CN109099604B - 一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置 - Google Patents

一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置，属于自动控制技术领域。本发明包括二进一出三通电磁阀、太阳能热水器储水箱、一进二出三通电磁阀、常闭型电磁阀AⅢ、常闭型电磁阀AⅣ、循环储水箱、水泵、温度检测电路、水位检测电路、电磁阀及水泵控制电路。本发明通过对温度和循环储水箱水位的检测来实现对水泵M和多个电磁阀的自动控制，实现了太阳能热水器基于水流循环法的防冻，解决了太阳能热水器冬季冻堵的问题，且能够控制不同低温情况下循环水流的大小，实现水资源的合理利用，并通过电磁阀和水泵的合理选择与搭配，保证消耗最少的电能。

Description

一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置
技术领域
本发明涉及一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置，属于自动控制技术领域。
背景技术
太阳能热水器具有节能环保、安全方便等优点，深受广大城乡居民的喜爱，在寒冷地区太阳能热水器冬季冻堵问题给用户带来了诸多不便，目前，太阳能热水器的防冻措施主要包括外加保温层、辅助加热以及排空防冻，外加保温层的措施容易造成保温材料的浪费，辅助加热的措施消耗大量的电能且存在用电安全问题，排空防冻措施需要人工干预，不仅消耗人的时间和精力，还会造成水资源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置，通过对温度和循环储水箱水位的检测来实现对水泵M和多个电磁阀的自动控制，实现了太阳能热水器基于水流循环法的防冻，解决了太阳能热水器冬季冻堵的问题，且能够控制不同低温情况下循环水流的大小，实现水资源的合理利用，并通过电磁阀和水泵的合理选择与搭配，保证消耗最少的电能。
本发明技术方案是：一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置，包括二进一出三通电磁阀AⅠ1、太阳能热水器储水箱2、一进二出三通电磁阀AⅡ3、常闭型电磁阀AⅢ4、常闭型电磁阀AⅣ5、循环储水箱6、水泵M7、温度检测电路8、水位检测电路9、电磁阀及水泵控制电路10；其中常闭型电磁阀AⅢ4、常闭型电磁阀AⅣ5的通径大小不同，电磁阀及水泵控制电路10包括与非门G1～G5、水泵和电磁阀的继电器电路；所述二进一出三通电磁阀AⅠ1的两个进水口分别与冷水进水管和水泵M7的一端连接，二进一出三通电磁阀AⅠ1的出水口、太阳能热水器储水箱2、一进二出三通电磁阀AⅡ3的进水口依次连接，一进二出三通电磁阀AⅡ3的一个出水口连接热水供应管，另一个出水口同时连接着常闭型电磁阀AⅢ4、常闭型电磁阀AⅣ5的一端，常闭型电磁阀AⅢ4、常闭型电磁阀AⅣ5的另一端接入循环储水箱6，循环储水箱6还连接着冷水供应管和水泵M7的另外一端，温度检测电路8和水位检测电路9都连接着电磁阀和水泵控制电路10，温度检测电路8用于检测太阳能热水器储水箱中的温度，水位检测电路9用于检测循环储水箱6的水位。
所述温度检测电路8包括单片集成两端感温电流源AD590、集成运算放大器F、电压比较器F1、F2、稳压管D1、电阻R2、电位器RW1、RW2；其中单片集成两端感温电流源AD590的正极接+12V电源端，其负极同时连接着电阻R2和集成运算放大器F的同相输入端，电阻R2的另外一端接地，集成运算放大器F的反相输入端与输出端相连，其输出端还连接着电压比较器F1的反相输入端和电压比较器F2的同相输入端，电压比较器F1的同相输入端接电位器RW1的调节端，电压比较器F2的同相输入端接电位器RW2的调节端，电位器RW1的一端连接着+12V电源端，其的另外一端同时连接着电位器RW2和稳压管D1的正极，稳压管D1的负极接地，电位器RW2的另外一端接地。
所述水位检测电路9包括555芯片、电阻R1、电容C1、C2；其中555芯片的1脚接地，6脚和5脚分别通过电容C1、C2与接地端连接，8脚、4脚与+5V电源连接， 7脚和6脚接一起后通过电阻R1与2脚连接，2脚与水位监测点O相连，循环储水箱6的底部接地。
