專利名稱：可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多功能熱水器，尤其是一種可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器，屬于 熱水器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電熱水器與太陽(yáng)能熱水器各具特點(diǎn)，因此均得到普遍應(yīng)用。為了能相互取長(zhǎng)補(bǔ)短， 在保證滿足使用需求的前提下，充分節(jié)能，將兩者結(jié)合使用的熱水器已不鮮見(jiàn)。例如，申請(qǐng) 號(hào)為20032012^74.6的中國(guó)用新型專利即公開(kāi)了一種太陽(yáng)能熱水器與燃?xì)饣螂娂訜釤崴?器組合結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器熱水與燃?xì)饣螂姛崴鳠崴那袚Q。在太陽(yáng)能熱水器熱 水出口和燃?xì)饣螂姛崴鳠崴隹谥g增加一只單向閥，并且單向閥的方向朝燃?xì)饣螂?熱水器熱水的出口，只要簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)燃?xì)饣螂姛崴鞯氖謩?dòng)進(jìn)水閥，就可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水 器熱水和燃?xì)饣螂姛崴鳠崴那袚Q，不會(huì)引起現(xiàn)有的因許多手動(dòng)閥控制失誤造成太陽(yáng)能 熱水器跑水現(xiàn)象，也防止了冷熱水混合閥串水造成太陽(yáng)能熱水器漏水的情況。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于電熱水器和太陽(yáng)能熱水器通常分別為承壓和非承壓方 式，因此在借助現(xiàn)有切換閥將兩者的儲(chǔ)水混合使用時(shí)，用戶難以手動(dòng)調(diào)節(jié)到適合洗浴的溫 度，并且難以解決壓力失衡導(dǎo)致的水溫波動(dòng)問(wèn)題，影響使用效果。例如，當(dāng)承壓的電熱水器 開(kāi)啟后，非承壓方式的太陽(yáng)能熱水器即使完全開(kāi)啟，也有可能不出水，或出水很少，從而難 以達(dá)到所需的水溫調(diào)控目的。而且，現(xiàn)有閥門均同時(shí)改變兩路進(jìn)水口的流通面積，因此很容 易引起水溫波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種可接太陽(yáng)能熱水器 的電熱水器，該熱水器可以較好地解決壓力失衡引起的水溫波動(dòng)問(wèn)題，從而通過(guò)切換閥的 自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)出水溫度的穩(wěn)定調(diào)控。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器具有接水源進(jìn)水口和出 水口，所述出水口接切換閥的第一進(jìn)口 ；所述切換閥還具有接太陽(yáng)能熱水器出水管路的第 二進(jìn)口以及接混水閥熱水進(jìn)口的出口 ；所述混水閥的冷水進(jìn)口接水源；所述切換閥具有第 一進(jìn)口與出口連通而第二進(jìn)口阻斷的第一狀態(tài)，第二進(jìn)口與出口連通而第一進(jìn)口阻斷的第 二狀態(tài)，以及保持第二進(jìn)口完全接通并逐漸開(kāi)啟第一進(jìn)口的第三狀態(tài)。工作時(shí)，如果太陽(yáng)能熱水器沒(méi)有熱水(例如陰天)，切換閥切換到第一狀態(tài)時(shí)，以電 熱水器供應(yīng)熱水；當(dāng)太陽(yáng)能熱水器具有所需熱水，切換到第二狀態(tài)時(shí)，以太陽(yáng)能熱水器供應(yīng) 熱水；而當(dāng)太陽(yáng)能熱水器的水位不夠時(shí)，切換閥在保持太陽(yáng)能熱水器完全接通的狀態(tài)下，逐 漸開(kāi)啟電熱水器的第三狀態(tài)，加入熱水，直至達(dá)到所需的控制水溫。