CN109341102A - 一种太阳能热水器控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种太阳能热水器控制系统及控制方法。本发明所要解决在集热管温度较高时注入冷水时易导致集热管爆裂的问题。为了解决上述技术问题，本发明提出这样一种太阳能热水器控制系统及控制方法，包括热水器本体、水泵、连通管、连接管和连通阀。本发明具有保护集热管不易在上水时爆裂的效果。

Description

一种太阳能热水器控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种太阳能热水器控制系统及控制方法。

背景技术

近年来，人们对各种生态能源消耗量的逐渐增大以及人们对生态能源的错误认知，以为世界上的能源“取之不尽、用之不竭”，这些错误观点和行为已经引发了一系列的能源危机，同时也引起了许多专家学者和相关政府的重视。当前的太阳能以自身特有的特征优势，例如污染低、健康环保、成本低等特点，逐渐成为当今社会绿色能源发展的重点。目前对于太阳能的研究和利用，可以在很大程度上缓解我国的能源危机问题。

而太阳能热水器则是当前人们使用最广泛的太阳能电器，然而对于当前的太阳能热水器，当集热管内的水温较高时注入冷水，由于温差较大，可能会导致集热管爆裂的问题。

而且太阳能热水器在太阳能辐射强度较低时，所提供的热水温度不是很高，比所在环境温度高十几到二十几度，这部分温度的能量利用价值很大，但却不足以供用户使用，因此变进入了尴尬的局面。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种太阳能热水器控制系统及控制方法，通过在对热水器上水时，将上水管内的冷水与热水器内的热水混合后再注入热水器，解决了在集热管温度较高时注入冷水时易导致集热管爆裂的问题，具有保护集热管不易在上水时爆裂的效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种太阳能热水器控制系统，包括热水器本体，所述热水器本体包括集热管、保温水箱和支架，所述集热管有多根，集热管和水箱均由支架支撑，集热管的上端与水箱连通，所述集热管的底部连通有连通管，连通管的一侧与水泵的抽水口连通，水泵的出水口连接有输水管；所述保温水箱外侧安装有上水管和出水管，所述上水管与输水管通过连接管连通，所述连接管内设有连通阀；

所述本系统还包括上水阀、上水管水温检测器、集热管温度传感器和单片机，所述单片机分别与水泵、上水阀、上水管水温检测器、集热管温度传感器电性连接，所述上水阀安装在上水管内，所述上水管水温检测器安装在上水管内部，上水阀的下方，所述集热管温度传感器安装在集热管内壁，用于检测集热管内的水温。

优选的，所述本系统还包括水位传感器，所述水位传感器与单片机电性连接，安装在保温水箱内部，用于检测保温水箱内的水位。

优选的，所述本系统还包括输水管流速仪和上水管流速仪，所述输水管流速仪和上水管流速仪分别安装在输水管和上水管内部，分别用于检测输水管和上水管内水的流速。

优选的，所述本系统还包括太阳辐射传感器、水箱温度传感器和加热器，太阳辐射传感器用于检测太阳辐射强度，加热器安装在保温水箱内部，水箱温度传感器用于检测保温水箱内的水温。

优选的，所述连接管倾斜设置，输水管连接的一侧高于上水管连接的一侧。

一种太阳能热水器控制方法，包括上水方法和加热方法，所述上水方法为：在热水器上水时，通过对将上水管的冷水与热水器内的热水混合后再注入热水器，可防止在热水器上水时，由于集热管内突然进入温差过大的冷水而导致集热管爆裂的问题；具体步骤如下：

步骤S1：当水位传感器检测到保温水箱内的水位低于设置的最低水位值时，读取上水管内的水温值和集热管内壁的温度值，若两者温差小于设定值，直接开启上水阀进行上水，反之，则打开连通阀和上水阀；

步骤S2：控制水泵输水；

步骤S3：当保温水箱内的水位达到设定点最高水位时，关闭上水阀、连通阀和水泵，停止上水。

优选的，所述步骤S2具体为：

步骤K1：检测上水管内的上水速度，并计算出相应的出水速度，计算公式如下：

T₁·v₁·t+T₂·v₂·t＝(T₁-T)(v₁·t+v₁·t)

