太阳能热水器水管防冻方法和阀、阀组系统及其设计方法

专利名称：太阳能热水器水管防冻方法和阀、阀组系统及其设计方法
太阳能热水器水管防冻方法和阀、阀组系统及其设计方法
一、 技术领域 本发明主要用于太阳能热水器各种管道在结冰季节防止管道冻结而影响太阳能热水器 的利用。它依靠太阳能热水器的上下水管及溢流管或其他管道控制液压、气压阀或电控阀(电动阀、电磁 阀和依靠电力来控制或动作的阀)来控制太阳能热水器巳存水管道的如上下水管等，在结冰季节每次用水 后将管道内的存水排空，而太阳能热水器内的水并不回流，来防止结冰季节因管道冻结而导致太阳能热水 器不能使用。本发明也可用于其他行业的适用场合。
二、
技术背景目前，太阳能热水器各种管道在结冰季节防止管道冻结采用两种方法， 一、用保温材 料保温；2、保温材料保温加电伴热。当用前一种保温方法时，当太阳能有稍长时间水不流通时，存水管 道就会冻结，并且因为有保温材料的存在，反而使化冻更困难。第二种方法需用大量电能加热，并有因漏 电或热能聚集而导致火灾的危险，并且电伴热材料的价格也很高。目前还没有其他更成熟的技术用于太阳 能热水器存水管道的防冻。
三、
发明内容
本发明设及到太阳能热水器上下水管的防冻方法和太阳能热水器上下水管防冻排空 阀系统及其设计方法；本发明主要用于太阳能热水器各种管道在结冰季节防止管道冻结而影响太阳能热水 器的利用。也可用于其他行业的适用场合。本发明技利用太阳能热水器的上下水管及溢流管或其他管道中 的一个或全部管道，通过远端(室内或其他位置)施加水压或气压和进行排空的阀或阀组控制安装在太阳 能内部或外部的阀或阀组，依靠液、气压阀或阀组和单向导通阀的组合，使太阳能热水器上下水管排空， 以防止结冰堵塞，本发明也可以采用电控阀的方式使太阳能热水器上下水管排空来达到防止太阳能热水器 各种管道在结冰季节防止管道冻结而影响太阳能热水器的利用的问题，而在太阳能热水器行业现在并未有 类似于本发明的技术和方法投入使用和申请专利。
四

以下各图中的阔的形状只是配合说明阈的功能和结构设计原理，并不代表阀的实际
成品的形状。以下各图中的虚线部分为可逸项，另有其他可选项各图说明中注明，可选项可选用也可不选 用，当与其他部分产生冲突时，根据具体的设计进行取舍。各图圆圈中的M是电器的通用表示方法，在本
图中代表电控阀。
1. 图l说明
图la和b是本发明的两个基础构成元件，a是一个活塞闽，主要用于控制对通水管道的关闭和导 通,b是一个三通止回阀，在本发明中主要用于当两根管道共用一个压力测量元件时，也适用于其他行业 的适用场合。
图la是一个靠气压或液压动作的活塞阀，它也可以在电控阀的作用下动作，它由阀的壳体1和阀芯2 为主组成,，在壳体1上有与进出水水管相连的端盖3，端盖3与壳体1可以任意方式连接，端盖3上设计 有进水口，为防止阀内存水，进水口设置在端盖的下方，进水口可依任意方式与其他部件连接，当进出水 水管(或上下水水管)由进水口向阀芯2施加压力时(此压力可为气压或液压)，阀芯2向端盖4运动，端盖4 设计原理与端盖3相同；并设计了相同的进水口，此进水口用于普通家用太阳能热水时接在溢流管上，也 可接在专门设制的控制管道上，阀芯2上有至少1个及以上0型密封元件9，安装在阔芯的凹槽中，此图 中显示了4个，用于阻挡由出水口5返回的水从阀芯与壳体之间流向任一出口， O型密封元件也可以设计 在阀的壳体上；当阀芯2运动到出水口5时，进出水管与太阳能热水器呈直通状态，非结冰季节一般采用 此种方式.出水口 5通向太阳能热水器方向，可依任意方式与其他部件连接。当结冰季节每次用完水后， 由端盖4的进水口进入压力，关闭出水口5，两进水口依靠外接的排空系统将闳中存水排空。当该阀选择 用电控阀8的作用下动作时(可选项，也可不用)，电控阀8通过连接杆7向阀芯通入动作，关或开阀， 电控阀可设置在活塞阀的任一端，此时，端盖4的进水口6可以取消使该测呈封闭状态，并在6处设计排 气口或通过连杆7处使阀内气体畅通，6、 7、 8做为非选项时，可以不选用，在图中以虚线标示。
图lb由两端端盖3、 4和壳体1、阀芯2、出口5组成，两端端盖3、 4上设计有用于阀芯密封的密 封元件和进水口，进水口可依任意方式与其他部件连接，当两进水口中的任一侧有压力进入，阀芯则将另 一侧进水口封闭而进入出口，出口可以接压力测量元件，出口可依任意方式与其他部件连接。
