基于单控制的多级磁能感应加热热水器的制作方法

[0001]
本发明涉及一种热水器，尤其是涉及一种基于单控制的多级磁能感应加热热水器。


背景技术：

[0002]
本部分提供的仅仅是与本申请相关的背景信息以方便本领域的技术人员能够更透彻、准确的理解本申请，其并不必然是现有技术。
[0003]
传统的储水式热水器则体积过于庞大，尤其是大容量电热水器，在使用前需要提前打开电源开启加热，用户等待时间长。而空气能热水器虽然节能，但是存在价格高、有噪音、安装麻烦、体积大及维修费用高等缺点。随之出现了相变储能热水器，通过在用电低估时间段预先加热相变材料以将热量存储在相变材料内，利用换热器与变相材料进线热交换，从而让流过换热器内的水被加热，实现即热式出水，因利用错峰加热达到节约能源及快速出水等优点，得到越来越多用户的认可。
[0004]
现有的相变热水器由于储热容量是一定的，在供热时长与大水流出水两者不能兼得：若需要让相变热水器位置一定的供热时长，必须以减小单位时间热水供应量为代价，通过减小流出热水的水量来换得更长的供热时长；反之，若用户需要提供大水流的热水，必然会导致相变热水器的供热时长大幅缩短。若相变热水器与现有的即热式热水器搭配使用，利用即热式热水器进行二次加热，则两者属于完全独立的两个电器，无法实现联动工作，不方便用户使用。


