一种燃气热水器外部控制模块及其燃气热水器系统的制作方法

本实用新型涉及燃气热水器技术领域，更具体地，涉及一种燃气热水器外部控制模块及其燃气热水器系统。

背景技术：

目前循环预热燃气热水器在家庭使用过程中存在许多缺陷，特别是对于较为普遍的无回水管用户，虽然通过循环预热功能实现了快速出热水的功能，但是由于无回水管用户管路系统中没有回水管，只有冷水管与热水管，因此行业内通常将冷水管与热水管直接连通，在循环预热过程中只能利用冷水管做回水管，导致预热过程中冷水管中的水也同时被预热，且预热过程中生活用水与循环预热经常发生冲突，影响用户的日常生活用水。

技术实现要素：

本实用新型为了克服目前热水器在循环预热过程中导致冷水管中的水也同时被预热，使得生活用水与循环预热经常发生冲突，影响用户日常生活用水的缺陷，提供一种燃气热水器外部控制模块及其燃气热水器系统。本实用新型结构简单，使用方便，能够实现在无回水管水路系统循环预热过程中无需预热冷水管中的水，节省预热时间与燃气；还能够解决预热过程中生活用水与循环预热经常发生冲突的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种燃气热水器外部控制模块，其中，包括连接管、外部控制器、以及分别设在所述连接管两端并与所述连接管连通的热水连通管和冷水连通管，所述连接管上设有水控阀、第一水流量传感器和第一温度传感器，所述水控阀、所述第一水流量传感器和第一温度传感器均与所述外部控制器电性连接。通过热水连通管和冷水连通管就可以将整个外部控制模块连接在燃气热水器系统的热水管和冷水管之间，优选是连接在距离热水器最远处的用水点处的热水管和冷水管之间，也即最远端用水点处；这样，热水器、热水器的热水管、热水连通管、连接管、冷水连通管及热水器的冷水管就可以组成一个循环管路，实现循环预热。

进一步的，所述连接管上还设有单向阀，所述单向阀沿水流方向设于所述水控阀的下游，所述单向阀能确保在循环管路中的水流方向始终是由热水管流向冷水管，避免所述冷水管中的水通过连接管流向热水管，进而能有效减轻水压对水控阀的反方向冲击而引起水控阀失效，提高水控阀的使用寿命；所述连接管上的水控阀初始为关闭状态，通电即可打开，所述水控阀的开启和关闭由外部控制器进行控制；第一温度传感器和第一水流量传感器分别用于检测连接管内水流的温度和水流量，并且将所检测的数据传送给外部控制器。

进一步的，所述热水连通管两端分别设有第一节点和第二节点，第一节点和第二节点分别用于连接热水器的热水管和热水器用水点的热水侧，热水连通管中部设有第三节点；所述冷水连通管两端分别设有第四节点和第五节点，第四节点和第五节点分别用于连接热水器的冷水管和热水器用水点的冷水侧，冷水连通管中部设有第六节点；所述连接管的两端分别连接所述热水连通管的第三节点以及所述冷水连通管的第六节点。

进一步的，所述热水连通管上设有第二水流量传感器，所述第二水流量传感器设在所述热水连通管上的第一节点和第三节点之间，或者所述第二水流量传感器设在所述热水连通管上的第二节点和第三节点之间。所述第二水流量传感器与所述外部控制器电性连接，第二水流量传感器用于检测热水连通管内的水流量，并且将所检测的数据传送给外部控制器。

