专利名称：自动保护全封闭节水太阳能热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种节水太阳能热水器，特别是一种自动保护全封闭节水太阳能热水器。
目前市售的家用太阳能热水器如
图1所示，由集热器(1)、顶水调节阀(4)、落水调节阀(3)、淋浴喷头(9)、排气三通(7)、排气管(6)、自来水进水管(5)等组成。集热器(1)的上部通过排气三通(7)、管(8)与淋浴喷头(9)相连；集热器(1)的下部通过管(2)连接于顶水调节阀(4)与落水调节阀(3)之间。充水时，关闭落水调节阀，打开顶水调节阀，自来水就通过管(5)、顶水调节阀(4)、管(2)进入集热器(1)中，当有水从淋浴喷头(9)流出时，集热器已充满水，即可关闭顶水调节阀(4)。淋浴时，如果自来水压力比较大，可采用顶水法，即打开顶水调节阀(4)，进入集热器中的自来水便将集热器中的热水顶出，经排气三通(7)、管(8)由淋浴喷头(9)流出；如果自来水压力比较小，可采用落水法，即打开落水调节阀(3)，集热器中的热水便通过管(2)、落水调节阀(3)由喷头(9)流出。当用落水法淋浴时，随着热水的流出，集热器的空间通过排气管和排气三通不断补充进空气，使集热器始终处于非真空状态，以保护集热器不被大气压力损坏。由上述的工作过程可知，在这种结构的太阳能热水器中，排气管(6)和排气三通(7)是必不可少的，否则集热器就要被大气压力损坏。但是，这种传统的太阳能热水器有一个非常明显的结构缺点，即采用顶水法淋浴时(一般都采用此法，因顶水法不仅可以边淋浴边自动充水，还可防止集热器空晒所造成的危害)，如果水量较大，热水器中的热水会有一部分通过排气三通(7)和排气管(6)流出而白白跑掉，浪费的热水有时可达30％以上，顶水调节阀开得越大，流失浪费的热水就越多。
显然，排气三通和排气管的装置是造成太阳能热水器跑水的根本原因。然而，排气三通和排气管的设计又具有理论正确性和实践可行性，是早期研制开发太阳能热水器所取得的重大技术成果，否则，太阳能热水器的应用和推广是不可能的。用流失“廉价”而“无限”的水资源来换取良好的节能效果和环境效果，在当时也许是合理的。但是，水并非是无限的，水资源的严重短缺已经制约了经济和社会的发展。今天，可以肯定的说，一个存在水资源浪费的太阳能热水器系统必须改进。传统太阳能热水器已经成了一块被良好的节能效果和环境效果所掩盖的节水空白。太阳能热水器的跑水也在一定程度上影响到它的推广和普及。太阳能热水器“滴、冒、跑、漏”的水资源浪费现象再也不能继续存在下去了。
为避免太阳能热水器顶水法淋浴时热水流失浪费的弊端，有人提出，淋浴时不用顶水法，只用落水法。这种方法将使太阳能热水器失去顶水法功能，而顶水法又具有落水法不可比拟的优点第一，顶水法可边淋浴边充水，用户不必进行另外的充水操作，充水程序即可自动完成，简单、方便、省时间；第二，顶水法淋浴可避免集热器空晒，保护集热器，特别是可防止真空管太阳能热水器的真空管被不适当的充水时间和充水方法所激裂。因此，只要水压够，一般都用顶水法，仅仅在水压低或者放水时才用落水法。由此可见，太阳能热水器顶水法之功能是不应该取消的，否则，将给使用者带来不便。
