套管式聯裝高效兩用水箱的製作方法

2023-10-22 18:59:02 3

專利名稱：套管式聯裝高效兩用水箱的製作方法
技術領域：
本發明涉及換熱水箱，特別涉及一種套管式聯裝高效兩用水箱。
背景技術：
目前的熱泵水箱基本都是採用桶型結構，內部設冷凝盤管或在水膽外部盤繞冷凝 盤管而成，也有帶內襯的熱泵水箱專利(200510015722. 5)，水箱直徑都大於400mm，而水箱 承壓計算表達式為P = 2SR/D，端蓋承壓表達式為P = (D/2)2X ji XG,(其中P_可承受 壓力；S-鋼管的公稱壁厚；R-該材質允許應力；D-鋼管的公稱直徑；G為工作壓力)，從計算 表達式可知，圓桶水箱的承壓與直徑成反比，大口徑水箱又只能採用卷板焊接技術，自來水 壓力是0. 3MPa，端部承壓達到(40/2)2X ji X3 = 3768kg，鋼板壁厚在2. 8mm以上，焊接應 力部位仍然容易過早開裂；製冷劑的工作壓力高達2. 4 2. 6MPa，壁厚可想而知，上述100L 的水箱換熱面積僅lm2左右，為了增加水膽強度及製冷劑流動，該技術要把水膽壓出凹坑通 道，由於單孔截面積必須大於壓縮機出口面積，上述方式又使換熱冷媒容積率過高，低溫無 法使用；水膽採用不鏽鋼時，由於不鏽鋼中的主要防腐元素鎳焊接受熱後遷移，進一步加劇 水箱焊口過早腐蝕損壞，成為短命產品，上述技術在工裝工藝上較難實現，不具備工業實用 性。而諸如專利號為200720048983. 1提供的換熱水箱以及其他一些公開技術，水箱 由兩個以上內桶構成，其結構的限制只能將銅管盤繞在水箱內部或水膽外部，製冷劑在一 個0型管路或D字型管路中流動時，只有緊貼管壁內側(約佔總流量10%)的製冷劑在進 行換熱，其餘中心部分90%的製冷劑氣體都在無效流動；採用直徑10mm，盤繞30m銅管，制 冷劑流動阻力已經很大，但換熱面積還不足lm2，無法滿足3000W以上熱泵機組換熱，由於盤 管內製冷劑容積量已達1500cm3，小機組空調又無法滿足冷媒需求。上述水箱在-20°C氣溫下，製冷劑會全部變成液體阻滯在水箱盤管中，導致系統無 法工作，因此國內外所有空氣能熱泵熱水器無一不標明氣溫低於-10°C時，由電熱管輔助 加熱，並且加熱水溫高於30°c時，COPS 1。而且這種落地結構的水箱安裝在衛生間內，不 僅佔用住宅面積大，還要在箱體外連接熱水出口、冷水進口、製冷劑進口、製冷劑出口、熱水 過壓溢流口等管路，極不美觀。同時現有真空管太陽能熱水器由於電加熱管設在圓桶水箱 下部，無陽光時，由於真空管下部的水不能被加熱，安裝在北方時，經常容易凍裂；夏天水溫 較高時，還容易出現炸管現象，無陽光時完全靠電加熱，耗能仍很大。

發明內容
針對現有的換熱水箱使用壽命短、換熱效率低、容易受環境影響等問題，本發明提 供一種套管式聯裝高效兩用水箱。本發明的套管式聯裝高效兩用水箱包括外殼和水膽，包括外殼和裝配在外殼內的 水膽，水膽由上、下端蓋和上下端蓋之間的雙層金屬管構成，雙層金屬管由外管和內管構 成，外管的內壁與內管的外壁之間有0. 04 0. 6mm的空隙作為製冷劑換熱通道；外管上部
