CN106440340A - 一种电热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电热水器及其控制方法，涉及热水器技术领域，用于解决开启速热加热管会引起水温突变，影响用户体验的问题。该电热水器包括：电热水器本体以及设置于热水器本体上的储热、速热加热装置、功率调节装置、第一、第二控制装置以及主控制装置；储热加热装置与第一控制装置串联连接，速热加热装置与第二控制装置串联连接；功率调节装置连接第一控制装置、第二控制装置，功率调节装置连接主控制装置；功率调节装置用于对储热加热管以及速热加热管的输出功率进行调节；第一控制装置用于控制储热加热管与功率调节装置的导通或关断；第二控制装置用于控制速热加热管与功率调节装置的导通或关断。本发明用于电热水器的制造。

Description

一种电热水器及其控制方法

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，尤其涉及一种电热水器及其控制方法。

背景技术

目前，热水器主要包括三大类，其分别为：电热水器、燃气热水器以及太阳能热水器。其中，电热水器指以电能作为能源进行加热的热水器。由于电热水器使用方便、不受使用环境限制、可连续使用等优势，目前是市场上的主流热水器。

传统储热式电热水器包括：外壳、保温层、内胆、储热加热管、进水阀、出水阀、排污阀等结构。其工作原理为：开启进水阀时，冷水经进水口进入内胆，加热管对内胆内存储的冷水进行加热，当水温达到设定值时进入保温状态；开启进水阀时，加热后的热水由出水口流出。由传统储热式电热水器需要将内胆内存储的冷水均加热至一定温度时才能出水，因此存在加热速度慢的缺点，为了解决传统电热水器加热速度慢的问题，现有技术中开发出了一种速热储热式电热水器。这种电热水器在传统的储水式电热水器的出水部位额外安装了一个速热加热管，通过封闭结构辅助，使该速热加热管产生的热量集中作用在出水管处，从而提升了电热热水器的出水速度。然而，现有的速热储热电热水器的储热加热管及速热加热管都是在固定功率下工作，因此在使用过程若开启速热加热管会引起水温突变，影响用户体验。

发明内容

本发明的实施例提供一种电热水器及其控制方法，用于解决开启速热加热管会引起水温突变，影响用户体验的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种电热水器，包括：设置于热水器本体上的储热加热装置、速热加热装置、功率调节装置、第一控制装置、第二控制装置以及主控制装置；

储热加热装置与第一控制装置串联连接，速热加热装置与第二控制装置串联连接；功率调节装置的输出端连接第一控制装置以及第二控制装置，功率调节装置的输入端连接主控制装置的输出端；主控制装置的输入端连接电源；

功率调节装置用于在主控制装置的控制下对储热加热管以及速热加热管的输出功率进行调节；

第一控制装置用于在主控制装置的控制下控制储热加热管与功率调节装置的导通或关断；

第二控制装置用于在主控制装置的控制下控制速热加热管与功率调节装置的导通或关断。

第二方面，提供一种电热水器的控制方法，用于控制第一方面的电热水器，方法包括：

获取电热水器的状态参数，其中状态参数包括：电热水器内的水的温度以及流入电热水器的水的流速和/或流出电热水器的水流速；

根据电热水器的状态参数计算控制参数；

根据控制参数控制功率调节装置的输出功率以及第一控制装置、第二控制装置的导通或关断。

本发明实施例提供的电热水器包括：设置于热水器本体上的储热加热装置、速热加热装置、功率调节装置、第一控制装置、第二控制装置以及主控制装置；其中，储热加热装置与第一控制装置串联连接，速热加热装置与第二控制装置串联连接；功率调节装置的输出端连接第一控制装置以及第二控制装置，功率调节装置的输入端连接主控制装置的输出端；主控制装置的输入端连接电源；因为功率调节装置可以在主控制装置的控制下储热加热装置以及速热加热装置的输出功率进行调节、第一控制装置可以在主控制装置的控制下控制储热加热装置与功率调节装置的导通或关断、第二控制装置可以在主控制装置的控制下控制速热加热装置与功率调节装置的导通或关断，所以本发明实施例不但可以对储热加热装置和速热加热装置进行独立控制，而且还可以通过功率调节装置手动或自动对储热加热装置以及速热加热装置的输出功率进行调节，实现储热加热装置以及速热加热装置输出功率的线性变化，进而实现水温的线性变化，因此本发明实施例可以解决现有技术中开启速热加热管会引起水温突变，影响用户体验的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的电热水器的示意性结构图；

