CN210832518U - 一种多功能的零冷水加热系统 - Google Patents

Abstract

一种多功能的零冷水加热系统：包括本机及显示板，所述的显示板设置有显示区域及按键，所述的本机设置有冷水进口、零冷水回水口、热水出口及浴缸接口、冷水进口内部接有冷水管路，所述的冷水管路依次接有第一温度传感器、水比例阀、水流传感器、发热体，所述的发热体引出热水管，所述的热水管依次接有第二温度传感器、电磁阀，并由电磁阀引出浴缸接口，所述的热水出口接于热水管并处于第二温度传感器与电磁阀之间，而零冷水回水口则通过冷水管外接单向阀后接水泵后引出，所述的单向阀的方向为水泵流向冷水管，单向阀接于第一温度传感器与冷水进口之间。

Description

一种多功能的零冷水加热系统

技术领域

本实用新型涉及电热水器系统，尤其涉及一种多功能的零冷水加热系统。

背景技术

随着生活水平的不断提高零冷水系统因其实用性而受到广泛欢迎，通常零冷水系统在预热期间开启使用热水会导致恒温不稳情况，尤其是电热系统此时会因水流量突然增大（此时检测到的水流量为出水水流量加上水循环的水流量）容易出现功率跟不上使得出水点温度较低的情况，影响体验，因此应该在检测到运行期间使用热水则应及时关闭水泵循环，以出水点的水流量重新输出功率出水，恒温切换；一般的热水系统无浴缸自动放水机制，使得浴缸放水时需要值守，较为不便，更谈不上预约等方便实用的功能了。

实用新型内容

为了解决至少在一定程度上解决上述技术问题，本实用新型提供一种多功能的零冷水加热系统，该系统满足基本的零冷水需求并且即使在零冷水运行期间用水也能及时切换加热，不影响恒温出水；添加浴缸模式可自动放设定温度及体积的热水，预约功能使得泡澡更加方便；系统集成水比例阀能够自动调节水流量，实现恒温出水，避免出水过大出现温度不稳的情况。

一种多功能的零冷水加热系统：包括本机及显示板，所述的显示板设置有显示区域及按键，所述的本机设置有冷水进口、零冷水回水口、热水出口及浴缸接口、冷水进口内部接有冷水管路，所述的冷水管路依次接有第一温度传感器、水比例阀、水流传感器、发热体，所述的发热体引出热水管，所述的热水管依次接有第二温度传感器、电磁阀，并由电磁阀引出浴缸接口，所述的热水出口接于热水管并处于第二温度传感器与电磁阀之间，而零冷水回水口则通过冷水管外接单向阀后接水泵后引出，所述的单向阀的方向为水泵流向冷水管，单向阀接于第一温度传感器与冷水进口之间。

进一步地，系统设置有用于加热的发热体，用于调功的功率板，用于整个系统控制的主控板，其中主控板分别与功率板、显示板、水泵、第一温度传感器、水比例阀、水流传感器、第二温度传感器、电磁阀电连接，功率板与发热体电连接。

进一步地，所述的发热体外部设置有感应线圈，感应线圈两端引出与功率板电连接；所述的功率板的主电路为全桥移相调功电路，其主要由4个IGBT与相位补偿电容及市电整流滤波部分构成，一对IGBT串联形成左桥臂，另一对IGBT串联形成右桥臂，功率板的两个输出端其中一个由左桥臂中点引出，另一个由右桥臂中点经相位补偿电容引出；4个IGBT的驱动极分别引出与主控板电连接。

进一步地，所述的主控板是通过控制4个IGBT的驱动极的驱动信号进而控制其形成的全桥移相调功电路，调节功率大小，并通过感应线圈感应加热，实现系统的功率调节输出。

进一步地，所述的第一温度传感器用于检测进水温度，第二温度传感器则检测出水温度，水比例阀调节系统水流量大小，水流传感器检测系统水流量大小，电磁阀用于浴缸模式的放水自动通断水，单向阀用于零冷水模式下的单向截止，防止冷水直接进入零冷水回水口。

本系统包含基本的恒温用水模式、浴缸模式、零冷水模式。

对于恒温用水模式：

待机时，水比例阀处于全开状态，开启某处热水时，系统主控板连接的水流传感器检测到水流量大小超过阈值（如2L/min）则启动加热，功率按当前设置温度与进水温度的差值参照水流量大小计算输出功率，对比实际出水温度，进行微调。

