CN108489099A - 一种相变电热水器和水温控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种相变电热水器和水温控制方法，相变电热水器包括：循环管路和用于蓄热的相变材料，循环管路的至少一侧贴设于相变材料，循环管路的进水端依次设有泵、加热器、测量加热器的出口水温度的第一温度传感器；加热器的进口与泵的出口连接；循环管路的出水端设有测量相变材料温度的第二温度传感器；循环管路上还设有进水管、三通阀和出水管。相变电热水器通过对相变材料温度和加热器出口的水温度进行测量，避免了局部水温过热或干烧现象，有效保证了出水温度的恒定。

Description

一种相变电热水器和水温控制方法
技术领域
本发明涉及热水器，特别涉及一种相变电热水器和水温控制方法。
背景技术
电热水器使用方便舒适，与太阳能热水器等其他类热水器相比售价较低而得到广泛使用。通常，电热水器带有较大的储水箱积存热量，造成电热水器体积较大，需要较大的安装空间。为了提高洗浴舒适度，达到恒温效果，通常电热水器会利用恒温阀调节出水管的冷热水开度，这种方式虽然能达到一定的恒温效果，但水箱或水管内的水会产生局部温度过高或干烧现象，不仅恒温效果较差，而且浪费电能，有时还会对热水器的一些部件造成损害。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种相变电热水器和水温控制方法。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
根据本发明第一方面实施例的相变电热水器，所述相变电热水器包括：循环管路和用于蓄热的相变材料；
所述循环管路的至少一侧贴设于所述相变材料，所述循环管路的进水端依次设有泵、加热器、测量所述加热器的出口水温度的第一温度传感器；所述加热器的进口与所述泵的出口连接；所述循环管路的出水端设有测量所述相变材料温度的第二温度传感器；
所述循环管路上还设有进水管，所述进水管的一端与所述循环管路的进水端连通，另一端作为进水口；所述进水管上设有测量所述进水管内进水流量的流量传感器；
所述循环管路上还设有三通阀和出水管，所述三通阀连接所述循环管路的进水端和出水端，所述出水管的一端与所述三通阀连通，另一端作为出水口；所述出水管上还设有测量所述出水管内出水温度的第三温度传感器。
进一步地，所述相变电热水器还包括：单向安全阀，所述单向安全阀设置在所述进水管上，所述单向安全阀与所述流量传感器间隔设置，且位于所述流量传感器的上游。
进一步地，所述相变电热水器还包括：能够限定最高加热温度的限温器，所述限温器设置在所述加热器上。
进一步地，所述三通阀为恒温阀。
进一步地，所述相变电热水器还包括：内胆，所述内胆内设有容置空间，所述相变材料和与所述相变材料接触的部分所述循环管路设置在所述容置空间内。
根据本发明第二方面实施例的水温控制方法，用于上述第一方面实施例的相变电热水器，所述控制方法包括：
进水管关闭时，所述第二温度传感器测量所述相变材料的温度低于第一温度阈值时，开启所述泵，并启动所述加热器；使所述泵驱动所述循环管路内的水经所述循环管路的出水端向进水端方向流动，所述水流进所述加热器，所述加热器对所进入的水进行加热后，加热后的水由所述循环管路的进水端再次流入所述循环管路内，所述相变材料与所述循环管路中的加热后的水进行热交换；所述第二温度传感器测量所述相变材料的温度达到第一温度阈值时，所述泵停止驱动，且所述加热器停止工作。
进一步地，所述水温控制方法还包括：所述第三温度传感器测量所述出水管的出水温度与第二温度阈值的差值超过预设范围时，调节所述三通阀与所述循环管路的出水端连通的热端的开度和所述三通阀与所述循环管路的进水端连通的冷端的开度，并在所述第三温度传感器测量所述出水管的出水温度与第二温度阈值的差值在预设范围内时，控制所述出水管出水。
进一步地，所述水温控制方法还包括：开启所述进水管，水由所述进水管第一次流向所述循环管路内时，关闭所述三通阀与所述循环管路的进水端连通的冷端。
进一步地，所述水温控制方法还包括：进水管关闭时，所述第一温度传感器测量所述加热器出口水温度达到第三温度阈值时，所述泵停止驱动，且所述加热器停止工作。
进一步地，所述水温控制方法还包括：开启所述进水管，水由所述进水管经所述循环管路的进水端流进所述加热器，所述第一温度传感器测量所述加热器出口水温度小于第四温度阈值时，启动所述加热器；所述加热器对所进入的水进行加热，所述第一温度传感器测量所述加热器出口水温度达到第四温度阈值时，所述加热器停止工作。
