CN102967066A - 全自动管道排空防冻系统及控制方法 - Google Patents

全自动管道排空防冻系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能热水器领域的管道排空防冻装置及控制方法，尤其是一种全自动管道排空防冻系统及控制方法。本技术方案由热水器水箱、用水管道、控制仪表、电动排空阀、电动排水阀、电动上水阀、传感器、用水龙头和淋浴喷头等组成，通过单片机程序控制，交替延时3秒钟以上开关，其中用水时，室内电动排水阀最低延时10秒钟以上关闭，此中控制方法可当电动排水阀的前端出现“U”型弯时，顺利排出管道中的空气，从根本上解决了管道“U”型弯对系统造成的影响，突破了一直困扰管道排空防冻的技术瓶颈，实现了自动控制，达到了使用方便、高可靠性的目的。

Description

全自动管道排空防冻系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能热水器领域的管道排空防冻装置及控制方法，尤其是一种全自动管道排空防冻系统及控制方法。
背景技术
目前，市场上的家用太阳能热水器使用率已越来越高，在某些省市，政府还以文件的形式强制推广，特别是在沿海省市农村城镇的普及率已达到相当高的水平。尽管如此，这种清洁环保的节能型太阳能热水器在冬天绝大多数都处于闲置和无法使用的窘境，家用太阳能热水器冬季防冻技术成为一种行业技术瓶颈，多年来无法突破。采用管道伴热带加热防冻是目前利用最多的，但也是故障最多最不安全的一种防冻方式，每年因电加热引起的火灾事故举不胜举，投诉不断，给厂家和用户都带来极大的损失和安全隐患。好多厂家也在不断研发一种高效节能安全的防冻方法和技术，但都无果而终，种种负面因素，严重影响了家用太阳能热水器的普及推广和利用。管道防冻排空技术多年以来一直被国内行业公认为是一种高效节能、安全方便的防冻技术，但也因技术瓶颈无法突破，始终未得到很好的推广。
在申请日为2009年1月21日、申请号为200920004226.3的《一种防冻墙太阳能热水器》(授权公告号CN201348390Y)专利文献中，介绍了一种防冻型的管道排空太阳能热水器；申请日为2010年12月30日、申请号为201020690484.4的《太阳能热水器电磁阀排空装置》(授权公告号CN201954795U)专利文献中，介绍了一种电磁阀排空装置；申请日为2006年5月3日、申请号为200620024320.1的《防冻堵太阳能热水器及其自动控制装置》(授权公告号CN2890759Y)专利文献中也介绍了一种排空型太阳能热水器装置。以上这些技术，有的采用电动球阀控制，有的采用电磁阀控制，有的自动控制有的手动控制，但均存在着阀体使用寿命短、不耐磨损、不耐高温、密封性差、系统设计不合理的弊端，这是导致整个系统不能推广的根源；以上还有一个致命的技术瓶颈，那就是无法突破用水管道出现的“U”型弯，在用水管道从排空状态转为用水状态后，因用水龙头前端“U”型弯的存在，里面的水在排空时滞留在“U”型弯的底部，形成气堵，致使从水箱经管道下行的水无法流出，整个系统瘫痪。且整个系统控制步骤繁琐，根本无法适应市场需求，是阻碍自动排空技术发展的主要原因。
发明内容
