CN115381291A - 一种饮水机速热装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种饮水机速热装置及其控制方法，该速热装置设置在进水口A和出水口B之间,包括设置在进水口A的单向阀5、设置在主管道的加热器7，加热器7的进水端设置第一温度传感器6、其热水出水端设置第二温度传感器8并与两位三通电磁阀9相连接，所述两位三通电磁阀的第一出水口与出水口B相连接，其第二回流口与回路结构相连接，所述回路结构的另一端与进水口A相连接，用于将加热器7的出水回流至加热器7的进水端重新加热。本发明对传统速热装置的水路结构进行改进，从而达到精确控温、迅速加热的目的。
Description
技术领域
本发明涉及新型智能速热式饮水机领域，尤其涉及一种出水温度精确可调、温控特性较高的饮水机速热装置及其控制方法。
背景技术
随着智能家居产品在生活中的普及应用，智能控制正逐步解放人们的双手，使人们生活的各个方面都变得越来越智能。智能家居逐渐出现在各种场景中，仅家电行业就不断更迭换代，饮水机的发展也是顺应着这个时代的需求。从传统的恒温(热胆式)、反复干烧的饮水机到当下速热式即热饮水机的快速发展，既避免了干烧“千滚水”模式，又节省了能源。速热式饮水机的抛弃了传统的热胆循环加热方式，通过速热装置的加热管对水源快速加热，达到饮水的需求温度。目前围绕着速热式饮水机的广泛研究主要集中在温控系统的稳定性的改善以及寻找新的加热方式。
虽然智能速热式饮水机的出现进一步改善了温控系统的可靠性，亦解决了上述传统饮水机“千滚水”问题。但其依然存在固有的问题无法得到改善，使得速热式饮水机在温控系统的设计上很难实现完美。由于传统速热式饮水机的速热模结构简单，存在以下几个原因制约着温控系统的稳定性：
参见图1所示，为了实现恒温出水控制，传统速热式饮水机的加热器在AB段间功率实时变化，故在加热过程中不同的时间段水受热强度存在差异，导致出水温度持续存在偏差，通过反馈此偏差值来修正误差，这也是温控系统算法中无法快速消除动态误差的最直接原因。尤其当水流速过大时影响更加明显。其次，由于目前速热装置的结构设计均为一头进水一头出水，进水口径唯一，进水口的冷水不断混入，在水流动起来后势必会导致在A点的起始水温不同，而导致到达B点的水温不等，导致出水口温度波动性较大。另外，传统速热式饮水机的基本原理是水流过加热管后水温迅速升高，达到速热的效果。由于水路结构简单，速热装置的温度冷却至室温需要一段时间。故在制取热水后通常不能立即获得温水或者常温水。
假设在传统的速热式饮水机的实际使用场景中，用户欲制取目标温度为90℃的热水，系统开始预热5s，此时立即打开水泵进水后迅速灌满整个速热装置，根据传统的速热装置结构示意图1可知，在理想状态下：若此时A点与B点速热装置加热管壁温度均为100℃，冷水经过加热管A-B段加热后到达B出水口时温度可恰好达到90℃。但是由于不断注入的冷水导致A进水口的加热起始温度偏低，导致经过A-B间加热管受热后，到达B处时水温实际低于90℃；另外由于加热管的功率实时变化，使得流经加热管后的水温度持续存在偏差，到达B处时水温也可能高于90℃；综上两种极端情况的影响，系统稳定时间延长，温控系统的可靠性降低。
热水制取结束后，用户欲再制取目标温度为50℃的温水，由于速热装置的温度仍然较高，故在制取热水后通常不能立即获得温水或者常温水。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种饮水机速热装置及其控制方法，通过设置回路结构改善传统的加热出水方式，从而实现热水循环回流或者冷水可控混入，并通过温度反馈从而实现温度精确控制。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
一种饮水机速热装置，该速热装置设置在进水口A和出水口B之间,包括设置在进水口A的单向阀5、设置在主管道的加热器7，加热器7的进水端设置第一温度传感器6、其热水出水端设置第二温度传感器8并与两位三通电磁阀9相连接，所述两位三通电磁阀的第一出水口与出水口B相连接，其第二出水口与回路结构相连接，所述回路结构的另一端与进水口A相连接，用于将加热器7的出水返流至加热器7的进水端重新加热。
作为进一步的改进方案，还设置控制单元，所述控制单元与加热器7、单向阀5、第一温度传感器6、第二温度传感器8和两位三通电磁阀9，用于根据第一温度传感器6的温度信息控制加热器7的工作状态以确保其出水温度达到预设范围，以及用于根据第二温度传感器8的温度信息控制所述两位三通电磁阀9，当其出水温度处于预设范围时，所述两位三通电磁阀的第二出水口关闭且第一出水口开启以使热水从出水口B流出；当其出水温度超出预设范围时，所述两位三通电磁阀的第一出水口关闭且第二出水口开启以使不达标水从出水口B经回路结构回流至进水口A；与冷水实现单次或多次混合后进行二次加热，迅速达到目标加热温度，呈现闭环的回路结构。不达标水包括温度高于或低于温度设定误差范围，当温度过高于设定值时，不达标水与冷水混合后直接流出；当温度低于设定值时，开启加热器进行二次加热。