本实用新型还提供一种具有上述外部控制模块的燃气热水器系统，包括热水器、与所述热水器连接的水路系统以及分别为所述热水器和水路系统提供电能的电路系统，所述水路系统包括冷水管、热水管以及同时连接所述冷水管和热水管的至少一个用水点，所述热水管一端连接所述热水器的出水侧，另一端连接所述用水点，所述冷水管一端连接外部水源，另一端分两支路，第一支路连接所述热水器进水侧，第二支路连接所述用水点，其中，在距离所述热水器最远的用水点处设有上述的外部控制模块，所述外部控制模块的热水连通管的第一节点连接所述热水管，第二节点连接所述最远端用水点的热水侧，所述外部控制模块的冷水连通管的第四节点连接所述冷水管，第五节点连接所述最远端用水点的冷水侧，所述热水器进水侧设有水泵，所述热水器内部设有主控制器，所述外部控制模块的外部控制器与所述主控制器电性连接，所述热水器和所述外部控制模块均由所述主控制器控制。热水器、热水管、热水连通管、连接管、冷水连通管以及冷水管形成了一个循环管道回路，所述连接管上设有由外部控制器控制的水控阀、第一水流量传感器和第一温度传感器，所述外部控制器和水控阀可开启和关闭循环管路，其中所述第一温度传感器可检测所述连接管的管路中的水流温度。当用户没有在用水点用水时，外部控制模块能够开启该循环管路，让热水器对热水管中的水流进行预热，这样当用户开启用水点处的水龙头使用热水时就能快速的获得热水，大大缩短出热水的时间。而当在预热过程中，用户在用水点用水时，外部控制模块通过外部控制器可关闭该循环管路，停止预热，有效避免了预热过程中生活用水与循环预热发生冲突的问题。另外，由于外部控制模块设在最远端用水点处，当检测到连接管处的水流达到预热温度时，整个热水管里的水流就都已经达到了预热温度，此时关闭该循环管路能有效避免连接管内的热水流入到冷水管，在热水器预热过程中，预热前管道内的水流量比较小，由于预热过程通常时间较短，所以在热水器的热水管的水流达到预设出水温度前管道内的水流量较大，当连接管处第一温度传感器的温度接近预设温度时(通常预设温度高于连接管第一温度传感器的检测温度)，此时连接管内的水流量较小，能够有效避免热水管中过多的热水流入冷水管中。

进一步的，所述热水器内部还设有沿水流方向依次连接设置的进水管、换热器和出水管，所述水泵设在所述进水管上，所述出水管上设有第二温度传感器，所述水泵和第二温度传感器分别与所述主控制器电性连接。第二温度传感器能够检测经换热器加热后水流的温度，并将检测后的数据传送给主控制器。

进一步的，所述热水器上设有显示操作面板，所述显示操作面板与所述主控制器电性连接。所述显示操作面板上设有显示器、开关键、预热功能按键、温度升高按键及温度降低按键，所述显示操作面板可以控制热水器的开启和关闭，可以进行预热功能的选择，还可以调节预设出水温度等，显示器显示用户出水点的预设温度等信息。

进一步的，所述热水器进水侧设有进水嘴，所述进水嘴一端连接所述进水管，另一端连接所述冷水管的第一支路；所述热水器出水侧设有出水嘴，所述出水嘴一端连接所述出水管，另一端连接所述热水管。

进一步的，所述电路系统包括与外部电源连接的家用插座，家用插座与外部电源电性连接，所述热水器和外部控制模块均与所述家用插座电源线连接。

进一步的，所述各用水点均设有混水阀，所述混水阀包括冷水端和热水端；在最远端用水点处，所述热水连通管的第二节点连接该处混水阀的热水端，所述冷水连通管的第五节点连接该处混水阀的冷水端；在其他用水点处，混水阀的冷水端连接所述冷水管，混水阀的热水端连接所述热水管。

