CN102734146A - 利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置，包括与高压管一端连接的低压管，高压管一侧的低压管为流入段，高压管另一侧的低压管为流出段，低压管上安装有由控制器控制的加压泵，高压管上安装有由控制器控制的高压阀，流入段上安装有由控制器控制的低压阀或防止流入段倒流的单向阀，还包括设置在流出段上的流速传感器，或设置在低压阀或单向阀出口或高压阀出口的压力传感器，或分别设置在流入段上的低压流速传感器和设置在高压管上的高压流速传感器，上述各传感器均与控制器电连接。能够根据高处流出点阀门的开启或关闭控制低处流体向高处自动加压供出或停止供出，控制灵敏，供出压力稳定，且安装方便。

Description

利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置

技术领域

本发明涉及一种利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置。

背景技术

随着经济的快速发展，各种能源供应越来越紧张，价格也越来越贵，这样太阳能无疑成了人们可利用廉价能源的首选。目前，人们利用太阳能主要进行热水和发电，其中利用太阳能进行热水的成本最低、效率最高，在家庭中可以用来洗澡、洗菜和供暖等。利用太阳能热水是一个持续加热的过程，因此人们一般都在室内设置储水罐将经太阳能加热的水储存起来以备随时取用。储水罐主要有密封储压式和开口常压式两种，其中，密封储压式储水罐根据通入冷水的压力自动推动热水向外流出，结构简单，使用方便，但是价格较贵，且使用寿命较短。

对于在大气压下向外供水的开口容器而言，根据连通器原理可知，与开口容器连接的流出点必须低于开口容器的液位才能向外供水，并且流出点相对于开口容器的液位落差越大出水压力就越大。如果两者落差很小或没有落差，甚至流出点高于开口容器液位的情况下，要想达到出水有压力，那么就必须在常压出水管道上加一个加压泵以达到出水增压的目的。目前，采用的解决方案一般有两种，一种是采用自吸式加压泵加连锁压力开关的方式。自吸式加压泵的供水压力大，能够保证推动机械式压力开关可靠动作。当高处流出点的阀门（水龙头）被开启时，供水管道内压力降低，压力开关接通加压泵电源，加压泵便自动加压向外供水。当流出点阀门关闭时，供水管内压力升高，压力开关动作并切断加压泵电源，加压泵停机，一个工作循环结束。这种控制方案的优点是结构简单，能够根据流出点阀门的开关自动加压供水或停止加压供水，缺点是机械式压力开关控制精度较低，会使出水压力不恒定，出现忽大忽小的现象，洗澡时就会出现忽冷忽热的现象，并且自吸式加压泵的工作杂音极大，不适合在室内使用。另一种解决方案是在流出点的阀门上设置控制加压泵的控制开关，当阀门开启时，加压泵电源被接通，从而实现加压供水的目的；而在关闭阀门的时候，加压泵电源也被同时关闭，也能实现加压泵能根据实际需要自动开启或关闭。这种技术方案的优点是，可以根据实际需要选择不同噪音等级的加压泵，选择性较大，缺点是需要改造或更换厕所、厨房和阳台上各流出点的阀门（水龙头），并铺设连接阀门和加压泵的控制电线，安装改造工程巨大，而且很不美观。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足提供一种结构合理，能够根据高处流出点阀门的开启或关闭控制低处流体向高处自动加压供出或停止供出，控制精度高，供出压力稳定，且安装方便的利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置。

为解决上述技术问题，本利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置的结构特点是：包括与高压管一端连接的低压管，高压管一侧的低压管为流入段，高压管另一侧的低压管为流出段，低压管上安装有由控制器控制的加压泵，高压管上安装有由控制器控制的高压阀，流入段上安装有由控制器控制的低压阀或防止流入段倒流的单向阀，还包括设置在流出段上检测流速的流速传感器，或设置在低压阀或单向阀出口对应低压管或高压阀出口对应高压管上的压力传感器，或分别设置在流入段上的低压流速传感器和设置在高压管上的高压流速传感器，所述流速传感器、压力传感器、低压流速传感器和高压流速传感器均与控制器的输入输出端对应电连接在一起。

本结构的利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置是通过电控高压驱动结构来实现能够根据高处流出点阀门的开启或关闭控制低处流体向高处自动加压供出或停止供出，控制精度高，供出压力稳定，且安装方便的。

