CN104136862A - 一种水加热器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种确定沸水加热器(10)的工作水温的方法，该方法包括以下步骤：(a)向水箱(12)中加入水至预定水位；(b)使水箱(12)内部的加热装置(14)通电以将水箱(12)中的水加热至初始预定温度；(c)当达到初始预定温度时，使加热装置(14)断电，并测量超出该初始预定温度的初始超调温差；(d)计算另一预定温度为初始超调温差的预定量与初始预定温度的总和；(e)等到水箱(12)中的水的温度已从初始预定温度降低预定的下降量；(f)使水箱(12)内部的加热装置(14)通电以将水箱(12)中的水加热至在之前的步骤(d)中算出的另一预定温度；(g)当达到另一预定温度时，使加热装置(14)断电，并测量超出该另一预定温度的另一超调温差；(h)重新计算另一预定温度为当前的这另一超调温差的预定量与当前的这另一预定温度的总和；(i)等到水箱(12)中的水的温度已从步骤(h)中的另一预定温度降低预定的下降量；(j)继续步骤(f)至(i)，直到另一超调温度基本上等于预定温度，从而成为沸腾校准温度；以及(k)从步骤(h)的沸腾校准温度中减去偏置温度，从而确定工作水温度。

Description

一种水加热器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种水加热器及其操作方法。更具体地，本发明涉及确定沸水加热器的工作水温的方法和适于确定工作水温的沸水加热器。

本发明主要是对沸水加热器进行开发，下文将结合该应用对本发明进行描述。然而，可以理解的是，本发明并不限于具体的应用领域，并且还适于应用在，例如组合式水加热器以及水冷却单元中。

背景技术

根据(不同的)大气条件，水的沸腾温度也不同。海拔越高，气压越低，由此得到的水的沸腾温度也越低。为了获得最好的性能和最高的客户满意度，在给定的海拔上，水加热器应该在与该海拔上的水的沸点非常接近的温度下工作。

一种已知的、相对简单的补偿改变的沸腾温度的方法是确保将沸水水箱中的水维持在远低于水预计将沸腾的最低温度的温度上。然而，该方法的缺点是经常导致水在大约90℃至94℃时就被分配，这对许多用户来说是令人失望的。

第二种已知的、相对简单的方法是提供一些不连续的温度设置。例如，海平面装置可被设置为在98℃的水温下工作，同时具有在更高的海拔上将(工作)水温设置为95℃和92℃的灵活性。然而，该方法的缺点是上述(工作水温的)调节需要由有经验的技术服务人员完成。

一种更加复杂的、已知的方法包括在安装时进行的自动电子校准。该校准过程确保安装位置所在海拔的实际的沸水温度被确定。该方法的示例公开于申请人第PCT/AU2005/000286(WO 2005/088205)号的国际专利申请(PCT)中，该申请公开了将水煮沸一段控制的时间，并测量水所达到的最高温度；将该最高温度作为沸水校准温度，并从中减去一个预定量以确定工作温度。该方法依赖于直至所有的水沸腾蒸发的过程中，即使不断地施加额外的能量，沸水的温度也不会升高的原理。该方法优于上述的较早的方法，但的确还存在一些缺点。第一，校准过程通常只在安装时进行，因此，大气压的改变能够影响准确的沸水温度。即便如此，这些变化通常被认为是相对较小的。然而，更主要的缺点是由水温通常是用电力测量装置(如，热敏电阻)进行测量这个事实造成的。随着时间的流逝，一些热敏电阻有读数发生偏移的趋势。例如，被校准在100℃上的、标称工作温度被设置在其下1.0℃的水加热器应工作于99℃。然而，如果热敏电阻的读数偏移了1.5℃，以致该热敏电阻在实际测量到99℃时读出97.5℃，则水加热器的控制器将继续施加功率以试图将水温恢复至被它当作99℃进行处理的温度。然而，事实上，水加热器随后将试图获得100.5℃的水温。因为该温度不可能被获得，水加热器将会过度煮沸直到任意安全装置将其关闭。替代地，如果1.5℃的偏移朝向温度升高的方向，水加热器将维持在仅有97.5℃的温度，这会导致顾客的不满。

