專利名稱：太陽能熱水器上水自動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能熱水器上水自動控制裝置。
太陽能熱水器以其節(jié)能、安全等優(yōu)點(diǎn)越來越受到眾多城鄉(xiāng)居民的歡迎。太陽能熱水器一般置于高處如住宅樓的樓頂，而上水水源則來自于用戶室內(nèi)的自來水管道，兩者有一定的高程差。打開安裝于室內(nèi)閥門可為太陽能熱水器水箱上水，水箱充滿水時通過溢流口進(jìn)入回水管，用戶看到回水管有水排出即可知水箱已充滿水，而關(guān)閉閥門。目前存在的問題是自來水壓力有時特別是夏天不夠高以致不能隨時向水箱供水，在這種情況下打開閥門，水箱內(nèi)已被太陽能熱水器加熱的水有可能倒回至自來水管道而使太陽能熱水器處于空曬狀態(tài)而受到危害。為此有些用戶不得不在深夜自來水壓力升高時向水箱供水，常常為此影響休息。不少用戶不得不購置價格較高的增壓水泵為水箱供水，既增加了開支，又因環(huán)境潮濕而常出故障影響使用。即使供水壓力正常，在打開閥門供水后，還必須有人守候，以便在回水管有水流出時立即關(guān)閉閥門，否則有可能使水箱原有的熱水被冷水置換造成熱損失。這些問題都為太陽能熱水器用戶帶來很大的不便，影響了太陽能熱水器的進(jìn)一步普及。
本實(shí)用新型的設(shè)計目的是提供一種能在自來水壓力高時自動為太陽能熱水器水箱上水，壓力低時止回，在水箱注滿水時自動停止上水的太陽能熱水器上水自動控制裝置，以便為太陽能熱水器用戶提供一種方便、省時、可靠的上水控制方式。
技術(shù)方案一種太陽能熱水器上水自動控制裝置，由液控順序閥、單向閥、滑閥、扣件機(jī)構(gòu)、回水腔和橡膠膜結(jié)構(gòu)組成?；y為兩位五通閥，液控順序閥設(shè)有一般順序閥通常具有的與供水通道直通的使供水壓力作用于柱塞底部的通道。該裝置特征為液控順序閥泄漏通道與滑閥閥腔相通，并設(shè)有液控通道，其一端與供水通道相通，然后與滑閥閥腔相通，并經(jīng)滑閥閥腔另一處引出與液控順序閥柱塞上部的泄漏腔相通，使供水壓力也能作用于柱塞上部；回水腔側(cè)壁開有排水通道與滑閥相通；液控順序閥的泄漏通道，液控通道和回水腔排水通道的通斷均受滑閥控制；橡膠膜結(jié)構(gòu)安裝在回水腔上部，扣件機(jī)構(gòu)與橡膠膜機(jī)構(gòu)通過桿件相連；扣件機(jī)構(gòu)之扣件可楔入或脫出滑閥閥芯上的環(huán)形槽。其扣件機(jī)構(gòu)特征為有一軸座固定在機(jī)體上的轉(zhuǎn)動軸，軸上固定安裝了兩個長度不等的桿件，扣件安裝在其中較短的桿件末端并與之成直角，并且扣件長度遠(yuǎn)小于其中較長的桿件長度。其回水腔特征為回水腔上部有一個臺階，橡膠膜結(jié)構(gòu)固定其上，回水腔底部通過一管接頭，與太陽能熱水器水箱的回水管相連。橡膠膜結(jié)構(gòu)的特征為橡膠膜為凹形，其底部橡膠膜中間嵌入一金屬薄片，通過其底部中心孔固定安裝了一垂直于底部的桿件，回水腔上部旋入內(nèi)部有一空腔的螺柱，空腔內(nèi)置有一壓縮彈簧，該彈簧下端作用于橡膠膜，上端作用于螺柱空腔頂部，桿件穿過壓縮彈簧中心并自由通過空腔頂部的孔，桿件上部也開有一孔讓扣件機(jī)構(gòu)中較長的桿件自由通過。其滑閥特征為滑閥閥芯上端伸出閥體一定長度兼作按鈕，且該閥芯上部開有一供扣件機(jī)構(gòu)的扣件楔入或脫出的環(huán)形槽，其閥體上開有一豎直通道，其上下端均與閥腔相通，下端還與機(jī)體上的排水口相通閥體相應(yīng)位置開有一階梯形側(cè)孔，提供扣件入扣和脫扣空間，并限制扣件入扣長度；該滑閥的一個位置打開液控順序閥的泄漏通道，使豎直通道上部經(jīng)滑閥的閥腔與泄漏通道相通，而關(guān)閉液控通道和回水腔的排水通道，另一位置則相反，并使排水通道經(jīng)滑閥的閥腔和豎直通道的下端與排水口相通；前一位置由人工設(shè)定并由扣件機(jī)構(gòu)鎖定，另一位置在橡膠膜經(jīng)回水壓力作用下推動扣件脫扣后，由壓縮彈簧推動閥芯復(fù)位而確定。
