CN209588410U - 一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器 - Google Patents
一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，包括集热器、板式换热箱和储水箱，集热器倾斜安装在阳台墙体的外面，板式换热箱嵌入安装在阳台外墙里，集热和换热与建筑阳台一体化，板式换热箱核心部位是双面带波纹状流槽的中间隔板，换热箱被中间隔板分成左、右两个腔，左腔是热媒放热流动的通道，右腔是热水吸热流动的通道，波纹状流槽上下均设有上集管和下集管，热媒和热水从上集管进入相应的流槽并沿着波纹状流槽向下流动，流动过程中进行换热。本实用新型将换热器从储水箱中分离出来，降低了储水箱的大小和重量，设置热水泵进行强制循环，使得储水箱位置设置更加灵活，换热效果良好，提高了平板阳台式太阳能热水器的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能热水器技术领域，具体涉及一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器。
背景技术
在太阳能利用领域，成熟的技术主要是太阳能热利用，平板阳台式太阳能热水器是最常见的，应用较广泛。平板阳台式太阳能热水器一般使用外挂阳台式平板集热器，室内水箱为集储水和换热为一体的二次换热型承压式水箱，不管采用双壳式二次换热或采用盘管式换热，整个水箱的体积和重量都很大，这对水箱的设置带来很多制约性因素，大大影响了平板阳台式太阳能热水器的应用。如何改进换热器传热结构并妥善设置换热器位置成为日前的热点话题，若完成这种改进将大大改善储水箱安装位置，实现与阳台建筑一体化，促进平板阳台式太阳能热水器的应用。
实用新型内容
实用新型目的：为了克服现有技术中平板阳台式太阳能热水器存在的储水箱二次换热效果较差及水箱体积庞大等缺点，本实用新型提供了一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，集热器倾斜安装在阳台墙体的外面，板式换热箱嵌入安装在阳台外墙里，集热和换热与建筑阳台一体化，换热效果良好，改进当前普通平板阳台式太阳能热水器的弊端，板式换热箱核心部位是双面带波纹状流槽的中间隔板，换热箱被中间隔板分成左、右两个腔，波纹状流槽上下均设有上集管和下集管，热媒和热水从上集管进入相应的流槽并沿着波纹状流槽向下流动，流动过程中进行换热。
为达到实用新型目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，包括相连通的集热器、储水箱、板式换热箱和PLC控制器，所述集热器上设有集热器上集管，热媒在集热器内吸热，上升到集热器上集管再通过与其连通的第一热媒连接管道进入板式换热箱内，板式换热箱为密闭的扁形箱体，板式换热箱的厚度与阳台外墙厚度一致，嵌入安装在阳台外墙内，可与阳台建筑成一体，板式换热箱内设置一层中间隔板，中间隔板将板式换热箱分成左、右两个腔，左腔是热媒放热流动的通道，右腔是热水吸热流动的通道，中间隔板左、右两侧分别加焊第一波纹状流槽和第二波纹状流槽，板式换热箱左、右腔的顶部和底部均设置上集管和下集管，热媒依次通过集热器上集管和左腔的第一上集管进入第一波纹状流槽，缓慢下降，放出热量，再经过左腔的第一下集管进入集热器下集管，完成吸热和放热的循环。储水箱分别通过换热箱热水循环进水管和换热箱热水循环出水管连通至板式换热箱右腔顶部的第二上集管和底部的第二下集管，储水箱中的热水经过换热箱热水循环进水管进入板式换热箱的第二波纹状流槽中，缓慢下降，吸收中间隔板对侧热媒放出的热量，再通过换热箱热水循环出水管流入储水箱内。
进一步的，所述集热器顶部和底部分别设有连通的集热器上集管和集热器下集管且二者均与第一波纹状流槽相连通，集热器上集管与第一热媒连接管道相连通并通过第一热媒连接管道连通板式换热箱的第一波纹状流槽，热媒在集热器内吸热，上升到集热器顶部的集热器上集管再通过第一热媒连接管道进入第一波纹状流槽的每个微小流槽中进行放热再进入至集热器下集管内。
进一步的，所述板式换热箱的左腔顶部设有第一上集管，第一上集管通过第一热媒连接管道连通集热器上集管，左腔底部设有第一下集管，第一下集管通过第二热媒连接管道连通集热器下集管，第一上集管和第一下集管均连通第一波纹状流槽，热媒经过集热器上集管和第一上集管进入第一波纹状流槽，沿第一波纹状流槽流动至第一下集管再通过第二热媒连接管道进入集热器下集管。