所述电磁阀和水泵控制电路10包括与非门G1、G2、G3、G4、G5、继电器J1、J2、J3、J4、J5、NPN三极管N1、N2、N3、N4、N5、电阻R3、R4、R5、R6、R7；其中与非门G1的两个输入端分别连接着温度检测电路8中的电压比较器F1、F2的输出端，其输出端同时连接着非门G2的两个输入端，与非门G2的输出端连接着三极管N3的基极，继电器J3线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N3的集电极，三极管N3的发射极通过电阻R5与接地端连接；其中所述与非门G3的两个输入端同时连接着电压比较器F2的输出端，其输出端连接着三极管N4的基极，继电器J4线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N4的集电极，三极管N4的发射极通过电阻R6与接地端连接；其中所述与非门G4的两个输入端分别连接着电压比较器F1的输出端、555芯片的3脚，其输出端同时连接着非门G5的两个输入端，与非门G5的输出端连接着三极管N1、N5的基极，继电器J1线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N1的集电极，三极管N1的发射极通过电阻R3与接地端连接, 继电器J5线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N5的集电极，三极管N1的发射极通过电阻R7与接地端连接。
本发明的工作原理是：
单片集成两端感温电流源AD590的电流随太阳能热水器储水箱内水温的改变而改变，进而集成运算放大器F输入端及输出端的电压也随之改变，且电压随温度的升高而增大，电压比较器F1同相输入端电压及电压比较器F2反相输入端电压由电位器RW1、RW2及稳压管D1分压得到，当集成运算放大器F输出端电压高于电压比较器F1同相输入端电压时，电压比较器F1输出低电平信号，电压比较器F2输出高电平信号，当集成运算同相放大器F输出端电压高于电压比较器F2反相输入端电压且低于电压比较器F1同相输入端电压时，电压比较器F1、F2输出高电平信号，当集成运算放大器F输出端电压低于电压比较器F1同相输入端电压时，电压比较器F1输出高电平信号，电压比较器F2输出低电平信号；当水位低于水位检测点时，555芯片的2脚悬空为高电平，3脚输出低电平信号，当水位高于水位检测点时，555芯片的2脚接地为低电平，3脚输出高电平信号；电压比较器F1、F2输出端、555芯片3脚的高低电平信号经与非门G1、G2、G3、G4、G5后控制着三极管N1、N2、N3、N4、N5的导通情况，进而通过继电器J1、J2、J3、J4、J5控制着二进一出三通电磁阀AⅠ、一进二出三通电磁阀AⅡ、常闭型电磁阀AⅢ、AⅣ、水泵M的工作状态。
如图1所示，当温度较高不需要水流循环防冻时，二进一出三通电磁阀AⅠ断电，其进水口关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ断电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，常闭型电磁阀AⅢ断电，不导通，常闭型电磁阀AⅣ断电，不导通，水泵M不工作；
当温度低于一定值，可通过循环较小的水流达到防冻效果且循环储水箱水位低于水位测量点时，二进一出三通电磁阀AⅠ断电，其进水口关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ通电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，常闭型电磁阀AⅢ通电，导通，常闭型电磁阀AⅣ断电，不导通，水泵M不工作；当循环储水箱水位上升到水位测量点及其以上位置时，二进一出三通电磁阀AⅠ通电，其进水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ通电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，常闭型电磁阀AⅢ通电，导通，常闭型电磁阀AⅣ断电，不导通，水泵M工作；
