CN107120844A - 一种智能控制的电热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水箱水位控制的电热水器，所述电热水器包括控制器、电加热装置、水箱，所述电加热装置设置在水箱中，还包括水位检测装置、入口管阀门、水位检测装置、流量控制器与控制器通讯连接，入口管阀门设置在水箱入口管上；所述的入口管阀门用来控制水箱入口管上的水的流速，所述水位检测装置用于测量热水器水箱的水位，控制器根据测量的水位来控制流量控制器的流速，浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；所述同心圆是以左管箱的中心为圆心的圆。本发明通过实现水位高度的智能控制，实现了热水器的远程监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种热水器，尤其涉及一种具有水位智能控制的电热水器。
背景技术
热水器是目前家庭生活中必不可少的一个家用电器。目前各种的热水器的自动化操作需要亲自去操作，这样可能会影响对热水器的有效使用，而且因为无法确定热水器的具体使用时间，可能过早的打开热水器，造成热水器不断的反复加热，例如当达到温度停止加热，当低于设定温度开始进行加热，造成能源的浪费。因此需要设计智能控制的热水器以及通过手机APP进行智能监控的电热水器。
发明内容
本发明针对现有技术中热水器的不足，提供一种电加热热水器。该热水器能够通过手机APP进行智能控制，而且具有加热迅速、温度分布均匀、功率自动控制、安全可靠的功能，提高了加热效率。
本发明的另一个目的是提供了一种新式结构的热水器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水箱水位控制的电热水器，所述电热水器包括控制器、电加热装置、水箱，所述电加热装置设置在水箱中，还包括水位检测装置、入口管阀门，水位检测装置、入口管阀门与控制器通讯连接，入口管阀门设置在水箱入口管上；所述的入口管阀门用来控制水箱入口管上的水的流速，所述水位检测装置用于测量热水器水箱的水位，控制器根据测量的水位来控制入口管阀门的开度，所述控制器连接云端服务器，云端服务器与热水器客户端连接，其中控制器将测量的水位、阀门开度传递给云端服务器，然后通过云端服务器传送给客户端，所述客户端是手机，所述手机安装APP程序，用户通过客户端得到数据。
作为优选，如果水位下降，控制器则通过控制入口管阀门开度来增加进入水箱的水的流量，如果水位过高，则通过降低入口管阀门开度或者关闭入口管阀门来减少进入水箱内水流量或者停止向水箱内供水。
作为优选，当测量的水位低于第一水位时，控制器控制入口管阀门以第一开度进行供水；当测量的水位低于比第一水位低的第二水位时，控制器控制入口管阀门以高于第一开度的第二开度进行供水；当测量的水位低于比第二水位低的第三水位时，控制器控制入口管阀门以高于第二开度的第三开度进行供水；当测量的水位低于比第三水位低的第四水位时，控制器控制入口管阀门以高于第三开度的第四开度进行供水；当测量的水位低于比第四水位低的第五水位时，控制器控制入口管阀门以高于第四开度的第五开度进行供水。
作为优选，第一水位是第二水位的1.1-1.3倍，第二水位是第三水位的1.1-1.3倍，第三水位是第四水位的1.1-1.3倍，第四水位是第五水位的1.1-1.3倍。
作为优选，第五开度是第四开度的1.7-1.9倍，第四开度是第三开度的1.6-1.8倍，第三开度是第二开度的1.5-1.7倍，第二开度是第一开度的1.3-1.5倍。
作为优选，水箱出水管上设置出水管阀门，出水管阀门与控制器数据连接，所述控制器根据测量的水位来控制入口管阀门和出水管阀门的开度。
作为优选，所述电加热装置包括左管箱、右管箱和浮动盘管，浮动盘管与左管箱和右管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热棒设置在左管箱和右管箱内；左管箱、右管箱和浮动盘管内填充加热流体；浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；所述同心圆是以左管箱的中心为圆心的圆。
作为优选，所述左管箱的管径大于右管箱的管径，所述左管箱内设置第一电加热器，右管箱内设置第二电加热器，第一电加热器的加热功率大于第二电加热器的加热功率。
