CN101091087A - 用于产生蒸汽的设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种蒸汽发生设备(20)，包括提供有电加热装置(25)的锅炉(24)以及用于控制加热装置中电流的电流控制装置(33、40；37)；该设备还包括至少一个温度传感器(34)和压力传感器(35)；该设备能够以可变蒸汽输出率生成蒸汽；其中控制装置(33、40；37)被设计为，以相对低的蒸汽输出率设置，基于来自温度传感器(34)的温度测量信号(T)而控制加热装置中的电流，并且其中控制装置(33、40；37)被设计为，以相对高的蒸汽输出率设置，基于压力而控制加热装置中的电流。

Description

用于产生蒸汽的设备
技术领域
本发明总体涉及一种用于产生蒸汽的设备。具体地，本发明涉及这样一种设备，其中在压力腔中产生蒸汽压力在大气压量级之上的蒸汽。
本发明具体涉及诸如蒸汽熨斗设备的家庭用具。因此，在下文中将以这种实施方式具体解释本发明。但是，应注意到此实施方式仅将被视为示例，而不意在限制本发明的范围。例如，本发明的原理还可应用于蒸汽清洁设备的情况下，或者用于去除壁纸的蒸汽设备的情况下。
背景技术
现有技术的蒸汽发生设备包括容纳水的蒸汽管，其提供有用于加热水的电加热设备。当向加热设备供应电流时，其产生热，热被传递给水，由此生成蒸汽。
由控制器所控制的加热设备中的电流用于将蒸汽温度保持在所需级别上。为此，现有技术的蒸汽发生设备包括与加热设备相关联或者与蒸汽相接触的温度传感器；如果该传感器指示温度在预定水平以上，则切断加热电流，如果传感器指示温度在预定水平以下，则接通加热电流。
一些现有技术设备还包括压力传感器。EP-0.595.292公开了一种提供有压力传感器作为安全设备的蒸汽发生设备：如果压力变得过高，则切断加热电流。
EP-0.843.039公开了一种提供有泵的蒸汽发生设备，该泵用于将水添加到蒸汽管。水基于来自压力传感器的信号而添加。
US-2004/0.040.185-A1公开了一种蒸汽发生设备，该设备的控制旨在将蒸汽压力维持在恒定水平。作为如较早技术已经做到的那样使用压力传感器的代替，此公开提出了使用温度传感器并基于温度传感器所检测的温度值来执行控制，这是基于对温度和压力之间存在一对一关系的认识。
本发明具体地涉及一种能够以可变输出率(表示为，例如，克/分钟)提供蒸汽的蒸汽发生装置。这个问题无法通过上文所提及的公布加以解决。
EP-0.390.264-B1公开了一种具有可变蒸汽输出率的蒸汽发生设备，其中蒸汽输出率通过设置加热电流的占空比来控制，该公开基于以下假设：产生确定量的蒸汽需要确定量的能量。
发明内容
本发明旨在提供一种能够以可变输出率提供蒸汽且伴以改进了的精密性和安全性的蒸汽发生设备。从而，优选地将具有指示蒸汽输出率的可用电信号，其可以通过用于智能控制加热元件的电子控制设备而使用，例如能够对蒸汽速率的大幅下降做出充分地响应，能够指示需求增大所引起的突然的蒸汽释放，例如控制设备能够响应为增大的蒸汽增加量以满足可能的下次蒸汽释放。
为此，使用由以下认识进行：一对一关系存在于一方面蒸汽输出率和另一方面蒸汽管中的压力之间，其依次涉及蒸汽管中的温度。一种可能的方法将是基于温度控制简单地执行输出率控制，使用温度传感器的输出信号。然而，伴随温度传感器特别是热敏电阻的问题，是它们表现出漂移，即它们的属性随着时间而改变。作为结果，实际的温度可能高于温度传感器所指示的温度，以及因此蒸汽压力可能高于所期望的压力，这可能造成安全问题。
为了避免该问题，可选择的方法将是使用压力传感器，能够提供指示传感的压力的电输出信号。然而，这种传感器很昂贵。
为了克服这些问题，本发明提出了一种包括温度传感器以及恒压器的蒸汽发生装置。以相对低的输出率，当压力相对低并且压力中的可能变化未造成直接的安全问题时，控制基于温度传感器的输出信号。可能的不准确的温度读数可以导致蒸汽输出率与输出率设置之间的偏差，但是压力不会上升到可能危险的高量级。以相对的高输出率，当压力相对高并且压力中的可能的变化可以造成安全问题时，加热由恒压器控制。由此，本发明得益于高压处的安全和较低压处的智能控制的组合。
