CN202869016U - 一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统 - Google Patents

Abstract

一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，整个系统包括集热器、储热水箱、温控阀、水位控制阀、自动切换阀和人工切换阀，以及各部件间的连接管道；管道通路中有一条能自动切换且共享的单管上下水路；集热器与储热水箱之间采用串行连接和置换换热，两者的垂直相对位置可高可低，水平相对位置可短可长。采用本实用新型构建的一体太阳能热水器，其中的储热水箱可放置在集热器下方；构建的分体非承压太阳能热水器，其中的集热器与储热水箱之间的水平距离可以更远，而且无论是一体机还是分体机，储热水箱的水温都是确定的。系统采用全机械结构和单管上下水，实现自动控制上水、自动控制下水、自动控制排空，整个架构非常简洁，成本低性价比高，具有良好的社会效益和经济效益。

Description

一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统

技术领域

本实用新型涉及到一种采用全新架构可以同时构建的一体或分体非承压太阳能热水器系统，属于太阳能热利用领域。 

背景技术

随着全民环保意识的不断提高，太阳能热水器的应用越来越广泛，目前在国内应用普及率最高的太阳能热水器产品是屋顶一体机，该一体机无论是采用真空管集热器还是平板集热器，由于采用自然循环换热的工作方式，因此水箱必须安置在集热器的上方，而且集热器与水箱的距离有非常大的限制，也就是说两者的相对位置是固定的，几乎没有调整的空间。使得每台太阳能热水器的最高处都是一个体积庞大的水箱，然后依赖金属的机架支撑。这是一种头重脚轻的架构，正是这样的一种架构使得对支撑的机架的材料、以及安装的位置都提出非常高的要求，另外此种架构的太阳能热水器抗台风的能力大幅度降低。 

有没有更好的架构解决以上的问题，使得新式的太阳能热水器系统，同一种架构即可以类似一体机一样安装在屋顶，也可以类似分体机安装屋顶。但又不同于传统的一体机和分体机，集热器与水箱的相对位置可以灵活，两者的相对距离也可以调整，改变现有头重脚轻的架构，也就是说对于一体机把体积庞大的储热水箱安置在集热器的正后背下方，对于分体机则延长集热器与储热水箱的相对水平位置。 

发明内容

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，整个系统包括集热器、储热水箱、温控阀、水位控制阀、自动切换阀和人工切换阀，以及各部件间的连接管道；管道通路中有一条能自动切换且共享的单管上下水路；集热器与储热水箱之间采用串行连接和置换换热，两者的垂直相对位置可高可低，水平相对位置可短可长；系统具备防冻排空功能时，还包括一个呼吸阀或自恢复单向阀；水位控制阀和自动切换阀既可以独立存在系统中，也可以内嵌在储热水箱的保温层中与储热水箱构成一个整体。 

其中的集热器是一种承压集热器，可以采用平板集热器，也可以采用真空管带联箱的集热器，至少具有一个进水口和一个出水口；其中的储热水箱是一种非承压水箱，包括三层结构，外壳、保温层和内胆，具有进水口、出水口、透气口和辅助接口。辅助接口可以配置多个，如电辅助加热接口、溢流口等。 

其中温控阀具有两个接口分别是入口和出口，全机械结构，内置金属感温材料阀芯，在入口的温度达到预定温度时，阀芯打开，入口和出口相连通；在入口温度低于预定温度，阀芯关闭，入口和出口中断。该阀预定温度的高低也决定本系统中储热水箱中水温的高低。 

其中水位控制阀，具有两个接口和一个水位检测装置，水位检测装置安置在储热水箱内胆中，储热水箱水不满时，有压水能从入口流到出口，水路中的水无压时两个接口是相通的，储热水箱满时水位检测装置启动内部阀芯致使两个接口通路被中断。 

 其中自动切换阀，具有三个接口分别是上水口、综合口和下水口，阀体内有根据不同水压状态进行切换的活塞形成不同的通断状态，状态一有压水从综合口流入关闭下水口，并从上水口流出；状态二从下水口流入综合口流出；状态三从上水口流入综合口流出，下水口堵塞。在实际应用中，状态一对应给太阳能热水器上水加热的工作过程，状态二对应太阳能热水器放热水使用的工作过程，状态三对应排空防冻的工作过程。 

