一种具有变升功能的智能燃气热水器的制作方法

本实用新型涉及一种燃气热水器，特别涉及一种具有变升功能的智能燃气热水器。

背景技术：

燃气热水器所标的机器升数即为额定产热水能力，其定义是热水器在额定热负荷状态下，温升折算到△t＝25K时每分钟流出的热水量。如热水器型号

JSQ24-Q12JW,机型升数为12升，额定产热水能力为12kg/min(△t＝25K)，其额定热负荷为24kW。目前市场上燃气热水器的升数都是固定不变的，消费者购买燃气热水器选择机器升数时往往左右为难。机器升数小时，冬季出水温度可能不够热；选择机器升数大，则易造成水和燃气的浪费。由此可见，升数固定不变的燃气热水器在使用上具有很大的局限性。

申请号为201511033400.3的中国发明专利公开了一种可变升数燃气热水器，其包括：燃气热水器本体、燃气比例阀、主控制器和操作显示器，所述燃气比例阀和主控制器都安装在燃气热水器本体上，燃气比例阀与主控制器之间信号连接，所述操作显示器与主控制器之间也信号连接；在操作显示器上设有用来将燃气比例阀的最大开度调节到不同档位的变升按键。这种燃气热水器虽然具有变升功能，但是需要用户手工操作才能改变升数设置，使用便捷性不好，智能化程度不高，且用户往往不知道在何种情况下进行变升操作，没有能够达到节约水和燃气的目的，也达不到自动调节水温和升数档位的目的。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种具有变升功能的智能燃气热水器，其能够根据预设温度、预设温度与环境温度所处于的温度区间、预设温度与进水温度之间的差值而自动改变热水器升数，并可在该升数对应的最大负荷及以下工作。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种具有变升功能的智能燃气热水器，包括燃气热水器本体、燃气比例阀、主控制器和操作显示器，所述燃气比例阀设置在所述燃气热水器本体的供气通道上，所述主控制器设置在所述燃气热水器本体上，所述燃气比例阀和所述操作显示器均与所述主控制器电连接，所述主控制器通过调节所述燃气比例阀的工作电流来改变燃气流量开度以控制热水器热负荷，所述操作显示器上设置有温度设定键，所述主控制器根据所述温度设定键所预设的预设温度自动将所述燃气比例阀的最大开度设定在不同升数档位。

优选地，还进一步包括有用于检测环境温度的环境温度传感器，所述环境温度传感器设置在所述燃气热水器本体的外壳上，所述环境温度传感器与所述主控制器电连接，所述主控制器根据所述预设温度与所述环境温度传感器测得的所述环境温度所处于的温度区间将所述燃气比例阀的最大燃气流量开度自动设定在不同升数档位。

优选地，还进一步包括有用于检测进水温度的进水温度传感器，所述进水温度传感器设置在所述燃气热水器本体的冷水进入端处，所述进水温度传感器与所述主控制器电连接，所述的主控制器根据所述预设温度与所述进水温度传感器测得的所述进水温度的差值将所述燃气比例阀的最大燃气流量开度自动设定在不同升数档位。

优选地，在所述燃气热水器本体的进水通道上设置有用于测量进水水流量的水流传感器和用于调节进水水流量的电动调水阀，并在所述燃气热水器本体的热水出口端设置有用于测量出水温度的出水温度传感器，所述水流传感器、所述电动调水阀以及所述出水温度传感器均与所述主控制器电连接；当供水压力过大或进水温度过低，使得所述燃气热水器达到所述升数档位所对应的最大热负荷仍无法使所述出水温度达到所述预设温度时，所述主控制器对所述电动调水阀输出调节指令将水流量调至实际所需水流量，从而使所述出水温度达到所述预设温度。

优选地，所述操作显示器上设置有自由变升键；按下所述自由变升键时进入自由变升模式，所述主控制器自动设定所述升数档位；重按所述自由变升键则退出自由变升模式，所述燃气热水器则按照额定升数工作，此时最大工作热负荷为所述燃气热水器的额定热负荷。

