CN109798675B - 一种热水器、其控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热水器、其控制系统和控制方法，该热水器包括：水箱，所述水箱上设置有出水接头；燃气加热组件，所述燃气加热组件利用外接燃气为所述水箱内的介质加热；太阳能加热组件，所述太阳能加热组件利用太阳能为所述水箱内的介质加热；燃气进气阀，所述燃气加热组件的燃气管通过所述燃气进气阀与燃气源连通或截止。本发明所提供的热水器将燃气加热与太阳能加热相结合，通过燃气热水器和太阳能热水器的特点进行互补，以指令反馈形式来进行工作调节，使其在工作过程中根据需要自主选择驱动能源，在天气情况允许时主要使用太阳能加热，在天气情况不适宜太阳能工作时，通过开关阀的开关控制，可实现燃气模式切换。

Description

一种热水器、其控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及厨卫电器技术领域，尤其涉及一种热水器、其控制系统和控制方法。

背景技术

热水器是指通过各种物理原理，在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置，按照原理不同可分为电热水器、燃气热水器、太阳能热水器、磁能热水器、空气能热水器，暖气热水器等。对于常规的燃气热水器来讲，其具有即开即热且能够持续不断供热水的特点，但燃气燃烧会产生CO有毒气体和氮氧化物，这就会对人体和环境产生危害，而且在我国部分地区燃气费用也比较昂贵；而对于太阳能热水器，具有无噪音、无污染、低碳环保的特点，但对太阳光依赖比较大，在阴雨寒冷天气就无法出热水甚至不能正常运行，在高温天气水温又会过热，温度控制较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热水器，以解决或至少部分解决上述至少一个问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种热水器，包括：

水箱，所述水箱上设置有出水接头；

燃气加热组件，所述燃气加热组件利用外接燃气为所述水箱内的介质加热；

太阳能加热组件，所述太阳能加热组件利用太阳能为所述水箱内的介质加热；

燃气进气阀，所述燃气加热组件的燃气管通过所述燃气进气阀与燃气源连通或截止。

本发明所提供的热水器将燃气加热与太阳能加热相结合，通过燃气热水器和太阳能热水器的特点进行互补，以指令反馈形式来进行工作调节，使其在工作过程中根据需要自主选择驱动能源，在天气情况允许时主要使用太阳能加热，能够有效降低燃气热水器产生的CO和氮氧化物量，从一定程度上降低了温室气体排放量，有助于保护人体和环境；同时，在天气情况不适宜太阳能工作时，通过开关阀的开关控制，可实现燃气模式切换，从而克服了太阳能热水器阴雨天气不能出热水，冬天不能正常工作的缺点；另外，该热水器的集成性较好，结构简单，无需采用多个水箱、阀体以及复杂的水路，而是利用燃气板块和太阳能板块相互间的指令反馈便可实现燃气和太阳能的自主选择，使得操作便捷，且灵敏度高。

进一步地，所述太阳能加热组件包括：

集热管，所述集热管与水源相连通；

保温桶，所述保温桶与所述集热管相连通，所述保温桶通过进水管与所述水箱的进水口相连通，且通过出水管与所述水箱的出水口相连通。

进一步地，所述太阳能加热组件还包括蓄电池，所述蓄电池与所述燃气加热组件的风机电连接。

进一步地，所述太阳能加热组件还包括支撑件，所述集热管、所述保温桶和所述蓄电池均安装于所述支撑件。

进一步地，所述支撑件为支撑于平面基础上、且相对于水平面的角度可调的支架。

进一步地，所述支撑件为支撑平板。

本发明还提供一种控制系统，应用于如上所述的热水器，包括：

状态检测单元，所述状态检测单元用于检测太阳能加热组件是否处于开启状态；

水温检测单元，所述水温检测单元用于检测经所述太阳能加热组件加热后的水温，并获取当前水温值；

控制单元，所述控制单元用于接收所述水温检测单元获取的当前水温值，并将当前水温值与预设水温阈值范围相比较；若当前水温值达到预设水温阈值范围的最小值时，所述控制单元控制热水器出水；若当前水温值低于所述预设水温阈值范围的最小值时，所述控制单元控制燃气进气阀开启；若当前水温值高于所述预设水温阈值范围的最大值时，所述控制单元控制所述太阳能加热组件的蓄电池进入蓄电状态。

