CN104676928B - 一种盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱。其主要采用在水箱外壳内设有水箱外胆，水箱外胆内设有承压水箱内胆；水箱外胆下部的二侧分别设有太阳能循环水进水管和太阳能循环水出水管，承压水箱内胆顶部设有热水出水管和真空隔热管，真空隔热管的一端与冷水进水管连接；在水箱外胆与承压水箱内胆间的空隙内安装制冷剂换热盘管。本发明采用水箱外胆与承压水箱内胆的双胆结构，集太阳能与空气能热水为一体，太阳能循环水与生活水互不影响水质，水箱结构简单、体积小、制造和安装方便、运行稳定、保温节能效率高。

Description

一种盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱
技术领域
本发明涉及太阳能与空气能综合利用技术，具体是指一种节能、环保、高效、稳定运行的户式盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱，属于太阳能、空气能热水器的技术领域。
背景技术
我国家用热水器的常用热源主要有太阳能、空气能、电能、燃气等。太阳能热水器利用可再生的太阳能资源，且运行基本不需要消耗其他能源；空气能热水器则是以电能为动力的空气能利用***，与电热水器相比，其热效率是电热水器的300%-500%；我国电力生产目前仍以火电为主，电热水器和燃气热水器运行主要靠消耗不可再生能源来获得热水。
我国是一个太阳能资源丰富的国家，近年来太阳能热水器在我国的研究和应用得到了迅速发展，但太阳能资源受季节变化和天气变化的影响很大，在冬季生产热水能力较差，尤其在阴雨天甚至不能生产热水，因此，太阳能热水器往往需要设置辅助热源。目前太阳能热水器常用的辅助能源是电能，实际运行中如果辅助电能控制不当，电能消耗量将大于太阳能获得量，甚至出现在相同的热水使用量下太阳能热水器的辅助耗电量大于单纯电热水器耗电量，太阳能热水器起不到利用太阳能的节能效果，因此，太阳能热水器辅助热源形式选择、热水***节能设计是太阳能光热技术发展面临的一个重要问题。
空气能热水器是近年来发展较快的另一种高效、节能的生活热水制备技术，与太阳能热水技术相比，空气能热水器在我国南方地区运行基本不受季节和天气的影响，因此，太阳能与空气能综合利用技术是我国南方地区十分理想的生活热水生产技术之一。我国南方地区住宅中，分体空调是十分普及的家用电器，在一年中家用空调的使用率一般很低。因此，充分利用热泵技术原理，在室内舒适空调运行同时兼顾为太阳能热水器提供辅助热源，不但可以实现太阳能和空气能这二种可再生能源的综合利用，还可以提高家用空调***的使用效率。其中，设计一种稳定运行、体积小、制造简单、制造成本低、保温节能效率高的热水器水箱是这种太阳能与空气能综合利用技术所面临解决的重要问题之一。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种结构简单、体积小、制造和安装方便、运行稳定、保温节能效率高的盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱。
本发明为解决上述技术问题，所采取的技术方案是：一种盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱，它包括：冷水进水管、热水出水管、制冷剂进流管、制冷剂回流管、制冷剂换热器、太阳能循环水进水管、太阳能循环水出水管、外胆排气管、真空隔热管、承压水箱内胆、水箱外胆、水箱外壳、保温材料、电动三通换向阀、温度传感器一、温度传感器二、控制器、旁通管，所述的承压水箱内胆置于水箱外胆内部，水箱外胆顶面与承压水箱内胆侧面紧密接触；所述的承压水箱内胆与水箱外胆置于水箱外壳的内部，并在水箱外壳内的空隙中充满保温材料；所述的冷水进水管与真空隔热管连接，真空隔热管的一端安装于水箱外壳顶部，真空隔热管与承压水箱内胆顶部连接并伸入承压水箱内胆内靠下部位置，承压水箱内胆顶部与热水出水管连接，热水出水管与水箱外壳顶部连接；所述的水箱外壳侧面与太阳能循环水进水管连接，太阳能循环水进水管与水箱外胆连接，水箱外胆与太阳能循环水出水管连接，太阳能循环水出水管与水箱外壳侧面连接；所述的水箱外胆上部设有外胆排气管；所述的制冷剂换热器安装在承压水箱内胆与水箱外胆间的空隙内，制冷剂换热器与承压水箱内胆紧密接触；所述的制冷剂进流管从水箱外壳上部与水箱外胆顶部进入，制冷剂进流管与制冷剂换热器连接，制冷剂换热器与制冷剂回流管连接，制冷剂回流管从水箱外胆顶部与水箱外壳上部伸出；所述的温度传感器一与太阳能循环水进水管外表面紧密接触，温度传感器一与控制器连接，温度传感器二与承压水箱内胆外表面接触，温度传感器二与控制器连接；所述的控制器根据温度传感器一和温度传感器二的温度差控制电动三通换向阀，使循环水进入太阳能循环水进水管或进入旁通管。
