热水器、水垢检测系统及方法与流程

1.本发明涉及换热系统技术领域，特别涉及一种热水器、水垢检测系统及方法。


背景技术：

2.热水装置是一种用于产生热水的装置。现有的热水装置包括：热水器、锅炉等。
3.由于水中含有钙镁离子，经过加热后的钙镁离子析出变成水垢，粘附在热水装置的内壁上。水垢是随着热水装置在工作过程中逐渐结厚的，结厚到一定程度时，需要进行及时清除，否则，不仅会影响传热效果，造成能源的浪费；而且会导致局部温度过高，进而可能导致漏水。
4.为了解决热水装置在使用过程中累积的水垢对其工作性能和使用可靠性等的负面影响，有必要对水垢进行测厚，从而及时提醒用户进行清理。
5.为了对水垢的厚度进行检测，可以采用的一种方式是增设水垢检测装置。然而，目前的水垢检测装置使用时，检测精度还不能满足使用要求，特别是无法针对不同的使用工况进行准确适配。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种热水器、水垢检测系统及方法，其能够保证在不同的工况下，均能可靠、及时地提醒用户清理水垢。
7.本发明实施例的具体技术方案是：
8.一种水垢检测方法，包括：
9.获取热水装置的换热区的第一温度；
10.获取表示所述热水装置中水温的第二温度，并获取所述第一温度和所述第二温度的温度差；
11.当满足下述至少一个判断条件时，确定所述热水装置内的水垢生成量达到预设阈值；所述判断条件包括：
12.所述第一温度不小于预设温度阈值；
13.所述温度差不小于预设温度差阈值。
14.进一步的，所述水垢检测方法还包括：在所述热水装置中的流量小于第一预设流量或大于第二预设流量时，所述第一温度不小于预设温度阈值的判断条件被优先触发。
15.进一步的，所述水垢检测方法还包括：在所述热水装置中的流量大于第一预设流量且小于第二预设流量时，所述温度差不小于预设温度差阈值的判断条件被优先触发。
16.进一步的，所述水垢检测方法还包括：获取所述热水装置中的流量，当所述热水装置中流量小于第一预设流量或大于第二预设流量时，所述判断条件为所述第一温度不小于预设温度阈值；当所述热水装置中流量大于第一预设流量且小于第二预设流量时，所述判断条件为所述温度差不小于预设温度差阈值。
17.进一步的，所述水垢检测方法以相同的时间节点同步执行或以不同的时间节点交替执行所述第一温度不小于预设温度阈值和所述温度差不小于预设温度差阈值的判断条件。
18.进一步的，所述换热区包括相对的高温换热区和低温换热区，获取所述高温换热区温度作为所述第一温度。
19.进一步的，所述热水装置包括水箱，所述第二温度为所述热水装置的水箱中的水温。
20.进一步的，所述预设温度阈值处于60℃至110℃之间。
21.进一步的，所述预设温度差阈值处于8℃至30℃之间。
22.一种水垢检测系统，包括：
23.第一温度检测件，用于获取热水装置的换热区的第一温度；
24.第二温度检测件，用于获取表示所述热水装置中水温的第二温度；
25.控制器，与所述第一温度检测件和第二温度检测件通信，用于基于所述第一温度检测件获取的第一温度、所述第二温度检测件获取的第二温度，获取所述第一温度和所述第二温度的温度差；并在满足下述至少一个判断条件时，确定所述热水装置内的水垢生成量达到预设阈值；所述判断条件包括：所述第一温度不小于预设温度阈值；所述温度差不小于预设温度差阈值。
26.一种热水器，包括：如上述所述的水垢检测系统。
27.进一步的，所述热水器还包括：换热机构，所述换热机构设置有至少一个换热流道，所述换热流道用于流经换热流体；水箱，所述换热流体流经所述换热流道时能与所述水箱中的水进行换热，使所述换热机构形成相对的高温换热区和低温换热区，所述换热流体依次流经所述高温换热区和所述低温换热区。
28.进一步的，所述第一温度检测件设置在与所述高温换热区对应的水箱区域的水箱壁。
29.进一步的，所述第一温度检测件设置在距离所述换热机构第一高度范围内的水箱壁上，所述第二温度检测件至所述第一温度检测件在所述水箱的高度方向上形成预定高度间距。
30.进一步的，所述第二温度检测件在沿换热流体流动方向上设置在所述第一温度检测件下游。
31.进一步的，所述第一高度范围为5厘米至60厘米。
32.进一步的，所述水箱设置有进水口和出水口，所述第二温度检测件相较于所述水箱的进水口以预设间距设置。
33.进一步的，所述第二温度检测件设置在所述进水口处。
