阅读说明：本技术 浓度检测装置、浓度监控装置和太阳能热水器 (Concentration detection apparatus, concentration measurement and control device and solar water heater ) 是由 黄忠喜 高婷 宋玉明 周建坤 于 2018-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种浓度检测装置、浓度监控装置和太阳能热水器。前述浓度检测装置用于在线检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度,该浓度检测装置包括：电容检测器,适于浸没在太阳能热水器内的换热介质中,用于检测在所述换热介质中的电容值C<Sub>11</Sub>；介电常数计算单元,根据检测到的电容值C<Sub>11</Sub>计算太阳能热水器内的换热介质的相对介电常数ε<Sub>r</Sub>；温度传感器,设置在太阳能热水器内的换热介质中,用于检测所述太阳能热水器内的换热介质的温度；和浓度计算单元,根据计算出的相对介电常数ε<Sub>r</Sub>和检测到的温度计算换热介质中的抗冻剂的浓度。因此,在本发明中,能够在线监控换热介质中的抗冻剂的浓度,以防换热介质中的抗冻剂的浓度超出预定范围。(The present invention discloses a kind of concentration detection apparatus, concentration measurement and control device and solar water heater.Concentration of the afore mentioned concentration detection device for the antifreeze in the heat transferring medium in on-line checking solar water heater, the concentration detection apparatus includes: capacitance detector, suitable for being immersed in the heat transferring medium in solar water heater, for detecting the capacitance C in the heat transferring medium 11 ；Dielectric constant computing unit, according to the capacitance C detected 11 Calculate the relative dielectric constant ε of the heat transferring medium in solar water heater r ；Temperature sensor is arranged in the heat transferring medium in solar water heater, for detecting the temperature of the heat transferring medium in the solar water heater；With concentration calculation unit, according to calculated relative dielectric constant ε r With the concentration of the antifreeze in the temperature computation heat transferring medium that detects.Therefore, in the present invention, the concentration of the antifreeze in heat transferring medium can be monitored online, exceed preset range to prevent the concentration of the antifreeze in heat transferring medium.)

浓度检测装置、浓度监控装置和太阳能热水器

技术领域

本发明涉及一种用于检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度的浓度检测装置以及包括该浓度检测装置的浓度监控装置和太阳能热水器。

背景技术

对于具有换热装置的太阳能热水器，换热装置中的换热介质通常都具有较强的抗冻能力，以防止换热装置中的换热介质在冬天出现冰冻凝固，因此，这种换热介质通常被称为抗冻液，常用的抗冻液是乙二醇水溶液或丙二醇水溶液。在正常使用时，抗冻液中的抗冻剂(乙二醇或丙二醇)的浓度应当在合理范围以内，例如，在30V％～60V％的范围以内。如果低于合理范围的下限值或高于合理范围的上限值，抗冻液的抗冻能力就会下降，很容易出现冰冻凝固。在使用过程中，由于泄漏，挥发，老化等损失，造成抗冻液量的变化和浓度的变化。若不及时补加或更换抗冻液，有可能造成抗冻液中的抗冻剂的浓度超出合理范围，这会导致抗冻液容易在低温下出现冰冻凝固，从而导致换热装置的管路被堵塞或爆裂。

为了防止出现该问题，在现有技术中，通常需要对抗冻液进行取样分析，并根据取样结果添加新的抗冻液或调解浓度。同时，在太阳能热水器初始安装时，需要确认抗冻液的浓度。由于太阳能热水器安装在屋顶，需要人工上去取样，日常维护十分不便。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提供一种浓度检测装置，用于在线检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度，所述浓度检测装置包括：电容检测器，适于浸没在太阳能热水器内的换热介质中，用于检测在所述换热介质中的电容值C₁₁；介电常数计算单元，根据所述电容检测器检测到的电容值C₁₁计算所述太阳能热水器内的换热介质的相对介电常数ε_r；温度传感器，设置在所述太阳能热水器内的换热介质中，用于检测所述太阳能热水器内的换热介质的温度；和浓度计算单元，根据所述介电常数计算单元计算出的相对介电常数ε_r和所述温度传感器检测到的温度计算所述换热介质中的抗冻剂的浓度。

