CN111878994A - 一种恒温燃气热水器及其控制方法 - Google Patents

一种恒温燃气热水器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种恒温燃气热水器及其控制方法，其中恒温燃气热水器包括换热器、温控舱和控制器，其中所述换热器的进水口与一进水管连接，所述换热器的出水口和所述温控舱的进水口连接，在所述温控舱外设置有制冷制热元件，所述控制器分别与所述换热器和所述制冷制热元件电性连接，其可以有效解决目前燃气热水器启停水温忽冷忽热的问题。

Description

一种恒温燃气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，尤其涉及一种恒温燃气热水器及其控制方法。
背景技术
目前市场上销售的燃气热水器，在使用过程中关闭水阀重启后需要经过一段时间后才能达到之前的洗浴温度，由此会影响用户的洗浴舒适性。具体的：
1)关闭水阀后，换热器余热继续加热机内存水，使存水温度高于设定温度，重开水阀后高温存水首先流出；
2)重开水阀到进水温度达到设定值的过程需流出一定数量的冷水。
燃气热水器是否恒温一直是衡量热水器性能优异的最关键因素，恒温性能对于用户的使用舒适度来说是最为直接的体验。目前恒温性能主要是由两个方面来保证：
其一，热水器恒温算法，通过计算进出水温度差及监控水流量大小来匹配最佳的热负荷区间，使出水温度与用户期望的设置温度保持一致。但是，恒温算法仅是在用户使用过程中通过控制来调节负荷大小，但是对于用户使用过程中的频繁停水和开水的温度波动控制效果不明显，甚至在停水开水的一段时间内对用户的使用舒适性造成很大的影响。
其二，在热交换器出水端设置旁通管路，通过补偿来满足温度要求。但是，旁通管路补偿是将冷水和热水温差进行补偿，然而仍然不能很好的解决停水温度波动过大的问题。
单纯通过温度补偿来减小热水器在停水及开水时的温度波动过大的问题，很难通过控制负荷来控制出水温度，且加热速度太慢。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有相关技术中存在的问题之一，为此，本发明提出一种恒温燃气热水器，其可以有效解决目前燃气热水器启停水温忽冷忽热的问题。
上述的目的是通过如下技术方案来实现的：
一种恒温燃气热水器，包括换热器、温控舱和控制器，其中所述换热器的进水口与一进水管连接，所述换热器的出水口和所述温控舱的进水口连接，所述换热器的进气端与一燃气阀连接，在所述温控舱外设置有制冷制热元件，所述控制器分别与所述换热器和所述制冷制热元件电性连接。
在一些实施方式中，在所述温控舱上设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电性连接。
在一些实施方式中，所述制冷制热元件采用半导体制冷制热片。
在一些实施方式中，所述半导体制冷制热片包括中间层和位于所述中间层两侧的陶瓷基体，其中所述中间层包括Cu基体、P型半导体和N型半导体。
在一些实施方式中，在所述进水管上设置有进水温度传感器和水流量传感器。
此外，本发明提出一种恒温燃气热水器的控制方法，其可以有效解决目前燃气热水器启停水温忽冷忽热的问题，利于提高用户的使用体验。
上述的目的是通过如下技术方案来实现的：
一种恒温燃气热水器的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
当实时进水水流量小于预设启动水流量时，判断实时出水温度是否大于预设温度；
当实时出水温度小于预设温度，控制制冷制热元件工作对温控舱进行加热；
当实时出水温度大于预设温度，控制制冷制热元件工作对温控舱进行降温；
判断制冷制热元件的工作时间是否达到预设时间；
当制冷制热元件的工作时间达到预设时间，则判断实时出水温度是否达到预设温度范围；
根据实时出水温度是否达到预设温度范围的判断结果控制制冷制热元件工作。
在一些实施方式中，判断制冷制热元件的工作时间是否达到预设时间的步骤包括：
当实时出水温度小于预设温度，控制制冷制热元件工作对温控舱进行加热；
判断制冷制热元件的制热工作时间是否达到预设时间；
