CN201170663Y - 自动控止上水和管道排空的快开式太阳能热水器 - Google Patents

自动控止上水和管道排空的快开式太阳能热水器 Download PDF

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Abstract

一种自动控止上水和管道排空的快开式太阳能热水器，主要利用有限的日照光能解决快速开水和室内简控管道排空防冻问题。有集热器(1)、温储水桶(2)、开水桶(3)、换热出开水阀器(5)、上下水管件、上水压侧控截止阀(14)以及具有自动控止上水、管道排空和混水功能的集成阀等组成。技术方案采用集热管内置较低热容的u型毛细管式高温集热器结合管控相变式汽推水运行原理的换热出开水阀器(开水泵)构成快速开水式太阳能热水器技术；在温储水桶与开水桶之间的管路中增设上水压侧控截止阀，阻止温储水桶在加水过满时冷水溢入开水桶。采用上下水管路即虹吸管路缓慢放水时顶部同步进气的方法抑制虹吸，实现管道排空，解决寒冷地区管道防冻问题。

Description

自动控止上水和管道排空的快开式太阳能热水器
技术领域：
本实用新型涉及太阳能热水器，尤其是自动控制上水和管道排空的太阳能开水器。
背景技术：
现有的太阳能开水器技术中，具有稳定控温和可靠运水两项性能指标的“具备开水功能的太阳能热水器”技术(专利申请号：200620006709.3)使用太阳能中温光热器技术采热，构造是在玻璃真空集热管内腔中设置填充管，将内腔分隔为“山”型进出循环回路，此种构造在设置大面积反光聚焦和自动跟踪装置时，集热性能和循环性能好，但在缺少反光装置的小型太阳能热水器中却不太适用，原因是填充管和容量多的导热油导致热容偏大，有限的光照条件下升温速度慢；当遇到电控上水装置损坏，用手控上水方法上水时温储水桶中的冷水满溢会流入开水桶；另外该技术缺少配套的上下水管道防冻排空装置，对安装在高空房顶上的用户接放开水时造成不便和浪费。
发明内容：
本发明的目的是提供一种开水性能稳定外在同等光照条件下集热升温速度更快，开水更快，并在实现室内简控管道停止上水排空和防止温储水桶内的冷水溢入开水桶中的太阳能热水器。为达上述目的技术方案采用内置U型毛细管式串连高温集热技术结合管控相变式汽推水运行原理的换热出开水阀器(开水泵)技术实现快速开水；在温储水桶与开水桶之间的管路中增设上水压侧控截止阀，阻止温储水桶在加水过满时冷水溢入开水桶；采用虹吸管道缓慢放水时顶部同步进气的方法实现管道排空。采用热容很小的内置U型毛细管式串连高温集热器取代热容较大的填充管式光热器，同等光照条件下集热升温速度会更快，开水速度也自然更快；增设上水压侧控截止阀后有效阻止上水行程末温储水桶中冷水满溢流入开水桶，这就为配备简易手控操作上水和自动管道排空装置创造了环境；管道排空装置采用液力压强原理和密封性能可靠的平面陶瓷阀芯结构，所以性能也会稳定可靠。
附图说明：
图1是自动控止上水和管道排空的快开式太阳能热水器主剖视图
图2是内置U型毛细管式串连高温集热器单管剖视图
图3是换热出开水阀器剖视图
图4是上水压侧控截止阀第一方案构造图
图5是上水压侧控截止阀第二方案构造图
图6是加液器剖视图
图7是上下水***视图
图8是集成阀剖视图
图9是集成阀阀盘对应结构示意图
具体实施方式：