由于系统自身功率的限制，当水流过大时，出水温度将下降而达不到设置温度的情况，此时，通过调节水比例阀调整水流大小，以满足出水温度与设置温度一致。

进一步的，实际使用时可以在用水点将水阀直接开至最大，由于水比例阀的存在，系统将在当前的设置温度下，调整水比例阀的开合角度使出水温度达到设置温度下的最大水量，满足使用者的大水量要求。

进一步的，对于不同的使用诉求，在显示板上设置水量调节按键及开关机等键，可以在面板上直接调节水量，其调节范围受设置温度及实际进水温度限制，即：必须满足出水温度能够达到设置温度的情况下调节。

使用冷水时，先通过开关机键关机，关闭加热，防止系统因水流量启动加热，由于使用冷水，系统水流量将不受限制，通过按键即可任意调节水比例阀开合角度调节水量。

对于浴缸模式：

由于通常水比例阀无截止功能，所以在浴缸出水口设置电磁阀控制通断水，水比例阀用于自动调整水流量，防止自动放水时因其自身的功率限制而出水温度达不到要求，避免满浴缸温水。

通过显示板按键进入浴缸模式，通过按键设置出水温度及所需出水量，运行时开启电磁阀，系统按功率的95%计算当前设置温度与进水温度差下所能达到的最大水流量，调节水比例阀通过水流传感器检测使出水达到计算水流量，达到预定水流量后水比例阀将保持，防止频繁调整水比例阀出现寿命减短的情况，系统输出95%的额定功率，如有水流量波动则通过预留的5%额定功率进行补偿调整，保持出水温度。

一般地。水比例阀开启保持后水流量变化很小，出水量将按计算水流量累积计算。

如：设置50L的出水量，在水流量5L/min情况下，10分钟则达到预定出水量

达到预定水量后，功率输出关闭，电磁阀关闭，浴缸模式结束。

进一步的，对于水流量及出水量确定的情况下，可以在显示板的显示区上以倒计时提醒该模式下结束时间，便于使用者安排使用时间。

进一步的，在接好水路的情况下此模式下可以给任意容器（如：泡脚桶）放预定温度及预订体积的热水，非常方便，电磁阀自动通断水流，水比例阀调节至满功率的95%（优选95%，防止水波动出现温度达不到设置温度情况，5%的功率用于功率补偿）快捷，水流传感器累计水量，可以做到无人值守下放水，放水后关闭。

进一步的，可以通过显示板设置浴缸预约时间，预约温度及预约水量，预约完成后系统试运行3秒后关闭，试运行得到当前预约温度在95%的功率下能达到的水流量，通过得到这个水流量参照预约水量即可计算出完成预约需要加热多长时间，系统将自动提前这个时间工作，使得完成预约后刚好达到预约时间，避免时间到了还要等待或者过早完成造成热水变冷水。

对于零冷水模式：

通过按键或者开关水动作启动零冷水模式。

其中零冷水所用水泵为直流变频水泵，通过主控板输出水泵PWM信号控制转速进而控制其水流量大小。

模式运行时水泵开启，水比例阀处于全开位置，按照当前面板设置的出水温度出水，主控板计算进水温度与设置温度差值，以最高功率的95%计算当前温差下能达到的最大水量，主控板输出PWM信号控制水泵运转，期间通过水流传感器检测水量，第二温度传感器检测出水温度对比设置温度系统微调输出功率，主控板调整水泵PWM信号占空比调整水泵转速，使水流量达到计算水量，达到计算水量后主控制输出的水泵PWM信号将保持占空比。

零冷水运行期间，一般水流基本不变，运行过程中如果某处打开热水则水流量将会突然变化，系统检测到流量变化量达到2L/min以上则认为：用户正在使用热水；则关闭水泵两秒钟，关闭期间功率按水流变化量与设置温度与进水温度温差计算；

1.水泵关闭期间，水流传感器依旧能检测到水流则，系统按关闭期间的水流大小计算功率，水泵持续关闭，零冷水结束，系统按新的功率计算供给热水。

2.水泵关闭期间，水流传感器不能持续检测到水流，则认为是系统误判继续开启水泵运行零冷水。

持续运行，直到进水温度达到设置温度；零冷水结束；

需要说明的是：系统功率的计算公式为P=70*∆t*L;

