一种蓄水式热水器智能控制系统及其控制方法与流程

本发明属于热水器调节控制领域，尤其是一种蓄水式热水器智能控制系统及其控制方法。

背景技术：

随着人们生活水平日益提高，人们对家庭生活中的舒适要求也越来越高。随之而来的各种各样的电器产品方便了人类生活得同时也占据了不小的空间。为此越来越多的多功能电器进入了人们的生活。热水器的大致原理都是有个可以存水的内胆，再通过加热管对水加热，在使用热水的过程中，热水器的进水管不停的在进冷水，否则热水器出不了热水。如公开号为cn102313350的中国专利公开了一种热水器，其包括用于收容一定量的可被加热的水的内胆，用于加热内胆内的水的热源，和内胆连通以传递流入内胆和流出内胆的水进水口和出水口，包覆在内胆外的隔热层，以及包覆在隔热层外的塑料薄膜层。其中塑料薄膜层为热水器的最外层。由于热水器的最外层采用了塑料薄膜层，其具有良好的电绝缘性能。

但是，每个热水器的容量都是有限的，由于热水器的原理是在放热水的同时，进水端必须同时有冷水进入，因此，热水器内水温会降温较快，并不能将热水器内的热水得到充分的使用就变冷了，如果家庭成员较多的话，经常会出现需要等待热水器重新加热的情况，比较麻烦。另一方面，当热水器内的水温发生变化时，在混水阀不变的情况下，出水端的温度会越来越低，因此，需要在变冷的时候手动调节混水阀，让冷水管量更小，热水管加大才能达到适宜温度，操作很不方便。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中热水器使用过程中，进水管一直处于打开状态，导致热水器内水温下降较快，一定容量的热水得不到充分利用就降温的问题，实现了一种能最大限度充分利用热水器等容量的热水且能自动调节出水温度的热水器智能控制系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种蓄水式热水器智能控制系统，包括蓄水桶、进水管和出水管，所述蓄水桶上方设有电磁排空阀，所述进水管管路上设有进水阀，所述出水管连接混水阀，所述混水阀通过流量调节阀连接有冷水管，所述出水管和所述冷水管的管路上均设有流量感应器，所述电磁排空阀、所述进水阀、所述流量调节阀和所述流量感应器均连接于控制单元。现有技术中，普通热水器均具有测温功能，因此，本发明所述蓄水桶是可以读取热水器内水温并发送给控制单元的。

当在使用过程中，热水器的进水阀初始阶段处于打开状态，当一定时间内，温度变化率趋于稳定，说明使用者已经将混水阀调节至体感适宜温度，而此时，控制单元计算得出的出水温度即为适合使用者沐浴的适宜温度。

本发明的控制单元可以根据热水器提供的实时热水温度信号，出水管的流量信号，冷水管的流量信号，依据函数关系先得出适宜温度，适宜温度的推导过程如下，

在一定时间内，根据水的流速得到出水总量：

v容=tv水；（t为时间，v水为流速）（1）

水的容量公式为：v容=ρm；（ρ为水密度）

得到水的质量：

m=v容/ρ；（2）

根据1、2两公式得出出水量的质量：

m=tv水/ρ；（3）

根据热量公式：q=cm△t（q为热量，c为比热容，m为水的质量，△t为温度差）；

由于热水器出水管流出的热水总的热量变化=冷水管流出的冷水总的热量变化，因此，c△t热tv热/ρ=c△t冷tv冷/ρ；

v热（t热-t适）=v冷（t适-t冷）；

t适=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

其中：v热为热水器出水管内热水流速；v冷冷水管内冷水流速；t冷为常温温度，是一个已知值；t热可根据热水器自带的读温设备读取，而v热可根据流量感应器取得，因此能够顺利计算出t适。

得到适宜温度值后，由于热水器内的热水温度v热是在不同变化的，因此，控制单元又根据上述推导过程得到冷水流量v冷=v热（t热-t适）/（t适-t冷），控制单元即可自动调节流量调节阀的大小，因此，实现自动调节出水温度的目的。

