CN1632409A - 智能型热泵热水器 - Google Patents

Abstract

一种智能型热泵热水器，由压缩机，蒸发盘管，风机，电子膨胀阀，冷凝盘管和生活水箱组成常规的热泵热水器系统，其运行状态由智能控制装置调节。智能控制装置采集水箱温度、环境温度、蒸发器进出口温度，根据用户设置的运行参数及选择的智能模式、正常模式、午间模式、谷电模式、午间加谷电模式或即时加热模式进行自动控制调节。当系统在智能模式下运行时，可根据定期存储的用水信息按模糊规则推断出用户用水习惯，从而自动调节水箱设定温度和加热时间，使系统在任何季节工况下都能达到最佳工作性能。本发明有效解决了热泵热水器性能不稳定和预热时间不足的问题，具有成本低廉、高效节能、安全可靠、使用寿命长、操作简单等优点。

Description

智能型热泵热水器

技术领域

本发明涉及一种智能型热泵热水器，尤其涉及一种能按历史数据对用户用水习惯进行模糊判别、自动调节水箱设定温度和加热时间的智能型热泵热水器，属于能源类供热及空调技术领域。

背景技术

目前我国热水器市场上普遍销售的热水器产品为电热水器、燃气热水器和太阳能热水器等。其中，电热水器以消耗大量昂贵的电力为代价，不利于能源的合理利用；燃气热水器在使用中则存在严重的安全隐患，每年因燃气热水器的使用而引发的中毒事件时有报道；常规的太阳能热水器在阴雨天是不能生产热水的，只能依靠电加热来弥补太阳能的不足，从而也存在能源的浪费现象，特别是在一些阴雨天较多的南方地区使用这种热水器并不十分经济。于是，一种新型的基于热泵循环原理的热水器开始在热水器市场上崭露头角，它是利用蒸发器从周围环境中吸收热能(太阳能、空气或水等)，并通过冷凝器将热能释放到水箱中去，从而实现热水的生产。热泵热水器具有高效节能、可全天候使用、安全可靠等优点，而且实现了能源的低级利用，具有广阔的发展和应用前景。

常见的热泵热水器采用定时定温工作模式启停热水器加热。然而，热泵热水器的工作效率受环境气候和被加热水温的影响，运行性能波动很大。当环境温度降低或被加热水温升高时，热泵的工作效率也随之降低，并且温度过低时，热泵无法工作。所以，常规的控制模式存在明显缺陷：系统性能不稳定，性能系数(COP)受环境温度和加热设定温度的影响而波动，环境温度过低或是水箱设定温度过高都会导致COP明显下降。此外，舒适性能无法满足用水要求较高的用户。当水箱水温较低时，如果没有进行预先加热将会造成实际用水时水温偏低。迄今为止尚未检索到涉及此类问题解决方法的相关专利材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能型热泵热水器，用户不但可以设置定时、定温等运行参数，在多种热泵热水器工作模式中进行选择，而且可以选择智能模式由系统进行自动控制调节，解决热泵热水器性能不稳定和预热时间不足的问题，提高系统能效比(EER)和舒适性能。

为了实现这样的目的，在本发明的技术方案中，采用多种工作模式的智能控制装置来代替常规热泵热水器控制器。用户可按用水需求选择多种工作模式，包括智能模式、正常模式、午间模式、谷电模式、午间加谷电模式和即时加热模式等。当系统在智能模式下运行时，本发明可根据周期性采集并保存的用户用水信息按模糊规则推断出用户用水习惯，自动调节水箱设定温度和加热时间，使系统在任何季节工况下都能达到最佳工作性能。

本发明主要包括智能控制装置，压缩机，蒸发盘管，风机，电子膨胀阀，冷凝盘管和生活水箱，其中压缩机，蒸发盘管，风机，电子膨胀阀，冷凝盘管和生活水箱组成常规的热泵热水器系统，其运行状态由智能控制装置调节。智能控制装置主要包括水箱温度传感器，环境温度传感器，蒸发器进口温度传感器，蒸发器出口温度传感器，片外存储器，信号放大模块，A/D转换模块，模式切换模块，参数设定模块，时钟模块，单片机，D/A转换模块，LCD驱动/显示模块，看门狗模块，中间继电器，风机变频器等。水箱温度传感器设置在水箱中部，以监测箱内热水温度，环境温度传感器设置在蒸发盘管所处的室外空间，以监测环境温度，蒸发器进口温度传感器和蒸发器出口温度传感器分别设置在蒸发盘管的进、出口管上，以监测制冷剂的过热度和蒸发盘管的结霜状况。