技术实现要素：

[0005]
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于单控制的多级磁能感应加热热水器，通过控制电路板使用一个igbt功率模块同时控制储热加热装置和电磁发热体进行联动工作，实现成本较低且实现简单。
[0006]
本发明提出一种基于单控制的多级磁能感应加热热水器，包括储热加热装置、设在储热加热装置内的温度传感器、电磁发热体、恒温阀以及设在恒温阀的出水接口的霍尔流量传感器，电磁发热体的进水接口通过恒温阀与储热加热装置的出水端相连通，而储热加热装置的底侧面设有电磁线圈盘和与电磁线圈盘搭配使用的发热器； igbt功率模块，igbt功率模块的输出端通过单刀双掷开关型的和继电器分别与电磁线圈盘和电磁发热体电性连接；分别与温度传感器、霍尔流量传感器、igbt功率模块及继电器电性连接的控制电路板，用于在检测到霍尔流量传感器的流量数据不为0时向继电器输出第一控制信号使继电器处于第一导通状态，选择将电磁发热体与igbt功率模块的输出端连接，而在检测到霍尔流量传感器的流量数据为0且通过温度传感器获取的实时温度低于设定值时向继电器输出第二控制信号使继电器处于第二导通状态，选择将电磁线圈盘与igbt功率模块的输出端连接。
[0007]
在一个优选实施例中，加热器由碳钢、铁或不锈铁制成。
[0008]
在一个优选实施例中，电磁发热体包括金属发热管、套设在金属发热管外侧面的绝缘管及缠绕在绝缘管外侧面的电磁感应线圈，在发热管与绝缘管之间形成加热腔，加热腔的一末端与恒温阀的出水接口相连通。
[0009]
在一个优选实施例中，储热加热装置还包括壳体、设在壳体内的储热介质和换热器，换热器的两末端分别设为储热加热装置的进水端和出水端；发热器设在壳体上，电磁线圈盘设在壳体的外侧面。
[0010]
在一个优选实施例中，所述多级磁能感应加热热水器还包括进水接头，恒温阀的两个进水接口分别与储热加热装置的出水端及进水接头相连通。
[0011]
在一个优选实施例中，储热介质为水；在壳体上设有供料口，供料口通过电磁阀与供水接头相连通。
[0012]
在一个优选实施例中，储热介质包括水、油、盐粒、矿物粉或相变材料。
[0013]
在一个优选实施例中，加热器设在壳体的底部，而电磁线圈盘设在壳体的底部外侧面。
[0014]
在一个优选实施例中，加热器由壳体的底板来充当。
[0015]
在一个优选实施例中，在壳体的顶部设有泄压口。
[0016]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明公开的热水器采用了二级磁能感应加热，使用一块控制电路板和一块igbt功率模块来控制电磁线圈盘和电磁发热体按需启动工作，使得储热加热装置与电磁发热体联动来实现热水加热，实现方式简单且实现成本较低。由于储热加热装置并不与电磁发热体同时插电工作，储热加热装置利用预存储的热量与冷水进行热交换从而将冷水进行一次加热，通过储热加热装置与电磁发热体配合，相比直接由储热加热装置通过热交换输出预设温度t0的热水而言，明显可以延长储热加热装置的单次供热时长，无需减小水流来延长单次的供热时长，从而让即热式热水可以提供大水流的热水；同时，电磁发热体仅需要起到二次加热在作用，所需加热的温差相对直接将冷水加热到预设温度t0而言，明显所需加热功率较低，从而本发明的即热式热水的整体加热功率较小。并且，即热式热水器整体结构简单，采用电磁感应加热技术，实现水电分离，无漏电触电风险，从而使用安全可靠。
附图说明
[0017]
图1是多级磁能感应加热热水器一个优选实施例的结构示意图。
[0018]
图2是多级磁能感应加热热水器的控制原理框图。
[0019]
图3是储热加热装置一个实施例的立体结构示意图。
[0020]
图4是储热加热装置一个实施例的分解结构示意图。
具体实施方式
[0021]
为更进一步阐述本申请为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0022]
如图1和图2所示。本发明公开一种基于单控制的多级磁能感应加热热水器（以下
又简称“热水器”），包括储热加热装置、设在储热加热装置内的温度传感器94、恒温阀7、设在恒温阀7的出水接口的霍尔流量传感器95以及电磁发热体8，电磁发热体8的进水接口通过恒温阀7与储热加热装置的出水端22相连通，而储热加热装置的底侧面设有电磁线圈盘4和与电磁线圈盘4搭配使用的发热器3；还包括igbt功率模块92，igbt功率模块92的输出端通过单刀双掷开关型的和继电器93分别与电磁线圈盘4和电磁发热体8电性连接；分别与温度传感器94、霍尔流量传感器95、igbt功率模块92及继电器93电性连接的控制电路板91，用于在检测到霍尔流量传感器95的流量数据不为0时向继电器93输出第一控制信号，第一控制信号使继电器93处于第一导通状态以选择将电磁发热体8与igbt功率模块92的输出端连接，而在检测到霍尔流量传感器95的流量数据为0且通过温度传感器94获取的实时温度低于设定值时向继电器93输出第二控制信号，第二控制信号使继电器93处于第二导通状态以选择将电磁线圈盘4与igbt功率模块92的输出端连接。
[0023]
在检测到霍尔流量传感器95不为0的流量数据时，说明恒温阀7的出水接口有热水流出，储热加热装置处于正常工作状态。此时，让继电器93处于第一导通状态，将电磁发热体8与igbt功率模块92的输出端连接，而电磁线圈盘4是与igbt功率模块92的输出端断开连接的从而电磁线圈盘4不会工作，igbt功率模块92的输出端输出交变电流给电磁发热体8，电磁发热体8进行感应发热，以对从储热加热装置流出的热水进行二次加热。
[0024]
在检测到霍尔流量传感器95的流量数据为0且通过温度传感器94获取的实时温度低于设定值时，说明恒温阀7的出水接口没有热水流出，储热加热装置所预先存储的热量消耗完毕，无法继续正常工作，需要由电磁线圈盘4配合加热腔3来补充热量。此时，让继电器93处于第二导通状态，将电磁线圈盘4与igbt功率模块92的输出端连接，电磁发热体8停止工作的，igbt功率模块92的输出端输出交变电流给电磁线圈盘4，由电磁线圈盘4产生交变磁场，发热器3在交变磁场内感应发热，从而实现储热加热装置补充热量。