其中：∆t为设置温度与进水温度的差值，即：∆t=t_设-t_进；

L为水流量，单位为L/min；

70为加热系数；

本实用新型所采用的部件包括电子元器件，均为市场常见件。

本实用新型的有益效果在于：实现了零冷水系统的多功能化，满足大多数使用要求；水比例阀能够根据实际情况自动调控水流量恒温，水流量调节更加方便；浴缸模式能够设定用水温度及用水体积自行放水无人值守，添加预约功能使得该模式实用性进一步提高；零冷水模式下能够判别运行期间是否有用水点打开，能够及时关断水泵，并以当前出水水流量计算功率，实现零冷水运行期间打断到正常用水的无缝切换。

附图说明

图1，本实用新型系统结构示意图；

图2，本实用新型系统的功率板电路示意图；

图3，本实用新型系统的零冷水运行流程图；

图4，本实用新型系统的零冷水运行期间用水点取水时各处水流量分布示意图；

其中：

1、本机 101、主控板

102、功率板 103、发热体

104、第二温度传感器 105、热水管

106、电磁阀 107、浴缸接口

108、热水出口 109、零冷水回水口

110、冷水进口 111、冷水管

112、水泵 113单向阀

114、第一温度传感器 115、水比例阀

116、水流传感器

2、显示板 201、按键

202、显示区。

具体实施方式

以下结合图1~4，对本实用新型进一步详细描述：

参照图1本实用新型系统结构示意图，一种多功能的零冷水加热系统：包括本机1及显示板2，所述的显示板2设置有显示区202域及按键201，所述的本机1设置有冷水进口110、零冷水回水口109、热水出口108及浴缸接口107、冷水进口110内部接有冷水管111路，所述的冷水管111路依次接有第一温度传感器114、水比例阀115、水流传感器116、发热体103，所述的发热体103引出热水管105，所述的热水管105依次接有第二温度传感器104、电磁阀106，并由电磁阀106引出浴缸接口107，所述的热水出口108接于热水管105并处于第二温度传感器104与电磁阀106之间，而零冷水回水口109则通过冷水管111外接单向阀113后接水泵112后引出，所述的单向阀113的方向为水泵112流向冷水管111，单向阀113接于第一温度传感器114与冷水进口110之间。

进一步地，系统设置有用于加热的发热体103，用于调功的功率板102，用于整个系统控制的主控板101，其中主控板101分别与功率板102、显示板2、水泵112、第一温度传感器114、水比例阀115、水流传感器116、第二温度传感器104、电磁阀106电连接，功率板102与发热体103电连接。

进一步地，所述的发热体103外部设置有感应线圈，感应线圈两端引出与功率板102电连接。

参照图2本实用新型系统的功率板电路示意图，所述的功率板102的主电路为全桥移相调功电路，其主要由4个IGBT与相位补偿电容及市电整流滤波部分构成，一对IGBT串联形成左桥臂，另一对IGBT串联形成右桥臂，功率板102的两个AB输出端其A端由左桥臂中点引出，B端由右桥臂中点经相位补偿电容引出；4个IGBT的驱动极分别为G1、G2、G3、G 4分别引出与主控板101电连接。

进一步地，所述的主控板101是通过控制4个IGBT的驱动极的驱动信号进而控制功率板的全桥移相调功电路，调节功率大小，并通过感应线圈感应加热，实现系统的功率调节输出，功率板的供电由市电经整流滤波后供给。

进一步地，所述的第一温度传感器114用于检测进水温度，第二温度传感器104则检测出水温度，水比例阀115调节系统水流量大小，水流传感器116检测系统水流量大小，电磁阀106用于浴缸模式的放水自动通断水，单向阀113用于零冷水模式下的单向截止，防止冷水直接进入零冷水回水口109。

本系统包含基本的恒温用水模式、浴缸模式、零冷水模式。

对于恒温用水模式：

待机时，水比例阀115处于全开状态，开启某处热水时，系统主控板101连接的水流传感器116检测到水流量大小超过阈值（如2L/min）则启动加热，功率按当前设置温度与进水温度的差值参照水流量大小计算输出功率，对比实际出水温度，进行微调。

由于系统自身功率的限制，当水流过大时，出水温度将下降而达不到设置温度的情况，此时，通过调节水比例阀115调整水流大小，以满足出水温度与设置温度一致。

进一步的，实际使用时可以在用水点将水阀直接开至最大，由于水比例阀115的存在，系统将在当前的设置温度下，调整水比例阀115的开合角度使出水温度达到设置温度下的最大水量，满足使用者的大水量要求。

进一步的，对于不同的使用诉求，在显示板2上设置水量调节按键及开关机等键，可以在面板上直接调节水量，其调节范围受设置温度及实际进水温度限制，即：必须满足出水温度能够达到设置温度的情况下调节。