水箱温度传感器、环境温度传感器、蒸发器进口温度传感器、蒸发器出口温度传感器的输出端与温度信号放大模块的输入端连接，温度信号放大模块的输出端与温度信号A/D转换模块相连，模式切换模块、参数设定模块、时钟模块、温度信号A/D转换模块的输出端与单片机的输入端连接，单片机的输出端与控制压缩机信号的D/A转换模块、控制电子膨胀阀信号的D/A转换模块、控制风机信号的D/A转换模块、LCD驱动/显示模块、看门狗模块的输入端相连，同时，片外存储器还与单片机连接，控制压缩机信号的D/A转换模块输出端经中间继电器与压缩机相连，控制电子膨胀阀信号的D/A转换模块输出端经中间继电器与电子膨胀阀相连，控制风机信号的D/A转换模块输出端经风机变频器与风机相连，从而控制热泵热水器设备的运行。

智能控制装置中的模式切换模块设置多种热水器的工作模式提供选择，包括智能模式、正常模式、午间模式、谷电模式、午间加谷电模式和即时加热模式。当用户不采用智能模式运行时，智能控制装置将按固化的不同加热时段和用户设置的设定温度对生活用水进行加热。各个模式定义如下：

正常模式，系统全天加热(定时设置缺省)或按用户设定时间进行加热；午间模式，系统只在午间加热生活用水，系统工作效率较高，节能效果明显；谷电模式，系统只在午夜电价优惠时加热生活用水，经济性能较好；午间加谷电模式，系统分别在午间和午夜电价优惠时加热生活用水，能满足用水量较大的用户，且经济性较好；即时模式，即时加热生活用水，考虑临时用水需求。

本发明的智能控制装置周期性采集水箱水温，模糊化成用户用水习惯，并把处理结果保存在片外存储器中。当用户采用智能控制模式时，智能控制装置依据这些用水信息和实时环境温度信息，通过模糊推理预测当日最佳加热时段和设定温度，提出最优控制方案。

本发明有效解决了热泵热水器性能不稳定和预热时间不足的问题，具有高效节能、安全可靠、使用寿命长、操作简单等优点。此外，本发明的控制装置选用常规控制元器件，成本低廉，因此极具商品化发展和应用前景。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图1中，1为智能控制装置，2为压缩机，3为蒸发盘管，4为风机，5为电子膨胀阀，6为冷凝盘管，7为生活水箱，8为水箱温度传感器，9为环境温度传感器，10为蒸发器出口温度传感器，11为蒸发器进口温度传感器。

图2是本发明的智能控制装置结构原理图。

图3是本发明的智能控制装置工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明的整体结构如图1所示，智能型热泵热水器由压缩机2，蒸发盘管3，风机4，电子膨胀阀5，冷凝盘管6和生活水箱7组成常规的热泵热水器系统，其运行状态由智能控制装置1调节。水箱温度传感器8设置在生活水箱7中部，以监测箱内热水温度，环境温度传感器9设置在蒸发盘管3所处的室外空间，以监测环境温度，蒸发器进口温度传感器11和蒸发器出口温度传感器10分别设置在蒸发盘管3的进、出口管上，以监测制冷剂的过热度和蒸发盘管3的结霜状况。水箱温度传感器8、环境温度传感器9、蒸发器进口温度传感器11和蒸发器出口温度传感器10的输出信号均连接到智能控制装置1，智能控制装置1的输出分别与压缩机2、风机4、电子膨胀阀5连接，对它们进行控制。

智能控制装置1的结构组成如图2所示，主要包括水箱温度传感器8，环境温度传感器9，蒸发器进口温度传感器11，蒸发器出口温度传感器10，片外存储器26，信号放大模块12，A/D转换模块13，模式切换模块14，参数设定模块15，时钟模块16，单片机17，D/A转换模块18、19、20，LCD驱动/显示模块21，看门狗模块22，中间继电器23、24，风机变频器25等。

水箱温度传感器8、环境温度传感器9、蒸发器进口温度传感器11、蒸发器出口温度传感器10的输出端与信号放大模块12的输入端连接，信号放大模块12的输出端与A/D转换模块13相连，模式切换模块14、参数设定模块15、时钟模块16、A/D转换模块13的输出端与单片机17的输入端连接，单片机17的输出端分别与控制压缩机信号的D/A转换模块18、控制电子膨胀阀信号的D/A转换模块19、控制风机信号的D/A转换模块20、LCD驱动/显示模块21、看门狗模块22的输入端相连，同时，片外存储器26还与单片机17连接，控制压缩机信号的D/A转换模块18的输出端经中间继电器23与压缩机2相连，控制电子膨胀阀信号的D/A转换模块19的输出端经中间继电器24与电子膨胀阀5相连，控制风机信号的D/A转换模块20的输出端经风机变频器25与风机4相连，从而控制热泵热水器设备的运行。

