CN105972843B - 一种防冻快速出热水的太阳能热水器回路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防冻快速出热水的太阳能热水器回路，包括连通在太阳能热水器水箱和热水出水口之间送水管，还设有空气储存箱，与自来水供水管连通用以向送水管压入空气；回水管，连在送水管和太阳能热水器水箱之间以回流送水管的排水。本发明利用自来水供水管中的压力作为动力，在用户用完热水后驱动空气推动管道中的热水流回太阳能热水器的水箱，巧妙地利用了现有系统中的多余能量，实现了管道中热水的回收利用，解决了太阳能热水器出热水速度慢、冬季管道易结冰的问题，而且本发明的热水供水、热水回收和冷水供水功能可以同时实现，互不干扰，方便用户使用。

Description

一种防冻快速出热水的太阳能热水器回路

技术领域

本发明属于热水器技术领域，特别是一种防冻快速出热水的太阳能热水器回路。

背景技术

太阳能热水器是目前太阳能热利用技术最成熟、应用最广泛的装置。太阳能热水器的集热器和水箱一般都安装在建筑的屋顶上，这就造成了以下两个问题：一是连接太阳能热水器水箱和用户使用端的管道的长度过长，使得每次使用热水时都要先排空管道中的冷水，这不仅浪费了水资源，而且不方便用户使用。二是由于太阳能热水器的水箱位于室外，冬季气温低于零度时连接太阳能热水器水箱和用户使用端的管道就有可能冻结，使用户无法使用。

针对这两个问题，现在有两种解决方案。第一种是当管道中的水温低于某一温度时就利用管道上的加热装置对其进行加热或者用水箱中的热水替换掉管道中的冷水。由于管道的形状是细长的圆柱体，因此管道中的热水与外界的换热面积很大，所以这种解决方案不仅投资成本高，而且运行能耗大，不利于节能减排。第二种解决方案是在用户使用完热水后，将管道中的热水直接排放掉或者排到保温水箱中，如申请号为200720031177.3、200520113381.0、200720138629.8、201020168684.3等的多项实用新型专利都是采用的这种解决方案。当管道中的水被空气替代后，自然不会产生冬季结冰问题了，而且下次使用热水时不需要先排空冷水，热水可以以很快的速度流下来。这种解决方案的问题在于，首先，将管道中的热水直接排放掉既浪费了热水中的能量也浪费了水资源。其次，将管道中的热水排到保温水箱中，如果长时间不用热水也会变凉，保温水箱的设置增加了投资的成本，而且该方案还有很多实际使用中会遇到的问题没有解决，比如保温水箱满了之后怎么办？保温水箱的出水管道和太阳能热水器的出水管道怎么连接？因为用户是习惯使用一个固定出水口的，给保温水箱单独接一个出水口不符合用户的使用习惯。而且，给保温水箱单独接一个出水口很容易造成用户使用时水温不足或水量不足的困扰。综上所述，解决太阳能热水器冬季管道结冰、出热水慢的一个好的方法是在用户使用完热水后用空气替代管道中的水，但是目前的技术未能很好的实现这一方法。

发明内容

本发明提供了一种防冻快速出热水的太阳能热水器回路，可以在用户使用完热水后利用空气将管道中的热水压回太阳能热水器的水箱，供下次使用。而且本发明使用的动力来自于自来水供水管的压力，除了控制系统外不耗费电能，巧妙利用了现有系统中的多余能量，具有低能耗、低成本的优点。

一种防冻快速出热水的太阳能热水器回路，包括连通在太阳能热水器水箱和热水出水口之间送水管，还设有：

空气储存箱，与自来水供水管连通用以向送水管压入空气；

回水管，连在送水管和太阳能热水器水箱之间以回流送水管的排水。

本发明的太阳能热水器回路在送水管的排水方式上进行了改进，额外设置了空气储存箱，通过自来水提高空气储存箱内的空气压力，需要排水时将被增压的空气通入送水管，同时使需要回收的热水通过排水管回流至太阳能热水器水箱，在各管路上根据水流方向可以利用现有技术设置必要的控制阀、单向阀等管路元件。

