TW201323799A - 即熱式飲水機之控溫方法 - Google Patents

Abstract

本發明係在提供一種即熱式飲水機之控溫方法，主要係為：a.由水管加熱器之入水端上的溫度感測器所測得的溫度與設定值的差距，可以計算所需的溫升；b.若欲使用較高溫度（高溫升）的熱水時，則水管加熱器之功率全開，水泵利用減少占空比(duty cycle)來減少出水量，即可將出水溫度提升；c.若欲使用較低溫度（低溫升）的熱水時，則水泵功率全開，水管加熱器利用減少占空比來減少加熱量，即可降低出水溫度；d.再利用水管加熱器的出水端上之溫度感測器所實測的溫度與設定值的差距，來增減占空比，即可使出水溫度靠近所設定之需求值；如此，可逐度設定所須的出水溫度，提供不同須求之飲用水溫度，以供方便隨時飲用。

Description

即熱式飲水機之控溫方法

本發明係有關於一種即熱式飲水機之控溫方法，特別係指一種可逐度設定所須的出水溫度，提供不同須求之飲用水溫度，以供方便隨時飲用者。

按，一般要飲用熱水，大都係藉由開水機將水加熱煮沸，然，一般要沖泡牛奶之水溫（40～60℃）與沖泡茶葉或咖啡之水溫（80～85℃）並不相同，而一般開水機內所加熱的熱水，其水溫係高達98～100℃，以高溫的熱水沖泡食物，容易破壞所沖泡之牛奶或咖啡或茶等食物之營養成分，或易釋放出對身體有害之物質，而有的比較好的開水機則可控制水溫，但大都僅具有三種溫度（60℃、90℃、98℃）之設定，無法配合使用者所須自行調整至適當的加熱溫度，若須使用較低水溫時，則須另外加入冷水來調溫，在使用上較不方便；緣此，本發明人有鑑於習知飲水時存在有如上述之缺失，乃潛心研究、改良，遂得以首創出本發明。

本發明之主要目的係在提供一種可逐度設定所須的出水溫度，提供不同須求之飲用水溫度，以供方便隨時飲用 之即熱式飲水機之控溫方法。

本發明即熱式飲水機之控溫方法，其方法如下：

a.由水管加熱器之入水端上的溫度感測器所測得的溫度與設定值的差距，可以計算所需的溫升；

b.若欲使用較高溫度（高溫升）的熱水時，則水管加熱器之功率全開，水泵利用減少占空比(duty cycle)來減少出水量，即可將出水溫度提升；

c.若欲使用較低溫度（低溫升）的熱水時，則水泵功率全開，水管加熱器利用減少占空比來減少加熱量，即可降低出水溫度；

d.再利用水管加熱器的出水端上之溫度感測器所實測的溫度與設定值的差距，來增減占空比，即可使出水溫度靠近所設定之需求值。

有關本發明為達上述之使用目的與功效，所採用之技術手段，茲舉出較佳可行之實施例，並配合圖式所示，詳述如下：

本發明之實施例，請參閱第一～四圖所示，主要係設有一機殼1，該機殼1上設有一水槽10，該水槽10上設有一排水孔11，於水槽10之上方設有一接水面板12，該接水面板12上設有數個透孔120，於該機殼1上另設有一穿孔13，該機殼1上設有一承置面14及一控制面板15，該承置面14上設有一穿孔140，該控制面板15上設有電源開關150（on/off按鈕）、出水指示燈151、出水按鈕152、二溫度調節按鈕153（係設有增溫按鈕＋及降溫按鈕－）及溫度顯示器154，於該機殼1之底部設有一凹室16，於該凹室16內設有數支固定凸柱17；一加熱裝置2，係設於該機殼1之凹室16內，該加熱裝置2係設有一無水感測器20，該無水感測器20之一端設有一連接頭21，該連接頭21係設於該機殼1之承置面14上的穿孔140內，該無水感測器20之另一端接設有一水泵22，該水泵22之另一端接設有水管加熱器23，該水管加熱器23之入水端230及出水端231均設有一溫度感測器24、25，於該水管加熱器23之外端接設有一導管26；一出水管3，係設於該機殼1之上方，該出水管3之下端設有一螺接頭30，一固定接頭31係與該螺接頭30相螺鎖，該固定接頭31之下端並穿設於該機殼1之凹室16內，並與該加熱裝置2之導管26連接；一底座4，係設於該機殼1之下方，該底座4上設有數支固定凸柱40，該等固定凸柱40上設有穿孔41，該等穿孔41內穿設有螺接元件42，該螺接元件42並螺設於該機殼1之固定凸柱17上，該底座4之底部設有一缺槽43，該缺槽43內設有一排水導管44，該排水導管44之一端係插接於該機殼1之凹室16內對應於水槽10之排水孔11上；一水箱5，係設於該機殼1之承置面14上，該水箱5上設有一蓋體50，該水箱5之底部設有一出水孔51，該出水孔51係與加熱裝置2之連接頭21相組接，如此，即為一即熱式飲水機。

