交替出水式电热水器及其出水控制方法与流程

本发明涉及一种电热水器，具体涉及一种交替出水式电热水器及其出水控制方法。

背景技术：

随着社会的进步，人们生活水平的提高，日常生活用水，已由原来的凉水，变成舒适度显著增加的温水。

由于用电方式的方便快捷，电加热元件易于控制，还有价格上的优势，因此用电的方式给水加热，成为了加热方式的首选。

用电给水加热在给人们带来各种方便的同时，用电的隐患也随着用电器具使用量的增大，逐渐的显露出来，尤其是在潮湿的地方使用，比如洗浴、洗脸和洗手以及其他方式用水等。

现有的电热水器都是采用一个容器结构，即一个电热水器只选用一套容器，既作为其加热的容器，也作为其储水的容器。用热水的时候，最好将电源插头从插座上拔掉，使热水器一点不带电，没有隐患，安全系数可以达到最大。但是在实际使用电热水器的过程中，一方面带水插拔电源插头存在一定风险，另一方面几乎没有人会在使用热水前拔掉电源插头，因此存在的安全隐患是众人皆知的。

技术实现要素：

本发明提供一种交替出水式电热水器及其出水控制方法，目的是解决传统电热水器在输出热水时存在的带电安全隐患。

为了实现上述发明目的，本发明提供了如下的技术方案：

交替出水式电热水器，包括至少两个子容器单元，多个子容器单元并行设置并分别接在总进水管和总出水管之间；每个子容器单元中包含一个子容器，子容器上集成有水加热组件、测温组件，在子容器的进水管道上设有电磁阀，在子容器的出水管道上设有单向阀和水泵；所述水加热组件、测温组件、电磁阀、单向阀和水泵均与控制器电气连接。

优选地，所述水加热组件包括ptc陶瓷加热管和循环泵，ptc陶瓷加热管和循环泵安装在子容器下方的支管路上，支管路的两端连接至子容器的底部且与子容器连通。

优选地，所述测温组件包括用于检测子容器内低水位点水温值的低水位测温元件和检测子容器内高水位点水温值的高水位测温元件。

优选地，所述子容器内部还安装有液位计。

优选地，所述控制器内部集成有单片机以及与单片机外围连接的键盘模块、显示器模块、存储器模块。

优选地，所述控制器内还集成有无线通讯模块，无线通讯模块与远程控制设备无线连接。

交替出水式电热水器的出水控制方法，具体控制方法如下：

(一)各子容器内的水都加热到控制器要求的同一温度；

(二)出水进行时，当前出水的子容器，其给水加热的水加热组件处于断电状态；待出水的子容器，其水加热组件和测温组件则处于通电状态，同时，待出水的子容器通过控制器控制其进水及加热工作，使待出水子容器中的水面上升至高水位点，并使子容器内的水加热到(一)中所述的同一温度，以备选用；

(三)当前出水的子容器在完成出水工作后，被切换到待出水子容器的工作状态，同时控制器在以备选用的多个子容器中指定一个子容器作为下一个出水的子容器，并继续进行出水工作；

(四)每个子容器在出水和待出水两种状态中有规律的切换，直至满足使用者的用水需要。

本发明采用多容器结构，替换式加热方式，即出热水的容器和水加热的容器分开操作，互不干扰，并且这两个职能在同一个容器上进行有规律的转换。

多容器结构里的每个子容器，其里面的水，都分别加热到控制器要求的同一温度，同时把每个子容器的出水口有机的连在一起，成为一个整体。

本发明在工作过程中，当前出水子容器里的水温，是加热到了控制器要求温度的水，子容器里用于水加热的电加热元件以及连在其上的供电电源，均已被控制器所控制的电路断开。

而没有出水的子容器，水在其自动进水控制装置的作用下，水面由低水位点上升到高水位点处，进水电磁阀自动关闭，进水停止；然后，加热部分把这个子容器里的水，加热到控制器要求的温度，以备选用。

子容器出水时，这个子容器的水泵在工作，水泵选用安全电压以下的直流水泵；进水的电磁阀也选用低电压的直流电磁阀；水加热元件采用ptc陶瓷加热管，多方面确保使用者的安全。

