一种循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器的制作方法

技术领域：

本实用新型属于电热水器技术领域，特别涉及一种循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器。

背景技术：
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电热水器是指采用各种发热体，如电热丝、电加热管、ptc发热体、石英电阻膜加热管、陶瓷加热管等使水加热的电器产品，其加热方式主要有储热式、速热式和快热式等三种方式。传统的储热式电热水器具有功率小，储热水量大的优点，但存在着体积大，加热速度慢，电热管容易损坏，出水不恒温用户混水困难等缺点。快热式电热水器产品因其体积小、节能、舒适、随时出热水的优点在我国热水器市场得到了快速的发展，但由于功率大的缺点导致很多老房子由于电源入户线承载电流能力不足而无法安装。速热式是将储热水箱减小到10-30升，加热功率加大到3-5.5kw，这样水箱预热时间比储热短，但是却导致储能不足，热水出水量明显不足。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于提供一种循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器，包括：水箱、冷水进水管路、热水出水管路、回水管路、水箱进水管路、水箱出水管路、恒温混水阀、电加热器、回水泵、采集终端、控制器；所述水箱上设置有水箱进水管路、水箱出水管路，所述冷水进水管路与水箱进水管路相连，所述回水管路与水箱进水管路相连，所述电加热器分别与回水管路、热水出水管路、恒温混水阀连接，所述回水管路上设置有回水泵；所述恒温混水阀分别与冷水进水管路、水箱出水管路连接；所述控制器分别通过线路与回水泵、恒温混水阀、电加热器、采集终端连接，控制恒温混水阀混水温度，调节电加热器加热效率。

优选地，技术方案中，水箱、水箱出水管路、恒温混水阀、电加热器、回水管路、水箱进水管路形成预热水道；冷水进水管路、水箱进水管路、水箱、水箱出水管路、恒温混水阀、电加热器、热水出水管路形成恒温出水水道。

优选地，技术方案中，恒温混水阀包括阀体、电机、阀芯；所述阀体上设置有冷水口、热水口、出水口，所述冷水口与冷水进水管路连接，所述热水口与水箱出水管路连接，所述出水口与电加热器连接，所述阀芯设置在冷水口与热水口间的腔体内，所述阀芯与电机连接，通过电机带动阀芯转动改变冷水口、热水口的水流通道的开度及通断。

优选地，技术方案中，采集终端包括流量传感器、水箱温度传感器、混水温度传感器、出水温度传感器，所述流量传感器设置在冷水进水管路进水端，所述水箱温度传感器设置在水箱内靠近水箱出水管路入口处，所述混水温度传感器设置在出水口处，所述出水温度传感器设置在电加热器出水端；所述流量传感器、水箱温度传感器、混水温度传感器、出水温度传感器通过线路与控制器连接。

优选地，技术方案中，冷水进水管路进水端、水箱进水管路冷水进入端、回水管路出水端分别设置有单向阀。

优选地，技术方案中，电加热器上设置有温控开关，温控开关通过线路与装置的电源线连接。

优选地，技术方案中，冷水进水管路上设置有泄压阀。

优选地，技术方案中，水箱选用单体式结构或双胆式结构。

优选地，技术方案中，水箱外部包覆发泡保温层，发泡保温层外部设置有机器外壳。

一种循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器的工作方法，包括速热模式和即热模式；其中速热模式的步骤为：

(1)控制器设置水箱预热温度t4，t4＝40-75℃，设置出水温度t5，

t5＝30-50℃；

(2)水箱温度传感器采集水箱内水的温度数据t1，并传递至控制器；

(3)控制器接收t1，当t4-t1＜5℃时，控制器关闭回水泵，进入保温状态；

(4)控制器接收t1，当t4-t1≥5℃时，控制器启动回水泵，启动电加热器，调节电机控制恒温混水阀的阀芯转动，热水口打开，冷水口关闭，进行预热；水流从水箱经过水箱出水管路、热水口进入恒温混水阀阀体，回水泵将水流从出水口引入电加热器加热，水流流出电加热器时，出水温度传感器采集加热后的水流温度t2，通过调节电加热器的功率，保持t2＝t4，加热后的水流进入回水管路，并由回水泵泵入水箱进水管路回到水箱；当t1＜t4时，对水流进行循环加热；当t1≥t4时，控制器关闭电加热器，经过5s后，再关闭回水泵；

