一种用于太阳能热水器的智能温控系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能热水器温度控制领域，具体涉及基于智能温控系统的太阳能热水器定温送水的方法和装置。
【背景技术】
[0002]如今，随着经济和社会的快速发展，人们生活水平提高，居住条件改善，人们对居住的舒适性要求越来越高，建筑智能化越发重要。不管是居民小区还是酒店公寓，热水器都是必不可少的。目前，市场上的热水器大概有以下四类:燃气热水器、太阳能热水器、储水式电热水器、即热式电热水器。而大部分热水器都需要调节水温，尤其是太阳能热水器在调节水温时需要放掉大量的冷水，不节约、不方便，如何用最经济最方便的方式解决这一问题成为人们研究的热点。
[0003]人们在使用太阳能热水器时需要调节水温，由于太阳能热水器安装在楼顶，其出水口到用水端有很长的距离，这就造成了出水管里存储着大量的冷水，调节水温的同时会有很大一部分冷水白白流失，造成了水资源的浪费。在目前已经投入市场的热水器中，已经有一部分热水器安装了通过计算时间控制是否出水的装置，但是通过对管道中的冷水进行二次加热并通过检测太阳能的热水是否可用以控制加热设备状态的装置尚未见到。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于智能温控系统的太阳能热水器定温送水的方法和装置，根据出水温度进行智能调节，并利用加热装置将不满足需求的冷水加热利用，从而有效地节约了水资源！
[0005]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0006]—种用于太阳能热水器的智能温控系统，包括:在热水器的出水管路内设置有温度传感器、水流方向采集装置及控制回路；
[0007]所述温度传感器将采集的热水器出水端的水流温度传输至控制单元；
[0008]所述水流方向采集装置检测水流方向，在热水器出水时，控制回路控制加热装置开始加热热水器的出水管路内的水；
[0009]所述控制单元根据温度传感器采集的水流温度控制延时开关的动作，延时开关与控制回路相连。
[0010]进一步的，所述水流方向采集装置包括设置热水器的出水管路内的磁钢，所述磁钢与铰链铰接，所述铰链嵌入环形涨塞中，所述环形涨塞紧贴管壁，磁钢与感应磁控开关相配合工作，磁钢靠近感应磁控开关时，感应磁控开关闭合，同时感应磁控开关所在回路中固态继电器通电，固态继电器对应的常开触点闭合。
[0011 ]进一步的，所述磁钢内部为N极、S极，感应磁控开关为干簧管式磁控开关，当磁钢靠近干簧管或绕在干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片的触点部分就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，感应磁控开关对应的常开接点就会吸合；当磁力减小到设定程度时，常开接点被簧片的弹力打开。
[0012]进一步的，所述加热装置为PTC加热器，PTC加热器为盘管状，PTC加热器本体内设有加热腔和电器控制腔，以密封板隔开，电器控制腔内设有加热电路，加热腔内设有加热管，加热管连接在加热电路上。
[0013]进一步的，所述加热管为水电隔离式绝缘加热管。
[0014]进一步的，所述固态继电器对应的常开触点与断路器、加热电路、限温器对应的限温开关、延时继电器开关常闭触点及漏电保护开关组成控制回路，漏电保护开关与供电电源相连。
[0015]进一步的，所述温度传感器与信号转换器相连，所述信号转换器主要由测量单元、信号处理单元和转换单元组成，温度传感器为热电偶或热电阻，热电偶或热电阻与其他电阻构成桥式电路用于测量温度变化，并将测量的信号传输至信号处理单元进行处理，处理后的信号传输至转换单元转换成数字信号输出至控制单元。
[0016]进一步的，所述控制单元还与显示单元相连，所述显示单元用于实时显示热水器的出水管路内水流的温度。
[0017]进一步的，基于智能温控系统的太阳能热水器定温送水的方法，包括以下步骤:
[0018]步骤一:首先对热水器的出水管路内水流方向进行采集，判断是否是出水，如果是，则转入步骤二，否则结束；
[0019]步骤二:水流方向采集装置对应的感应磁控开关闭合，感应磁控开关所在的回路开始工作，温度传感器采集热水器的出水管路内出水温度，判断出水温度是否达标，如果是，则转入步骤三，否则，转入步骤四；
[0020]步骤三:延时开关动作，停止加热；
[0021 ]步骤四:加热装置开始对热水器的出水管路内的水流加热，判断加热后的水是否达到预设值，如果是，则限温开关断开，否则继续加热直至预设值。
[0022]本发明的主要思路是利用温度传感器测量太阳能出水管的温度，利用PTC对管道里的水进行二次加热，待出水温度达到其内限温开关设定值后PTC加热系统自动断开，实现出水温度即达到人们需求的效果;其次太阳能在阴雨天或雾霾天没有发挥作用时也可以对水进行电加热处理，满足人们对热水的需求。
[0023]本发明的有益效果:
[0024](I)通过PTC加热器能够开始就得热水，达到节约水资源的目的；
[0025](2)—般热水器需要等待冷水流出后才能得到热水，本发明可以一定程度的减少使用者的等待时间；
[0026](3) —般太阳能在雾霾或者是阴天的天气情况下不能够很好地发挥加热作用，本发明可以充当临时加热器对水进行加热；