使用冷水时，先通过开关机键关机，关闭加热，防止系统因水流量启动加热，由于使用冷水，系统水流量将不受限制，通过按键201即可任意调节水比例阀115开合角度调节水量。

对于浴缸模式：

由于通常水比例阀115无截止功能，所以在浴缸出水口设置电磁阀106控制通断水，水比例阀115用于自动调整水流量，防止自动放水时因其自身的功率限制而出水温度达不到要求，避免满浴缸温水。

通过显示板2按键201进入浴缸模式，通过按键201设置出水温度及所需出水量，运行时开启电磁阀106，系统按功率的95%计算当前设置温度与进水温度差下所能达到的最大水流量，调节水比例阀115通过水流传感器116检测使出水达到计算水流量，达到预定水流量后水比例阀115将保持，防止频繁调整水比例阀115出现寿命减短的情况，系统输出95%的额定功率，如有水流量波动则通过预留的5%额定功率进行补偿调整，保持出水温度。

一般地。水比例阀115开启保持后水流量变化很小，出水量将按计算水流量累积计算。

如：设置50L的出水量，在水流量5L/min情况下，10分钟则达到预定出水量

达到预定水量后，功率输出关闭，电磁阀106关闭，浴缸模式结束。

进一步的，对于水流量及出水量确定的情况下，可以在显示板2的显示区202上以倒计时提醒该模式下结束时间，便于使用者安排使用时间。

进一步的，在接好水路的情况下此模式下可以给任意容器（如：泡脚桶）放预定温度及预订体积的热水，非常方便，电磁阀106自动通断水流，水比例阀115调节至满功率的95%（优选95%，防止水波动出现温度达不到设置温度情况，5%的功率用于功率补偿）快捷，水流传感器116累计水量，可以做到无人值守下放水，放水后关闭。

进一步的，可以通过显示板设置浴缸预约时间，预约温度及预约水量，预约完成后系统试运行3秒后关闭，试运行得到当前预约温度在95%的功率下能达到的水流量，通过得到这个水流量参照预约水量即可计算出完成预约需要加热多长时间，系统将自动提前这个时间工作，使得完成预约后刚好达到预约时间，避免时间到了还要等待或者过早完成造成热水变冷水。

对于零冷水模式：

其中零冷水所用水泵112为直流变频水泵112，通过主控板101输出水泵PWM信号控制转速进而控制其水流量大小。

参照图3本实用新型系统的零冷水运行流程图，

S1通过按键201或者开关水动作启动零冷水模式；

S2模式运行时水泵112开启，水比例阀115处于全开位置，按照当前面板设置的出水温度出水，主控板101计算进水温度与设置温度差值，以最高功率的95%计算当前温差下能达到的最大水量，主控板101输出PWM信号控制水泵112运转，期间通过水流传感器116检测水量，第二温度传感器104检测出水温度对比设置温度系统微调输出功率，主控板101调整水泵PWM信号占空比调整水泵112转速，使水流量达到计算水量，达到计算水量后主控制输出的水泵PWM信号将保持占空比；

S3零冷水运行期间，一般水流基本不变，运行过程中如果某处打开热水则水流量将会突然变化，系统检测到流量变化量达到2L/min以上则认为：用户正在使用热水；则关闭水泵112两秒钟，关闭期间功率按水流变化量与设置温度与进水温度温差计算；