为了自动维系空气储存箱的气压平衡以及空气的补充，作为优选，所述空气储存箱通过用以吸气的单向阀与大气相通。

为了避免热水倒灌进入空气储存箱，作为优选，所述空气储存箱与送水管之间的管路上设有防止热水倒灌的单向阀。

为了实现空气储存箱的自动上水，所述空气储存箱与自来水供水管连接的部位上设有浮球阀，空气储存箱底部始终保持有很少的水量。

为了充分利用空气储存箱以及留存的一部分冷水，空气储存箱可以直接连通至冷水出水口供室内使用，因此作为优选，所述空气储存箱的位置高于冷水出水口。所述冷水出水口既可以是连通与热水管相连的混水阀也可以是纯冷水出水口(如抽水马桶水箱的入水口)。

为了连续供水，所述空气储存箱与自来水供水管之间设有带电磁阀的供水旁路。

作为优选，所述空气储存箱供水旁路的最大水流量大于空气储存箱通向冷水出水口的最大水流量。以保证在空气推动送水管和回水管内的热水流回太阳能热水器水箱的同时，如果有用户使用冷水，热水回收过程可以继续进行。

为了在排水时避免管路混通，所述送水管的上游侧依次设有用以供热水的电磁阀和防止空气倒灌的单向阀，送水管的下游侧设有与热水出水口匹配的龙头，空气储存箱和回水管与送水管的连接处均位于防止空气倒灌的单向阀和龙头之间。通过单向阀与龙头可将送水管两端与其它管路隔断，便于压入空气排水。

为了提高排水效果，作为优选，空气储存箱与送水管的连接处靠近防止空气倒灌的单向阀，回水管与送水管的连接处靠近龙头。这样尽可能的将整条送水管排空。

相应的，作为优选，送水管上的电磁阀和单向阀都靠近太阳能热水器水箱底部且均设置在太阳能热水器水箱的保温层内。

作为优选，所述回水管与送水管的连接口位于送水管的下管壁上。可最大限度排空送水管。

作为优选，回水管出口通过用于防止溢水的单向阀与太阳能热水器水箱顶部相接。用于防止溢水的单向阀紧挨着太阳能热水器的水箱设置，其导通方向为向太阳能热水器水箱导通，可以保证太阳能热水器水箱在补水时，多余的水不会从回水管流出。所述回水管的直径要小到可以在垂直管道中形成封闭的气柱。

为了便于自动控制，作为优选，在热水出水口处设有感知龙头开关的检测传感器，龙头关闭时供水旁路上的电磁阀开启，送水管上用以供热水的电磁阀关闭。

作为优选，回水管上靠近末端部位设有感测排水水流的压力传感器，排水完成后所述供水旁路上的电磁阀关闭。

其中用以供热水的电磁阀为常开电磁阀。

供水旁路上的电磁阀为常闭电磁阀。需要供水时打开，当回水管的压力传感器检测到已无水流时，即排水完成后，该电磁阀复位关闭。压力传感器一般在防止溢水的单向阀之前布置。

各传感器以及电磁阀均接入电控系统，所述电控系统设有设置在热水出水口旁边的电控系统开关。

电控系统可以采用单片机等形式，当温度适宜不需要排水，或冷热水短时间内频繁切换时，可以关闭电控系统，相当于以普通热水系统工作。

作为优选，

本发明和现有技术相比，有以下优点：

(1)本发明解决了太阳能热水器出热水速度慢、冬季管道易结冰的问题。本发明在用户用完热水后利用空气排空管道中的水，一方面可以在下次用户使用热水时实现快速出热水，另一方面可以防止连接太阳能热水器水箱和用户使用端的管道在冬季结冰。

