CN106403292B - 一种带直流泵的热水循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带直流泵的热水循环装置，包括：管路，安装在管路上的直流泵、水流量传感器，以及与直流泵、水流量传感器连接的控制器；其特征在于，它的控制方法如下：1)确定直流泵在热水器预热循环的启动、循环中、以及后循环的水流量；2)根据水流量传感器输出频率f与水流量q的关系式f＝aq计算出相应的频率给定值f启、f循环、f后循环，其中a为10.28；3)控制器根据水流量传感器反馈的频率值和频率给定值闭环控制直流泵的运转速度。本发明采用水流量传感器的输出频率进行闭环控制，具有控制简单，可靠性高等特点。同时，采用直流泵，可在避免热水器重新启动的前提下进行后循环，循环完毕后管道温度均匀性较好。

Description

一种带直流泵的热水循环装置

技术领域

本发明涉及热水器控制技术领域，尤其涉及一种带直流泵的热水循环装置。

背景技术

燃气热水器在停用热水时，通常其燃烧器不工作，这样管路里的水会很快降温冷却。为是燃气热水器随时都能放出热水，通常在燃气热水器的出热水端和进冷水端之间加装循环回路，并在该循环回路上串联热水循环装置。

然而，现有的家庭装修结构中，燃气热水器位置通常没有预留专门的循环管路，导致不能进行预热循环。有的燃气热水器虽能利用用水点的冷水管充当循环回路，但由于目前的热水循环装置大都采用交流泵，调速困难，整个预热循环过程中也都采用固定的转速，导致预热循环后，温度均匀性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种控制简单、预热循环后温度均匀性好的热水循环装置。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种带直流泵的热水循环装置，包括：管路，安装在管路上的直流泵、水流量传感器，以及与直流泵、水流量传感器连接的控制器；其特征在于，它的控制方法如下：1)确定直流泵在热水器预热循环的启动、循环中、以及后循环的水流量；2)根据水流量传感器输出频率f与水流量q的关系式f＝aq计算出相应的频率给定值f启、f循环、f后循环，其中a为10.28；3)控制器根据水流量传感器反馈的频率值和频率给定值闭环控制直流泵的运转速度。所述循环中是指启动加热装置的水循环，后循环是指不启动加热装置的水循环。

作为改进地，当水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间为大偏差时，采用比例调节改变直流泵的转速；当水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间为小偏差时，采用比例积分调节改变直流泵的转速。

作为改进地，所述比例调节和比例积分调节之间的切换方法为：1)设定一个阈值ε，其中0＜ε＜0.6；2)计算水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间的差值|E(K)|，通过该差值|E(K)|对直流泵的转速进行比例调节或比例积分调节的闭环控制；3)当|E(K)|>ε时，采用比例调节进行控制；4)当|E(K)|≤ε时，采用比例积分调节进行控制。

作为改进地，所述热水循环装置安装在热水器进水端，还包括有温度传感器和操作显示器，所述温度传感器设置在管路上，所述操作显示器与控制器连接，通过操作显示器设定预热循环温度。

作为改进地，当温度传感器检测的温度与设定温度差小于ΔΤ时，通过比例调节增加直流泵运转速度，增大水流量，所述ΔΤ的取值范围为5-10℃。

作为改进地，当温度传感器检测的温度与设定温度差小于1℃时，先通过比例调节快速降低直流泵运转速度，之后通过比例积分调节缓慢降低直流泵运转速度，同时采样水流量传感器反馈的频率值f，使反馈的频率值f与热水器启动频率f启满足以下关系：f＝f启-f0，f0的取值范围为6-8Hz，f启为26Hz。

作为改进地，所述直流泵的后循环时间控制如下：1)直流泵后循环前的运转时间T＜7分钟时，直流泵的后循环时间为3分钟；2)直流泵后循环前的运转时间7分钟≤T＜11分钟时，直流泵的后循环时间为4分钟；3)直流泵后循环前的运转时间11分钟≤T＜15分钟时，直流泵的后循环时间为5分钟；4)直流泵后循环前的运转时间T≥15分钟时，直流泵的后循环时间为6分钟。