3設有製冷劑進口，下方設有製冷劑出口，製冷劑進口和製冷劑出口均與製冷劑換熱通道連 通，水膽內部通過熱水出口和冷水進口分別與出水管道和進水管道連通。上述的製冷劑換熱通道的高度與外管內徑之比大於8。上述的製冷劑進口和製冷劑出口與製冷劑換熱通道連接處均設有環形導流凹槽， 環形導流凹槽由外管擴張或由內管壓縮形成。上述的套管式聯裝高效兩用水箱中外殼內的水膽至少為2個，各水膽之間的製冷 劑進口通過管道串聯在一起，並通過管道與壓縮機出口連通；各水膽之間的製冷劑出口通 過管道串聯在一起，並通過管道與壓縮機進口連通；各水膽並排固定在一個支架上。上述的外殼由外殼上部、外殼中部和外殼下部構成，外殼上部與水膽上端蓋之間 設有發泡保溫材料；外殼下部與水膽的下端蓋之間設有發泡保溫材料；外殼中部選用不透 明外罩、一個側面透明的外罩或多個玻璃管，當外殼中部為不透明材質時，外殼中部與外管 之間設有發泡保溫材料，當外殼中部為多個玻璃管時，每個水膽各自位於一個玻璃管內，玻 璃管與外管之間為真空，此時外管的外表面上設有黑色塗層；當外殼中部為一個側面透明 的外罩時，外管與外殼中部的不透明側面之間用發泡保溫材料填充，外管與外殼中部的透 明側面相對的外表面上設有黑色塗層，外管與透明側面之間不用保溫材料填充，此時外殼 中部分為前後兩部分，前部有黑色塗層的外管與透明側面相對，後部在外管和不透明側面 之間填充保溫材料，兩部分之間採用板材隔斷；黑色塗層用於太陽能吸熱。上述的各水膽上的冷劑換熱通道水平截面積的總和大於壓縮機出口的截面積。上述的熱水出口和冷水進口同時位於水膽的上端蓋，或同時位於水膽的下端蓋， 或分別位於水膽的上下端蓋上；當熱水出口和冷水進口同時位於水膽的上端蓋上時，冷水 進口在水膽內與一個管道連接，該管道延伸至水膽內的底部；當熱水出口和冷水進口同時 位於水膽的下端蓋上時，熱水出口在水膽內與一個管道連接，該管道延伸至水膽內的頂部。本發明的套管式聯裝高效兩用水箱的製作方法為在外管中插入內管，使外管的內徑與內管的外徑間隙在0. 04 0. 6mm之間，做為 製冷劑換熱通道，通過對外管擴壓或對內管擠壓使管子上、下端部形成環狀製冷劑導流凹 槽，並使內外管的上下端固定在一起形成內外管之間空隙的密封，將上、下端蓋安裝在內管 兩端，通過機械或熱熔方式向內擠壓形成擠壓密封，在外管上部的外側加工有小孔並焊接 一根鋁管作為製冷劑進入管路，在下部的外側也加工有小孔並焊接另一根細管作為製冷劑 回流管路，在上端蓋上開設熱水出口，在下端蓋開設冷水進口，形成一個水膽；由多個上述 水膽並排固定在一個底腳支架上。各上端蓋的熱水出口通過管道並聯連接到出水口管道上，各下端蓋的冷水口通過 管道並聯連接到進水口管道上，各製冷劑進口和製冷劑出口分別並聯後，分別連接到製冷 劑進口管道和製冷劑出口管道上。將上述連接完管道的水膽放入外殼內，上端蓋和製冷劑進口管道設置在外殼上部 內，製冷劑進口管道穿過外殼上部與外部管道連通，在上端蓋和外殼上部之間填充發泡保 溫材料；下端蓋和製冷劑出口管道設置在外殼下部，製冷劑出口管道穿過外殼下部與外部 管道連通，在下端蓋和外殼下部之間填充發泡保溫材料；當外殼中部為不透明外罩時，將水 膽的金屬套管設置在外殼中部內並填充發泡保溫材料；當外殼中部為玻璃管時，在外管的 外表面塗覆黑色塗層，將玻璃管套在金屬套管外並將金屬管與外管之間的空間密封，然後開設真空孔並抽真空，再將真空孔封閉；當外殼中部為一個側面透明的外罩時，用一個隔板 將外殼中部分為兩部分，隔板與各水膽的中心在同一平面上，在外管與不透明側面之間填 充保溫材料，在外管與透明側面相對的外表面上塗覆黑色塗層。黑色塗層為噴塗的抗氧化 黑漆或氧化而成的黑色吸熱層，用於吸收太陽能。當熱水出口和冷水進口同時設置在上端蓋上時，熱水出口和冷水進口分別連接出 水管道和進水管道，並穿過外殼上部與外部管道聯通，在內膽內部的冷水進口處預先焊接 一個延伸至內膽底部的管道；當熱水出口和冷水進口同時設置在下端蓋上時，熱水出口和 冷水進口分別連接出水管道和進水管道，並穿過外殼下部與外部管道連通，在內膽內部熱 水出口處預先焊接一個延伸至內膽頂部的管道；當熱水出口和冷水進口分別位於上、下端 蓋上時，熱水出口和冷水進口分別連接出水管道和進水管道，出水管道和進水管道分別從 外殼上部和外殼下部與外部管道連通。