CN208124652U - 一种太阳能热水器以及用于太阳能热水器的水箱 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种太阳能热水器以及用于太阳能热水器的水箱。所述太阳能热水器包括：用于存储水的内胆；设置在内胆中的换热管，换热管的内径为12mm以上；用于将太阳能转化为热能的太阳能集热器，所述太阳能集热器中的循环介质能流入所述换热管，并流回所述太阳能集热器。所述水箱包括用于存储水的内胆；设置在内胆中的换热管，换热管的内径为12mm以上。本申请可以在不依赖循环泵的情况下达到太阳能热水器的换热要求。

Description

一种太阳能热水器以及用于太阳能热水器的水箱

技术领域

本说明书涉及一种太阳能热水器以及用于太阳能热水器的水箱。

背景技术

太阳能热水器以其能源清洁环保、安全系数较高等优点，得到了广泛的应用。太阳能热水器主要包括太阳能集热器和水箱两大部分，其中，太阳能集热器可以将太阳能转化为热能加热循环介质，被加热的循环介质可通过换热器将能量传导给水箱中储存的水，从而产出热水。现有的太阳能热水器中，通常在水箱中设置盘管式换热器，同时，由于盘管式换热器循环阻力大，因此，需依赖循环泵对循环介质进行强制循环才能达到太阳能热水器的换热要求。但是，这种依赖循环泵强制换热的方式，导致太阳能热水器存在运行成本较高等问题。

实用新型内容

本说明书实施方式提供一种具有较佳产热水效果的太阳能热水器以及用于太阳能热水器的水箱。

为实现上述目的，本说明书提供一种太阳能热水器，包括：用于存储水的内胆；设置在所述内胆中的换热管，所述换热管的内径为12mm以上；用于将太阳能转化为热能的太阳能集热器，所述太阳能集热器中的循环介质能流入所述换热管，并流回所述太阳能集热器。

本说明书还提供一种用于太阳能热水器的水箱，包括：用于存储水的内胆；设置在所述内胆中的换热管，所述换热管的内径为12mm以上。

本说明书提供的太阳能热水器以及用于太阳能热水器的水箱，通过将内胆中的换热器设置为内径在12mm以上的换热管，使其可以具有较小的循环阻力，因此，无需依赖循环泵即可使循环介质获得较高的自然循环流速。进一步地，较高的自然循环流速也就可以使得换热器无需过大的换热面积，即可达到太阳能热水器的换热要求。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1a为本说明书实施方式中真空管型太阳能热水器的一种结构示意图；

图1b为本说明书实施方式中平板型太阳能热水器的第一种结构示意图；

图1c为本说明书实施方式中平板型太阳能热水器的第二种结构示意图；

图1d为本说明书实施方式中平板型太阳能热水器的第三种结构示意图；

图2a为本说明书实施方式中换热管的第一种结构示意图；

图2b为本说明书实施方式中换热管的第二种结构示意图；

图2c为本说明书实施方式中换热管的第三种结构示意图；

图2d为本说明书实施方式中换热管的第四种结构示意图；

图2e为本说明书实施方式中换热管的第五种结构示意图；

图2f为本说明书实施方式中换热管的第六种结构示意图；

图2g为本说明书实施方式中换热管的第七种结构示意图；

图3a为本说明书实施方式中水箱的第一种结构示意图；

图3b为本说明书实施方式中水箱的第二种结构示意图；

图4a为本说明书实施方式中水箱的第三种结构示意图；

图4b为本说明书实施方式中水箱的第四种结构示意图；

图5a为本说明书实施方式中水箱的第五种结构示意图；

图5b为本说明书实施方式中水箱的第六种结构示意图；

图6为本说明书实施方式中水箱的第七种结构示意图。

附图标号说明：

1，水箱；101，外壳；102，保温层；103，内胆；2，换热管；201，循环介质进口端；202，循环介质出口端；203，增效管；3，出水管；4，入水管；5，循环管； 6，保温套管；7，太阳能集热器；701，太阳能集热器出口；702，太阳能集热器入口；8，膨胀罐；9，自动补水器；10，后座；11，密封垫；12，紧固件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”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”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。本文所使用的术语“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，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的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，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“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。

如图1a-图1d所示，本说明书实施方式提供的太阳能热水器，其可以包括：用于存储水的内胆103；设置在所述内胆103中的换热管2，所述换热管2的内径为12mm以上；用于将太阳能转化为热能的太阳能集热器7，所述太阳能集热器7中的循环介质能流入所述换热管2，并流回所述太阳能集热器7。

