CN109090998A - 饮水机及加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种饮水机及加热控制方法。该加热控制方法包括：通过温度传感器（3）确定水箱（1）内水的实际温度，当实际温度不小于预设的目标温度时使感应加热装置（2）对水箱（1）内的水停止加热，且当实际温度不小于预设的阈值温度时使感应加热装置（2）对水箱（1）内的水开始加热，当实际温度介于预设的目标温度与预设的阈值温度之间时使感应加热装置（2）维持当前对水箱（1）内的水进行加热或停止加热的工作状态；其中，阈值温度小于目标温度，且感应加热装置（2）设置在水箱（1）的底部，感应加热装置（2）的中轴线与水箱（1）的中轴线之间夹角为0‑90°，温度传感器（3）设置在水箱（1）的外侧面。本发明具有加热快速、加热充分、热效率高和安全可靠的优点，能够为用户随时提供目标温度的洁净热水。

Description

饮水机及加热控制方法

技术领域

本发明涉及饮水机，尤其是涉及一种感应加热的饮水机及饮水机的加热控制方法。

背景技术

目前的电热饮水机的加热方式通常是采用电热管、电阻丝或电阻棒通过直接长期置于水中进行加热，这种加热方式使其存在以下缺陷：电热管、电阻丝或电阻棒等发热元件上容易结水垢影响加热效率，长期集聚在饮水机内胆中的水垢和杂质让饮水的卫生状况欠佳；且发热元件与水直接接触存在漏电风险，安全性较差。

随之出现了感应加热的饮水机，由于感应加热实现了水电分离从而提高了安全性，得到越来越多使用者的认可。通常而言，感应加热装置包括：当向其施加交电流时产生磁场的电磁线圈，以及置于磁场内的发热部。当交电流被施加到电磁线圈时产生交变磁场，根据电磁感应定律，发热部以涡流形式产生感应电流，发热部具有电阻特性在感应电流流过时会产生焦耳热，从而与发热部接触的水或食物会被加热。相当于水或食物而言，由于发热部本身充当加热源，因此需要使用由钢、不锈钢、镍等高电阻特性的金属制成，而铝、 陶瓷、玻璃等具有低电阻特性的材料则不适合用作发热部。

现有采用电磁感应加热的饮水机，大多是将电磁线圈缠绕在饮水机的内胆上以对内胆中的水进行加热。本领域所熟知，基于水的自然分层原理，温度高的水会往上流动从而处于内胆的上层而温度较低的水则会留在内胆的下层。因此，现有产品存在内胆下层的水难以加热到目标温度从而存在加热不充分的缺陷。

发明内容

为克服现有技术存在的内胆下层水无法充分加热的缺陷，本发明提出一种结构简单、加热快速且安全可靠的饮水机及饮水机的加热控制方法，以确保饮水机在充分加热的基础上能随时提供目标温度的洁净热水。

本发明公开一种感应加热的饮水机，其包括：顶部带有热水出口的水箱，该水箱的底部设有安装槽；用于对水箱内的水自下而上加热的感应加热装置，该感应加热装置的第一末端设有进水口，该感应加热装置的第二末端与安装槽固定相连，且感应加热装置的中轴线与水箱的中轴线之间夹角为0-90°；在水箱的外侧面设有一个或多个温度传感器，温度传感器相对于水箱的底部距离是水箱轴向高度的10%-95%；通过温度传感器确定水箱内水的实际温度，当实际温度不小于预设的目标温度时使感应加热装置对水箱内的水停止加热，当实际温度不小于预设的阈值温度时使感应加热装置对水箱内的水开始加热，当实际温度介于预设的目标温度与预设的阈值温度之间时使感应加热装置维持当前对水箱内的水进行加热或停止加热的工作状态；其中，阈值温度小于目标温度。

