螺旋流热水加热空气水箱的制作方法

螺旋流热水加热空气水箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种螺旋流热水加热空气水箱，属于太阳能【技术领域】，可利用太阳热水或回收淋浴水等废热水加热空气，获得充分高温与高速的热空气流，可广泛用在采暖、通风、加热、干燥、推动等场合。热水与空气的换热与流动是全自然被动方式。可单元与规模组合应用。单元与组合水箱包括加热提速段与引入引出段。加热提速段包括内外环水箱及空气夹层，都由依共中心轴内外排列的圆柱壁面围护构成。由内外环水箱设置叠层错孔水平孔板、空气夹层通道窄小并内置错孔横排圆筒孔壁，形成热水与空气自然螺旋流动，获得贴壁螺旋对流的强换热与强提速。空气夹层内外环壁采用导热性能好的金属材料，其它围护壁面可采用塑料等价廉及易加工材料。
【专利说明】螺旋流热水加热空气水箱

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种利用太阳热水加热空气装置，属于太阳能【技术领域】。

【背景技术】
[0002] 在需要一定高温或高速流动空气的场合，一般技术的空气加热，采用强制流动强 化换热与流动，系统复杂，能耗、代价及污染都较高。采用太阳能系统，则系统不太复杂，可 以全自然被动方式运行，无污染，投资与运行经济低廉。若可实用，是优选系统。
[0003] 可加热空气的太阳能光热技术包括空气集热与热水集热两大方式，一般采用空气 集热直接提供采暖、加热、干燥、通风、推动等方面的热空气，应用广泛。空气系统可直接集 热加热空气，但空气与热水相比热容小，蓄热差，介质无形，流动与储热无法控制。由空气系 统的不足，可采用太阳热水集热，再由太阳热水间接加热空气。热水系统虽升温慢，系统稍 复杂，冬季需防冻等，但热容大，蓄热好，介质有形，流动与储热易控。
[0004] 太阳系统的技术优势与实用价值在被动自然方式运行。太阳热水温度不高，以自 然流动被动方式强化换热，达到一定的空气高温与末端流速是应用难点，限制了应用。
[0005] 空气与水的螺旋流动，存在前后及圆周两个方向的流动作用，这种流动形式可极 大增强换热与提高流速。在水漩涡以及龙卷风等自然现象里，可看见这种自然流动方式的 巨大力量。用孔板等方式可产生水及空气的螺旋流动。其根本原因，是孔板的独特开孔排 列，形成了流体阻力的差异，以及对流动方向的控制。前述场合的设计，组织水与空气的螺 旋流动，以强化换热、提高流速，其应用尚不充分。 实用新型内容
[0006] 由上述困难与不足，本实用新型提供一种热水与空气自然螺旋逆向流动、热水加 热空气的加热水箱。由其空气流动夹层的窄小设置形成的窄小空气通道与小空气流量，以 及空气与水的逆向螺旋流动，本实用新型的螺旋流热水加热空气水箱，其换热与流动强化 充分，能达到空气的充分高温与高流速。
[0007] 本实用新型的技术方案是：
[0008] -种螺旋流热水加热空气水箱，其水箱由加热提速段与引入引出段组成，例如，由 单元水箱（520)由单元水箱加热提速段（1)与引入引出段（511)、（518)组成；组合水箱 的加热提速段由单元水箱的单元水箱加热提速段（1)作基础单元组合形成，例如组合水箱 (557)设置四个基础单元组合；单元水箱（520)的加热提速段，以及组合水箱（557)的加热 提速段的基础单元，都以单元水箱加热提速段（1)的方式设置；单元水箱加热提速段（1)由 向空气加热的内环热水水箱（5)、空气吸热升温及流动的空气夹层（3)、向空气加热的外环 热水水箱（2)组成，并自内向外共轴，各呈圆筒柱、圆环柱以及圆环柱的结构与形状，并空 气夹层内置圆筒状孔板壁（4);水箱的引入引出段由内环热水水箱热水进水出水部分，空 气夹层空气引入引出部分，外环热水水箱引入引出部分组成；除空气夹层内外环壁外，各部 分采用易加工成型及价格低廉的材料，包括塑料材料；整体水箱外部围护保温材料。
[0009] 上述单元螺旋流热水加热空气水箱，其内环热水水箱（5)，由板（275)与板（306) 交替向下作为水箱内部隔板构成；板（275)与板（306)都是圆形隔板，其开孔都为沿整圆 周360度，隔30度角开一孔，共开12孔；上下层的板（275)与板（306)，其所开孔以投影水 平面为准，在孔下方的垂直方向上，沿排孔圆周线旋错错开15度角布置（305)，任一层任一 孔，其相邻层的正上方与正下方位置，都无孔排列，上述12孔等角开孔方式，上下层交叠的 板（275)与板（306)共设置25层；上述开孔方式亦可沿整圆周360度，隔某一等角度开孔， 开孔数乘以此等角度是360度，错孔角度是此等角度的二分之一；除上述的12孔层板的总 层数设置为25层板的设置情形外，内环热水水箱（5)的层板的总层数设置，包括所有的下 述情形，即采用360度除以前述开孔角度的一半角度后再加一的得到的总数，以此总数作 为层板总数，以形成一整圆周螺旋流的总层数设置的情形，并包括设置的总层数大于及小 于此总数的情形。
[0010] 上述单元螺旋流热水加热空气水箱，其外环热水水箱⑵，由板（155)与板（186) 交替向下作为水箱内部隔板构成；板（155)与板（186)都是圆环形隔板，其开孔都为沿整圆 周260度，隔30度角开一孔，共开12孔；上下层的板（155)与板（186)，其所开孔以投影水 平面为准，在孔下方的垂直方向上，沿排孔圆周线旋错错开15度角（185)布置，任一层任一 孔，其相邻层的正上方与正下方位置，都无孔排列，上述12孔等角开孔方式，上下层交叠的 板（155)与板（186)共设置25层；上述开孔方式亦可沿整圆周260度，隔某一等角度开孔， 开孔数乘以此等角度是360度，错孔角度是此等角度的二分之一；除上述的12孔层板的总 层数设置为25层板的设置情形外，外环热水水箱（2)的层板的总层数设置，包括所有的下 述情形，即采用260度除以前述开孔角度的一半角度后再加一的得到的总数，以此总数作 为层板总数，以形成一整圆周螺旋流的总层数设置的情形，并包括设置的总层数大于及小 于此总数的情形。