S4检测水流量的变化量是否达到2L/min,即∆L=L_实际-L_计算值≧2L/min；

检测水流量的变化量低于2L/min，则认为零冷水运行期间并没有打开热水，执行S5；

S5持续运行，直到进水温度达到设置温度，零冷水结束；

检测水流量的变化量大于等于2L/min，则认为零冷水运行期间可能用户取用热水，需要进一步判断，执行S6；

S6检测关闭期间是否水流传感器还能检测到水流量；

水泵关闭期间有水流量，执行S7；

S7水泵112关闭期间水流传感器116依旧能检测到水流则，系统按关闭期间的水流大小计算功率，水泵112持续关闭，零冷水结束，系统按新的功率计算供给热水。

水泵关闭期间没有水流量，执行S8；

S8水泵112关闭期间，水流传感器116不能持续检测到水流，则认为是系统误判继续开启水泵112运行零冷水，执行S2；

零冷水期间整个系统持续运行，直到进水温度达到设置温度，零冷水结束或者用户取用热水打断零冷水运行进入正常的恒温用水模式结束。

参照图4，本实用新型系统的零冷水运行期间用水点取水时各处水流量分布示意图；可知当零冷水运行期间用水点打开取水时，由于零冷水期间水泵PWM信号会保持占空比，即回水管的水流量将会一直保持，此时水流传感器采集的水流量大小为水泵112产生的水流量加上取水点流出的水流量；零冷水运行期间检测到水流量变化量达到阈值则关闭水泵112两秒，关闭期间功率按水流变化量与设置温度与进水温度温差计算，这部分水流量变化量即为用水点的取水流量大小，此时计算的功率为这个流量下的所需的功率，即关闭水泵112时已经切换至恒温用水模式，如果水泵112关闭期间水流传感器116一直能检测到水流量，则恒温用水模式持续运行，实现零冷水在用户打断情况下无缝切换；如果关闭期间水流传感器116不能持续检测到水流量，则继续运行零冷水，直到结束。

根据图示：如果零冷水模式下以5L/min循环，在用水点开启取水达到2L/min的话，水流传感器116采集的信号为7L/min，其水流量的变化量即为取水水流量大小。

需要说明的是：系统功率的计算公式为P=70*∆t*L;

其中：∆t为设置温度与进水温度的差值，即：∆t=t_设-t_进；

L为水流量，单位为L/min；

70为加热系数；

本实用新型所采用的部件包括电子部件，均为市场常见部件。

本实用新型的有益效果在于：实现了零冷水系统的多功能化，满足大多数使用要求；水比例阀能够根据实际情况自动调控水流量恒温，水流量调节更加方便；浴缸模式能够设定用水温度及用水体积自行放水无人值守，添加预约功能使得该模式实用性进一步提高；零冷水模式下能够判别运行期间是否有用水点打开，能够及时关断水泵，并以当前出水水流量计算功率，实现零冷水运行期间打断到正常用水的无缝切换。

Claims (5)

1.一种多功能的零冷水加热系统，包括本机及显示板，其特征在于：所述的显示板设置有显示区域及按键，所述的本机设置有冷水进口、零冷水回水口、热水出口及浴缸接口、冷水进口内部接有冷水管路，所述的冷水管路依次接有第一温度传感器、水比例阀、水流传感器、发热体，所述的发热体引出热水管，所述的热水管依次接有第二温度传感器、电磁阀，并由电磁阀引出浴缸接口，所述的热水出口接于热水管并处于第二温度传感器与电磁阀之间，而零冷水回水口则通过冷水管外接单向阀后接水泵后引出，所述的单向阀的方向为水泵流向冷水管，单向阀接于第一温度传感器与冷水进口之间，系统在零冷水运行期间用水也能及时切换加热，不影响恒温出水；浴缸模式可自动放设定温度及体积的热水，水比例阀能够自动调节水流量，实现恒温出水，避免使用时出水过大出现温度不稳的情况。

2.根据权利要求1所述一种多功能的零冷水加热系统，其特征在于：所述系统设置有用于加热的发热体，用于调功的功率板，用于整个系统控制的主控板，其中主控板分别与功率板、显示板、水泵、第一温度传感器、水比例阀、水流传感器、第二温度传感器、电磁阀电连接，功率板与发热体电连接。

3.根据权利要求2所述一种多功能的零冷水加热系统，其特征在于：所述的发热体外部设置有感应线圈，感应线圈两端引出与功率板电连接；所述的功率板的主电路为全桥移相调功电路，其主要由4个IGBT与相位补偿电容及市电整流滤波部分构成，一对IGBT串联形成左桥臂，另一对IGBT串联形成右桥臂，功率板的两个输出端其中一个由左桥臂中点引出，另一个由右桥臂中点经相位补偿电容引出；4个IGBT的驱动极分别引出与主控板电连接。

4.根据权利要求2所述一种多功能的零冷水加热系统，其特征在于：所述的主控板是通过控制4个IGBT的驱动极的驱动信号进而控制其形成的全桥移相调功电路，调节功率大小，并通过感应线圈感应加热，实现系统的功率调节输出。

5.根据权利要求1所述一种多功能的零冷水加热系统，其特征在于：所述的第一温度传感器用于检测进水温度，第二温度传感器则检测出水温度，水比例阀调节系统水流量大小，水流传感器检测系统水流量大小，电磁阀用于浴缸模式的放水自动通断水，单向阀用于零冷水模式下的单向截止，防止冷水直接进入零冷水回水口。

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