圖頁說明


圖1、液壓原理圖，圖2、扣件機(jī)構(gòu)受力簡圖，圖3、結(jié)構(gòu)圖的主視圖，圖4、結(jié)構(gòu)圖的俯視圖，圖5、安裝示意圖。
一種太陽能熱水器上水自動控制裝置(以下為方便起見，有時簡稱為裝置)，其自身就是一個完整的液壓系統(tǒng)，如
圖1所示，由液控順序閥1、單向閥2、滑閥3、扣件機(jī)構(gòu)4、回水腔5和橡膠膜結(jié)構(gòu)6組成并集成為一體。圖中液控順序閥1提供了從自來水管道向太陽能熱水器水箱的上水通道，該通道開啟與否既由自來水壓力決定，也受滑閥3控制。液控順序閥1與一般順序閥一樣有一個通道a，使進(jìn)水口的壓力能作用于其柱塞底部，其特征為還有一個受滑閥3控制的通道f，當(dāng)通道f打開時能使進(jìn)水壓力作用于柱塞頂部，兩者作用于柱塞的部位不同并且使柱塞恰好受到一對大小相等、方向相反由自來水壓力所形成的一對平衡力。當(dāng)滑閥3處于
圖1所示的上位時，通道f被關(guān)閉，同時液控順序閥1的泄漏通道e被打開，泄漏水可經(jīng)滑閥3閥腔進(jìn)入通道h到達(dá)排水口而排出，這時液控順序閥1與一般順序閥作用完全相同，即其開啟與否完全由來自通道a的進(jìn)水壓力決定，當(dāng)該壓力大于彈簧的設(shè)定力時，即打開出水口。一般該彈簧力的設(shè)定值比較小，以便能較順利地打開供水通道。如果自來水壓力足夠大時，就能接著打開單向閥2向太陽能熱水器水箱供水。當(dāng)水箱注滿水后，水從其頂端溢流口溢出并經(jīng)回水管進(jìn)入回水腔5。由于太陽能熱水器都安裝于高處，而該裝置安裝在用戶室內(nèi)，兩者有一定高程差，由帕斯卡定律決定了回水管內(nèi)水柱具有一定壓力。該壓力作用于橡膠膜，由于橡膠膜具有一定面積并被設(shè)計成一種凹形結(jié)構(gòu)，使其在一定范圍內(nèi)能把回水作用于橡膠膜上的壓力傳給扣件機(jī)構(gòu)4而不形成阻止扣件機(jī)構(gòu)4脫扣的反彈力?？奂C(jī)構(gòu)4的主體是一個杠桿結(jié)構(gòu)，將橡膠膜上所受的壓力放大，形成足夠的脫扣力。滑閥3處于
圖1所示的上位是由人工通過按鈕設(shè)定并由扣件機(jī)構(gòu)4鎖定。在脫扣力作用下，扣件機(jī)構(gòu)4脫扣后，滑閥3在彈簧作用下復(fù)位，即使之處于下位。這時液控順序閥1的通道f被打開，其泄漏通道e被關(guān)閉，柱塞上受到一對平衡的液壓力，并在彈簧作用下復(fù)位關(guān)閉其出水口，這時整個裝置即被關(guān)閉。回水腔5的側(cè)壁開有側(cè)孔，機(jī)體上開有排水口，在側(cè)孔和排水口之間的通道d也受滑閥3控制。在滑閥3處于上位時，通道d關(guān)斷，使回水壓力能作用于橡膠膜。當(dāng)滑閥3處于下位即該裝置關(guān)斷時，通道d開通，讓回水泄出。單向閥2主要起止回作用，當(dāng)液控順序閥1被打開，但自來水壓力低于進(jìn)水管液柱形成的壓力時，太陽能熱水器水箱內(nèi)的水有可能倒流進(jìn)自來水管，有了單向閥2就可防止倒流。7、8為進(jìn)、出水口，9為回水口。
這一技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵是，回水管液柱壓力能否形成足夠的脫扣力使扣件機(jī)構(gòu)4脫扣而自動關(guān)閉該裝置而停止上水?？紤]一個極限的情形，即太陽能熱水器用戶處于住宅樓頂層，而太陽能熱水器安裝在樓頂上。一般住宅樓每層樓房室內(nèi)凈高在2.7m以上，頂層樓板加上防漏層等其高度不低于0.2m，而太陽能熱水器水箱溢流口距其底部安裝平面高度在1m左右。該裝置在室內(nèi)安裝高度一般為0.6m左右。所以回水管回流水柱高度至少為H＝2.7+0.2+1-0.6＝3.3m。