一種無級式分層貯熱水箱

《一種無級式分層貯熱水箱》是蕪湖貝斯特新能源開發有限公司於2013年1月06日申請的發明專利，該專利申請號為2013100028106，公布號為CN103047785A，專利公布日為2013年4月17日，發明人是洪濤水。

《一種無級式分層貯熱水箱》包括水箱，設定在水箱底部的換熱管，所述的換熱管外設有與水箱底部存在間隙的隔離罩，所述的隔離罩頂部與豎直向上延伸的疏導元件組合管連通，所述的疏導元件組合管外壁呈翅片狀，每層翅片間的管壁均與水箱連通。該發明無級式分層貯熱水箱能夠很快使水溫地達到一個可以使用的溫度，同時還能使貯熱水箱下層的水保持冷卻，冷卻的貯熱水箱下層使換熱器回流迅速冷卻，這提高了集熱器與貯熱水箱換熱器之間溫度差並由此增加了對太陽能輻射熱量的吸收。

2020年7月17日，《一種無級式分層貯熱水箱》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種無級式分層貯熱水箱》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種無級式分層貯熱水箱
• 公布號：CN103047785A
• 公布日：2013年4月17日
• 申請號：2013100028106
• 申請日：2013年1月06日
• 申請人：蕪湖貝斯特新能源開發有限公司
• 地址：安徽省蕪湖市三山區三山經濟開發區
• 發明人：洪濤水
• 代理機構：蕪湖安匯智慧財產權代理有限公司
• 代理人：周光
• Int.Cl.：F24J2/46(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

貯熱水箱是用於承壓式太陽能熱水系統換熱和儲熱的部件，截至2013年1月，使用的貯熱水箱僅將換熱器安裝在水箱內，貯熱在水箱內的水依靠涌動進行換熱，這樣的換熱方式效率低下，不能滿足用戶需求。

發明內容

技術方案

《一種無級式分層貯熱水箱》包括水箱，設定在水箱底部的換熱管，所述的換熱管外設有與水箱底部存在間隙的隔離罩，所述的隔離罩頂部與豎直向上延伸的疏導元件組合管連通，所述的疏導元件組合管外壁呈翅片狀，每層翅片間的管壁均與水箱連通。所述的疏導元件組合管由疏導元件構成，所述的疏導元件為錐台形管體，該錐台形管體開口較大的一端向外延伸有一圈固定導流檐，所述的固定導流檐上設有固定螺孔，多個所述的疏導元件依次相互重疊並在固定螺孔處由固定螺柱連線固定，構成疏導元件組合管。所述的固定螺孔沿軸向凸出，所述的凸出部的端部在疏導元件依次重疊固定時，抵住相鄰層疏導元件，確保疏導元件間存在換熱間隙。沿著所述的水箱外壁不同高度處設有多個熱水出口。所述的水箱內水平設有一個隔板，所述的隔板中心與疏導元件組合管連線，邊緣與水箱內壁存在間隙，由所述的隔板隔出的上下兩層水箱均設有熱水出口。所述的水箱底部中心位置設有固定底板，所述的換熱管的換熱管進出口和隔離罩均固定於固定底板一側，共同構成一個整體部件。所述的水箱上下兩層均設有溫度感測器，所述的水箱上下兩層熱水出口均設有電磁閥，所述的溫度感測器信號輸出端以及電磁閥控制輸入端均與控制器連線。所述的控制器設有顯現溫度感測器信號數值的顯示器，還設有控制電磁閥開合的控制按鍵。所述的水箱設有輔助循環加熱出口和輔助循環加熱入口，所述的輔助循環加熱出口和輔助循環加熱入口與加熱設備連線構成循環迴路，所述的加熱設備為電加熱器或燃氣加熱器。所述的水箱頂部設有安全閥，底部設有冷水補水口和熱水回水口。

改善效果

《一種無級式分層貯熱水箱》的優點在於它能夠很快使水溫地達到一個可以使用的溫度，同時還能使貯熱水箱下層的水保持冷卻，冷卻的貯熱水箱下層使換熱器回流迅速冷卻，這提高了集熱器與貯熱水箱換熱器之間溫度差並由此增加了對太陽能輻射熱量的吸收。

附圖說明

圖1、6為水箱結構示意圖；

圖2、3為疏導元件結構示意圖；

圖4為圖3中A-A結構示意圖；

圖5為圖3中B-B結構示意圖；

上述圖中的標記均為：1、水箱；2、隔離罩；3、換熱管；4、隔板；5、換熱管進出口；6、固定底板；7、疏導元件組合管；8、溫度感測器；9、冷水補水口；10、輔助循環加熱出口；11、輔助循環加熱入口；12、安全閥；13、熱水出口；14、熱水回水口；701、疏導元件；702、固定螺孔；703、固定螺柱；圖1、4、6中箭頭方向為水流方向。

