专利名称：太阳能热水箱的制作方法
技术领域：
本实用新型通过将水箱内胆制作成波纹结构来增强循环介质的扰动，强化循环介质与生活用水之间的间接换热，同时设计采用孔槽式冷水进水结构，并在冷水入水口上方和热水出水口下方加装多孔挡板，弱化了水箱内冷热水体的混合，保证上层高温水的有效出流，属于太阳能热利用领域。
背景技术：
当前，面对日益严峻的能源状况，人们在全世界范围内广泛提出低碳经济、绿色经济等一系列的使环境效益明显、节能效果显著的能源发展模式，而太阳能已经成为应用最为广泛、发展潜力巨大的可再生能源，依托太阳能技术发展形成的太阳能热水器产业也蓬勃发展起来。在我国，太阳能热水器已深入千家万户，成为人们生活需要的优势设备，但是由于存在技术方面的问题，太阳能热水器在冬季工作时人存在缺陷。当太阳能辐射强度弱时，太阳能集热不能满足人们生活热水需要，太阳能利用效率不高，需要加装电加热或其他辅助加热装置提高水温，消耗了大量能源。为了提高水箱热水出流率，提升水箱性能，科研人员做了大量理论和实验研究。人们经研究发现，水箱内水体在蓄能过程中有明显的热分层现象，水体各层温度随高度不同而不同，上层水温高，下层水温低。这种热分层现象对水箱热水出流率有重要影响。当水箱内水体扰动较大时，上下层水体混合程度较大，热分层现象较弱，上层热水出流率较小。当水箱内水体扰动较弱时，上下层水体混合程度不明显，热分层现象显著，水箱上层热水出流率较大。因此，如何有效减小水箱内水体的扰动程度已经成为改善水箱效能的重要方法。在增大水箱热水出流率的同时，如何优化水箱结构，改善水箱换热性能也成为人们研究的重点。近年来，国内外专家学者提出了一种在水箱内胆四周包裹夹套的新式水箱。 循环介质从集热器进入夹套，并与内胆内生活用水进行间接换热，从而达到加热生活用水的目的。这种结构的水箱虽然避免了直接换热带来的水体卫生问题，但是仍然存在换热不充分，浪费蓄积的太阳能等问题。当循环介质进入夹套时，由于循环介质重力以及夹套阻力问题，容易造成循环介质只与内胆一侧进行换热或快速随循环介质流动到出水口，使水箱间接换热不充分，浪费大量换热面积，大量热量流失，不利于水箱的正常使用。
发明内容技术问题本实用新型的目的是提出一种太阳能热水箱，通过采用强化水箱循环介质与内胆生活用水之间的换热和弱化水箱内水体上下层流体混合程度的方法来增强水箱换热效率，提高热水出流率，充分利用蓄积的太阳能，减少辅助能量的消耗，实现水箱的节能优化。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供一种太阳能热水箱，该太阳能热水箱包括外桶、设置在外筒内的内胆和夹套，其中，夹套包裹内胆的外壁，内胆的外壁设有凸纹，该凸纹与夹套的内壁相连，构成螺旋状流道，该太阳能热水箱还包括设置在该水箱箱体的冷水入水口和热水出水口。优选的，所述凸纹为波浪形状。优选的，所述凸纹的凸起程度一致，且凸纹与夹套内壁紧密相连，构成均勻的螺旋向下的循环介质流道。优选的，所述凸纹的凸起程度不一致，且凸起程度大的凸纹与夹套内壁相连，与多个凸起程度小的凸纹一并构成螺旋向下的循环介质流道。优选的，夹套完全包裹内胆外壁。 优选的，该水箱的冷水入水口处设有若干孔槽。优选的，在该水箱的冷水入水口上部和热水出水口下部分别设有多孔式上挡板和多孔式下挡板。有益效果1. 本实用新型采用同时包裹内胆四周和底部的夹套结构，不仅保证了水箱水体的卫生，同时扩大了换热面积，提高了太阳能利用率。2. 本实用新型通过采用波纹状内胆增强了循环介质的扰动，并且限制循环介质绕内胆做螺旋向下运动，强化循环介质与生活用水之间的换热，增强换热效率，提升了系统性能。3. 本实用新型采用改进型进口结构减小了水箱上下层水体的混合程度，同时在水箱冷水进水口上部和热水出水口下部加装了一个多孔式挡板，减小了上下层水体的之间对流，进一步弱化了水箱内水体的纵向换热，提高了系统的热水出流率。4. 本实用新型优化了水箱结构，充分利用了蓄积的太阳能，可以减少了辅助电能的消耗。