其中人工切换阀，具有三个接口分别是冷水进口、综通口和热水出口，阀体内有可以转动的阀芯，通过转动人工切换阀面板上的转钮使三接口之间形成不同的通断关系，分别是冷水进口与综通口联通或综通口与热水出口联通；阀体内嵌一个具有吸水功能的文氏管，在排空操作或出水加压时，冷水进口、综通口、热水出口以文氏管的形式连通。 

其中呼吸阀具有一个接口和一个通气口，接口通过一个三通管串行接入水路中，通气口向上，阀内置一个可以上下移动的活塞，水路中的水有压力时，活塞上移关闭通气口，保持水路的畅通和水压；水路中的水失去压力时，活塞下移使通气口与大气相连通；所述的自恢复单向阀具有两个接口分别是入口和出口，入口的压力大于阀芯恢复压力两接口中断不通，入口压力消失两接口双向通。无论是配置呼吸阀或自恢复单向阀主要应用在系统需要排空防冻功能，如果系统无此功能要求，此阀不需要配置。 

其中的管道水路的连接顺序是自来水通过水管连接到人工切换阀的冷水入口，人工切换阀的热水出口通过水管连接到用热水点，人工切换阀的综通口通过水管连接到自动切换阀的综合口；自动切换阀的上水口通过水管连接到水位控制阀入口，自动切换阀的下水口通过水管上连接到储热水箱的水箱出水口；水位控制阀出口通过水管连接到集热器进水口，水位控制阀的水位检测装置安装在储热水箱的内胆中；集热器出水口通过呼吸阀或自恢复单向阀、温控阀和水管连接到储热水箱的水箱进水口。 

其中的上下水路，上水水路是自来水水管、人工切换阀冷水进口、人工切换阀综通口、上下单管、自动切换阀综合口、自动切换阀上水口、水位控制阀、到集热器进水口、集热器出水口、呼吸阀或自恢复单向阀、温控阀、热水管到储热水箱的水箱进水口；下水水路是储热水箱的水箱出口、热水管到自动切换阀的下水口、自动切换阀的综合口、上下单管、人工切换阀的综通口、人工切换阀的热水出口，再通过水管或水龙头到用热水点。上下单管为上水和下水的共用水管，自动切换阀会配合人工切换阀自动进行切换，从而实现共用水管而不会混用水管。 

其中集热器与储热水箱之间采用串行连接，两者之间有且只有一根水管进行直接水路连接，水流通过阀后先进入集热器，在集热器中被加热后再进入储热水箱，由此在一体太阳能热水器中的储热水箱就可以实现放置在金属机架构成的直角三角形体内，在分体太阳能热水器中的储热水箱与集热器之间的相对距离就可以更长。 

其中集热器与储热水箱采用置换换热是自来水通过阀以后先进入在集热器，由于刚进入的自来水是冷水，水温低，没有达到集热器出水口处安装的温控阀预定温度，温控阀关闭，自来水被滞留在集热器中，集热器通过不断地吸收太阳能，集热器内的水温不断地上升，当水温升高到温控阀的预定温度，温控阀阀芯打开，水路中的水流在自来水本身的压力下重新开始流动，新进入的自来水冷水依赖自来水本身能量把已经加热的水全部置换进储热水箱中保存，而本身的冷水被滞留在集热器中等待第二次的加热，如此往复，直到储热水箱中水满，启动水位控制阀，关闭上水通道为止。 

据上所述，本实用新型采用了一种全新架构的连接方案，通过在水路不同的部位的控制阀，实现太阳能热水器的两大部件集热器和储热水箱之间采用串形连接，两者之间采用置换换热的工作方法，完全不同于传统太阳能热水器的集热器与储热水箱采用并行连接和自然循环换热或水泵强制循环换热的工作方法；实现本实用新型中的集热器与储热水箱之间的相对位置可高可低，相对距离可短可长；我们了解传统屋顶一体非承压太阳能热水器都是储热水箱要高于集热器，形成头重脚轻的结构，采用本实用新型技术方案，如果要制造一体非承压太阳能热水器则可以把储热水箱放置在比集热器低的位置，即放置在集热器背面的直角体内，这样的结构就形成头轻脚重，更加符合力学原理，不但容易安装，而且抗风能力强；采用本实用新型技术方案，如果要制造分体非承压太阳能热水器也非常方便，本实用新型中，集热器与储热水箱不仅相对的高低位置可以灵活，相对的水平位置也大大延长了，可以实现集热器安装在屋顶的南面，储热水箱可以放置在房屋的北面，比传统的分体太阳能热水器更加容易安装，而且本实用新型的太阳能热水器储热水箱中的水温是确定的。零功耗实现高效换热。实现一种架构，双体兼容，即可以是一体非承压太阳能热水器，也可以是分体非承压太阳能热水器。 