所述出水口处的两位三通阀存在一个进水口，一个出水口以及一个回流口。所述第一温度传感器监测的温度作为冷水混入以及二次加热调整的依据。所述第二温度传感器监测判断后可以将出水口B的热水选通两位三通阀的出水口1或回流口2。
作为进一步改进方案，还设置冷水通道，所述冷水通道为单向从进水口A到出水口B的管道，当出水口温度远大于预设值时，开始控制冷水通道的流量进行混水以使出水温度迅速达到预设值。
优选地，所述回路结构使用特斯拉阀。
优选地，所述冷水通道使用特斯拉阀。
优选地，所述第一温度温度传感器安装在入水口A的加热管起始部位之后，用于监测回流混合后的温度；所述第二温度传感器安装在出水口B之前，用于监测出水温度是否达标。
优选地，所述两位三通阀以及单向阀均优先选用可控电磁阀。
本发明还公开了一种饮水机速热装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：检测加热器进水端的温度信息并以此控制加热器的工作状态以使其出水端的热水温度处于预设范围；
步骤S2：当其出水温度超出预设范围时，控制两位三通电磁阀的关闭第一出水口且开启第二出水口以使不达标水从出水口B经回路结构回流至进水口A以确保出水端的热水温度处于预设范围。
作为进一步的改进方案，不达标水包括温度高于或低于温度设定误差范围，当温度过高于设定值时，不达标水与冷水混合后直接流出；当温度低于设定值时，开启加热器进行二次加热。
相对于现有技术，本发明通过设置回路结构改变速热式饮水机的加热方式，通过引入特斯拉阀后，对速热装置的热水能够进行多次回流整定，确保出水温度始终处于较为稳定的状态。
附图说明
图1是传统速热式饮水机主要原理示意图。
图2是本发明饮水机速热装置的结构示意图；
图3是本发明饮水机速热装置优选实施方式的结构示意图；
图中：水箱1，微型水泵2，速热装置3，出水咀4，可控单向阀5，第一温度传感器6，加热器7，第二温度传感器8，两位三通阀9，特斯拉阀10，流量计11，再调整加热器12。
具体实施方式
以下由具体的实施例并结合附图说明本发明的实施方式，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实例中所采用的实施条件可以根据不同实际环境的具体条件做进一步调整。
本发明提出一种饮水机速热装置，通过设置回路结构改变传统速热装置的加热方式，通过改变加热管的安装位置可以实现不同的效果。在传统速热装置中引入了单向回流阀门构成新型回路结构式速热装置，主要包含以下两种应用模式：可以在冷水中混入回流热水后，进行二次调整以减小误差；也可以通过精准控制热水中混入冷水的比例，形成各种温度的混合水。
在传统速热装置中引入了单向回流阀门构成新型回路结构式速热装置，可以实现热水循环回流，进行“多次”调整以减小误差，简称为“冷水掺热水”模式；也可以实现冷水可控混入，通过精准控制热水中混入冷水的比例，形成各种温度的混合水，简称为“热水掺冷水”模式。所述回路结构具有单向流通特性。
同时，本发明提出了一种饮水机速热装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：检测加热器进水端的温度信息并以此控制加热器的工作状态以使其出水端的热水温度处于预设范围；
步骤S2：当其出水温度超出预设范围时，控制两位三通电磁阀的关闭第一出水口且开启第二出水口以使不达标水从出水口B经回路结构回流至进水口A以确保出水端的热水温度处于预设范围。
进一步的，不达标水包括温度高于或低于温度设定误差范围，当温度过高于设定值时，不达标水与冷水混合后直接流出；当温度低于设定值时，开启加热器进行二次加热。
进一步的，当出水口温度大于预设值时，控制冷水通道的流量进行混水以使出水温度迅速达到预设值。
具体工作原理参见以下实施例。
实施例I：
参见图2，所示为本发明饮水机速热装置的结构示意图。本实施例主要应用于热水的制取场景，该结构用于提高温控系统的稳定性。根据传统的速热装置结构的示意图可知，水箱1中的水源通过微型水泵2进水后流经进水口A，水开始经过加热器7后温度迅速升高。但由于加热器7的功率在不断变化、冷水不断注入混合导致在出水口B的水温与目标温度出现较大的波动，故系统稳定时间较长。
对应新型速热装置结构示意图，所述速热装置额定功率为2300w,功率变化范围为200～1800w。所选回路结构特斯拉阀8将出水口B与入水口A连通，整个速热装置呈现闭环回路结构。引入特斯拉阀8后，由于其单向特性使得不达标的热水可以回流至入水口A与冷水重新混合进行再加热。具体实现方式如下:水源1在入水口A处经单向阀5后只会单向流经加热器7后温度升高，加热器7满功率加热5s后速热装置壁温度达到100℃左右，此时出水口温度接近目标温度，同时进入功率调节过程。通过第二温度传感器8对出水口温度进行判断，当出水口温度在合理阈值范围内(如90±1℃)，无需回流，出水口B的两位三通电磁阀9选通第一出水口，用户可以直接取水；当出水温度偏差较大、不在阈值范围内，同时此时加热器停止工作，连接特斯拉阀10的两位三通阀9选通第二回流口，此时不达标水经特斯拉阀回流与混入的冷水混合进行二次加热，直到达到设定温度。混合水的温度由位于入水口A处的第一温度传感器6监测，若温度过高，则继续保持冷水注入，保持加热器7为关闭状态；若温度过低，则停止冷水注入，并开启加热器7进行功率再整定，对混合水进行温度补偿修正，直到温度符合设定温度的误差需求时，两位三通阀9选通第一出水口。通过该方法使得出水的温度始终维持在阈值范围内，系统的超调量低于1.3％。
