專利名稱：智能型熱泵熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能型熱泵熱水器，尤其涉及一種能按歷史數(shù)據(jù)對用戶用水習(xí)慣進(jìn)行模糊判別、自動(dòng)調(diào)節(jié)水箱設(shè)定溫度和加熱時(shí)間的智能型熱泵熱水器，屬于能源類供熱及空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前我國熱水器市場上普遍銷售的熱水器產(chǎn)品為電熱水器、燃?xì)鉄崴骱吞柲軣崴鞯?。其中，電熱水器以消耗大量昂貴的電力為代價(jià)，不利于能源的合理利用；燃?xì)鉄崴髟谑褂弥袆t存在嚴(yán)重的安全隱患，每年因燃?xì)鉄崴鞯氖褂枚l(fā)的中毒事件時(shí)有報(bào)道；常規(guī)的太陽能熱水器在陰雨天是不能生產(chǎn)熱水的，只能依靠電加熱來彌補(bǔ)太陽能的不足，從而也存在能源的浪費(fèi)現(xiàn)象，特別是在一些陰雨天較多的南方地區(qū)使用這種熱水器并不十分經(jīng)濟(jì)。于是，一種新型的基于熱泵循環(huán)原理的熱水器開始在熱水器市場上嶄露頭角，它是利用蒸發(fā)器從周圍環(huán)境中吸收熱能(太陽能、空氣或水等)，并通過冷凝器將熱能釋放到水箱中去，從而實(shí)現(xiàn)熱水的生產(chǎn)。熱泵熱水器具有高效節(jié)能、可全天候使用、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了能源的低級利用，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。
常見的熱泵熱水器采用定時(shí)定溫工作模式啟停熱水器加熱。然而，熱泵熱水器的工作效率受環(huán)境氣候和被加熱水溫的影響，運(yùn)行性能波動(dòng)很大。當(dāng)環(huán)境溫度降低或被加熱水溫升高時(shí)，熱泵的工作效率也隨之降低，并且溫度過低時(shí)，熱泵無法工作。所以，常規(guī)的控制模式存在明顯缺陷系統(tǒng)性能不穩(wěn)定，性能系數(shù)(COP)受環(huán)境溫度和加熱設(shè)定溫度的影響而波動(dòng)，環(huán)境溫度過低或是水箱設(shè)定溫度過高都會導(dǎo)致COP明顯下降。此外，舒適性能無法滿足用水要求較高的用戶。當(dāng)水箱水溫較低時(shí)，如果沒有進(jìn)行預(yù)先加熱將會造成實(shí)際用水時(shí)水溫偏低。迄今為止尚未檢索到涉及此類問題解決方法的相關(guān)專利材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種智能型熱泵熱水器，用戶不但可以設(shè)置定時(shí)、定溫等運(yùn)行參數(shù)，在多種熱泵熱水器工作模式中進(jìn)行選擇，而且可以選擇智能模式由系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，解決熱泵熱水器性能不穩(wěn)定和預(yù)熱時(shí)間不足的問題，提高系統(tǒng)能效比(EER)和舒適性能。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用多種工作模式的智能控制裝置來代替常規(guī)熱泵熱水器控制器。用戶可按用水需求選擇多種工作模式，包括智能模式、正常模式、午間模式、谷電模式、午間加谷電模式和即時(shí)加熱模式等。當(dāng)系統(tǒng)在智能模式下運(yùn)行時(shí)，本發(fā)明可根據(jù)周期性采集并保存的用戶用水信息按模糊規(guī)則推斷出用戶用水習(xí)慣，自動(dòng)調(diào)節(jié)水箱設(shè)定溫度和加熱時(shí)間，使系統(tǒng)在任何季節(jié)工況下都能達(dá)到最佳工作性能。
本發(fā)明主要包括智能控制裝置，壓縮機(jī)，蒸發(fā)盤管，風(fēng)機(jī)，電子膨脹閥，冷凝盤管和生活水箱，其中壓縮機(jī)，蒸發(fā)盤管，風(fēng)機(jī)，電子膨脹閥，冷凝盤管和生活水箱組成常規(guī)的熱泵熱水器系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)由智能控制裝置調(diào)節(jié)。智能控制裝置主要包括水箱溫度傳感器，環(huán)境溫度傳感器，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器，蒸發(fā)器出口溫度傳感器，片外存儲器，信號放大模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，模式切換模塊，參數(shù)設(shè)定模塊，時(shí)鐘模塊，單片機(jī)，D/A轉(zhuǎn)換模塊，LCD驅(qū)動(dòng)/顯示模塊，看門狗模塊，中間繼電器，風(fēng)機(jī)變頻器等。水箱溫度傳感器設(shè)置在水箱中部，以監(jiān)測箱內(nèi)熱水溫度，環(huán)境溫度傳感器設(shè)置在蒸發(fā)盤管所處的室外空間，以監(jiān)測環(huán)境溫度，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器和蒸發(fā)器出口溫度傳感器分別設(shè)置在蒸發(fā)盤管的進(jìn)、出口管上，以監(jiān)測制冷劑的過熱度和蒸發(fā)盤管的結(jié)霜狀況。