2、 图2说明图2的壳体1、阀芯2、连杆3、电控阔4组成一个完整的如图la所示的活塞阀；连杆3、电控阀4 为可选项，连杆3、电控阀4做为非选项时，可以不选用，在图中以虚线标示。在图la的基础上在其两端 进水口各旁通一个单向导通阀5、 6(止回阀，也称作逆止阀，下同)。都向活塞阀的进水方向导通，向上方水 管方向止通(即太阳能热水器方向)，用于向水管及阀内导入空气，以利排空，单向导通阀S、 6上下两端 可依任意方式与其他部件连接，单向导通阀6上端出口可接一个比太阳能热水器内水位略髙的短管，下端 接进出水管，单向导通阀5上端出口可接向太阳能热水器的溢流口，下端接溢流管，也可接在专门设制的 控制管道上。
3、 图3说明
图3的壳体1、连杆2、电控阀3和排气孔4组成一个完整的如图la可选项所示的依靠电控阀动作 的活塞阀。电控阀3 (M)与电器控制线路相连。它也可以是如箭头10所示的目前已有的市场上出售的各 种类型的电控阀。在阀的进口端旁通了单向导通阔5，单向导通阀5的上方是导气延长管6，单向导通阔S 向导气延长管6方向lh通，单向导通阀5的下方是进出水管8，在进出水管8上旁通了一个压力测量元件 7，进出水管8的远端(太阳能热水器方向为近端，供、用水和控制端为远端。)为多功能阀组9。多功能魄 组9可以是供、用水闳或专门设置的排空阀和多功能阀以及其综合组成体。由l、 2、 3、 4或10组成的电 控阀可以由多功能阀组9供给压力打开，也可以选用电动打开，当关闭时采用电动。当水或气压通过多功 能阀组9进入进出水管8时，单向导通阀S关闭，从而使水或气进入阀腔，推动活塞向电控阀3移动(或 电动打开)从而使进出水管与太阳能热水器呈直通状态，关闭时电动关闭，将多功能阀组9打至用水或排 空状态，单向导通阀5导通，由导气延长管6向进出水管8导入空气，将阀及管道内存水排空。
4、 图4说明
图4的活塞阀1、单向导通阀2、 3组成了与图2的1、 2、 5、 6组成的阀相同的阀，图4的5是进出 水管，旁通了一个压力测量元件7，进出水管5的远端是多功能阀组10，图4进出水管一侧与阀的关系、 动作原理与图3进出水管一侧与阀的关系、动作原理是相同的。图4的6是接向远端的溢流管，也可以是 专门设制的控制管道，在6上旁通了一个压力测量元件9， 6的远端为多功能阀组11、 12。多功能阀组ll、 12也可为一个换向阀，当6为接向的远端的溢流管时，单向导通阀3通向太阳能热水器预留的溢流孔，单 向导通阀3向6导通，使太阳能热水器溢流出的水经过多功能阀组11、 12或换向阀排出；在结冰季节， 用完水后，由多功能阀组ll、 12或换向阀通过管道6向活塞阀阀芯通入压力，使活塞阀关闭，此时单向 导通阀3止通，将多功能阀组10打到用水或排空状态，将进出水恻阀及管道内存水排空，然后将多功能 阀组11、 12或换向阀打向排空状态，此时单向导通阀进入空气，将该侧阀及管道内存水排空。三通止回 阀4与图lb完全相同，其出口接了一个压力测量元件8。为可选项，当4、 8存在时，则7、 9可不存在。 虚框13内的所有元件可以集合成一个综合系统。
5、 图5a说明
图5a与图2的l、 2、 5、 6组成的阀是相同结构原理的阀，该阀用于安装于太阳能热水器内部，设 计有安装基座9。基座9可与太阳能热水器以任意方式相连接,图5系列用于安装于太阳能热水器内部，不 用担心阀体内存水结冰，活塞阀的两进水口可以设计在两端盖的任一合理位置。阀体1上有带弯头的出水 口2(弯头为可选项，可以不用)，4为进出水管，3为溢流管或控制水管，基座9也可以与阀体1、出水 口2、溢流管或控制水管3、进出水管4设计成一体，并以任意方式与太阳能热水器连接，旁通管5、 6与 单向导通阀7、 8设计在太阳能热水器外部，旁通管与单向导通阀也可以同图5c的可选项10、 11、 12、 13 那样设计在太阳能热水器内部，使溢流、导入气都在太阳能热水器内部进行，更有利于防冻。所有设计在 太阳能热水器内部的阀件可以与基座9进行一体化设计，并依任意方式与太阳能热水器连接。
6、 图5b说明
图5b在图5a基础上，将图5a的7、 8单向导通阀改成设计成在太阳能热水器内部，如图5b的5、 6 所示的单向导通阀，这样，使溢流、导入气都在太阳能热水器内部进行，更有利于防冻。1为活塞魄，2 是溢流管，活塞阀1的下方通进出水管3，基座4与图5a的基座9完全相同；在阔的出水口7处设计了高 位上水管8和单向导通阀9,上水时，单向导通阀9关闭，水从高位上水管8排出，当用水时，太阳能热 水器内的水从单向导通阀9回流至进出水管3,由于髙位上水管8的出水口设计髙出太阳能热水器的溢流口，使太阳能热水器的水不能经由高位上水管8回流接在溢流管2上的单向导通阀5的位置要比接在进 出水水管(上下水水管)上的单向导通阀6要低一些，以防止水进入6而在排空时返回。所有设计在太阳能 热水器内部的阀件可以与基座4进行一体化设计，并依任意方式与太阳能热水器连接。
7、 图5c说明
