CN115235125A - 具有空腔间隙的热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有空腔间隙的热水器,包括:吸热件;存储水的保温桶;空腔间隙,该空腔间隙配置以分离上述吸热件及保温桶于上述吸热件及上述保温桶之间,该空腔间隙与保温桶的传热部分接触;保温传热槽,该保温传热槽含有空腔间隙设置,上述吸热件的部分伸入保温传热槽;传热件,该传热件置于保温传热槽内,并将吸热件热量传递至空腔间隙内。利用空腔间隙隔离吸热件及保温桶,一方面,夜间保温效果强,对吸热件的保温性能要求低;另一方面,对吸热件材料的性能要求低,制作成本低。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热利用的技术领域,具体涉及具有空腔间隙的热水器。
背景技术
太阳能热水器越来越多地被广泛应用,现有的太阳能热水器的保温桶和吸热件都是直接接触连在一起的(水相通)。太阳辐射透过吸热件的外观照射到内管表面,涂有吸收涂层的内管外表面吸收太阳辐射后,将热量传递给真空管内部的水,水被加热后沿真空管受热而上升进入贮热水箱,同时,水箱内温度相对较低的水进入真空管内,如此不断循环,使贮热水箱内的水不断被加热升温,而这些太阳能吸热件在夜晚辐射散热,白白损失热量。尤其对于真空隔热性能不佳的吸热件而言,则损失更多的热量。
为此,我们提供具有空腔间隙的热水器解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提出一种具有空腔间隙的热水器,利用空腔间隙隔离吸热件及保温桶,一方面,夜间保温效果强,对吸热件的保温性能要求低;另一方面,对吸热件材料的性能要求低,制作成本低。同时,空腔间隙利用物质膨胀原理填充,使得空间间隙适应温度填充传热液体,适应性强。
为了实现上述目的,本发明采用的具有具有空腔间隙的热水器,包括:
吸热件;
存储水的保温桶;
空腔间隙,该空腔间隙配置以分离上述吸热件及保温桶于上述吸热件及上述保温桶之间,该空腔间隙与保温桶的传热部分接触;
保温传热槽,该保温传热槽靠近空腔间隙设置,上述吸热件的部分深入保温传热槽;
传热件,该传热件置于保温传热槽内,并将吸热件热量传递至空腔间隙内。
利用空腔间隙隔离吸热件及保温桶,一方面,夜间保温效果强,对吸热件的保温性能要求低;另一方面,对吸热件材料的性能要求低,制作成本低。
作为上述方案的进一步优化,膨胀装置,该膨胀装置接触吸热件并吸收吸热件的热量,上述膨胀装置的内腔设有随温度上升而膨胀的介质及传热液体,上述传热液体靠近膨胀装置的出口处且该出口处于空腔间隙连通;
其中,
该介质受热后挤压传热液体穿过出口处并填充空腔间隙;
该介质冷却后由空腔间隙向膨胀装置吸回传热液体以降低空腔间隙内传热液体的液面,上述膨胀装置置于保温传热槽内,该膨胀装置以膨胀袋出现,内充可膨胀的工质,该传热件利用物质膨胀原理填充,使得空间间隙适应温度填充传热液体,适应性强。
作为上述方案的进一步优化,传热液体置于介质与膨胀装置的出口处之间,在此结构中,受热后介质挤压传热液体,并通过保温传热槽的开口进入保温传热槽,再后,上述传热液体填充空腔间隙,实现上述保温桶的间接加热。
作为上述方案的进一步优化,上述膨胀装置置于保温传热槽内,出口处置于膨胀装置的末端,介质置于膨胀装置的顶部。作为上述膨胀装置的一种示范例,该示范例的膨胀装置在受热后,介质将传热液体从开口挤入保温传热槽内,并穿过保温传热槽填充空腔间隙,实现上述保温桶的间接加热。
作为上述方案的进一步优化,上述保温传热槽置于膨胀装置内,上述保温传热槽底部与膨胀装置连通,该膨胀装置内腔上方为介质而下方为传热液体。上述保温传热槽呈长直状作为上述膨胀装置的另一种示范例,在此结构中,受热后介质向下挤压传热液体,并通过保温传热槽的底部开口进入保温传热槽,再后,上述传热液体填充空腔间隙,实现上述保温桶的间接加热。
作为上述方案的进一步优化,第一堵塞结构置于上述空腔间隙的出口处,以减少辐射和对流散失。
作为上述方案的进一步优化,上述空腔间隙内填充有网格状热的不良导体,上述网格状热的不良导体的设计,可进一步加强本发明的隔离保温效果。
作为上述方案的进一步优化,上述空腔间隙呈曲折状。上述曲折状空腔间隙的设计,可进一步加强本发明的隔离保温效果。
作为上述方案的进一步优化,上述保温桶靠近空腔间隙侧设有至少一处冗余空腔,且该冗余空腔与空腔间隙连通。上述多个冗余空腔的设计容纳膨胀装置中过量排出的传热液体,减少内部压力。