太阳能热水器除热系统之外，还有水系统和气系统。热、水、气三系统共同组成太阳能热水器，只有在热、水、气三系统都合理设计的条件下才能充分发挥太阳能热水器的节能效果和环境效果。为解决太阳能热水器水系统和气系统相矛盾的技术难题，一些厂家进行了多年研究，提出过不少技术方案，例如，落球法、弹簧压力法、阀门锁定法、水压控制法、爬杆法等，都不能从根本上解决太阳能热水器跑水的技术难题。只要存在排气三通和排气管，就可能跑水，而排气三通和排气管在理论和实践上又是必不可少的。为了对用户负责，厂家只好在使用说明书中特别告知用户开启顶水阀时不可过大，以防过多的热水从排气管流失。例如，某厂家的说明书是这样告诉用户的“顶水阀开得不可过大，否则热水向外冒，楼顶水到处流”；还有厂家在说明书中这样写道“上水量不要过大，观察水表控制在每分钟3kg以下较好，如水量过大，热水将从排气管大量流失，将大大减少热水用量。”但这无助于跑水问题的根本解决，因为集热器及其排气三通和排气管安装在用户看不到的住宅楼最顶层，热水的流失是在用户不知不觉中发生的。这对宝贵的水资源是一个极大的浪费。如按每人淋浴有效热水量50kg，一个4口之家每年淋浴500人次，损失量30％计算，则一台太阳能热水器每年流失的热水量可达10.7吨。我国目前有2.7亿个家庭，按今后太阳能热水器用户普及率达20％(利用太阳能是今后的方向)的保守估算，全国将有5400万台太阳能热水器，则全国每年因此浪费的热水量可达5.78亿吨，相当于10个具有先进技术设备的万吨钢厂每年的需水量，这是多么惊人的水资源浪费！由于跑掉的是经太阳能转化的热水，因此还降低了热能利用率。如果热水损失量为30％，则热能利用率就下降30％。
针对传统太阳能热水器的上述缺陷，本发明人曾公开一种全封闭节水太阳能热水器(ZL93205000.X)。如图2所示，该节水太阳能热水器取消了传统太阳能热水器的排气三通(7)和排气管(6)，在连接集热器(1)上部与淋浴喷头(9)之间的管(8)上装置一个通水输气两位阀(10)。旋转通水输气两位阀的手柄，可分别与顶水法淋浴或落水法淋浴相配合，并可通过阀(10)的输气工位补充空气，使集热器始终处于非真空状态，保护集热器不被大气压力所损坏。
全封闭节水太阳能热水器，虽然首先提出了根本解决太阳能热水器跑水的技术方案，填补了太阳能热水器节水的技术空白，有极高的节水价值，但是，在使用过程中却潜存着可能出现的危害当由顶水法改用落水法时，需要把通水输气两位阀旋转到输气工位，如果忘记这一操作，则集热器将被大气压力损坏；在多人多次长年使用的情况下，不能完全排除偶尔遗忘的可能性。因此，尽管全封闭节水太阳能热水器具有极高的节水价值，但由于在使用过程中，对可能出现的遗忘失误不能百分之百的防止，因而有待改进。
针对传统太阳能热水器和全封闭节水太阳能热水器的上述缺陷，本实用新型提供一种无排气三通和排气管的自动保护全封闭节水太阳能热水器。它既可根除传统太阳能热水器水资源流失浪费的弊端，又可实现落水输气的自动同步，避免全封闭节水太阳能热水器可能出现的操作遗忘及其危害。
本实用新型在连接集热器(1)下部与顶水调节阀(4)之间的管道上以及连接集热器(1)上部与凉水调节阀(3)之间的管道上装有落水输气自动同步装置。该装置可由图3所示的带闸门开关(11)的落水保护喷头(12)配合喷头(9)所组成，也可由图4所示的同步保护双位阀(13)所构成。两种落水输气自动同步装置都能实现落水输气的自动同步，从而构成了实现本实用新型的两个方案。
第一方案，如图3所示，由集热器(1)、顶水调节阀(4)、凉水调节阀(3)、淋浴喷头(9)、管(2)、管(8)和自来水进水管(5)等组成，集热器(1)的上部通过管(8)与凉水调节阀(3)相连，集热器(1)的下部通过管(2)与顶水调节阀(4)相连，在管(8)下端安装淋浴喷头(9)，在管(2)下端增加安装一个带闸门开关(11)的落水保护喷头(12)。
本实用新型第一方案的原理和使用方法如下充水打开顶水调节阀(4)，自来水就通过管(5)、顶水调节阀(4)和管(2)进入集热器(1)中，集热器原有的空气通过管(8)和淋浴喷头(9)排出。待水从喷头流出时，集热器水已充满，关闭调节阀(4)即可。
顶水淋浴打开顶水调节阀(4)，自来水即可进入集热器将热水顶出并经管(8)从喷头(9)流出。视水温情况，打开调节阀(3)加入凉水调节即可淋浴。