进一步地，还包括：

气温检测单元，所述气温检测单元用于检测当前环境温度；

所述控制单元还用于接收所述当前环境温度，并将检测到的当前环境温度与预设气温阈值范围相比较，若当前环境温度低于所述预设气温阈值范围的最小值，所述控制单元控制燃气进气阀开启。

本发明还提供一种控制方法，用于实现如上所述的热水器，包括以下步骤：

S1：检测太阳能加热组件是否处于开启状态，若是，进入步骤S2，若否，开启太阳能加热组件；

S2：检测经所述太阳能加热组件加热后的水温，并获取当前水温值；

S3：将当前水温值与预设水温阈值范围相比较；若当前水温值达到预设水温阈值范围的最小值时，转入步骤S4；若当前水温值低于所述预设水温阈值范围的最小值时，转入步骤S5；若当前水温值高于所述预设水温阈值范围的最大值时，转入步骤S6。

S4：控制热水器出水；

S5：控制燃气进气阀开启，以实现燃气加热；

S6：控制所述太阳能加热组件的蓄电池进入蓄电状态。

进一步地，在步骤S1中，若太阳能加热组件处于未开启状态，则还包括以下步骤：

S11：检测当前环境温度；

S12：将检测到的当前环境温度与预设气温阈值范围相比较，若当前环境温度高于或等于所述预设气温阈值范围的最小值，则开启太阳能加热组件；若当前环境温度低于所述预设气温阈值范围的最小值，则转入步骤S5。

以上附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明所提供的热水器一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的热水器另一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供的控制系统一种具体实施方式的结构框图。

附图标记说明：

1-水箱11-出水接头12-进水接头

2-燃气加热组件

21-风机22-集烟罩23-燃气进气阀24-温度监测器

3-太阳能加热组件

31-集热管32-蓄电池33-保温桶34-支架

36-支撑平板

4-进水管

5-出水管

100-水温检测单元

200-状态检测单元

300-控制单元

400-气温检测单元

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的热水器一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的热水器集成了太阳能热水器板块和燃气热水器板块，通过燃气进气阀23的开启或关闭切换燃气热水器板块的开启状态，从而优先选择太阳能加热方式，而在条件不满足开启要求时，切换成燃气加热方式。该热水器包括水箱1、燃气加热组件2、太阳能加热组件3和燃气进气阀23。

其中，水箱1为燃气热水器板块和太阳能热水器板块的共用水箱，在具体实现方式上，该水箱1可以为传统燃气热水器的水箱或蛇形管等用于存水的部件，也可以为传统太阳能热水器的水箱，或另置水箱，在水箱1上设置有用于与花洒等出水结构连接的出水接头11、用于接水源的进水接头12和用于检测水温和室温的温度监测器24。

燃气加热组件2的燃气管通过所述燃气进气阀23与燃气源连通或截止，当需要切换至燃气加热时，该燃气进气阀23打开，燃气进入燃气加热组件2，实现燃气加热；处于太阳能加热状态时，燃气进气阀23关闭，燃气截止在燃气加热组件2之外，燃气加热停止。

上述燃气加热组件2利用外接燃气为所述水箱1内的介质加热，应当理解的是，燃气加热组件2即为传统燃气热水器用于加热的结构部分，其加热原理与结构与现有技术中的燃气加热结构相同。例如，燃气加热组件2的结构组成主要包括阀体总成、主燃烧器、小火燃烧器、热交换器、安全装置、烟道式热水器烟道以及强排装置、集烟罩22等；使用热水器时，先打开燃气阀和进水阀，当打开出水阀时，点火器和微动开关控制先点燃小火，再点燃主火，燃气在燃烧室内燃烧，热量通过热交换器将水加热，热水经过出水口源源不断流出，关断出水阀，热水器即停止工作。

