CN115247896A - 一种即热式加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种即热式加热系统，包括换热器、即热加热体、设置在即热加热体入口的第一温度传感器、设置在即热加热体出口的第二温度传感器、设置在换热器冷水入口的第三温度传感器；即热式加热系统工作时，当即热加热体入口水温在单位时间内的变化量超过设定的温度突变阈值Tb时：计算基于即热加热体出水温差ΔT1对应的即热加热体的第一功率PID调节值P1；计算基于即热加热体进水温差ΔT2对应的即热加热体的第二功率PID调节值P2，综合P1和P2实现对即热加热体的工作功率进行调节控制。该即热式加热系统能在进入即热式发热体中的水温发生突变时快速稳定出水温度。

Description

一种即热式加热系统
技术领域
本发明涉及一种即热式加热系统。
背景技术
日常生活中饮用水基本是以凉白开为主，通常的做法是烧开后储存在杯子中，等待冷却到一定温度后再喝。有时冷却到了常温后，就以热水混合后成温水再喝。目前市面也出现了能快速提供温开水的即热式饮水机，这种即热式饮水机中应用的即热式加热系统通常包括即热式加热体、换热器。水从即热式加热体的进水口进入，经过即热式加热体加热后由即热式加热体的出水口流出，水在即热式加热体中流动时进行加热，因此在加热过程中，加热体的进水口附近水温最低，加热体的出水口温度最高，即为出水温度。而且水流过加热体加热需要一定的时间。对于即热式的加热系统而言，加热控制主要涉及两个主要参数，一个是功率，另一个是出水流量。常规会利用加热体出水口的温度传感器检测的温度数据进行PID计算功率输出。由于换热器的存在，存在进加热体的水温会在某些情况下突变。而在即热式加热体进水口水温快速提升时，由于出水口设定温度不变，因此不仅仅需要及时调整功率，保持加热体出水温度的控制，还需要及时预判加热体进水端水温提升的影响和水温提升时间，否则容易导致功率控制出错，从而导致加热体出水温度超温失控，形成大量气泡。
又因为大量的气泡会导致加热体内的压力增大，压力增大后，一方面会阻碍加热体进水，从而形成水量变小，而同功率下出水温度会变的更高，形成更多气泡。另一方面会导致后续水路出水停顿。而此时一般会导致控制上进行保护，即停止加热或大幅度降低功率，只有这样，才能处理已经产生的气泡，但又会带来一个问题，即加热体出水温度会快速降低，换热效果也会降低，温开水温度也会降低，而且加热体进水端的温度也会同步降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种当进入即热式发热体中的水温发生突变时，能够快速稳定出水温度，避免出水温度波动过大的即热式加热系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种即热式加热系统，包括相连接的换热器和即热加热体，其特征在于：还包括设置在即热加热体入口的第一温度传感器，设置在即热加热体出口的第二温度传感器，设置在换热器冷水入口的第三温度传感器；所述第一温度传感器实时检测的温度值为T1，所述第二温度传感器实时检测的温度值为T2，所述第三温度传感器实时检测的温度值为T3；
即热式加热系统工作时，当T1在单位时间内的变化量超过设定的温度突变阈值Tb时：
计算基于即热加热体出水温差ΔT1对应的即热加热体的第一功率PID调节值P1，其中ΔT1＝T0－T2，T0为设定的即热加热体出水温度；
计算基于即热加热体进水温差ΔT2对应的即热加热体的第二功率PID调节值P2，其中ΔT2＝T3－T1；
综合即热加热体的第一功率PID调节值P1和即热加热体的第二功率PID调节值P2实现对即热加热体的工作功率进行调节控制，直至T1在在单位时间内的变化量小于设定的温度突变阈值Tb。
作为改进，根据即热加热体的第一功率PID调节值P1和即热加热体的第二功率PID调节值P2计算即热加热体的功率调节值P，P＝a*P1+b*P1，其中a表示第一功率PID调节值P1的权重值，b表示第二功率PID调节值P2的权重值；0≤a≤1，0≤b≤1，并且a+b＝1。
作为改进，在基于P进行即热加热体功率调节的过程中，a自设定的最小权重值x逐渐增加至1/2，b自设定的最大权重值y逐渐减小至1/2，其中x＜1/2，y＞1/2，且x+y＝1。
作为改进，当T1在单位时间内的变化超过设定的温度突变阈值Tb时，获取当前即热加热体内的流量值F；
计算调节时间s＝V/F，其中V为即热加热体的容积，在调节时间s内进行a和b的调节。
作为改进，第一功率PID调节值P1的权重值a的单位时间调节量A＝(1/2－x)/s；
第二功率PID调节值P2的权重值b的单位时间调节量B＝(y－1/2)/s。
优选地，即热加热体的第一功率PID调节值P1的计算公式为：
