CN202403421U - 一种全新变压式太阳能热水器系统 - Google Patents

Abstract

一种全新变压式太阳能热水器系统，该系统包括存储式热水箱（21）、进水阀（22）、变压阀（23）和控制阀（24），以及连接这四部分的冷水管（26）和热水管（27）。进水阀（22）、变压阀（23）和控制阀（24）全部采用机械结构，安全可靠又经济。整个系统无论采用何种承压能力的存储式热水箱在供应热水的时候，能实现承压供应热水；在不需要供应热水的时候，整个系统又能实现处于非承压状态。而且还能非常方便实现冷热水管的抽空，和自动上水功能。系统兼有承压供热水和非承压供热水两种模式。

Description

一种全新变压式太阳能热水器系统

技术领域

本实用新型涉及到一种全新架构的变压式太阳能热水器系统，整个系统结构简洁、功能齐全、安全可靠经济。

背景技术

随着国民经济和人民生活水平的不断提高，居民对家庭室内热水的需求越来越强烈，中国太阳能热水器市场潜力巨大，太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。

太阳能热水器分两种，一种是落水式非承压的，目前安装在屋顶的太阳能热水器绝大部分就是这种；落水式是比较成熟的产品，价格有一定的优势，缺点是水流没有冲力，来热水时必须先来一桶冷水，另外真空管里走水，夏天有可能爆裂、冬天也可能结冻，需要比较完备的控制电路防止夏天干晒爆裂，冬天太冷结冻。另一种承压式的，应该说承压式的技术上更先进一些，真空管里没有水，不会爆裂、也不会结冻，特别适用于高纬度地区；承压式的带压运行，上下水靠管道水压，电路控制相对简单，水流也比较冲。但承压式目前市场上的架构比较复杂，可靠性也有待提高，特别是部分类型的承压太阳能热水器还需要增加水泵来实现、还有采用双循环结构、还有采用真空加工质来实现，如此种种，价格就偏离了市场的接受度，与同样承压的电热水器相比，优势全无。

总而言之，太阳能热水器符合当今的市场，具有低碳、环保，是一种清洁能源的应用，具有广阔的市场前景，但目前太阳能热水器还存在非常不足的部分，太阳能热水器还需要不断的创新，设计出更好满足市场的产品。

从以上的分析可以了解到，目前市场上广泛使用的太阳能热水器，都存在一些不尽人意的地方，部分的缺点甚至影响到太阳能热水器的使用。现在是农村使用太阳能热水器的普及率超过城市，目前太阳能热水器到了一个市场的瓶颈，如果不从技术上取得突破，市场就难以获得突破，从2008年以后的市场也清楚说明这个问题，甚至还会影响到太阳能热水器的整个行业的发展。

发明内容

有没有一种技术解决落水式太阳能热水器和承压式太阳能热水器各自的缺点，而保留双方的优点，来实现人们所希望的太阳能热水器？我们都知道，落水式非承压太阳能热水器在任何状态下都是非承压的，其最大的优点是制造成本低，使用寿命长，可是其缺点也是非常明显的；正是如此，人们也开始考虑使用承压式太阳能热水器，由于考虑到全天候承压，其最大的缺点是制造成本相对比较高，制造工艺也相对复杂，目前市场上的架构配置不尽合理，什么采用盘铜管、进口水泵，还要什么双循环、添加工质、真空处理，高承压热水箱等，不一而足，使用寿命也相对要短，而人们为此需要支付更多的钱，由此造成的结果就是价高市场小。

由此可见，如果只是考虑解决普通太阳能热水器的问题，目前市场上推出的承压太阳能热水器并不是好的解决方案。本实用新型就是为了解决落水式非承压太阳能热水器和承压式太阳能热水器各自的缺点，而保留双方的优点提出的。落水式太阳能热水器解决水的冲力、用电来控制上水排空等缺点，保留制造成本低、使用寿命长等优点；承压式太阳能热水器解决制造成本高、架构复杂、使用寿命相对落水式太阳能热水器短等缺点，保留承压供水和安装位置灵活等优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：整个系统包括四大部分以及连接四部分之间的水管组成，即包括存储式热水箱、进水阀、变压阀和控制阀；进水阀安装在存储式热水箱的入水口，变压阀安装在存储式热水箱的出水口；进水阀的下端接口通过水管与控制阀的上水口连接，变压阀的侧端接口通过水管与控制阀的热水入口连接；控制阀及控制阀的上水口、水管、进水阀、存储式热水箱、变压阀、水管、回到控制阀的热水入口，构成一个环形连接；控制阀的另外两接口分别接自来水管和水龙头。