34.进一步的，所述水箱具有相对的顶壁和底壁以及围设在所述顶壁和底壁之间的侧壁，所述换热流道穿设在所述水箱中，所述高温换热区为所述换热流道最先与所述水箱接触的区域。
35.进一步的，当所述换热流道自所述底壁贯穿所述水箱至所述顶壁，且所述换热流体自所述底壁向所述顶壁流动时，所述高温换热区为所述换热流道与所述水箱的底壁相接触的区域；或者，当所述换热流体自所述顶壁向所述底壁流动时，所述高温换热区为所述换
热流道与所述水箱的顶壁相接触的区域；或者，当所述换热流道最先与所述水箱的侧壁接触时，所述高温换热区为所述换热流道与所述水箱的侧壁相接触的区域。
36.进一步的，所述换热流道为换热烟管，所述换热烟管贯穿所述水箱，所述换热烟管的管壁外侧与所述顶壁和底壁固定或者与侧壁固定。
37.本发明的技术方案具有以下显著有益效果：
38.本技术所提供的热水器、水垢检测系统及方法，针对不同的工况灵活适配判断条件，用于准确判断热水装置(热水器)内的水垢生成量是否已经达到预设阈值。也就是说，本说明书中所提供的水垢检测方法可以针对不同的工况自动适配不同的判断条件，从而保证在不同的工况下，均能可靠、及时地提醒用户清理水垢。
39.参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
40.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
41.图1为本技术实施方式中提供的水垢检测方法的步骤流程图；
42.图2为产生水垢后，热水装置处于静态工况下的温度曲线图；
43.图3为产生水垢后，热水装置处于大流量工况下的温度曲线图；
44.图4为产生水垢后，热水装置处于小流量工况下的温度曲线图；
45.图5为产生水垢前，热水装置处于静态工况下的温度曲线图；
46.图6为产生水垢前，热水装置处于大流量工况下的温度曲线图；
47.图7为产生水垢前，热水装置处于小流量工况下的温度曲线图；
48.图8为本技术实施方式中提供的一种热水器结构示意图；
49.图9为本技术实施方式中提供的第一种热水器的第一温度检测件和第二温度检测件的分布示意图；
50.图10为本技术实施方式中提供的第二种热水器的第一温度检测件和第二温度检测件的分布示意图；
51.图11为本技术实施方式中提供的第三种热水器的第一温度检测件和第二温度检测件的分布示意图。
52.以上附图的附图标记：
53.1、第一温度检测件；2、第二温度检测件；3、水箱；31、出水口；32、进水口；33、顶壁；34、底壁；35、侧壁；40、换热流道；41、高温换热区；42、低温换热区；5、燃烧器；6、流量检测件；t1、第一温度；t2、第二温度；
△
t、温度差。
具体实施方式
54.下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围内。
55.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
56.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
57.请参阅图1和图8，本技术说明书实施方式中提供了一种水垢检测方法，该水垢检测方法可以包括如下步骤：
58.步骤s10：获取热水装置的换热区的第一温度；
59.步骤s12：获取表示热水装置中水温的第二温度，并获取第一温度和第二温度的温度差；
60.步骤s14：当满足下述至少一个判断条件时，确定热水装置内的水垢生成量达到预设阈值；判断条件包括：第一温度不小于预设温度阈值；温度差不小于预设温度差阈值。
61.在本实施方式中，该水垢检测方法应用在热水装置中，保证在不同的工况下，均能可靠、及时地提醒用户清理水垢。在本说明书中，该热水装置主要以热水器为例进行举例说明，其他形式的热水装置可以以此类比参照，本技术在此不再一一展开说明。
62.热水装置的换热区可以为换热机构中用于向热水装置中的水进行供热的区域。该热水装置设置有用于获取该位置温度的第一温度检测件1。可以利用该第一温度检测件1获取热水装置换热区的第一温度。
63.其中，该热水装置的换热区(流经和/或储存有水的内壁)结垢前后会产生温度变化。在结垢前，该换热区的温度由于与水进行换热，因此不会过高；当结垢后，水垢阻碍了换热区向水进行热传递，该换热区的热量无法及时传到水中，壁面温度会持续上升。
