熱水器控制器或系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種測(cè)量從熱水器消耗的能量的方法，所述熱水器具有帶兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器的罐，所述溫度傳感器位于罐之上或之內(nèi)的預(yù)定高度，該方法包括下列步驟：對(duì)于每個(gè)傳感器確定罐的區(qū)段的相應(yīng)體積；測(cè)量在每個(gè)溫度傳感器處的溫度改變；計(jì)算每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)體積的能量；以及對(duì)所有傳感器的能量改變求和以確定所消耗的能量。可用按時(shí)間順序的信息記錄能量使用以構(gòu)造能被用于控制加熱器并向用戶提供能量使用詳情的用戶模式。系統(tǒng)不需要使用從流量劑量計(jì)獲得的數(shù)據(jù)。
【專利說明】熱水器控制器或系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱水器，尤其涉及熱水器中的能量使用或能耗的測(cè)量。
[0002]本發(fā)明一般可用來測(cè)量存儲(chǔ)式熱水器的能耗。本發(fā)明可與電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌⑤o助太陽能熱水器和輔助熱泵系統(tǒng)配合使用。將結(jié)合雙重燃料或輔助水加熱系統(tǒng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但本發(fā)明也可用于單能源系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)和/或控制能耗。例如，可優(yōu)先將該系統(tǒng)用于具有由水源供給的儲(chǔ)罐并將熱水傳遞給用戶的電力輔助太陽能熱水系統(tǒng)中。太陽能集熱器可具有一個(gè)或多個(gè)上升器面板和頭部面板，用以吸收太陽能以傳遞至罐。太陽能熱能可直接用來加熱罐中的熱水，或者可使用太陽能加熱熱傳遞流體，該熱傳遞流體經(jīng)由熱交換器將熱能傳遞至罐中的水。
[0003]本發(fā)明也可與水加熱系統(tǒng)控制器配合使用以在當(dāng)日時(shí)間基礎(chǔ)上測(cè)量能耗，并且這可例如用于加熱水需求預(yù)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0004]輔助的太陽能熱水器可包括由電力供能的輔助加熱器。太陽能熱水器的主要優(yōu)點(diǎn)是它們本質(zhì)上減少了對(duì)干線電力的需求。減少或最小化輔助加熱器的使用是期望的。當(dāng)從罐中汲取熱水時(shí)，相等體積的未加熱水從水源被傳遞至罐。如果當(dāng)沒有太陽能輸入可用時(shí)出現(xiàn)對(duì)熱水的大量需求或者如果該需求超出來自太陽能集熱器面板可用的再加熱速率，則使用輔助加熱器來補(bǔ)充加熱的水。
[0005]AU2005299246描述了一種通過使用流量計(jì)測(cè)量通過熱水器的水流動(dòng)來測(cè)量消耗的熱水體積的系統(tǒng)和方法。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，將溫度傳感器安裝到罐的進(jìn)口和出口，并需要流量計(jì)。
[0006]流量計(jì)是熱水器制造中的額外成本。
[0007]流量以具有移動(dòng)部件并需要附加的安裝。因此，本發(fā)明推薦一種用于測(cè)量能耗的系統(tǒng)，它不需要使用流量計(jì)來確定所消耗的熱水的體積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種通過測(cè)量罐內(nèi)的水溫確定罐內(nèi)的熱能量的系統(tǒng)和方法，它不需要使用從流量計(jì)得到的數(shù)據(jù)。本發(fā)明也提供一種適于控制熱水器的控制器。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，罐內(nèi)水的平均水溫可從兩個(gè)或更多個(gè)溫度傳感器確定，并從罐的已知體積和水的比熱計(jì)算熱能。
[0010]由于水溫可能是分級(jí)或分層的，因此可在多于一個(gè)的高度上測(cè)量溫度。
[0011]可從測(cè)得的溫度計(jì)算能量。
[0012]能量的改變可從不同時(shí)間的測(cè)量值確定。
[0013]可隨改變時(shí)間記錄能量中的改變以提供水使用歷史。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這里提供一種計(jì)算熱水器系統(tǒng)罐內(nèi)的熱能改變量的估計(jì)的方法，該方法包括:測(cè)量罐的各個(gè)區(qū)段的溫度，每個(gè)區(qū)段具有已知的體積；隨時(shí)間地比較溫度測(cè)量值；以及計(jì)算每個(gè)區(qū)段的熱能改變量；以及對(duì)所有區(qū)段的能量改變進(jìn)行求和。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，這里提供一種測(cè)量從熱水器消耗的能量的方法，該熱水器具有帶兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器的罐，這些溫度傳感器位于罐上或罐內(nèi)的若干預(yù)定高度，該方法包括步驟:對(duì)于每個(gè)傳感器確定罐區(qū)段的相應(yīng)體積；測(cè)量在每個(gè)溫度傳感器處的溫度改變；計(jì)算每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)體積的能量；以及對(duì)所有傳感器的能量改變求和以確定所消耗的能量。