图5c与图5a基本相同，增加了可选项电控阀9和连杆8，增加了可选项旁通管10、 11和单向导通 阀12、 13设计在太阳能热水器内部，当单向导通阀12、 13设计在太阳能热水器内部时，单向导通阔12 的上端口应设计在太阳能热水器内部最髙水位限位处，以使超过限定水位的水通过单向导通阀12溢流出 来，单向导通阀13的上端口应比单向导通阀12的上端口略高，此时，设计在太阳能热水器外部的单向导 通阀5、 6可以不存在，当采用可选项电控阀9和连杆8时，控制水管或溢流管4、单向导通阀5、 12和旁 通管IO在本阀内可以不存在，并在旁通管10处留进出气(水)口。 2仍是可选项带弯头的出水口， 3是 进出水管，为了给可选项电控阀8让空间，进行了拐弯设计，当不采用可选项电控阀8时，此处的拐弯设 计可以取直。所有设计在太阳能热水器内部的阀件和电控阀可以与基座7进行一体化设计，并依任意方式 与太阳能热水器连接。
8、 图6说明
图6是一种单管控制的太阳能热水器上下水管防冻排空阀系统，由单管向阀芯9输送压力来控制上 水、排空、下水作业。当上下水管16向阀芯9输入压力时，阀芯9带着外直齿圈5、 4通过内直齿圈6向 上运动，顶盖3与闳芯9相连，用于定位外直齿圈5、 4,此时压縮安装在上端盖1处的弹簧2，水从阀芯 中的管道11流向管道28，此时，可以直接进入太阳能热水器，也可以通过方框21内的高位进水装置再进 入太阳能热水器，23是一个单向导通阀，当水从28向23运动时关闭，水从管道22进入太阳能热水器， 22的位置高于太阳能热水器的溢流口，当用水时，水通过23回流，21为可选项。当阀设计安装在太阳能 热水器内部时，可取消23并封闭，断开28与单向导通阀19的连接，上水时水经28、 22进入太阳能热水 器，当用水时，水通过19回流。外直齿圈5、 4和内直齿圈6的结构和自动圆珠笔的笔芯弹出结构的原理 是完全相同的，弹簧相当于自动圆珠笔的笔芯方向，阀芯相当于自动圆珠笔的手按压处，它具有三个位置 完全压縮状态，定位状态，完全伸张状态；可利用其中的一至三个状态，再此不再多述。7是一个导通口， 使气或液体由此进出，8是阀的壳体，阀芯9上设计了安装0型密封圈的凹槽10,具体数量要根据个单向 导通阀17来确定，当选择可选项14、 15时，则不需要17， O型密封圈的凹槽也可设计在阀壳上，当设计 在阀壳上时，28、 18、 20、三个出口上下各一组，共需4组，当不采用18时为三组。当阀芯受的压力停 止，在弹簧的压力下，阀芯下行一段距离，外直齿圈4定位在内直齿圈6上，打开远端的排空阀(也可为 用水阀)，空气由单向导通阀17通过管道18进入阀芯9，使水排空，17、 18也可以设计到14、 15的位置， 任何时候，只要单通阀14处没有压力，就处于向内导入空气的状态。当再次通过上下水管16向阀芯 9输入压力，9被完全压縮，当16远端的压力显示元件示压稳定时，停止加压，打开用水阀，9即下行使 11和20接通，太阳能热水器内的水通过单向导通阀19回流到16，用水完毕，需再加压至压力显示元件 示压稳定(也可靠经验卡时间)，打开远端的排空阀，阀芯9即下落至定位状态，空气从17或14导入， 开始排空。为了方便非结冰季节用水，在阀的下方设计了可选项直通阀24,可以为手动阀、压力阀或电控 阀的任一种，在非结冰季节打开阀24,水从管道25进入太阳能热水器或与28相通，而不经过阀芯9，当 采用压力阀时，设计了通过控制水管或溢流管27来控制阀24，当控制水管或溢流管27对控制阀24加压 完毕，打开27的远端排空阀，空气从单向导通阀26进入，使27、 24排空，当27为溢流管时，26与太阳 能热水器预留的溢流口相接。12和13是两种基座形势，阀可以通过基座以任意方式与太阳能热水器相连 接以将该阀安装在太阳能热水器内部。12和13是可选项，可以不项用，也可以选择其中之一。
9、 图7说明
图7为高位上水结构，图7的1可选项弯头、2髙位上水管、3低位回水单向导通阀与图6的21粗 实线内的结构是一样的，当水进入到高位上水管2时，低位回水单向导通闺3关闭，水从高位上水管上部 进入太阳能热水器的上水面，为了防止该阈设计在太阳能热水器内部时上水时太阳能热水器内部的冲击， 设计了可选项弯头1，当该阀设计在太阳能热水器外部时，也可用可选项弯头1;当水回流时，底部水通 过低位回水单向导通阀3从太阳能热水器内部流出，图7的4、 5、 6与图7的1、 2、 3是一样的，实框7
8为基座，虚框8为另一可选项基座，当采用8时，高位上水管5和低位回水单向导通阀6与虚框8设计成 一体。低位回水单向导通阀6的开口向上，图7的高位上水结构原理可以和图1至图8各图进行合并设计 或组合使用。
五具体实施方式