本发明实施例提供了一种相变电热水器和水温控制方法，相变电热水器中相变材料用于储存热量，当循环管路内的水温较低时，循环管路内的水会置换相变材料存储的热量，避免使用储水箱储存热量，减小了电热水器的体积。第一温度传感器用于测量加热器出口水温度，第二温度传感器用于测量相变材料温度，通过对相变材料温度和加热器出口的水温度进行测量，避免了局部水温过热或干烧现象，有效保证了出水温度的恒定。
附图说明
图1为本发明实施例的相变电热水器的一个可选的结构示意图；
附图标记：循环管路110；循环管路的进水端111；循环管路的出水端112；泵120；加热器130；限温器131；第一温度传感器140；第二温度传感器150；相变材料160；三通阀170；出水管180；第三温度传感器181；出水口182；进水管190；进水口191；单向安全阀192；流量传感器193；内胆200。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清除、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含只能所指示的技术特征的数量。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明第一方面实施例提供了一种相变电热水器，参见图1所示的本发明实施例的相变电热水器一个可选结构示意图进行说明。
本发明实施例的相变电热水器包括：循环管路110和用于蓄热的相变材料160；其中，循环管路110的至少一侧贴设于相变材料160，循环管路的进水端111依次设有泵120、加热器130、测量加热器130的出口水温度的第一温度传感器140；加热器130的进口与泵120的出口连接；循环管路的出水端112设有测量相变材料160温度的第二温度传感器150；循环管路110上还设有进水管190，进水管190的一端与循环管路的进水端111连通，另一端作为进水口191；进水管190上设有测量进水管190内进水流量的流量传感器193；循环管路110上还设有三通阀170和出水管180，三通阀170连接循环管路的进水端111和出水端，出水管180的一端与三通阀170连通，另一端作为出水口182；出水管180上还设有测量出水管180内出水温度的第三温度传感器181。
本实施例中，相变材料160用于储存或释放热量，具体地，相变材料160可以通过与循环管路110内的被加热过的水进行换热，将循环管路110内的水的热量进行储存。相变材料160还可以通过将其储存的热量释放给循环管路110内的水，以便出水管180的热水满足供应需求。进水管190的进水口191可以与相变电热水器外部的水源装置连接，如进水口191可与用户的自来水管连接，出水口182可以与浴室的花洒连接。通过第一温度传感器140和第二温度传感器150分别监控加热器130出口的水温度和相变材料160温度，避免了局部水温过热或干烧现象，有效保证了出水温度的恒定。
可以理解的是，为了提高换热效率，增加循环管路110与相变材料160的接触面积，与相变材料160接触的部分循环管路110可以呈螺旋或蛇形设置，与相变材料160接触的部分循环管路110可以是并联设置，也可以串联设置。图1示例性地示出了与相变材料160接触的部分循环管路110呈蛇形设置，其中水在循环管路110内的循环流动方向为逆时针方向。三通阀170与循环管路的出水端112相连的一端(即图1中三通阀170的左端)为热端(或称为热水端)，三通阀170与循环管路的进水端111相连的一端(即图1中三通阀170的右端)为冷端(或称为冷水端)，三通阀170与出水管180相连的一端(即图1中三通阀170的下端)为出口端，通过调节三通阀170冷端和热端的开度能够调节出口端的水温度，提高了出水温度的恒温效果。具体地，三通阀170可以为恒温阀。
在本发明的一个可选的实现方式中，相变电热水器还包括：单向安全阀192，单向安全阀192设置在进水管190上，单向安全阀192与流量传感器193间隔设置，且位于流量传感器193的上游。
图1示例性示出了进水管190上设置的单向安全阀192，单向安全阀192避免了循环管路110中的水倒流至进水口191。
