一种太阳能热水器水管保护装置的制作方法

本实用新型涉及一种太阳能热水器，特别涉及太阳能热水器的水管保护装置。

背景技术：

太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的装置，将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，主要以真空管式太阳能热水器为主，占据国内95％的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成，把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管，真空集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。随着不同地区人们的需求不同，为了提高太阳能热水器的适用范围，太阳能热水器在传统基础上已经有了升级，除了传统的真空式完全依靠太阳散发出热量加热水之外，目前已经发展成给传统太阳能热水器增加光伏发电装置和依靠～220v市电辅助加热等这类太阳能热水器。

传统热水器主要依靠太阳光加热凉水，但是由于受光照和季节影响，遇到阴雨天以及冬季光照不充足时常常难以满足用户使用热水的需要，因此，为了使太阳能热水器适用范围更加广泛，传统太阳能热水器内部已经增加了加热棒装置，外部增加辅助电源装置。例如增加独立型光伏发电装置，当光照充足时，太阳能热水器依靠光照加热储水箱凉水，同时，太阳能电池板发电存储到蓄电池中，当遇到阴雨天等光照比较弱的时候，此时蓄电池释放之前存储的电能给太阳能热水器内部加热棒加热，从而达到所需温度。还有一种是利用家庭电路220V市电辅助太阳能热水器加热，当自然光照无法将储水箱里的水加热，则利用家庭220V交流电辅助加热。具体可参考图3所示。

尽管太阳能热水器的构造已经得到升级，可以在阴雨天以及冬季光照量不够的情况下利用辅助加热装置加热水，但是，北方冬季天气寒冷，虽然辅助加热装置可以对太阳能内部热水进行加热，但室外温度较低，太阳能热水器进出水管虽 然利用保温膜包裹做了防冻保护，但是，当外界温度较低时，对水管的防冻保护作用甚微。北方冬季经常出现这种情况，室外太阳能热水器内部水已经被加热，由于温度较低，室外进水管和出水管内部残留水冬季常常被冻住，导致太阳能热水器内部热水放不出来，外部凉水进不去，严重的将冻裂水管，既影响用户正常使用热水，同时带来经济损失。

技术实现要素：

本实用新型的目的，在于提供一种太阳能热水器水管保护装置，其可扩大太阳能热水器的使用范围，即使在冬季也能满足人们对热水的需求。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种太阳能热水器水管保护装置，包括单片机、n个温度传感器、m根发热电阻丝、控制开关和供电电源，其中，n、m均为自然数，n个温度传感器分别铺设在太阳能热水器位于室外的进水管和出水管表面，分别用于感测进、出水管的温度并送入单片机；m根发热电阻丝分别铺设在太阳能热水器位于室外的进水管和出水管表面，且这m根发热电阻丝经控制开关连接供电电源；单片机与控制开关连接，根据温度传感器感测的温度控制控制开关的闭合或断开。

上述n个温度传感器等距设置在进水管和出水管上。

上述温度传感器采用DSB18B20温度传感器。

上述控制开关设置m个，m根发热电阻丝相互并联后，分别连接供电电源，而m个控制开关对应连接在m根发热电阻丝与供电电源之间。

上述m根发热电阻丝串联后，经控制开关连接供电电源。

上述m根发热电阻丝分为数组，每一组相互串联后，再经一个控制开关连接供电电源。

上述单片机采用AT89C51。

上述供电电源采用光伏发电蓄电池或经整流后的220V市电。

上述控制开关使用继电器，继电器触头串联在供电电源与发热电阻丝的回路中，单片机的输出引脚经由电阻连接三极管的基极，三极管的发射极接地，三极管的集电极经由继电器线圈连接电源。

上述继电器线圈的两端还反并联二极管。

采用上述方案后，本实用新型通过在太阳能热水器室外进水管和出水管表面 铺设温度传感器以及发热电阻丝，通过实时监测水管温度，来判断是否需要对水管进行加热，适用于带有辅助加热装置的太阳能热水器，例如带有独立型光伏发电装置或者利用220V市电辅助加热的太阳能热水器，不适用于传统完全依靠太阳光加热太阳能热水器。本实用新型采用多点温度监控系统，工作稳定可靠，抗干扰能力强，能够保证温度量精度。

附图说明

图1是本实用新型的流程图；

其中，A-接线端；

图2是本实用新型的实现电路图；

图3是现有升级后的太阳能热水器结构原理图；

其中，(a)表示升级后的太阳能热水器的结构示意图，(b)表示采用220V市电辅助的电路图，(c)表示采用蓄电池辅助的电路图；

其中，B-温度水位检测，10-加热棒，20-光伏电池，3-进水管，4-出水管，D-输入端，UO-输出。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种太阳能热水器水管保护装置，包括单片机、n个温度传感器1、m根发热电阻丝2、控制开关和供电电源，其中，n、m均为自然数，下面分别介绍。

n个温度传感器分别铺设在太阳能热水器位于室外的进水管3和出水管4表面，分别用于感测进、出水管不同位置的温度，并送入单片机，为了最大限度地确保进、出水管能够全部被检测到，且降低成本，将n个温度传感器等距设置在进水管和出水管上。在本实施例中，温度传感器采用DSB18B20温度传感器。

m根发热电阻丝分别铺设在太阳能热水器位于室外的进水管和出水管表面，且这m根发热电阻丝经控制开关连接供电电源。在具体实现时，可以将这m根发热电阻丝分别对应一个控制开关连接供电电源，也即这m根发热电阻丝相互并联，每条并联支路都对应连接有一个控制开关，也可以降低成本，将所有发热电阻丝串联后，经控制开关连接供电电源，更可以将m根发热电阻丝进行分组，每 一组的发热电阻丝相互串联后，再分别连接供电电源，比如将进水管划分为三段，每一段上分别铺设同一组的发热电阻丝，这样可根据每一段的温度进行发热控制，当某一段进水管的温度较高时，则不开启发热电阻丝，节能环保。

单片机分别与n个温度传感器及控制开关连接，单片机接收来自温度传感器的温度数据，并与阈值进行比较(如设置启动阈值为2℃，停止阈值为5℃)，当水管温度低于启动阈值时，向控制开关发出闭合指令，对应的发热电阻丝得电，对水管进行加热，从而提高水管温度；当水管温度高于停止阈值时，则向控制开关发出断开指令，对应的发热电阻丝失电，停止加热，节约电能。

配合图2所示，是本实用新型的具体实现电路图，其中，单片机可采用51单片机，性价比高，抗干扰能力强；温度传感器可采用DS18B20，它是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。工作电源：3.0～5.5V/DC，可以使用光伏发电蓄电池或经整流后的220V市电。整个系统在使用中不需要任何外围元件。

控制开关可使用继电器，如图2所示，继电器触头串联在供电电源与发热电阻丝的回路中，继电器线圈KA与单片机连接，具体来说，单片机AT89C51的P2.0引脚经由电阻连接三极管的基极，三极管的发射极接地，三极管的集电极经由继电器线圈KA连接电源，同时为了电路稳定，继电器线圈KA的两端还反并联有二极管VD。

具体工作时，太阳能热水器进水管和出水管表面每隔一定距离安装一个DSB18B20温度传感器，并且在进水管和出水管表面铺设发热电阻丝，当检测到温度低于2℃时，温度传感器向单片机输入信号，单片机P2.0引脚输出低电平,继电器线圈KA得电，驱动继电器触头闭合，发热电阻丝工作，对水管进行加热；当加热温度高于5℃时则停止加热，节约电能，同时防止温度过高对水管造成破坏。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。