[0011] 上述单元螺旋流热水加热空气水箱，其空气夹层（3)的内外环壁材料采用高导热 特性的金属材料
[0012] 上述单元螺旋流热水加热空气水箱，其空气夹层内置圆筒状孔壁（4)，由12孔横 排（366)排列的孔组成的孔板（367)卷板成圆筒状孔壁，圆筒孔壁上任一排孔水平层上沿 圆筒面都有12孔，各孔沿圆周线等距离布置；其相邻两孔排的孔，在垂直方向上错开本排 孔间距的二分之一距离，任一排任一孔，其相邻孔排的正上方与正下方位置，都无孔排列； 其12孔横排由下至上共25层横排总层数；除上述的孔板（367)的孔横排采用开孔数为12 的情形外，孔板（367)的孔横排的开孔数设置，包括所有采用的其它开孔数的情形，并孔板 (367)的所有的采用其它开孔数的情形，其排孔规律与上述的采用12孔横排的排孔规律相 同；除上述的孔板（367)的孔横排采用开孔数为12时，设置横排总层数为25层的情形外， 孔板（367)的横排总层数设置，包括所有的以下情形，此情形是，横排总层数取与由孔板 (367)横排开孔数相同数目做开孔数的的水平层板所确定的，可形成一整圆周螺旋流的内 环热水水箱（5)以及外环热水水箱（2)的总层板数，作为横排总层数的情形，此情形并包括 大于及小于此总层板数的情形，此情形同样包括以上述方式，不限于上述的孔板（367)的 孔横排采用开孔数为12并设置横排总层数为25层的情形，并同样包括不限于孔板（367) 的孔横排采用开孔数为12时，只采用设置横排总层数为25层的情形。
[0013] 上述单元螺旋流热水加热空气水箱，其单元水箱（520)，由一个单元水箱加热提速 段（1)、一个上引入段（511)、一个下引出段（518)构成；其引入引出段由相互隔开不连通的 内外环水箱部分、空气夹层部分共三部分构成；其空气夹层部分（513)、（514)由单元水箱 加热提速段（1)的空气夹层上下延伸出加热提速段（1)形成空气引入引出夹层空间；其内 外环水箱部分各由单元水箱加热提速段（1)内的部分向上下延伸形成圆筒、圆环柱进水空 间，并设置对空气夹层内外环壁穿壁的带进出水开孔的进出水管；其内环水箱进水空间、空 气夹层空间、外环水箱进水空间在以单元水箱加热提速段（1)为准的上下延伸方向上各延 伸在内层、外层、内层。
[0014] 上述单元螺旋流热水加热空气水箱，其组合水箱（557)，由设置水平夹层引入引出 段（541)、（542)、（543)的四个单元水箱加热提速段（1)组合构成，四个加热提速段（1)基 础单元接入水平夹层引入引出段（552)、（554);其引入引出段外环水箱水平夹层（543)等， 由侧边或顶边侧（571)?（575)设置进水或出水进入此夹层空间向对加热提速段外环水箱 进出水，中环空气夹层延伸段内包内环水箱延伸段穿过此夹层；其引入引出段空气水平夹 层（542)，由侧边或顶边侧（601)?（605)对加热提速段设置空气引入引出，其引入引出空 间自加热提速段始，穿过外环水箱水平夹层（543)，并内环水箱延伸段穿过此夹层；其引入 引出段内环水箱水平夹层（541)，由侧边或顶边侧（631)?（635)设置进水或出水进入此夹 层空间向对加热提速段内环水箱进出水，内环水箱自加热提速段始，被内包穿过外环水箱 夹层（543)及中环空气夹层（542);其内环水箱水平夹层（541)、中间空气水平夹层（542)、 外环水箱水平夹层（543)在以四个单元水箱加热提速段（1)为准的上下延伸方向上各延伸 在最外层、中间层、最内层。
[0015] 本实用新型热水由上引入引出段，进入内外环水箱。热水由重力作用及孔板设置， 自上而下形成螺旋下降流动。热水螺旋环绕空气夹层内外环壁，逆向以对流与导热方式加 热夹层内螺旋上升的空气。前述孔板与层板设置，最上至最底层，水流旋绕空气夹层可等与 或大于一整圆周。热水放热后由下引入引出段排出。冷空气由下引入引出段引入，进入空气 夹层。空气由夹层内外环壁吸收贴壁螺旋水流强放热。空气夹层内置孔壁，抽拔空气贴壁 螺旋上升流动。由前述开孔排孔设置，最底至最上层，热空气可旋绕等于或大于一整圆周。 热空气并因窄夹层小流量，升温提速充分，换热与自然流动加强。
[0016] 本实用新型具有较高的流动与换热强化性能。
[0017] 本实用新型采用太阳能系统，并可利用淋浴水等废热水加热空气可减少环境污 染，全自然被动运行，无能耗代价。
[0018] 本实用新型可单元与规模组合应用，不同的组合可提高及控制空气流量及温度。
[0019] 本实用新型采用热水系统，集热蓄热环节一体，系统简化、紧凑。
[0020] 本实用新型由于其空气夹层内外环壁采用导热性能好的金属材料，水箱其它围护 壁面可采用塑料等材料，以此材料价格低廉，加工制造简单，并易于模块化组装。
[0021] 本实用新型以全自然被动式运行，系统运行维护简便，操作安全方便，并由模块组 合式应用、空气的充分高温与高速等特点，可作采暖、干燥、加热、通风、推动等多种用途，可 较多拓展应用场合。

【专利附图】

【附图说明】
[0022] 图1是单兀水箱提速段不意图；图2是外环水箱不意图；图3是空气夹层不意图； 图4是空气夹层孔壁不意图；图5是内环水箱不意图；