技術領域

《一種無級式分層貯熱水箱》涉及承壓式太陽能熱水系統的換熱和儲熱部件。

權利要求

1.《一種無級式分層貯熱水箱》包括水箱（1），設定在水箱（1）底部的 換熱管（3），其特徵在於：所述的換熱管（3）外設有與水箱（1）底 部存在間隙的隔離罩（2），所述的隔離罩（2）頂部與豎直向上延伸 的疏導元件組合管（7）連通，所述的疏導元件組合管（7）外壁呈翅 片狀，每層翅片間的管壁均與水箱（1）連通。

2.根據權利要求1所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於：所述的疏導 元件組合管（7）由疏導元件（701）構成，所述的疏導元件（701）為 錐台形管體，該錐台形管體開口較大的一端向外延伸有一圈固定導流 檐，所述的固定導流檐上設有固定螺孔（702），多個所述的疏導元件 （701）依次相互重疊且均開口較大端朝下放置，並通過固定螺孔（7 02）以及固定螺柱（703）相互連線固定，構成疏導元件組合管（7） 。

3.根據權利要求2所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於：所述的固定 螺孔（702）沿軸向凸出，所述的凸出部的端部在疏導元件（701）依 次重疊固定時，抵住相鄰層疏導元件（701），確保疏導元件（701） 間存在換熱間隙。

4.根據權利要求1或2所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於：沿著所 述的水箱（1）外壁不同高度處設有多個熱水出口（13）。

5.根據權利要求4所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於：所述的水箱 （1）內水平設有一個隔板（4），所述的隔板（4）中心與疏導元件組 合管（7）連線，邊緣與水箱（1）內壁存在間隙，由所述的隔板（4） 隔出的上下兩層水箱均設有熱水出口（13）。

6.根據權利要求1、2、3或5所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於： 所述的水箱（1）底部中心位置設有固定底板（6），所述的換熱管（ 3）的換熱管進出口（4）和隔離罩（2）均固定於固定底板（6）一側 ，共同構成一個整體 部件。

7.根據權利要求6所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於：所述的水箱 （1）上下兩層均設有溫度感測器（8），所述的水箱（1）上下兩層熱 水出口（13）均設有電磁閥，所述的溫度感測器（8）信號輸出端以及 電磁閥控制輸入端均與控制器連線。

8.根據權利要求7所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於：所述的控制 器設有顯現溫度感測器（8）信號數值的顯示器，還設有控制電磁閥開 合的控制按鍵。

9.根據權利要求8所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於：所述的水箱 （1）設有輔助循環加熱出口（10）和輔助循環加熱入口（11），所述 的輔助循環加熱出口（10）和輔助循環加熱入口（11）與加熱設備連 接構成循環迴路，所述的加熱設備為電加熱器或燃氣加熱器。

10.根據權利要求6-9中任一項所述的無級式分層貯熱水箱，其特徵在於： 所述的水箱（1）頂部設有安全閥（12），底部設有冷水補水口（9） 和熱水回水口（14）。

實施方式

參見圖1可知，《一種無級式分層貯熱水箱》包括水箱1和設定在水箱1內的換熱系統，換熱系統包括呈螺旋管狀設定在水箱1底部的換熱管3，罩在換熱管3外的隔離罩2，隔離罩2與水箱1底部存在用於讓冷水湧入的間隙，隔離罩2頂部與豎直向上延伸的疏導元件組合管7連通，疏導元件組合管7外壁呈翅片狀，每層翅片間的管壁均與水箱1連通，這樣在有陽光輻照條件下，太陽能集熱器吸收太陽輻射並轉換成熱能使集熱器傳熱工質溫度不斷上升，被加熱的傳熱工質由集熱循換泵輸送進入換熱管3與隔熱罩2內水進行換熱,將熱量傳遞到隔離罩2內水中，水被加熱後其密度變化產生上升的浮力（即熱水上涌、冷水下降的物理原理），上升的熱水沿疏導元件組合管7上升流至與水箱1內對應溫度層面高度時，沿著導元件組合管7上相應間隙流出，與貯熱水箱1內對應溫度層的水混合，而冷水從隔離罩2與水箱1底部件的間隙湧入，可給隔離罩2內補水。這樣可以儘可能的使貯熱水箱1的下層保持冷卻，冷卻的水箱1下層使換熱管3回流迅速冷卻。這提高了集熱器與貯熱水箱1內換熱管3回流之間的溫差，並由此增強了對太陽輻射能量的吸收，可以有效的提高整個太陽能熱水系統熱效率（根據傳熱學基本定率：單位時間內的導熱量與溫度梯度及傳熱面積成正比, 由於增大了水箱內水的溫度梯度進而增大了集熱器與貯熱水箱1之間的溫差 , 因而提高了換熱效率和太陽能熱水系統集熱效率）。下面提供一種結構精簡，製造方便，換熱效果好的疏導元件組合管7實施例，參見圖2-5可知，疏導元件組合管7由多組疏導元件701重疊構成，該疏導元件701為錐台形管體，該錐台形管體開口較大的一端向外延伸有一圈固定導流檐，固定導流檐用於固定連線相鄰的疏導元件701，以及輔助導流出熱水的作用。