其中，感应加热装置与水箱同轴设置。

其中，该水箱1呈圆柱形、球形、椭圆形或方形。

其中，感应加热装置设置在水箱的底部外侧，该感应加热装置包括：中空的金属筒，该金属筒的内腔与水箱相连通；套设在金属筒外侧面的绝缘筒；缠绕在绝缘筒外侧面的电磁线圈；金属筒外侧面与绝缘筒内侧面之间具有间隙形成的加热腔，该加热腔的第一末端与进水口相连通，该加热腔的第二末端与金属筒的内腔连通。

其中，在金属筒的第一末端及绝缘筒设有密封连接部，进水口设置在密封连接部上。

其中，感应加热装置设置在该水箱的内底部，该感应加热装置包括：设于水箱内部的金属筒，该金属筒的第一末端与水箱的安装槽固定相连；套设在金属筒内侧面的绝缘筒；设置在绝缘筒内侧面的电磁线圈；金属筒内侧面与绝缘筒外侧面之间具有间隙形成的加热腔，该加热腔的第一末端与进水口相连通，该加热腔的第二末端与水箱连通。

其中，绝缘筒与电磁线圈之间设置绝缘层。

其中，绝缘层是绝缘胶带。

其中，金属筒为铁管、不锈钢钢管或镍管，绝缘筒为玻璃管、石英管或微晶管。

本发明还公开一种饮水机的加热控制方法，其包括：通过温度传感器确定水箱内水的实际温度，当实际温度不小于预设的目标温度时使感应加热装置对水箱内的水停止加热，且当实际温度不小于预设的阈值温度时使感应加热装置对水箱内的水开始加热，当实际温度介于预设的目标温度与预设的阈值温度之间时使感应加热装置维持当前对水箱内的水进行加热或停止加热的工作状态；其中，阈值温度小于目标温度，且感应加热装置设置在水箱的底部，感应加热装置的中轴线与水箱的中轴线之间夹角为0-90°，温度传感器设置在水箱的外侧面。

其中，通过温度传感器确定水箱内水的实际温度的步骤包括：将温度传感器的各个检测结果中删除最大值和最小值后，以剩余各个检测结果的平均值作为最终检测结果；该最终检测结果加上预设误差值之和确定为此时水箱内水的实际温度。

其中，在感应加热装置处于对水箱的水进行加热时，当水箱的水的实际温度与预设的目标温度的差值大于预设常数K时，让感应加热装置提高加热功率以加快加热速度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1. 加热快速、加热充分且热效率高。感应加热装置设置在水箱底部，自下而上对水箱内的水进行加热，加热充分且加热快速，能够确保饮水机在充分加热的基础上能随时提供目标温度的洁净热水；并且，感应加热本身具有较佳的热能转换效率，并让冷水经过加热腔后进入水箱，让冷水能够给感应线圈散热并达到冷水预热，提高了感应加热装置的可靠性及热能利用率。

2.安装维护简便。感应加热装置设置在水箱底部，便于感应加热装置的安装、拆卸及后期维护操作；还可以通过拆下感应加热装置后可以方便的对水箱进行清洗。

3. 水电分离从而安全性高。感应加热装置中感应线圈设置在绝缘筒表面，不与水直接接触，通过水电分离的感应加热方式实现加热，从而相比传统采用电阻、电热膜等直接与水接触的加热方式而言，不存在漏电风险从而提高了使用安全性。

4. 感应加热装置对水进行磁化处理与加热杀菌处理，为用户提供洁净热水。

附图说明

图1是第1实施例的立体结构示意图。

图2是第1实施例在A-A剖面线的内部结构示意图。

图3是现有技术中电源电路及控制模块一个实施例的电路结构示意图。

图4是饮水机的加热控制方法的流程示意图。

图5是第2实施例的立体结构示意图。

图6是第3实施例的立体结构示意图。

图7是第3实施例在A-A剖面线的内部结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本申请为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

