CN112762622B - 水温控制装置与其运作方法 - Google Patents
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Abstract
一种水温控制装置与其运作方法,所述运作方法包含以下步骤:当出水埠停止提供水时,以控制电路侦测该混合比例;以控制电路取得热水槽的当前水温,且根据当前水温、预设热水温度与加热功率取得预设回温时间,其中加热功率关联于热水槽温度上升的速率;以控制电路至少依据混合比例、预设混合比例与预设回温时间取得单位混合比例变化量,并控制调节阀以单位混合比例变化量改变混合比例,其中预设混合比例对应于预设热水温度。本发明中水温控制装置与其运作方法,能在用户每次洗澡时提供合适温度的温水,避免用户因水温过高而烫伤,以提供用户更好的使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种水温控制装置的运作方法,特别是一种应用于供水系统的水温控制装置的运作方法。
背景技术
时至今日,供水系统已成为一种普及的家电产品。一般而言,当热水槽开始提供热水的同时,会有冷水注入热水槽,并以加热器加热,以将热水槽的水温维持在预设温度。然而,当用户开始洗澡而消耗大量的热水,而使热水槽的水温下降速率较加热器的加热速率快时,热水槽的水温会随着使用时间增加而渐减,而供水系统的温控装置也会依据热水槽的水温的变化,自动增加热水的出水比例并同时减少冷水的出水比例,进而维持用户洗澡时的水温。
然而,当用户洗完澡并停止使用热水时,热水槽的水温会逐渐被加热到预设温度,但温控装置的出水比例仍维持在热水较高且冷水较低的状态。因此,当供水系统再次被启动时,因为温控装置所提供的热水比例过高,而无法提供温度合适的水,不但让用户在下次洗澡时容易烫伤,供水系统的耗电量也因温控装置提供了多余的热水而增加,间接造成能源浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,针对现有技术的不足提供一种水温控制装置与其运作方法。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的:
一种水温控制装置的运作方法,包含以下步骤。当出水埠停止提供水时,以控制电路侦测该混合比例。以控制电路取得热水槽的当前水温,且根据当前水温、预设热水温度与加热功率取得预设回温时间,其中加热功率关联于热水槽温度上升的速率。以控制电路至少依据混合比例、预设混合比例与预设回温时间取得单位混合比例变化量,并控制调节阀以单位混合比例变化量改变混合比例,其中预设混合比例对应于预设热水温度。
一种水温控制装置,包含热水槽、冷水入水埠、调节阀、出水埠及控制电路。热水槽用于提供热水。冷水入水埠用于提供冷水。调节阀设置在冷水入水埠与热水槽之间。出水埠连接调节阀。控制电路电性连接调节阀并控制调节阀调整热水与冷水在出水埠的混合比例。其中,控制电路用于当出水埠停止提供水时,侦测混合比例以及取得热水槽的当前水温,且至少根据当前水温、预设热水温度与加热功率取得预设回温时间,且控制电路至少依据混合比例、预设混合比例与预设回温时间取得单位混合比例变化量,并控制调节阀以单位混合比例变化量改变混合比例,其中加热功率关联于热水槽温度上升的速率,预设混合比例对应于预设热水温度。
换句话说,本发明提供一种水温控制装置的运作方法,该水温控制装置包含一冷水入水埠、一热水槽、一出水埠、一调节阀与一控制电路,该冷水入水埠提供一冷水到该调节阀,且该热水槽提供一热水到该调节阀,其中该调节阀设置在该冷水入水埠与该热水槽之间且连接该出水埠,该控制电路电性连接该调节阀并用于控制该调节阀调整该热水与该冷水在该出水埠的一混合比例,且该方法包含:
当该出水埠停止提供水时,以该控制电路侦测该混合比例;
以该控制电路取得该热水槽的一当前水温,且至少根据该当前水温、一预设热水温度与一加热功率取得一预设回温时间,其中该加热功率关联于该热水槽温度上升的速率;以及
以该控制电路至少依据该混合比例、一预设混合比例与该预设回温时间取得一单位混合比例变化量,并控制该调节阀以该单位混合比例变化量改变该混合比例,其中该预设混合比例对应于该预设热水温度。
以该控制电路至少依据该混合比例、该预设混合比例与该预设回温时间取得该单位混合比例变化量,并控制该调节阀以该单位混合比例变化量改变该混合比例,包含:
其中M0为该单位混合比例变化量,Mf为该混合比例,Mp为该预设混合比例,T为该预设回温时间,Tp为一调整间隔时段,而该控制电路经过每一调整间隔时段,控制该调节阀以该单位混合比例变化量调整该混合比例。
其中T为该预设回温时间,V为该热水槽的容量,th为该预设热水温度,t为该当前水温,P为该加热功率。
其中v为一预设出水速度,tw为一使用设定温度,vw为一使用出水速度,th为该预设热水温度,tc为一预设冷水温度,t为该当前水温,Th为一热水使用时间,V为该热水槽的容量,T为该预设回温时间,P为该加热功率,其中该预设出水速度为该热水槽在一单位时间内提供的热水量,该使用设定温度为该出水埠的出水温度,该使用出水速度为该出水埠的出水速度,该热水使用时间为该热水槽开始提供该热水到停止提供该热水的一时间差,该预设冷水温度为该冷水的水温。
该调节阀包含一步进马达,该混合比例与该预设混合比例的差异值关联于该步进马达的步进数的变化量。
本发明还提供一种水温控制装置,包含:
一热水槽,用于提供一热水;
一冷水入水埠,用于提供一冷水;
一调节阀,设置在该冷水入水埠与该热水槽之间;
一出水埠,连接该调节阀;以及
一控制电路,电性连接该调节阀并控制该调节阀调整该热水与该冷水在该出水埠的一混合比例,其中该控制电路用于当该出水埠停止提供水时,侦测该混合比例以及取得该热水槽的一当前水温,且至少根据该当前水温、一预设热水温度与一加热功率取得一预设回温时间,且该控制电路至少依据该混合比例、一预设混合比例与该预设回温时间取得一单位混合比例变化量,并控制该调节阀以该单位混合比例变化量改变该混合比例,其中该加热功率关联于该热水槽温度上升的速率,该预设混合比例对应于该预设热水温度。
该控制电路以下列等式取得该单位混合比例变化量:
其中Mo为该单位混合比例变化量,Mf为该混合比例,Mp为该预设混合比例,T为该预设回温时间,Tp为一调整间隔时段,而该控制电路经过每一调整间隔时段,控制该调节阀以该单位混合比例变化量调整该混合比例。
其中T为该预设回温时间,V为该热水槽的容量,th为该预设热水温度,t为该当前水温,P为该加热功率。
其中v为一预设出水速度,tw为一使用设定温度,vw为一使用出水速度,th为该预设热水温度,tc为一预设冷水温度,t为该当前水温,Th为一热水使用时间,V为该热水槽的容量,T为该预设回温时间,P为该加热功率,其中该预设出水速度为该热水槽在一单位时间内提供的热水量,该使用设定温度为该出水埠的出水温度,该使用出水速度为该出水埠的出水速度,该热水使用时间为该热水槽开始提供该热水到停止提供该热水的一时间差,该预设冷水温度为该冷水的水温。
该调节阀包含一步进马达,该混合比例与该预设混合比例的差异值关联于该步进马达的步进数的变化量。
藉由上述结构,本发明所揭示的水温控制装置与其运作方法,所述的装置与方法能在热水未被使用且热水槽被加热的期间,逐渐将调节阀的冷热水混合比例调整回预设值(即减少热水的出水比例并增加冷水的出水比例),以使供水系统再次被使用时,能提供水温接近使用设定温度的温水,并改善浪费多余热水的问题,达到节能的技术效果。因此,本发明所提出的水温控制装置与其运作方法,能在用户每次洗澡时提供合适温度的温水,避免用户因水温过高而烫伤,以提供用户更好的使用体验。
以上的关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理,并且为本发明的保护范围提供更进一步的解释。
附图说明
图1为本发明一实施例的水温控制装置的方块图;
图2A为本发明一实施例的调节阀的结构示意图;
图2B为本发明一实施例的调节阀的部分组件的立体图;
图3为本发明一实施例的水温控制装置的运作方法的流程图。
【附图标记说明】
1 水温控制装置
11 冷水入水埠
12 热水槽
13 出水埠
14 调节阀
141 步进马达
142 壳体
143 水量调节件
143a 调节件入水口
15 控制电路
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点,其内容足以使本领域普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施,且根据本说明书所揭露的内容、保护范围及图式,本领域普通技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点,但非以任何观点限制本发明的保护范围。