作为上述方案的进一步优化,包括如上任一一项的具有空腔间隙的热水器,以使得本发明可应用于各种热水器,以扩大本发明的实际使用范围。
本发明的具有空腔间隙的热水器,具备如下有益效果:
1.抛弃了传统吸热件与保温桶直连所导致的诸多缺陷,通过采用更为先进的间接加热工艺,从而使冷水由吸热件直接加热转变为通过传热液体间接加热。通过在保温桶与吸热件间设计了空腔间隙,一方面,在夜间保温效果强,对吸热件材料保温性能要求低,降低成本;另一方面,保温桶保温效果强。更重要的是,上述膨胀装置利用物质膨胀原理填充空腔间隙,以实现高温状态下填满空腔间隙,实现间接加热;低温状态下,降低空腔间隙内液面高度,实现空腔保温的目的。
2.对上述膨胀装置的结构作进一步讨论,其中一种方案中,上述膨胀装置采用开口向下的长直状外壳,在受热后,介质将传热液体从开口挤入保温传热槽内,并穿过保温传热槽填充空腔间隙,实现上述保温桶的间接加热;另外一种方案中,将保温传热槽置于上述膨胀装置内,且该方案中保温传热槽为底部开口的长直状结构,在此结构中,受热后介质向下挤压传热液体,并通过保温传热槽的底部开口进入保温传热槽,再后,上述传热液体填充空腔间隙,实现上述保温桶的间接加热。
3.实际上,上述空腔间隙的隔离保温的设计结构可为多种。本发明以堵塞在上述空腔间隙出口处的第一堵塞结构为基本结构,分别可做以下改进:于空腔间隙内填充网格状热的不良导体、将空腔间隙设计成曲折状、设计冗余空腔、在设计冗余空腔的基础上于冗余空腔内填充第二堵塞结构;根据上述改机可构成至少四种具备隔离保温功能的空腔间隙,上述多个冗余空腔的设计容纳膨胀装置中过量排出的传热液体,减少内部压力。
参照后文的说明与附图,详细公开了本发明的特定实施方式,指明了本发明的原理可以被采用的方式,应该理解,本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制,在所附权利要求的精神和条款的范围内,本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
附图说明
图1为具有空腔间隙的热水器的整体结构示意图;
图2为本发明中膨胀装置第一种表现形式的结构示意图;
图3为本发明中膨胀装置第二种表现形式的结构示意图;
图4为本发明中不良导体的结构示意图;
图5为本发明中弯折状的空腔间隙的结构示意图;
图6为本发明中冗余空腔的结构示意图;
图7为本发明中第一堵塞结构的结构示意图。
图中:1、保温桶;2、吸热件;3、空腔间隙;4、保温传热槽;5、膨胀装置;6、第一堵塞结构;31、不良导体;32、冗余空腔;33、第二堵塞结构;51、介质;52、传热液体;53、外壳。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过附图中及实施例,对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限制本发明的范围。
需要说明的是,当元件被称为“设置于、设有”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件,当一个元件被认为是“连接、相连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,“固连”为固定连接的含义,固定连接的方式有很多种,不作为本文的保护范围,本文中所使用的术语“垂直的”“水平的”“左”“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在限制本发明,本文中所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合;
现有热水器中,热水器的保温桶1与吸热件2为直接接触,即水相通结构,例如太阳能热水器,在此结构中,吸收太阳能的吸热件2在夜晚辐射散热,热量白白损失,因此,需要考虑到吸热件2的真空隔热性能,使得此结构中的吸热件2对于材料要求较高。
针对上述情况,本发明提供了具有空腔间隙的热水器,该热水器包括保温桶1及太阳能的吸热件2,本发明在保温桶1和吸热件2之间设置空腔间隙3,在该空腔间隙3的附近设置保温传热槽4,保温传热槽4接受吸热件2传递的热量,然后保温传热槽4内通过传热件向空腔间隙3传递热量,再将热量传递至保温桶1中的水。