落水淋浴与放水打开喷头(12)的闸门开关(11)，集热器中的热水便通过管(2)由喷头(12)流出。视水温情况，打开调节阀(4)加入凉水调温即可淋浴。落水时，顶水喷头(9)是空闲的，集热器因落水形成的空间通过喷头(9)由管(8)补充空气，使集热器始终处于非真空状态，保护其不被大气压力损坏。
如果不用落水淋浴，落水仅仅是为了放出集热器里的水，则闸门开关(11)和落水保护喷头(12)可以用一个水龙头替代。
本实用新型有两个淋浴喷头落水保护喷头(12)和顶水喷头(9)。喷头(12)安装在集热器(1)下部与顶水调节阀(4)之间，三者用三通方式相连通；喷头(9)安装在集热器(1)上部与调节阀(3)之间，三者用三通方式相连通。当落水淋浴或放水时，顶水喷头(9)可通过管(8)向集热器不断补充空气。由此可见，用增加一个落水淋浴喷头(12)并使其同顶水淋浴喷头(9)相配合的简单方法，不必进行特别的输气操作，即可实现落水输气的自动同步，从而对太阳能热水器进行自动保护。
本实用新型的顶水喷头(9)，充水时向外排气，落水淋浴或放水时向里进气，在排气和进气时还会发出呼噜噜的提示信号声。
本实用新型第一方案附图的图面说明如下
图1传统太阳能热水器的系统示意图。
图2全封闭节水太阳能热水器的系统示意图。
图3本实用新型第一方案的系统示意图。
本实用新型的目的还可以采用第二种方案来实现。如图4所示，由集热器(1)、顶水调节阀(4)、凉水调节阀(3)、淋浴喷头(9)、自来水进水管(5)、管(2)和管(8)组成。其特征在于在连接集热器上部与淋浴喷头(9)之间的管道上和连接集热器下部与顶水阀(4)之间的管道上装置一个同步保护双位阀(13)。
本实用新型第二方案附图的图面说明如下图4本实用新型第二方案的系统示意图。
图5本实用新型的同步保护双位阀的分解示意图。
图5同步保护双位阀分解示意图中的部件编号和名称的对应关系是(14)、(17)-上管接头；(15)、(16)、(18)-下管接头；(19)、(22)-通水道；(20)-上落水孔；(21)-下落水孔；(23)-输气孔；(24)-隔离层；(25)-转动手柄。
以下结合附图对本实用新型作详细说明。
如图4，在连接集热器(1)上部与淋浴喷头(9)之间的管道上和连接集热器(1)下部与顶水调节阀(4)之间的管道上装置一个同步保护双位阀(13)。
如图5，同步保护双位阀(13)由阀体和阀芯组成，阀体有一个安装阀芯的圆柱形空腔，腔壁上有5个管接头，即上管接头(14)、(17)和下管接头(15)、(16)、(18)，其中管接头(16)单独位于阀体中部，管接头(14)和(15)位于阀体左部，二者中心轴线重合，并互相对应，管接头(17)和(18)位于阀体的右部，二者中心轴线重合，并互相对应；上管接头(14)和(17)所在的一侧为阀体的上侧面，下管接头(15)、(16)和(18)所在的一侧为阀体的下侧面；阀体的左端封闭，右端开放。
与阀体相配合的阀芯为一个两端开口的圆柱形空腔，空腔被隔离层(24)分为左、右二个区域，左边为水区，右边为气区，气区空腔通过管芯右端的开口与大气相通；气区左部的径向有一个圆柱形通水道(22)，该通水道径向贯穿阀芯，并与阀芯的圆柱形空腔相隔离；使用时，通水道(22)与上管接头(17)和下管接头(18)相配合；气区左部的阀芯腔壁上开有一个输气孔(23)，该输气孔与阀芯气区的圆柱形空腔相通，并通过阀芯空腔的右端开口与大气相通；通水道(22)与输气孔(23)的中心轴线在阀芯的同一个横截面上，其径向位置互在90°；使用时输气孔(23)与上管接头(17)相配合。