CN104997397A - 一种速热式加热装置及其热水温度与热水水量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种速热式加热装置,包括壳体，设置在该壳体内用于盛装未经加热原水的储水水箱，该储水水箱中安装有用于检测原水温度的原水温度传感器；设置在储水水箱中用于抽取储水水箱中原水以供加热的水泵；位于壳体内与水泵连接的加热体，该加热体上安装有用于检测加热体表面温度的加热体温度传感器；速热式加热装置的壳体内还设有自动控制装置。该本饮水装置通过对水泵的控制，使进入到加热体中的水流量由原水温度和已加热的水的温度决定，通过加热体的加热功率来调节水泵的进水量，水泵的进水量来控制加热体的加热功率，从而保证了加热体中的水不论在何种情况下均为恒温及出水水量的精确控制。

Description

一种速热式加热装置及其热水温度与热水水量控制方法

技术领域

本发明涉及速热式加热装置以及该装置的出水恒温控制方法。

背景技术

如今社会，急速加热装置使液体实现三秒沸腾，即用即开，并以技术保证不开不出水，有效避免了“冷热混合水，高碱水、千沸水、残留水”，真正意义上提供纯开水、柔软水、新鲜水、健康水。其中无热胆的速热饮水装置由于其快速、体积小巧、功能先进、使用方便而备受欢迎。但是在现有的技术，无热胆速热装置所加热得到的水温与水量常常无法达到满意的温度，由于即热式电热水器工作时电流较大.传统的导通角控制方式会产生大量的谐波.不仅对电网造成冲击.而且对可控硅自身也造成冲击.加快元件老化，而且，现在的速热式加热装置都是单独地控制加热装置内的水泵的进水量或者加热体的加热功率，由于两者的控制不是相互依存的，不是出水温度不够恒定，就是出水水量随着使用环境的不同不能达到满意的结果，尤其开启后的第一杯水的水温更是不能达到设定出水温度的值。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中速热式加热装置所存在的缺陷，提供一种实现水泵的进水量与加热体的加热功率相互依存，保证出水水量和温度控制精准的速热式加热装置以及该装置的出水恒温控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种速热式加热装置,包括壳体，设置在该壳体内用于盛装未经加热原水的储水水箱，该储水水箱中安装有用于检测原水温度的原水温度传感器；

设置在储水水箱中用于抽取储水水箱中原水以供加热的水泵；

位于所述壳体内与所述水泵连接的加热体，该加热体上安装有用于检测加热体表面温度的加热体温度传感器；

所述速热式加热装置的壳体内还设有自动控制装置，该自动控制装置包 括相互连接的单片机和过零检测电路以及功率检测电路；自动控制装置根据加热功率状况及与所述原水温度传感器和加热体温度传感器所检测到的温度值实时计算出所需加热的水量再控制所述水泵的转速或可控硅功率斩波控制水泵出水水量并与所述加热体加热所需水量匹配；

过零检测电路，用于从电源的输出端取得基准脉冲信号，将基准脉冲信号提供给单片机；

单片机，根据原水温度传感器发送的温度数值和加热体温度传感器发送的温度数值，在设定的时间范围内对通往加热体进行快速的关断与开通，从而调整加热体的功率，以满足出水流量与水温的所需。

上述的一种速热式加热装置，所述加热体是厚膜电路加热体，加热体的流道板中设有迂回弯曲的水流道。

上述的一种速热式加热装置，所述过零检测电路为一个市电相连的降压电阻、光耦信号隔离及光耦隔离后的信号采集电路，采集交流市电的工频频率及市电的过零点。

上述的一种速热式加热装置，所述功率检测电路为一个市电相连的降压电阻、电压隔离互感器及电压互感隔离后的信号采集电路，采集加热体的功率。

上述的一种速热式加热装置，所述水泵为交流电磁泵，所述过零检测电路检测到交流市电的交流频率，该交流频率作为单片机在设定的时间范围内对通往交流电磁泵的电压进行截波，使交流电磁泵工作电压变化，以控制交流电磁泵的水流量。

上述的一种速热式加热装置，所述水泵为直流泵，所述自动控制装置还具有高精度的PWM控制器，PWM控制器通过控制所述直流泵的转速来控制直流泵的水流量。

上述的一种速热式加热装置，所述过零检测电路检测到交流市电的交流频率，该交流频率作为单片机在设定的时间范围内对加热功率进行控制频率，使加热体功率可以按交流频率工作时间段内进行加热或不加热的控制从而实现加热体的功率控制。

上述速热式加热装置的出水恒温控制方法，包括以下步骤：

a、原水温度传感器检测原水的温度并传递至自动控制装置中的单片机；加热体温度传感器检测加热体表面的温度并传递至自动控制装置中的单片机；加热功率检测装置采集的加热体的功率并传递至自动控制装置中的单片机；

b、过零检测电路对通往厚膜加热体的电压进行过零点检测；自动控制装置中的单片机根据原水温度传感器发送的温度数值和加热体温度传感器发送的温度数值，在设定的时间范围内对通往加热体进行快速的关断与开通，从而调整加热体的功率，以满足出水流量与水温的所需。