当温度特别低，需要通过循环较大的水流才能达到防冻效果且循环储水箱水位低于水位测量点时，二进一出三通电磁阀AⅠ断电，其进水口关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ通电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，常闭型电磁阀AⅢ断电，不导通，三极管N5导通，常闭型电磁阀AⅣ通电，导通，水泵M不工作；当循环储水箱水位上升到水位测量点及其以上位置时，二进一出三通电磁阀AⅠ通电，其进水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ通电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口，常闭型电磁阀AⅢ断电，不导通，与非门G3输出高电平信号，三极管N5导通，常闭型电磁阀AⅣ通电，导通，水泵M工作。
本发明的有益效果是：本发明通过对温度和循环储水箱水位的检测来实现对水泵M和多个电磁阀的自动控制，实现了太阳能热水器基于水流循环法的防冻，解决了太阳能热水器冬季冻堵的问题，且能够控制不同低温情况下循环水流的大小，实现水资源的合理利用，并通过电磁阀和水泵的合理选择与搭配，保证消耗最少的电能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路原理图。
图中的各标号：1-二进一出三通电磁阀AⅠ，2-太阳能热水器储水箱，3-一进二出三通电磁阀AⅡ，4-常闭型电磁阀AⅢ，5-常闭型电磁阀AⅣ，6-循环储水箱，7-水泵M，8-温度检测电路，9-水位检测电路，10-电磁阀及水泵控制电路，AD590-单片集成两端感温电流源，F-集成运算放大器，F1～F2-电压比较器，D1-稳压管，G1～G5-与非门，J1～J5-继电器，R1～R7-电阻，RW1～RW2-电位器，C1～C2-电容，N1～N5-NPN三极管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-2所示，一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置，，包括二进一出三通电磁阀AⅠ1、太阳能热水器储水箱2、一进二出三通电磁阀AⅡ3、常闭型电磁阀AⅢ4、常闭型电磁阀AⅣ5、循环储水箱6、水泵M7、温度检测电路8、水位检测电路9、电磁阀及水泵控制电路10；其中常闭型电磁阀AⅢ4、常闭型电磁阀AⅣ5的通径大小不同，电磁阀及水泵控制电路10包括与非门G1～G5、水泵和电磁阀的继电器电路；所述二进一出三通电磁阀AⅠ1的两个进水口分别与冷水进水管和水泵M7的一端连接，二进一出三通电磁阀AⅠ1的出水口、太阳能热水器储水箱2、一进二出三通电磁阀AⅡ3的进水口依次连接，一进二出三通电磁阀AⅡ3的一个出水口连接热水供应管，另一个出水口同时连接着常闭型电磁阀AⅢ4、常闭型电磁阀AⅣ5的一端，常闭型电磁阀AⅢ4、常闭型电磁阀AⅣ5的另一端接入循环储水箱6，循环储水箱6还连接着冷水供应管和水泵M7的另外一端，温度检测电路8和水位检测电路9都连接着电磁阀和水泵控制电路10，温度检测电路8用于检测太阳能热水器储水箱中的温度，水位检测电路9用于检测循环储水箱6的水位。
进一步的，所述温度检测电路8包括单片集成两端感温电流源AD590、集成运算放大器F、电压比较器F1、F2、稳压管D1、电阻R2、电位器RW1、RW2；其中单片集成两端感温电流源AD590的正极接+12V电源端，其负极同时连接着电阻R2和集成运算放大器F的同相输入端，电阻R2的另外一端接地，集成运算放大器F的反相输入端与输出端相连，其输出端还连接着电压比较器F1的反相输入端和电压比较器F2的同相输入端，电压比较器F1的同相输入端接电位器RW1的调节端，电压比较器F2的同相输入端接电位器RW2的调节端，电位器RW1的一端连接着+12V电源端，其的另外一端同时连接着电位器RW2和稳压管D1的正极，稳压管D1的负极接地，电位器RW2的另外一端接地。
进一步的，所述水位检测电路9包括555芯片、电阻R1、电容C1、C2；其中555芯片的1脚接地，6脚和5脚分别通过电容C1、C2与接地端连接，8脚、4脚与+5V电源连接， 7脚和6脚接一起后通过电阻R1与2脚连接，2脚与水位监测点O相连，循环储水箱6的底部接地。
