CN101173827A - 家用太阳能热水器恒压顶水双管排空防冻的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于家用太阳能热水器恒压顶水双管排空防冻的方法。该方法可由多种方案得到实施，能普遍适用于多种设计的家用太阳能热水器。本方法将太阳能热水器自动恒压补水和对上、下水管道的排空防冻一体化，真正实现对太阳能热水器的有效排空防冻，从而确保了在寒冷的季节太阳能热水器的正常运行使用，节约了能源；而且也实现了使用热水前无需先排尽管道中的冷水的目的，节约了大量的水资源。本方法的各种方案不但适用于多种设计的家用太阳能热水器在制产品，又能对已安装的落水式太阳能热水器老产品进行改造升级。

Description

家用太阳能热水器恒压顶水双管排空防冻的方法

所属技术领域

本发明涉及家用太阳能热水器恒压顶水双管排空防冻的方法。该方法可由多种方案得到实施，能普遍适用于多种设计的家用太阳能热水器。

背景技术

众所周知，太阳能是地球上的万能之母，是取之不尽、用之不竭的洁净能源。太阳能热水器是直接将太阳光能转换成热能的一种有效装置。目前，太阳能热水器已进入千家万户，国内仅太阳能热水器生产厂家就有数千家之多，但所有厂家出品的家用太阳能热水器产品，95％以上均为开口非承压落水式产品，少量的为闭口承压式产品。所谓开口非承压落水式产品，即太阳能热水器保温水箱上开有与大气相通的进排气口，一次性将保温水箱注满冷水，关闭上水阀，经太阳光照加热后，由处于保温水箱底部的出水口流出使用。由于太阳能热水器一般都安装在房屋的顶部，而处于室外环境中的较长的上、下水管道又始终处于满水状态。当使用热水时，首先需要放尽下水管道中较多的冷水后，才能使用到热水，这不仅浪费了很多的水资源，而且也给使用带来诸多不便。当寒冷的冬季来临时，由于上、下水管道或不具有保温功能、或保温功能不佳，致使上、下水管道中的水完全被冻堵，导致太阳能热水器无法正常使用。目前，现有解决所述存在问题的技术方案是：1、做好上、下水管道的保温；但做保温的代价很高，而且施工较难，且使用热水前仍需放尽管道中的冷水；2、在太阳能保温水箱出水口处装置电动或电磁排空阀，或显示水量、水温、排空等功能的一体化仪表(如国内的清华阳光太阳能、皇明太阳能、桑乐太阳能、辉煌太阳能等生产厂家的少部分产品即配用所述仪表)，但这种装置不但造价昂贵，而且由于各电子元件的组织变化、探头结垢等等因素，使得该方案存在着失灵等安全隐患，且正常的使用寿命仅两年左右，导致近十年来一直难以推广；3、在今年9月的第四届中国国际太阳能秋交会上，有厂家新推出了采用三连阀顶水式双管排空的方案，该方案虽然能解决用热水时需先放尽冷水的弊端，但由于上水时自来水水压的不断变化和楼层高底下水落差不等的变化，又缺少恒压补水功能，导致上、下水水流量难以平衡：当上水的水流量大于出水的水流量时，太阳能热水器保温水箱中的水将会由保温水箱上的进排气管大量漫溢；当上水的水流量小于出水的水流量时，使用热水时就会出现水流不畅的现象；而且，该技术方案虽然当时能双管排空，但由于太阳能保温水箱处于满水状态，次日，保温水箱内的水在太阳光照下经太阳能集热器加热后，水分子间隙增大，体积不断膨胀(按照全日温升60℃计算，水的体积约增大2-3％，即将会漫溢出2-3％的水量)，按100升的保温水箱计算，将会缓慢满溢出约2-3升的水在上、下水管道之中。若是在寒冷的冬季，这样缓慢满溢出的水量足以将上、下水管冻堵，从而失去了排空的实际意义。