[0023] 图6是单元水箱加热提速段的隔板组合示意图；
[0024] 图7是内外环水箱隔板开孔示意图；
[0025] 图8是外环水箱隔板设置示意图；
[0026] 图9是外环水箱任一隔板示意图；
[0027] 图10是外环水箱任一隔板的相邻下层隔板示意图；
[0028] 图11是外环水箱隔板垂直交叠透视示意图；
[0029] 图12是内环水箱隔板设置示意图；
[0030] 图13是内环水箱任一隔板示意图；
[0031] 图14是内环水箱任一隔板的相邻下层隔板示意图；
[0032] 图15是内环水箱隔板上下垂直交叠透视示意图；
[0033] 图16是空气夹层开孔平板示意图；
[0034] 图17是上引入引出段空气夹层示意图
[0035] 图18是上引入引出段透视示意图；
[0036] 图19是上引入引出段进水设置示意图；
[0037] 图20是下引入引出段空气夹层示意图；
[0038] 图21是下引入引出段透视示意图；
[0039] 图22是下引入引出段出水设置示意图；
[0040] 图23是单元水箱加热提速段引入引出段空气夹层示意图；
[0041] 图24是单元水箱加热提速段设置引入引出段示意图；
[0042] 图25是四单元组合水箱加热提速段设置引入引出段透视示意图；
[0043] 图26是四单元组合水箱加热提速段的引入引出段的空气夹层示意图；
[0044] 图27是外环水箱进水空间示意图；
[0045] 图28是外环水箱进水空间段空气夹层示意图；
[0046] 图29是空气水平夹层热空气集气引出空间示意图；
[0047] 图30是空气水平夹层引入环形开口示意图；
[0048] 图31是内环水箱进水空间示意图；
[0049] 图32是内环水箱进水空间穿过的空气夹层示意图。
[0050] 图中：
[0051] 图1，1单元螺旋流热水加热空气水箱加热提速段，图2, 2外环孔板水箱，图3, 3内 置孔壁空气夹层，图4,4空气夹层内置孔壁，图5, 5内环孔板水箱；
[0052] 图6, 31单元水箱加热提速段的组合孔层板，2外环孔板水箱，3内置孔壁空气夹 层，4空气夹层内置孔壁，5内环孔板水箱；
[0053] 图7,91圆周30度辐射线，92外环孔板水箱排孔，93内环孔板水箱排孔；
[0054] 图8,121外环孔板水箱交叠孔板，122第1层板，123第2层板，124第3层板，125 第4层板，126第i层板（层i = 1?25,孔k = 1?12)，127第23层板，128第24层板， 129第25层板；
[0055] 图9,151板第1孔，152交叠基线，153板第j孔，154板第12孔，155外环孔板水 箱孔板板1 ;图10,152交叠基线，181板第1孔，182板第k孔，183板第12孔，185板对板1 错孔的15度角，186外环孔板水箱孔板；
[0056] 图11，151层1板第1孔，212层2板第1孔，213层3板第2孔，214层i板第k 孔，215层24板第12孔，216层25板第1孔，217外环孔板水箱层板交叠螺旋流孔分布； [0057] 图12, 241第1层板，242第2层板，243第3层板，244第4层板，245第i层板（层 i = 1?25,孔k = 1?12)，246第23层板，247第24层板，248第25层板，249内环孔板 水箱孔板；图13, 271板第1孔，272交叠基线，273板第j孔，274板第12孔，275内环孔板 水箱孔板；
[0058] 图14, 272交叠基线，301板2第1孔，302板2第k孔，303板2第12孔，305板2 对板1错孔15度,306内环孔板水箱孔板；
[0059] 图15, 331层1板第1孔，332层2板第1孔，333层3板第2孔，334层i板第k孔 (层i = 1?25,孔k = 1?12)，335层24板第12孔，336层25板第1孔，337外环孔板 水箱层板交叠螺旋流孔分布；
[0060] 图 16, 361 第 1 排 12 孔，362 第 2 排 12 孔，363 第 i 排 12 孔（i = 1-12)，364 第 24 排12孔，365第25排12孔，36612孔横排，367空气夹层内置孔壁卷板；
[0061] 图18, 391进水管，392上引入引出段，393空气引出夹层；
[0062] 图19, 391进水管，421进水管下开孔；
[0063] 图21，451空气引入夹层，452下引入引出段，453出水管；
[0064] 图22,453出水管，454出水管上开孔；
[0065] 图24, 511上引入引出段，512上引入引出段进水管，513空气引出夹层外环壁，514 空气引出夹层内环壁，515空气引入夹层内环壁，516空气引入夹层外环壁，517下引入引出 段出水管，518下引入引出段，520单元螺旋流热水加热空气水箱，1单元螺旋流热水加热空 气水箱加热提速段，393空气引出夹层，451空气引入夹层，3内置孔壁空气夹层；
[0066] 图25, 541内环水箱水平夹层，542中间空气水平夹层，543外环水箱水平夹层，544 外环水箱的外环壁，545空气夹层外环壁，546加热提速段的孔壁，547空气夹层内环壁，548 空气夹层圆环柱空间，549内环水箱的环壁，550内环水箱进水圆柱空间，552上引入引出 段，554下引入引出段，557四单元组合螺旋流热水加热空气水箱，558单元加热提速段；
[0067] 图27, 571外环水箱顶部边侧进水面，572外环水箱侧向进水面，573外环水箱侧向 进水面，574外环水箱侧向进水面，575外环水箱侧向进水面，576外环水箱顶部空气水平夹 层边界线；