本发明的目的是克服，或者至少改善上述的一个或多个缺点。

发明内容

因此，在第一方面中，本发明提供了确定沸水加热器的工作水温的方法，该方法包括以下步骤：

(a)向水箱中加入水至预定水位；

(b)使水箱内部的加热装置通电以将水箱中的水加热至初始预定温度；

(c)当达到初始预定温度时，使加热装置断电，并测量超出该初始预定温度的初始超调温差；

(d)计算另一预定温度为初始超调温差的预定量与初始预定温度的总和；

(e)等待直到水箱中的水的温度已从初始预定温度降低预定的下降量；

(f)使水箱内部的加热装置通电，以将水箱中的水加热至在之前的步骤(d)中算出的另一预定温度；

(g)当达到上述另一预定温度时，使加热装置断电，并测量超出该另一预定温度的另一超调温差；

(h)重新计算另一预定温度为当前的这另一超调温差的预定量与当前的这另一预定温度的总和；

(i)等待直到水箱中的水的温度已从步骤(h)中的另一预定温度降低预定的下降量；

(j)继续步骤(f)至(i)，直到另一超调温度基本上等于预定温度，从而成为沸腾校准温度；以及

(k)从步骤(h)的沸腾校准温度中减去偏置温度，从而确定工作水温。

优选地，初始预定温度大约为90℃。

优选地，预定量为初始超调温差的20％至40％或者另一超调温差的20％至40％。

优选地，预定下降量大约为1或2℃。

优选地，偏置温度大约为1或2℃。

优选地，该方法包括继续步骤(d)至(j)，直到沸腾校准温度稳定，这个过程一般需要大约4个小时。

优选地，该方法包括在步骤(k)之后定期地执行步骤(d)至(j)作为再次确认校准。优选地，该定期为每日、每周或每月。

优选地，加热装置为电热元件。

在第二方面，本发明提供一种适于确定工作水温的沸水加热器，该沸水加热器包括：

水箱；

温度测量装置，测量水箱中水的温度；

加热装置，适于加热水箱中的水；

控制器，适于从温度测量装置接收水箱中水的温度，并根据第一方面的步骤(b)至(k)控制加热装置。

优选地，加热装置为电热元件。

优选地，温度测量装置为热敏电阻，或者类似的电子温度测量设备。

附图说明

现在仅通过实施例的方式，参照附图对本发明的优选实施方式进行描述，其中：

图1是水加热器的实施方式的示意图；

图2是图1所示的水加热器在初始校准期间的水温和加热器状态对时间的示图；

图3是图1所示的水加热器在四个小时的安装校准过程中的水温对时间的示图；

图4是图1所示的水加热器在包括排水中断的四个小时安装校准过程中的水温对时间的示图；以及

图5是图1所示的水加热器在具有定期校准温度跟踪的五个小时内的水温对时间的示图。

具体实施方式

图1示出了即时沸水加热器10的实施方式。水加热器10包括水箱12，装有至预定水位L的水W。水箱12包括自来水或相对较冷的水的进水口12a，以及沸水或热水的出水口12b，后者连接至水龙头或者其他由用户启动的流量控制阀(未显示)。电热元件14被布置在水箱12的内部，并靠近水箱12的底部。温度传感器同样被布置在水箱12中，其中温度传感器以热敏电阻16的形式存在。

发热元件14和热敏电阻16连接至控制器18，如，可编程序逻辑控制器(PLC)等。控制器18从电源插座20接收电力。进水口控制阀22同样连接到至控制器18。控制阀22的进水口22a通过旋塞阀24接收自来水。控制阀22的出水口22b通过供给线26向水箱12的进水口12a提供水。

现在将对确定水加热器10的工作温度的方法进行描述。控制器18进行以下方法步骤：

(a)打开阀22向水箱12中加入水W至预定水位L；

(b)使加热装置14通电以将水箱12中的水W加热至初始预定温度90℃；

(c)当达到90℃的初始预定温度时，使加热装置14断电，并测量超出初始预定温度90℃的初始超调温差，例如90.5℃；

(d)将初始预定温度(90℃)和初始超调温差的40％(0.5℃×0.4＝0.2℃)相加，计算出为大约90.2℃的另一预定温度；

(e)等待直到水箱12中的水W的温度已从初始预定温度90℃降低预定的下降量，例如1℃至2℃；

(f)使加热装置14通电以将水箱12中的水W加热至另一预定温度90.2℃；

(g)当达到另一预定温度90.2℃时，使加热装置14断电，并测量超出该另一预定温度90.2℃的另一超调温差，例如91℃；

(h)将当前的另一预定温度(90.2℃)和另一超调温差的40％(0.8℃×0.4＝0.3℃)相加，重新计算出另一预定温度90.5℃；

(i)等待直到水箱12中的水W的温度已从步骤(h)中的另一预定温度(90.5℃)降低预定的下降量，例如1℃至2℃；

(j)继续步骤(f)至(i)，直到另一超调温度基本上等于100℃的预定温度(在标准大气条件下的海平面上)，该温度(100℃)现在为沸腾校准温度；

(k)从步骤(j)的沸腾校准温度(100℃)中减去偏置温度2℃，从而确定水加热器10在当前位置和当前周围大气条件下的工作水温(98℃)。

如图3所示，上述校准过程一般进行两个小时。这两个小时期间的突然的大气压变化能够影响校准的结果。为了减轻这种外部变化可能对最终校准结果和最终工作水温造成的影响，在校准期间引入了两个独立的压倒性的向下调整(图3中的点110和点120)。

