專利名稱：儲能箱及太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能集熱裝置，屬于太陽能熱水器的技術(shù)領(lǐng)域，具體地講涉及太陽能熱水器結(jié)構(gòu)的改進。
背景技術(shù)：
當(dāng)今在太陽能利用方面，利用太陽能獲得生活、供暖所需中高溫水的技術(shù)已趨成熟，但是太陽能在生活、供暖利用方面存在著一個致命的弱點，即其是一種間歇式能源，太陽輻射受到晝夜、季節(jié)以及雨雪天氣因素的影響，表現(xiàn)為間斷性和不穩(wěn)定性，究其原因，其系統(tǒng)主用采用水箱進行供熱，水箱無儲能作用，且水箱在使用過程中還存在如下缺陷1、水箱體積大，一方面，在用水量少時，水循環(huán)慢，導(dǎo)致不能及時換熱，影響用戶使用，以及存在部分死水空間，容易滋生細菌不衛(wèi)生；另一方面體積龐大的水箱安裝放置不方便，同時水箱內(nèi)長期盛水，日久腐蝕，存在漏水的可能；再一方面，水箱容積大，為保持衛(wèi)生水需定期高溫加熱，因而極其費電。2、水箱加熱到一定溫度不能進行換熱加熱水箱內(nèi)的水，如繼續(xù)加熱水箱，會出現(xiàn)水箱內(nèi)水過熱；如不繼續(xù)加熱水箱，集熱器將發(fā)生過熱，從而損壞集熱器。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有水箱換熱存在儲熱少，體積大等問題，本發(fā)明提出一種儲能箱，包括殼體，該殼體上設(shè)有冷水進口、熱水出口、集熱循環(huán)進口、集熱循環(huán)出口；內(nèi)膽，該內(nèi)膽安裝在殼體內(nèi)；保溫層，該保溫層填充在殼體與內(nèi)膽之間；盤管，該盤管位于所述內(nèi)膽中，包括兩根管子，其中一根管子的進口連接所述冷水進口，出口連接所述熱水出口，另一根管子的進口連接所述集熱循環(huán)進口，出口連接所述集熱循環(huán)出口 ；相變材料，該相變材料填充在所述內(nèi)膽中，其填充量占內(nèi)膽體積的75%-85%。進一步地，為了提高換熱效率，所述相變材料由HR35、月桂酸和HR50組合而成，其相變溫度為79°C，所述盤管的管壁呈波紋狀。進一步地，為了平衡儲能箱內(nèi)外壓力，所述殼體上安裝有膨脹罐。進一步地，為了精確控制集熱器循環(huán)的時間和頻率，所述內(nèi)膽上位于集熱循環(huán)進口、集熱循環(huán)出口以及中間位置處分別安裝有傳感器。進一步地，為了防止儲能箱整體變形，所述殼體及內(nèi)膽均呈圓柱狀。進一步地，所述傳感器的安裝方式如下所述內(nèi)膽上集熱循環(huán)進口、集熱循環(huán)出口以及中間位置處分別焊接螺頭，該螺頭上安裝有帶螺紋的盲管，該盲管伸向所述內(nèi)膽中，所述傳感器位于所述盲管中。另外，本發(fā)明為解決現(xiàn)有太陽能熱水器使用水箱換熱存在儲熱少，體積大以及安裝不便等問題，提出一種太陽能熱水器，包括集熱器、太陽能泵站、控制器以及進、出水管路，該熱水器上安裝有上述儲能箱，所述進、出水管路通過泵站分別與儲能箱上的集熱循環(huán)出口、集熱循環(huán)進口相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本說明的優(yōu)點和積極效果如下I、本發(fā)明采用儲能箱取代傳統(tǒng)水箱，儲能箱中填充相變材料，同時預(yù)留部分空間用于加熱時膨脹，根據(jù)相變材料特性增大能量吸收，從而可以減少水箱的體積、增大儲熱能量，方便搬運安裝，同時箱體內(nèi)無水不存在漏水情況。另一方面，在儲能箱中通過盤管進行換熱，采用盤管增加換熱面積提升換熱效率和出水溫度穩(wěn)定性。2、本發(fā)明儲能箱上安裝膨脹罐以調(diào)節(jié)和平衡儲能箱壓力變化。3、本發(fā)明采用圓柱形儲能箱，承壓能力強，同時增加預(yù)留部分空氣膨脹空間，且外接膨脹罐，可動態(tài)調(diào)節(jié)水箱壓力，減少箱體內(nèi)壓力。結(jié)合附圖閱讀本說明的具體實施方式
后，本說明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清
