CN115244342A - 直流按需电热水器 - Google Patents

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CN115244342A
CN115244342A CN202180018504.4A CN202180018504A CN115244342A CN 115244342 A CN115244342 A CN 115244342A CN 202180018504 A CN202180018504 A CN 202180018504A CN 115244342 A CN115244342 A CN 115244342A
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C·M·海登
S·G·米胡
E·尤尔茨扎克
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Abstract

所公开的技术包含使用电热源来加热水的按需热水器。所述按需热水器可以具有：低流体容量加热室，所述低流体容量加热室具有入口和出口；用于加热所述水的电热源；和用于控制所述电热源并将所述水的温度保持在预定温度设置下的控制器。所述按需热水器可以由直流电源供电。所述按需热水器还可以利用太阳能热系统以向所述水提供另外的热量。

Description

直流按需电热水器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年3月2日提交的美国专利申请序列号16/806,119的权益，所述美国专利申请的全部内容和实质通过引用整体并入本文，如同在下文中完整阐述一样。
技术领域
本公开总体上涉及热水器，并且更具体地涉及利用直流电源加热流体的按需热水器。
背景技术
水通常被加热的原因有很多，包含：杀死细菌、烹饪和提供更舒适的水温。在电力发展之前，最常见的加热水的方法涉及可燃物质的使用。最初，此方法涉及燃烧木材或其它固体，但后来发展为使用气态燃料，如丙烷或天然气。不幸的是，燃烧可燃物质会带来另外的火灾或窒息风险。因此，随着电力被广泛采用，使用电来加热水变得普遍。
传统上，用电加热水涉及使用用于储存经加热的水的大型绝缘储罐，并且在水温降至预定温度设置以下时定期加热。然而，使用大型储罐可能效率低下，例如，因为即使不使用水，也必须对水进行加热。为了解决这个问题，最近的热水器设计已减少了对大型储罐的需要，并且只在需要时加热水。不幸的是，这些按需电热水器，也被称为“即时”或“无罐式”热水器，在需要经加热的水时需要大得多的电力负荷。因此，按需电热水器通常只安装在可以提供交流(AC)电力并且能够处理较大电力负荷的家庭或商业建筑物中。
太阳能和风力发电的进步已经开始使直流(DC)电力成为许多房主的有吸引力的选择。然而，即使在可利用DC电源的地方，用户通常也必须安装逆变器以将DC电力转换为AC电力，因为家庭中使用的大多数电器(包含热水器)都被配置成使用AC电力操作。不幸的是，使用逆变器会导致能量损失，并且会增加DC电力的使用成本，从而使得其在许多情况下不切实际。因此，所需要的是用于使用DC电力加热水，同时最小化或消除电力损失，如由现场电力换流引起的电力损失的系统和方法。
发明内容
这些和其它问题可以通过本文描述的技术来解决。所公开的技术的实例总体上涉及按需热水器，所述按需热水器可以由直流电源供电，而不需要昂贵的逆变器。
所公开的技术包含流体加热装置，所述流体加热装置具有被配置成基于预定温度设置和流量来加热水的直流供电的热源。所述直流(DC)电流体加热装置可以包含具有流体入口和流体出口的加热室。所述加热室可以被配置成容纳流体，并且可以具有低流体容量。所述DC流体加热装置还可以具有用于加热流体的电热源和控制器，所述控制器被配置成通过基于预定温度设置调节从DC电源供应给所述电热源的直流电来将所述流体保持在预定温度设置下。所述DC电流体加热装置可以是便携式的或固定式的。
所述DC电流体加热装置可以具有不超过5加仑或者可替代地不超过2加仑的低流体容量加热室。
所述DC电流体加热装置可以被配置成直接连接到DC电源，所述DC电源可以是光伏能量系统、储能装置或其组合。所述储能装置可以是例如电池。
所述DC电流体加热装置可以包含太阳能热流体加热系统或与太阳能热流体加热系统连通，所述太阳能热流体系统被配置成预先加热进入所述DC电流体加热装置的所述流体。所述太阳能热流体加热系统可以包含被配置成储存经预先加热的流体的储罐。所述DC电流体加热装置可以被配置成从所述储罐接收经预先加热的水和/或向所述储罐提供经加热的水。
所述DC电流体加热装置的所述控制器可以被配置成学习一个或多个用户的使用模式。所述控制器可以被配置成(例如，从位于与所述DC电流体加热装置连通的龙头附近的运动传感器)接收指示用户存在的数据和/或信号，并且基于接收到的数据和/或信号确定是否向所述电热源发送控制信号以加热所述流体。
所述DC电流体加热装置的所述电热源可以包含电阻加热元件。所述电热源可以包含热泵。所述DC电流体加热装置可以被配置成还接收交流(AC)电源。
