热水器出水温度补偿方法及热水器与流程

[0001]
本发明涉及热水器领域，特别涉及热水器出水温度补偿方法及热水器。


背景技术：

[0002]
随着经济的增长和生活水平的提高，热水器已经成为每个家庭的常规设备，现有的热水器能通过检测出水端口的出水温度，以根据出水温度进行调节，令出水温度符合使用者设定的需求温度，使用更加方便。
[0003]
然而，参考图1和图2，由于热水器到用水点之间的管路较长或者管路周围环境温度较低的原因，在刚开始通水使用时，热水部分热量用于加热管路，使得用水点的用水温度与出水温度相差较大，导致通水后需要等待一段时间水温上升才能正常使用，造成水资源浪费以及使用麻烦的问题。
[0004]
现有技术中，部分热水器通过在用水点附近设置有温度传感器，温度传感器用于检测用水点的用水温度，热水器根据温度传感器反馈的检测温度值调节出水温度，进而缩短用水温度上升的时间。然而，这种方式存在反馈调节过程，虽然能缩短用水温度上升所需要的时间，但是还是难以在短时间内快速消弭出水温度与用水温度之间的温度差异，并且可能在用水温度上升后又会出现过烫的问题，需要多次反馈调节，才能使用水温度符合设定的出水温度，导致控制和使用麻烦并且增加物料成本。


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，本发明提出热水器出水温度补偿方法，其能够在初始通水时，快速减少用水点的用水温度与热水器设定的需求温度之间的温差。
[0006]
本发明还提出热水器，其能够在初始通水时进行温度补偿，以令用水点的用水温度快速符合预设的需求温度。
[0007]
根据本发明第一方面实施例的热水器出水温度补偿方法，包括步骤：
[0008]
s1：获取需求温度以及输水变化影响参数；
[0009]
s2：根据需求温度以及输水变化影响参数计算得出预热温度以及预热时间；
[0010]
s3：根据预热温度以及预热时间控制出水温度。
[0011]
根据本发明实施例的热水器出水温度补偿方法，至少具有如下有益效果：根据需求温度以及输水温度变化影响参数，计算得出合适的预热温度以及预热时间，然后根据预热温度以及预热时间控制出水温度，使得在初始通水时，热水器的出水温度趋向于预热温度并且持续预热时间，预热温度高于需求温度，使得热水器输出的热水携带更多的热量，以补偿管路吸收的部分热量，能够令管路温度快速上升，缩短用水温度符合需求温度的时间。以此无需依赖传感器检测远处用水点的用水温度进行反馈调节，有利于实现快速减少用水温度与需求温度之间的温差的效果，令使用更加便捷。
[0012]
根据本发明的一些实施例，所述输水变化影响参数包括进水温度、环境温度、管路
长度、管路直径以及水流量中的一种或多种组合。
[0013]
根据本发明的一些实施例，在步骤s2中，根据需求温度、进水温度以及环境温度计算预热温度，根据管路长度、管路直径以及水流量计算预热时间。
[0014]
根据本发明的一些实施例，预热温度通过以下公式计算：
[0015]
t
预热
＝t
需求
+a
·
ln(20-t
环境
)
·
(t
需求-t
进水
)
[0016]
其中t
预热
为预热温度，a为机体参数，t
环境
为环境温度，t
需求
为需求温度，t
进水
为进水温度。
[0017]
根据本发明的一些实施例，预热时间通过以下公式计算：
[0018][0019]
其中t
预热
为预热时间，k为机体参数，l为管路长度，d为管路直径，q为水流量。
[0020]
根据本发明的一些实施例，所述预热温度与所述需求温度的差值小于等于预设温差阈值，所述预热时间小于等于预设时间阈值。
[0021]
根据本发明的一些实施例，在步骤s3前还包括步骤s21：判断是否同时满足管路长度大于等于长度阈值、需求温度与进水温度的差值大于等于第一温度阈值以及环境温度小于等于第二温度阈值，若同时满足则执行步骤s3，若否则不执行步骤s3。
[0022]
根据本发明的一些实施例，所述长度阈值为10米，所述第一温度阈值为15℃，所述第二温度阈值为20℃。
[0023]
根据本发明第二方面实施例热水器，包括：机体，所述机体上设置有控制模块以及均与所述控制模块电性连接的加热模块、进水温度传感器、出水温度传感器、环境温度传感器和水流量传感器，所述控制模块能够执行如权利要求1至8任一权利要求所述的热水器出水温度补偿方法。
[0024]
根据本发明实施例的热水器，至少具有如下有益效果：在热水器安装时，安装人员将实际使用环境中的管路长度和管路直径输入至控制模块中，通过进水温度传感器检测获取进水温度、环境温度传感器检测获取环境温度以及水流量传感器检测获取水流量，控制模块结合预设的需求温度，根据公式计算预热温度以及预热时间，然后控制模块控制加热模块工作，并且通过出水温度传感器获知检测获取出水温度，以使得出水温度趋向预热温度维持预热时间，以此实现快速减少用水温度与需求温度温差的效果，无需在用水点设置温度传感器，有利于节约物件成本，并且无需根据用水点温度进行反馈调节，水温上升符合使用需求所用时间更短，令使用更加方便。