为突破太阳能热水器冬季管道冻堵造成瘫痪的技术瓶颈，将管道排空这一节能安全技术应用于太阳能热水器领域，实现自动排空防冻，本技术方案针对系统长寿命、高可靠性、操作简单等方面展开研究，采用均不是普通电磁阀或电动球阀的具有良好密封性能的旋转式陶瓷阀芯电动排空阀、电动排水阀、电动上水阀，通过仪表单片机程序控制，交替延时3秒钟以上，其中用水时，电动排空阀打开、然后室内电动排水阀最低延时10秒钟以上关闭，此时间还可以根据楼层高低或管道长短进行人工设定，且当电动排水阀的前端出现“U”型弯时，电动排水阀应装在“U”型弯的上端，且低于最低用水点。此种控制装置和方法不仅增大了水的流量，延长了系统寿命，而且从根本上解决了“U”型弯对系统造成的影响，实现了自动控制，达到了使用方便、高可靠性的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：全自动管道排空防冻系统及控制方法由家用太阳能热水器水箱、用水管道、控制仪表、电动排空阀、电动排水阀、电动上水阀、传感器、用水龙头和淋浴喷头等组成，电动排空阀安装在室外太阳能热水器水箱的底部，水箱上还安装有检测水温水位的传感器，通过信号线与室内控制仪表连接，在用水管道的最底端安装有电动上水阀和电动排水阀，室内电动排水阀通过三通管件与电动上水阀并列安装或安装在电动上水阀的上端且低于用水龙头和淋浴喷头的最低位置；
整个系统利用控制仪表内设的单片机控制程序，采用以下控制方法实现系统的自动用水和自动排空、自动上水等程序：
在室内装有单片机的控制仪表上使用拨动开关控制冬、夏两种使用模式，在夏季模式下，不具有排空功能，太阳能热水器处于待用状态，室外电动排空阀为常开状态，室内电动排水阀为常闭状态，电动上水阀为常闭状态，且无论在上水或用水时室外电动排空阀和室内电动排水阀均不受控制；在冬季模式下，太阳能热水器处于排空状态，平时不用时室外电动排空阀为常闭排空状态，室内电动排水阀为常开状态，电动上水阀为常闭状态；在冬季模式下还包含以下控制方案：
A、当有人用水时，手动按一下用水键，启动以下程序：仪表用水指示点亮，首先室外电动排空阀打开、然后室内电动排水阀延时10秒钟左右关闭，水流从水箱经管道至用水龙头或淋浴喷头流出；
B、用水结束后，手动按一下排空键，启动以下程序：仪表排空指示点亮，首先室外水箱电动排空阀关闭，然后延时3秒钟以上室内电动排水阀打开，用水管道内水流从室内电动排水阀排出，用水管道即可排空防冻，若忘记排空则延时20分钟自动排空；
C、当水箱水位通过传感器检测低于设定水位时，热水器执行自动上水程序，上水指示点亮，首先室内电动排水阀关闭，然后延时3秒钟以上室外电动排空阀打开，然后延时3秒钟以上室内电动上水阀打开开始上水；
D、控制仪表通过传感器感知热水器达到设定水位时，自动上水结束，电动上水阀关闭，控制仪表执行排空防冻程序，此时上水指示熄灭，延时20分钟排空指示点亮，进行自动排空，首先室外电动排空阀关闭，延时3秒钟以上室内电动排水阀打开，水流从电动排水阀排出，排空结束，若20分钟内再次用水或上水则以最后关闭时间为准依次顺延20分钟执行排空程序，当用水时无论如何不执行上水程序，以避免用户正在用水时启动上水，若在上水时不执行用水程序，上水结束时，也可在20分钟内手动执行排空程序，即执行第B项程序；
当电动排水阀的前端出现“U”型弯时，电动排水阀应装在“U”型弯的上端，且低于最低用水点；
电动排空阀、电动排水阀、电动上水阀之间的交替延时控制时间为3秒钟以上，其中用水时，电动排空阀打开、然后室内电动排水阀最低延时10秒钟以上关闭，此时间还可以根据楼层高低或管道长短进行人工设定；
电动排空阀、电动排水阀、电动上水阀均不是普通电磁阀或电动球阀，而是具有良好密封性能的旋转式陶瓷阀芯的电动阀；
本发明的有益效果是：本发明通过三个可旋转的陶瓷芯电动阀的自动延时控制，杜绝了管道“U”型弯对太阳能热水器管道排空防冻系统的影响，实现了自动排空防冻，能够使整个系统在使用中运行可靠、安全、使用方便，普遍提高冬季家用太阳能热水器的利用率，对太阳能热水器的大面积推广利用具有重要意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是全自动管道排空防冻系统及控制方法的系统图