其中存储式热水箱，完成存储水和加温水的存储体，具有良好的保温功能，存储式热水箱包含内外胆、保温层，以及进水口且进水口在水箱的底部，出水口且出水口在水箱的顶部，两口的相对距离越远越好；还有就是需要若干个集热器接口，具体的数量由集热器的类型决定，如是外接的集热板，则一般只需要两个接口；如是插集热真空管，则根据水箱体存储水的多少配置相应数量的集热管插孔口。其它的接口，如测温空、加电辅助加热，则根据需求配置。存储式热水箱根据内胆的材料、以及加工工艺不同，所能承受的压力是不同的。在本实用新型中所指的存储式热水箱，可以是非承压的热水箱，半承压热水箱或全承压热水箱。

其中进水阀，具有保护存储式水箱的作用，不同承受压力的存储式热水箱，配置不同量程限压保护的进水阀，该阀至少需要两个接口，上端接口接存储式热水箱的进水口，下端接口通过水管接控制阀的上水口，当水箱中的压力没有达到设定的量程，该进水阀内部的阀芯是完全打开的，水会不断流入水箱；一旦水箱中的压力达到设定的量程，则进水阀会关闭进水。具有泄压功能时，还有一个泄压口，泄压口向下方向，泄压功能是虽然进水阀关闭，但水箱内由于某种特殊情况，压力继续增大，达到泄压的设定值时，泄压口打开，降低水箱的压力，从而确保热水箱。具有冷水管排空功能时，该进水阀还有一个透气口，与控制阀配合时可以完成冷水管的排空。

其中变压阀，具有两个接口和透气口，内置一个活塞，活塞的上下运动可以关闭或打开透气口。一个接口与存储式热水箱的出水口连接，另一个接口通过水管与控制阀的热水入口相连接。存储式热水箱进水时，进来的水使变压阀的活塞上移关闭透气口，整个水路处于封闭状态，水箱相当于一个粗的水管，水箱承受流动时水的压力，从水箱出水口出来的水流入到变压阀的另一个接口，通过水管流到控制阀。关闭存储式热水箱的进水，变压阀内活塞下移，打开透气口，水箱处于非承压状态。即变压阀的透气口打开使水箱处于非承压状态，此时整个太阳能热水器系统处于的状态完全等同于落水式非承压太阳能热水器，当变压阀的透气口关闭时，水箱处于一种半承压状态或微承压状态，此时整个太阳能热水器系统处于的状态完全等同于承压式太阳能热水器或类似于电热水器供应热水的状态。非正常情况，或某些特殊情况下，在变压阀透气口关闭的情况下，如果水箱承受的压力超过正常限压的时候，变压阀内置的活塞会强行上移打开透气口泄压，以便保护水箱。

其中的控制阀，具有四个接口，分别是冷水入口、上水口、热水入口、出水口；冷水入口接自来水，上水口通过水管接进水阀的下端接口，热水入口通过水管接变压阀的侧口，出水口接水龙头；控制阀包含阀体、阀芯和转动装置，在阀体的冷水入口和出水口之间内嵌一个文氏管，转动装置的转动带动阀芯，使得四个接口之间形成不同的通断连接，与存储式热水箱、进水阀和变压阀三部分配合完成相应的功能，如承压供应热水、热水管排空、冷水管排空、热水管抽空、冷水管抽空、非承压供应热水。

总而言之，本实用新型完成所有功能，其采用的技术解决方案，全部采用机械结构，安全可靠，不用担心漏电、触电，也不用担心电器产品的不可靠从而降低太阳能热水器的使用寿命。在描述的整个系统中，其中存储式热水箱，在目前的市场上无论非承压的热水箱还是半承压热水箱，还是全承压热水箱制造技术相对都是成熟的，就是几个接口要求根据本实用新型的技术要求进行制造就完全可以。其它三个阀，本实用新型完全采用机械结构来实现，这样组成的整个系统，成本上、可靠性上、性能上整个系统都有极大的优势。