[0025]
根据本发明的一些实施例，还包括设置在所述机体上并且与所述控制模块电性连接的操作显示模块。
[0026]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0027]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0028]
图1为初始通水时用水距离与水温的关系曲线示意图；
[0029]
图2为传统方式初始通水时用水点的用水温度变化曲线示意图；
[0030]
图3为本发明其中一种实施例的流程框图；
[0031]
图4为本发明其中一种实施例中，初始通水时出水温度的变化曲线图；
[0032]
图5为本发明其中一种实施例用水温度变化曲线与传统方式用水温度变化曲线对比图；
[0033]
图6为本发明其中一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0034]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0035]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0036]
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0037]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0038]
如图3所示，根据本发明实施例的热水器出水温度补偿方法，包括步骤：
[0039]
s1：获取需求温度以及输水变化影响参数；
[0040]
s2：根据需求温度以及输水变化影响参数计算得出预热温度以及预热时间；
[0041]
s3：根据预热温度以及预热时间控制出水温度。
[0042]
参考图3至图5，根据需求温度以及输水温度变化影响参数，计算得出合适的预热温度以及预热时间，然后根据预热温度以及预热时间控制出水温度，使得在初始通水时，热水器的出水温度趋向于预热温度并且持续预热时间，预热温度高于需求温度，使得热水器输出的热水携带更多的热量，补偿管路吸收的部分热量，能够令管路温度快速上升，缩短用水温度符合需求温度的时间。以此无需依赖传感器检测远处用水点的用水温度进行反馈调节，有利于实现快速减少用水温度与需求温度之间的温差的效果，令使用更加便捷。
[0043]
在本发明的一些实施例中，所述输水变化影响参数包括进水温度、环境温度、管路长度、管路直径以及水流量中的一种或多种组合。
[0044]
由于管路输水的过程中，用水点最终的用水温度受需求温度、管路参数、进水温度、环境温度以及水流量影响，因此，根据上述参数计算出预热温度以及预热时间，在热水器在初始通水时，令出水温度趋向预热温度，使得热水器输出的热水携带更多的热量以快速加热管路，由于管路吸收部分热量，用水处的用水温度并不会高于需求温度，在持续预热时间后，管路已经得到充分加热，令出水温度趋向需求温度，避免出现用水温度过高的情况。以此，获取并根据需求温度、管路参数、进水温度、环境温度以及水流量计算得出预热温
度以及预热时间，设计合理并且充分考虑影响用水温度的参数，有利于实现快速减少用水温度与需求温度之间的温差的目的。
[0045]
在热水器输出热水至用水点的过程中，热水器仅能控制输出热水的温度以及维持时间，水流量由用水点的使用者控制。通过计算得出预热温度以及预热时间，以使得热水器的出水温度趋向预热温度并且维持预热时间，进而以合适的高温对管路加热适当的时间，尽快将管路的温度提升。
[0046]
参照图3，在本发明的一些实施例中，在步骤s2中，根据需求温度、进水温度以及环境温度计算预热温度，根据管路长度、管路直径以及水流量计算预热时间。
[0047]
由于热水器能够控制出水温度以及维持时间这两个变量，根据需求温度、进水温度以及环境温度计算预热温度，热水器根据预热温度控制出水温度，根据管路长度、管路直径以及水流量计算预热时间，热水器根据预热时间控制持续时间，以此分别计算预热温度与预热时间，无需再同一计算模型中同时计算这两个变量的需求值，有利于简化分析和建立计算模型。
[0048]
通过在实验阶段，参考图6，热水器实验模型包括机体100以及管路，机体100上设置有控制模块110以及均与控制模块110电性连接的加热模块120、进水温度传感器130、出水温度传感器140、环境温度传感器150和水流量传感器160，根据该热水器实验模型分别设置分组按如下条件进行试验：
[0049]
1)设定常量：环境温度t