根据本发明的一个可选的实现方式，相变电热水器还包括：能够限定最高加热温度的限温器131，限温器131设置在加热器130上。在加热器130上设置限温器131，可以防止加热过程中水的温度过高而汽化，避免了水温过热，提高了恒温效果。
根据本发明的另一个可选的实现方式，相变电热水器还包括：内胆200，内胆200内设有容置空间，相变材料160和与相变材料160接触的部分循环管路110设置在容置空间内。
内胆200用于安装相变材料160，并起到保温效果，减少了相变材料160热量的散失。
根据本发明第二方面实施例的水温控制方法，用于上述实施例的相变电热水器，水温控制方法包括：
进水管190关闭时，第二温度传感器150测量相变材料160的温度低于第一温度阈值时，开启泵，并启动加热器130；使泵120驱动循环管路110内的水经循环管路的出水端112向进水端111方向流动，水流进加热器130，加热器130对所进入的水进行加热后，加热后的水由循环管路的进水端111再次流入循环管路110内，相变材料160与循环管路110中的加热后的水进行热交换；第二温度传感器150测量相变材料160的温度达到第一温度阈值时，泵120停止驱动，且加热器130停止工作。
本实施例中，开启泵120前，调节三通阀170与循环管路110连通的两端的开度一样大，且三通阀170与循环管路的出水端112和进水端111连通。泵120用于驱动水在循环管路110内的循环流动。泵120可以在相变材料160的温度小于第一温度阈值一定温度范围后，再启动，如相变材料160的温度小于第一温度阈值-5℃时，启动泵120。加热器130加热过程中，相变材料160通过与循环管路110内的水换热，相变材料160的温度超过或等于第一温度阈值时，关闭加热器130，如切断加热器130的电源，泵120继续工作第一预设时间后停止，第一预设时间可以为20s、30s、40s或45s。
需要说明的是，本发明实施例中，相变材料160的温度可以是相变材料160自身的温度，也可以是与相变材料160接触的部分循环管路110内的水温度。
根据本发明实施例的一种可选的实现方式，水温控制方法还包括：进水管190关闭时，第一温度传感器140测量加热器130出口水温度达到第三温度阈值时，泵120停止驱动，且加热器130停止工作。
具体地，时刻测量加热器130出口的水温度，当加热器130的出口水温度小于第三温度阈值，如当加热器130的出口水温度小于88℃、90℃、91℃、93℃、95℃或98℃时，在第二预设时间内开启加热器130，如在6s、10s、12s或15s内开启加热器130。当加热器130加热至加热器130出口的水温度超过或等于第三温度阈值，如加热至热器出口的水温度超过或等于88℃、90℃、91℃、93℃、95℃或98℃时，关闭加热器130，如切断加热器130电源，泵120继续工作第二预设时间后停止，第二预设时间可以为20s、30s、40s或45s。
以上控制模式是进水管190关闭时，即流量传感器193测量到进水管190的进水流量为0时，相变电热水器的工作模式。
当开启进水管190，即流量传感器193测量到进水管190的进水流量不为0时，根据本发明实施例的一个可选的实现方式，水由进水管190经循环管路的进水端111流进加热器130，第一温度传感器140测量加热器130出口水温度小于第四温度阈值时，启动加热器130；加热器130对所进入的水进行加热，第一温度传感器140测量加热器130出口水温度达到第四温度阈值时，加热器130停止工作。
具体地，若加热器130的出口水温度小于第四温度阈值，启动加热器130，泵120不工作。优选地，第四温度阈值小于第三温度阈值，例如，第四温度阈值可以为35℃、32℃、30℃或29℃。当加热器130出口温度超过或等于第四温度阈值时，加热器130不工作。
根据本发明一个可选的实现方式，水温控制方法还包括：第三温度传感器181测量出水管180的出水温度与第二温度阈值的差值超过预设范围时，调节三通阀170与循环管路的出水端112连通的热端的开度和三通阀170与循环管路的进水端111连通的冷端的开度，并在第三温度传感器181测量出水管180的出水温度与第二温度阈值的差值在预设范围内时，控制出水管180出水。
