专利名称：一种室内阳台分体太阳能热水器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到ー种新的阳台分体式太阳能热水器系统，该系统的换热方法、管道连接以及储热水箱与集热器的相对安装位置要求，与常规阳台分体太阳能热水器相比都有非常大的改进，属于太阳能光热应用领域。
背景技术：
低碳环保是我们这个时代的主題。太阳能热水器的广泛和普及性的应用也逐步深入，目前市场上的太阳能热水器根据储热水箱与集热器之间是否可以分开，把太阳能热水器分为两类，其一集热器与储热水箱在一起无法分开的一体式太阳能热水器，主要应用在屋顶；其ニ是阳台分体太阳能热水器，集热器与储热水箱可以分开，但两者分开的距离非常短，在安装时有非常严格的要求，一般是集热器安装在阳台外面，储热水箱安装在阳台内侦牝由于目前技术所限，虽然人们使用的热水点往往在室内的厨房或浴房，但储热水箱无法安装在用热水点，使得用热水既浪费又不方便。同时目前的阳台分体太阳能热水器基本上全部采用防冻液间接自然循环换热，换热效率、换热速度都非常不理想。有没有办法通过技术的改进，实现集热器还是安装在室外的阳台，但储热水箱可以根据人们的意愿安装在室内任何地方，如阳台、厨房、浴房等，同时实现更高效的换热。
发明内容
为了克服现有分体太阳能热水器系统中的储热水箱与集热器之间的安装相对水平距离和垂直距离非常受限制的缺点，以及采用防冻液间接换热热效率低的缺点，本发明提供一种全新的室内阳台分体太阳能热水器技术解决方案，该发明不仅能实现两大部件集热器与储热水箱之间的安装水平距离扩展数倍，而且垂直方向也实现可高可低；同时采用単一的水介质直接换热，换热速度快效率高，还能实现零功耗防冻。本发明解决 其技术问题所采用的技术方案是ー种室内阳台分体太阳能热水器系统，该系统包括储热水箱、集热器、多通道切换阀、出水泵阀、循环泵阀和温控阀，以及各部件之间的连接管道；集热器与储热水箱之间采用循环置换换热，两者相对位置可高可低，可近可远；系统水路的连接是自来水进入系统分两路，一路连接到出水泵阀入水ロ，一路连接到循环泵阀入水ロ，循环泵阀吸水ロ连接到储热水箱的循环出口，循环泵阀出水ロ连接到多通道切换阀的A接ロ，多通道切换阀的B接ロ通过水管与集热器进ロ连接在一起，集热器出ロ处串接ー个温控阀后通过水管连接到多通道切换阀的F接ロ，多通道切换阀的E接ロ连接到储热水箱的进出口上；出水泵阀吸水ロ连接到多通道切换阀的C接ロ，多通道切换阀的D接ロ连接到储热水箱的出入口，出水泵阀出水ロ通过管道连接到系统的热水出水□。其中的多通道切换阀是ー种多水流通道切換机械阀，具有六个接ロ分别是A接ロ、B接ロ、C接ロ、D接ロ、E接口和F接ロ，通过多通道切换阀的面板旋钮转动，至少形成接ロ之间三种不同的通断状态，状态ー是A接ロ与B接ロ通、C接ロ与D接ロ通、E接ロ与F接口通；状态二是B接口与C接口通、E接口与F接口通；状态三是A接口与D接口通、E接口与C接口通。状态一是系统的正常工作状态，上水、加热、换热、储藏以及在储热水箱非承压状态下供应热水；状态二是系统的防冻工作状态，把系统安装在室外的管道和集热器本身全部抽空，从而实现彻底的防冻；状态三是系统的承压供应热水或应急供应热水状态。其中的出水泵阀和循环泵阀，纯机械结构，都具有三个接口，分别是入水口 a、吸水口 b、出水口 C，三口对应的内水流通道是一个文氏通道，高压的水流从入水口 a流入在吸水口 b处产生负压，形成吸水力，从而把与b接口连接的管道中的水吸入泵阀内，与从入水口 a流入的水混合后从出水口 c流出。出口泵阀和循环泵阀结构相似，但在本发明中的功能不一样，出口泵阀的功能一方面是为了增加储热水箱内的热水出水压力，另一方面也对储热水箱中的高温热水降到人体合适的水温；循环泵阀的功能一方面是为了把储热水箱底部相对低温热水从储热水箱中吸出与自来水混合后重新进入集热器中加热，另一方面是进入集热器中被加热的水不再是低温自来水，而是混合后的中温水，从而缩短每次在集热器中加热所需的时间，减少热水在输送管道中的滞留时间，间接增加了集热器与储热水箱之间的距离。