图中：1、传感器，2、控制仪表，3、电动排水阀，4、用水管道，5、水箱，6、用水龙头，7、淋浴喷头，8、电动上水阀，9、电动排空阀。
图2是单片机控制仪表的控制程序框图。
具体实施方式
全自动管道排空防冻系统及控制方法由家用太阳能热水器水箱5、用水管道4、控制仪表2、电动排空阀9、电动排水阀3、电动上水阀8、传感器1、用水龙头6和淋浴喷头7等组成。电动排空阀9安装在室外太阳能热水器水箱5的底部，水箱5上还安装有检测水温水位的传感器1，均通过信号线与室内单片机控制仪表2连接；在用水管道4的最底端安装有电动上水阀8和电动排水阀3，通过信号线与室内控制仪表2连接；室内电动排水阀3通过三通管件与电动上水阀8并列安装或安装在电动上水阀8的上端且低于用水龙头6和淋浴喷头7的最低位置；
整个系统利用控制仪表内设的单片机控制程序，采用以下控制方法实现系统的自动用水和自动排空、自动上水等程序：
在室内控制仪表2上使用拨动开关控制冬、夏两种使用模式。在夏季模式下，不具有排空功能，太阳能热水器处于待用状态，室外电动排空阀9为常开状态，室内电动排水阀3为常闭状态，电动上水阀8为常闭状态，且无论在上水或用水时室外电动排空阀9和室内电动排水阀3均不受控制；在冬季模式下，太阳能热水器处于排空状态，平时不用时室外电动排空阀9为常闭排空状态，室内电动排水阀3为常开状态，电动上水阀8为常闭状态；
在冬季模式下通过以下控制方案实现自动排空、用水、上水：
A、当有人用水时，手动按一下用水键，启动以下程序：仪表用水指示点亮，首先室外电动排空阀9打开、然后室内电动排水阀3延时10秒钟左右关闭，水流从水箱5经管道4至用水龙头6或淋浴喷头7流出；
B、用水结束后，手动按一下排空键，启动以下程序：仪表排空指示点亮，首先室外水箱电动排空阀9关闭，然后延时3秒钟以上室内电动排水阀3打开，用水管道4内水流从室内电动排水阀3排出，用水管道4即可排空防冻，若忘记排空则延时20分钟自动排空；
C、当水箱水位通过传感器1检测低于设定水位时，热水器执行自动上水程序，上水指示点亮，首先室内电动排水阀3关闭，然后延时3秒钟以上室外电动排空阀9打开，然后延时3秒钟以上室内电动上水阀8打开开始上水；
D、控制仪表2通过传感器1感知热水器达到设定水位时，自动上水结束，电动上水阀8关闭，控制仪表2执行排空防冻程序，此时上水指示熄灭，延时20分钟排空指示点亮，进行自动排空，首先室外电动排空阀9关闭，延时3秒钟以上室内电动排水阀3打开，水流从电动排水阀3排出，排空结束，若20分钟内再次用水或上水则以最后关闭时间为准依次顺延20分钟执行排空程序，当用水时无论如何不执行上水程序，以避免用户正在用水时启动上水，若在上水时不执行用水程序，上水结束时，也可在20分钟内手动执行排空程序，即执行第B项程序；
在系统中，电动排空阀9、电动排水阀3、电动上水阀8，交替延时控制时间为3秒钟以上，其中用水时，电动排空阀9打开、然后室内电动排水阀3最低延时10秒钟以上关闭，此时间还可以根据楼层高低或管道长短进行人工设定，且当电动排水阀3的前端出现“U”型弯时，电动排水阀3应装在“U”型弯的上端，且低于最低用水点。
电动排空阀9、电动排水阀3、电动上水阀8均不是普通电磁阀或电动球阀，而是具有良好密封性能的旋转式陶瓷阀芯的电动阀。
此种控制装置和方法不仅增大了出水点的流量，延长了系统寿命，而且从根本上解决了“U”型弯对系统造成的影响，解决了一直困扰管道排空防冻的技术瓶颈，实现了自动控制，达到了使用方便、高可靠性的目的。