图1是本实用新型的第一个实施例水箱总装图；图2是本实用新型的第二个实施例的水箱总装图；图3是本实用新型的水箱底部正视图；图4是本实用新型的第一个实施例水箱A-A剖面图；图5是本实用新型的第一个实施例水箱B-B剖面图；图6是本实用新型的第二个实施例水箱C-C剖面图；图7a是本实用新型水箱的孔槽式冷水入水口正视图；图7b是本实用新型水箱的孔槽式冷水入水口俯视图；图8是本实用新型内部加装的多孔式下挡板示意图；其中有顶部外封盖1、顶部内封盖2、内胆3、夹套4、外桶5、多孔式下挡板6、孔槽式改进型进水口 7、循环介质出水管8、冷水进水管9、排污管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、循环介质进水管18、 多孔式上挡板19。
具体实施方式
本实用新型设计了太阳能热水箱，该水箱构造了一种新型波纹状流道用以加强循环介质与生活用水之间的间接换热，提高了间接换热效率，节省了能耗，同时该水箱采用新型进口结构和进出水方式，提高了水箱热水出流率，提升了系统性能。本实用新型的实现方式是将水箱内胆外壁制作成波纹状，并与夹套紧密连接，构造成为波纹状流道。当循环介质进入夹套时，循环介质沿着波纹流道螺旋向下运动，最终富集于夹套底部并经循环介质出口流出。该结构增强了循环介质的扰动，保证循环介质与生活用水之间充分换热，从而最大限度地利用了蓄积的太阳能，节约了能耗，提高了水箱热交换效率。同时，该水箱的冷水入水口采用一种孔槽式改进型进口结构，且在冷水入口上部和热水出口下部分别加装一个圆形多孔式挡板。这种结构设计能有效降低低温冷水进入水箱时对水体的热扰动，减小上下层水体在运动过程中的混合程度，优化水箱热分层，提高水箱的热水出流率，提升系统性能。参见图1 一 3，太阳能热水箱，包括外桶5、设置在外筒5内的内胆3和夹套4，其中，夹套4包裹内胆3的外壁，内胆3的外壁设有凸纹，该凸纹与夹套4的内壁相连，构成螺旋状流道，该太阳能热水箱还包括设置在该水箱箱体的冷水入水口 7和热水出水口 11。所述凸纹为波浪形状。所述凸纹的凸起程度一致，且凸纹与夹套4内壁紧密相连，构成均勻的螺旋向下的循环介质流道。所述凸纹的凸起程度不一致，且凸起程度大的凸纹与夹套4内壁相连，与多个凸起程度小的凸纹一并构成螺旋向下的循环介质流道。夹套4完全包裹内胆3外壁。该水箱的冷水入水口 7处设有若干孔槽。在该水箱的冷水入水口 7上部和热水出水口 11下部分别设有多孔式上挡板19和多孔式下挡板6。本实用新型提供的太阳能热水箱。一方面，该水箱的内胆被制作成波纹状结构，并与夹套紧密相连，构成螺旋向下的波纹流道。当循环介质进入水箱时，波纹流道限制循环介质的流向，使其沿内胆做螺旋向下流动，并最终富集于内胆底部，从而增强循环介质与生活用水的换热效率，提高太阳能利用率，从而减少辅助电能的消耗。另一方面，该水箱的冷水进水口被设计成一种孔槽式结构，这种结构能有效降低低温进水对水体热分层现象的影响，同时该水箱在冷水入水口上部和热水出水口下部分别加装一个多孔式挡板，使下层低温水和上层高温水向上运动时扰动较小，从而弱化上下层水体的混合程度，提高水箱的热水出流率。即该水箱的冷水入水口 7上部和热水出水口 11下部分别设有多孔式上挡板19 和多孔式下挡板6。本实用新型为一种带波纹状内胆和孔槽式进水口结构的夹套式太阳能热水箱。如图1和图2，该发明包括顶部外封盖1、顶部内封盖2、内胆3、夹套4、外桶5、多孔式下挡板 6、孔槽式改进型进水口 7、循环介质出水管8、冷水进水管9、排污管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、循环介质进水管18、多孔式上挡板19。内胆3为波纹状。对于第一个实施例，循环介质从集热器经循环介质进水管18进入夹套4，并与波纹状内胆3中的生活用水进行热交换，且绕波纹宽度均勻的流道螺旋向下流动，再经循环介质出水管8流出水箱，进入集热器集热。对于第二个实施例，循环介质从循环介质进水管18进入夹套4，并在宽度较大的波纹与夹套4组成的流道中螺旋向下流动，且宽度较小的波纹增强了循环介质流动过程中的扰动，强化了换热，最终经出水管8流出水箱。本实用新型采用螺纹状模具碾压食品级不锈钢板，并卷制成密闭性良好且带有横向倾角的波纹状内胆，该内胆3有两种制作方案一种是波纹凸起程度一致，如图1 ；另一种是波纹凸起程度不一致，大小相间，如图2。