自动除垢系统的制作方法

自动除垢系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35u.s.c.
§
119(e)要求2019年3月29日提交的美国专利申请号16/370,699的优先权和权益，该美国专利申请的全部内容通过引用结合在此，就如同在下文中全面阐述一样。
技术领域
3.本公开总体上涉及热水器，更特别地涉及用于自动对热水器进行除垢的系统、方法、装置和阀。


背景技术：

4.热水器通常用于提供热水供应。热水器可用于许多不同的住宅、商业和工业应用。热水器可以为许多不同的过程供应热水。例如，居民住宅中的热水器可用于自动洗衣机、自动洗碗机、一个或多个淋浴器和一个或多个水槽水龙头。热水器通常从市政水源或从水井输入水。这两种水源都可能包括碳酸钙和碳酸镁。这些矿物质含量较高的水被认为是“硬水”。这些矿物质在水中的存在导致热水器和下游设备的矿物质水垢沉积物积累(“结垢”)。
5.工业范围内的问题是由于这些矿物质水垢沉积物导致热水器结垢，特别是在热水器的传热表面上，这导致热水器的效率损失和可能的故障。为了减轻结垢，建议普通无水箱热水器每年清洁一次。


技术实现要素：

6.概括来说，在一个方面中，本公开涉及一种热水器，其包括：进水口；出水口；加热室；流体连接至出水口和进水口的清洁介质室；四通阀，所述四通阀包括第一阀接头、第二阀接头、第三阀接头和第四阀接头，其中第一阀接头连接至出水口，第二阀接头配置成连接至热水管，第三阀接头连接至清洁介质室，第四阀接头配置成连接至排放部；连接至四通阀的马达；以及包括处理电路的控制器，其中控制器配置成控制马达从而控制水通过四通阀的路径。在一些实施例中，进水口是冷水进水口，并且一止回阀安装在冷水进水口和清洁介质箱之间。在另一实施例中，进水口是至热水器的回流管路。在一些实施例中，清洁介质室是舱或筒。清洁介质室可以包括化学除垢剂或研磨清洁剂。控制器还可以配置成在预定时间自动对热水器进行除垢。在一些实施例中，控制器配置成基于水的硬度计算除垢时间，并且一旦除垢时间已经经过，就自动开始除垢过程。在一些实施例中，热水器另外还包括在进水口中的电磁阀。控制器还可以配置成操作电磁阀。在各实施例中，控制器还配置成启动清洁循环，其中清洁循环按顺序包括：用马达旋转四通阀，使得四通阀仅在出水口和清洁介质室之间形成流体路径，从而允许水通过清洁介质室流入进水口中；用马达旋转四通阀，使得四通阀仅在出水口和排放部之间形成流体路径；用马达旋转四通阀，使得四通阀仅在出水口与热水管之间形成流体路径。在具体实施例中，四通阀设置在热水器内。
7.本公开的另一个概括性实施例是一种自动除垢组件，其包括：连接至热水进水口
管路的热水进水配件；连接至热水出水口管路的热水出水口配件；连接至排放管路的排放管路配件；连接至清洁介质出口管路的热水器入口配件；四通阀，其包括一个阀入口和三个阀出口，其中所述阀入口一次仅流体连接至所述三个阀出口中的一个阀出口，并且其中所述阀入口连接至热水进水口管路，所述三个阀出口连接至热水出水口管路、排放管路和清洁介质出口管路；连接至四通阀的马达；流体连接至清洁介质出口管路的清洁介质室；以及包括处理电路的控制器，其中该控制器配置成控制马达从而控制水通过四通阀的路径。清洁介质室可以包括化学除垢剂或研磨清洁剂。在各实施例中，控制器配置成基于水的硬度计算除垢时间。在具体实施例中，控制器还配置成启动清洁循环，其中清洁循环按顺序包括：用马达旋转四通阀，使得四通阀仅在热水进水口管路和清洁介质出口管路之间形成流体路径，从而允许水通过清洁介质室流出热水器入口配件；用马达旋转四通阀，使得四通阀仅在热水进水口管路和排放管路之间形成流体通路；和用马达旋转四通阀，使得四通阀仅在热水进水口管路与热水出水口管路之间形成流体路径。自动除垢组件可以配置成附接至无水箱热水器。
8.本公开的第三实施例是一种阀组件，其包括：a)转向器(diverter)，所述转向器包括驱动器和圆柱体，所述圆柱体包括完全延伸穿过圆柱体的直径的内通孔、连接至内通孔的一端并绕圆柱体的圆周延伸110
‑
150度的凹口、从圆柱体的底部延伸并流体连接至内通孔的内清洁孔、和内排放孔，该内排放孔设置成与内清洁孔分开并从圆柱体的底部延伸且流体连接至内通孔；b)包括内室的壳体，该内室配置成容纳圆柱体的至少一部分并允许圆柱体围绕圆柱体的轴线旋转；外入口孔和外出口孔，所述外入口孔和所述外出口孔位于壳体的相对两侧上，使得当内通孔与外入口孔和外出口孔对准时，外入口孔和外出口孔通过内通孔流体连接；外清洁孔，该外清洁孔延伸穿过壳体的底部，使得当内通孔不与外出口孔对准时外清洁孔可以与内清洁孔对准，并且当如此对准时，外清洁孔通过内通孔和凹口与外入口孔流体连接；和外排放孔，该外排放孔延伸穿过壳体的底部，使得当内通孔不与外出口孔对准时以及当外清洁孔不与内清洁孔对准时，外排放孔可以与内排放孔对准，并且当如此对准时，外排放孔通过内通孔和凹口与外入口孔流体连接；和c)马达，其中马达配置成旋转驱动器并且由此旋转转向器的圆柱体。在一些实施例中，马达是步进马达。阀还可以包括o形环。
9.根据以下描述和所附权利要求，这些及其他方面、目的、特征和实施例将是明显的。
附图说明
10.附图仅示出示例性实施例并且因此不应被认为是对范围的限制，因为示例性实施例可以允许其他同样有效的实施例。附图中所示的元件和特征不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地说明示例性实施例的原理上。另外，某些尺寸或位置可能会被夸大以帮助从视觉上传达此类原理。在附图中，附图标记表示相似或对应、但不一定相同的元件。