图2为本发明的实施例提供的另一种电热水器的示意性结构图；

图3为本发明的实施例提供的再一种电热水器的示意性结构图；

图4为本发明的实施例提供的又一种电热水器的示意性结构图；

图5为本发明的实施例提供的电热水器控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请中的“A和/或B”表示三种选择：A，或者，B，或者，A和B。也即“和/或”即可以表示“和“的关系，也可以表示“或”的关系。

还需要说明的是，本申请中的“第一”、“第二”等字样仅仅是为了对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。

本发明的实施例提供一种电热水器，参照图1所示，该电热水器包括：设置于热水器本体上的储热加热装置11和速热加热装置12、功率调节装置13、第一控制装置14、第二控制装置15以及主控制装置16。

示例性的，本发明实施例中的储热加热装置11、速热加热装置12均可以为加热管。

以下参照图1所示对上述实施例提供的电热水器内各个装置的连接关系做详细说明。

储热加热装置11与第一控制装置14串联连接，速热加热装置12与第二控制装置15串联连接；功率调节装置13的输出端132连接第一控制装置14以及第二控制装置15，功率调节装置13的输入端131连接主控制装置16的输出端162；主控制装置16的输入端161连接电源AC。

其中，功率调节装置13用于在主控制装置16的控制下对储热加热装置11以及速热加热装置12的输出功率进行调节。

第一控制装置14用于在主控制装置16的控制下控制储热加热装置11与功率调节装置13的导通或关断。

第二控制装置15用于在主控制装置16的控制下控制速热加热装置12与功率调节装置13的导通或关断。

基于上述连接关系，电能在本发明实施例提供的电热水器中的传输过程为：首先，电能由电源AC通过主控制器的输入端161进入主控制器16，然后通过主控制器的输出端162以及功率调节装置13的输入端131进入功率调节装置13，功率调节装置13对电能输出功率进行调节后分为两路输出，第一路通过第一控制装置14输入储热加热装置11、第二路通过第二控制装置15输入速热加热装置12。

示例性的，参照图2所示，本发明实施例中的热水器还可以包括：外壳21、保温层22、位于保温层22内的内胆23、设置于内胆23内部的进水管24、出水管25以及镁棒26等结构。上述实施例中的储热加热装置11以及速热加热装置12可以设置于内胆23内部，功率调节装置13、第一控制装置14、第二控制装置15以及主控制装置16可以设置于内胆外侧。其中，外壳21可以采用冷轧板喷涂或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(英文全称：AcrylonitrileButadiene Styrene plastic，简称：ABS塑料)制作；保温层22可以通过聚氨酯材料制作；内胆23可以为搪瓷内胆、不锈钢内胆、热浸锌内胆及搪塑内胆等，镁棒26用于在电热水器通电状态下通过镁离子与水里的氯离子及其他腐蚀阴离子产生反应，从而保护内胆不受侵蚀。

需要说明的是，以上图2所示电热水器为本发明实施例中为便于理解本发明而给出的一种具体实例，但本发明实施例并不限定于此。本发明实施例中的电热水器也可以不包括图2所示热水器中的一些部件，例如：不包括镁棒；还可以还包括：温控器、安全阀、控制面板等部件。

通常，储热式电热水器的工作原理为：设置进水管位于内胆下部并设置出水管位于内胆上部，当冷水由进水管进入内胆时，内胆存储进入的冷水并通过储热加热装置对存储的冷水进行加热，当用户需要使用热水时，再次打开进水管使冷水由进水管进入内胆底部，之前被加热的热水被挤压至内胆顶部并由出水管排出。由上述储热式电热水器的工作原理可知，要提高储热式电热水器的热水输出率需要保证冷水与热水的分层良好，而要保证冷水与热水的分层良好则需要控制内胆内冷水与热水的对流速度。因为本发明实施例中可以通过功率调节装置对储热加热装置的输出功率进行调节，所以本发明实施例可以通过功率调节装置调节储热加热装置的输出功率，进而控制内胆内冷水与热水的对流速度，保证内胆内冷水与热水分层良好。因此本发明实施例还可以提高储热式电热水器的热水输出率，进而减小储热式热水器的能耗。