上述太阳能加热组件3利用太阳能为所述水箱1内的介质加热，应当理解的是，太阳能加热组件3即为传统太阳能热水器用于加热的结构部分，其加热原理与结构与现有技术中的太阳能加热结构相同。例如，该太阳能加热组件3的太阳能加热结构可以为真空管式太阳能热水器或平板式太阳能热水器，真空管式家用太阳能热水器是由集热管31、储水箱1及支架34等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管31，集热管31利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水；吸热过程中，真空管式热水器的吸热时，太阳辐射透过真空管的外管，被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水。管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统，随着热水的不断上移并储存在储水箱1上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度；平板式热水器介质在集热板内因热虹吸自然循环，将太阳辐射在集热板的热量及时传送到水箱1内，水箱1内通过热交换(夹套或盘管)将热量传送给冷水。介质也可通过泵循环实现热量传递。

在该具体实施方式中，本发明所提供的热水器将燃气加热与太阳能加热相结合，通过燃气热水器和太阳能热水器的特点进行互补，以指令反馈形式来进行工作调节，使其在工作过程中根据需要自主选择驱动能源，在天气情况允许时主要使用太阳能加热，能够有效降低燃气热水器产生的CO和氮氧化物量，从一定程度上降低了温室气体排放量，有助于保护人体和环境；同时，在天气情况不适宜太阳能工作时，通过开关阀的开关控制，可实现燃气模式切换，从而克服了太阳能热水器阴雨天气不能出热水，冬天不能正常工作的缺点；另外，该热水器的集成性较好，结构简单，无需采用多个水箱1、阀体以及复杂的水路，而是利用燃气板块和太阳能板块相互间的指令反馈便可实现燃气和太阳能的自主选择，使得操作便捷，且灵敏度高。

具体地，上述太阳能加热组件3包括集热管31和保温桶33；其中，所述集热管31与水源相连通，当太阳能板块工作时，冷水先进入集热管31并在集热管31内通过太阳能加热，所述保温桶33与所述集热管31相连通，所述保温桶33通过进水管4与所述水箱1的进水口相连通，且通过出水管5与所述水箱1的出水口相连通，加热后得到的温水储存于保温桶33，并经保温桶33进入水箱1。

太阳能加热组件3还包括蓄电池32，所述蓄电池32与所述燃气加热组件2的风机21电连接，当光照充足时，多余的能量可以电能的形式存储在蓄电池32内，蓄电池32内的电能可以为燃气加热组件2的风机21等耗电部件提供电力供应，从而进一步提高集成化水平，也减少了太阳能浪费。其中，太阳能转换为电能并储存在蓄电池32中所用到的原理和具体结构与太阳能发电技术中所用的结构相同，在此不做赘述。

该热水器可以应用于农村或者城镇低层建筑安装，该使用场景下，如图1所示，用于支撑太阳能相关部件的结构可以为支架34，支架34支撑于屋顶或地面等平面基础上，且该支架34可以设计为角度可调的结构形式，使得其角度能够相对于水平面调节，以便保证集热管31始终处于朝向光线射入的方向，所述集热管31、所述保温桶33和所述蓄电池32均安装于所述支架34上。

对于在楼层式高层建筑上的安装，如图2所示，该热水器可以采用阳台壁挂式结构，其主体结构与上述支架式结构相同，只是将集热管31换成金属平板，所述支撑件采用支撑平板36来替代支撑架的结构形式，以适应楼层建筑的安装特点。

为了保证上述燃气与太阳能集成式的热水器的正常使用，本发明还提供一种控制系统，应用于如上所述的热水器，如图3所示，该控制系统包括状态检测单元200、水温检测单元100和控制单元300；其中，所述状态检测单元200用于检测太阳能加热组件3是否处于开启状态，所述水温检测单元100用于检测经所述太阳能加热组件3加热后的水温，并获取当前水温值，所述控制单元300用于接收所述水温检测单元100获取的当前水温值，并将当前水温值与预设水温阈值范围相比较；若当前水温值达到预设水温阈值范围的最小值时，所述控制单元300控制热水器出水；若当前水温值低于所述预设水温阈值范围的最小值时，所述控制单元300控制燃气进气阀23开启；若当前水温值高于所述预设水温阈值范围的最大值时，所述控制单元300控制所述太阳能加热组件3的蓄电池32进入蓄电状态。