(6)开启出水阀，用户使用热水；

即热模式的步骤为：

(1)控制器设置出水温度t5，t5＝30-50℃；

(2)出水阀关闭时，水箱不进行预热；

(3)出水阀开启后，冷水进水管路中的冷水一部分经水箱进水管路进入水箱与水箱内的温水混合，并从水箱出水管路经热水口进入恒温混水阀阀体，冷水进水管路中的另一部分冷水经冷水口直接进入恒温混水阀阀体，两部分水流在恒温混水阀阀体内混合后从出水口流入电加热器；

(4)混水温度传感器采集恒温混水阀出水口水流的温度t3，出水温度传感器采集电加热后的水流温度t2；控制器通过调节电加热器功率输出值，确保t2＝t5；流量传感器采集冷水进水管路中冷水流量q，则电加热器的初始输出功率p＝k×q×(t5-t3)，其中k为常数；根据t2与t5对比结果，通过模糊pid控制方法调整电加热器的即时输出功率，来保持出水温度恒定不变；

(5)水流在电加热器中加热完成后，进入热水出水管路，从出水阀排出，用户使用热水。

优选地，技术方案中，速热模式中，步骤(6)之后，水流流向与即热模式中的步骤(3)相同，水箱温度传感器采集水箱内水的温度数据t1，混水温度传感器采集恒温混水阀出水口水流的温度t3，流量传感器采集冷水进水管路中冷水流量q；控制器根据t5、q、电加热器的额定功率p1计算出恒温混水阀出水口的混水目标温度t6，t6通过以下算法确定：t6＝t5-p1/q/70，并通过电机调节恒温混水阀阀芯，使t3＝t6，这时停止电机工作，保持恒温混水阀的开度；下一步骤与即热模式中的步骤(4)相同。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

热水器提供出水温度恒定，不随水流量、电源电压、入水温度等变化而变化；由于采用循环加热，水箱热水温度均匀，比相同体积的储水式水箱储能增加20％。由于即热模式可以补充加热，即使水箱温度低至20℃时仍然可以提供40℃热水，这样可以显著提高水箱的热水输出率。使用该热水器后，热水器热水出水率综合提高100-400％。相同热水出水量的情况下，采用该热水器后可以显著降低预热温度，这样水箱预热时间大大缩短，热水的热量损失同比减小，产品相比储热热水器更加节能。在进水温度大于25℃时可以选择即热工作模式，这时水箱不需要预热，节能效果更加显著。由于采用循环加热，热水蒸汽显著降低，水箱的压力显著降低，避免了传统储水式和速热式水箱由于蒸汽压力的显著变化给水箱带来形变导致水箱漏水发生，可以显著延长水箱寿命。采用该热水器后预热温度可以降低到50℃以下，这样可以显著降低水箱结垢速度，延长水箱寿命。该循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器功率设计为3-5.5kw,能满足绝大多数用户的电源要求。可以全面升级替代储热式热水器产品。

附图说明：

图1为本实用新型循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器结构示意图；

图2为本实用新型控制器结构原理框图；

图3为本实用新型预热过程水流流向示意图；

图4为本实用新型出水过程水流流向示意图；

图5为采用双胆式水箱的循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器。

主要附图标记说明：

1-冷水进水管路、2-水箱出水管路、3-热水出水管路、4-回水管路、5-水箱进水管路、6-恒温混水阀、7-电加热器、8-回水泵、9-控制器、10-阀体、11-电机、12-阀芯、13-冷水口、14-热水口、15-出水口、16-单向阀、17-单向阀、18-单向阀、19-流量传感器、20-水箱温度传感器、21-混水温度传感器、22-出水温度传感器、23-温控开关、24-泄压阀、25-水箱、26-连通管。

具体实施方式：

下面对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1-2所示，一种循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器，包括：冷水进水管路1、水箱出水管路2、热水出水管路3、回水管路4、水箱进水管路5、恒温混水阀6、电加热器7、回水泵8、采集终端、控制器9；所述水箱25选用单体式结构，所述水箱25上设置有水箱进水管路5、水箱出水管路2，所述冷水进水管路1与水箱进水管路5相连，所述回水管路4与水箱进水管路5相连，所述电加热器7分别与回水管路4、热水出水管路3、恒温混水阀6连接，所述回水管路4上设置有回水泵8，所述恒温混水阀6分别与冷水进水管路1、水箱出水管路2连接；所述控制器9分别通过线路与回水泵8、恒温混水阀6、电加热器7、采集终端连接，控制恒温混水阀6混水温度，调节电加热器7加热效率。水箱25外部包覆发泡保温层，发泡保温层外部设置有机器外壳。