安装时，对于第一个实施例，需要保证波纹结构与夹套内壁紧密接触，构成螺旋向下的均勻宽度的波纹流道；对于第二个实施例，保证凸起程度较大的波纹与夹套内壁紧密接触，凸起程度较小的波纹只起到增强扰动的作用。当循环介质流入时，顶端循环介质沿波纹流道环绕内胆做螺旋向下运动，并最终富集于内胆底部与夹套封盖之间，充分换热后经循环介质出口流出，完成换热。由于波纹内胆与夹套之间接触只是用来构成循环介质自上向下的流道，因此稍许泄漏不会影响夹套内内壁与水箱内部水的换热，这大大降低对夹套水箱的加工工艺要求，可以降低生产成本。本实用新型的冷水进水管设计成孔槽式改进型进口结构，进水管限高并弯曲向下，孔槽流向垂直底部向下，同时在进水口上部和热水出水口下部各加装一个圆形多孔式挡板，档板焊接在内胆上。当冷水进入内胆时，孔槽结构能有效降低进水扰动，且下层水体向上运动时需经过多孔挡板，进一步降低了水箱上水带来的混合扰动，有利于水体的热分层。当热水流出水箱时，上层高温水需通过多孔挡板向上运动，扰动程度减小，减少水箱内上部热水与下部冷水之间对流与混合，保证上下各层水体温度的独立性，使水箱内水呈活塞流状从下往上流动，冷水逐步将热水顶出水箱，从而提高了水箱热水出流率，提升系统性能。本实用新型的夹套同时包裹内胆四周与底部，发泡层采用聚酸酯填装，且发泡均勻，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，水箱底部设置排污口进行排污，内胆中设置测温管进行测温。本实用新型通过优化水箱结构实现强化循环介质与生活用水之间的换热，同时弱化了水箱内上下层水体的混合扰动，充分利用了蓄积的太阳能，从而降低了辅助电能的消耗，提高了水箱的热水出流率，提升了系统的性能。当用户需要用水时，低温冷水经冷水进水管9并通过孔槽式改进型进水口 7进入水箱，下层低温水经多孔式下挡板6向上运动，在水箱内形成由下向上的活塞状流动，上层高温水经多孔式上挡板19进入热水出水管11流出，供用户使用。当太阳能辐射较弱时，水箱启动电加热装置15进行辅助加热，该发明通过测温管 17对水体进行测温，通过排污管10对水箱内水体进行排污。以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求1.一种太阳能热水箱，其特征在于该太阳能热水箱包括外桶(5)、设置在外筒(5)内的内胆(3)和夹套(4)，其中，夹套(4)包裹内胆(3)的外壁，内胆(3)的外壁设有螺旋状凸纹，该凸纹与夹套(4)的内壁相连，构成螺旋状流道，该太阳能热水箱还包括设置在该水箱箱体的冷水入水口( 7 )和热水出水口(11)。
2.根据权利要求1所述的太阳能热水箱，其特征在于所述凸纹为波浪形状。
3.根据权利要求2所述的太阳能热水箱，其特征在于所述凸纹的凸起程度一致，且凸纹与夹套(4)内壁紧密相连，构成均勻的螺旋向下的循环介质流道。
4.根据权利要求2所述的太阳能热水箱，其特征在于所述凸纹的凸起程度不一致，且凸起程度大的凸纹与夹套(4)内壁相连，与多个凸起程度小的凸纹一并构成螺旋向下的循环介质流道。
5.根据权利要求1所述的太阳能热水箱，其特征在于夹套(4)完全包裹内胆(3)外壁。
6.根据权利要求1所述的太阳能热水箱，其特征在于该水箱的冷水入水口(7)处设有若干孔槽。
7.根据权利要求1所述的太阳能热水箱，其特征在于在该水箱的冷水入水口(7)上部和热水出水口(11)下部分别设有多孔式上挡板(19)和多孔式下挡板(6)。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能热水箱，其特征在于该太阳能热水箱包括外桶(5)、设置在外筒(5)内的内胆(3)和夹套(4)，其中，夹套(4)包裹内胆(3)的外壁，内胆(3)的外壁设有凸纹,该凸纹与夹套(4)的内壁相连，构成螺旋状流道，该太阳能热水箱还包括设置在该水箱箱体的冷水入水口(7)和热水出水口(11)。本实用新型提高热水出流率，充分利用蓄积的太阳能，减少辅助能量的消耗，实现水箱的节能优化。
文档编号F24J2/46GK202101455SQ20112019017
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者丁一, 冯义康, 张小松, 李舒宏, 李阳, 杜垲, 王金勇 申请人:东南大学