所公开的技术包含一种用于控制流体加热系统的方法。所述方法可以包括(例如，通过流量传感器)感测流体的流量和(例如，通过温度传感器)感测所述流体的温度。所述方法可以包含响应于确定所述流量为正而(例如，由控制器)将指令传输到(可以由DC电源供电的)电热源以加热低流体容量加热室中的所述流体。所述方法可以包含(例如，由所述控制器)将指令传输到所述电热源以加热低流体容量加热室中的所述流体。所述方法可以包含(例如，由所述控制器)将指令传输到太阳能热系统以预先加热所述流体。所述方法还可以包含将所述流体中的至少一些流体储存在储罐中。
所公开的技术还包含一种系统，所述系统包括低流体容量加热室、电热源、控制器和存储器，所述存储器具有存储在其上的指令。所述指令在由所述控制器执行时可以指导所述控制器接收来自流量传感器的流量数据和来自温度传感器的温度数据。所述指令在由所述控制器执行时可以指导所述控制器响应于确定所述流量数据指示正流量而输出第一电热源控制信号。所述指令在由所述控制器执行时还可以指导所述控制器响应于确定所述温度数据低于预定温度设置而输出第二电热源控制信号。
本文更详细地讨论了所公开技术的另外的特征、功能和应用。
附图说明
并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图展示了当前所公开的主题的多个实施例，并且用于解释当前所公开的主题的原理。附图不旨在以任何方式限制当前所公开的主题的范围。
图1是可以使用直流电作为电源的按需热水器的示意图。
图2是可以使用直流电作为电源并且可以使用太阳能热水源的按需热水器的示意图。
图3是可以使用直流电作为电源并且可以使用以间接路径路由的太阳能热水源的按需热水器的示意图。
图4是操作使用直流电作为电源的按需热水器的方法的图。
具体实施方式
所公开的技术涉及一种按需热水器，所述按需热水器具有由直流电供电以加热水的热源。按需热水器可以具有小罐和由直流(DC)电源供电以加热罐中的水的电热源，如电阻加热元件或热泵。电热源可以包含太阳能电池板和电池，但也可以将所述电热源连接到其它直流电源。按需热水器可以连接到太阳能热系统，所述太阳能热系统包含太阳能加热器和容纳罐，所述太阳能热系统在水进入罐之前对水进行预先加热。太阳能热系统可以向按需热水器提供经预先加热的水，从而可以减少按需热水器将水加热到目标温度所需的能量。按需热水器可以用于加热储存在容纳罐中的水，这可以有助于提供经加热的水的储备量。按需热水器系统还可以具有控制器，所述控制器被配置成控制按需热水器系统的各种组件以减少能耗，同时智能地将水保持在某一温度设置下。
尽管详细解释了所公开的技术的某些实例，但应当理解的是，还设想了所公开的技术的其它实例和方面。因此，并不旨在使所公开的技术的范围限于以下描述中阐述或附图中展示的组件的构造和布置的细节。所公开的技术能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践或进行。此外，在描述许多实例时，为了清楚起见，将采用特定术语。
还应注意，如在说明书和所附权利要求中所使用，单数形式“一个/一种(a和an)”和“所述(the)”包含复数指示物，除非上下文另外清楚地指示。对含有“一种”成分的组合物的提及旨在包含除准确陈述的成分之外的其它成分。
此外，在描述示例实施例时，为了清楚起见，将采用术语。每个术语旨在考虑其如本领域技术人员所理解的最广泛的含义，并且包含以类似方式操作以实现类似目的的所有技术等价物。
范围在本文中可以表达为从“约”或“大约”或“基本上”一个特定值和/或到“约”或“大约”或“基本上”另一个特定值。当表达此范围时，其它示例实施例包含从一个特定值和/或到另一个特定值。
在本文中，如“具有(having/has)”、“包含(including或includes)”等术语的使用是开放式的，并且旨在与如“包括(comprising或comprises)”等术语具有相同的含义，并且不排除其它结构、材料或动作的存在。类似地，尽管如“可以(can或may)”等术语的使用旨在是开放式的并且反映结构、材料或动作不是必要的，但未能使用此类术语不旨在反映结构、材质或动作是必要的。在结构、材料或动作当前被认为是必要的程度上，所述结构、材料或动作被认定为是必要的。
还应理解，提及一个或多个方法步骤并不排除在明确认定的那些步骤之间存在另外的方法步骤或中间方法步骤。此外，尽管术语“步骤”可以在本文中用于暗示所采用方法的不同方面，但所述术语不应被解释为暗示本文所公开的各个步骤中或之间的任何特定顺序，除非各个步骤的顺序有明确要求。
下文中描述为构成所公开的技术的各个元件的组件旨在是说明性的而非限制性的。许多合适的组件旨在被涵盖在所公开的技术的范围内，所述组件将执行与本文所描述的组件相同或类似的功能。本文未描述的此类其它组件可以包含但不限于例如在开发当前所公开的主题之后开发的类似组件。
为了便于理解所公开的技术的原理和特征，以下解释各个说明性实施例。具体地，当前所公开的主题是在作为DC按需电热水器的背景下描述的。然而，本公开不限于此，并且可以适用于其它背景。例如但不限于，本公开的一些实施例无论是否被视为按需都可以改进其它流体加热系统。这些实施例被设想在本公开的范围内。因此，当本公开在用于DC按需电热水器的部署系统的背景下进行描述时，应当理解其它实施例可以代替所提及的实施例。
