帶電輔加熱的容積式換熱內膽的製作方法

2023-06-05 23:34:36 1

帶電輔加熱的容積式換熱內膽的製作方法
【專利摘要】一種帶電輔加熱的容積式換熱內膽，包括殼體（15）和電熱芯組件（12）、換熱芯組件（16），換熱芯組件（16）設有容腔、介質進入管（20）和介質外出管（21），電熱芯組件（12）主要由集熱罩（10）和電加熱管（11）組成，集熱罩（10）與殼體（15）連通並包圍電加熱管（11），出水管的進水口伸進集熱罩（10）所圍區域內。本發明能通過換熱芯組件對內膽進行整體的一次換熱，還能通過電熱芯組件對即將流出內膽的水進行二次按需補熱，故它不僅能高效地利用太陽能、熱泵等一次熱源，還能有效減少二次補熱的電能浪費。
【專利說明】帶電輔加熱的容積式換熱內膽

【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於熱水器領域，尤其涉及一種帶電輔加熱的容積式換熱內膽，它適用於太陽能熱水器、熱泵熱水器等儲水式熱水器。

【背景技術】
[0002]在現有技術中，容積式換熱內膽的綜合換熱效益不高，與輔助能源之間的配合不理想，存在加熱速度慢或耗電量高等問題。為克服這些缺陷，特對帶電輔加熱的容積式換熱內膽進行了改良研製。


【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是要提供一種帶電輔加熱的容積式換熱內膽，它不僅能利用太陽能、熱泵等一次熱源，還能有效減少二次補熱的電能浪費。
[0004]本發明解決其技術問題採用的技術方案是:它包括殼體和設於殼體內的電熱芯組件、換熱芯組件，殼體設有進水管、出水管和分別安裝電熱芯組件、換熱芯組件的安裝口，換熱芯組件設有容腔、介質進入管和介質外出管，電熱芯組件主要由集熱罩和電加熱管組成，集熱罩與殼體連通並包圍電加熱管，出水管的進水口位於集熱罩頂面、側面或集熱罩所圍區域內。由於電熱芯組件與換熱芯組件配合加熱，換熱芯組件利用太陽能、熱泵等廉價一次熱源，電熱芯組件僅在換熱芯組件加熱的水溫無法滿足用戶需求的情形下，對內膽中的水進行按需二次補熱，有效減少電能浪費，而且電加熱管和出水管的進水口均設置在集熱罩所圍成的狹小空間內裡，使電能主要用於加熱即將流出內膽的水，避免了電熱能散失於整個內膽之中，這種僅對流出內膽的水進行動態的按需補熱，進一步減少了電能浪費。
[0005]所述換熱芯組件、電熱芯組件同軸設置，換熱芯組件設於殼體的下端，電熱芯組件設於殼體的上端。下置的換熱芯組件佔據內膽下部的核心位置，它按照整體換熱規律對內膽中的水進行整體換熱；由於內膽中的水冷熱分層，上置的電熱芯組件能按照局部或即時的加熱規律，並根據實際需要，對即將流出內膽的水進行按需補熱，同時電熱芯組件還能更寬泛地適應使用氣候環境和用電環境，在水箱控制器的預約設置控制下，對內膽裡的自來水，進行由上至下、分時分段的按需預熱，以改善不良氣候時的熱水保障率和即時加熱時的用電負荷。此外，換熱芯組件、電熱芯組件處在同一軸心的安裝線上，有助於生產中實現採用一個裝配動作完成兩者的鎖緊密封作業，這種簡化的高效裝配結構，有利於工廠流水線的快速高效的生產安裝，便於售後服務的現場專業維修。
[0006]所述集熱罩的上部設有連通集熱罩內外的平衡口。平衡口有助於及時排出內膽中積聚在集熱罩外部的氣體，避免因內膽的氣體積聚過多，而降低內膽的儲水量。
[0007]所述集熱罩設有固定換熱芯組件的換熱芯穩定器。換熱芯穩定器能提高換熱芯組件的穩定性，有助於避免內膽的換熱芯組件在輸運過程中發生劇烈振動與損壞。