本发明的控制流程如图3所示，电源接通后，由水箱温度传感器8，环境温度传感器9，蒸发器进口温度传感器11，蒸发器出口温度传感器10组成的多点温度采集探头监测各点温度，并通过信号放大模块12放大，再由A/D转换模块13把模拟信号转换为数字信号输入单片机17的ROM中，用户根据需要通过参数设定模块15设定包括设定温度、时钟、定时等参数，通过模式切换模块14切换热泵热水器工作模式，单片机17采集时钟模块16的数字信号，实时更新时钟数据，单片机17周期性输送喂狗信号给看门狗模块22，以维持单片机正常工作，输送显示信号给LCD驱动/显示模块21，以更新显示数据，。当用户不采用智能模式运行时，可选择包括正常模式、午间模式、谷电模式、午间加谷电模式和即时加热模式等工作模式，智能控制装置1将按固化的不同加热时段和用户设置的设定温度对生活用水进行加热，水箱温度传感器8、环境温度传感器9、蒸发器进口温度传感器11、蒸发器出口温度传感器10继续监测；当用户采用智能控制模式时，温度数字信号和片外存储器26中周期性自动存储的用户用水信息一起输入单片机17的ROM中，并调用固化的计算程序进行运算，最终得到最佳设定温度和最佳加热时段。如果当前时间不在最佳加热时段或者水箱温度超过最佳设定温度，热泵热水器处于待机状态，如果当前时间在最佳加热时段内且水箱温度低于最佳设定温度，系统开始判断蒸发盘管3的冷负荷与理想制冷剂流量，调整信号，经过控制压缩机信号的D/A转换模块18、控制电子膨胀阀信号的D/A转换模块19、控制风机信号的D/A转换模块20转变为模拟信号，模拟信号分别输入中间继电器23、24及风机变频器25，控制热泵热水器设备中的压缩机2、电子膨胀阀5和风机4。升高水箱水温时，单片机17根据环境参数控制和调节压缩机2、电子膨胀阀5和风机4中的一项或多项，水箱温度传感器8、环境温度传感器9、蒸发器进口温度传感器11、蒸发器出口温度传感器10继续监测。此外，单片机17周期性采集水箱水温，模糊化成用户用水习惯，并把处理结果保存在片外存储器26中，以便在智能模式时结合实时环境温度模糊判别设定温度和加热时间。

Claims (3)

1、一种智能型热泵热水器，由压缩机(2)，蒸发盘管(3)，风机(4)，电子膨胀阀(5)，冷凝盘管(6)和生活水箱(7)组成常规的热泵热水器系统，其特征在于热水器的运行状态由智能控制装置(1)调节，智能控制装置(1)中，水箱温度传感器(8)设置在生活水箱(7)中部以监测箱内热水温度，环境温度传感器(9)设置在蒸发盘管(3)所处的室外空间以监测环境温度，蒸发器进口温度传感器(11)和蒸发器出口温度传感器(10)分别设置在蒸发盘管(3)的进、出口管上，以监测制冷剂的过热度和蒸发盘管(3)的结霜状况，水箱温度传感器(8)、环境温度传感器(9)、蒸发器进口温度传感器(11)、蒸发器出口温度传感器(10)的输出端与信号放大模块(12)的输入端连接，信号放大模块(12)的输出端与A/D转换模块(13)相连，模式切换模块(14)、参数设定模块(15)、时钟模块(16)、A/D转换模块(13)的输出端与单片机(17)的输入端连接，单片机(17)的输出端分别与控制压缩机信号的D/A转换模块(18)、控制电子膨胀阀信号的D/A转换模块(19)、控制风机信号的D/A转换模块(20)、LCD驱动/显示模块(21)、看门狗模块(22)的输入端相连，片外存储器(26)与单片机(17)连接，控制压缩机信号的D/A转换模块(18)的输出端经一个中间继电器(23)与压缩机(2)相连，控制电子膨胀阀信号的D/A转换模块(19)的输出端经另一个中间继电器(24)与电子膨胀阀(5)相连，控制风机信号的D/A转换模块(20)的输出端经风机变频器(25)与风机(4)相连，从而控制热泵热水器设备的运行。

2、根据权利要求1的智能型热泵热水器，其特征在于所述模式切换模块(14)设置热水器的工作模式为智能模式、正常模式、午间模式、谷电模式、午间加谷电模式和即时加热模式。

3、根据权利要求1的智能型热泵热水器，其特征在于所述单片机(17)周期性采集水箱水温，模糊化成用户用水习惯，并把处理结果保存在片外存储器(26)中，以便在智能模式时模糊判别设定温度和加热时间。

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