其中的温控阀，具有两个接口，分别是温控阀入口和温控阀出口，该阀是一种纯机械结构，兼有温控功能和单向截止压控功能，当温控阀入口压力大于温控阀出口压力时，温控阀自动检测入口处的水温，当入口的水温到达预定温度时，温控阀入口与温控阀出口连通，反之，当温控阀入口的温度没有达到预定温度，温控阀入口与温控阀出口截止；当温控阀入口的压力不大于温控阀出口压力时，或出口压力大于入口时，温控阀入口和温控阀出口连通。其中的循环置换换热，是系统每次换热都从储热水箱的中循环出部分的相对低温热水与新流入系统的自来水充分混合后变成中温水，然后在自来水本身压力下，中温水去置换在集热器中已经加热到预定温度的热水，被置换的热水进入储热水箱中储藏，而用来置换的中温水则滞留在集热器中等待被加热到预定温度和下一次的置换，如此往复，直到储热水箱中的热水满为止。这是一种分批分次间隔性快速高效的直接换热，完全不同于常规的自然循环换热和强制循环换热。相比普通的分体太阳能热水器的间接自然循环换热，循环置换换热速度更快效率更高；相比强制循环换热，循环置换换热零功耗实现，不需要任何外加的能源支持。正是采用循环置换换热，使得系统的储热水箱与集热器的相对位置可以非常灵活，即储热水箱安装的位置可以比集热器高，也可以比集热器低；两者的水平距离也可以比现有分体太阳能热水器延长数倍。其中储热水箱，具有三层结构，分别是外壳、保温层和内胆，具有透气口、进水口、出水口、循环出口、进出口、出入口和超过一个以上的辅助接口，透气口安装一个变压阀；该变压阀在多通道切换阀处于工作状态或防冻状态时，储热水箱处于非承压状态，在多通道切换阀处于状态三时，如果水箱水满继续进水时，变压阀开始动作使得透气口处于封闭状态，系统实现承压供水。辅助接口可以有电辅助加热接口、温度检测口等。其中的多通道切换阀、循环泵阀、出水泵阀和阀之间的连接管道，以及阀与储热水箱之间的连接管道，可以独立于储热水箱体外；也可以内嵌在储热水箱的保温层中，与储热水箱形成一体，多通道切换阀面板的旋转钮安装在储热水箱的外壳。本发明的工作原理描述如下多通道切换阀的面板旋钮放置在状态一，即A接口与B接ロ连通、C接ロ与D接ロ连通、E接ロ与F接ロ连通，开始工作时储热水箱和集热器都没有水，自来水流入进水ロ，通过循环泵阀、多通道切换阀的A接ロ、B接ロ、连接管道、集热器，从集热器出口流出，由于水温没有达到温控阀的预定温度，致使连接在集热器出口处的温控阀截止水的继续流动，水被滞留在集热器中等待加热。集热器不断吸收太阳能，加热集热器内部的水，当集热器内的水温加热到温控阀的预定温度，温控阀打开，管道中的水在自来水的压カ下继续开始流动，集热器中已经加热的水，流过温控阀、连接管道、多通道切換阀的F接ロ、多通道切换阀的E接ロ、连接管道、储热水箱的进出ロ流入到储热水箱中储藏。等到新流入的水把在集热器中已经加热的水全部推压进入储热水箱中后，新进入的水的温度无法达到温控阀的预定温度，致使温控阀重新截止，新进入的水重新被滞留在集热器中等待下一次的开始。这就是一个完整的置換换热过程。等到储热水箱中已经有热水以后，以后的毎次置換换热进入集热器中的水就不完全是自来水，而是自来水与从储热水箱中循环出来的部分热水混合后的中温水，以后的换热就是ー种循环置換换热过程，直到储热水箱中水满为止。在用热水吋，自来水流过出水泵阀，在出水泵阀的吸水ロ处产生负压，储热水箱的热水通过储热水箱的出入口不断地流向多通道切换阀的D接ロ、C接ロ、出水泵阀吸水口 b,流入出水泵阀与从 出水泵阀入水ロ a流入的自来水的混合后从出水口 c流出，流向用热水管道。