本发明采用对太阳能热水器的上、下水管及溢流管等进出太阳能热水器的管道，在 其不使用而管道中存有水时，将管道中的存水排空，而太阳能热水器内的水量不受排空影响的方法来防止 太阳能热水器在结冰季节管道冻结而影晌使用的问题，它主要通过向上、下水管及溢流管等进出太阳能热 水器的管道中的一个或所有管道输入压力(液压、气压)来控制安装在太阳能热水器外部或内部的阀或阀 诅对太阳能热水器的上下水管及溢流管或其他管道进行排空作业或通过电控阀(电动控制阀；电磁阀；依 靠电来驱动的阀、依靠电力动作的阔等)或电控阀与向管道输入控制压力相配合的方法对太阳能热水器的 上下水管及溢流管或其他管道进行排空作业来防止太阳能热水器在结冰季节管道冻结而影响使用的问题， 这一防冻方法在太阳能热水器行业中还是第一次提出。
当采用电控阀时，也可在电控阀控制系统上安装电子或微电脑控制系统，并在远端控制管道上也安 上电动控制阀，并安装一个环境温度測温仪，当环境温度达到设定温度的最低点时，自动或手动切换到结 冰模式，此时若管道中有存水，在不使用时将自动或手动排空，当环境温度达到设定温度的最高点时，自 动或手动切换到正常模式，不再进行排空作业；并可在太阳能热水器的相应位置如储水箱等安装水位测量 仪器，以控制管道排空、上下水的自动作业。
当采用电控阀时，可采用市场上现有的阀门种类，进行单、双管或多个管道的关闭排空或导通动作 来达到在结冰季节排空所有存水管道内存水的方法使进出太阳能热水器的管道防止冻结，此时在电控阀的
下方应旁通一个单向止回阈，在排空管道内存水时将空气导入管道内以利排空。见图3。
本发明在采用压力阀(依靠液、气压或其他压力介质进行动作的阀门)时优先采用双管控制上下水 管的排空方法，它将依据图la所示的活塞阀为基础来实现，活塞阀呈长形，外壳体上两端各有一个进水 口，壳体长度的适当位置有一个出水口，壳体或阀芯上有0型密封圈，为了便于阀内存水排出，当它安装 在太阳能热水器外部时，将优选水平方置，并优选将其两个进水口设计在壳体的水平下端或下方，以方便 阀内存水的全部排出，当它安装在太阳能热水器内部时，则无此要求，而应当尽量呈直立状态，以方便安 装见图5a、图5b、图5c。两个进水口一个连接上下水管，另一个连接溢流管。(一般太阳能热水器只有 此两根管外加一个排气口，当太阳能热水器有更多管道时，可进行其他选择。)连接上下水管的进水口进 入水压时推动阀芯向另一端移动，直至移动到呈现出出水口，出水口与太阳能热水器的进水口相连，此时， 上下水管呈直通状态，非结冰季节和用水时一般采用这种方式，当结冰季节使用时，在用完水后接在溢流 管的进水口进入压力，将阅芯推向连接在上下水管的进口方向，导致活塞阀关闭，使上下水管进行排空作 业，但是封闭的管道是无法进行排空的，必需有空气进入，在阀的两进水口，各旁通一个止回阀，止回阀 上连接一个通气管，两止回阀都对通气管安装方向止通，其中与溢流管相连的止回阀的通气管与太阳能热 水器的溢流管预留口相连，这样，当上下水管进入排空状态时，打开远端排空阀(该阀也可以为用水阀， 如淋浴阀等)，空气由该侧止回阀进入上下水管，从而使管中水顺利排出，而溢流管中的水，在关闭压力 输入阀后，同样打开远端的排空阀，空气由该侧止回闽进入溢流管，从而使管中水顺利排出。见图3、图
该阀也可以用电控阀来控制，或采用电控和压力相结合的方式来动作，如图la、图2、图3。 当采用单管控制时，可采用现在现有的压力开关定位技术，当压力作用于阀芯时将阔芯顶起，此时 管道中水进入太阳能内，当压力停止，在弹簧的作用下，活塞形的阀芯下行到一定位置，使通向太阳能的 出口管道封闭，阀芯被定位到此位置，此时，可选择在此处旁通一个单向导通的通气阀(止回阀)，通气 阀也可以设置在阀的下端阀芯接触不到的地方，并向阀内导通。当再次施加压力时，阀芯重新被顶起，此 时有少量水或气进入太阳能热水器，此时停止加压力，阀芯在弹簧的作用下，脱离定位装置，下行到阀的 下水口处，使太阳能热水器内的水流出，在阀壳上的下水口处有单向止回阀，防止气、水压由此处直接进 入太阳能热水器内，从而使压力只能向阀芯施加压力，使阀芯动作。下水口和排空口的位置也可以互换。 在阀内下端或阀的下端可以旁通一个直通太阳能的辅助通道，此通道用手动阀或电控闺或压力阀控制，在 非结冰季节水经此处直接进出太阳能热水器，在结冰季节关闭，改用主阀。当此直通阀采用压力阀来控制时，则可通过溢流管来莸取压力，此时，应在压力阀旁通一个单向止回阀，以排空该阀和管道内的水，并 对太阳能热水器的预留溢流管口方向止通。见图6。