在本说明书实施方式中，太阳能热水器是一种可以将太阳能转化为热能，并利用热能对水进行加热的装置。太阳能热水器主要包括太阳能集热器7、内胆103以及换热管 2。

在本说明书实施方式中，太阳能集热器7可以设置于平台上，用于吸收太阳能，并将太阳能转化为热能。太阳能集热器7可以是真空管型太阳能集热器或平板型太阳能集热器。真空管型太阳能集热器可以为全玻璃真空管型太阳能集热器、玻璃-金属结构真空管型太阳能集热器或热管式真空管型太阳能集热器。平板型太阳能集热器可以为管板式平板型太阳能集热器、翼管式平板型太阳能集热器、扁盒式平板型太阳能集热器或蛇管式平板型太阳能集热器。

在本说明书实施方式中，为了使太阳能集热器7中的循环介质能流入换热管2，并流回太阳能集热器7。可以使换热管2直接与太阳能集热器7中的循环介质的流通管路连通，也可以通过设置于内胆103外部的循环管5与太阳能集热器7中的循环介质的流通管路连通。据此，构成循环介质的循环系统的可以是换热管2和太阳能集热器7中的循环介质的流通管路；也可以是换热管2、循环管5以及太阳能集热器7中的循环介质的流通管路。另外，对于上述循环介质的循环系统，其可以为常压式循环系统，也可以为承压式循环系统。

在本说明书实施方式中，循环介质是用于输送热能的流体，循环介质在太阳能集热器7中被加热后进入换热管2中，在换热管2的壁面两侧，循环介质通过与内胆103中的储存水进行热交换将热量传导给水。此时，循环介质被冷却后返回到太阳能集热器7 中再次被加热，被加热后再次进入换热管2中与内胆中的水进行换热，以此往复，形成循环。

在本说明书实施方式中，内胆103用于储存水，储存的水被加热后可以向外提供生活或生产用热水。为了较好的利用因密度差带来的高温液体(经太阳能集热器加热后的循环介质，密度相对小)向上运动，低温液体(经内胆中的水冷却后的循环介质，密度相对大)向下运动的循环驱动力，可将内胆103设置于略高于太阳能集热器7的位置处。另外，为了尽量减少循环介质向上运动时克服重力作用时的能耗，以及考虑到安装方便，可将内胆103设置于太阳能集热器7的顶部。内胆103可以为承压式或常压式，对其形状并无特殊要求。在内胆103的外部可以设置外壳101，在外壳101和内胆103之间还可以设置保温层102。内胆103、保温层102和外壳101共同形成水箱1。

在本说明书实施方式中，换热管2是使循环介质与内胆103中的水进行热交换的换热元件。换热管2在内胆103中的位置无特殊要求，可以使换热管2在正常工作状态下完全浸入水中即可。例如，可以将换热管设置于内胆103的中部，也可以将其设置于内胆103的下部。换热管2的端部可以采用焊接、紧固连接等方式固定于内胆壁上，在连接处还可以通过设置密封结构进一步密封。

在太阳能热水器中，根据热虹吸原理，太阳能集热器7中的循环介质被加热后受热膨胀，密度变小，自然上升，可以循环到换热管2中将内胆103中的水加热。而换热管 2中的循环介质被内胆103中的水冷却后密度变大，会回流到太阳能集热器7中。太阳能集热器7中的循环介质在吸收了热能之后，再膨胀上升，形成持续热虹吸自然循环。进一步地，当自然循环的热虹吸驱动力一定时，循环阻力的大小就决定了自然循环的速度。本说明书实施方式提供的太阳能热水器，其通过将内胆103中的换热器2设置为内径在12mm以上的换热管，使其可以具有较小的循环阻力，因此，无需依赖循环泵即可使循环介质获得较高的自然循环流速。进一步地，较高的自然循环流速也就使得换热器 2无需过大的换热面积，即可达到太阳能热水器的换热要求。

在本说明书实施方式中，换热管2的内径越大，越有利于循环阻力的减小，进而有利于提高自然循环流速，获得较好的换热效果。在本说明书图2a-图2e所示意的实施方式中，换热管2具有12mm-120mm的内径。进一步地，可以结合内胆103的容量以及换热管2的具体形状选择具有合适内径的换热管。具体地，内胆103容量越大，可以相应的选择内径较大的换热管2。换热管的弯折处越多、弯折角度越大、跨越的坡度越大，可以相应的选择内径较大的换热管2。

