CN104864614B - 一种太阳能热水器智能控温方法和控温装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能热水器智能调温方法，将水箱实时水温Tt与上限设定温度T₁和下限设定温度T₂进行比较，通过比较结果控制进水阀和排空阀动作，实现智能调温；本发明还提供了一种调温排空装置，在热水器下方安装四通管，四通管的四个管路分别连接自来水管以及太阳能热水器的真空管、溢流管和热水出水阀，其中三个管路上安装电磁阀并通过控制器控制电磁阀开启；本发明提供的方法解决了水箱温度过高以及电辅助加热装置产生能量浪费的问题，调温排空装置不需改变现有太阳能热水器的结构，结构简单，节约用水量，通过备用水箱回收水并进行再利用，可有效降低生活消费，实现了智能加水和管道排空功能，有效避免冬季太阳能热水器管道冻裂。

Description

一种太阳能热水器智能控温方法和控温装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器智能控温方法和控温装置，属于太阳能热水器技术领域。

背景技术

目前，太阳能热水器控制已经进入智能化阶段，市面上在售的太阳能热水器绝大部分具备温度和水位显示功能，部分太阳能热水器配备辅助电加热装置，较好的满足人们对热水的需求。但现有太阳能热水器仍存在不能即开即热，且热水温度过高需自行控温的问题，并且冬季管道易冻裂。

对于天气多变、日照量不充足的地区，尤其是春冬两季，每天天气变化无常，现有太阳能热水器由用户预先估计天气情况设定加水量，一般均直接加满水，若当天天气较差，水温达不到使用要求(温度要在45℃以上才方便洗澡、洗碗等)，则开启电辅助加热装置进行加热，由于水箱中加满水，但实际使用中用水量远小于水箱水量，使用电辅助加热装置进行加热易产生能量浪费；当加水量过少时，若当天光照充足则不能充分利用光照产生更多的可用的热水。由于水温低时，真空管转换效率高、升温快，所以在低温时尽量多加水方可充分利用光照最大量地产生热水。

现有太阳能热水器均放置在楼顶，初次用水前需放掉管中的冷水，由于出水管的保温效果不好，用水间隔超过约3min，管中的热水即变冷，用户再次使用时仍须先放完管中冷水，才能用到热水，不能即开即热，并且太阳能热水器管道越长要放掉的冷水就越多，造成水资源浪费和不必要的麻烦。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，并提供一种太阳能热水器智能控温方法和控温装置，可实现智能加水控温和管道排空功能。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种太阳能热水器智能控温方法，包括如下步骤：

(1)安装储水箱，在带有进水阀、温度传感器、水位传感器和电辅助加热装置的太阳能热水器上安装排空阀，排空阀连通储水箱和太阳能热水器，进行参数设定，设定的参数具体为时刻t、排空时长△t、设定水位H、设定温度T₁和设定温度T₂，其中设定温度T₁大于设定温度T₂；

(2)通过水位传感器检测水箱水位h，水箱水位h大于设定水位H时，开启排空阀排水，排水至水箱水位h等于设定水位H；水箱水位h小于设定水位H时，开启进水阀上水，上水至水箱水位h等于设定水位H；

(3)获取当前时刻，判断当前时刻是否达到时刻t，未达到时刻t时重复进行步骤(4)，达到时刻t时进行步骤(5)；

(4)通过温度传感器检测水箱水温Tt，当水温Tt大于或等于设定温度T₁时，开启进水阀向水箱加水，加水至水温Tt等于设定温度T₂，加水过程中同时检测水箱水位h，当水箱加满水后关闭进水阀同时开启排空阀，排空阀将水箱中的水排出至储水箱中，开启排空时长△t后关闭排空阀；

(5)通过温度传感器检测水箱水温Tt，若水温Tt小于设定温度T₂，开启电辅助加热装置对水箱中的水进行加热，加热至水温Tt大于设定温度T₁，关闭电辅助加热装置，控温完成；若水温Tt大于或等于设定温度T₂，关闭进水阀和排空阀，控温完成。

设定水位H为水箱水量的1/3水位。

设定温度T₁＝T+△T，设定温度T₂＝T-△T，其中T为用户设定的最佳使用水温，△T为用户设定的最大温度变化值。

本发明还对应提供了一种太阳能热水器控温装置，至少包括与太阳能热水器水箱连通的多通管、安装在多通管上的电磁阀和控制电磁阀动作的控制单元，所述多通管为四通管，四通管的入水管A与自来水管连通，入水管A上安装有用于控制水箱上水电磁阀A，电磁阀A即为进水阀，四通管的入水管B与太阳能热水器的真空管连通，四通管的出水管C与太阳能热水器的溢流管连通，四通管的出水管D与太阳能热水器的热水出水阀连通，出水管D上安装有电磁阀C，电磁阀C即为排空阀，出水管D的出水口处设有与出水管D连通的储水箱，电磁阀C安装于热水出水阀与储水箱之间；所述控制单元至少包括控制器，控制器分别与两个电磁阀以及太阳能热水器的温度传感器、水位传感器和电辅助加热装置电连接。

