TWI408318B - Water heater water temperature control method and device - Google Patents

Description

熱水器水溫控制方法與裝置

本發明係與熱水器的水溫控制方法與裝置有關，更詳而言之是指一種能維持穩定出水溫度的熱水器水溫控制方法及其裝置。

請參閱第一圖，為習知熱水器水溫控制裝置，用以控制熱水器500之出水溫度，該熱水器500包含一輸水管510、一瓦斯管520及一水溫控制裝置530，該輸水管510具有一入水口511及一出水口512，該水溫控制裝置530包含一瓦斯流量控制器531、一加熱器532、一溫度偵測器533以及一運算控制器534。

該加熱器532藉由瓦斯管520輸送之瓦斯以對該輸水管510內的水進行加熱，該瓦斯流量控制器531設置於該瓦斯管520之瓦斯輸送路徑上，用以調節供給該加熱器532之瓦斯流量，而該熱水器500輸水管510的出水口512處設有該溫度偵測器533，用以測得經過加熱器532加熱後排出的水溫，該運算控制器534則根據該溫度偵測器533的偵測結果來控制瓦斯流量控制器531，以調節供給加熱器532的瓦斯流量。

該水溫控制裝置530的水溫控制方式係先設定一期望定值之使用溫度，再比較該使用溫度與該溫度偵測器533測得的出水溫度之間的溫差，據以調整該瓦斯流量控制器531。當出水溫度低於該使用溫度時，該運算控制器534控制加大瓦斯流量；而在出水溫度高於該使用溫度時，運算控制器534則控制減少瓦斯流量，前述調節瓦斯流量方法的目的在使該熱水器500的出水溫度能保持在該使用溫度。

誠然，上述水溫控制裝置530及方法雖然可達到維持出水溫度的目的，但以偵測該出水口512處的出水溫度做為進一步控制調節瓦斯流量大小的基礎時，仍有未臻完善之處，茲說明如後：請再配合第二圖所示，熱水器500於加熱過程中，在加熱時間來到a點時，表示出水溫度接近但仍低於使用溫度，此時該瓦斯流量控制器531保持在較大瓦斯流量輸出的狀態，且該加熱器531持續對輸水管510內的水進行加熱。當加熱時間來到b點時，雖表示測得之出水溫度到達該使用溫度，但因輸水管510內的水持續受到較大瓦斯流量的加熱處理，其水溫將持續升高並超出使用溫度，遂造成使用者在時間點b至時間點c的期間內，感受到較高水溫，而當加熱時間來到c點位置時，測得的出水溫度將明顯高出使用溫度許多，至此，運算控制器534將再控制調整瓦斯流量控制器532，期以降低瓦斯流量的方式來達成降低出水溫度回復至使用溫度的目的。爾後當加熱時間來到d點位置時，出水溫度雖已降至使用溫度，但因輸水管510內的水為不足量瓦斯所加熱，導致時間點d至時間點e的水溫下降並低於使用溫度，故，使用者在該階段所感受水溫偏低。雖然運算控制器534將再次調高瓦斯流量，直至出水溫度漸趨並穩定在該使用溫度為止，但因耗用時間長且出水溫度變化明顯，是以，該已知熱水器500的水溫控制方法與裝置並非一最佳的選擇，且有待再改善。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種熱水器水溫控制方法與裝置，係使熱水器能維持穩定出水溫度，使得使用者不會明顯感受到出水溫度的變化。

本發明之次要目的則在於利用分段調整的方式，使得熱水器僅需要很短的升溫時間即可達到維持穩定出水溫度的效果。

緣以達成上述目的，本發明所提供之熱水器水溫控制方法，包括先設定一使用溫度，然後偵測一入水溫度及一水流量，再比較該入水溫度與該使用溫度之溫差，並以該溫差為基準，計算出該水流量所需到達該使用溫度之一總熱值，根據所計算出之該總熱值，每單位時間內供給加熱用之一瓦斯供應量，使入水穩定被加熱至該使用溫度，並予以排出，當該出水溫度到達該使用溫度時，該瓦斯供應量立即調整為定量輸出，以維持穩定該出水溫度。