自动控止上水和管道排空的快开式太阳能热水器集热部分如图1、2所示：在平行排列的耐高温玻璃真空集热管(如陶瓷三高管)内腔中内置U型毛细管(1a)(如内径1.5mm、外径2.8mm铜管)，集热管内腔中有一附帖子内腔壁的“c”型导热翅片(1c)，材质为铜或铝。导热翅片对应导热毛细管处有凹槽，容纳和固定毛细管。上下并列平行的毛细管首尾相连构成串连式高温型集热器。在玻璃真空集热管背阳的一面可设置反光镜。在集热器输热回路与机箱搭接处有供热管道接口和加液器(6)，如图6所示，拧下螺栓(6a)便是加液口，加液器内腔将上下循环支路导通。导热工质选择沸点较低、易于液气相变的介质，如酒精(沸点78.4℃)、乙二醇二甲醚(沸点85.2℃)。当内置U型毛细管内介质温度达到沸点温度后产生沸腾气泡，在液体表面涨力作用下气泡使上行循环支路(7)内介质(液和气)混合密度大大降低，在回路连通力作用下，产生一种泡浮上升动力，强化循环。上行输热支路(7a)上行连接换热出开水阀器(5)进热口(5a)，再由出热口(5b)进入下行输热支路(8a)利用余温加热温储水桶中的水。
换热出开水阀器构造如图3所示：由内水室器体(5c)和外换热器壳体(5d)组成热循环介质空腔，内水室中设置一个电加热器(5e)附件，在内水室端壁上部开有进水孔，连接具有阻回水作用的低位汽阻性进水管(5f)与温储水桶底部出水口连通，在内水室端壁下部开有出水口连接具有自行除垢功能的单向出水阀(5g)和具有增压控温、排水、排气泄压、量性软控进水、停水、防溢、防回水多重复合功能作用的高位出水管(5h)。量性软控指高位出水管在驻水和驻汽状态变化下管段内所产生的量性阻力变化，该阻变起到客导决定内水室进水和停水的功能作用。该部分应用管控相变式汽推水运行原理，具有温控阀和热动泵双重复合性能，加热使处于内水室器体内的水烧沸产生蒸汽，水蒸汽的气压随温度升高而增大，当水蒸汽的气压大于外界大气压及高位出水管产生的水压时，将水从内水室的底部单向出水阀和高位出水管中排出，当水汽排完，温储水桶内的水在压力作用下经低位汽阻性进水管(5f)流入内水室，继续加热再完成进水、烧开、排水、泄压整个周期运行过程。换热出开水阀器主体的安装位置应相对温储水桶和开水桶而定，以温储水桶最低取水水位面与低位汽阻性进水管有效最低点之间的水柱高度大于高位出水管有效水阻高度约20mm为宜。这样既可使温储水桶取水面以上的储水充分流入换热出开水阀器内水室，又能将沸水顺利排入开水桶。
上水位侧控截止阀第一实施方案构造部分：如图4所示，为防止手控阀操作上水行程末温储水桶内冷水流入开水桶，在上水管路中并联性连接上水位侧控截止阀(14)的水压腔室(14a)。在上下两钹壳(14b、14c)之间夹置一圆形水压膜(14d)。在下钹壳上设置进水口(14o)和出水口(14p)。水压膜的中心部位被上下两夹盘(14e、14f)夹固，夹盘中心有轴杆(14g)连接圆形阀门板(14h)，阀门板与夹盘(14i)夹固另一隔离膜(14j)，阀门板对应进水管口(14k)，进水管口和出水管口(14l)分别固接在阀体(14m)上，阀体(14m)与钹壳(14b)之间夹固隔离膜(14j)的外缘，上钹壳与水压膜夹盘之间装有回位簧(14n)。当水压腔内有足够水压时水压膜动作驱动阀门板上行关闭该阀。水压膜和隔离膜材料选用对水稳定且耐高磨损的聚酰亚胺簿膜或以此为基材的复合织物膜等。
上水压侧控截止阀的第二实施方案构造：如图5所示，在由阀壳(15a)构成的膨动室(15b①)内容纳受水压作用伸缩膨胀的膨胀囊(15b②)，膨胀囊的固定端与阀体底端盖(15b③)密封性结合在一起。在底部端盖上开有开口连接进水管(15b④)，进水管上接有管径相对较细管阻较大的出水管(15b⑤)与温储水桶的进水口连接。膨胀囊的另一端有一与膨胀囊密封结合的囊板(15b⑥)，当膨胀囊内有足够水压时便膨胀伸长，通过囊板将动力传递给传动机构中的传动轴杆(15c①)、摇臂(15c②)等，将直线动能转变为旋转动力输给陶瓷阀芯结构的截止阀(15d)部分，截止阀上开有阀道接口(15d①)外接高位出水管(5h)和温储水桶(2)，开有阀道接口(15d②)外接开水桶(3)。膨胀囊的上下行程止点分别对应截止阀的闭和启两种状态，在囊板与膨胀室顶之间设置回位簧(15b⑧)，当无水时回位簧推动回位，该阀回复至开启状态。
