专利名称：太阳能热水器的高效集热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能热水器，特别涉及一种适宜白昼时间短、光照不足和冬季结冰地区及高寒地区使用的分体式太阳能热水器的高效集热装置。
背景技术：
分体式太阳能热水器是一种高效节能的太阳能热水器，分体式太阳能热水器与传统一体的太阳能热水器的最大区别是太阳能热水器的水箱安装在室内，而不与太阳能集热器一体安装在室外，有效避免了水箱在室外易冻的情况。
但从节能角度上讲，一般热水器在低光照、无光照时，太阳能集热器本身就会产生热损，而无光照后，太阳能集热器中的水温将大幅度下降，再次供水加热时，太阳能集热器的加热水温起点需在太阳光照强度达标时，以集热器中降温后的存水水温为加热起点，因此冬季电补加热功耗大大增加，提高了太阳能热水器的生产成本和运行费用，而且太阳能集热器中的存水也会促使太阳能集热器产生冻裂现象，大大降低了太阳能热水器的使用寿命。
发明内容本发明的目的在于提供一种适用于分体式太阳能热水器的能实现太阳能集热器中的存水回流，补充加热水，受太阳的相对光照强度、集热器存水水温、水箱存水水温三重自动控制的太阳能集热器的高效集热装置。
本发明的目的是这样实现的它包括中央控制芯片、温度传感器W1、温度传感器W2、水位传感器H1、水位传感器H2、光敏传感器Q、水流开关S、水泵M、电控阀Y1和控制面板，其中温度传感器、水位传感器、光敏传感器和水流开关连接中央控制芯片，中央控制芯片连接水泵、电控阀和控制面板。
本发明实现目的时还有这样一些结构特征1、电控阀Y1与水泵M、水流开关S相连，均设置在热水器水箱内。
2、温度传感器W1和水位传感器H1设置在热水器水箱内，温度传感器W2和水位传感器H2设置在集热器内。
3、光敏传感器Q设置在集热器上。
4、控制面板设置在热水器水箱表面，控制面板上设置有键盘单元和显示单元。
本发明的控制过程原理为1、中央控制电路采集并读入判定温度传感器W1和W2的水温信号和光敏传感器Q的光照度信号并对其进行处理；2、中央控制电路根据水温信号和光照度信号的处理结果设定太阳能集热器内水的预定加热温度；3、中央控制电路设置预定加热温度后再根据水位传感器H1和水位传感器H2采集的水位信号判断太阳能集热器和水箱内的存水情况并控制是否进入加热循环过程，并输出指令控制电控阀Y1、水泵M是否工作，是否使A-B连通；4、中央控制电路根据温度传感器W1和温度传感器W2采集的水温信号输出指令控制电控阀Y1、水泵M工作。
其中中央控制电路对水温信号和光照信号都进行滤波处理，中央控制电路对光照度信号的处理为10分钟内光照强度的综合处理结果，并将光照强度划分为强、中、弱三种情况，强是指能使水箱内水温升高10℃以上的情况，中是指使水箱内水温升高2℃以上，10℃以下的情况，弱是指不能使水箱内水温升高2℃以上的情况。中央控制电路根据光敏传感器Q的光照度信号判断光照度为强状态时，设置太阳能集热器内水的预定加热温度为水箱内水温度+10℃。中央控制电路根据光敏传感器Q的光照度信号判断光照度为中状态时，设置太阳能集热器内水的预定加热温度为温度传感器W1送出水温特性曲线导数为零时的温度。中央控制电路根据太阳能集热器和水箱内的存水情况作出指令，判断太阳能集热器内水没放空时则控制进入加热循环过程，判断已经放空时则通过水位传感器H1判断水箱有水的情况下，中央控制电路驱动电控阀Y1和水泵M工作，控制A-B连通。中央控制电路通过水位传感器H2读入太阳能集热器里的水位数据，判断太阳能集热器里充满水时，控制水泵M和电控阀Y1停止工作，控制A-B断开。中央控制电路根据光敏传感器Q的光照度信号判断光照度为弱状态时，控制水泵M停止工作，并驱动电控阀Y1，使A-B连通，中央控制电路通过水位传感器H2读入太阳能集热器里的水位数据，通过延时等待，判断太阳能集热器里的水流完时，停止驱动电控阀Y1，使A-B断开。