[0068] 图29，601空气水平夹层顶部边侧引出面，602空气水平夹层侧向引出面，603空气 水平夹层侧向引出面，604空气水平夹层侧向引出面，605空气水平夹层侧向引出面，606空 气水平夹层顶部内环水箱边界线，542中间空气水平夹层，548空气夹层圆环柱空间；
[0069] 图31，631内环水箱进水空间顶部进水面，632内环水箱侧向进水面，633内环水箱 侧向进水面，634内环水箱侧向进水面，635内环水箱侧向进水面，550内环水箱进水圆柱空 间，541内环水箱水平夹层。

【具体实施方式】
[0070] 单元水箱与模块组合水箱两种实施方式是：
[0071] 具体实施可采用单元水箱与模块组合水箱两种方式，参见图23及图24的520单 元螺旋流热水加热空气水箱以及图25及图26的557四单元组合螺旋流热水加热空气水 箱。单元水箱及其组合，包括加热提速段与引入引出段两个方面。单元与组合水箱都以图1 的单元螺旋流热水加热空气水箱加热提速段（1)作基础单元，进行设置与组合。对基础单 元，即单元螺旋流热水加热空气水箱加热提速段（1)的组合，可由横向与纵向两个方向进 行。纵向即增减加热提速段单元水箱的孔板叠层数，横向即增减基础单元数，则可增加或改 变热空气温度或流量。需要大流量热空气，可增加组合水箱的基础单元数，可据所需规模确 定基础单元数。单元水箱与模块组合水箱的引入引出段，其引入引出都可采用进出水穿管 与设置水平夹层两种方式。参见图23、图24以及图25、图26,可以设置进水穿管与水平夹 层等不同方式引入引出。
[0072] 单元加热提速段的内外环水箱、空气夹层及内置孔板壁的空间组合关系是：
[0073] 参见图1，单元螺旋流热水加热空气水箱加热段（1)自外向内由外环孔板水箱 (2)、内置孔壁空气夹层（3)、空气夹层内置孔壁（4)、内环孔板水箱（5)依次组合。
[0074] 单元加热提速段的外环水箱及其孔板设置是：
[0075] 参见图1?图7,外环孔板水箱（2)设置在内置孔壁空气夹层（3)的外侧。参见 图6、图7,在单元水箱加热提速段的组合孔层板上（31)可看出，外环孔板水箱（2)的内环 壁是内置孔壁空气夹层（3)的外环壁。外环孔板水箱（2)采用空气夹层（3)的外环壁作 为内环壁，以围护封闭外环孔板水箱（2)的水流体。参见图7,外环孔板水箱排孔（92)，开 孔沿91圆周30度辐射线等角度布置.参见图2及图8,单元水箱的外环孔板水箱（2)是 整个加热提速段的外环圆环筒，由两种孔板，即图9与图10所示的外环孔板水箱孔板的板 (155)与板（186)，作为隔板由上至下交叠搁置形成。孔隔板共25层，隔成24个独立的以 板孔相互连通的水箱空间。参见图9与图10,外环孔板水箱孔板的板（155)与板（186)，都 是开12孔，开孔沿图7所示的30度圆辐射线（91)等角度布置。参见图9,外环孔板水箱孔 板的板（155)的12孔开孔，依次是板（155)第1孔（151)、板（155)第j孔（153)、板（155) 第12孔（154)，以交叠基线（152)与板（186)上下交叠；参见图10,外环孔板水箱孔板的板 (186)的12孔开孔，依次是板（186)第1孔（181)、板（186)第k孔（182)、板（186)第12 孔（183)，以交叠基线（152)与板（155)上下交叠，可见板（186)对板（155)错孔的15度角 (185) 。参见图9及图10,以交叠基线（152)为准上下交叠，板（155)与板（186)上下垂直 对应的孔是旋错15度布置，则25层孔板的任一板层的孔，其垂直正下方都无孔布置，以此 形成旋流。参见图8,任一外环孔板水箱交叠孔板（121)，可看成反复交替出现的、上下交叠 的板（155)与板（186);外环孔板水箱⑵内，由上自下的板（155)与板（186)的交叠规律 是，第1层板（122)即板（155)、第2层板（123)即板（186)、第3层板（124)即板（155)、第 4层板（125)即板（186)、第1层板]_(层1 = 1?25，板」=1，2，孔1^=1?12)(126)即 板（155)或板（186)、第23层板（127)即板（155)、第24层板（128)即板（186)、第25层板 (129)即板（155)。参见图11的层板交叠透视图，25层孔板可正好形成一整圆周旋流；其 可形成的整圆周旋流依次过孔是层1板（155)第1孔（211)、层2板（186)第1孔（212)、 层3板（155)第2孔（213)、层i板j第k孔（214)、层24板（186)第12孔（215)、层25板 (186) 第1孔（216)，以此可见外环孔板水箱层板交叠螺旋流孔分布（217)。
[0076] 单元加热提速段的内环水箱及其孔板设置是：
[0077] 参见图1?图7,内环孔板水箱（5)设置在内置孔壁空气夹层（3)的内侦彳。参见图 6及图7,在单元水箱加热提速段的组合孔层板（31)上可看出，内环孔板水箱（5)的外环壁 是内置孔壁空气夹层（3)的内环壁。内环孔板水箱（5)采用空气夹层（3)的内环壁作为外 环壁，以围护封闭内环水箱的水流体。参见图7,内环孔板水箱排孔（93)，开孔沿圆周30度 辐射线（91)等角度布置。
[0078] 参见图1?图7及图12?图15,单元水箱的内环水箱是整个加热提速段的内环圆 筒，由两种孔板，即图13及图14的板（275)与板（306)，作为隔板由上至下交叠搁置形成。 孔隔板共25层，隔成24个独立的以板孔相互连通的水箱空间。参见图13、图14,板（275) 与板（306)，都是开12孔，其开孔沿如图3所示的30度圆辐射线（91)等角度布置。
