CN201715759U - 太阳能热水器上、下管道自动保温装置 - Google Patents

太阳能热水器上、下管道自动保温装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种太阳能热水器应用的装置，具体地说是一种太阳能热水器上、下管道自动保温装置；包括保温套，装在管道与保温套之间的伴热带，其特征在于：它还包括测温元件和电控制装置，测温元件紧贴管道固定在管道与保温套之间，电控制装置与测温元件和保温套连接。测温元件从管道外壁采集温度信息。进入冬季时接入电源，冬季结束后拔掉电源即可实现对管道的保温，方便、省心、安全；消除了现阶段使用的伴热带通电时间长耗电量大的缺陷，避免了伴热带长时间加热而可能发生的伴管道火灾现象。管内温度下降缓慢，当下降到小于等于下限设定值时重复启动伴热带，既防止了上、下水管道结冰，又节约了能源，延长了使用寿命，降低了使用成本。

Description

太阳能热水器上、下管道自动保温装置
技术领域  本实用新型涉及一种太阳能热水器应用的装置，具体地说是一种太阳能热水器上、下管道自动保温装置。
背景技术  太阳能热水器是一种清洁、环保、节能，在我国普及使用的民用装置。在东北、西北寒冷地区，冬季使用太阳能热水器，上、下水管道内结冰、冻裂时有发生，给用户和经销商带来了很多的烦恼和不便。
伴热带，也称加热体，依靠伴热带自控保温来实现防冻，即从太阳能热水器上、下水管道出口端到进户端之间套上专用保温套，上、下水管道与保温套中间夹有伴热带，经伴热带的电源线引入室内，防冻时主要经水温水位测控仪中的管道保温启动开关，通过手动启动或关闭，测控仪无此功能就采用单相插头直接插入电源，伴热带的特性是热缩冷胀，即在温度较低时内阻较小，视为导通，温度上升到自控温度时内阻较大，视为开路。
但现阶段太阳能热水器没有专用的伴热带，都是将工业用伴热带作为太阳能热水器伴热带的代用为，工业用伴热带的自动温控约在65～70℃，太阳能热水器出水管壁的温度由于热水经过要上升，但水温小于伴热带自控温度值，此时伴热带还是在加热，因工业用伴热带的自控温度范围远远高于太阳能热水器上、下水管道的防冻温度，造成伴热带通电时间长、耗电量大、浪费能源、成本大、宜损坏、宜失控，因伴热带失控引起的管道火灾时有发生，如果忘记打开电源就会使上、下水管道可能发生结冰、冻裂现象。所以说，现有防冻措施耗电量大、浪费能源、成本高、使用寿命短、宜失火、维修率高且可靠性差。
实用新型内容  本实用新型要解决的技术问题在于提供一种省电、工作可靠稳定、成本低、使用寿命长的太阳能热水器上、下管道自动保温装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，包括保温套，装在管道与保温套之间的伴热带，其特征在于：它还包括测温元件和电控制装置，测温元件紧贴管道固定在管道与保温套之间，电控制装置与测温元件和保温套连接。
测温元件从管道外壁采集温度信息。
电控制装置包括4外壳与装在外壳内的电路板，电路板包括采样电路、基准电路、比较电路、扩展电路、跟随电路、驱动电路和伴热带加热电路；比较电路输入端连接于基准电路和采样电路输出端，比较电路输出端连接于扩展电路输入端及跟随电路输入端，扩展电路输出端连接于采样电路输入端，跟随电路输出端连接于驱动电路输入端，驱动电路输出端连接于伴热带加热电路。
测温元件是热敏电阻或温度传感器，以热敏电阻为例，选用NTC负温度系数热敏电阻，当温度上升时，电阻值下降，温度下降时，电阻值增大。热敏电阻经信号线引入与伴热带同时固定在上、下水管道与保温套夹层中间，并且是放在宜冻位置，由于水温低于等于0℃时就会结冰，所以保温下限设定在2～5℃可调，为减少频繁启动，上限设定为10～15℃可调。
本实用新型的工作过程大致如下：当上、下水管道壁温度下降到小于等于设定下限值，热敏电阻值增大到了启动值的要求，伴热带通电加热上、下水管道，当管温加热到大于等于设定上限或因管道内热水经过使管温大于设定上限时，热敏电阻值减少，使启动电位降低，伴热带暂停加热。