64.在一个实施方式中，换热区可以包括相对的高温换热区41和低温换热区42，获取高温换热区41温度作为第一温度。也即是，该第一温度为高温换热区41的温度。该高温换热区41和低温换热区42可以通过换热机构与热水装置的储水机构换热时形成。例如，当该储水机构为水箱3时，该高温换热区41为换热机构最先与水箱3进行换热的区域。
65.在步骤s10中，可以利用第一温度检测件1获取换热区的第一温度，该第一温度在上述换热区在结垢前后的温度存在差异。在结垢后获取的第一温度高于结垢前的第一温度。
66.在步骤s12中，可以利用第二温度检测件2获取表示热水装置中水温的第二温度。其中，该热水装置可以为设置有水箱3的热水装置，例如，容积式热水器，也可以为设置有换热管的热水装置，例如即热式热水器，还可以其他形式的热水装置。在本说明书中，主要以设置有水箱3的热水装置为例进行举例说明，其他类型的热水器可以进行类比参照。当热水
装置包括水箱3时，第二温度为热水装置的水箱3中的水温。具体的，该第二温度可以为水箱3某个位置的水温，也可以为水箱3内水温的平均值。当该第二温度为水箱3某个位置的水温时，该第二温度的数值可以根据其所检测的水箱3温度点的位置不同而略有不同。
67.基于步骤s10中获取的第一温度和步骤s12中获取的第二温度，可以获取第一温度和第二温度的温度差。在结垢前，该第一温度和第二温度之间形成的温度差不会过大，会在设定的预设温度差阈值范围以内。在结垢后，主要由于第一温度会升高，第一温度与第二温度之间的温度差会达到或超过预设温度差阈值。
68.基于步骤s10中获取的第一温度和步骤s12获取的第一温度和第二温度的温度差，执行步骤s14：当满足下述至少一个判断条件时，确定热水装置内的水垢生成量达到预设阈值。判断条件包括：第一温度不小于预设温度阈值；温度差不小于预设温度差阈值。
69.在本实施方式中，在热水装置整个运行过程中，可以以预设的周期，或者实时地运行两个判断条件。具体的，水垢检测方法以相同的时间节点同步执行或以不同的时间节点交替执行第一温度不小于预设温度阈值和温度差不小于预设温度差阈值的判断条件。也就是说，可以以相同的起点，相同的周期同步执行两个判断条件；也可以以不同的起点，相同的周期交替执行两个判断条件，当然也可能以相同的起点不同的周期，或者以不同的起点和不同的周期异步执行两个判断条件。
70.基于目前的水垢检测精度不足，特别是出现了水垢已经达到需要清理厚度而没有及时对用户进行提醒的情况，发明人对目前的结垢前和结垢后的第一温度、第一温度与第二温度的温度差进行了深入研究。以下结合实验数据进行详细地分析说明。
71.请结合参阅图2至图7，图中示出了热水装置在结垢前和结垢后，在不同流量的工况下，第一温度t1、第二温度t2和第一温度t1与第二温度t2的温度差
△
t所对应的温度曲线。
72.请结合参阅图2和图5，在第一种工况下，在热水装置中的流量小于第一预设流量时，第一温度t1不小于预设温度阈值的判断条件被优先触发。
73.在本实施方式中，当热水装置的流量较小，小于第一预设流量，其具体可以包括两种工况，一种是静态工况，此时用户没有用水；一种是接近静态工况的极小流量工况。也就是说，当流量小于第一预设流量时，所对应的工况包括：一种是用户没有用水；一种是用户用水了，但用水量非常小。对于该种工况，优先触发第一温度t1不小于预设温度阈值的判断条件。
74.其中，预设温度阈值处于60℃至110℃之间。该预设温度阈值的具体设定可以结合热水装置所能设定的最高出水温度、以及用户设定的出水温度进行综合选取。具体的，该预设温度阈值可以为在热水装置所能设定的最高出水温度范围内，将用户设定的出水温度作为预设温度阈值。当然，该预设温度阈值也可以略高于用于设定的出水温度。例如，在本说明书中所示附图中，该预设温度阈值可以为80℃。
75.如图2所示，当该热水装置中有水垢后，在运行过程中，该第一温度t1会持续上升，到某个时间点该第一温度t1会超过预设温度阈值。
76.如图5所示，当该热水装置中没有水垢时，在运行过程中，该第一温度t1会持续上升，但是该第一温度t1不会超过预设温度阈值。
77.基于上述对比分析可知，当热水装置的流量较小，流量小于第一预设流量，接近静
态工况或为静态工况时，通过检测该第一温度t1是否超过该预设温度阈值，可以准确判断出热水装置中的水垢是否达到已经需要清理的厚度。
78.请结合参阅图3和图6，在第二种工况下，在热水装置中的流量大于第二预设流量时，第一温度t1不小于预设温度阈值的判断条件被优先触发。