P1＝Kp1*e1(t)+Ki1*Σe1(t)+Kd1*(e1(t)–e1(t-1))；
其中e1(t)＝T0－T2，e1(t-1)表示前一采样时刻对应的温度差值ΔT1。
优选地，即热加热体的第二功率PID调节值P2的计算公式为：
P2＝Kp2*e2(t)+Ki2*Σe2(t)+Kd2*(e2(t)–e2(t-1))；
其中e2(t)＝T3－T1，e2(t-1)表示前一采样时刻对应的温度差值ΔT2。
优选地，所述换热器内具有能相互换热的冷水通道和热水通道，冷水通道的入口与水源相连接，冷水通道的出口与即热加热体的入口相连接，即热加热体的出口与热水通道的出口相连接。
优选地，所述冷水通道的入口与水源之间的连接水管上设有水泵。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的即热式加热系统，在即热加热体进水口温度发突变时，综合对即热加热体出水温度的PID控制、对即热加热体进水温度的PID控制，通过双PID控制的快速反馈，能够快速稳定即热加热体出水温度，提高整体温度控制的稳定性，减少即热加热体温度的波动。
附图说明
图1为本发明实施例中即热式加热系统的结构框图。
图2为本发明实施例中即热式加热系统的工作流程图
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的即热式加热系统，包括相连接的换热器1和即热加热体2。其中换热器1内具有能相互换热的冷水通道和热水通道，冷水通道的入口与水源相连接，该水源根据即热式加热系统的特点具体确定，如水源可以为自来水的供水管，水源也可以为水箱。冷水通道的出口与即热加热体2的入口相连接，即热加热体2的出口与热水通道的出口相连接。冷水通道的入口则构成换热器1冷水入口，热水通道的出口则构成向外供水的出口。
为了有效实现向即热加热体2内供水，同时有效控制进水流量，冷水通道的入口与水源之间的连接水管上设有水泵6。
另外，该即热式加热系统还包括设置在即热加热体2入口的第一温度传感器3，设置在即热加热体2出口的第二温度传感器4，设置在换热器1冷水入口的第三温度传感器5；工作时基于这三个温度传感器的检测数据控制进水流量、即热加热体2的工作功率。在即热式加热系统工作过程中，第一温度传感器3、第二温度传感器4、第三温度传感器5均按照设定的采样周期进行采样。第一温度传感器3实时检测的温度值为T1，所述第二温度传感器4实时检测的温度值为T2，第三温度传感器5实时检测的温度值为T3。
即热式加热系统工作时，基于换热器1的存在，在工作初期可能会出现进入即热加热体2的温度出现突变的情况，或者在工作过程中基于其他因素的影响可能出现进入即热加热体2的温度出现突变的情况。如此在即热式加热系统工作时，当进入即热加热体2的温度出现突变的情况，则即热式加热系统采用下述的工作方法进行工作。
如图2所示，具体地，在即热式加热系统工作时，当进入即热加热体2的温度出现突变的情况时，即当T1在单位时间内的变化量超过设定的温度突变阈值Tb时则认为进入即热加热体2的温度出现突变。相应计算基于即热加热体2出水温差ΔT1对应的即热加热体2的第一功率PID调节值P1，其中ΔT1＝T0－T2，T0为设定的即热加热体2出水温度。本实施例中即热加热体2的第一功率PID调节值P1的计算公式为：
P1＝Kp1*e1(t)+Ki1*Σe1(t)+Kd1*(e1(t)–e1(t-1))。其中e1(t)＝T0－T2，e1(t-1)表示前一采样时刻对应的温度差值ΔT1，Kp1、Ki1、Kd1均为前期实验测试获取的调节参数。
同时计算基于即热加热体2进水温差ΔT2对应的即热加热体2的第二功率PID调节值P2，其中ΔT2＝T3－T1。本实施例中的即热加热体2的第二功率PID调节值P2的计算公式为：
P2＝Kp2*e2(t)+Ki2*Σe2(t)+Kd2*(e2(t)–e2(t-1))。其中e2(t)＝T3－T1，e2(t-1)表示前一采样时刻对应的温度差值ΔT2。
然后综合即热加热体2的第一功率PID调节值P1和即热加热体2的第二功率PID调节值P2实现对即热加热体2的工作功率进行调节控制，直至T1在在单位时间内的变化量小于设定的温度突变阈值Tb。
具体地，根据即热加热体2的第一功率PID调节值P1和即热加热体2的第二功率PID调节值P2计算即热加热体2的功率调节值P，P＝a*P1+b*P1，其中a表示第一功率PID调节值P1的权重值，b表示第二功率PID调节值P2的权重值；0≤a≤1，0≤b≤1，并且a+b＝1。