[0079] 参见图13,外环孔板水箱孔板（275)的12孔开孔，依次是板（275)的第1孔 (271) 、板（275)的第j孔（273)、板（275)的第12孔（274)，以交叠基线（272)与板（306) 上下交叠；
[0080] 参见图14,外环孔板水箱孔板（306)的12孔开孔，依次是板（306)的第1孔 (301)、板（306)的第k孔（302)、板（306)的第12孔（303)，以交叠基线（272)与板1上 下交叠，可见板（306)对板（275)错孔的15度角（305)。参见图13及图14,以交叠基线 (272) 为准上下交叠，板（275)与板（306)上下垂直对应的孔是旋错15度布置，则25层孔 板的任一板层的孔，其垂直正下方都无孔布置，以此形成旋流。参见图12,任一内环孔板水 箱交叠孔板（249)，可看成反复交替出现的、上下交叠的的板（275)与板（306);内环孔板 水箱（5)内，由上自下的板（275)与板（306)的交叠规律是第1层板（241)即板（275)、第 2层板（242)即板（306)、第3层板（243)即板（275)第4层板、（244)即板（306)、第i层 板」（层1 = 1?25，板]_ = 1，2，孔1^=1?12)(245)即板（275)或板（306)、第23层板 (246)即板（275)、第24层板（247)即板（306)、第25层板（248)即板（275)。参见图15 的层板交叠透视图，25层孔板可正好形成一整圆周旋流。其可形成的整圆周旋流依次过孔 是层1板（275)第1孔（331)、层2板（306)第1孔（332)、层3板（275)第2孔（333)、层 i板j第k孔（334)、层24板（306)第12孔（335)、层25板（275)第1孔（336)，以此可见 内环孔板水箱层板交叠螺旋流孔分布（337)。
[0081] 单元加热提速段的内置孔壁空气夹层的设置是：
[0082] 参见图1?图7,内置孔壁空气夹层（3)设置在外环孔板水箱⑵的内侧，内环孔 板水箱（5)的外侧，中间设置内置圆筒孔壁（4)。参见图6,在单元水箱加热提速段的组合 孔层板（31)上可看出，内置孔壁空气夹层⑶的外环壁是外环孔板水箱⑵的内环壁，其 内环壁是内环孔板水箱的外环壁（5)。空气夹层（3)既作为空气夹层环壁，又作为内外环水 箱的环壁，同时围护封闭水与空气两种流体。
[0083] 参见图23及图24,内置孔壁空气夹层（3)的上引入引出段的内外壁（513)与 (514)，以及下引入引出段的内外壁（515)与（516)，并包括其加热提速段的部分，是作为整 体空气夹层的一块整圆筒壁；其加热段的内置孔壁则可仅设置在加热段内，不延入上下引 入引出段。空气夹层（3)的整体内外圆筒壁是直接插入内外环水箱，箱隔开水与空气，以隔 壁接触方式直接取热。空气夹层（3)设置为窄小夹层，以利减小空气流量，提高空气的温度 与流动速度。参见图1、图6及图23及图24,空气夹层（3)设置内置孔壁（4)，形成夹层内 向上抽拔螺旋上升的空气流，增强传热与流动，提高了空气温度与流速。
[0084] 单元加热提速段的空气夹层孔壁的卷板与排孔是：
[0085] 参见图1、图3以及图4、图6,内置孔壁空气夹层（3)中间内置空气夹层内置孔 壁（4)。内置孔壁（4)是圆筒孔壁。参见图6,空气夹层内置孔壁（4)，在内置孔壁空气夹 层（3)的外环壁与内环壁中间设置。孔壁（4)的固定，可在上下引入引出段的端头固定，则 孔壁在加热提速段内悬空，无固定件对空气流动的阻力影响。亦可在中间的加热提速段固 定，则应最大限度减少阻力影响。参见图1及图12,单元水箱的空气夹层的内置孔壁4,可 由空气夹层内置孔壁孔板367卷板加工形成。参见图1、图3及图4、图6以及图16,孔板 (367)由12孔横排（366)上下错孔排列构成，自下向上共25排横排管，依次是第1排12孔 (361)、第 2 排 12 孔（362)，第 i 排 12 孔（i = 1-12) (363)，第 24 排 12 孔（364)，第 25 排 12 孔（365)。设定横排孔间距为L，则原上下相邻两排的，孔中心在垂直方向并在一条上下垂 线上的孔，其孔中心沿水平横排方向错开L/2间距排孔。则卷板形成圆筒状孔壁（4)以后， 任一排的任一孔，其相邻孔排在垂直方向上无孔设置，要向上或向下隔一排，才有垂直方向 的孔设置。则由于阻力以及抽吸形成的负压等原因空气易于流向倾斜方向的孔，以此可形 成环壁旋转上升的空气旋流。参见图16,在对角ΑΒ方向上，25排12孔横排的设置，可形成 一整圆周的旋流。
[0086] 内环热水水箱（5)的层板开孔方式亦可沿整圆周360度，隔某一等角度开孔，开 孔数乘以此等角度是360度，错孔角度是此等角度的二分之一；其层板设置总层数，亦可是 360除以前述等角度的一半所得数加一的得到的总数，则可形成一整圆周螺旋流。并可稍小 于此总数，亦可大于此总数。
[0087] 外环热水水箱（2)的层板开孔方式亦可沿整圆周360度，隔某一等角度开孔，开 孔数乘以此等角度是360度，错孔角度是此等角度的二分之一；其层板设置总层数，亦可是 360除以前述等角度的一半所得数加一的得到的总数则可形成一整圆周螺旋流。并可稍小 于此总数，亦可大于此总数。
[0088] 空气夹层内置圆筒状孔壁（4)，其孔横排的开孔数，一个横排上亦可采用其它开孔 数，其它排孔规律与前述同，此时的由下至上的横排总层数，是取此一个横排的开孔数，其 相同数目对应的水平层板开孔数的前述内外环水箱所排出的的总层板数相同的总数，则 可形成一整圆周螺旋流。并可稍小于此总数，亦可大于此总数。