[0016]本發(fā)明的又一實(shí)施例包括被編程以根據(jù)本發(fā)明的方法操作熱水器的控制器。
[0017]傳感器讀數(shù)可被連續(xù)地監(jiān)視。
[0018]傳感器讀數(shù)可響應(yīng)開始事件和響應(yīng)結(jié)束事件被記錄。
[0019]當(dāng)檢測(cè)到溫度改變時(shí)可記錄來自每個(gè)傳感器的第一溫度測(cè)量值。
[0020]當(dāng)溫度改變速率超出預(yù)定的第一溫度改變速率時(shí)，可記錄傳感器讀數(shù)。
[0021]當(dāng)溫度的改變速率低于第二預(yù)定溫度改變速率時(shí)，可記錄第二溫度測(cè)量值。
[0022]當(dāng)罐內(nèi)的水溫已基本穩(wěn)定時(shí)，可取溫度測(cè)量值。
[0023]傳感器讀數(shù)的改變可源自熱水正從罐內(nèi)被汲取。
[0024]傳感器讀數(shù)的改變可源自來自罐的熱損失。
[0025]溫度的改變可源自對(duì)罐的熱能輸入。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種水加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱水儲(chǔ)罐，該儲(chǔ)罐具有位于罐上或罐內(nèi)的若干預(yù)定高度的兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器，每個(gè)傳感器的位置在罐內(nèi)水的相關(guān)體積附近或之內(nèi)，以使傳感器提供相關(guān)體積內(nèi)的水溫的實(shí)際測(cè)量，該系統(tǒng)包括處理器，其響應(yīng)于來自傳感器的讀數(shù)及其相關(guān)體積以計(jì)算源自傳感器讀數(shù)變化的能量。
[0027]系統(tǒng)可包括與處理器關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器，籍此處理器可存儲(chǔ)能耗信息。
[0028]處理器可存儲(chǔ)與能耗信息關(guān)聯(lián)的按時(shí)間順序的信息。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種熱水系統(tǒng)，包括:
[0030]水儲(chǔ)罐；
[0031]在罐內(nèi)加熱水或?qū)崴畟鬟f至罐的裝置；
[0032]兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器，其測(cè)量罐內(nèi)若干預(yù)定位置的水溫；
[0033]電子控制器，它與溫度傳感器通信并被配置成測(cè)量被存儲(chǔ)在罐內(nèi)的熱能和計(jì)算被移入和移出罐的熱能量。
[0034]溫度傳感器可以是傳感器陣列，每個(gè)傳感器與罐的各個(gè)區(qū)段內(nèi)的預(yù)定水體積對(duì)應(yīng)。
[0035]溫度傳感器可被安裝在罐的表面上。
[0036]溫度傳感器可被安裝在罐內(nèi)。
[0037]控制器可存儲(chǔ)從傳感器測(cè)量值得到的信息，由此保持一記錄并隨后使用這種記錄與當(dāng)前(即同時(shí)期)測(cè)量值或關(guān)于系統(tǒng)的其它信息配合以發(fā)起水加熱循環(huán)以滿足預(yù)測(cè)的未來使用。
[0038]對(duì)熱水器特定的信息可被編程到控制器中。
[0039]對(duì)熱水器特定的信息可包括罐體積、水質(zhì)量、加熱部件的功率或燃燒器或熱泵的熱輸出、罐熱損失率以及與系統(tǒng)的操作和性能相關(guān)的其它信息。
[0040]控制器可輸出這些測(cè)量值以由信息顯示設(shè)備使用。[0041]本發(fā)明也提供一種無流量計(jì)系統(tǒng)和方法和/或如前所述的控制器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]現(xiàn)在將參考附圖僅借助示例描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，在附圖中:
[0043]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽能分體式熱水系統(tǒng)的相關(guān)部件的示意圖；
[0044]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的屋頂安裝式太陽能熱水系統(tǒng)的相關(guān)部件的示意圖；