优选地，所述预设温度为所述主控制器的控制程序的默认温度。

优选地，所述温度设定键包括有升温键和降温键。

优选地，所述温度设定键为单一键或组合键。

采用上述技术方案之后，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的具有变升功能的智能燃气热水器的所述主控制器通过调节所述燃气比例阀的工作电流来改变燃气流量开度以控制热水器热负荷，根据预设温度自动将所述燃气比例阀的最大开度设定在不同升数档位，能够根据预设温度自动设定适合用户使用的升数，满足用户在不同场合的用水需求。实际使用时，用户只需预设出水温度，主控制器即自动匹配合适的升数档位。冬季天气较冷时，预设温度较高，热水器自动设定为大升数档位，提高可工作的最大负荷，使出水温度达到预设值。夏季天气较热时，预设温度较低，热水器自动设定小升数档位，减小可工作的最大负荷，从而达到节省水和燃气的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的实施例1的系统集成图；

图2是本实用新型的燃气比例阀电流与热负荷的关系曲线图；

图3是本实用新型的燃气比例阀燃气流量开度特性曲线示意图；

图4是本实用新型的实施例1实施例中的升数档位温度区间的示意图；

图5是本实用新型的实施例1的增设自由变升键的示意图；

图6是本实用新型的实施例1的增设电动调水阀和水流量传感器的示意图；

图7是本实用新型的实施例2的系统集成图；

图8是本实用新型的实施例2的升数档位温度区间的示意图；

图9是本实用新型的实施例2的增设自由变升键的示意图；

图10是本实用新型的实施例2的增设电动调水阀和水流量传感器的示意图；

图11是本实用新型的实施例3的系统集成图；

图12是本实用新型的实施例3的热负荷Ф_需与温差△T的曲线图；

图13是本实用新型的实施例3的增设自由变升键的示意图；

图14是本实用新型的实施例3的增设电动调水阀和水流量传感器的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述。

实施例1

本实施例主要介绍能够根据预设温度自动改变热水器升数、并可在该升数对应的最大负荷及以下正常工作的智能燃气热水器，本实施例对应的附图为图1-图6。

如图1所示，本实用新型的一种具有变升功能的智能燃气热水器包括有燃气热水器本体1、燃气比例阀2、主控制器3和操作显示器4。所述燃气比例阀2安装在燃气热水器本体1的供气通道上，所述主控制器3设置在所述燃气热水器本体1上，所述燃气比例阀2和操作显示器4均与所述主控制器3电连接。所述操作显示器4上设置有温度设定键41，所述主控制器3根据所述温度设定键41所预设的预设温度自动将所述燃气比例阀2的最大开度设定在不同升数档位。

本实施例中，所述操作显示器4显示有预设温度42，所述操作显示器4显示有升数档位43。所述的主控制器3的控制程序设有三个升数档位，分别为8升、10升、12升，每个升数档位分别限定一个最大热负荷Фmax，每个最大热负荷Фmax分别对应该升数档位的燃气比例阀最大燃气流量开度Vmax。本实施例中，所述温度设定键41包括有升温键和降温键，所述的温度设定键41可为单一键或组合键。本实施例中，燃气热水器的预设温度42可为主控制器3的控制程序默认温度。

所述的燃气比例阀2燃气流量开度与燃气比例阀电流具有线性关系，因此，每个升数档位的燃气比例阀最大燃气流量开度分别对应一个最大燃气比例阀电流Imax。如图3所示，8升档位的最大燃气比例阀电流为Ia，10升档位的最大燃气比例阀电流为Ib，12升档位的最大燃气比例阀电流为Ic。

实际使用时，主控制器3根据预设温度所处于的温度区间自动设定升数档位，使热水器限定在该升数档位所对应的最大热负荷Фmax以下工作，即限制燃气比例阀2在该升数档位所对应的最大燃气比例阀电流Imax以下工作。

如图2所示，燃气比例阀工作电流与热水器热负荷的关系曲线S为递增曲线。以12升热水器为例，图中A点为热水器最小热负荷4kW，B点为8升档位最大热负荷16kW，C点为10升档位最大热负荷20kW，D点为12升档位最大热负荷24kW(即热水器额定热负荷)。

如图3、图4所示，燃气比例阀燃气流量开度特性曲线R为递增曲线。在本实施例中，当预设温度＜40℃时，主控制器3自动设定热水器升数档位为8升，燃气比例阀工作电流可调区间为0～Ia；当40℃≤预设温度＜50℃时，主控制器3自动设定热水器升数档位为10升，燃气比例阀工作电流可调区间为0～Ib；当预设温度≥50℃时，控制器自动设定热水器升数档位为12L，燃气比例阀工作电流可调区间为0～Ic。