 本实用新型的有益效果是，一种全新架构的双体兼容非承压太阳能热水器系统，该系统通过水路不同部位的控制阀和管路连接，使得集热器与储热水箱之间实现串行连接和置换换热，提高换热效率和速度，轻松实现一体非承压太阳能热水器中的储热水箱放置在集热器下方，分体非承压太阳能热水器中的集热器与储热水箱之间的水平距离可以延长，而且无论是一体机还是分体机，储热水箱的水温都是确定的。系统整个架构非常简洁，控制阀也全部采用机械结构实现所有功能。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。 

图1 是本实用新型的架构示意图。 

图2 是本实用新型的另一种架构示意图。 

图3 是本实用新型水箱在上集热器在下的架构连接示意图。 

图4 是本实用新型一体机侧视示意图。 

图中 101.储热水箱，102.集热器，103.人工切换阀，104.自动切换阀，105.水位控制阀，106.温控阀，107.呼吸阀，108.自恢复单向阀；201.水箱出水口，202.水箱进水口，203.透气口，204.辅助接口，205.集热器进水口，206.集热器出水口，210.水位控制阀入口，211.水位控制阀出口，212.水位检测装置，215.上水口，216.综合口，217.下水口，220.冷水进口，221.综通口，222.热水出口；301.上下单管，302.上水管，303.热水管，304.下水管；401.金属机架，402.水箱，403.集热器面。 

具体实施方式

 图1是集热器（102）在上，储热水箱（101）在下的本实用新型连接架构示意图，两者可以安装在一个机架上构成一个非承压的一体太阳能热水器，水位控制阀（105）与自动切换阀（104）在图示中是安装在储热水箱（101）的外面单独成在，实际情况两个阀以及相应的连接管道可以内嵌在储热水箱（101）的保温层中，与水箱构成一体见图2中的示意。 

图1中，各部件的连接关系，自来水通过水管连接到人工切换阀（103）的冷水进口（220）上，人工切换阀（103）的综通口（221）通过上下单管（301）与自动切换阀（104）的综合口（216）连接在一起，人工切换阀（103）的热水出口（222）与水管连接进入到用热水点；自动切换阀（104）的下水口（217）通过下水管（304）与储热水箱（101）的水箱出口（201）连接在一起，自动切换阀（104）的上水口（215）通过上水管（302）与水位控制阀（105）的水位控制阀入口（210）相连接。水位控制阀（105）的水位检测装置（212）安装在储热水箱的内胆中，依据水箱内胆中的水位高低，水位检测装置（212）也会进行调整，到达水箱水位最高点，水位检测装置（212）启动水位控制阀（105）内的阀芯，关闭水位控制阀入口（210）与水位控制阀出口（211）的连通通道。水位控制阀的出口（211）通过水管连接到集热器（102）的集热器进水口（205），集热器出水口（206）串联一个三通管安装一个呼吸阀（107），该呼吸阀（107）在水路中的水有压力时，通气口关闭，在水路没有压力时，通气口打开。温控阀（106）串接在集热器出水口（206）附件，距集热器出水口（206）越近越好，温控阀（106）的另一端连接热水管（303）进入到水箱进水口（202），温控阀（106）的功能是集热器（102）内的水温没有到达预定值时，温控阀（106）关闭，水路中的水流到此不再流动；如果集热器（102）内的水温到达预定的温度时，温控阀（106）内阀芯打开水路中的水流重新开始流动，等待高温的水流完，温控阀（106）内阀芯重新关闭，再次停止流动。水箱出水口（201）通过水管连接到自动切换阀（104）的下水口（217）。 

