TWI447338B - 熱水器之功率控制方法 - Google Patents

Description

熱水器之功率控制方法

一種熱水器之功率控制方法，特別是一種瓦斯熱水器之功率控制方法。

熱水器係為家家戶戶不可缺少的家用產品，其中又以傳統的瓦斯熱水器為市面上最廣泛使用的熱水器之型態。然而，瓦斯熱水器卻也相對具有較高的危險性。舉例來說，常有新聞報導因瓦斯熱水器之使用不當而造成一氧化碳中毒的憾事發生。然而，即使環境的氧氣含量充足，瓦斯於燃燒的過程中依舊難以避免的會排放一氧化碳。因此，政府相關單位除了透過大眾媒體教育一般民眾正確的瓦斯熱水器之使用觀念外，更明定一般瓦斯熱水器之產品的一氧化碳排放量之標準，以避免憾事發生。

以目前市售瓦斯熱水器因應一氧化碳之安全排放量的做法，係藉由限定瓦斯流量的可調整之上限值，以令瓦斯熱水器達到一氧化碳之安全排放量的標準。舉例來說，使用者能夠隨意的調整瓦斯流量的大小，以獲得期望的熱水溫度，以因應不同季節的氣候溫度。然而，即使使用者將瓦斯流量調整到最大，此最大瓦斯流量經燃燒所排放出的一氧化碳排放量依舊會小於安全規範所訂定的標準值。如此一來，即可提供使用者使用瓦斯熱水器的安全保障。

至於瓦斯流量的可調整之安全上限值的訂定，係對應於經由相關研究數據而取得熱水器之輸出功率的上限安全值。以使用桶裝瓦斯的瓦斯熱水器為例，桶裝瓦斯內主要係包含丙烷及丁烷，且丙烷及丁烷的重量以及單位體積燃燒所產生的熱量不同。因此若僅以丙烷或丁烷其中一作為受測體，則訂定出的瓦斯輸出功率的上限值以及瓦斯流量安全值將會失準而有安全的疑慮。

舉例來說，當丁烷於一第一體積流量的條件燃燒所產生的熱量為250千卡/每分鐘，其燃燒所產生的一氧化碳排放量將達到安全上限值1400ppm。但由於丙烷及丁烷的重量以及單位體積燃燒所產生的熱量不同，若丙烷以此第一體積流之條件量進行燃燒，則丙烷燃燒所產生的熱量僅為204千卡/每分鐘。反言之，當丙烷於一第二體積流量的條件燃燒所產生的熱量為250千卡/每分鐘，若丁烷以此第二體積流之條件量進行燃燒，則丁烷燃燒所產生的熱量將達為305千卡/每分鐘，使得丁烷燃燒所產生一氧化碳排放量超過安全標準值而至5000ppm。

因此為了保險起見，在評估瓦斯單位時間所產生的功率時，係以丙烷作為受測基準，而評估一氧化碳排放量時，則以丁烷作為受測基準。然而，由於丙烷較丁烷輕，因此桶裝瓦斯於使用到最後時，其桶內大多僅剩下丁烷。如此一來，瓦斯熱水器於實際使用時，其真正的輸出功率值可能與安全值具有好一段差距，使得瓦斯熱水器無法達到最佳的使用效率。

並且於實務上，若瓦斯熱水器或是瓦斯管線於長時間的使用而造成老舊的情況下，實際的瓦斯供給流量可能早已超過原本出廠時所設定的瓦斯安全流量規範而無法察覺。如此將造成熱水器的實際輸出功率可能已超過熱水器之功率值輸出安全值，造成一氧化碳排放量超過安全規定而產生危險。因此，目前瓦斯熱水器的瓦斯安全上限流量值係只是經由實驗數據所訂定的參考時，實在無法實際匹配瓦斯熱水器於各種條件下的使用情況。

本發明提供一種熱水器之功率控制方法，藉以解決目前安規所訂定的熱水器之瓦斯安全上限流量值係藉由實驗數據而獲得，使得瓦斯安全上限流量值並無法實際匹配熱水器於各種條件下的使用情況，造成熱水器的功率無法達到最佳效率，或者熱水器的單位時間一氧化碳排放量超過安全規定之問題。

本發明所揭露的熱水器之功率控制方法包含以下步驟：首先，啟動一熱水器，令熱水器進行熱水供應。接著，計算熱水器之一單位時間出水量與一溫升值之乘積的一數值。然後，根據上述計算之數值與熱水器的一預設功率值，以調整熱水器之一瓦斯供給流量。

根據上述本發明所揭露之熱水器之功率控制方法，係藉由計算熱水器之單位時間出水量與溫升值之乘積的數值，以判定熱水器當下所產生的單位時間一氧化碳排放量是否會超過標準值而調整瓦斯流量。如此一來，除了使熱水器的輸出功率能夠達到最佳效率的狀態外，熱水器的輸出功率皆能夠即時的修正，以確保熱水器的單位時間一氧化碳排放量能夠於安全範圍內。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