由于本实用新型的测温元件紧贴管道固定在管道与保温套之间，测温元件测量的是太阳能热水器上、下水管道壁的温度，是以上、下水管道内温度来控制加热体工作过程，所以，只要进入冬季时接入电源，冬季结束后拔掉电源即可实现对管道的保温，方便、省心；不存在现阶段使用的伴热带由于忘记打开电源而使上、下水管道发生结冰、冻裂的现象；由于保温下限设定在2～5℃可调，上限设定为10～15℃可调，不会使管道水温接近于0℃的结冰温度，又减少了伴热带频繁启动，节能、安全；消除了现阶段使用的伴热带通电时间长耗电量大的缺陷，避免了伴热带长时间加热而可能发生的伴管道火灾现象。
由于保温套的保温作用，管内温度下降缓慢，当下降到小于等于下限设定值时重复启动伴热带，即防止了上、下水管道结冰，又节约了能源，延长了使用寿命，降低了使用成本。
附图说明  图1是本实用新型的工作原理方框图，
图2是本实用新型的工作原理电路图，
图3是本实用新型的应用示意图。
图中：1-保温套，2-管道，3-伴热带，4-测温元件，5-电控制装置，6-外壳，7-电路板，8-电源插头；
Ic1-1-第一双运算放大器，Ic1-2-第二双运算放大器，Ic0-三端稳压块，R1-采样分压电阻，R2-采样热敏电阻，R3-基准上分压电阻，R4-基准下分压电阻，R5-反馈电阻，R6-电阻，R7-第一限流电阻，R8-第二限流电阻，R9-第三限流电阻，VR-电阻器，BG-三极管，J-继电器，J1-1-继电器J常开触点，B-隔离式变压器，VD1、VD2、VD3与VD4-整流二极管，VD5-保护二极管，C1-保护电容，C2-第一滤波电容，C3-第二滤波电容，C4-第三滤波电容，C5-第四滤波电容，C6-第五滤波电容，LED1-工作指示灯，LED2-电源指示灯。
如图3所示：一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，包括保温套1，装在管道2与保温套1之间的伴热带3，其特征在于：它还包括测温元件4和电控制装置5，测温元件4紧贴管道2固定在管道2与保温套1之间，电控制装置5与测温元件4和保温套1连接。
电控制装置5包括外壳6与装在外壳6内的电路板7，如图1所示：电路板7包括采样电路、基准电路、比较电路、扩展电路、跟随电路、驱动电路和伴热带加热电路；比较电路输入端连接于基准电路和采样电路输出端，比较电路输出端连接于扩展电路输入端及跟随电路输入端，扩展电路输出端连接于采样电路输入端，跟随电路输出端连接于驱动电路输入端，驱动电路输出端连接于伴热带加热电路。
测温元件即可以是热敏电阻，也可以是温度传感器。
本实施例以热敏电阻作为测温元件4。图2所示是本实用新型的工作原理电路图：第一双运算放大器Ic1-1为比较电路；基准上分压电阻R3与基准下分压电阻R4串联分压后、基准上分压电阻R3与基准下分压电阻R4之间的连线连接于第一双运算放大器Ic1-1反相端作为基准电路，基准上分压电阻R3另一端接工作电源，基准下分压电阻R4另一端接地；采样分压电阻R1和采样热敏电阻R2串联分压后、采样分压电阻R1与采样热敏电阻R2之间的连线连接于第一双运算放大器Ic1-1同相端作为采样电路，采样分压电阻R1另一端接工作电源，采样热敏电阻R2另一端接地。
为了减少信号线内阻的影响，在第一双运算放大器Ic1-1同相端还并接有电阻R6，电阻R6的阻值较大在此可忽略不计。
第一双运算放大器Ic1-1输出端经电阻器VR与反馈电阻R5串联后，连接于第一双运算放大器Ic1-1同相端构成扩展电路，扩展电路反馈到采样电路，调整电阻器VR，使采样值产生变化；第一双运算放大器Ic1-1输出端再与作为跟随电路的第二双运算放大器Ic1-2同相端相连，控制电平从第二双运算放大器Ic1-2同相端输入，第二双运算放大器Ic1-2的输出端经第一限流电阻R7与三极管BG基极相连，三极管BG与继电器J组成驱动电路，经继电器J常开触点J1-1控制伴热带3。伴热带3与继电器J常开触点J1-1通过电源插头8串接于AC220V市电电源。
