宋曉偉 孟惠 周永軍

摘 要 目前，市場(chǎng)上太陽(yáng)能熱水器具有故障率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。這里設(shè)計(jì)一種純機(jī)械式太陽(yáng)能上水半自動(dòng)控制裝置，內(nèi)部采用觸動(dòng)控制裝置，解決了其他上水裝置存在可靠性差、壽命短的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)故障率降低，壽命大大增長(zhǎng)的目標(biāo)，具有較強(qiáng)的可靠性和適應(yīng)性，可以運(yùn)用于不同的領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能熱水器 上水 半自動(dòng)控制

太陽(yáng)能熱水器是利用太陽(yáng)能來(lái)進(jìn)行加熱的熱水器，因?yàn)闊o(wú)污染、方便、成本低等特點(diǎn)，普及率越來(lái)越高。太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)了機(jī)械手動(dòng)式、半自動(dòng)電動(dòng)式、全自動(dòng)電動(dòng)式。

機(jī)械手動(dòng)式在需要上水時(shí)手動(dòng)打開(kāi)上水閥門(mén)，當(dāng)回水管有水溢出后方才知道水箱已經(jīng)上滿(mǎn)水，需要手動(dòng)關(guān)閉上水閥門(mén)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約能源，故障率低。缺點(diǎn)是需要人為觀(guān)察水滿(mǎn)信號(hào)，水壓力小，水量小，中午不能上水，否則會(huì)爆管。上水過(guò)程中如果忘記關(guān)閉上水裝置將會(huì)造成水資源的浪費(fèi)以及其他方面的經(jīng)濟(jì)損失。

半自動(dòng)電動(dòng)式是手動(dòng)接通電路后，電磁閥自動(dòng)開(kāi)啟上水，當(dāng)水箱水位達(dá)到需要高度時(shí)電磁閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉停止上水。使用過(guò)程中打開(kāi)控制器時(shí)顯示水位，若水位不足會(huì)蜂鳴提示，自行通過(guò)手控閥門(mén)上水。優(yōu)點(diǎn)是有效解決了全自動(dòng)控制方式中電能的浪費(fèi)。缺點(diǎn)是故障率高及壽命短的問(wèn)題依然存在。

全自動(dòng)電動(dòng)式是由單片機(jī)和各種傳感器組成的自動(dòng)控制上水裝置。此種上水裝置的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行一系列自動(dòng)控制，無(wú)需人為干涉。缺點(diǎn)是安裝復(fù)雜，容易受到惡劣環(huán)境的影響，室外維護(hù)較麻煩，故障率高，電能消耗量大。

1 機(jī)械構(gòu)造

圖1為太陽(yáng)能熱水器半自動(dòng)上水裝置的手動(dòng)控制部分，是太陽(yáng)能熱水器上水裝置中最為重要的一部分，它決定著什么時(shí)候上水。圖中轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)動(dòng)手柄、復(fù)位彈簧、通孔、上水管路、回水存儲(chǔ)腔、出水孔、壓力圓片、定位栓等其它部分緊密相連構(gòu)成一個(gè)整體。通孔開(kāi)與關(guān)的狀態(tài)是由轉(zhuǎn)動(dòng)手柄和定位栓進(jìn)行控制的，當(dāng)需要上水時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)定位栓與通孔旋轉(zhuǎn)90度，通孔使上水管路接通，上水管路持續(xù)上水，當(dāng)水箱水滿(mǎn)后，回水管路水壓力迫使回水存儲(chǔ)腔的定位栓脫離滑槽斜面，在復(fù)位彈簧的帶動(dòng)下通孔脫離原先位置，上水流程結(jié)束。

2 控制原理

當(dāng)我們需要上水的時(shí)候，用手扭動(dòng)上水手柄90度，復(fù)位彈簧被帶動(dòng)，產(chǎn)生一定的扭力，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)通孔和定位栓旋轉(zhuǎn)90度，定位栓與滑槽斜面保持了通孔位置的穩(wěn)定，通孔使上水管路接通，通孔位置的穩(wěn)定狀態(tài)保證了穩(wěn)定的上水過(guò)程。當(dāng)太陽(yáng)能熱水器水箱中的水上滿(mǎn)后，溢流回水的水壓迫使回水存儲(chǔ)腔中的定位栓脫離滑槽斜面，轉(zhuǎn)軸上的通孔在復(fù)位彈簧的扭力帶動(dòng)下關(guān)閉上水管路，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄復(fù)位，復(fù)位彈簧恢復(fù)到停止上水時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)出水口與回水管路出水口接通，回水存儲(chǔ)腔聚集的回水從回水管路出水口中排出。這樣一來(lái)，上水時(shí)僅需要一個(gè)手動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)的動(dòng)作，而水上滿(mǎn)后閥門(mén)則自動(dòng)關(guān)閉，完成整個(gè)上水過(guò)程。

3 結(jié)果分析

太陽(yáng)能上水器半自動(dòng)控制裝置由手動(dòng)控制開(kāi)始上水操作，到觸動(dòng)控制裝置完成自動(dòng)關(guān)水操作。因?yàn)槊總€(gè)太陽(yáng)能的大小和使用范圍不一樣，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的時(shí)候太陽(yáng)能水箱有大有小，太陽(yáng)能真空管的根數(shù)有多有少，以及每個(gè)用戶(hù)安裝的高度不同，致使太陽(yáng)能上水器上水到水滿(mǎn)的時(shí)間也不同。設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能上水器半自動(dòng)控制裝置是在上幾代裝置上進(jìn)行改良，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上研制一種既節(jié)能又方便可靠的太陽(yáng)能上水控制裝置，采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)上水和自動(dòng)斷水。不需要使用電源來(lái)控制太陽(yáng)能熱水器控制器來(lái)控制上水和斷水，利用回水腔產(chǎn)生的壓力來(lái)控制回水的自動(dòng)關(guān)斷功能。整個(gè)機(jī)械裝置密閉在殼體內(nèi)，與上水管道聯(lián)通，包括上水閥門(mén)、溢流回水排水孔，即一體化實(shí)現(xiàn)上水、關(guān)水、回水排水的全部功能。沒(méi)有了傳感器信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的處理和驅(qū)動(dòng)電路的控制使得該裝置可靠性大大提高，可以將整個(gè)機(jī)械裝置集成在一起易形成產(chǎn)品，適用性廣、可靠性號(hào)，性?xún)r(jià)比高。

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作者簡(jiǎn)介

宋曉偉（1995-），男，陜西省寶雞市人。大學(xué)本科學(xué)歷。咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院。電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。

孟惠（1979-），女，碩士，咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院講師。智能控制專(zhuān)業(yè)。

周永軍（1976-），男，博士。咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院副教授。電磁場(chǎng)和微波技術(shù)專(zhuān)業(yè)。

作者單位

咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 陜西省咸陽(yáng)市 712000