尽管本公开已经关于加热水进行描述，但将所公开的技术应用于加热除水以外的流体的应用也在本公开的范围内。
现在将参考附图在本文中描述本公开的示例实施例，在所述附图中，相似的数字表示相似的元件。
图1是示例DC按需电热水器100的示意图，所述按需热水器包含低流体容量加热室110、流体入口104、流体出口102、流量传感器108、温度传感器106(示出为入口温度传感器106a、加热室温度传感器106b和出口温度传感器106c)、电热源112和控制器114。电热源112可以由DC电源120供电，所述DC电源可以包含光伏系统122和电池124。控制器114可以通过分析从一个或多个传感器接收的数据(例如，来自流量传感器108和温度传感器106a、106b和/或106c中的一个或多个温度传感器的数据；仅来自流量传感器108的数据；仅来自温度传感器106a、106b和/或106c中的一个或多个温度传感器的数据)控制电热源112以将流体的温度保持在预定温度设置下。本领域技术人员将理解图1是用于说明目的的实例，并且各个组件可以以不同的顺序和位置布置，其中DC按需电热水器100类似地起作用。此外，本领域技术人员将理解，可以向DC按需电热水器100添加各种其它元件，如流量控制装置、阀、温度指示器和其它流体管理或测量装置，以根据需要改变其性能。
DC按需电热水器100可以被配置成是便携式的或安装在固定位置。例如，DC按需电热水器100可以被配置成使用光伏系统122结合电池124操作，使得DC按需电热水器100可以在阳光充足的任何地方使用。因此，DC按需电热水器100可以用作用于如赛跑和嘉年华等户外活动的便携式洗手站。可替代地，可以安装DC按需电热水器100以在RV、船、飞机或任何其它需要经加热的流体的移动平台中使用。可替代地，如果DC按需电热水器100旨在安装在固定位置，则DC按需电热水器100可以安装在用户的家中或商业位置中。
如图1所示，水可以用电热源112加热。电热源112可以由DC电源120供电。电热源112可以是或包含可以由直流电源120供电的任何形式的热源。作为非限制性实例，电热源112可以包含电阻加热元件或热泵。如果电热源112是电阻加热元件，则所述加热元件可以包含适合于应用的任何形式的电阻加热元件。例如，电阻加热元件可以由被绝缘材料包围并封装在外壳中的尼克洛姆镍铬耐热合金(Nichrome，NiCr)电阻元件制成。电阻元件可以由尼克洛姆镍铬耐热合金、KanthalTM、康铜(Constantan)、ManganinTM、BalcoTM或任何其它合适的材料制成。绝缘材料可以由如氧化镁、玻璃、瓷、复合聚合物材料、粘土、石英、氧化铝、长石等绝缘材料或任何其它合适的绝缘材料制成。外壳可以由金属(例如，钛、不锈钢、尼克洛姆镍铬耐热合金、KanthalTM、白铜、蚀刻箔等)、陶瓷(例如，二硅化钼、碳化硅、PTC陶瓷等)、厚膜或聚合物PTC加热元件制成。此外，如果电热源112包含电阻加热元件，则可以对外壳进行处理或涂覆，以帮助防止腐蚀并且延长元件的寿命。例如，DC按需电热水器100可以使用DC供电的热源112，所述热源可以包含具有由铜制成并用镀镍处理的外壳的加热元件。可替代地或另外，热源112可以包含具有用氧化镁和镀锌涂覆的铜管外壳的加热元件。可替代地或另外，热源可以包含具有钛或不锈钢外壳的加热元件，如果需要，则用合适的涂料涂覆所述外壳。本领域技术人员将理解，加热元件的精确材料和配置可以根据特定的应用而变化。
电热源112可以包含由DC电源120或另一电源供电的热泵。热泵可以是可以用于加热水的任何合适形式的热泵，所述热泵包含压缩型或吸收型热泵。热泵可以适于使用空气源、地源、水源或任何其它合适的热源进行操作。热泵可以是地热、空气对水、水对水、液体对水或适合于特定应用的任何其它类型的热泵系统。作为实例，热泵可以是在蒸气压缩循环中利用制冷剂的空气源型热泵，但例如考虑到环境因素，热源的类型可以根据特定应用进行修改。此外，根据应用，热泵可以是单级、两级或可变容量热泵。
如果电热源112包含热泵，则所述热泵可以包括冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机。热泵的各个组件可以根据特定应用进行大小、形状和位置的调整。压缩机可以是适合于应用的任何类型的压缩机。例如，压缩机可以是容积式压缩机、往复式压缩机、旋转螺杆压缩机、旋转叶片压缩机、滚动活塞式压缩机、涡旋式压缩机、隔膜压缩机、动态压缩机、轴流式压缩机或适合应用的任何其它形式的压缩机。冷凝器可以安装在改善向低流体容量加热室中的水的能量传递的定位和/或位置中。另一方面，蒸发器可以定位在和/或位于可以有效吸收周围热量的位置。如先前所讨论，这可以包含如空气、水或地热源等任何合适的热源。冷凝器和/或蒸发器可以由可以有效地交换热量的材料制成，所述材料包含铜、铝、不锈钢、金、银、镓、铟、铊、石墨、复合材料或适用于应用的任何其它材料。除其它外，合适的应用还将取决于期望的水温、传热速率、环境条件和成本考虑因素。此外，膨胀阀可以是类似地适合于指定应用的任何类型的膨胀阀。例如，膨胀阀可以是热膨胀阀、手动膨胀阀、自动膨胀阀、电子膨胀阀、低压浮阀、高压浮阀、毛细管或适合于应用的任何其它形式的膨胀阀。膨胀阀的大小、类型和安装位置可以根据应用而变化。
