專利名稱：分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能熱水控制系統(tǒng)，尤其涉及一種對太陽能熱量進(jìn)行有效 轉(zhuǎn)換與儲存、并可根據(jù)用戶的熱水使用習(xí)慣合理地利用電加熱器以及分配熱水供應(yīng)量、提 高熱水使用的節(jié)能性和舒適性的分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的分戶儲熱式太陽能熱水系統(tǒng)，有采用太陽能集熱器與儲熱水箱分離的結(jié)構(gòu) 形式的。而太陽能集熱器既可以采用集中式集熱，也可以采用分戶式集熱，戶內(nèi)則采用單獨 的儲熱水箱，一般采用間接換熱的方式提供分戶熱水所需的熱量，這樣太陽能熱源部分與 戶內(nèi)熱水儲熱水箱完全獨立，互不干擾和依存。作為太陽能熱水控制系統(tǒng)的一部分，分戶控 制系統(tǒng)是將收集的太陽能熱量儲存到水箱并方便用戶使用熱水的一個重要設(shè)備。目前，市 場上主流的太陽能熱水系統(tǒng)分戶控制裝置的主要功能是控制儲熱水箱的輔助熱源，即電加 熱裝置，以便在陰雨天氣或熱水量不足的情況下可以及時開啟電加熱裝置，滿足用戶的熱 水需求，但其功能較為單一、呆板，無法將太陽能加熱和電加熱進(jìn)行綜合的分配和利用，對 于其他的一些附加功能，實用性亦不強。由于人們生活習(xí)慣及思維模式的差異，往往對太陽 能熱水的使用不加節(jié)制，具有較大的隨意性，而對輔助熱源也缺乏合理利用的概念，從而導(dǎo) 致太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性效果大打折扣。在現(xiàn)在社會大力倡導(dǎo)節(jié)能和低碳生活的 趨勢下，除了應(yīng)最大限度地利用綠色能源外，常規(guī)能源也應(yīng)該得到科學(xué)合理利用和正確引 導(dǎo)，在滿足日常熱水需求及舒適性的同時，將能源的浪費降低到最低限度。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型主要解決原有太陽能熱水系統(tǒng)分戶控制裝置功能較為單一、呆板，無 法根據(jù)人們的熱水使用需要及不同季節(jié)將太陽能加熱和電加熱進(jìn)行綜合的分配和利用，從 而導(dǎo)致太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性效果大打折扣的技術(shù)問題；提供一種分戶儲熱式太 陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)，可以根據(jù)季節(jié)不同和人們熱水使用習(xí)慣不同而設(shè)定工作 方式，通過對控制方式的改進(jìn)，來實現(xiàn)用戶人性化、合理化的操控模式，一方面最大限度的 轉(zhuǎn)化和利用太陽能熱量，減少不必要的電加熱，另一方面在太陽能產(chǎn)熱水量不足時，又能根 據(jù)一般需求進(jìn)行合理的電加熱，確保能可靠穩(wěn)定地供應(yīng)熱水，降低使用成本的同時，也能改 變?nèi)藗儾缓侠淼挠盟?xí)慣。本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的本實用新型包 括內(nèi)有換熱管的分戶儲熱水箱，分戶儲熱水箱內(nèi)的換熱管的進(jìn)口、出口分別通過循環(huán)進(jìn)管、 循環(huán)出管連接到集熱系統(tǒng)的下行循環(huán)主管，還包括微電腦分戶控制器、分戶電磁閥、電加熱 器以及溫度傳感器，所述的電加熱器設(shè)于所述的分戶儲熱水箱內(nèi)，所述的分戶電磁閥設(shè)于 所述的循環(huán)進(jìn)管上；所述的微電腦分戶控制器包括主控CPU模塊、操作按鍵模塊、液晶顯示 模塊、AD采樣轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)驅(qū)動電路、報警模塊及為整個微電腦分戶控制器提供工作電壓 的電源變換模塊，所述的操作按鍵模塊、液晶顯示模塊、AD采樣轉(zhuǎn)換模塊及開關(guān)驅(qū)動電路、報警模塊分別和所述的主控CPU模塊相連，所述的AD采樣轉(zhuǎn)換模塊的輸入端和所述的溫度 傳感器電連接，所述的開關(guān)驅(qū)動電路的各個輸出端分別和所述的分戶電磁閥、電加熱器電 連接。