(2)本发明实现了管道中的热水的回收。本发明在用户用完热水后将管道中的热水送回太阳能热水器的水箱中，不但节约了水资源，而且回收了热水中的热量。

(3)本发明以自来水供水管中的压力作为动力，除了电控系统外不耗费电能，巧妙利用了现有系统中的多余能量，实现了低能耗、低成本。

(4)本发明的热水供水、热水回收和冷水供水功能可以同时实现，互不干扰，方便用户使用。

综上所述，本发明巧妙地解决了太阳能热水器出热水速度慢、冬季管道易结冰的问题，不但实现了节能减排，而且投资成本低。

附图说明

图1为本发明的防冻快速出热水的太阳能热水系统的结构原理简图。

上述附图中：

1、第一单向阀；2、第二单向阀；3、第三单向阀；4、第四单向阀；5、第一电磁阀；6、第二电磁阀；7、太阳能热水器水箱；8、空气储存箱；9、空气储存箱第一入口；10、空气储存箱第一出口；11、空气储存箱第二入口；12、空气储存箱第三入口；13、空气储存箱第二出口；14、浮球阀；15、热水出水口；16、送水管；17、回水管；18、压力传感器；19、单片机；20、电控系统开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括太阳能热水器水箱7、电控系统、连接管道，还包括拥有两个入口和三个出口的空气储存箱8。空气储存箱8要设置在室内高于出水口的位置。

空气储存箱的第一入口9通过第四单向阀4与大气相通，第四单向阀4的导通方向为向空气储存箱8导通；

空气储存箱的第一出口10通过第三单向阀3与送水管16相通，第三单向阀3的导通方向为向送水管16导通；

空气储存箱的第二入口11与自来水供水管导通，第二入口处设置有浮球阀14，用来保证空气储存箱8底部始终保持有很少的水量；

空气储存箱的第三入口12通过第二电磁阀6与自来水供水管导通；

空气储存箱的第二出口13与出水口导通，该出水口既可以是与热水管相连的混水阀也可以是纯冷水出水口(如抽水马桶水箱的入水口)。

空气储存箱第二入口11的最大水流量大于或等于空气储存箱第二出口13的最大水流量，以保证用户在使用冷水时有充足且持续的冷水供应。

空气储存箱的第三入口12的最大水流量大于空气储存箱第二出口13的最大水流量，以保证在空气推动送水管和回水管内的热水流回太阳能热水器水箱7的同时，如果有用户使用冷水，热水回收过程可以继续进行。

连接管道包括送水管16和回水管17以及与空气储存箱8相接的管道。送水管16上端通过第一电磁阀5和第二单向阀2与太阳能热水器水箱7的底部相接，第一电磁阀5和第二单向阀2均设置在太阳能热水器水箱7的保温层内，第一电磁阀5直接与太阳能热水器水箱7相接，第二单向阀2在第一电磁阀5之后紧挨着第一电磁阀5设置，其导通方向为向送水管16导通。空气储存箱第一出口10连接管上端与送水管16相接，空气储存箱第一出口10连接管与送水管16的连接口在第二单向阀2之后，紧挨着第二单向阀2设置。送水管16下端与热水出水口15相接。

回水管17下端与送水管16相接，回水管17与送水管16的连接口位于送水管16的下管壁上，紧挨着热水出水口15设置，回水管17上端通过第一单向阀1与太阳能热水器水箱7顶部相接，第一单向阀1紧挨着太阳能热水器的水箱7设置，其导通方向为向太阳能热水器水箱7导通，第一单向阀1可以保证太阳能热水器水箱7在补水时，多余的水不会从回水管17流出。回水管17的直径要小到可以在垂直管道中形成封闭的气柱。

电控系统包括热水出水口15、第一电磁阀5、第二电磁阀6、压力传感器18、连接线、单片机19和电控系统开关20。热水出水口15、第一电磁阀5、第二电磁阀6、压力传感器18、单片机19和电控系统开关20均依靠连接线连接起来。压力传感器18设置在回水管17上端，第一单向阀1之前。热水出水口15上设置有可以感知阀门开关的传感器。电控系统开关20设置在热水出水口15旁边。第一电磁阀5为常开电磁阀，第二电磁阀6为常闭电磁阀。

本发明的工作过程如下：

在用户使用冷水时，第一电磁阀关闭、第二电磁阀关闭，冷水从空气储存箱第二出口流到出水口。当空气储存箱中的水位下降时，空气从第四单向阀进入空气储存箱以维持箱体内外压力平衡。当水位下降到某一限度时，冷水从空气储存箱第二入口流入空气储存箱以补充空气储存箱中的水量。