作为优选，左管箱的内径为R1，右管箱的内径为R2，左管箱的电加热棒的功率是P1，右管箱的电加热棒的功率是P2，满足如下关系：
P1/P2＝a*(R1/R2)2-b*(R1/R2)+c；
a,b,c是系数，其中0.82<a<0.91,1.95<b<2.05,2.67<c<2.77；
其中58mm<R1<87mm；
29mm<R2<68mm；
1.2<R1/R2<2.1；优选，1.5<P1/P2<2.3；
950W<P1<1500W；
400W<P2<1000W。
作为优选，随着R1/R2的增加，a,c增加，b减小。
本发明具有如下优点：
1、本发明通过阀门控制实现热水器的水箱的水位智能控制，保证水位的高度恒定，节约能源，提高了热水器的智能化。
2、本发明通过手机APP就能监控热水器的水位高度，实现了热水器的远程监控。
3、本发明将浮动盘管应用于热水器的加热，通过设置浮动盘管，加热流体受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管自由端BC、B’C’产生振动，从而强化传热。
4、本发明通过大量的试验，优化了浮动盘管的参数的最佳关系，从而进一步提高加热效率。
5、本发明通过将电加热器设置在管箱中，因此可以直接避免流体与电加热器接触，从而避免触电，起到保护的作用。
6、本发明通过不同管箱的电加热器功率的设置，提高了加热效率及其加热的均匀性。
附图说明：
图1为手机APP对热水器进行控制的流程示意图。
图2为热水器横切面示意图。
图3是图2中的电加热装置截面视图。
图4是图3中的A-A截面视图。
图5是图4结构的尺寸示意图。
图6是电加热器控制结构示意图。
图中：1、浮动盘管，2、左管箱，3、控制器，4、温度传感器，5、进水管，6、出水管，7、自由端，8、右管箱，9、压力传感器，10、电加热装置，11、水箱，12管束，13电加热器，131第一电加热棒，132第二电加热棒，14入口管阀门，15流量传感器
具体实施方式
一种水箱水位控制的电热水器，所述电热水器包括控制器3、电加热装置10、水箱11，所述电加热装置10设置在水箱3中，还包括水位检测装置、入口管阀门，水位检测装置、入口管阀门与控制器3通讯连接，入口管阀门设置在水箱入口管上；所述的入口管阀门14用来控制水箱入口管上的水的流速，所述水位检测装置用于测量热水器水箱的水位，控制器3根据测量的水位来控制入口管阀门的开度，所述控制器3连接云端服务器，云端服务器与热水器客户端连接，其中控制器将测量的水位、入口管阀门的开度传递给云端服务器，然后通过云端服务器传送给客户端，所述客户端是手机，所述手机安装APP程序，用户通过客户端得到数据。
作为优选，如果水位下降，控制器则通过控制入口管阀门开度来增加进入水箱的水的流量，如果水位过高，则通过降低入口管阀门开度或者关闭入口管阀门来减少进入水箱内水流量或者停止向水箱内供水。
作为优选，当测量的水位低于第一水位时，控制器3控制入口管阀门14以第一开度进行供水；当测量的水位低于比第一水位低的第二水位时，控制器3控制入口管阀门14以高于第一开度的第二开度进行供水；当测量的水位低于比第二水位低的第三水位时，控制器3控制入口管阀门14以高于第二开度的第三开度进行供水；当测量的水位低于比第三水位低的第四水位时，控制器3控制入口管阀门14以高于第三开度的第四开度进行供水；当测量的水位低于比第四水位低的第五水位时，控制器3控制入口管阀门14以高于第四开度的第五开度进行供水。
作为优选，第一水位是第二水位的1.1-1.3倍，第二水位是第三水位的1.1-1.3倍，第三水位是第四水位的1.1-1.3倍，第四水位是第五水位的1.1-1.3倍。
作为优选，第一水位是第二水位的1.1-1.15倍，第二水位是第三水位的1.15-1.2倍，第三水位是第四水位的1.2-1.25倍，第四水位是第五水位的1.25-1.3倍。
作为优选，第五开度是第四功率的1.7-1.9倍，第四开度是第三开度的1.6-1.8倍，第三开度是第二开度的1.5-1.7倍，第二开度是第一开度的1.3-1.5倍。
通过上述水位和阀门开度的优选，尤其是通过差别化的水位和阀门开度的设定，可以快速的实现水位的高度恒定，节省时间。通过实验发现，能够提高15－20％左右的时间。而且还可以保证及时的进行预警。
作为优选，水箱出水管上设置出水管阀门，出水管阀门与控制器数据连接，所述控制器根据测量的水位来控制入口管阀门和出水管阀门的开度。