[0045]圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的屋頂安裝式熱水系統(tǒng)的罐的橫截面示意圖；
[0046]圖4示出對(duì)圖3的罐的溫度傳感器可繪制出的溫度圖表。
[0047]圖5示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的燃?xì)廨o助的太陽能熱水器。
[0048]圖6示出一示例性日常使用模式。
[0049]圖7示出一示例性流程圖，該流程圖闡述了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例當(dāng)從罐中汲取水時(shí)記錄數(shù)據(jù)的方法的主要步驟。
[0050]附圖中使用的編號(hào)慣例是小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)字表示附圖號(hào)，而小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)字是部件標(biāo)號(hào)。在任何情況下，在不同附圖中使用相同部件的附圖標(biāo)記來表示相應(yīng)的部件。
[0051]可選擇附圖的取向以示出本發(fā)明的實(shí)施例的特征，并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明使用中的取向的限制。
[0052]要理解，除非另有指示，否則附圖旨在是解說性的而非準(zhǔn)確的表達(dá)，并且不一定按比例繪出。選擇附圖的取向以解說所示出的對(duì)象的特征，并且不一定表示這些對(duì)象在使用中的取向。
【具體實(shí)施方式】
[0053]將參考附圖描述本發(fā)明。
[0054]本發(fā)明，最基本地來說，利用罐能量(例如輸入或輸出)的改變前后的平均溫度和罐的已知體積來計(jì)算罐內(nèi)水的能量改變。本發(fā)明的實(shí)施例提供罐，該罐在若干不同高度具有數(shù)個(gè)溫度傳感器，并將罐體積的相鄰區(qū)段想像地分配給每個(gè)溫度傳感器。自此，可計(jì)算水的平均溫度以能夠使用該平均溫度直接地計(jì)算整個(gè)罐內(nèi)的能量，或者可計(jì)算每個(gè)區(qū)段內(nèi)的水能量，從而計(jì)算水中的總能量。
[0055]使本發(fā)明具體化的系統(tǒng)測(cè)量罐內(nèi)水的溫度，并隨后計(jì)算罐內(nèi)水的熱能量。
[0056]系統(tǒng)也可在不同時(shí)間或遵循可識(shí)別事件(例如使用熱水的開始和結(jié)束點(diǎn))確定罐內(nèi)熱能量之差。
[0057]可定位數(shù)個(gè)溫度傳感器以測(cè)量在罐內(nèi)不同高度上的水溫。
[0058]相對(duì)于時(shí)間記錄的來自每個(gè)傳感器的溫度日志可被維持，以使例如熱水使用或加熱器啟動(dòng)的熱事件被識(shí)別。這些事件的能量差也被計(jì)算。
[0059]系統(tǒng)可在熱泄漏和通過熱水的使用從罐散去的能量之間作出區(qū)別，并也可區(qū)別熱能量至罐內(nèi)的輸入。
[0060]圖1示出一分體式太陽能熱水系統(tǒng)，它具有屋頂安裝的太陽能集熱器1.016以及通常被安裝在建筑內(nèi)的儲(chǔ)罐1.002。罐可具有給水進(jìn)口 1.006和加熱水傳遞出口 1.004。
[0061]該太陽能熱水系統(tǒng)可以是直接系統(tǒng)，其中儲(chǔ)罐內(nèi)的飲用水在太陽能集熱器中被直接加熱，或者可以是間接系統(tǒng)，其中中間熱傳遞流體在集熱器中被加熱并且熱能經(jīng)由熱交換器被傳遞至罐內(nèi)的飲用水。圖1和圖2所示的系統(tǒng)是直接系統(tǒng)。
[0062]集熱器可具有上升管1.107，該上升管1.107具有:上熱水頭1.020，熱水自此被傳遞至罐1.022的中部或上部；以及下進(jìn)水頭1.018，它從罐1.002的下部接收水。熱水頭
1.020比進(jìn)水頭1.018更高，由此熱水將上升至上頭1.020。泵1.028泵抽水，使其流過集熱器和罐。
[0063]可提供單向閥或受溫度控制的閥1.032以當(dāng)集熱器頭內(nèi)的水比罐內(nèi)的水更冷時(shí)防止逆向熱虹吸。
[0064]諸如控制器1.002的處理器被提供以計(jì)算能耗。
[0065]本發(fā)明使用罐上或罐內(nèi)若干預(yù)定位置處的數(shù)個(gè)溫度傳感器，以測(cè)量罐內(nèi)預(yù)定位置的水溫。多個(gè)溫度傳感器可被設(shè)置在柔性的PCB條帶上，如PCT專利申請(qǐng)?zhí)朩02006053386中公布的那樣，該文獻(xiàn)被援引包含于此作為參考。熱傳感器條帶抵靠著罐的外壁被安裝在罐壁和罐隔熱體之間，由此它測(cè)量由罐內(nèi)的水加熱的相鄰罐壁的溫度。罐內(nèi)的水體積一直是滿的，因?yàn)樗鼜慕o水源恒定地得到補(bǔ)充。
[0066]溫度傳感器可沿罐的高度均勻地間隔，由此每個(gè)傳感器對(duì)于等體積的水提供大約平均的溫度讀數(shù)，忽略罐的端面效應(yīng)。也就是說，每個(gè)傳感器可提供對(duì)于罐內(nèi)水的圓柱形區(qū)段的平均溫度讀數(shù)，所述圓柱形區(qū)段具有在該傳感器和較高和較低的相鄰傳感器中間的高度。由此，罐的每個(gè)區(qū)段的熱能量含量可被計(jì)算出。