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為了更清楚地說明本說明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本說明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為太陽能熱水器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2為儲能箱縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖3為傳感器安裝結(jié)構(gòu)一示意圖4為傳感器安裝結(jié)構(gòu)二示意圖5為部分盤管縱向剖面結(jié)構(gòu)示意各圖中
100、儲能箱；110、殼體；120、內(nèi)膽；130、保溫層；140、集熱循環(huán)進口 ；150、集熱循環(huán)出口 ；160、盤管；170、熱水出口 ；180、冷水進口 ；
200、集熱器；300、太陽能泵站;400、進水管路;500、出水管路;600、膨脹罐;700、P/T閥;800、相變材料;900、傳感器;910、螺頭;920、盲管;930、鋁箔膠帶。
具體實施例方式實施例一，參考圖I及圖2，為了更好地體現(xiàn)儲能箱100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖2中示出了殼體110、保溫層130及內(nèi)膽120的縱向剖面圖，盤管160未剖，如上各圖所示，本實施例提出一種可取代傳統(tǒng)水箱的儲能箱，包括殼體110、內(nèi)膽120、保溫層130、盤管160以及相變材料 800。所述殼體110上設(shè)有用于和后續(xù)供水設(shè)備相連的冷水進口 180、熱水出口 170以及和集熱器200相連的集熱循環(huán)進口 140、集熱循環(huán)出口 150?？紤]到其他形狀儲能箱如方形儲能箱使用過程中，相變材料在吸熱和放熱時會存在固液狀態(tài)轉(zhuǎn)換，溫度變化帶來的壓力變化非常大，長期處于熱脹冷縮會造成方形儲能箱變形，焊接處或薄板處等薄弱環(huán)節(jié)疲勞開裂，致使相變材料泄漏，因而，本發(fā)明采用圓柱形殼體，承壓能力強，且加工工藝簡單。所述內(nèi)膽120安裝在殼體110內(nèi)，同樣考慮到熱脹冷縮變形，該內(nèi)膽120整體也設(shè)計成圓柱形。所述保溫層130位于殼體110與內(nèi)膽120之間，主要起到保溫作用。所述盤管160位于所述內(nèi)膽120中，由兩根管子交叉螺旋繞制而成，其中一根管子的進口連接所述冷水進口 180，出口連接所述熱水出口 170，另一根管子的進口連接所述集熱循環(huán)進口 140，出口連接所述集熱循環(huán)出口 150?？紤]到銅的導(dǎo)熱系數(shù)為383.8W/M*K，導(dǎo)熱性能非常好，因此可用來作為理想傳熱換熱器，一般采用直徑為4-20mm，壁厚為O. 4_2mm的銅管制成螺旋形狀盤管(具體可根據(jù)換熱面積及儲能箱容積等選擇盤管的管徑與長度等)，作為換熱器使用，但是銅盤管成本相對較高。不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)在10-30W/ Μ·Κ，導(dǎo)熱性能一般，但因其有著優(yōu)良的加工性能、抗腐蝕性、強度高等優(yōu)點，同時成本遠低于銅管，因此在近年來開始逐漸應(yīng)用到換熱管路中，其具體應(yīng)用時可制成U形盤管。為了增大換熱面積，如圖5所示，可將銅管或不銹鋼管通過連續(xù)壓卷在管表面形成連續(xù)均勻的波紋形狀，再將波紋管卷成螺旋盤管狀，作為換熱管路，采用波紋管的優(yōu)點是可以將換熱面積加大為光管同樣長度的I. 2倍從而增大換熱面積，同時波紋管內(nèi)的介質(zhì)處于高度湍流狀態(tài)不容易沉積垢類或其他雜質(zhì)，同時波紋管是柔性元件，因而比普通管的承壓能力強。