TWI500895B - 瞬間加熱型給水裝置及其控制方法 - Google Patents

Description

瞬間加熱型給水裝置及其控制方法

本發明有關於一種給水裝置，且特別是有關於一種用於偵測水箱的水位是否足夠的瞬間加熱型給水裝置及其控制方法。

現今由於人們生活品質不斷地提升，對於生活中的飲用水品質也越來越講究，以往利用瓦斯爐或電磁爐將生水加熱以取得熱水的方式早已被現今可以同時提供冷熱水的飲水機或是熱水瓶所取代。

然而，飲水機或是熱水瓶為了滿足使用者隨時可以取水使用的需求，必須透過加熱器將導入熱水膽的生水加熱至沸騰並持續地維持加熱，據以使熱水膽中的熱水溫度維持在預設溫度(例如攝氏八十度或是攝氏一百度)。

雖然這種飲水機或是熱水瓶提供了使用者取用熱水時的便利性，但卻因為需要將熱水膽中的熱水溫度維持在預設溫度，造成電源的不必要浪費，無法符合政府近年來所提倡的節能政策。

此外，使用者對於熱水的使用量會隨著時間或季節而有所不同，例如冬天時對熱水的需求用量會大於夏天時對熱水的需求用量。因此，若是欲將熱水膽中的熱水之水位保持在滿水位的狀態時，將會增加更多電源的消耗來使熱水膽中的水溫維持在預設溫度，而不符實際的使用需求也並非為有效益的使用方式。

本發明在於提供一種瞬間加熱型給水裝置及其控制方法，其透過光學非接觸感測方式，來偵測水箱是否持續有供應水流至加熱模組，並於偵測到不再有水流進入加熱模組時關閉加熱模組，以確保瞬間加熱型給水裝置使用時的安全性。

本發明實施例提供一種瞬間加熱型給水裝置，此瞬間加熱型給水裝置電性連接外部電源，且包括水箱、透明管體、加熱模組、非接觸式感測模組以及控制模組，其中透明管體的一端連接水箱，透明管體的另一端則連通加熱模組，而非接觸式感測模組則是設置於透明管體的外側。加熱模組用以將外部電源轉換為熱能，據以加熱由水箱所注入的水流。非接觸式感測模組包括發光單元與光感測單元，其中光感測單元設置在相對於發光單元的位置。發光單元用以產生朝向透明管體的光束，而光感測單元則是用以偵測穿透過透明管體後的光束的強度，並據以產生第一偵測訊號。控制模組電性連接加熱模組與非接觸式感測模組，其接收第一偵測訊號，並依據第一偵測訊號來控制加熱模組是否繼續產生熱能。

本發明實施例提供一種瞬間加熱型給水裝置的控制方法，此瞬間加熱型給水裝置電性連接外部電源，並具有水箱、透明管體與加熱模組。其中透明管體設置於水箱與加熱模組之間，加熱模組用以將外部電源轉換為熱能。所述的控制方法包括：產生朝向透明管體的光束；偵測穿透過透明管體後的光束的強度，並據以產生第一偵測訊號；依據第一偵測訊號來控制加熱模組是否繼續產生熱能。

綜上所述，本發明實施例提供一種瞬間加熱型給水裝置及其控制方法，此瞬間加熱型給水裝置透過一組非接觸式感測模組並將其對應於水箱與加熱模組之間的透明管體，並藉由水與空氣具 有不同折射率的光學非接觸式感測方式，來偵測是否持續有水流進入加熱模組中，並於偵測到不再有水流進入加熱模組時關閉加熱模組，以使加熱模組停止持續產生熱能。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

