一種用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫控制一體化裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動(dòng)控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫 控制一體化裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今太陽能熱水器被廣泛使用，太陽能熱水器通過太陽能加熱冷水使其溫度升 高，但由于加熱一直持續(xù)直到?jīng)]有太陽能供給，即無法控制太陽能加熱的時(shí)間，以至于太陽 能熱水器加熱的水溫度會一直升高到一個(gè)較高的值，對于用戶來說就需要在使用時(shí)調(diào)節(jié)閥 門使冷、熱水混合來達(dá)到一個(gè)適宜的水溫，不僅操作繁瑣，而且水溫變化幅度大。同時(shí)，使用 太陽能熱水器時(shí)，由于太陽能熱水從樓頂接入室內(nèi)，熱水管道較長，管道中殘余的熱水會迅 速冷卻，變成管道殘余冷水，用戶使用熱水時(shí)需先放掉這部分冷卻的水，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)。
[0003] 針對管道殘余冷水問題，目前主要的處理方法是通過水泵將管道殘余冷水抽回至 加熱處進(jìn)行再次加熱，但是存在能量浪費(fèi)、管道布置復(fù)雜的缺陷。而針對水溫調(diào)節(jié)的問題， 目前主要的產(chǎn)品是通過熱敏元件的熱脹冷縮的機(jī)械調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)冷、熱水各自混合量以調(diào) 節(jié)水溫，但是無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制水溫，并且在水壓變化的情況下，熱敏元件反復(fù)伸縮，容易 導(dǎo)致產(chǎn)品的使用壽命降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫控制一體化裝置及方 法，以改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫控制一體化裝置， 包括來水分離管道系統(tǒng)、水溫控制體統(tǒng)、自來水管道系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及用水管道系統(tǒng)：
[0006] 來水分離管道系統(tǒng)主要由用于接收太陽能熱水器加熱的水的主管道、以及與主管 道連通的第一支管道、第二支管道構(gòu)成，主管道內(nèi)部設(shè)有主管道溫度傳感器，第一支管道上 設(shè)有第一電磁閥，第二支管道上設(shè)有第二電磁閥；
[0007] 水溫控制系統(tǒng)主要由混合箱、熱水水箱、自來水水箱、熱水進(jìn)水小管道、自來水進(jìn) 水小管道、混合箱殘余水回收管道以及儲水箱構(gòu)成，混合箱內(nèi)部設(shè)有混合箱溫度傳感器，熱 水進(jìn)水小管道為若干個(gè)并且其上均設(shè)有控制熱水微型電磁閥，自來水進(jìn)水小管道為若干個(gè) 并且其上均設(shè)有控制自來水微型電磁閥，混合箱殘余水回收管道上設(shè)有第三電磁閥；
[0008] 自來水管道系統(tǒng)主要由內(nèi)部設(shè)有自來水溫度傳感器的自來水管道構(gòu)成；
[0009] 第一支管道的出水端與儲水箱連通，第二支管道的出水端與熱水水箱連通，用水 管道系統(tǒng)與混合箱的下端連通；
[0010] 控制系統(tǒng)與主管道溫度傳感器、混合箱溫度傳感器、自來水溫度傳感器之間分別 設(shè)有信號線，與第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、控制熱水微型電磁閥、控制自來水微 型電磁閥之間分別設(shè)有導(dǎo)線。
[0011] 作為本發(fā)明的用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫控制一體化裝置的改進(jìn)，混合箱內(nèi)部 設(shè)有層狀設(shè)置的混水板。
[0012] 作為本發(fā)明的用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫控制一體化裝置進(jìn)一步改進(jìn)，混水板 從上至下設(shè)有若干層，奇數(shù)層為中部掏空狀，偶數(shù)層為兩側(cè)掏空狀，奇數(shù)層中部掏空部分的 面積小于偶數(shù)層剩余部分的面積。
[0013] 本發(fā)明的一種采用用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫控制一體化裝置實(shí)現(xiàn)的節(jié)水及 水溫控制方法，包含以下步驟：
[0014] 步驟1，主管道溫度傳感器所測熱水水溫為T1，用戶設(shè)定水溫為T，當(dāng)I\< T時(shí)，第 一電磁閥打開、第二電磁閥關(guān)閉，當(dāng)Tg T時(shí)，第一電磁閥關(guān)閉、第二電磁閥打開；
[0015] 步驟2,自來水溫度傳感器測得自來水水溫為T2，先假設(shè)熱水進(jìn)水小管道中的熱水 和自來水進(jìn)水管道中的自來水的流速相同，由于熱水進(jìn)水小管道、自來水進(jìn)水管道口徑相 同，要使熱水、自來水混合后的水溫為Τ，則需滿足式一
[0016]
[0017] 其中，^為熱水進(jìn)水小管道開啟數(shù)目，η 2為自來水進(jìn)水小管道開啟數(shù)目，控制系統(tǒng) 經(jīng)過計(jì)算，得到熱水進(jìn)水小管道、自來水進(jìn)水管道應(yīng)開啟的數(shù)目之比，控制系統(tǒng)取熱水進(jìn)水 小管道或自來水進(jìn)水管道開啟數(shù)目的最大值，即滿足Ill接近熱水進(jìn)水小管道的個(gè)數(shù)或者η 2接近自來水進(jìn)水管道的個(gè)數(shù)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號使控制熱水微型電磁閥打開^個(gè)，使控制 自來水微型電磁閥打開112個(gè)；