具体地，第三温度传感器181可以设置在出水管180与三通阀170相连的一端，即第三温度传感器181测量的出水管180温度即指三通阀170出口端的水温度。三通阀170可以与电机相连，三通阀170可以通过电机控制其冷端和热端的开度。三通阀170出水温度与第二温度阈值的差值的预设范围可以设为0～2℃、0～3℃、0～4℃或0～5℃。以0～2℃为例：当出水管180的出水温度，如三通阀170的出口端水温度大于第二温度阈值2℃以上时，三通阀170通过电机减小热端开度，增加冷端开度。当三通阀170的出口端水温度小于第二温度阈值2℃以上时，三通阀170通过电机增大热端开度，减小冷端开度，通过不断的测量和调节，直至三通阀170的出口端水温度与第二温度阈值之差在2℃以内，控制出水口182出水。
根据本发明另一个可选的实现方式，水温控制方法还包括：开启进水管190，水由进水管190第一次流向循环管路110内时，关闭三通阀170与循环管路的进水端111连通的冷端。可以理解的是，相变电热水器在第一次使用时，需要先上水，保证循环管路110内有水。
根据本发明实施例的相变电热水器的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种相变电热水器，其特征在于，所述相变电热水器包括：循环管路和用于蓄热的相变材料；
所述循环管路的至少一侧贴设于所述相变材料，所述循环管路的进水端依次设有泵、加热器、测量所述加热器的出口水温度的第一温度传感器；所述加热器的进口与所述泵的出口连接；所述循环管路的出水端设有测量所述相变材料温度的第二温度传感器；
所述循环管路上还设有进水管，所述进水管的一端与所述循环管路的进水端连通，另一端作为进水口；所述进水管上设有测量所述进水管内进水流量的流量传感器；
所述循环管路上还设有三通阀和出水管，所述三通阀连接所述循环管路的进水端和出水端，所述出水管的一端与所述三通阀连通，另一端作为出水口；所述出水管上还设有测量所述出水管内出水温度的第三温度传感器。
2.根据权利要求1所述的相变电热水器，其特征在于，所述相变电热水器还包括：单向安全阀，所述单向安全阀设置在所述进水管上，所述单向安全阀与所述流量传感器间隔设置，且位于所述流量传感器的上游。
3.根据权利要求1所述的相变电热水器，其特征在于，所述相变电热水器还包括：能够限定最高加热温度的限温器，所述限温器设置在所述加热器上。
4.根据权利要求1所述的相变电热水器，其特征在于，所述三通阀为恒温阀。
5.根据权利要求1所述的相变电热水器，其特征在于，所述相变电热水器还包括：内胆，所述内胆内设有容置空间，所述相变材料和与所述相变材料接触的部分所述循环管路设置在所述容置空间内。
6.一种水温控制方法，其特征在于，用于权利要求1至5任一项所述相变电热水器，所述控制方法包括：
进水管关闭时，所述第二温度传感器测量所述相变材料的温度低于第一温度阈值时，开启所述泵，并启动所述加热器；使所述泵驱动所述循环管路内的水经所述循环管路的出水端向进水端方向流动，所述水流进所述加热器，所述加热器对所进入的水进行加热后，加热后的水由所述循环管路的进水端再次流入所述循环管路内，所述相变材料与所述循环管路中的加热后的水进行热交换；所述第二温度传感器测量所述相变材料的温度达到第一温度阈值时，所述泵停止驱动，且所述加热器停止工作。
7.根据权利要求6所述的水温控制方法，其特征在于，所述水温控制方法还包括：所述第三温度传感器测量所述出水管的出水温度与第二温度阈值的差值超过预设范围时，调节所述三通阀与所述循环管路的出水端连通的热端的开度和所述三通阀与所述循环管路的进水端连通的冷端的开度，并在所述第三温度传感器测量所述出水管的出水温度与第二温度阈值的差值在预设范围内时，控制所述出水管出水。
8.根据权利要求6所述的水温控制方法，其特征在于，所述水温控制方法还包括：开启所述进水管，水由所述进水管第一次流向所述循环管路内时，关闭所述三通阀与所述循环管路的进水端连通的冷端。
9.根据权利要求6所述的水温控制方法，其特征在于，所述水温控制方法还包括：进水管关闭时，所述第一温度传感器测量所述加热器出口水温度达到第三温度阈值时，所述泵停止驱动，且所述加热器停止工作。
10.根据权利要求6所述的水温控制方法，其特征在于，所述水温控制方法还包括：开启所述进水管，水由所述进水管经所述循环管路的进水端流进所述加热器，所述第一温度传感器测量所述加热器出口水温度小于第四温度阈值时，启动所述加热器；所述加热器对所进入的水进行加热，所述第一温度传感器测量所述加热器出口水温度达到第四温度阈值时，所述加热器停止工作。
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