为了防止在采样热敏电阻R2开路状态下发生误启动，第二双运算放大器Ic1-2反相端与第二双运算放大器Ic1-1同相端直接相连，经采样分压电阻R1取得高电平，从而确保了第二双运算放大器Ic1-2输出端为低电平的工作条件。
为了防止带负载插电时插头瞬间产生较大火花，在第一双运算放大器Ic1-1同相端对地接一较大的保护电容C1，延缓时间由采样热敏电阻R2与保护电容C1放电时间而定，进入正常工作时，保护电容C1作为采样电容。
本实用新型的供电部分包括隔离式变压器B、桥式整流器、第一滤波电容C2与第二滤波电容C3；隔离式变压器B副边接整流二极管VD1、VD2、VD3与VD4组成的桥式整流器，桥式整流器输出端接第一滤波电容C2与第二滤波电容C3。
为了掌握了解本实用新型的工作状态，在桥式整流器的输出端接有工作指示灯LED1和电源指示灯LED2，为了防止过大电流烧毁工作指示灯LED1，工作指示灯LED1前面串联有第二限流电阻R8，同理，为了防止过大电流烧毁电源指示灯LED2，电源指示灯LED2前面串联有第三限流电阻R9；在桥式整流器的输出端还接有三端稳压块Ic0，三端稳压块Ic0输出端接第一双运算放大器Ic1-1、采样分压电阻R1和基准上分压电阻R3，为第一双运算放大器Ic1-1、采样分压电阻R1和基准上分压电阻R3提供稳定的工作电压。
在三端稳压块Ic0输出端还接有第三滤波电容C4、第四滤波电容C5、第五滤波电容C6。
继电器J并联有保护二极管VD5，作为三极管BG的保护二极管。
本实用新型电控制装置5的供电部分由隔离式变压器B变压为AC12V，经VD1～VD4整流二极管组成桥式整流器，再经第一滤波电容C2与第二滤波电容C3滤波为DC+12V电源，给继电器J，工作指示灯LED1、电源指示灯LED2及三端稳压块Ic0供电。
本实用新型工作过程如下：第一双运算放大器Ic1-1反相端电位由基准上分压电阻R3与基准下分压电阻R4分压后设定为基准电位，第一双运算放大器Ic1-1同相端电位由采样分压电阻R1与采样热敏电阻R2分压后获得，采样分压电阻R1选定后，采样热敏电阻R2阻值变化，使第一双运算放大器Ic1-1同相端电位产生对应变化，当上、下水管道内温度下降到小于等于下限设定值，第一分压热敏电阻R2阻值较大，与采样分压电阻R1分压后，使第一双运算放大器Ic1-1同相端电位大于反相端电位，使第一双运算放大器Ic1-1输出高电平，经第二双运算放大器Ic1-2跟随输出，使三极管BG集电极为低电平，从而使继电器J常开触点J1-1吸合，伴热带3加热。
第一双运算放大器Ic1-1输出为高电平时，由电阻器VR和与其串联的反馈电阻R5反馈到第一双运算放大器Ic1-1同相端，组成了电压正向反馈电路，使第一双运算放大器Ic1-1同相端电位提高，从而扩展了上升温度，调整电阻器VR电阻值，使反馈深度发生变化，从而达到调整管道温度上、下限变化的目的。
随着上、下水管道温度逐步上升，采样热敏电阻R2阻值变小，经第一分压R1分压后，第一双运算放大器Ic1-1同相端电位小于反相端电位，使第一双运算放大器Ic1-1输出低电平，从而使继电器J释放，伴热带停止加热。

Claims (9)

1.一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，包括保温套，装在管道与保温套之间的伴热带，其特征在于：它还包括测温元件(4)和电控制装置(5)，所述测温元件(4)紧贴所述管道(2)固定在所述管道(2)与所述保温套(1)之间，所述电控制装置(5)与所述测温元件(4)和所述保温套(1)连接；所述测温元件(4)是热敏电阻或温度传感器。
2.如权利要求1所述的一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，其特征在于：所述电控制装置(5)包括外壳(6)与装在所述外壳(6)内的电路板(7)。