在权利要求1中定义了根据本发明的蒸汽发生设备。优选实施方式在权利要求2到权利要求12中加以描述。本发明进一步涉及如权利要求13所述的蒸汽熨斗系统。
附图说明
参考附图通过下文描述将进一步说明本发明的这些方面和其它方面、特征以及优势，其中相同的参考数字指示相同的或者类似的部分，并且其中：
图1示意性地示出了蒸汽熨斗系统；
图2是示意性地示出了控制电路的框图；
图3是示出了温度、压力以及蒸汽率之间关系的曲线图。
具体实施方式
图1示意性地示出了蒸汽熨斗系统1，该系统包括熨斗设备10和蒸汽发生装置20。如所周知的那样，熨斗设备10包括带有底板12的外壳11，其提供有底板加热设备，为简化而未示出。柔性软管13连接熨斗装置10和蒸汽发生装置20，用于引导蒸汽从蒸汽发生装置20到熨斗设备10的外壳11的内部。蒸汽可以经由底板12的洞退出外壳11，如由箭头示意性地示出的那样。
图1示出了提供有用于连接标准输电干线的电缆21和插头22的蒸汽发生装置20，例如230V AC@50Hz。为了供电给底板加热设备，熨斗设备10还提供有电缆，该电缆通常地并入柔性软管13中，但是熨斗设备10可以提供有独立的电缆和插头。
蒸汽发生装置20包括与蒸汽管或者锅炉24相耦合的水贮存器23。锅炉24包括一个或者多个加热元件25，锅炉能够加热水以产生蒸汽。熨斗设备10可以是连续开启类型，即由锅炉24产生的蒸汽经由软管13和熨斗底板12而连续地离开锅炉24。熨斗设备10还可以是用户控制的提供蒸汽类型，即蒸汽仅响应于用户动作而经由熨斗底板12离开，例如当用户按下对应的蒸汽命令按钮等时。在任何情况下，当蒸汽正在使用中(“消耗中”)时，水可以从水贮存器23输送到锅炉24，以便于补偿正在使用的蒸汽，其对于本领域的技术人员显而易见。水贮存器23提供有输入装置用于允许用水将水贮存器23填满；为了简化，这种输入装置未示出。
图2是示出了蒸汽熨斗系统1的电加热电路的相关部分的图。加热元件25(在图2中仅示出了一个加热元件，但是该装置可以包括多个加热元件)与终端31、32相耦合，用于连接干线(或者其它电能充足的源)。可控开关33串联地连接加热元件25。可控开关33由控制器40来控制。
蒸汽熨斗系统1包括至少一个温度传感器34，提供温度测量信号T给控制器40的温度输入44。图2示出了可以位于锅炉壁上的温度传感器34，该温度传感器在锅炉的外部。温度传感器34还可以位于锅炉24的内部。温度传感器34还可以与加热元件25相关联。
控制器40还具有用户输入46，使得用户可以输入蒸汽速率命令。用户可以要求确定范围内的任何蒸汽速率。针对以下论述，将假设用户可以从3个蒸汽速率设置中选择：低、中以及高。
控制器40设计为在控制器的控制输出43处基于输入46处的用户选择以及基于输入44处的测量信号T产生用于可控开关33的控制信号C。更具体地，控制器40内部地设置目标水平，指示由用户所选择的蒸汽速率(请见参考以下图3的论述)相对应的温度。控制器40对比输入44处的温度测量信号T和内部目标水平。如果温度测量信号T低于所述内部目标水平，则控制器40产生它的控制信号C，使得闭合开关33(切换接通(ON)；导电)：电流流经加热元件25，并且温度升高。如果温度测量信号T高于所述内部目标水平，则控制器40产生它的控制信号C，使得打开开关33(切换断开(OFF)：不导电)：加热元件25接收不到电流，并且温度下降。由此，温度作为时间函数在想要的温度上下涨落。
请注意控制器可以在相同温度目标水平时切换接通(ON)和断开(OFF)，但是控制器还可能表现出一些滞后现象，使得处于或者低于第二目标水平时，控制器将第一可控开关33置于接通(ON)状态，其中第二目标水平低于第一目标水平，处于第一目标水平时，第一可控开关33切换到断开(OFF)。
蒸汽熨斗系统1还包括压力传感器35，压力传感器35提供压力测量信号P，与锅炉24相关联，该压力传感器通常地布置在锅炉24的内部，如所示的那样。第二控制器开关37，由压力传感器35直接地控制，该第二可控开关串联地连接第一可控地开关33；特别地，第二可控开关37和压力传感器35的组合实施为恒压器：只要锅炉24中的压力低于预定压力阈值水平，则第二可控开关37通常为接通(导电)，而只要锅炉24中的压力高于预定压力阈值水平，则第二可控开关37通常为断开(非导电)。