环境
、进水温度t
进水
、需求温度t
需求
、水流量q、管路长度l以及管路直径d；测出用水处的用水温度t
用水
随时间变化的曲线h0，作为空白对照组；
[0050]
2)在空白对照组的基础上，改变进水温度t
进水
和需求温度t
需求
，令需求温度t
需求
与进水温度t
进水
的温度差为δt1、δt2、δt3……
，获得不同温度差下各组的用水温度曲线h1；
[0051]
3)在空白对照组的基础上，改变环境温度t
环境
，令环境温度为t
环境1
、t
环境2
、t
环境3
……
，获得不同环境温度t
环境
下各组的用水温度曲线h2；
[0052]
4)在空白对照组的基础上，改变管路长度l，令管路长度l为l1、l2、l3……
，获得不同管路长度l下各组的用水温度曲线h3；
[0053]
5)在空白对照组的基础上，改变管路直径d，令管路直径d为d1、d2、d3……
，获得不同管路直径d下各组的用水温度曲线h4；
[0054]
6)在空白对照组的基础上，改变水流量q，令水流量q为q1、q2、q3……
，获得不同水流量q下各组的用水温度曲线h5。
[0055]
通过控制变量的方法测出用水温度曲线，根据用水温度曲线h0、h1、h2、h3、h4、h5，拟合建模为多元函数，记用水温度曲线为h，则函数h为关于环境温度t
环境
、进水温度t
进水
、需求温度t
需求
、水流量q、管路长度l和管路直径d的多元函数。
[0056]
为了用水温度t
用水
更快地符合需求温度t
需求
，在初始通水时增加预热过程，基于水温度曲线h，设定不同的预热温度t
预热
和预热时间t
预热
，预热温度t
预热
可理解为临时提高的需求温度t
需求
，以令用水温度t
用水
快速趋于预设的需求温度t
需求
。
[0057]
通过在不同环境温度t
环境
、进水温度t
进水
、需求温度t
需求
、水流量q、管路长度l和管路直径d的条件下，多次实验测试不同的预热温度t
预热
与预热时间t
预热
，最终在合理预热温度t
预热
和预热时间t
预热
条件下，获得升温时间最短的数据点组，以下表1和表2为部分数据点的数值，其中过冲温度δt
过冲
＝t
预热-t
需求
：
[0058]
表1：过冲温度与需求温度、进水温度以及环境温度的关系
[0059][0060][0061]
表2：预热时间与管路长度、管路直径以及水流量的关系
[0062]
长度l(m)直径d(m)水流量q(l/s)预热时间t(s)50.0100.0671.6550.0100.1001.10150.0100.0674.95150.0100.0674.93150.0150.1007.43150.0150.1335.57200.0100.0676.57200.0100.1004.40200.0150.1337.43200.0150.1675.94300.0100.1334.95300.0150.1678.91
[0063]
根据实验得出的数值点，进行建模拟合得出计算公式模型，即获得经验公式，其中，过冲温度δt
过冲
通过以下公式计算：
[0064]
δt
过冲
＝a
·
ln(20-t
环境
)
·
(t
需求-t
进水
)
[0065]
其中δt
过冲
为过冲温度，a为机体参数，t
环境
为环境温度，t
需求
为需求温度，t
进水
为进水温度。管路直径d以及水流量q计算预热时间t
预热
。
[0066]
预热温度t
预热
由过冲温度δt
过冲
＝t
预热-t
需求
结合上述公式可以表示为：
[0067]
t
预热
＝t
需求
+a
·
ln(20-t
环境
)
·
(t
需求-t
进水
)
[0068]
t
预热
为预热温度。以此经验公式，即可根据环境温度t
环境
、需求温度t
需求
以及进水温度t
进水
，计算得出合适的预热温度t
预热
。
[0069]
另外，预热时间t
预热
通过以下公式计算：
[0070][0071]
其中t
预热
为预热时间，k为机体参数，l为管路长度，d为管路直径d，q为水流量。以此经验公式，即可根据管路长度l、管路直径d以及水流量q计算得出合适的预热时间t
预热
。
[0072]
上述机体参数a以及机体参数k由实际热水器本身的结构决定，例如机体参数a＝0.06，机体参数k＝220，在热水器产品生产试验阶段决定，在出厂的时候烧录在控制模块110中。
[0073]
在本发明的一些实施例中，预热温度t
预热
与需求温度t
需求
的差值小于等于预设温差阈值，预热时间t
预热
小于等于预设时间阈值。
[0074]
为了避免出现水温过高烫伤使用者的情况，预热温度t
预热
与需求温度t
需求
的差值小于等于预设温差阈值，即过冲温度小于等于预设温差阈值，预热时间t
预热
小于等于预设时间阈值。
[0075]
预设温差阈值可以是+8℃或以上，优选预设温差阈值为+8℃即t
预热
≤t
需求