在固定導流檐上設有固定螺孔702，固定螺孔702沿軸向凸出，這樣每個固定螺孔702的凸出部端部在疏導元件701依次重疊固定時，抵住相鄰層疏導元件701的固定導流檐，從而相鄰確保疏導元件701間存在換熱間隙，且間隙等距，將多個疏導元件701相互重疊且依次相套，且均開口較大端朝下，同時固定螺孔702對準位置後，通過固定螺柱703將所有疏導元件701連線固定，構成疏導元件組合管7，這樣水箱1大小變化時，只需調整疏導元件701的數量，即可調整疏導元件組合管7的長度，從而與水箱1相適應。安裝了上述實施例的疏導元件組合管7，可以更有效的進行分層換熱，將熱水分層輸入具有相對應溫度的貯熱層中，因疏導元件組合管7中部流水管道內熱水必須通過疏導元件701向下方流出，由於熱水與冷水密度的不同，上涌的熱水不可能向下流動與水箱1下部周圍的冷水混合，而只能與貯熱水箱1內對應溫度層的水混合。這樣在光照條件較強時，分層貯熱水箱可以迅速地把被加熱的熱水儲存於位於水箱1上層的貯熱層中。為了便於水箱1裝配製造，以及後期維護修理，水箱1底部中心位置設有固定底板6，換熱系統均固定於固定底板6一側，即換熱管3的換熱管進出口4和隔離罩2固定於固定底板6上，共同構成一個整體部件。

這樣將換熱管3、換熱管進出口4、隔離罩2和疏導元件組合管7裝配完成後，將安裝在固定底板6上的換熱系統塞入水箱1底部預留的安裝孔內，之後密封固定底板6即可。由於水箱1內的貯水是分層換熱的，因此水箱1不同高度的水溫是存在溫差的，因此在外壁不同高度處設有多個熱水出口13，可以讓使用者按水箱1內熱水溫度分層情況提供相應溫度要求的生活熱水。為完善此類提高熱水方案，可在水箱1不同高度位置溫度感測器8，並在每個熱水出口13設有電磁閥，上述溫度感測器8號輸出端以及電磁閥控制輸入端均與控制器連線，控制器可以根據預設閥值與採集溫度數據比對，自動控制電磁閥啟閉，為用戶提供合適溫度的熱水。同時控制器設有顯現溫度感測器8信號數值的顯示器，顯示器可以顯示水箱1內各層水溫，並且控制器還設有控制電磁閥開合的控制按鍵，用戶也可以根據自己需要人工控制相應水出口13電磁閥開啟，為用戶供水。

水箱1上還設有輔助循環加熱出口10和輔助循環加熱入口11，上述輔助循環加熱出口10和輔助循環加熱入口11與加熱設備連線構成循環迴路，加熱設備可以選擇電加熱器或燃氣加熱器，並且循環迴路上設有水泵，水泵以及加熱設備與控制連線，可以人工或手動控制其工作，從而在陽光不足時，為水箱1提供第二加熱手段。為確保水箱1安全工作，水箱1頂部設有安全閥12。冷水補水口9位於水箱1的底部，從而進一步保障水箱1底部水溫較低，提高換熱效率。同時水箱1上還設有熱水回水口14。無論太陽輻照強度高低，該貯熱水箱1都能夠幾乎無級的分層儲熱（溫）水，所以它能夠高效利用總是處於不穩定和變化之中的太陽輻射的能量。為此提出一個實施例。參見圖6可知，在水箱1內水平設有一個隔板4，位於水箱1中上層位置（如水箱1的 1/3位置），該隔板4將水箱1隔出上下兩層，隔板4中心與疏導元件組合管7連線，邊緣與水箱1內壁存在間隙，確保整個水箱1內的水能夠流通換熱。利用疏導元件組合管7的分層換熱功能，這樣的隔板4設計可以使水箱1上層的水溫明顯高於下層，特別是在在光照條件較弱時，溫差更大，可以為用戶提供一部分熱水，而不至於在光照條件較弱時整個水箱1內的水溫都不能達到用戶要求。水箱1上下兩層還可以分別設定溫度感測器8，並且水箱1上下兩層各設一個熱水出口13，且每個熱水出口13均設有電磁閥，上述溫度感測器8號輸出端以及電磁閥控制輸入端均與控制器連線，控制器可以根據預設閥值與採集溫度數據比對，自動控制電磁閥啟閉，為用戶提供合適溫度的熱水。同時控制器設有顯現溫度感測器8信號數值的顯示器，顯示器可以顯示水箱1內各層水溫，並且控制器還設有控制電磁閥開合的控制按鍵，用戶也可以根據自己需要人工控制相應水出口13電磁閥開啟，為用戶上層熱水，或下層溫水。

榮譽表彰

2020年7月17日，《一種無級式分層貯熱水箱》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。