燃气热水器精准巡航系统研究与应用

李卓文 吴振坤

（广东万和热能科技有限公司 佛山 528305）

引言

当用户需要使用热水时，由于热水器无法加热热水管道里已经流过热水器的水，那一部分的水最终冷却成为凉水，需要用户将出水管道的凉水全部排出后才能用到热水，浪费资源且给用户带来不便。

而目前，对于无回水管用户，常用的燃气热水器巡航系统解决热水管路冷水的方法是：使用的用水点上增加单向阀，利用热水器上的水泵对水路进行热水的循环。

常用的燃气热水器巡航系统巡航功能是热水器检测水流信号启动热水器，水泵带动热水循环在水管内，经过单向阀，热水经过冷水管回到热水器内，进水温度探头检测循环水的温度达到所需要的温度，从而停止预热巡航功能。在用户洗浴前将管路的冷水循环加热，从而达到预热巡航的效果。系统如图1 所示：常用的燃气热水器巡航系统连接示意图。

图1 常用的燃气热水器巡航系统连接示意图

在预热巡航的过程中利用进水温度检测停止预热巡航功能的条件存在以下问题：

1）使用的用水点无法获取与提供用水点的数据控制情况，从而无法在热水到达用水点时精准地停止预热巡航功能，从而还需继续加热至热水器的进水温度探头检测到循环水的温度达到从而停止预热巡航功能。

2）在巡航系统预热巡航的整个过程中，热水需要经过冷水管回到热水器内，所以冷水管也同时被加热，从而导致资源的浪费。

3）在巡航系统预热巡航的整个过程中，在热水端与冷水端只有单向阀，热水可以通过单向阀流向冷水端，在使用冷水的过程中，由于水路存在水压差的原因，水路会通过压差打开了单向阀，从而使水路分流到热水器，使出冷水的过程中也会打开了热水器，使冷水端出热水的情况。

1 精准巡航系统

1.1 系统方案

针对以上问题，本文介绍一种燃气热水器精准巡航系统，系统如图2 所示。在使用的用水点安装精准巡航控制器，其工作原理是精准巡航控制器温度探头检测温度达到所需的条件时，关闭其水电磁阀，精准地在热水到达使用的用水点位置上停止预热巡航功能。其过程为燃气热水器与精准巡航控制器通过无线通信模块相互通信获取控制数据，精准控制水泵与水阀开启与停止，达到节约预热冷水管道的能源，减小浪费燃气的作用。精准巡航控制器包括：温度探头，水电磁阀，单向阀，无线通信模块，安装外壳，花洒热水管连接口，花洒冷水管连接口，热水管连接口，冷水管连接口；精准巡航控制器与燃气热水器形成循环回路。

图2 燃气热水器精准巡航系统连接示意图

1.2 精准巡航控制器设计

精准巡航控制器如图3 所示，包括：花洒热水管连接口，花洒冷水管连接口，控制板，无线通信模块，温度探头，水电磁阀，单向阀，热水管连接口，冷水管连接口，安装外壳。

图3 精准巡航控制器结构示意图

花洒热水管连接口：连接花洒热水管。

花洒冷水管连接口：连接花洒冷水管。

控制板：安装在安装外壳内部的位置，负责控制各部分的元件。

无线通信模块：安装在电控板中，作用为精准巡航控制器与燃气热水器的数据传送。

温度探头：安装在靠近冷水管连接口，有助于冷水对温度探头的传热使其冷却，负责测试水路内水温温度，反馈信号给控制板控制部件。

水电磁阀：安装在水路中，检测到截止水路的条件后，关闭水电磁阀截止水路流向。

单向阀：安装在水路中，防止冷水管的水倒流。

热水管连接口：连接热水器端的热水管。

冷水管连接口：连接热水器端的冷水管。

安装外壳：保护精准巡航控制器的器件。

1.3 控制逻辑方案

针对常用的燃气热水器巡航系统在预热巡航的过程中存在的问题，在燃气热水器精准巡航系统中增加了无线通信模块、温度检测探头、水电磁阀等元器件，在控制逻辑中解决常用的巡航系统存在的问题。

1）解决用水点无法检测水温温度的问题：在远端的精准巡航控制器上增加了温度检测探头，检测远端水温温度；在精准巡航控制器检测温度探头的温度达到所需的温度时，停止预热巡航功能，从而解决热水器继续加热至进水温度探头检测到水温温度达到所需的温度时才停止预热巡航功能。