本实用新型还提供一种燃气热水器系统的控制方法，其中，包括如下步骤：

s1.用户不使用热水时，打开显示操作面板上的开关键，通过显示操作面板选择预热功能，并通过显示操作面板上的升温键和降温键调节用户用水点的预设出水温度；

s2.主控制器通过控制外部控制器读取第一温度传感器的检测数据来判断热水器是否达到预热启动条件，即连接管中的水流温度是否低于预热温度，当连接管中的水流温度低于预热温度，进入步骤s3；否则水控阀保持初始关闭状态，整个系统不执行任何操作；

s3.主控制器执行预热程序，水控阀开启，水泵开始工作，热水器、热水管、热水连通管、连接管、冷水连通管及冷水管组成的循环管路中的水在循环管路中流动，热水器点火预热，当外部控制模块中第一温度传感器检测的水流温度t达到预热温度时，其中连接管的水流预热温度通常比用户出水点的预设出水温度低1-5℃，水泵停止工作，热水器停止预热，水控阀复位关闭。

进一步的，所述步骤s3中，具体包括如下步骤：

s31.主控制器执行预热程序，水控阀开启，水泵开始工作，热水器、热水管、热水连通管、连接管、冷水连通管及冷水管组成的循环管路中的水在循环管路中流动，此时，循环管路中的水温为冷水管中水流的温度t1，管道中的水流量为q1；

s32.热水器点火预热，当热水器的出水管上的第二温度传感器检测的水流温度t'达到t2时，循环管路中的水流量增大到q2，其中，t2>t1，t2可设置为高于t1的5～10℃，比如t1为20度，则t2可设置为25度；

s33.热水器持续预热，当外部控制模块检测的与热水器设定的预设出水温度对应的预热温度t3低1～2℃时，循环管路中的水流量减小至q3，其中，q3可以与q1相同，也可以不同；

s34.当外部控制模块中第一温度传感器检测的水流温度达到与热水器设定的预设出水温度对应的预热温度t3时，水泵停止工作，热水器停止预热，水控阀复位关闭。

这样，在主控制器执行预热程序时，循环管路中的水流量先小、后大、然后再变小，能使得热水管中的水流达到的预热温度更精准，有效保证连接管处热水流入冷水管的热水更少，提高热水器的预热效率。循环管路中的水流量的改变可以通过改变水泵的转速和功率来实现，也可以在循环管路上设置比例阀来实现。另外，由于循环管路中的水流在预热过程中是循环流动的，所以在停止预热的瞬间，水流还是具有一定冲劲的；因此，在外部控制模块中第一温度传感器检测的水流温度t达到与热水器预设出水温度对应的预热温度低1-2℃时，先降低循环管路中的水流量，等第一温度传感器检测的水流温度t达到对应的预热温度时，再控制水泵停止工作，热水器停止预热，水控阀复位关闭，能有效避免在循环流量较大时刚好检测到对应的预热温度时才停止水泵和关闭水控阀，水流的冲劲而导致的热水管中部分达到预热温度的水流进入到冷水管的问题。

进一步的，所述步骤s3中，循环预热过程中，第一水流量传感器检测的水流量为q1，第二水流量传感器检测的水流量为q2；如果用户没有在用水点使用热水时，理论上讲，q1＝q2，实际使用过程中q2还是会稍大于q1，如果用户开启用水点使用热水，第一水流量传感器的水流量q1一定会减小，第二水流量传感器的水流量q2则会增大，q2-q1＝δq，当δq大于等于某一预设定值时，主控制器则判断循环预热过程中用户在使用热水，此时主控制器控制水泵停止工作，减少热水器耗电量，此时热水器进入普通或增压洗浴加热模式为用户提供舒适的卫浴用水；当δq小于所述预设定值时，且第一温度传感器检测的水流温度t小于所述预热温度时，则用户没有在使用热水，主控制器继续执行循环预热直至第一温度传感器检测的水流温度t大于等于所述预热温度。δq的预设定值可以在循环流动预热过程中通过实验确定，比如δq的预设定值为1l/min，当δq≥1l/min时则判断循环预热过程中用户在使用热水。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在用户最远端用水点处的热水管和冷水管之间设置外部控制模块，实现了无回水管水路系统循环预热过程中无需预热冷水管，只需预热热水管中的水，能有效的节省预热热水的燃气和预热时间。