以上所有阀都可以设置在太阳能热水器的外部或内部的适当位置，当设置在内部时，阀的排气管和 溢流管可以直接通到太阳能热水器内部无水区域的适当髙度，可使阀的溢流管稍低，使超过太阳能热水器 控制水位的水直接经阀排出。，阈的排气管和溢流管也可以在该阀在太阳能热水器外的管道中以三通的方 式设置在太阳能热水器外面，如图5a、图5b、图5c所示，当阀设置在太阳能热水器内时，可以丝口、法 兰、插接等方式与太阳能热水器的预留口相结合，此预留口需按阀的形状设计或阀按预留口的形状设计， 也可以牺牲一个真空热水管，阔按插管口的形状设计，从插管位置安装阀，并预以固定，此方式更适合未 预留本阀安装位置的太阳能热水器。所有阀的控制管道都可以接上一个或共用一个压力显示器件，当压力 在一个压力值稳定时，即表示其所需的动作目标已达到，如在上水时，当压力显示稳定时，是正在正常上 水，可以在上完水后关闭阀门，在排空时，压力显示稳定，则需停止加压，进入排空状态，当需要下水时， 当压力显示稳定时，要立即关闭加压力的阀门，打开用水的阀门，则太阳能热水器的水流出。为了防止进 入太阳能热水器内的凉水积聚在底部，可采用高位上水结构，使凉水在上部进入，热水从下部流出。如图 5b、图5c和图6、图7;此结构原理也可以直接整合到各种阀上。
本发明的方法和阀与阀的设计方法也可以用于其他行业的适用场合。
各图中的阀的形状只是配合说明阀的功能和结构设计原理，并不代表阀的实际成品的形状。安装在 太阳能热水器外部的阀及阀件、管道要进行保温处理。
权利要求
1、进出太阳能热水器的水管的防冻方法和进出太阳能热水器的水管的防冻排空阀、阀组系统结构原理及其设计方法，其功能是主要使进出太阳能热水器的管道排空，以防止结冰堵塞，在太阳能热水器行业并未有类似的技术和方法投入使用。其特征是采用对太阳能热水器的上、下水管及溢流管等进出太阳能热水器的管道，在其不使用而管道中存有水时，将管道中的存水排空，而太阳能热水器内的水量不受排空影响或很少受影响的方法来防止太阳能热水器在结冰季节管道冻结而影响使用的问题，它主要通过向上、下水管及溢流管等进出太阳能热水器的管道中的一个或所有管道输入压力(液压、气压)来控制安装在太阳能热水器外部或内部的阀或阀组对太阳能热水器的上下水管及溢流管或其他管道进行排空作业或通过电控阀(电动控制阀；电磁阀；依靠电来驱动的阀、依靠电力动作的阀等)、或电控阀与向管道输入控制压力相配合的方法对太阳能热水器的上下水管及溢流管或其他管道进行排空作业来防止太阳能热水器在结冰季节管道冻结而影响使用的问题，这一防冻方法在太阳能热水器行业中还是第一次提出。当采用电控阀时，也可在电控阀控制系统上安装电子或微电脑控制系统，并在远端控制管道上也安上电动控制阀，并安装一个环境温度测温仪，当环境温度达到设定温度的最低点时，自动或手动切换到结冰模式，此时若管道中有存水，在不使用时将自动或手动排空，当环境温度达到设定温度的最高点时，自动或手动切换到正常模式，不再进行排空作业；并可在太阳能热水器的相应位置如储水箱等安装水位测量仪器，以控制管道排空、上下水的自动作业。当采用电控阀时，可采用市场上现有的阀门种类，进行单、双管或多个管道的关闭排空或导通动作来达到在结冰季节排空所有存水管道内存水的方法使进出太阳能热水器的管道防止冻结，此时在电控阀的下方应旁通一个单向止回阀，在排空管道内存水时将空气导入管道内以利排空。采用压力阀(依靠液、气压或其他压力介质进行动作的阀门)时有双管控制进出太阳能热水器的水管的排空方法和单管控制进出太阳能热水器的水管的排空方法，当采用双管控制进出太阳能的水管的排空方法，它将依据活塞阀为基础来实现，活塞阀呈长形，外壳体上两端各有一个进水口，壳体长度的适当位置有一个出水口，壳体或阀芯上有O型密封圈，为了便于阀内存水排出，当它安装在太阳能热水器外部时，将优选水平方置，并优选将其两个进水口设计在壳体的水平下端或下方，以方便阀内存水的全部排出，当它安装在太阳能热水器内部时，则无此要求，而应当尽量呈直立状态，以方便安装；两个进水口一个连接上下水管，另一个连接溢流管或另设计控制水管。(一般太阳能热水器只有此两根管外加一个排气口，当太阳能热水器有更多管道时，可进行其他选择。)连接上下水管的进水口进入水压时推动阀芯向另一端移动，直至移动到呈现出出水口，出水口与太阳能热水器的进水口相连，此时，上下水管呈直通状态，非结冰季节和用水时一般采用这种方式，当结冰季节使用时，在用完水后接在溢流管的进水口进入压力，将阀芯推向连接在上下水管的进口方向，导致活塞阀关闭，使上下水管进行排空作业，但是封闭的管道是无法进行排空的，必需有空气进入，在阀的两进水口，各旁通一个止回阀，止回阀上连接一个通气管，两止回阀都对通气管安装方向止通，其中与溢流管相连的止回阀的通气管与太阳能热水器的溢流管预留口相连，这样，当上下水管进入排空状态时，打开远端排空阀(该阀也可以为用水阀，如淋浴阀等)，空气由该侧止回阀进入上下水管，从而使管中水顺利排出，而溢流管中的水，在关闭压力输入阀后，同样打开远端的排空阀，空气由该侧止回阀进入溢流管，从而使管中水顺利排出。