+8℃。预设时间阈值的取值范围可以是[10,60]秒，优选预设时间阈值为20秒，即t
预热
≤20s。
[0076]
根据上述公式计算得出过冲温度超过+8℃时，过冲温度取+8℃，根据上述公式计算得出预热时间t
预热
超过20秒时，预热时间t
预热
取20秒，以此有利于保护使用者避免烫伤，提高安全性和可靠性。
[0077]
参照图3，在本发明的一些实施例中，在步骤s3前还包括步骤s21：判断是否同时满足管路长度l大于等于长度阈值、需求温度t
需求
与进水温度t
进水
的差值δt大于等于第一温度阈值以及环境温度t
环境
小于等于第二温度阈值，若同时满足则执行步骤s3，若否则不执行步骤s3。
[0078]
对于某些使用条件，如管路长度l过短、需求温度t
需求
与进水温度t
进水
差值δt不大、环境温度t
环境
较高等情况下，无需进行预热处理，以更加方便控制。因此，通过设置管路的长度阈值、需求温度t
需求
与进水温度t
进水
差值δt的第一温度阈值、环境温度t
环境
的第二温度阈值，以此，在同时满足阈值条件时才进行预热处理，方便应对不同的使用环境，满足使用需求。
[0079]
参照图3，在本发明的一些实施例中，根据实验情况，优选长度阈值为10米，第一温度阈值为15℃，第二温度阈值为20℃。
[0080]
参照图6，根据本发明的第二方面实施例的热水器，包括：机体100，机体100上设置有控制模块110以及均与控制模块110电性连接的加热模块120、进水温度传感器130、出水温度传感器140、环境温度传感器150和水流量传感器160，控制模块110能够执行上述的热水器出水温度补偿方法。
[0081]
在热水器安装时，安装人员将实际使用环境中的管路长度l和管路直径d输入至控制模块110中，通过进水温度传感器130检测获取进水温度t
进水
、环境温度传感器150检测获取环境温度t
环境
以及水流量传感器160检测获取水流量q，控制模块110结合预设的需求温度t
需求
，根据公式计算预热温度t
预热
以及预热时间t
预热
，然后控制模块110控制加热模块120工作，并且通过出水温度传感器140获知检测获取出水温度t
出水
，以使得出水温度t
出水
趋向预热温度t
预热
维持预热时间t
预热
，以此实现快速减少用水温度t
用水
与需求温度t
需求
温差的效果，无需在用水点设置温度传感器，有利于节约物件成本，并且无需根据用水点温度进行反馈调
节，水温上升符合使用需求所用时间更短，令使用更加方便。
[0082]
控制模块110可以是包括单片机、嵌入式处理芯片等能够接收、处理和发出信号数据的器件。加热模块120可以包括燃气阀以及燃烧器的实施方式，控制模块110通过控制燃气阀的开度，以控制燃烧器的燃烧情况，进而达到控制出水温度t
出水
的效果。
[0083]
参照图6，在本发明的一些实施例中，还包括设置在机体100上并且与控制模块110电性连接的操作显示模块170。
[0084]
通过设置由操作显示模块170，方便使用者获知热水器当前的工作状态，方便使用者设置需求温度t
需求
，同时，方便安装人员根据实际使用环境输入管路长度l和管路直径d，令使用更加方便。
[0085]
操作显示模块170可以是包括按键组以及液晶屏的实施方式，亦可以是包括触摸屏的实施方式。
[0086]
参考图3，热水器在出厂时已经设定好机体参数a和机体参数k，安装人员在安装时，根据使用环境设定管路长度l以及管路直径d。实际使用时，热水器的实际工作流程：在通电时，环境温度传感器150检测环境温度t
环境
并传输至控制模块110；当使用者通水使用时，控制模块110控制加热模块120开始工作；进水温度传感器130检测进水温度t
进水
并传输至控制模块110，控制模块110计算得出预热温度t
预热
；水流量传感器160检测水流量q并传输至控制模块110，控制模块110计算得出预热时间t
预热
；判断是否同时满足管路长度l大于等于长度阈值10米、需求温度t
需求
与进水温度t
进水
差值δt大于等于第一温度阈值15℃并且环境温度t
环境
小于等于第二温度阈值20℃；若同时满足阈值条件，控制模块110控制加热模块120配合出水温度传感器140，令出水温度t
出水
趋于预热温度t
预热
并且维持预热时间t
预热
，在预热时间t
预热
过后，令出水温度t
出水
趋向需求温度t
需求
；若不同时满足阈值条件，控制模块110不执行预热工作，控制模块110控制加热模块120配合出水温度传感器140，令出水温度t
出水
正常趋向需求温度t
需求
。
[0087]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0088]
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。