[0067]在不定位傳感器以使每個(gè)傳感器報(bào)告等體積的溫度的情形下，然后假設(shè)在其相鄰傳感器中間的每個(gè)傳感器的相鄰體積是已知的，則計(jì)算可將不同的體積考慮在內(nèi)。
[0068]此外，在罐的至少一些區(qū)段的溫度已改變的情形下，汲取掉的能量可從汲取水之前和之后每個(gè)區(qū)段的傳感器的溫度讀數(shù)之差來計(jì)算出。從數(shù)學(xué)上來看，這可被表達(dá)成:
[0069]Q=Mn.Cp.Λ T 方程 I，
[0070]其中Q=以MJ為單位的能量，Mn=以kg為單位的區(qū)段“η”中的水質(zhì)量，Cp=以kj/kg K為單位的比熱，而Λ Tn=對(duì)區(qū)段“η”的溫度改變。C。
[0071]汲取掉的總能量為:
[0072]Qe=E Nn=1 (Mn.Cp.ATn)，方程 2，
[0073]其中N是區(qū)段數(shù)。
[0074]也就是說，可通過基于每個(gè)區(qū)段的體積和區(qū)段的對(duì)應(yīng)溫度改變對(duì)每個(gè)區(qū)段的能量變化求和來確定水中汲取掉的總能量。
[0075]對(duì)于輔助太陽能熱水器系統(tǒng)，在罐內(nèi)設(shè)置電加熱部件1.010。輔助加熱器可經(jīng)由開關(guān)1.014連接至電源1.012。開關(guān)可由控制器1.022控制。
[0076]根據(jù)輔助加熱器的要求性能，可將部件布置在罐內(nèi)的某一高度以提供要求的性能。例如，為了更快的再加熱，可將部件布置在更靠近罐頂部的位置，以迅速地加熱在該加熱部件之上的水體積。
[0077]為使輔助加熱器的能量需求最小化，控制器可利用從通過傳感器條帶1.008檢測(cè)到的溫度改變得到的能耗信息。
[0078]由此，控制器1.022可確定罐內(nèi)的水的能量含量和能量使用兩者。
[0079]控制器1.022也可被適配成維持按時(shí)間順序的當(dāng)日時(shí)間能耗記錄，并可相對(duì)于時(shí)間、一周內(nèi)的日和日期進(jìn)行記錄使用。可使用該信息以確定使用模式。例如，控制器可每日地和根據(jù)日期存儲(chǔ)使用歷史，并對(duì)每周的不同日子以及每年的不同時(shí)間建立使用模式。
[0080]輔助加熱器1.010的熱輸出可被記錄在控制器中以允許控制器計(jì)算使水到達(dá)要求溫度所需的時(shí)間。這可用來確定使水溫上升以滿足對(duì)熱水的預(yù)期需求所需的時(shí)間。
[0081]圖2示意地示出屋頂安裝式太陽能熱水系統(tǒng)。罐2.002被安裝在比上頭2.020更高的位置，因?yàn)檫@樣允許使用熱虹吸以使水或熱傳遞流體從太陽能集熱器循環(huán)。
[0082]電力輔助加熱器2.010經(jīng)由開關(guān)2.014受控制器2.022控制。開關(guān)可與罐安裝在一起?？刂破?.022可以是與屋頂安裝式水加熱系統(tǒng)安裝在一起的屋頂安裝式設(shè)備。
[0083]可選擇地，它可通過太陽能光生伏打電源2.027供電，該太陽能光生伏打電源
2.027可包含電力存儲(chǔ)單元。替代地，控制器可連接至開關(guān)2.014(虛線輪廓)干線側(cè)上的干線電力源2.012，由此當(dāng)開關(guān)處于開路狀態(tài)時(shí)它保持供電。
[0084]控制器2.022可包括利用天線2.023的無線通信鏈路，以允許與第二控制器2.021的通信。屋頂安裝的控制器也可將其讀數(shù)從諸傳感器送至第二控制器2.021。
[0085]熱傳感器條帶2.008可用來測(cè)量罐內(nèi)的溫度。這些傳感器可以均勻距離的間隔定位。然而，在該實(shí)施例中，傳感器被間隔設(shè)置以測(cè)量等體積水的溫度，如圖3所示。
[0086]圖3示意地示出具有位于罐壁上的多個(gè)位置的多個(gè)溫度傳感器3.008.1至
3.008.9的水平取向的罐3.002的橫截面。每個(gè)傳感器毗鄰于罐的相應(yīng)假想水平區(qū)內(nèi)。因此，例如，傳感器3.008.1是相鄰區(qū)1，而傳感器3.008.9是相鄰區(qū)9。選擇這些區(qū)以使每個(gè)對(duì)應(yīng)的傳感器測(cè)量等體積水的溫度。也就是說，假設(shè)一圓柱形罐，每個(gè)區(qū)段的橫截面積是相同的。然而，由于罐可具有彎曲端面，因此可調(diào)整這些區(qū)的橫截面以允許這種差別。
[0087]各個(gè)區(qū)之間的邊界可被定義為例如通過相鄰傳感器之間的圓周中點(diǎn)的水平面。具有最小高度的區(qū)是圍住或毗鄰罐橫截面的中心的區(qū)，因?yàn)樗哂凶畲髮挾?。這些區(qū)的高度在從中心區(qū)向上或向下移動(dòng)時(shí)增加以補(bǔ)償這些區(qū)逐漸減小的寬度。
[0088]盡管示出了九個(gè)傳感器和區(qū)，但在本發(fā)明的其它實(shí)施例中可使用更多或更少的傳感器和區(qū)。
[0089]盡管圖2和圖3的實(shí)施例中傳感器被描述為分布在等尺寸區(qū)內(nèi)，但這不是本發(fā)明所必需的。假設(shè)被分配給每個(gè)傳感器的體積是已知的，仍然可執(zhí)行能量計(jì)算。