如图1所示，DC按需电热水器100可以由DC电源120供电。DC电源120可以是适合于特定应用的任何形式的DC电源。DC电源120可以包含与储能装置配对的DC发电装置，或者所述DC电源可以仅包括DC发电装置或仅包括储能装置。作为非限制性实例，DC电源120可以包括与电池124、电容器组或任何其它类型或形式的能量储存器配对的光伏系统122。可替代地或另外，DC电源120可以包括与电池124或其它类型的能量储存器配对的风力、水力、蒸汽动力或燃气动力涡轮机。DC电源120本身可以包括与交流发电机配对的电池124(例如，类似于汽车应用)。作为又另一实例，DC电源120可以包括热电发电机。此外，DC电源120可以包括单独的电池124、单独的光伏系统122、单独的交流发电机、单独的风力涡轮机、单独的水力涡轮机、单独的蒸汽动力涡轮机、单独的燃气动力涡轮机、单独的热电发电机或适用于应用的任何其它形式的DC电源120。本领域技术人员将理解，有许多电源能够提供直流电从而为DC按需电热水器100供电。
DC按需电热水器100可以被配置成在交流电源(AC)与直流电源(DC)之间切换。例如，DC按需电热水器100可以主要从DC电力操作，但可以基于用户输入和/或通过控制器114(例如，如果确定没有足够的可用DC电力来满足当前或预计需求)切换以从AC电源汲取电力。作为另一实例，DC按需电热水器100可以被配置成主要利用AC电力操作，并且当由用户和/或控制器114指示时切换到DC电力(例如，如果DC电源120有剩余能量和/或在AC电力供应商的可能会带来更高的需求成本的高峰期间)。为了帮助促进AC与DC电源之间的及时切换，DC按需电热水器100可以包含能量检测感测元件，以确定所供应的电力的类型和质量。例如，能量感测元件可以检测DC电力何时开始降级，并且主动地将DC按需电热水器100切换到AC电源。
尽管通常被称为“无罐式”热水器，但按需热水器通常使用对水进行加热的某种形式的小型储罐。低流体容量加热室110可以用于电热源112以向水中添加热量。低流体容量加热室110可以针对各种应用进行大小设定。例如，对于典型的使用应用，低流体容量加热室110可以是五加仑或更小。作为另一实例，基于用户对热水的平均需求，低流体容量加热室110的大小可以设定在一与二加仑之间，以便与用户家中的浴室水槽一起使用。根据应用，低流体容量加热室110的大小可以设定为0.25加仑、0.5加仑、1加仑、1.5加仑、2加仑、2.5加仑、3加仑、3.5加仑、4加仑、4.5加仑、5加仑或任何其它合适的大小，以适合特定应用。低流体容量加热室110可以是单个室或一系列多个室。低流体容量加热室110可以由用于储存和加热热水的任何合适的材料制成，所述材料包含铜、碳钢、不锈钢、陶瓷、聚合物、复合材料或任何其它合适的材料。此外，低流体容量加热室110可以经处理或内衬有涂层以防止腐蚀和泄漏。合适的处理或涂层将能够承受经加热的水的要求温度和系统的压力，并且作为非限制性实例，可以包含玻璃上釉、镀锌、热固性树脂粘合内衬材料、热塑性涂层材料、水泥涂层或适用于应用的任何其它处理或涂层。
如以上所提到的，所公开的技术可以包含收集关于系统中流体的数据的各种感测装置。例如，图1示出了流量传感器108和各种温度传感器106a、106b、106c。
流量传感器108被示出为仅安装在流体入口104的下游，但是可以安装在与低流体容量加热室110进行流体连通的可替代的位置中。流量传感器108可以被配置成检测指示流量传感器位置处的流体流量的流量数据。例如，流量传感器108可以位于流体入口104的下游、低流体容量加热室110的内部、低流体容量加热室110的下游或甚至流体入口104的上游或流体出口102的下游，只要流量传感器108被定位成使得其可以确定流体何时流入和/或流出低流体容量加热室110即可。
流量传感器108可以是任何合适形式的流量传感器，并且所述合适类型的流量传感器可以取决于具体应用。流量传感器108可以用于简单地检测流体是否流动，或可以用于检测和/或测量流量。如果对于应用，期望简单地测量流体流动的存在，则流量开关可以是合适的流量传感器108。如果流量传感器108是流量开关，则它可以是叶片致动的流量开关、圆盘致动的流量开关、液体流量开关或适用于应用的任何其它类型的流量开关。如果对于应用，更期望测量流体流量，则流量传感器108可以是一种流量计。例如，流量传感器108可以是差压流量计、容积式流量计、速度流量计、质量流量计、明渠流量计或适合于应用的任何其它类型的流量计。所使用的流量传感器108的类型将取决于被测量流体的类型、其温度和压力、粘度、电导率、腐蚀性以及系统的所需清洁度。
与流量传感器108类似，温度传感器106可以安装在允许温度传感器106检测指示安装位置处流体温度的温度数据的任何合适的位置中。尽管三个温度传感器在图1中示出为温度传感器106a、106b和106c，但DC按需电热水器100可以包含单个温度传感器106(位于温度传感器可以检测水温的任何位置处)或另外的温度传感器106，这取决于特定应用。