其中，预设时间为停水后的加热存水量升高(预设温度-实时出水温度)所需要的时间。
在一些实施方式中，判断制冷制热元件的工作时间是否达到预设时间的步骤包括：
当实时出水温度大于预设温度，控制制冷制热元件工作对温控舱进行降温；
判断制冷制热元件的制冷工作时间是否达到预设时间；
其中，预设时间为停水后的冷却存水量降低(实时出水温度-预设温度)所需要的时间。
在一些实施方式中，判断实时出水温度是否达到预设温度范围的步骤具体为：
若实时出水温度与预设温度的差值小于预设阈值，则判断实时出水温度达到预设温度范围：
若实时出水温度与预设温度的差值大于预设阈值，则判断实时出水温度未达到预设温度范围。
在一些实施方式中，所述控制方法还包括如下步骤：
当实时进水水流量为0L/min且实时出水温度小于预设防冻温度时，控制制冷制热元件工作对温控舱进行加热；
当实时出水温度达到(预设防冻温度+预设温升值)时，控制制冷制热元件停止工作。
与现有技术相比，本发明的至少包括以下有益效果：
1、本发明提供一种恒温燃气热水器，其可以有效解决目前燃气热水器启停水温忽冷忽热的问题。
2、本发明提供一种恒温燃气热水器的控制方法，其可以有效解决目前燃气热水器启停水温忽冷忽热的问题，利于提高用户的使用体验。
附图说明
图1是实施例中燃气热水器的结构示意图；
图2是实施例中控制方法的流程示意图；
图3是实施例中燃气热水器其中途停水温升的处理逻辑示意图；
图4是实施例中燃气热水器其自动防冻工作流程示意图。
具体实施方式
以下实施例对本发明进行说明，但本发明并不受这些实施例所限制。对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
实施例一：如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供一种恒温燃气热水器，包括换热器1、温控舱2和控制器3，其中换热器1的进水口与一进水管4连接，换热器1的出水口和温控舱2的进水口连接，换热器1的进气端与一燃气阀连接，在温控舱2外设置有制冷制热元件5，控制器3分别与换热器1和制冷制热元件5电性连接。
本实施例提供一种恒温燃气热水器，其通过固定在温控舱2上的制冷制热元件5，可以有效解决目前燃气热水器启停水温忽冷忽热的问题。具体的，通过固定在温控舱2上的制冷制热元件5，以及在燃气热水器的出水端对燃气热水器内部的水温进行监测，然后通过停水重启控制逻辑对燃气热水器在停水后的温升温降进行补偿，实现了实时恒温；另外，在低温环境中，可以对温控舱2内的水进行加热使其水温高于冰点，保护内部元器件免受冻裂。
此外，其结构简单，安装使用方便。
另外，其控制方式灵活，可满足不同升数机型的全工作模式下的恒温要求。
在本实施例中，在温控舱2上设置有温度传感器6，温度传感器6与控制器3电性连接，通过设置的温度传感器6可以有效监测燃气热水器的出水温度，通过判断燃气热水器的出水温度是否达到预设温度，进而控制制冷制热元件5对燃气热水器在停水后的温升温降进行补偿，实现燃气热水器的实时恒温。
本实施例中，制冷制热元件5采用半导体制冷制热片，采用半导体的制冷制热片可以高效地对燃气热水器在停水后的温升温降进行补偿，实现燃气热水器的实时恒温。
进一步的，半导体制冷制热片包括中间层和位于中间层两侧的陶瓷基体，其中中间层包括Cu基体、P型半导体和N型半导体。具体的，制冷制热片的两侧为陶瓷基体，主要是考虑其绝缘、导热及耐温情况选择；中间层为Cu基及P型、N型半导体排列块，通过在N/P连接引线端输入DC 5V电源控制其动作。其接线端子是与整机的控制器引线端相连。
制冷制热片的结构实现原理为通过对N级及P级施加一定方向的电流，其在N级产生的电子及P及产生的空穴将产生定向移动，形成回路电流的同时在两极交接端会发生热量的变化，当N级接入正极时，交接端处吸热，使其周边空间位置温度降低，此区域热量损失处于冷端，其对侧则热量积聚处于热端；当N级接入负极时，交接端处放热，使其周边空间位置温度升高，此区域热量增加处于热端，其对侧则热量积聚处于冷端；选择制冷制热片不同功率的大小及N-P对的多少可实现不同温差要求，例如在选择输入电压DC 5V、4A条件下的制冷制热率可达到14.8，最大温差可达到67K。