本发明中太阳能集热器的存水由太阳的光照强度控制，当太阳光照不足时，通过光敏传感器传信号给中央控制电路，控制太阳能集热器中的热水自动回流到太阳能热水器的室内水箱里；而低光照时太阳能集热器中没有存水，当太阳光照达到太阳能集热器集热标准时，通过光敏传感器使中央控制电路控制室内水箱的储水由水泵自动泵入太阳能集热器，太阳能集热器以充入水的水温为加热起点开始工作。
本发明是集太阳光照强度采集、温度采集和相关控制于一体的嵌入式系统。分体敞开式太阳能热水器的太阳能集热器中的存水回流和补充加热水受传感器采集的太阳光照相对强度信号、太阳能集热器中的存水温度信号、水箱中的存水温度信号三重控制，通过单片机把采集的各种信号与设定值进行比较，当太阳能集热器的集热效率小于零(集热量小于散热量)时，太阳能集热器中的存水回流到室内水箱。当太阳能集热器集热效率大于零(集热量大于散热量)时，分体敞开式太阳能热水器室内水箱中的储水利用水泵自动补充到太阳能集热器里。具体特征是当太阳能集热器的集热效率小于零时，太阳能集热器中没有存水，当太阳能集热器集热效率大于零时，太阳能集热器中充满水，从而达到提高太阳能集热器热效率的目的。
本发明热水回流功能的几点作用，增强了太阳能热水器的使用功能，提高了太阳能热水器的热效率，有效地降低了太阳能热水器的生产成本和运行费用。由于本发明的太阳能集热器中的存水回流和补充加热水受三重信号自动控制，所以在水箱储水水温很高，太阳的相对光照强度较弱时(此时太阳光的绝对光照并不一定很低)，太阳能集热器中的存水也回流到水箱，以减少太阳能集热器的热损，以上的创新技术，在太阳能集热器保温指标不高的前提下(使用低成本太阳能集热器)，实现了太阳能集热器防冻和高效集热的两个目的。
图1为本发明的原理示意图；图2为本发明的结构示意图；图3为本发明的工作流程示意图；图4为本发明实施例1的中央控制电路图；图5为本发明实施例1的键盘、显示控制示意图；图6为本发明实施例2的中央控制电路图；图7为本发明实施例2的键盘、显示控制示意图。
具体实施方式
实施例1结合图1-2，本实施例中控制面板设置在热水器水箱表面，其上设置有键盘单元和显示单元，中央控制电路主要包括中央控制芯片IC5和驱动电路芯片IC4，温度传感器W1、温度传感器W2、水位传感器H1、水位传感器H2、光敏传感器Q和水流开关S通过电缆连接中央控制芯片IC5，中央控制芯片IC5连接驱动电路芯片IC4通过电缆连接水泵M、电控阀Y1、电控阀Y2和控制面板上的键盘、显示单元。电控阀Y1、电控阀Y2与水泵M、水流开关S相连，均设置在热水器水箱内。温度传感器W1、水位传感器H1设置在热水器水箱内，温度传感器W2、水位传感器H2设置在集热器内，光敏传感器Q设置在集热器上。
结合图4，水位传感器H1经由非门IC1A、IC1B、电阻R1、R3、R5、二极管D3-D6、电容C7、E4组成的外围信号放大、整形电路连接中央控制芯片IC5芯片的10脚，水位传感器H2经由非门IC1C、IC1D、二极管D13-D16、电容C9、E5组成的外围信号放大、整形电路连接中央控制芯片IC5芯片的13脚，温度传感器W1经由运放IC2A、电阻R17、R26、R27、电位器VR5组成的外围信号放大、整形电路连接中央控制芯片IC5芯片的17脚，温度传感器W2经由运放IC2B、电阻R18、R28、R29、电位器VR6组成的外围信号放大、整形电路连接中央控制芯片IC5芯片的16脚，光敏传感器Q经由运放IC3A、电阻R30、R24、R25、电位器VR4组成的外围信号放大、整形电路连接中央控制芯片IC5芯片的18脚，水流开关S接中央控制芯片IC5的4脚，水泵M一面连接交流AC220V电源，一面由开关K2连接控制驱动电路IC4芯片的16脚，电控阀Y1连接控制驱动电路IC4芯片的15脚，电控阀Y2连接控制驱动电路IC4芯片的14脚，控制驱动电路IC4芯片的9脚接电源、8脚接地、1-3脚分别经非门U2A-U2C接中央控制芯片IC5的1-3脚，中央控制芯片IC5的6、7脚接晶振电路JT1、电容C1和C2到地、11-12、19-20脚分别接键盘电路J12的4-7脚，J12的1-3脚接电源、7-10脚接地，器件P1、B1、电容E1、C6、E3、LM7805CT片V1、电容E2和C3构成电源电路。