本发明设计的电热水器，在保障使用者最大安全程度的情况下，可以做到出水口连续出水以及水的温度保持不变，让水用的更安全、使用者更放心、用的更舒心。

附图说明

图1是本发明实施例的结构框图。

图2是本发明实施例的电路控制原理框图。

图3是本发明实施例中子容器i水位测量、水温测量以及子容器ii水位测量、水温测量的电路框图。

图4是本发明实施例中水泵i、水泵ii、循环泵i、循环泵ii的驱动电路原理框图。

图5是本发明实施例中键盘和显示器的原理框图。

图6是本发明实施例中无线传输的原理框图。

图7是本发明实施例中ptc陶瓷加热管i和ptc陶瓷加热管ii的电路框图。

图8是本发明实施例中子容器i进水控制和子容器ii进水控制的电路框图。

图9是本发明实施例中水循环系统工作的时序框图。

图10是本发明实施例中水面位置测量的原理图。

图中，1-单向阀i，2-水泵i，3-水i，4-ptc陶瓷加热管i，5-循环泵i，6-水ii，7-电磁阀i，8-低水位测温元件i，9-水泵ii，10-单向阀ii，11-高水位测温元件i，12-子容器i，13-控制器，14-子容器ii，15-高水位测温元件ii，16-低水位测温元件ii，17-电磁阀ii，18-循环泵ii，19-ptc陶瓷加热管ii。

具体实施方式

下面结合附图对本专利做详细说明：

现以两个子容器为例，进行详细的描述。整体结构框图如图1所示。

图1中，上面是出水部分，下面是进水部分，左边部分为子容器i12，右边部分为子容器ii14。

在子容器i12左侧的出水管路上，连接有水泵i2和单向阀i1，子容器ii14左侧的出水管路上，连接有单向阀ii10和水泵ii9；单向阀i1和单向阀ii10的出水端，都连在上方的总出水管路上，水泵i2和水泵ii9的进水端，分别与各自的子容器下端相连。

需要子容器i12出水时，水泵i2给电开始工作，子容器i12里的水i3沿着管路，通过单向阀i1，流入到总出水管路里；由于单向阀ii10的作用，流入到总出水管路里的水i3，不会沿着子容器ii14的支路，返回到子容器ii14里。

同理子容器ii14里的水ii6，得到输出指令时，水泵ii9工作，水ii6沿着自己的出水管路和单向阀ii10，流入总出水管路里，因为单向阀i1的存在，水ii6也不会流入到子容器i12里。

子容器i12下面的循环泵i5和ptc陶瓷加热管i4，用管路和子容器i12连在一起。循环泵i5可以把子容器i12里的水i3，从该管路的一个端口吸入，再从另一个端口流回到子容器i12里；水i3流经装置在该管路上的ptc陶瓷加热管i4，可以带走ptc陶瓷加热管i4给电产生的热量；由于循环泵i5和ptc陶瓷加热管i4的作用，子容器i12里的水i3被循环加热，待子容器i12里的水温，加热到控制器要求的温度值后，循环加热结束。

子容器ii14下面的循环泵ii18和ptc陶瓷加热管ii19，也可以把子容器ii14里的水ii6，加热到控制器要求的温度值。其工作原理和子容器i12描述的内容相同。

子容器i12和子容器ii14的进水管路上，分别安装有电磁阀i7和电磁阀ii17，电磁阀i7接在进水管和子容器i12之间的管路上，控制着子容器i12的进水状况；电磁阀ii17接在进水管和子容器ii14之间的管路上，控制着子容器ii14的进水状况。电磁阀工作，对应的子容器进水；电磁阀关闭，则该子容器进水被关闭。

子容器i12的里面，有两个测温元件，低水位测温元件i8和高水位测温元件i11；低水位测温元件i8测量子容器i12里低水位点的水温值，高水位测温元件i11测量子容器i12里高水位点的水温值；测量得到的这两个温度值，取平均值，这个平均值即为子容器i12里水i3的温度值。

子容器ii14里的高水位测温元件ii15，低水位测温元件ii16，测量得到的温度值取平均值，即为子容器ii14里水ii6的温度值。工作原理同子容器i12描述的内容相同。

本发明设定：子容器中，水面只有到了高水位点并关闭进水电磁阀，加热组件才开始给水加热；加热到控制器要求的温度值后，停止给水加热，随后切断电加热元件的供电电源，此时子容器里的水才容许被使用。水面在回落的整个过程中，电加热元件的电源始终处于关闭状态。水面落到低水位点时，出水的水泵关闭，回落停止；进水电磁阀打开，水面从低水位点，自动上升到高水位点，关闭进水电磁阀，停止进水。即此时的水面又回到了高水位点，循环往复。