进一步的，所述电磁阀和水泵控制电路10包括与非门G1、G2、G3、G4、G5、继电器J1、J2、J3、J4、J5、NPN三极管N1、N2、N3、N4、N5、电阻R3、R4、R5、R6、R7；其中与非门G1的两个输入端分别连接着温度检测电路8中的电压比较器F1、F2的输出端，其输出端同时连接着非门G2的两个输入端，与非门G2的输出端连接着三极管N3的基极，继电器J3线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N3的集电极，三极管N3的发射极通过电阻R5与接地端连接；其中所述与非门G3的两个输入端同时连接着电压比较器F2的输出端，其输出端连接着三极管N4的基极，继电器J4线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N4的集电极，三极管N4的发射极通过电阻R6与接地端连接；其中所述与非门G4的两个输入端分别连接着电压比较器F1的输出端、555芯片的3脚，其输出端同时连接着非门G5的两个输入端，与非门G5的输出端连接着三极管N1、N5的基极，继电器J1线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N1的集电极，三极管N1的发射极通过电阻R3与接地端连接, 继电器J5线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N5的集电极，三极管N1的发射极通过电阻R7与接地端连接。
本发明的工作原理是：
单片集成两端感温电流源AD590的电流随太阳能热水器储水箱内水温的改变而改变，进而集成运算放大器F输入端及输出端的电压也随之改变，且电压随温度的升高而增大，电压比较器F1同相输入端电压及电压比较器F2反相输入端电压由电位器RW1、RW2及稳压管D1分压得到，当集成运算放大器F输出端电压高于电压比较器F1同相输入端电压时，电压比较器F1输出低电平信号，电压比较器F2输出高电平信号，当集成运算同相放大器F输出端电压高于电压比较器F2反相输入端电压且低于电压比较器F1同相输入端电压时，电压比较器F1、F2输出高电平信号，当集成运算放大器F输出端电压低于电压比较器F1同相输入端电压时，电压比较器F1输出高电平信号，电压比较器F2输出低电平信号；当水位低于水位检测点时，555芯片的2脚悬空为高电平，3脚输出低电平信号，当水位高于水位检测点时，555芯片的2脚接地为低电平，3脚输出高电平信号；电压比较器F1、F2输出端、555芯片3脚的高低电平信号经与非门G1、G2、G3、G4、G5后控制着三极管N1、N2、N3、N4、N5的导通情况，进而通过继电器J1、J2、J3、J4、J5控制着二进一出三通电磁阀AⅠ、一进二出三通电磁阀AⅡ、常闭型电磁阀AⅢ、AⅣ、水泵M的工作状态。
如图1所示，当温度较高不需要水流循环防冻时，二进一出三通电磁阀AⅠ断电，其进水口关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ断电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，常闭型电磁阀AⅢ断电，不导通，常闭型电磁阀AⅣ断电，不导通，水泵M不工作；
当温度低于一定值，可通过循环较小的水流达到防冻效果且循环储水箱水位低于水位测量点时，二进一出三通电磁阀AⅠ断电，其进水口关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ通电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，常闭型电磁阀AⅢ通电，导通，常闭型电磁阀AⅣ断电，不导通，水泵M不工作；当循环储水箱水位上升到水位测量点及其以上位置时，二进一出三通电磁阀AⅠ通电，其进水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ通电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，常闭型电磁阀AⅢ通电，导通，常闭型电磁阀AⅣ断电，不导通，水泵M工作；