结合图5，按键S1-S8为键盘输入按键，电阻R3-R10为限流电阻，按键S1-S8分别连接电阻R3-R10，下拉电阻排R12的2-9脚接入控制芯片U1的10-17脚，电阻排R12的1脚接地，发光二极管L1为电源指示灯，由电阻R2接电源，LED管组U2、U3为LED显示器件，共同构成显示电路分别连接按键和控制芯片U1的18-25脚，连接按键S1-S8时一面由总线分别相连，另一面由电阻R1连接按键，控制芯片U1的6-9脚分别连接器件J1的4-7脚、1-2、28脚接电源、4脚接地、27RC脚连接电阻R11到电源和电容C1到地，器件J1的1-3脚接电源、8-10脚接地，电容E1、C1-C3作为电路的旁路电容。
下面结合图3具体描述本发明的工作过程中央控制电路依据读入水流开关S的状态，如果水流开关动作，则说明用户在用水，此时停止驱动电控阀Y1，使A-B断开，驱动水泵M，把水箱里的水送给用户。
如果水流开关没动作，则说明用户没有用水，此时如果太阳能集热器与水箱的水正在发生交换，再进一步判断，如果W1水温升至W2水温+预定上升温度且W2水温低于90℃，则在水箱有水的情况下，驱动电控阀Y1，使A-B连通，使太阳能集热器与水箱的水发生交换，否则，如果W1水温没升至W2水温+预定上升温度或W2水温不低于90℃，则使水泵M停止工作，停止驱动电控阀Y1，使A-B断开，从而停止太阳能集热器与水箱的水的交换过程。此时如果太阳能集热器与水箱的水没发生交换，则判断温度情况，如果温度传感器W2送出水温特性曲线导数为零信号(水温由上升到下降的极点)，则使水泵M停止工作，停止驱动电控阀Y1，使A-B断开，从而停止太阳能集热器与水箱的水的交换过程。
实施例2本实施例中控制面板设置在热水器水箱表面，其上设置有键盘单元和显示单元，中央控制电路主要包括中央控制芯片IC2、模数转换电路芯片IC5和驱动电路芯片IC11，温度传感器W1、温度传感器W2、水位传感器H1、水位传感器H2、光敏传感器Q和水流开关S通过电缆连接中央控制芯片IC2，中央控制芯片IC2连接驱动电路芯片IC11通过电缆连接水泵M、电控阀Y1、电控阀Y2和控制面板上的键盘、显示单元。电控阀Y1、电控阀Y2与水泵M、水流开关S相连，均设置在热水器水箱内。温度传感器W1、水位传感器H1设置在热水器水箱内，温度传感器W2、水位传感器H2设置在集热器内，光敏传感器Q设置在集热器内。
结合图6，水位传感器H1经由非门IC8A、IC8B、电阻R10、R12、R14、二极管D1、D2、D7、D8、电容C13和E11组成的外围信号放大、整形电路连接中央控制芯片IC2的15脚，水位传感器H2经由非门IC8C、IC8D、二极管D9-D12、电容C14和E13组成的外围信号放大、整形电路连接中央控制芯片IC2的14脚，温度传感器W1经由运放IC9A、电阻R6、R7、R19、电位器VR2组成的外围信号放大、整形电路连接模数转换电路IC5芯片的2脚，温度传感器W2经由运放IC9B、电阻R8、R9、R20、电位器VR3组成的外围信号放大、整形电路连接模数转换电路IC5芯片的3脚，光敏传感器Q经由运放IC10A、电阻R21-R23、电位器VR1组成的外围信号放大、整形电路连接模数转换电路IC5芯片的1脚，IC5芯片的13REF+、14REF-脚由电容C3和E2接电源和地、20脚接电源、10脚由电容C9和E1接电源和地，功能脚16-18分别接IC6芯片的2、5、6脚和中央控制芯片IC2的5-7脚， IC5芯片的19BOC、15CS脚分别接中央控制芯片IC2的4、3脚，IC6芯片的3、8脚接电源、4