整理得：v₁＝(T₁-T-T₂)v₂/T；

其中，T₁：集热管内的水温，单位(℃)；T₂：上水管内的水温，单位(℃)；T：设定的最大温差，单位(℃)；v₁：输水管输水速度，单位(m³/s)；v₂：上水管的上水速度，单位(m³/s)；t：单位时间；

步骤K2：控制水泵以相应的出水速度控制输水。

优选的，所述加热方法为：当太阳辐射传感器检测到太阳辐射强度低于设定值时，开启加热器对热水器内的水进行加热，所述加热器采用电加热器或燃气式加热器。

本发明有益效果是:

1.可防止因突然加入对热水器注入温差较大的冷水而导致集热管爆裂，并且自动上水；

2.当太阳辐射强度不够时，自动切换成电加热或燃气加热，同时又利用了太阳能加热的能量，比起纯电热水器或燃气热水器，节省了不少能源。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的外观结构图。

图2是本发明的具体实施方式的连接管连接图。

图3是本发明的具体实施方式的系统结构框图。

图4是本发明的具体实施方式的系统工作流程图。

附图中的标记为：1-热水器本体、11-集热管、12-保温水箱、13-支架、2-连通管、3-水泵、4-输水管、5-上水管、6-连接管、61-连通阀。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-4所示，一种太阳能热水器控制系统，包括热水器本体1，所述热水器本体1包括集热管11、保温水箱12和支架13，所述集热管11有多根，集热管11和水箱均由支架13支撑，集热管11的上端与水箱连通，所述集热管11的底部连通有连通管2，连通管2的一侧与水泵3的抽水口连通，水泵3的出水口连接有输水管4；所述保温水箱12外侧安装有上水管5和出水管，所述上水管5与输水管4通过连接管6连通，所述连接管6内设有连通阀61；

所述本系统还包括上水阀、上水管水温检测器、集热管温度传感器和单片机，所述单片机分别与水泵3、上水阀、上水管水温检测器、集热管温度传感器电性连接，所述上水阀安装在上水管5内，所述上水管水温检测器安装在上水管5内部，上水阀的下方，所述集热管温度传感器安装在集热管11内壁，用于检测集热管11内的水温。

优选的，所述本系统还包括水位传感器，所述水位传感器与单片机电性连接，安装在保温水箱12内部，用于检测保温水箱12内的水位。

优选的，本系统还包括输水管流速仪和上水管流速仪，所述输水管流速仪和上水管流速仪分别安装在输水管4和上水管5内部，分别用于检测输水管4和上水管5内水的流速。

优选的，本系统还包括太阳辐射传感器、水箱温度传感器和加热器，太阳辐射传感器用于检测太阳辐射强度，加热器安装在保温水箱12内部，水箱温度传感器用于检测保温水箱12内的水温。

优选的，所述连接管6倾斜设置，输水管4连接的一侧高于上水管5连接的一侧。

一种太阳能热水器控制方法，包括上水方法和加热方法，所述上水方法为：在热水器上水时，通过对将上水管5的冷水与热水器内的热水混合后再注入热水器，可防止在热水器上水时，由于集热管11内突然进入温差过大的冷水而导致集热管11爆裂的问题；具体步骤如下：

步骤S1：当水位传感器检测到保温水箱12内的水位低于设置的最低水位值时，读取上水管5内的水温值和集热管11内壁的温度值，若两者温差小于设定值，直接开启上水阀进行上水，反之，则打开连通阀61和上水阀；

步骤S2：检测上水管5内的上水速度，并计算出相应的出水速度，计算公式如下：

T₁·v₁·t+T₂·v₂·t＝(T₁-T)(v₁·t+v₁·t)

整理得：v₁＝(T₁-T-T₂)v₂/T；

其中，T₁：集热管11内水温，单位(℃)；T₂：上水管5内水温，单位(℃)；T：设定的最大温差，单位(℃)；v₁：输水管4输水速度，单位(m³/s)；v₂：上水管5上水速度，单位(m³/s)；t：单位时间；

