叠梁阀12a和下叠梁阀12b均包括矩形板体，在上叠梁阀12a和下叠梁阀12b的两端均分别垂直设置有第一折板12e和第二折板12f，其中：

上叠梁阀12a的第一折板12e垂直设置在上叠梁阀12a一端的上表面边缘，第二折板12f设置在上叠梁阀12a另一端边缘且第二折板12f延伸出上叠梁阀12a的上表面和下表面；

下叠梁阀12b的第一折板12e垂直设置在下叠梁阀12b一端的上表面边缘，第二折板12f设置在下叠梁阀12b另一端的下表面边缘。

取水叠梁阀12c、上叠梁阀12a、下叠梁阀12b基本结构均为一个矩形板体，而为了其之间相互的配合，设置了第一折板12e、第二折板12f、第三折板12g和第四折板12h。这些折板的作用是相互勾结，既能保证这些叠梁阀的正常在滑槽20中移动，又能组成一道相对密闭的挡水墙，使水箱中的水只能从分层取水口11进入到分层取水器2中。

如图所示，滑槽20间隔布设，将这些叠梁阀布设好之后，相邻的叠梁阀中，其中一个叠梁阀活动式，当二者的折板接触后，将带动另一个叠梁阀活动，由此，在竖直方向上，不论取水叠梁阀12c位于何处，其他的叠梁阀均能跟着取水叠梁阀12c联动，由此实现叠梁阀的挡水功能。

为了更好地设置这些叠梁阀，取水叠梁阀12c的上部通过至少一个上叠梁阀12a与位于上方的固定叠梁阀12d连接，取水叠梁阀12c的下部通过至少一个下叠梁阀12b与位于下方的固定叠梁阀12d连接。所述的一个以上的上叠梁阀12a中，其中一个上叠梁阀12a上设置有挂钩17，挂钩17通过钢丝绳18与设置在蓄热水箱1顶部的、由电机13驱动的滚轮14连接。

上叠梁阀12a和下叠梁阀12b设置一个以上的原因是，为取水叠梁阀12c的移动留有足够的余量，防止在某个位置取水叠梁阀12c被卡住。如本例中，上叠梁阀12a和下叠梁阀12b各设置两个，可满足取水叠梁阀12c在大范围内移动；而折板又能起到限位的作用。当上叠梁阀12a均展开后，下叠梁阀12b将部分折叠或全部折叠在一起。由于安装叠梁阀的滑槽20是间隔的，因此叠梁阀之间不会相互影响。

另外，为了便于上叠梁阀12a、下叠梁阀12b、取水叠梁阀12c在滑槽20中的装配，每个叠梁阀上未设置折板的两个边均向两侧多延伸一些，即折板的宽度小于叠梁阀矩形板体的宽度，这样便于叠梁阀区3中各个叠梁阀之间的配合。

需要调整取水叠梁阀12c的位置时，通过电机13驱动滚轮14正反转，从而在上叠梁阀12a的带动下，使取水叠梁阀12c位于合适的位置，然后固定即可。

为实现自动化调控，本方案中，分层取水口11上安装有温度传感器16，温度传感器16通过数据传输线19与一个取水温度控制器15连接，取水温度控制器15与所述的电机13连接。在控制过程中，当温度传感器16测得的温度比设置温度低时，则控制分层取水口11向上移动，而当测得温度高时，则控制分层取水口11向下移动。

参见图8，为取水温度控制器15的示意图，这里主要是为了展示控制器的基本功能，即设置用户需求的供水温度。图中所示的控制器只需转动旋钮就可进行温度设置，包含有关闭位置和可控制温度从10℃到100℃的连续位置。

参见图9、10为蓄热水箱1内温度和流速分部图；可直观的看出蓄热水箱1内部温度分层情况，在设定本装置前，可先通过仪器测量蓄热水箱1内部的温度、流速分布，从而为用户用热、取水系统设计提供依据。

Claims (10)

1.一种太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，包括蓄热水箱(1)，蓄热水箱(1)顶部连接有太阳能集热供水端(4)，蓄热水箱(1)底部侧面连接有太阳能集热回水端(5)，其特征在于，所述的蓄热水箱(1)内壁上安装有分层取水器(2)，分层取水器(2)上活动式设置有分层取水口(11)，分层取水口(11)可在垂直于水平面的方向上移动；分层取水器(2)内部与穿出蓄热水箱(1)的采暖供水端(9)连通，采暖回水端(8)连接在蓄热水箱(1)底部侧面上；蓄热水箱(1)中的水自分层取水口(11)进入到分层取水器(2)内部，经过采暖供水端(9)提供给用户。

2.如权利要求1所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的分层取水口(11)开设于一个取水叠梁阀(12c)上，取水叠梁阀(12c)活动式安装在分层取水器(2)上。

3.如权利要求2所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的分层取水器(2)上沿垂直于水平面的方向上开设有滑槽(20)，取水叠梁阀(12c)安装在滑槽(20)中，取水叠梁阀(12c)通过在滑槽(20)中滑动来改变分层取水口(11)的位置。

4.如权利要求3所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的滑槽(20)平行设置至少一个，滑槽(20)的分布方向为靠近分层取水器(2)内部的方向；其中安装取水叠梁阀(12c)的滑槽(20)位于最外部，其余的滑槽(20)中均安装有可在滑槽(20)中滑动的挡水阀，挡水阀与取水叠梁阀(12c)活动式连接。

5.如权利要求2所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的取水叠梁阀(12c)包括矩形板体，取水叠梁阀(12c)的一对上表面边缘分别垂直设置有第三折板(12g)和第四折板(12h)，所述的分层取水口(11)开设于取水叠梁阀(12c)的中部。

6.如权利要求5所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的挡水阀包括上叠梁阀(12a)和下叠梁阀(12b)，上叠梁阀(12a)和下叠梁阀(12b)均包括矩形板体，在上叠梁阀(12a)和下叠梁阀(12b)的两端均分别垂直设置有第一折板(12e)和第二折板(12f)，其中：

上叠梁阀(12a)的第一折板(12e)垂直设置在上叠梁阀(12a)一端的上表面边缘，第二折板(12f)设置在上叠梁阀(12a)另一端边缘且第二折板(12f)延伸出上叠梁阀(12a)的上表面和下表面；

下叠梁阀(12b)的第一折板(12e)垂直设置在下叠梁阀(12b)一端的上表面边缘，第二折板(12f)设置在下叠梁阀(12b)另一端的下表面边缘。

7.如权利要求6所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的滑槽(20)内侧对称设置有一对固定叠梁阀(12d)，固定叠梁阀(12d)的纵向截面呈L形，其中一个固定叠梁阀(12d)固定于分层取水器(2)的顶部，另一个固定叠梁阀(12d)固定于分层取水器(2)的底部。

8.如权利要求7所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的取水叠梁阀(12c)的上部通过至少一个上叠梁阀(12a)与位于上方的固定叠梁阀(12d)连接，取水叠梁阀(12c)的下部通过至少一个下叠梁阀(12b)与位于下方的固定叠梁阀(12d)连接。

9.如权利要求8所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的一个以上的上叠梁阀(12a)中，其中一个上叠梁阀(12a)上设置有挂钩(17)，挂钩(17)通过钢丝绳(18)与设置在蓄热水箱(1)顶部的、由电机(13)驱动的滚轮(14)连接。

10.如权利要求9所述的太阳能分层蓄热水箱定向取水装置，其特征在于，所述的分层取水口(11)上安装有温度传感器(16)，温度传感器(16)与一个取水温度控制器(15)连接，取水温度控制器(15)与所述的电机(13)连接。