[0090]圖4示出具有燃?xì)廨o助的太陽能熱水器系統(tǒng)。該系統(tǒng)類似于圖1的系統(tǒng)，其中電力輔助器1.010由燃?xì)饧訜崞?.034取代。燃?xì)饧訜崞鞯臒彷敵隹杀挥涗浽诳刂破髦幸栽试S控制器計(jì)算使水到達(dá)要求溫度所需的時(shí)間。
[0091]系統(tǒng)可使用所有傳感器以確定罐內(nèi)水的總能量。每個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)其被分派的體積區(qū)段的溫度?？刂破鲃t可計(jì)算每個(gè)區(qū)段內(nèi)的能量并隨后通過將各個(gè)區(qū)段的能量相加而計(jì)算罐內(nèi)的總能量。當(dāng)沒有預(yù)期的使用負(fù)載時(shí)，熱能之和能被用來維持最小熱能。這可通過如傳感器讀數(shù)指示地那樣使加熱器導(dǎo)通、截止來完成。可通過用戶將需要的溫度輸入控制器來預(yù)設(shè)最小電平。控制器可被編程以利用使用歷史來預(yù)期對(duì)熱水即將到來的需要，并在即將到來的使用的預(yù)期時(shí)間之前升高溫度。當(dāng)計(jì)劃歷史使用模式的改變時(shí)，用戶也能修改操作時(shí)間表。
[0092]當(dāng)然，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易理解，溫度傳感器讀數(shù)可用于替代的方法以計(jì)算罐內(nèi)水的能量。例如，也可通過確定罐內(nèi)水的平均溫度并隨后計(jì)算罐內(nèi)水的總體積的能量而根據(jù)傳感器讀數(shù)計(jì)算總能量。[0093]在傳感器監(jiān)測(cè)等體積的情形下，可通過對(duì)每個(gè)傳感器的溫度求和并除以傳感器數(shù)目而計(jì)算平均溫度。
[0094]在由每個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)的體積不全部相等的情形下，每個(gè)傳感器的溫度和體積之積可被求和并除以罐體積，從而提供平均溫度。然而，該方法涉及多余的計(jì)算，因?yàn)閷?duì)每個(gè)區(qū)段的溫度/體積計(jì)算實(shí)際上就是區(qū)段能量的計(jì)算，因此不是優(yōu)選的方法。
[0095]熱能值是從傳感器得到的。控制器被編程以執(zhí)行算法以發(fā)起輔助來維持預(yù)設(shè)能量水平，并在使用熱水的預(yù)期下升高溫度。
[0096]罐內(nèi)的總熱能受恒溫器設(shè)定駕馭。
[0097]使用方程I和2，可相對(duì)于當(dāng)日時(shí)間、一周中的日子、日期計(jì)算和記錄所消耗的能量，由此可如圖所示地借助圖6中的示例性例子記錄使用歷史。
[0098]圖6的使用模式示出具有三個(gè)峰的日常需求。針對(duì)該需求圖例的數(shù)據(jù)可被用來識(shí)別低使用和高使用以及中等使用的典型周期?？刂破骺衫檬褂媚Ｊ絹眍A(yù)測(cè)即將到來的負(fù)載并因此可操作熱水器系統(tǒng)以在最小化能量輸入的同時(shí)迎合即將到來的需求，例如當(dāng)預(yù)測(cè)負(fù)載為零時(shí)將罐內(nèi)的水溫維持在第一溫度，將罐內(nèi)水的第一部分維持在要求的工作溫度范圍內(nèi)，當(dāng)中等使用時(shí)將管內(nèi)容的第二和較大部分維持在該工作溫度范圍內(nèi)，和當(dāng)預(yù)測(cè)到重需求時(shí)將罐內(nèi)的水溫維持在該工作范圍內(nèi)。由此，已知罐內(nèi)水的當(dāng)前狀態(tài)并已知輔助器的能量輸入能力，控制器能計(jì)算要花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間使水達(dá)到要求的溫度，并基于使水達(dá)到該工作溫度的時(shí)間和預(yù)期的需求開始時(shí)間在需求出現(xiàn)之前開始將水加熱至要求的溫度。
[0099]例如，國(guó)內(nèi)熱水系統(tǒng)在全部居民白天不在家的情形下可具有在早晨的高峰和在夜晚的第二高峰，但在這些時(shí)間之間幾乎沒有或沒有任何需求。
[0100]相對(duì)而言,商用熱`水系統(tǒng)具有在一天內(nèi)存在多個(gè)高峰的需求模式。
[0101]又一例子是在滿足預(yù)期使用模式的時(shí)間，例如通宵地，來自罐的熱損失的補(bǔ)充。
[0102]圖7示出一示例性流程圖，該示例性流程圖示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例產(chǎn)生使用模式信息的可能方法。
[0103]由于即便當(dāng)不存在熱水使用時(shí)熱量也會(huì)從系統(tǒng)泄漏，因此需要區(qū)分由于系統(tǒng)損失和熱水需求引起的溫度改變。當(dāng)從罐的上部汲取熱水時(shí)，冷水被傳遞至罐的下部并且未經(jīng)加熱的水位將在罐內(nèi)升高，因此這些傳感器，從最低傳感器向上，在從罐內(nèi)汲取熱水的同時(shí)逐漸地登記一快速的溫度改變。因此，系統(tǒng)可被編程以在7.072監(jiān)測(cè)每個(gè)傳感器處的溫度，并在7.074將該溫度改變速率與溫度改變的第一預(yù)定速率AT1Mt比較以在自然損失和實(shí)際使用之間作出區(qū)別。△ T1可等于或大于系統(tǒng)損失速率。在損失速率的情形下，如果沒有檢測(cè)到使用，則處理器繼續(xù)監(jiān)測(cè)傳感器。