电控高压驱动结构主要包括连接在低压管上的高压管，为方便叙述，高压管两侧的低压管段分别称为流入段和流出段。低压管内通有低压流体，低压流体从流入段流入，并从流出段流出。低压管上安装有由控制器控制工作的加压泵，加压泵的主要作用，是在控制器控制下将低压管内的低压流体加压后通过流出段供出。高压管内通有高压流体，高压流体从高压管末端流入，并从与低压管连接的一端流出。低压管的流入段上安装有低压阀或单向阀。低压阀的动作由控制器控制，低压阀的主要作用，是控制流入段的通断。单向阀的主要作用，是限制流入段内流体的流向，使流入段内的流体只能向流出段方向流动而不能倒流。因为高压流体的压力比低压流体的压力高，因此，通过低压阀或单向阀，可以避免较高压力的高压流体进入低压阀或单向阀前端的流入段内，有效保障了低压流体输入源和高压流体输入源的互不影响。高压管上安装有由控制器控制工作的高压阀，高压阀的主要作用，是在控制器的驱动下控制高压管的通断，从而决定是否使高压流体经高压管从流出段流出。安装在低压管或高压管上的传感器的主要作用，是检测管道内流体的压力或流速，并将该检测信号实时传送给控制器作为控制依据。

在实际应用时，将高压管输入端与高压流体源连接，将低压管的输出端也就是流出段末端与输出阀门连接，并将低压管的输入端也就是流入段末端与敞口容器或低压流体源连接。当处输出阀门关闭时，低压管上的低压阀为关闭状态，高压管上的高压阀为开启状态。此时，高压流体源将高压流体经高压管通入低压管的流出段内，所以，安装在低压管和高压管上的传感器会向控制器发送高压力信号或零流速信号。当用户开启输出阀门需要释放流体时，流出段和高压管内压力陡然降低同时流速快速升高。控制器接收到降低的压力信号或升高的流速信号后，即判断出输出阀门已被开启，便控制关闭高压阀同时开启低压阀和加压泵，这样，高压流体便停止向外输出而低压流体在加压泵的作用下加压向高处供出。因为低压流体源向高处供出的整个通路中只有加压泵正常通电输出，没有其他控制部件或影响输出压力的部件，因此在整个加压输出过程中，压力控制精度较高，输出压力恒定，流速稳定。当输出流体后用户关闭高处的输出阀门时，低压流体的流通通道被关断，加压泵输出段的压力陡增但输入段压力下降且整个通路流速降为零。控制器接收到传感器传送来的压力信号或流速信号时，会控制加压泵停机，并控制低压阀切断低压管，同时控制高压阀接通高压管，以使高压流体保持住加压泵输出端的高压力或零流速，此时，本利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置处于待机状态。这样就保证了高压管或低压管上的传感器能够实时向控制器传送待机状态时的高压力或零流速信号，也就向控制器传送了高处的输出阀门处于关闭状态的信号，在输出阀门开启时便于控制器及时接收开启信号，有效保证了本利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置动作的快速性。当下次开启输出阀门时，重复上述过程。

安装在低压管和高压管上的传感器，可以采用检测压力的传感器也可以采用检测流速的传感器。检测压力的传感器安装在低压阀或单向阀出口的低压管上，或者安装在高压阀出口对应的高压管上。因为低压阀或单向阀出口对应的低压管与高压阀出口对应的高压管是连通关系，所以两者压力在静态时是相同的，检测压力的传感器无论安装在低压阀或单向阀出口对应的低压管上，还是安装在高压阀出口对应的高压管上，都能检测低压阀或单向阀出口对应的低压管与高压阀出口对应的高压管的流体压力，也就是输出阀门输入端的流体压力。当输出阀门关闭时，高压阀开启，检测压力的传感器检测到的就是高压流体自身的压力。当输出阀门开启时，输出阀门内端的流体压力降低，此时控制器便可以控制关闭高压阀同时开启加压泵和低压阀，以实现对低压流体的加压供出。放出一部分低压流体后关闭高处输出阀门时，如果检测压力的传感器位于加压泵出口，则压力会陡然升高，如果检测压力的传感器位于加压泵入口，则检测的压力会陡然降低。这样，控制器就可以判断出用户关断了高处的输出阀门，便控制加压泵停机并关断低压阀，同时开启高压阀以维持输出阀门内端的高压。