综上所述，据本发明人所了解，我国自“闷晒式太阳能热水器”之后推出的“平板式太阳能热水器”和“真空集热管式太阳能热水器”两代产品近十五年来，广大用户一直都在期盼着技术成熟、性能可靠、运行稳定长久、使用方便、价格低廉的双管可排空的太阳能热水器产品。众多研发太阳能的厂家、组织及个人，也都为此付出了大量的辛勤劳动，并曾推出一代又一代形形色色的双管排空技术及产品，但都因思路的偏差而未能“捅破”这层“窗户纸”。

发明内容

为了解决上述存在的现实问题，本发明提供一种家用太阳能热水器恒压顶水双管排空防冻的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：在现有落水式太阳能热水器保温水箱上部增设一保温恒压自动补水箱和一虹吸热水管(此保温恒压自动补水箱可设置在太阳能热水器保温水箱的侧面，也可设置在太阳能热水器保温水箱的顶部；虹吸热水管口可设置在自动补水箱内，亦可设置在太阳能热水器保温水箱内上部。)，虹吸热水管的中部与太阳能热水器保温水箱的底部相连通，并在连接处设有排水、排污阀(该阀打开时，可作排污，亦可按现有落水式太阳能热水器运行方式运行使用，除此，此阀处于关闭状态。)。所述保温恒压自动补水箱内的补水阀采用新设计的端面密封大流量浮球阀，该端面密封大流量浮球阀，其浮球的浮力只需克服阀体自身的摩擦力，而且摩擦力较小并相对恒定，不受水压的影响，因此，其浮球可以设计得相对较小，所以补水箱的体积可以做得相当小巧美观，而且可以确保满足不同楼层出水水流量的要求，不受楼层高低不同的影响。保温恒压自动补水箱体与太阳能热水器保温水箱由一连通接管相连接。该方法运行时：打开自来水进水阀，冷水由上水管通过端面密封大流量浮球阀注入保温恒压自动补水箱，经连通接管进入太阳能热水器保温水箱。当太阳能热水器保温水箱和保温恒压自动补水箱满水时，浮球被浮起至关阀，这样即完成了初次补水。这时，关闭进水阀，即可打开双管排空阀将管道排空。虹吸热水管排空时，打开热水阀，太阳能热水器保温水箱中的水位降至虹吸管口时，虹吸管与大气相通，管内排空；上水管排空时，保温恒压自动补水箱内的水位降至端面密封浮球阀口时，上水管与大气相通，上水管排空。当使用热水时，关闭上水管排空阀，打开进水阀，冷水由保温恒压自动补水箱经连通接管进入太阳能热水器保温水箱将其中的热水顶入虹吸热水管，热水即由已排空的虹吸热水管流出使用，从而解决了使用热水前需放尽管中冷水的实际问题。而这时的浮球阀即自动调节保持恒压补水：由于所采用的为大流量浮球阀，阀全开状态的水流量远远大于太阳能热水器的出水水流量，这样，由于浮球自动地调节阀的开度，从而实现恒压补水的需求。排空后，由于所设虹吸管口低于虹吸管脊之间位差之间的系统内的空间体积(指保温恒压自动补水箱和太阳能热水器保温水箱被排空的体积。)可蓄水量等于或略大于太阳能热水器保温水箱中的水全日升温膨胀的水量，所以，当双管排空后，不会再有满溢的水进入管内而冻堵上、下水管。也即构成了本发明“家用太阳能热水器恒压顶水式双管排空防冻的方法”。

本发明的有益效果是：在现有太阳能热水器上采用所述“家用太阳能热水器恒压顶水式双管排空防冻的方法”，既能真正实现双管排空防冻，确保了在寒冷的季节太阳能热水器的正常运行使用，节约了大量的能源；又实现了使用热水前无需先排尽管道中的冷水的目的，节约了大量的水资源。而且，本方法的各种方案不但适用于多种设计的家用太阳能热水器产品，又能对落水式太阳能热水器老产品进行改造升级。该方法的实施与应用将会给社会带来较大的社会效益和经济效益，造福于民，给广大用户带来实惠与方便。