[0104]當(dāng)溫度改變速率指示正在汲取水時(shí)，在7.076處理器登記使用開始的時(shí)間，并在7.078記錄來自每個(gè)傳感器的溫度。來自傳感器的溫度隨后用來在7.080計(jì)算每個(gè)傳感器的區(qū)段中的當(dāng)前能量，并在7.082對(duì)這些區(qū)段能量求和以在水使用開始時(shí)提供總熱能。在7.084記錄罐內(nèi)的初始熱能。處理器然后在7.086檢查使用是否已停止。這可使用步驟7.088完成以確定溫度的變化是否小于第二預(yù)定溫度改變率AT2/dt，并且由于在
7.088的測(cè)試是在第一次通過7.086之后執(zhí)行的，所以處理器將首先記錄按時(shí)間順序的數(shù)據(jù)(7.076)和溫度數(shù)據(jù)(7.078、7.080、7.082)，并在7.086A重置該過程之前在7.086從該信息編譯使用模式。如果使用尚未停止，則處理器將在7.088繼續(xù)檢查，直到使用停止為止。
[0105]可使用類似的方法來測(cè)量輸入能量。溫度/時(shí)間改變可以相反意義表現(xiàn)。當(dāng)來自太陽能集熱器的流被截?cái)鄷r(shí)，輸入能量可歸于輔助加熱器。
[0106]間隔的溫度傳感器的使用也允許其它節(jié)能操作模式，例如罐內(nèi)水的局部加熱，其中上部傳感器可用來選擇其中水被維持在一工作溫度范圍內(nèi)的罐的一部分，如我們共同享有的澳大利亞專利申請(qǐng)AU2005294105中披露的那樣。圖5是示出使用本發(fā)明的溫度傳感器和控制器來操作熱水器的一種可能的替代模式的溫度圖。具體地說，該工作模式可僅用來將罐的上部加熱至工作溫度。該模式可從歷史數(shù)據(jù)記錄中得到，或者可由用戶編程，例如當(dāng)熱水系統(tǒng)的用戶數(shù)目改變時(shí)。在附圖中，沿橫坐標(biāo)僅示出溫度傳感器5.008.1-5.008.9中的第一個(gè)和最后一個(gè)以避免附圖中的混亂。該圖示出用于將增幅器調(diào)節(jié)至導(dǎo)通或切斷的增幅器出發(fā)點(diǎn)。這與使用模式配合使用以使能耗最小化。
[0107]直線5.052表示從溫度傳感器得到的罐內(nèi)水溫。
[0108]可對(duì)控制器編程，以當(dāng)沒有熱水的預(yù)期使用時(shí)通過提供和撤去對(duì)加熱器的供電而維持最小預(yù)定熱能量值。用戶可調(diào)整該最小值。隨著預(yù)期使用時(shí)間迫近，在預(yù)期負(fù)載下升高溫度和存儲(chǔ)的能量。
[0109]點(diǎn)劃線5.044、5.046示出要求的輸出溫度范圍。由此，當(dāng)加熱器正在使用時(shí)，至少頂部區(qū)段(圖3中的區(qū)I)應(yīng)當(dāng)被維持在該范圍內(nèi)，因?yàn)闊崴隹?例如圖2中的2.004)是從這個(gè)區(qū)域汲取的。
[0110]曲線5.052表示在特定使用階段的傳感器讀數(shù)的一個(gè)例子。
[0111]曲線5.040表示對(duì)于每個(gè)傳感器要被維持的最低溫度。如果傳感器的溫度降至這條線以下，輔助加熱器可被導(dǎo)通，除非使用模式指示此時(shí)存在可忽略的需求，或者當(dāng)加熱系統(tǒng)已由用戶切換至待機(jī)模式時(shí)，例如當(dāng)大樓在一定時(shí)間被撤空時(shí)。
[0112]由此，從溫度傳感器得到的罐的總能量的歷史數(shù)據(jù)可用來根據(jù)預(yù)期使用確定何時(shí)發(fā)起加熱，同時(shí)可實(shí)時(shí)地使用溫度傳感器以選擇要被加熱的罐部分(如果不希望加熱整個(gè)te的話)。
[0113]在本說明書中，對(duì)文獻(xiàn)、公開物或其它公布的引用或使用并不承認(rèn)這些文獻(xiàn)、公開物或其它公布的引用或使用構(gòu)成在本說明書的 優(yōu)先權(quán)日:起本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的公知常識(shí)的一部分，除非另有聲明。
[0114]在本說明書中，指示取向或方向的術(shù)語，例如“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“左”、
“右”、“豎直”、“橫斷”等不旨在是絕對(duì)術(shù)語，除非上下文需要或指示相反情形。這些術(shù)語一般表示它們?cè)诟綀D中的取向。
[0115]不管用在什么地方，詞“包括”應(yīng)當(dāng)被理解成其“開放”的意思，即“包含”的意思，并因此不局限于其“封閉”的意思，即“只含有”的意思。相應(yīng)的含義應(yīng)當(dāng)歸因于其出現(xiàn)的相應(yīng)詞“包括”、“被包括”和“包含”。
[0116]要理解，本文公開和定義的本發(fā)明延及所提到的或根據(jù)文本明顯知道的各個(gè)特征中的兩個(gè)或兩個(gè)以上特征的全部可替代組合。所有這些不同的組合構(gòu)成本發(fā)明的各個(gè)可替代方面。