本实用新型中各升数档位最大热负荷Фmax的确定方法为：根据燃气热水器产热水能力的计算公式:

反推算出各升数档位产热水能力(Mt)所需要的热负荷Фmax。

其中，

M_t——产热水温升t＝(t_w2-t_w1)K时的产热水能力，单位为千克每分(kg/min)；

Ф——产热水温升t＝(t_w2-t_w1)K时的热负荷，单位为千瓦(kW)；

η_t——产热水温升t＝(t_w2-t_w1)K时的热效率，单位为％；

C——水的比热，4.19×10^-3MJ/(kg·K)；

△t——产热水温升(△t＝t_w2-t_w1＝25)，单位为开(K)。

本实用新型中各升数档位最大燃气比例阀电流Imax的确定方法为：根据燃气热水器热负荷的计算公式:

反推算出各升数档位最大热负荷Фmax所需要的耗气量Vmax，再通过图2所示的燃气比例阀燃气流量开度特性曲线将该升数档位的最大燃气比例阀电流Imax确定下来。

其中，

Φ——15℃、大气压101.3kPa、燃气干燥状态下的实测折算热负荷，单位为千瓦(kW)；

Q₁——15℃、大气压101.3kPa基准气低热值，单位为兆焦每立方米(MJ/Nm³)；

V——实测燃气流量计流量，单位为立方米每小时(m³/h)；

P_a——试验时的大气压力，单位为千帕(kPa)；

P_m——实测燃气流量计内通过的燃气压力，单位为千帕(kPa)；

p_g——实测热水器前的燃气压力，单位为千帕(kPa)；

t_g——测定时燃气流量计内通过的燃气温度，单位为摄氏度(℃)；

d——干试验气的相对密度；

d_r——基准气的相对密度。

如图5所示，作为本实用新型的实施例的进一步改进，在所述的操作显示器4上设置一个自由变升键44。触按所述的自由变升键44能够进入自由变升模式，主控制器3将根据预设温度所处于的温度区间自动设定升数档位。重按自由变升键44则退出自由变升模式，热水器将按额定升数工作，即此时最大工作热负荷为热水器额定热负荷。通过增加自由变升键44，能够增加热水器产热水能力的选择功能，提高了用户使用的便捷性。

如图6所示，作为本实用新型的实施例的进一步改进，所述的燃气热水器本体1的进水通道上设置有用于测量进水水流量的水流传感器5和用于调节进水水流量的电动调水阀6，并在燃气热水器本体1的出热水端设置有用于测量出水温度的出水温度传感器7。所述的水流传感器5、电动调水阀6及出水温度传感器7均与主控制器3电连接。启动热水器后，主控制器3根据所述预设温度42所处于的温度区间自动设定升数档位43，当供水压力过大或进水温度过低，导致热水器达到所述升数档位43所对应的最大热负荷仍无法使出水温度达到预设温度42。此时主控制器3对电动调水阀6输出调节指令将水流量调至实际所需水流量，从而使出水温度达到预设温度42。这样，既满足了用户对水温的需求，也节省了用水量，并且提高了产品使用的舒适性。

本实施例中实际所需水流量V_需的确定方法为，根据燃气热水器产热水能力的计算公式:

将该升数档位的最大热负荷Фmax、水流传感器5测得水流量V_实及出水温度传感器7测得的出水温度T_出导入上述计算公式，其中Mt＝V_实、Ф＝Фmax、△t＝T_出-T_进，由此推算出此时的进水温度T_进。

再根据公式：V_需＝V_实×(T_出-T_进)/(T_预-T_进)推算出实际所需水流量V_需。

实际使用时，用户只需预设出水温度，主控制器3自动匹配合适的升数档位43。冬季天气较冷时，预设温度42较高，热水器自动设定为大的升数档位43，提高可工作的最大负荷，使出水温度达到预设值。夏季天气较热时，预设温度42较低，热水器自动设定小的升数档位43，减小可工作的最大负荷，达到节省水和燃气的目的。

实施例2

本实施例主要介绍能够根据预设温度与环境温度所处于的温度区间自动改变热水器升数、并可在该升数对应的最大负荷及以下正常工作的智能燃气热水器，本实施例对应的附图为图7-图10。