在工作过程中，通过获取当前水温，并将当前水温与预设水温阈值范围相比较，可根据当前水温值判断水温范围，当水温足够时，可实现出水，而当太阳能板块的加热无法达到足够的水温值时，则开启燃气加热板块，通过燃气加热补足温差部分，并且，当太阳能板块的加热温度较高时，则提示太阳能有剩余，此时可进入蓄电状态。这样，利用温度测量值切换热水器的工作模式，可根据当前水温选择最佳工作模式，从而实现太阳能板块与燃气板块的切换。

进一步地，在控制系统中还应考虑到气温状况，以便判断太阳能板块是否适合开启，具体地，该控制系统还包括气温检测单元400，所述气温检测单元400用于检测当前环境温度；所述控制单元300还用于接收所述当前环境温度，并将检测到的当前环境温度与预设气温阈值范围相比较，若当前环境温度低于所述预设气温阈值范围的最小值，所述控制单元300控制燃气进气阀23开启。这样，在工作过程中，若检测到当前环境温度过低，则直接控制燃气模块开始工作。

应当理解的是，上述水温阈值范围和气温阈值范围均可根据设备需求进行设定，在此不做限定。

与控制系统相匹配的，本发明还提供一种控制方法，包括以下步骤：

S1：检测太阳能加热组件是否处于开启状态，若是，进入步骤S2，若否，开启太阳能加热组件；

S2：检测经所述太阳能加热组件加热后的水温，并获取当前水温值；

S3：将当前水温值与预设水温阈值范围相比较；若当前水温值达到预设水温阈值范围的最小值时，转入步骤S4；若当前水温值低于所述预设水温阈值范围的最小值时，转入步骤S5；若当前水温值高于所述预设水温阈值范围的最大值时，转入步骤S6。

S4：控制热水器出水；

S5：控制燃气进气阀开启，以实现燃气加热；

S6：控制所述太阳能加热组件的蓄电池进入蓄电状态。

在工作过程中，该控制方法通过获取当前水温，并将当前水温与预设水温阈值范围相比较，可根据当前水温值判断水温范围，当水温足够时，可实现出水，而当太阳能板块的加热无法达到足够的水温值时，则开启燃气加热板块，通过燃气加热补足温差部分，并且，当太阳能板块的加热温度较高时，则提示太阳能有剩余，此时可进入蓄电状态。这样，利用温度测量值切换热水器的工作模式，可根据当前水温选择最佳工作模式，从而实现太阳能板块与燃气板块的切换。

进一步地，在步骤S1中，若太阳能加热组件处于未开启状态，则还包括以下步骤：

S11：检测当前环境温度；

S12：将检测到的当前环境温度与预设气温阈值范围相比较，若当前环境温度高于或等于所述预设气温阈值范围的最小值，则开启太阳能加热组件；若当前环境温度低于所述预设气温阈值范围的最小值，则转入步骤S5。

这样，在工作过程中，若检测到当前环境温度过低，则直接控制燃气模块开始工作。

下面以上述各具体实施方式为例，简述本发明所提供的热水器的工作和控制过程：

开机启动后，输入所需热水温度，冷水首先通过进水管进入太阳能板块；在非特寒冷天气，太阳能板块可以正常运行。

晴朗天气时，太阳能加热组件开启，太阳辐射透过集热管并被集热镀膜吸收；经控制器计算，集热镀膜只提供部分太阳能(能加热冷水至用户所需水温)给沿内管壁传递到管内的水，管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，随着热水的不断上移并储存在保温桶的上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度，然后热水通过出水管流出，流出的热水经温度监测器监测，能够达到所需热水温度要求，出水接头打开，输出用户所需热水。多余太阳能通过蓄电池保存，用于燃气加热组件在工作时风机的运行。

阴雨天气时，经温度监测器监测，热水不能达到所需温度要求，则温度监测器反馈一个指令给燃气进气阀，燃气进气阀打开，工作进入燃气板块，通过燃气热水器的运行机制，经出水接头输出用户所需热水。

特寒冷天气时，太阳能板块不能正常运行。太阳能板块直接反馈一个指令给燃气进气阀，燃气进气阀打开，工作进入燃气板块，通过燃气热水器的运行机制，经出水接头输出用户所需热水。