第1实施例

结合图1和图2所示，本发明提出的饮水机包括：顶部带有热水出口11的水箱1，该水箱1的底部设有安装槽，该水箱1呈圆柱形、球形、椭圆形或两末端呈弧面的其他形状；第一末端设有进水口21的感应加热装置2，该感应加热装置2的第二末端设置在安装槽中，因此，感应加热装置2的第二末端外露出水箱1。即，感应加热装置2设置在水箱1底部的外侧面，仅有感应加热装置2的第一末端部分深入水箱1底部的安装槽中实现与安装槽固定相连。

感应加热装置2具体包括：中空的金属筒22，该金属筒22由具有高电阻特性的金属材料制成，比如，金属筒22为铁管、不锈钢钢管或镍管，该金属筒22的内腔与水箱1的内腔相连通；套设在金属筒22外侧面的绝缘筒23，该绝缘筒23采用具有绝缘特性佳且导热性能优良的材料制成，比如，绝缘筒23为玻璃管、石英管或微晶管；缠绕在绝缘筒23外侧面的电磁线圈24；金属筒22外侧面与绝缘筒23内侧面之间具有间隙形成的加热腔25，该加热腔25的第一末端与进水口21相连通，该加热腔25的第二末端与金属筒22的内腔连通。

另外，为了减少电磁线圈24与绝缘筒23之间的寄生电容，还可以在绝缘筒23与电磁线圈24之间设置绝缘层（比如，绝缘层是绝缘胶带，将绝缘胶带缠绕在绝缘筒23的外表面之后再绕设电磁线圈24）。

如图2所示，在金属筒22的第一末端及绝缘筒23设置一个密封连接部26（比如，密封连接部26为螺母），进水口21设置在密封连接部26上，通过进水口21与外部水源相连。设置密封连接部26的好处在于，可以取下密封连接部26后对金属筒22及绝缘筒23内侧面进行反向冲洗减少水垢或在残留杂质。当然，也可以不需要密封连接部26直接将进水口21固定在金属筒22或绝缘筒23上并让进水口21与加热腔25相连通。

冷水从进水口21进入到加热腔25的第一末端，沿着金属筒22的第一末端在加热腔25中运动到金属筒22的第二末端然后进入水箱1及金属筒22的内腔中，在此过程中给电磁线圈24提供高频电流从而产生交变磁场，根据感应定律，该交变磁场让金属筒22发生涡流形式的感应电流，该感应电流因为金属筒22的电阻特性才能会产生焦耳热，该热量与冷水发生热交换从而让冷水被加热；加热后的热水进入水箱1的内腔后，基于水的自然分层原理，温度高的水会往上流动从而处于水箱1的内腔上层，而温度较低的水则会留在水箱1的内腔下层，因此，温度较低的水会反向进入金属筒22的内腔和加热腔25中从而被源源不断加热，从而加热较为充分且加热效果较佳。并且，由于感应加热装置2设置在水箱1的底部外侧，因此安装维护也相对比较容易。

并且，给电磁线圈24提供高频电流时（即饮水机工作时），电磁线圈24本身具有一定的电阻，从而电磁线圈24也会产生较高热量。本发明设置于进水口21进入的冷水必须先经过加热腔25才能进入水箱1内腔，因此，冷水进入加热腔25后可以通过绝缘筒23对电磁线圈24进行散热并对冷水起到预热作用；并且，由于感应加热装置2设置在水箱1的外底部且电磁线圈24外露，从而电磁线圈24的散热性能交佳，从而饮水机具有较高的可靠性。

另外，金属筒22的中轴线（即感应加热装置2的中轴线）与水箱1的中轴线之间夹角为0-90°。当金属筒22的中轴线与水箱1的中轴线之间夹角为0°时表明金属筒22的中轴线与水箱1的中轴线平行后两者同轴设置，此时，由于感应加热装置2对水箱1中的水充分根据水的自然分层原理从下方进行加热，加热效果最佳；并且，感应加热装置2的第一末端、金属筒22的第一末端、绝缘筒23的第一末端及加热腔25的第一末端均表示图2所示的下末端，而对应的上末端均表示各自的上末端。当金属筒22的中轴线与水箱1的中轴线之间夹角为90°时，表示感应加热装置2横向连接设置在水箱1的外侧面，此时，感应加热装置2的第一末端、金属筒22的第一末端、绝缘筒23的第一末端及加热腔25的第一末端均表示与水箱1相连或靠近水箱1的末端，而远离水箱1的另一端即为第二末端。