這種保持太陽(yáng)能熱水器 完全接通，而逐漸加大電熱水器出水流通面積可以有效保證太陽(yáng)能熱水器出水，并且由于 最終的熱水先經(jīng)過(guò)切換閥控制，再進(jìn)入用戶直接調(diào)控的混水閥，因此可以通過(guò)切換閥的緩 沖，在一定程度上抑制兩種熱水器同時(shí)供應(yīng)熱水時(shí)，壓力不均引起的水溫波動(dòng)，從而保證混水閥的出水溫度基本穩(wěn)定。本發(fā)明進(jìn)一步的完善是，所述電熱水器、太陽(yáng)能熱水器以及切換閥出口處的溫度 傳感器信號(hào)輸出端分別接含有MCU的控制電路信號(hào)輸入端，所述控制電路的控制輸出端接 所述切換閥的轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)電機(jī)受控端，所述MCU用以根據(jù)混水溫度傳感器傳來(lái)的實(shí)際出水溫 度，求出與預(yù)定混水溫度的溫度偏差T，并得出單位時(shí)間間隔的前后兩次溫度偏差的偏差變 化率△ T ；所述MCU含具有模糊推理規(guī)則的模糊控制單元，所述模糊控制單元用以根據(jù)溫度 偏差T和偏差變化率Δ Τ,通過(guò)模糊推理計(jì)算和反模糊處理，得出閥偏轉(zhuǎn)的方向和角度，并 折算成切換閥轉(zhuǎn)位精確控制信號(hào)輸出到所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的受控端。由于ΔΤ間接反映了由于承壓電熱水器和非承壓太陽(yáng)能熱水器之間壓力差導(dǎo)致 的混水溫度調(diào)節(jié)的波動(dòng)情況，而本發(fā)明進(jìn)一步的完善中借助模糊控制理論，不僅考慮了溫 度調(diào)控的變化情況Τ，同時(shí)兼顧了其變化率△ Τ，因此，不僅可以迅速實(shí)現(xiàn)所需的混水控制 調(diào)控，而且更為有效地抑制了壓力差導(dǎo)致的溫度波動(dòng)，徹底解決了壓力失衡導(dǎo)致的水溫波 動(dòng)難題。本發(fā)明更進(jìn)一步的完善是，所述MCU用以在切換閥與太陽(yáng)能熱水器的通水面積為 Si、預(yù)定混水溫度為Th條件下，根據(jù)溫度傳感器測(cè)得的電熱水器溫度Tl和太陽(yáng)能熱水器溫 度Τ2，按照下式得出切換閥與電熱水器的控制通水面積S2
S2 = (T2XS1 - TlXSl)/ (Τ2 - Th)
并折算成切換閥轉(zhuǎn)位初始控制信號(hào)，在輸出所述轉(zhuǎn)位精確控制信號(hào)之前輸出到所述驅(qū) 動(dòng)電機(jī)的受控端。由于當(dāng)太陽(yáng)能熱水器與電熱水器出水流量相等的情況下，TlXSl+T2XS2=ThX (S1+S2)，因此可以反推得出以上算式，據(jù)此進(jìn)行混水溫度控制可以先初調(diào)、再精調(diào)，從而不 僅有助于達(dá)到本發(fā)明穩(wěn)定水溫的目的，而且可以加快調(diào)節(jié)速度。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a、圖2b、圖2c分別為圖1實(shí)施例切換閥的切換狀態(tài)示意圖。圖3a、圖3b、圖3c分別為圖1實(shí)施例中模糊運(yùn)算的Triangular函數(shù)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
本實(shí)施例可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其儲(chǔ)水內(nèi)膽1具有接水 源W的進(jìn)水口 IN和出水口 OUT，出水口 OUT接切換閥2的第一進(jìn)口 Ql ；切換閥2具有接太 陽(yáng)能熱水器4出水管路的第二進(jìn)口 Q2以及接混水閥3熱水進(jìn)口 Hl的出口 Q3?；焖y3的 冷水進(jìn)口 H2接水源。切換閥2具有第一進(jìn)口 Ql與出口連通Q3而第二進(jìn)口 Q2阻斷的第一 狀態(tài)(圖加)，第二進(jìn)口 Q2與出口連通Q3而第一進(jìn)口 Ql阻斷的第二狀態(tài)(圖沘)，以及保持 第二進(jìn)口完全接通并逐漸開(kāi)啟第一進(jìn)口的第三狀態(tài)(圖2c)。