输入的压力也可以是气体压力或其他介质压力。该阀也可以用电控阀来控制，或采用电控和压力相结合的方式来动作。当采用单管控制进出太阳能的水管的排空方法，可采用现在现有的压力开关定位技术，当压力作用于阀芯时将阀芯顶起，此时管道中水进入太阳能内，当压力停止，在弹簧的作用下，活塞形的阀芯下行到一定位置，使通向太阳能的出口管道封闭，阀芯被定位到此位置，此时，可选择在此处旁通一个单向导通的通气阀(止回阀)，通气阀也可以设置在阀的下端阀芯接触不到的地方，并向阀内导通。当再次施加压力时，阀芯重新被顶起，此时有少量水或气进入太阳能热水器，此时停止加压力，阀芯在弹簧的作用下，脱离定位装置，下行到阀的下水口处，使太阳能热水器内的水流出，在阀壳上的下水口处有单向止回阀，防止气、水压由此处直接进入太阳能热水器内，从而使压力只能向阀芯施加压力，使阀芯动作。下水口和排空口的位置也可以互换。在阀内下端或阀的下端可以旁通一个直通太阳能的辅助通道，此通道用手动阀或电控阀或压力阀控制，在非结冰季节水经此处直接进出太阳能热水器，在结冰季节关闭，改用主阀。当此直通阀采用压力阀来控制时，则可通过溢流管来莸取压力，此时，应在压力阀旁通一个单向止回阀，以排空该阀和管道内的水，并对太阳能热水器的预留溢流管口方向止通。以上所有阀都可以设置在太阳能热水器的外部或内部的适当位置，当设置在内部时，阀的排气管和溢流管可以直接通到太阳能热水器内部无水区域的适当高度，可使阀的溢流管稍低，使超过太阳能热水器控制水位的水直接经阀排出。，阀的排气管和溢流管也可以在该阀在太阳能外热水器的管道中以三通的方式设置在太阳能外面，，当阀设置在太阳能热水器内时，可以丝口、法兰、插接等方式与太阳能热水器的预留口相结合，此预留口需按阀的形状设计或阀按预留口的形状设计，也可以牺牲一个真空热水管，阀按插管口的形状设计，从插管位置安装阀，并预以固定，此方式更适合未预留本阀安装位置的太阳能热水器。所有阀的控制管道都可以接上一个或共用一个压力显示器件，当压力在一个压力值稳定时，即表示其所需的动作目标已达到，如在上水时，当压力显示稳定时，是正在正常上水，可以在上完水后关闭阀门，在排空时，压力显示稳定，则需停止加压，进入排空状态，当需要下水时，当压力显示稳定时，要立即关闭加压力的阀门，打开用水的阀门，则太阳能热水器的水流出。为了防止进入太阳能热水器内的凉水积聚在底部，可采用高位上水结构，使凉水在上部进入，热水从下部流出。；此结构原理也可以直接整合到各种阀上。该太阳能热水器的防冻方法和阀与阀的设计方法也可以用于其他行业的适用场合。
2、 如权力1所述的一种进出太阳能热水器的水管道的防冻方法。其特征在于将进出太阳能热水器 的不使用的管道中的存在的水排空来防止结冰季节因进出太阳能热水器的水管的管道冻结而影响太阳能 热水器的正常使用，和在太阳能热水器的不使用时将所有进出太阳能热水器的的管道中的存在的水排空来 防止结冰季节因进出太阳能热水器的水管的管道冻结而影响太阳能热水器的正常使用；在排空管道内的存 水时，太阳能热水器内的水不会流出，在排空管道内的存水时，太阳能热水器内的水量不受影响或只受到 少量影响。本方法可以依靠手动阀、压力(液压、气压等)控制阀、电控阀等及其组成的阀组或阔组控制系统 来达到上述目的，也可以依靠其他方式来达到上述目的。
3、 如权力l所述的一种控制进出太阳能热水器的管道的电控防冻排空阀和阀组及其控制系统的结构 原理和设计方法。其特征在于采用目前市场上己有的或自行设计的电控阀，进行单、双管或多个管道的 关闭排空或导通动作来达到在结冰季节排空所有存水管道内存水的方法使进出太阳能热水器的管道防止 冻结，在其非于太阳能相连接的一端旁通一个单向导通阀(止回阀或称逆止阀)，当电控阀关闭排气阀打 开时，单向导通阀向管道内导入气体，以利于管道内的水排空；也可以采用目前已有或自行设计的手动或 电控换向阀，使其在排空和进出水之间进行转换。电控防冻排空阀和阀组及其控制系统应具有相应的电动 控制元件或电动智能控制元件。电控防冻排空阀和阀组及其控制系统可以和环境温度测量、水位测量系统 以及电动控制或电动智能控制系统相连接，以实现自动控制。以上所述的电控阀和单向导通阀可以是市场上现有的产品进行组装而成，也可以直接设计成一个整 体，用于进出太阳能热水器的单个或多个管道的进出水和排空的控制。
