CN1950647B - 一种水加热器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种确定沸水加热器(10)的工作水温的方法。该方法包括以下步骤：(a)向箱(12)中加入水至预定水位；(b)加热该箱(12)中的水至大约95℃；(c)向该箱(12)中的水施加足够的热，以使得箱中的水在预定的第一时间段内沸腾；(d)测量箱(12)中的水的沸水温度；并且(e)从步骤(d)中测得的沸水温度中减去一预定温度，得到工作水温。

Description

一种水加热器及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种水加热器及其操作方法。
本发明主要是对沸水加热器进行开发，下文将结合该应用对本发明进行描述。然而，可以理解的是，本发明并不限于该具体的应用领域，并且还适于应用在，例如组合式水加热器以及水冷却单元中。
背景技术
为了获得最高性能，水加热器应该在与水的沸点非常接近的温度下工作。然而，在不同的大气压力下，水在不同的温度下沸腾。在给定的海拔处，对于不同的大气条件，该变化较小，但当将海平面处的工作与在海平面以上的高海拔处的工作相比时，该变化就变得相当大。
作为实例，被设计为在海平面处在沸点以下1或2℃工作的沸水加热器在被带到海拔升高的地方会在过沸状态下(over boil condition)工作。由于温度测量装置的不准确，尤其是当试图将水温控制在与沸点相差1或2℃的范围内时，这种情况会更加糟糕。到现在为止，已有几种解决这个问题的尝试。
已有一种简单的方法可将加热器工作温度设置到在最高预计海拔处水会沸腾的温度之下。然而，这样会损害加热器在较低海拔处的性能，而主要销售都发生在该较低海拔处。
另一个较复杂并昂贵的方法是提供一种带有手动温度调节器的加热器，该手动温度调节器可以根据位置被改变。然而，在大多数场合下，这个调节器需要由有经验的服务技术人员调节，不能由用户调节。此外，虽然在有些情况下，初始安装时就执行该调节，但通常实践是由于用户对性能不满意而通过跟踪服务电话进行调节设置。这种方法的缺点包括用户用于服务电话的花费，而且即使在调节后，性能也仍然受到损害。后一种情况是由于这样的事实：服务技术员所作的任何调节都只是实现工作温度更接近沸点，但在实际优选工作温度和沸点之间仍然留有充分温差，以防止令人讨厌的过沸发生。过沸会导致大量水蒸气产生和/或水加热器电力供应切断的令人讨厌的跳闸。在这两种情况下都需要另外的服务电话以纠正错误，这会导致更多服务技术员将加热器调节至足够低的工作温度以防止这种情况发生。这又会引起性能损害。
与传统的锅(kettles)和壶(urns)相比，沸水加热器需要更少的能量和工作时间。然而，将水维持在沸腾温度需要持续的能量输入。在大多数情况下，沸水单元安装于限于在通常办公时间即刻就需要沸水的商业应用中。虽然不在那些时间时，通常不会即刻就需要沸水，但是需要使沸水单元停留在最高工作温度或者安装计时器以在预定程序设计的时间切断加热器。
虽然在较长的不使用期间切断加热器是有好处的，但是这种方法仍有一些缺点.第一，得到的电能节约没有可编程控制计时器的成本高.因此，安装计时器在成本上来说并不经济，只是从环境立场来看是节能的.第二，如果箱中的沸水冷却至低于约45℃，则会滋生包括军团菌属(Legionella)在内的多种细菌.如果在水被取用之前重新将其煮沸，使其处于沸腾状态，则所有细菌都可以被杀死.可编程控制计时器的缺点包括需要有人被教会对其进行编程，并且如果由于某些原因需要在程序设定的时间外获取沸水，绕开(bypass)计时器有可能是困难或复杂的.