上下水管道排空装置：如图7所示，水桶的出水孔设置于水桶的端盖上部与排气溢水孔道并列，上下水管道(9)的桶内段浸水管路(9a)下***水桶的底部，这样上下水管路便组成一个虹吸管路，在浸水管路的高端顶部开有进气微孔(9b)，也可以采用如虑网膜或可调、不可调间隙的微隙性进气装置。在上下水管道的下部(民居浴室)段，如在上下水阀(混水阀、集成阀)以上约1米处的溢水口(9c)(图中是三通管件)，并联性连接排空专用管道(9d)，连接排空滴水阀(11)。上下混水阀(10)与上游溢水口之间的管段作为引水管段(9e)，当打开排空滴水阀***完上下水管道内上段位存水之后，引水管段内仍然存留引水，开启上下水阀中的下水阀路时，引水会虹吸水桶中的水流出。在具体实施时可以在现有混水阀的基础上结合溢水压控止上水阀和排水滴水阀进行功能三合一集成，实现简控操作。
集成阀部分：构造如图8、9所示，有膨动部分(16a)、传动机构(16b)、上水滴水切换阀部分(16c)、混水滴水组合阀部分(16d)及进出水阀道等组成。膨动部分是由下半部分阀体开一圆柱形的膨动室(16a①)，膨动室内容纳在水压作用下变形膨胀的膨胀囊(16a②)，膨胀囊的固定端与阀体底部膨动室端盖(16a③)密封性结合在一起；膨动室端盖上装有进出水孔(16a④)，膨动囊的动力输出端有一与膨胀囊密封性结合的传动囊板(16a⑤)，并连接传动轴(16b①)，传动轴的另一端穿过阀体壁安装有手控操作手柄(16b②)，传动轴上装有传动轴套(16b③)，传动杆(16b④)的首端轴部装入传动轴套内，传动杆的另一端与传动臂(16b⑤)活轴性连接，活轴的轴向与传动杆方向及传动臂方向三者之间的装配方向相互垂直或接近垂直为宜，位于膨动室的上方设置上水滴水切换阀部分(16c)，上水滴水切换阀部分阀轴与传动臂活轴性连接，且活轴轴向与阀轴轴向及传动臂方向三者之间相互垂直或接近垂直，不影响旋转传递动力为宜。上水滴水切换阀部分阀轴里端有一对应旋转阀盘(16c③)装配的拨叉(16c②)；旋转阀盘(16c③)与固定阀盘(16c④)平面滑动性密封且轴向对应；固定阀盘(16c④)上开有上水阀道的进出水孔(16c④A、16c④B)；旋转阀盘(16c③)上开有上水导水槽(16c③A)，旋转阀盘(16c③)旋转时其上的上水导水槽轴向对应固定阀盘上的进出水孔(16c④A、16c④B)；固定阀盘(16c④)上开有排空滴水阀道进出水孔(16c④C、16c④D)；旋转阀盘(16c③)上另开有旋转时轴向对应固定阀盘(16c④)上的进出水孔(16c④C、16c④D)的导水槽(16c③B)；上水阀道导水槽(16c③A)与排空滴水阀道导水槽(16c③B)所处的位置是使两阀路切换时不串流为宜；膨胀囊的膨动伸缩行程大小对应旋转阀盘(16c③)的角位移量，当膨胀囊处于无水无压状态时，囊板(16a⑤)行程位置处于下止点，下止点对应上水滴水切换阀部分中的上水阀道(16f)开启态位而且排空滴水阀道(16e)的关闭态位；当膨胀囊处于水压膨胀态时，囊板行程位置处于上止点，上止点对应上水滴水切换阀部分中的上水阀道(16f)关闭态位和排空滴水阀道(16e)的开启态位；上水滴水切换阀的固定阀盘(16c④)对应混水滴水组合阀部分的固定阀盘(16d①)；导水孔(16c④A)对应导水孔(16d①A)；阀道(16f①)将导水孔(16c④A)和导水孔(16d(①A)导通；导水孔(16c④B)对应导水孔(16d①B)；阀道(16f②)将导水孔(16c④B)和导水孔(16d①B)导通；阀道(16f①)和阀道(16f②)分别连通上水和落水阀道(16f③、16f④)；上水滴水切换阀部分的导水孔(16c④C)与混水滴水组合阀部分的导水孔(16d①C)对应性连通；并开有外接排空专用管道(9d)或***水管的阀道(16e①、16e②)；分别与导水孔(16c④D、16d①D)连接；进水的阀道口接装有滤网膜(16eA)和可调或不可调空隙的微隙性导水装置(16eB)；混水滴水组合阀部分中另有一活动阀盘(16d