11.图1示出了具有集成除垢系统的示例性无水箱热水器。
12.图2示出了用于无水箱热水器的示例性独立除垢系统。
13.图3a
‑
3c示出了在清洁循环中的不同时间的除垢系统的操作。图3a示出了无水箱热水器的正常操作。图3b示出了在除垢过程期间的热水器。图3c示出了在清洗热水器期间
的热水器。
14.图4是四通阀的示例。
15.图5是图4的四通阀的内圆柱体。
16.图6是图5的内圆柱体的另一视图。
17.图7是说明用于除垢系统的示例性控制器的框图。
18.图8是用于操作除垢系统的示例性流程图。
具体实施方式
19.概括来说，示例性实施例提供用于热水器用自动除垢系统的系统、方法、装置和阀。除垢系统可以是在使用中附接至热水器的独立系统，或者除垢系统可以集成到热水器中。此外，示例性实施例可以位于任何类型(例如，商业、住宅、工业)用户的任何类型的环境(例如，仓库、阁楼、车库、储藏室、机械室、地下室)中。与示例性实施例一起使用的热水器可用于任何数量的过程(例如，自动洗衣机、自动洗碗机、淋浴器、水槽水龙头、加热系统、加湿器)中的一个或多个过程。自动除垢系统可以安装在其中或与之一起安装的热水器的示例类型是加热设备、水池加热设备、空间加热锅炉或其他难以触及的热交换器系统，否则会受到结垢效应的影响。
20.本文所述的用于热水器(或其部件，包括控制器)的自动除垢系统可以由多种合适材料中的一种或多种制成，以允许该装置和/或系统的其他相关部件满足某些标准和/或规定，同时还考虑到装置和/或系统的其他相关部件可能暴露的一种或多种条件而保持耐用性。这种材料的示例可以包括但不限于铝、不锈钢、铜、玻璃纤维、玻璃、塑料、pvc、陶瓷和橡胶。
21.在此描述的用于热水器(或其部分)的自动除垢系统的部件可以由单件制成(如来自模具、注塑模具、压铸、或挤压工艺)。可附加地或可替代地，用于热水器(或其部分)的自动除垢系统可以由相互机械联接的多个零件制成。在这种情况下，该多个零件可以使用多种联接方法中的一种或多种相互机械联接，所述多种联接方法包括但不限于环氧树脂、熔焊、钎焊、紧固装置、压配合、匹配螺纹、和带槽配件。相互机械联接的一个或多个部件可以以若干方式中的一种或多种联接至彼此，包括但不限于固定地、铰接地、可移除地、可滑动地和螺纹地联接。
22.在示出了用于热水器的自动除垢系统的示例性实施例的前述附图中，可以省略、重复和/或替换所示的部件中的一个或多个。因此，用于热水器的自动除垢系统的示例性实施例不应被认为局限于任何附图中所示的部件的特定布置。例如，一个或多个附图中所示的或关于一个实施例所述的特征可以应用于与不同的附图或描述相关联的另一实施例。此外，用于热水器的自动除垢系统可以是与热水器分开的系统。例如，自动除垢系统可以作为独立系统出售，然后安装在已经运行的热水器系统中。自动除垢系统也可以集成到无水箱热水器中。
23.另外，如果一个附图中的部件被描述但未在该附图中明确示出或标记，则用于另一个附图中的对应部件的标记可以推断为该部件。反之，如果一个附图中的部件被标注但未进行描述，则对该部件的描述可以与另一个附图中对应部件的描述基本相同。此外，除非明确说明，否则特定实施例(例如，如本文中的附图中所示)不具有特定特征或部件的陈述
并不意味着该实施例不能够具有该特征或部件。例如，为了本文当前或未来权利要求的目的，被描述为不包括在一个或多个特定附图中所示的示例性实施例中的特征或部件能够被包括在对应于所述一个或多个特定附图的一个或多个权利要求中。
24.在一些情况下，示例性实施例可以满足某些标准和/或要求。制定和/或维护标准的实体示例包括但不限于能源部(doe)、国家电气规范(nec)、国家电气制造商协会(nema)、国际电工委员会(iec)、美国机械工程师协会(asme)、美国国家消防协会(nfpa)、美国采暖、制冷和空调工程师协会(ashrae)、保险商实验室(ul)以及电气和电子工程师协会(ieee)。当需要时，本文所述的示例性实施例的使用可以满足(和/或允许对应的热水器系统或其部分满足)这样的标准。
25.下文将参照附图更详细地描述用于热水器的自动除垢系统的示例性实施例，在这些附图中示出了用于热水器的除垢系统的示例性实施例。然而，具有自动除垢系统的热水器可以以多种不同的形式体现并且不应被解释为限于本文阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将具有硬水确定的热水器的范围充分传达给本领域普通技术人员。为了一致性，各个附图中的相似但不一定相同的元件(有时也称为部件)由相似的附图标记表示。
26.诸如“第一”、“第二”、“第三”、“顶”、“底”、“侧”和“内”的术语仅用于区分一个部件(或部件的一部分或部件的状态)和另一个部件。这些术语并不意味着表示偏好或特定取向，并且不意味着限制用于热水器的自动除垢系统的实施例。在示例性实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的更透彻的理解。然而，对于本领域普通技术人员来说显然的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的特征以避免不必要地使描述复杂化。
