CN112524825A - 太阳能热水器控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种太阳能热水器控制系统及控制方法。该控制系统包括太阳能热水器；保温装置，通过第一管路与太阳能热水器连接，第一管路上设置有第一电磁阀；补水装置，连接有第一补水管路和第二补水管路，第一补水管路与太阳能热水器连接且设置有第二电磁阀，第二补水管路与保温装置连接且设置有第三电磁阀；空气源热泵，通过加热管路与保温装置连接；控制器，与所述空气源热泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀连接。上述太阳能热水器控制系统极大地扩展了太阳能热水器的功能和适用范围，具有广阔的应用前景。

Description

太阳能热水器控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能热水器技术领域，特别是涉及一种太阳能热水器控制系统及控制方法。

背景技术

太阳能热水器在二十世纪70年代开始走进中国。家用太阳能热水器一般蓄水容量为80升～620升。

然而，这对于人比较多的大家庭或一栋出租房是远远不够用的，并且在冬天或长时间阴雨天时，太阳能热水器往往无法发挥作用。

发明内容

基于此，有必要针对传统的太阳能热水器容量小以及阴雨天无法发挥作用的问题，提供一种改进的太阳能热水器控制系统。

一种太阳能热水器控制系统，包括：

太阳能热水器，用于对充入的水进行太阳能加热；

保温装置，通过第一管路与所述太阳能热水器连接，所述第一管路上设置有第一电磁阀；

补水装置，通过第一补水管路与所述太阳能热水器连接，以及通过第二补水管路与所述保温装置连接，所述第一补水管路上设置有第二电磁阀，所述第二补水管路上设置有第三电磁阀；

空气源热泵，通过加热管路与所述保温装置连接；

控制器，与所述空气源热泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀连接，用于在所述太阳能热水器中的水达到预设温度时，控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀打开，所述第三电磁阀关闭，所述太阳能热水器经所述第一管路向所述保温装置输送热水，所述补水装置通过所述第一补水管路向所述太阳能热水器补水；及，

用于在所述太阳能热水器中的水在第一预设时间内持续低于所述预设温度时，控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀关闭，所述第三电磁阀和所述空气源热泵打开，所述补水装置通过所述第二补水管路向所述保温装置补水，所述空气源热泵通过所述加热管路加热所述保温装置中的水。

上述太阳能热水器控制系统，利用保温装置可扩大太阳能热水器的储存容量，从而满足大家庭和群居住户的用水需求，并且通过边存储边补水的管路设计，可在避免爆管现象的同时充分利用太阳能资源；除此之外，通过空气源热泵可避免太阳能热水器在冬天或阴雨天失效的情况，从而保障居民的热水供应。上述控制系统可通过一个控制器控制，从而提高了控制集中度，避免了传统太阳能热水器拼凑式控制带来的不便。

在其中一个实施例中，所述第一预设时间大于或等于1天。

在其中一个实施例中，所述保温装置上还连接有向外界输送热水的第二管路，所述第二管路上设置有热水加压泵，用于对所述第二管路中的热水加压。

在其中一个实施例中，还包括回流管路，所述回流管路的一端与所述热水加压泵的出水端连接，另一端与所述保温装置连接，所述回流管路上设置有回流电磁阀，所述回流电磁阀与所述控制器连接，用于在所述热水加压泵启动的同时由所述控制器控制打开，并经第二预设时间后关闭。

在其中一个实施例中，所述第二预设时间为5s～10s。

在其中一个实施例中，所述热水加压泵与所述控制器连接，且所述控制系统还包括流量计，所述流量计设置在所述第二管路上并与所述控制器连接，以在热水流过所述流量计时，由所述控制器控制所述热水加压泵的电源自锁。

在其中一个实施例中，还包括冷水输送装置，所述冷水输送装置与所述第二管路连接，用于输送冷水至所述第二管路。

在其中一个实施例中，所述保温装置的容量范围包括50L～1450L。

在其中一个实施例中，所述太阳能热水器具有两个或两个以上。

本申请还提供一种如前所述的太阳能热水器控制系统的控制方法。

一种太阳能热水器控制系统的控制方法，包括：

S100、检测所述太阳能热水器中的水温；

S200、若该水温达到其预设值，则打开所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，关闭所述第三电磁阀，使所述太阳能热水器经所述第一管路向所述保温装置输送热水，及使所述补水装置通过所述第一补水管路向所述太阳能热水器补水，执行步骤S300；若该水温在所述第一预设时间内持续低于其预设值，则关闭所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，打开所述第三电磁阀和所述空气源热泵，使所述补水装置通过所述第二补水管路向所述保温装置补水，及使所述空气源热泵通过所述加热管路加热所述保温装置中的水，执行步骤S500；