当蓄水桶内的热水温度降至设定值温度时（设定值温度高于t适），本发明的控制单元即关闭进水阀，打开电磁排空阀，使得蓄水桶内的热水保持这个温度，这样就解决现有技术中热水器使用过程中，进水管一直处于打开状态，导致热水器内水温下降较快，一定容量的热水得不到充分利用就降温的问题，实现了能最大限度充分利用热水器等容量的热水的目的。

作为优选，所述混水阀的出水端设有温度感应器，所述温度感应器连接于控制单元。温度感应器可实时监测出水端的实际温度并反馈给控制单元，一旦实测温度与设定温度相差超过一定范围，控制单元对流量调节阀就会做出相应的调节，确保出水端的水温处于适宜状态。

作为优选，所述蓄水桶内的加热管设于内胆底部，所述内胆内设有水位感应器，所述水位感应器连接于控制单元。普通热水器的加热管一般均设于热水器内胆的中间位置，因为内胆里的水永远处于充满状态。而本发明为了实现内胆里的水能保证温度，不受进水管的影响，因此通过打开电磁排空阀，使得进水管关闭的情况下，出水管仍能出热水，内胆里的水也不会快速降温。因此，本发明将加热管设于内胆底部，同时，在加热管的上方设有水位感应器，保证了加热管安全的同时，最大限度的提高了热水的使用率。

所述的一种蓄水式热水器智能控制系统的控制方法分为以下几个步骤：

a、设置冷水管内的流量调节阀在初始状态下的初始值为调节区间内的值，热水器的进水管为打开状态；

b、打开混水阀，调节至体感适宜温度，控制单元根据热水器热水温度、出水管的热水流量、冷水管内的冷水流量，计算出水温度t=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

c、控制单元实时计算出出水温度t，当出水温度在一个设定的时间间隔内，温度变化率低于控制单元设定的温度变化率时，控制单元计算得出适宜温度t适=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

d、出水管内的热水温度实时变化，控制单元再根据最终的适宜温度、热水温度、冷水温度、热水流量，计算出冷水流量值v冷=v热（t热-t适）/（t适-t冷）；

e、控制单元根据计算得出的所需冷水的流速值，实现自动调节流量调节阀，在调节过程中，流量感应器实时反馈给控制单元冷水的流速值，当流量感应器感应到的流速值为所需冷水的流速值，保证淋浴的水温一直为适宜温度；

f、当蓄水桶内的热水温度降至设定值温度时，设定值温度高于适宜温度，控制单元即关闭进水阀，打开电磁排空阀。

在所述混水阀的出水端管路上设有温度感应器后，温度感应器可以反馈给控制单元一个实时温度值，控制单元对实时温度值和设定值温度进行比较，做出调节，分为以下几步：

a、温度感应器实时监测出水温度，并发送信号给控制单元；

b、若出水温度低于或高于适宜温度，则控制单元发送信号给流量调节阀，调节冷水量直到达到适宜温度；

当所述蓄水桶内的水位降低至所述水位感应器感应到的位置时，控制方法分为以下几步：

a、当热水器的水位感应器感应到水位降低至设定水位时，发送信号给控制单元，控制单元打开进水阀，关闭流量调节阀，且根据出水端温度感应器感应到的温度来控制进水阀的大小；

b、当热水器内水温和适宜温度一致时，控制单元关闭进水阀和流量调节阀，直到水位感应器感应到水位降低至设定水位，控制单元再次打开进水阀，控制单元控制加热管对水进行加热。