控制单元中设有按键模块和用于为控制器提供精准时间的时钟模块，时钟模块和按键模块分别与控制器中对应的输入接口电连接，按键模块用于用户设定控制时刻t、排空时长△t、设定水位H、最佳使用水温T和最大温度变化值△T。

控制单元中设有LED显示模块和蜂鸣器，LED显示模块和蜂鸣器分别与控制器中对应的输出接口电连接。

入水管B上安装有用于控制真空管热水流出的电磁阀B，电磁阀B位于真空管与出水管C的溢流管连接口之间，电磁阀B与控制器中对应的输出接口电连接。

储水箱上设有与外界连通的通气孔。

由上述技术方案可知，本发明提供的太阳能热水器智能控温方法，在水箱中加入1/3的水，避免真空管空烧，将水箱实时水温Tt与设定温度T₁和设定温度T₂进行比较，其中设定温度T₁＝T+△T，T₁为温度上限值，即最佳使用水温T与最大温度变化值△T之和，设定温度T₂＝T-△T，T₂为温度下限值，即最佳使用水温T与最大温度变化值△T之差，当水箱实时水温Tt大于温度上限值时，水箱加水降温至温度下限值，确保水箱中的温度介于温度上限值与温度下限值之间，即保证水箱温度维持最佳使用水温T；当遇到日照不足或天气较差的情况，水箱实时水温Tt始终小于设定温度T₂时，开启电辅助加热装置对水箱的水进行加热，由于水箱中仅存1/3的水，因此可避免电能浪费，用户可根据所在地区实际光照时间设定时刻t，确保电辅助加热装置开启时太阳能热水器已不能通过太阳能加热，避免电能浪费。

本发明提供的太阳能热水器控温装置，在热水器下方安装四通管，四通管的四个管路分别连接自来水管以及太阳能热水器的真空管、溢流管和热水出水阀，其中两个管路上安装电磁阀并通过控制器控制电磁阀开启，加水时开启电磁阀A，通过四通管从溢出口向水箱加水；排水时开启电磁阀C，电磁阀C将水箱中的水排出至储水箱中，储水箱中的水可用于洗手、洗衣或冲厕所等；需要使用热水时，电磁阀C安装于热水出水阀(花洒以及其余放热水水龙头)与储水箱之间，因此不影响热水出水阀的使用。

该装置用于控温时，电磁阀A即为进水阀，电磁阀C即为排空阀，控制器选用单片机，其上设置的时钟模块用于为单片机提供精准的时间，使系统在统一的时钟下工作，按键模块用于用户设定控制水箱的排空时间、最佳使用水温T、最大温度变化值△T和时刻t，单片机接收太阳能热水器水箱的温度信号和水位信号，将检测信号与设定值进行对比，并根据对比的结果发送电信号至电磁阀A和电磁阀C，控制器控制电磁阀A和电磁阀C按条件开启，从而实现水箱控温；控制器上的LED显示模块用于显示实时检测值，蜂鸣器用于满水报警或高温报警。

入水管B上安装电磁阀B，用热水时开启电磁阀B，用水间隔中关闭电磁阀B同时开启电磁阀C，四通管中的热水流入储水箱中，再次使用热水时开启电磁阀B同时关闭电磁阀C，可保证热水出水阀中流出的水始终为热水；热水使用完毕后，关闭电磁阀B同时开启电磁阀C，可将四通管和太阳能热水器送水管道中的水排空，由于管道已排空，彻底解决了冬季太阳能热水器管道冻结甚至冻裂的问题。

与现有技术相比，本发明提供的智能控温方法操作简单方便，各参数可通过人工根据所在地区实际情况设定，因此无地域使用限制，该方法解决了水箱温度过高以及电辅助加热装置产生能量浪费的问题，并且可实现排空功能；控温装置不需改变现有太阳能热水器的结构，结构简单，节约用水量，即减少前期冷水的浪费，通过备用水箱回收冷水并进行再利用，可有效降低生活消费，实现了智能加水和管道排空功能，有效避免冬季太阳能热水器管道冻裂。

附图说明

图1为本发明提供的太阳能热水器控温装置的结构示意图。

图2为控制单元的结构框图。

图3为控制单元的控温流程图。

其中，1-太阳能热水器，2-水箱，3-真空管，4-溢流管，5-四通管，6-自来水管，7-储水箱，8-通气孔，9-热水出水阀，10-入水管B，11-入水管A，12-出水管C，13-出水管D，14-电磁阀A，15-电磁阀B，16-电磁阀C。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