[0089] 经由前述设置，螺旋流空气加热水箱的加热提速单元内，形成内外两个螺旋水流， 一个螺旋空气流，水流与空气流螺旋流动换热。
[0090] 组合水箱加热提速段的组合设置的是：
[0091] 组合水箱加热提速段的组合设置，可在纵横两个方向上增减单元水箱的孔板叠层 数以及基础单元数，增加或改变热空气温度或流量，可据所需热空气温度以及流量规模确 定孔板叠层数，以及组合单元数。增加组合水箱的基础单元数可得到大流量热空气。图25 与图26所示是四单元组合螺旋流热水加热空气水箱（557)，其加热提速段的基础单元单元 加热提速段（558)，即是作为组合基础单元的图1的单元螺旋流热水加热空气水箱加热提 速段（1)。图25与图26所示的四单元组合水箱，与图23与图24所示是单个加热提速单元 的实施方式相比，原则上可得到四倍热空气流量。
[0092] 单个加热提速段单元引入引出段的设置是：
[0093] 图23与图24所示是单元加热提速段的引入引出，采用穿管进水。空气夹层以插入 方式穿过内外环水箱，热空气流动可在高度纵向较长的长度上，并且保持不变流动方向及 气流高速，较适合需要高流速热空气的场合。但必需设置穿过空气夹层的内环水箱进水管， 加工稍复杂。若需热空气较长不变流向及气流高速，单元水箱又可采用水平夹层方式，留出 气流高速所需空气夹层高度，加高内环进水夹层设置即可；组合水箱穿管设置复杂不适用， 可采用水平夹层方式。
[0094] 参见图18,单元加热提速段的（392)上引入引出段，其进水管（391)由外部引入 穿过空气引出夹层（393)，经由外环水箱进入内环水箱。参见图19,进水管（391)通过两个 进水管下开孔（421)，进入外环与内环水箱给水。参见图21，单元加热提速段的下引入引出 段（452)，其出水管（453)由内环水箱引出穿过空气引入夹层（451)，经由内环水箱进入外 环水箱至外部出水。参见图22,出水管（453)通过两个出水管上开孔（454)，引出内环与外 环水箱出水。进水管（391)、出水管（453)按圆环辐射线，如图19及图22所示，在两线内 外孔间的位置布置，并可多管布置，图示是单管布置。参见图23及图24,单元螺旋流热水 加热空气水箱（520)由中间的单元螺旋流热水加热空气水箱加热提速段（1)与上引入引 出段（511)及下引入引出段（518)组合构成。上引入引出段进水管（512)、下引入引出段 (517)出水管各由上引入引出段（511)、下引入引出段（518)各引入、引出外环、内环水箱的 热水与放热水。空气引出夹层外环壁（513)与空气引出夹层内环壁（514)包绕构成上引入 引出段空气夹层，即空气引出夹层（393)，热空气自此出；空气引入夹层内环壁（515)与空 气引入夹层外环壁（516)包绕构成下引入引出段空气夹层，即空气引入夹层（451)，热空气 自此进。下部的空气引入夹层（451)，中间的内置孔壁空气夹层（3)，上部的空气引出夹层 (393)，三部分是整体的空气夹层，构成由下至上的空气加热流动通道。
[0095] 模块组合水箱引入引出段的设置是：
[0096] 加热提速段的多数量模块化组合，可设置进水与空气水平夹层引入引出。图25及 图26即采用水平夹层的四单元模块组合加热水箱。参见图25,设置上中下层叠水平夹层， 即内环水箱水平夹层（541)，中间空气水平夹层（542)，外环水箱水平夹层（543)。中间空气 水平夹层（542)是空气集气引出空间，内环水箱水平夹层（541)是内环水箱热水引入空间， 外环水箱水平夹层（543)是外环水箱热水引入空间。三个水平夹层以夹层各向各形围护板 壁，两两接触两两隔开，不相连通。
[0097] 参见图25,加热提速段的外环水箱的外环壁（544)，不向上延伸，平齐接入外环水 箱水平夹层（543)，与其连通。其外环水箱的内环壁即是空气夹层的外环壁（545)，向上延 伸，穿过外环水箱水平夹层（543)，平齐到达中间空气水平夹层（542)。以此各加热提速单 元的空气夹层的外环壁（545)，与外环水箱水平夹层（543)的六面体各壁面，围护形成一连 通空间，此空间即外环水箱的进水空间。可参见图25,外环水箱进水空间由外环水箱水平夹 层（543)与空气夹层的外环壁（545)复合构成。此进水空间是独立空间，与空气夹层圆环 柱空间（548)隔开不连通，与内环水箱进水圆柱空间（550)不接触不连通。
[0098] 参见图25,加热提速段的内环水箱的环壁（549)向上延伸，包环形成内环水箱进 水圆柱空间（550)。此空间作为空气夹层圆环柱空间（548)的内包圆柱空间，不与中间空 气夹层（542)连通，向上穿过中间空气夹层（542)，再向上达到内环水箱水平夹层（541)，平 齐接入并与其连通，形成的空间是空间内环水箱进水圆柱空间（550)与内环水箱水平夹 层（541)的复合连通空间，此空间作为内环水箱的进水空间，即内环水箱进水空间。参见图 25,内环水箱进水空间由内环水箱进水圆柱空间（550)与内环水箱水平夹层（541)复合构 成。此进水空间是独立空间，与外环水箱水平夹层（543)不接触不连通，与空气夹层圆环柱 空间（548)接触不连通，与空气水平夹层（542)接触不连通。