本發明的套管式聯裝高效兩用水箱具有如下優點製冷劑在一個極薄的縫隙中垂 直向下流動，不僅換熱面積大，製冷劑換熱利用率高，製冷劑垂直向下流動與熱水上升方向 形成最佳對流，而多個套管縫隙的截面積之和又大於壓縮機出口管路截面積，使壓縮機輸 出阻力極小，配接小功率機組效率高，連接大功率空調可做低溫高效採暖熱源。本發明的水 箱還具有使用壽命長，適用於多種環境等優點。實際上在-20°C氣溫下，熱泵系統正卡諾循 環理論效率計算式為C0P = Ta/Ta-To,當蒸發溫度To為_20°C，冷凝溫度Ta為30°C時，換 算成絕對溫度代入上式得C0P = 303. 15/(303. 15-253. 15) = 6. 06，現有技術與理論值相 差巨大，本發明熱泵水箱系統，以製冷劑流通的橫斷面來說，單位時間內95%以上的製冷劑 氣體都在進行換熱，熱泵制熱效率有了 一個質的飛躍。


圖1為本發明實施例1中的套管式聯裝高效兩用水箱剖面結構示意圖；圖2為本發明實施例1中的套管式聯裝高效兩用水箱水膽局部剖面結構示意圖；圖3為本發明實施例2中的管式聯裝高效兩用水箱側視圖；圖中1、內管，2、外管，3、製冷劑換熱通道，4、環形導流凹槽，5、製冷劑進口，6、製冷 劑出口，7、熱水出口，8、冷水進口，9、上端蓋，10、下端蓋，11、發泡保溫材料，12、底腳支架， 13、外殼上部，14、外殼中部，15、外殼下部，16、進水管道，17、出水管道，18、製冷劑進口管 道，19、製冷劑出口管道，20、玻璃管，21、玻璃管端部的密封。
具體實施例方式實施例1套管式聯裝高效兩用水箱包括外殼和水膽，結構如圖1所示，水膽頂端結構如圖2 所示，水膽由上端蓋9、下端蓋10和雙層金屬管構成，上端蓋9上設有熱水出口 7，下端蓋上 設有冷水進口 8，雙層金屬管由外管2和內管1構成，內管1的上端與上端蓋9固定在一起， 內管1的下端與下端蓋10固定在一起，外管2套在內管1外，外管2的上端與內管1的上 端固定在一起，外管2的下端與內管1的下端固定在一起，外管2的中部內壁與內管1的中 部的外壁之間設有0. 04 0. 6mm的空隙形成製冷劑換熱通道3 ；外管2上設有製冷劑進口 5和製冷劑出口 6，製冷劑進口 5和製冷劑出口 6通過製冷劑換熱通道3連通。
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外管2材質為通用型6063拉伸鋁合金管，內徑76. 2mm,壁厚1. 5mm,內管材質為TA 系列純鈦管，外徑76mm，壁厚1. 2mm,製冷劑換熱通道3的高度與外管2內徑之比大於8。製冷劑進口 5位於製冷劑換熱通道3的頂端，製冷劑出口 6位於製冷劑換熱通道 3的底端；在製冷劑進口 5和製冷劑出口 6與製冷劑換熱通道3連接處分別設有環形導流 凹槽4，環形導流凹槽4由外管2擴張或由內管1壓縮形成。套管式聯裝高效兩用水箱中設有5個水膽，各水膽之間的製冷劑進口 5通過管道 串聯連接到製冷劑進口管道18上，並通過製冷劑進口管道18與壓縮機出口連通；各水膽之 間的製冷劑出口 6通過管道串聯連接到製冷劑出口管道19上，並通過製冷劑出口管道19 與壓縮機進口連通，各水膽單排固定在一個底腳支架12上。各水膽的熱水出口 7通過管道串聯到出水管道17上；各水膽的冷水進口 8通過管 道串聯到進水管道16上。上述的外殼由外殼上部13、外殼中部14和外殼下部15構成，外殼上部13與上端 蓋9之間設有發泡保溫材料11，外殼上部13內還設有製冷劑進口管道18和出水管道17 ； 外殼下部15與下端蓋10之間設有發泡保溫材料11，外殼下部還設有製冷劑出口管道19和 進水管道16 ；外殼中部14為不透明材質，外殼中部14與外管2之間設有發泡保溫材料11。