本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是， 切換閥具有轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)電機(jī)，切換閥的閥芯與第一進(jìn)口連通的通水孔為圓心位于驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)軸線的弧形。此外，切換閥2的閥芯與第一進(jìn)口連通的通水面積小于閥芯與第二進(jìn)口連
4通的通水面積。電熱水器1、太陽(yáng)能熱水器4以及切換閥2出口處的溫度傳感器T1、T2、T3信號(hào)輸 出端分別接含有MCU的控制電路信號(hào)輸入端(未示)，該控制電路的控制輸出端接切換閥2 的轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)電機(jī)受控端。工作時(shí)，控制電路分二步進(jìn)行調(diào)控。首先采用粗略調(diào)節(jié)調(diào)控切換閥，即先通過(guò)控制 切換閥轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)電機(jī)將切換閥調(diào)節(jié)到接近理想位置，然后再進(jìn)入精確微調(diào)，這樣可以快速 實(shí)現(xiàn)所需混水溫度的調(diào)節(jié)。由于在切換閥與太陽(yáng)能熱水器的通水面積為Si、與電熱水器的控制通水面 積S2、預(yù)定混水溫度為Th條件下，當(dāng)設(shè)太陽(yáng)能熱水器與電熱水器出水流量相等時(shí)， TlXSl+T2XS2=ThX (S1+S2)。因此可以反推得出 S2 = (T2XS1 - TlXSl)/ (T2 - Th)
即在測(cè)得T1、T2，并已知Sl的情況下，MCU便可算出預(yù)定混水溫度為Th (通常取45°C) 時(shí)，切換閥與電熱水器的控制通水面積S2，據(jù)此折算成切換閥轉(zhuǎn)位初始控制信號(hào)輸出到驅(qū) 動(dòng)電機(jī)的受控端，便可通過(guò)粗略調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所需的混水溫度初步自動(dòng)調(diào)控。接著，控制電路的MCU根據(jù)混水溫度傳感器(與現(xiàn)有技術(shù)相同設(shè)置)測(cè)得的實(shí)際出 水溫度，求出與預(yù)定混水溫度Th的溫度偏差T，并得出單位時(shí)間間隔(例如1秒間隔)的前 后兩次溫度偏差的偏差變化率ΔΤ。MCU含具有以下49條模糊推理規(guī)則的模糊控制單元，該規(guī)則中的數(shù)值不難通過(guò)實(shí) 驗(yàn)得到，并采用AND真值表形式列表。模糊控制單元根據(jù)溫度偏差T和偏差變化率ΔΤ，通 過(guò)模糊推理計(jì)算和反模糊處理，得出閥偏轉(zhuǎn)的方向和角度，并折算成切換閥轉(zhuǎn)位精確控制 信號(hào)輸出到所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的受控端。本實(shí)施例的具體模糊控制過(guò)程如下
設(shè)定模糊變量T為實(shí)際出水溫度與目標(biāo)出水溫度的偏差、ΔΤ為出水溫度偏差變化 率、S為切換閥的開(kāi)度，以步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)作為直接輸出。取T和ΔΤ作為模糊控制器的輸入變量，用模糊語(yǔ)言變量表示為{負(fù)大，負(fù)中， 負(fù)小，零，正小，正中，正大}。對(duì)于輸入變量T的論域取{-10，-6，-2，0，2，6，10}，其模糊 集合記作F(T) ={NB,匪，NS, 0，PS, PM, PB}，其輸入變量的隸屬度如圖所示，采用常用的 Triangular函數(shù)，峰值的隸屬度為1 (參見(jiàn)圖3a)。