多通道切换阀面板旋钮放置在状态ニ，即B接ロ与C接ロ连通、E接ロ与F接ロ连通，由于B接ロ与C接ロ连通，在出水泵阀的作用下C接ロ具有负压的吸力，使得与C接ロ连通的相应管道中的水失去压力，集热器出口处的温控阀重新连通，多通道切换阀的E接ロ通过管道与储热水箱的透气ロ连通。抽水排空的路径储热水箱透气ロ、储热水箱进出口、连接管道、多通道切换阀的E接ロ、F接ロ、连接管道、温控阀、集热器、连接管道、B接ロ、C接ロ、出水泵阀吸水ロ b，由此在出水泵阀的工作下，管路中的水全部吸空，安装在室外的管路，包括集热器中无水，从而实现系统的零功耗抽水排空防冻。多通道切换阀面板旋钮放置在状态三，即A接ロ与D接ロ连通、E接ロ与C接ロ连通，此状态下自来水通过循环泵阀与储热水箱中循环出的水混合后，又从D接ロ通过水管流入到储热水箱中，由于流入的水量一定大于循环出的水量，储热水箱中的水位不断上升，如果储热水箱水满后继续此状态，储热水箱的透气口上安装的变压阀会关闭透气ロ，使储热水箱中的高位热水通过储热水箱的进出ロ、连接管道、多通道切换阀的E接ロ、多通道切换阀的C接ロ、出水泵阀吸水ロ b，然后通过出水泵阀的出水ロ c流入热水管道。此时的热水是ー种承压压热水。另ー种情况是储热水箱只是加入部分的自来水，或加满水以后，通过电辅助加热，然后回到状态一中使用热水，这是ー种系统应急用热水。本发明的有益效果是，ー种室内阳台分体太阳能热水器系统，储热水箱与集热器之间采用循环置换换热，不仅换热效率高速度快，而且两者之间可分开的水平间距和垂直间距都有大幅度延长，实现储热水箱安装在室内，集热器安装在阳台；系统不仅同时支持非承压供应热水和承压供应热水，而且还能实现零功耗的抽水排空防冻。系统提供的是ー种定温热水，并通过一个单体的机械阀的转动实现工作、防冻、非承压供应热水、承压供应热水等状态的转变，使用非常方便简洁，整个系统成本低且稳定可靠，具有良好的推广使用价值。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的连接示意图。图2是三阀体内嵌在储热水箱的系统连接示意图。图中101.储热水箱，102.集热器，103.多通道切换阀，104.出水泵阀，105.循环泵阀，106.温控阀，201.进水口，202.出水口，203.循环出口，204.进出口，205.出入口，206.透气口，207.辅助接口，210.进口，211.出口，220.置换出口，221.置换入口，301.水箱外壳，302.保温层，303.内胆。
具体实施例方式在图中，根据正常工作状态的水路流向来描述本发明各部件之间的连接关系，自来水流入进水口(201)分成两路，一路流入到循环泵阀(105)的入水口 a，另一路流入到出水泵阀(104)的入水口 a;循环泵阀(105)的吸水口 b连接到储热水箱(101)的循环出口(203)，循环泵阀(105)的出水口 c连接到多通道切换阀(103)的A接口上，多通道切换阀(103)的B接口通过管道连接到集热器(102)的进口(210)上，集热器(102)的出口(211)处串接一个温控阀(106)后，再通过管道连接到多通道切换阀(103)的F接口上，多通道切换阀(103)的E接口通过水管连接到储热水箱(101)的进出口(204)上，储热水箱(101)的出入口( 205 )连接到多通道切换阀(103 )的D接口，多通道切换阀(103 )的C接口连接到出水泵阀(104)的吸水口 b上，出水泵阀(104)的出水口 c与出水口(202)连接在一起。根据以上的连接，以下描述本发明的各工作状态的工作原理和技术的实现。正常工作状态，即多通道切换阀(103)的面板旋钮在状态一，即A接口与B接口连通、C接口与D接口连通、E接口与F接口连通。