如图7所示，本实施例与实施例1的主要区别之处在于，本实施例的一种具有变升功能的智能燃气热水器在实施例1的基础上，还进一步包括有用于检测环境温度的环境温度传感器8，所述环境温度传感器8设置在所述燃气热水器本体1的外壳11上，所述环境温度传感器8与所述主控制器3电连接，所述主控制器3根据所述预设温度与所述环境温度传感器8测得的所述环境温度所处于的温度区间将所述燃气比例阀2的最大燃气流量开度自动设定在不同升数档位43。

本实施例中，燃气热水器的预设温度42可通过操作所述的温度设定键41进行设定。其中，燃气热水器的预设温度42可为主控制器3的控制程序的默认温度。在本实施例中，所述的主控制器3的控制程序设有三个升数档位43，分别为8升、10升、12升，每个升数档位分别限定一个最大热负荷Фmax，每个最大热负荷Фmax分别对应该升数档位的燃气比例阀最大燃气流量开度Vmax。

实际使用时，主控制器3根据预设温度42和环境温度传感器8测得的环境温度所处于的温度区间自动设定升数档位43，使热水器限定在该升数档位43所对应的最大热负荷Фmax以下工作，即限制燃气比例阀2在该升数档位所对应的最大燃气比例阀电流Imax以下工作。在本实施例中升数档位温度区间的基本特征是，预设温度高、环境温度低为大升数档位，预设温度低、环境温度高为小升数档位。

如图3、图8所示，本实施例中的升数档位温度区间中的区域I为8升档位、区域II为10升档位、区域III为12升档位。当预设温度和环境温度处于区域I时，主控制器3自动设定热水器升数档位为8升，燃气比例阀工作电流可调区间为0～Ia；当预设温度和环境温度处于区域II时，主控制器3自动设定热水器升数档位为10升，燃气比例阀工作电流可调区间为0～Ib；当预设温度和环境温度处于区域III时，控制器自动设定热水器升数档位为12L，燃气比例阀工作电流可调区间为0～Ic。

本实施例中各升数档位最大热负荷Фmax的确定方法和本实施例中各升数档位最大燃气比例阀电流Imax的确定方法与实施例1的确定方法相同，参照实施例1。

实际使用时，用户只需预设出水温度，主控制器3自动匹配合适的升数档位。燃气热水器根据预设温度42与环境温度自动设定适合用户使用升数(即产热水能力)，满足用户在不同场合的用水需求。冬季预设温度高，环境温度低，热水器自动设定为大升数档位，提高可工作的最大负荷，使出水温度达到预设值。夏季预设温度低，环境温度高，热水器自动设定小升数档位，减小可工作的最大负荷，达到节省水和燃气的目的。

如图9所示，作为本实用新型的实施例的进一步改进，所述的操作显示器4可设置一个自由变升键44。触按所述的自由变升键44能够进入自由变升模式，主控制器3将根据预设温度42与环境温度传感器8测得的环境温度所处于的温度区间自动设定升数档位。重按自由变升键44则退出智能变升模式，热水器将按额定升数工作，即此时最大工作热负荷为热水器额定热负荷。通过增加自由变升键44，能够增加热水器产热水能力的选择功能，更方便用户使用。

如图10所示，作为本实用新型的实施例的进一步改进，所述的燃气热水器本体1的进水通道上设置有用于测量进水水流量的水流传感器5和用于调节进水水流量的电动调水阀6，并在燃气热水器本体1的出热水端设置有用于测量出水温度的出水温度传感器7。所述的水流传感器5、电动调水阀6及出水温度传感器7均与主控制器3电连接。启动热水器后，主控制器3根据预设温度和环境温度传感器8测得环境温度所处于的温度区间自动设定升数档位，当供水压力过大或进水温度过低，导致热水器达到该升数档位所对应的最大热负荷仍无法使出水温度达到预设温度。此时主控制器3对电动调水阀6输出调节指令将水流量调至实际所需水流量，从而使出水温度达到预设温度。这样，既满足用户对水温的需求，也节省了用水量，提高产品使用舒适性。本优化实施方案中实际所需水流量V_需的确定方法参照实施例1的确定方法。

实施例3

本实施例主要介绍能够根据预设温度与进水温度的差值自动改变热水器升数、并可在该升数对应的最大负荷及以下正常工作的智能燃气热水器，本实施例对应的附图为图11-图14。