[0117]盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，本發(fā)明可體現(xiàn)在其他具體形式中而不背離其本質(zhì)特性。因此，本實(shí)施例和示例將全方位地被認(rèn)為是說明性的而非限制性的，并因此對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言明顯的所有改變旨在包含于此。
【權(quán)利要求】
1.一種計(jì)算熱水器系統(tǒng)罐內(nèi)的熱能改變量的方法，所述方法包括:測(cè)量所述罐的多個(gè)區(qū)段的溫度，每個(gè)區(qū)段具有已知的體積；隨時(shí)間地比較溫度測(cè)量值以確定溫度的變化；計(jì)算每個(gè)區(qū)段的熱能變化；并對(duì)所有區(qū)段的能量變化求和。
2.一種測(cè)量從熱水器消耗的能量的方法，所述熱水器具有帶兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器的罐，所述溫度傳感器位于所述罐之上或之內(nèi)的預(yù)定高度，所述方法包括下列步驟:對(duì)于每個(gè)傳感器確定所述罐的區(qū)段的相應(yīng)體積；測(cè)量在每個(gè)溫度傳感器處的溫度改變；計(jì)算每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)體積的能量；以及對(duì)所有傳感器的能量改變求和以確定所消耗的能量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括連續(xù)地監(jiān)測(cè)傳感器讀數(shù)的步驟。
4.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，包括響應(yīng)于開始事件和響應(yīng)于結(jié)束事件記錄傳感器讀數(shù)的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，包括當(dāng)在其中一個(gè)傳感器處檢測(cè)到溫度改變時(shí)記錄來自每個(gè)傳感器的第一溫度測(cè)量值的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述傳感器讀數(shù)是當(dāng)溫度的改變速率超出預(yù)定的第一溫度改變速率時(shí)被記錄的。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，包括當(dāng)溫度的改變速率低于第二預(yù)定的溫度改變速率時(shí)記錄第二溫度測(cè)量值的步驟。
8.—種記錄熱水器系統(tǒng)的能量使用歷史的方法，包括如權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)所述的測(cè)量水的能量改變的步驟，并記錄能耗信息連同計(jì)算出的能耗的按時(shí)間順序的數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括從所述能耗信息和按時(shí)間順序的信息確定使用模式的步驟。
10.一種確定熱水器罐內(nèi)水的熱能量的方法，所述方法包括下列步驟: 確定所述罐內(nèi)水的平均溫度；以及 使用所述平均溫度和所述罐內(nèi)水的體積來計(jì)算所述罐內(nèi)水的熱能量。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，確定第一和第二平均溫度的步驟包括在所述罐上或罐內(nèi)的不同高度上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的位置測(cè)量水溫的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，包括將想象監(jiān)測(cè)的水體積分配給測(cè)量溫度的每個(gè)位置的步驟。
13.一種計(jì)算熱水器系統(tǒng)的罐內(nèi)的等體積水的熱能改變的估計(jì)的方法，所述方法包括下列步驟: 在消耗水之前確定所述罐內(nèi)水的第一平均溫度； 在所述消費(fèi)中止之后確定所述罐內(nèi)水的第二平均溫度； 計(jì)算所述第一平均溫度和所述第二平均溫度之間的溫度差； 將所述溫度差乘以所述罐的體積。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，包括將所述溫度差與所述體積之積與水的比熱相乘。
15.—種熱水系統(tǒng),包括: 水儲(chǔ)罐； 在所述罐內(nèi)加熱水或?qū)崴畟鬟f至所述罐的裝置； 測(cè)量所述罐內(nèi)若干預(yù)定位置的水溫的兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器；電子控制器，所述電子控制器與溫度傳感器通信并被配置成測(cè)量被存儲(chǔ)在所述罐內(nèi)的熱能和計(jì)算被移入和移出所述罐的熱能量，其中熱能的測(cè)量和熱能量的計(jì)算不使用來自流量計(jì)的數(shù)據(jù)也能實(shí)現(xiàn)。