自来水从进水口(201)流入，一路流入到出水泵阀(104)的入水口 a，另一路流入到循环泵阀(105)的入水口 a ;带压的自来水在流经循环泵阀(105)时，循环泵阀(105)的内部是一个文氏水流通道，带压的水流流过此通道，在吸水口 b处会产生低于大气的负压，由此在吸水口 b处产生吸力，类似于水泵抽水，如果此时储热水箱(101)中有热水，则会把储热水箱(101)中的热水抽出，通过循环出口(203)流出，流入到循环泵阀(105)中与刚才流入的带压自来水混合成带压的中温水，从循环泵阀(105)的出水口 c流出进入A接口，流向多通道切换阀(103)的B接口，通过B接口的管道流向集热器(102)的进口(210)，流入集热器(102)中，然后从集热器(102)出口(211)流出，带压的中温水一方面是一种有压水，另一方面水温比自来水水温高，但此水温又没有达到温控阀(106)的预定温度，致使在集热器(102)出口(211)附近的串接的温控阀(106)通道截断，水流不再流动，带压的中温水滞留在集热器(102)中，进水口(201)的自来水不再流入系统。集热器(102)不断地吸收太阳能，不断地加热在集热器(102)内部的水的温度，当集热器(102)内的水温达到温控阀(106)的预定温度，温控阀(106)启动打开，进水口(201)的自来水重新开始流入系统，管道中的水在自来水的压力下重新开始流动，循环泵阀(105)重新产生新的中温水，新产生的中温水在自来水的压力下把集热器(102)中已经被加热到预定温度的热水全部推压流出集热器(102)，通过连接管道和多通道切换阀(103)的F接口、E接口，从储热水箱的进出口(204)全部流入到储热水箱(101)中进行保温储藏；而当新的中温水流入到温控阀(106)时，由于水温没有达到温控阀(106)的预定温度，水路被温控阀(106)重新截断，新的中温水被重新截留在集热器(102)中，等待加热，这就是ー个完整的循环置换换热，毎次都是采用循环出来的中温水去置换掉在集热器(102)中已经加热到预定温度的热水进入储热水箱(101)中储藏，而本身的中温水则滞留在集热器(102)中等待下一次循环置換的开始，这样的循环置换换热不断重复进行，直到储热水箱(101)的水满为止。此时储热水箱(101)中的热水是ー种定温热水。在以上状态中，储热水箱(101)出于非承压状态，使用热水，打开热水管道的阀，即与出水ロ(202)连通的管道中的阀门，自来水从进水ロ(201)流入，在出水泵阀(104)的入水口 a流入，带压的自来水在流经出水泵阀(104)时，出水泵阀(104)的内部是ー个文氏水流通道，带压的水流流过此通道，在吸水ロ b处会产生低于大气的负压，由此在吸水ロ b处产生吸力，类似于水泵抽水，与出水泵阀(104)吸水ロ b相连的多通道切换阀(103)的C接ロ、D接ロ、储热水箱(101)的出入口(205)会产生抽水力，储热水箱(101)中的热水不断地被抽出，流入到出水泵阀(104)中与刚才流入的带压自来水混合成带压的合适体温的热水，从出水泵阀(104)的出水ロ c流出，流向出水口(202)进入热水管道，此时热水管道中的热水是ー种具有一定压カ的热水，也就是说通过出水泵阀(104)把在储热水箱(101)中的非承压热水转变成ー种带一定压カ的热水。当然由此带来的一个问题是从热水管出来的热水温度会低于储热水箱(101)中的热水温度，但因为储热水箱(101)中本身是ー种定温热水，通过出水泵阀(104)的混合可以调整到一个合适的温度。如果需要系统提供更高的水温，或者在非承压状态下更大的热水 压力，可以采用电控的水泵来代替使用热水时的出水泵阀(104)，电控水泵可以直接串连接在热水管路中，本发明不排斥使用电控水泵。防冻工作状态，无论哪ー种太阳能热水器，集热器(102)和相应的部分连接管道都是安装在室外，在室外部分当温度在零下时都有一个防冻的问题。本发明由于是采用的水參与的直接换热，提供是ー种零功耗的抽水排空防冻方案。