上述的各水膽上的冷劑換熱通道水平截面積的總和大於壓縮機出口的截面積。上述的水膽的外管承壓為(2 X 1. 5 X 160Mpa) /76. 2 = 6. 3Mpa，內管承壓 為(2X 1. 2X380/2Mpa)/76 = 6. 5Mpa，當自來水壓力為3kg時，端部最大承壓為 (7. 6/2)2X Ji X3 = 136kg，僅為圓桶型熱水器的1/27。上述的水箱可以輕鬆的鑲嵌在各房間的牆壁上或安裝在衛生間的門後，最大限度 的節省住宅空間，各種管路接口從地下預埋至套管式換熱水箱下部，連接冷水進口、熱水出 口、製冷劑進口、製冷劑出口後，用活動下檔板密封成換熱水箱一體，美觀大方。實施例2套管式聯裝高效兩用水箱同實施例1，不同點在於套管式聯裝高效兩用水箱中 設有10個水膽，外殼中部為一個側面為玻璃板的外罩，其餘三個側面為不透明材質，外管 與玻璃板相對的側面上設有黑色塗層，用一個隔板將外殼中部分為兩部分，隔板與各水膽 的中心在同一平面上，在外管與不透明側面之間填充保溫材料，在外管與透明側面相對的 外表面上塗覆黑色塗層。換熱面積為0. 076mX3. 14mXl. 8mX10 根=4. 3m2，容積率 V = (S1-S2) .H.N(其 中SI為外管內圓面積，S2為內管外圓面積，H為管長，N為根數)，將上述參數代入上式得 V = 432cm3，製冷劑流通面積S = (S1-S2) *N，將上述參數代入上式得S = 2. 4cm2，遠大於 壓縮機出口面積，水箱容量為82L，本熱水器適合安裝在封閉的平臺內，最大可配接9900W 空調，做高效採暖熱源或速熱熱水器。水箱內管採用TA系列無縫純鈦管，速熱工作水溫較低，耐腐蝕性極強，壽命可達 30年以上。水箱外管採用耐腐蝕型號鋁合金，能夠通過內管氧化及防腐，降低成本延長壽 命。水箱外型尺寸為0. 13 0. 18mX0. 7mX2m，可以輕鬆的安裝在封閉的平臺內，最
大限度的節省住宅空間，各種管路接口從地下預埋至套管式換熱水箱下部，連接冷水進口、熱水出口、製冷劑進口、製冷劑出口後，用活動下檔板密封成換熱水箱一體，美觀大方。最大 可配接9900W空調，也可以直接安裝在朝陽封閉的平臺上，做熱泵太陽能兩用水箱。實施例3套管式聯裝高效兩用水箱水膽結構同實施例1，不同點在於外管採用內徑 114. 5mm，壁厚1. 8mm的通用型拉伸鋁合金管，長度為1. 8m，外管的外表面塗有黑色塗層，內 管採用304材質不鏽鋼管，外徑114. 4mm，壁厚1. 6mm。夕卜管承壓為(2X1.8X160Mpa)/114. 5 = 5. 03Mpa,內管承壓為 (2X1.6X380/2Mpa)/114. 4 = 5. 3Mpa，當自來水壓力為3kg時，端部最大承壓僅為 (11. 4/2)2X 31 X3 = 306kg。套管式聯裝高效兩用水箱內設有6個水膽，單排固定在底腳支架上，水膽的總換 熱面積為 0. 114mX3. 14mXl. 8mX6 根=3. 87m2，容積率 V = (S1-S2) .H (其中 SI 為外 管內圓面積、S2為內管外圓面積、H為管長、N為根數)，將上述參數代入上式得V = 204cm3， 製冷劑流通面積S = (S1-S2) *N，將上述參數代入上式得S = 1. 13cm2，遠大於壓縮機出口 面積，水箱容量為103L。套管式聯裝高效兩用水箱側視圖結構如圖3所示，外殼上部和外殼下部與實施例 1相同，外殼中部為玻璃管20，玻璃管20和外管之間為真空，玻璃管的端部與外殼上部或外 殼下部之間用玻璃管端部密封21隔離。該熱水器由於有真空隔熱層可以直接安裝在室外。