已知加热器带有的另一个缺点在于当温度控制系统识别到已经达到期望的水温时，它就会切断给加热单元的电源。然而，滞后作用通常使得单元中的多余热提供一些额外的加热，该额外加热会导致过沸并因此导致能量浪费。
发明内容
本发明的目标在于克服或者至少改善一个或多个以上提及的现有技术中的缺点。
因此，第一方面，本发明提供了一种操作水加热器的方法，该方法包括以下步骤：
(a)向箱中加入水至预定水位；
(b)对从水箱最后配送水的时间段进行监测；并且
(c)如果监测到的时间段达到预定时间段，则从水箱除去给水加热的能量，直至箱中的水冷却至细菌可以生长的温度之上的一预定温度，之后向该箱中的水施加足够的热，以将箱中的水的温度维持在接近预定温度处。
该预定温度优选为约64℃。
该预定时间段优选为约2或4小时，最优选为用户的选择。
该方法优选还包括一检测到水被配送，就使加热器回复到全功率工作的步骤。
第二方面，本发明提供了一种水加热器，该加热器包括：
一个水箱；
检测什么时候水被从箱中配送的装置；
对从水箱最后配送水的时间段进行监测的计时器；
测量箱中的水的温度的装置；以及
加热箱中的水的加热装置，
其中，如果监测到的时间段达到预定时间段，则从加热装置去除能量，直至箱中的水冷却至细菌可以生长的温度之上的一预定温度，并且随后该加热装置向该箱中的水施加足够的热，以将箱中的水的温度维持在接近预定温度处。
该预定温度优选为约64℃。
该预定时间段优选为约2或4小时，最优选为用户的选择。
该加热器优选适于在一检测到水被配送时，就回复到全功率工作。
该加热器优选还包括适于根据来自计时器和/或检测装置和/或温度测量装置的输入来控制加热装置的控制器。
又一方面，本发明提供一种确定沸水加热器的工作水温的方法，该方法包括以下步骤：
(a)向箱中加入水至预定水位；
(b)加热该箱中的水至大约95℃；
(c)向该箱中的水施加足够的热，以使得箱中的水在预定的第一时间段内沸腾；
(d)测量箱中的水的沸水温度；并且
(e)从步骤(d)中测得的沸水温度中减去一预定温度，得到工作水温。
该方法优选还包括在步骤(b)和(c)之间的预定的第二时间段保持箱中的水在约95℃的步骤。
该第一和第二预定时间段分别优选为约90和120秒。
从步骤(e)中减去的预定温度优选为1.5℃。
另一方面，本发明提供一种适于确定工作水温的水加热器，该加热器包括：
一个水箱；
测量箱中水的水温的装置；
计时器；以及
适于将箱中的水加热至约95℃的加热装置，该加热装置也适于向箱中的水施用足够的热，以使得箱中的水在预定的第一时间段内沸腾，
其中水的工作水温为由所测得的沸水温度减去预定温度。
在加热装置将足够的热施于箱中的水以使得箱中的水在预定的第一时间段内沸腾之前，该加热装置还优选适于在预定的第二时间段将箱中的水维持在约95℃。
该第一和第二预定时间段分别优选为约90和120秒。
减去的预定温度优选为1.5℃。
该水加热器优选还包括适于根据来自计时器和/或温度测量装置的输入来控制加热装置的控制器。
第五方面，本发明提供了一种操作水加热器的方法，该方法包括以下步骤：
(a)向箱中加入水至预定水位；
(b)以第一能量级别给水增加热，直至达到第一预定水温；
(c)以第二能量级别给水增加热，直至达到第二预定水温，该第二能量级别低于第一能量级别，该第二预定水温高于第一预定水温。
该方法优选还包括以第三能量级别给水增加热直至达到第三预定水温的步骤，该第三能量级别低于第二能量级别，该第三预定水温高于第二预定水温。
该方法优选还包括以第四能量级别给水增加热直至达到第四预定水温的步骤，该第四能量级别低于第三能量级别，该第四预定水温高于第三预定水温。
该第一能量级别优选为水加热器的全功率能力。
该第一预定水温优选低于水加热器的期望工作温度约2℃。
该第二能量级别优选为水加热器的全功率能力的约50％。
该第二预定水温优选低于水加热器的期望工作温度约1℃。
该第三能量级别优选为水加热器的全功率能力的约25％。
该第三预定水温优选低于水加热器的期望工作温度约0.5℃。
该第四能量级别优选为水加热器的全功率能力的约10％，并优选以脉冲形式提供。
第六方面，本发明提供了一种水加热器，包括：
一个水箱；
测量箱中水的水温的装置；以及
适于选择性地以可变方式给箱中的水加热的可调式加热装置，
其中，该加热装置以第一能量级别工作，直至达到第一预定水温，此后，该加热装置以低于第一能量级别的第二能量级别工作，直至达到高于第一预定水温的第二预定水温。
该加热装置优选还适于以低于第二能量级别的第三能量级别工作，直至达到高于第二预定水温的第三预定水温。
该加热装置优选还适于以低于第三能量级别的第四能量级别工作，直至达到高于第三预定水温的第四预定水温。
该第一能量级别优选为水加热器的全功率能力。
该第一预定水温优选低于水加热器的期望工作温度约2℃。
该第二能量级别优选为水加热器的全功率能力的约50％。
该第二预定水温优选低于水加热器的期望工作温度约1℃。
该第三能量级别优选为水加热器的全功率能力的约25％。
该第三预定水温优选低于水加热器的期望工作温度约0.5℃。