此外，如图1所示出的温度传感器106的位置仅用于说明目的，并且任何给定的温度传感器106的实际位置可以根据特定应用而变化。例如，单个温度传感器106可以被安装成向控制器114提供温度数据，并且可以位于低流体容量加热室110中、低流体容量加热室110的上游或低流体容量加热室110的下游。可替代地，所有三个温度传感器106可以如图1所展示的那样进行安装，以提供流体在整个系统中的温度数据。可替代地或另外，DC按需电热水器100可以具有安装在流体入口104附近的温度传感器106和安装在流体出口102附近的另一温度传感器106。
关于包含两个温度传感器106的DC按需电热水器100，一个温度传感器106a可以安装在低流体容量加热室110的上游以检测进入低流体容量加热室110的流体的温度，并且第二温度传感器106c可以安装在低流体容量加热室110的下游并且被配置成感测离开低流体容量加热室110的水的温度。两个温度传感器106a和106c可以用于确保在系统使用时流体被适当地加热到预定温度设置。DC按需电热水器100可以包含温度传感器106b，所述温度传感器安装在低流体容量加热室110的内部并且被配置成检测某一位置处流体的温度，所述位置考虑到可能存在于低流体容量加热室110内的任何温度梯度而代表低流体容量加热室110内流体的平均温度。也就是说，低流体容量加热室110内的流体温度可能在离电热源112最近的地方最高，并且在离电热源112最远的地方(例如，在流体入口104附近)最低。因此，温度传感器106b可以定位在考虑到此类温差并且从而表示或接近流体的平均温度的位置中。因此，温度传感器106b可以从单个位置监测低流体容量加热室中的流体温度，以确保(例如，当系统处于待机状态时)流体被加热到预定温度设置。这可能是有用的，特别是当系统处于待机状态时，因为控制器114可以基于来自温度传感器106b的数据确定是否应该从热源112输出热量，即使没有流体流过低流体容量加热室110。
温度传感器106可以是能够向控制器114提供温度数据的任何类型的温度传感器。例如，温度传感器106可以是热电偶、电阻器温度检测器(RTD)、热敏电阻、红外传感器、半导体或适合于给定用途或应用的任何其它类型的传感器。系统的所有温度传感器106可以是相同类型的温度传感器，或者系统可以包含不同类型的温度传感器106。例如，温度传感器106a可以是热电偶，温度传感器106b可以是RTD，并且温度传感器106c可以是热敏电阻。本领域技术人员将理解，温度传感器的类型、位置和数量可以根据应用而大幅度变化。
电热源112和系统的其它方面可以由控制器114控制。控制器114可以包含计算装置，所述计算装置被配置成接收数据，基于接收到的数据确定动作，并且输出指示系统的一个或多个组件执行一个或多个动作的控制信号。尽管在图1中示出为安装在低流体容量加热室110的一侧，但本领域技术人员将理解，只要控制器114与系统的组件中的至少一些组件通信，控制器114就可以安装在被认为适合于特定应用的任何地方。这可以包含在容纳如图1所描绘的其它组件的壳体中或壳体上安装，或与图1中所示出的其它组件完全分开安装(包含如“云”等远程位置)。此外，控制器可以被配置成发送和接收无线、硬接线或数字信号。无线信号可以包含BluetoothTM、BLE、WiFiTM、ZigBeeTM、红外、微波无线电或可以适合于特定应用的任何其它类型的无线通信。硬接线信号可以包含控制器与其它组件之间的任何直接接线连接。例如，控制器114可以与电热源112具有硬接线120伏连接，所述硬接线直接为电热源112通电。数字连接可以包含如以太网或串行连接等连接，并且可以利用如Modbus、基金会现场总线(Foundation Fieldbus)、PROFIBUS、SafetyBus p、以太网/IP等适用于应用的任何通信协议或适用于应用的任何其它通信协议。此外，控制器114可以利用无线、硬接线和数字通信信号的组合来与各个组件通信并控制各个组件。本领域技术人员将理解，以上配置仅作为非限制性实例给出，并且实际配置可以根据应用而变化。
控制器114可以包含存储器116，所述存储器可以包含用于存储包含操作系统、应用程序、可执行指令和数据的文件的一种或多种合适类型的存储器(例如，易失性或非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘、光盘、软盘、硬盘、可移动盒式磁带、闪速存储器、独立磁盘冗余阵列(RAID)等)。本文所描述的处理技术中的一种、一些或所有的处理技术可以被实施为存储器116内的可执行指令和数据的组合。
控制器114还可以具有处理器118。处理器118可以是一个或多个如微处理器等已知的处理装置，并且可以构成同时执行并行处理的单核或多核处理器。例如，处理器118可以是用虚拟处理技术配置的单核处理器。本领域普通技术人员将理解，可以实施提供本文所公开的能力的其它类型的处理器布置。
如图1所示，控制器114可以被配置成从流量传感器108和各个温度传感器106接收数据。例如，控制器114可以从流量传感器108接收流量数据，确定流量数据是否指示流体的正流量，并且响应于确定系统中的流体已经开始流动而输出用于使电热源112激活的指令。可替代地或另外，控制器114可以从温度传感器106接收温度数据，确定温度数据是否指示低于温度设置(例如，预定温度设置、可变温度设置、用户输入的温度设置)的温度，并且响应于确定当前温度低于温度设置而输出用于使电热源112激活的指令。控制器114可以被配置成将其决策基于来自一个、一些或所有温度传感器106的温度数据。作为实例，每个温度传感器106可以基于传感器类型、传感器位置或其它信息进行加权。因此，控制器114可以被配置成做出某些确定并且如果组合的温度数据的预定权重值高于某个阈值，则输出某些指令。