根據(jù)帕斯卡定律，回流水柱壓力為P＝ρgH＝1×103×9.8×3.3＝3.23×10-2MPa式中ρ為水的密度，ρ＝1×103Kg/m3，g為重力加速度，g＝9.8m/s2設(shè)橡膠膜實(shí)際承壓面的直徑為D＝0.03m，則承壓面積為A＝πD2/4＝π×0.032/4＝7.07×10-4m2橡膠膜所受液壓水柱總壓力為P＝pA＝3.23×104×7.07×10-4＝22.84N＝22.8N下面考慮如圖2所示扣件機(jī)構(gòu)受力簡圖。S1為橡膠膜平衡彈簧所形成的彈力，取較小剛度，不妨設(shè)k1＝0.5N/mm，由于橡膠膜為凹形，凹下深度為h，故在該彈簧因回水壓力所導(dǎo)致的壓縮長度為2h范圍內(nèi)，橡膠膜不形成反彈力。不妨取平衡彈簧壓縮長度L1＝2h＝2×5＝10mm，則S1＝k1L1＝10×0.5＝5N。
S2為滑閥復(fù)位彈簧通過滑閥作用在扣件上的壓力，在此力作用下形成摩擦力Ff。取復(fù)位彈簧剛度為k2＝1N/mm，壓縮長度L2＝8mm。則S2＝k2L2＝1×8＝8N。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，取扣件與滑閥3閥芯接觸處的摩擦系數(shù)μ＝0.1，所以Ff＝μS2＝0.1×8＝0.8N取OC＝20mm，AO＝5mm，AB＝4mm，對O點(diǎn)取矩，則形成脫扣力矩Mt，和脫扣阻力矩Mf，Mt有使扣件機(jī)構(gòu)繞O點(diǎn)逆時針轉(zhuǎn)動的趨勢，Mf則相反，使之有順時針轉(zhuǎn)動的趨勢。顯然，只要Mt/Mf＞1可確?？奂C(jī)構(gòu)4脫扣。根據(jù)以上設(shè)定的數(shù)據(jù)，有Mt＝P·OC＝22.8×20×10-3＝0.456N·mMf＝S1·OC+S2·AB+Ff·0A＝5×20×10-3+8×4×10-3+0.8×5×10-3＝0.136N·m(約束反力X0、Y0對O點(diǎn)的矩皆為0，故在Mt和Mf中均未計入)Mt/Mf＝0.456/0.136＝3.4＞1由此可見，在極限情形即最不利的情形時，能利用回水管液柱的壓力可靠地保證扣件機(jī)構(gòu)4脫扣，從而在太陽能熱水器水箱注滿水時，及時關(guān)閉該裝置。在其它情形，即太陽能熱水器用戶住在非頂層時，回水管液柱高度差H更大，即Mt更大，而Mf不變，故能保證扣件機(jī)構(gòu)4及時脫扣而關(guān)閉該裝置。
實(shí)施例如圖3、圖4和圖5所示。圖3和圖4為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖，由圖4可見該裝置由左、中、右三部分組成，并由螺釘33組裝成一體，接觸面襯有密封墊34以防泄漏。左部分為液控順序閥1，中間部分其一為單向閥2，其二為滑閥3，右部分為扣件機(jī)構(gòu)4、回水腔5及橡膠膜結(jié)構(gòu)6。由圖3可見液控順序閥1由柱塞10，彈簧14和彈簧座15組成，柱塞10上開有通道a。單向閥2由閥芯11彈簧12和彈簧座13組成，彈簧座13上開有若干孔作為出水通道。滑閥3由閥芯16，復(fù)位彈簧31，彈簧座32組成?；y閥芯16上部伸出閥體外適當(dāng)長度，以便兼作按鈕使用?？奂C(jī)構(gòu)4由扣件17，桿件18，軸19，桿件21等組成并通過螺釘20安裝在機(jī)體上。回水腔5上部安裝橡膠膜結(jié)構(gòu)6，側(cè)壁開有一側(cè)孔作為通道d，下部與管接頭30連接。橡膠膜結(jié)構(gòu)6由橡膠膜26，桿件22，墊圈25，平衡彈簧24和空腔螺柱23組成，空腔螺柱23通過墊圈25把橡膠膜26固定在機(jī)體上。螺母28把桿件22和橡膠膜26連接在一起。橡膠膜26內(nèi)嵌有金屬薄片27用以承受回水壓力并保證可靠地將此壓力傳給桿件22。橡膠膜26兼有將回水腔5密封的作用。管接頭30一端與回水腔5通過螺紋連接，另一端與太陽能熱水器水箱的回水管相連接。
在圖3所示狀態(tài)，滑閥3的閥芯16已被按下，并被扣件機(jī)構(gòu)4的扣件17鎖定，相當(dāng)于