[0027](4)本发明在太阳能中的热水可以使用时，自动断开加热回路并提醒使用者，避免重复加热，保障使用者的安全。
【附图说明】
[0028]图1本发明的整体结构示意图；
[0029I图2流向计的结构示意图；
[0030]图3与流向计相配合的管道结构设计剖面图；
[0031]图4磁钢内部结构示意图；
[0032]图5温度控制回路电路图；
[0033]图6信号放大电路与数模转换电路；
[0034]图7温度传感器对应的信号放大电路与数模转换具体电路图；
[0035]图8控制单元电路图；
[0036]图9出水控制流程图；
[0037]图中，1、PTC加热器，2、流向计，3、温度传感器，4、出水管管壁，5、环形涨塞，6、铰链，7、磁钢。
【具体实施方式】
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[0038]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0039]本发明旨在使用太阳能热水器时能够达到节水的目的，随着经济的不断发展，人们的节能减排意识不断的提高。通过本发明可以使居民用水资源得到最大化利用。
[0040]随着现在的空气质量的日益下降，雾霾天的状况日益严重，太阳能的工作效率逐渐下降，在很多情况下都不能得到很好地利用，所以当太阳能热水器不能发挥相应作用的时候，本发明还可以充当电热水器的作用，能够确保使用者可以使用热水。
[0041]如图1所示，本发明针对居民使用太阳能热水器时，需先将管道中冷水放出后才能使用热水的问题。本发明利用流向计2判断水流方向，通过PTC加热器I对管中的水进行加热，同时传感器采集管道中的出水温度，并将数据传至控制器，由控制器控制加热回路的开断。该方法既能够充分利用存储在出水管道里的冷水，达到节约水资源的目的;又能满足人们实时使用热水的需求，进而节约使用者的时间以及符合人机工程学的要求。
[0042]其中，水流方向采集装置为流向计2，因为太阳能热水器的进水和出水使用一条管道进行，所以，在系统工作前需要判断水流方向，在本发明中设计了一个以磁控开关为基础的方向判定装置，这样可以准确判断出水流方向，并决定是否启动加热装置。由于整个系统是智能化控制，所以水流的方向决定是否需要加热前提条件。可知，当给太阳能或者是热水器中上水时，虽然有水的流动，却不需要加热，此时上水侧的水压是大于出水侧的水压，流向计2控制的常开触点是不动作的，即上水时PTC加热器I不会进行加热；当人们需要用热水时，水的流动方向相反，此时出水侧的水压比上水侧的水压要大，此时流量计控制的常开触点闭合，触发PTC加热器I进行对水的加热处理。
[0043]本水流方向采集装置的电源为小幅电压供电，流向计2结构如图2所示，采用干簧管式磁控开关，在控制回路中作为电源开关，当磁钢靠近干簧管或绕在干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片的触点部分就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，常开接点就会吸合；当磁力减小到一定程度时，接点被簧片的弹力打开。由于干簧管不能直接接入较大电流电路，所以本发明采用其控制继电器的方法，通过控制继电器的输入回路和触点实现被控制回路的通断，本发明采用的继电器为固态继电器。固态继电器的输入端可以用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。磁钢内部如图4所示。
[0044]控制回路中，需采用漏电保护开关，用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护，Kl为固态继电器的辅助触点，当控制回路的固态继电器通电后，触点Kl随之闭合，控制回路工作，控制回路电路图如图5所示。
[0045]如图3所示，为了实现水流方向的检测，本发明采用环形涨塞，涨塞的设计要尽量紧贴管壁，并且减小涨塞的体积，这样对水流的影响可以降到最低，在涨塞中嵌入带有磁钢的铰链，将环形涨塞固定在管道中，这样当有水流时，铰链上的磁钢就会随水流的方向改变位置。进水时，磁钢被冲向磁控感应开关相反方向，这样磁控感应开关不动作；用水时，磁钢被冲向磁控开关所在的方向，此时开关感应闭合，控制回路开始通电，随之带动本控制回路工作。
[0046]流向计2包括设置热水器的出水管路内的磁钢7，所述磁钢7与铰链6铰接，所述铰链6嵌入环形涨塞5中，所述环形涨塞5紧贴出水管管壁4，磁钢7与感应磁控开关相配合工作，磁钢7靠近感应磁控开关时，感应磁控开关闭合，同时感应磁控开关所在回路中固态继电器通电，固态继电器对应的常开触点闭合。
[0047 ]流向计2工作流程:当太阳能进水的时候，磁钢7被水冲向左边，此时无动作；当太阳能出水时，磁钢7被冲向右边，接近磁控感应开关，磁控感应开关闭合，整个控制回路接通，控制回路中的固态继电器通电之后，常开触点Kl被吸和，被控制回路导通，开始加热。当水流停止或反向时，磁钢由于自身重力恢复位置。
[0048]本发明采用温度传感器3采集出水温度，人们在使用太阳能热水器时，开始流出的冷水会让其自行流走而不能采取有效措施，随着人们节能意识的增强，也想出了许多防止浪费水