控制器114可以从一个或多个温度传感器106接收温度数据和/或从一个或多个流量传感器108接收流量数据。基于温度数据和/或流量数据，控制器114可以确定是否应该激活电热源112和/或电热源112应该输出多少热量。控制器114可以被配置成考虑到温度数据、流量数据、来自电热源112的热量输出和/或DC电源的可用能量，确定是否可以维持当前的温度设置(例如，输出流体的所要求或所需求的温度)。作为响应，控制器114可以调节电热源112的输出以改变所述电热源的性能，并且从而调整提供给流体的热量。例如，响应于接收到指示1.5加仑/分钟的流体流量的流量数据和指示低流体容量加热室110下游位置处113°F的流体温度和113°F的温度设置的温度数据，控制器114可以推断在给定当前流体低速率和电热源112的当前热量输出的情况下是否可以可靠地提供温度为113°F的流体。响应于确定电热源112的当前热量输出不足以将水温保持在温度设置下，控制器114可以例如向电热源112传输指示电热源112以更高的热量输出操作的控制信号。
如上文简要讨论的，控制器114可以被配置成对来自流量传感器108和温度传感器106的数据作出响应。控制器114可以被配置成将递送给用户的流体的温度保持在预定温度范围内。预定温度范围可以由制造商设置和/或可以由用户设置。作为实例，预定温度范围可以是大约131°F到大约133°F。响应于确定流体温度已下降到131°F以下，控制器114可以输出用于使电热源112增加热量输出的指令。类似地，响应于确定流体温度已上升到133°F以上，控制器114可以输出用于使电热源112电热源112减少热量输出并停止向流体添加热量(或向流体添加较少的热量)的指令。
任选地，控制器114可以被配置成在当前不需要流体时将低流体容量加热室110内的流体保持在第一相对宽泛的温度范围内，并且在需要流体时将所述流体保持在第二较窄的范围内。任一温度范围均可以由制造商设置和/或由用户设置或更改。继续上文的实例，控制器114可以被配置成提供温度在大约131°F到大约133°F范围内的流体。控制器114可以被配置成在需要流体时将流体保持在相同的温度范围内。当不需要流体时，控制器114可以被配置成将流体温度保持在大约123°F到大约133°F的范围内。因此，响应于确定流体温度已下降到123°F以下，控制器114可以输出用于使电热源112增加热量输出的指令，并且响应于确定流体温度已上升到133°F以上，控制器114可以输出用于使电热源112电热源112减少热量输出并且停止向流体添加热量(或向流体添加较少的热量)的指令。本领域技术人员将理解，这些温度范围和响应仅作为实例提供，并且实际配置可以根据应用而变化。
图2是与太阳能热系统200配对的示例DC按需电热水器100的示意图。作为实例，太阳能热系统可以包括太阳能集热器202和太阳能储热器206。此实例与先前讨论的其它实例不同，因为冷水首先通过入口204进入太阳能热系统200，并且随后通过流体入口104进入DC按需电热水器100。太阳能热系统200可以被配置成向DC按需电热水器100提供经预先加热的水，这可以减少DC按需电热水器100加热流体所需的能量。控制器114可以以与先前讨论的方式相同的方式控制电热源112，但是通过经由太阳能热系统200传递到流体的热量可以减少充分加热流体所需的能量(例如，由DC电源120储存的能量)。太阳能热热源202可以被配置成在阳光照射到吸收器表面时加热水，通过所述吸收器表面可以产生和/或获得热量。然后将经加热的水储存在太阳能储热器206中，所述太阳能储热器可以被绝缘并且在通过系统抽取水时为DC按需电热水器100提供经预先加热的水源。
太阳能热系统200可以是适用于特定应用的任何形式的太阳能热系统。例如，太阳能热系统200可以是闭环或开环系统，并且所述太阳能热系统可以是主动或被动循环的。如果太阳能热系统200是闭环系统，则它可以使用具有任何合适传热流体的热交换器。传热流体可以是蒸馏水、丙二醇、乙二醇、三甘醇、乙二醇-水混合物、醇-水混合物、矿物油或适用于应用的任何其它传热流体。太阳能集热器可以是平板集热器、真空管集热器、循环加热盘管或适用于应用的任何其它形式的太阳能集热器。此外，太阳能储热器206可以是适用于应用的任何形式的储热器。例如，太阳能储热器可以是普通的热水罐，或者太阳能储热器可以是为具体应用而建造的定制储热器。
图3是与以间接路径路由的太阳能热系统200集成的DC按需电热水器100的示意图。DC按需电热水器100可以包含另外的传感器，如接近度传感器304和温度传感器106d。与先前的实例类似，冷水可以通过入口204进入太阳能热系统200，并且可以作为经预先加热的水从太阳能热系统200经由流体入口104传送到DC按需电热水器100。通过DC按需电热水器100的水可以被配置成在通过流体出口302离开系统并前往使用点之前返回通过太阳能储热器206。此配置提供了附加的益处，即即使无法获得阳光来加热太阳能热系统200中的水，也允许通过使用如电池124等储能装置为电热源112供电来加热太阳能储热器206中的水。温度传感器306d可以用于获取系统中的流体在任何期望的位置处，如在用于确保离开储热器206的流体已根据温度设置被合适地加热的位置处的温度数据。温度传感器306d可以是如先前所讨论的温度传感器等任何形式的温度传感器。