水区左部径向也有一个圆柱形通水道(19)，该通水道径向贯穿阀芯，并与阀芯的圆柱形空腔相隔离；使用时，通水道(19)与上管接头(14)和下管接头(15)相配合；水区左部的阀芯腔壁上开有一个上落水孔(20)，该落水孔与阀芯水区的圆柱形空腔相通；通水道(19)与上落水孔(20)的中心轴线在阀芯的同一个横截面上，其径向位置互成90°；水区右部的阀芯腔壁上开有一个下落水孔(21)，该落水孔与阀芯水区的圆柱形空腔相连通；上落水孔(20)位于阀芯水区的左部，下落水孔(21)位于阀芯水区的右部，二者的中心轴线不在阀芯的同一个横截面上，其径向位置互成180°；上落水孔和下落水孔通过阀芯水区空腔相连通，构成一条落水通道；使用时，上落水孔和下落水孔分别与上管接头(14)和下管接头(16)相配合。阀芯右端开口上有转动手柄(25)，手柄上有顶水工位和落水工位标记；阀芯与阀体为滑动配合。阀芯右端开口，是为了向输气孔(23)输入大气；阀芯左端开口是便于阀芯顺利地装入阀体。
使用自动保护同步双位阀时应将阀芯装入阀体。旋转手柄至顶水工位时，上管接头(14)和下管接头(15)经阀芯的通水道(19)相连通，上管接头(17)和下管接头(18)也经通水道(22)相连通；旋转手柄至落水工位时，上管接头(14)与下管接头(16)经阀芯的上落水孔(20)、阀芯水区空腔和下落水孔(21)相连通，落水可从上管接头(14)进入上落水孔(20)，通过水区空腔，再从下落水孔(21)和下管接头(16)从喷头(9)流出；在落水工位，上管接头(17)与阀芯上的输气孔(23)相通，并由阀芯右端的开口与大气相通。同时，上管接头(14)和下管接头(16)与管芯空腔的落水通道相连通。
实验表明，用合适的材料按工艺要求做成的同步保护双位阀，其阀芯与阀体可以方便地进行滑动配合，并具有良好的密封性。
装有同步保护双位阀的自动保护全封闭节水太阳能热水器系统的使用方法如下充水把同步保护双位阀(13)旋转至顶水工位，打开顶水调节阀(4)，自来水即可通过顶水调节阀(4)、同步保护双位阀的下管接头(15)、通水道(19)、上管接头(14)和管(2)进入集热器(1)，集热器原有的空气通过管(8)、同步保护双位阀的上管接头(17)、通水道(22)、下管接头(18)和淋浴喷头(9)排出。待水从喷头中流出时，集热器水已充满，将阀门(4)关闭即可。充满自来水的集热器将通过太阳能使凉水转换成热水。
顶水淋浴同充水一样，打开顶水调节阀(4)，自来水即可进入集热器将热水顶出并经管道(8)和阀(13)的上管接头(17)、通水道(22)、下管接头(18)从喷头(9)流出。视水温情况，打开凉水调节阀(3)调温即可淋浴。
落水淋浴与放水把同步保护双位阀(13)旋转至落水工位，集热器的热水便通过管(2)和阀(13)的上管接头(14)、上落水孔(20)、下落水孔(21)和下管接头(16)由喷头(9)流出。视水温情况打开阀门(3)加入自来水调温即可淋浴。由于同步保护双位阀(13)的落水工位和输气工位同步，当落水淋浴或放水时，阀(13)的输气孔(23)已经自动的和大气构通，集热器因落水流出所形成的空间，可通过阀(13)的输气孔(23)、管接头(17)和管(8)补充进空气，使集热器始终处于非真空状态，以保护集热器不被大气压力损坏。由于落水操作和输气操作的同步性，因而无须进行另外的输气操作；在完成落水操作的同时，输气操作已经同步完成。这里不存在忘记对输气工位进行操作的可能性。由此可见，同步保护双位阀的安装，可以对取消了排气三通和排气管的太阳能热水器进行自动保护。
通过对上述两种实施方案的说明可知，本实用新型所提供的自动保护节水太阳能热水器不仅可根除传统太阳能热水器热水流失浪费的弊端，提高热能利用率；还能避免全封闭节水太阳能热水器可能出现的操作遗忘及其危害，对太阳能热水器进行自动保护，使其不被大气压力所损坏。本实用新型取消了原太阳能热水器系统中的排气三通、排气管，不仅使户外的安装变得简单，也省去了三通、排气管、十字铁架、爬高杆及其相应的固定材料。