16.—種熱水系統(tǒng),包括: 水儲(chǔ)罐； 在所述罐內(nèi)加熱水或?qū)崴畟鬟f至所述罐的裝置； 測(cè)量所述罐內(nèi)若干預(yù)定位置的水溫的兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器； 電子控制器，所述電子控制器與溫度傳感器通信并被配置成測(cè)量被存儲(chǔ)在所述罐內(nèi)的熱能和計(jì)算被移入和移出所述罐的熱能量，其中所述計(jì)算不使用從流量計(jì)得到的數(shù)據(jù)也能實(shí)現(xiàn)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特 征在于，所述溫度傳感器被引入到傳感器陣列中，每個(gè)傳感器與所述罐的多個(gè)區(qū)段內(nèi)的預(yù)定體積的水對(duì)應(yīng)。
18.如權(quán)利要求16或17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器被安裝在所述罐的外表面上。
19.如權(quán)利要求16或17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器被安裝在所述罐內(nèi)。
20.如權(quán)利要求16-19中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被適配成存儲(chǔ)從所述傳感器測(cè)量值得到的信息。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器在存儲(chǔ)器中保持一記錄并之后使用該記錄配合同時(shí)期測(cè)量值和其它系統(tǒng)信息以發(fā)起水加熱循環(huán)以滿足預(yù)測(cè)的未來使用。
22.—種水加熱系統(tǒng)，包括熱水存儲(chǔ)罐和至少第一熱量輸入裝置，所述系統(tǒng)包括位于所述罐上或罐內(nèi)預(yù)定高度的兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器，每個(gè)傳感器的位置毗鄰于所述罐的相關(guān)水體積或在所述相關(guān)水體積之內(nèi)，由此所述傳感器提供所述相關(guān)體積內(nèi)的水溫度的實(shí)際測(cè)量，所述系統(tǒng)包括響應(yīng)來自傳感器的讀數(shù)和所述傳感器關(guān)聯(lián)的體積以計(jì)算源自傳感器讀數(shù)改變的能量的處理器，其中所述計(jì)算不使用從流量計(jì)得到的數(shù)據(jù)也可實(shí)現(xiàn)，所述能量的計(jì)算不使用來自流量計(jì)的數(shù)據(jù)也可實(shí)現(xiàn)。
23.—種水加熱系統(tǒng)，包括熱水存儲(chǔ)罐和至少第一熱量輸入裝置，所述系統(tǒng)包括位于所述罐上或罐內(nèi)預(yù)定高度的兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度傳感器，每個(gè)傳感器的位置毗鄰于所述罐的相關(guān)水體積或在所述相關(guān)水體積之內(nèi)，由此所述傳感器提供所述相關(guān)體積內(nèi)的水溫度的實(shí)際測(cè)量，所述系統(tǒng)包括響應(yīng)來自傳感器的讀數(shù)和所述傳感器關(guān)聯(lián)的體積以計(jì)算源自傳感器讀數(shù)改變的能量的處理器，其中所述計(jì)算不使用來自流量計(jì)的數(shù)據(jù)也可實(shí)現(xiàn)。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括與所述處理器關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器，所述處理器被適配成存儲(chǔ)能耗信息。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器被適配成存儲(chǔ)與能耗信息關(guān)聯(lián)的按時(shí)間順序的信息。
26.如權(quán)利要求13-25中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括顯示設(shè)備，所述控制器被適配成輸出能耗信息以供信息顯示設(shè)備使用。
27.如權(quán)利要求23-26中任何一項(xiàng)所述的水加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器被適配成根據(jù)能耗信息和關(guān)聯(lián)的按時(shí)間順序的信息控制所述第一熱量輸入裝置的操作。
28.基本如參照附圖在本文中描述的確定水加熱系統(tǒng)的能耗的方法。
29.被編程以運(yùn)行如權(quán)利要求1-14中任何一項(xiàng)所述的方法的熱水器控制器。
30.基本如本文參照附圖描述`的水加熱系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】F24D19/10GK103562645SQ201280026903
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月3日
【發(fā)明者】B·V·伯克, B·G·凱米斯, S·G·烏登, 彭躍新, C·H·芬奇 申請(qǐng)人:瑞姆澳大利亞控股有限公司