請參照「第1圖」，「第1圖」所示為一實施例之熱水器的結構示意圖。

本實施例之熱水器10，係包含一控制器11、一流量調節器12、一第一溫度感測器13、一第二溫度感測器14、一瓦斯流管15、一冷水流管16、一熱水流管17及一流量感測器18。

其中，本實施例之熱水器10特別是指一瓦斯熱水器。熱水器10的瓦斯流管15連接有一瓦斯源，瓦斯源可以是一天然瓦斯管路或是一桶裝瓦斯，但不以此為限。冷水流管16連接一冷水源，冷水源可以是但不侷限於一儲水槽。熱水流管17連接一水龍頭或是一出水閥，但不以此為限。冷水經由冷水流管16進入熱水器10而加熱成為熱水，熱水由熱水流管17排出熱水器10外。

本實施例之控制器11係設置於熱水器10內，控制器11可以是包含一控制晶片的一控制電路板，但不以此為限。本實施例之第一溫度感測器13及第二溫度感測器14分別設置於冷水流管16及熱水流管17，第一溫度感測器13及第二溫度感測器14可以是熱電偶、熱敏電阻或是電阻式溫度感測器(Resistance Temperature Device，RTD)，但不以此為限。第一溫度感測器13及第二溫度感測器14電性連接於控制器11，第一溫度感測器13用以偵測冷水流管16內的冷水溫度，第二溫度感測器14用以偵測熱水流管17內的熱水溫度。第一溫度感測器13及第二溫度感測器14分別將冷水溫度及熱水溫度的資訊回授控制器11，控制器11可藉由計算熱水溫度與冷水溫度的溫度差，以取得水流經由熱水器10加熱後的一溫升值。

本實施例之流量調節器12係設置於瓦斯流管15，流量調節器12用以調整瓦斯經由瓦斯流管15流至熱水器10的一瓦斯供給流量。並且，流量調節器12電性連接控制器11，控制器11控制流量調節器12進行熱水器10的瓦斯供給流量之調整。

本實施例之流量感測器18係設置於熱水流管17，且流量感測器18電性連接控制器11。流量感測器18用以偵測熱水器10的一單位時間出水流量，流量感測器18並將偵測到的單位時間出水流量資訊回授控制器11。需注意的是，本實施例之流量感測器18設置於熱水流管17的特徵非用以限定本發明。舉例來說，流量感測器18也可以是設置於冷水流管16，或是流量感測器18也可以是設置於熱水器10內之位於冷水流管16及熱水流管17的一加熱流管，但不以此為限。更進一步來說，只要流量感測器18所設置的位置能夠測量出熱水器10的單位時間出水流量，流量感測器18所設置的位置可依熟悉此項技藝者作適當的調整。

此外，控制器11可透過取得水溫的溫升值以及單位時間出水流量的資訊，以計算出熱水器10於當下運作時的實際輸出功率。舉例來說，若冷水溫度為20℃，熱水器10加熱後所排出的熱水之熱水溫度為50℃，則可計算出溫升值為30℃。並且，若當下的熱水器10之單位時間出水流量為10公升/每分鐘(L/min)，可將單位時間出水流量乘上溫升值，以獲得熱水器10的實際輸出功率為300千卡/每分鐘(Kcal/min)。

由於熱水器10於運作燃燒瓦斯的過程中會無可避免地產生一氧化碳，且熱水器10的單位時間一氧化碳排放量大約正比於熱水器10的運作功率。因此目前安規所採取的措施係限定住熱水器10的瓦斯供給流量之上限值，藉此抑制熱水器10的最大運作功率，以避免熱水器10的單位時間一氧化碳排放量超出安全規定。也就是說，每一熱水器10於生產設計的過程中即以限定了瓦斯流量的上限值，以限定熱水器10的最大功率。然而，習知安全措施所訂定之瓦斯流量上限值係藉由實驗數據而來，使得安全措施所訂定的瓦斯安全流量規範將無法精確地匹配於任何條件下運作的熱水器。

舉例來說，瓦斯的成分並非單一化合物，瓦斯係由多種化合物所構成的混合物。並且，瓦斯於輸送供應至熱水器10時，這些化合物並非能夠均勻一致地輸出。以桶裝瓦斯為例，桶裝瓦斯一開始使用時，其排放出的瓦斯之成分係以丙烷佔多數比例，當桶裝瓦斯使用到後期時，其排放出的瓦斯之成分係以丁烷佔多數比例。如此一來，在不同時刻下之相同流量的瓦斯經燃燒所輸出的功率將不一致，使得熱水器10的實際功率與安全上限值還有好一段差距，造成熱水器10無法達到最佳的使用效率。

或者，當熱水器10於長時間的使用下或是瓦斯管線老舊的情況下，實際的瓦斯最大流量可能會超過原本產品出廠時的安全預設流量上限。如此一來，將容易造成熱水器10的單位時間一氧化碳排放量超出安規上限而導致安全的疑慮。