[0008]所述換熱芯穩定器為集熱罩下部間隔設置的延伸條，換熱芯組件被夾套於延伸條之中；或換熱芯穩定器為設置於集熱罩下部的網狀環，換熱芯組件被夾套於網狀環之中。
[0009]所述換熱芯組件還由芯冠、芯殼壁、恆壓溢流管和結構加強環組成，容腔由芯冠、芯殼壁和底盤圍成，結構加強環設於底盤與芯殼壁的結合部位，具體是結構加強環內置或外置於芯殼壁與底盤的結合部位，結構加強環顯著增強了底盤與芯殼壁結合部位的結構強度，使底盤與芯殼壁更能滿足來自密封墊、殼體、螺紋鎖緊環與螺紋鎖緊配合件的綜合鎖緊壓力而不開裂或變形。恆壓溢流管、介質進入管和介質外出管分別從底盤伸進容腔內，底盤封閉安裝口。
[0010]所述芯殼壁為非光滑曲面，芯殼壁設有軸向、徑向或螺旋的凸紋或凹槽。除成倍增大了芯殼壁的換熱面積，還顯著增強了芯殼壁強度，降低了其壁厚用材和熱阻。因此，芯殼壁能採用0.3毫米至1.5毫米的導熱率較高的不鏽鋼薄壁來製造，諸如445號或304、316號等材料，以提高其整體換熱效益。
[0011]所述殼體在安裝口的外圍設有螺紋鎖緊配合件，電熱芯組件或換熱芯組件安裝在安裝口內並通過螺紋鎖緊環與螺紋鎖緊配合件固定。
[0012]所述螺紋鎖緊環與螺紋鎖緊配合件之間設有徑向插入兩者的鉚釘。鉚釘的數量為一個或數個，它將螺紋鎖緊環與螺紋鎖緊配合件鎖定鉚死，以避免二者的相對鬆動和自由拆卸，既保證了生產安裝的可靠性，同時又便於質量檢驗的固定封樣和打戳追溯。
[0013]所述電熱芯組件還由溫控探管和頂盤組成，溫控探管內設有溫控探頭，頂盤封閉安裝口，集熱罩、電加熱管、溫控探管均安裝在頂盤的同一側，且集熱罩包圍溫控探管。集熱罩可以完全包圍溫控探管，也可以僅包圍溫控探管上部。溫控探頭設置在溫控探管內的不同區段，溫控探頭能有效實時監控內膽的溫度。
[0014]所述出水管穿過頂盤與殼體內部連通。這可以減少直接在殼體上的開孔數量，降低內膽出現結構缺陷的機率。
[0015]所述進水管由外延進水管、殼體進水管、內注管連接而成，殼體進水管設於殼體上，內注管安裝在殼體內，內注管的上管口與殼體進水管水連接，內注管下管口與殼體底部相接近，外延進水管位於殼體外，外延進水管的上管口與殼體進水管水連接，外延進水管的下管口與自來水管水連接；出水管由外延出水管、殼體出水管連接而成，殼體出水管設於殼體上，外延出水管位於殼體外，外延出水管的上管口與殼體出水管水連接，外延出水管的管身繞至殼體外下端，外延出水管的下管口與用水點水連接；所述外延進水管、外延出水管均為非金屬材質且有效長度大於自身半徑平方的53倍以上。這樣即便是電加熱管漏電，且殼體和電熱芯組件的接地又均失效的狀況下，外延進水管和外延出水管內的水電阻會將洩漏的市電電壓和電流自動衰減到人體所能承受的安全指標以內，這樣就給用戶多了一種可靠的用電保護。
[0016]本發明能通過換熱芯組件對內膽進行整體的一次換熱，還能通過電熱芯組件對即將流出內膽的水進行二次按需補熱，故它不僅能高效地利用太陽能、熱泵等一次熱源，還能有效減少二次補熱的電能浪費。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為圖1中A處的結構放大圖；
圖3為圖1中B處的結構放大圖； 圖4為換熱芯組件16的內部結構示意圖；
圖5為換熱芯組件16的外部結構示意圖；
圖6為電熱芯組件12實施例一的內部結構示意圖；
圖7為電熱芯組件12實施例一的外部結構示意圖；
圖8為電熱芯組件12實施例二的外部結構示意圖；
圖9為電熱芯組件12實施例三的外部結構示意圖。