本发明的有益效果为：该本饮水装置通过对水泵的控制，使进入到加热体中的水流量由原水温度和已加热的水的温度决定，通过加热体的加热功率来调节水泵的进水量，水泵的进水量来控制加热体的加热功率，使得水泵的进水量与加热体的功率调节达到了相辅相成的目的，从而保证了加热体中的水不论在何种情况下均为恒温及出水水量的精确控制，目前通过现有的控制方法可以控制水温的精度可以达到±0.5℃,出水水量精度误差可控制在5％以内。

附图说明

图1为本发明速热式加热装置的结构示意图；

图2为本发明水泵的脉动电源电压的波形图；

图3为本发明自动控制装置的示意图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解和认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1至图3所示，一种速热式加热装置,包括壳体1，设置在该壳体1内用于盛装未经加热原水的储水水箱2，该储水水箱2中安装有用于检测原水温度的原水温度传感器3；设置在储水水箱2中用于抽取储水水箱2中原水以供加热的水泵4；

位于壳体1内与水泵4连接的加热体5，加热体5是厚膜电路加热体，加 热体的流道板中设有迂回弯曲的水流道，该加热体5上安装有用于检测加热体表面温度的加热体温度传感器6；

速热式加热装置的壳体内还设有自动控制装置，该自动控制装置包括相互连接的单片机和过零检测电路以及功率检测电路；自动控制装置根据加热功率状况及与所述原水温度传感器和加热体温度传感器所检测到的温度值实时计算出所需加热的水量再控制所述水泵的转速或可控硅功率斩波控制水泵出水水量并与所述加热体加热所需水量匹配；

过零检测电路，用于从电源的输出端取得基准脉冲信号，将基准脉冲信号提供给单片机；

单片机，根据原水温度传感器发送的温度数值和加热体温度传感器发送的温度数值，在设定的时间范围内对通往加热体进行快速的关断与开通，从而调整加热体的功率，以满足出水流量与水温的所需。

过零检测电路为一个市电相连的降压电阻、光耦信号隔离及光耦隔离后的信号采集电路，采集交流市电的工频频率及市电的过零点。

功率检测电路为一个市电相连的降压电阻、电压隔离互感器及电压互感隔离后的信号采集电路，采集加热体的功率。过零检测电路检测到交流市电的交流频率，该交流频率作为单片机在设定的时间范围内对加热功率进行控制频率，使加热体功率可以按交流频率工作时间段内进行加热或不加热的控制从而实现加热体的功率控制。

实施例1

在本实施例中，水泵4为交流泵，优选为水泵PUMP，安装在储水水箱2内，用于检测原水温度的原水温度传感器CN102，加热体5和出水装置7。加热体5表面上安装有用于检测加热体表面温度的加热体温度传感器CN101。在水泵4的作用下，水箱中的水流经进到加热体加热，在加热到设定的温度后从出水装置中流出。

该主体内还安装有一自动控制装置，该自动控制装置中安装有单片机IC101，该单片机IC101分别与水泵PUMP、原水温度传感器CN102和加热体温度传感器CN101电路相连。单片机IC101在接收到原水温度传感器CN102和 加热体温度传感器CN101所检测到的温度信号后，在设定的时间范围内对通往水泵PUMP的电压进行截波，从而控制水泵PUMP的水流量。

热水温度传感器CN101和原水温度传感器CN102为负温度系数的电子器件。随着检测点的温度的变化，传感器反应出来的是电阻值的变化。负温度系数的意思是当温度越高时，传感器的电阻值越小，当温度越低时，传感器的电阻值越大，加热体温度传感器的与电阻R105和电容C101相连，加热体温度传感器就相当于一个随温度变化而变化的电阻。连接后，加热体温度传感器与R105串联形成分压电路。中间的分压点与单片机的一个输入口相连接。随着温度的变化，分压点的电压随即发生变化。此电压值将被单片机的输入口所采集，由此可知当前所检测点的温度值，其中的电容C101起着过滤干扰信号的作用。

根据加热体温度，水泵电压的截波时间设定分别为：

泵工作后，以过零的工作周期，进行每周期的PID计算，根据PID计算反馈值进行适当的调整，当加热体温度高于设定的温度，以过零工作周期，加大水泵的电压，缩短水泵电压的载波时间，即加大水泵工作电压，流量适当增加。

当加热体温度低于设定的温度，以过零工作周期，减少水泵的电压，加长水泵电压的载波时间，即减少水泵工作电压，流量适当减小。

这样在很短的时间内达到恒定温度的出水，且出水温度的精度在±0.5℃内。每周期的出水水量根据上述原水的进水温度，发热体的出水温度，及发热体的加热功率值，确定了一个固定的流量值，对每周期的流量进行相加，即为加热后出水的水量，出水水量的精度在5％以内。