例如，如果水位过高，则通过增加出水管阀门的开度，减少入口管阀门的开度，如果水位过低，则通过降低出水管阀门的开度，增加入口管阀门的开度。
具体控制的流程图参见图1。
图2展示了电热水器的切面示意图，如图2所示，所述电热水器包括水箱11以及位于水箱内的电加热装置10，所述电加热装置10包括左管箱2、右管箱8和浮动盘管1，浮动盘管1与左管箱2和右管箱8相连通，加热流体在左管箱2和右管箱8以及浮动盘管内进行封闭循环，所述电加热装置10内设置电加热器13，所述电加热器13用于加热电加热装置10的内流体，然后通过加热的流体来加热水箱内的水。
作为优选，电加热装置10设置在左管箱2或者右管箱8内。
浮动盘管1为一组或者多组，每组浮动盘管1包括多根圆弧形的管束12，多根圆弧形的管束12的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束12的端部连通，从而使得盘管1的端部形成管束自由端7，例如图2中的自由端7。
作为优选，所述的加热流体为导热油。
传统的浮动盘管都是利用流体的流动的冲击进行振动除垢作用进行强化传热，都是用于强制对流换热，而热水器中的水流动性差，无法进行强制对流换热流动，而本发明首次将浮动盘管应用于热水器，通过设置浮动盘管，加热流体受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管1自由端7产生振动，因为该振动传递至周围水，对周围的水产生扰动效果，从而产生了强化传热的效果。
在本发明中，因为电加热器13设置在管箱2、8中，因此可以直接避免流体与电加热器接触，从而避免触电，起到保护的作用。
作为以优选，所述左管箱2、右管箱8以及浮动盘管1都是圆管结构。
作为优选，浮动盘管1的管束是弹性管束。
通过将浮动盘管1的管束设置弹性管束，可以进一步提高换热系数。
作为优选，所述同心圆是以左管箱2的中心为圆心的圆。即浮动盘管1的管束12围绕着左管箱2的中心线布置。
如图4所示，管束12不是一个完整的圆，而是留出一个口部，从而形成管束的自由端。所述口部的圆弧所在的角度为65－85度，即图5夹角b和c之和是65－85度。
作为优选，所述左管箱2的管径大于右管箱8的管径。
通过上述设置，可以进一步强化传热，提高8－15％的换热效率。
作为优选，左管箱的内径为R1，右管箱的内径为R2，则1.5<R1/R2<2.5。
通过上述的优选设置，能够使得换热效率达到最佳。
作为优选，随着距离左管箱2的中心越远，相邻管束之间的距离越来越大。
作为优选，相邻管束之间的距离越来越大的幅度不断的增加。
通过上述的优选设置，可以进一步提高换热效率，增加加热的均匀性。通过实验发现，通过上述设置可以提高10－11％的换热效率。
作为优选，随着距离左管箱2的中心越远，管束的直径越来越大。
作为优选，管束的直径越来越大的幅度不断的增加。
通过上述的优选设置，可以进一步提高换热效率，增加加热的均匀性。通过实验发现，通过上述设置可以提高10％左右的换热效率。
作为优选，如图2、3所述电加热器13分别设置在左管箱2和右管箱8内，即第一电加热器131设置在左管箱2内，第二电加热器132设置在右管箱8内。
作为优选，左管箱2和右管箱8的长度相同。
作为优选左管箱的管径大于右管箱的管径。
作为优选，如图2、3所示，在热水器运行的时候，第一电加热器131的加热功率大于第二电加热器132的加热功率。通过上述设置，通过实验发现，能够使得水箱内热水的加热更加均匀。
作为优选，第一电加热器131的加热功率是第二电加热器132的功率的1.3-1.8倍，优选为1.4－1.65倍。
在数值模拟以及相应的试验中发现，左管箱2、右管箱8的尺寸以及第一加热器131和第二加热器132之间的比例关系可以对加热效率以及均匀性产生影响。如果左管箱2和右管箱8的尺寸相差太多，而第一加热器131和第二加热器132加热功率相差比较小，则会产生加热效率低以及加热出现不均匀现象，同理如果左管箱2、右管箱8的尺寸差距太小以及第一加热器131和第二加热器132加热功率相差比较大，也会出现加热效率低以及加热出现不均匀现象。因此本发明通过大量的数值模拟，对上述的关系进行了总结，通过实验进行了验证。得到了左管箱2、右管箱8的尺寸以及第一加热器131和第二加热器132加热功率之间的最佳关系。
作为优选，左管箱的内径为R1，右管箱的内径为R2，左管箱的电加热棒的功率是P1，右管箱的电加热棒的功率是P2，满足如下关系：