再者，在水箱1的外侧面通过半埋孔的方式设有一个或多个温度传感器3，该温度传感器3用于检测水箱1内水的实际温度。温度传感器3相对于水箱1的底部距离是水箱1轴向高度的10%-95%为宜，利用温度传感器3的检测结果由电磁线圈24搭配使用的控制模块控制饮水机的工作。

其中，作为本领域技术人员的公知常识，控制模块电性连接在电源电路与电磁线圈24之间，由控制模块的功率开关IGBT产生高频切换从而给电磁线圈24提供高频电流。如图3所示是现有的电源电路及控制模块一个实施例的电路结构示意图，通过了解电源电路及控制模块的结构以更好的理解本发明进行加热控制的具体实现方式。电源电路包括依次顺序连接的EMC模块、整流电路及滤波电路，比如，EMC模块包括分别串接在A相、B相和C相上的一个电感及保险管，以及在A相、B相和C相上的电感与保险管的公共端与零线N之间分别连接一个滤波电容。而滤波电路包括分别串接在整流电路的两个输出端的电感L2及电感L3，以及连接在电感L2与电感L3之间的滤波电容C3。而功率模块包括逆变电路（逆变电路为2个大功率开关管IGBT1和IGBT2构成的半桥IGBT模块）、与电磁线圈24（电磁线圈24即图3中电感L1）组成LC谐振电路（LC谐振电路包括串接的谐振电容C1、谐振电容C2及电感L1）、用于输出控制信号以调节逆变电路产生的高频电流的大小和频率的微控制器，而温度传感器3连接在微控制器的其中一个数据端口。

用温度传感器3可控制感应加热装置2启动或停止工作以确保水箱1中的水被加热到目标温度：比如，预设水箱1中水被加热到目标温度是100℃以及预设一个用于让感应加热装置2启动工作的阈值温度（例如阈值温度是80℃）；当温度传感器3检测到水箱1内的水温度达到目标温度100℃时，感应加热装置2停止加热工作，此时水箱1充满了热水且至少水箱1上层的水确实是达到目标温度100℃；当用户打开与热水出口11相连的龙头时，水箱1上层的热水会从热水出口11排出，热水排出的同时也会从进水口21经过加热腔25（此时由于感应加热装置2停止加热工作故加热腔25并不会对冷水进行加热）往水箱1内补充相同的水量，进入水箱1内的冷水与水箱1内的热水发生交换从而导致水箱1内水的实际温度下降（或是水箱1内的水达到目标温度100℃经过较长时间因水箱1与周围空气发生热交换从而让水箱1内水的实际温度下降），由温度传感器3检测到水箱1内的水的实际温度下降至预设的阈值温度时，让感应加热装置2启动加热工作自下而上对水箱1内的水进行加热，直到温度传感器3检测到水箱1内的水的实际温度重新达到目标温度100℃时让感应加热装置2再次加热工作，于此反复以确保饮水机能够随时提供目标温度的热水。具体来说，结合图4所示为本发明饮水机加热控制方法一个实施例的流程示意图。在一个控制周期T内，采用如下流程实现加热控制：

步骤S1、微控制器获取温度传感3检测水箱1内水的实际温度的检测结果，确定水箱1内水的实际温度。

由于温度传感3实际上没有跟水箱1内的水直接接触，因此，本领域技术人员熟知根据温度传感器3在水箱1所设置位置、水箱1内外侧温度差等预设温度传感3的误差值，温度传感器3 的实际测量值加上预设误差值才是最终检测得到的水箱1内水的实际温度。并且，当同时使用多个温度传感器3时，可以对各个温度传感器3进行优化处理以提高实际温度的检测准确性，比如，在预设时间T内将获取到的各个温度传感器3的检测结果，删除检测结果中的最大值和最小值后，以剩余各个检测结果的平均值作为最终检测结果，该最终检测结果加上预设误差值即为微控制器确定水箱1内水的实际温度。