A、A’‧‧‧瞬間加熱型給水裝置

1‧‧‧水箱

2‧‧‧泵浦

3‧‧‧透明管體

4‧‧‧加熱模組

5‧‧‧非接觸式感測模組

50‧‧‧發光單元

52‧‧‧光感測單元

6‧‧‧控制模組

7‧‧‧氣液混合模組

8‧‧‧出水口

9‧‧‧水位感測模組

90‧‧‧容置管體

92‧‧‧磁性浮體

94‧‧‧霍爾感測器

S50~S54‧‧‧步驟流程

圖1係繪示依據本發明之一實施例之瞬間加熱型給水裝置之功能方塊圖。

圖2A係繪示依據本發明之一實施例之非接觸式感測模組於實際運作時之側視圖。

圖2B係繪示依據本發明之另一實施例之非接觸式感測模組於實際運作時之側視圖。

圖3係繪示依據本發明之另一實施例之瞬間加熱型給水裝置之功能方塊圖。

圖4係繪示依據本發明之一實施例之水位感測模組與水箱的側視圖。

圖5係繪示依據本發明之一實施例之瞬間加熱型給水裝置的控制方法之步驟流程圖。

〔瞬間加熱型給水裝置之實施例〕

請參照圖1，圖1係繪示依據本發明之一實施例之瞬間加熱型給水裝置之功能方塊圖。如圖1所示，瞬間加熱型給水裝置A包括有水箱1、泵浦2、透明管體3、加熱模組4、非接觸式感測模組5、控制模組6、氣液混合模組7以及出水口8，其中透明管體3連接於水箱1與泵浦2之間，非接觸式感測模組5則對應地設置於透 明管體3的管體外圍。此外，泵浦2又依序連接加熱模組4、氣液混合模組7以及出水口8，且泵浦2、加熱模組4以及非接觸式感測模組5又分別電性連接控制模組6。在實際的操作中，瞬間加熱型給水裝置A需電性連接外部電源(未繪示於圖式)方可正常運作，但本發明在此不加以限制外部電源係為直流電源之型式或是交流電源之型式。以下分別就瞬間加熱型給水裝置A的各功能模組作詳細的說明。

水箱1可拆卸地設置於瞬間加熱型給水裝置A上並與透明管體3的其中之一端連接，其用以儲存瞬間加熱型給水裝置A所需加熱之液體，本發明在此不加以限制水箱1的儲水量。此外，本發明在此不加以限制透明管體3的管徑大小與管體形狀，例如可以為直條狀、螺旋狀或不規則彎曲狀。

泵浦2係與透明管體3的另一端連接，其用以將儲存於水箱1的水流抽取至加熱模組4。於本實施例中，泵浦2受控於控制模組6並依據控制模組6所產生之第一控制訊號，以決定是否繼續將水箱1的水流抽取至加熱模組4。於實務上，泵浦3可以為一種容積式泵浦、動力式泵浦或是電磁泵浦，本發明在此不加以限制。

加熱模組4透過泵浦2而與透明管體3連通，其用以將外部電源轉換為熱能，據以加熱由水箱1所注入的水流。於實務上，加熱模組4通常係由一種用以產生使水流產生湍流(turbulence，亦稱紊流、渦流、亂流)的塊體結構與一種用以對流經於其上之水流進行加熱的板體結構所組成，但不以上述結構為限，故本發明在此不加以限制加熱模組4的實際結構以及上述結構所使用的材質。

為了更清楚說明非接觸式感測模組5的設置位置與運作方式，請參照圖2A與圖2B，圖2A係繪示依據本發明之一實施例之非接觸式感測模組於實際運作時之側視圖；圖2B係繪示依據本發明之另一實施例之非接觸式感測模組於實際運作時之側視圖。如圖2A與圖2B所示，非接觸式感測模組5設置於透明管體3的外 側，其用以偵測透明管體3是否有輸送水流至加熱模組4。更清楚來說，非接觸式感測模組5包括有發光單元50與光感測單元52，發光單元50設置在透明管體3外側的任意一位置，而光感測單元52則設置在相對於發光單元50的位置，使得發光單元50與光感測單元52之間的連線貫穿透明管體3的軸心。

發光單元50用以產生朝向透明管體3的光束。於實務上，發光單元50可以為一種發光二極體(light emitting diodes，LED)、雷射二極體(laser diode，LD)或是有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)，但不以此為限。因此，本發明在此不加以限制發光單元50所產生之光束的類型，舉例來說，上述的光束可以為紅外線、紫外線、各種顏色的可見光線或是雷射。

光感測單元52用以偵測穿透過透明管體3後的光束的強度，並據以產生一組第一偵測訊號。於實務上，光感測單元52可以為一種光電二極體(photodiode)、光敏電阻(photoresistor)、感光耦合元件(charge coupled device，CCD)、光色彩感測器(color sensor)或是周圍光感測器(ambient light sensor，ALS)，但不以此為限。

在實際的操作中，由於空氣與水的折射率(亦稱折射係數)的不相同，造成由發光單元50所產生的光束在穿透透明管體3的過程中，可能會產生折射現象。如圖2A所示，透明管體3並未輸送有任何由水箱1所供應之水流，換句話說，此時透明管體3的內部與外部周圍皆被空氣所圍繞。因此，當光束穿透過透明管體3並被光感測單元52偵測所接收到的光束的強度時，由於透明管體3的內部與外部的介質皆為空氣的關係，使得光束不會產生折射，且又由於不論是什麼類型的光束在傳播的過程中皆會逐漸發散的特性(其差別僅在於發散度的大小)，使得光束的能量逐漸被分散，據以使得光感測單元52僅能偵測到光束一部分的能量。