控制器114可以被配置成智能地保存DC能量，使得DC能量可以仅在需要时被引导以加热太阳能储热器206中的水。因为DC能量除了加热水之外还有许多用途(例如，为电器供电、为灯供电、为电子装置充电等)，并且因为用于加热水的能量不能轻易地转换回储存的电能，所以控制器114可以被配置成学习用户的使用模式，并且在控制器114预计将需要热水时加热太阳能储热器206中的水。例如，用户在夜间或在用户睡觉时可能不需要热水，但可能需要为家中的电子装置供电。控制器114可以智能地将储存的DC能量从加热水重新引导到其它用途。作为另一实例，控制器114可以了解到用户在早上准备工作时通常需要热水淋浴，并且可以在用户通常需要热水之前将水加热，而不是整晚保持温度。此外，控制器114可以被配置成接收指示用户在使用点(例如，水龙头、淋浴头、软管等)附近的信号或传感器数据。例如，控制器114可以与安装在使用点附近以检测用户何时在附近的接近度传感器304结合使用。当控制器114从传感器304接收到指示用户在附近的数据时，控制器可以主动地指导电热源112开始向系统添加热量，以便附近的用户可使用经加热的水。传感器304可以是适用于检测用户何时可能在附近的任何形式的传感器。例如，传感器304可以是运动检测器、超声波检测器、热传感器、红外传感器、光幕、激光传感器、电容传感器、重量传感器或能够检测用户存在的任何其它合适的传感器。
可替代地，控制器114可以接收不是来自传感器的信号，所述信号仍然指示用户在附近。例如，控制器114可以连接到用户的灯开关，并且被配置成在用户打开灯开关时接收信号。作为另一实例，控制器114可以与家庭中的其它智能家庭装置集成，所述装置可以向控制器114发送信号以通知所述控制器用户可能在附近。例如，智能家庭装置可以由连接到用户的移动装置的智能家庭中心管理。当用户早上醒来并使用她的移动装置时，可以通知智能家庭中心用户是醒着的，并且智能家庭中心然后可以向控制器114发送信号以通知控制器114用户是醒着的。进而，控制器114可以向电热源112发送控制信号以开始加热流体。本领域技术人员将理解，给出这些实例仅仅是为了说明目的，并且实际配置可以根据特定应用而变化。
图4是用于根据所公开的技术控制DC按需电热水器100的方法400的图。此方法400并不意图限制许多不同的配置，其中控制器114可以发挥作用，但只是作为用于说明目的的实例给出。此外，本领域技术人员将理解，所公开的技术：包含方法和过程，所述方法和过程包含方法400的一些但不是全部步骤；和/或包含方法和过程，所述方法和过程包含未针对方法400明确讨论的步骤。例如，所公开的技术包含涵盖所公开的DC按需电热水器100和本文所讨论的相关系统的许多不同方面的任何方法或过程。
方法400可以包含从流量传感器(例如，流量传感器108)接收402流量数据，并且流量数据可以指示热水器(例如，DC按需电热水器100)的一些部分内的流体的流量。方法400可以包含从温度传感器(例如，温度传感器106a、106b、106c和/或106d)接收404温度数据，并且温度数据可以指示对应温度传感器位置处的流体温度。方法400可以包含分析接收到的温度数据和/或流量数据以确定406是否应当调整电热源112的性能。例如，方法400可以包含基于至少温度数据和温度设置确定水温是否低于温度设置。如果水温低于温度设置，则方法400可以包含传输用于使电热源112激活或增加热量输出的指令和/或控制信号。如果水温处于或高于温度设置，则方法400可以包含传输用于使电热源112停用或减少热量输出的指令和/或控制信号。应当理解，方法400可以包含使用来自各种传感器(例如，流量传感器108、温度传感器106)中的一个、一些或所有传感器的数据来确定DC按需电热水器100的一个或多个组件是否应执行各种动作以控制系统中的水的温度。本领域技术人员将理解，上文讨论的特定方法400是仅出于说明目的而提供的，并且控制水或其它流体的温度的实际方法可以变化。
虽然本公开已结合多个如各个附图所展示并且在上文所讨论的示例性方面进行了描述，但是应当理解，可以使用其它类似方面，或者可以在不偏离本公开的情况下对所描述的方面进行修改和添加以执行本公开的相同功能。例如，虽然已经针对具体实例和附图讨论了某些组件，但应当理解，任何给定实例或附图的各种组件、功能和能力可以并入任何其它实例或附图中。作为另一实例，在本公开的各个方面，根据当前公开的主题的各方面描述了方法和组合物。但是本文的教导也设想了与这些所描述的方面等效的其它方法或组合物。因此，本公开不应受限于任何单个方面，而是在广度和范围上根据所附权利要求书来进行解释。

Claims (20)

1.一种直流(DC)电流体加热系统，其包括：
DC电流体加热装置，所述DC电流体加热装置包括：
具有流体入口和流体出口的加热室，所述加热室被配置成容纳流体并且具有低流体容量；
用于加热所述流体的电热源；
流量传感器，所述流量传感器被配置成检测流体流量；
温度传感器，所述温度传感器被配置成检测流体温度；以及