进一步的，所述板式换热箱的右腔顶部设有第二上集管，右腔底部设有第二下集管，第二上集管和第二下集管均连通第二波纹状流槽，第二上集管通过换热箱热水循环进水管连通储水箱，第二下集管通过换热箱热水循环出水管连通储水箱，换热箱热水循环出水管上设置热水循环泵，与储水箱连接，并设有相应的阀门，热水循环泵与PLC控制器连接并受PLC控制器的控制，储水箱内的热水依次通过换热箱热水循环进水管和第二上集管分配至第二波纹状流槽的每个流槽中，继续下降并吸收热媒放出的热量，由第二下集管收集热水，在热水循环泵开启并提供动力时，第二下集管内的热水通过换热箱热水循环出水管返回至储水箱内，换热箱热水循环出水管伸入至储水箱顶部，保证储水箱内热水的分层。
进一步的，所述板式换热箱通过前密封板和后密封板形成密闭箱体，板式换热箱的箱体为双层，中间填充保温材料，采用酚醛泡沫发泡保温，所述板式换热箱外表面材料耐日晒和雨淋，板式换热箱外表面材料可根据建筑外观颜色选择喷涂相应的颜色。
进一步的，所述集热器为盘管加翅片式集热器，采用蓝钛吸热板增强吸热，通过翅片增强热媒吸热换热面积，使热媒迅速升温，储水箱为保温储水箱。
进一步的，所述储水箱与储水箱补水管和储水箱出水管相连通，通过储水箱补水管对储水箱进行补水，其内部并设置有浮球阀，浮球阀控制储水箱液位，通过储水箱出水管连接用水点。
进一步的，所述阳台外墙、楼板、墙体和顶板为阳台建筑围护结构，板式换热箱厚度为200mm。
进一步的，所述换热箱热水循环出水管进入储水箱的管路上，设置有热水循环泵，并设有相应的阀门。
进一步的，所述换热箱热水循环进水管在储水箱内设第一温度传感仪，第一热媒连接管道表面设第二温度传感仪，根据第一温度传感仪和第二温度传感仪的温差控制热水循环泵的启动和关闭。
进一步的，所述第一热媒连接管道、第二热媒连接管道、换热箱热水循环进水管、换热箱热水循环出水管、储水箱出水管均在阳台建筑围护结构的楼板或墙体内暗装并保温，用户可根据实际情况选择合适的位置暗装。
与现有技术相比，本实用新型达到的有益效果为：
本实用新型公开了一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，包括集热器、板式换热箱和储水箱，集热器采用盘管加翅片式集热器，采用蓝钛吸热板增强吸热，翅片增强热媒吸热换热面积，使得热媒迅速升温，板式换热箱外形是一个密闭的扁形箱体，嵌入安装在阳台外墙内，板式换热箱核心部位是一层中间隔板，板式换热箱箱体周边密封，板式换热箱箱体被中间隔板分成左、右两个腔，左腔是热媒放热流动的通道，右腔是热水吸热流动的通道；中间隔板两侧加焊波纹状流槽，纹纹状流槽上下都设有上集管和下集管，热媒和热水都从对应的上集管均匀进入相应的流道，慢慢沿着对应的波纹状流槽向下流动，流动过程中进行换热，形成中间隔板两侧面与面的换热，大大提高了换热效果。本实用新型提供的集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，改进太阳能换热器结构，改进后的传热器结构为板式换热箱，外形为扁形箱体，将换热器位置与阳台外墙一体化，缩短集热器与换热器热媒的连接管路，将换热器从储水箱中分离出来，使储水箱体积和重量大大降低，热水管路中设置水泵进行强制循环，使得储水箱位置设置更加灵活，增加了平板阳台式太阳能热水器应用场所。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的板式换热器热媒侧接管示意图；
图3为本实用新型的板式换热器热水侧接管示意图；
图4为本实用新型的热水循环泵控制硬件构成图；
图5为本实用新型的热水循环泵控制系统逻辑判断流程图；
其中：1-集热器，2-集热器上集管，3-第一热媒连接管道，4-第一上集管，5-第一波纹状流槽，6-第一下集管，7-第二热媒连接管道，8-集热器下集管，9-储水箱，10-换热箱热水循环进水管，11-第二上集管，12-第二波纹状流槽，13-第二下集管，14-换热箱热水循环出水管，15-热水循环泵，16-中间隔板，17-前密封板，18-后密封板，19-板式换热箱，20-阳台外墙，21-楼板，22-墙体，23-顶板，24-储水箱补水管，25-储水箱出水管，26-浮球阀，27-第一温度传感仪，28-第二温度传感仪，29-PLC控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。