如圖2B所示，透明管體3輸送有由水箱1所供應之水流，換句話說，此時透明管體3的內部充滿著水流而外部周圍是被空氣 所圍繞。因此，當光束穿透過透明管體3並被光感測單元52偵測所接收到的光束的強度時，根據司乃耳定律(Snell's law，亦稱折射定律)可知，當光束從一種介質(例如空氣)傳播到另一種具有不同折射率的介質(例如水流)時，會發生折射現像，且在本實施例中，由於光束在傳播至光感測單元52的過程中會依序穿透空氣、水流與空氣，而形成兩次折射現象。更詳細來說，當光束由空氣傳播至充滿水流的透明管體3時，由於水的折射率(約為1.33)大於空氣的折射率(約為1)，根據司乃耳定律可知，光束在空氣中的入射角會大於光束在水中的折射角，使得光束在水中傳播時的能量會比光束在空氣中傳播時的能量集中，據以使得光感測單元52可以偵測到光束大部分的能量。換句話說，於光束穿透過透明管體3且透明管體3輸送有水流時，光感測單元52透過光束所產生的折射，據以使所偵測到的光束的強度大於透明管體3未輸送有水流時。

控制模組6接收第一偵測訊號，並依據第一偵測訊號來控制加熱模組4是否繼續產生熱能。更詳細來說，當控制模組6接收到指示有透明管體3未輸送有水流的第一偵測訊號後，控制模組6會依據此第一偵測訊號而產生一組第二控制訊號，並將第二控制訊號傳輸至加熱模組4，據以使得加熱模組4依據此第二控制訊號停止繼續產生熱能，以避免加熱模組4因為沒有水流流過卻又持續地加熱而可能造成的損壞與危險。於實務上，控制模組6可以為一種微控制器(microcontroller unit，MCU)、中央處理器(central processor unit，CPU)、儲存有控制指令並可對本發明之各個功能模組及元件進行控制的軟、硬體或是其集合，本發明在此不加以限制。

氣液混合模組7用以將由加熱模組4的出水端所輸出的流體(包括熱水流與蒸氣)轉化為屬於液態的熱水流，以防止蒸氣的漫延，達到提升熱轉換效率的目的。於實務上，氣液混合模組7可 以為一種狹長管線，但不以此為限，而出水口8可以為一種取水閥。

此外，本實施例之瞬間加熱型給水裝置A更可以包括有一組輸入模組(未繪示於圖式)，此輸入模組電性連接控制模組6，其用以提供用戶手動設定瞬間加熱型給水裝置A所輸出之水流量(即泵浦2由水箱1所抽取之水流量)與輸出之水流溫度(即加熱模組4所產生之熱功率)。於實務上，此輸入模組可以是一種旋鈕、按鈕、撥切開關或是觸控顯示面板，本發明在此不加以限制。

〔瞬間加熱型給水裝置之另一實施例〕

請參照圖3，圖3係繪示依據本發明之另一實施例之瞬間加熱型給水裝置之功能方塊圖。如圖3所示，瞬間加熱型給水裝置A’包括有水箱1、泵浦2、透明管體3、加熱模組4、非接觸式感測模組5、控制模組6、氣液混合模組7、出水口8以及水位感測模組9。由於，本實施例之瞬間加熱型給水裝置A’之大部份的功能模組與前一實施例之瞬間加熱型給水裝置A相同，故本實施例在此不再加以贅述其功能模組的連接關係與作動方式。

與前一實施例之瞬間加熱型給水裝置A不同的是，本實施例之瞬間加熱型給水裝置A’更包括有水位感測模組9，此水位感測模組9對應於水箱1而被設置且電性連接控制模組6，其用以偵測儲存於水箱1之水流的水位並據以產生一組第二偵測訊號，據以使控制模組6透過上述的第二偵測訊號獲得水箱1的儲水量。在實際的操作中，當水位感測模組9偵測到水箱1的水位低於一預設閥值時，控制模組6會依據第二偵測訊號而產生一組指示泵浦2停止抽取水箱1的水流的第一控制訊號，以提醒使用者重新補充水流至水箱1中或是自動補充滿水箱1的水位。此外，上述的預設閥值可以是由廠商於出貨前所預先設定或是可以依據使用者的使用需求而逕行設定，本發明在此不加以限制。