该第四能量级别优选为水加热器的全功率能力的约10％，并优选以脉冲形式提供。
该加热器优选还包括适于根据来自温度测量装置的输入来控制加热装置的控制器。
附图简述
现在仅通过实施例的方式、参照附图对本发明的优选实施方案进行描述，其中：
图1是根据本发明的水加热器的实施方案在蓄水初期的局部立体图；
图2是图1中示出的加热器在蓄水中期的局部立体图；
图3是图1中示出的加热器在蓄满水时的局部立体图；
图4是图1中示出的加热器的工作温度校准使用的逻辑图；并且
图5是图1中示出的加热器在休眠模式使用的逻辑图。
具体实施方式
参照图1-3，示出了根据本发明的沸水加热器10的实施方案。水加热器10具有水箱12、外壳14和它们两者之间的绝热体16。在水箱12内部有电加热元件18，该电加热元件18相应具有下卷曲端18a以及第一、第二和第三液面传感器20、22、和24。该水加热器10还包括用于三个液面传感器20、22和24的安装块26。
该加热器10还具有与三个液面传感器20、22和24连接的PCB控制器(未示出)、在箱12内的温度传感器(未示出)、计时器以及几个其它元件。该控制器能根据接收到的来自三个液面传感器20、22和24以及温度传感器的信号控制向加热盘管18的能量供应。
该水加热器10还包括带进水肘管30的进水管28。肘管30被通过电磁操作进水阀(solenoid operated inlet valve)(未示出)供应有自来水，因而管28也通过电磁操作进水阀(未示出)供应有自来水，该电磁操作进水阀也由控制器控制。该水加热器10还包括也由控制器控制的电磁操作的出水阀和出水管，为了清楚目的，图1-3中未示出该出水阀和出水管。
现在结合图4对确定水加热器10的工作水温的方法(即，校准(calibrating))进行描述，该图4描绘了该方法的基本步骤40、42、44和46.
该方法的第一步骤40在安装加热器10之后进行，并且包括用水32灌注箱12直至液面到达第一液面传感器20。水32的量要足以浸没加热元件18的卷曲端18a。
如步骤42所示，随后控制器使加热元件18通电以将水加热至95℃，并且为了使热渗透(saturate)箱12而随后如步骤44所示地将水32在该温度保持120秒。
如步骤46所示，在该渗透阶段的结尾，接着将水在90秒的时间段内加热至沸点，并由控制器26记录所达到的最高水温。虽然在90秒的时间段结束之前，加热元件18就可以使水32沸腾，但沸水温度维持恒定直至所有水被气化掉，注意到这一点是很重要的。
在90秒长的时间段的结尾，该控制器再调用所达到的最高温度，该温度将会是加热器10安装的地方的大气条件下的沸点。该控制器随后会将工作温度或水加热器10的设定点设置在低于所测沸点1.5℃的地方。
在进行该校准过程时，水加热器10此时持续灌注并加热。更具体而言，该控制器会打开进水阀并用水灌注箱12，直至水达到第二液面传感器24处(见图2)，并且水以一控制速度被灌注，该速度不会使得箱12中的水32降低至低于设定点温度2℃。在水32达到设定点温度时，进水阀打开并允许水进入箱12内直至水温降低至低于设定点3℃的时刻。任何时候，如果水降低至比低于设定点3℃还低的温度，则进水阀关闭，并且使得加热器10加热至设定点温度。在该灌注期间，控制器使加热单元通电，以100％功率工作。
以上校准方法带来许多好处。第一，不同加热器之间性能始终稳定。第二，加热器中使用的温度测量装置的准确度要求不严格，只要装置稳定即可。第三，实际沸点处，加热器的性能始终稳定。第四，工作水温始终保持非常接近实际沸点，因为该实际沸点为最初由加热器确定的沸点。第五，不需要损害性能来达到在具有不同大气条件下的不同场所的最优性能。第六，不需要为了达到最优性能的外部调节，并且为了最优性能不需要有经验的服务技术员。以上优点还为用户带来更低的成本、降低的能量消耗，因为防止了过沸情形，并且总体上提高了用户的满意度。
现在结合图5对以节能或休眠模式操作水加热器10的方法进行描述，该图5描绘了该方法的基本步骤50、52和54。
如步骤50所示，在水加热器10的正常工作期间，控制器监测自启动热水出水阀(未示出)开始的时间长度。更具体而言，控制器监测热水出水阀不工作的时段是2小时还是4小时根据设置而选择。
如步骤52所示，如果热水出水阀在控制器设置的监测时间内一直没有被操作过，则取消对加热元件18的能量供给，以将水加热器10设置在节能模式(休眠模式)，直至箱12内的水温降至约64℃。
如步骤54所示，一旦水温达到64℃，电能被用足以维持水温在约64℃的强度以脉冲形式输送给元件18。然而，如步骤56所示，如果热水出水阀启动，则休眠模式取消并且元件18通电以使得水32回升到其工作设置点。典型地，水32会在约2至3分钟内达到优选工作温度。
以上描述的休眠模式的好处如下：第一，不需要预编程序的计时器。第二，不需要外部作用(external influence).第三，对用户来说，系统更加灵活.第四，实现了节能，对能量消耗和有关环境的导致温室效应的气体减少都有影响.最后，由于水不会被冷却到可能出现细菌生长的温度，所以健康状况不会受到损害.