[0018]圖中各零部件與標號的關係是:外延進水管1、殼體進水管2、外延出水管3、殼體出水管4、溫控探管5、頂盤6、螺紋鎖緊環7、螺紋鎖緊配合件8、平衡口 9、集熱罩10、電加熱管11、電熱芯組件12、換熱芯穩定器13、芯冠14、殼體15、換熱芯組件16、芯殼壁17、密封墊18、底盤19、介質進入管20、介質外出管21、結構加強環22、鉚釘23、內注管24、恆壓溢流管25。

【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，本實施例包括殼體15，殼體15設有進水管和出水管。進水管由外延進水管1、殼體進水管2、內注管24連接而成，殼體進水管2設於殼體15上，內注管24安裝在殼體15內，內注管24的上管口與殼體進水管2水連接，內注管24下管口與殼體15底部相接近，外延進水管I位於殼體15外，外延進水管I的上管口與殼體進水管2水連接，外延進水管I的下管口與自來水管水連接。出水管由外延出水管3、殼體出水管4連接而成，殼體出水管4設於殼體15上，外延出水管3位於殼體15外，外延出水管3的上管口與殼體出水管4水連接，外延出水管3的管身繞至殼體15外下端，外延出水管3的下管口與用水點水連接。外延進水管1、外延出水管3均為非金屬材質且有效長度大於自身半徑平方的53倍以上。
[0020]本實施例還包括同軸設置於殼體15內的電熱芯組件12、換熱芯組件16。換熱芯組件16設於殼體15的下端，電熱芯組件12設於殼體15的上端。殼體15上端設有安裝電熱芯組件12的安裝口，下端設有安裝換熱芯組件16的安裝口。
[0021]如圖1、圖2、圖4和圖5所示，換熱芯組件16由芯冠14、芯殼壁17、恆壓溢流管25、底盤19、介質進入管20和介質外出管21和結構加強環22組成。芯冠14、芯殼壁17和底盤19圍成容腔。芯殼壁17為非光滑曲面，芯殼壁17設有軸向、徑向或螺旋的凸紋(或凹槽)。芯冠14為球冠或錐冠。結構加強環22內置於芯殼壁17與底盤19的結合部位，緊貼芯殼壁17下部內表面。恆壓溢流管25、介質進入管20和介質外出管21分別從底盤19伸進容腔內，底盤19封閉殼體15的安裝口。恆壓溢流管25的長度最長，介質進入管20的長度次之，介質外出管21的長度最短。恆壓溢流管25的上管口接近芯冠14處，其下管口開在容腔外與大氣直接聯通或通過排氣閥與大氣間接聯通；介質進入管20的上管口開在容腔內的二分之一至三分之二間，其下管口在容腔外與一次熱源太陽能、熱泵等的熱循環介質外出管做液態連接；介質外出管21的上管口接近底盤19上表面，其下管口在容腔外與一次熱源太陽能、熱泵等的冷循環介質進入管做液態連接。此外，介質進入管20和介質外出管21的上管口均為斜切開口，有效地增加了管口面積，減少了運行阻力，並降低了管口被堵塞的概率。
[0022]如圖1、圖3和圖6所示，電熱芯組件12由溫控探管5、頂盤6、集熱罩10和電加熱管11組成，頂盤6封閉殼體15的安裝口，集熱罩10、電加熱管11、溫控探管5均安裝在頂盤6的同一側,集熱罩10所圍成的空間底部與殼體15連通,溫控探管5、電加熱管11包圍在集熱罩10所圍成的空間內，集熱罩10的上部還設有一個至若干個連通集熱罩10內外的平衡口 9。出水管穿過頂盤6與殼體15內部連通，出水管的進水口位於內膽頂部(即集熱罩10的頂面)。出水管的進水口位於內膽最高點，當用戶用熱水時會產生水壓降，保證膽內儲蓄的溫度最高的水可直接優先被取用。
[0023]如圖1、圖6和圖7所示，換熱芯組件16容腔的長度比集熱罩10的長度長，而且集熱罩10上間隔設置有延伸條，換熱芯組件16的芯冠14被夾套於延伸條之中。延伸條作為換熱芯穩定器13固定換熱芯組件16，有效避免換熱芯組件16在運輸過程中損壞。此外，換熱芯穩定器13還可以設計成如圖8或圖9所示的網狀環結構，網狀環至少設有一排使集熱罩10內部與內膽連通的通水孔，通水孔的形狀可以是方形或橢圓形等。