本实用新型通过在外部控制模块上设置第一水流量传感器和第二水流量传感器，将第一水流量传感器和第二水流量传感器检测的水流量的差值与预设定值进行对比即可准确判断用户在用水点是否使用热水，进而准确控制是否开启预热程序，有效避免在预热过程中使用生活用水与循环预热管道中水路发生冲突的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的整体结构示意图。

图2是本实用新型实施例2的整体结构示意图。

图中，1—连接管，2—外部控制器，3—热水连通管，4—冷水连通管，5—水控阀，6—第一水流量传感器，7—第一温度传感器，8—单向阀，9—第二水流量传感器，10—热水器，11—水路系统，12—电路系统，13—冷水管，14—热水管，15—用水点，16—外部控制模块，17—水泵，18—主控制器，19—进水管，20—换热器，21—出水管，22—第二温度传感器，23—显示操作面板，24—进水嘴，25—出水嘴，31—第一节点，32—第二节点，33—第三节点，41—第四节点，42—第五节点，43—第六节点，121—家用插座，151—冷水端，152—热水端，153—最远端用水点。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1

如图1所示，一种燃气热水器外部控制模块，其中，包括连接管1、外部控制器2、以及分别设在连接管1两端并与连接管1连通的热水连通管3和冷水连通管4，连接管1上设有水控阀5、第一水流量传感器6、第一温度传感器7和单向阀8，热水连通管3上设有第二水流量传感器9，水控阀5、第一水流量传感器6、第一温度传感器7和第二水流量传感器9均与外部控制器2电性连接。通过热水连通管3和冷水连通管4就可以将整个外部控制模块连接在燃气热水器系统的热水管和冷水管之间，优选是连接在距离热水器最远处的用水点处的热水管和冷水管之间；这样，热水器、热水器的热水管、热水连通管3、连接管1、冷水连通管4及热水器的冷水管就可以组成一个循环管路，实现循环预热。单向阀8沿水流方向设于水控阀5的下游，单向阀8的设置确保循环管路中的水流方向始终是由热水管流向冷水管，减轻了水压对水控阀5的反方向冲击而引起水控阀5失效，提高水控阀5的使用寿命；水控阀5初始为关闭状态，通电即可打开，水控阀5的开启和关闭由外部控制器2来进行控制；第一温度传感器7和第一水流量传感器6分别用于检测连接管1内水流的温度和水流量，第二水流量传感器9用于检测热水连通管3内的水流量，并且将所检测的数据传送给外部控制器2。

如图1所示，热水连通管3两端分别设有第一节点31和第二节点32，第一节点31和第二节点32分别用于连接热水器的热水管和热水器用水点的热水侧，热水连通管3中部设有第三节点33；冷水连通管4两端分别设有第四节点41和第五节点42，第四节点41和第五节点42分别用于连接热水器的冷水管和热水器用水点的冷水侧，冷水连通管4中部设有第六节点43；连接管1的两端分别连接热水连通管3的第三节点33以及冷水连通管4的第六节点43。