②)与固定阀盘平面滑动性密封对应；混水滴水组合阀部分的活动阀盘(16d②)上且对应固定阀盘(16d①)的密封面一侧开有混水槽(16d②A)；混水滴水组合阀部分的固定阀盘(16d①)另开有混水出水孔(16d①E)；混水出水孔与导水孔(16d①A)和导水孔(16d①B)组合在一起滑动性活动对应活动阀盘上开的混水槽(16d②A)；混水出水孔(16d①E)连接混水阀道(16g)，外接淋浴喷头管道接口；活动阀盘(16d②)对应固定阀盘(16d①)的密封面上开有弧形导水槽(16d②B)；当混水滴水组合阀部分中的混水阀道处于关闭状态时弧形导水槽(16d②B)所处位置轴向对应固定阀盘(16d①)上的导水孔(16d①C、16d①D)，此时排空滴水阀道处于开启状态，反之滑动活动阀盘(16d②)下移至混水阀道处于导通开启状态时，弧形导水槽(16d②B)不再对应排空导水孔(16d①C)和导水孔(16d①D)，该排空滴水阀道处于关闭状态。混水滴水组合阀部分另外安装有拨轴(16d③)、调节手柄(16d④)等配件。
当上下水***采用安装集成阀的设计方案时，溢水管(12)的民居浴室段取约1.5～2米水柱高的水管作为水压管段，下部与集成阀上的进出水孔(16a)连通，水压管段下端安装缓慢放水的滴水管口，在集成阀的上方1.5～2米高的溢水管处或连通性并联于该处位置设置限位水口，再连接泄水管。另外集成阀可与定时电控装置结合完成定时进水功能，升级为全自动化。

Claims (4)

1.一种自动控止上水和管道排空的快开式太阳能热水器，构造有集热器(1)、温储水桶(2)、开水桶(3)、机籍外壳(4)、保温材料层、换热出开水阀器(5)、输热管件(6、7、8)、上下水管道(9)、上下混水阀(10)、溢水管(12)、支架(13)组成，其特征在于串连构造的内置U型管式集热器是采用容量较少管径较大的毛细管；导热管路中加注粘度低加热时易于相变气化传导潜热的循环介质；在上下水管道即虹吸管路的顶端设置排空时抑制虹吸的微隙性导气装置(9b)；在上下水管的低下段管路且处于出水端上下水阀或上下混水阀(10)或集成阀(16)的上游管路位置或并联与该位置为保存引水而具有限位作用的溢水口(9c)；溢水口通过排空专用管道(9d)连接可缓慢排水的排空滴水阀(11)或集成阀(16)的排空滴水阀道(16e)；在温储水桶的上水管路中且对应温储水桶与开水桶之间的连通汇流路段安装上水压侧控截止阀(14或15)，阻断上水行程末温储水桶中的水溢入开水桶。
2.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于水压侧控截止阀构造为：圆弧形上钹壳(14b)和下钹壳(14c)组合构成一圆穹形空腔；在下钹壳上设置进水口(14o)和出水口(14p)；在上下钹壳之间夹固一圆形水压模(14d)将圆穹形空腔分隔为水压腔(14a)和大气腔；水压膜的中心部位被上夹盘(14e)和下夹盘(14f)夹固，夹盘中心固定有传动轴杆(14g)连接阀门板(14h)；阀门板与夹盘(14i)夹固另一隔离膜(14j)；阀门板(14h)对应进水管口(14k)；进水管口(14k)和出水管口(14l)分别固接于阀体(14m)上；阀体(14m)与上钹壳(14b)之间夹固隔离膜(14j)的外缘；上钹壳与水压膜上夹盘之间装有回位簧(14n)。
3.根据权利要求1所述的的热水器，其特征在于上水压侧控截止阀构造为：由阀壳(15a)构成的圆柱形膨动室(15b①)；膨动室内容纳膨胀囊(15b②)；膨胀囊的固定端与阀体底部端盖(15b③)密封性结合在一起；在底部端盖上开有开口连接管经较粗管阻较小的上水管(15b④)；另有相对上水管口径较细管阻较大的出水管(15b⑤)连接上水管(15b④)或直接与膨胀囊相通；膨胀囊的另一端有一与膨胀囊密封结合的囊板(15b⑥)；当膨胀囊内有一定压力时变形膨胀，膨胀囊通过囊板动力性连接摇臂结构的传动机构(15c)；传动机构(15c)将直线性直推动力转变为旋转动力后再传输给与其动力性连接的截止阀(15d)；截止阀上开有进水口(15d①)和出水口(15d②)；在囊板与膨胀室顶之间设置一回位簧(15e)；当无水压时回位簧推动回位，该阀处于开启状态。