进一步的，电热水器易结水垢一直是影响电热水器使用寿命的一个重要因素。水垢是热的不良导体，在未结水垢时，加热管可以在受热后快速将热量传递给水，而当结有水垢时，加热管的热量由于受到水垢的阻挡，无法快速传递给水，因而加热装置的温度会急剧升高，强度显著下降。当加热管上结了厚厚的水垢，热量传导不出去，这时如果水垢出现裂缝，水立即渗漏到高温的热水器加热装置上，就会产生烧蚀漏电现象，严重的还会引发电热水器爆炸。因此如何减缓热水器加热装置结垢一直是本领域技术人员研究的热点之一。其中，电热水器易结水垢的一个重要原因为：加热管工作时，电热水器的加热管表面温度与水温相差很大。此外，在加热管表面温度与水温相差越大时越容易结垢。由于传统电热水器工作在额定功率下，所以储热加热管和速热加热管不能同时工作，而单独工作时储热加热管或速热加热管的表面温度较高，加剧了水垢生成。在本发明实施例中，由于第一控制装置14以及第二控制装置15分别独立控制储热加热装置11和速热加热装置12，所以储热加热装置11和速热加热装置12可以独立公共工作，可以单独开启储热加热装置11或速热加热装置12进行加热，也可以同时开启储热加热装置11和速热加热装置12进行加热。所以本发明实施例可以使储热加热装置11和速热加热装置12持续工作在低表面负荷的情况下，从而减缓水垢的生成。

本发明实施例提供的电热水器包括：设置于热水器本体上的储热加热装置、速热加热装置、功率调节装置、第一控制装置、第二控制装置以及主控制装置；其中，储热加热装置与第一控制装置串联连接，速热加热装置与第二控制装置串联连接；功率调节装置的输出端连接第一控制装置以及第二控制装置，功率调节装置的输入端连接主控制装置的输出端；主控制装置的输入端连接电源；因为功率调节装置可以在主控制装置的控制下储热加热装置以及速热加热装置的输出功率进行调节、第一控制装置可以在主控制装置的控制下控制储热加热装置与功率调节装置的导通或关断、第二控制装置可以在主控制装置的控制下控制速热加热装置与功率调节装置的导通或关断，所以本发明实施例不但可以对储热加热装置和速热加热装置进行独立控制，而且还可以通过功率调节装置手动或自动对储热加热装置以及速热加热装置的输出功率进行调节，实现储热加热装置以及速热加热装置输出功率的线性变化，进而实现水温的线性变化，因此本发明实施例可以解决现有技术中开启速热加热管会引起水温突变，影响用户体验的问题。

进一步的，本发明实施例还提供了如下两种功率调节装置13的具体实现方式：

第一种实现方式：

参照图3所示，功率调节装置13包括：双向可控硅VS；

双向可控硅VS的第一阳极T1连接主控制装置16的输出端162，双向可控硅VS的第二阳极T2连接第一控制装置14以及第二控制装置15，双向可控硅VS的控制极G连接主控制装置16的控制信号输出端S。

可控硅(英文名称：Silicon Controlled Rectifier，简称：SCR)又称为晶闸管。其是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，具有体积小、结构相对简单、功能强等特点。双向可控硅是在可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是理想的交流开关器件。双向可控硅是一种硅可控整流器件，也称作双向晶闸管。这种器件在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，具有无火花、动作快、寿命长、可靠性高以及简化电路结构等优点。此外，双向可控硅的接线管脚数量与可控硅相同，也包括三个接线管脚，且双向可控硅的三个接线管脚分别称为第一阳极、第二阳极以及控制极。

当本发明实施例中的功率调节装置13为双向可控硅VS时，主控制装置16通过控制信号输出端S输出控制信号，双向可控硅VS在控制信号输出端S输出的控制信号的控制下按照预设的频率导通或截止，从而控制双向可控硅VS的输出功率。即，在本发明实施例中双向可控硅的为可以实现变频功能的驱动器件。

第二种实现方式：

功率调节装置13包括：第一双向可控硅VS1和第二双向可控硅VS2；

第一双向可控硅VS1的第一阳极T11连接主控制装置16的输出端162，第一双向可控硅VS1的第二阳极T12连接第一控制装置14，第一双向可控硅VS1的控制极G1连接主控制装置16的第一控制信号输出端S1；

第二双向可控硅VS2的第一阳极T21连接主控制装置16的输出端162，第二双向可控硅VS2的第二阳极T22连接第二控制装置15，第二双向可控硅VS2的控制极G2连接主控制装置16的第二控制信号输出端S2。

本发明实施例中的第一双向可控硅VS1和第二双向可控硅VS2的结构、工作原理均与上述第一种实现方式中的双向可控硅类似，为避免赘述不再详细说明。以下，仅针对第二种实现方式与第一种实现方式的区别进行说明。