在本说明书实施方式中，换热管2的壁厚越小，越有利于循环介质与内胆103中储存水的快速换热，获得较好的换热效果。进一步地，当太阳能热水器的内胆103或循环介质的循环系统以承压方式运行时，换热管2需要满足一定的抗压强度，因此，可以结合换热管的材质和运行条件在选择具有合适壁厚的换热管2。在本说明书图2a-图2e所示意的实施方式中，选择使用壁厚为0.3mm-2.0mm的换热管2。

在本说明书实施方式中，换热管2的导热系数越大，越有利于循环介质与内胆103中储存水的快速换热，获得较好的换热效果。在本说明书图2a-图2e所示意的实施方式中，选择导热系数为10W/mK以上的换热管2。进一步地，换热管2的材质可以为不锈钢、铜、碳钢或传热效果较好的合金材料。另外，为了增加抗腐蚀性，还可以使用内外表面进行了抗腐蚀处理的换热管2。例如，内外表面经搪瓷处理或镀锌处理的换热管2。

在本说明书实施方式中，换热管2的换热通道(位于内胆中的部分)的长度越长，换热面积越大，越有利于获得较好的换热效果；但是，换热通道越长也相应的增加了循环阻力，减小了循环介质自然循环的速度。可以结合水箱1的容量以及换热管2的具体形状选择具有合适长度换热通道的换热管2。

由于内胆103的内部空间总是有限的，因此，为了使换热管2在一定受限空间中，既具有合适长度的换热通道，又不会造成循环阻力过度增加。本说明书实施方式提供了如图2c-图2g中示意的换热管2。这些实施方式中，在不过度增加循环阻力的前提下，增加换热通道长度的方式分别如下：图2c中的换热管2通过设置弯曲管段增加换热通道长度；图2d中的换热管2通过回折方式增加换热通道长度；图2e中的换热管2通过设置弯曲管段并以回折方式增加换热通道长度；图2f的换热管2通过设置为倾斜段增加换热通道长度；图2g的换热管2通过设置为圆弧状增加换热通道的长度。

在本说明书实施方式中，换热管2的截面面积沿其内部的循环介质的流通方向可以不变。如图2a所示意的实施方式，换热管2的截面面积沿其内部的循环介质的流通方向不变，可以使换热管的循环阻力较小，而且容易加工。

在本说明书实施方式中，换热管2可以包括主体段和至少一段扩径段，扩径段的内径和/或外径大于主体段的相应管径。相应管径是指，将扩径段的内径与主体段的内径相比较；将扩径段的外径与主体段的外径相比较。在一实施方式中，仅扩径段的内径大于主体段的内径。在另一实施方式中，扩径段的内径与外径同时大于主体段的内径和外径。在另一实施方式中，仅扩径段的外径大于主体段的外径。由于扩径段可以增加流体与换热管的接触面积，因此，可以获得较好的换热效果。另外，扩径段可以为两个以上，且扩径段的内径和外径大于主体段的相应管径(例如波纹管或波节管)。如图2b所示意的实施方式，换热管2采用波纹管或波节管，这样可以在不过度增加循环阻力的情况下，通过大幅度增加换热面积获得较好的换热效果。

如图3a和图3b所示意的实施方式，当在内胆103中设置延伸方向不变的换热管2时，可以使换热管2在内胆103中的安装较为方便。具体地，延伸方向不变的换热管2 通过内胆103的壁面上所开的通孔(比换热管的最大外径略大)即可方便的伸入内胆103 中，并到达预设位置进行固定。这样不仅可以提高水箱的密封性和耐压性，而且降低了制作成本，也便于后期的维护和保养。

如图4a和图4b所示意的实施方式，可以在换热管2上设置至少一段增效管203。增效管203是用于通过增加换热面积，以增强换热效果的管道。增效管203的一端与换热管2连通，另一端可以向上(包括垂直向上和倾斜向上)、向下(包括垂直向下和倾斜向下)或水平方向延伸。在图4a所示意的实施方式中，换热管2上设置增效管203，增效管203的一端与换热管连通，另一端向上延伸至靠近内胆103顶部附近处形成闭合端。在图3b所示意的实施方式中，换热管2上设置增效管203，增效管203的一端与换热管2连通，另一端向上延伸至内胆103外部后形成闭合端。进一步地，在图3b所示意的实施方式中，可以在闭合端上设置可开闭的补液孔，从而方便补充损失的循环介质。