水箱溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器、蒸發(fā)器出口溫度傳感器的輸出端與溫度信號放大模塊的輸入端連接，溫度信號放大模塊的輸出端與溫度信號A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，模式切換模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、時(shí)鐘模塊、溫度信號A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與單片機(jī)的輸入端連接，單片機(jī)的輸出端與控制壓縮機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊、控制電子膨脹閥信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊、控制風(fēng)機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊、LCD驅(qū)動(dòng)/顯示模塊、看門狗模塊的輸入端相連，同時(shí)，片外存儲器還與單片機(jī)連接，控制壓縮機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出端經(jīng)中間繼電器與壓縮機(jī)相連，控制電子膨脹閥信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出端經(jīng)中間繼電器與電子膨脹閥相連，控制風(fēng)機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出端經(jīng)風(fēng)機(jī)變頻器與風(fēng)機(jī)相連，從而控制熱泵熱水器設(shè)備的運(yùn)行。
智能控制裝置中的模式切換模塊設(shè)置多種熱水器的工作模式提供選擇，包括智能模式、正常模式、午間模式、谷電模式、午間加谷電模式和即時(shí)加熱模式。當(dāng)用戶不采用智能模式運(yùn)行時(shí)，智能控制裝置將按固化的不同加熱時(shí)段和用戶設(shè)置的設(shè)定溫度對生活用水進(jìn)行加熱。各個(gè)模式定義如下正常模式，系統(tǒng)全天加熱(定時(shí)設(shè)置缺省)或按用戶設(shè)定時(shí)間進(jìn)行加熱；午間模式，系統(tǒng)只在午間加熱生活用水，系統(tǒng)工作效率較高，節(jié)能效果明顯；谷電模式，系統(tǒng)只在午夜電價(jià)優(yōu)惠時(shí)加熱生活用水，經(jīng)濟(jì)性能較好；午間加谷電模式，系統(tǒng)分別在午間和午夜電價(jià)優(yōu)惠時(shí)加熱生活用水，能滿足用水量較大的用戶，且經(jīng)濟(jì)性較好；即時(shí)模式，即時(shí)加熱生活用水，考慮臨時(shí)用水需求。
本發(fā)明的智能控制裝置周期性采集水箱水溫，模糊化成用戶用水習(xí)慣，并把處理結(jié)果保存在片外存儲器中。當(dāng)用戶采用智能控制模式時(shí)，智能控制裝置依據(jù)這些用水信息和實(shí)時(shí)環(huán)境溫度信息，通過模糊推理預(yù)測當(dāng)日最佳加熱時(shí)段和設(shè)定溫度，提出最優(yōu)控制方案。
本發(fā)明有效解決了熱泵熱水器性能不穩(wěn)定和預(yù)熱時(shí)間不足的問題，具有高效節(jié)能、安全可靠、使用壽命長、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明的控制裝置選用常規(guī)控制元器件，成本低廉，因此極具商品化發(fā)展和應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1為智能控制裝置，2為壓縮機(jī)，3為蒸發(fā)盤管，4為風(fēng)機(jī)，5為電子膨脹閥，6為冷凝盤管，7為生活水箱，8為水箱溫度傳感器，9為環(huán)境溫度傳感器，10為蒸發(fā)器出口溫度傳感器，11為蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器。
圖2是本發(fā)明的智能控制裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3是本發(fā)明的智能控制裝置工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，智能型熱泵熱水器由壓縮機(jī)2，蒸發(fā)盤管3，風(fēng)機(jī)4，電子膨脹閥5，冷凝盤管6和生活水箱7組成常規(guī)的熱泵熱水器系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)由智能控制裝置1調(diào)節(jié)。水箱溫度傳感器8設(shè)置在生活水箱7中部，以監(jiān)測箱內(nèi)熱水溫度，環(huán)境溫度傳感器9設(shè)置在蒸發(fā)盤管3所處的室外空間，以監(jiān)測環(huán)境溫度，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器11和蒸發(fā)器出口溫度傳感器10分別設(shè)置在蒸發(fā)盤管3的進(jìn)、出口管上，以監(jiān)測制冷劑的過熱度和蒸發(fā)盤管3的結(jié)霜狀況。水箱溫度傳感器8、環(huán)境溫度傳感器9、蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器11和蒸發(fā)器出口溫度傳感器10的輸出信號均連接到智能控制裝置1，智能控制裝置1的輸出分別與壓縮機(jī)2、風(fēng)機(jī)4、電子膨脹閥5連接，對它們進(jìn)行控制。
智能控制裝置1的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，主要包括水箱溫度傳感器8，環(huán)境溫度傳感器9，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器11，蒸發(fā)器出口溫度傳感器10，片外存儲器26，信號放大模塊12，A/D轉(zhuǎn)換模塊13，模式切換模塊14，參數(shù)設(shè)定模塊15，時(shí)鐘模塊16，單片機(jī)17，D/A轉(zhuǎn)換模塊18、19、20，LCD驅(qū)動(dòng)/顯示模塊21，看門狗模塊22，中間繼電器23、24，風(fēng)機(jī)變頻器25等。