上述熱水器水溫控制方法所搭配的水溫控制裝置，包含有一溫度設定器、一加熱器、一瓦斯比例閥、一溫度偵測器、一水量偵測器以及一運算控制器。該溫度設定器設置於該熱水器上，用以設定使用溫度並產生一設定訊號；該加熱器用來對水加熱；該瓦斯比例閥用以調節供給該加熱器之瓦斯量；該溫度偵測器用以偵測入水之溫度，並產生一入溫訊號；該水量偵測器用以偵測入水之水流量，以產生一入水量訊號；該運算控制器，電性連接該溫度設定器、該溫度偵測器、該水量偵測器以及該瓦斯比例閥，用以接收該設定訊號、入溫訊號以及入水量訊號以進行運算，再依據運算結果產生一調節訊號予該瓦斯比例閥，以進行調整供給該加熱器之瓦斯量，達到維持穩定該出水溫度之目的。

請參閱第三、四圖，為本發明一較佳實施例之熱水器水溫控制裝置及其水溫控制方法，主要目的在於控制熱水器100的出水溫度維持穩定，該熱水器100具有一輸水管110、一瓦斯管120以及一水溫控制裝置130，該輸水管110包括一入水口111及一出水口112，該水溫控制裝置130包含有一溫度設定器131、一瓦斯比例閥132、一加熱器133、一溫度偵測器134、一水量偵測器135以及一運算控制器136。為便於說明，於後茲就該熱水器100之水溫控制方法輔以裝置描述如後：首先，對該溫度設定器131設定一期望定值之使用溫度，並產生一設定訊號予該運算控制器136，使該水溫控制裝置130得以該使用溫度為基準進行後續的水溫調控。於設定完成後，進入待機模式。

該溫度偵測器134與該水量偵測器135皆裝設於鄰近該入水口111處之入水管上，分別用以偵測該入水口111處之入水溫度及水流量，當使用者開啟熱水龍頭(圖略)時，溫度偵測器134以及水量偵測器135立即偵測入水的溫度以及水流量，並各別產生一入溫訊號及一入水量訊號予該運算控制器136。

該運算控制器136藉由接收上述各構件產生之設定訊號、入溫訊號以及入水量訊號，以比較該入水溫度與該使用溫度之溫差，再利用該溫差計算出水溫升至該使用溫度所需的總熱值，並以該總熱值為基礎換算出所需的瓦斯總量，且運算控制器136更將進一步地換算出每單位時間應供給加熱器133之瓦斯供應量，該瓦斯供應量之總和即為該瓦斯總量。

計算完成後，該運算控制器136下達一調節訊號予設置在該瓦斯管120之瓦斯運送路徑上的瓦斯比例閥132，進一步地控制瓦斯管120能以每單位時間為基礎供應相對量的瓦斯給該加熱器133，該加熱器133接收到瓦斯管120輸送之瓦斯後，對該輸水管110內的水進行加熱。於本實施例中，所述單位時間係以秒為單位，據以達到穩定維持出水溫度之目的。

在瓦斯供應量總和達到換算出的瓦斯總量時，即表示出水溫度已到達該使用溫度，此時，該運算控制器136將自動地調整該瓦斯比例閥132，並令瓦斯管120供應該加熱器133之瓦斯量被以定量輸出，據以維持穩定出水溫度。

須說明的是，上述總熱值的計算方法係以單位熱值乘以該水量偵測器135所測得之水流量，再乘以該溫度偵測器134所測得之入水溫度與該溫度設定器131所設定之使用溫度之間的溫差，即可求得該總熱值，其計算公式如下所示：

