CN104207639A - 瞬间加热型给水装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种瞬间加热型给水装置及其控制方法，瞬间加热型给水装置电性连接外部电源，包括水箱、透明管体、加热模块、非接触式感测模块与控制模块。透明管体连接于水箱与加热模块之间。加热模块用以将外部电源的电能转换为热能。非接触式感测模块设置于透明管体的外侧，其包括发光单元与光感测单元。发光单元用以产生朝向透明管体的光束。光感测单元设置在相对于发光单元的位置，用以检测穿透过透明管体后的光束的强度，并据以产生检测信号。控制模块电性连接加热模块与非接触式感测模块，并依据检测信号来控制加热模块是否继续产生热能。

Description

瞬间加热型给水装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种给水装置，且特别是涉及一种用于检测水箱的水位是否足够的瞬间加热型给水装置及其控制方法。

背景技术

现今由于人们生活品质不断地提升，对于生活中的饮用水品质也越来越讲究，以往利用瓦斯炉或电磁炉将生水加热以取得热水的方式早已被现今可以同时提供冷热水的饮水机或是热水瓶所取代。

然而，饮水机或是热水瓶为了满足使用者随时可以取水使用的需求，必须通过加热器将导入热水胆的生水加热至沸腾并持续地维持加热，据以使热水胆中的热水温度维持在预设温度（例如八十摄氏度或是一百摄氏度）。

虽然这种饮水机或是热水瓶提供了使用者取用热水时的便利性，但却因为需要将热水胆中的热水温度维持在预设温度，造成电源的不必要浪费，无法符合政府近年来所提倡的节能政策。

此外，使用者对于热水的使用量会随着时间或季节而有所不同，例如冬天时对热水的需求用量会大于夏天时对热水的需求用量。因此，若是欲将热水胆中的热水的水位保持在满水位的状态时，将会增加更多电源的消耗来使热水胆中的水温维持在预设温度，而不符实际的使用需求也并非为有效益的使用方式。

发明内容

本发明在于提供一种瞬间加热型给水装置及其控制方法，其通过光学非接触感测方式，来检测水箱是否持续有供应水流至加热模块，并于检测到不再有水流进入加热模块时关闭加热模块，以确保瞬间加热型给水装置使用时的安全性。

本发明实施例提供一种瞬间加热型给水装置，此瞬间加热型给水装置电性连接外部电源，且包括水箱、透明管体、加热模块、非接触式感测模块以及控制模块，其中透明管体的一端连接水箱，透明管体的另一端则连通加热模块，而非接触式感测模块则是设置于透明管体的外侧。加热模块用以将外部电源的电能转换为热能，据以加热由水箱所注入的水流。非接触式感测模块包括发光单元与光感测单元，其中光感测单元设置在相对于发光单元的位置。发光单元用以产生朝向透明管体的光束，而光感测单元则是用以检测穿透过透明管体后的光束的强度，并据以产生第一检测信号。控制模块电性连接加热模块与非接触式感测模块，其接收第一检测信号，并依据第一检测信号来控制加热模块是否继续产生热能。

本发明实施例提供一种瞬间加热型给水装置的控制方法，此瞬间加热型给水装置电性连接外部电源，并具有水箱、透明管体与加热模块。其中透明管体设置于水箱与加热模块之间，加热模块用以将外部电源的电能转换为热能。所述的控制方法包括：产生朝向透明管体的光束；检测穿透过透明管体后的光束的强度，并据以产生第一检测信号；依据第一检测信号来控制加热模块是否继续产生热能。

综上所述，本发明实施例提供一种瞬间加热型给水装置及其控制方法，此瞬间加热型给水装置通过一组非接触式感测模块并将其对应于水箱与加热模块之间的透明管体，并通过水与空气具有不同折射率的光学非接触式感测方式，来检测是否持续有水流进入加热模块中，并于检测到不再有水流进入加热模块时关闭加热模块，以使加热模块停止持续产生热能。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