与上述第一种实现方式不同在于，本发明实施例中通过第一双向可控硅VS1和第二双向可控硅VS2两个双向可控硅来实现本发明实施例中的功率调节装置13。由上述第一双向可控硅VS1和第二双向可控硅VS2的连接方式可知，第一双向可控硅VS1用于单独控制储热加热装置11的输出功率，第二双向可控硅VS2用于单独控制速热加热装置12的输出功率，因此相比于上述第一种实现方式，本发明实施例有利于单独对储热加热装置11和速热加热装置12的输出功率进行调节。

进一步的，在上述功率调节装置13的第二种实现方式中，主控制装置16通过第一控制程序控制第一控制信号输出端S1输出的控制信号且通过第二控制程序控制第二控制信号输出端S2输出的控制信号。

即，本发明实施例中通过不同的控制程序分别控制第一控制信号输出端S1输出的控制信号和第二控制信号输出端S2输出的控制信号，进而分别控制第一双向可控硅VS1和第二双向可控硅VS2的导通或截止频率，因此主控制装置16通过第一控制程序控制第一控制信号输出端S1输出的控制信号且通过第二控制程序控制第二控制信号输出端S2输出的控制信号可以独立对第一双向可控硅VS1和第二双向可控硅VS2的导通或截止频率进行控制，进而独立对第一双向可控硅VS1和第二双向可控硅VS2的输出功率进行控制。

可选的，上述实施例提供的电热水器还包括：至少一个设置于电热水器本体上的温度传感器；

主控制装置还用根据温度传感器获取的温度对功率调节装置、第一控制装置以及第二控制装置进行控制。

示例性的，本发明实施例中的至少一个温度传感器具体可以设置于储热加热装置周围、速热加热装置周围、出水管周围以及进水管周围，温度传感器将检测到的温度发送至主控制装置，主控制装置根据各个温度传感器的检测数据分析电热水器的使用情况，进而输出相应的控制信号到功率调节装置、第一控制装置以及第二控制装置进行控制。即，通过至少一个设置于热水器本体上的温度传感器可以实现电热水器的自动控制。

进一步的，电热水器还包括：设置于电热水器的出水口和/或进水口的流速传感器；

主控制装置还用根据流速传感器获取的水流速度对功率调节装置、第一控制装置以及第二控制装置进行控制。

即，本发明实施例中的流速传感器可以设置于电热水器的出水口，也可以设置于电热水器的进水口，还可以在电热水器的出水口和进水口处均设置流速传感器。

同样，流速传感器将检测到的水流速度发送至主控制装置，主控制装置根据流速传感器的监测数据分析电热水器的使用情况，进而输出相应的控制信号到功率调节装置、第一控制装置以及第二控制装置进行控制。即，通过设置于电热水器的出水口和/或进水口的流速传感器可以实现电热水器的自动控制。

可选的，功率调节装置设置于电热水器的冷水存储区域的外侧。

功率调节装置在工作时会产生大量热量，若不能将产生的热量及时导出可能会造成功率调节装置损坏。本发明实施例中将功率调节装置设置于电热水器的冷水存储区域的外侧，因此可以通过热传递将热量递至冷水中，因此通过将功率调节装置设置于电热水器的冷水存储区域的外侧可以避免高温导致的功率调节装置损坏。

具体的，通常电热水器的进水口位于内胆下侧，在电热水器的进水口位于内胆下侧时，可以将功率调节装置安装在内胆中下部的外侧。

可选的，上述任一实施例中的第一控制装置和第二控制装置可以为继电器。

继电器(英文名称：relay)是一种电控制器件，在本发明实施例中继电器实际为开关器件，即控制连接与继电器两端的器件的导通或关断。

此外，在电子技术领域中可以作为开关器件的电子元件非常多，例如：晶体管、电磁开关等。因此本领域技术人员容易想到通过此类可以作为开关器件的电子元件来代替本发明实施例中的继电器实现第一控制装置和第二控制装置，但这些都属于本发明实施例的合理变通方案，因此均应属于本发明的保护范围之内。

可选的，主控制装置可以为微控制单元。微控制单元(英文名称：MicrocontrollerUnit,简称：MCU)，是指将内存(英文名称：memory)、计数器(英文名称：Timer)、总线、数字模拟转换器等接口电路都整合在单一芯片上形成芯片级的计算机，主控制装置的输入端、输出端。控制信号端等端口可以分别为微控制单元的不同的输入/输出管脚。本发明实施例中对微控制单元的具体结构不做限定，已能够实现本发明实施例中的主控制装置的功能为准。