如图11所示，本实施例与实施例1的主要区别之处在于，本实施例的一种具有变升功能的智能燃气热水器是在实施例1的基础上，还进一步包括有用于检测进水温度的进水温度传感器9，所述进水温度传感器9设置在所述燃气热水器本体1的冷水进入端处，所述进水温度传感器9与所述主控制器3电连接，所述的主控制器3根据所述预设温度42与所述进水温度传感器9测得的所述进水温度的差值将所述燃气比例阀2的最大燃气流量开度自动设定在不同升数档位43。

实际使用时，主控制器3根据预设温度42与进水温度传感器9测得进水温度的差值自动设定升数档位，使热水器限定在该升数档位所对应的最大热负荷Фmax以下工作，即限制燃气比例阀2在该升数档位所对应的最大燃气比例阀电流Imax以下工作。

本实施例中各升数档位最大热负荷Фmax的确定方法和本实施例中各升数档位最大燃气比例阀电流Imax的确定方法与实施例1的确定方法相同，参照实施例1。

本实用新型中主控制器3根据预设温度T_预与进水温度T_设的差值△T设定升数档位的确定方法为：根据燃气热水器产热水能力的计算公式:

将常用水流量M_常代替Mt，将预设温度T_预与进水温度T_设的差值△T代替△t，推导出在常用水流量M_常状态，将进水温度T_设加热至预设温度T_预所需热负荷Ф_需的计算公式：

Ф_需＝C×M_常×△T×10⁵/60η_t

式中水的比热C、常用水流量M_常及热效率η_t均为常量，可知Ф_需与△T具有线性比例关系。主控制器3根据计算出的所需热负荷Ф_需所处于升数档位热负荷区间来确定热水器升数档位。

如图3、图12所示，本实施例中的常用水流量M_常＝8kg/min。当温差△T≤T₈时，Ф_需≤Фmax8，主控制器3自动设定热水器升数档位为8升，燃气比例阀2工作电流可调区间为0～Ia；当T₈＜△T≤T₁₀时，Фmax8＜Ф_需≤Фmax10，主控制器3自动设定热水器升数档位为10升，燃气比例阀2工作电流可调区间为0～Ib；当△T＞T₁₀时，Ф_需＞Фmax10，主控制器3自动设定热水器升数档位为12L，燃气比例阀工作电流可调区间为0～Ic。

实际使用时，用户只需预设出水温度，控制器自动匹配合适的升数档位。燃气热水器根据预设温度与进水温度的差值自动设定适合用户使用的升数(即产热水能力)，满足用户在不同场合的用水需求。冬季天气较冷时，预设温度与进水温度的差值较大，热水器自动设定为大升数档位，提高可工作的最大负荷，使出水温度达到预设值。夏季天气较热时，预设温度与进水温度的差值较小，热水器自动设定小升数档位，减小可工作的最大负荷，达到节省水和燃气的目的。

如图13所示，作为本实用新型的实施例的进一步改进，在所述的操作显示器4上设置一个自由变升键44。触按所述的自由变升键44能够进入自由变升模式，主控制器3将根据预设温度与进水温度的差值自动设定升数档位。重按自由变升键44则退出自由变升模式，热水器将按额定升数工作，即此时最大工作热负荷为热水器额定热负荷。通过增加自由变升键44，能够增加热水器产热水能力的选择功能，提高了用户使用的便捷性。

如图14所示，作为本实用新型的实施例的进一步改进，所述的燃气热水器本体1的进水通道上设置有用于测量进水水流量的水流传感器5和用于调节进水水流量的电动调水阀6，并在燃气热水器本体1的出热水端设置有用于测量出水温度的出水温度传感器7。所述的水流传感器5、电动调水阀6及出水温度传感器7均与主控制器3电连接。启动热水器后，主控制器3根据所述预设温度与进水温度的差值自动设定升数档位43，当供水压力过大或进水温度过低，导致热水器达到所述升数档位43所对应的最大热负荷仍无法使出水温度达到预设温度42。此时主控制器3可根据预设温度T_预、进水温度传感器9测得的进水温度T_进、水流传感器5测得水流量V_实及出水温度传感器7测得的出水温度T_出按公式：

V_需＝V_实×(T_出-T_进)/(T_预-T_进)

算出实际所需水流量V_需，并对电动调水阀6输出调节指令将水流量调至实际所需水流量，从而使出水温度达到预设温度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。