CN101424447B - 混合能源恒温控制热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合能源恒温控制热水器，属于热水器技术领域。该热水器包括燃气加热部分、电加热部分以及控制电路，控制电路含有电能输出控制器件，电加热部分由水流通道和安置在水流通道中的电加热器件构成，燃气加热部分与电加热部分的水流通道构成串联或并联流道，流道的最终出水口处装有温度传感器，温度传感器的输出接控制电路的信号输入端，信号输入端通过控制电路接电能输出控制器件的受控端，电能输出控制器件的输出端接电加热器件。本发明温度调控十分灵敏、精确，可以有效保证出水温度恒定。

Description

混合能源恒温控制热水器
技术领域
本发明涉及一种恒温控制热水器，尤其是一种混合能源恒温控制热水器，属于热水器技术领域。
背景技术
恒温输出热水是燃气热水器的重要控制性能。影响传统燃气热水器热水输出温度的因素主要有燃气量、水流量、送风量等。当进行输出水温调控时，出于安全和环保的考虑，需要同时兼顾燃气量与风机送风量的匹配，从而保证燃气充分燃烧，因此使得输出水温的控制成为需要综合考虑多因素的复杂操作。结果，不仅调控灵敏度较差，而且容易顾此失彼，难以达到理想的控制效果。此外，现有燃气热水器在使用中还存在以下缺点：1、为了保证安全，每次开启时，都必须先启动风机，再点火；而每次关闭时，都必须先熄火，再停止风机，因此小水量的频繁使用时，升温时间长，浪费水和燃气，让人感到不便；2、每次开启时都会发出风机清扫和点火的声响，令人感到不安；3、比例阀之类的控制执行器件不仅结构复杂，而且需要借助机械动作执行控制，在执行器件动作瞬间存在水温瞬间偏离控制值的“过冲”现象(参见图1)，使人感到不适。
检索发现，申请号为02226554.6的中国专利公开了一种可调恒温式燃气热水器，该热水器特点是在热水器的主燃烧器的每个燃气喷嘴上安装一个电磁阀，在热水管上安装若干个不同温度的水温控制器，使用者可用水温调节器设定水的温度，从而控制主燃烧器上的电磁阀打开的数量，来达到恒定水温的目的，该技术方案不仅温控复杂，而且恒温控制是阶梯式，不能做到精准控制，显然不能消除上述存在的缺点。
申请号为200620058136.9的中国专利公开了一种储水式气、电两用的中央热水器，该中央热水器特点是将贮水式电加热器和燃气加热器串接在一起，因此可以集贮水式电热水器和燃气热水器的优点于一身，出热水速度较快，可以实现连续供热，但未涉及如何实现恒温控制。
申请号为01206912.4的中国专利申请《燃气快速恒温热水器》公开了一种燃气快速恒温热水器，其中电热储水恒温器安装在燃气恒温热水器的一侧，电热储水恒温器储水内胆内装有多孔入水管，该多孔入水管经连接头与燃气换热器出水管连接，连接头内安装有温度传感器，温度传感器经导线与智能控制器连接。据介绍，该热水器开阀就出热水，断续使用无烫水流出，水温恒定。但理论分析和实践可以证明尚存以下不足之处：1、电热水器内的多孔入水管结构较复杂；2、电热水器部分为储水式，因此实际上仍需要一定的水温加热时间；3、电加热器件以通断方式工作，具有热惯性，难以保持水温的恒定；4、水温传感器件设置在电热水器的进水口附近，无法采集到准确的出水温度，影响水温控制。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点或不足，提出一种将燃气加热与电加热有机结合在一起的混合能源恒温控制热水器，从而在克服燃气热水器存在的温控复杂、反映速度慢等缺点的同时，借助变功率电加热补偿燃气加热，切实实现输出水温的恒温控制。
为了达到以上目的，本发明的混合能源恒温控制热水器包括燃气加热部分、电加热部分以及控制电路，所述控制电路含有电能输出控制器件，所述电加热部分由水流通道和安置在水流通道中的电加热器件构成，所述燃气加热部分与电加热部分的水流通道构成联通(串联或并联)流道，所述流道的最终出水口处装有温度传感器，所述温度传感器的输出接所述控制电路的信号输入端，所述信号输入端通过控制电路接电能输出控制器件的受控端，所述电能输出控制器件的输出端接电加热器件。
工作时，本发明的混合能源恒温控制热水器主要借助燃气加热部分将冷水加热到接近设定温度，再借助电加热部分补充加热，达到设定温度。通过控制电路实现对电加热器件相对燃气加热控制既迅捷又可靠，并且由于电加热器件的补偿加热功率完全根据出水温度传感器的反馈进行控制，尤其是水流在流经电加热部分的动态过程中被补偿加热，因此温度调控十分灵敏、精确，可以有效保证出水温度恒定。由此可见，本发明将燃气加热部分和电加热部分有机结合在一起，由于电加热部分的电能输出可以无级连续调节，并且反应速度快，彻底消除了“过冲”现象，因此可以实现精确的恒温控制。此外，与现有技术相比，本发明还取得了以下显著效果：