本发明再一实施例提供一种电热水器的控制方法，用于控制上述任一实施例提供的电热水器。

具体的，参照图5所示，该方法包括如下步骤：

S51、获取电热水器的状态参数。

其中，状态参数包括：电热水器内的水的温度以及流入电热水器的水的流速和/或流出电热水器的水的流速。

具体的，获取电热水器的状态参数具体可以通过设置于电热水器本体上的温度传感器和流速传感器获取。

S52、根据电热水器的状态参数计算控制参数。

具体的，可以在主控制装置内部预设控制参数计算软件，并将电热水器的状态参数作为输入，通过控制参数计算软件对状态参数进行分析计算，最后将结算出的控制参数最为输出。

S53、功率调节装置根据控制参数对储热加热装置和速热加热装置的输出功率进行调节；第一控制装置根据控制参数控制储热加热装置与功率调节装置的导通或关断；第二控制装置根据控制参数控制速热加热装置与功率调节装置的导通或关断。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电热水器，其特征在于，包括：设置于所述热水器本体上的储热加热装置、速热加热装置、功率调节装置、第一控制装置、第二控制装置以及主控制装置；

所述储热加热装置与所述第一控制装置串联连接，所述速热加热装置与所述第二控制装置串联连接；所述功率调节装置的输出端连接所述第一控制装置以及所述第二控制装置，所述功率调节装置的输入端连接所述主控制装置的输出端；所述主控制装置的输入端连接电源；

所述功率调节装置用于在所述主控制装置的控制下对所述储热加热装置以及所述速热加热装置的输出功率进行调节；

所述第一控制装置用于在所述主控制装置的控制下控制所述储热加热装置与所述功率调节装置的导通或关断；

所述第二控制装置用于在所述主控制装置的控制下控制所述速热加热装置与所述功率调节装置的导通或关断。

2.根据权利要求1所述的电热水器，其特征在于，所述功率调节装置包括：双向可控硅；

所述双向可控硅的第一阳极连接所述主控制装置的输出端，所述双向可控硅的第二阳极连接所述第一控制装置以及所述第二控制装置，所述双向可控硅的控制极连接所述主控制装置的控制信号输出端。

3.根据权利要求1所述的电热水器，其特征在于，所述功率调节装置包括：第一双向可控硅和第二双向可控硅；

所述第一双向可控硅的第一阳极连接所述主控制装置的输出端，所述第一双向可控硅的第二阳极连接所述第一控制装置，所述第一双向可控硅的控制极连接所述主控制装置的第一控制信号输出端；

所述第二双向可控硅的第一阳极连接所述主控制装置的输出端，所述第二双向可控硅的第二阳极连接所述第二控制装置，所述第二双向可控硅的控制极连接所述主控制装置的第二控制信号输出端。

4.根据权利要求3所述的电热水器，其特征在于，所述主控制装置通过第一控制程序控制第一控制信号输出端输出的控制信号且通过第二控制程序控制第二控制信号输出端输出的控制信号。

5.根据权利要求1所述的电热水器，其特征在于，所述电热水器还包括：至少一个设置于所述热水器本体上的温度传感器；

所述主控制装置还用根据所述温度传感器获取的温度对所述功率调节装置、所述第一控制装置以及所述第二控制装置进行控制。

6.根据权利要求1所述的电热水器，其特征在于，所述电热水器还包括：设置于所述电热水器的出水口和/或进水口的流速传感器；

所述主控制装置还用根据所述流速传感器获取的水流速度对所述功率调节装置、所述第一控制装置以及所述第二控制装置进行控制。

7.根据权利要求1所述的电热水器，其特征在于，所述功率调节装置设置于所述电热水器的冷水存储区域的外侧。

8.根据权利要求1所述的电热水器，其特征在于，所述第一控制装置和所述第二控制装置为继电器。

9.根据权利要求1所述的电热水器，其特征在于，所述主控制装置为微控制单元。

10.一种电热水器的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-9任一项所述的电热水器，所述方法包括：

获取电热水器的状态参数，其中所述状态参数包括：电热水器内的水的温度以及流入所述电热水器的水的流速和/或流出所述电热水器的水的流速；

根据所述电热水器的状态参数计算控制参数；

所述功率调节装置根据所述控制参数对所述储热加热装置和所述速热加热装置的输出功率进行调节；所述第一控制装置根据所述控制参数控制所述储热加热装置与所述功率调节装置的导通或关断；所述第二控制装置根据所述控制参数控制所述速热加热装置与所述功率调节装置的导通或关断。