结合图1对具有空腔间隙的热水器的优选实施例作进一步讨论:
图1示出了示例具有空腔间隙的热水器的整体结构,例如具有空腔间隙的太阳能热水器。
在该示例中,包含以下结构:
保温桶1,用于储存待加热液体;
吸热件2,用于吸收热量,在该示例中,该吸热件2采用太阳能吸热件,当然,也可采用平板吸热等结构;
空腔间隙3,该空腔间隙3配置以分离上述吸热件2及保温桶1于上述吸热件2及上述保温桶1之间,该空腔间隙3与保温桶1的传热部分接触;
保温传热槽4,该保温传热槽4的其中一个目的为连接吸热件2和保温桶1,使上述吸热件2和保温桶1通过保温传热槽4构成一个整体结构;该保温传热槽4的另一个目的为向空腔间隙3导热,具体的,在该保温传热槽4内为温度到达一定温度后,利用传热件将热量填充至空腔间隙3内。
传热件,该传热件置于保温传热槽4内,并将吸热件2热量传递至空腔间隙3内。
该示范例具备以下优点:
1)隔断了上述吸热件2的夜间散热,保温桶1保温效果更好。
2)该吸热件2不直接接触上水,能防止真空管炸裂。
3)吸热件2可以填充防冻液,适应更冷的北方。
4)吸热件2不直接接触上水,可考虑更广泛的材料,不用担心污染使用水,成本可以更低。
5)吸热件2中水垢污染更少。
6)保温桶1水与吸热件2隔开,减少污染。
7)保温桶1水不用与吸热件2直接接触,可适应于水质较差的地区。
图1仅是处于说明性的目的示意性标识,并不限制所公开的示例。
此外存在各种类型的热水器,其中许多可以受益于本文所公开的示例摒弃不限于所示的设计。
在示例中,上述保温传热装置可通过电气控制实现保温传热功能,但是使用电气控制使用的可靠性会损坏或下降的同时,使用成本也相应提升,诸如电费及零件损坏可靠性等方面。
为此,利用物质受热膨胀的原理,本发明在上述示范例结构的基础上将传热件选用膨胀装置5:
膨胀装置5,该膨胀装置5接触吸热件2并吸收吸热件2的热量,上述膨胀装置5的内腔设有随温度上升而膨胀的介质51及传热液体52,上述传热液体52靠近膨胀装置5的出口处且该出口处于空腔间隙3连通;
其中,
该介质51受热后挤压传热液体52穿过出口处并填充空腔间隙3;
该介质51冷却后由空腔间隙3向膨胀装置5吸回传热液体52以降低空腔间隙3内传热液体52的液面。
下面结合图2及图3对上述膨胀装置作进一步讨论:
图2为上述膨胀装置5一种表现方式,该保温传热槽4的内部设有膨胀装置5,该膨胀装置5包括长直状的外壳53,且出口处设有封口限位结构,出口处置于外壳53的底端,介质51置于外壳53的顶部,传热液体52置于介质51与出口处之间,在受热后,介质51将传热液体52从出口处挤入保温传热槽4内,并穿过保温传热槽4填充空腔间隙3,实现上述保温桶1的间接加热。
一般来说,膨胀装置5多选为一头封闭的活塞式结构,便于理解膨胀装置5的作用,且该膨胀装置5的位置方向任一,优选的,该外壳53可选用管状金属物,活动件少,可靠性更高。
对于管状金属的开口而言,该出口处可开设在管状金属物的侧面、上面等等多个位置,出口处设置在侧面时,可通过连接中空管的方式与保温传热槽4连通,但是考虑到传统活塞式结构在使用过程中,其活塞频繁进行往复运动,损坏概率加大,可靠性和寿命均下降,因此,一般将管状金属物的出口处设在下方。
进一步的,上述管状金属物可选择其他材质,优选的,上述管状金属物采用密封的材质,如密封硅胶容器及橡胶容器等。
图3为上述膨胀装置5的另一种表现方式,上述保温传热槽4置于膨胀装置5内,上述保温传热槽4呈长直状,且底部与膨胀装置5连通,该膨胀装置5内腔上方为介质51为下方为传热液体52,在此结构中,受热后介质51向下挤压传热液体52,并通过保温传热槽4的底部开口进入保温传热槽4,再后,上述传热液体52填充空腔间隙3,实现上述保温桶1的间接加热。
在该表现方式中,膨胀装置5所处的位置,应有利于充分感知传热液体的温度变化,例如,将上述膨胀装置5配置在吸热件2中。
对于上述膨胀装置5而言具备以下更进一步的实施方式:
低成本方案:使用密封硅胶袋(管)内充入少量乙醇作为膨胀装置5,内置于保温传热槽4中。(保证密封硅胶袋的耐用性)
进一步的,上述传热液体52一般选用水,当然也可选择其他液态物质,如:食盐溶液,防冻液体等等。
上述介质51一般选用不溶于传热液体52的石脑油,上述石脑油密度小于水,且该石脑油的沸点在40-105℃之间,当然石脑油也可更换为气体,如空气或其他沸点在40-100℃的其他液体,如乙醇等等。