根据图示，本实用新型的工作中的状态有以下几种，状态一系统上水，转动人工切换阀（103）使得人工切换阀（103）的冷水进口（220）与综通口（221）连通，热水出口（222）关闭，自来水就通过人工切换阀（103）流入到上下单管（301）中，带压的自来水流到自动切换阀（104）体内，自动切换阀（104）内部的阀芯转动关闭下水口（217），连通综合口（216）和上水口（215），自来水从上水口（215）流出，进入到上水管（302）中，然后到达水位控制阀（105），由于储热水箱（101）的内胆中水不满，水流从水位控制阀（105）出口流出，进入到集热器（102）中，到达集热器出水口（206）附近安装的温控阀（106）的入水口，由于自来水的水温低，温控阀（106）关闭，水不再流动，自来水被滞留在集热器（102）中等待吸收太阳能进行加热，水温上升到温控阀（106）的阀芯打开温度，温控阀（106）内部阀芯打开，水流重新开始流动，高温水被新进入的自来水置换进入到储热水箱（101）中保温储藏，新进入的冷水使得温控阀(106)重新关闭，等待下一次的加热和置换，如此往复，直到储热水箱（101）水箱满，水位检测装置（212）启动关闭水位控制阀（105）的进出水通道为止。图示中的细实箭头线。 

状态二下水，即放热水，慢速转动人工切换阀（103）使得人工切换阀的热水出口（222）与综通口（221）连通，自动切换阀（104）内部的阀芯由于失去向上的水压力，体内的阀芯，马上跟随进行移动，使得自动切换阀的下水口（217）与综合口（216）连通，储热水箱（101）中的热水，通过水箱出水口（201）流出，流入到下水管（304）中，进入到自动切换阀（104），流过上下单管（301）从人工切换阀（103）的热水出口（222）流入到用热水的管道。图示中的粗实箭头线。 

状态三排空防冻，安装在室外的集热器（102），以及集热器（102）与储热水箱（101）之间的连接管道，还有上下单管（301）大部分都在室外，为了防止被冻坏，本实用新型采用的防冻技术是把相关部件的水进行排空，从而彻底实现防冻。工作原理是，在状态一的时候，快速转动人工切换阀（103）到排空档，使得人工切换阀（103）内嵌的文氏管开始工作，在人工切换阀（103）的综通口（221）产生低于大气的负压，自动切换阀（104）内部的阀芯，依据综合口（216）的水压变化，内部的阀芯堵死下水口（217），综合口（216）与上水口（215）依旧保存畅通，集热器出水口（206）的呼吸阀（107）与大气连通，如此，系统能够把集热器（102）内部的水、上水管（302）内的水、上下单管（301）内的水全部被人工切换阀（103）的综通口（221）吸入，从热水出口（222）流出，彻底排空。这是一种吸水排空，不仅能把垂直管内的水排空，而且可以把集热器内的水也排空。图示中的虚箭头线。 

图2 是本实用新型的另一种架构示意图，与图1的不同在水位控制阀（105）、自动切换阀（104）、上水管（302）、下水管（304）采用内嵌在储热水箱（101）的保温层中，在集热器（102）出口处的串接的呼吸阀（107）改成并接在温控阀（106）两端的自恢复单向阀（108）。工作状态与图1中的状态一、二相似，不再描述。状态三排空防冻，在人工切换阀（103）转到排空档，上水水路的水压消失，从正向压力，变成微负向压力，自恢复单向阀（108）从单向截至变成双口连通，通过热水管（303）与储热水箱（101）中的透气口（203）与大气连通，从而实现与此管路连通的管道实现彻底排空防冻，此种连接的排空比图1的排空更加彻底，能把热水管（303）中的水也排空。图示中的虚箭头线。 

图3 是本实用新型储热水箱在上，集热器在下的连接架构示意图，图中各部件的连接以及工作原理与图1相同，不再作详细描述。本图的示意也可以是储热水箱与集热器的水平距离的延长表示。在实际应用中，目前传统的阳台分体太阳能热水器的安装就是类似的上下位置。 

图4 是本实用新型应用在一体机的侧视示意图，图中几根金属条构成一个正直角三角形金属机架（401），一体机的水箱（402）放置在直角三角内，集热器放置在直角三角形的斜面，构成集热器面（403）。此图也进一步示意本实用新型的一体太阳能热水器，储热水箱的放置位置低于集热器，零功耗实现把储热水箱放置在金属机架构筑的直角三角形体内，彻底改变传统太阳能热水器的头重脚轻的外形。 