图1示出依据本发明的一实施例的瞬间加热型给水装置的功能方块图。

图2A示出依据本发明的一实施例的非接触式感测模块于实际运作时的侧视图。

图2B示出依据本发明的另一实施例的非接触式感测模块于实际运作时的侧视图。

图3示出依据本发明的另一实施例的瞬间加热型给水装置的功能方块图。

图4示出依据本发明的一实施例的水位感测模块与水箱的侧视图。

图5示出依据本发明的一实施例的瞬间加热型给水装置的控制方法的步骤流程图。

【符号说明】

A、A’：瞬间加热型给水装置

1：水箱

2：泵

3：透明管体

4：加热模块

5：非接触式感测模块

50：发光单元

52：光感测单元

6：控制模块

7：汽液混合模块

8：出水口

9：水位感测模块

90：容置管体

92：磁性浮体

94：霍尔感测器

S50～S54：步骤流程

具体实施方式

〔瞬间加热型给水装置的实施例〕

请参照图1，图1示出依据本发明的一实施例的瞬间加热型给水装置的功能方块图。如图1所示，瞬间加热型给水装置A包括有水箱1、泵2、透明管体3、加热模块4、非接触式感测模块5、控制模块6、汽液混合模块7以及出水口8，其中透明管体3连接于水箱1与泵2之间，非接触式感测模块5则对应地设置于透明管体3的管体外围。此外，泵2又依序连接加热模块4、汽液混合模块7以及出水口8，且泵2、加热模块4以及非接触式感测模块5又分别电性连接控制模块6。在实际的操作中，瞬间加热型给水装置A需电性连接外部电源（未示出于图式）方可正常运作，但本发明在此不加以限制外部电源为直流电源的型式或是交流电源的型式。以下分别就瞬间加热型给水装置A的各功能模块作详细的说明。

水箱1可拆卸地设置于瞬间加热型给水装置A上并与透明管体3的其中的一端连接，其用以储存瞬间加热型给水装置A所需加热的液体，本发明在此不加以限制水箱1的储水量。此外，本发明在此不加以限制透明管体3的管径大小与管体形状，例如可以为直条状、螺旋状或不规则弯曲状。

泵2与透明管体3的另一端连接，其用以将储存于水箱1的水流抽取至加热模块4。于本实施例中，泵2受控于控制模块6并依据控制模块6所产生的第一控制信号，以决定是否继续将水箱1的水流抽取至加热模块4。于实务上，泵3可以为一种容积式泵、动力式泵或是电磁泵，本发明在此不加以限制。

加热模块4通过泵2而与透明管体3连通，其用以将外部电源的电能转换为热能，据以加热由水箱1所注入的水流。于实务上，加热模块4通常由一种用以产生使水流产生湍流（turbulence，也称紊流、涡流、乱流）的块体结构与一种用以对流经于其上的水流进行加热的板体结构所组成，但不以上述结构为限，故本发明在此不加以限制加热模块4的实际结构以及上述结构所使用的材质。

为了更清楚说明非接触式感测模块5的设置位置与运作方式，请参照图2A与图2B，图2A示出依据本发明的一实施例的非接触式感测模块于实际运作时的侧视图；图2B示出依据本发明的另一实施例的非接触式感测模块于实际运作时的侧视图。如图2A与图2B所示，非接触式感测模块5设置于透明管体3的外侧，其用以检测透明管体3是否有输送水流至加热模块4。更清楚来说，非接触式感测模块5包括有发光单元50与光感测单元52，发光单元50设置在透明管体3外侧的任意一位置，而光感测单元52则设置在相对于发光单元50的位置，使得发光单元50与光感测单元52之间的连线贯穿透明管体3的轴心。

发光单元50用以产生朝向透明管体3的光束L。于实务上，发光单元50可以为一种发光二极管（light emitting diodes，LED）、激光二极管（laser diode，LD）或是有机发光二极管（organic light emitting diode，OLED），但不以此为限。因此，本发明在此不加以限制发光单元50所产生的光束L的类型，举例来说，上述的光束L可以为红外线、紫外线、各种颜色的可见光线或是激光。

光感测单元52用以检测穿透过透明管体3后的光束L的强度，并据以产生一组第一检测信号。于实务上，光感测单元52可以为一种光电二极管（photodiode）、光敏电阻（photoresistor）、感光耦合元件（charge coupleddevice，CCD）、光色彩感测器（color sensor）或是周围光感测器（ambientlight sensor，ALS），但不以此为限。