1mL的水上升1℃所需之熱值=單位熱值

(使用溫度-入水溫度)*水流量*單位熱值=總熱值。

請再參閱第五圖，為上述水溫控制裝置130及方法所得之出水溫度與瓦斯供應量的對應曲線圖，加熱過程以單位時間為基礎，劃分出等量時間間隔的時間點a到時間點h，在本實施例中，時間點a至時間點h的每個單位時間內所提供的瓦斯供應量皆為固定的供應值，故出水溫度於加熱過程中呈現穩定的上升狀態，而當加熱時間來到h點位置時，即表示時間點a至時間點h的瓦斯供應量之總和已達瓦斯總量，此時出水溫度已達該使用溫度，至此，該運算控制器136將自動調整瓦斯比例閥132控制瓦斯供應量呈定量輸出，藉以維持穩定出水溫度，請再參閱第二圖，比較後可得知，本發明改善了習知的熱水器水溫控制方式升溫所耗用時間過長且出水溫度變化明顯的缺點，使得使用者在使用熱水時可以快速達到理想的使用溫度，且在使用中更不會感受到出水溫度的變化。

除上述實施例外，本發明更可增設偵測出水溫度的方式來達到更加精準控制水溫的目的。

請參閱第六圖，為本發明另一較佳實施例之熱水器水溫控制裝置140，該水溫控制裝置140具有與上述實施例相同功能的溫度設定器141、瓦斯比例閥142，加熱器143，溫度偵測器144，水量偵測器145以及運算控制器146，於此便不再贅述。惟不同的是：該水溫控制裝置140於鄰近該出水口112處之出水管上增設有一出水溫度偵測器147與該運算控制器146電性連接。

請再參閱第七、八圖，為水溫控制裝置140之水溫控制方法，以其出水溫度與瓦斯供應量的對應曲線圖，加熱過程以單位時間為基礎，劃分出等量時間間隔的時間點a到時間點g，且各時間點間的間隔大小與上述實施例相同，當該運算控制器146計算出總熱值後，設定一加熱初始時供給之瓦斯供應量，於時間點a開始供予該加熱器143，且該出水溫度偵測器147開始偵測出水溫度，並產生一出溫訊號予該運算控制器146，該運算控制器146依據該出溫訊號判斷出水溫度是否已到達使用溫度，未到達則利用比較所測得的出水溫度與使用溫度在逐漸減少溫差時，控制該瓦斯比例閥142以遞減方式供給瓦斯供應量，故時間點a到時間點g之間的各時間間隔內的瓦斯量皆呈現遞減的型態，以致於越接近時間點g，瓦斯供應量越低，出水溫度的上升幅度越趨於平緩，當加熱時間來到時間點g位置時，時間點a至時間點g的瓦斯供應量之總和已達瓦斯總量，表示出水溫度已達該使用溫度，該瓦斯供應量則調整為定量輸出，以維持穩定出水溫度。

然而，上述之水溫控制裝置140，除可利用偵測出水溫度進行即時調整瓦斯供應量外，亦可利用分段調整瓦斯供應量來達到快速升溫至使用溫度之目的，請參閱第九、十圖，為分段調整瓦斯供應量之水溫控制方法，以其出水溫度與瓦斯供應量的對應曲線圖，加熱過程以單位時間為基礎，劃分出等量時間間隔的時間點a到時間點g，且各時間點間的間隔大小與上述各實施例相同，與即時調整瓦斯供應量之控制方法相同之處，於此不再贅述，而僅以與前述不同之處描述如後：當該運算控制器146計算出總熱值後，設定一加熱初始時供給之瓦斯供應量，該出水溫度偵測器147於時間點a時開始偵測出水溫度，並產生一出溫訊號予該運算控制器146，該運算控制器146係依據該出溫訊號判斷出水溫度是否低於使用溫度的0.95倍，若低於，則進入快速升溫階段，加大供給該加熱器143之瓦斯量，故時間點a到時間點e之間，瓦斯供應量加大至一升溫定值，使時間點a到時間點e之間的出水溫度上升幅度較快，當加熱時間來到時間點位置e時，出水溫度到達使用溫度的0.95倍，則進入緩衝升溫階段，即降低瓦斯供應量至一緩衝定值，使出水溫度上升幅度趨於緩和，當加熱時間來到f點位置時，時間點a至時間點f的瓦斯供應量之總和已達瓦斯總量，表示出水溫度已達該使用溫度，瓦斯供應量自動調整成定量輸出，以維持穩定出水溫度，於本實施例中，該升溫定值係指初始時設定之瓦斯供應量的1.5倍，該緩衝定值則係指初始時設定之瓦斯供應量。