對(duì)于輸入變量ΔΤ的論域取{-8，-6，-2,0,2,6,8}，其模糊集合記作 F(AT) = {ΝΒ,匪，NS，0，PS, PM, ΡΒ}，其輸入變量的隸屬度如圖所示，采用常用的Triangular 函數(shù)，峰值的隸屬度為1 (參見(jiàn)圖北)。模糊控制規(guī)則推理為在該電動(dòng)水閥恒溫模糊控制系統(tǒng)中，采用IF Ai and Bi THEN Ci為模糊控制規(guī)則。其中，Ai為溫度偏差T的模糊子集，Bi為溫度偏差變化率ΔΤ 的模糊子集，Ci為輸出控制量S的模糊子集。根據(jù)模糊量Ai、Bi，通過(guò)模糊合成運(yùn)算可得 模糊輸出量Ci = (AiXBi)R0其中，式中R為模糊推理關(guān)系。本實(shí)施例的模糊控制輸出按照下表的模糊控制規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)。τNBNM MSOPSPMPBNBPBPB PMPMPMOONMPBPB PMPMPSOHSPBPM I PSPSONS.........................tmOPMPM PSONSNMNMPSPMPS ONSMSNMNBPMOO NSNMNMmMBOWINMNMNB麗通過(guò)加權(quán)的隸屬度進(jìn)行模糊推理，得到模糊化的輸出量Ci，然后進(jìn)入反模糊處理 階段，利用所得到的各種模糊輸出值和數(shù)學(xué)方法計(jì)算最終的系統(tǒng)輸出值。本實(shí)施例采用最 大值法，規(guī)定用給定輸出的Ci的最大值得出相應(yīng)的精確輸出量C。由于太陽(yáng)能熱水器和電熱水器兩側(cè)溫度差的不同有可能導(dǎo)致水閥調(diào)節(jié)過(guò)程中控 制效果的不同，因此宜引入比例因子Kc (可通過(guò)試驗(yàn)確定)對(duì)輸出C進(jìn)行相應(yīng)的比例放大 或縮小處理，再將其對(duì)應(yīng)為步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向和角度，去控制切換閥的開(kāi)度S，從而達(dá)到 精確穩(wěn)定控制混水溫度的目的?？傊?，本實(shí)施例針對(duì)三通混水閥系統(tǒng)進(jìn)水側(cè)分別為太陽(yáng)能熱水器出水和電熱水器 出水往往存在著較大壓力差、混水溫度傳感器反映滯后、混水溫度調(diào)節(jié)非線性易超調(diào)的問(wèn) 題，為避免采用傳統(tǒng)溫度差調(diào)控存在的恒溫控制效果較差、容易出現(xiàn)震蕩超調(diào)的不良現(xiàn)象， 借助二維模糊控制單元進(jìn)行恒溫水的調(diào)控，先粗調(diào)與后微調(diào)有機(jī)結(jié)合，即首先根據(jù)切換閥 通水面積計(jì)算，使閥芯初步調(diào)節(jié)到理想混水溫度位置附近，然后利用二維模糊控制策略，通 過(guò)測(cè)算得到的溫度變化量和溫度變化率作為兩個(gè)觀測(cè)量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的模糊規(guī)則推理和精確 化處理，對(duì)切換閥進(jìn)行精確調(diào)控，從而很好的解決了閥兩側(cè)壓力差異較大時(shí)恒溫水調(diào)節(jié)速 度慢、效果差的問(wèn)題，達(dá)到調(diào)節(jié)速度快、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的目的。試驗(yàn)證明，采用本實(shí)施例不僅能 保證系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制的穩(wěn)定性，還可以顯著減少溫度的調(diào)節(jié)次數(shù)和震蕩現(xiàn)象，達(dá)到理想的控 制效果。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。例如，采用更多的傳感器作為輸 入量(比如流量傳感器)使控制更精確，在模糊控制中也可以采用其它二次曲線函數(shù)等等。 凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器，具有接水源進(jìn)水口和出水口，所述出水口接切 換閥的第一進(jìn)口 ；其特征在于所述切換閥還具有接太陽(yáng)能熱水器出水管路的第二進(jìn)口 ； 所述切換閥具有第一進(jìn)口與出口連通而第二進(jìn)口阻斷的第一狀態(tài)，第二進(jìn)口與出口連通而 第一進(jìn)口阻斷的第二狀態(tài)，以及保持第二進(jìn)口完全接通并逐漸開(kāi)啟第一進(jìn)口的第三狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器，其特征在于所述切換閥閥芯 與第一進(jìn)口連通的通水面積小于閥芯與第二進(jìn)口連通的通水面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器，其特征在于所述切換閥 具有轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述切換閥的閥芯與第一進(jìn)口連通的通水孔為圓心位于所述驅(qū)動(dòng)電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的弧形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器，其特征在于所述電熱水器、太 陽(yáng)能熱水器以及切換閥出口處的溫度傳感器信號(hào)輸出端分別接含有MCU的控制電路信號(hào) 輸入端，所述控制電路的控制輸出端接所述切換閥的轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)電機(jī)受控端，所述MCU用以 根據(jù)混水溫度傳感器傳來(lái)的實(shí)際出水溫度，求出與預(yù)定混水溫度的溫度偏差T，并得出單位 時(shí)間間隔的前后兩次溫度偏差的偏差變化率Δ T ；所述MCU含具有模糊推理規(guī)則的模糊控 制單元，所述模糊控制單元用以根據(jù)溫度偏差T和偏差變化率△ Τ，通過(guò)模糊推理計(jì)算和反 模糊處理，得出閥偏轉(zhuǎn)的方向和角度，并折算成切換閥轉(zhuǎn)位精確控制信號(hào)輸出到所述驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的受控端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器，其特征在于所述MCU用以在 切換閥與太陽(yáng)能熱水器的通水面積為Si、預(yù)定混水溫度為Th條件下，根據(jù)溫度傳感器測(cè)得 的電熱水器溫度Tl和太陽(yáng)能熱水器溫度Τ2，按照下式得出切換閥與電熱水器的控制通水 面積S2S2 = (T2XS1 - TlXSl)/ (Τ2 - Th)并折算成切換閥轉(zhuǎn)位初始控制信號(hào)，在輸出所述轉(zhuǎn)位精確控制信號(hào)之前輸出到所述驅(qū) 動(dòng)電機(jī)的受控端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可接太陽(yáng)能熱水器的電熱水器，屬于熱水器技術(shù)領(lǐng)域。該電熱水器具有接水源進(jìn)水口和出水口，出水口接切換閥的第一進(jìn)口；切換閥還具有接太陽(yáng)能熱水器出水管路的第二進(jìn)口以及接混水閥熱水進(jìn)口的出口；混水閥的冷水進(jìn)口接水源；切換閥具有第一進(jìn)口與出口連通而第二進(jìn)口阻斷的第一狀態(tài)，第二進(jìn)口與出口連通而第一進(jìn)口阻斷的第二狀態(tài)，以及保持第二進(jìn)口完全接通并逐漸開(kāi)啟第一進(jìn)口的第三狀態(tài)。本發(fā)明可以通過(guò)切換閥的緩沖，在一定程度上抑制兩種熱水器同時(shí)供應(yīng)熱水時(shí)，壓力不均引起的水溫波動(dòng)，從而保證混水閥的出水溫度基本穩(wěn)定。
文檔編號(hào)F24H9/20GK102121756SQ20111008326
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者萬(wàn)華新, 徐濟(jì)安, 朱冬偉, 楊國(guó)斌, 茹興鵬, 邵小榮 申請(qǐng)人:艾歐史密斯(中國(guó))熱水器有限公司