為了更清楚說明水位感測模組9的設置位置與運作方式，請 參照圖4，圖4係繪示依據本發明之一實施例之水位感測模組與水箱的側視圖。如圖4所示，水位感測模組9包括有一組容置管體90、一組磁性浮體92以及複數個霍爾感測器94。容置管體90的底部與水箱1連通，以使容置管體90的水位隨水箱1的水位而變化，換句話說，當水箱1的水位降低時，容置管體90的水位亦會隨著降低。磁性浮體92設置於容置管體90中，其於容置管體90內的位置會隨著容置管體90的水位升降而改變。本發明在此不加以限制容置管體90的管徑大小與所使用之材料，以及磁性浮體92的外觀形狀。

所述多個霍爾感測器(hall sensor，亦稱霍爾效應感測器)94分別有間隔地設置於容置管體90的外壁並分別電性連接控制模組6。在實際的操作中，所述多個霍爾感測器94藉由磁性浮體92於容置管體90中的不同位置所產生的磁場變化而產生第二偵測訊號。換句話說，當水箱1的水位改變時，由於磁性浮體92於容置管體90內的位置會隨著容置管體90的水位而改變，而造成磁場的變化，據以使得所述多個霍爾感測器94可以依據磁場的變化而偵測出水箱1的水位，並將所產生的第二偵測訊號傳送至控制模組6，以使控制模組6判斷是否能繼續抽取水箱1的水流。此外，本發明在此不加以限制所述多個霍爾感測器94的間距以及個數，於所屬技術領域具有通常知識者可以依據實際使用情況而逕行設計合理之間距與個數。

〔瞬間加熱型給水裝置的控制方法之一實施例〕

請一併參照圖3與圖5，圖5係繪示依據本發明之一實施例之瞬間加熱型給水裝置的控制方法之步驟流程圖。此瞬間加熱型給水裝置A’需電性連接外部電源(未繪示於圖式)，並具有水箱1、透明管體3與加熱模組4，其中透明管體3設置於水箱1與加熱模組4之間，而加熱模組4用以將外部電源轉換為熱能。

如圖5所示，在步驟50中，瞬間加熱型給水裝置A’會產生朝 向透明管體3的光束。接著，在步驟S52中，瞬間加熱型給水裝置A’會偵測穿透過透明管體3後的光束的強度，並據以產生一組第一偵測訊號，其中於光束穿透過透明管體3且透明管體3輸送有水流時，透過光束所產生的折射，據以使所偵測到的光束的強度大於透明管體3未輸送有水流時。最後在步驟S54，瞬間加熱型給水裝置A’會依據上述的第一偵測訊號來控制加熱模組4是否繼續產生熱能。

較佳地，瞬間加熱型給水裝置A’更包括有泵浦2，此泵浦2依據一組第一控制訊號來決定是否繼續將水箱1的水流抽取至加熱模組4。

承接上述，瞬間加熱型給水裝置A’更偵測儲存於水箱1之水流的水位並據以產生一組第二偵測訊號，並於偵測到水箱1的水位低於一預設閥值時，瞬間加熱型給水裝置A’控制泵浦2停止抽取水箱1的水流至加熱模組4。

承接上述，步驟S52係透過一組磁性浮體與複數個霍爾感測器所達成，此磁性浮體隨著水箱1的水位的不同而有對應之位置，所述多個霍爾感測器有間隔地對應於水箱1的不同水位，以藉由磁性浮體於不同位置所產生的磁場變化而產生第二偵測訊號。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例提供一種瞬間加熱型給水裝置及其控制方法，此瞬間加熱型給水裝置透過一組非接觸式感測模組並將其對應於水箱與加熱模組之間的透明管體，並藉由水與空氣具有不同折射率的光學非接觸式感測方式，來偵測是否持續有水流進入加熱模組中，並於偵測到不再有水流進入加熱模組時關閉加熱模組，以使加熱模組停止持續產生熱能。此外，此瞬間加熱型給水裝置更透過一組水位感測模組，來偵測水箱中的水位是否足夠，並於偵測到水箱的水位低於一組預設閥值時關閉泵浦，以使泵浦停止抽取水箱的水流。藉此，本發明之瞬間加熱型給水裝置 及其控制方法可以藉由非接觸式感測模組與水位感測模組來有效地控制加熱模組以及泵浦之運作，以避免加熱模組的損壞以及可能發生的危險，十分具有實用性與安全性。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

A’‧‧‧瞬間加熱型給水裝置

1‧‧‧水箱

2‧‧‧泵浦

3‧‧‧透明管體

4‧‧‧加熱模組

5‧‧‧非接觸式感測模組

6‧‧‧控制模組

7‧‧‧氣液混合模組

8‧‧‧出水口

9‧‧‧水位感測模組

Claims (10)