[0024]如圖2和圖3所示，殼體15在上下兩端的安裝口外圍均設有螺紋鎖緊配合件8，電熱芯組件12、換熱芯組件16分別安裝在相應的安裝口內並通過螺紋鎖緊環7與螺紋鎖緊配合件8固定。此外，電熱芯組件12、換熱芯組件16與安裝口之間分別設有密封墊18。螺紋鎖緊環7與螺紋鎖緊配合件8之間還設有徑向插入兩者的鉚釘23。由於換熱芯組件16、電熱芯組件12都是採用高度模塊化的制式組件，配合螺紋鎖緊環7與螺紋鎖緊配合件8、密封墊18，它們都處在同一軸心的安裝線上，在實際生產中均可實現一個裝配動作，就能有效地完成其鎖緊密封作業，這種簡化的高裝配性結構，利於工廠流水線的快速高效的生產安裝，便於售後服務的現場維修。
[0025]本實施例在換熱芯組件16內充滿防凍液或冷媒介質，內膽殼體15內充滿且保持聯通市政自來水，電加熱管11連接市電的狀態下，當一次熱源太陽能、熱泵等工作時，會將換熱芯組件16內的冷介質從介質外出管21吸出加熱，然後又會將加熱後的熱介質從介質進入管20送回換熱芯組件16的上部，熱介質通過熱芯組件16的芯殼壁17和芯冠14與殼體15內的市政自來水換熱，冷卻為冷介質，然後又被吸出加熱，如此循環。當一次熱源是慢速的自然循環且無強壓時，恆壓溢流管25的下管口外接一個三通，其下接一隻下墜式的盛液器，其側向直接與大氣聯通。當一次熱源是快速的強制循環或帶有強壓時，其三通側向通過排氣閥間接與大氣聯通。
[0026]當用戶使用熱水時，殼體15內會產生水壓降，市政自來水會從進水管進入殼體15的下部，而熱水則會通過集熱罩10和出水管輸出到用水點給用戶使用。當熱水的基礎溫度達到用戶的需求設定值時，就直接使用太陽能、熱泵等一次熱源提供的廉價熱水，而當基礎熱水溫度達不到用戶的需求設定值時，電加熱管11會在溫控探管5內的溫控探頭的控制下，對流經集熱罩10內的基礎熱水進行動態的按需補值性的加熱補差。
【權利要求】
1.一種帶電輔加熱的容積式換熱內膽，包括殼體(15)和設於殼體(15)內的電熱芯組件(12 )、換熱芯組件(16 )，殼體(15 )設有進水管、出水管和分別安裝電熱芯組件(12 )、換熱芯組件(16 )的安裝口，換熱芯組件(16 )設有容腔、介質進入管(20 )和介質外出管(21)，其特徵在於:所述電熱芯組件(12)主要由集熱罩(10)和電加熱管(11)組成，集熱罩(10)與殼體(15)連通並包圍電加熱管(11 )，出水管的進水口位於集熱罩(10)頂面、側面或集熱罩(10)所圍區域內。
2.根據權利要求1所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述換熱芯組件(16)、電熱芯組件(12)同軸設置,換熱芯組件(16)設於殼體(15)的下端，電熱芯組件(12)設於殼體(15)的上端。
3.根據權利要求2所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述集熱罩(10)的上部設有連通集熱罩(10)內外的平衡口(9)。
4.根據權利要求Γ3任一項所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述集熱罩(10)設有固定換熱芯組件(16)的換熱芯穩定器(13)。