主控CPU模塊內(nèi)存儲有微電腦分戶控制器的工作程序。作為優(yōu)選，所述的溫度傳感 器有四個，一個設(shè)于所述的分戶儲熱水箱的上部，一個設(shè)于所述的分戶儲熱水箱的下部，一 個設(shè)于分戶儲熱水箱的冷水進(jìn)管上，還有一個設(shè)于和所述的循環(huán)進(jìn)管相連的下行循環(huán)主管 上，并且這個溫度傳感器靠近循環(huán)進(jìn)管和下行循環(huán)主管的連接點。本實用新型的微電腦分戶控制器由PLC可編程模塊組成，通過溫度傳感器實時采 集分戶儲熱水箱上、下部的溫度、冷水進(jìn)管的溫度以及下行循環(huán)主管中供熱管道的溫度，這 些溫度值經(jīng)AD采樣轉(zhuǎn)換模塊處理后輸送給主控CPU模塊，主控CPU模塊內(nèi)部的工作程序 再進(jìn)行分析、計算和處理，輸出控制信號給開關(guān)驅(qū)動電路，由開關(guān)驅(qū)動電路去控制分戶電磁 閥、電加熱器的啟閉，從而實現(xiàn)對分戶儲熱水箱收集太陽能熱量的控制、對電加熱器啟閉和 加熱時間的控制。其工作過程是溫度傳感器采集下行循環(huán)主管的供熱主管中的溫度和分 戶儲熱水箱的下部溫度，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺谻PU模塊中進(jìn)行處理，若供熱管道溫度大于分 戶儲熱水箱下部溫度的設(shè)定值且分戶儲熱水箱溫度未達(dá)到設(shè)定的最高溫度限值，則指令分 戶電磁閥開啟進(jìn)行換熱；若分戶儲熱水箱下部溫度高于供熱管道溫度或分戶儲熱水箱溫度 已經(jīng)達(dá)到最高設(shè)定溫度，則指令分戶電磁閥關(guān)閉。同時，當(dāng)溫度超限或發(fā)生故障時，會啟動 報警模塊進(jìn)行報警，提醒用戶及時作出處理進(jìn)行維護(hù)。這樣做的目的既可以防止分戶儲熱 水箱中的熱量發(fā)生倒流而造成損失，又可以保護(hù)分戶儲熱水箱處于安全的溫度范圍內(nèi)，避 免水溫過高造成安全隱患。經(jīng)過白天集熱系統(tǒng)集熱工作狀態(tài)后，用戶通過操作按鍵模塊可以進(jìn)行預(yù)約模式操 作，包括預(yù)約輔助加熱、分人洗模式、季節(jié)模式選擇等。微電腦分戶控制器預(yù)先已設(shè)置好各 個季節(jié)合理的洗浴溫度和水量，根據(jù)用戶實際的需求進(jìn)行季節(jié)和熱水使用人數(shù)的選擇后， 微電腦分戶控制器會自動根據(jù)當(dāng)前容量的分戶儲熱水箱內(nèi)的水溫進(jìn)行判斷，是否能滿足用 戶的使用要求，若儲存的熱水難以滿足人們正常使用要求時，微電腦分戶控制器自動指示 電加熱器進(jìn)行加溫，直至分戶儲熱水箱內(nèi)的水溫通過主控CPU模塊的智能計算和處理得出 能夠滿足使用要求時才停止電加熱器的加熱。分戶儲熱水箱中的熱水達(dá)到使用要求后，微電腦分戶控制器根據(jù)選擇的季節(jié)、使 用熱水的溫度及供應(yīng)量進(jìn)行智能計算并通過液晶顯示模塊顯示熱水可使用的時間長短，對 用戶使用熱水起到一定的參考作用，更加人性化。通過操作按鍵模塊可進(jìn)行溫度上、下限 設(shè)定、季節(jié)設(shè)定和可供使用人數(shù)設(shè)定等工作方式的設(shè)定，液晶顯示模塊可顯示電加熱狀態(tài)、 分戶電磁閥狀態(tài)、可洗浴時間、預(yù)約加熱時間、可供使用人數(shù)、季節(jié)模式及各溫度值、報警狀 態(tài)。作為優(yōu)選，所述的微電腦分戶控制器設(shè)有通信接口，所述的通信接口和所述的主 控CPU模塊相連。通過通信接口可將微電腦分戶控制器和集熱系統(tǒng)的微電腦監(jiān)控主機無線 或有線相連，或者和上位機無線或有線相連。使得集熱系統(tǒng)可綜合考慮各分戶控制系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)，進(jìn)行太陽能熱量的有效分配?；蛘吖芾聿块T的上位機能清楚了解到分戶控制系統(tǒng)的 工作狀態(tài)，便于管理和維護(hù)。作為優(yōu)選，所述的微電腦分戶控制器設(shè)有擴展模塊，所述的擴展模塊和所述的主 控CPU模塊相連。擴展模塊的設(shè)置，便于根據(jù)需要進(jìn)行各種功能的擴展。