需要做的步骤是，转动多通道切换阀(103)的旋钮放置到状态ニ，此时多通道切换阀(103)各接ロ的连通关系是，B接ロ与C接ロ连通、E接ロ与F接ロ连通。从上面正常工作状态描述中我们已经了解到，只要出水ロ(202)畅通，由于出水泵阀(104)在工作时，对应的吸水ロ b就会产生负压，由此与吸水ロb连接在一起的C接ロ就是ー个具有低于大气的负压接ロ，当B接ロ与C接ロ连通吋，与B接ロ相连的管道从原来承受的自来水正向压カ变成负压，在管路中串联的温控阀(106)从截止变成连通，管路通过多通道切换阀的F接ロ、E接ロ、储热水箱的进出ロ(204)和储热水箱的透气ロ(206)与大气连通。由此把相应管路中的水全部通过出水泵阀(104)抽空，包括集热器中的水。由于管路中无水实现彻底的防冻。由于能零功耗进行抽水排空防冻，本发明的集热器可以采用平板集热器，也可以采用真空管集热器。应急供热水或承压供应热水状态，多通道切换阀(103)的面板旋钮转到状态三，即A接ロ与D接ロ连通、C接ロ与E接ロ连通。本状态依赖储热水箱(101)在水满以后是否继续进水，分成两种情况，情况ー是储热水箱(101)进部分冷水，最多水满以后不再继续进水，通过电辅助加热储热水箱中的水，回到状态一中使用热水，这是应急供应热水；另ー情况是，加入冷水后也采用电加热储热水箱中的水，但在储热水箱(101)水满以后继续进水，系统会自动切换到承压供应热水状态，状态不变的情况下，使用热水，此时是ー边进冷水，一边出热水，出来的热水是ー种完全承压的热水，此时系统等同于一台电热水器。自来水从进水ロ( 201)流入，通过循环泵阀(105 )从多通道切换阀A接ロ流出到D接ロ，再从D接ロ流出，进入储热水箱(101)的出入口(205)流入到储热水箱(101)中，此时自来水直接流入到储热水箱中，储热水箱(101)中的水位不断上升。由于自来水直接流入储热水箱，没有通过集热器加热，此时只能通过辅助接口(207)上的电辅助加热水箱中的水。如果加完冷水后，回到状态一中开始使用热水，此是只是系统一种应急供应热水；如果储热水箱(101)满以后继续把冷水加入，上升的水位会把透气口上安装的变压阀启动关闭透气口，此时储热水箱(101)形成一个封闭系统，上升的热水会从进出口(204)中流出通过管道流入到多通道切换阀E接口、C接口，通过出水泵阀(104)的吸水口 b和出水口 c流出，进入热水管道。此时热水管道中的热水是一种承压热水，系统实现承压供应热水。是一种顶水式出热水方式。在图2中所示的是把多通道切换阀(103)、循环泵阀(105)、出水泵阀(104)以及相应的与储热水箱(101)内胆(303)连接管道内嵌在储热水箱(101)的保温层(302)中的架构连接示意图，此时，对于整个储热水箱(101)来说，主要的连接接口就是进水口( 201)、出水口(202)、置换出口(220)和置换入口(221)，在储热水箱(101)的外壳(301)面板上嵌连一个多通道切换阀(103)的面板旋钮。整个系统非常简洁、全机械结构，成本低稳定可靠。以上阐述了本发明的基本原理和主要特征，本发明不受实施条例的限制，在不脱离本发明的基本原理和主要特征的前提下所作出的改进和变化，都应落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种室内阳台分体太阳能热水器系统，其特征是该系统包括储热水箱、集热器、多通道切换阀、出水泵阀、循环泵阀和温控阀，以及各部件之间的连接管道；集热器与储热水箱之间采用循环置换换热，两者相对位置可高可低，可近可远；系统水路的连接是自来水进入系统分两路，一路连接到出水泵阀入水口，一路连接到循环泵阀入水口，循环泵阀吸水口连接到储热水箱的循环出口，循环泵阀出水口连接到多通道切换阀的A接口，多通道切换阀的B接口通过水管与集热器进口连接在一起，集热器出口处串接一个温控阀后通过水管连接到多通道切换阀的F接口，多通道切换阀的E接口连接到储热水箱的进出口上；出水泵阀吸水口连接到多通道切换阀的C接口，多通道切换阀的D接口连接到储热水箱的出入口，出水泵阀出水口通过管道连接到系统的热水出水口。