在本实施例中，在进水管4上设置有进水温度传感器7、水流量传感器8和调水阀9，控制器3分别与进水温度传感器7、水流量传感器8和调水阀9电性连接，其中进水温度传感器7用于实时监测燃气热水器的进水温度，水流量传感器8采用霍尔元件用于实时检测燃气热水器的进水流量，调水阀9用于调节燃气热水器的进水流量，通过设置的进水温度传感器7、水流量传感器8和调水阀9可以实时监测燃气热水器的工作状态，便于控制器3控制燃气热水器进行工作，满足不同用户的使用需求。
实施例二：如图1和图2所示，本实施例提供一种恒温燃气热水器的控制方法，控制方法包括如下步骤：
步骤S101，当实时进水水流量小于预设启动水流量时，判断实时出水温度是否大于预设温度；
步骤S102，当实时出水温度小于预设温度，控制制冷制热元件5工作对温控舱2进行加热，以使温控舱2内的水温达到预设温度；
步骤S103，当实时出水温度大于预设温度，控制制冷制热元件5工作对温控舱2进行降温，以使温控舱2内的水温达到预设温度；
步骤S104，判断制冷制热元件5的工作时间是否达到预设时间；
步骤S105，当制冷制热元件5的工作时间达到预设时间，则判断实时出水温度是否达到预设温度范围；
步骤S106，根据实时出水温度是否达到预设温度范围的判断结果控制制冷制热元件5工作。
本实施例的恒温燃气热水器的控制方法，其可以有效解决目前燃气热水器启停水温忽冷忽热的问题，利于提高用户的使用体验。
进一步的，判断制冷制热元件5的工作时间是否达到预设时间的步骤包括：
当实时出水温度小于预设温度，控制制冷制热元件5工作对温控舱2进行加热；
判断制冷制热元件5的制热工作时间是否达到预设时间；
其中，预设时间为停水后的加热存水量升高(预设温度-实时出水温度)所需要的时间。其设计合理、巧妙，利于使燃气热水器停水后的存水水温达到预设温度。
更进一步的，判断制冷制热元件5的工作时间是否达到预设时间的步骤包括：
当实时出水温度大于预设温度，控制制冷制热元件5工作对温控舱进行降温；
判断制冷制热元件5的制冷工作时间是否达到预设时间；
其中，预设时间为停水后的冷却存水量降低(实时出水温度-预设温度)所需要的时间。其设计合理、巧妙，利于使燃气热水器停水后的存水水温达到预设温度。
在本实施例中，判断实时出水温度是否达到预设温度范围的步骤具体为：
若实时出水温度与预设温度的差值小于预设阈值，则判断实时出水温度达到预设温度范围，然后则可控制制冷制热元件5停止工作，并结束。
若实时出水温度与预设温度的差值大于预设阈值，则判断实时出水温度未达到预设温度范围，其中当实时出水温度小于预设温度，返回步骤S102，即控制制冷制热元件5工作对温控舱2进行加热，当实时出水温度大于预设温度，返回步骤S103，即控制制冷制热元件5工作对温控舱2进行降温。
如图3所示，下面就本实施例燃气热水器其中途停水温升的处理逻辑作如下说明：
Qs为实时进水水流量，Q为可调的预设启动水流量，其一般默认为2.5L/min；Ts为实时出水温度，T为预设温度；当燃气热水器处于停水热待机时，当监测到实时进水水流量Qs低于Q(2.5L/min)时，此时进一步对实时出水温度Ts与预设温度T进行判定，当Ts比T高时，此时若是温控舱2内的水直接流出燃气热水器外可能会有烫伤的隐患，此时启动制冷制热片使片接触端作为冷端进行工作，根据停水后的加热存水量降低Ts-T时需要的时间ts进行二次判断，ts为工作时间，t为理论计算温降所需的设定时间，当ts到达设定温降所需时间t后便停止工作，此时温控舱2内的水温即为预设温度T，由此实现停水温降恒温需求；当在停水重启之后，前一段温度为预设温度T的存水已流出燃气热水器，此时燃气热水器还未点火启动，将会有一段未加热的冷水直接流出。此时启动制冷制热片使片接触端作为热端进行工作，即相位相反，同样根据点火至感应到火焰时间内流入的水量的温升T-Ts时需要的时间ts进行二次判断，当ts到达设定温升所需时间t后便停止工作，从而使温控舱2内的水到达设定温度T，实现了重启温升恒温需求。
优选的，控制方法还包括如下步骤：
当实时进水水流量为0L/min且实时出水温度小于预设防冻温度时，控制制冷制热元件5工作对温控舱2进行加热；
当实时出水温度达到(预设防冻温度+预设温升值)时，控制制冷制热元件5停止工作。