特別要說明的是，以上所述之三種水溫控制方法中，升溫過程所耗費的時間雖不相同，但上述三種方法皆係依據該總熱值計算出升溫至該使用溫度所需瓦斯供應量與瓦斯總量，即入水溫度、使用溫度以及水流量相等時，不管利用上述何種水溫控制方法，所耗費的瓦斯總量皆為相同。

以上所述僅為本發明數個較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及製作方法變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

本發明

100．．．熱水器

110．．．輸水管

111．．．入水口

112．．．出水口

120．．．瓦斯管

130‧‧‧水溫控制裝置

131‧‧‧溫度設定器

132‧‧‧瓦斯比例閥

133‧‧‧加熱器

134‧‧‧溫度偵測器

135‧‧‧水量偵測器

136‧‧‧運算控制器

140‧‧‧水溫控制裝置

141‧‧‧溫度設定器

142‧‧‧瓦斯比例閥

143‧‧‧加熱器

144‧‧‧溫度偵測器

145‧‧‧水量偵測器

146‧‧‧運算控制器

147‧‧‧出水溫度偵測器

習知技術

500‧‧‧熱水器

510‧‧‧輸水管

511‧‧‧入水口

512‧‧‧出水口

520‧‧‧瓦斯管

530‧‧‧水溫控制裝置

531‧‧‧瓦斯流量控制器

532‧‧‧加熱器

533‧‧‧溫度偵測器

534‧‧‧運算控制器

第一圖為習知熱水器之水溫控制裝置示意圖。

第二圖為上述習知熱水器之出水溫度曲線圖。

第三圖為本發明一較佳實施例之裝置示意圖

第四圖為上述本發明較佳實施例之控制方法流程圖。

第五圖為上述本發明較佳實施例之出水溫度與瓦斯供應量對應曲線圖。

第六圖為本發明另一較佳實施例之裝置示意圖

第七圖為上述本發明另一較佳實施例之水溫控制方法流程圖。

第八圖為一對應曲線圖，揭示利用上述另一較佳實施例之水溫控制方法所得之出水溫度與瓦斯供應量。

第九圖為上述本發明另一較佳實施例之另一水溫控制方法流程圖。

第十圖為一對應曲線圖，揭示利用上述另一較佳實施例之另一水溫控制方法所得之出水溫度與瓦斯供應量。

100．．．熱水器

110．．．輸水管

111．．．入水口

112．．．出水口

120．．．瓦斯管

130．．．水溫控制裝置

131．．．溫度設定器

132．．．瓦斯比例閥

133．．．加熱器

134．．．溫度偵測器

135．．．水量偵測器

136．．．運算控制器

Claims (9)