有益效果：本发明实现了一种能最大限度充分利用热水器等容量的热水且能自动调节出水温度的热水器智能控制系统，控制单元通过出水端的温度感应器的反馈信号来控制流量调节阀，不需要再手动调节。更重要的是，本发明当热水器内的水温降至一定温度时，可关闭进水阀，使得热水器内的水温得以保持，不会持续变冷，保证了整个热水器容量的热水温度，如仍在使用热水，热水容量降至水位感应器，控制单元又会打开进水阀，而关闭流量调节阀，使得热水器内剩余热水仍能达到适宜的洗澡温度，因此，实现了最大限度充分利用热水器等容量的热水，解决了热水器使用热水时需持续进冷水导致水温快速降低的问题。

附图说明

附图1是本发明所述的一种蓄水式热水器智能控制系统的结构示意图。

附图2是本发明实施例一的工作原理图。

附图3是本发明实施例二的工作原理图。

1、蓄水桶；2、进水管；3、出水管；4、冷水管；5、进水阀；6、流量感应器；7、混水阀；8、流量调节阀；9、控制单元；10、温度感应器；11、电磁排空阀；12、水位感应器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例一：如图1、2中所示，本发明是一种蓄水式热水器智能控制系统，包括蓄水桶1、进水管2和出水管3，所述蓄水桶1上方设有电磁排空阀11，所述进水管2管路上设有进水阀5，所述出水管3连接混水阀7，所述混水阀7通过流量调节阀8连接有冷水管4，所述出水管3和所述冷水管4的管路上均设有流量感应器6，所述电磁排空阀11、所述进水阀5、所述流量调节阀8和所述流量感应器6均连接于控制单元9。现有技术中，普通热水器均具有测温功能，因此，本发明所述蓄水桶1是可以读取热水器内水温并发送给控制单元9的。

当在使用过程中，热水器的进水阀5初始阶段处于打开状态，当一定时间内，温度变化率趋于稳定，说明使用者已经将混水阀5调节至体感适宜温度，而此时，控制单元9计算得出的出水温度即为适合使用者沐浴的适宜温度。

本发明的控制单元9可以根据热水器提供的实时热水温度信号，出水管3的流量信号，冷水管4的流量信号，依据函数关系先得出适宜温度，适宜温度的推导过程如下，

在一定时间内，根据水的流速得到出水总量：

v容=tv水；（t为时间，v水为流速）（1）

水的容量公式为：v容=ρm；（ρ为水密度）

得到水的质量：

m=v容/ρ；（2）

根据1、2两公式得出出水量的质量：

m=tv水/ρ；（3）

根据热量公式：q=cm△t（q为热量，c为比热容，m为水的质量，△t为温度差）；

由于热水器出水管3流出的热水总的热量变化=冷水管4流出的冷水总的热量变化，因此，c△t热tv热/ρ=c△t冷tv冷/ρ；

v热（t热-t适）=v冷（t适-t冷）；

t适=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

其中：v热为热水器出水管3内热水流速；v冷冷水管4内冷水流速；t冷为常温温度，是一个已知值；t热可根据热水器自带的读温设备读取，而v热可根据流量感应器6取得，因此能够顺利计算出t适。

得到适宜温度值后，由于热水器内的热水温度v热是在不同变化的，因此，控制单元9又根据上述推导过程得到冷水流量v冷=v热（t热-t适）/（t适-t冷），控制单元9即可自动调节流量调节阀8的大小，因此，实现自动调节出水温度的目的。

当蓄水桶1内的热水温度降至设定值温度时（设定值温度高于t适），本发明的控制单元9即关闭进水阀5，打开电磁排空阀11，使得蓄水桶1内的热水保持这个温度，这样就解决现有技术中热水器使用过程中，进水管2一直处于打开状态，导致热水器内水温下降较快，一定容量的热水得不到充分利用就降温的问题，实现了能最大限度充分利用热水器等容量的热水的目的。