本發明於加熱裝置2之水管加熱器23的入水端230與出水端231分別設有溫度感測器24、25，而該即熱式飲水機之控溫方法如下：

a.由水管加熱器23之入水端230上的溫度感測器24所測得的溫度與設定值的差距，可以計算所需的溫升；

b.若欲使用較高溫度（高溫升）的熱水時，則水管加熱器23之功率全開，水泵22利用減少占空比(duty cycle)來減少出水量，即可將出水溫度提升；

c.若欲使用較低溫度（低溫升）的熱水時，則水泵22功率全開，水管加熱器23利用減少占空比來減少加熱量，即可降低出水溫度；

d.再利用水管加熱器23的出水端231上之溫度感測器25所實測的溫度與設定值的差距，來增減占空比，即可使出水溫度靠近所設定之需求值。

本發明該即熱式飲水機之控溫方法的計算式如下:

1)計算式

W ＝mcΔT

其中 ：W＝加入的熱量，單位 w＝J/sec，電熱功率(石英管外壁鍍加熱膜，即水管加熱器)

m ＝水流量，單位 g/sec，水泵打水

c＝水的比熱＝4.18 J/g℃

ΔT＝設定溫升值＝(設定出水溫度－入水溫度)，單位℃

2)元件規格代入計算式

a)電熱功率 ，110V，1000w，即全功率W_max＝1000w

b) 水泵水量，110V，13.5g/sec，即全功率m_max＝13.5g/sec

c)電熱需求

W＝mcΔT＝4.18m_maxxΔT等號兩邊除以W_max

W/W_max＝(4.18 m_max/W_max)ΔT

令ΔT＝ΔT_cr此時 (4.18m_max/W_max)ΔT_cr＝100%

ΔT_cr＝W_max/(4.18m_max)----關鍵步驟(critical point)

代入m_max＝13.5g/sec

W/W_max＝(13.5x4.18/W_max)ΔT＝0.05643ΔT---(1)式

W/W_max＝電熱占空比(duty cycle)＝100%當ΔT≧ΔT_cr

d)出水量控制

m ＝W/(cΔT)＝(W_max/4.18)/ΔT 等號兩邊除以m_max

m/m_max＝(W_max/4.18 m_max)/ΔT

代入W_max＝1000w

m/m_max＝(W_max/4.18m_max)/ΔT＝17.72/ΔT-----(2)式

m/m_max＝水泵占空比(duty cycle)＝100%

當ΔT≦ΔT_cr

3)初始控制

由以上計算所得(1)與(2)式，如第五圖所示，電熱與水泵都採占空比(duty cycle)的方法在控制程式中建立相對於ΔT的表；

ΔT＝設定溫升值＝(設定出水溫度－入水溫度)

當ΔT由實測入水溫度算出後 ，就可以查表得到電熱與水泵兩者的工作點(working point)。

4)出水溫度補償控制

初始控制為理論計算 ，沒有把熱量損失、電壓高低等因素考慮進去，所以需要用實測的出水溫度來做補償控制；補償控制方法：出水計時一段時間(如5sec)後，每隔一段時間(如3sec) 補償一次，由實測出水溫度與設定出水溫度兩者比較做補償；例如：實測出水溫度與設定出水溫度高了2 ℃，則ΔT將會以減2 ℃的值來查工作點；反之，實測出水溫度與設定出水溫度低了2 ℃，則ΔT將會以加2 ℃的值來查工作點，由新查表得到的值來取代原電熱與水泵的占空比(duty cycle)。