请参考图1。图1为本发明一实施例的水温控制装置的方块图。水温控制装置1包含冷水入水埠11、热水槽12、出水埠13、调节阀14与控制电路15。详细来说,调节阀14连接冷水入水埠11、热水槽12与出水埠13,并设置在冷水入水埠11与热水槽12之间,出水埠13则连接调节阀14。
冷水入水埠11一端连接调节阀14,另一端则连接能提供冷水的水源(例如为冷水槽),以将具有预设冷水温度的冷水输送到调节阀14内。一般而言,前述的预设冷水温度趋近于定值。于实务上,冷水入水埠11可以是PVC(polyvinyl chloride,聚氯乙烯)或不锈钢材质的水管接头或水管的一部分,但依据不同的实务需求,亦可以其他材质实现。
热水槽12连接调节阀14上,以将热水输送到调节阀14内。一般而言,热水槽12的水在未被使用时,能藉由加热器的作用维持在预设热水温度;并且当用户开始使用大量的热水,而使热水槽12的水温下降速率较加热器的加热速率快时,热水槽12的水温会随使用时间增加而逐渐降低。于实务上,热水槽12的容量可配置为12加仑,但依照不同的使用需求,热水槽12的容量亦可配置为8加仑、20加仑或30加仑等不同的规格,本发明不以此为限。
调节阀14设置在冷水入水埠11与热水槽12之间以接收冷水与热水,并以不同的混合比例将冷水与热水混合为温水,以将温水输送到出水埠13。举例来说,当热水槽12的水温下降时,调节阀14会接收到关联于改变混合比例的指令,并依据指令调整冷水与热水的混合比例,以便在用户洗澡的过程中,提供水温接近使用设定温度的温水。
于一实施例中,调节阀14可包含步进马达(stepper motor),而混合比例则对应于步进马达的步进数变化量,相关的结构请参考图2A与图2B。图2A为本发明一实施例的调节阀的结构示意图。图2B为图2A的调节阀的部分组件的立体图。如图2A所示,调节阀14包含步进马达141、壳体142与水量调节件143,且水量调节件143具有调节件入水口143a,其中图2A的壳体142、水量调节件143、调节件入水口143a与出水埠13以剖面图表示。详细来说,步进马达141电性连接控制电路15并受控于控制电路15,并穿过壳体142连接水量调节件143的一端,以在转动时驱动水量调节件143旋转。详细来说,水量调节件143的另一端朝向出水埠13,而冷水与热水则通过调节件入水口143a流入水量调节件143,并在混合成温水后由出水埠13流出。在本实施例中,当控制电路15驱动步进马达141转动时,步进马达141的步进数会随之改变,并驱动水量调节件143旋转。因此,当步进马达141转动时(即步进数改变),热水在调节件入水口143a的进水面积与冷水在调节件入水口143a的进水面积之间的比例能逐渐增加或减少,藉以调整冷水与热水的进水比例(即混合比例)。
特别要说明的是,上列调节阀14仅为示例性的描述。在本发明中,调节阀14亦可以为其他能受电控以调整冷热水进水比例的结构,或是包含分别受控于多个马达的多个调节件,以分别调整冷水进水量与热水进水量。
请继续参考图1。出水埠13连接调节阀14,以接收并输出经由调节阀14混合过的温水。详细来说,当用户开始洗澡而启动配置有水温控制装置1的供水系统时,出水埠13可提供水温接近使用设定温度的温水。另一方面,当用户洗完澡而关闭供水系统时,出水埠13则随之停止出水。一般而言,出水埠13可以能连接调节阀14的水管实现。
控制电路15电性连接调节阀14,以控制调节阀14调整热水与冷水在出水埠13的混合比例。详细来说,当供水系统开机而使出水埠13开始提供水时,控制电路15能依据热水槽的温度变化调整调节阀14的混合比例。另一方面,当供水系统关机而使出水埠13停止提供水时,控制电路15能侦测调节阀14在供水系统关机时的混合比例,并取得热水槽12在供水系统关机时的当前水温,进而根据当前水温、预设热水温度与加热功率,取得热水槽从当前水温被加热到预设热水温度的预设回温时间。在控制电路15取得预设回温时间后,控制电路15能在前述的预设回温时间内逐步将调节阀14的混合比例调整回预设混合比例。关于控制电路15的运作方法,将于后续段落详细说明。