所述的一种蓄水式热水器智能控制系统的控制方法分为以下几个步骤：

a、设置冷水管4内的流量调节阀8在初始状态下的初始值为调节区间内的值，热水器的进水管2为打开状态；

b、打开混水阀7，调节至体感适宜温度，控制单元9根据热水器热水温度、出水管3的热水流量、冷水管4内的冷水流量，计算出水温度t=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

c、控制单元9实时计算出出水温度t，当出水温度在一个设定的时间间隔内，温度变化率低于控制单元9设定的温度变化率时，控制单元9计算得出适宜温度t适=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

d、出水管3内的热水温度实时变化，控制单元9再根据最终的适宜温度、热水温度、冷水温度、热水流量，计算出冷水流量值v冷=v热（t热-t适）/（t适-t冷）；

e、控制单元9根据计算得出的所需冷水管4的流速值，实现自动调节流量调节阀8，在调节过程中，流量感应器10实时反馈给控制单元9冷水管4流速值，当流量感应器10感应到的流速值为所需冷水量的流速值，保证淋浴的水温一直为适宜温度；

f、当蓄水桶1内的热水温度降至设定值温度时，设定值温度高于适宜温度，控制单元9即关闭进水阀，打开电磁排空阀11。

有益效果：本发明实现了一种能最大限度充分利用热水器等容量的热水且能自动调节出水温度的热水器智能控制系统，本发明当热水器内的水温降至一定温度时，可关闭进水阀5，使得热水器内的水温得以保持，不会持续变冷，保证了整个热水器容量的热水温度，实现了最大限度充分利用热水器等容量的热水，解决了热水器使用热水时需持续进冷水导致水温快速降低的问题。

实施例二：如图1、图3中所示，本发明是一种蓄水式热水器智能控制系统，包括蓄水桶1、进水管2和出水管3，所述蓄水桶1上方设有电磁排空阀11，所述进水管2管路上设有进水阀5，所述出水管3连接混水阀7，所述混水阀7通过流量调节阀8连接有冷水管4，所述出水管3和所述冷水管4的管路上均设有流量感应器6，所述电磁排空阀11、所述进水阀5、所述流量调节阀8和所述流量感应器6均连接于控制单元9。

所述混水阀7的出水端设有温度感应器10，所述温度感应器10连接于控制单元9。温度感应器10可实时监测出水端的实际温度并反馈给控制单元9，一旦实测温度与设定温度相差超过一定范围，控制单元9对流量调节阀8就会做出相应的调节，确保出水端的水温处于适宜状态。

所述蓄水桶1内的加热管设于内胆底部，所述内胆内设有水位感应器12，所述水位感应器12连接于控制单元9。普通热水器的加热管一般均设于热水器内胆的中间位置，因为内胆里的水永远处于充满状态。而本发明为了实现内胆里的水能保证温度，不受进水管的影响，因此通过打开电磁排空阀11，使得进水管2关闭的情况下，出水管3仍能出热水，内胆里的水也不会快速降温。因此，本发明将加热管设于内胆底部，同时，在加热管的上方设有水位感应器12，保证了加热管安全的同时，最大限度的提高了热水的使用率。

现有技术中，普通热水器均具有测温功能，因此，本发明所述蓄水桶1是可以读取热水器内水温并发送给控制单元9的。当在使用过程中，热水器的进水阀5初始阶段处于打开状态，当一定时间内，温度变化率趋于稳定，说明使用者已经将混水阀5调节至体感适宜温度，而此时，控制单元9计算得出的出水温度即为适合使用者沐浴的适宜温度。本发明的控制单元9可以根据热水器提供的实时热水温度信号，出水管3的流量信号，冷水管4的流量信号，依据函数关系先得出适宜温度，适宜温度的推导过程如下，

在一定时间内，根据水的流速得到出水总量：

v容=tv水；（t为时间，v水为流速）（1）

水的容量公式为：v容=ρm；（ρ为水密度）

得到水的质量：

m=v容/ρ；（2）

根据1、2两公式得出出水量的质量：

m=tv水/ρ；（3）

根据热量公式：q=cm△t（q为热量，c为比热容，m为水的质量，△t为温度差）；

由于热水器出水管3流出的热水总的热量变化=冷水管4流出的冷水总的热量变化，因此，c△t热tv热/ρ=c△t冷tv冷/ρ；

v热（t热-t适）=v冷（t适-t冷）；

t适=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

其中：v热为热水器出水管3内热水流速；v冷冷水管4内冷水流速；t冷为常温温度，是一个已知值；t热可根据热水器自带的读温设备读取，而v热可根据流量感应器6取得，因此能够顺利计算出t适。