根据本发明的一个实例性的实施例，所述太阳能热水器内的换热介质的相对介电常数ε_r根据下面的公式(1)计算：

其中

C₁₀为所述电容检测器(100)在真空中时检测到的电容值。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度C根据下面的公式(2)计算：

ε_r＝k₁C²+k₂C+k₃ (2)，

其中，k₁、k₂、k₃是与换热介质的温度相关的三个系数，当换热介质的温度确定时，k₁、k₂、k₃是三个常数。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述浓度检测装置还包括显示单元，所述显示单元与所述浓度计算单元通信，用于显示计算出的浓度。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电容检测器包括：一对平行板电极，适于浸没在所述太阳能热水器内的换热介质中，包括彼此平行的第一电极板和第二电极板；和电容检测电路，与所述一对平行板电极电连接，适于检测所述一对平行板电极之间的电容值。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电容检测器还包括一个壳体，所述电容检测电路被封装在所述壳体中，所述一对平行板电极位于所述壳体的外部。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电容检测器包括：一对筒状电极，适于浸没在所述太阳能热水器内的换热介质中，包括外部筒状电极和同心地设置在外部筒状电极中的内部筒状电极；和电容检测电路，与所述一对筒状电极电连接，适于检测所述一对筒状电极之间的电容值。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电容检测器还包括一个壳体，所述电容检测电路被封装在所述壳体中，所述一对筒状电极位于所述壳体的外部。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述温度传感器被封装在所述电容检测器的壳体中。

根据本发明的另一个方面，提供一种浓度监控装置，包括：浓度检测装置，用于在线检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度；浓度判断单元，用于判断检测到的浓度是否在预定范围以内。

根据本发明的另一个方面，提供一种太阳能热水器，包括：储水箱，用于容纳水；和换热装置，包括设置在外部的集热器和设置在所述储水箱中的换热器，所述集热器的出口通过管道与所述换热器的入口相连，所述换热器的出口通过管道与所述集热器的入口相连，从而构成一个封闭的循环回路，在所述循环回路中填充有换热介质，所述太阳能热水器还包括浓度检测装置，所述浓度检测装置用于在线检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度。

根据本发明的一个实例性的实施例，所述太阳能热水器内的换热介质为乙二醇水溶液、丙二醇水溶液、或丙三醇水溶液。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述太阳能热水器还包括：浓度判断单元，用于判断检测到的浓度是否在预定范围以内；和浓度报警单元，用于在所述浓度判断单元判定检测到的浓度超出所述预定范围时发出警报。

根据本发明的另一个实例性的实施例，当所述太阳能热水器内的换热介质为乙二醇水溶液时，所述太阳能热水器内的换热介质的合理浓度在30V％～60V％以内。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述浓度检测装置的电容检测器和温度传感器被封装在所述太阳能热水器的用于循环换热介质的循环回路的管道中。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述集热器为平板型集热器，所述换热器为盘绕管型换热器。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述太阳能热水器还包括泵，用于泵送所述换热介质，使得所述换热介质在所述循环回路中循环流动。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述储水箱具有进水口和出水口，所述进水口位于所述储水箱的下部，所述出水口位于所述储水箱的上部。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述太阳能热水器还包括抗冻剂补充装置，所述抗冻剂补充装置适于在所述浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度低于预定的浓度下限值时自动地向所述换热装置中补充抗冻剂，使得所述换热装置中的抗冻剂的浓度恢复到合理浓度范围以内。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述抗冻剂补充装置包括：容器，存储有抗冻剂；连接管路，将所述容器连通至所述换热装置；第一电控阀，安装在所述连接管路上，用于打开或关闭所述连接管路；和控制器，适于根据所述浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度控制所述第一电控阀的打开和关闭。当所述浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度低于预定的浓度下限值时，所述控制器控制所述第一电控阀打开，并控制所述第一电控阀向所述换热装置中补充预定量的抗冻剂。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述控制器通过控制所述第一电控阀的打开时间来控制向所述换热装置中补充的抗冻剂的量。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述太阳能热水器还包括补水装置，所述补水装置适于在所述浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度高于预定的浓度上限值时自动地向所述换热装置中补充自来水，使得所述换热装置中的抗冻剂的浓度恢复到合理浓度范围以内。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述补水装置包括：补水管路，将所述换热装置连通至自来水源；第二电控阀，安装在所述补水管路上，用于打开或关闭所述补水管路；和控制器，适于根据所述浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度控制所述第二电控阀的打开和关闭；当所述浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度高于预定的浓度上限值时，所述控制器控制所述第二电控阀打开，并控制所述第二电控阀向所述换热装置中补充预定量的自来水。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述控制器通过控制所述第二电控阀的打开时间来控制向所述换热装置中补充的自来水的量。