实验表明，本实用新型不仅可实现节水保护，增大淋浴热水流量，而且可以避免十字铁架的紧固、爬高杆的扶正、排气三通的老化更换等楼顶露天维修的种种麻烦。
本实用新型取消了传统太阳能热水器的排气三通和排气管，用增加一个落水保护喷头或者同步保护双位阀的简单方法，即可根除传统太阳能热水器顶水法淋浴时热水流失浪费的弊端，提高热能利用率，自动保护热水器不被大气压力损坏。本实用新型结构简单，操作方便，便于维修，对太阳能热水器的推广应用，特别是节约宝贵的水资源有重大的现实意义和长远意义，是对太阳能热水器系统的重大改进。
权利要求1．一种自动保护全封闭节水太阳能热水器，由集热器(1)、顶水调节阀(4)、凉水调节阀(3)、淋浴喷头(9)、管(2)、管(8)和自来水进水管(5)等组成，集热器(1)的上部通过管(8)与凉水调节阀(3)相连，集热器(1)的下部通过管(2)与顶水调节阀(4)相连，其特征在于在连接集热器(1)下部与顶水调节阀(4)之间的管道上以及连接集热器(1)上部与凉水调节阀(3)之间的管道上装有落水输气自动同步装置。
2．根据权利要求1所述的自动保护全封闭节水太阳能热水器，其特征在于所说的落水输气自动同步装置是由带闸门开关(11)的落水保护喷头(12)配合连接在集热器(1)上部与调节阀(3)之间的喷头(9)所组成，喷头(12)安装在集热器(1)下部与顶水调节阀(4)之间，喷头(12)与集热器(1)下部和调节阀(4)用三通方式相连通。
3．根据权利要求1所述的自动保护全封闭节水太阳能热水器，其特征在于所说的落水输气自动同步装置是由同步保护双位阀(13)所构成，同步保护双位阀(13)安装在连接集热器(1)下部与顶水调节阀(4)的管(2)中间以及连接集热器(1)上部与凉水调节阀(3)的管(8)中间。
4．根据权利要求3所述的自动保护全封闭节水太阳能热水器，其特征在于所说的同步保护双位阀(13)由阀芯与阀体两部分组成，阀体有一个安装阀芯的圆柱形空腔，阀体上有5个管接头，其中上管接头(14)和下管接头(15)位于阀体左部并互相对应，上管接头(17)和下管接头(18)位于阀体右部并互相对应，下管接头(16)位于阀体中部，与阀体相配合的阀芯为一个两端开口的圆柱形空腔，空腔被隔离层(24)分成气区和水气两部分，气区径向有一个圆柱形通水道(22)径向贯穿阀芯，并与阀芯的圆柱形空腔相隔离，气区腔壁上开有一个输气孔(23)，气孔输(23)与阀芯气区的空腔相连通，通水道(22)与输气孔(23)的中心轴线在阀芯的同一个横截面上，其径向位置互成90°，水区左部有一个通水道(19)和上落水孔(20)，通水道(19)和上落水孔(20)的结构及其相对位置与气区的通水道(22)和输气孔(23)完全一样，上落水孔(20)与水区的圆柱形空腔相通，水区右部的腔壁上开有一个下落水孔(21)，下落水孔(21)通过水区空腔与上落水孔(20)相连通，上落水孔与下落水孔的中心轴线不在阀芯的同一个横截面上，其径向位置互成180°，阀芯与阀体为滑动配合。
专利摘要一种自动保护全封闭节水太阳能热水器,是对现有传统太阳能热水器的改进。它取消了传统太阳能热水器的排气三通和排气管,增加了落水输气自动同步保护装置。本实用新型不仅可根除传统太阳能热水器顶水法淋浴时热水流失浪费的弊端,提高热能利用率,还能自动保护热水器不被大气压力损坏。本实用新型结构简单,操作方便,便于维修,对太阳能热水器的推广应用,特别是节约宝贵的水资源有重大的现实意义和长远意义,是对太阳能热水器的重大改进。
文档编号F24J2/40GK2310290SQ9722459
公开日1999年3月10日 申请日期1997年8月28日 优先权日1997年8月28日
发明者缪兴中 申请人:缪兴中