[0099] 参见图25,加热提速段的孔壁（546)不接入，其空气夹层的外环壁（545)与内环 壁（547)包环形成的空气夹层圆环柱空间（550)向上延伸，至最上端平齐接入中间空气水 平夹层（542)，与其连通，形成的空间是空气夹层圆环柱空间（550)与中间空气水平夹层 (542)的复合连通空间，作为空气夹层的集气引出空间，即图29可见的空气水平夹层热空 气集气引出空间。可同时参见图25以及图29,空气水平夹层热空气集气引出空间由中间空 气水平夹层（542)与空气夹层圆环柱空间（548)复合构成。此集气引出空间是独立空间， 与外环水箱水平夹层（543)接触但不连通，与内环水箱进水圆柱空间（550)接触但不连通， 与内环水箱水平夹层（541)不连通。
[0100] 参见图27、图29、图31，以及图25，上述三个引入引出，即外环水箱进水空间、内环 水箱进水空间、空气水平夹层热空气集气引出空间两两隔开，各自流体互不相混。
[0101] 参见图27,外环水箱的进水，可由外环水箱进水空间顶部边侧进水面（571)，外环 水箱侧向进水面（572)、（573)、（574)、（575)引入；参见图29,空气夹层热空气的引出，可 由空气水平夹层顶部边侧引出面（601)，空气水平夹层侧向引出面（602)、（603)、（604)、 (605)引出；参见图31，内环水箱的进水，可由内环水箱进水空间顶部进水面￠31)，内环水 箱侧向进水面（632)、（633)、（634)、（635)引入。
[0102] 参见图25及图26,下引入引出段的引出设置，与上引入引出段相同，唯方向相反 并向下延伸形成。
[0103] 本实用新型的基本工作原理及工作过程是：
[0104] 对于单元水箱，参见图1?图7及图23以及图24,空气由下引入引出段（518)进 入单元水箱（520)的加热提速段（1)的空气夹层（3)，吸收由其内外环壁贴壁及相反方向 对流的螺旋流动的内外环水箱的绕壁水流的放热，温度充分升高，获取浮升力向上流动，并 由空气夹层内置孔壁（4)的抽拔提速，形成充分高速的向上螺旋流动的空气流，经由上引 入引出段（511)，排出充分高温高速的空气流。热水由设置在上引入引出段（511)的进水 管（392)的下开孔进入单元水箱的加热提速段的内外环水箱，贴壁环绕空气夹层（3)的内 外环壁，螺旋向下流动，隔壁向空气逆向以对流及导热方式充分放热，至底部进入下引入引 出段（518)，各由其出水管（517)的上开孔接水并向整体水箱外排水。
[0105] 对于组合水箱，参见图1?图7及图25以及图26,空气由下引入引出段水平夹层 的侧向或底部边侧引入，进入各单元水箱的加热提速段的空气夹层（3)，吸收由其内外环壁 贴壁及相反方向对流的螺旋流动的各单元水箱的加热提速段内外环水箱的绕壁水流的放 热，温度充分升高，获取浮升力向上流动，并由单元水箱的加热提速段的空气夹层内置孔壁 (4)的抽拔提速，形成充分高速的向上螺旋流动的空气流，经由上引入引出段的中间空气水 平夹层542的汇集，由其侧向或顶部边侧引出，排出充分高温及一定高速的空气流；热水一 部由上引入引出段的外环水箱水平夹层（543)的侧向或顶部边侧引入，向下进入各单元水 箱的加热提速段的外环水箱（2)，贴壁环绕空气夹层（3)的外环壁，螺旋向下流动，隔壁向 空气逆向以对流及导热方式充分放热，至其底部，进入下引入引出段的外环水箱水平夹层， 由其侧向或底部边侧排水；热水另一部由上引入引出段的外环水箱水平夹层（541)的侧向 或顶部边侧引入，向下进入各单元水箱的加热提速段的内环水箱（5)，贴壁环绕空气夹层 (3)的内环壁，螺旋向下流动，隔壁向空气逆向以对流及导热方式充分放热，至其底部，进入 下引入引出段的内环水箱水平夹层，由其侧向或底部排水。
[0106] 本实用新型空气夹层（3)的内外环壁既作为空气夹层环壁，又作为内外环水箱的 环壁，同时围护封闭水与空气两种流体，采用导热性能好的金属材料以利传热；内外环水箱 的其它围护壁面，可采用塑料等价格低廉材料，同时易于加工以及模块化组装成水箱阵列。
[0107] 本实用新型整体水箱外部用隔热性能好的保温材料保温隔热。
[0108] 本实用新型可回收废热水、淋浴水的废热，可获充分高温高速空气流。
[0109] 本实用新型易加工制造，应用场合广泛，热水对空气的的加热提速充分，所得热空 气充分高温与高速，可作通风、推动、采暖、加热、干燥等多种用途。
【权利要求】
1. 一种螺旋流热水加热空气水箱，其特征在于：水箱设置包括单元水箱与组合水箱两 种形式，例如单元水箱（520)与组合水箱（557);水箱由加热提速段与引入引出段组成，例 如，由单元水箱（520)由单元水箱加热提速段（1)与引入引出段（511)、（518)组成；组合水 箱的加热提速段由单元水箱的单元水箱加热提速段（1)作基础单元组合形成，例如组合水 箱（557)设置四个基础单元组合；单元水箱（520)的加热提速段，以及组合水箱（557)的加 热提速段的基础单元，都以单元水箱加热提速段（1)的方式设置；单元水箱加热提速段（1) 由向空气加热的内环热水水箱（5)、空气吸热升温及流动的空气夹层（3)、向空气加热的外 环热水水箱（2)组成，并自内向外共轴，各呈圆筒柱、圆环柱以及圆环柱的结构与形状，并 空气夹层内置圆筒状孔板壁（4);水箱的引入引出段由内环热水水箱热水进水出水部分， 空气夹层空气引入引出部分，外环热水水箱引入引出部分组成；除空气夹层内外环壁外，各 部分采用易加工成型及价格低廉的材料，包括塑料材料；整体水箱外部围护保温材料。