S300、检测所述保温装置中的水位；

S400、若该水位达到其预设值，则关闭所述第一电磁阀和所述第二电磁阀；

S500、检测所述保温装置中的水位和水温；

S600、若该水位和/或水温达到各自的预设值，则关闭所述第三电磁阀和/或所述空气源热泵。

上述太阳能热水器控制系统的控制方法，通过将太阳能热水器中的热水转移到保温装置中储存可显著提高太阳能热水器的储存容量，从而满足大家庭和群居住户的用水需求；并且，通过控制电磁阀的开闭可实现边存储边补水，可在避免爆管现象的同时充分利用太阳能资源；除此之外，通过空气源热泵可避免太阳能热水器在冬天或阴雨天失效的情况，进而保障居民的热水供应。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例控制系统的结构示意图；

图2为本申请一实施例控制方法的流程示意图。

100、控制系统，

10、太阳能热水器，101、热水器电磁阀，11、第一管路，111、第一电磁阀，

20、保温装置，201、热水加压泵，202、流量计，21、第二管路，22、回流管路，221、回流电磁阀，

30、补水装置，301、抽水泵，31、第一补水管路，311、第二电磁阀，32、第二补水管路，321、第三电磁阀，

40、空气源热泵，41、加热管路。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

家用太阳能热水器通常容量较小(最多为500L左右)，且在实际使用过程中会遇到许多问题，主要表现在以下几个方面：

(1)太阳能热水器的蓄水量不够，只适用于3-4人的家庭；

(2)冬天或长时间阴雨天时，太阳能热水器无法发挥作用；

(3)在实际使用时，热水管道往往到水龙头有很长一段距离，管道中的热水会因外界温度影响会变冷，使用者会等较长一段时间将冷水放完热水才会过来，给使用带来不方便；

(4)大多数用户需要加一个热水泵对热水进行加压而获得良好的冲凉效果。目前多数使用压力阀实行自动开启/停止热水泵但效果不好，原因是当热水关小时压力阀会自动关闭，热水泵也就停止运行。从而出现或热或冷现象，即小流量热水的控制效果较差；

(5)传统的太阳能热水器系统中，太阳能热水器自带一个控制器，空气能自带一个控制器，须分别控制才能获得热水，集成化程度低。

针对上述缺陷，如图1所示，本申请提供一种改进的太阳能热水器控制系统100。该控制系统100包括太阳热水器10、保温装置20、补水装置30、空气源热泵40以及控制器(图未示出)。

具体的，太阳能热水器10中预先充入有水，并可利用太阳能对水进行加热。具体的，可以如果该控制系统100应用在城市，则太阳能热水器10中的水可以是自来水，如果该控制系统100应用在农村或山区，则太阳能热水器10中可以是山泉水。

保温装置20通过第一管路11与太阳能热水器10连接，第一管路11上设置有第一电磁阀111，第一电磁阀111可用于控制第一管路11的通断。具体的，保温装置的容量需要尽可能的大，例如可以是50L～1450L，进一步的，可以是500L～1000L，本申请对保温装置的实际容量并不做限制，只需满足至少30人的24小时日常用水即可。另外，保温装置20的形状可以是圆桶状，也可以是立方体状，具体可根据保温装置的实际安装环境确定。

补水装置30通过第一补水管路31与太阳能热水器10连接，以及通过第二补水管路32与保温装置20连接，第一补水管路31上设置有第二电磁阀311，第二补水管路32上设置有第三电磁阀321。具体的，补水装置30可以包括抽水泵301和水源，水源同样可以是自来水或储存好的山泉水。第一补水管路31和第二补水管路32的进水端共同与补水装置30的出水端连接，以图1所示为例，可以共同与抽水泵301的出水端连接。第二电磁阀311可用于控制第一补水管路31的通断，第三电磁阀321可用于控制第二补水管路32的通断。