27.如本文所使用的“连接”是指直接连接或通过另一部件连接。如本文所使用的“流体连接”是指直接连接或通过另一部件连接的多个部件，并且流体还可以在它们之间移动但不会泄漏。例如，阀和泵可以通过管流体连接。如果阀位于两个流体连接的部件之间，则只要流体路径可行，这些部件仍被视为流体连接。如本文所使用的“配件”是指紧固到一个或多个管或管道部段的部件。如本文所使用的“管路”是指不透水管道，例如管。
28.图1示出了具有集成式自动除垢系统的示例性无水箱热水器100。无水箱热水器100包括连接至进水口管路104的进水口配件102，该进水口管路通常从市政水源或从水井接收未加热的水。水流入进水口管路104，然后流入热交换器106，该热交换器使用动力源，例如电或燃气(如图所示)，产生热量，热量然后与水进行交换，从而加热水。热交换器106中的热量可以通过电或燃气产生。经加热的水从热水管路115流入四通阀组件114。然后经加热的水可以通过出水口管路108和出口配件110流出无水箱热水器100，所述出口配件可以连接至热水管。无水箱热水器100和除垢系统的操作由控制器112控制。集成式除垢系统包括四通阀组件114和介质隔室117。介质隔室117连接至清洁介质入口管路136和清洁介质出口管路137。无水箱热水器100还可以包括在无水箱热水器的正常操作中使用的阀116。无水箱热水器100还包括回流配件118、回流管路120和回流泵122，所述回流配件、回流管路和回流泵配置成通过管道系统循环热水，以便保持热水可用于即时需求。四通阀组件114还连接至排放管路124和配置成连接至排放管的排放配件126。
29.无水箱热水器100中还包括点火器128(有时也称为燃烧器128)、空气移动装置130
和通气部132。无水箱热水器100的点火器128可以是火焰或其他热源，在检测到对热水的需求时，其被点燃或以其他方式启动(即，电)。可以使用进气口管路134通过阀116将燃料(例如，天然气、丙烷)输送到点火器128。进气口管路连接至气体配件140。还可以包括硬水传感器142。
30.无水箱热水器100可以包括多个信号和/或动力传输链路(未示出)。信号和/或动力传输链路还可以用于在无水箱热水器100的部件之间传输信号和/或动力。例如，在控制器112和四通阀组件114之间；控制器112与任一阀116之间；控制器112与空气移动装置130之间；控制器112和点火器128之间。信号传输链路可以是有线的或无线的。
31.可以从控制器112向四通阀组件114发送信号以便控制从四通阀114输出的水的方向。四通阀组件114的输入来自热水管路115。然而，取决于四通阀组件114的旋转，四通阀组件114的输出是到热水出水口管路108、排放管路124或清洁介质入口管路136。
32.空气移动装置130可以用于将点火器128产生的热量导向热交换器106。空气移动装置130可以是风扇、鼓风机和/或任何其他将由点火器128产生的热量推向热交换器106的装置。空气移动装置130可以自动控制或者由控制器112控制。
33.热交换器盘管138填充有在其中循环的水。盘管138的一端联接至进水口管路104，从而接收未加热的水。当水循环通过盘管138时，它继续吸收由盘管138从点火器128吸收的热量。盘管138中的水可以使用泵、重力、压差和/或任何其他用于循环水的方法循环。当水到达热交换器106的盘管138的另一端时，水已经吸收了足够的热量而变成热水。热交换器106的盘管138的该另一端联接至热水管路115、四通阀组件114，所述四通阀组件也连接至热水出水口管路108并且可以将热水输送到连接至出口配件110的管。
34.本领域普通技术人员将理解，无水箱热水器可以具有多种其他构造中的任一种。在任何情况下，控制器112都可以知道关于无水箱热水器100的装置、部件、额定值、定位和任何其他相关信息。在一些情况下，无水箱热水器100的一个或多个装置(例如，四通阀组件114)可以具有其自己的本地控制器。在这种情况下，控制器112可以使用附加的信号传输链路与本地控制器通信。无水箱热水器100还可以包括通常被认为是该设备系统的一部分的多个其他部件，为了简洁起见未示出这些其他部件。
35.图2是用于热水器的独立除垢系统200的示例。独立除垢系统200包括四通阀组件202、清洁介质隔室204和控制器206。可任选地包括泵208。独立除垢系统容纳在除垢组件壳体210中，该壳体包括用于待附接管的四个配件：热水进水口配件212，其配置成连接至热水器的热水出水口；热水出水口配件214，其配置成附接至热水管；排放配件216，其配置成连接至排放部；和热水器入口配件218，其配置成连接至热水器的回流管路或进水口。例如，来自热水器入口配件218的管路可以通过使用止回阀连接至回流管路或进水口。如果泵已经安装有回流管路，则系统中可以不需要泵208。热水进水口配件212连接至热水进水口管路220，该热水进水口管路还连接至四通阀组件202的入口；热水出水口配件214连接至热水出水口管路222，该热水出水口管路还连接至四通阀组件202的出口；排放配件216连接至排放管路224，该排放管路还连接至四通阀组件202的出口。四通阀组件202的出口还连接至清洁介质入口管路226，该清洁介质入口管路则连接至泵208和清洁介质隔室204。清洁介质隔室204连接至清洁介质出口管路228，然后连接至热水器入口配件218。这样，水被泵送通过热水进水口管路220、通过四通阀组件202进入清洁介质入口管路226、并进入清洁介质隔室