P1/P2＝a*(R1/R2)2-b*(R1/R2)+c；
a,b,c是系数，其中0.82<a<0.91,1.95<b<2.05,2.67<c<2.77；
其中58mm<R1<87mm；
29mm<R2<68mm；
1.2<R1/R2<2.1；优选，1.5<P1/P2<2.3；
950W<P1<1500W；
400W<P2<1000W。
作为优选，随着R1/R2的增加，a,c增加，b减小。
作为优选，管束的数量为3－5根，优选为3或4根。
作为优选，a＝0.87，b＝2，c＝2.72。
左管箱2和右管箱8中心线的距离为220－270mm；优选为240－250mm。
管束的半径优选为10－25mm；
作为优选，距离左管箱中心线最近的管束中心线所在的圆弧与其相邻的管束的中心线所在的圆弧之间的距离(例如图4中管束A和B所在的圆弧中心线之间的距离)为两根管束平均外径(外部直径)的1.1-2.0倍，优选为1.2-1.7倍，优选为1.3-1.5倍。
两个管束的直径的平均为两个管直径的加权平均数。
作为优选，管束在同一侧的端部对齐，在同一个平面上，端部的延长线(或者端部所在的平面)经过左管箱2的中线，如图5所示。
进一步优选，所述电加热器13是电加热棒。
本发明所述电加热装置，如图4所示，所述左管箱2与浮动盘管A端相连通；右管箱8与浮动盘管D端相连通。
作为优选，如图4所示，浮动盘管1的内侧管束的第一端与第一管箱2连接，第二端与相邻的外侧管束一端连接，浮动盘管1的最外侧管束的一端与第二管箱8连接，相邻的管束的端部连通，从而形成一个串联的结构。
第一端所在的平面与第一管箱2和第二管箱8中心线所在的平面形成的夹角c为40－50度。
第二端所在的平面与第一管箱2和第二管箱8中心线所在的平面形成的夹角b为25－35度。
通过上述优选的夹角的设计，使得自由端的振动达到最佳，从而使得加热效率达到最优。
如图4所示，浮动盘管的管束为4个，管束A、B、C、D联通。当然，不局限于四个，可以根据需要设置多个，具体连接结构与图4相同。
所述浮动盘管1为多个，多个浮动盘管1分别独立连接第一管箱2和第二管箱8，即多个浮动盘管1为并联结构。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (5)
1.一种智能控制的电热水器，所述电热水器包括控制器、电加热装置、水箱，所述电加热装置设置在水箱中，还包括水位检测装置、入口管阀门，水位检测装置、入口管阀门与控制器通讯连接，入口管阀门设置在水箱入口管上；所述的入口管阀门用来控制水箱入口管上的水的流速，所述水位检测装置用于测量热水器水箱的水位，控制器根据测量的水位来控制入口管阀门的开度，所述电加热装置包括左管箱、右管箱和浮动盘管，浮动盘管与左管箱和右管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热棒设置在左管箱和右管箱内；左管箱、右管箱和浮动盘管内填充加热流体；浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；所述同心圆是以左管箱的中心为圆心的圆。
2.如权利要求1所述的电热水器，其特征在于，如果水位下降，控制器则通过控制入口管阀门开度来增加进入水箱的水的流量，如果水位过高，则通过降低入口管阀门开度或者关闭入口管阀门来减少进入水箱内水流量或者停止向水箱内供水。
3.如权利要求1所述的电热水器，其特征在于，所述左管箱的管径大于右管箱的管径，所述左管箱内设置第一电加热器，右管箱内设置第二电加热器，第一电加热器的加热功率大于第二电加热器的加热功率。
4.如权利要求3所述的电热水器，其特征在于，左管箱的内径为R1，右管箱的内径为R2，左管箱的电加热棒的功率是P1，右管箱的电加热棒的功率是P2，满足如下关系：
P1/P2＝a*(R1/R2)2-b*(R1/R2)+c；
a,b,c是系数，其中0.82<a<0.91,1.95<b<2.05,2.67<c<2.77；
其中58mm<R1<87mm；
29mm<R2<68mm；
1.2<R1/R2<2.1；
950W<P1<1500W；
400W<P2<1000W。
5.如权利要求4所述的电热水器，其特征在于，随着R1/R2的增加，a,c增加，b减小。
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