在本发明前述各个实例性的实施例中，在太阳能热水器上设置有浓度检测装置，从而能够在线检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度，从而能够在线监控换热介质中的抗冻剂的浓度，以防换热介质中的抗冻剂的浓度超出预定范围。

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

附图说明

图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的太阳能热水器的示意图；

图2显示根据本发明的第一实施例的电容检测器的示意图；

图3显示图2所示的电容检测器的一对平行板电极浸没在太阳能热水器内的换热介质中的示意图；

图4显示根据本发明的第二实施例的电容检测器的示意图；

图5显示图4所示的电容检测器的一对筒状电极浸没在太阳能热水器内的换热介质中的示意图；

图6显示换热介质中的抗冻剂的浓度与换热介质的相对介电常数以及温度之间的关系。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本发明的一个总体技术构思，提供一种浓度检测装置，用于在线检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度，所述浓度检测装置包括：电容检测器，适于浸没在太阳能热水器内的换热介质中，用于检测在所述换热介质中的电容值C₁₁；介电常数计算单元，根据所述电容检测器检测到的电容值C₁₁计算所述太阳能热水器内的换热介质的相对介电常数ε_r；温度传感器，设置在所述太阳能热水器内的换热介质中，用于检测所述太阳能热水器内的换热介质的温度；和浓度计算单元，根据所述介电常数计算单元计算出的相对介电常数ε_r和所述温度传感器检测到的温度计算所述换热介质中的抗冻剂的浓度。

根据本发明的另一个总体技术构思，提供一种浓度监控装置，包括：浓度检测装置，用于在线检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度；浓度判断单元，用于判断检测到的浓度是否在预定范围以内；和浓度报警单元，用于在所述浓度判断单元判定检测到的浓度超出所述预定范围时发出警报。

根据本发明的另一个总体技术构思，提供一种太阳能热水器，包括：储水箱，用于容纳水；和换热装置，包括设置在外部的集热器和设置在所述储水箱中的换热器，所述集热器的出口通过管道与所述换热器的入口相连，所述换热器的出口通过管道与所述集热器的入口相连，从而构成一个封闭的循环回路，在所述循环回路中填充有换热介质，所述太阳能热水器还包括浓度检测装置，所述浓度检测装置用于在线检测太阳能热水器内的换热介质中的抗冻剂的浓度。

图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的太阳能热水器的示意图。

如图1所示，在图示的实施例中，该太阳能热水器主要包括：储水箱200和换热装置。储水箱200用于容纳水。换热装置包括设置在外部的集热器110和设置在储水箱200中的换热器120。集热器110的出口通过管道与换热器120的入口相连，换热器120的出口通过管道与集热器110的入口相连，从而构成一个封闭的循环回路，在循环回路中填充有换热介质。被集热器110加热的换热介质流入换热器120中，并通过换热器120与储水箱200中的水进行热交换，从而加热储水箱200中的水。换热介质在与储水箱200中的水进行热交换之后，再次流入集热器110中被集热器110加热。