实施例II：
参见图3，所示为本发明饮水机速热装置优选实施方式的结构示意图。本实施例主要应用于热水制取结束后继续制取温水的场景，该结构作为实施例的补充，用于提高温水的制取速度。由于传统的速热装置结构中加热器7的功率增大后侧壁温度持续上升，若热水制取结束后则无法迅速制取温水，必须等待速热装置侧壁降温后才能制取温水，否则出水温度将往往高于目标温度。
对应新型速热装置结构示意图，所述新型速热装置通过特斯拉阀结构增加了另外一个冷水水路通道用于混入热水，形成各种温度的温水。其混入比例通过流量计9计算得到。具体实现方式如下:水源1在入水口A处可以分为两路，一路流经加热器7加热后温度升高，另外一路经特斯拉阀单向流至出水口B处，在出水口B处与热水混合形成初次温水，此时根据第二温度传感器8所监测到的混合水温度值对初次温水进行调整，若混合水温度高于目标温度则反馈加大冷水混入比例，反之则关闭冷水混入，同时开启再调整加热器12进行二次加热。通过该方法可以迅速制取各种温度的温水，使得温控系统的稳定速度大大提高。
以上所述，以上提供一个具体实施例仅是本发明的常用实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本申请中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下在其它实施例中实现。
Claims (10)
1.一种饮水机速热装置，其特征在于，该速热装置设置在进水口A和出水口B之间,包括设置在进水口A的单向阀5、设置在主管道的加热器7，加热器7的进水端设置第一温度传感器6、其热水出水端设置第二温度传感器8并与两位三通电磁阀9相连接，所述两位三通电磁阀的第一出水口与出水口B相连接，其第二出水口与回路结构相连接，所述回路结构的另一端与进水口A相连接，用于将加热器7的出水回流至加热器7的进水端重新加热。
2.根据权利要求1所述的饮水机速热装置，其特征在于，该速热装置还设置控制单元，所述控制单元与加热器7、单向阀5、第一温度传感器6、第二温度传感器8和两位三通电磁阀9，用于根据第一温度传感器6的温度信息控制加热器7的工作状态以确保其出水温度达到预设范围，以及用于根据第二温度传感器8的温度信息控制所述两位三通电磁阀9。
3.根据权利要求2所述的饮水机速热装置，其特征在于，当其出水温度处于预设范围时，所述两位三通电磁阀9的第二回流口关闭且第一出水口开启以使热水从出水口B流出；当其出水温度超出预设范围时，所述两位三通电磁阀的第一出水口关闭且第二回流开启以使不达标水从出水口B经回路结构回流至进水口A，用于与冷水实现单次或多次混合后进行二次加热，迅速达到目标加热温度。
4.根据权利要求3所述的饮水机速热装置，其特征在于，还设置冷水通道，所述冷水通道为单向从进水口A到出水口B的管道，当出水口温度远大于预设值时，控制冷水通道的流量进行混水以使出水温度迅速达到预设值。
5.根据权利要求3所述的饮水机速热装置，其特征在于，所述回路结构采用特斯拉阀。
6.根据权利要求4所述的饮水机速热装置，其特征在于，所述冷水通道采用特斯拉阀。
7.一种饮水机速热装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：检测加热器进水端的温度信息并以此控制加热器的工作状态以使其出水端的热水温度处于预设范围；
步骤S2：当其出水温度超出预设范围时，控制两位三通电磁阀的关闭第一出水口且开启第二回流口以使不达标水从出水口B经回路结构回流至进水口A以确保出水端的热水温度始终处于预设范围。
8.根据权利要求7所述的饮水机速热装置的控制方法，其特征在于，不达标水包括温度高于或低于温度设定误差范围，当温度过高于设定值时，不达标水与冷水混合后直接流出；当温度低于设定值时，开启加热器进行二次加热。
9.根据权利要求7所述的饮水机速热装置的控制方法，其特征在于，当出水口温度远大于预设值时，开始控制冷水通道的流量进行混水以使出水温度迅速达到预设值。
10.根据权利要求9所述的饮水机速热装置的控制方法，其特征在于，回路结构和冷水通道采用特斯拉阀。
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2022
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