高水位点和低水位点的水面位置测量，采用温度差法来完成，或者采用液位计直接进行测量。采用温度差法测量水面位置的原理如图10所示。

图10中，分别用(一)、(二)、(三)、(四)描述水面在一个子容器里的四种状态；其中(一)、(二)是水面上升，(三)、(四)是水面回落；现以子容器i为例说明，子容器i里有低水位测温元件i8和高水位测温元件i11；容器下面右边有一个进水端、左边有一个出水端。

图10的(一)中：进水端打开，出水端关闭，水面上升；在低水位测温元件i8处，空气和水的交界面，水面的上升，低水位测温元件i8由原来的测量空气温度，瞬间变为测量水的温度；由于空气和进到容器里的水有个温度差，在低水位测温元件i8的输出端，表现为输出的温度值有一个梯度变化，即温度差。单片机检测到这个温度差值，即确定此时水面到了低水位点。

图10的(二)中：水面由低水位点处继续上升，待空气和水的交界面接触到高水位测温元件i11的瞬间，高水位测温元件i11也会输出梯度变化的温度差值，单片机就可以确定，此时水面到了高水位点。

图10的(三)中：关闭进水阀，打开出水阀，水面回落。当水面离开高水位测温元件i11，接触面由水面变为空气时，由于两种介质的温度差异，造成在高水位测温元件i11的输出端，也会出现一个温度梯度变化的温度差值，和这个差值对应的就是高水位点，也是回落的起点。

图10的(四)中：水面继续回落，在低水位测温元件i8的输出端，单片机得到温度变化的温度差值时，说明在低水位测温元件i8处，已由原来的水面变为空气界面，就是此时水面回落到了低水位点。

单片机根据连接的接线端，是高水位测温元件还是低水位测温元件，以及是那个测温元件发出的温度差值，就可以断定此处是高水位点还是低水位点。

图1上有一个控制器13，控制器13和图1上各个测量和执行的电器元件用电路连接，控制器13的面板上设计有按键和显示器。控制器13上的控制部分，也可以做成遥控的方式，在远端进行各种操作。比如温度值、体温值、时间值、开启和关闭等。图1的进水端与水源相连，图1的出水端用管路安装在需要用水的地方，图1的电源和接地线均连接和安装好。

水循环系统工作的时序框图如图9所示。

图9的左边，是使用热水时，图1里的各子容器循环出水的流程图；右边上部是对应其左边，使用子容器i12热水的这个时间段里，子容器ii14利用这段空闲时间，进行子容器ii14的进水、加热工作；右边下部是对应其左边，使用子容器ii14的热水这个时间段里，子容器i12利用这段空闲时间，进行子容器i12的进水、加热工作。

现对图9中所示的6个分部进行工作状况的描述。

子容器i12出水：图1所示。水泵i2接通电源，水泵i2动作，水i3经单向阀i1和管路，从出水口流出。

子容器i12里的水面下降，高水位测温元件i11输出温度差信号，此时为高水位点；水面继续下降，直到低水位测温元件i8输出温度差信号时，到了低水位点，水泵i2断电，水面下降停止。在高水位点和低水位点之间，控制器13可以随时操作子容器i12的出水和停止出水功能。

子容器ii14出水：图1所示。水泵ii9接通电源，水泵ii9动作，水ii6经单向阀ii10和管路，从出水口流出。

子容器ii14里的水面下降，高水位测温元件ii15输出温度差信号，此时为高水位点；水面继续下降，直到低水位测温元件ii16输出温度差信号时，到了低水位点，水泵ii9断电，水面下降停止。在高水位点和低水位点之间，控制器13可以随时操作子容器ii14的出水和停止出水功能。

子容器ii14进水：图1所示。子容器i12为出水状态，子容器ii14的水面在低水位点情况下，电磁阀ii17供电，阀门打开，子容器ii14通过管路和水源连通，子容器ii14里的水面开始上升；当低水位测温元件ii16端有温度差信号输出时，水面到了低水位点；水面接续上升，直到高水位测温元件ii15端出现温度差信号，这时水面升到了高水位点。关闭电磁阀ii17电源，子容器ii14与水源断开。

子容器i12进水：图1所示。子容器ii14为出水的状态，子容器i12的水面在低水位点情况下，电磁阀i7供电，阀门打开，子容器i12通过管路和水源连通，子容器i12里的水面开始上升；当低水位测温元件i8端有温度差信号输出时，水面到了低水位点；水面接续上升，直到高水位测温元件i11端出现温度差信号，这时水面升到了高水位点。关闭电磁阀i7电源，子容器i12与水源断开。