在安装时或者当水加热器10通电时，初始校准时间被设置为完整的四个小时。这允许在此期间很好地确立最终的最高设定点温度。在四个小时时间的最后，超调温度将变得稳定而没有任何进一步的增加，并且最终的最高设定点温度130将在控制器18中被记录为在该安装位置上的水加热器10的已校准的沸水工作温度。当校准过程结束，控制器18恢复至正常工作。

用户也可决定他们想让水加热器10应用的偏置温度。例如，该偏置温度可低于已校准的沸腾工作温度1℃或者2℃。偏置温度98℃(在图3中示为140)成为新的、水箱12中的水W所维持的温度。

图3示出了在没有任何外部干扰的情况下的校准温度曲线对时间(的示图)。然而，水加热器10中的水W的分配可能发生在四个小时的校准期间。控制器18内部的逻辑电路能够进行调节以适应这种分配的发生。图4示出了在四小时校准期间具有超过10次的排水事件时的典型的校准曲线，水加热器10顺利地完成校准周期。以选定的时间间隔，通过少于两个小时的维持校准，能够对水加热器10的已校准的沸水温度进行再次确认。根据位置和预计的大气压的波动，进行维持校准的时间间隔可以是非常频繁的或者较不频繁的，如，每日或者每周。

图5示出了典型的维持校准，其中校准开始于工作温度150并在两个小时之后结束于调整后的工作温度160。进行维持校准循环不会给用户带去不便，用户能够照常分配沸水而不影响结果。

水加热器10和上述操作方法的显著优势为：由内部结构材料的自然老化所引起热敏电阻16的结构内部的细微的增量调整或者偏移，将在下一次的校准过程中自动地得到补偿，并且水箱12内部的所需温度将得到保持。

水加热器10和上述方法的其它优势包括：

校准的开始和结束实际上对用户是看不见的；

校准是定期进行的，这允许水加热器对其当前状态进行再次确认并进行自动的调整以适应；

在校准期间，没有水蒸气从水加热器排出，从而使校准能够定期地在任何时间安全地进行；

进行这种校准不需要先进的技术培训或高级技术人员；以及

相比于先前的校准方法，上述方法得到的工作沸点设置的准确性得到了改善。

虽然根据优选实施方式已经对本发明做了描述，但本领域的技术人员可以理解的是，本发明可以以许多其它方式实施。

Claims (12)

1.一种确定沸水加热器的工作水温的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)向水箱中加入水至预定水位；

(b)使所述水箱内部的加热装置通电以将所述水箱中的水加热至初始预定温度；

(c)当达到所述初始预定温度时，使所述加热装置断电，并测量超出所述初始预定温度的初始超调温差；

(d)计算另一预定温度为所述初始超调温差的预定量与所述初始预定温度的总和；

(e)等待直到所述水箱中的水的温度已从所述初始预定温度降低预定的下降量；

(f)使所述水箱内部的所述加热装置通电，以将所述水箱中的水加热至在上述步骤(d)中算出的所述另一预定温度；

(g)当达到所述另一预定温度时，使所述加热装置断电，并测量超出所述另一预定温度的另一超调温差；

(h)重新计算另一预定温度为当前的另一超调温差的预定量与当前的另一预定温度的总和；

(i)等待直到所述水箱中的水的温度已从步骤(h)中的所述另一预定温度降低预定的下降量；

(j)继续步骤(f)至(i)，直到另一超调温度基本上等于所述预定温度，从而成为沸腾校准温度；以及

(k)从步骤(h)的所述沸腾校准温度中减去偏置温度，从而确定工作水温。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述初始预定温度大约为90℃。

3.如权利要求1或2中所述的方法，其中，所述预定量为所述初始超调温差的20％至40％或者所述另一超调温差的20％至40％。

4.如权利要求1、2或3中所述的方法，其中，所述预定的下降量大约为1或2℃。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述偏置温度大约为1或2℃。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法包括继续步骤(d)至(j)，直到所述沸腾校准温度稳定。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述方法包括在步骤(k)之后定期地执行步骤(d)至(j)作为再次确认校准。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述定期为每日、每周或每月。

9.权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述加热装置为电热元件。

10.一种适于确定工作水温的沸水加热器，所述沸水加热器包括：

水箱；

温度测量装置，测量所述水箱中水的温度；

加热装置，适于加热所述水箱中的水；

控制器，适于从所述温度测量装置接收所述水箱中水的温度，并根据如权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤(b)至(k)控制所述加热装置。

11.如权利要求10所述的加热器，其中，所述加热装置为电热元件。

12.如权利要求10或11中所述的加热器，其中，所述温度测量装置为热敏电阻，或者类似的电子温度测量设备。