此外,前述的加热功率关联于当供水系统关机时,热水槽12温度上升的速率,例如为加热器(heater)的加热功率。需补充的是,前述的预设混合比例关联于预设热水温度,并可由控制电路15依据预设热水温度、预设冷水温度与使用设定温度计算而得,其中使用设定温度指经由人为设定或由系统预设的温水的温度。举例来说,当预设热水温度为70度且预设冷水温度为21度,而温水的使用设定温度为40度时,控制电路15可依照上述的数值,将调节阀14的预设混合比例设定为61%的冷水与39%的热水,以提供水温接近使用设定温度的温水。于实务上,控制电路15可配置为任一种具运算功能的电路,以计算出当前水温与预设回温时间,控制电路15例如为中央处理器(central processing unit,CPU)、微处理器(microprocessor,MPU)或微控制器(microcontroller,MCU)等,本发明不以此为限。另一方面,控制电路15亦可配置温度传感器(例如为温度计),以直接侦测热水槽12的当前水温。
请参考图3,图3为本发明一实施例的水温控制装置的运作方法的流程图。请参考步骤S1:当出水埠停止提供水时,以控制电路侦测混合比例;其中前述的混合比例调节阀在出水埠停止提供水时的混合比例。当控制电路侦测到混合比例时,请参考步骤S2:以控制电路取得热水槽的当前水温,且根据当前水温、预设热水温度与加热功率取得预设回温时间。于一实施例中,控制电路可具有温度感测的功能并电性连接热水槽,以直接侦测热水槽的当前水温。此外,当控制电路无电性连接热水槽时(如图1所示),则可通过下列的等式(1)及(2)先计算出热水槽的预设出水速度及当前水温,再通过等式(3)计算出热水槽的当前水温:
v为预设出水速度,tw为使用设定温度,vw为使用出水速度,th为预设热水温度,tc为预设冷水温度,t为当前水温,Th为热水使用时间,V则为热水槽的容量,而其数值则视热水槽实际配置的规格而定;其中预设出水速度v为热水槽在单位时间内提供的热水量,而预设冷水温度tc为冷水的水温,使用设定温度为出水埠的出水温度,使用出水速度为出水埠的出水速度,热水使用时间Th表示热水槽从开始提供热水到停止提供热水的时间差。
在控制电路取得当前水温t后,便能以下列的等式(3)计算出热水槽的预设回温时间:
T为预设回温时间,P为加热功率,而等式(3)中的其他参数皆已在前述段落中说明,故不于此重复描述。
当控制电路取得热水槽的当前水温t与预设回温时间T时,请参考步骤S3:以控制电路至少依据混合比例、预设混合比例与预设回温时间T取得单位混合比例变化量,并控制调节阀以单位混合比例变化量改变混合比例;其中预设混合比例对应于预设热水温度th。换句话说,若依据混合比例Mf、预设混合比例Mp与预设回温时间T取得单位混合比例变化量M0,则所述的单位混合比例变化量M0为单位时间内混合比例Mf的变化量;若依据混合比例Mf、预设混合比例Mp、预设回温时间T与调整间隔时段Tp取得单位混合比例变化量M0,则所述的单位混合比例变化量M0为单次调整混合比例Mf的变化量。
详细来说,单位混合比例变化量可通过等式(4)计算而得:
藉此,控制电路每经过一调整间隔时段Tp,控制调节阀以单位混合比例变化量M0调整一次混合比例Mf。另一方面,等式(4)中其他参数皆已在前述段落中说明,故不于此重复描述。
详细来说,单位混合比例变化量M0每调整一次水量调节件143,调节件入水口143a对应于热水及冷水的进水面积的变化量(混合比例Mf的变化量),且相邻两次调整的间隔时间为所述的调整间隔时段Tp,,而调整间隔时段Tp可以是人为设定的数值或系统预设值。举例来说,当混合比例Mf为冷水23%/热水77%,预设混合比例Mp为冷水61%/热水39%,且前述的调整间隔时段Tp被设定为30秒、预设回温时间T为10分钟时,则单位混合比例变化量M0为每次冷水增加1.9%/热水减少1.9%。
承前述的等式(4),在控制电路取得单位混合比例变化量M0后,便可在预设回温时间T内,以单位混合比例变化量M0控制调节阀每经过调整间隔时段Tp,调整一次混合比例Mf。因此,在出水埠停止提供水时(即供水系统关机时),控制电路可在供水系统未被使用且热水槽持续被加热的期间,逐步将混合比例Mf调整回预设混合比例Mp,进而在供水系统再次被启动时,提供水温接近使用设定温度的温水。
特别来说,对于前述的调节阀包含步进马达的实施例(如图2所示的实施例)而言,上列等式(4)的混合比例Mf与预设混合比例Mp的差异值(Mf-Mp)会关联于步进马达的步进数的变化量。详细来说,预设混合比例Mp对应于步进马达141在供水系统未被使用前的原步进数,混合比例Mf则对应于步进马达141在供水系统被使用完毕而关机时的步进数,且控制电路15会依据单位混合比例变化量M0控制步进马达141,以使步进马达141在预设回温时间T内从关机时的步进数调整回原步进数。其中所述的依据单位混合比例变化量M0调整步进马达141的步进数,可以藉由参照预设混合比例Mp及混合比例Mf所分别对应的步进数实现。