综上所述，一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，采用全机械结构和单管上下水，实现自动控制上水、自动控制下水、自动控制排空，零功耗，低成本。即可以构架一体的非承压太阳能热水器，也可以构架一台分体非承压太阳能热水器，系统架构非常灵活方便，安装简洁高效。具有极大的经济效益和社会效益。 

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 (9)

1.一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是：整个系统包括集热器、储热水箱、温控阀、水位控制阀、自动切换阀和人工切换阀，以及各部件间的连接管道；管道通路中有一条能自动切换且共享的单管上下水路；集热器与储热水箱之间采用串行连接和置换换热，两者的垂直相对位置可高可低，水平相对位置可短可长；系统具备防冻排空功能时，还包括一个呼吸阀或自恢复单向阀；水位控制阀和自动切换阀既可以独立存在系统中，也可以内嵌在储热水箱的保温层中与储热水箱构成一个整体。

2.根据权利要求1所述的一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是所述的集热器是一种承压集热器，可以采用平板集热器，也可以采用真空管带联箱的集热器，至少具有一个进水口和一个出水口；其中的储热水箱是一种非承压水箱，包括三层结构，外壳、保温层和内胆，具有进水口、出水口、透气口和辅助接口。

3.根据权利要求1所述的一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是所述的温控阀具有两个接口分别是入口和出口，全机械结构，内置金属感温材料阀芯，在入口的温度达到预定温度时，阀芯打开，入口和出口相连通；在入口温度低于预定温度，阀芯关闭，入口和出口中断。

4.根据权利要求1所述的一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是所述的水位控制阀，具有两个接口和一个水位检测装置，水位检测装置安置在储热水箱内胆中，储热水箱水不满时，有压水能从入口流到出口，水路中的水无压时两个接口是相通的，储热水箱满时水位检测装置启动内部阀芯致使两个接口通路被中断。

5. 根据权利要求1所述的一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是所述的自动切换阀，具有三个接口分别是上水口、综合口和下水口，阀体内有根据不同水压状态进行切换的活塞形成不同的通断状态，状态一有压水从综合口流入关闭下水口，并从上水口流出；状态二从下水口流入综合口流出；状态三从上水口流入综合口流出，下水口堵塞。

6.根据权利要求1所述的一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是所述的人工切换阀，具有三个接口分别是冷水进口、综通口和热水出口，阀体内有可以转动的阀芯，通过转动人工切换阀面板上的转钮使三接口之间形成不同的通断关系，分别是冷水进口与综通口联通或综通口与热水出口联通；阀体内嵌一个具有吸水功能的文氏管，在排空操作或出水加压时，冷水进口、综通口、热水出口以文氏管的形式连通。

7.根据权利要求1所述的一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是所述的呼吸阀具有一个接口和一个通气口，接口通过一个三通管串行接入水路中，通气口向上，阀内置一个可以上下移动的活塞，水路中的水有压力时，活塞上移关闭通气口，保持水路的畅通和水压；水路中的水失去压力时，活塞下移使通气口与大气相连通；所述的自恢复单向阀具有两个接口分别是入口和出口，入口的压力大于阀芯恢复压力两接口中断不通，入口压力消失两接口双向通。

8.根据权利要求1所述的一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是所述的上下水路，其中上水水路是自来水水管、人工切换阀冷水进口、人工切换阀综通口、上下单管、自动切换阀综合口、自动切换阀上水口、水位控制阀、到集热器进水口、集热器出水口、呼吸阀或自恢复单向阀、温控阀、热水管到储热水箱的水箱进水口；下水水路是储热水箱的水箱出口、热水管到自动切换阀的下水口、自动切换阀的综合口、上下单管、人工切换阀的综通口、人工切换阀的热水出口，再通过水管或水龙头到用热水点。

9. 根据权利要求1所述的一种全新架构的双体兼容太阳能热水器系统，其特征是所述的集热器与储热水箱之间采用串行连接，两者之间有且只有一根水管进行直接水路连接，水流通过阀后先进入集热器，在集热器中被加热后再进入储热水箱，由此在一体太阳能热水器中的储热水箱就可以实现放置在金属机架构成的直角三角形体内，在分体太阳能热水器中的储热水箱和集热器之间的相对距离就可以更长。

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