如图1-3所示，一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，包括相连通的集热器1、储水箱9、板式换热箱19和PLC控制器29，集热器1倾斜安装在阳台外侧，安装角度需根据当地地理位置计算确定；储水箱9安装在阳台侧墙靠顶棚处或根据套内户型择处安装，板式换热箱19嵌入安装在阳台外墙20上，PLC控制器29安装在靠近储水箱9处，偏下安装，高度在1.8米左右。此种太阳能热水器将常规换热器从储水箱9中分离出来，做成板式换热箱19，使储水箱9体积和重量大大降低，集热器1上设有集热器上集管2，热媒在集热器1内吸热，上升到集热器上集管2再通过与其连通的第一热媒连接管道3进入板式换热箱19内，板式换热箱19为密闭的扁形箱体，厚度在200mm，板式换热箱19的厚度与阳台外墙2厚度一致，板式换热箱19嵌入安装阳台外墙20里，与阳台建筑实现一体化，不仅美观大方，而且实用，板式换热箱19内设置一层中间隔板16，中间隔板16将板式换热箱19分成左、右两个腔，左腔是热媒放热流动的通道，右腔是热水吸热流动的通道，中间隔板16左、右两侧分别加焊第一波纹状流槽5和第二波纹状流槽12，板式换热箱19左、右腔的顶部和底部均设置上集管和下集管，热媒依次通过集热器上集管2和左腔的第一上集管4进入第一波纹状流槽5，缓慢下降，放出热量，再经过左腔的第一下集管6进入集热器下集管8，完成吸热和放热的循环，储水箱9分别通过换热箱热水循环进水管10和换热箱热水循环出水管14连通至板式换热箱19右腔顶部的第二上集管11和底部的第二下集管13，储水箱9中的热水经过换热箱热水循环进水管10进入板式换热箱19的第二波纹状流槽12中，缓慢下降，吸收中间隔板16对侧热媒放出的热量，再通过换热箱热水循环出水管14流入储水箱9内。
集热器1顶部和底部分别设有连通的集热器上集管2和集热器下集管8且二者均与第一波纹状流槽5相连通，集热器上集管2与第一热媒连接管道3相连通并通过第一热媒连接管道3连通板式换热箱19的第一波纹状流槽5，热媒在集热器1内吸热，上升到集热器1顶部的集热器上集管2再通过第一热媒连接管道3进入第一波纹状流槽5的每个微小流槽中进行放热再进入至集热器下集管8内。
板式换热箱19的左腔顶部设有第一上集管4，第一上集管4通过第一热媒连接管道3连通集热器上集管2，左腔底部设有第一下集管6，第一下集管6通过第二热媒连接管道7连通集热器下集管8，第一上集管4和第一下集管6均连通第一波纹状流槽5，热媒经过集热器上集管2和第一上集管4进入第一波纹状流槽5，沿第一波纹状流槽5流动至第一下集管6再通过第二热媒连接管道7进入集热器下集管8。
板式换热箱19的右腔顶部设有第二上集管11，右腔底部设有第二下集管13，第二上集管11和第二下集管13均连通第二波纹状流槽12，第二上集管11通过换热箱热水循环进水管10连通储水箱9，第二下集管13通过换热箱热水循环出水管14连通储水箱9，换热箱热水循环出水管14上设置热水循环泵15，与储水箱9连接，并设有相应的阀门，储水箱9内的热水依次通过换热箱热水循环进水管10和第二上集管11分配至第二波纹状流槽12的每个流槽中，继续下降并吸收热媒放出的热量，由第二下集管13收集热水，在热水循环泵15开启并提供动力时，第二下集管13内的热水通过换热箱热水循环出水管14返回至储水箱9内，换热箱热水循环出水管14伸入至储水箱9顶部，保证储水箱9内热水的分层。
换热箱热水循环进水管10在储水箱9内设第一温度传感仪27，第一热媒连接管道3表面设第二温度传感仪28，根据第一温度传感仪27和第二温度传感仪28的温差控制热水循环泵15的启动和关闭。具体为，PLC控制器29输入端分别与第一温度传感仪27和第二温度传感仪28连接，第一温度传感仪27和第二温度传感仪28分别用于实时监测储水箱9内水的温度和第一热媒连接管道3处的温度并转换成PLC控制器29能够处理的数据再上传至PLC控制器29进行处理，PLC控制器29接收温度数据并计算出实际温差，将实际温差与内部预设温差阈值进行比对，做出驱动热水循环泵15启动和关闭的命令，PLC控制器29还可实时显示第一温度传感仪27和第二温度传感仪28监测的温度数据。
板式换热箱19通过前密封板17和后密封板18形成密闭箱体，板式换热箱19的箱体为双层，采用酚醛泡沫发泡保温。
集热器1为盘管加翅片式集热器，采用蓝钛吸热板增强吸热，通过翅片增强热媒吸热换热面积，使得热媒迅速升温，储水箱9为普通保温储水箱。
储水箱9与储水箱补水管24和储水箱出水管25相连通，通过储水箱补水管24对储水箱9进行补水，通过储水箱出水管25连接用水点，便于用户使用热水。
换热箱热水循环出水管14和换热箱热水循环进水管10均在楼板21或墙体22内暗装，并保温。
本实用新型的工作原理为：
集热器1为常规高效率集热器，热媒在集热器1内吸热，上升到集热器1的集热器上集管2，再通过第一热媒连接管道3进入板式换热箱19，热媒通过第一上集管4均匀分配到第一波纹状流槽5的每个微小流槽中，缓慢下降，放出热量，热媒经过第一下集管6的收集，通过第二热媒连接管道7进入集热器下集管8，完成吸热、放热的循环。