步骤S3：控制水泵3以相应的出水速度控制输水；

步骤S4：当保温水箱12内的水位达到设定点最高水位时，关闭上水阀、连通阀61和水泵3，停止上水。

优选的，所述加热方法为：当太阳辐射传感器检测到太阳辐射强度低于设定值时，开启加热器对热水器内的水进行加热，所述加热器采用电加热器或燃气式加热器。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种太阳能热水器控制系统，包括热水器本体(1)，所述热水器本体(1)包括支架(13)，所述集热管(11)有多根，集热管(11)和水箱均由支架(13)支撑，集热管(11)的上端与水箱连通，其特征在于：

所述集热管(11)的底部连通有连通管(2)，连通管(2)的一侧与水泵(3)的抽水口连通，水泵(3)的出水口连接有输水管(4)；所述保温水箱(12)外侧安装有上水管(5)和出水管，所述上水管(5)与输水管(4)通过连接管(6)连通，所述连接管(6)内设有连通阀(61)；

所述本系统还包括上水阀、上水管水温检测器、集热管温度传感器和单片机，所述单片机分别与水泵(3)、上水阀、上水管水温检测器、集热管温度传感器电性连接，所述上水阀安装在上水管(5)内，所述上水管水温检测器安装在上水管(5)内部，上水阀的下方，所述集热管温度传感器安装在集热管(11)内壁，用于检测集热管(11)内的水温。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于：所述本系统还包括水位传感器，所述水位传感器与单片机电性连接，安装在保温水箱(12)内部，用于检测保温水箱(12)内的水位。

3.根据权利要求1所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于：所述本系统还包括输水管流速仪和上水管流速仪，所述输水管流速仪和上水管流速仪分别安装在输水管(4)和上水管(5)内部，分别用于检测输水管(4)和上水管(5)内水的流速。

4.根据权利要求1所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于：所述本系统还包括太阳辐射传感器、水箱温度传感器和加热器，太阳辐射传感器用于检测太阳辐射强度，加热器安装在保温水箱(12)内部，水箱温度传感器用于检测保温水箱(12)内的水温。

5.根据权利要求1所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于：所述连接管(6)倾斜设置，输水管(4)连接的一侧高于上水管(5)连接的一侧。

6.一种太阳能热水器控制方法，其特征在于：包括上水方法和加热方法，所述上水方法为：在热水器上水时，通过对将上水管(5)的冷水与热水器内的热水混合后再注入热水器，可防止在热水器上水时，由于集热管(11)内突然进入温差过大的冷水而导致集热管(11)爆裂的问题；具体步骤如下：

步骤S1：当水位传感器检测到保温水箱(12)内的水位低于设置的最低水位值时，读取上水管(5)内的水温值和集热管(11)内壁的温度值，若两者温差小于设定值，直接开启上水阀进行上水，反之，则打开连通阀(61)和上水阀；

步骤S2：控制水泵(3)输水；

步骤S3：当保温水箱(12)内的水位达到设定点最高水位时，关闭上水阀、连通阀(61)和水泵(3)，停止上水。

7.根据权利要求(6)所述的太阳能热水器控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：

步骤K1：检测上水管(5)内的上水速度，并计算出相应的出水速度，计算公式如下：

T₁·v₁·t+T₂·v₂·t＝(T₁-T)(v₁·t+v₁·t)

整理得：v₁＝(T₁-T-T₂)v₂/T；

其中，T₁：集热管(11)内的水温，单位(℃)；T₂：上水管(5)内的水温，单位(℃)；T：设定的最大温差，单位(℃)；v₁：输水管(4)输水速度，单位(m³/s)；v₂：上水管(5)的上水速度，单位(m³/s)；t：单位时间；

步骤K2：控制水泵(3)以相应的出水速度控制输水。

8.根据权利要求6所述的太阳能热水器控制方法，其特征在于：所述加热方法为：当太阳辐射传感器检测到太阳辐射强度低于设定值时，开启加热器对热水器内的水进行加热，所述加热器采用电加热器或燃气式加热器。