CN102226592A - 夹套管式太阳能水箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种夹套管式太阳能水箱，包括水箱内胆以及包裹内胆四周和底部的夹套管，所述的内胆外壁与夹套管内壁之间加装有螺旋状的环形翅片流道，所述的翅片流道沿内胆外壁螺旋向下，流道两侧分别于内胆和夹套管紧密相连。采用本发明能够增强循环水的扰动和提高冷热水的换热效率，使水箱间接换热更加充分，从而有效提高太阳能利用率，减少当太阳能辐射不强时辅助电能的消耗，提升***性能。同时能有效避免循环水与生活用水直接接触，保证生活用水的洁净卫生。该水箱的冷水进水管入口采用设置有半球形挡槽的改进型进口结构，这种结构能有效降低低温进水对水箱水体热分层效应的影响，减少水箱上层高温水的扰动，从而保证水箱热水的高效出流。
Description
技术领域
本发明利用螺旋状翅片流道增强循环水扰动，改善夹套管结构，增加了热交换接触面积，强化了冷热水之间的换热，同时采用新型的冷水进水口结构，弱化了水箱内生活用水的热扰动，从而保证水箱热水的出流率，属于强化换热领域。
背景技术
目前，随着全球能源供应的日益紧张，太阳能已经成为研究开发最多、应用最为广泛的可再生能源，由此衍生的太阳能热水器技术也在飞速发展。在我国，太阳能热水器的热利用转换技术已有30多年的发展过程，但是太阳能热水器在使用方面仍然存在缺陷。例如，在太阳辐射能密度较低时，太阳能集热不能满足生活用水加热需求，因此，一般需要经过长时间的集热蓄能才能使水箱中的水温达到使用水平，或加装电加热和其他辅助加热装置提高水温。这样不仅不利于人们的正常使用，而且耗费了大量宝贵的一次能源。
近年来，为了保证水箱内水体卫生和优化水箱结构设计，国外专家学者提出了一种包裹在内胆四周的夹套管式水箱。当水箱工作时，循环水进入内胆与夹套管之间的间隙与生活用水进行间接换热，不直接通入生活用水中，从而保证水箱内水体的洁净卫生。但是该种水箱在结构设计方面也存在缺陷。当循环水进入夹套管时，由于循环水重力以及夹套管阻力问题，容易造成循环水只在内胆一侧进行换热或直接随循环水快速流动到出水口，使内胆两侧换热不均，间接换热不充分，浪费大量换热面积，大量热量流失。这样不仅浪费了蓄集的太阳能，而且加热效果并不明显，影响人们的正常使用。
与此同时，人们也日益重视水箱进水口结构对水箱性能的影响。经研究发现，水箱内水体的温度随高度的不同而不同。这种热分层现象对改善水箱结构，提升水箱性能有重要的指导意义。当水箱内水体扰动较小时，能有效避免水箱上层高温水与下层低温水混合而降低上层高温水的温度，影响使用效果。因此，如何有效避免低温进水对水箱内水体的热分层现象的影响是提高水箱热水出流率的重要方法，而改善低温水入口结构就是降低进水对水箱内水体热分层效应影响的一种有效手段。
本发明正是基于上述背景技术，设计出的一种带螺旋状环形翅片流道和改进型进口结构的夹套管式太阳能水箱。该水箱通过改变其循环水的流动形式和夹套管的覆盖结构来扩大热交换面积，提高热交换效率，使水箱在太阳能辐射能密度较低时也能充分利用蓄集的太阳能，提高热水出流率，减少辅助电能的使用，在节约能源的同时，优化了***的性能。同时该水箱设计采用了一种在冷水入口处设置有半球形挡槽的改进型进口结构，能有效降低低温进水对水箱内水体的热分层效应的影响，减少低温进水与上层高温水的混合，从而保证上层高温生活用水高质高效地输出使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：通过改变循环水的流动方式以及夹套管和冷水进水口的结构，加强循环水与生活用水之间的间接换热，提高水箱的热水出流率，解决传统水箱消耗大量辅助能量及出水温度不高的问题，可能存在螺旋状环形翅片流道的安装以及流道与循环水之间接触热阻的问题。
本发明所采用的技术方案为：一种夹套管式太阳能水箱，包括水箱内胆以及包裹内胆四周和底部的夹套管，所述的内胆外壁与夹套管内壁之间加装有螺旋状的环形翅片流道，所述的翅片流道沿内胆外壁螺旋向下，流道两侧分别于内胆和夹套管紧密相连，并以5°倾斜角沿内胆外壁呈环形螺旋状向下延伸，顶端设置流道挡片以规范循环水流向。循环水进水管与夹套管顶部相连，并与螺旋状流道顶端构成通路，当循环水流入时，使其沿着流道做螺旋向下运动，并最后富集于底部内封盖与夹套管封盖之间，充分换热之后，循环水经过与夹套管封盖底部相连循环水出水管流出。