2. 根据权利要求1所述的一种螺旋流热水加热空气水箱其特征在于：所述的内环热水 水箱（5)，由板（275)与板（306)交替向下作为水箱内部隔板构成；板（275)与板（306)都 是圆形隔板，其开孔都为沿整圆周360度，隔30度角开一孔，共开12孔；上下层的板（275) 与板（306)，其所开孔以投影水平面为准，在孔下方的垂直方向上，沿排孔圆周线旋错错开 15度角布置（305)，任一层任一孔，其相邻层的正上方与正下方位置，都无孔排列，上述12 孔等角开孔方式，上下层交叠的板（275)与板（306)共设置25层；上述开孔方式亦可沿整 圆周360度，隔某一等角度开孔，开孔数乘以此等角度是360度，错孔角度是此等角度的二 分之一；除上述的12孔层板的总层数设置为25层板的设置情形外，内环热水水箱（5)的层 板的总层数设置，包括所有的下述情形，即采用360度除以前述开孔角度的一半角度后再 加一的得到的总数，以此总数作为层板总数，以形成一整圆周螺旋流的总层数设置的情形， 并包括设置的总层数大于及小于此总数的情形。
3. 根据权利要求1所述的一种螺旋流热水加热空气水箱，其特征在于：所述的外环热 水水箱（2)，由板（155)与板（186)交替向下作为水箱内部隔板构成；板（155)与板（186) 都是圆环形隔板，其开孔都为沿整圆周360度，隔30度角开一孔，共开12孔；上下层的板 (155)与板（186)，其所开孔以投影水平面为准，在孔下方的垂直方向上，沿排孔圆周线旋 错错开15度角（185)布置，任一层任一孔，其相邻层的正上方与正下方位置，都无孔排列， 上述12孔等角开孔方式，上下层交叠的板（155)与板（186)共设置25层；上述开孔方式亦 可沿整圆周360度，隔某一等角度开孔，开孔数乘以此等角度是360度，错孔角度是此等角 度的二分之一；除上述的12孔层板的总层数设置为25层板的设置情形外，外环热水水箱 (2)的层板的总层数设置，包括所有的下述情形，即采用360度除以前述开孔角度的一半角 度后再加一的得到的总数，以此总数作为层板总数，以形成一整圆周螺旋流的总层数设置 的情形，并包括设置的总层数大于及小于此总数的情形。
4. 根据权利要求1所述的一种螺旋流热水加热空气水箱，其特征在于：所述的空气夹 层（3)，其内外环壁材料采用高导热特性的金属材料。
5. 根据权利要求1所述的一种螺旋流热水加热空气水箱，其特征在于：所述的空气夹 层内置圆筒状孔壁（4)，由12孔横排（366)排列的孔组成的孔板（367)卷板成圆筒状孔壁， 圆筒孔壁上任一排孔水平层上沿圆筒面都有12孔，各孔沿圆周线等距离布置；其相邻两孔 排的孔，在垂直方向上错开本排孔间距的二分之一距离，任一排任一孔，其相邻孔排的正上 方与正下方位置，都无孔排列；其12孔横排由下至上共25层横排总层数；除上述的孔板 (367)的孔横排采用开孔数为12的情形外，孔板（367)的孔横排的开孔数设置，包括所有 采用的其它开孔数的情形，并孔板（367)的所有的采用其它开孔数的情形，其排孔规律与 上述的采用12孔横排的排孔规律相同；除上述的孔板（367)的孔横排采用开孔数为12时， 设置横排总层数为25层的情形外，孔板（367)的横排总层数设置，包括所有的以下情形，此 情形是，横排总层数取与由孔板（367)横排开孔数相同数目做开孔数的的水平层板所确定 的，可形成一整圆周螺旋流的内环热水水箱（5)以及外环热水水箱（2)的总层板数，作为横 排总层数的情形，此情形并包括大于及小于此总层板数的情形，此情形同样包括以上述方 式，不限于上述的孔板（367)的孔横排采用开孔数为12并设置横排总层数为25层的情形， 并同样包括不限于孔板（367)的孔横排采用开孔数为12时，只采用设置横排总层数为25 层的情形。
6. 根据权利要求1所述的一种螺旋流热水加热空气水箱，其特征在于：所述的单元水 箱（520)，由一个单元水箱加热提速段（1)、一个上引入段（511)、一个下引出段（518)构成； 其引入引出段由相互隔开不连通的内外环水箱部分、空气夹层部分共三部分构成；其空气 夹层部分（513)、（514)由单元水箱加热提速段（1)的空气夹层上下延伸出加热提速段（1) 形成空气引入引出夹层空间；其内外环水箱部分各由单元水箱加热提速段（1)内的部分向 上下延伸形成圆筒、圆环柱进水空间，并设置对空气夹层内外环壁穿壁的带进出水开孔的 进出水管；其内环水箱进水空间、空气夹层空间、外环水箱进水空间在以单元水箱加热提速 段（1)为准的上下延伸方向上各延伸在内层、外层、内层。
7. 根据权利要求1所述的一种螺旋流热水加热空气水箱，其特征在于：所述的组合水 箱（557)，由设置水平夹层引入引出段（541)、（542)、（543)的四个单元水箱加热提速段（1) 组合构成，四个加热提速段（1)基础单元接入水平夹层引入引出段（552)、（554);其引入 引出段外环水箱水平夹层（543)等，由侧边或顶边侧（571)?（575)设置进水或出水进入 此夹层空间向对加热提速段外环水箱进出水，中环空气夹层延伸段内包内环水箱延伸段穿 过此夹层；其引入引出段空气水平夹层（542)，由侧边或顶边侧（601)?（605)对加热提 速段设置空气引入引出，其引入引出空间自加热提速段始，穿过外环水箱水平夹层（543)， 并内环水箱延伸段穿过此夹层；其引入引出段内环水箱水平夹层（541)，由侧边或顶边侧 (631)?（635)设置进水或出水进入此夹层空间向对加热提速段内环水箱进出水，内环水 箱自加热提速段始，被内包穿过外环水箱夹层（543)及中环空气夹层（542);其内环水箱水 平夹层（541)、中间空气水平夹层（542)、外环水箱水平夹层（543)在以四个单元水箱加热 提速段（1)为准的上下延伸方向上各延伸在最外层、中间层、最内层。
【文档编号】F24J2/46GK203880978SQ201320833631
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】程襄武 申请人:南京化工职业技术学院