水箱溫度傳感器8、環(huán)境溫度傳感器9、蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器11、蒸發(fā)器出口溫度傳感器10的輸出端與信號放大模塊12的輸入端連接，信號放大模塊12的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊13相連，模式切換模塊14、參數(shù)設(shè)定模塊15、時(shí)鐘模塊16、A/D轉(zhuǎn)換模塊13的輸出端與單片機(jī)17的輸入端連接，單片機(jī)17的輸出端分別與控制壓縮機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊18、控制電子膨脹閥信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊19、控制風(fēng)機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊20、LCD驅(qū)動(dòng)/顯示模塊21、看門狗模塊22的輸入端相連，同時(shí)，片外存儲器26還與單片機(jī)17連接，控制壓縮機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊18的輸出端經(jīng)中間繼電器23與壓縮機(jī)2相連，控制電子膨脹閥信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊19的輸出端經(jīng)中間繼電器24與電子膨脹閥5相連，控制風(fēng)機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊20的輸出端經(jīng)風(fēng)機(jī)變頻器25與風(fēng)機(jī)4相連，從而控制熱泵熱水器設(shè)備的運(yùn)行。
本發(fā)明的控制流程如圖3所示，電源接通后，由水箱溫度傳感器8，環(huán)境溫度傳感器9，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器11，蒸發(fā)器出口溫度傳感器10組成的多點(diǎn)溫度采集探頭監(jiān)測各點(diǎn)溫度，并通過信號放大模塊12放大，再由A/D轉(zhuǎn)換模塊13把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入單片機(jī)17的ROM中，用戶根據(jù)需要通過參數(shù)設(shè)定模塊15設(shè)定包括設(shè)定溫度、時(shí)鐘、定時(shí)等參數(shù)，通過模式切換模塊14切換熱泵熱水器工作模式，單片機(jī)17采集時(shí)鐘模塊16的數(shù)字信號，實(shí)時(shí)更新時(shí)鐘數(shù)據(jù)，單片機(jī)17周期性輸送喂狗信號給看門狗模塊22，以維持單片機(jī)正常工作，輸送顯示信號給LCD驅(qū)動(dòng)/顯示模塊21，以更新顯示數(shù)據(jù)，。當(dāng)用戶不采用智能模式運(yùn)行時(shí)，可選擇包括正常模式、午間模式、谷電模式、午間加谷電模式和即時(shí)加熱模式等工作模式，智能控制裝置1將按固化的不同加熱時(shí)段和用戶設(shè)置的設(shè)定溫度對生活用水進(jìn)行加熱，水箱溫度傳感器8、環(huán)境溫度傳感器9、蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器11、蒸發(fā)器出口溫度傳感器10繼續(xù)監(jiān)測；當(dāng)用戶采用智能控制模式時(shí)，溫度數(shù)字信號和片外存儲器26中周期性自動(dòng)存儲的用戶用水信息一起輸入單片機(jī)17的ROM中，并調(diào)用固化的計(jì)算程序進(jìn)行運(yùn)算，最終得到最佳設(shè)定溫度和最佳加熱時(shí)段。如果當(dāng)前時(shí)間不在最佳加熱時(shí)段或者水箱溫度超過最佳設(shè)定溫度，熱泵熱水器處于待機(jī)狀態(tài)，如果當(dāng)前時(shí)間在最佳加熱時(shí)段內(nèi)且水箱溫度低于最佳設(shè)定溫度，系統(tǒng)開始判斷蒸發(fā)盤管3的冷負(fù)荷與理想制冷劑流量，調(diào)整信號，經(jīng)過控制壓縮機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊18、控制電子膨脹閥信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊19、控制風(fēng)機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊20轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，模擬信號分別輸入中間繼電器23、24及風(fēng)機(jī)變頻器25，控制熱泵熱水器設(shè)備中的壓縮機(jī)2、電子膨脹閥5和風(fēng)機(jī)4。升高水箱水溫時(shí)，單片機(jī)17根據(jù)環(huán)境參數(shù)控制和調(diào)節(jié)壓縮機(jī)2、電子膨脹閥5和風(fēng)機(jī)4中的一項(xiàng)或多項(xiàng)，水箱溫度傳感器8、環(huán)境溫度傳感器9、蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器11、蒸發(fā)器出口溫度傳感器10繼續(xù)監(jiān)測。