附图说明

下面结合附图和各实施方案对本发明方法进一步说明。

附图1是本发明“侧式恒压顶水式双管排空防冻进出水装置”方案的结构原理图。

附图2是本发明“顶式恒压顶水式双管排空防冻进出水装置”方案的结构原理图。

附图3是本发明“顶式恒压顶水式双管排空防冻太阳能热水器”方案的结构原理图。

附图4是本发明“侧式恒压顶水式双管排空防冻太阳能热水器”方案的结构原理图。

附图5是本发明“恒压顶水式双管排空防冻太阳能热水器”方案的结构原理图。

附图1：

图中：1、进水阀，2、上水管排空阀，3、保温套管，4、进水接管，5、上水管，6、虹吸管口，7、虹吸管脊，8、阻热接管，9、浮球，10、浮球阀嘴，11、通气三通，12、端面密封大流量浮球阀，13、通气口，14、保温恒压自动补水、出水箱，15、保温恒压自动补水、出水箱进排气管，16、太阳能热水器保温水箱进排气管，17、热水连通管，18、虹吸热水管，19、太阳能热水器保温水箱，20、排水、排污阀，21、进排水三通，22、热水阀，23、淋浴器。

具体实施方式

在附图1中，(1)为进水阀，保温恒压自动补水、出水箱进排气管(15)设在保温恒压自动补水、进水箱(14)的上部，太阳能热水器保温水箱进排气管(16)设在太阳能热水器保温水箱(19)的上部。当关闭上水管排空阀(2)、排水排污阀(20)和热水阀(22)、打开进水阀(1)时，自来水由上水管(5)进入浮球阀(12)，经浮球阀嘴(10)射入阻热接管(8)流经进水接管(4)、进排水三通(21)进入太阳能热水器保温水箱(19)。随着水量的不断注入，水位不断上升至热水连通管(17)，继而回流到保温恒压自动补水、出水箱(14)内，水位继续上升至浮球(9)浮起，关闭端面密封大流量浮球阀(12)。这时，即实现了初次补水。这时，关闭进水阀(1)，即可打开上水管排空阀(2)和热水阀(22)，对双管进行排空。虹吸热水管(18)排空时，打开热水阀(22)，保温恒压自动补水、出水箱(14)内的水位降至虹吸管口(6)时，虹吸热水管(18)与大气相通，虹吸热水管(18)排空；上水管(5)排空时，保温恒压自动补水、出水箱(14)内的水位降至浮球阀嘴(10)时，由于通气口(13)的作用，上水管(5)与大气相通，上水管(5)排空。当使用热水时，关闭上水管排空阀(2)，打开进水阀(1)，冷水由端面密封大流量浮球阀(12)经阻热接管(8)、进水接管(4)进入太阳能热水器保温水箱(19)将其中的热水经热水连通管(17)顶入保温恒压自动补水、出水箱(14)，当水位超过虹吸管脊(7)时，热水即经已排空的虹吸热水管(18)自淋浴器(23)流出使用。而这时的端面密封大流量浮球阀(12)即自动调节保持恒压补水。[当关闭进水阀(1)，打开排水、排污阀(20)时，太阳能热水器即可作落水式运行使用，且可对太阳能热水器保温水箱(19)进行排污。]排空后，由于虹吸管口(6)低于虹吸管脊(7)之间位差之间的系统内的空间体积(指保温恒压自动补水、出水箱(14)和太阳能热水器保温水箱(19)被排空的体积。)可蓄水量等于或略大于太阳能热水器保温水箱(19)中的水全日升温膨胀的水量，所以，当虹吸热水管(18)与上水管(5)排空后，不会再有满溢的水进入管内，确保双管不会被冻堵，保证了太阳能热水器全年正常运行使用。从而实现了本发明“侧式恒压顶水式双管排空防冻的进出水装置”的方案。

附图2：

图中：1、进水阀，2、上水管排空阀，3、热水连通管，4、上水管，5、浮球阀嘴，6、通气三通，7、端面密封大流量浮球阀，8、保温套管，9、太阳能热水器保温水箱进排气管，10、通气口，11、保温恒压自动补水、出水箱，12、浮球，13、保温恒压自动补水、出水箱进排气管，14、虹吸管脊，15、虹吸管口，16、虹吸热水管，17、太阳能热水器保温水箱，18、阻热进水接管，19、排水、排污接管，20、排水、排污阀，21、热水阀，22、淋浴器。

