太陽能熱水器上水半自動控制

宋曉偉 孟惠 周永軍

摘 要 目前，市場上太陽能熱水器具有故障率高，結構復雜等問題。這里設計一種純機械式太陽能上水半自動控制裝置，內部采用觸動控制裝置，解決了其他上水裝置存在可靠性差、壽命短的問題。實現故障率降低，壽命大大增長的目標，具有較強的可靠性和適應性，可以運用于不同的領域。

【關鍵詞】太陽能熱水器 上水 半自動控制

太陽能熱水器是利用太陽能來進行加熱的熱水器，因為無污染、方便、成本低等特點，普及率越來越高。太陽能熱水器已經了機械手動式、半自動電動式、全自動電動式。

機械手動式在需要上水時手動打開上水閥門，當回水管有水溢出后方才知道水箱已經上滿水，需要手動關閉上水閥門。優點是結構簡單，節約能源，故障率低。缺點是需要人為觀察水滿信號，水壓力小，水量小，中午不能上水，否則會爆管。上水過程中如果忘記關閉上水裝置將會造成水資源的浪費以及其他方面的經濟損失。

半自動電動式是手動接通電路后，電磁閥自動開啟上水，當水箱水位達到需要高度時電磁閥門自動關閉停止上水。使用過程中打開控制器時顯示水位，若水位不足會蜂鳴提示，自行通過手控閥門上水。優點是有效解決了全自動控制方式中電能的浪費。缺點是故障率高及壽命短的問題依然存在。

全自動電動式是由單片機和各種傳感器組成的自動控制上水裝置。此種上水裝置的優點是進行一系列自動控制，無需人為干涉。缺點是安裝復雜，容易受到惡劣環境的影響，室外維護較麻煩，故障率高，電能消耗量大。

1 機械構造

圖1為太陽能熱水器半自動上水裝置的手動控制部分，是太陽能熱水器上水裝置中最為重要的一部分，它決定著什么時候上水。圖中轉軸和轉動手柄、復位彈簧、通孔、上水管路、回水存儲腔、出水孔、壓力圓片、定位栓等其它部分緊密相連構成一個整體。通孔開與關的狀態是由轉動手柄和定位栓進行控制的，當需要上水時轉動轉動手柄，轉軸帶動定位栓與通孔旋轉90度，通孔使上水管路接通，上水管路持續上水，當水箱水滿后，回水管路水壓力迫使回水存儲腔的定位栓脫離滑槽斜面，在復位彈簧的帶動下通孔脫離原先位置，上水流程結束。

2 控制原理

當我們需要上水的時候，用手扭動上水手柄90度，復位彈簧被帶動，產生一定的扭力，轉軸帶動通孔和定位栓旋轉90度，定位栓與滑槽斜面保持了通孔位置的穩定，通孔使上水管路接通，通孔位置的穩定狀態保證了穩定的上水過程。當太陽能熱水器水箱中的水上滿后，溢流回水的水壓迫使回水存儲腔中的定位栓脫離滑槽斜面，轉軸上的通孔在復位彈簧的扭力帶動下關閉上水管路，轉動手柄復位，復位彈簧恢復到停止上水時的穩定狀態，此時出水口與回水管路出水口接通，回水存儲腔聚集的回水從回水管路出水口中排出。這樣一來，上水時僅需要一個手動打開閥門的動作，而水上滿后閥門則自動關閉，完成整個上水過程。

3 結果分析

太陽能上水器半自動控制裝置由手動控制開始上水操作，到觸動控制裝置完成自動關水操作。因為每個太陽能的大小和使用范圍不一樣，導致設計的時候太陽能水箱有大有小，太陽能真空管的根數有多有少，以及每個用戶安裝的高度不同，致使太陽能上水器上水到水滿的時間也不同。設計的太陽能上水器半自動控制裝置是在上幾代裝置上進行改良，在現有技術基礎上研制一種既節能又方便可靠的太陽能上水控制裝置，采用純機械結構實現手動上水和自動斷水。不需要使用電源來控制太陽能熱水器控制器來控制上水和斷水，利用回水腔產生的壓力來控制回水的自動關斷功能。整個機械裝置密閉在殼體內，與上水管道聯通，包括上水閥門、溢流回水排水孔，即一體化實現上水、關水、回水排水的全部功能。沒有了傳感器信號的采集、數據的處理和驅動電路的控制使得該裝置可靠性大大提高，可以將整個機械裝置集成在一起易形成產品，適用性廣、可靠性號，性價比高。

參考文獻

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[7]劉英杰.水位檢測系統設計[J].信息技術，2008.

作者簡介

宋曉偉（1995-），男，陜西省寶雞市人。大學本科學歷。咸陽師范學院物理與電子工程學院。電氣工程及其自動化專業。

孟惠（1979-），女，碩士，咸陽師范學院物理與電子工程學院講師。智能控制專業。

周永軍（1976-），男，博士。咸陽師范學院物理與電子工程學院副教授。電磁場和微波技術專業。

作者單位

咸陽師范學院物理與電子工程學院 陜西省咸陽市 712000