如图1所示，第二水流量传感器9设在热水连通管3上的第一节点31和第三节点33之间，或第二水流量传感器9设在热水连通管3上的第二节点32和第三节点33之间。

实施例2

如图2所示，一种燃气热水器系统，包括热水器10、与热水器10连接的水路系统11以及分别为热水器10和水路系统11提供电能的电路系统12，水路系统11包括冷水管13、热水管14以及同时连接冷水管13和热水管14的至少一个用水点15，热水管14一端连接热水器10的出水侧，另一端连接用水点15，冷水管13一端连接外部水源，另一端分两支路，第一支路连接热水器10进水侧，第二支路连接用水点15，其中，在距离所述热水器10最远的用水点15处(也即最远端用水点153处)设有实施例1所述的外部控制模块16，外部控制模块16的热水连通管3的第一节点31连接热水管14，第二节点32连接最远端用水点153的热水侧，外部控制模块16的冷水连通管4的第四节点41连接冷水管13，第五节点42连接最远端用水点153的冷水侧，热水器10进水侧设有水泵17，热水器10内部设有主控制器18，外部控制模块16的外部控制器2与主控制器18电性连接，热水器10和外部控制模块16均由主控制器18控制。热水器10、热水管14、热水连通管3、连接管1、冷水连通管4以及冷水管13形成了一个循环管道回路，并且连接管1上设有由外部控制器2控制的水控阀5、第一水流量传感器6和第一温度传感器7，且外部控制器2和水控阀5能根据实际需要来开启和关闭上述循环管道回路，其中第一温度传感器7可检测连接管1的管路中的水流温度。当用户没有在用水点15用水时，外部控制模块16能够开启该循环管路，让热水器10对热水管14中的水流进行预热，这样当用户开启用水点15处的水龙头使用热水时就能快速的获得热水，大大缩短出热水的时间。而当在预热过程中，用户在用水点15用水时，外部控制模块16通过外部控制器2可关闭该循环管路，停止预热，有效避免了预热过程中生活用水与循环预热发生冲突的问题。另外，由于外部控制模块16设在最远端用水点153处，当检测到连接管1处的水流达到预热温度时，整个热水管14里的水流就都已经达到了预热温度，此时关闭该循环管路能有效避免连接管1内的热水流入到冷水管13，对整个冷水管13中的水流温度影响较小。

如图2所示，热水器10内部还设有沿水流方向依次连接设置的进水管19、换热器20和出水管21，水泵17设在进水管19上，出水管21上设有第二温度传感器22，水泵17和第二温度传感器22分别与主控制器18电性连接。第二温度传感器22能够检测经换热器20加热后水流的温度，并将检测后的数据传送给主控制器18。

如图2所示，热水器10上设有显示操作面板23，显示操作面板23与主控制器18电性连接。显示操作面板23上设有显示器、开关键、预热功能按键、温度升高按键及温度降低按键，通过显示操作面板23可以控制热水器10的开启和关闭，可以进行预热功能的选择，还可以调节预设出水温度等，显示器显示用户出水点的预设温度等信息。

如图2所示，热水器10进水侧设有进水嘴24，进水嘴24一端连接进水管19，另一端连接冷水管13的第一支路；热水器10出水侧设有出水嘴25，出水嘴25一端连接出水管21，另一端连接热水管14。

如图2所示，电路系统12包括与外部电源连接的家用插座121，家用插座121与外部电源电性连接，热水器10和外部控制模块16均与家用插座121电源线连接。

如图2所示，各用水点15均设有混水阀，混水阀包括冷水端151和热水端152；在最远端用水点153处，热水连通管3的第二节点32连接该处混水阀的热水端152，冷水连通管4的第五节点42连接该处混水阀的冷水端151；在其他用水点15处，混水阀的冷水端151连接冷水管13，混水阀的热水端152连接热水管14。

实施例3

本实施例中，设定用户出水点的预设出水温度为45℃，预热前冷水管中的水流温度为20℃；预热过程中管道中水流量达到最大时对应的水流温度为25℃；预热过程中满足预设出水温度对应连接管中的预热温度为43℃。

本实施例为实施例2的燃气热水器系统的控制方法，其中，包括如下步骤：

s1.用户不使用热水时，打开显示操作面板23上的开关键，通过显示操作面板23选择预热功能，并通过显示操作面板23上的升温键和降温键调节用户用水点的预设出水温度；

s2.主控制器18通过控制外部控制器2读取第一温度传感器7的检测数据来判断热水器10是否达到预热启动条件，即连接管1中的水流温度是否低于预热温度，当连接管1中的水流温度低于预热温度，进入步骤s3；否则水控阀5保持初始关闭状态，整个系统不执行任何操作；

s3.主控制器18执行预热程序，水控阀5开启，水泵17开始工作，热水器10、热水管14、热水连通管3、连接管1、冷水连通管4及冷水管13组成的循环管路中的水在循环管路中流动，热水器10点火预热，当外部控制模块16中第一温度传感器7检测的水流温度t达到与步骤s1中设定的预设出水温度45度对应的预热温度时，水泵17停止工作，热水器10停止预热，水控阀5复位关闭。