本发明提供的太阳能热水器智能控温方法，流程图如图3所示，包括如下步骤：

(1)安装储水箱，在带有进水阀、温度传感器、水位传感器和电辅助加热装置的太阳能热水器上安装排空阀，排空阀连通储水箱和太阳能热水器，进行参数设定，设定的参数具体为时刻t、排空时长△t、设定水位H、设定温度T₁和设定温度T₂，其中设定温度T₁大于设定温度T₂，其中设定水位H为水箱水量的1/3水位，设定温度T₁＝T+△T，设定温度T₂＝T-△T，其中T为用户设定的最佳使用水温，△T为用户设定的最大温度变化值；

(2)通过水位传感器检测水箱水位h，水箱水位h大于设定水位H时，开启排空阀排水，排水至水箱水位h等于设定水位H；水箱水位h小于设定水位H时，开启进水阀上水，上水至水箱水位h等于设定水位H；

(3)获取当前时刻，判断当前时刻是否达到时刻t，未达到时刻t时重复进行步骤(4)，达到时刻t时进行步骤(5)；

(4)通过温度传感器检测水箱水温Tt，当水温Tt大于或等于设定温度T₁时，开启进水阀向水箱加水，加水至水温Tt等于设定温度T₂，加水过程中同时检测水箱水位h，当水箱加满水后关闭进水阀同时开启排空阀，排空阀将水箱中的水排出至储水箱中，开启排空时长△t后关闭排空阀；

(5)通过温度传感器检测水箱水温Tt，若水温Tt小于设定温度T₂，开启电辅助加热装置对水箱中的水进行加热，加热至水温Tt大于设定温度T₁，关闭电辅助加热装置，控温完成；若水温Tt大于或等于设定温度T₂，关闭进水阀和排空阀，控温完成。

本发明还对应提供了一种太阳能热水器控温装置，其结构如图1所示，包括四通管5、控制单元和储水箱7，四通管的入水管A11与自来水管6连通，入水管A上安装有用于控制水箱上水电磁阀A14，四通管的入水管B10与太阳能热水器1的真空管3连通，入水管B上安装有用于控制真空管热水流出的电磁阀B15，四通管的出水管C12与太阳能热水器的溢流管4连通，电磁阀B位于真空管与出水管C的溢流管连接口之间，四通管的出水管D13与太阳能热水器的热水出水阀9连通，出水管D上安装有电磁阀C16，储水箱与出水管D连通，储水箱上设有与外界连通的通气孔8，电磁阀C安装于热水出水阀与储水箱之间；

所述控制单元如图2所示，包括控制器、时钟模块、按键模块、LED显示模块和蜂鸣器，控制器优选单片机，温度传感器、水位传感器、时钟模块和按键模块分别与控制器中对应的输入接口电连接，用于接收太阳能热水器水箱的温度信号和水位信号，电辅助加热装置、电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C、LED显示模块和蜂鸣器分别与控制器中对应的输出接口电连接，其中时钟模块用于为控制器提供精准的时间，按键模块用于用户设定控制时刻t、排空时长△t、设定水位H、最佳使用水温T和最大温度变化值△T，LED显示模块用于显示实时检测值，蜂鸣器用于满水报警或高温报警。

该装置用于控温时，包括如下步骤：

(1)单片机开启，进入智能控制状态(置1)，用户设置水箱的排空时间、最佳使用水温T、最大温度变化值△T和时刻t，单片机控制进水阀开启，向太阳能热水器的水箱中上水，单片机接收温度传感器和水位传感器发送的温度信号和水位信号，上水至水位达到太阳能热水器水箱水量的1/3；

(2)单片机接收温度信号，获取水箱的水温Tt，判断当前时刻是否达到时刻t，达到时刻t时将水温Tt与设定温度T₂进行比较，若水温Tt小于设定温度T₂，开启太阳能热水器的电辅助加热装置对水箱的水进行加热，加热至水温Tt大于设定温度T₁，控温完成；未达到时刻t时将水温Tt与设定温度T₁进行比较，当水温Tt大于或等于设定温度T₁时，开启电磁阀A(进水阀)向水箱加水，将水温Tt与T₂进行比较，当水温Tt小于设定温度T₂时，单片机控制电磁阀A(进水阀)关闭；

(3)单片机接收水位信号，获取水箱水位，当水箱加满水后单片机控制电磁阀A(进水阀)关闭，同时控制电磁阀C(排空阀)开启，排空阀排出水箱中的水，延时4分钟后控制排空阀关闭，退出智能控制状态(置0)。