204，在所述清洁介质隔室中清洁介质被混合到水中。与清洁介质混合的水然后被泵送通过清洁介质出口管路228，然后将通过回流管路或进水口管路泵回到热水器中。四通阀组件202的入口一次只能流体连接至四通阀组件202的三个出口中的一个出口。控制器206通过信号传输链路230连接至四通阀组件202上的马达(未示出)。泵208也可以通过信号传输链路230连接至控制器206。流动方向如箭头326所示。
36.图3a
‑
3c示出了集成在热水器内的示例性自动除垢系统的操作，该热水器具有回流管路302、回流管路泵(未示出)、进水口管路304、电磁阀306和所安装的控制器308。自动除垢系统包括四通阀组件310、进水口管路312、热水出水口管路314、排放管路316、清洁介质入口管路318、清洁介质出口管路319和清洁介质隔室320。止回阀322可以安装在清洁介质出口管路319和回流管路302之间。电磁阀306安装在进水口管路304中并且控制水从进水口管路流动到热水器中。泵(未显示)安装在回流管路中。当回流管路中的泵被激活时，水从建筑物中的热水管路回流通过热水器，从而使热水管内的所有水保持是热的。控制器308通过信号传输链路324连接至四通阀组件310和电磁阀306。水的流动方向326在图3a
‑
3c中用虚线箭头示出。
37.图3a示出了在主动加热水期间无水箱热水器的正常操作。电磁阀打开，水通常从市政水源或从水井通过进水口管路304流入到热交换器中(见图1)。当回流泵工作时，水也通过回流管路302流入到热交换器中。在被热交换器加热之后，水流入进水口管路312，通过四通阀组件310，进入热水出水口管路314。四通阀组件310配置成使水从进水口管路312流入到热水出水口管路314、排放管路316或清洁介质入口管路318中。四通阀组件配置成使得在四通阀组件310内没有流体在热水出水口管路314、排放管路316或清洁介质入口管路318之间被交换。
38.当控制器308确定应该启动除垢过程时，控制器308向四通阀组件310上的马达发送信号，该马达旋转四通阀组件310，使得流体仅从进水口管路312移动到清洁介质入口管路318。控制器还关闭电磁阀306，使得没有新水可以流入系统。
39.图3b示出了当四通阀组件310使流体从进水口管路312移动到清洁介质入口管路318时的清洁过程的第一步骤。在该步骤中，电磁阀306如上所述关闭，所以没有水从市政水源进入热水器。相反，回流管路中的泵被激活，已经在热水器内的水由该泵循环通过回流管路302、进入热交换器、通过进水口管路312、通过四通阀组件310、进入清洁介质入口管路318、通过清洁介质隔室320、进入清洁介质出口管路319、并返回回流管路302。当水循环通过这些管路时，水通过清洁介质隔室310，清洁介质被溶解或悬浮在水中。清洁介质随后与水一起循环通过无水箱热水器，从而对无水箱热水器内的管路进行除垢。另外，可以在除垢循环期间暂停泵，以便让清洁介质浸泡热水器。
40.当控制器308确定已经经过足够时间，或者已经经过足够的循环通过清洁介质室的循环次数时，控制器308向四通阀组件310上的马达发送信号，该马达使四通阀组件310旋转，使得流体仅从进水口管路312移动到排放管路316，如图3c所示。控制器308还打开电磁阀306，从而允许新水进入热水器。然后水通过进水口管路进入无水箱热水器，通过盘管清洗，然后通过进水口管路312返回，从排放部316排出，从而将清洁溶液冲洗出无水箱热水器，不会让任何清洁溶液回到热水供应装置中而被用户使用。
41.图3b和3c中所示的构造可以由控制器308确定来回循环。在清洁材料最后清洗之
后(图3c)，无水箱热水器可以恢复正常操作，如图3a所示。
42.清洁介质位于清洁介质隔室320的内部。介质隔室可以是除垢系统固有的，或者清洁隔室可以添加到除垢系统中。例如，介质隔室可以是插入除垢系统或热水器中的筒或舱。在一些实施例中，介质隔室是一次性介质容器。在另一个实施例中，介质隔室是可再填充的盒。可再填充的盒可以邮寄给分销商并可以回收。在一些实施例中，介质容器是一次性容器，例如舱，其中管道可以给容器穿孔以接近介质。介质隔室也可以是独立可识别的，例如通过盒编码机构。在一些实施例中，盒编码机构可以是例如rfid、eeprom、磁条和/或条形码。
43.清洁介质可以是用于对设备进行除垢的任何类型的介质，例如化学清洁介质或研磨清洁介质。化学清洁介质的示例是乙酸、盐酸和柠檬酸。
44.在本公开中可以使用任何四通阀组件，其允许一个入口一次流体连接至三个出口之一。图4
‑
6公开了可以在自动除垢系统内使用的四通阀组件的一个示例。
45.图4是四通阀组件400的外部视图。旋转式四通阀组件包括马达402、壳体404和在壳体404内部的圆柱体(见图5和图6)。壳体404包括外入口孔406、外出口孔408、外清洁孔410和外排放孔412。壳体还包括配置成容纳圆柱体的内圆柱形腔。
46.图5示出了包括驱动器500和圆柱体502的阀400的内部视图。驱动器500附接至圆柱体502。驱动器500插入马达402中，并且当马达402转动驱动器500时，圆柱体502也转动。圆柱体502位于壳体404的内圆柱形腔内。内通孔504延伸穿过圆柱体502的直径并且可以与外入口孔406和外出口孔408对准。凹口506连接至内通孔504的一端并绕圆柱体502的圆周延伸约130度。当圆柱体502顺时针旋转时，虽然内通孔不与外入口孔406和外出口孔408对准，但外入口孔406仍然通过凹口506在约120度旋转内流体连接至内通孔406，而外出口孔408不流体连接至内通孔406。内排放孔508从圆柱体502的底部(与马达402相对)延伸并且流体连接至内通孔504。内清洁孔510与内排放孔508分开设置，内清洁孔从圆柱体502的底部(与马达402相对)延伸出并流体连接至内通孔504(图6)。