4[0010]本實用新型的有益效果是1、預(yù)約模式的擴展功能，一方面用戶可以根據(jù)實際需 求設(shè)置三個預(yù)約電加熱時間點，在太陽能不足或難以滿足熱水需求時，及時對熱水進(jìn)行補 充加熱；另一方面可以根據(jù)季節(jié)的不同，進(jìn)行分季節(jié)模式的選擇、熱水使用人數(shù)的選擇，可 以根據(jù)內(nèi)置主控CPU模塊的計算并選擇合適的熱水溫度及熱水供應(yīng)量。2、可以根據(jù)熱水容 量及溫度進(jìn)行判斷，顯示熱水的可使用時間，為用戶提供較為直觀的參考值。3、自動控制分 戶電磁閥的啟閉，既起到防止分戶儲熱水箱內(nèi)熱量倒流又起 到對分戶儲熱水箱的高溫保護(hù) 功能。4、通過更加人性化、科學(xué)化的操控模式，無論是太陽能還是電能都能加以合理利用， 同時也能規(guī)范人們的用水習(xí)慣，達(dá)到節(jié)水節(jié)能的目的。

圖1是本實用新型的一種系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型中電器部分的一種電路連接框圖。圖3是本實用新型的一種控制流程時序框圖。圖中1.分戶儲熱水箱，2.循環(huán)進(jìn)管，3.循環(huán)出管，4.微電腦分戶控制器，5.分戶 電磁閥，6.電加熱器，7.溫度傳感器，8.主控CPU模塊，9.操作按鍵模塊，10.液晶顯示模 塊，11. AD采樣轉(zhuǎn)換模塊，12.開關(guān)驅(qū)動電路，13.報警模塊，14.電源變換模塊，15.通信接 口，16.擴展模塊，17.冷水進(jìn)管，20.集熱系統(tǒng)，21.下行循環(huán)主管。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實施例1 本實施例的分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)，如圖1所 示，包括內(nèi)有換熱管的分戶儲熱水箱1、微電腦分戶控制器4、分戶電磁閥5、電加熱器6以 及溫度傳感器7。分戶儲熱水箱1內(nèi)的換熱管的進(jìn)口、出口分別通過循環(huán)進(jìn)管2、循環(huán)出管 3連接到集熱系統(tǒng)20的下行循環(huán)主管21，電加熱器6安裝于分戶儲熱水箱1內(nèi)，分戶電磁 閥5安裝于循環(huán)進(jìn)管2上。溫度傳感器7有四個，其中兩個位于分戶儲熱水箱1內(nèi)，且分別 位于分戶儲熱水箱1的上部、下部；一個位于分戶儲熱水箱1的冷水進(jìn)管17上；還有一個位 于和循環(huán)進(jìn)管2相連的下行循環(huán)主管21上，并且這個溫度傳感器靠近循環(huán)進(jìn)管2和下行循 環(huán)主管21的連接點。如圖2所示，微電腦分戶控制器4包括主控CPU模塊8、操作按鍵模塊 9、液晶顯示模塊10、AD采樣轉(zhuǎn)換模塊11、開關(guān)驅(qū)動電路12、報警模塊13、通信接口 15、擴展 模塊16及為整個微電腦分戶控制器提供工作電壓的電源變換模塊14，操作按鍵模塊9、液 晶顯示模塊10、AD采樣轉(zhuǎn)換模塊11及開關(guān)驅(qū)動電路12、報警模塊13、通信接口 15、擴展模 塊16分別和主控CPU模塊8相連，AD采樣轉(zhuǎn)換模塊11的各個輸入端分別和四個溫度傳感 器7的信號輸出線通過電纜相連，開關(guān)驅(qū)動電路12的各個輸出端分別通過電纜和分戶電磁 閥5、電加熱器6相連。圖1中虛線表示電纜線。工作過程如圖3所示微電腦分戶控制器的正面設(shè)置有一個液晶顯示屏以及多個操作按鍵，通過按鍵的 切換可以實時顯示分戶儲熱水箱上、下部的溫度Tl和T2、分戶儲熱水箱的冷水進(jìn)管的溫度 T3、下行循環(huán)主管中供熱管道的溫度T4。