图2显示根据本发明的第一实施例的电容检测器10的示意图；

图3显示图2所示的电容检测器10的一对平行板电极11、12浸没在太阳能热水器内的换热介质101中的示意图。

如图1至图3所示，在图示的实施例中，该太阳能热水器还包括浓度检测装置，该浓度检测装置用于在线检测太阳能热水器内的换热介质101中的抗冻剂的浓度。

如图1至图3所示，在图示的实施例中，该浓度检测装置主要包括：电容检测器10、介电常数计算单元(未图示)、温度传感器(未图示)和浓度计算单元。

如图1至图3所示，在图示的实施例中，电容检测器10适于浸没在太阳能热水器内的换热介质101中，用于检测在换热介质101中的电容值C₁₁。介电常数计算单元根据电容检测器10检测到的电容值C₁₁计算太阳能热水器内的换热介质101的相对介电常数ε_r。温度传感器设置在太阳能热水器内的换热介质101中，用于检测太阳能热水器内的换热介质101的温度。浓度计算单元根据介电常数计算单元计算出的相对介电常数ε_r和温度传感器检测到的温度计算换热介质101中的抗冻剂的浓度。

在本发明的一个实例性的实施例中，太阳能热水器内的换热介质101的相对介电常数ε_r可以根据下面的公式(1)计算：

其中

C₁₀为电容检测器100在真空中时检测到的电容值。

在本发明的一个实例性的实施例中，前述浓度检测装置还包括显示单元，该显示单元与浓度计算单元通信，用于显示计算出的浓度。

如图2和图3所示，在图示的实施例中，该电容检测器10包括一对平行板电极11、12和电容检测电路(未图示)。一对平行板电极11、12适于浸没在太阳能热水器内的换热介质101中，包括彼此平行的第一电极板11和第二电极板1。电容检测电路与一对平行板电极11、12电连接，适于检测一对平行板电极11、12之间的电容值C₁₁。

如图2和图3所示，在图示的实施例中，电容检测器10还包括一个壳体13，前述电容检测电路被封装在壳体13中，一对平行板电极11、12位于壳体13的外部。因此，当电容检测器10浸没在太阳能热水器内的换热介质101中时，如图3所示，在一对平行板电极11、12之间充满换热介质101。

图4显示根据本发明的第二实施例的电容检测器10’的示意图；

图5显示图4所示的电容检测器10’的一对筒状电极11’、12’浸没在太阳能热水器内的换热介质101中的示意图。

如图4和图5所示，在图示的实施例中，该电容检测器10’包括一对筒状电极11’、12’和电容检测电路(未图示)。一对筒状电极11’、12’适于浸没在太阳能热水器内的换热介质101中，包括外部筒状电极11’和同心地设置在外部筒状电极11’中的内部筒状电极12’。电容检测电路与一对筒状电极11’、12’电连接，适于检测一对筒状电极11’、12’之间的电容值C₁₁。

如图4和图5所示，在图示的实施例中，电容检测器10’还包括一个壳体13’，前述电容检测电路被封装在壳体13’中，一对筒状电极11’、12’位于壳体13’的外部。因此，当电容检测器10’浸没在太阳能热水器内的换热介质101中时，如图5所示，在一对筒状电极11’、12’之间充满换热介质101。

在本发明的一个实例性的实施例中，前述温度传感器可以直接被封装在电容检测器10的壳体13中。但是，本发明不局限于图示的实施例，前述温度传感器也可以单独地设置在太阳能热水器内的换热介质101中。

图6显示换热介质中的抗冻剂的浓度与换热介质的相对介电常数以及温度之间的关系。

如图6所示，在图示的实施例中，太阳能热水器内的换热介质是乙二醇水溶液，此时，太阳能热水器内的换热介质的合理浓度在30V％～60V％以内。即，太阳能热水器内的换热介质的浓度应当在30V％～60V％的范围以内，如果超出该范围，例如，太阳能热水器内的换热介质的浓度低于30V％或高于60V％时，安装在太阳能热水器上的浓度监控装置会及时报警。

如图6所示，在图示的实施例中，当太阳能热水器内的换热介质的温度一定时，乙二醇水溶液(换热介质)的相对介电常数与乙二醇(抗冻剂)的浓度之间存在一个二次函数关系。二者之间的关系可以用下面的公式(2)表示(C表示换热介质中的抗冻剂的浓度，ε_r表示换热介质的相对介电常数)：