本发明的有益效果是：

一、避开水泵转速反馈的闭环控制系统，采用水流量传感器的输出频率进行闭环控制，具有控制简单，可靠性高等特点。

二、采用直流泵，水泵在不超过最大功率的前提下实现无极调速，从而达到循环水流量调节的目的，通过水泵的低速运转，可在避免热水器重新启动的前提下进行后循环，后循环完毕后，管道温度均匀性较好。

三、根据循环装置实时温度适当调整水泵运转速度，在接近设定温度时，适当增加水泵运转速度，增大水流量，降低热水器最低温升带来的温度过冲现象，提高用水舒适性。

四、比例调节和比例积分调节进行组合控制，根据水泵转速的比例积分控制方式实现水泵平滑调速，避免调速过冲引起循环水量变化较大的情况。

五、轻松实现增压功能的开启与关闭：当用户开启用水点用水时，如果水流量传感器反馈的频率值与频率给定值相差较大，水流量传感器反馈的频率值f满足f1<f<f2时，f1取值范围为30-35Hz，f2取值范围为40-45Hz，调整水泵转速使水流量传感器反馈的频率值为f2+30，增压开启，然后固定水泵转速。当用户用水结束关闭用水点时，由于水泵负载的增加，此时水流量传感器输出频率变大，系统控制水泵停止，增压过程结束。

附图说明

图1所示为本发明提供的热水循环装置控制原理图。

图2所示为比例调节与比例积分调节控制流程图。

具体实施方式

为方便本领域技术人员更好地理解本发明的实质，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细阐述。

如图1所示，一种带直流泵的热水循环装置，包括：管路，安装在管路上的直流泵、水流量传感器，以及与直流泵、水流量传感器连接的控制器；其特征在于，它的控制方法如下：

1)通过直流泵的特性曲线，结合实验测试确定直流泵在预热循环的启动、循环中、以及后循环的水流量。

2)根据水流量传感器输出频率f与水流量q的关系式f＝aq计算出相应的频率给定值f启、f循环、f后循环，其中a为10.28。

3)控制器根据水流量传感器反馈的频率值和频率给定值闭环控制直流泵的运转速度。本实施例中，控制器对直流泵转速控制是通过控制器自带的PWM发生模块并借用成熟的水泵驱动模块来实现的，这里不再赘述。

其中，所述循环中是指启动加热装置的水循环，后循环是指不启动加热装置的水循环。

当水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间为大偏差时，采用比例调节改变直流泵的转速；避免由于积分作用降低系统的稳定性，引起系统超调量增大。当水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间为小偏差时，采用比例积分调节改变直流泵的转速，从而消除系统静差，提高控制精度。

如图2所示，所述比例调节和比例积分调节之间的切换方法为：

1)设定一个阈值ε，其中0＜ε＜0.6。在这里，阈值ε根据直流泵的实际运转情况由试验测试分析确定。

2)计算水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间的差值|E(K)|，通过该差值|E(K)|对直流泵的转速进行比例调节或比例积分调节的闭环控制。

3)当|E(K)|>ε时，采用比例调节进行控制，即，图2所示的P控制。

4)当|E(K)|≤ε时，采用比例积分调节进行控制，即图2所示的PI控制。

在不同情况下，通过上述比例调节和比例积分调节的切换便可简单可靠地实现直流水泵的闭环控制。

本实施例中，所述热水循环装置安装在热水器进水端，还包括有温度传感器和操作显示器，所述温度传感器设置在管路上，所述操作显示器与控制器连接，通过操作显示器设定预热循环温度。

当温度传感器检测的温度与设定温度差小于ΔΤ时，通过比例调节增加直流泵运转速度，增大水流量，降低热水器最低温升带来的温度过冲现象。所述ΔΤ的取值范围为5-10℃。

当温度传感器检测的温度与设定温度差小于1℃时，先通过比例调节快速降低直流泵运转速度，之后通过比例积分调节缓慢降低直流泵运转速度，同时采样水流量传感器反馈的频率值f，使反馈的频率值f与热水器启动频率f启满足以下关系：f＝f启-f0，f0的取值范围为6-8Hz，另外f启为26Hz。这样操作的好处是：避免温度过冲的同时考虑管道的散热情况，使循环装置后循环完毕时，整个管道中的水温尽量接近用户设定温度。