圖1所示的上位。這時該上水自動控制裝置處于預(yù)開啟狀態(tài)，液控順序閥1的液控通道f被滑閥3關(guān)閉，泄漏通道e被打開，泄漏水經(jīng)通道e進(jìn)入滑閥3閥腔并經(jīng)通道h至排水口泄出，回水腔排水通道d被關(guān)閉。圖中假定進(jìn)水壓力足夠大，經(jīng)過通道a將液控順序閥1柱塞10頂起，使其處于完全打開狀態(tài)。但這時單向閥2尚未打開，處于止回狀態(tài)。其實(shí)此時只要自來水壓力大于上水管水柱作用于單向閥的壓力，即可打開單向閥2向太陽能熱水器水箱注水。在水箱注滿水時，就有水從水箱溢流口溢出，經(jīng)回水管并經(jīng)管接頭30注入回水腔5，在回水管水柱壓力作用下，橡膠膜26被向上頂起，經(jīng)桿件22推動扣件機(jī)構(gòu)4逆時針轉(zhuǎn)動(即固接在同一軸19上的桿件21和桿件18均作逆時針轉(zhuǎn)動)，使扣件17脫扣?；y3的閥芯16在復(fù)位彈簧31的作用下上移復(fù)位，關(guān)閉液控順序閥1的泄流通道e，打開液控通道f，柱塞10上下端均受進(jìn)水壓力作用且大小相等，方向相反，是一對平衡力，但柱塞10上端受壓縮彈簧14的作用，使柱塞10下移，關(guān)閉液控順序閥1而停止上水，此時單向閥2也自然處于關(guān)閉狀態(tài)。同時在滑閥3復(fù)位時，通道d也被打開，回水腔5內(nèi)的回水，經(jīng)通道d和滑閥3閥腔通過排水口29流出，進(jìn)入下水道，直至回水管內(nèi)的水放完為止，為該裝置下一次開啟作好準(zhǔn)備。
該裝置在太陽能熱水器系統(tǒng)中實(shí)際安裝情況如圖5所示。圖國41即為該裝置但較圖3、圖4的方位調(diào)了個面，以便清楚顯示按扭16，42為自來水管、37為上水管(也兼作熱水的下水管)、44為熱水龍頭、39為沐浴頭、38為熱水調(diào)節(jié)開關(guān)、40為冷水調(diào)節(jié)開關(guān)，這兩個開關(guān)只有在使用沐浴頭時才使用，平時關(guān)閉。45為回水管，與管接頭30(該圖中未示出)的回水口9連接，43為排水管，其上端與排水口29連接，36為太陽能熱水器水箱、35為出氣口。安裝時該裝置的進(jìn)水口7與自來水管42連接，出水口8與太陽能熱水器上水管37連接。在打開熱水龍頭44或沐浴頭39時，上水自動控制裝置41應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，而在上水時，熱水龍頭44和調(diào)節(jié)開關(guān)38、40應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。按下按鈕16(即滑閥3的閥芯)時，則裝置處于預(yù)開啟狀態(tài)，可在自來水壓力足夠高時為太陽能熱水器水箱上水，注滿水時按鈕16自動復(fù)位，停止上水，并通過排水口19經(jīng)排水管43泄出回水。
本實(shí)用新型具有在自來水壓力高時為安裝于高位的太陽能熱水器水箱自動上水，水壓低時止回以防止熱水倒流進(jìn)自來水管，水箱充滿水后自動關(guān)閉并及時排出溢流水的特點(diǎn)，具有開啟后不管，無須人值守，且結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡便等優(yōu)點(diǎn)。用于太陽能熱水器或類似的儲液裝置作為其自動上水控制裝置。