储水箱9中的热水经过换热箱热水循环进水管10进入板式换热箱19中，由第二上集管11均匀分配至第二波纹状流槽12的每个微小流槽中，缓慢下降，吸收中间隔板16对侧的热量，由第二下集管13收集热水，在热水循环泵15提供动力的前提下，通过换热箱热水循环出水管14进入储水箱9中，换热箱热水循环出水管14伸入至储水箱9的顶部，保证储水箱9内热水的分层。
储水箱9中的热水经过吸热后，达到一定温度，通过储水箱出水管25连接用水点，储水箱9的补水通过储水箱补水管24，通过浮球阀26控制液位，从而控制储水箱的进水量。
为了达到更好的保温效果，储水箱9的箱壁设计成夹层结构，中间层为保温材料。
热水循环泵15的启停根据第一温度传感仪27与第二温度传感仪28的温差，通过PLC控制器29控制。
本实用新型的工作步骤包括：
步骤一，先通过储水箱补水管24将储水箱9充满水。
步骤二，热媒在集热器1吸收太阳能，第一温度传感仪27与第二温度传感仪28实时监测储水箱9和第一热媒连接管道3处的温度并上传至PLC控制器29进行处理，当第一温度传感仪27与第二温度传感仪28的实际温差大于PLC控制器29内部预设温差阈值，PLC控制器29驱动热水循环水泵15启动。
步骤三，热媒不断吸收热量，在板式换热箱19左腔内放热，热水在板式换热箱19右腔中吸热，水温不断升高。
步骤四，当第一温度传感仪27与第二温度传感仪28的温差下降到一定值至小于PLC控制器29内部预设温差阈值，PLC控制器29驱动热水循环水泵15关闭，第一温度传感仪27与第二温度传感仪28和PLC控制器29均可采用常规产品及常规连接。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，其特征在于：包括相连通的集热器(1)、储水箱(9)、板式换热箱(19)和PLC控制器(29)，所述集热器(1)上设有集热器上集管(2)，热媒在集热器(1)内吸热，上升到集热器上集管(2)再通过与其连通的第一热媒连接管道(3)进入板式换热箱(19)内，板式换热箱(19)为密闭的扁形箱体，板式换热箱(19)的厚度与阳台外墙(20)厚度一致，嵌入安装在阳台外墙(20)内，与阳台建筑成一体，板式换热箱(19)内设置一层中间隔板(16)，中间隔板(16)将板式换热箱(19)分成左、右两个腔，左腔是热媒放热流动的通道，右腔是热水吸热流动的通道，中间隔板(16)左、右两侧分别加焊第一波纹状流槽(5)和第二波纹状流槽(12)，板式换热箱(19)左、右腔的顶部和底部均设置上集管和下集管，热媒依次通过集热器上集管(2)和左腔的第一上集管(4)进入第一波纹状流槽(5)，缓慢下降，放出热量，再经过左腔的第一下集管(6)进入集热器下集管(8)，完成吸热和放热的循环，储水箱(9)分别通过换热箱热水循环进水管(10)和换热箱热水循环出水管(14)连通至板式换热箱(19)右腔顶部的第二上集管(11)和底部的第二下集管(13)，储水箱(9)中的热水经过换热箱热水循环进水管(10)进入板式换热箱(19)的第二波纹状流槽(12)中，缓慢下降，吸收中间隔板(16)对侧热媒放出的热量，再通过换热箱热水循环出水管(14)流入储水箱(9)内。
2.根据权利要求1所述的一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，其特征在于：所述集热器(1)顶部和底部分别设有连通的集热器上集管(2)和集热器下集管(8)且二者均与第一波纹状流槽(5)相连通，集热器上集管(2)与第一热媒连接管道(3)相连通并通过第一热媒连接管道(3)连通板式换热箱(19)的第一波纹状流槽(5)，上升到集热器(1)顶部的集热器上集管(2)再通过第一热媒连接管道(3)进入第一波纹状流槽(5)的每个微小流槽中进行放热再进入至集热器下集管(8)内。
3.根据权利要求1所述的一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，其特征在于：所述板式换热箱(19)的左腔顶部设有第一上集管(4)，第一上集管(4)通过第一热媒连接管道(3)连通集热器上集管(2)，左腔底部设有第一下集管(6)，第一下集管(6)通过第二热媒连接管道(7)连通集热器下集管(8)，第一上集管(4)和第一下集管(6)均连通第一波纹状流槽(5)，热媒经过集热器上集管(2)和第一上集管(4)进入第一波纹状流槽(5)，沿第一波纹状流槽(5)流动至第一下集管(6)再通过第二热媒连接管道(7)进入集热器下集管(8)。