采用可靠的、性能優(yōu)良的相變材料，可以在太陽能可獲得期間進行儲熱，在太陽能間斷期，又可將所儲熱量放出供人們使用，本實施例所述相變材料為潛熱型蓄能材料，其利用物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，或由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)(升華)時，以及相態(tài)的逆互換過程中，所釋放或吸收的相變熱來達到儲存熱量和釋放熱量加熱水的目的。潛熱型蓄能材料按照相變的方式一般分為4類固-固相變、固-液相變、固-氣相變及液-氣相變。由于固-氣相變和液-氣相變材料相變時體積變化太大，使用時需要很多的復(fù)雜裝置，因此盡管它們有很大的相變潛熱，但一般不考慮。本實施例采用石蠟和聚乙烯醇共混或由十八酸(SA)、十六酸(PA)、十四酸(MA)、十二酸(LA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混或由HR35、月桂酸和HR50共混形成的相變溫度為79°C的相變材料，與單一相變材料相比，可使相變過程的平均傳熱溫差增加，減少傳熱過程的不可逆?zhèn)鳠釡夭?，從而使相變傳熱速率提高，增加傳熱效率。考慮到相變材料800熱脹冷縮時，內(nèi)膽120壓力變化較大，為了達到一個平衡的壓力,通過反復(fù)試驗得出相變材料的填充量占內(nèi)膽120總體積的75%-85%時可維持膽內(nèi)壓力平衡，為了保證膽內(nèi)壓力處于一個較佳的平衡狀態(tài)，本實施例在殼體上安裝有膨脹罐600，該膨脹罐600通過P/T閥700安裝在殼體110的頂部，該膨脹罐600可有效緩沖膽內(nèi)壓力變化。為了精確控制集熱器200循環(huán)的時間和頻率，在內(nèi)膽120上、中、下部位分別安裝上、中、下傳感器900，具體地，上溫度傳感器的位于距換熱循環(huán)管路進口 140正下方處，中溫度傳感器位于內(nèi)膽120中部的內(nèi)膽高度的1/2處，下溫度傳感器I位于換熱循環(huán)管路出口正上方處。傳感器的安裝方式可采用兩種方式，一種為貼片式，如圖3所示(圖中只示出部分內(nèi)膽結(jié)構(gòu))，將傳感器900用鋁箔膠帶930貼在內(nèi)膽的表面；另一種為插入式，如圖4所示，在內(nèi)膽上對應(yīng)位置焊接螺頭910，然后用帶螺紋的盲管920，插入對接螺頭，再將傳感器900放入盲管920內(nèi)部。本實施例儲能箱采用相變材料，增大了儲能量，因而可以將整體體積做的較小，方便運輸和安裝，同時實現(xiàn)了自來水即時換熱出熱水，水質(zhì)清潔，該系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)儲能箱膨脹空間和膨脹罐的系統(tǒng)匹配，可達到壓力的動態(tài)平衡，從而提高儲能箱可靠性，延長使用壽命O
實施例二，本實施例提出一種太陽能熱水器，該太陽能熱水器安裝有上述儲能箱100，具體結(jié)構(gòu)參考圖1，包括包括集熱器200、太陽能泵站300、控制器(本實施例控制器集成在太陽能泵站中，故圖中未示出)以及進水管路500、出水管路400，該熱水器上安裝有上述儲能箱100，所述進、出水管路通過太陽能泵站300分別與儲能箱上的集熱循環(huán)出口 150、集熱循環(huán)進口 140相連。所述內(nèi)膽120上位于集熱循環(huán)進口 140、集熱循環(huán)出口 150以及中間位置處分別安裝有與所述控制器電連接的傳感器900。各部件之間的安裝關(guān)系參考實施例一。本實施例太陽能熱水器一方面采用儲能箱，可以在太陽能可獲得期間進行儲熱，在太陽能間斷期，又可將所儲熱量放出供人們使用；另一方面采用多點溫度檢測，即在內(nèi)膽上適當(dāng)位置布置三個溫度傳感器，控制器對上述傳感器檢測的溫度進行溫差對比從而控制集熱循環(huán)的時間和頻率，從而給用戶提供較佳的用水體驗。