因此，本實施例提供了一種熱水器之功率控制方法，請同時參照「第2圖」，「第2圖」所示為一實施例之熱水器之功率控制方法的步驟流程圖。

本實施例之熱水器之功率控制方法之步驟包含以下。首先，提供一熱水器10，熱水器10具有一預設功率值，此預設功率值係於熱水器10出廠時就儲存於控制器11內。舉例來說，預設功率值可以是250千卡/每分鐘、240千卡/每分鐘或是230千卡/每分鐘，但不以此為限。預設功率值係可依熱水器的實際規格需求而進行調整設定。更進一步來說，此預設功率值係為一安全功率值。意即，當熱水器10的實際輸出功率達到預設功率值時，熱水器10的單位時間一氧化碳排放量將達到安全標準值的上限。

接著，啟動熱水器10，令熱水器10進行熱水供應(S110)。

接著，令流量感測器18偵測熱水器10的單位時間出水量，並將單位時間出水流量資訊回授控制器11，以令控制器11取得單位時間出水流量資訊(S120)。

接著，令第一溫度感測器13及第二溫度感測器14分別偵測並回授冷水溫度及熱水溫度的資訊至控制器11，控制器11計算熱水溫度與冷水溫度的溫度差，以取得水流的溫升值資訊(S130)。需注意的是，步驟(S130)與步驟(S120)的順序非用以限定本發明。在本發明另一實施例當中，步驟(S130)也可在步驟(S120)之前。

接著，令控制器11計算單位時間出水流量乘上溫升值之數值，以取得當下熱水器10的輸出功率(S140)。

接著，令控制器11判斷上述單位時間出水量與溫升值之乘積的數值是否大於預設功率值(S150)。

若否，則單位時間出水流量與溫升值之乘積的數值小於或等於預設功率值，代表著熱水器10當下運作所產生的單位時間一氧化碳排放量不會超過安全標準值的上限。此時，步驟(S150)則重回步驟(S120)，令控制器11持續監控熱水器10的輸出功率。或者，可令流量調節器12提升瓦斯供給流量，以提升熱水器10的輸出功率而相對增加熱水器10的運作效率，接著並重回步驟(S120)而令控制器11持續監控熱水器10的輸出功率。

若是，則單位時間出水量與溫升值之乘積的數值大於預設功率值，代表著熱水器10當下運作所產生的單位時間一氧化碳排放量會超過安全標準值的上限。此時，控制器11控制流量調節器12，令流量調節器12調降瓦斯供給流量(S160)，以降低熱水器10的輸出功率，直到熱水器10的輸出功率不大於預設功率值為止。

根據上述本實施例所揭露之熱水器之功率控制方法，係藉由控制器及時監控熱水器的輸出功率，以判定熱水器當下所產生的單位時間一氧化碳排放量是否會超過標準值。並且，藉由控制器控制流量調節器來調整瓦斯流量，使熱水器的輸出功率能夠常態保持且不超過預設功率值，使熱水器的輸出功率能夠盡可能地維持最大值而使熱水器達到最佳效率。此外，由於控制器係可及時監控熱水器的輸出功率，因此即使熱水器或是瓦斯管線因老舊而造成瓦斯流量不穩，或者瓦斯輸出的化合物之成分比例不斷改變的情況下，熱水器的輸出功率皆能夠受到即時的修正，以確保熱水器的單位時間一氧化碳排放量能夠保持於安全範圍內。

雖然本發明揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依申請範圍所述之形狀、構造、特徵及精神當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．熱水器

11．．．控制器

12．．．流量調節器

13．．．第一溫度感測器

14．．．第二溫度感測器

15．．．瓦斯流管

16．．．冷水流管

17．．．熱水流管

18．．．流量感測器

第1圖所示為一實施例之熱水器的結構示意圖。

第2圖所示為一實施例之熱水器之功率控制方法的步驟流程圖。

10．．．熱水器

11．．．控制器

12．．．流量調節器

13．．．第一溫度感測器

14．．．第二溫度感測器

15．．．瓦斯流管

16．．．冷水流管

17．．．熱水流管

18．．．流量感測器

Claims (5)

1. 一種熱水器之功率控制方法，其步驟包含：啟動一熱水器，令該熱水器進行熱水供應；計算該熱水器之一單位時間出水量與一溫升值之乘積的一數值；以及根據該數值與該熱水器的一預設功率值，以調整該熱水器之一瓦斯供給流量。
2. 如請求項第1項所述之熱水器之功率控制方法，其中根據該數值與該熱水器的該預設功率值，以調整該熱水器之該瓦斯供給流量的步驟，更包含當該數值大於該預設功率值，則調降該瓦斯供給流量。
3. 如請求項第1項所述之熱水器之功率控制方法，其中於計算該熱水器之該單位時間出水量與該溫升值之乘積的該數值之前，更包含取得該單位時間出水量的資訊以及該溫升值的資訊。
4. 如請求項第3項所述之熱水器之功率控制方法，其中取得該溫升值的資訊之步驟，更包含藉由二溫度感測器偵測該熱水器之一熱水流管內的一熱水溫度以及該熱水器之一冷水流管內的一冷水溫度，並計算該熱水溫度及該冷水溫度之差值。
5. 如請求項第3項所述之熱水器之功率控制方法，其中取得該單位時間出水量的資訊之步驟，更包含藉由一流量感測器偵測該熱水器之該單位時間出水量。