如图3a、图3b、图4a和图4b所示意的实施方式，由于从入水口4进入内胆103 的冷水会下沉至内胆底部，因此，将换热管2设置于靠近内胆103底部的位置，可以使换热管2在较高的内外温差下进行较高效率的换热，因此，可以获得较好的换热效果。另外，换热管2也最好不直接与内胆103的底部接触，以使换热管2可以充分与水接触进行换热。

继续参照图3a、图3b、图4a和图4b，由于太阳能热水器在运行时，内胆103的底面一般是与平台近似平行的，而平台一般是近似平行于水平面的。因此，当换热管2的换热通道构成的平面与内胆103的底部平面近似平行时，循环介质在换热管中的流动无需另外克服重力作用，从而有利于获得较大的循环流速。根据以上描述，当将图2c、图 2d和图2e中的换热管2设置于内胆103中时，为了获得较大的循环流速，可以设置为使换热管2的换热通道构成的平面与内胆底部平面近似平行。

继续参照图3a、图3b、图4a和图4b，换热管2的两端(循环介质进口端201和循环介质出口端202)可以分别穿出内胆103。这样可以便于换热管2与内胆103外的循环介质管路的连接和拆卸，降低了安装和维护的难度和成本。

继续参照图3a、图3b、图4a和图4b，换热管2的循环介质进口端201和循环介质出口端202可以从内胆103的不同壁面穿出。也可以如图5a所示意的实施方式，将换热管2的入口端和出口端可以从相同的壁面穿出。具体可以根据换热管2的形状以及与外部的循环介质流通管道进行连接的方式确定。

在本说明书实施方式中，内胆103可以为承压式，也可以为常压式。在图3a、图 3b、图4a和图4b所示意的实施方式中，内胆103为承压式。该承压式内胆103可以为用户提供高压热水，具有较好的用水舒适度。

继续参照图3a、图3b、图4a和图4b，在内胆103的外部可以设置外壳101，在外壳101和内胆103之间还可以设置保温层102。内胆103、保温层102和外壳101形成水箱1。水箱1可以为立式水箱或卧式水箱，在本说明书实施方式中，卧式水箱是指水箱以运行方式放置时，大致上箱体的长度大于或等于箱体高度的水箱。立式水箱是指水箱以运行方式放置时，大致上箱体的长度小于箱体高度的水箱。进一步地，内胆103的材质可以为不锈钢、玻璃或搪瓷等。保温层的材质可以为岩棉、聚氨酯硬泡或酚醛板等。

继续参照图3a、图3b、图4a和图4b，内胆103上的入水管4和出水管3可以位于同一壁面，也可以位于不同壁面。另外，为了使换热管2浸于水中进行充分换热，出水管4的高度最好高于换热管2的最高处。

继续参照图3a、图3b、图4a和图4b，当水箱1为卧式时，可在靠近内胆103底部的位置，以近似平行于内胆103底面的方式设置延伸方向不变的换热管2。在上述实施方式中，换热管2设置于靠近内胆103底部的位置，可以使换热管2在较高的内外温差下进行高效率的换热。同时，换热管2以近似平行于内胆103底面，且延伸方向不变的方式布置，不仅使得循环介质在换热管中的流动无需另外克服重力作用，而且在水平方向也具有非常小的阻力，从整体上可以使换热管2具有非常小的循环阻力。因此，该实施方式可以使循环介质具有较高的循环流速，从而可以获得非常良好的换热效果，可以达到太阳能热水器对循环换热的要求。另外，延伸方向不变的换热管2通过内胆103的壁面上所开的通孔(比换热管的最大外径略大)即可方便的伸入内胆103中，并到达预设位置进行固定。这样不仅可以提高水箱的密封性和耐压性，而且降低了制作成本，也便于后期的维护和保养。

在本说明书实施方式中，换热管2的端部可以采用焊接、紧固连接等方式固定于内胆103的壁上，在连接处还可以通过设置密封机构进一步密封。一种紧固连接的方式为，换热管2的两端分别穿设出内胆103外，在靠近内胆103外壁处的换热管部分设置有外螺纹，密封垫11和紧固件12套设在换热管2的外螺纹处，通过拧紧换热管2两端的紧固件12进行固定连接和密封。在如图5b和图6所示意的另一紧固连接的方式中，换热管2的两端分别穿设出内胆103外，在靠近内胆103内壁和外壁处的换热管部分同时设置有外螺纹，底座10固定于内胆103内壁处的换热管上，密封垫11和紧固件12套设于内胆103外壁处的换热管上，通过拧紧紧固件12进行固定连接和密封。进一步地，在图6所示意的实施方式中，还可将内胆103与换热管2连接处成型为易于固定和密封的平面状。