Claims (4)

1.全自动管道排空防冻系统及控制方法，其特征在于：由家用太阳能热水器水箱(5)、用水管道(4)、控制仪表(2)、电动排空阀(9)、电动排水阀(3)、电动上水阀(8)、传感器(1)、用水龙头(6)和淋浴喷头(7)等组成，电动排空阀(9)安装在室外太阳能热水器水箱(5)的底部，水箱(5)上还安装有检测水温水位的传感器(1)，均通过信号线与室内控制仪表(2)连接，在用水管道(4)的最底端安装有电动上水阀(8)和电动排水阀(3)，通过信号线与室内控制仪表(2)连接，室内电动排水阀(3)通过三通管件与电动上水阀(8)并列安装或安装在电动上水阀(8)的上端且低于用水龙头(6)和淋浴喷头(7)的最低位置；
其特征还包含以下控制方法：
在室内装有单片机的控制仪表(2)上使用拨动开关控制冬、夏两种使用模式，在夏季模式下，不具有排空功能，太阳能热水器处于待用状态，室外电动排空阀(9)为常开状态，室内电动排水阀(3)为常闭状态，电动上水阀(8)为常闭状态，且无论在上水或用水时室外电动排空阀(9)和室内电动排水阀(3)均不受控制；在冬季模式下，太阳能热水器处于排空状态，平时不用时室外电动排空阀(9)为常闭排空状态，室内电动排水阀(3)为常开状态，电动上水阀(8)为常闭状态；在冬季模式下还包含以下控制方案：
A、当有人用水时，手动按一下用水键，启动以下程序：仪表用水指示点亮，首先室外电动排空阀(9)打开、然后室内电动排水阀(3)延时10秒钟左右关闭，水流从水箱(5)经管道(4)至用水龙头(6)或淋浴喷头(7)流出；
B、用水结束后，手动按一下排空键，启动以下程序：仪表排空指示点亮，首先室外水箱电动排空阀(9)关闭，然后延时3秒钟以上室内电动排水阀(3)打开，用水管道(4)内水流从室内电动排水阀(3)排出，用水管道(4)即可排空防冻，若忘记排空则延时20分钟自动排空；
C、当水箱水位通过传感器(1)检测低于设定水位时，热水器执行自动上水程序，上水指示点亮，首先室内电动排水阀(3)关闭，然后延时3秒钟以上室外电动排空阀(9)打开，然后延时3秒钟以上室内电动上水阀(8)打开开始上水；
D、控制仪表(2)通过传感器(1)感知热水器达到设定水位时，自动上水结束，电动上水阀(8)关闭，控制仪表(2)执行排空防冻程序，此时上水指示熄灭，延时20分钟排空指示点亮，进行自动排空，首先室外电动排空阀(9)关闭，延时3秒钟以上室内电动排水阀(3)打开，水流从电动排水阀(3)排出，排空结束，若20分钟内再次用水或上水则以最后关闭时间为准依次顺延20分钟执行排空程序，当用水时无论如何不执行上水程序，以避免用户正在用水时启动上水，若在上水时不执行用水程序，上水结束时，也可在20分钟内手动执行排空程序，即执行第B项程序。
2.根据权利要求1所述的全自动管道排空防冻系统及控制方法，其特征在于：当电动排水阀(3)的前端出现“U”型弯时，电动排水阀(3)应装在“U”型弯的上端，且低于最低用水点。
3.根据权利要求1所述的全自动管道排空防冻系统及控制方法，其特征在于：电动排空阀(9)、电动排水阀(3)、电动上水阀(8)之间的交替延时控制时间为3秒钟以上，其中用水时，电动排空阀(9)打开、然后室内电动排水阀(3)最低延时10秒钟以上关闭，此时间还可以根据楼层高低或管道长短进行人工设定。
4.根据权利要求1所述的全自动管道排空防冻系统及控制方法，其特征在于：电动排空阀(9)、电动排水阀(3)、电动上水阀(8)均不是普通电磁阀或电动球阀，而是具有良好密封性能的旋转式陶瓷阀芯的电动阀。
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