具体实施方式

在附图2中，(1)为进水阀，保温恒压自动补水、出水箱进排气管(13)设在保温恒压自动补水、进水箱(11)的上部，太阳能热水器保温水箱进排气管(9)设在太阳能热水器保温水箱(17)的上部。当关闭上水管排空阀(2)、排水、排污阀(20)和热水阀(21)、打开进水阀(1)时，自来水由上水管(4)进入浮球阀(12)，经浮球阀嘴(5)射入阻热进水接管(18)流进太阳能热水器保温水箱(17)底部。随着水量的不断注入，水位不断上升至热水连通管(3)，继而由阻热进水接管(18)与热水连通管(3)之间形成的环管回流到保温恒压自动补水、出水箱(11)内，水位继续上升至浮球(12)浮起，关闭端面密封大流量浮球阀(7)。这时，即实现了初次补水。这时，关闭进水阀(1)，即可打开上水管排空阀(2)和热水阀(21)，对双管进行排空。虹吸热水管(16)排空时，打开热水阀(21)，保温恒压自动补水、出水箱(11)内的水位降至虹吸管口(15)时，虹吸热水管(16)与大气相通，虹吸热水管(16)排空；上水管(4)排空时，保温恒压自动补水、出水箱(11)内的水位降至浮球阀嘴(5)时，由于通气口(10)的作用，上水管(4)与大气相通，上水管(4)排空。当使用热水时，关闭上水管排空阀(2)，打开进水阀(1)，冷水由端面密封大流量浮球阀(7)经阻热进水接管(18)进入太阳能热水器保温水箱(17)将其中的热水经热水连通管(3)顶入保温恒压自动补水、出水箱(11)，当水位超过虹吸管脊(14)时，热水即经已排空的虹吸热水管(16)自淋浴器(22)流出使用。而这时的端面密封大流量浮球阀(7)即自动调节保持恒压补水。[当关闭进水阀(1)，打开排水、排污阀(20)时，太阳能热水器即可作落水式运行使用，且可对太阳能热水器保温水箱(17)进行排污。]排空后，由于虹吸管口(15)低于虹吸管脊(14)之间位差之间的系统内的空间体积(指保温恒压自动补水、出水箱(11)和太阳能热水器保温水箱(17)被排空的体积。)可蓄水量等于或略大于太阳能热水器保温水箱(17)中的水全日升温膨胀的水量，所以，当虹吸热水管(16)与上水管(4)排空后，不会再有满溢的水进入管内，确保双管不会被冻堵，保证了太阳能热水器全年正常运行使用。从而实现了本发明“顶式恒压顶水式双管排空防冻的进出水装置”的方案。

附图3：

图中：1、进水阀，2、上水管排空阀，3、上水管，4、太阳能热水器保温水箱，5、连通接管，6、浮球，7、端面密封大流量浮球阀，8、保温恒压自动补水箱，9、保温恒压自动补水箱进排气管，10、太阳能热水器保温水箱进排气管，11、保温套管，12、虹吸管脊，13、虹吸管口，14、虹吸热水管，15、排水、排污阀，16、排水、排污接管，17、热水阀，18、淋浴器。