微電腦分戶控制器中的主控CPU模塊通過對各溫 度傳感器記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，實現(xiàn)對分戶電磁閥及電加熱器的運行控制。首先主控CPU模塊通過對分戶儲熱水箱下部的溫度T2及供熱管道溫度T4的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，若 T4-T2彡40C (可在1 50°C間設(shè)定)，且T2彡70°C (可在30 80°C間設(shè)定)，則主控CPU 模塊通過開關(guān)驅(qū)動電路指令分戶電磁閥開啟進(jìn)行分戶換熱，直至T4-T2 = 0°C時，分戶電磁 閥關(guān)閉；當(dāng)T4-T2 < 4°C或T2 > 70°C時，則分戶電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，一方面防止戶內(nèi)分戶 儲熱水箱的熱量倒流至換熱循環(huán)管道中，造成熱量的損失，另一方面防止分戶儲熱水箱溫 度過高而造成用戶熱水使用的安全隱患。經(jīng)過集熱系統(tǒng)白天的太陽能集熱，根據(jù)用戶的預(yù)約模式操作，可以進(jìn)行包括預(yù)約 輔助加熱、分人洗模式、季節(jié)模式的選擇。其中輔助加熱模式可以預(yù)設(shè)三個時間點，用戶可 以根據(jù)常用的熱水使用時間及習(xí)慣，通過操作按鍵提前設(shè)定三個加熱時間，若在這三個時 間點分戶儲熱水箱溫度未達(dá)到需求溫度，則主控CPU模塊通過開關(guān)驅(qū)動電路自動開啟輔助 的電加熱器，分戶儲熱水箱達(dá)到需求溫度時則自動關(guān)閉輔助的電加熱器。分人洗模式可以 設(shè)定1人洗模式、2人洗模式和3人洗模式，分人洗模式將會在主控CPU模塊的后臺運算控 制中預(yù)先設(shè)置好每人合理的洗浴熱水用量L，通過操作按鍵可以實現(xiàn)參數(shù)的修改；季節(jié)模 式分為春秋季、冬季、夏季三個選項模式，在每個季節(jié)模式中均會預(yù)先設(shè)定好合理的洗浴溫 度T0，也可以通過操作按鍵實現(xiàn)參數(shù)的修改。日常需求的熱水量同時根據(jù)分人洗模式和季 節(jié)模式的選擇而進(jìn)行計算，最終判斷熱水是否足夠、是否需要開啟輔助的電加熱器。首先主 控CPU模塊會判斷分戶儲熱水箱的溫度分層情況，比較分戶儲熱水箱下部溫度T2與設(shè)定的 正常洗浴溫度TO，在不同的分人洗模式和水箱上、下部溫度分層情況下，主控CPU模塊后臺 計算運行的公式是根據(jù)能量守恒定律進(jìn)行換算的，分戶儲熱水箱溫度情況不同，公式也會 有所區(qū)別。電加熱器會根據(jù)不同公式的設(shè)定進(jìn)行加熱，直至分戶儲熱水箱內(nèi)熱水量在理論 上能夠滿足不同用戶人數(shù)的使用要求，同時需要兼顧的條件是分戶儲熱水箱加熱的上限溫 度為70°C (可在30 80°C間設(shè)定)，若需求熱水量所需的加熱溫度超過70°C，則需要用 戶在使用過程中進(jìn)行多次加熱。具體的判斷流程為當(dāng)T2 < TO時，選擇1人洗模式，若同 時又滿足Tl < T0，則啟動電加熱器，直至加熱到Tl = T0，關(guān)閉電加熱器；選擇2、3人洗模 式時，讀取Tl及T3的溫度值，若主控CPU模塊內(nèi)的程序經(jīng)計算判斷符合[(T1-T3) X 100/ L+T3] <T0，則啟動電加熱器，直至滿足Tl =1^\01013)/100+13，且11彡701的條件，關(guān) 閉電加熱器。而當(dāng)Τ2 > TO時，選擇1人洗模式，同時又滿足Tl < Τ0，則啟動電加熱器，直 至加熱到Tl = Τ0，關(guān)閉電加熱器；選擇2、3人洗模式時，讀取Tl、Τ2及Τ3的溫度值，若主 控CPU模塊內(nèi)的程序經(jīng)計算判斷符合[100X (T1+T2-2T3)/L+T3] < T0，則啟動電加熱器，直 至滿足Tl = LX (T0-T3)/100+2T3-T2，且Tl ( 70°C的條件，關(guān)閉電加熱器。當(dāng)分戶儲熱水箱的熱水量滿足使用要求后，主控CPU模塊自動讀取分戶儲熱水箱 上、下部的溫度T1、T2，再結(jié)合季節(jié)選擇及供應(yīng)量，智能計算并顯示熱水可使用的時間長短。 即在T2< TO時，可沖洗時間為t= (100XTl)/(TOX6)；當(dāng)T2彡TO時，可沖洗時間為t = 100X (T1+T2)/(T0X6)。當(dāng)實際溫度超過設(shè)定限值或發(fā)生故障時，主控CPU模塊會發(fā)出信號啟動報警模塊 進(jìn)行報警，提醒用戶及時作出處理、進(jìn)行維護(hù)。