装置的操作如下所述。
在蒸汽速率设置为低和中时，压力保持相对低，使得第二可控开关37通常为接通(ON)，以及加热器25中的电流由第一开关33的状态所确定，因为其由控制器所控制，如上文所述。
蒸汽速率设置为高时，控制器40通常将第一开关33保持在它的接通(ON)的状态(导电)。温度和压力上升，直到锅炉24中的压力达到预定压力阈值水平为止，此刻第二可控开关37切换到其断开(OFF)的状态，断开加热器电流。其引起温度和压力下降，引起第二可控开关37切换到其接通(ON)的状态等。由此，温度作为时间函数在恒压器的压力设置所对应的温度上下涨落，其低于控制器40的内部温度目标水平，使得控制器40通过将第一开关33保持在其接通(ON)的状态(导电)来继续尝试升高温度。
请注意恒压器可以在同一压力阈值水平时切换接通和断开，但是恒压器还可能表现出一些滞后现象，使得当处于或者低于第二预定压力阈值水平时，恒压器将第二可控开关37置于接通(ON)的状态，其中第二预定压力阈值水平低于第一预定压力阈值，当处于第一预定压力阈值水平时，第二可控开关37切换到断开(OFF)。
图3是示出了从特定锅炉获得的实验结果的曲线图。水平轴表示锅炉中的压力，其用大气压以上的bar表示(即曲线图中的1bar对应于2bar压力的绝对值)。左侧竖轴表示加热元件25的温度，用摄氏度来表示，如通过安装在锅炉壁外部的温度传感器来测量。曲线51示出了温度和压力之间的关系，菱形指示所测量的结果。
右侧竖轴表示蒸汽速率，即经由出口孔离开锅炉的蒸汽量，用每分钟中水的克数来表示。
曲线52示出了蒸汽速率和压力之间的关系，正方形指示所测量的结果。可以清楚地看到蒸汽速率取决于压力，其依次地(曲线51)取决于温度。
请注意所测量的准确温度可以取决于为安装温度传感器所选择的位置，所以该温度可能从实际蒸汽温度偏离一些，其是相关的温度。然而，通常将存在所测量的温度和实际蒸汽温度之间的一对一关系，使得通常可以发现如图3中所示的一个关系的关系。根据设备设计，包括温度传感器位置，可以有必要执行校准操作，对本领域的技术人员而言将显而易见。
示例：
如果用户已经将蒸汽速率设置为低(70g/min)，则控制器40操作开关的接通和断开，使得温度输入信号T读数大约128°。
如果用户已经将蒸汽速率设置为中(90g/min)，则控制器40操作开关的接通和断开，使得温度输入信号T读数大约138°。
如果用户已经将蒸汽速率设置为高(110/min)，则控制器40操作开关的接通和断开，使得压力输入信号P读数大约3.5bar。
对于本领域的技术人员将显而易见，本发明不限制于上文所描述的示例性实施方式，而在所附权利要求书中所限定的发明范围内可以进行一些改变和修改。
例如，如在图2的实施方式中，装置可以包括两个串联的开关，这两个开关通过控制器控制。
而且，可以使用具有各种设置的恒压器，可以通过用户进行充电。
在上文中，本发明已经参考框图进行了说明，框图示出了根据本发明的设备的功能性框。可以理解到能用硬件实施这些功能性框中的一个或者多个，其中这种功能性框的功能可以由单独的硬件组件来实施，但是这些功能性框的一个或者多个还可以用软件来实施，使得这种功能性框的功能由计算机程序的一个或者多个程序行或者诸如微型处理器、微型控制器、数字信号处理器等等的可编程设备来实施。

Claims (13)

1.一种蒸汽发生设备(20)，包括锅炉(24)和电流控制装置(33、40；37)，其中所述锅炉提供有电加热装置(25)，所述电流控制器用于控制所述加热装置中的电流，所述设备能够以可变蒸汽输出率来产生蒸汽；
所述电流控制装置包括：
-至少一个温度传感器(34)；
-第一可控开关(33)，其布置为与所述电加热装置(25)串联，基于所述锅炉(24)中蒸汽的温度对所述第一可控开关(33)进行控制；