2.根据权利要求1所述的一种室内阳台分体太阳能热水器系统，其特征是，所述的多通道切换阀是一种多水流通道切换机械阀，具有六个接口分别是A接口、B接口、C接口、D接口、E接口和F接口，通过多通道切换阀的面板旋钮转动，至少形成接口之间三种不同的通断状态，状态一是A接口与B接口通、C接口与D接口通、E接口与F接口通；状态二是B接口与C接口通、E接口与F接口通；状态三是A接口与D接口通、E接口与C接口通。
3.根据权利要求1所述的一种室内阳台分体太阳能热水器系统，其特征是，所述的出水泵阀和循环泵阀，纯机械结构，都具有三个接口，分别是入水口 a、吸水口 b、出水口 C，三口对应的内水流通道是一个文氏通道，高压的水流从入水口 a流入在吸水口 b处产生负压，形成吸水力，从而把与b接口连接的管道中的水吸入泵阀内，与从入水口 a流入的水混合后从出水口 c流出。
4.根据权利要求1所述的一种室内阳台分体太阳能热水器系统，其特征是，所述的温控阀，具有两个接口，分别是温控阀入口和温控阀出口，该阀是一种纯机械结构，兼有温控功能和单向截止压控功能，当温控阀入口压力大于温控阀出口压力时，温控阀自动检测入口处的水温，当入口的水温到达预定温度时，温控阀入口与温控阀出口连通，反之，当温控阀入口的温度没有达到预定温度，温控阀入口与温控阀出口截止；当温控阀入口的压力不大于温控阀出口压力时，或出口压力大于入口时，温控阀入口和温控阀出口连通。
5.根据权利要求1所述的一种室内阳台分体太阳能热水器系统，其特征是，所述的循环置换换热，是系统每次换热都从储热水箱的中循环出部分的相对低温热水与新流入系统的自来水充分混合后变成中温水，然后在自来水本身压力下，中温水去置换在集热器中已经加热到预定温度的热水，被置换的热水进入储热水箱中储藏，而用来置换的中温水则滞留在集热器中等待被加热到预定温度和下一次的置换，如此往复，直到储热水箱中的热水满为止。
6.根据权利要求1所述的一种室内阳台分体太阳能热水器系统，其特征是所述的储热水箱，具有三层结构，分别是外壳、保温层和内胆，具有透气口、进水口、出水口、循环出口、进出口、出入口和超过一个以上的辅助接口，透气口安装一个变压阀；该变压阀在多通道切换阀处于工作状态或防冻状态时，储热水箱处于非承压状态，在多通道切换阀处于状态三时，如果水箱水满继续进水时，变压阀开始动作使得透气口处于封闭状态，系统实现承压供水。
7.根据权利要求1所述的一种室内阳台分体太阳能热水器系统，其特征是所述的多通道切换阀、循环泵阀、出水泵阀和阀之间的连接管道，以及阀与储热水箱之间的连接管道， 可以独立于储热水箱体外；也可以内嵌在储热水箱的保温层中，与储热水箱形成一体，多通道切换阀面板的旋转钮安装在储热水箱的外売。
全文摘要
一种室内阳台分体太阳能热水器系统，该系统包括储热水箱、集热器、多通道切换阀、出水泵阀、循环泵阀和温控阀，以及各部件之间的连接管道；储热水箱与集热器之间采用循环置换换热，不仅换热效率高速度快，而且两者之间可分开的水平间距和垂直间距都有大幅度延长，实现储热水箱安装在室内，集热器安装在阳台；系统不仅同时支持非承压供应热水和承压供应热水，而且还能实现零功耗的抽水排空防冻。系统提供的是一种定温热水，并通过一个单体的机械阀的转动实现工作、防冻、非承压供应热水、承压供应热水等状态的转变，使用非常方便简洁，整个系统成本低且稳定可靠，具有良好的推广使用价值。
文档编号F24J2/46GK103062928SQ20131004059
公开日2013年4月24日 申请日期2013年2月3日 优先权日2013年2月3日
发明者徐何燎 申请人:徐何燎