加热器10还具有通用工作模式，如下文所述，该模式导致更多的能量节约。
如上文所提及的，当水沸腾时，虽然水温保持恒定，但水是开的。而且，当控制器识别到水已经达到期望温度时，就会切断至单元的电源，滞后作用通常会使得来自单元的多余热引起一些过沸并因此引起能量浪费。这种情况会由于控制器的响应时滞而更加糟糕。
在加热器10中，当控制器识别到水温接近预定的工作温度时，就会开始减少施于元件18的电能。换句话说，水32越接近沸点温度，电能输入越少。
更具体而言，当箱12被灌注至第二液面传感器22时(见图2)，控制器以全功率向元件18供电，直至箱12中的水32被加热至与设定点相差不到2℃。此时，供应至元件18的电能被减少至其最大能力的50％。这样会防止加热器10排出过多的蒸汽。
此外，当箱12被灌注至第三液面传感器24时(见图3)，进水阀保持打开状态20秒。这样会把箱12装得稍微过满，并防止阀由于水蒸发或水扰动而引起的令人讨厌的工作。元件18还被设定在其最大能力的25％工作，并维持在此能力状态直至达到设定点温度。最后，当水温与设定点相差不到0.5℃时，供应至元件18的电能减少至其最大能力的10％，并且以脉冲形式供应，以将水温维持在设定点。
这样会带来以下好处。第一，该方法提供了在工作状况下更加准确的温度控制。第二，加热器减少了电能消耗。最小化了过沸，使得蒸汽产生更少、资源浪费最小并且水加热器运行噪音更小。
虽然根据优选实施方案已经对本发明做了描述，但本领域普通技术人员可以理解的是，本发明可以以许多其它方式实施。

Claims (13)

1.一种操作水加热器的方法，该方法包括以下步骤：
(a)向箱中加入水至预定水位；
(b)对从水箱最后配送水的时间段进行监测；并且
(c)如果监测到的时间段达到预定时间段，则从水箱除去给水加热的能量，直至箱中的水冷却至细菌可以生长的温度之上的一预定温度，并且向该箱中的水施加足够的热，以将箱中的水的温度维持在接近预定温度处。
2.权利要求1要求保护的方法，其特征在于，该预定温度为64℃。
3.权利要求1要求保护的方法，其特征在于，该预定时间段为2或4小时。
4.权利要求1要求保护的方法，其特征在于，该方法还包括一检测到水被配送，就使加热器回复到全功率工作的步骤。
5.一种水加热器，该加热器包括：
一个水箱；
检测什么时候水从箱中被配送的装置；
对从水箱最后配送水的时间段进行监测的计时器；
测量箱中的水的温度的装置；以及
加热箱中的水的加热装置，
其中，如果监测到的时间段达到预定时间段，则从加热装置除去能量，直至箱中的水冷却至细菌可以生长的温度之上的一预定温度，并且随后该加热装置向该箱中的水施加足够的热，以将箱中的水的温度维持在接近预定温度处。
6.权利要求5要求保护的水加热器，其特征在于，该预定温度为64℃。
7.权利要求5要求保护的水加热器，其特征在于，该预定时间段为2或4小时。
8.权利要求5要求保护的水加热器，其特征在于，该加热器适于在一检测到水被配送时，就回复到全功率工作。
9.权利要求5要求保护的水加热器，其特征在于，该加热器还包括适于根据来自计时器、检测装置或温度测量装置的输入来控制加热装置的控制器。
10.权利要求5要求保护的水加热器，其特征在于，该加热器还包括适于根据来自计时器和检测装置的输入来控制加热装置的控制器。
11.权利要求5要求保护的水加热器，其特征在于，该加热器还包括适于根据来自计时器和温度测量装置的输入来控制加热装置的控制器。
12.权利要求5要求保护的水加热器，其特征在于，该加热器还包括适于根据来自检测装置和温度测量装置的输入来控制加热装置的控制器。
13.权利要求5要求保护的水加热器，其特征在于，该加热器还包括适于根据来自计时器、检测装置和温度测量装置的输入来控制加热装置的控制器。
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