在基于P进行即热加热体2功率调节的过程中，刚出现进入即热加热体2的温度出现突变的情况时，直接影响出水温度，检测到的T2相相对于T0波动较大，如此针对即热加热体2进水温度的稳定调节对出水温度的稳定性作用较小，如此则需要减小P1的PID调节权重，而增大P2的PID调节权重，使得能够进行较大功率的调节，以尽快使得即热加热器的输出温度向设定的出水温度靠拢。随着即热加热器的输出温度向设定的出水温度逐渐靠拢，则需要逐渐提高对即热加热体2进水温度的稳定，进而降低对出水温度的暴动影响，使得对出水温度的控制更加精准稳定。基于此，本实施例中，a自设定的最小权重值x逐渐增加至1/2，b自设定的最大权重值y逐渐减小至1/2，其中x＜1/2，y＞1/2，且x+y＝1。
为了更均匀的调节权重值a和b，当T1在单位时间内的变化超过设定的温度突变阈值Tb时，获取当前即热加热体2内的流量值F；计算调节时间s＝V/F，其中V为即热加热体2的容积，在调节时间s内进行a和b的调节。具体地，第一功率PID调节值P1的权重值a的单位时间调节量A＝(1/2－x)/s；第二功率PID调节值P2的权重值b的单位时间调节量B＝(y－1/2)/s。
本发明中的即热式加热系统，在即热加热体2进水口温度发突变时，综合对即热加热体2出水温度的PID控制、对即热加热体2进水温度的PID控制，通过双PID控制的快速反馈，能够快速稳定即热加热体2出水温度，提高整体温度控制的稳定性，减少即热加热体2温度的波动。

Claims (9)

1.一种即热式加热系统，包括相连接的换热器(1)和即热加热体(2)，其特征在于：还包括设置在即热加热体(2)入口的第一温度传感器(3)，设置在即热加热体(2)出口的第二温度传感器(4)，设置在换热器(1)冷水入口的第三温度传感器(5)；所述第一温度传感器(3)实时检测的温度值为T1，所述第二温度传感器(4)实时检测的温度值为T2，所述第三温度传感器(5)实时检测的温度值为T3；
即热式加热系统工作时，当T1在单位时间内的变化量超过设定的温度突变阈值Tb时：
计算基于即热加热体(2)出水温差ΔT1对应的即热加热体(2)的第一功率PID调节值P1，其中ΔT1＝T0－T2，T0为设定的即热加热体(2)出水温度；
计算基于即热加热体(2)进水温差ΔT2对应的即热加热体(2)的第二功率PID调节值P2，其中ΔT2＝T3－T1；
综合即热加热体(2)的第一功率PID调节值P1和即热加热体(2)的第二功率PID调节值P2实现对即热加热体(2)的工作功率进行调节控制，直至T1在在单位时间内的变化量小于设定的温度突变阈值Tb。
2.根据权利要求1所述的即热式加热系统，其特征在于：根据即热加热体(2)的第一功率PID调节值P1和即热加热体(2)的第二功率PID调节值P2计算即热加热体(2)的功率调节值P，P＝a*P1+b*P1，其中a表示第一功率PID调节值P1的权重值，b表示第二功率PID调节值P2的权重值；0≤a≤1，0≤b≤1，并且a+b＝1。
3.根据权利要求2所述的即热式加热系统，其特征在于：在基于P进行即热加热体(2)功率调节的过程中，a自设定的最小权重值x逐渐增加至1/2，b自设定的最大权重值y逐渐减小至1/2，其中x＜1/2，y＞1/2，且x+y＝1。
4.根据权利要求3所述的即热式加热系统，其特征在于：当T1在单位时间内的变化超过设定的温度突变阈值Tb时，获取当前即热加热体(2)内的流量值F；
计算调节时间s＝V/F，其中V为即热加热体(2)的容积，在调节时间s内进行a和b的调节。
5.根据权利要求4所述的即热式加热系统，其特征在于：第一功率PID调节值P1的权重值a的单位时间调节量A＝(1/2－x)/s；
第二功率PID调节值P2的权重值b的单位时间调节量B＝(y－1/2)/s。
6.根据权利要求1至5任一项所述的即热式加热系统，其特征在于：即热加热体(2)的第一功率PID调节值P1的计算公式为：
P1＝Kp1*e1(t)+Ki1*Σe1(t)+Kd1*(e1(t)–e1(t-1))；
其中e1(t)＝T0－T2，e1(t-1)表示前一采样时刻对应的温度差值ΔT1。
7.根据权利要求1至5任一项所述的即热式加热系统，其特征在于：即热加热体(2)的第二功率PID调节值P2的计算公式为：
P2＝Kp2*e2(t)+Ki2*Σe2(t)+Kd2*(e2(t)–e2(t-1))；
其中e2(t)＝T3－T1，e2(t-1)表示前一采样时刻对应的温度差值ΔT2。
8.根据权利要求1至5任一项所述的即热式加热系统，其特征在于：所述换热器(1)内具有能相互换热的冷水通道和热水通道，冷水通道的入口与水源相连接，冷水通道的出口与即热加热体(2)的入口相连接，即热加热体(2)的出口与热水通道的出口相连接。
9.根据权利要求8所述的即热式加热系统，其特征在于：所述冷水通道的入口与水源之间的连接水管上设有水泵(6)。
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