[发明专利]分体太阳能热水系统换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种分体太阳能热水系统换热器，用于非承压式分体太阳能热水系统中。

背景技术

换热器是工业化生产过程中，尤其是给配热、暖通、化工工程上常用的热交换设备，种类繁多用途广泛。 在国内太阳能热水器中应用的换热器方式仅有几种方式，主要是夹套式、盘管式、小胆式、翅片式等几种结构形式，其中的热交换过程都是一些典型的热传导过程。所实现的功能也仅现为换热一种方式而没有其他的功能，换热器的附加功能的开发在整个太阳能系统飞跃式发展中具有决定性的意义，对太阳能热水器和热泵热水器等新能源热水器，具有很大的推动作用。

目前在太阳能热水器使用的换热器有说明书附图1所示的夹套式换热器、附图2所示的翅片式换热器、附图3所示的盘管式换热器，这三种换热器是目前太阳能热水器最为常见三种换热器。目前在太阳能热水器行业应用的换热器相对简单。功能单一，在国标GB 151-1999《管壳式换热器》已有明确描述，对换热器材料、厚度、设计温度、耐压、密封方式、换热面积、连接方式等等都有了详细的要求，这也是换热器形式鲜有新形式出现的主要原因。

现有换热器的典型缺点之一如前所述是其功能仅仅是换热一个功能。另外因换热器内充填有换热介质，具有一般物质热胀冷缩的属性，换热过程中的介质膨胀现象，尤其是因介质相变而产生的较大的膨胀，致使换热器内会产生很大压力。为了安全的在太阳能系统中使用换热器通常必须配套相应的膨胀罐来缓冲换热系统因系统内换热介质热胀冷缩而对换热系统的负面影响。膨胀罐的使用完全解决了这一问题，不过膨胀罐是一个封闭的带有橡胶内胆的罐体，通常设置在换热系统的管路上，直接受到工质的热影响，橡胶内胆容易失效，维护费用较高。

2002年国内太阳能热水器行业引进了国外先进的分体双循环热水系统，到目前日趋完善，普及率越来越高，但分体双循环热水系统也必须有换热器，同时也要配套膨胀罐。品质有保证的公司所使用的膨胀罐一直执行欧盟的德国标准DIN EN 13831-2007《水中装置用安装在隔膜内的封闭式膨胀罐》，高标准的执行也为分体双循环热水系统推广带来很大困难。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种新结构形式的用于分体太阳能热水系统的换热器，使其既具有换热器的功能，也具有膨胀罐的功能。

本发明采用以下技术方案：

该发明分体太阳能热水系统换热器，包括：

换热器本体；

外接管路，匹配连接在所述换热器本体上；以及

胆，为一封闭的腔体，且底部与换热器本体内热媒通道相连通。

依据本发明的用于分体太阳能热水系统的换热器，换热器本体主要用于热交换，而胆则具有膨胀罐的功能。进一步地，该换热器用于非承压式太阳能热水系统，所述胆所承压不大，类同于膨胀罐的承压能力，也跟膨胀罐一样不参与循环。区别在于所述胆与换热器本体直接连成一体构成一种新型的换热器，置于水箱内部，水箱外附件减少。不仅如此，这里的胆与膨胀罐的工作机理有区别，首先，膨胀罐通过橡胶隔膜进行压力缓冲，胆主要通过对胆内气体的压缩实现压力的缓冲，当然，一定程度上也可以使用膨胀罐，但工作机理也与已知的膨胀罐工作机理不同；本方案也没有排除膨胀罐作为胆来使用，只是膨胀罐不仅不是最佳的选择，而且还是相对较差的选择，较佳的选择是胆内中空，通过气体可压缩比大的特点进行压力缓冲，不仅成本低，而且可维护性能好，尤其是容易做防腐处理。并且当工质发生相变时，若使用膨胀罐做胆其作用就极其有限了。

此外，由于胆作为换热器的一部分而在使用状态下位于水箱内部，胆的热量散逸直接为水所吸收，热利用率高，且发生相变的工质（太阳能热水器中所使用的工质，也就是热媒的沸点都高于水的沸点）重新变为液态，系统压力随之降低。显然，设置在水箱外部的膨胀罐会对换热系统的热利用带来不利影响。

上述分体太阳能热水系统换热器，所述胆的有效容积为                                               ；

式中，V_S——胆的有效容积，L；

V_P——所述换热器本体内传热工质的容量，L；

E——传热工质的热膨胀系数，无量纲；

k——安全系数，无纲量，取值1.3~1.8；

P_i——胆内初始压力，MPa；

P_f——胆内最大工作压力，MPa。

上述分体太阳能热水系统换热器，所述安全系数取1.5。