本发明的环形翅片流道一侧与水箱内胆外壁采用焊接连接，以保证水箱内胆的密闭性并最大限度减小接触热阻，流道另一侧与夹套管内壁紧密相连。冷水进水口采用改进型结构，进水管限高并弯曲向下，使管口垂直底部向下，且在出水端设置半球形挡槽，并采用焊接形式将其与冷水入水口外壁相连，以减小低温进水对水箱内水体的扰动从而降低进水对水体热分层效应的影响，保证水箱热水的出流率。
本发明的发泡层采用聚酸酯填装，且发泡均匀，无鼓泡及吸瘪现象。内胆焊接要求完全封闭，外桶各部位要求防水，外封盖咬缝处要求打密封玻璃胶，以保证其密闭性。该发明设置的辅助加热方式为电加热。
本发明以新型的结构设计强化了循环水与生活用水之间的换热，减少了低温进水对水箱内水体热分层效应的影响，充分利用太阳能，降低了能耗，提升了水箱的换热性能。
本发明的有益效果是：1、采用夹套管式结构，有效避免了直接换热带来的用水卫生问题，保证了用水的洁净度；2、能够增强循环水的扰动，使循环水绕内胆做螺旋向下运动，强化循环水与生活用水之间的间接换热，增强换热效率，提高热水的出水温度；3、能够充分利用蓄积的太阳能，在太阳辐射强度不足时，减少辅助电能的消耗；4、能够有效减小低温进水对水箱内水体热分层效应的影响，提高热水出流率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的水箱总装图；
图2是本发明的水箱底部正视图；
图3是本发明的水箱A-A剖面图；
图4是本发明的水箱B-B剖面图；
图5是本发明冷水进水管处设置的带有半球形挡槽的改进型进口样图；
图6是本发明冷水进水管处设置的带有半球形挡槽的改进型进口俯视图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～6所示，一种带螺旋状流道和改进型进口结构的夹套管式太阳能水箱，由顶部外封盖1、顶部内封盖2、内胆3、螺旋状环形翅片流道4、夹套管5、外桶6、设置有半球形挡槽的进水口7、循环水出水管8、冷水进水管9、排污口10、热水出水管11、底部外封盖12、夹套封盖13、底部内封盖14、电加热装置15、发泡层16、测温管17、循环水进水管18、流道挡片19组成。循环水从集热器进入循环水进水管18并流经螺旋状环形翅片流道4在夹套管5内与内胆3中的生活用水进行间接换热，热交换充分进行后，再通过循环水出水管8流出水箱，进入集热器蓄能，进行下一循环。
本发明的低温水经冷水进水管9并通过设置有半球形挡槽的进水口7进入水箱与循环水进行热交换，水体加热上升后经热水出水管11流出供用户使用。当太阳能辐射不强且水温无法满足正常需要时，采用电加热装置15进行辅助加热。
本发明设置测温管17对水箱内水体测温，设置排污口10对水箱内水体进行排污。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
Claims (4)
1.一种夹套管式太阳能水箱，包括水箱内胆(3)以及包裹内胆四周和底部的夹套管(5)，其特征在于：所述的内胆(3)外壁与夹套管(5)内壁之间加装有螺旋状的环形翅片流道(4)，所述的翅片流道(4)沿内胆(3)外壁螺旋向下，流道两侧分别于内胆(3)和夹套管(5)紧密相连。
2.如权利要求1所述的夹套管式太阳能水箱，其特征在于：所述的夹套管(5)完全覆盖内胆底部内封盖(14)，使循环水在内胆四周与底部之间构成通路。
3.如权利要求1所述的夹套管式太阳能水箱，其特征在于：所述的水箱还具有循环水进水管(18)和循环水出水管(8)，所述的循环水进水管(18)从夹套管(5)上部进入并与螺旋翅片流道(4)顶端连接，所述的循环水出水管(8)连接夹套管(5)底部封盖(13)。
4.如权利要求1所述的夹套管式太阳能水箱，其特征在于：所述的水箱设置有冷水进水管(9)，所述的冷水进水管(9)升入水箱内胆(3)的出水端限高并且管口弯曲垂直底部向下，所述的出水端设置半球形挡槽(7)，所述的半球形挡槽(7)与冷水进水管(9)外壁焊接连接。
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