79.在本实施方式中，当热水装置的流量较大，流量大于第二预设流量，为大流量工况时，优先触发第一温度t1不小于预设温度阈值的判断条件。该大流量工况具体为热水装置处于持续加热状态，出水温度始终还没有达到用户设定的出水温度。
80.其中，预设温度阈值处于60℃至110℃之间。该预设温度阈值的具体设定可以参照上述第一工况的具体描述，本技术在此不再展开赘述。其中，该预设温度阈值可以为80℃。图3中所示出的第一温度的温度曲线，其随着工作时间的增加，在逐渐升高，当运行到一定的时长后，特别是随着水垢厚度的增加，该第一温度t1也会超过80℃。当然，在该第二工况下，该预设温度阈值的具体数值可以不同于第一工况，例如，其可以设定为75℃，从而在水垢达到一定量后，可以及早地提醒用户进行清理。
81.如图6所示，当该热水装置中没有水垢时，或者水垢量很少时，在大流量工况下，该第一温度t1收到热水装置中水温的影响，温度不会过高，图中为小于50℃。
82.请结合参阅图4和图7，在第三种工况下，在热水装置中的流量大于第一预设流量且小于第二预设流量时，温度差
△
t不小于预设温度差阈值的判断条件被优先触发。
83.在本实施方式中，当该热水装置处于上述两种工况之间时，即为小流量工况时，优先触发温度差
△
t不小于预设温度差阈值的判断条件。其中，该小流量工况具体为热水装置处于间断加热状态，出水温度已经能够达到用户设定的出水温度。其中，预设温度差阈值可以处于8℃至30℃之间。具体的，该预设温度差阈值可以根据两个温度检测件的具体设置位置、进水温度等的不同而略有差异。其中，30℃为第一温度t1和第二温度t2形成温度差
△
t的极限值。
84.在图4和图7中，该预设温度差阈值选取20℃。当第一温度t1和第二温度t2形成的温度差
△
t达到或超过20℃时，表示水垢已经达到需要清理的厚度，此时可以向用户发出提醒信号。
85.如图4所示，当该热水装置中有水垢后，该第一温度t1和第二温度t2的温度差
△
t在运行过程中会达到和超过预设温度差阈值。
86.如图7所示，当该热水装置中没有水垢，或者水垢含量较少，还没有达到需要清理的厚度时，该第一温度t1和第二温度t2的温度差
△
t在运行过程中始终低于预设温度差阈值。
87.在一个实施方式中，水垢检测方法还可以包括：获取热水装置中的流量，当热水装置中流量小于第一预设流量或大于第二预设流量时，判断条件为第一温度t1不小于预设温度阈值；当热水装置中流量大于第一预设流量且小于第二预设流量时，判断条件为温度差
△
t不小于预设温度差阈值。
88.在本实施方式中，可以在控制器中预先存储上述两种判断条件。在检测时，可以先获取流量数据，然后根据流量数据调用相适配的判断条件。具体的，每个判断条件，以及每个判断条件所对应的结果可以参照上述实施方式的具体描述，本技术在此不再展开赘述。
89.综上，本说明书中所提供的水垢检测方法，针对不同的工况灵活适配判断条件，用
于准确判断热水装置内的水垢生成量是否已经达到预设阈值。也就是说，本说明书中所提供的水垢检测方法可以针对不同的工况自动适配不同的判断条件，从而保证在不同的工况下，均能可靠、及时地提醒用户清理水垢。
90.本技术说明书中提供一种水垢检测系统，该水垢检测系统可以包括：第一温度检测件1，用于获取热水装置的换热区的第一温度t1；第二温度检测件2，用于获取表示热水装置中水温的第二温度t2；控制器，与第一温度检测件1和第二温度检测件2通信，用于基于第一温度检测件1获取的第一温度t1、第二温度检测件2获取的第二温度t2，获取第一温度t1和第二温度t2的温度差
△
t；并在满足下述至少一个判断条件时，确定热水装置内的水垢生成量达到预设阈值；判断条件包括：第一温度t1不小于预设温度阈值；温度差
△
t不小于预设温度差阈值。
91.在本实施方式中，该水垢检测系统设置有用于获取热水装置的换热区的第一温度t1的第一温度检测件1，用于获取表示热水装置中水温的第二温度t2的第二温度检测件2，与第一温度检测件1和第二温度检测件2通信的控制器。其中，该控制器用于执行上述水垢检测方法的步骤。具体的，该水垢检测系统所能够达到的技术效果可以参照上述水垢检测方法的具体阐述，本技术在此不再展开阐述。
92.请结合参阅图8至图11，本技术说明书中还提供一种设置有上述水垢检测系统的热水器。此外，该热水器还包括：换热机构，换热机构设置有至少一个换热流道40，换热流道40用于流经换热流体；水箱3，换热流体流经换热流道40时能与水箱3中的水进行换热，使换热机构形成相对的高温换热区41和低温换热区42，换热流体依次流经高温换热区41和低温换热区42。