4、 如权力l所述的一种控制进出太阳能热水器的管道的依靠压力进行动作的双管控制的防冻排空活 塞阀的结构原理和设计方法。其特征在于由阀壳体和柱塞形的阀芯组成，阀壳体和柱塞形的阀芯的其中 一方上有至少一个及一个以上的O型密封圈，阀壳体的两端各有一个进口，进口在阀壳体两端的中间或下 方位置。阀壳体的侧壁适当位置有一个出口，进、出口可以以任意方式与其他部件相连接。当一侧进口中 输入压力介质，阀芯向另一侧移动，直至该侧进口经阀腔与出口导通而使阀打开，当另一侧进口输入压力 介质时，阖芯将出口堵塞，从而使阀关闭。使阀关闭的一侧进口称为控制端，另一侧称为进出水端。该活塞阀两进口中的任一端可以和一电控阀相连，以实现液压与电控的双重控制，电控阀以连杆与 活塞阀的阀芯相连；此时活塞阀可以选择留一个进口或两个进口全留，当选择留一个进口时，将控制端进 口封闭，并留一通气孔，电控阀应具有与可以和环境温度测量、水位测量系统以及电动控制或电动智能控 制系统相连接，以实现自动控制的结构。该活塞阀也可以不和电控阀相连。
5、 如权力1所述的一种控制进出太阳能热水器的管道的依靠压力进行动作的双管控制的防冻排空活 塞阀或阀组及其控制系统的结构原理和设计方法，其在权力4的基础上，还具有以下特征在活塞阀的两端进口各旁通一个单向导通阀，当压力介质通过任一侧进口进入活塞阀时，该侧相对应的单向导通阀关闭。 进出水端的单向导通阀的上可有一个延伸的进气管。控制端如果是用溢流管做压力输入管道，则该端单向 导通阀与太阳能热水器的预留溢流口相连，当太阳能热水器有水溢出时，通过单向导通阀回流至溢流管而 排出。该活塞阀阀组可以是一体化设计，也可以用权力4所述的活塞阀与市场上销售的单向导通阀通过管 件组装而成。该阀组的出口连接太阳能热水器的进水口，进出水端进口通过进出水水管与远端的供、用水阀门、 压力输入阀、排空阀、压力显示元件或多功能阀组相连接，控制端进口通过控制水管或溢流管与远端的进 水(气)阀、排空阀相连接，此处也可为一个换向阀，在进水(气)和排空之间切换，单用一个压力显示 系统或与进出水水管通过三通止回阀或两个单向导通阀的组合共用一个压力显示系统，进出水水管和控制 水管或溢流管远端的所有管件、阀和压力显示系统可以设计成一个集和成一体的阀组控制系统或电控阀组 控制系统，当集成为电控阀组控制系统时，其将具有与外部控制系统相连接的电气结构元件，以实现电动 控制或电动智能控制。当该阀组采用活塞阀两进口中的任一端与电控阀相连时，其采用选择两个进口全留时，其水管管路 控制方式同上，其采用选择留一个进口时，其控制水管或溢流管将不再与活塞阀相连，该侧也不再有单向 导通阀。当该阀组采用活塞阀两进口中的任一端与电控阀相连时，其可以与温度测量、水位测量系统以及进 出水水管和控制水管或溢流管远端的所有管件、阀和压力显示系统集成的电控阀组控制系统和电动控制或 电动智能控制系统相连接，以实现和电动控制或电动智能控制。
6、如权力5所述的一种活塞阀阀组，其特征在于该阀组安装在一个基座上，可与基座一体化设计， 该阀设计为直接放置于太阳能热水器的内部，通过基座以任意方式与太阳能热水器相连接；进出水水管和 控制水管或溢流管从基座中通过并与活塞阀阀组相连，活塞阀水平或直立设置，进出水端单向导通阀髙出 太阳能热水器的内部的最髙水面，控制水管或溢流管端的单向导通阀的通气端与太阳能热水器的内部的最 高水面位置相同，此时太阳能热水器的外部的预留溢流口可以堵塞也可以并连到溢流管上。活塞阀的出口设置在太阳能热水器的底部，以便向太阳能热水器内部供水或使向太阳能热水器内部 的水流出，也可使出口向上延伸至高于太阳能热水器的内部的最高水面，直上或加装弯头而在活塞阀的出 口位于太阳能热水器的底部的位置处旁通一个单向导通阀。当太阳能热水器内部的水流出时，太阳能热水 器内部的水从此单向导通阀经活塞阀流至太阳能热水器外部。该单向导通阀直立或平放皆可。这样冷水加 入到太阳能热水器上部，热水从太阳能热水器的底部流出，为一种高位上水装置。该阀组的进出水端单向导通阀和控制水管或溢流管端的单向导通阀也可以设计在太阳能热水器的外 部，在进出水水管和控制水管或溢流管出基座后的适当位置各旁通一个单向导通阀，其动作原理和结构原 理以及管道走向与权力5所述的完金相同该阀组其远端的控制结构和当其采用与权力5所述的活塞阀两进口中的任一端与电控阀相连时的远端 的结构，与权力5的相关内容完全相同。
7、 如权力5所述的一种三通止回阀的结构原理和设计方法，其特征在于在阀体的两端各有一进口， 阈体的侧壁上有一个出口，阀腔内有一个可从双向移动的阀芯，当任一进口输入压力介质时，阀芯则向另 一端进口移动并将其封闭，使输入压力介质只能从出口输出，在本发明中三通止回阀主要用于当两根管道 共用一个压力显示元件时。该三通止回阔也可用于其他行业的适用场合。