使用時，請參閱第二～四圖所示，本發明係將可飲用的常溫水注入水箱5內，使進入本發明加熱裝置2內的水係為可飲用水，本發明主要係將常溫下的可飲用水進行加溫之動作（其加熱溫度範圍係由室溫加熱至90℃），可藉由按壓控制面板15上所設之溫度調節按鈕153來增減出水溫度，而所設定之溫度則可顯示於溫度顯示器154上，藉由按壓出水按鈕153來控制出水量，電源開關150（on/off按鍵）則用來關閉或開啟電源，使用者可以逐度設定自己想要的出水溫度，方便用於泡茶、沖牛奶、泡咖啡或直接飲用等不同溫度之設定，可提供不同須求之飲用水溫度，以供方便隨時飲用，在使用上極為方便。

本發明藉由可飲用水由水箱5經由加熱裝置2之連接頭21進入機殼1內的加熱裝置2，可飲用水則經由無水感測器20及水泵22進入水管加熱器23內進行加熱動作，利用水管加熱器23之入水端230上的溫度感測器24進行溫度感測，經上述的溫度控制方法，分別以占空比方式控制水管加熱器23之加熱量及水泵22之出水量，加熱後的水再由導管26將熱水導引至出水管3流出，將欲承接熱水的杯子置放於機殼1之接水面板12上，即可承接由出水管3流出的熱水，可隨時方便飲用；而當水箱5內無水時，則可由無水感測器20偵測到，並發出無水警訊及斷電，可避免無水而產生空燒的危險；本發明並設有兒童安全鎖之設計，可同時按住電源開關150（on/off按鈕）及溫度調節按鈕153之增溫按鈕(＋)，即可將控制面板15上之各個按鈕予以上鎖，不接受任何操作，可避免因兒童誤觸而被高溫水燙傷之危險；若要解鎖時，僅須同時按住電源開關150（on/off按鈕）及溫度調節按鈕153之降溫按鈕(－)即可，或拔除電源再重插一次，即可完成解鎖動作，本發明在使用上極具安全性。

綜上所述，本發明確實已達到所預期之使用目的與功效，且較既有技術成本低、效率高、功能穩定、操作容易，其實際運用之可行性高，惟，上述實施例僅係針對本發明之較佳實施例進行具體說明，該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，舉凡其它未脫離本發明所揭示之技術手段下所完成之均等變化與修飾，均應包含於本發明所涵蓋之申請專利範圍中。

1．．．機殼

10．．．水槽

11．．．排水孔

12．．．接水面板

120．．．透孔

13．．．穿孔

14．．．承置面

140．．．穿孔

15．．．控制面板

150．．．電源開關

151．．．出水指示燈

152．．．出水按鈕

153．．．溫度調節按鈕

154．．．溫度顯示器

16．．．凹室

17．．．固定凸柱

2．．．加熱裝置

20．．．無水感測器

21．．．連接頭

22．．．水泵

23．．．水管加熱器

230．．．入水端

231．．．出水端

24．．．溫度感測器

25．．．溫度感測器

26．．．導管

3．．．出水管

30．．．螺接頭

31．．．固定接頭

4．．．底座

40．．．固定凸柱

41．．．穿孔

42．．．螺接元件

43．．．缺槽

44．．．排水導管

5．．．水箱

50．．．蓋體

51．．．出水孔

第一圖所示係為本發明實施例之立體分解圖。

第二圖所示係為本發明實施例之立體組合圖。

第三圖所示係為本發明實施例加熱裝置之平面圖。

第四圖所示係為本發明實施例之組合剖視圖。

第五圖所示係為本發明實施例由計算式所得之圖表。

2．．．加熱裝置

20．．．無水感測器

21．．．連接頭

22．．．水泵

23．．．水管加熱器

230．．．入水端

231．．．出水端

24．．．溫度感測器

25．．．溫度感測器

26．．．導管

Claims (1)

1. 一種即熱式飲水機之控溫方法，其方法如下：
   a.由水管加熱器之入水端上的溫度感測器所測得的溫度與設定值的差距，可以計算所需的溫升；
   b.若欲使用較高溫度（高溫升）的熱水時，則水管加熱器之功率全開，水泵利用減少占空比(duty cycle)來減少出水量，即可將出水溫度提升；
   c.若欲使用較低溫度（低溫升）的熱水時，則水泵功率全開，水管加熱器利用減少占空比來減少加熱量，即可降低出水溫度；
   d.再利用水管加熱器的出水端上之溫度感測器所實測的溫度與設定值的差距，來增減占空比，即可使出水溫度靠近所設定之需求值。