1.电加热部分相对燃气加热构造简单，无需风机工作、点火等复杂启动程序，缩短了启动时间，也不需清扫，可以在单独工作状况下迅速满足小水量用水的需求，因此使用灵活方便。
2.电加热部分作为对燃气加热部分由于外部条件变化(例如水压、流量、燃气压力的变化)导致的出水温度不能恒定的补偿，因此与现有即热式电快速热水器相比，只需较小的补偿加热功率。
3.由于相对于燃气快速热水器，可以缩短启动时的升温时间，并且因快速启动和达到恒温而在短时间用水时达到高效率，因此可以节省能源。
4.在原有基础上，增大了热水器的有效出水量，可以更好地满足使用需求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为现有比例阀控制燃气热水器的热水输出温度曲线图。
图2为本发明实施例一的控制电路原理图。
图3为本发明实施例一的热水输出温度曲线图。
图4为本发明实施例一的结构示意图。
图5为本发明实施例二的结构示意图。
图6为本发明实施例三的结构示意图。
图7是本发明实施例四的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例如图4所示，图中1是总进水口，2是气阀，3是水流传感器，4是通气管，5是燃烧室，6是点火器，7是热交换器，8是变压器，9是集烟罩，10是进气口，11是进水接头，12是风机，13是总出水口，14是出水接头，15是温度传感器，16是水流通道，17是电加热丝(或电加热管)，18是控制电路，19是燃气热水出口。该混合能源恒温控制热水器由燃气加热部分和电加热部分串联而成，其中的燃气加热部分与现有燃气热水器基本相同，接冷水源的总进水口1通过水流传感器3与燃气加热部分的热交换器7连通，源自热交换器的燃气热水出口19通过管路与电加热部分的进水接头11连通，电加热部分由壳体内的迂回水流通道16和安置在水流通道中的电加热丝(或电加热管)17构成，电加热部分的出水接头14处安置有温度传感器15，该出水接头引出后作为供应热水的总出水口13。此外，还设有电加热温度传感器。实质上，燃气加热部分与电加热部分的水流通道构成了串联流道，冷水先进入燃气加热部分加热到接近设定温度的水温，再于流经电加热部分的过程中补偿加热到设定水温。
本实施例的控制电路在由电源电路、水量检测电路、风机驱动与检测电路、阀控制与保护电路、点火电路等组成的原有燃气热水器控制电路基础上增加电加热控制部分后构成。电加热控制部分包括微处理器、温度检测电路和电加热功率控制电路，具体电路如图2所示。出水温度传感器与原有进水温度传感器通过插口CN9并经温度检测电路的OUT和IN输出分别接MCU微处理器的信号输出端29和30脚，该温度检测电路还含有设置在电加热丝处的温度传感器件RC3，其输出经HEAT输出接MCU微处理器的26脚。MCU微处理器的接电控制端5脚和功率控制端3脚分别接电加热功率控制电路的两对应受控端。电加热功率控制电路的接电受控端经第一驱动三极管Q32接继电器线圈K3，电源端L-IN径该继电器触点接可控硅BTA1的阳极。功率受控端经第二驱动三极管Q22以及光电耦合器M1与可控硅BTA1的控制极耦合连接。该可控硅BTA1的阴极输出经L-OUT接电加热丝。该控制电路的电加热控制部分采用接电和功率混合控，工作安全可靠。
工作时，先由燃气加热部分将进水加热到设定温度以下。接着，MCU将探测到的出水温度与设定温度进行比较，在控制电加热丝(或电加热管)得电之后，准确控制其加热功率，从而通过电加热部分补偿出水温度与设定温度之差，并保持恒温。
图3是测得的热水输出温度曲线，下部的记录线是燃气加热部分输出的热水温度，存在较大的跃变波动。上部的记录线是经电加热部分补偿后的输出热水温度，与图1相比，不仅完全消除了“过冲”现象，而且温度波动范围在1℃，实现了理想的恒温控制。
本实施例的一个特点是，当用户临时小水量用水时，可以只由电加热部分提供热水，无需启动燃气加热部分，因此十分快捷方便。
实施例二
本实施例的混合能源恒温控制热水器如图5所示，与实施例一不同的是，该混合能源恒温控制热水器由燃气加热部分和电加热部分并联而成。其中，接冷水源的总进水口1通过水流传感器3与燃气加热部分的热交换器7连通，同时还通过管路与电加热部分的进水接头11连通；而源自热交换器的燃气热水出口19与电加热部分的出水接头14分别接至混水阀20(也可以是其它混水装置)，该混水阀的出水口作为供应热水的总出水口13，且安置有温度传感器15。