本发明所提供的热水器安全可靠、经久耐用、安装容易，还可以根据天气及所需热水温度，自主选择燃气或者太阳能作为热水器驱动能源，这就保证了在阴雨寒冷天气均能输出高温的热水，同时减少了燃气费用成本，也在一定程度上降低CO和氮氧化物排放量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或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必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

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”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种热水器，其特征在于，包括：

水箱（1），所述水箱（1）上设置有出水接头（11）；

燃气加热组件（2），所述燃气加热组件（2）利用外接燃气为所述水箱（1）内的介质加热；

太阳能加热组件（3），所述太阳能加热组件（3）利用太阳能为所述水箱（1）内的介质加热，所述太阳能加热组件（3）还包括蓄电池（32），所述蓄电池（32）与所述燃气加热组件（2）的风机（21）电连接；

燃气进气阀（23），所述燃气加热组件（2）的燃气管通过所述燃气进气阀（23）与燃气源连通或截止；

状态检测单元（200），所述状态检测单元（200）用于检测太阳能加热组件（3）是否处于开启状态；

水温检测单元（100），所述水温检测单元（100）用于检测经所述太阳能加热组件（3）加热后的水温，并获取当前水温值；

气温检测单元（400），所述气温检测单元（400）用于检测当前环境温度；

控制单元（300），所述控制单元（300）用于接收所述水温检测单元（100）获取的当前水温值，并将当前水温值与预设水温阈值范围相比较；若当前水温值达到预设水温阈值范围的最小值时，所述控制单元（300）控制热水器出水；若当前水温值低于所述预设水温阈值范围的最小值时，所述控制单元（300）控制燃气进气阀（23）开启；若当前水温值高于所述预设水温阈值范围的最大值时，所述控制单元（300）控制所述太阳能加热组件（3）的蓄电池（32）进入蓄电状态；

所述控制单元（300）还用于接收所述当前环境温度，并将检测到的当前环境温度与预设气温阈值范围相比较，若当前环境温度低于所述预设气温阈值范围的最小值，所述控制单元（300）控制燃气进气阀（23）开启。

2.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述太阳能加热组件（3）包括：

集热管（31），所述集热管（31）与水源相连通；

保温桶（33），所述保温桶（33）与所述集热管（31）相连通，所述保温桶（33）通过进水管（4）与所述水箱（1）的进水口相连通，且通过出水管（5）与所述水箱（1）的出水口相连通。

3.根据权利要求2所述的热水器，其特征在于，所述太阳能加热组件（3）还包括支撑件，所述集热管（31）、所述保温桶（33）和所述蓄电池（32）均安装于所述支撑件。

4.根据权利要求3所述的热水器，其特征在于，所述支撑件为支撑于平面基础上、且相对于水平面的角度可调的支架（34）。

5.根据权利要求3所述的热水器，其特征在于，所述支撑件为支撑平板（36）。

6.一种控制方法，适用于权利要求1-5任一项的热水器的运行控制，其特征在于，包括以下步骤：

S1：检测太阳能加热组件是否处于开启状态，若是，进入步骤S2，若否，开启太阳能加热组件；

S2：检测经所述太阳能加热组件加热后的水温，并获取当前水温值；

S3：将当前水温值与预设水温阈值范围相比较；若当前水温值达到预设水温阈值范围的最小值时，转入步骤S4；若当前水温值低于所述预设水温阈值范围的最小值时，转入步骤S5；若当前水温值高于所述预设水温阈值范围的最大值时，转入步骤S6；

S4：控制热水器出水；

S5：控制燃气进气阀开启，以实现燃气加热；

S6：控制所述太阳能加热组件的蓄电池进入蓄电状态；

在步骤S1中，若太阳能加热组件处于未开启状态，则还包括以下步骤：

S11：检测当前环境温度；

S12：将检测到的当前环境温度与预设气温阈值范围相比较，若当前环境温度高于或等于所述预设气温阈值范围的最小值，则开启太阳能加热组件；若当前环境温度低于所述预设气温阈值范围的最小值，则转入步骤S5。