在用户使用热水时，热水出水口上的传感器将热水出水口开启的信号传递给单片机，单片机控制第一电磁阀打开、第二电磁阀关闭。热水通过第一电磁阀和第二单向阀并沿着送水管流到热水出水口。在用户使用热水的同时，冷水可以从空气储存箱第二出口流到出水口，冷热水的使用互不干扰。

在用户使用完热水后，热水出水口上的传感器将热水出水口关闭的信号传递给单片机，单片机控制第一电磁阀关闭、第二电磁阀打开。冷水通过空气储存箱第三入口流入空气储存箱，推动空气储存箱内水位上升。空气储存箱内压力增大，驱动空气通过空气储存箱第一出口流出，并推动送水管和回水管中的热水沿着回水管流回太阳能热水器水箱。由于用户刚刚使用了太阳能热水器水箱中的热水，而太阳能热水器水箱的补水需要一定的时间，因此太阳能热水器水箱中有足够的空间容纳来自送水管和回水管的热水。当送水管和回水管中的热水被完全送回太阳能热水器水箱后，空气将在压力驱动下从第一单向阀流出。由于空气流过第一单向阀的速度远高于水，根据伯努利定律，此时压力传感器可以感受到一个压力的显著降低。压力传感器将此信号传递给单片机，单片机控制第二电磁阀关闭，自来水供水管停止向空气储存箱补水。由于所述空气储存箱第三入口的最大水流量大于空气储存箱第二出口的最大水流量，在空气推动送水管和回水管内的热水流回太阳能热水器水箱的同时，如果有用户使用冷水，热水回收过程可以继续进行。

此外，如果用户需要在一段时间内频繁开关热水出水口，如刷碗、洗菜时，用户可以选择关闭电控系统开关，此时本发明将和普通热水系统一样工作。

Claims (9)

1.一种防冻快速出热水的太阳能热水器回路，包括连通在太阳能热水器水箱和热水出水口之间的送水管，其特征在于，还设有：

空气储存箱，与自来水供水管连通用于向送水管压入空气；

所述空气储存箱与自来水供水管连接的部位上设有浮球阀，所述空气储存箱与自来水供水管之间设有带电磁阀的供水旁路；

回水管，连在送水管和太阳能热水器水箱之间以回流送水管的排水。

2.如权利要求1所述的防冻快速出热水的太阳能热水器回路，其特征在于，所述空气储存箱通过用于吸气的单向阀与大气相通。

3.如权利要求2所述的防冻快速出热水的太阳能热水器回路，其特征在于，所述空气储存箱与送水管之间的管路上设有防止热水倒灌的单向阀。

4.如权利要求3所述的防冻快速出热水的太阳能热水器回路，其特征在于，所述送水管的上游侧依次设有用于供热水的电磁阀和防止空气倒灌的单向阀，送水管的下游侧设有与热水出水口匹配的龙头，空气储存箱和回水管与送水管的连接处均位于防止空气倒灌的单向阀和龙头之间。

5.如权利要求4所述的防冻快速出热水的太阳能热水器回路，其特征在于，空气储存箱与送水管的连接处靠近防止空气倒灌的单向阀，回水管与送水管的连接处靠近龙头。

6.如权利要求5所述的防冻快速出热水的太阳能热水器回路，其特征在于，回水管出口通过用于防止溢水的单向阀与太阳能热水器水箱顶部相接。

7.如权利要求6所述的防冻快速出热水的太阳能热水器回路，其特征在于，在热水出水口处设有感知龙头开关的检测传感器，龙头关闭时供水旁路上的电磁阀开启，送水管上用于供热水的电磁阀关闭。

8.如权利要求7所述的防冻快速出热水的太阳能热水器回路，其特征在于，回水管上靠近末端部位设有感测排水水流的压力传感器，排水完成后所述供水旁路上的电磁阀关闭。

9.如权利要求7所述的防冻快速出热水的太阳能热水器回路，其特征在于，各传感器以及电磁阀均接入电控系统，所述电控系统设有设置在热水出水口旁边的电控系统开关。