检测流速的传感器可以是只安装在低压管流出段上的流速传感器，也可以是分别安装在低压管流入段上的低压流速传感器和安装在高压管上的高压流速传感器。对于只安装在低压管流出段上的低压流速传感器而言，当输出阀门开启时，流速由零逐渐变大，此时控制器控制关闭高压阀同时开启加压泵并开启低压阀，对低压流体加压输出。当输出阀门被关闭时，流速传感器的检测值逐渐变为零，此时控制器控制开启高压阀同时关闭加压泵并关闭低压阀。对与分别安装在低压管流入段上的低压流速传感器和安装在高压管上的高压流速传感器而言，当输出阀门开启时，高压流速传感器检测的流速由零逐渐变大，此时控制器控制关闭高压阀，并通过高压流体传感器的检测信号判断高压阀是否关闭，同时开启加压泵并开启低压阀，对低压流体加压输出。此时低压流速传感器的检测值由零逐渐升高，控制器根据此检测值可以判断加压泵及低压阀是否开启，起到了反馈检测的作用。当输出阀门被关闭时，低压流速传感器的检测值逐渐变为零，此时控制器控制开启高压阀同时关闭加压泵并关闭低压阀，以保持输出阀门内端的高压。

将本利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置应用于家庭用太阳能热水时，可以直接将流出段末端和高压管末端串接在自来水管中，并将流入段末端与太阳能热水器的开口式储水箱连接。因为太阳能在白天是一直工作的，所以白天可以通过本利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置，用加压供出的太阳能热水代替自来水进行供暖、洗澡、洗手、洗衣或者洗菜，不但节能、用水温度更舒适，而且有助于节省洗衣粉等。

上述说明是以在低压管流入段上安装由控制器控制的低压阀为例进行说明的，在实际应用时，也可以用与加压泵流向一致的单向阀代替，所起的作用是一致的，在此不再细述。

作为改进，所述低压管和高压管设置在敞口容器内，敞口容器外壁上设置有与敞口容器内腔连通的流入管和流出管，流入管内端与高压管远离低压管的一端连接在一起，流出管内端与流出段远离流入段的一端连接在一起，流入段远离流出段的一端向敞口容器内腔底部延伸。

将低压管和高压管设置在开口容器内，不但可以通过加压泵抽取开口容器内的流体，而且还可以将本利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置用开口容器遮挡起来，在外观上更加美观。通过设置在开口容器外壁上的流入管和流出管，可以将本利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置串接安装在高压流体管道上，并将开口容器内具有高温或低温等特性的低压流体经加压后自动供出，安装或使用都非常方便。

作为进一步改进，流入段远离流出段的一端安装有过滤器。

通过过滤器，可以对开口容器内的低压流体进行过滤，有效保障了输出流体的清洁度。

综上所述，采用这种结构的利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置，结构合理，能够根据高处流出点阀门的开启或关闭控制低处流体向高处自动加压供出或停止供出，控制精度高，供出压力稳定，且安装方便，特别适合在常压太阳能热水器上使用。

附图说明

结合附图对本发明做进一步详细说明：

图1为本发明具体实施方式一的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式二的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式三的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式四的结构示意图。

图中：1为低压管，2为加压泵，3为高压管，4为低压阀，5为高压阀，6为流速传感器，7为控制器，8为敞口容器，9为流入管，10为流出管，11为流入段，12为流出段，13为过滤器，14为低压流速传感器，15为高压流速传感器，16为压力传感器，17为输出阀门。