当温度特别低，需要通过循环较大的水流才能达到防冻效果且循环储水箱水位低于水位测量点时，二进一出三通电磁阀AⅠ断电，其进水口关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ通电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，常闭型电磁阀AⅢ断电，不导通，三极管N5导通，常闭型电磁阀AⅣ通电，导通，水泵M不工作；当循环储水箱水位上升到水位测量点及其以上位置时，二进一出三通电磁阀AⅠ通电，其进水口/>关闭，进水口/>通向出水口/>，一进二出三通电磁阀AⅡ通电，其出水口/>关闭，进水口/>通向出水口，常闭型电磁阀AⅢ断电，不导通，与非门G3输出高电平信号，三极管N5导通，常闭型电磁阀AⅣ通电，导通，水泵M工作。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置，其特征在于：包括二进一出三通电磁阀AⅠ（1）、太阳能热水器储水箱（2）、一进二出三通电磁阀AⅡ（3）、常闭型电磁阀AⅢ（4）、常闭型电磁阀AⅣ（5）、循环储水箱（6）、水泵M（7）、温度检测电路（8）、水位检测电路（9）、电磁阀及水泵控制电路（10）；其中常闭型电磁阀AⅢ（4）、常闭型电磁阀AⅣ（5）的通径大小不同，电磁阀及水泵控制电路（10）包括与非门G1～G5、水泵和电磁阀的继电器电路；所述二进一出三通电磁阀AⅠ（1）的两个进水口分别与冷水进水管和水泵M（7）的一端连接，二进一出三通电磁阀AⅠ（1）的出水口、太阳能热水器储水箱（2）、一进二出三通电磁阀AⅡ（3）的进水口依次连接，一进二出三通电磁阀AⅡ（3）的一个出水口连接热水供应管，另一个出水口同时连接着常闭型电磁阀AⅢ（4）、常闭型电磁阀AⅣ（5）的一端，常闭型电磁阀AⅢ（4）、常闭型电磁阀AⅣ（5）的另一端接入循环储水箱（6），循环储水箱（6）还连接着冷水供应管和水泵M（7）的另外一端，温度检测电路（8）和水位检测电路（9）都连接着电磁阀和水泵控制电路（10），温度检测电路（8）用于检测太阳能热水器储水箱中的温度，水位检测电路（9）用于检测循环储水箱（6）的水位；
所述温度检测电路（8）包括单片集成两端感温电流源AD590、集成运算放大器F、电压比较器F1、F2、稳压管D1、电阻R2、电位器RW1、RW2；其中单片集成两端感温电流源AD590的正极接+12V电源端，其负极同时连接着电阻R2和集成运算放大器F的同相输入端，电阻R2的另外一端接地，集成运算放大器F的反相输入端与输出端相连，其输出端还连接着电压比较器F1的反相输入端和电压比较器F2的同相输入端，电压比较器F1的同相输入端接电位器RW1的调节端，电压比较器F2的同相输入端接电位器RW2的调节端，电位器RW1的一端连接着+12V电源端，其的另外一端同时连接着电位器RW2和稳压管D1的正极，稳压管D1的负极接地，电位器RW2的另外一端接地；
所述电磁阀和水泵控制电路（10）包括与非门G1、G2、G3、G4、G5、继电器J1、J2、J3、J4、J5、NPN三极管N1、N2、N3、N4、N5、电阻R3、R4、R5、R6、R7；其中与非门G1的两个输入端分别连接着温度检测电路（8）中的电压比较器F1、F2的输出端，其输出端同时连接着非门G2的两个输入端，与非门G2的输出端连接着三极管N3的基极，继电器J3线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N3的集电极，三极管N3的发射极通过电阻R5与接地端连接；其中所述与非门G3的两个输入端同时连接着电压比较器F2的输出端，其输出端连接着三极管N4的基极，继电器J4线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N4的集电极，三极管N4的发射极通过电阻R6与接地端连接；其中所述与非门G4的两个输入端分别连接着电压比较器F1的输出端、555芯片的3脚，其输出端同时连接着非门G5的两个输入端，与非门G5的输出端连接着三极管N1、N5的基极，继电器J1线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N1的集电极，三极管N1的发射极通过电阻R3与接地端连接, 继电器J5线圈的两端分别连接着+12V电源端和三极管N5的集电极，三极管N1的发射极通过电阻R7与接地端连接。
2.根据权利要求1所述的基于水流循环法的太阳能热水器防冻装置，其特征在于：所述水位检测电路（9）包括555芯片、电阻R1、电容C1、C2；其中555芯片的1脚接地，6脚和5脚分别通过电容C1、C2与接地端连接，8脚、4脚与+5V电源连接， 7脚和6脚接一起后通过电阻R1与2脚连接，2脚与水位监测点O相连，循环储水箱（6）的底部接地。
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