此外，單片機(jī)17周期性采集水箱水溫，模糊化成用戶用水習(xí)慣，并把處理結(jié)果保存在片外存儲器26中，以便在智能模式時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)環(huán)境溫度模糊判別設(shè)定溫度和加熱時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種智能型熱泵熱水器，由壓縮機(jī)(2)，蒸發(fā)盤管(3)，風(fēng)機(jī)(4)，電子膨脹閥(5)，冷凝盤管(6)和生活水箱(7)組成常規(guī)的熱泵熱水器系統(tǒng)，其特征在于熱水器的運(yùn)行狀態(tài)由智能控制裝置(1)調(diào)節(jié)，智能控制裝置(1)中，水箱溫度傳感器(8)設(shè)置在生活水箱(7)中部以監(jiān)測箱內(nèi)熱水溫度，環(huán)境溫度傳感器(9)設(shè)置在蒸發(fā)盤管(3)所處的室外空間以監(jiān)測環(huán)境溫度，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器(11)和蒸發(fā)器出口溫度傳感器(10)分別設(shè)置在蒸發(fā)盤管(3)的進(jìn)、出口管上，以監(jiān)測制冷劑的過熱度和蒸發(fā)盤管(3)的結(jié)霜狀況，水箱溫度傳感器(8)、環(huán)境溫度傳感器(9)、蒸發(fā)器進(jìn)口溫度傳感器(11)、蒸發(fā)器出口溫度傳感器(10)的輸出端與信號放大模塊(12)的輸入端連接，信號放大模塊(12)的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊(13)相連，模式切換模塊(14)、參數(shù)設(shè)定模塊(15)、時(shí)鐘模塊(16)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(13)的輸出端與單片機(jī)(17)的輸入端連接，單片機(jī)(17)的輸出端分別與控制壓縮機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊(18)、控制電子膨脹閥信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊(19)、控制風(fēng)機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊(20)、LCD驅(qū)動(dòng)/顯示模塊(21)、看門狗模塊(22)的輸入端相連，片外存儲器(26)與單片機(jī)(17)連接，控制壓縮機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊(18)的輸出端經(jīng)一個(gè)中間繼電器(23)與壓縮機(jī)(2)相連，控制電子膨脹閥信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊(19)的輸出端經(jīng)另一個(gè)中間繼電器(24)與電子膨脹閥(5)相連，控制風(fēng)機(jī)信號的D/A轉(zhuǎn)換模塊(20)的輸出端經(jīng)風(fēng)機(jī)變頻器(25)與風(fēng)機(jī)(4)相連，從而控制熱泵熱水器設(shè)備的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的智能型熱泵熱水器，其特征在于所述模式切換模塊(14)設(shè)置熱水器的工作模式為智能模式、正常模式、午間模式、谷電模式、午間加谷電模式和即時(shí)加熱模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的智能型熱泵熱水器，其特征在于所述單片機(jī)(17)周期性采集水箱水溫，模糊化成用戶用水習(xí)慣，并把處理結(jié)果保存在片外存儲器(26)中，以便在智能模式時(shí)模糊判別設(shè)定溫度和加熱時(shí)間。
全文摘要
一種智能型熱泵熱水器，由壓縮機(jī)，蒸發(fā)盤管，風(fēng)機(jī)，電子膨脹閥，冷凝盤管和生活水箱組成常規(guī)的熱泵熱水器系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)由智能控制裝置調(diào)節(jié)。智能控制裝置采集水箱溫度、環(huán)境溫度、蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度，根據(jù)用戶設(shè)置的運(yùn)行參數(shù)及選擇的智能模式、正常模式、午間模式、谷電模式、午間加谷電模式或即時(shí)加熱模式進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)在智能模式下運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)定期存儲的用水信息按模糊規(guī)則推斷出用戶用水習(xí)慣，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水箱設(shè)定溫度和加熱時(shí)間，使系統(tǒng)在任何季節(jié)工況下都能達(dá)到最佳工作性能。本發(fā)明有效解決了熱泵熱水器性能不穩(wěn)定和預(yù)熱時(shí)間不足的問題，具有成本低廉、高效節(jié)能、安全可靠、使用壽命長、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F24F11/02GK1632409SQ20041009920
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者吳靜怡, 陳振豪 申請人:上海交通大學(xué)