權(quán)利要求1.一種太陽能熱水器上水自動控制裝置，由液控順序閥(1)、單向閥(2)、滑閥(3)、扣件機(jī)構(gòu)(4)、回水腔(5)和橡膠膜結(jié)構(gòu)(6)組成，滑閥(3)為兩位五通閥，液控順序閥(1)設(shè)有一般順序閥通常具有的與供水通道相通的使供水壓力作用于其柱塞(10)底部的通道(a)以及泄漏通道(e)，其特征為液控順序閥(1)的泄漏通道(e)與滑閥(3)的閥腔相通，并設(shè)有液控通道(f)，其一端與液控順序閥(1)下部的進(jìn)水腔相通，然后與滑閥(3)的閥腔相通，并經(jīng)滑閥(3)的閥腔另一處引出與液控順序閥(1)的柱塞(10)上部泄漏腔相通使供水壓力也能作用于柱塞(10)上部，回水腔(5)的側(cè)壁上開有一通道(d)與滑閥(3)閥腔相通，通道(e)、(f)、(d)通斷均受滑閥(3)控制，橡膠膜結(jié)構(gòu)(6)安裝在回水腔(5)上部，扣件機(jī)構(gòu)(4)與橡膠膜結(jié)構(gòu)(6)通過桿件(21)、(22)相連，扣件機(jī)構(gòu)(4)之扣件(17)可楔入或脫出滑閥(3)之閥芯(16)上的環(huán)形槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種太陽能熱水器上水自動控制裝置，其特征為扣件機(jī)構(gòu)(4)有一軸座固定在機(jī)體上的轉(zhuǎn)動軸(19)，軸(19)上固定安裝了桿件(18)，扣件(17)安裝在桿件(18)末端并與之成直角，軸(19)上還固定安裝了桿件(21)，并且桿件(21)長于桿件(18)，而扣件(17)長度也遠(yuǎn)小于桿件(21)長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種太陽能熱水器上水自動控制裝置，其特征為回水腔(5)上部有一臺階，橡膠膜結(jié)構(gòu)(6)固定其上，其底部通過一管接頭(30)與太陽能熱水器水箱(36)的回水管(45)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種太陽能熱水器上水自動控制裝置，其特征為橡膠膜結(jié)構(gòu)(6)中的橡膠膜(26)為凹形，其底部橡膠中間嵌入金屬薄片(27)，通過其中心孔固定安裝了一垂直于底部的桿件(22)，回水腔(5)上部旋入內(nèi)部有一空腔的螺柱(23)，其空腔內(nèi)置有一壓縮彈簧(24)，下端作用于橡膠膜(26)，上端作用于其頂部，其頂部開一孔，桿件(22)通過壓縮彈簧(24)中心并自由通過該孔。桿件(22)上部開有一孔讓桿件(21)自由通過。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種太陽能熱水器上水自動控制裝置，其特征為滑閥(3)的閥芯(16)一端伸出閥體一定長度兼作按鈕，其上部開有供扣件(17)楔入或脫出的環(huán)形槽，其閥體上開有通道(h)，其上下端均與閥腔相通，下端還與排水口(29)相通。閥體上部相應(yīng)位置開有一階梯形側(cè)孔，提供扣件(17)入扣和脫扣空間，并限制扣件(17)入扣長度?；y(3)的一個位置打開液控順序閥(1)的泄漏通道(e)，使通道(h)上部經(jīng)滑閥(3)的閥腔與泄漏通道(e)相通而關(guān)閉通道(f)和回水腔(5)的排水通道(d)；另一位置則相反，并使通道(d)經(jīng)滑閥(3)的閥腔和通道(h)的下端與排水口(29)相通。前一位置由人工設(shè)定并由扣件機(jī)構(gòu)(4)鎖定，另一位置在橡膠膜(26)經(jīng)回水壓力作用下推動扣件(17)脫扣后，由壓縮彈簧(31)推動閥芯(16)復(fù)位而確定。
專利摘要一種太陽能熱水器上水自動控制裝置,以解決太陽能熱水器上水控制問題,由液控順序閥(1)單向閥(2)滑閥(3)扣件機(jī)構(gòu)(4)回水腔(5)和橡膠膜結(jié)構(gòu)(6)組成?；y(3)控制液控順序閥(1)的液控和泄漏通道以及回水腔(5)排水通道?？奂C(jī)構(gòu)(4)可將滑閥(3)鎖定在一個位置,并可將橡膠膜所受回水壓力放大使其自身脫扣而使滑閥(3)處于另一位置。具有自動上水、止回、水滿后自動關(guān)閉的功能。用于太陽能熱水器或類似儲液裝置。
文檔編號F24J2/40GK2391144SQ99203789
公開日2000年8月9日 申請日期1999年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月3日
發(fā)明者何正余 申請人:何正余