空气源热泵40通过加热管路41与保温装置20连接。空气源热泵40可利用空气中存在的空气能对流过热泵的液体进行加热。以图1所示为例，空气源热泵40启动后，保温装置20中的水可经加热管路7流经空气源热泵40从而被加热，加热后的水继续经加热管路7流回保温装置20中。

控制器(图未示出)与空气源热泵40、第一电磁阀111、第二电磁阀311和第三电磁阀321连接，主要用于控制空气源热泵40以及各电磁阀的打开或关闭，从而通过保温装置20向外界输送热水。该控制器可采用模块化设计，从而有利于减少器件，降低线路复杂度，提升控制的可靠性。

具体的，在太阳能热水器10中的水达到预设温度时，控制器可控制第一电磁阀111和第二电磁阀311打开，第三电磁阀321关闭，太阳能热水器10经第一管路11向保温装置20输送热水，补水装置30通过第一补水管路31向太阳能热水器10补水。此时，表明外界阳光充足，太阳能热水器能够利用太阳能使其中的水达到预设温度，从而控制器控制电磁阀进行上述动作，使太阳能热水器10中的热水输送至保温装置20进行储存，同时，由于太阳能热水器10中的水量下降，太阳能热水器10的进水口也会打开，以使补水装置30及时地抽取水源对太阳能热水器10进行水量补偿，从而防止太阳能热水器10因温度过高而出现爆管现象，并且也可继续利用太阳能对补充的水进行加热，进而实现外界太阳能资源的不间断利用。另外，当太阳能热水器10中的水在某一时刻低于预设温度或保温装置20中的水达到上限水位时，则关闭第一电磁阀111和第二电磁阀311，停止向太阳能热水器10泵水。如此往复，可将多批太阳能热水器10中的热水输送到保温装置20中储存，从而显著提升热水的储存容量。进一步的，该预设温度可以是40℃～60℃中的任意值，进一步的，可以是45℃～55℃中的任意值，从而可以在保证热水温度和太阳能资源的充分利用之间取得平衡。

另一实施方式中，在太阳能热水器10中的水在第一预设时间内持续低于预设温度时，控制第一电磁阀111和第二电磁阀311关闭，第三电磁阀321和空气源热泵40打开，补水装置30通过第二补水管路32向保温装置20补水，空气源热泵40通过加热管路41加热保温装置20中的水。此时，表面外界阳光不充足，例如在冬天太阳光很弱或是连续阴雨天时，太阳能热水器10中的水会在一定时间内(例如可以至少是1天)持续低于预设温度而基本不起作用，保温装置20中水的水位和水温也无法维持在最低水位和水温。在该情况下，控制器通过控制各电磁阀进行上述动作，可及时地向保温装置20中补充水量，同时可启动空气源热泵40来对保温装置20中的水加热。当保温装置20中的水达到上限水位时，停止补水，而水位低于下限水位时，则继续补水；当保温装置20中的水达到上限温度时，关闭空气源热泵40，停止加热，而水温低于下限水温时，则又打开空气源热泵40，继续加热。如此往复，从而维持保温装置20中的水位和水温。进一步的，保温桶中水的上限温度小于或等于前述的预设温度。

上述太阳能热水器控制系统100，利用保温装置可扩大太阳能热水器的储存容量(与传统的太阳能热水器相比至少扩大了5-8倍)，从而能够满足大家庭和群居住户的用水需求，并且通过边存储边补水的管路设计，可在避免爆管现象的同时充分利用太阳能资源；除此之外，通过空气源热泵可避免太阳能热水器在冬天或阴雨天失效的情况，从而保障居民的热水供应。上述控制系统可通过一个控制器控制，从而提高了控制集中度，避免了传统太阳能热水器拼凑式控制带来的不便。

在示例性实施方式中，如图1所示，保温装置20上还连接有向外界输送热水的第二管路21，第二管路21上设置有热水加压泵201，用于对第二管路21中的热水加压。具体的，热水加压泵201设置在第二管路21靠近外界热水龙头的位置上，在太阳能热水器10中的水达到预设温度时，热水流过热水加压泵201的阀门，热水加压泵201会自动启动，对第二管路21中的热水加压，从而提升热水龙头出水口处的热水喷射效果。