在本说明书实施方式中，对内胆103的形状不进行特别限定，可以为矩形状或桶状。在图3a、图3b、图4a和图4b所示意的实施方式中，内胆103具有横置的桶状本体，本体两端具有密封端部。该实施方式中的内胆103，具有较好的承压能力。

如图1a-图1d所示意的实施方式，换热管2通过循环管5与太阳能集热器的循环介质管路进行连通。因此，可以由换热管2、循环管5以及太阳能集热器7中的循环介质的流通管路构成循环介质的循环系统。为了减少热量损失，循环管5外部可以设置保温套管6。对于换热管2、循环管5或太阳能集热器7中的循环介质的流通管路之间的连接方式，可以为焊接或螺纹连接等。在图1a-图1d所示意的实施方式中，换热管2和循环管5之间，以及循环管5和太阳能集热器7中的循环介质的流通管路之间，采用螺纹连接。

如图1a-图1d所示意的实施方式，太阳能集热器7可以为真空管型太阳能集热器或平板型太阳能集热器。真空管型太阳能集热器可以为全玻璃真空管型太阳能集热器、玻璃-金属结构真空管型太阳能集热器或热管式真空管型太阳能集热器。平板型太阳能集热器可以为管板式平板型太阳能集热器、翼管式平板型太阳能集热器、扁盒式平板型太阳能集热器或蛇管式平板型太阳能集热器。如图1a示出的具体方式，当使用真空管型太阳能集热器时，循环管5、换热管2以及太阳能集热器7的联箱连通后，形成循环介质的闭路循环系统。如图1b-图1d示出的具体方式，当使用平板型太阳能集热器时，循环管5、换热管2以及太阳能集热器7(通过太阳能集热器出口701、太阳能集热器入口702)连通后，形成循环介质的闭路循环系统。

参照图1b-图1d所示意的实施方式，可以在循环介质的循环系统上设置膨胀罐8。膨胀罐8可以缓冲循环系统中的压力变动，使系统更加安全稳定的运行。具体地，膨胀罐8可以设置在循环管5上，也可以设置在位于太阳能集热器7中的循环介质的管路上。图1b所示意的实施方式中，膨胀罐8设置于循环管5上引出的一段管线上。图1c所示意的实施方式中，膨胀罐8设置于平板型太阳能集热器7上。

参照图1a所示意的实施方式，可以在循环介质流通管路上设置液补装置9，具体位置不进行特别限定。在图1示出的实施方式中，循环介质为水，循环液补液装置为自动补水器，设置于循环管5引出的一段管路上，可以是浮球式，也可以是压力式自动补水阀。另外，循环液补液装置也可以直接设置在循环管5上。

如图3a、图3b、图4a、图4b、图5a、图6所示意的实施方式中，本说明书还提供了一种用于太阳能热水器的水箱，其包括：用于存储水的内胆103；设置于所述内胆103 中的换热管2，所述换热管2的内径为12mm以上。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的说明书主题的一部分。

Claims (12)

1.一种太阳能热水器，其特征在于，包括：

用于存储水的内胆；

设置在所述内胆中的换热管，所述换热管的内径为12mm以上；

用于将太阳能转化为热能的太阳能集热器，所述太阳能集热器中的循环介质能流入所述换热管，并流回所述太阳能集热器。

2.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述换热管的内径选自12mm-120mm。

3.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述换热管的壁厚选自0.3mm-2.0mm。

4.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述换热管的导热系数选自10W/mK以上。

5.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述换热管的截面面积沿其内部的循环介质的流通方向不变。

6.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述换热管包括主体段和至少一段扩径段，所述扩径段的内径和/或外径大于所述主体段的相应管径。

7.如权利要求6所述的太阳能热水器，其特征在于，所述扩径段为两个以上，且所述扩径段的内径和外径大于所述主体段的相应管径。

8.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述换热管的延伸方向不变。

9.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述换热管设置于靠近所述内胆底部的位置。

10.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述换热管的两端分别穿出所述内胆。

11.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，所述内胆容置于卧式水箱中，所述卧式水箱还包括保温层和外壳。

12.一种用于太阳能热水器的水箱，其特征在于，包括：

用于存储水的内胆；

设置在所述内胆中的换热管，所述换热管的内径为12mm以上。