具体实施方式

具体实施例一：如图1所示，本实施例以供热水为例进行详细说明。该利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置包括连通低压热水源的低压管1，在本实施例中，低压管1输入端与盛装有热水的敞口水箱连接在一起。低压管1中部与高压管3的一端连接在一起，为方便叙述，高压管3两侧的低压管1段分别称为流入段11和流出段12，热水从流入段11流入从流出段12流出。低压管1上安装有加压泵2，加压泵2由控制器7控制工作。加压泵2的主要作用，是在控制器7控制下将低压管1内的低压热水加压后通过流出段12向高处或远处供热水。高压管3末端连接自来水管，这样高压管3内就通有自来水，自来水从高压管3末端流入，并从与低压管1连接的一端流入低压管1。低压管1的流出段12末端与高处或远处的输出阀门17连接在一起，通过操作输出阀门17可以控制流出段内的水是否向外流出。低压管1的流入段11上安装有低压阀4，低压阀4的动作由控制器7控制。低压阀4的主要作用，是在控制器用的控制下控制流入段11的通断，从而实现对流入段11内热水的控制。在自然状态下自来水的压力比低压热水的压力要高，因此，通过关闭低压阀4，可以避免较高压力的自来水进入低压阀4前端的流入段11内，有效保障了低压热水输入源和自来水输入源的互不影响。高压管3上安装有由控制器7控制工作的高压阀5，高压阀5的主要作用，是在控制器7的驱动下控制高压管3的通断，从而实现自来水经高压管3流入流出段12。流出段12上安装有流速传感器6，流速传感器6的主要作用，是检测流出段12内水的流速，并将该检测信号实时传送给控制器7作为控制依据。

当输出阀门17关闭时，低压管1上的低压阀4为关闭状态，高压管3上的高压阀5为开启状态。此时，自来水管将自来水经高压管3通入低压管1的流出段12内，所以，安装在流出段12上的流速传感器6所检测到的流速信号为零，并将该信号传送给控制器7。当用户开启输出阀门需要用水时，自来水管会通过高压管3和流出段12先向外供自来水，但此时流出段12和高压管3内压力陡然降低同时流速快速升高，流速传感器6将该流速信号传送给控制器7。控制器7接收到该升高的流速信号后，即判断出输出阀门已被开启，便控制关闭高压阀5同时开启低压阀4并对加压泵2供电，这样，自来水便停止向外输出而低压热水在加压泵2的作用下加压向高处供出。因为低压热水源向高处供出的整个通路中只有加压泵2正常通电输出，没有其他控制部件或影响输出压力的部件，因此在整个加压输出过程中，压力控制精度较高，输出压力恒定，流速稳定。当用户放出热水后关闭输出阀门时，低压热水的流通通道被关断，因为加压泵2还未断电，加压泵2输出段的压力会陡增、输入段压力会下降，但整个通路流速降为零。此时，流速传感器6会将该零流速信号传送给控制器7。控制器7接收到传感器传送来的流速信号时，会控制加压泵2停机，并控制低压阀4切断低压管1，同时控制高压阀5接通高压管3，以使自来水管内的自来水及时补充到高压管3和流出段12内，以保持加压泵2输出端管道内水的高压力或零流速，以便于下次开启输出阀门时流速传感器6通过测速能够及时检测到该开启信号。这样就保证了流速传感器6实时向控制器7传送准确的流速信号，也就向控制器7实时、准确地传送了高处的输出阀门开启或关闭的信号，保证了供热水的及时性。当下次开启输出阀门时，重复上述过程。

具体实施方式二，如图2所示，该实施方式与实施方式一大致相同，不同之处在于流速传感器的数量为两个，即低压流速传感器14和高压流速传感器15。其中，低压流速传感器14安装在低压管1流入段11上，高压流速传感器15安装在高压管3上，低压流速传感器14和高压流速传感器15皆与控制器7输入端电连接在一起。当输出阀门开启时，高压流速传感器15检测到高压管3内自来水流速由零逐渐变大，此时控制器7根据该流速信号控制关闭高压阀5，并通过该传感器检测信号是否为零流速或接近零流速来判断高压阀5是否关闭，保证了高压阀5动作的可靠性。同时开启加压泵2并开启低压阀4，对低压热水加压输出。此时低压流速传感器14的检测值由零逐渐升高，控制器7根据此检测值可以判断加压泵2及低压阀4是否开启，起到了反馈检测的作用，保证了加压泵和低压阀4动作的可靠性。当输出阀门被关闭时，低压流速传感器14的检测值逐渐变为零，此时控制器7根据该检测信号控制开启高压阀5同时关闭加压泵2并关闭低压阀4，以保持待机状态时输出阀门内端的高压。