实施例2

该实施例的工作原理与实施例1基本相同，区别在于，水泵4为直流泵，自动控制装置还具有高精度的PWM控制器，PWM控制器通过控制直流泵的转速来控制直流泵的水流量，具体就是通过改变直流泵电机电压的接通与断开的时间比来控制直流泵电机的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加，电机断电时，其速度降低，只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即 可使得直流泵的转速保持一个稳定值。

速热式加热装置的出水恒温控制方法，包括以下步骤：

a、原水温度传感器检测原水的温度并传递至自动控制装置中的单片机；加热体温度传感器检测加热体表面的温度并传递至自动控制装置中的单片机；加热功率检测装置采集的加热体的功率并传递至自动控制装置中的单片机；

b、过零检测电路对通往厚膜加热体的电压进行过零点检测；自动控制装置中的单片机根据原水温度传感器发送的温度数值和加热体温度传感器发送的温度数值，在设定的时间范围内对通往加热体进行快速的关断与开通，从而调整加热体的功率，以满足出水流量与水温的所需。

该本饮水装置通过对水泵的控制，使进入到加热体中的水流量由原水温度和已加热的水的温度决定，通过加热体的加热功率来调节水泵的进水量，水泵的进水量来控制加热体的加热功率，使得水泵的进水量与加热体的功率调节达到了相辅相成的目的，从而保证了加热体中的水不论在何种情况下均为恒温及出水水量的精确控制，目前通过现有的控制方法可以控制水温的精度可以达到±0.5℃,出水水量精度误差可控制在5％以内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种速热式加热装置，包括壳体，设置在该壳体内用于盛装未经加热原水的储水水箱，该储水水箱中安装有用于检测原水温度的原水温度传感器；

设置在储水水箱中用于抽取储水水箱中原水以供加热的水泵；

位于所述壳体内与所述水泵连接的加热体，该加热体上安装有用于检测加热体表面温度的加热体温度传感器；

其特征在于，所述速热式加热装置的壳体内还设有自动控制装置，该自动控制装置包括相互连接的单片机和过零检测电路以及功率检测电路；自动控制装置根据加热功率状况及与所述原水温度传感器和加热体温度传感器所检测到的温度值实时计算出所需加热的水量再控制所述水泵的转速或可控硅功率斩波控制水泵出水水量并与所述加热体加热所需水量匹配；

过零检测电路，用于从电源的输出端取得基准脉冲信号，将基准脉冲信号提供给单片机；

单片机，根据原水温度传感器发送的温度数值和加热体温度传感器发送的温度数值，在设定的时间范围内对通往加热体进行快速的关断与开通，从而调整加热体的功率，以满足出水流量与水温的所需。

2.根据权利要求1所述的一种速热式加热装置，其特征在于，所述加热体是厚膜电路加热体，加热体的流道板中设有迂回弯曲的水流道。

3.根据权利要求1所述的一种速热式加热装置，其特征在于，所述过零检测电路为一个市电相连的降压电阻、光耦信号隔离及光耦隔离后的信号采集电路，采集交流市电的工频频率及市电的过零点。

4.根据权利要求3所述的一种速热式加热装置，其特征在于，所述功率检测电路为一个市电相连的降压电阻、电压隔离互感器及电压互感隔离后的信号采集电路，采集加热体的功率。

5.根据权利要求3所述的一种速热式加热装置，其特征在于，所述水泵为交流电磁泵，所述过零检测电路检测到交流市电的交流频率，该交流频率作为单片机在设定的时间范围内对通往交流电磁泵的电压进行截波，使交流电磁泵工作电压变化，以控制交流电磁泵的水流量。

6.根据权利要求3所述的一种速热式加热装置，其特征在于，所述水泵为直流泵，所述自动控制装置还具有高精度的PWM控制器，PWM控制器通过控制所述直流泵的转速来控制直流泵的水流量。

7.根据权利要求4所述的一种速热式加热装置，其特征在于，所述过零检测电路检测到交流市电的交流频率，该交流频率作为单片机在设定的时间范围内对加热功率进行控制频率，使加热体功率可以按交流频率工作时间段内进行加热或不加热的控制从而实现加热体的功率控制。

8.一种基于权利要求1所述速热式加热装置的出水恒温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、原水温度传感器检测原水的温度并传递至自动控制装置中的单片机；加热体温度传感器检测加热体表面的温度并传递至自动控制装置中的单片机；加热功率检测装置采集的加热体的功率并传递至自动控制装置中的单片机；

b、过零检测电路对通往厚膜加热体的电压进行过零点检测；自动控制装置中的单片机根据原水温度传感器发送的温度数值和加热体温度传感器发送的温度数值，在设定的时间范围内对通往加热体进行快速的关断与开通，从而调整加热体的功率，以满足出水流量与水温的所需。