-以及恒压器(35；37)，其包括布置用于传感所述锅炉(24)中的压力的压力传感器(35)和布置为与所述电加热装置(25)相串联的第二可控开关(37)，通过所述压力传感器(35)对所述第二可控开关(37)进行控制。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中所述电流控制装置被设计为在预定阈值蒸汽输出率设置以下，控制所述第二可控开关(37)保持为接通(导电)以及基于来自所述温度传感器(34)的温度测量信号(T)来控制所述第一可控开关(33)，使得控制蒸汽温度基本上等于与所需蒸汽输出率相对应的预定温度；以及其中所述电流控制装置设计为在所述预定义阈值蒸汽输出率设置以上，控制所述第一可控开关保持为接通(导电)以及基于来自所述压力传感器(35)的所述压力测量信号(P)来控制所述第二可控开关(37)，使得控制蒸汽压力基本上等于与所需蒸汽输出率相对应的预定压力。
3.根据权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中所述温度传感器(34)是布置用于传感所述锅炉(24)中的蒸汽的温度的传感器。
4.根据权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中所述温度传感器(34)是布置用于传感所述加热装置(25)的温度的传感器。
5.根据权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中所述温度传感器(34)是布置用于传感所述锅炉(24)的壁的温度的传感器。
6.根据权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中所述第一可控开关(33)由所述温度传感器直接控制。
7.根据权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述恒压器(35；37)被设计为当所述锅炉(24)中的压力等于或者大于第一预定压力阈值水平时，将所述第二可控开关(37)切换为断开，以及当所述锅炉(24)中的压力等于或者低于第二预定压力阈值水平时，将所述第二可控开关(37)切换为接通，其中所述第二预定压力阈值水平等于或者低于所述第一预定压力阈值水平。
8.根据权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中所述电流控制装置包括：具有耦合来从所述温度传感器(34)接收温度测量信号(T)的输入(44)的控制器(40)、用于接收限定所述蒸汽速率设置的用户输入的用户输入(46)、以及耦合来控制所述第一可控开关(33)的控制输出(43)。
9.根据权利要求8所述的蒸汽发生设备，其中所述控制器设计为响应于接收指示蒸汽输出率设置的用户输入信号，控制所述第一可控开关(33)，使得蒸汽温度被控制为基本上等于与所需蒸汽输出率相对应的温度。
10.根据权利要求8所述的蒸汽发生设备，其中所述控制器被设计为响应于接收指示蒸汽输出率设置的用户输入信号，确定与所需蒸汽输出率相对应的目标温度水平，对来自所述温度传感器(34)的温度测量信号(T)和所述目标温度水平加以比较，并且产生用于所述第一可控开关(33)的控制信号(C)，使得当所述温度测量信号(T)指示等于或者高于所述目标温度水平的温度时，所述第一可控开关(33)切换为断开，而当所述温度测量信号(T)指示等于或者低于所述目标温度水平的温度时，所述第一可控开关(33)切换为接通。
11.根据权利要求10所述的蒸汽发生设备，其中所述控制器表现出一些滞后现象。
12.根据权利要求8所述的蒸汽发生设备，其中所述控制设计为响应于接收指示蒸汽输出率设置为高的用户输入信号，产生其用于所述第一可控开关(33)的控制信号(C)，使得所述第一可控开关切换保持为接通。
13.一种蒸汽熨斗系统(1)，包括熨斗设备(10)和根据权利要求1所述的蒸汽发生设备(20)，并且所述蒸汽熨斗系统还包括蒸汽输送软管(13)用于将蒸汽从所述蒸汽发生设备(20)输送到所述熨斗设备(10)。
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