8、 如权力l〗6所叙的一种高位上水装置，其特征在于出水口向上延伸至高于太阳能热水器的内部 的相对应的最高水面，在出水口在相对于太阳能热水器的底部的位置处旁通一个单向导通阀。当太阳能热 水器内部的水流出时，太阳能热水器内部的水从此单向导通阀流至太阳能热水器外部。该单向导通阀直立 或平放皆可。该装置设置在太阳能热水器外部或内部，当设置在太阳能热水器外部时，应当在太阳能热水 器外部设置一个与其出水口相连接的进水口；当设置在太阳能热水器内部时，可以直接在内部预置，也可 以将其设计在基座上，当将其设置在太阳能热水器内部时，以任意放式使基座与太阳能热水器相连接。它 可以和权力5、 6的双管控制的防冻排空活塞阀或阀组组合使用。
9、 如权力1所述的一种控制进出太阳能热水器的管道的依靠压力进行动作的单管控制的防冻排空活 塞阀的结构原理和设计方法。其特征在于在阀壳体和阀芯的上端采用现有的按压弹出技术或压力开关定位技术，如圆珠笔芯的自动弹出结构等，使阀芯在按压、弹出时具有三个状态按压状态、定位状态、弹 出状态；或使阆芯在按压、弹出时具有两个状态按压状态、弹出状态；并利用其中的两至三个状态。在 阀芯的中下部呈向下开放的中空管状，并向阈芯的测面弯出，使水通过此弯管与阀壳体上相应的管道开口 相通，而进行上水、用水、或排空动作。阀芯或阀壳上并有相应数量的O型密封圈，以防止各管道开口之 间相互窜水；在阀的壳体上，上部按压、弹出结构处开有一通气孔，以利气(水)进出，在与阀芯内空心弯管 相对应的地方有相应的开口，当利用按压、弹出结构的两个状态时，按压状态时闺芯处于最髙位置，与阀 壳上的向太阳能热水器进水的开口相通，弹出状态时，阀芯处于最低位置，与阀壳上太阳能热水器的水向 管道回流的口相通，而用于向管道内导气的单向导通阀设计在阀壳体的下端阀芯到达不到的地方，也可旁 通在阀芯下端的管道上，当利用按压、弹出结构的三个状态时，此单向阀开口设计在定位状态，或单向阀 与回流管出口位置可交换，上水口不变，阀壳体上的上水口与回流口可以并联到一个管道上，也可各走各 的管道，口流口上安有单向导通阀，只在水回流时导通；并可按权力5、 6、 8的双管控制的防冻排空活塞 阀或阀组高位上水装置进行设计；该阀可以安装在太阳能热水器外部，在该阀设计一个基座后，可以将其 安装在太阳能热水器内部，使基座与太阳能热水器以任意方式相连接。当该阀设置在太阳能热水器内部时，阀的排气管和溢流管可以直接通到太阳能热水器内部无水区域的 适当高度，可使阀的溢流管稍低，使超过太阳能控制水位的水直接经阀排出。，阀的排气管和溢流管也可 以在该阀在太阳能外的管道中以三通的方式设置在太阳能外面。在阀的下端或其下端的管道上，可以旁通一个直通阀，当直通阀打开时，水通过直通阀直接进入太阳 能热水器而不通过该活塞阀， 一般在非结冰季节采用这种方式；直通阔可以是手动阀、液压阀、电控阀及 其他种类的阀中的一种，当采用液压阀时，其应当有一个控制水(气)管来辅助动作液压阀，并在该阀或该 管道上旁通一个单向导通阀，当控制水管为溢流管时，单向导通阀将与太阳能热水器的预留溢流口相连， 并向溢流管导通，当采用电控阀时，其应留有与环境温度测量、水位测量系统以及电动控制或电动智能控 制系统相连接的接头。
10、如权力1、 3、 4、 5、 6、 9所述的环境温度测量、水位测量系统以及电动控制或电动智能控制系 统的结构原理和设计方法。其特征在于将环境温度测量、水位测量系统和太阳能热水器处的电控防冻排空 阀与进出水管及溢流或控制水管组成的电动控制阀组共同联接到一个电动控制系统上，以实现上水、用水、 排空等功能的人工的电动控制操作，和将环境温度测量、水位测量系统和太阳能热水器处的电控防冻排空 阀与进出水管及溢流或控制水管组成的电动控制阔组共同联接到一个电动智能控制系统上，以实现在太阳 能热水器水位降到一定程度或用水完毕后自动上水、在温度降到设定值时，在不用水时对存有水的管道进 行自动排空，和对用水时通过自动调整热水和凉水的配比量使用水温度恒定在一定范围之内的全自动智能 控制操作。
全文摘要
本发明主要用于太阳能热水器各种管道在结冰季节防止管道冻结而影响太阳能热水器的利用。采用对进出太阳能热水器的管道，在其不使用而管道中存有水时，将管道中的存水排空，而太阳能热水器内的水量不受排空影响的方法来防止太阳能热水器在结冰季节管道冻结而影响使用的问题，这一方法在太阳能热水器行业是第一次提出。它依靠太阳能热水器的上下水管及溢流管或其他管道以液压、气压阀或电控阀来控制太阳能热水器已存水管道的如上下水管等，在结冰季节每次用水后将管道内的存水排空，而太阳能热水器内的水并不回流，来防止结冰季节因管道冻结而导致太阳能热水器不能使用。本发明也可用于其他行业的适用场合。
文档编号F24J2/46GK101457993SQ200810170960
公开日2009年6月17日 申请日期2008年10月15日 优先权日2008年10月15日
发明者杜存斌 申请人:杜存斌