综上所述,本发明在于提供一种水温控制装置与其运作方法,所述的装置与方法能在热水未被使用且热水槽被加热的期间,逐渐将调节阀的冷热水混合比例调整回预设值(即减少热水的出水比例并增加冷水的出水比例),以使供水系统再次被使用时,能提供水温接近使用设定温度的温水,并改善浪费多余热水的问题,达到节能的技术效果。因此,本发明所提出的水温控制装置与其运作方法,能在用户每次洗澡时提供合适温度的温水,避免用户因水温过高而烫伤,以提供用户更好的使用体验。
Claims (10)
1.一种水温控制装置的运作方法,其特征在于,该水温控制装置包含一冷水入水埠、一热水槽、一出水埠、一调节阀与一控制电路,该冷水入水埠提供一冷水到该调节阀,且该热水槽提供一热水到该调节阀,其中该调节阀设置在该冷水入水埠与该热水槽之间且连接该出水埠,该控制电路电性连接该调节阀并用于控制该调节阀调整该热水与该冷水在该出水埠的一混合比例,且该方法包含:
当该出水埠停止提供水时,以该控制电路侦测该混合比例;
以该控制电路取得该热水槽的一当前水温,且至少根据该当前水温、一预设热水温度与一加热功率取得一预设回温时间,其中该加热功率关联于该热水槽温度上升的速率;以及
以该控制电路至少依据该混合比例、一预设混合比例与该预设回温时间取得一单位混合比例变化量,并控制该调节阀以该单位混合比例变化量改变该混合比例,其中该预设混合比例对应于该预设热水温度。
4.如权利要求1所述的运作方法,其特征在于,以该控制电路取得该热水槽的该当前水温包含:以及计算该当前水温;且至少根据该当前水温、该预设热水温度与该加热功率取得该预设回温时间,包含:由该控制电路以计算得该预设回温时间,
其中v为一预设出水速度,tw为一使用设定温度,vw为一使用出水速度,th为该预设热水温度,tc为一预设冷水温度,t为该当前水温,Th为一热水使用时间,V为该热水槽的容量,T为该预设回温时间,P为该加热功率,其中该预设出水速度为该热水槽在一单位时间内提供的热水量,该使用设定温度为该出水埠的出水温度,该使用出水速度为该出水埠的出水速度,该热水使用时间为该热水槽开始提供该热水到停止提供该热水的一时间差,该预设冷水温度为该冷水的水温。
5.如权利要求1所述的运作方法,其特征在于,该调节阀包含一步进马达,该混合比例与该预设混合比例的差异值关联于该步进马达的步进数的变化量。
6.一种水温控制装置,其特征在于,包含:
一热水槽,用于提供一热水;
一冷水入水埠,用于提供一冷水;
一调节阀,设置在该冷水入水埠与该热水槽之间;
一出水埠,连接该调节阀;以及
一控制电路,电性连接该调节阀并控制该调节阀调整该热水与该冷水在该出水埠的一混合比例,其中该控制电路用于当该出水埠停止提供水时,侦测该混合比例以及取得该热水槽的一当前水温,且至少根据该当前水温、一预设热水温度与一加热功率取得一预设回温时间,且该控制电路至少依据该混合比例、一预设混合比例与该预设回温时间取得一单位混合比例变化量,并控制该调节阀以该单位混合比例变化量改变该混合比例,其中该加热功率关联于该热水槽温度上升的速率,该预设混合比例对应于该预设热水温度。
9.如权利要求6所述的水温控制装置,其特征在于,该控制电路取得该当前水温包含:该控制电路以及计算该当前水温;且该控制电路至少根据该当前水温、该预设热水温度与该加热功率取得该预设回温时间包含:该控制电路以计算得该预设回温时间,
其中v为一预设出水速度,tw为一使用设定温度,vw为一使用出水速度,th为该预设热水温度,tc为一预设冷水温度,t为该当前水温,Th为一热水使用时间,V为该热水槽的容量,T为该预设回温时间,P为该加热功率,其中该预设出水速度为该热水槽在一单位时间内提供的热水量,该使用设定温度为该出水埠的出水温度,该使用出水速度为该出水埠的出水速度,该热水使用时间为该热水槽开始提供该热水到停止提供该热水的一时间差,该预设冷水温度为该冷水的水温。
10.如权利要求6所述的水温控制装置,其特征在于,该调节阀包含一步进马达,该混合比例与该预设混合比例的差异值关联于该步进马达的步进数的变化量。
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CN112762622A (zh) | 2021-05-07 |
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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