如图4所示，下面就本实施例燃气热水器其自动防冻工作原理作如下说明：
自动防冻工作原理的判定前提条件是水流量为0L/min，
进而对出水端或进水端的水温进行识别，当出水端温度Ts低于4℃时，启动制冷制热片，片接触端作为热端进行工作，通过对温控舱2内的冷水进行加热使其温度适中高于水的冰点，当出水端温度Ts达到(K+4)℃时，其中K为防冻模式的温升值，可根据不同环境进行手动设置，便停止导通，以此不断往复循环，实现了燃气热水器在寒冷环境下的自动防冻功能，有效避免了水路内元器件的冻裂。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种恒温燃气热水器，包括换热器(1)、温控舱(2)和控制器(3)，其中所述换热器(1)的进水口与一进水管(4)连接，所述换热器(1)的出水口和所述温控舱(2)的进水口连接，所述换热器(1)的进气端与一燃气阀连接，其特征在于，在所述温控舱(2)外设置有制冷制热元件(5)，所述控制器(3)分别与所述换热器(1)和所述制冷制热元件(5)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种恒温燃气热水器，其特征在于，在所述温控舱(2)上设置有温度传感器(6)，所述温度传感器(6)与所述控制器(3)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种恒温燃气热水器，其特征在于，所述制冷制热元件(5)采用半导体制冷制热片。
4.根据权利要求3所述的一种恒温燃气热水器，其特征在于，所述半导体制冷制热片包括中间层和位于所述中间层两侧的陶瓷基体，其中所述中间层包括Cu基体、P型半导体和N型半导体。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种恒温燃气热水器，其特征在于，在所述进水管(4)上设置有进水温度传感器(7)和水流量传感器(8)。
6.一种恒温燃气热水器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
当实时进水水流量小于预设启动水流量时，判断实时出水温度是否大于预设温度；
当实时出水温度小于预设温度，控制制冷制热元件工作对温控舱进行加热；
当实时出水温度大于预设温度，控制制冷制热元件工作对温控舱进行降温；
判断制冷制热元件的工作时间是否达到预设时间；
当制冷制热元件的工作时间达到预设时间，则判断实时出水温度是否达到预设温度范围；
根据实时出水温度是否达到预设温度范围的判断结果控制制冷制热元件工作。
7.根据权利要求6所述的一种恒温燃气热水器的控制方法，其特征在于，判断制冷制热元件的工作时间是否达到预设时间的步骤包括：
当实时出水温度小于预设温度，控制制冷制热元件工作对温控舱进行加热；
判断制冷制热元件的制热工作时间是否达到预设时间；
其中，预设时间为停水后的加热存水量升高(预设温度-实时出水温度)所需要的时间。
8.根据权利要求6所述的一种恒温燃气热水器的控制方法，其特征在于，判断制冷制热元件的工作时间是否达到预设时间的步骤包括：
当实时出水温度大于预设温度，控制制冷制热元件工作对温控舱进行降温；
判断制冷制热元件的制冷工作时间是否达到预设时间；
其中，预设时间为停水后的冷却存水量降低(实时出水温度-预设温度)所需要的时间。
9.根据权利要求6、7或8所述的一种恒温燃气热水器的控制方法，其特征在于，判断实时出水温度是否达到预设温度范围的步骤具体为：
若实时出水温度与预设温度的差值小于预设阈值，则判断实时出水温度达到预设温度范围：
若实时出水温度与预设温度的差值大于预设阈值，则判断实时出水温度未达到预设温度范围。
10.根据权利要求6、7或8所述的一种恒温燃气热水器的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括如下步骤：
当实时进水水流量为0L/min且实时出水温度小于预设防冻温度时，控制制冷制热元件工作对温控舱进行加热；
当实时出水温度达到(预设防冻温度+预设温升值)时，控制制冷制热元件停止工作。
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