进一步的,上述膨胀装置5的下部可设计堵塞措施,防止气体过度膨胀。
实际工作时:
日间,吸热件2吸收热量,传热液体52升温后,温度高于40摄氏度后,膨胀装置5中的石脑油气化膨胀,排出传热液体52,填满空腔间隙3,高温传热液体52水位上升,就可以加热保温桶1中的水。
夜间,水降温,传热液体52温度低于40摄氏度后,石脑油液化,体积收缩,空腔间隙3水位下降,空腔间隙3排空,进入保温状态。
图2及图3仅是处于说明性的目的示意性标识,并不限制所公开的示例。
此外存在各种类型的热交换装置,其中许多可以受益于本文所公开的示例摒弃不限于所示的设计。
在示例中,保温桶1上一般安装有利于传热的结构装置,一般来说,通常对空腔间隙3进行结构上的改良来实现,因此,本发明在上述示例的结构基础上,对上述空腔间隙3作进一步改良。
实际上,本发明以堵塞在上述空腔间隙3出口处的第一堵塞结构6为基本结构。
下面结合图4-图7对上述改良后的空腔间隙3作进一步阐述:
图4为上述空腔间隙3的第一种改良方案,该改良方案中在空腔间隙3内填充网格状热的不良导体31,例如,该网格状热的不良导体31为海绵,利用其透水不透气的特性,来减少散热。
图5为上述空腔间隙的第二种改良方案,该改良方案将空腔间隙3设计成曲折状结构,以减少辐射散热。
图6为上述空腔间隙的第三种改良方案,该改良方案将空腔间隙3的个数设计为多个,且相邻两个空腔间隙3互相连通,并将多个空腔间隙3设计成空腔间隙本体及冗余空腔32,以实现隔离保温功能。
图6为上述空腔间隙3的第四种改良方案,该改良方案在第三种改良方案的基础上进行改良,通过在冗余空腔32内安装第二堵塞结构33,以进一步加强本发明的隔离保温功能。
例如,上述第一堵塞结构6及第二堵塞结构33可设计为大于空腔间隙3出口处宽度,并且密度小于水的阀杆,同时,阀杆外可附有保温材料。
例如,如图7所示,将上述第一堵塞结构6的下表面设置成凸起状,该凸起部分起到导向作用,可更好的实现第一堵塞结构6的堵塞功能。
仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.具有空腔间隙的热水器,其特征在于,包括:
吸热件;
存储水的保温桶;
空腔间隙,该空腔间隙配置以分离上述吸热件及保温桶于上述吸热件及上述保温桶之间,该空腔间隙与保温桶的传热部分接触;
保温传热槽,该保温传热槽靠近空腔间隙设置,上述吸热件中的传热液体连通保温传热槽;
传热件,该传热件置于保温传热槽内,并将吸热件热量传递至空腔间隙内。
2.根据权利要求1所述的具有空腔间隙的热水器,其特征在于:
上述传热件包括膨胀装置,该膨胀装置接触吸热件,上述膨胀装置的内腔设有随温度上升而膨胀的介质及传热液体,上述传热液体靠近膨胀装置的出口处且该出口处与空腔间隙连通;
其中,
该介质受热后挤压传热液体穿过出口处并填充空腔间隙;
该介质冷却后由空腔间隙向膨胀装置吸回传热液体以降低空腔间隙内传热液体的液面,上述膨胀装置置于保温传热槽内,该膨胀装置以膨胀袋出现,内充可膨胀的工质。
3.根据权利要求2所述的具有空腔间隙的热水器,其特征在于:传热液体置于介质与膨胀装置的出口处之间。
4.根据权利要求3所述的具有空腔间隙的热水器,其特征在于:上述膨胀装置置于保温传热槽内,出口处置于膨胀装置的末端,介质置于膨胀装置的顶部。
5.根据权利要求3所述的具有空腔间隙的热水器,其特征在于:上述保温传热槽置于膨胀装置内,上述保温传热槽底部与膨胀装置连通,该膨胀装置内腔上方为介质而下方为传热液体。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的具有空腔间隙的热水器,其特征在于:第一堵塞结构置于上述空腔间隙的出口处。
7.根据权利要求6所述的具有空腔间隙的热水器,其特征在于:上述空腔间隙内填充有网格状热的不良导体。
8.根据权利要求6所述的具有空腔间隙的热水器,其特征在于:上述空腔间隙呈曲折状。
9.根据权利要求6所述的具有空腔间隙的热水器,其特征在于:上述保温桶靠近空腔间隙侧设有至少一处冗余空腔,且该冗余空腔与空腔间隙连通。
10.热交换装置,其特征在于:包括如权利要求1-9中任一一项权利要求的具有空腔间隙的热水器。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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