93.在本实施方式中，该热水器的具体形式也不限，在本说明书中，以燃气热水器为例进行举例说明。当该热水器为燃气热水器时，该热水器可以包括燃烧器5。燃烧器5燃烧产生的高温烟气流经换热机构后与水箱3中的水进行换热。其中，该换热机构可以根据该热水器形式的不同而不同，本技术在此并不作具体的限定。例如，当该热水器为燃气热水器时，该换热机构可以为换热烟管的形式，该换热流体为燃烧器5燃烧产生的高温烟气。当该换热流道40为换热烟管时，换热烟管可以贯穿水箱3，换热烟管的管壁外侧与顶壁33和底壁34固定或者与侧壁35固定。
94.在本实施方式中，当换热流体为高温烟气时，高温烟气流经换热烟管时能与水箱3中的水进行换热，使换热机构形成相对的高温换热区41和低温换热区42，高温烟气依次流经高温换热区41和低温换热区42。
95.如图8所示，水箱3具有相对的顶壁33和底壁34以及围设在顶壁33和底壁34之间的侧壁35，换热流道40穿设在水箱3中，高温换热区41为换热流道40最先与水箱3接触的区域。
96.在本实施方式中，该高温换热区41可以为换热机构与水箱3最先接触的区域，该区域与水箱3的某个壁面相接触或者重合。具体的，该高温换热区41的位置基于换热机构与水箱3的装配关系的不同而不同。
97.如图9所示，当换热流道40自底壁34贯穿水箱3至顶壁33，且换热流体自底壁34向顶壁33流动时，高温换热区41为换热流道40与水箱3的底壁34相接触的区域。
98.如图10所示，当换热流体自顶壁33向底壁34流动时，高温换热区41为换热流道40与水箱3的顶壁33相接触的区域。
99.如图11所示，当换热流道40最先与水箱3的侧壁35接触时，高温换热区41为换热流道40与水箱3的侧壁35相接触的区域。
100.在本实施方式中，第一温度检测件1设置在与高温换热区41对应的水箱3区域的水箱3壁，第二温度检测件2设置在与低温换热区42对应的水箱3区域的水箱3壁。
101.具体的，第一温度检测件1设置在距离高温换热区41第一高度范围内的水箱3壁上。第一高度范围为5厘米至60厘米。具体的，该第一高度范围可以根据热水器所允许的结垢量确定。该第一高度可以大于热水器所允许的结垢厚度。
102.第二温度检测件2在沿换热流体流动方向上设置在第一温度检测件1下游，第二温度检测件2至第一温度检测件1在水箱3的高度方向上形成预定高度间距，保证用于获取水温的第二温度检测件2不会受到水垢的影响。
103.在一个实施方式中，水箱3设置有进水口32和出水口31，第二温度检测件2相较于水箱3的进水口32以预设间距设置。
104.在本实施方式中，为了扩大第一温度检测件1与第二温度检测件2所获得的第一温度t1与第二温度t2的温度差
△
t，可以将第二温度检测件2向靠近水箱3进水口32处进行设置。具体的，第二温度检测件2可以设置在进水口32处。
105.当该第二温度检测件2设置在靠近进水口32设置时，该第二温度检测件2检测到的水温为水箱3中的最低温度，从而可以保证第一温度t1和第二温度t2之间高效可靠地形成温度差
△
t。后续再根据当前流量情况，触发相应的判断条件。当为小流量工况时，利用该快速响应的温度差
△
t可以准确判断出水箱3中是否存在水垢，从而进一步提高进行的精准度和可靠性。
106.需要说明的是，为了获取流量数据，该热水器可以设置有流量检测件6，该流量检测件6可以设置在该热水器的进水口32处，或与该进水口32相连通的管路中；或者，该流量检测件6可以设置在该热水器的出水口31处，或与该出水口31相连通的管路中。此外，该热水器也可以不设置流量检测件6，利用与该热水器相连通的管路中的流量检测器获取流量信号。
107.此外，该热水器还可以有报警器，当控制器判断出水垢达到预设厚度需要进行清理时，其可以通过声、光、数显方式中的一种或多种结合向用户发出提醒信号。
108.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
109.本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。
110.以上仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。