在实际的操作中，由于空气与水的折射率（也称折射系数）的不相同，造成由发光单元50所产生的光束L在穿透透明管体3的过程中，可能会产生折射现象。如图2A所示，透明管体3并未输送有任何由水箱1所供应的水流，换句话说，此时透明管体3的内部与外部周围皆被空气所围绕。因此，当光束L穿透过透明管体3并被光感测单元52检测所接收到的光束L的强度时，由于透明管体3的内部与外部的介质皆为空气的关系，使得光束L不会产生折射，且又由于不论是什么类型的光束L在传播的过程中皆会逐渐发散的特性（其差别仅在于发散度的大小），使得光束L的能量逐渐被分散，据以使得光感测单元52仅能检测到光束L一部分的能量。

如图2B所示，透明管体3输送有由水箱1所供应的水流，换句话说，此时透明管体3的内部充满着水流而外部周围是被空气所围绕。因此，当光束L穿透过透明管体3并被光感测单元52检测所接收到的光束L的强度时，根据司乃耳定律（Snell's law，也称折射定律）可知，当光束L从一种介质（例如空气）传播到另一种具有不同折射率的介质（例如水流）时，会发生折射现象，且在本实施例中，由于光束L在传播至光感测单元52的过程中会依序穿透空气、水流与空气，而形成两次折射现象。更详细来说，当光束L由空气传播至充满水流的透明管体3时，由于水的折射率（约为1.33）大于空气的折射率（约为1），根据司乃耳定律可知，光束L在空气中的入射角会大于光束L在水中的折射角，使得光束L在水中传播时的能量会比光束L在空气中传播时的能量集中，据以使得光感测单元52可以检测到光束L大部分的能量。换句话说，于光束L穿透过透明管体3且透明管体3输送有水流时，光感测单元52透过光束L所产生的折射，据以使所检测到的光束L的强度大于透明管体3未输送有水流时。

控制模块6接收第一检测信号，并依据第一检测信号来控制加热模块4是否继续产生热能。更详细来说，当控制模块6接收到指示有透明管体3未输送有水流的第一检测信号后，控制模块6会依据此第一检测信号而产生一组第二控制信号，并将第二控制信号传输至加热模块4，据以使得加热模块4依据此第二控制信号停止继续产生热能，以避免加热模块4因为没有水流流过却又持续地加热而可能造成的损坏与危险。于实务上，控制模块6可以为一种微控制器（microcontroller unit，MCU）、中央处理器（central processor unit，CPU）、储存有控制指令并可对本发明的各个功能模块及元件进行控制的软、硬件或是其集合，本发明在此不加以限制。

汽液混合模块7用以将由加热模块4的出水端所输出的流体（包括热水流与蒸汽）转化为属于液态的热水流，以防止蒸气的漫延，达到提升热转换效率的目的。于实务上，汽液混合模块7可以为一种狭长管线，但不以此为限，而出水口8可以为一种取水阀。

此外，本实施例的瞬间加热型给水装置A还可以包括有一组输入模块（未示出于图式），此输入模块电性连接控制模块6，其用以提供用户手动设定瞬间加热型给水装置A所输出的水流量（即泵2由水箱1所抽取的水流量）与输出的水流温度（即加热模块4所产生的热功率）。于实务上，此输入模块可以是一种旋钮、按钮、拨切开关或是触控显示面板，本发明在此不加以限制。

〔瞬间加热型给水装置的另一实施例〕

请参照图3，图3示出依据本发明的另一实施例的瞬间加热型给水装置的功能方块图。如图3所示，瞬间加热型给水装置A’包括有水箱1、泵2、透明管体3、加热模块4、非接触式感测模块5、控制模块6、汽液混合模块7、出水口8以及水位感测模块9。由于，本实施例的瞬间加热型给水装置A’的大部分的功能模块与前一实施例的瞬间加热型给水装置A相同，故本实施例在此不再加以赘述其功能模块的连接关系与运作方式。

与前一实施例的瞬间加热型给水装置A不同的是，本实施例的瞬间加热型给水装置A’还包括有水位感测模块9，此水位感测模块9对应于水箱1而被设置且电性连接控制模块6，其用以检测储存于水箱1的水流的水位并据以产生一组第二检测信号，据以使控制模块6通过上述的第二检测信号获得水箱1的储水量。在实际的操作中，当水位感测模块9检测到水箱1的水位低于一预设阈值（阀值）时，控制模块6会依据第二检测信号而产生一组指示泵2停止抽取水箱1的水流的第一控制信号，以提醒使用者重新补充水流至水箱1中或是自动补充满水箱1的水位。此外，上述的预设阈值可以是由厂商于出货前所预先设定或是可以依据使用者的使用需求而径行设定，本发明在此不加以限制。