该装置用于热水使用和排空时，使用过程如下：

加水时，打开电磁阀A，通过四通管从溢出口进水，达到设定水量时电磁阀A自动关闭，控制器打开电磁阀C，使管道中的水通过电磁阀B流入储水箱，储水箱通过通气孔与外界保持气压一致，延时一段时间使电磁阀C自动关闭，储水箱大小根据管道中的水量而定；用热水时开启电磁阀B，由于电磁阀C安装于热水出水阀(花洒以及其余放热水水龙头)与储水箱之间，因此不影响热水出水阀的使用，用水间隔中关闭电磁阀B同时开启电磁阀C，四通管中的热水流入储水箱中，再次使用热水时开启电磁阀B同时关闭电磁阀C，保证热水出水阀中流出的水始终为热水；热水使用完毕后，关闭电磁阀B同时开启电磁阀C，排空四通管和太阳能热水器送水管道中的水，由于管道已排空，彻底解决了冬季太阳能热水器管道冻结甚至冻裂的问题，储水箱中的水可用于洗手、洗衣或冲厕所等。

Claims (8)

1.一种太阳能热水器智能控温方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)安装储水箱，在带有进水阀、温度传感器、水位传感器和电辅助加热装置的太阳能热水器上安装排空阀，排空阀连通储水箱和太阳能热水器，进行参数设定，设定的参数具体为时刻t、排空时长△t、设定水位H、设定温度T₁和设定温度T₂，其中设定温度T₁大于设定温度T₂；

(2)通过水位传感器检测水箱水位h，水箱水位h大于设定水位H时，开启排空阀排水，排水至水箱水位h等于设定水位H；水箱水位h小于设定水位H时，开启进水阀上水，上水至水箱水位h等于设定水位H；

(3)获取当前时刻，判断当前时刻是否达到时刻t，未达到时刻t时重复进行步骤(4)，达到时刻t时进行步骤(5)；

(4)通过温度传感器检测水箱水温Tt，当水温Tt大于或等于设定温度T₁时，开启进水阀向水箱加水，加水至水温Tt等于设定温度T₂，加水过程中同时检测水箱水位h，当水箱加满水后关闭进水阀同时开启排空阀，排空阀将水箱中的水排出至储水箱中，开启排空时长△t后关闭排空阀；

(5)通过温度传感器检测水箱水温Tt，若水温Tt小于设定温度T₂，开启电辅助加热装置对水箱中的水进行加热，加热至水温Tt大于设定温度T₁，关闭电辅助加热装置，控温完成；若水温Tt大于或等于设定温度T₂，关闭进水阀和排空阀，控温完成。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水器智能控温方法，其特征在于：设定水位H为水箱水量的1/3水位。

3.根据权利要求1所述的太阳能热水器智能控温方法，其特征在于：设定温度T₁＝T+△T，设定温度T₂＝T-△T，其中T为用户设定的最佳使用水温，△T为用户设定的最大温度变化值。

4.一种用于权利要求1所述方法的控温装置，至少包括与太阳能热水器水箱连通的多通管、安装在多通管上的电磁阀和控制电磁阀动作的控制单元，其特征在于：所述多通管为四通管，四通管的入水管A与自来水管连通，入水管A上安装有用于控制水箱上水电磁阀A，电磁阀A即为进水阀，四通管的入水管B与太阳能热水器的真空管连通，四通管的出水管C与太阳能热水器的溢流管连通，四通管的出水管D与太阳能热水器的热水出水阀连通，出水管D上安装有电磁阀C，电磁阀C即为排空阀，出水管D的出水口处设有与出水管D连通的储水箱，电磁阀C安装于热水出水阀与储水箱之间；所述控制单元至少包括控制器，控制器分别与两个电磁阀以及太阳能热水器的温度传感器、水位传感器和电辅助加热装置电连接。

5.根据权利要求4所述的控温装置，其特征在于：控制单元中设有按键模块和用于为控制器提供精准时间的时钟模块，时钟模块和按键模块分别与控制器中对应的输入接口电连接，按键模块用于用户设定控制时刻t、排空时长△t、设定水位H、最佳使用水温T和最大温度变化值△T，设定温度T₁＝T+△T，设定温度T₂＝T-△T。

6.根据权利要求5所述的控温装置，其特征在于：控制单元中设有LED显示模块和蜂鸣器，LED显示模块和蜂鸣器分别与控制器中对应的输出接口电连接。

7.根据权利要求5所述的控温装置，其特征在于：入水管B上安装有用于控制真空管热水流出的电磁阀B，电磁阀B位于真空管与出水管C的溢流管连接口之间，电磁阀B与控制器中对应的输出接口电连接。

8.根据权利要求4所述的控温装置，其特征在于：储水箱上设有与外界连通的通气孔。