得到适宜温度值后，由于热水器内的热水温度v热是在不同变化的，因此，控制单元9又根据上述推导过程得到冷水流量v冷=v热（t热-t适）/（t适-t冷），控制单元9即可自动调节流量调节阀8的大小，因此，实现自动调节出水温度的目的。

当蓄水桶1内的热水温度降至设定值温度时（设定值温度高于t适），本发明的控制单元9即关闭进水阀5，打开电磁排空阀11，使得蓄水桶1内的热水保持这个温度，这样就解决现有技术中热水器使用过程中，进水管2一直处于打开状态，导致热水器内水温下降较快，一定容量的热水得不到充分利用就降温的问题，实现了能最大限度充分利用热水器等容量的热水的目的。

所述的一种蓄水式热水器智能控制系统的控制方法分为以下几个步骤：

a、设置冷水管4内的流量调节阀8在初始状态下的初始值为调节区间内的值，热水器的进水管2为打开状态；

b、打开混水阀7，调节至体感适宜温度，控制单元9根据热水器热水温度、出水管3的热水流量、冷水管4内的冷水流量，计算出水温度t=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

c、控制单元9实时计算出出水温度t，当出水温度在一个设定的时间间隔内，温度变化率低于控制单元9设定的温度变化率时，控制单元9计算得出适宜温度t适=（v热t热+v冷t冷）/（v热+v冷）；

d、出水管3内的热水温度实时变化，控制单元9再根据最终的适宜温度、热水温度、冷水温度、热水流量，计算出冷水流量值v冷=v热（t热-t适）/（t适-t冷）；

e、控制单元9根据计算得出的所需冷水的流速值，实现自动调节流量调节阀8，在调节过程中，流量感应器10实时反馈给控制单元9冷水的流速值，当流量感应器10感应到的流速值为所需冷水的流速值，保证淋浴的水温一直为适宜温度；

f、当蓄水桶1内的热水温度降至设定值温度时，设定值温度高于适宜温度，控制单元9即关闭进水阀，打开电磁排空阀11。

在所述混水阀7的出水端管路上设有温度感应器10后，温度感应器10可以反馈给控制单元9一个实时温度值，控制单元9对实时温度值和设定值温度进行比较，做出调节，分为以下几步：

a、温度感应器10实时监测出水温度，并发送信号给控制单元9；

b、若出水温度低于或高于适宜温度，则控制单元9发送信号给流量调节阀8，调节冷水量直到达到适宜温度；

温度感应器10直接感应出水端水温的方式比通过控制单元9计算得出水温值的方式准确度更高，也更方便。

当所述蓄水桶1内的水位降低至所述水位感应器12感应到的位置时，控制方法分为以下几步：

a、当热水器的水位感应器12感应到水位降低至设定水位时，发送信号给控制单元9，控制单元9打开进水阀5，关闭流量调节阀8，且根据出水端温度感应器10感应到的温度来控制进水阀5的大小；

b、当热水器内水温和适宜温度一致时，控制单元9关闭进水阀5和流量调节阀8，直到水位感应器12感应到水位降低至设定水位，控制单元9再次打开进水阀5，控制单元9控制加热管对水进行加热。

有益效果：本发明实现了一种能最大限度充分利用热水器等容量的热水且能自动调节出水温度的热水器智能控制系统，本发明当热水器内的水温降至一定温度时，可关闭进水阀5，使得热水器内的水温得以保持，不会持续变冷，保证了整个热水器容量的热水温度，实现了最大限度充分利用热水器等容量的热水，解决了热水器使用热水时需持续进冷水导致水温快速降低的问题。