为了更清楚说明水位感测模块9的设置位置与运作方式，请参照图4，图4示出依据本发明的一实施例的水位感测模块与水箱的侧视图。如图4所示，水位感测模块9包括有一组容置管体90、一组磁性浮体92以及多个霍尔感测器94。容置管体90的底部与水箱1连通，以使容置管体90的水位随水箱1的水位而变化，换句话说，当水箱1的水位降低时，容置管体90的水位也会随着降低。磁性浮体92设置于容置管体90中，其于容置管体90内的位置会随着容置管体90的水位升降而改变。本发明在此不加以限制容置管体90的管径大小与所使用的材料，以及磁性浮体92的外观形状。

所述多个霍尔感测器（hall sensor，也称霍尔效应感测器）94分别有间隔地设置于容置管体90的外壁并分别电性连接控制模块6。在实际的操作中，所述多个霍尔感测器94通过磁性浮体92于容置管体90中的不同位置所产生的磁场变化而产生第二检测信号。换句话说，当水箱1的水位改变时，由于磁性浮体92于容置管体90内的位置会随着容置管体90的水位而改变，而造成磁场的变化，据以使得所述多个霍尔感测器94可以依据磁场的变化而检测出水箱1的水位，并将所产生的第二检测信号传送至控制模块6，以使控制模块6判断是否能继续抽取水箱1的水流。此外，本发明在此不加以限制所述多个霍尔感测器94的间距以及个数，于所属技术领域的普通技术人员可以依据实际使用情况而径行设计合理的间距与个数。

〔瞬间加热型给水装置的控制方法的一实施例〕

请一并参照图3与图5，图5示出依据本发明的一实施例的瞬间加热型给水装置的控制方法的步骤流程图。此瞬间加热型给水装置A’需电性连接外部电源（未示出于图式），并具有水箱1、透明管体3与加热模块4，其中透明管体3设置于水箱1与加热模块4之间，而加热模块4用以将外部电源的电能转换为热能。

如图5所示，在步骤50中，瞬间加热型给水装置A’会产生朝向透明管体3的光束。接着，在步骤S52中，瞬间加热型给水装置A’会检测穿透过透明管体3后的光束的强度，并据以产生一组第一检测信号，其中于光束穿透过透明管体3且透明管体3输送有水流时，透过光束所产生的折射，据以使所检测到的光束的强度大于透明管体3未输送有水流时。最后，瞬间加热型给水装置A’会依据上述的第一检测信号来控制加热模块4是否继续产生热能。

优选地，瞬间加热型给水装置A’还包括有泵2，此泵2依据一组第一控制信号来决定是否继续将水箱1的水流抽取至加热模块4。

承接上述，瞬间加热型给水装置A’还检测储存于水箱1的水流的水位并据以产生一组第二检测信号，并于检测到水箱1的水位低于一预设阀值时，瞬间加热型给水装置A’控制泵2停止抽取水箱1的水流至加热模块4。

承接上述，步骤S52通过一组磁性浮体与多个霍尔感测器所达成，此磁性浮体随着水箱1的水位的不同而有对应的位置，所述多个霍尔感测器有间隔地对应于水箱1的不同水位，以通过磁性浮体于不同位置所产生的磁场变化而产生第二检测信号。

〔实施例的可能效果〕

综上所述，本发明实施例提供一种瞬间加热型给水装置及其控制方法，此瞬间加热型给水装置通过一组非接触式感测模块并将其对应于水箱与加热模块之间的透明管体，并通过水与空气具有不同折射率的光学非接触式感测方式，来检测是否持续有水流进入加热模块中，并于检测到不再有水流进入加热模块时关闭加热模块，以使加热模块停止持续产生热能。此外，此瞬间加热型给水装置还通过一组水位感测模块，来检测水箱中的水位是否足够，并于检测到水箱的水位低于一组预设阈值时关闭泵，以使泵停止抽取水箱的水流。藉此，本发明的瞬间加热型给水装置及其控制方法可以通过非接触式感测模块与水位感测模块来有效地控制加热模块以及泵的运作，以避免加热模块的损坏以及可能发生的危险，十分具有实用性与安全性。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (10)