本实用新型的有益效果是，变压式太阳能热水器系统解决了落水式非承压太阳能热水器出水没有冲力、夏天不小心上水炸真空管、冬天冰冻冷热水管、用热水必须先来一桶冷水、无法随时用热水必须整箱是热水才可以用热水等缺点；同时也解决目前市场上承压太阳能热水器系统架构复杂、相对落水式太阳能热水器成本偏高太多、而相对落水式太阳能热水器使用寿命下降太多等问题。而本实用新型的变压式太阳能热水器系统，采用一种在不同情况下，存储式热水箱所承受的压力是变的，即在使用热水的时候，整个系统运行类似于承压太阳能热水器，而此时水箱承受的压力远小于自来水的压力；而在不用热水的时候，变压式太阳能热水器完全处于非承压状态，水箱不需要承受压力，整个系统的运行完全类似于落水式太阳能热水器。即本实用新型兼有两种太阳能热水器的优点又同时兼有承压供应热水和非承压供应热水两种模式。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

图1 是本实用新型系统架构示意图。

图2 是存储式热水箱的结构示意图。

图3 是进水阀的原理示意图。

图4 是变压阀的原理示意图。

图5 是控制阀的原理示意图。

图中  21.存储式热水箱，22.进水阀，23.变压阀，24.控制阀，26.热水管，27.冷水管；30.控制阀冷水入口，31.控制阀上水接口，32.控制阀出水接口，33.控制阀热水入口，34.吸水孔，35.文氏管，36.上水导通孔，37.出水导通孔，38.热水导通孔，39.冷水导通孔；41.变压阀下端接口，42.变压阀侧端接口，43.透气口，44.变压阀内活塞；51.进水阀下端接口，52.进水阀上端接口，53.进水阀内活塞，54.进水阀透气口，55.进水阀泄压口；60.水箱外胆，61.水箱内胆，62.保温层，63.水箱进水口，64.水箱出水口，65.集热管或集热器接口，66.辅助接口。

具体实施方式

图1中，闭环承压供应热水的实现，转动控制阀（24）通过阀体内的阀芯转动使得冷水导通孔（39）与上水导通孔（36）相连接，同时热水导通孔（38）与出水导通孔（37）相连接，自来水通过控制阀冷水入口（30）流入再从控制阀上水接口（31）流出，通过冷水管（27）进入到进水阀（22）的下端接口（51），自来水的压力使得进水阀内活塞（53）上移。使水从进水阀上端接口（52）流出，然后通过水箱进水口（63）流入到存储式热水箱（21），流入在水箱底部的冷水，使得在水箱上部的热水，通过水箱出水口（64）被顶出，水的压力使得变压阀内活塞（44）上移，关闭透气口（43），使得从变压阀下端接口（41）来的热水从变压阀侧端接口（42）流出，通过热水管（26）进入到控制阀热水入口（33），最终从控制阀出水接口（32）源源不断地流出热水。此时整个变压式太阳能热水器系统处于闭环状态，水箱处于承受流动水的压力，实现承压供水。

 图1中，整个系统处于非承压状态的实现，转动控制阀（24）通过阀体内的阀芯转动使得冷水导通孔（39）中断与上水导通孔（36）的连接，热水导通孔（38）与吸水孔（34）相连接，冷水导通孔（39）与出水导通孔（37）相连，此时内嵌在控制阀的文氏管起作用使得吸水孔（34）处产生低于大气压的负压，而把热水管（26）中的热水全部抽空，实现热水管（26）的排空；另一方面，存储式热水箱（21）由于水箱进水口（63）没有进水，水箱出水口（64）就没有自来水的压力，变压阀（23）内的活塞（44）下移，使得透气口（43）与大气连通，此时存储式热水箱（21）就完全处于非承压状态；转动控制阀（24）使得冷水导通空（39）与出水导通空（37）中断，文氏管不工作到关闭状态。整个系统在不用热水时，全部处于非承压状态，热水管中不留水，从而实现下次一开就来热水。

 图1中，冷水管（27）排空的实现，此功能的实现进水阀（22）上必须有透气口（54），转动控制阀（24）使得上水导通孔（36）与出水导通孔（37）相连接，即控制阀上水接口（31）与控制阀的出水接口（32）相连通，进水阀（22）中的透气口活塞下移，使得进水阀（22）通过进水阀透气口（54）与大气相连通，大气压力使得冷水管（27）中的水通过控制阀（24）流出，从而实现变压式太阳能热水器系统的冷水管排空。当然如果需要也可以转动控制阀（24）使得上水导通孔（36）与吸水孔（34）实现类似热水管抽空功能来实现冷水管的抽空；此种状态下，如果不需要冷水管（27）排空功能，则系统可以实现非承压供应热水的功能，由于有文氏管的介入，出来的热水压力也比普通的非承压太阳能出水的压力大，水箱中的水通过进水口（63）、进水阀（22）、冷水管（27）、控制阀上水口（31）、到控制阀出水口（32），由于原理相同不再详细描述。