47.当内通孔504与外入口孔406和外出口孔408对准时，水只能这样移动通过旋转式四通阀组件400：通过外入口孔406、通过内通孔504、从外出口孔408出来(对准在此定义为0
°
)。
48.当圆柱体由马达从0
°
旋转60
°
时，外出口孔408移动成不与内通孔408对准，并且与水流隔断。然而，外入口孔406仍然通过凹口506与内通孔504流体连接。在60
°
旋转时，内清洁孔510与外清洁孔410对准，而内排放孔508不与外排放孔412对准。因此，在60
°
时，水只能这样移动通过旋转式四通阀组件400：通过外入口孔406、通过凹口506、通过内通孔504、通过内清洁孔510，从外清洁孔410出来。
49.当圆柱体由马达从0
°
旋转120
°
时，外出口孔408不与内通孔408对准，并且与水流隔断。然而，外入口孔406仍然通过凹口506与内通孔流体连接。在120
°
旋转时，内排放孔508与外排放孔412对准，而内清洁孔510不与外清洁孔410对准。因此，在120
°
时，水只能这样移动通过旋转阀组件400：通过外入口孔406、通过凹口506、通过内通孔504、通过内排放孔508、从外排放孔412出来。
50.马达402可以是能够将内部的圆柱体旋转到适当位置以将入口连接至适当出口的任何类型的马达。在一些实施例中，马达是步进马达或伺服马达。伺服马达可以包括带限位
开关的ac/dc马达或编码器。o形环位于旋转式四通阀组件400各处，根据需要隔离流体通路并防止泄漏。
51.如果除垢系统集成到热水器中，则热水器的控制器还可以起到控制除垢系统的作用。如果除垢系统是独立除垢系统，则该独立除垢系统也可以包括控制器。在实施例中，独立除垢系统包括配置成与热水器的控制器接口连接的控制器。下面的图7示出了集成到热水器中的控制器的实施例。在图7的控制器700内示出的许多部分和功能也可以在独立系统的控制器内使用。应当理解，独立系统的控制器不一定需要下面图7所述的起作用以在正常操作期间控制热水器的运行的所有部件。因此，图7所示的控制器700存在这样的部件，其可能被排除在独立除垢系统上的控制器之外。
52.图7是控制器700的示例性实施例，其被集成到无水箱热水器中并且可以包括若干部件中的一个或多个。这样的部件可以包括但不限于控制引擎702、通信模块704、计时器706、能量计量模块708、电力模块710、存储库712、硬件处理器714、存储器716、收发器718和应用接口720。图7还示出了控制器700至一个或多个输入/输出(i/o)装置724、用户726、传感器742、阀744和电力供应装置722的示例性连接。总线(未示出)可以允许各个部件和装置相互通信。总线可以是多种类型的总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、加速图形端口以及使用各种总线架构中的任一种的处理器或本地总线。总线可以包括有线和/或无线总线。图7中所示的部件不是穷尽的，并且在一些实施例中，图7所示的部件中的一个或多个可能不包括在示例性系统中。此外，可以重新布置图7所示的一个或多个部件。示例性控制器的任何部件都可以结合到无水箱热水器中，并且可以与无水箱热水器的一个或多个其他部件分立或组合。
53.用户726可以是与自动除垢系统、无水箱热水器和/或控制器700交互的任何人或实体。用户726的示例可以包括但不限于工程师、使用热水的设备或过程、电工、仪表和控制技术人员、机械师、操作员、顾问、承包商、业主、房东、建筑管理公司和制造商代表。可以有一个或多个用户726。
54.用户726可以使用用户系统(未示出)，其可以包括显示器(例如，gui)。用户726可以经由应用接口720(如下所述)与控制器700交互(例如，向控制器发送数据，从控制器接收数据)。用户726还可以与无水箱热水器(包括其任何部件，例如一个或多个传感器装置)和/或电力供应装置722交互。用户726、控制器700、无水箱热水器、四通阀组件736和电力供应装置722可以使用信号传输链路734进行传导。
55.每个信号传输链路734均可以包括有线(例如，1类电缆、2类电缆、电连接器、电导体、电路板上的电迹线、电力线载体、dali、rs485)和/或无线(例如，wi
‑
fi、可见光通信、蜂窝网络、蓝牙、wirelesshart、isa100)技术。例如，信号传输链路734可以是(或包括)一个或多个电导体，所述电导体联接至控制器700和四通阀组件736。信号传输链路734可以在控制器700、用户726、无水箱热水器(包括其部件)和/或电力供应装置722之间传输信号(例如，通信信号、控制信号、数据)。
56.电力供应装置722向无水箱热水器的一个或多个部件(例如，四通阀组件736、控制器700、热交换器)提供电力。电力供应装置722可以包括若干单个或多个分立部件(例如，晶体管、二极管、电阻器)中的一个或多个和/或微处理器。电力供应装置722可以包括印刷电路板，微处理器和/或一个或多个分立部件位于该印刷电路板上。