1.一种瞬间加热型给水装置，其特征在于，所述瞬间加热型给水装置电性连接一外部电源，所述瞬间加热型给水装置包括：

一水箱；

一透明管体，所述透明管体的一端连接所述水箱；

一加热模块，所述加热模块与所述透明管体的另一端连通，用以将来自所述外部电源的电能转换为一热能，据以加热由所述水箱所注入的水流；

一非接触式感测模块，设置于所述透明管体的外侧，所述非接触式感测模块包括：

一发光单元，用以产生朝向所述透明管体的一光束；以及

一光感测单元，设置在与所述发光单元相对的位置，用以检测穿透过所述透明管体后的所述光束的强度，并据以产生一第一检测信号；以及

一控制模块，所述控制模块电性连接所述加热模块与所述非接触式感测模块，所述控制模块接收所述第一检测信号，并依据所述第一检测信号来控制所述加热模块是否继续产生所述热能。

2.根据权利要求1所述的瞬间加热型给水装置，其特征在于，当所述光束穿透过所述透明管体且所述透明管体输送有水流时，所述光感测单元透过所述光束所产生的折射，据以使所检测到的所述光束的强度大于所述透明管体未输送有水流时的强度。

3.根据权利要求1所述的瞬间加热型给水装置，其特征在于，所述瞬间加热型给水装置还包括一泵，所述泵连接所述透明管体的所述另一端、所述加热模块与所述控制模块，所述泵受控于所述控制模块并依据所述控制模块所产生的一控制信号，以决定是否继续将所述水箱的水流抽取至所述加热模块。

4.根据权利要求3所述的瞬间加热型给水装置，其特征在于，所述瞬间加热型给水装置还包括一水位感测模块，所述水位感测模块设置于所述水箱中且电性连接所述控制模块，用以检测储存于所述水箱的水流的水位并据以产生一第二检测信号，据以使所述控制模块通过所述第二检测信号获得所述水箱的储水量，并当所述水位感测模块检测到所述水箱的水位低于一预设阈值时，所述控制模块依据所述第二检测信号而产生指示所述泵停止抽取所述水箱的水流的所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的瞬间加热型给水装置，其特征在于，所述水位感测模块包括：

一容置管体，所述容置管体的底部与所述水箱连通，以使所述容置管体的水位随所述水箱的水位而变化；

一磁性浮体，设置于所述容置管体中；以及

多个霍尔感测器，所述霍尔感测器分别间隔地设置于所述容置管体的外壁并分别电性连接所述控制模块，所述霍尔感测器通过所述磁性浮体在所述容置管体的不同位置所产生的磁场变化而产生所述第二检测信号。

6.一种瞬间加热型给水装置的控制方法，其特征在于，所述瞬间加热型给水装置电性连接一外部电源，并且所述瞬间加热型给水装置具有一水箱、一透明管体与一加热模块，其中，所述透明管体设置于所述水箱与所述加热模块之间，所述加热模块用以将所述外部电源的电能转换为一热能，所述的控制方法包括：

产生朝向所述透明管体的一光束；

检测穿透过所述透明管体后的所述光束的强度，并据以产生一第一检测信号；以及

依据所述第一检测信号来控制所述加热模块是否继续产生所述热能。

7.根据权利要求6所述的瞬间加热型给水装置的控制方法，其特征在于，当所述光束穿透过所述透明管体且所述透明管体输送有水流时，透过所述光束所产生的折射，据以使所检测到的所述光束的强度大于所述透明管体未输送有水流时的强度。

8.根据权利要求6所述的瞬间加热型给水装置的控制方法，其特征在于，所述瞬间加热型给水装置还包括一泵，所述泵依据一控制信号来决定是否继续将所述水箱的水流抽取至所述加热模块。

9.根据权利要求8所述的瞬间加热型给水装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括检测储存于所述水箱的水流的水位并据以产生一第二检测信号，并当检测到所述水箱的水位低于一预设阈值时，控制所述泵停止抽取所述水箱的水流至所述加热模块。

10.根据权利要求9所述的瞬间加热型给水装置的控制方法，其特征在于，检测储存于所述水箱的水流的水位的步骤是通过一磁性浮体与多个霍尔感测器而实现的，所述磁性浮体随着所述水箱的水位的不同而具有对应的位置，所述霍尔感测器有间隔地对应于所述水箱的不同水位，以通过所述磁性浮体在不同位置所产生的磁场变化而产生所述第二检测信号。