子容器ii14水加热：图1所示。子容器i12为出水状态，子容器ii14的水面在高水位点的情况下，循环泵ii18供电，子容器ii14里的水，在循环泵ii18的作用下，水ii6从管路的一端进入，又从另一端流出，连接在管路上的ptc陶瓷加热管ii19给电，流经加热管的水，将ptc陶瓷加热管ii19的热量带到子容器ii14里，子容器ii14里的高水位测温元件ii15和低水位测温元件ii16测量水温，并且计算平均值，同时这个值和控制器给出的值比对，如果不等，水ii6继续在管路里加热循环，如果相等，ptc陶瓷加热管ii19断电，停止加热，循环泵ii18断电，停止水循环。

子容器i12水加热：图1所示。子容器ii14为出水状态，子容器i12的水面在高水位点的情况下，循环泵i5供电，子容器i12里的水，在循环泵i5的作用下，水i3从管路的一端进入，又从另一端流出，连接在管路上的ptc陶瓷加热管i4给电，流经加热管的水，将ptc陶瓷加热管i4的热量带到子容器i12里，子容器i12里的低水位测温元件i8和高水位测温元件i11测量水温，并且计算平均值，同时这个值和控制器给出的值比对，如果不等，水i3继续在管路里加热循环，如果相等，ptc陶瓷加热管i4断电，停止加热，循环泵i5断电，停止水循环。

电路控制框图如图2所示。

整个仪器的控制分为三个部分，子容器i12部分、子容器ii14部分、键盘和显示器及无线传输部分。

子容器i12部分包括：子容器i12水温测量、子容器i12水加热控制、子容器i12水位测量、子容器i12出水控制、子容器i12进水控制；

子容器ii14部分包括：子容器ii14水温测量、子容器ii14水加热控制、子容器ii14水位测量、子容器ii14出水控制、子容器ii14进水控制。

子容器i12水位测量、子容器i12水温测量、子容器ii14水位测量和子容器ii14水温测量的电路图如图3所示。

图3中，水温测量、水位点检测均采用ds18820作为检测元件，温度测量的数据，水位点温度差的判断，统一由单片机存储器里设计好的软件来完成。

测温部分也可以采用其他的测温元件来完成。

子容器i12出水控制里的水泵i2、子容器ii14出水控制里的水泵ii9、子容器i12水加热控制里的循环泵i5、子容器ii14水加热控制里的循环泵ii18的电路框图如图4所示。

图4中，作为水泵动力源的电机，由单片机通过电机驱动电路进行控制，电机i、电机ii、电机iii、电机iv分别与水泵i2、水泵ii9、循环泵i5、循环泵ii18相对应。根据工作流程，需要哪个水泵工作，单片机控制的该口，输出pwm脉冲到相应的电机驱动电路里，该水泵里的电机转动，水泵开始工作。

子容器i12水加热控制里的ptc陶瓷加热管i4、子容器ii14水加热控制里的ptc陶瓷加热管ii19的电路图如图7所示。

图7电路中，rli、rlii分别对应ptc陶瓷加热管i4和ptc陶瓷加热管ii19，以ptc陶瓷加热管i4为例，如需要ptc陶瓷加热管i4工作，单片机该口输出高电平，q2导通，继电器j1的触点吸合，负载电压就加到了rli上；如果单片机该口输出低电平，q2截止，继电器j1的触点断开。

水加热元件也可以采用其他安全型的内置或放在容器外面的加热元件或加热装置。

子容器i12进水控制、子容器ii14进水控制的电路图如图8所示。

图8电路中，下面是电磁阀i7的控制电路，上面是电磁阀ii17的控制电路。现以电磁阀i7为例，单片机在该口输出高电平，q3导通，j3继电器触点吸合，电磁阀i7工作；单片机输出低电平，q3截止，j3继电器触点断开，电磁阀i7停止工作。

键盘和显示器框图如图5所示。

键盘和显示器部分为常规使用和控制技术，其内容不再叙述。

无线传输部分的工作原理框图如图6所示。

图6中，左边的单片机连接有一个通讯模块，右边是控制器的控制部分和一个通讯模块组合为一个整体，即遥控部分。两个通讯模块是控制器部分和遥控之间进行信息互动的桥梁。键盘和显示器的信号，可以通过通讯模块传输给控制器部分，控制器部分的数据，也可以通过通讯模块，传输给遥控器上的显示器进行显示。

进行无线传输工作的模块，可以采用红外线元件，也可以采用蓝牙模块，wifi模块或其他的通讯模块来完成。

本发明设计的电热水器，在保障使用者最大安全程度的情况下，可以做到出水口连续出水以及水的温度保持不变，让水用的更安全、使用者更放心、用的更舒心。