图1中，其它功能的实现，类似的工作原理与上面描述的相近，主要是通过转动控制阀到不同的位置，实现控制阀（24）内4个导通孔和一个吸水孔之间不同的连接及中断，以及进水阀（22）、变压阀（23）和存储式热水箱（21）的配合，完成实现的，不再一一描述。

图1中，有关水箱承压保护的实现，在本实用新型中，对于存储式热水箱的选用，没有特别的要求，可以采用非承压水箱，也可以采用半承压水箱，当然可以采用全承压水箱，不同的水箱，能最大承受的压力是限制的，比如国家标准规定，对于非承压水箱承受的压力是0.05MPa，对于类似电热水器全承压水箱承受的压力是0.7MPa－0.8MPa。不同承受压力的水箱，需要配置不同限压保护量程的进水阀（22）。进水阀（22）的保护措施有两层，一是进水阀（22）内的活塞，是工作量程活塞；二是进水阀的泄压口活塞，是保护量程活塞。本实用新型第三层的保护是变压阀（23）中的活塞，如果水箱内的压力由于某些特殊情况过压，变压阀（23）中的活塞在关闭透气口状态会强行打开透气口进行泄压。三重保护，使得存储式热水箱（21）始终工作在它自己承受的范围内，而整个系统在不用热水的时候，无论选用什么承受范围内的水箱，都处于非承压状态，极大延长存储式热水箱的使用寿命。

综上所述，一种全新变压式太阳能热水器系统，该系统包括存储式热水箱（21）、进水阀（22）、变压阀（23）和控制阀（24），以及连接这四部分的冷水管（26）和热水管（27）。进水阀（22）、变压阀（23）和控制阀（24）全部采用机械结构，安全可靠又经济。整个系统在供应热水的时候，能实现承压供应热水；在不需要供应热水的时候，系统可完全又处于非承压状态。系统即可以承压供应热水，又可以实现非承压供应热水，用户可灵活选择。而且能方便实现冷热水管的抽空，和自动上水功能。完成以上功能不需要任何电的参与。

以上阐述了本实用新型的基本原理和主要特征，本实用新型不受实施条例的限制，在不脱离本实用新型的基本原理和主要特征的前提下所作出的改进和变化，都应落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种全新变压式太阳能热水器系统，其特征是：包括存储式热水箱、进水阀、变压阀和控制阀；进水阀安装在存储式热水箱的入水口，变压阀安装在存储式热水箱的出水口；进水阀的下端通过水管与控制阀的上水口连接，变压阀的另一端通过水管与控制阀的热水入口连接；控制阀的上水口、水管、进水阀、存储式热水箱、变压阀、水管、回到控制阀的热水入口，构成一个环形连接；控制阀的另外两接口分别接自来水管和水龙头。

2.根据权利1所述的一种全新变压式太阳能热水器系统，其特征是：所述的存储式热水箱包括内外胆、保温层，进水口且进水口在水箱的底部，出水口且出水口在水箱的顶部，至少有超过一个以上的接集热器或集热管的接口。

3.根据权利1所述的一种全新变压式太阳能热水器系统，其特征是：所述的进水阀具有限压保护双重功能，至少具有两个接口，上接口接存储式热水箱的进水口，另一个接口通过水管与控制阀的上水口相连；具有泄压保护功能时还有一个泄压口；具有排空功能时还有一个透气口。

4.根据权利1所述的一种全新变压式太阳能热水器系统，其特征是：所述的变压阀具有两个接口和一个透气口，内置活塞，不用热水时，透气口是打开的，用热水时来水的压力使活塞移动关闭透气口；水箱的压力超过限定压力时，可以强行打开已经关闭的透气口进行泄压，压力释放后自动关闭透气口。

5.根据权利1所述的一种全新变压式太阳能热水器系统，其特征是：所述的控制阀具有四个接口，包含阀体、阀芯、转动装置，阀体中含有文氏管，完成吸水加压功能。

6.根据权利1所述的一种全新变压式太阳能热水器系统，其特征是：所述的变压式太阳能热水器系统，在用热水时，水箱处于承压状态，在不用热水时水箱处于非承压状态；系统兼有承压供热水和非承压供热水两种模式。

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