ε_r＝k₁C²+k₂C+k₃ (2)，

其中，k₁、k₂、k₃是与换热介质的温度相关的三个系数，当换热介质的温度确定时，k₁、k₂、k₃是三个常数。

在图6所示的关系曲线中，可以看出随着乙二醇的浓度的增加，乙二醇水溶液的相对介电常数ε_r也相应地上升。因此，当检测出乙二醇水溶液的相对介电常数ε_r和乙二醇水溶液的温度时，就可以根据图6显示的曲线计算出对应的乙二醇浓度C。

本发明不局限于前述实施例中，太阳能热水器内的换热介质除了可以为乙二醇水溶液，还可以为其他合适的抗冻液，例如，丙二醇水溶液或丙三醇水溶液。

在本发明的一个实例性的实施例中，太阳能热水器还包括：浓度判断单元，用于判断检测到的浓度是否在预定范围(前述合理范围)以内；和浓度报警单元，用于在浓度判断单元判定检测到的浓度超出预定范围时发出警报。

在本发明的一个实例性的实施例中，浓度检测装置的电容检测器和温度传感器被封装在太阳能热水器的用于循环换热介质的循环回路的管道中。

在本发明的一个实例性的实施例中，如图1所示，集热器110为平板型集热器，换热器120为盘绕管型换热器。

在本发明的一个实例性的实施例中，如图1所示，太阳能热水器还包括泵130，用于泵送换热介质，使得换热介质在循环回路中循环流动。

在本发明的一个实例性的实施例中，如图1所示，储水箱200具有进水口210和出水口220，进水口210位于储水箱200的下部，出水口220位于储水箱200的上部。

如图1所示，在图示的实施例中，太阳能热水器还包括抗冻剂补充装置300、310、320，抗冻剂补充装置300、310、320适于在浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度低于预定的浓度下限值时自动地向换热装置中补充抗冻剂，使得换热装置中的抗冻剂的浓度恢复到合理浓度范围以内。

如图1所示，在图示的实施例中，抗冻剂补充装置300、310、320主要包括：容器300，存储有抗冻剂；连接管路310，将容器300连通至换热装置；第一电控阀320，安装在连接管路310上，用于打开或关闭连接管路310；和控制器，适于根据浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度控制第一电控阀320的打开和关闭。

如图1所示，在图示的实施例中，当浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度低于预定的浓度下限值时，控制器控制第一电控阀320打开，并控制第一电控阀320向换热装置中补充预定量的抗冻剂。

如图1所示，在图示的实施例中，控制器通过控制第一电控阀320的打开时间来控制向换热装置中补充的抗冻剂的量。

如图1所示，在图示的实施例中，太阳能热水器还包括补水装置410、420，补水装置410、420适于在浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度高于预定的浓度上限值时自动地向换热装置中补充自来水，使得换热装置中的抗冻剂的浓度恢复到合理浓度范围以内。

如图1所示，在图示的实施例中，补水装置410、420主要包括：补水管路410，将换热装置连通至自来水源；第二电控阀420，安装在补水管路410上，用于打开或关闭补水管路410；和控制器，适于根据浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度控制第二电控阀420的打开和关闭。

如图1所示，在图示的实施例中，当浓度检测装置检测到的抗冻剂的浓度高于预定的浓度上限值时，控制器控制第二电控阀420打开，并控制第二电控阀420向换热装置中补充预定量的自来水。

如图1所示，在图示的实施例中，控制器通过控制第二电控阀420的打开时间来控制向换热装置中补充的自来水的量。

在本发明的另一个实例性的实施例中，还公开一种浓度监控装置，该浓度监控装置包括：浓度检测装置，用于在线检测太阳能热水器内的换热介质101中的抗冻剂的浓度；浓度判断单元，用于判断检测到的浓度是否在预定范围以内；和浓度报警单元，用于在浓度判断单元判定检测到的浓度超出预定范围时发出警报。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。