步骤S2、微控制器判断实际温度是否不小于预设的目标温度，若是，转入步骤S3，否则转入步骤S4。

步骤S3、当水箱1内的水的实际温度不小于预设的目标温度（比如预设的目标温度是100℃）时，微控制器停止对逆变电路输出第一控制信号从而让LC谐振电路停止工作，达到使感应加热装置2停止加热工作的目的。

步骤S4、微控制器判断实际温度是否小于预设的阈值温度（比如，预设的阈值温度是80℃），若是，转入步骤S5，否则转入步骤S6。

步骤S5、当水箱1内的水的实际温度小于预设的目标温度预设的阈值温度时，表面此时需要对水箱1内的水进行加热，由微控制器对逆变电路输出第一控制信号从而让LC谐振电路工作，使感应加热装置2在预定的第一功率模式下开始加热工作。

步骤S6、当水箱1内的水的实际温度介于阈值温度及目标温度之间时，则让感应加热装置2继续维持当前的工作状态，比如，当前周期T时感应加热装置2是处于加热工作状态或停止加热状态，则让感应加热装置2在下一个控制周期T+1时仍然处于加热工作状态或停止加热状态。

在下一个控制周期T内重复步骤S1-S6，于此反复实现饮水机的加热控制。由于感应加热装置2对水箱1的水加热快速且加热效率高，因此，本发明能够确保饮水机能够随时给用户提供目标温度的热水。

并且，在感应加热装置2处于加热工作状态下，当水箱1内的水的实际温度与预设的目标温度的差值大于预设常数K时（比如，K=5），此时，微控制器对逆变电路输出第二控制信号从而让LC谐振电路工作在第二功率模式下以提高LC谐振电路的功率，让感应加热装置2提高加热功率以加快加热速度。

比如，上述第一、第二控制信号都是PWM信号。

第2实施例：如图5所示，跟第1实施例相比，第2实施例的差异在于采用了方形结构的水箱1。其中，感应加热装置2设置在水箱1的外底部，且感应加热装置2与水箱1同轴设置为佳。

第3实施例

结合图6和图7所示。第3实施例是将感应加热装置2设置在水箱1的内底部（即水箱1的内腔底部）；感应加热装置2包括：设于水箱1内部的金属筒22，该金属筒22的第一末端与水箱1的安装槽固定相连；套设在金属筒22内侧面的绝缘筒23；设置在绝缘筒23内侧面的电磁线圈24；金属筒22内侧面与绝缘筒23外侧面之间具有间隙形成的加热腔25，该加热腔25的第一末端与进水口21相连通，该加热腔25的第二末端与水箱1连通。冷水从进水口21进入加热腔25的第一末端后，沿着加热腔25运动（加热腔25内的冷水可通过绝缘筒23对电磁线圈24进行散热）进入水箱1内，在金属筒22发热时金属筒22的内侧面对加热腔25的水进行热交换而金属筒22的外侧面直接水箱1内的水进行热交换进行加热。由于将感应加热装置2设置在水箱1的内底部，第3实施例也具有加热充分、加热快速及安全可靠等优点，但感应加热装置2的安装维护不如第1实施例方便。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种感应加热的饮水机，其特征在于，包括：

顶部带有热水出口（11）的水箱（1），该水箱（1）的底部设有安装槽；

用于对水箱（1）内的水自下而上加热的感应加热装置（2），该感应加热装置（2）的第一末端设有进水口（21），该感应加热装置（2）的第二末端与安装槽固定相连，且感应加热装置（2）的中轴线与水箱（1）的中轴线之间夹角为0-90°；