具体实施方式三，如图3所示，该实施方式与实施方式一大致相同，不同之处在于该利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置所采用的传感器为检测管道压力的压力传感器16，压力传感器16安装在低压阀4出口的低压管1上。在具体生产时，也可将压力传感器16安装在高压阀5出口对应的高压管3上。因为低压阀4出口对应的低压管1与高压阀5出口对应的高压管3是连通关系，所以两者压力在静态时是相同的。压力传感器无论安装在低压阀4出口对应的低压管1上，还是安装在高压阀5出口对应的高压管3上，都能检测低压阀4出口对应的低压管1与高压阀5出口对应的高压管3的流体压力，也就是输出阀门输入端的流体压力。当输出阀门处于关闭状态时，高压阀5处于开启状态，自来水管经高压管3与低压管1连通在一起，所以，此时压力传感器检测到的压力值就是自来水自身的压力。当输出阀门开启时，自来水经高压管3和流出段12流出，输出阀门内端的流体压力降低。压力传感器6检测到该降低的压力信号后，便将该压力信号传送给控制器7。此时控制器7便控制关闭高压阀5同时开启加压泵2和低压阀4，以实现对低压热水的加压供出。用户放出热水后关闭输出阀门时，因为压力的传感器16位于加压泵2的出口侧，所以压力会陡然升高。此时，控制器7就会根据该升高的压力信号判断出输出阀门已关闭的信息，这样，控制器7就会控制高压阀5打开、控制低压阀4关闭并切断加压泵2电源而进入待机状态。在实际使用时，若加压泵位于低压阀出水端，也可将压力传感器安装在加压泵2入口和低压阀4出口之间的低压管1上，此情况下关闭输出阀门时，压力传感器16检测到的压力会陡然降低至接近热水水箱自然状态下的压力。此时，控制器7依然可以判断出用户关断了高处的输出阀门，同样会控制加压泵2停机并关断低压阀4，同时开启高压阀5以维持输出阀门内端的高压。

上述各实施例是以在低压管1流入段11上安装由控制器7控制的低压阀4为例进行说明的，在实际应用时，也可以用与加压泵2流向一致的单向阀代替。单向阀的主要作用，是限制流入段11内流体的流向，使流入段11内的流体只能向流出段12方向流动而不能倒流，有效避免了自来水倒灌热水水箱的情况。

如图4所示，在具体生产时，可以将低压管1和高压管3都设置在敞口容器8内，流入段11远离流出段12的一端向敞口容器8内腔底部延伸，并在低压管1流入段11远离流出段12的一端安装有过滤器13。通过过滤器13，可以对开口容器内的低压热水进行过滤，有效保障了输出流体的清洁度。敞口容器8外壁上设置与敞口容器8内腔连通的流入管9和流出管10，流入管9内端与高压管3远离低压管1的一端连接在一起，流出管10内端与流出段12远离流入段11的一端连接在一起。这样不但可以通过加压泵2抽取开口容器内的低压热水，而且还可以将该利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置用开口容器遮挡起来，在外观上更加美观。通过设置在开口容器外壁上的流入管9和流出管10，可以将该利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置串接安装在自来水管道上，这样就可以将开口容器内具有高温特性的低压热水经加压后自动供出，安装或使用都非常方便。

Claims (3)

1.利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置，其特征是：包括与高压管（3）一端连接的低压管（1），高压管（3）一侧的低压管（1）为流入段（11），高压管（3）另一侧的低压管（1）为流出段（12），低压管（1）上安装有由控制器（7）控制的加压泵（2），高压管（3）上安装有由控制器（7）控制的高压阀（5），流入段（11）上安装有由控制器（7）控制的低压阀（4）或防止流入段（11）倒流的单向阀，还包括设置在流出段（12）上检测流速的流速传感器（6），或设置在低压阀或单向阀出口对应低压管（1）或高压阀出口对应高压管（3）上的压力传感器，或分别设置在流入段（11）上的低压流速传感器和设置在高压管（3）上的高压流速传感器，所述流速传感器（6）、压力传感器、低压流速传感器和高压流速传感器均与控制器（7）的输入输出端对应电连接在一起。

2.如权利要求1所述的利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置，其特征是：所述低压管（1）和高压管（3）设置在敞口容器（8）内，敞口容器（8）外壁上设置有与敞口容器（8）内腔连通的流入管（9）和流出管（10），流入管（9）内端与高压管（3）远离低压管（1）的一端连接在一起，流出管（10）内端与流出段（12）远离流入段的一端连接在一起，流入段（11）远离流出段的一端向敞口容器（8）内腔底部延伸。

3.如权利要求2所述的利用高压流体控制低压流体向高处自动输送的控制装置，其特征是：流入段（11）远离流出段的一端安装有过滤器（13）。

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