所述恒温混水阀6包括阀体10、电机11、阀芯12，所述阀体10上设置有冷水口13、热水口14、出水口15，所述冷水口13与冷水进水管路1连接，所述热水口14与水箱出水管路2连接，所述出水口15与电加热器7连接，所述阀芯12设置在冷水口13与热水口14之间的腔体内，所述阀芯12与电机11连接，通过阀芯12转动改变冷水口13、热水口14的通断。

所述采集终端包括流量传感器19、水箱温度传感器20、混水温度传感器21、出水温度传感器22，所述流量传感器19设置在冷水进水管路1进水端，所述水箱温度传感器20设置在水箱25内靠近水箱出水管路2入口处，所述混水温度传感器21设置在出水口15处，所述出水温度传感器22设置在电加热器7出水端；所述括流量传感器19、水箱温度传感器20、混水温度传感器21、出水温度传感器22通过线路与控制器9连接。

水箱25、水箱出水管路2、恒温混水阀6、电加热器7、回水管路4、水箱进水管路5形成预热水道；冷水进水管路1、水箱进水管路5、水箱25、水箱出水管路2、恒温混水阀6、电加热器7、热水出水管路3形成恒温出水水道。

冷水进水管路1进水端、水箱进水管路5冷水进入端、回水管路4出水端分别设置有单向阀16、17、18，防止水流逆向流动。

电加热器7上设置有温控开关23，温控开关23通过线路与控制器9连接。

冷水进水管路1上设置有泄压阀24。

如图3所示，一种循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器的速热模式的步骤为：

(1)控制器设置水箱预热温度t4，t4＝40-75℃，设置出水温度t5，t5＝30-50℃；

(2)控制器接收t1，当t4-t1＜5℃时，控制器关闭回水泵，进入保温状态；

(3)控制器接收t1，当t4-t1≥5℃时，控制器启动回水泵，启动电加热器，调节电机控制恒温混水阀的阀芯转动，热水口打开，冷水口关闭，进行预热；水流从水箱经过水箱出水管路、热水口进入恒温混水阀阀体，回水泵将水流从出水口引入电加热器加热，水流流出电加热器时，出水温度传感器采集加热后的水流温度t2，通过调节电加热器的功率，保持t2＝t4，加热后的水流进入回水管路，并由回水泵泵入水箱进水管路回到水箱；当t1＜t4时，对水流进行循环加热；当t1≥t4时，控制器关闭电加热器，经过5s后，再关闭回水泵；

(4)开启出水阀，用户使用热水；

(5)冷水进水管路中的冷水一部分经水箱进水管路进入水箱与水箱内的温水混合，水箱热水从水箱出水管路经热水口进入恒温混水阀阀体，冷水进水管路中的另一部分冷水经冷水口直接进入恒温混水阀阀体，两部分水流在恒温混水阀阀体内混合后从出水口流入电加热器；

(6)水箱温度传感器采集水箱内水的温度数据t1，混水温度传感器采集恒温混水阀出水口水流的温度t3，流量传感器采集冷水进水管路中冷水流量q；控制器根据t5、q、电加热器的额定功率p1计算出恒温混水阀出水口的混水目标温度t6，t6通过以下算法确定：t6＝t5-p1/q/70，并通过电机调节恒温混水阀阀芯，使t3＝t6，这时停止电机工作，保持恒温混水阀的开度；

(7)混水温度传感器采集恒温混水阀出水口水流的温度t3，出水温度传感器采集电加热后的水流温度t2；控制器通过调节电加热器功率输出值，确保t2＝t5；流量传感器采集冷水进水管路中冷水流量q，则电加热器的初始输出功率p＝k×q×(t5-t3)，其中k为常数；根据t2与t5对比结果，通过模糊pid控制方法调整电加热器的即时输出功率，来保持出水温度恒定不变；