1. 一種瞬間加熱型給水裝置，電性連接一外部電源，包括：一水箱；一透明管體，其一端連接該水箱；一加熱模組，與該透明管體的另一端連通，用以將該外部電源轉換為一熱能，據以加熱由該水箱所注入的水流；一非接觸式感測模組，設置於該透明管體的外側，包括：一發光單元，用以產生朝向該透明管體的一光束；以及一光感測單元，設置在相對於該發光單元的位置，用以偵測穿透過該透明管體後的該光束的強度，並據以產生一第一偵測訊號；以及一控制模組，電性連接該加熱模組與該非接觸式感測模組，該控制模組接收該第一偵測訊號，並依據該第一偵測訊號來控制該加熱模組是否繼續產生該熱能；其中於該光束穿透過該透明管體且該透明管體輸送有水流時，該光感測單元透過該光束所產生的折射，據以使所偵測到的該光束的強度大於該透明管體未輸送有水流時，產生指示該透明管體輸送有水流的該第一偵測訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中該控制單元於收到指示該透明管體輸送有水流的該第一偵測訊號時，控制該加熱模組繼續產生該熱能，以及該控制單元於未收到指示該透明管體輸送有水流的該第一偵測訊號時，控制該加熱模組停止繼續產生該熱能。
3. 如申請專利範圍第1項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中該瞬間加熱型給水裝置更包括一泵浦，該泵浦連接該透明管體的另一端、該加熱模組與該控制模組，該泵浦受控於該控制模組並依據該控制模組所產生之一控制訊號，以決定是否繼續將該水 箱的水流抽取至該加熱模組。
4. 如申請專利範圍第3項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中該瞬間加熱型給水裝置更包括一水位感測模組，該水位感測模組設置於該水箱中且電性連接該控制模組，用以偵測儲存於該水箱之水流的水位並據以產生一第二偵測訊號，據以使該控制模組透過該第二偵測訊號獲得該水箱的儲水量，並於該水位感測模組偵測到該水箱的水位低於一預設閥值時，該控制模組依據該第二偵測訊號而產生有指示該泵浦停止抽取該水箱的水流的該控制訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中該水位感測模組包括：一容置管體，其底部與該水箱連通，以使該容置管體的水位隨該水箱的水位而變化；一磁性浮體，設置於該容置管體中；以及複數個霍爾感測器，分別有間隔地設置於該容置管體的外壁並分別電性連接該控制模組，該些霍爾感測器藉由該磁性浮體於該容置管體的不同位置所產生的磁場變化而產生該第二偵測訊號。
6. 一種瞬間加熱型給水裝置的控制方法，該瞬間加熱型給水裝置電性連接一外部電源，並具有一水箱、一透明管體與一加熱模組，其中該透明管體設置於該水箱與該加熱模組之間，該加熱模組用以將該外部電源轉換為一熱能，所述的控制方法包括：產生朝向該透明管體的一光束；偵測穿透過該透明管體後的該光束的強度，並據以產生一第一偵測訊號；以及依據該第一偵測訊號來控制該加熱模組是否繼續產生該熱能；其中於該光束穿透過該透明管體且該透明管體輸送有水流 時，透過該光束所產生的折射，據以使所偵測到的該光束的強度大於該透明管體未輸送有水流時，產生指示該透明管體輸送有水流的該第一偵測訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之瞬間加熱型給水裝置的控制方法，其中該控制單元於收到指示該透明管體輸送有水流的該第一偵測訊號時，控制該加熱模組繼續產生該熱能，以及該控制單元於未收到指示該透明管體輸送有水流的該第一偵測訊號時，控制該加熱模組停止繼續產生熱能。
8. 如申請專利範圍第6項所述之瞬間加熱型給水裝置的控制方法，其中該瞬間加熱型給水裝置更包括一泵浦，該泵浦依據一控制訊號來決定是否繼續將該水箱的水流抽取至該加熱模組。
9. 如申請專利範圍第8項所述之瞬間加熱型給水裝置的控制方法，其中更包括偵測儲存於該水箱之水流的水位並據以產生一第二偵測訊號，並於偵測到該水箱的水位低於一預設閥值時，控制該泵浦停止抽取該水箱的水流至該加熱模組。
10. 如申請專利範圍第9項所述之瞬間加熱型給水裝置的控制方法，其中偵測儲存於該水箱之水流的水位的步驟係透過一磁性浮體與複數個霍爾感測器所達成，該磁性浮體隨著該水箱的水位的不同而有對應之位置，該些霍爾感測器有間隔地對應於該水箱的不同水位，以藉由該磁性浮體於不同位置所產生的磁場變化而產生該第二偵測訊號。