在水箱（1）的外侧面设有一个或多个温度传感器（3），温度传感器（3）相对于水箱（1）的底部距离是水箱（1）轴向高度的10%-95%；

通过温度传感器（3）确定水箱（1）内水的实际温度，当实际温度不小于预设的目标温度时使感应加热装置（2）对水箱（1）内的水停止加热，且当实际温度不小于预设的阈值温度时使感应加热装置（2）对水箱（1）内的水开始加热，当实际温度介于预设的目标温度与预设的阈值温度之间时使感应加热装置（2）维持当前对水箱（1）内的水进行加热或停止加热的工作状态；其中，阈值温度小于目标温度。

2.根据权利要求1所述饮水机，其特征在于，感应加热装置（2）与水箱（1）同轴设置。

3.根据权利要求1所述饮水机，其特征在于，感应加热装置（2）设置在该水箱（1）的底部外侧，该感应加热装置（2）包括：中空的金属筒（22），该金属筒（22）的内腔与水箱（1）相连通；套设在金属筒（22）外侧面的绝缘筒（23）；缠绕在绝缘筒（23）外侧面的电磁线圈（24）；金属筒（22）外侧面与绝缘筒（23）内侧面之间具有间隙形成的加热腔（25），该加热腔（25）的第一末端与进水口（21）相连通，该加热腔（25）的第二末端与金属筒（22）的内腔连通。

4.根据权利要求3所述饮水机，其特征在于，在金属筒（22）的第一末端及绝缘筒（23）设有密封连接部（26），进水口（21）设置在密封连接部（26）上。

5.根据权利要求1所述饮水机，其特征在于，感应加热装置（2）设置在该水箱（1）的内底部，该感应加热装置（2）包括：设于水箱（1）内部的金属筒（22），该金属筒（22）的第一末端与水箱（1）的安装槽固定相连；套设在金属筒（22）内侧面的绝缘筒（23）；设置在绝缘筒（23）内侧面的电磁线圈（24）；金属筒（22）内侧面与绝缘筒（23）外侧面之间具有间隙形成的加热腔（25），该加热腔（25）的第一末端与进水口（21）相连通，该加热腔（25）的第二末端与水箱（1）连通。

6.根据权利要求3或4或5所述饮水机，其特征在于，绝缘筒（23）与电磁线圈（24）之间设置绝缘层。

7.根据权利要求3或4或5所述饮水机，其特征在于，金属筒（22）为铁管、不锈钢钢管或镍管，绝缘筒（23）为玻璃管、石英管或微晶管。

8.一种饮水机的加热控制方法，其特征在于，包括：通过温度传感器（3）确定水箱（1）内水的实际温度，当实际温度不小于预设的目标温度时使感应加热装置（2）对水箱（1）内的水停止加热，且当实际温度不小于预设的阈值温度时使感应加热装置（2）对水箱（1）内的水开始加热，当实际温度介于预设的目标温度与预设的阈值温度之间时使感应加热装置（2）维持当前对水箱（1）内的水进行加热或停止加热的工作状态；

其中，阈值温度小于目标温度，且感应加热装置（2）设置在水箱（1）的底部，感应加热装置（2）的中轴线与水箱（1）的中轴线之间夹角为0-90°，温度传感器（3）设置在水箱（1）的外侧面。

9.根据权利要求8所述饮水机的加热控制方法，其特征在于，通过温度传感器（3）确定水箱（1）内水的实际温度的步骤包括：将温度传感器（3）的各个检测结果中删除最大值和最小值后，以剩余各个检测结果的平均值作为最终检测结果；该最终检测结果加上预设误差值之和确定为此时水箱（1）内水的实际温度。

10.根据权利要求8所述饮水机的加热控制方法，其特征在于，在感应加热装置（2）处于对水箱（1）的水进行加热时，当水箱（1）的水的实际温度与预设的目标温度的差值大于预设常数K时，让感应加热装置（2）提高加热功率以加快加热速度。