57.电力供应装置722可以包括一个或多个部件(例如，变压器、二极管桥、逆变器、转换器)，所述部件从加热系统100外部的独立电源接收电力(例如，通过电缆)并产生一定类型(例如，ac、dc)和级别(例如，12v、24v、120v)的电力，所述电力可以由无水箱热水器和/或自动除垢系统的一个或多个部件使用。另外或替代地，电力供应装置722本身可以是电源。例如，电力供应装置722可以是电池、本地光伏电力系统或一些其他独立电源。
58.根据一个或多个示例性实施例，用户726、电力供应装置722和/或四通阀组件736可以使用应用接口720与控制器700交互。具体地，控制器700的应用接口720从用户726、电力供应装置722和/或无水箱热水器的其他部件接收数据(例如，信息、通讯、指令、固件更新)以及向用户、电力供应装置和/或无水箱热水器的其他部件发送数据(例如，信息、通讯、指令)。在某些示例性实施例中，用户726、电力供应装置722和无水箱热水器的其他部件可以包括用于从控制器700接收数据和向该控制器发送数据的接口。这种接口的示例可以包括但不限于图形用户界面、触摸屏、应用程序编程界面、键盘、监测器、鼠标、网络服务、数据协议适配器、一些其他硬件和/或软件、或其任何合适的组合。
59.在某些示例性实施例中，控制器700、用户726、电力供应装置722和/或无水箱热水器的其他部件可以使用它们自己的系统或者可以共享系统。这种系统可以是或包含一种形式的基于因特网或基于内联网的计算机系统，其能够与各种软件进行通信。计算机系统包括任何类型的计算装置和/或通信装置，所述计算装置和/或通信装置包括但不限于控制器700。这种系统的示例可以包括但不限于具有lan、wan、互联网或内联网访问的台式计算机，具有lan、wan、互联网或内联网访问的膝上型计算机，智能手机，服务器，服务器群，android装置(或等同)，平板电脑，智能手机，以及个人数字助理(pda)。此外，如上所述，这样的系统可以具有对应的软件(例如，用户软件、传感器装置软件)。一个系统的软件可以是无水箱热水器内另一个系统的软件的一部分，也可以单独地但与另一个系统的软件结合地运行。
60.存储库712可以是持久性存储装置(或装置组)，其存储用于帮助控制器700与用户726、电力供应装置722和无水箱热水器和/或自动除垢系统的其他部件通信的软件和数据。在一个或多个示例性实施例中，存储库712存储一个或多个协议728、算法730和所存储的数据732。协议728可以是任何程序(例如，一系列方法步骤)和/或其他类似的操作程序，控制器700的控制引擎702基于某个时间点的某些条件而遵循所述程序。协议728可以包括用于在控制器700与用户726、电力供应装置722和热水器190之间发送和/或接收数据的多个通信协议728中的任何通信协议。协议728可以用于有线和/或无线通信。协议728的示例可以包括但不限于modbus、profibus、以太网和光纤。
61.算法730可以是任何公式、逻辑步骤、数学模型和/或其他合适的操纵和/或处理数据的手段。一种或多种算法730可用于特定协议728。如上所述，控制器700使用由传感器742或输入提供的信息来使用一种或多种协议728和/或一种或多种算法730生成与无水箱热水器的除垢相关的信息。
62.例如，协议728和/或算法730可以规定何时进入除垢循环、运行多少次循环以及何时重新进入正常操作。所述协议728和算法730可以基于从传感器742接收的信息、从用户726输入的数据，或者可以是编程到控制器700中的静态变量。
63.所存储的数据732可以是与无水箱热水器(包括其任何部件)相关的任何数据、由传感器742进行的任何测量、由计时器706测量的时间、对算法730的调整、阈值、用户偏好、
默认值、之前运行或计算的算法730的结果、水系统变量(例如，系统中的水硬度)和/或任何其他合适的数据。这样的数据可以是任何类型的数据，包括但不限于热水器的历史数据、计算、基于实际数据对计算进行的调整、以及由一个或多个传感器装置进行的测量。所存储的数据732可以与例如从计时器706导出的一些时间测量相关。
64.存储库712的示例可以包括但不限于数据库(或多个数据库)、文件系统、硬盘驱动器、闪存、一些其他形式的固态数据存储、或其任何合适的组合。根据一些示例性实施例，存储库712可以位于多个物理机器上，每个物理机器存储协议728、算法730和/或所存储的数据732的全部或一部分。每个存储单元或装置均可以物理地位于相同或不同的地理位置。
65.存储库712可以可操作地连接至控制引擎702。在一个或多个示例性实施例中，控制引擎702包括与用户726、电力供应装置722和无水箱热水器和/或自动除垢系统的其他部件通信的功能。更特别地，控制引擎702向存储库712发送信息和/或从该存储库接收信息以便与用户726、电力供应装置722和其他部件通信。如下所述，在某些示例性实施例中，存储库712还可以可操作地连接至通信模块704。
66.在某些示例性实施例中，控制器700的控制引擎702控制控制器700的一个或多个部件(例如，通信模块704、计时器706、收发器718)的操作。例如，当需要通信模块704发送从另一部件(例如，四通阀组件736)接收的数据时，控制引擎702可以激活通信模块704。