脚接地、1脚连接中央控制芯片IC2的8脚、7脚接上拉电阻R1到VCC和中央控制芯片IC2的9脚，水流开关S接中央控制芯片IC2的1脚，水泵M一面连接电源，一面由开关K1连接控制驱动电路IC11芯片的16脚，电控阀Y1连接控制驱动电路IC11芯片的15脚，电控阀Y2连接控制驱动电路IC11芯片的14脚，控制驱动电路IC11芯片的9脚接电源、8脚接地、1-3脚分别经非门U1A-U1C接中央控制芯片IC2的25-27脚，中央控制芯片IC2的18、19脚接晶振电路JT1、电容C1和C2到地、31脚接电源、21-24脚分别接键盘电路J8的4-7脚，J8的1-3脚接电源、8-10脚接地，器件P1、B1、电容E3、C11、E6、LM7805CT片V1、电容E4和C10构成电源电路。
结合图7，按键S11-S18为键盘输入按键，电阻R103-R110为限流电阻，按键S11-S18分别连接电阻R103-R110，下拉电阻排R112的2-9脚接入控制芯片U11的10-17脚，电阻排R112的1脚接地，发光二极管L11为电源状态指示灯，由电阻R102接电源，LED管组U12、U13为LED显示器件，共同构成显示电路分别连接按键和控制芯片U11的18-25脚，连接按键S11-S18时一面由总线分别相连，另一面由电阻R101连接按键，控制芯片U11的6-9脚分别连接器件J11的3-8脚、1-2、28脚接电源、4脚接地、27RC脚连接电阻R111到电源和电容C11到地，器件J11的1-2脚接电源、9-10脚接地、7-8脚分别连接器件X2的3、5、6脚，器件X2的4、9脚接地、12脚由电阻R98接电源VCC，电容E11、C11-C13作为电路的旁路电容。
工作过程控制如实施例1。
权利要求
1.一种太阳能热水器的高效集热装置，其特征在于它包括中央控制芯片、温度传感器W1、温度传感器W2、水位传感器H1、水位传感器H2、光敏传感器Q、水流开关S、水泵M、电控阀Y1和控制面板，其中温度传感器、水位传感器、光敏传感器和水流开关通过电缆连接中央控制芯片，中央控制芯片通过电缆连接水泵、电控阀和控制面板。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器的高效集热装置，其特征在于电控阀Y1与水泵M、水流开关S相连，均设置在热水器水箱内。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器的高效集热装置，其特征在于温度传感器W1和水位传感器H1设置在热水器水箱内，温度传感器W2和水位传感器H2设置在集热器内。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器的高效集热装置，其特征在于光敏传感器Q设置在集热器上。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能热水器，特别涉及一种适宜白昼时间短、光照不足和冬季结冰地区及高寒地区使用的太阳能热水器的高效集热装置。它包括中央控制芯片、温度传感器W1、温度传感器W2、水位传感器H1、水位传感器H2、光敏传感器Q、水流开关S、水泵M、电控阀Y1和控制面板，其中温度传感器、水位传感器、光敏传感器和水流开关通过电缆连接中央控制芯片，中央控制芯片通过电缆连接水泵、电控阀和控制面板。本发明增强了太阳能热水器的使用功能，提高了太阳能热水器的热效率，有效地降低了太阳能热水器的生产成本和运行费用，在太阳能集热器保温指标不高的前提下(使用低成本太阳能集热器)实现了太阳能集热器防冻和高效集热的两个目的。
文档编号F24J2/40GK1936455SQ20061015081
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月27日 优先权日2006年9月27日
发明者孟东昕, 代文江 申请人:孟东昕