(8)水流在电加热器中加热完成后，进入热水出水管路，从出水阀排出，用户使用热水。

如图4所示，即热模式的步骤为：

(1)控制器设置出水温度t5，t5＝30-50℃；

(2)出水阀关闭时，箱不进行预热；

(3)出水阀开启后，冷水进水管路中的冷水一部分经水箱进水管路进入水箱与水箱内的温水混合，并从水箱出水管路经热水口进入恒温混水阀阀体，冷水进水管路中的另一部分冷水经冷水口直接进入恒温混水阀阀体，两部分水流在恒温混水阀阀体内混合后从出水口流入电加热器；

(4)混水温度传感器采集恒温混水阀出水口水流的温度t3，出水温度传感器采集电加热后的水流温度t2；控制器通过调节电加热器功率输出值，确保t2＝t5；流量传感器采集冷水进水管路中冷水流量q，则电加热器的初始输出功率p＝k×q×(t5-t3)，其中k为常数；根据t2与t5对比结果，通过模糊pid控制方法调整电加热器的即时输出功率，来保持出水温度恒定不变；

(5)水流在电加热器中加热完成后，进入热水出水管路，从出水阀排出，用户使用热水。

如图5所示，一种循环泵预热的增容恒温预即双模电热水器，水箱25选用双胆式结构，双胆水箱25的两个内腔间通过设置在双胆水箱25上部的连通管26连接，水箱进水管路5、水箱出水管路2分别与两个内腔联通，所述水箱出水管路2延伸至内腔中，所述水箱温度传感器20设置在水箱出水管路2所在的内腔中。

采用该热水器后，热水器提供出水温度恒定，不随水流量、电源电压、入水温度等变化而变化；由于采用循环加热，水箱热水温度均匀，比相同体积的储水式水箱储能增加20％。

由于即热模式可以补充加热，即使水箱温度低至20℃时任然可以提供40℃热水，这样可以显著提高水箱的热水输出率。使用该热水器后，热水器热水出水率综合提高100-400％。相同热水出水量的情况下，该热水器可以显著降低预热温度，这样水箱预热时间大大缩短，热水的热量损失同比减小，产品相比储热热水器更加节能。在进水温度大于25℃时可以选择即热工作模式，这时水箱不需要预热，节能效果更加显著。

由于采用循环加热，热水蒸汽显著降低，水箱的压力显著降低，避免了传统储水式和速热式水箱由于蒸汽压力的显著变化给水箱带来形变导致水箱漏水发生，可以显著延长水箱寿命。该热水器预热温度可以降低到50℃以下，这样可以显著降低水箱结垢速度，延长水箱寿命。该热水器功率设计为3-5.5kw,能满足绝大多数用户的电源要求。可以全面替代储热式热水器产品。

下面将储热热水器的热水出水量与该热水器的热水出水量做一个理论分析比较。

假设入水温度(水箱进水温度)t1(℃)，出水温度t2(℃)，水箱预热温度t4(℃)，设置出水温度t5(℃)，热水流量为q(升/分)，即热加热器功率为p1(w)，预热水箱加热器功率p2(w)，预热水箱的容积v(升)，水箱热水出水率α＝80％，即热加热器功率利用率β＝95％，用户手动调节混水热水利用率γ＝95％，持续供热水时间t_hot(分钟)，热水出水量为v1升。

公式①：预热时间(分钟)t1＝(t4-t1)×v×70/p1

公式②：增加本装置前，水箱最低热水温度t7＝出水设置温度t5

公式③：增加本装置前，储热热水器持续供热水时间为：

t_hot＝70×2×v×α×γ/(70×(t5-t1)×q)+70×(t4-2-t5)×v×α×γ/(70×(t5-t1)×q-p2)

v1＝t_hot*q

公式④：增加本装置后，t7＝t5-p2/q/70

公式⑤：增加本装置后，热水器持续供热水时间为：

t_hot＝70×(t4-t7)×v×α/(70×(t5-t1)×q-p1×β)

v1＝t_hot×q

下表给出了不同状态下热水出水量及比值

储水式热水器与该热水器效果比较表1

上表数据表明，当入水温度、流量、水箱预热温度等变化时，热水出水量产生相关变化，上表中可以看出，在表中设定定条件下，该热水器与普通储水式热水出水量的比值从1.6-12.5变化。在用户常用的使用条件下：进水温度5-20℃，流量4-8升/分钟，热水出水量的比值范围为1.6-4.0。以上的数据可以说明该热水器热水增容效果十分显著。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。