进一步的，请继续参考图1，控制系统100还包括回流管路22，回流管路22的一端与热水加压泵201的出水端连接，另一端与保温装置20连接，回流管路22上设置有回流电磁阀221，回流电磁阀221与控制器连接，用于在热水加压泵201启动的同时由控制器控制打开，并经第二预设时间后关闭。由于在实际使用时，热水管道往往到水龙头有很长一段距离，管道中的热水会因外界温度影响会变冷，使用者会等较长一段时间将冷水放完热水才会过来，给使用带来不方便。因此，通过在热水加压泵201的出水端增设一条回流管路，可先使热水对第二管路21中的大部分管路进行预热，再使该部分已变冷的热水在热水加压泵201的加压作用下经回流管路22快速流回保温装置20，最后经过第二预设时间，关闭回流电磁阀221，第二管路21的预热效果达到，此时从保温装置20中输出的热水便不会因外界管路温度降低而导致输出的热水变冷，从而大大节省了热水等待时间，同时起到了节约用水的作用。更进一步的，第二预设时间为5s～10s，如此有利于在避免热水变冷和快速使用热水之间取得平衡。

在示例性实施方式中，热水加压泵201与控制器连接，且如图1所示，控制系统100还包括流量计202，流量计202设置在第二管路21上并与控制器连接，以在热水流过流量计202时，由控制器控制热水加压泵201的电源自锁。由于传统太阳能热水器不能较好地控制小流量热水，容易出现忽冷忽热的现象。因此，通过在第二管路21上增设一个流量计202，可方便判断第二管路21中是否有热水流过。优选的，流量计202设置在外界热水龙头和热水加压泵201之间。当流量计202检测到有热水流过时，控制器便会控制热水加压泵201的电源自锁，从而使热水加压泵201保持开启状态，避免因小流量导致热水加压泵201的压力阀关闭而使得热水加压泵201也一起断电关闭。通过上述方式，可使热水加压泵201仅在水龙头完全关掉的时候(即没有热水流过流量计202时)才会断电关闭，从而保证了小流量热水的使用体验。

在示例性实施方式中，控制系统100还包括冷水输送装置(图未示出)，冷水输送装置与第二管路21连接，用于输送冷水至第二管路，以与第二管路21中的热水混合，从而达到用户所需的水温。具体的，冷水输送装置可包括蓄水池，用于储存冷水；以及冷水管路，一端与蓄水池连接，另一端与第二管路21连接，冷水管路上设置有冷水加压泵，用于将蓄水池中的冷水加压泵入第二管路21。另一实施方式中，冷水管路具有两个端口，一个端口可与第二管路21连接，另一端口可与冷水龙头连接，以方便使用蓄水池中的冷水。

在示例性实施方式中，如图1所示，太阳能热水器10具有两个或两个以上，如此可尽可能的满足大容量保温装置20的蓄水要求。具体的，相邻两个太阳能热水器10之间可通过管路互相连通，第一补水管路31也可具有多条，且分别连接在该相邻太阳能热水器10之间的管路上。

另一实施方式中，控制系统100还包括通讯模块，从而有利于实现操作人员手机的远程控制和报警。另外，控制系统100还可设置触摸屏，以实现触屏控制。

本申请还提供一种上述太阳能热水器控制系统100的控制方法。如图2所示，该控制方法包括如下步骤：

S100、检测太阳能热水器10中的水温。

具体的，可以在太阳能热水器10中设置温度传感器进行检测。

S200、若该水温达到其预设值，则打开第一电磁阀111和第二电磁阀311，关闭第三电磁阀321，使太阳能热水器10经第一管路11向保温装置20输送热水，及使补水装置30通过第一补水管路31向太阳能热水器10补水，执行步骤S300；若该水温在第一预设时间内持续低于其预设值，则关闭第一电磁阀111和第二电磁阀311，打开第三电磁阀321和空气源热泵40，使补水装置40通过第二补水管路32向保温装置20补水，及使空气源热泵40加热保温装置30中的水，执行步骤S500。

例如，在外界阳光充足时，水温容易到达其预设值，此时通过打开第一电磁阀111和第二电磁阀311，关闭第三电磁阀321，可将太阳能热水器10中的热水储存至保温装置中；而在外界阳光持续不充足，水温始终无法达到其预设值时，通过关闭第一电磁阀111和第二电磁阀311，打开第三电磁阀321和空气源热泵40，可快速加热保温装置20中的水并使保温装置20中的水维持在一定水量，从而保障热水供应。