1. 一種熱水器水溫控制方法，用以穩定熱水器之出水溫度，包括下列步驟：設定一使用溫度；偵測一入水溫度及一水流量；比較該入水溫度與該使用溫度之溫差，並以該溫差為基準，計算出該水流量的入水被加熱至該使用溫度所需之一總熱值；根據該總熱值，換算出升溫過程所需之瓦斯總量，以及每單位時間內供給加熱用之一瓦斯供應量，以使入水穩定被加熱至該使用溫度，並予排出，前述升溫過程之該瓦斯供應量之總和，即為該瓦斯總量；以及當出水溫度到達該使用溫度時，每單位時間所內供給之該瓦斯供應量自動調整為定量輸出，以維持穩定出水溫度，另外，於升溫過程中，包括一快速升溫階段及一緩衝升溫階段，其中，該快速升溫階段係加大每單位時間內供給加熱用之該瓦斯供應量，該緩衝升溫階段係降低每單位時間內供給加熱用之該瓦斯供應量。
2. 如請求項1所述之熱水器水溫控制方法，包括於升溫過程中，隨時偵測一出水溫度，並依據所測得的出水溫度，即時調整每單位時間內供給加熱用之該瓦斯供應量，以加快升溫速度。
3. 如請求項2所述之熱水器水溫控制方法，其中，所述即時調整每單位時間內供給熱水器之該瓦斯供應量，係指利用比較所 測得的出水溫度與使用溫度在逐漸減少溫差時，自動調整遞減該瓦斯供應量。
4. 如請求項1所述之熱水器水溫控制方法，更包括利用偵測出水溫度以進行分段調整該瓦斯供應量，其中，在快速升溫階段係當所測得的出水溫度小於該使用溫度的0.95倍時，加大每單位時間供給該加熱用之瓦斯供應量。
5. 如請求項1所述之熱水器水溫控制方法，更包括利用偵測出水溫度進行分段調整該瓦斯供應量，其中，在緩衝升溫階段係當所測得的出水溫度大於或等於該使用溫度的0.95倍時，降低每單位時間供給加熱用之該瓦斯供應量。
6. 一種熱水器水溫控制裝置，用以控制熱水器之出水溫度達到穩定溫度，該熱水器包含一輸水管，且該輸水管設有一入水口及一出水口，該水溫控制裝置包括有：一溫度設定器，係設置於該熱水器上，用以設定一使用溫度，並產生一設定訊號；一加熱器，係用來對該輸水管內的水加熱；一瓦斯比例閥，係用以調節供給該加熱器之瓦斯量；一溫度偵測器，用以偵測該輸水管入水口處之一入水溫度，並產生一入溫訊號；一水量偵測器，用以偵測由該入水口流進該輸水管之一水流量，藉以產生一入水量訊號；以及一運算控制器，電性連接該溫度設定器、該溫度偵測器、該水 量偵測器以及該瓦斯比例閥，用以接收該溫度設定器之設定訊號、該溫度偵測器之入溫訊號以及該水量偵測器所產生之入水量訊號以進行運算，再依據運算結果產生一調節訊號予該瓦斯比例閥，以進行調整供給該加熱器之瓦斯量；一出水溫度偵測器，係設置於該熱水器輸水管之出水口並與該運算控制器電性連接，用以隨時偵測該熱水器之出水溫度，並產生一出溫訊號；藉此，於升溫過程中，該運算控制器隨時接收該出溫訊號進行運算，分段調整該瓦斯比例閥每單位時間所提供之該瓦斯供應量；其中，該運算控制器於該出水溫度偵測器所測得的出水溫度小於使用溫度的0.95倍時，加大該瓦斯比例閥每單位時間所提供之該瓦斯供應量，當該出水溫度大於或等於該使用溫度的0.95倍時，降低該瓦斯比例閥每單位時間所提供之該瓦斯供應量。
7. 如請求項6所述之熱水器水溫控制裝置，其中，該運算控制器係比較該水溫偵測器所得的入水溫度與該溫度設定器所設定之使用溫度之溫差，並利用該溫差計算出該水量偵測器所測得的水流量升溫至該使用溫度所需之一總熱值，並依據該總熱值調整該瓦斯比例閥，使該瓦斯比例閥於升溫過程中，於每單位時間內提供一瓦斯供應量予該加熱器，以使該熱水器內的水穩定被加熱至該使用溫度，並予排出，當出水溫度到達使用溫度時，自動調整該瓦斯比例閥，使該瓦斯比例閥每單位時間所提供之該瓦斯供應量自動調整為定量輸出，以維持穩定出水溫度。
8. 如請求項6所述之熱水器水溫控制裝置，包括一出水溫度偵測器，係設置於該熱水器輸水管之出水口並與該運算控制器電性連接，用以隨時偵測該熱水器之出水溫度，並產生一出溫訊號，於升溫過程中，該運算控制器隨時接收該出溫訊號進行運算，並即時調整該瓦斯比例閥每單位時間所提供之該瓦斯供應量。
9. 如請求項8所述之熱水器水溫控制裝置，該運算控制器利用比較所測得的出水溫度與使用溫度在逐漸減少溫差時，自動調整遞減該瓦斯供應量。