其工作原理参见实施例一，不另赘述。
实施例三
本实施例的混合能源恒温控制热水器如图6所示，与实施例一不同的是，虽然该混合能源恒温控制热水器由燃气加热部分和电加热部分串联而成，但接冷水源的总进水口1先通过管路与电加热部分的进水接头11连通，该电加热部分的出水接头通过水流传感器3与燃气加热部分的热交换器7连通，源自热交换器的燃气热水出口19处安置有温度传感器15，该热水出口作为供应热水的总出水口13。
工作时，虽然由电加热部分预先“补偿”，再由燃气加热部分将水温加热到设定温度，但电加热的功率依然由MCU根据出水温度与设定温度的比较结果控制，因此可以取得与实施例一类同的恒温控制效果。
实施例四
本实施例为一种混合能源恒温控制壁挂式热水采暖两用器具，其基本结构与实施例一类似，如图7所示，主要的不同之处是，采暖回水进口1-2经三通水阀1-3和循环水泵1-4后，接热气加热部分的总进水口1，燃气加热部分的燃气热水出口19经采暖出水接口19-1外接采暖管路，从而构成外循环的采暖回路；同时燃气热水出口19还经换热器20内的流道后，接三通水阀1-3的另一进口，从而构成内循环的换热回路。生活用水进口1-1则经换热器20的另一流道后，接电加热部分的进水接头11，电加热部分的出水接头14作为生活用水的总出水口13。这样，生活用水依然与实施例一一样，经串联的燃气和电加热器件先后加热，只不过燃气部分的加热经过两次换热罢了。其恒温控制工作原理等与实施例一完全相同，不重复描述。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种混合能源恒温控制热水器，包括燃气加热部分、电加热部分以及控制电路，其特征在于：所述控制电路含有电能输出控制器件，所述电加热部分由水流通道和安置在水流通道中的电加热器件构成，所述燃气加热部分与电加热部分的水流通道构成联通流道，所述流道的最终出水口处装有温度传感器，所述温度传感器的输出接所述控制电路的信号输入端，所述信号输入端通过控制电路接电能输出控制器件的受控端，所述电能输出控制器件的输出端接电加热器件。
2.根据权利要求1所述的混合能源恒温控制热水器，其特征在于：所述燃气加热部分和电加热部分串联，总进水口与燃气加热部分的热交换器连通，源自燃气加热部分热交换器的燃气热水出口通过管路与电加热部分的进水接头连通，所述电加热部分的出水接头处安置有温度传感器，所述出水接头作为总出水口。
3.根据权利要求1所述的混合能源恒温控制热水器，其特征在于：所述燃气加热部分和电加热部分并联，接冷水源的总进水口与燃气加热部分的热交换器连通，同时还与电加热部分的进水接头连通；源自热交换器的燃气热水出口与电加热部分的出水接头分别接至混水装置，所述混水装置的出水口安置有温度传感器，并作为总出水口。
4.根据权利要求1所述的混合能源恒温控制热水器，其特征在于：所述燃气加热部分和电加热部分串联，总进水口与电加热部分的进水接头连通，所述电加热部分的出水接头与燃气加热部分的热交换器连通，源自所述热交换器的燃气热水出口处安置有温度传感器，所述热水出口作为总出水口。
5.根据权利要求2所述的混合能源恒温控制热水器，其特征在于：还含有采暖回路，其中采暖回水进口经三通水阀和循环水泵后，接所述热气加热部分的总进水口，所述燃气热水出口经采暖出水接口外接采暖管路，构成外循环的采暖回路；所述燃气热水出口还经换热器内的流道后所述接三通水阀的另一进口，构成内循环的换热回路；生活用水进口经所述换热器的另一流道后，接所述电加热部分的进水接头，所述电加热部分的出水接头作为生活用水的总出水口。
6.根据权利要求2、3或4所述的混合能源恒温控制热水器，其特征在于：所述电加热部分由壳体内的迂回水流通道和安置在水流通道中的电加热丝或电加热管构成。
7.根据权利要求6所述的混合能源恒温控制热水器，其特征在于：所述控制电路包括微处理器、温度检测电路和电加热功率控制电路，所述温度传感器经温度检测电路接所述微处理器的信号输出端，所述微处理器的接电控制端和功率控制端分别接电加热功率控制电路的接电受控端和功率受控端；所述接电受控端经驱动器件接继电器线圈，电源端径所述继电器触点接可控硅的阳极，所述功率受控端经第二驱动器件及光电耦合器与所述可控硅的控制极耦合连接，所述可控硅的阴极输出接所述电加热丝。
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