S300、检测保温装置20中的水位。

S400、若该水位达到其预设值，则关闭第一电磁阀111和第二电磁阀311。

通过上述方式，可避免保温装置20中的水过多而影响控制系统100的运作。

S500、检测保温装置20中的水位和水温。

S600、若该水位和/或水温达到各自的预设值，则关闭第三电磁阀321和/或空气源热泵40。

通过上述方式，可避免保温装置20中的水温度过高或水量过多而影响控制系统100的运作。

上述太阳能热水器控制系统100的控制方法，通过将太阳能热水器10中的热水转移到保温装置20中储存可显著提高太阳能热水器10的储存容量，从而满足大家庭和群居住户的用水需求；并且，通过控制电磁阀的开闭可实现边存储边补水，可在避免爆管现象的同时充分利用太阳能资源；除此之外，通过空气源热泵40可避免太阳能热水器10在冬天或阴雨天失效的情况，进而保障居民的热水供应。

本申请的太阳能热水器具有较佳的通用性，且极大地扩展了太阳能热水器的功能和适用范围，无论在偏远的农村还是繁华的城市都适用，具有广阔的应用前景。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太阳能热水器控制系统，其特征在于，包括：

太阳能热水器，用于对充入的水进行太阳能加热；

保温装置，通过第一管路与所述太阳能热水器连接，所述第一管路上设置有第一电磁阀；

补水装置，通过第一补水管路与所述太阳能热水器连接，以及通过第二补水管路与所述保温装置连接，所述第一补水管路上设置有第二电磁阀，所述第二补水管路上设置有第三电磁阀；

空气源热泵，通过加热管路与所述保温装置连接；

控制器，与所述空气源热泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀连接，用于在所述太阳能热水器中的水达到预设温度时，控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀打开，所述第三电磁阀关闭，所述太阳能热水器经所述第一管路向所述保温装置输送热水，所述补水装置通过所述第一补水管路向所述太阳能热水器补水；及，

用于在所述太阳能热水器中的水在第一预设时间内持续低于所述预设温度时，控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀关闭，所述第三电磁阀和所述空气源热泵打开，所述补水装置通过所述第二补水管路向所述保温装置补水，所述空气源热泵通过所述加热管路加热所述保温装置中的水。

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，所述第一预设时间大于或等于1天。

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，所述保温装置上还连接有向外界输送热水的第二管路，所述第二管路上设置有热水加压泵，用于对所述第二管路中的热水加压。

4.根据权利要求3所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于，还包括回流管路，所述回流管路的一端与所述热水加压泵的出水端连接，另一端与所述保温装置连接，所述回流管路上设置有回流电磁阀，所述回流电磁阀与所述控制器连接，用于在所述热水加压泵启动的同时由所述控制器控制打开，并经第二预设时间后关闭。

5.根据权利要求4所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于，所述第二预设时间为5s～10s。

6.根据权利要求3所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于，所述热水加压泵与所述控制器连接，且所述控制系统还包括流量计，所述流量计设置在所述第二管路上并与所述控制器连接，以在热水流过所述流量计时，由所述控制器控制所述热水加压泵的电源自锁。

7.根据权利要求3所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于，还包括冷水输送装置，所述冷水输送装置与所述第二管路连接，用于输送冷水至所述第二管路。

8.根据权利要求1-7任一项所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于，所述保温装置的容量范围包括50L～1450L。

9.根据权利要求8所述的太阳能热水器控制系统，其特征在于，所述太阳能热水器具有两个或两个以上。

10.一种如权利要求1所述的太阳能热水器控制系统的控制方法，其特征在于，包括：

S100、检测所述太阳能热水器中的水温；

S200、若该水温达到其预设值，则打开所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，关闭所述第三电磁阀，使所述太阳能热水器经所述第一管路向所述保温装置输送热水，及使所述补水装置通过所述第一补水管路向所述太阳能热水器补水，执行步骤S300；若该水温在所述第一预设时间内持续低于其预设值，则关闭所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，打开所述第三电磁阀和所述空气源热泵，使所述补水装置通过所述第二补水管路向所述保温装置补水，及使所述空气源热泵通过所述加热管路加热所述保温装置中的水，执行步骤S500；

S300、检测所述保温装置中的水位；

S400、若该水位达到其预设值，则关闭所述第一电磁阀和所述第二电磁阀；

S500、检测所述保温装置中的水位和水温；

S600、若该水位和/或水温达到各自的预设值，则关闭所述第三电磁阀和/或所述空气源热泵。

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