權(quán)利要求一種分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)，包括內(nèi)有換熱管的分戶儲熱水箱(1)，分戶儲熱水箱(1)內(nèi)的換熱管的進(jìn)口、出口分別通過循環(huán)進(jìn)管(2)、循環(huán)出管(3)連接到集熱系統(tǒng)(20)的下行循環(huán)主管(21)，其特征在于還包括微電腦分戶控制器(4)、分戶電磁閥(5)、電加熱器(6)以及溫度傳感器(7)，所述的電加熱器(6)設(shè)于所述的分戶儲熱水箱(1)內(nèi)，所述的分戶電磁閥(5)設(shè)于所述的循環(huán)進(jìn)管(2)上；所述的微電腦分戶控制器(4)包括主控CPU模塊(8)、操作按鍵模塊(9)、液晶顯示模塊(10)、AD采樣轉(zhuǎn)換模塊(11)、開關(guān)驅(qū)動電路(12)、報警模塊(13)及為整個微電腦分戶控制器提供工作電壓的電源變換模塊(14)，所述的操作按鍵模塊(9)、液晶顯示模塊(10)、AD采樣轉(zhuǎn)換模塊(11)及開關(guān)驅(qū)動電路(12)、報警模塊(13)分別和所述的主控CPU模塊(8)相連，所述的AD采樣轉(zhuǎn)換模塊(11)的輸入端和所述的溫度傳感器(7)電連接，所述的開關(guān)驅(qū)動電路(12)的各個輸出端分別和所述的分戶電磁閥(5)、電加熱器(6)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的溫度傳感器(7)有四個，一個設(shè)于所述的分戶儲熱水箱(1)的上部，一個設(shè)于所述 的分戶儲熱水箱(1)的下部，一個設(shè)于分戶儲熱水箱(1)的冷水進(jìn)管(17)上，還有一個設(shè) 于和所述的循環(huán)進(jìn)管(2)相連的下行循環(huán)主管(21)上，并且這個溫度傳感器靠近循環(huán)進(jìn)管 (2)和下行循環(huán)主管(21)的連接點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)，其特征 在于所述的微電腦分戶控制器⑷設(shè)有通信接口(15)，所述的通信接口(15)和所述的主控 CPU模塊⑶相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)，其特征 在于所述的微電腦分戶控制器(4)設(shè)有擴展模塊(16)，所述的擴展模塊(16)和所述的主控 CPU模塊⑶相連。
專利摘要本實用新型涉及一種分戶儲熱式太陽能熱水的戶式微電腦控制系統(tǒng)，包括分戶儲熱水箱、微電腦分戶控制器、設(shè)于循環(huán)進(jìn)管上的分戶電磁閥、溫度傳感器及設(shè)于分戶儲熱水箱內(nèi)的電加熱器，分戶儲熱水箱內(nèi)的換熱管和集熱系統(tǒng)的下行循環(huán)主管相連。微電腦分戶控制器包括主控CPU模塊及和主控CPU模塊相連的操作按鍵模塊、液晶顯示模塊、AD采樣轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)驅(qū)動電路、報警模塊，AD采樣轉(zhuǎn)換模塊的輸入端和溫度傳感器電連接，開關(guān)驅(qū)動電路的各個輸出端分別和分戶電磁閥、電加熱器電連接。本實用新型可以根據(jù)季節(jié)不同和人們熱水使用習(xí)慣不同而設(shè)定工作方式，最大限度地轉(zhuǎn)化和利用太陽能熱量，確保能可靠穩(wěn)定地供應(yīng)熱水，降低使用成本。
文檔編號F24D19/10GK201740120SQ201020265539
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者倪宏演, 崔新明, 廖春波, 李敏妃, 王挺 申請人:浙江世貿(mào)建筑科技研究院有限公司