67.作为另一个示例，控制引擎702可以使用计时器706获取当前时间。计时器706可以使控制器700能够控制无水箱热水器内的部件。作为又一示例，控制引擎702可以指示传感器742，例如ph传感器、流量传感器、或温度传感器，来测量参数(例如，电导率、温度、流速、ph)并且通过回复而将测量结果发送给控制引擎702。在一些情况下，控制器700的控制引擎702可以控制无水箱热水器内的阀的位置(例如，打开、关闭、完全打开、完全关闭、50％打开)。在一些实施例中，控制器700可以控制无水箱热水器内的除垢操作的运行。
68.控制引擎702可以配置成执行多个功能，这些功能帮助控制引擎702做出与多个自动除垢操作之间的时间有关的确定(估计)。例如，控制引擎702可以执行存储在存储库712中的任何协议728和/或算法730并且使用那些协议728和/或算法730的结果与用户726通信。下面的图8提供了根据某些示例性实施例的控制引擎702如何运行的更多具体示例。当自动除垢操作启动和/或结束时，控制引擎702可以生成警报或某种其他形式的通信。在一些实施例中，当控制器700确定应该启动除垢操作时，控制器700另外还确定是否应该立即启动除垢操作，或者控制器是否应该等待一额外时间量。例如，控制器700可以等待在更方便的时间运行除垢操作，例如在夜间或在确定热水器使用率较低的时间。
69.使用一种或多种算法730，控制引擎702可以基于传感器数据、所存储的数据732、协议728、一个或多个阈值和/或其他一些因素预测在无水箱热水器100需要进行除垢之前的预期时间。控制引擎702可以跟踪多个除垢操作之间的时间并在达到这样的时间时启动自动除垢操作。控制器700还可以在除垢操作期间监测传感器数据以确定何时所有清洁介质已被使用并且在此时恢复正常操作。例如，如果使用化学介质来除垢，则可以使用ph传感器来确定何时所有化学介质都已从系统中清除并且只有干净的水正在循环通过系统。使用一种或多种算法730，控制引擎702还可以基于系统中水的硬度预测所需要的清洁循环的次数(图3b主动清洁和图3c清洗)。确定是否需要额外清洁循环的一个实施例将利用tds/硬度传感器并查看清洁剂的tds或电导率——随着水垢的去除，tds或电导率将增加。然后该算
法运行清洁循环，直到不再达到阈值tds。另一个示例方法是利用基于供水硬度和清洁间隔时间的经验数据。
70.控制引擎702可以连续地、周期性地、在特定时间间隔期间或随机地执行其评估功能和由此引起的动作。此外，控制引擎702可以针对当前时间或未来一段时间执行该评估。例如，在无水箱热水器的第一次起动期间，控制引擎702可以使用传感器742的数据来基于传感器数据确定所调节的电导率，例如一定体积水中的总溶解固体，并将确定结果输出到用户。控制引擎702还可以提示用户726在系统中输入水的硬度以用于预测除垢时间。
71.在某些实施例中，控制器700的控制引擎702可以与无水箱热水器100外部的系统的一个或多个部件(例如，网络管理器)通信。例如，控制引擎702可以与通过订购用于对控制引擎702已经确定的需要除垢的无水箱热水器进行除垢的部件(例如，清洁介质)来与库存管理系统交互。
72.控制器700的电力模块710向控制器700的一个或多个其他部件(例如，计时器706、控制引擎702)提供电力。另外，在某些示例性实施例中，电力模块710可以向无水箱热水器100的一个或多个部件(例如，热交换器104)提供电力。
73.控制器700的能量计量模块708在与热水器相关的一个或多个点(例如，电力供应装置722的输出)处测量一个或多个电力分量(例如，电流、电压、电阻、var、瓦特)。电力计量模块708可以包括多种测量装置和相关装置中的任何测量装置和相关装置，包括但不限于电压表、电流表、功率表、欧姆表、电流互感器、电压互感器和电线。
74.电力模块710可以包括一个或多个部件(例如，变压器、二极管桥、逆变器、转换器)，所述部件从电力供应装置722接收电力(例如，通过电缆)并生成一定类型(例如，ac、dc)和级别(例如，12v、24v、120v)的电力，所述电力可以由控制器700的其他部件和/或由热水器使用。
75.另外或替代地，电力模块710本身可以是电源，用以向控制器700的其他部件提供信号。例如，电力模块710可以是电池。作为另一个示例，电力模块710可以是本地光伏电源系统。在某些示例性实施例中，例如，控制器700的电力模块710还可以直接或间接地向四通组件736、传感器742和阀744提供电力和/或控制信号。在这种情况下，控制引擎702可以将电力模块710生成的电力引导到这些装置中的一个或多个。以此方式，根据控制引擎702所确定的，当那些装置需要电力时，可以通过向这些装置发送电力来节省电力。
76.控制器700的硬件处理器714根据一个或多个示例性实施例执行软件、算法730和固件。特别地，硬件处理器714可以在控制引擎702或控制器700的任何其他部分上执行软件以及由用户726、电力供应装置722和热水器(或其部分)使用的软件。在一个或多个示例性实施例中，硬件处理器714可以是集成电路、中央处理单元、多核处理芯片、soc、包括多个多核处理芯片的多芯片模块、或其他硬件处理器。硬件处理器714还已知有其他名称，包括但不限于计算机处理器、微处理器和多核处理器。
77.在一个或多个示例性实施例中，硬件处理器714执行存储在存储器716中的软件指令。存储器716包括一个或多个高速缓冲存储器、主存储器和/或任何其他合适类型的存储器。存储器716可以包括易失性和/或非易失性存储器。根据一些示例性实施例，存储器716相对于硬件处理器714分立地位于控制器700内。在某些构造中，存储器716可以与硬件处理器714集成。