进一步的，步骤s3中，具体包括如下步骤：

s31.主控制器18执行预热程序，水控阀5开启，水泵17开始工作，热水器10、热水管14、热水连通管3、连接管1、冷水连通管4及冷水管13组成的循环管路中的水在循环管路中流动，此时，循环管路中的水温为t1＝20℃，水流量为q1；

s32.热水器10点火预热，当热水器10的出水管21上的第二温度传感器22检测的水流温度t'达到t2＝25℃时，循环管路中的水流量增大到q2；q2可大于等于q1，当q1小于q2时有利于降低水泵启动时的峰值电流，有利于延长水泵的使用寿命；

s33.热水器10持续预热，当外部控制模块16中第一温度传感器7检测的水流温度t比预热温度低1-2度时，循环管路中的水流量降低到q3；在循环预热接近停止时，降低水流量，能够减少预热好的水流进入到冷水管13，对整个冷水管13中的水流温度影响较小；

s34.当外部控制模块16中第一温度传感器7检测的水流温度t达到预热温度43℃时，水泵17停止工作，热水器10停止预热，水控阀5复位关闭。

进一步的，步骤s3中，循环预热过程中，第一水流量传感器6检测的水流量为q1，第二水流量传感器9检测的水流量为q2；通过对比分析q1和q2的监测数值，主控制器18则可以判断循环预热过程中用户是否在使用热水，若用户在使用热水，主控制器18使水泵17停止工作，减少热水器10耗电量，此时热水器10进入普通或增压洗浴加热模式为用户提供舒适的卫浴用水；若用户没有在使用热水，且第一温度传感器7检测的水流温度t小于预热温度43℃时，主控制器18继续执行循环预热直至第一温度传感器7检测的水流温度t大于等于预热温度43℃。

进一步的，主控制器18判断循环预热过程中用户是否在使用热水的具体方法如下：第二水流量传感器9设在热水连通管3上的第一节点31和第三节点33之间时，第二水流量传感器9检测的是最远端用水点153处热水管14内的水流量；如果用户在最远端用水点153使用热水的话，流经热水连通管3的热水就会被分流到连接管1和最远端用水点153，此时q2和q1之间会存在一个较大的差值；q2-q1＝δq，当δq大于等于1l/min时，则主控制器18判断循环预热过程中用户在最远端用水点153使用热水。如果用户在其他用水点15使用热水的话，q2和q1之间不会存在较大差值，并且q2和q1的数值在用户开始使用热水前后会明显降低；所以，当δq小于1l/min，但q1和q2均降低一定值时，则主控制器18判断循环预热过程中用户在其他用水点15使用热水。

实施例4

本实施例为实施例3的燃气热水器系统的控制方法，本实施例与实施例3类似，其区别在于，主控制器18判断循环预热过程中用户是否在使用热水的具体方法如下：第二水流量传感器9设在热水连通管3上的第二节点32和第三节点33之间时，第二水流量传感器9检测的是最远端用水点153处其混水阀热水端的水流量；用户不管是在最远端用水点153还是其他用水点15使用热水，q1的数值在用户开始使用热水后都会明显降低，因此，这种情况下，q1降低一定值时，则主控制器18判断循环预热过程中用户在使用热水，q1降低的定值也可以在循环流动预热过程中通过实验确定。通过判断q2的数值，同样可以判断出用户是在最远端用水点153处使用热水还是在其他用水点15使用热水。用户在最远端用水点153使用热水时，q2大于等于2l/min；用户在其他用水点15使用热水时，q2小于2l/min。

本实施例的其他部分与实施例3相同。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。