4.根据权利要求1所述的一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，其特征在于：所述板式换热箱(19)的右腔顶部设有第二上集管(11)，右腔底部设有第二下集管(13)，第二上集管(11)和第二下集管(13)均连通第二波纹状流槽(12)，第二上集管(11)通过换热箱热水循环进水管(10)连通储水箱(9)，第二下集管(13)通过换热箱热水循环出水管(14)连通储水箱(9)，换热箱热水循环出水管(14)上设置热水循环泵(15)，与储水箱(9)连接，并设有相应的阀门，热水循环泵(15)与PLC控制器(29)连接并受PLC控制器(29)的控制，储水箱(9)内的热水依次通过换热箱热水循环进水管(10)和第二上集管(11)分配至第二波纹状流槽(12)的每个流槽中，继续下降并吸收热媒放出的热量，由第二下集管(13)收集热水，在热水循环泵(15)开启并提供动力时，第二下集管(13)内的热水通过换热箱热水循环出水管(14)返回至储水箱(9)内，换热箱热水循环出水管(14)伸入至储水箱(9)顶部，保证储水箱(9)内热水的分层。
5.根据权利要求1所述的一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，其特征在于：所述板式换热箱(19)通过前密封板(17)和后密封板(18)形成密闭箱体，板式换热箱(19)的箱体为双层，采用酚醛泡沫发泡保温。
6.根据权利要求1所述的一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，其特征在于：所述集热器(1)为盘管加翅片式集热器，采用蓝钛吸热板增强吸热，通过翅片增强热媒吸热换热面积，使热媒迅速升温，储水箱(9)为保温储水箱。
7.根据权利要求1所述的一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，其特征在于：所述储水箱(9)与储水箱补水管(24)和储水箱出水管(25)相连通，通过储水箱补水管(24)对储水箱(9)进行补水，通过储水箱出水管(25)连接用水点。
8.根据权利要求1所述的一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器，其特征在于：所述板式换热箱(19)厚度为200mm。
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| CN201822166866.6U CN209588410U (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109539573A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-29 | 南京林业大学 | 一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器 |
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2018
- 2018-12-21 CN CN201822166866.6U patent/CN209588410U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN109539573A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-29 | 南京林业大学 | 一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器 |
| CN109539573B (zh) * | 2018-12-21 | 2023-12-19 | 南京林业大学 | 一种集热换热与建筑一体化的太阳能热水器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: NANJING FORESTRY UNIVERSITY ENGINEERING PLANNING AND DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd. Assignor: NANJING FORESTRY University Contract record no.: X2020980006673 Denomination of utility model: A solar water heater integrating heat collection, heat exchange and building Granted publication date: 20191105 License type: Common License Record date: 20201009 |