[0018] 步驟3,混合箱溫度傳感器測得混合箱內(nèi)混合水的水溫T3，熱水進(jìn)水小管道中的熱 水、自來水進(jìn)水管道中的自來水實(shí)際流速并不相同，當(dāng)T3> T+3°C或T3< T-3°C時(shí)，實(shí)際情 況為式二
[0019]
[0020] 其中，V 1為熱水進(jìn)水小管道應(yīng)當(dāng)開啟數(shù)目，V 2為自來水進(jìn)水小管道應(yīng)當(dāng)開 啟數(shù)目，控制系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算，得到熱水進(jìn)水小管道、自來水進(jìn)水管道應(yīng)當(dāng)開啟的數(shù)目之比 Y /n' 2，同時(shí)控制系統(tǒng)取熱水進(jìn)水小管道或自來水進(jìn)水管道應(yīng)當(dāng)開啟數(shù)目的最大值，即 滿足η' i接近熱水進(jìn)水小管道的個(gè)數(shù)或者η' 2接近自來水進(jìn)水管道的個(gè)數(shù)；
[0021] 步驟4,控制系統(tǒng)400將Y 1與rip Y 2與η 2分別通過式三與式四
[0022] Δ J= nr
[0023] Δ 2= nr2~n2
[0024] 進(jìn)行計(jì)算得到八占 Λ 2，其中，八占 Λ 2均取整數(shù)，當(dāng)Λ i> 〇時(shí)，控制系統(tǒng)控制 開啟△ if控制熱水微型電磁閥，當(dāng)Δ ι<〇時(shí)，控制系統(tǒng)控制關(guān)閉-Δ i個(gè)控制熱水微型電 磁閥，當(dāng)Λ 2>〇時(shí)，控制系統(tǒng)控制開啟Λ 2個(gè)控制自來水微型電磁閥當(dāng)Λ 2<〇時(shí)，控制系 統(tǒng)控制關(guān)閉-Δ 2個(gè)控制自來水微型電磁閥，此時(shí)混合箱水溫達(dá)到T ± 3 °C ;
[0025] 步驟5,當(dāng)用戶用完水后，混合箱溫度傳感器檢測到混合箱內(nèi)混合水水溫T3，殘余 水的溫度冷卻到預(yù)先設(shè)定的溫度T'控制系統(tǒng)通過式五
[0026] A3=T3-Tr
[0027] 進(jìn)行計(jì)算得到Δ3，其中，T3為混合箱溫度傳感器檢測的混合箱內(nèi)混合水即殘余水 水溫，τ'為預(yù)先設(shè)定的混合箱內(nèi)混合水的回收臨界溫度，當(dāng)λ3> O時(shí)，控制系統(tǒng)控制第三 電磁閥打開，當(dāng)Δ3< O時(shí)，控制系統(tǒng)控制第三電磁閥關(guān)閉。
[0028] 本發(fā)明的有益效果：
[0029] 1.用戶只需在使用熱水前設(shè)定好所需水溫值，就可在水龍頭處直接使用熱水，因 此本發(fā)明具有操作方便的優(yōu)點(diǎn)；
[0030] 2.控制系統(tǒng)通過兩次計(jì)算已配置好一定的冷、熱水，均勻混合后水溫能達(dá)到設(shè)定 值，因此本發(fā)明能夠準(zhǔn)確控溫；
[0031] 3.太陽能熱水器的管道殘余冷水經(jīng)來水分離管道系統(tǒng)分離后由儲水箱回收，混合 箱的殘余冷水由儲水箱回收，避免了這部分水的人為浪費(fèi)，因此本發(fā)明具有節(jié)水的優(yōu)點(diǎn)；
[0032] 4.太陽能熱水器的管道殘余冷水無需通過水泵抽上太陽能加熱水箱，而直接作為 生活用水，使得整個(gè)裝置耗電量小，因此本發(fā)明具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)；
[0033] 5.本發(fā)明的裝置大體是通過管道、混合箱、控制系統(tǒng)和電磁閥組成，結(jié)構(gòu)簡單；
[0034] 6.本發(fā)明的裝置最終運(yùn)行由電磁閥開閉為主，電磁閥性能穩(wěn)定且壽命較長，裝置 比較耐用，使用壽命長。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的一種用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫控制一體化裝置的立體結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明的一種用于太陽能熱水器節(jié)水及水溫控制一體化裝置的正視結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明的混合箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖4為本發(fā)明的混合箱的透視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 附圖標(biāo)記：
[0040] 來水分離管道系統(tǒng)100,主管道101，第一支管道102,第一電磁閥103,第二支管道 104,第二電磁閥105,主管道溫度傳感器106,水溫控制體統(tǒng)200,混合箱201，混水板202,混 合箱溫度傳感器203,熱水水箱204,自來水水箱205,熱水進(jìn)水小管道206,控制熱水微型電 磁閥207,自來水進(jìn)水小管道208,控制自來水微型電磁閥209,混合箱殘余水回收管道210， 第三電磁閥211，自來水管道系統(tǒng)300,自來水管道301，自來水溫度傳感器302,控制系統(tǒng) 400,用水管道系統(tǒng)500,用水閥門501，用水水龍頭502。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 太陽能熱水器主要由平板集熱器、太陽能加熱水箱、水管、控制面板、支架及配件 等部分組成。平板集熱