3.如权利要求2所述的一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，其特征在于：所述电路板(7)包括采样电路、基准电路、比较电路、扩展电路、跟随电路、驱动电路和伴热带加热电路；所述比较电路输入端连接于所述基准电路和所述采样电路输出端，所述比较电路输出端连接于所述扩展电路输入端及所述跟随电路输入端，所述扩展电路输出端连接于所述采样电路输入端，所述跟随电路输出端连接于所述驱动电路输入端，所述驱动电路输出端连接于所述伴热带加热电路。
4.如权利要求3所述的一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，其特征在于：第一双运算放大器(Ic1-1)为所述比较电路；基准上分压电阻(R3)与基准下分压电阻(R4)串联分压后、基准上分压电阻(R3)与基准下分压电阻(R4)之间的连线连接于所述第一双运算放大器(Ic1-1)反相端作为所述基准电路，所述基准上分压电阻(R3)另一端接工作电源，所述基准下分压电阻(R4)另一端接地；采样分压电阻(R1)和采样热敏电阻(R2)串联分压后、采样分压电阻(R1)与采样热敏电阻(R2)之间的连线连接于所述第一双运算放大器(Ic1-1)同相端作为所述采样电路，所述采样分压电阻(R1)另一端接工作电源，所述采样热敏电阻(R2)另一端接地；
所述第一双运算放大器(Ic1-1)输出端经电阻器(VR)与反馈电阻(R5)串联后，连接于所述第一双运算放大器(Ic1-1)同相端构成所述扩展电路，所述扩 展电路反馈到所述采样电路，调整所述电阻器(VR)，使采样值产生变化；所述第一双运算放大器(Ic1-1)输出端再与作为所述跟随电路的第二双运算放大器(Ic1-2)同相端相连，控制电平从所述第二双运算放大器(Ic1-2)同相端输入，所述第二双运算放大器(Ic1-2)的输出端经第一限流电阻(R7)与三极管(BG)基极相连，所述三极管(BG)与继电器(J)组成所述驱动电路，经所述继电器(J)常开触点(J1-1)控制所述伴热带(3)，所述伴热带(3)与所述继电器(J)所述常开触点(J1-1)通过电源插头(8)串接于AC220V市电电源。
5.如权利要求4所述的一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，其特征在于：所述第一双运算放大器(Ic1-1)同相端并接有电阻(R6)，所述第一双运算放大器(Ic1-1)同相端对地接有保护电容(C1)。
6.如权利要求4或5所述的一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，其特征在于：所述继电器(J)并联有保护二极管(VD5)。
7.如权利要求6所述的一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，其特征在于：该装置的供电部分包括隔离式变压器(B)、桥式整流器、第一滤波电容(C2)与第二滤波电容(C3)；所述隔离式变压器(B)副边接整流二极管(VD1、VD2、VD3、VD4)组成的桥式整流器，所述桥式整流器输出端接第一滤波电容(C2)与第二滤波电容(C3)。
8.如权利要求7所述的一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，其特征在于：所述桥式整流器的输出端接有工作指示灯(LED1)和电源指示灯(LED2)，所述工作指示灯(LED1)前面串联有第二限流电阻(R8)，所述电源指示灯(LED2)前面串联有第三限流电阻(R9)。
9.如权利要求8所述的一种太阳能热水器上、下水管道自动保温装置，其特征在于：所述桥式整流器的输出端还接有三端稳压块(Ic0)，所述三端稳压块(Ic0)输出端接所述第一双运算放大器(Ic1-1)、所述采样分压电阻(R1)和所述基准上分压电阻(R3)。 
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