5.根據權利要求4所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述換熱芯穩定器(13)為集熱罩(10)下部間隔設置的延伸條，換熱芯組件(16)被夾套於延伸條之中；或換熱芯穩定器(13)為設置於集熱罩(10)下部的網狀環，換熱芯組件(16)被夾套於網狀環之中。
6.根據權利要求5所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述換熱芯組件(16)還由芯冠(14)、芯殼壁(17)、恆壓溢流管(25)、底盤(19)和結構加強環(22)組成，容腔由芯冠(14)、芯殼壁(17)和底盤(19)圍成，結構加強環(22)設於底盤(19)與芯殼壁(17)的結合部位，恆壓溢流管(25)、介質進入管(20)和介質外出管(21)分別從底盤(19)伸進容腔內，底盤(19)封閉安裝口。
7.根據權利要求6所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述芯殼壁(17 )為非光滑曲面，芯殼壁(17 )設有軸向、徑向或螺旋的凸紋或凹槽。
8.根據權利要求1所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述殼體(15)在安裝口的外圍設有螺紋鎖緊配合件(8)，電熱芯組件(12)或換熱芯組件(16)安裝在安裝口內並通過螺紋鎖緊環(7)與螺紋鎖緊配合件(8)固定。
9.根據權利要求8所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述螺紋鎖緊環(7 )與螺紋鎖緊配合件(8 )之間設有徑向插入兩者的鉚釘(23 )。
10.根據權利要求1、2、3、8、9任一項所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述電熱芯組件(12)還由溫控探管(5)和頂盤(6)組成，溫控探管(5)內設有溫控探頭，頂盤(6 )封閉安裝口，集熱罩(10 )、電加熱管(11)、溫控探管(5 )均安裝在頂盤(6 )的同一側，且集熱罩(10)包圍溫控探管(5)。
11.根據權利要求10所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於:所述出水管穿過頂盤(6)與殼體(15)內部連通。
12.根據權利要求1、2、3、8、9任一項所述的帶電輔加熱的容積式換熱內膽，其特徵在於: 所述進水管由外延進水管(I)、殼體進水管(2)、內注管(24)連接而成，殼體進水管(2)設於殼體(15)上，內注管(24)安裝在殼體(15)內，內注管(24)的上管口與殼體進水管(2)水連接，內注管(24)下管口與殼體(15)底部相接近，外延進水管(I)位於殼體(15)外，夕卜延進水管(I)的上管口與殼體進水管(2 )水連接,外延進水管(I)的下管口與自來水管水連接； 所述出水管由外延出水管(3)、殼體出水管(4)連接而成，殼體出水管(4)設於殼體(15)上，外延出水管(3)位於殼體(15)外，外延出水管(3)的上管口與殼體出水管(4)水連接，外延出水管(3)的管身繞至殼體(15)外下端，外延出水管(3)的下管口與用水點水連接; 所述外延進水管(I)、外延出水管(3)均為非金屬材質且有效長度大於自身半徑平方的53倍以上。
【文檔編號】F24H1/18GK104315702SQ201410561101
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月21日 優先權日:2014年10月21日
【發明者】葉遠璋, 李恆旺 申請人:廣東萬和電氣有限公司