2）解决冷水管被加热的问题：精准巡航控制器增加了无线通信模块与燃气热水器相互通信，并监测当前的状态，包括：精准巡航控制器水温温度，水电磁阀状态，回路的保温温度等通信数据；从而在水温加热到用水点时精准地停止预热巡航功能，防止冷水管被加热，从而导致资源的浪费。

3）解决冷水端出热水的问题：精准巡航控制器增加了水电磁阀，在使用预热巡航功能时，打开水电磁阀，使预热巡航功能正常中运行；而在停止预热巡航功能后关闭水电磁阀隔断热水端流向冷水端的回路，防止在使出冷水的过程中也会打开了热水器，使冷水端出热水的情况。

所以精准巡航控制器功能为：通过无线通信模块监测精准巡航控制器水温温度、水电磁阀状态，并实时传输；同时燃气热水器反馈预热巡航功能的开启与关闭条件；精准巡航控制器根据所需的条件可实时精准地开启与关闭巡航功能，同时开启或关闭水电磁阀隔断热水端流向冷水端的回路。根据上述条件燃气热水器与精准巡航控制器的控制流程逻辑如图4。

图4 燃气热水器与精准巡航控制器的控制逻辑图

2 试验测试与分析

2.1 试验方案

水路连接测试方案如图2 所示：在巡航水路的用水点安装精准巡航控制器，监测用水点水温，在关闭精准巡航功能时关闭水电磁阀。

1）对比常用的巡航系统在水路的进水温度探头监测水温，测试精准巡航时间与巡航全程的时间，利用时间比计算节省的燃气量。

2）关闭水电磁阀隔断热水端流向冷水端的回路，对比有水电磁阀与无水电磁阀开花洒时热水器流过的出水水流量。

2.2 测试数据与分析

2.2.1 精准巡航系统与常用的巡航系统数据与分析

按图5、图6 与表2 所示：例如：在进水初始温度为 18 ℃，设置温度为 46 ℃，温升为 28 K 的情况下，利用无线通信做优势，实时得到在用水点的温度后传输数据到热水器，热水器在符合温度与温升的条件后，停止巡航功能，巡航时间精准巡航系统是常用的巡航系统总时间 54 %；以时间为节省条件单次巡航节省的燃气量相当于能节省 54 %。

表1 巡航功能数据测试对比

表2 巡航功能测试数据分析

表3 开启花洒出水时水流量数据测试对比

图5 按照进水温度为18 ℃，设置温度为46 ℃情况下的进水温度探头温升数据

图6 按照进水温度为18 ℃，设置温度为46 ℃情况下的用水点温度探头温升数据

2.2.2 精准巡航系统与常用的巡航系统出水水流量数据监测

按图7、图8 与表4 所示：例如：在花洒出水流量为 7 L/min 的条件下，没有水电磁阀隔断热水端流向冷水端的回路，在开启花洒冷水或开启其它冷水设备时，热水管会有水流量流经，在当前情况下，热水管流量占比达 14.3 %。而在热水端与冷水端之间水电磁阀隔断的回路可有效防止热水管道的水流向冷水管。

表4 以出水 7 L/min 为例，花洒出水时水流量数据测试对比

图7 常用的巡航系统各路出水水流量的监测情况

图8 精准巡航系统各路出水水流量的监测情况

3 结论

本文研发了一种燃气热水器精准巡航系统，在用水点增加无线通信模块，实时传输用水点的数据变化，精准地停止预热巡航功能并有效隔断热水端与冷水端之间的回路，通过本文研究得出以下结论：

1）燃气热水器与精准巡航器通过无线通信模块能进行实时通信，在用水点达到条件后可及时开启或关闭预热巡航功能，防止在预热巡航的过程中冷水管被加热，有效的节省了冷水段管道的能源；根据表2 分析可得节省燃气量达 54 %。

2）通过精准巡航器上的水电磁阀，可有效的隔断热水端与冷水端之间的回路，在冷水设备时有效的避免出水时水从热水管流向冷水管；根据表4 分析可得未有效隔断回路时，热水管流量占比达 14.3 %。

3）该系统目前可适用在于的单个或多个用水点使用，通过数据的相互传输，系统能得到每个用水点的实时数据，从而精准地控制水路能到达的每一个用水点，使巡航系统更加精准的实现精准控制的目的，从而满足现阶段用户对热水的需求，节省预热冷水管道的能源，减小浪费燃气。