[0025]
当然，随着给储热加热装置补充热量，储热加热装置内的温度会增加，当控制电路板91通过温度传感器94获取的实时温度达到设定值时，此时，控制电路板91向继电器93发出第三控制信号，继电器93切换至断开状态，此时，电磁线圈盘4和电磁发热体8都不会与igbt功率模块92的输出端连接。
[0026]
由此可见，本发明公开的热水器采用了二级磁能感应加热，使用一块控制电路板91和一块igbt功率模块92来控制电磁线圈盘4和电磁发热体8按需启动工作，使得储热加热装置与电磁发热体8联动来实现热水加热，实现方式简单且实现成本较低。
[0027]
结合图1、图3和图4所示，在一个实施例中，储热加热装置具体包括壳体1、储热介质（图中未画出）、换热器2、设在壳体1上的发热器3和设在壳体1外侧面的至少一个电磁线圈盘4，储热介质和换热器2均设在壳体1内，进水端21和出水端22均外露壳体1设置，且换热器2的两末端分别与进水端21和出水端22相连通，由电磁线圈盘4产生交变磁场使发热器3感应发热以对壳体1内的储热介质进行加热，让储热介质补充热量存储。
[0028]
其中，储热介质包括水、油、盐粒、矿物粉或相变材料，等。加热器3是由导磁性好的材料制成，例如加热器3由碳钢、铁或不锈铁制成。优选的，加热器3设在壳体1的底部（可以是底部内侧或底部外侧面），而电磁线圈盘4设在壳体1的底部外侧面。为简化加热器3的装配与结构，在一个实施例中，加热器3由壳体1的底板来充当。
[0029]
在一个实施例中，在壳体1上设有供料口11，通过供料口11方便用户在使用过程中
按需给壳体1内补充储热介质。在壳体1上设有泄压口12，泄压口12一般设在壳体1的顶部为宜。通过设置泄压口12，避免壳体1顶部未充满储热截止的空隙部分压力过大导致壳体1发生损坏，有利于提高即热式热水器的使用寿命。
[0030]
众所周知，换热器2由一根连续的弯曲管道构成，通过弯曲设置来满足壳体1内安装空间的尺寸要求，并尽可能具有较大表面积以增加与储热介质直接的热接触面积，从而提高换热能力。
[0031]
另外，电磁发热体8包括金属发热管、套设在金属发热管外侧面的绝缘管及缠绕在绝缘管外侧面的电磁感应线圈，在发热管与绝缘管之间形成加热腔，加热腔的一末端与出水端22相连通，而加热腔的另一末端作为热水器的热水出口。
[0032]
其中，恒温阀7的两个进水接口分别与出水端22及进水接头5相连通，而恒温阀7的出水接口与电磁发热体8的进水接口相连通，电磁发热体8的出水接口为热水器的热水出口。
[0033]
本发明的热水器，加工热水的过程如下：温度t1（例如20℃）的冷水经过进水接头5同时提供给储热加热装置和恒温阀7，冷水在储热加热装置进行热交换得到温度t2（例如60℃）的热水，此时，由恒温阀7往温度t2的热水中按需混入温度t1的冷水后，从恒温阀7的出水接口输出温度t3（例如40℃）的热水，然后，温度t3的热水经过电磁发热体8进行二次加热升温至预设温度t0（例如50℃），最终从电磁发热体8的出水接口流出。其中，t1＜t3≤t2，且t3≤t0。
[0034]
由于储热加热装置并不与电磁发热体8同时得电工作，储热加热装置利用预存储的热量与冷水进行热交换从而将冷水进行一次加热，通过储热加热装置与电磁发热体8配合，相比直接由储热加热装置通过热交换输出预设温度t0的热水而言，明显可以延长储热加热装置的单次供热时长，无需减小水流来延长单次的供热时长，从而让即热式热水可以提供大水流的热水。同时，电磁发热体8仅需要起到二次加热在作用，所需加热的温差相对直接将冷水加热到预设温度t0而言，明显所需加热功率较低，从而本发明的即热式热水的整体加热功率较小。
[0035]
另外，若从出水端22流入恒温阀7的热水的温度偏低，低于恒温阀7所设定的恒温温度t3时，认为储热加热装置内储热介质预先存储的热量消耗完毕，无法继续进行换热而需要补充热量，此时，让电磁线圈盘4得电产生交变磁场，发热器3在交变磁场内感应发热从而对壳体1内的储热介质进行加热，让储热介质补充热量存储。当储热加热装置需要进行热量补充时，原则上即热式热水器是不能工作的。一般利用深夜或凌晨用电低谷时段，让电磁线圈盘4得电来给储热介质补充热能以达到节约能源的目的。
[0036]
本发明的热水器才有二级加热，且二级加热都是使用电磁感应加热，通过电磁感应加热实现水电分离，在使用过程中无漏电触电隐患，使用安全可靠：储热加热装置使用发热器与电磁线圈盘配合，基于感应发热方式对储热介质进行加热，由于发热器3是通过电磁感应发热的，本身并不与供电电源电性连接，因此，即使换热器2发生意外漏水，水漏入壳体1内，水也是不会带电的，从而避免了触电的使用风险，提高了使用安全性；同时，电磁发热体8的加热腔通过绝缘管与电磁感应线圈隔离，使得加热腔内的水也不可能带电，从而实现水电隔离。
[0037]
再次结合图1所示，在一个优选实施例中，为了方便用户使用，采用水作为储热介
质，此时，壳体1内按需装了作为储热介质的水，而换热器2浸泡在壳体1内作为储热介质的水，但流过换热器2内的水与作为储热介质的水之间需要借助换热器2进行热交换来被加热。供水接头5采用三通接头。
[0038]
具体来说，即热式热水器还包括电磁阀6，供料口11通过电磁阀6与供水接头5相连通，在壳体1内设有液位传感器来检测壳体1内作为储热介质的水的液位高度，即热式热水器还包括控制电路板，液位传感器及电磁阀均与控制电路板电性连接，当控制电路板通过液位传感器判断壳体1内的液位高度低于预设值时，控制电路板控制电磁阀导通，让供水水源的冷水通过三通接头经供料口11给壳体1内补水。
[0039]
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。