控制器，所述控制器被配置成：
从所述流量传感器接收流量数据，所述流量数据指示所述流体流量；
从所述温度传感器接收温度数据，所述温度数据指示所述流体温度；
基于所述流量数据、所述温度数据和温度设置中的至少两个来确定是否应当调整所述电热源的热量输出；并且
响应于确定应当调整所述电热源的所述热量输出而输出用于调节从DC电源供应到所述电热源的DC电力量的指令。
2.根据权利要求1所述的DC电流体加热系统，其中所述DC电流体加热装置是便携式的。
3.根据权利要求1所述的DC电流体加热系统，其中所述低流体容量不超过5加仑。
4.根据权利要求1所述的DC电流体加热系统，其中所述低流体容量不超过2加仑。
5.根据权利要求1所述的DC电流体加热系统，其中所述DC电源包括光伏能量系统。
6.根据权利要求1所述的DC电流体加热系统，其中所述DC电源包括储能装置。
7.根据权利要求6所述的DC电流体加热系统，其中所述储能装置是电池。
8.根据权利要求1所述的DC电流体加热系统，其进一步包括与所述DC电流体加热装置进行流体连通的太阳能热流体加热系统，所述太阳能热流体加热系统被配置成接收太阳能，将太阳能转换为补充热量并且将所述补充热量中的至少一些补充热量传递给所述流体。
9.根据权利要求8所述的DC电流体加热系统，其进一步包括被配置成储存所述流体的储罐。
10.根据权利要求9所述的DC电流体加热系统，其中所述DC电流体加热装置被配置成从所述储罐接收流体并且向所述储罐提供经加热的流体。
11.根据权利要求1所述的DC电流体加热系统，其中所述控制器被配置成监测所述流量数据和所述温度数据，以确定与需要所述DC电流体加热系统提供的流体相关联的流体使用模式。
12.根据权利要求1所述的DC电流体加热系统，其进一步包括位于与所述DC电加热装置进行流体连通的使用点附近的接近度传感器，
其中所述控制器被配置成接收指示用户在所述使用点附近的接近度数据，所述控制器被配置成至少部分地基于所述接近度数据输出用于增加所述电热源的热量输出的指令。
13.根据权利要求1所述的DC电流体加热装置，其中所述电热源包括电阻加热元件。
14.根据权利要求1所述的DC电流体加热装置，其中所述电热源包括热泵。
15.根据权利要求1所述的DC电流体加热装置，其中所述DC电流体加热装置被配置成使用直接从交流电源接收的电力进行操作。
16.一种用于控制流体加热系统的方法，所述方法包括：
从流量传感器接收流量数据，所述流量数据指示与由直流(DC)电源供电的流体加热系统相关的流体的流量；
从温度传感器接收温度数据，所述温度数据指示所述流体的温度；
响应于确定所述流量数据指示正流量，输出用于使电热源通过调节从所述DC电源供应到所述电热源的DC电力量来加热低流体容量加热室中的所述流体的指令；
响应于确定所述温度数据指示应当调整所述流体的所述温度，输出用于调节供应到所述电热源的所述DC电力量以调整所述电热源的热量输出的指令。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括输出用于在从所述DC电源接收DC电力与从交流(AC)电源接收AC电力之间转变的指令。
18.根据权利要求16所述的方法，其中：
所述流体加热系统与太阳能热系统进行流体连通，所述太阳能热系统被配置成在所述流体加热系统上游预先加热所述流体，
所述温度传感器是位于所述电热源的上游和所述太阳能热系统的下游的第一温度传感器，
所述温度数据是指示所述第一温度传感器的位置处的所述流体的所述温度的第一温度数据，并且
所述方法进一步包括：
从第二温度传感器接收第二温度数据，所述第二温度数据指示所述第二温度传感器的位置；以及
至少部分地基于所述第一温度数据、所述第二温度数据和温度设置来输出用于调整供应到所述电热源的所述DC电力量的指令。
19.根据权利要求16所述的方法，其中：
所述温度传感器是多个温度传感器中的第一温度传感器，并且
所述方法进一步包括：
从所述多个温度传感器中的每个温度传感器接收温度数据；以及
输出用于调整供应到所述电热源的所述DC电力量的指令，所述指令至少部分地基于从所述多个温度传感器中的每个温度传感器接收的所述温度数据。
20.一种直流(DC)电流体加热系统，其包括：
低流体容量加热室；
电热源，所述电热源被配置成从DC电源接收DC电力；
控制器，所述控制器包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，所述存储器上存储有指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时指导所述控制器：
从流量传感器接收流量数据，所述流量数据指示与所述DC电流体加热系统相关的流体的流量；
从温度传感器接收温度数据，所述温度数据指示所述流体的温度；
响应于确定所述流量数据指示正流量，输出用于使电热源通过调节从所述DC电源供应到所述电热源的DC电力量来加热低流体容量加热室中的所述流体的指令；并且
响应于确定所述温度数据指示应当调整所述流体的所述温度，输出用于调节供应到所述电热源的所述DC电力量以调整所述电热源的热量输出的指令。
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