具体实施方式

在附图3中，(1)为进水阀，保温恒压自动补水箱进排气管(9)设在保温恒压自动补水箱(8)的上部，太阳能热水器保温水箱进排气管(10)设在太阳能热水器保温水箱(4)的上部。当关闭上水管排空阀(2)、排水、排污阀(15)和热水阀(17)、打开进水阀(1)时，自来水由上水管(3)进入保温恒压自动补水箱(8)，经连通接管(5)流进太阳能热水器保温水箱(4)。随着水量的不断注入，水位不断上升至浮球(6)浮起，关闭端面密封大流量浮球阀(7)。这时，即实现了初次补水。这时，关闭进水阀(1)，即可打开上水管排空阀(2)和热水阀(17)，对双管进行排空。虹吸热水管(14)排空时，打开热水阀(17)，太阳能热水器保温水箱(4)内的水位降至虹吸管口(13)时，虹吸热水管(14)与大气相通，虹吸热水管(14)排空；上水管(3)排空时，保温恒压自动补水箱(8)内的水位降至端面密封浮球阀口时，上水管(3)与大气相通，上水管(3)排空。当使用热水时，关闭上水管排空阀(2)，打开进水阀(1)，冷水由端面密封大流量浮球阀(7)经连通接管(5)进入太阳能热水器保温水箱(4)将其中的热水顶入虹吸热水管(14)，热水即经已排空的虹吸热水管(14)自淋浴器(18)流出使用。而这时的端面密封大流量浮球阀(7)即自动调节保持恒压补水。[当打开排水、排污阀(15)时，太阳能热水器即可作落水式运行使用，且可对太阳能热水器保温水箱(4)进行排污。]排空后，由于虹吸管口(13)低于虹吸管脊(12)之间位差之间的系统内的空间体积(指保温恒压自动补水箱(8)和太阳能热水器保温水箱(4)被排空的体积。)可蓄水量等于或略大于太阳能热水器保温水箱(4)中的水全日升温膨胀的水量，所以，当虹吸热水管(14)与上水管(3)排空后，不会再有满溢的水进入管内，确保双管不会被冻堵，保证了太阳能热水器全年正常运行使用。从而实现了本发明“顶式恒压顶水式双管排空防冻太阳能热水器”的方案。

附图4：

图中：1、进水阀，2、上水管排空阀，3、上水管，4、太阳能热水器保温水箱，5、连通接管，6、太阳能热水器保温水箱进排气管，7、浮球，8、端面密封大流量浮球阀，9、保温恒压自动补水箱，10、保温恒压自动补水箱进排气管，11、虹吸管口，12、虹吸管脊，13、保温套管，14、虹吸热水管，15、排水、排污接管，16、排水、排污阀，17、热水阀，18、淋浴器。

具体实施方式

在附图4中，(1)为进水阀，保温恒压自动补水箱进排气管(10)设在保温恒压自动补水箱(9)的上部，太阳能热水器保温水箱进排气管(6)设在太阳能热水器保温水箱(4)的上部，虹吸热水管(14)的虹吸管口(11)置于太阳能热水器保温水箱(4)内侧面上部。当关闭上水管排空阀(2)、排水、排污阀(16)和热水阀(17)、打开进水阀(1)时，自来水由上水管(3)进入保温恒压自动补水箱(9)，经连通接管(5)流进太阳能热水器保温水箱(4)。随着水量的不断注入，水位不断上升至浮球(7)浮起，关闭端面密封大流量浮球阀(8)。这时，即实现了初次补水。这时，关闭进水阀(1)，即可打开上水管排空阀(2)和热水阀(17)，对双管进行排空。虹吸热水管(14)排空时，打开热水阀(17)，太阳能热水器保温水箱(4)内的水位降至虹吸管口(11)时，虹吸热水管(14)与大气相通，虹吸热水管(14)排空；上水管(3)排空时，保温恒压自动补水箱(9)内的水位降至端面密封浮球阀口时，上水管(3)与大气相通，上水管(3)排空。当使用热水时，关闭上水管排空阀(2)，打开进水阀(1)，冷水由端面密封大流量浮球阀(8)经连通接管(5)进入太阳能热水器保温水箱(4)将其中的热水顶入虹吸热水管(14)，热水即经已排空的虹吸热水管(14)自淋浴器(18)流出使用。而这时的端面密封大流量浮球阀(8)即自动调节保持恒压补水。[当打开排水、排污阀(16)时，太阳能热水器即可作落水式运行使用，且可对太阳能热水器保温水箱(4)进行排污。]排空后，由于虹吸管口(11)低于虹吸管脊(12)之间位差之间的系统内的空间体积(指保温恒压自动补水箱(9)和太阳能热水器保温水箱(4)被排空的体积。)可蓄水量等于或略大于太阳能热水器保温水箱(4)中的水全日升温膨胀的水量，所以，当虹吸热水管(14)与上水管(3)排空后，不会再有满溢的水进入管内，确保双管不会被冻堵，保证了太阳能热水器全年正常运行使用。从而实现了本发明“侧式恒压顶水式双管排空防冻太阳能热水器”的方案。