所述直流泵的后循环时间控制如下：

1)直流泵后循环前的运转时间T＜7分钟时，直流泵的后循环时间为3分钟；

2)直流泵后循环前的运转时间7分钟≤T＜11分钟时，直流泵的后循环时间为4分钟；

3)直流泵后循环前的运转时间11分钟≤T＜15分钟时，直流泵的后循环时间为5分钟；

4)直流泵后循环前的运转时间T≥15分钟时，直流泵的后循环时间为6分钟

在这里，根据直流泵后循环前的运转时间来确定直流泵的后循环时间，进一步提高温度的均匀性。

利用上述热水循环装置还能轻松实现增压功能的开启与关闭：当用户开启用水点用水时，由于进水压较小，水流量传感器反馈的频率值与给定频率值相差较大。当水流量传感器反馈的频率值f满足f1<f<f2时，调整直流泵转速使水流量传感器反馈的频率值为f2+30，增压开启，然后固定水泵转速。其中，f1取值范围为30-35Hz，f2取值范围为40-45Hz。当用户用水结束关闭用水点时，由于水泵负载的增加，此时水流量传感器输出频率变大，系统控制直流泵停止，增压过程结束。

以上具体实施方式对本发明的实质进行了详细说明，但并不能以此来对本发明的保护范围进行限制。显而易见地，在本发明实质的启示下，本技术领域普通技术人员还可进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带直流泵的热水循环装置，包括：管路，安装在管路上的直流泵、水流量传感器，以及与直流泵、水流量传感器连接的控制器；其特征在于，它的控制方法如下：

1）确定直流泵在热水器预热循环的启动、循环中、以及后循环的水流量；

2）根据水流量传感器输出频率f与水流量q的关系式f=aq计算出相应的频率给定值f启、f循环、f后循环，其中a为10.28；

3）控制器根据水流量传感器反馈的频率值和频率给定值闭环控制直流泵的运转速度；

所述循环中是指启动加热装置的水循环，后循环是指不启动加热装置的水循环。

2.根据权利要求1所述的热水循环装置，其特征在于，当水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间为大偏差时，采用比例调节改变直流泵的转速；当水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间为小偏差时，采用比例积分调节改变直流泵的转速。

3.根据权利要求2所述的热水循环装置，其特征在于，所述比例调节和比例积分调节之间的切换方法为：

1）设定一个阈值ɛ，其中0＜ɛ＜0.6；

2）计算水流量传感器反馈的频率值与频率给定值之间的差值|E(K)|，通过该差值|E(K)|对直流泵的转速进行比例调节或比例积分调节的闭环控制；

3）当|E(K)|>ɛ时，采用比例调节进行控制；

4）当|E(K)|≤ɛ时，采用比例积分调节进行控制。

4.根据权利要求1所述的热水循环装置，其特征在于，所述热水循环装置安装在热水器进水端，还包括有温度传感器和操作显示器，所述温度传感器设置在管路上，所述操作显示器与控制器连接，通过操作显示器设定预热循环温度。

5.根据权利要求4所述的热水循环装置，其特征在于，当温度传感器检测的温度与设定温度差小于ΔΤ时，通过比例调节增加直流泵运转速度，增大水流量，所述ΔΤ的取值范围为5-10℃。

6.根据权利要求4所述的热水循环装置，其特征在于，当温度传感器检测的温度与设定温度差小于1℃时，先通过比例调节快速降低直流泵运转速度，之后通过比例积分调节缓慢降低直流泵运转速度，同时采样水流量传感器反馈的频率值f，使反馈的频率值f与热水器启动频率f启满足以下关系：f=f启-f0，f0的取值范围为6-8Hz，f启为26Hz。

7.根据权利要求1所述的热水循环装置，其特征在于，所述直流泵的后循环时间控制如下：

1）直流泵后循环前的运转时间T＜7分钟时，直流泵的后循环时间为3分钟；

2）直流泵后循环前的运转时间7分钟≤T＜11分钟时，直流泵的后循环时间为4分钟；

3）直流泵后循环前的运转时间11分钟≤T＜15分钟时，直流泵的后循环时间为5分钟；

4）直流泵后循环前的运转时间T≥15分钟时，直流泵的后循环时间为6分钟。

8.根据权利要求1所述的热水循环装置，其特征在于，当水流量传感器反馈的频率值f满足f1<f<f2时，f1取值范围为30-35Hz，f2取值范围为40-45Hz，控制器调整直流泵转速使水流量传感器反馈的频率值为f2+30，开启水流增压。