權利要求
一種套管式聯裝高效兩用水箱，包括外殼和裝配在外殼內的水膽，其特徵在於所述的水膽由上、下端蓋和上下端蓋之間的雙層金屬管構成，雙層金屬管由外管和內管構成，外管的內壁與內管的外壁之間有0.04～0.6mm的空隙作為製冷劑換熱通道；外管上部設有製冷劑進口，下方設有製冷劑出口，製冷劑進口和製冷劑出口均與製冷劑換熱通道連通，水膽內部通過熱水出口和冷水進口分別與出水管道和進水管道連通。
2.根據權利要求1所述的一種套管式聯裝高效兩用水箱，其特徵在於所述的製冷劑換 熱通道的高度與外管內徑之比大於8。
3.根據權利要求1所述的一種套管式聯裝高效兩用水箱，其特徵在於所述的製冷劑進 口和製冷劑出口與製冷劑換熱通道連接處均設有環形導流凹槽，環形導流凹槽由外管擴張 或由內管壓縮形成。
4.根據權利要求1所述的一種套管式聯裝高效兩用水箱，其特徵在於所述的外殼內 的水膽至少為2個，各水膽之間的製冷劑進口通過管道串聯在一起，並通過管道與壓縮機 出口連通；各水膽之間的製冷劑出口通過管道串聯在一起，並通過管道與壓縮機進口連通； 各水膽並排固定在一個支架上。
5.根據權利要求1所述的一種套管式聯裝高效兩用水箱，其特徵在於所述的外殼由外 殼上部、外殼中部和外殼下部構成，外殼上部與水膽上端蓋之間設有發泡保溫材料；外殼下 部與水膽的下端蓋之間設有發泡保溫材料；外殼中部選用不透明外罩、一個側面透明的外 罩或多個玻璃管，當外殼中部為不透明材質時，外殼中部與外管之間設有發泡保溫材料，當 外殼中部為多個玻璃管時，每個水膽各自位於一個玻璃管內，玻璃管與外管之間為真空，此 時外管的外表面上設有黑色塗層；當外殼中部為一個側面透明的外罩時，外管與外殼中部 的透明側面相對的外表面上設有黑色塗層。
6.根據權利要求4所述的一種套管式聯裝高效兩用水箱，其特徵在於所述的各水膽上 的製冷劑換熱通道橫截面積的總和大於壓縮機出口的截面積。
7.根據權利要求1所述的一種套管式聯裝高效兩用水箱，其特徵在於所述的內管的上 端與上端蓋固定在一起，內管的下端與下端蓋固定在一起，外管的上端與內管的上端固定 在一起，外管的下端與內管的下端固定在一起。
8.根據權利要求1所述的一種套管式聯裝高效兩用水箱，其特徵在於所述的熱水出口 和冷水進口同時位於水膽的上端蓋，或同時位於水膽的下端蓋，或分別位於水膽的上下端 蓋上；當熱水出口和冷水進口同時位於水膽的上端蓋上時，冷水進口在水膽內與一個管道 連接，該管道延伸至水膽內的底部；當熱水出口和冷水進口同時位於水膽的下端蓋上時，熱 水出口在水膽內與一個管道連接，該管道延伸至水膽內的頂部。
全文摘要
一種套管式聯裝高效兩用水箱，包括外殼和裝配在外殼內的水膽，其特徵在於所述的水膽由上、下端蓋和上下端蓋之間的雙層金屬管構成，雙層金屬管由外管和內管構成，外管的內壁與內管的外壁之間有0.04～0.6mm的空隙作為製冷劑換熱通道；外管上部設有製冷劑進口，下方設有製冷劑出口，製冷劑進口和製冷劑出口均與製冷劑換熱通道連通，水膽內部通過熱水出口和冷水進口分別與出水管道和進水管道連通。本發明的套管式聯裝高效兩用水箱換熱面積大，製冷劑換熱利用率高，配接小功率機組效率高，連接大功率空調可做低溫高效採暖熱源，還具有使用壽命長，適用於多種環境等優點。
文檔編號F24H9/00GK101852492SQ20101017890
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月21日 優先權日2010年5月21日
發明者仲寧, 奉政一, 晏飛 申請人:奉政一