78.在某些示例性实施例中，控制器700不包括硬件处理器714。在这种情况下，控制器700可以包括例如一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、一个或多个绝缘栅双极晶体管(igbt)以及一个或多个集成电路(ic)。使用fpga、igbt、ic和/或本领域已知的其他类似装置允许控制器700(或其部分)可编程并根据某些逻辑规则和阈值起作用，无需使用硬件处理器。可替代地，fpga、igbt、ic和/或类似装置可以与一个或多个硬件处理器714结合使用。
79.控制器700的收发器718可以发送和/或接收控制和/或通信信号。特别地，收发器718可用于在控制器700与用户726、电力供应装置722和无水箱热水器(或其部分)之间传输数据。收发器718可以使用有线和/或无线技术。
80.存储器716代表一个或多个计算机存储介质。存储器716包括易失性介质(例如，随机存取存储器(ram))和/或非易失性介质(例如，只读存储器(rom)、闪存、光盘、磁盘等等)。存储器716包括固定介质(例如，ram、rom、固定硬盘驱动器等等)以及可移动介质(例如，闪存驱动器、可移动硬盘驱动器、光盘等等)。
81.一个或多个i/o装置724允许客户、公用事业或其他用户向无水箱热水器输入命令和信息，并且还允许将信息呈现给客户、公用事业或其他用户和/或其他部件或装置。输入装置的示例包括但不限于键盘、光标控制装置(例如，鼠标)、麦克风、触摸屏和扫描仪。输出装置的示例包括但不限于显示装置(例如，显示器、监视器或投影仪)、扬声器、对照明网络的输出(例如，dmx卡)、打印机和网卡。
82.本文在软件或程序模块的概括性上下文中描述了各种技术。通常，软件包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等等。这些模块和技术的实现存储在某种形式的计算机可读介质上或通过某种形式的计算机可读介质传输。计算机可读介质是计算装置可访问的任何可用的非暂时性介质或非暂时性介质。作为示例而非限制，计算机可读介质包括“计算机存储介质”。
83.图8示出了一示例性实施例的流程图。虽然流程图中的各个步骤是按顺序呈现和描述的，但是本领域普通技术人员将理解，可以以不同的顺序执行，可以组合或省略这些步骤中的一些或所有步骤，并且取决于示例性实施例，可以并行执行这些步骤中的一些或所有步骤。此外，在这些示例性实施例中的一个或多个示例性实施例中，以下描述的步骤中的一个或多个步骤可以被省略、重复和/或以不同的顺序执行。另外，本领域普通技术人员将理解，在某些示例性实施例中，在执行这些方法时可以包括图8中未示出的附加步骤。
84.因此，步骤的具体布置不应被解释为限制范围。另外，例如在上面的图7中所描述的特定计算装置用于执行以下在某些示例性实施例中描述的方法的步骤中的一个或多个步骤。对于下面描述的方法，除非另外特别说明，控制器700执行某些功能的描述可以应用于控制器700的控制引擎702。
85.图8的示例性方法始于“开始”步骤。例如，“开始”可以在安装和设置热水器期间进行。在步骤802中，设置除垢时间变量，该变量确定在启动除垢过程之前应该经过的时间量。除垢时间变量可以设置为特定日期，或者可以是需要经过的时间量，例如预定的时间量。除垢时间(预定时间)可以是设定的时间段，例如1年、11个月、10个月或9个月。除垢时间可以基于其他变量来计算，例如将通过热水器的水的硬度。一旦除垢时间已经经过，或者出现除垢日期和时间，就启动除垢过程(步骤806)。四通阀组件定位成使得从热水器输出的热水转向通过清洁介质隔室，该清洁介质隔室将清洁介质混合到水中并使清洁介质循环返回热水
器(步骤810)。在步骤810中，将热水器连接至新水的入口阀关闭。清洁介质水可以在设定的时间段内不断循环返回热水器，和/或水循环可以暂停，使得热水器浸泡清洁介质水。在步骤812中，从热水器中清除清洁介质水。在该步骤中，四通阀组件定位成使得从热水器输出的热水被转向至排放管路，而允许清洁水的阀打开使得清洁水从进水口管路进入热水器。步骤812可以进行预定的时间量，或者热水器可以监测变量，例如ph，以确定何时所有清洁介质水已经被从热水器清除。在步骤814中，如果控制器确定应该运行另一个循环，则过程返回到步骤810。清洁循环的次数可以是设定的循环量，例如0、1、2、3、4、5、6、或7，或者控制器可以计算所需的循环次数。如果没有进入另一个循环，则控制器使热水器返回到正常操作状态并再次起动时钟。
86.自动除垢系统以自动化方式清洁和保护无水箱水加热单元，从而减少客户一方的辛苦，确保最佳性能，并提供整个系统保护。通过监测和例行清洁所述单元，自动除垢系统保护设备，同时将客户所需的维护和关注降至最低，并降低总体维护成本。该系统可以允许进行例行清洁，无需管道工提供的专业服务。
87.虽然本文描述的实施例是参考示例性实施例进行的，但是本领域技术人员应该理解，各种修改都在本公开的范围内。本领域技术人员将理解，本文描述的示例性实施例不限于任何具体讨论的应用，并且本文描述的实施例是说明性的而非限制性的。根据示例性实施例的描述，其中所示的元素的等同物对于本领域技术人员而言是显然的，并且使用本公开构造其他实施例的方式对于本领域从业人员而言是显然的。因此，示例性实施例的范围在此不受限制。