本发明具有的优点和积极效果是：1)制冷剂换热盘管安装于承压水箱内胆与水箱外胆间的空隙内，运行时空隙内充满水，空隙内的水具有增强盘管与承压水箱内胆之间传热系数的作用，同时，空隙容积小，使水容量和热容量都较小，有利于空气能辅助加热时快速升温；2)太阳能循环水与生活热水通过承压水箱内胆表面换热，其换热系数大，太阳能循环水在水箱外胆内换热时流速低、流动阻力小，适用于自然循环的太阳能热水***；3)承压水箱内胆进水管采用真空隔热管，可以有效隔断热量沿冷水进水管传递而损失，很好地解决了冷水进水管安装在热水器上部的热损失问题；4)通过控制***控制三通换向阀，当内胆水温高于循环水温度时，循环水流经旁通管而不进入水箱，不会因为循环水温度低而带走水箱内热水的热量，当内胆水温低于循环水温度时，旁通管断开，太阳能循环水进入水箱内加热内胆生活热水；5)采用双胆式设计，水箱体积小、结构紧凑，既满足了生活热水的压力要求，又满足了太阳能热水器常压运行的水压要求，实现了太阳能与空气能这二种可再生能源在户用热水***的中有机结合，而且还可以提高户用空调机组的设备利用率。
附图说明
图1是本发明在热水***中关系示意图；
图2是本发明整体结构示意图；
图3是本发明双层胆结构示意图；
图4是本发明制冷剂换热盘管示意图；
图5是本发明真空隔热管结构示意图。
图1～图5中：1.冷水进水管，2.热水出水管，3.制冷剂进流管，4.制冷剂回流管，5.制冷剂换热器，6.太阳能循环水进水管，7.太阳能循环水出水管，8.外胆排气管，9.真空隔热管，10.承压水箱内胆，11.水箱外胆，12.水箱外壳，13.保温材料，14.电动三通换向阀，15.温度传感器一，16.温度传感器二，17.控制器，18.旁通管。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
如图1～图5所示：
冷水进水管1，热水出水管2，制冷剂进流管3，制冷剂回流管4，制冷剂换热器5，太阳能循环水进水管6，太阳能循环水出水管7，外胆排气管8，真空隔热管9，承压水箱内胆10，水箱外胆11，水箱外壳12，保温材料13，电动三通换向阀14，温度传感器一15，温度传感器二16，控制器17，旁通管18，所述的承压水箱内胆10置于水箱外胆11内部，水箱外胆11顶面与承压水箱内胆10侧面紧密接触；承压水箱内胆10与水箱外胆11置于水箱外壳12的内部，并在水箱外壳12内的空隙中充满保温材料13；冷水进水管1与真空隔热管9连接，真空隔热管9的一端安装于水箱外壳12顶部，真空隔热管9与承压水箱内胆10顶部连接并伸入承压水箱内胆10内靠下部位置，承压水箱内胆10顶部与热水出水管2连接，热水出水管2与水箱外壳12顶部连接；水箱外壳12侧面与太阳能循环水进水管6连接，太阳能循环水进水管6与水箱外胆11连接，水箱外胆11与太阳能循环水出水管7连接，太阳能循环水出水管7与水箱外壳12侧面连接；水箱外胆11上部设有外胆排气管8；制冷剂换热器5安装在承压水箱内胆10与水箱外胆11间的空隙内，制冷剂换热器5与承压水箱内胆10紧密接触；制冷剂进流管3从水箱外壳12上部与水箱外胆11顶部进入，制冷剂进流管3与制冷剂换热器5连接，制冷剂换热器5与制冷剂回流管4连接，制冷剂回流管4从水箱外胆11顶部与水箱外壳12上部伸出；
温度传感器一15与太阳能循环水进水管6外表面紧密接触，温度传感器一15与控制器17连接，温度传感器二16与承压水箱内胆10外表面接触，温度传感器二16与控制器17连接；控制器17根据温度传感器一15和温度传感器二16的温度差控制电动三通换向阀14。
本发明的一种盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱的运行可以分为太阳能独立制生活热水工况、太阳能和空气能联合制热水工况，二种工况的选择可以根据实时天气和天气预报来综合确定，当太阳辐射充足时开启太阳能制生活热水工况、太阳辐射不充足或阴雨天气时，开启太阳能和空气能联合制热水工况，各工况运行如下。