4.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于在上下水管的低下段管路且处于出水端的集成阀(16)有膨动部分(16a)、传动机构(16b)、上水滴水切换阀部分(16c)、混水滴水组合阀部分(16d)及相关阀道、外壳组成；膨动部分是在下半部分阀体中开一圆柱形的膨动室(16a①)；膨动室内容纳膨胀囊(16a②)；膨胀囊的固定端与阀体底部膨动室端盖(16a③)密封性结合在一起；在膨动室端盖上开装一进出水口(16a④)；膨胀囊的动力输出端有一与膨胀囊密封性结合的传动囊板(16a⑤)；传动囊板连接传动轴(16b①)；传动轴的另一端穿过阀体壁装有手控操作手柄(16b②)；在膨动室的上方传动轴上有一传动轴套(16b③)；传动轴套安装传动杆(16b④)的首端轴；传动杆的另一端与传动臂(16b⑤)活轴连接，且活轴轴向与传动杆及传动臂三者之间的装配方向相互垂直或接近垂直为宜；上水滴水切换阀部分(16c)阀轴(16c①)与传动臂活轴性连接，且活轴轴向与阀轴轴向和传动臂轴向三者之间的装配方向相互垂直或接近垂直而不致影响动力传递为宜；上水滴水切换阀部分阀轴里端有一对应旋转阀盘(16c③)装配的拨叉(16c②)；旋转阀盘(16c③)与固定阀盘(16c④)平面滑动性密封且轴向对应；固定阀盘(16c④)上开有上水阀道的进出水孔(16c④A、16c④B)；旋转阀盘(16c③)上开有上水导水槽(16c③A)，旋转阀盘(16c③)旋转时其上的上水导水槽轴向对应固定阀盘上的进出水孔(16c④A、16c④B)；固定阀盘(16c④)上开有排空滴水阀道进出水孔(16c④C、16c④D)；旋转阀盘(16c③)上另开有旋转时轴向对应固定阀盘(16c④)上的进出水孔(16c④C、16c④D)的导水槽(16c③B)；上水阀道导水槽(16c③A)与排空滴水阀道导水槽(16c③B)所处的位置是使两阀路切换时不串流为宜；膨胀囊的膨动伸缩行程大小对应旋转阀盘(16c③)的角位移量；上水滴水切换阀的固定阀盘(16c④)对应混水滴水组合阀部分的固定阀盘(16d①)；导水孔(16c④A)对应导水孔(16d①A)；阀道(16f①)将导水孔(16c④A)和导水孔(16d①A)导通；导水孔(16c④B)对应导水孔(16d①B)；阀道(16f②)将导水孔(16c④B)和导水孔(16d①B)导通；阀道(16f①)和阀道(16f②)分别连通上水和落水阀道(16f③、16f④)；上水滴水切换阀部分的导水孔(16c④C)与混水滴水组合阀部分的导水孔(16d①C)对应性连通；并开有外接排空专用管道(9d)或***水管的阀道(16e①、16e②)；分别与导水孔(16c④D、16d①D)连接；进水的阀道口接装有滤网膜(16eA)和微隙性导水装置(16eB)；混水滴水组合阀部分中另有一活动阀盘(16d②)与固定阀盘平面滑动性密封对应；混水滴水组合阀部分的活动阀盘(16d②)上且对应固定阀盘(16d①)的密封面一侧开有混水槽(16d②A)；混水滴水组合阀部分的固定阀盘(16d①)另开有混水出水孔(16d①E)；混水出水孔与导水孔(16d①A)(16d②A和导水孔(16d①B)组合在一起滑动性活动对应活动阀盘上开的混水槽；混水出水孔(16d①E)连接混水阀道(16g)，外接淋浴喷头管道接口；活动阀盘(16d②)对应固定阀盘(16d①)的密封面上开有弧形导水槽(16d②B)。
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