附图5：

图中：1、进水阀，2、上水管排空阀，3、上水管，4、太阳能热水器保温水箱，5、进水连接管，6、连通接管，，7、浮球，8、端面密封大流量浮球阀，9、保温恒压自动补水箱，10、保温恒压自动补水箱进排气管，11、太阳能热水器保温水箱进排气管，12、保温套管，13、虹吸热水管，14、虹吸管脊，15、虹吸管口，16、排水、排污阀，17、排水、排污接管，18、热水阀，19、淋浴器。

具体实施方式

在附图5中，(1)为进水阀，保温恒压自动补水箱进排气管(10)设在保温恒压自动补水箱(9)的上部，太阳能热水器保温水箱进排气管(11)设在太阳能热水器保温水箱(4)的顶部，虹吸热水管(13)的虹吸管口(15)置于在太阳能热水器保温水箱进排气管(11)内。当关闭上水管排空阀(2)、排水、排污阀(16)和热水阀(18)、打开进水阀(1)时，自来水由上水管(3)进入保温恒压自动补水箱(9)，经连通接管(6)、进水连接管(5)流进太阳能热水器保温水箱(4)的底部。随着水量的不断注入，水位不断上升至浮球(7)浮起，关闭端面密封大流量浮球阀(8)。这时，即实现了初次补水。这时，关闭进水阀(1)，即可打开上水管排空阀(2)和热水阀(18)，对双管进行排空。虹吸热水管(13)排空时，打开热水阀(18)，太阳能热水器保温水箱进排气管(11)内的水位降至虹吸管口(15)时，虹吸热水管(13)与大气相通，虹吸热水管(13)排空；上水管(3)排空时，保温恒压自动补水箱(9)内的水位降至端面密封浮球阀口时，上水管(3)与大气相通，上水管(3)排空。当使用热水时，关闭上水管排空阀(2)，打开进水阀(1)，冷水由端面密封大流量浮球阀(8)经连通接管(6)、进水连接管(5)进入太阳能热水器保温水箱(4)的底部，将其中的热水顶入虹吸热水管(13)，热水即经已排空的虹吸热水管(13)自淋浴器(19)流出使用。而这时的端面密封大流量浮球阀(8)即自动调节保持恒压补水。[当打开排水、排污阀(16)时，太阳能热水器即可作落水式运行使用，且可对太阳能热水器保温水箱(4)进行排污。]排空后，由于虹吸管口(15)低于虹吸管脊(14)之间位差之间的系统内的空间体积(指保温恒压自动补水箱(9)和太阳能热水器保温水箱(4)被排空的体积。)可蓄水量等于或略大于太阳能热水器保温水箱(4)中的水全日升温膨胀的水量，所以，当虹吸热水管(13)与上水管(3)排空后，不会再有满溢的水进入管内，确保双管不会被冻堵，保证了太阳能热水器全年正常运行使用。从而实现了本发明“恒压顶水式双管排空防冻太阳能热水器”的方案。

Claims (3)

1.一种用于家用太阳能热水器恒压顶水双管排空防冻的方法。其特征是：设有保温恒压自动补水箱，保温恒压自动补水箱内设有端面密封大流量浮球阀；

2.根据权利要求1所述的“家用太阳能热水器恒压顶水双管排空防冻的方法”，其特征是：设有虹吸热水管，虹吸热水管的中部与太阳能热水器保温水箱的下部相对应处通过排水、排污接管(或进出水三通)相连通，连接处设有排水、排污阀；

3.根据权利要求1、2所述的“家用太阳能热水器恒压顶水双管排空防冻的方法”，其特征是：虹吸热水管口与虹吸管脊之间位差之间的系统内的空间体积可蓄水量始终大于等于太阳能热水器保温水箱中的水在全日光照加热升温后膨胀的水量。

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