太阳能独立制生活热水工况的具体操作为：空气能热泵断电，电动三通换向阀14和控制器17通电；***在太阳能独立制生活热水工况的运行机理为：最初控制为电动三通换向阀14处于旁通管18连通、水箱进水管断开；太阳能循环水在太阳能集热器内吸收热量后，循环进入太阳能循环水进水管6，温度传感器一15实时监测太阳能循环水进水管6内水温，温度传感器二16实时监测承压水箱内胆10下部水温，当温度传感器一15的监测温度低于温度传感器二16的监测温度时，太阳能循环水为低温循环流动，不但不能加热承压水箱内胆10内的热水，甚至将带走承压水箱内胆10内热水的热量，此时控制器17控制电动三通换向阀14，使太阳能循环水进水管6断开，旁通管18连通，太阳能循环水不进入水箱外胆11而经旁通管18循环流动；当温度传感器一15的监测温度高于温度传感器二16的监测温度时，太阳能循环水进水管6的水可以用于加热承压水箱内胆10内的热水，此时控制器17控制电动三通换向阀14，使太阳能循环水进水管6连通，旁通管18断开，太阳能循环水不进入旁通管18而经水箱外胆11循环流动并供热。
太阳能和空气能联合制热水工况的具体操作为：空气能热泵通电运行，电动三通换向阀14和控制器17通电；***在太阳能和空气能联合制热水工况的运行机理为：最初控制为电动三通换向阀14处于旁通管18连通、水箱进水管断开；高温的空气源热泵制冷剂从制冷剂进流管3进入制冷剂换热器5，在制冷剂换热器5释放热量后经制冷剂回流管4进入空气源热泵循环流动；制冷剂换热器5内的一部分热量直接传导至承压水箱内胆10，另一部分热量传递制冷剂换热器5周围的水，再传递给承压水箱内胆10；在空气能热泵运行的同时，控制器17根据温度传感器一15和温度传感器二16的实时监测温度控制电动三通换向阀14，当温度传感器一15的监测温度低于温度传感器二16的监测温度时，太阳能循环水进水管6断开，旁通管18连通，当温度传感器一15的监测温度高于温度传感器二16的监测温度时，太阳能循环水进水管6连通，旁通管18断开。
在太阳能和空气能联合制热水工况中包括空气能独立制热水工况，即当夜间或者白天太阳能不能产生热水时，温度传感器一15的实时监测温度低于温度传感器二16的实时监测温度，电动三通换向阀不动作，整个过程为空气能生产热水。

Claims (1)

1.一种盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱，其特征在于：所述盘管辅热双胆式太阳能空气能热水器水箱包括冷水进水管(1)，热水出水管(2)，制冷剂进流管(3)，制冷剂回流管(4)，制冷剂换热器(5)，太阳能循环水进水管(6)，太阳能循环水出水管(7)，外胆排气管(8)，真空隔热管(9)，承压水箱内胆(10)，水箱外胆(11)，水箱外壳(12)，保温材料(13)，电动三通换向阀(14)，温度传感器一(15)，温度传感器二(16)，控制器(17)，旁通管(18)，所述的承压水箱内胆(10)置于水箱外胆(11)内部，水箱外胆(11)顶面与承压水箱内胆(10)侧面紧密接触；所述的承压水箱内胆(10)与水箱外胆(11)置于水箱外壳(12)的内部，并在水箱外壳(12)内的空隙中充满保温材料(13)；所述的冷水进水管(1)与真空隔热管(9)连接，真空隔热管(9)的一端安装于水箱外壳(12)顶部，真空隔热管(9)与承压水箱内胆(10)顶部连接并伸入承压水箱内胆(10)内靠下部位置，承压水箱内胆(10)顶部与热水出水管(2)连接，热水出水管(2)与水箱外壳(12)顶部连接；所述的水箱外壳(12)侧面与太阳能循环水进水管(6)连接，太阳能循环水进水管(6)与水箱外胆(11)连接，水箱外胆(11)与太阳能循环水出水管(7)连接，太阳能循环水出水管(7)与水箱外壳(12)侧面连接；所述的水箱外胆(11)上部设有外胆排气管(8)；所述的制冷剂换热器(5)安装在承压水箱内胆(10)与水箱外胆(11)间的空隙内，制冷剂换热器(5)与承压水箱内胆(10)紧密接触；所述的制冷剂进流管(3)从水箱外壳(12)上部与水箱外胆(11)顶部进入，制冷剂进流管(3)与制冷剂换热器(5)连接，制冷剂换热器(5)与制冷剂回流管(4)连接，制冷剂回流管(4)从水箱外胆(11)顶部与水箱外壳(12)上部伸出；所述的温度传感器一(15)与太阳能循环水进水管(6)外表面紧密接触，温度传感器一(15)与控制器(17)连接，温度传感器二(16)与承压水箱内胆(10)外表面接触，温度传感器二(16)与控制器(17)连接；所述的控制器(17)根据温度传感器一(15)和温度传感器二(16)的温度差控制电动三通换向阀(14)；所述电动三通换向阀(14)设置于所述太阳能循环水进水管(6)上，所述电动三通换向阀(14)的第三端口与所述旁通管(18)连接，所述旁通管(18)的另一端连接于所述太阳能循环水出水管(7)上。
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