以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本說明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本說明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種儲能箱，其特征在于包括殼體，該殼體上設(shè)有冷水進口、熱水出口、集熱循環(huán)進口、集熱循環(huán)出口 ；內(nèi)膽，該內(nèi)膽安裝在殼體內(nèi)；保溫層，該保溫層填充在殼體與內(nèi)膽之間；盤管，該盤管位于所述內(nèi)膽中，包括兩根管子，其中一根管子的進口連接所述冷水進口，出口連接所述熱水出口，另一根管子的進口連接所述集熱循環(huán)進口，出口連接所述集熱循環(huán)出口 ；相變材料，該相變材料填充在所述內(nèi)膽中，其填充量占內(nèi)膽體積的75%-85%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲能箱，其特征在于所述相變材料由HR35、月桂酸和HR50組合而成，其相變溫度為79°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的儲能箱，其特征在于所述殼體上安裝有膨脹罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的儲能箱，其特征在于所述盤管的管壁呈波紋狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的儲能箱，其特征在于所述內(nèi)膽上位于集熱循環(huán)進口、集熱循環(huán)出口以及中間位置處分別安裝有傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儲能箱，其特征在于所述殼體及內(nèi)膽均呈圓柱狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲能箱，其特征在于所述內(nèi)膽上集熱循環(huán)進口、集熱循環(huán)出口以及中間位置處分別焊接螺頭，該螺頭上安裝有帶螺紋的盲管，該盲管伸向所述內(nèi)膽中，所述傳感器位于所述盲管中。
8.一種太陽能熱水器，包括集熱器、太陽能泵站、控制器以及進、出水管路，其特征在于還包括一儲能箱，該儲能水箱包括殼體，該殼體上設(shè)有冷水進口、熱水出口、集熱循環(huán)進口、集熱循環(huán)出口 ；內(nèi)膽，該內(nèi)膽安裝在殼體內(nèi)；保溫層，該保溫層填充在殼體與內(nèi)膽之間；盤管，該盤管位于所述內(nèi)膽中，包括兩根管子，其中一根管子的進口連接所述冷水進口，出口連接所述熱水出口，另一根管子的進口連接所述集熱循環(huán)進口，出口連接所述集熱循環(huán)出口 ；相變材料，該相變材料填充在所述內(nèi)膽中，其填充量占內(nèi)膽體積的75%-85% ;所述進、出水管路通過泵站分別與所述集熱循環(huán)出口、集熱循環(huán)進口相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能熱水器，其特征在于所述內(nèi)膽上位于集熱循環(huán)進口、集熱循環(huán)出口以及中間位置處分別安裝有與所述控制器電連接的傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能熱水器，其特征在于所述相變材料由HR35、月桂酸和HR50組合而成，其相變溫度為79°C。
全文摘要
本發(fā)明提出一種儲能箱及太陽能熱水器，本發(fā)明采用儲能箱取代傳統(tǒng)水箱，儲能箱包括殼體、內(nèi)膽，填充在殼體與內(nèi)膽之間的保溫層，位于內(nèi)膽中的盤管以及填充在內(nèi)膽中的相變材料，該相變材料填充量占內(nèi)膽體積的75%-85%，根據(jù)相變材料特性增大能量吸收，從而可以減少水箱的體積、增大儲熱能量，方便搬運安裝，同時箱體內(nèi)無水不存在漏水情況。
文檔編號F28D20/02GK102914196SQ20121045542
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者楊春濤, 王少鵬 申請人:海爾集團公司, 青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司