УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ И СПОСОБ ПОДАЧИ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ Российский патент 2017 года по МПК F24H1/22 F24H9/18 F24H9/20 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству подачи горячей воды и способу подачи горячей воды и, в частности, к устройству подачи горячей воды прямого типа и способу подачи горячей воды прямого типа, предназначенным для быстрой выдачи воды.

Уровень техники

Устройство подачи горячей воды, используемое в очистителях воды или тому подобном, может быть классифицировано как устройство подачи горячей воды, относящееся к типу с водяным баком, в котором нагреватель установлен в водяном баке, или устройство подачи горячей воды прямого типа, в котором воду нагревают с использованием нагревателя, когда это необходимо.

Устройство подачи горячей воды, относящееся к типу с водяным баком, фильтрует воду комнатной температуры, подаваемую источником воды, с использованием фильтра или тому подобного, чтобы получить очищенную воду, подходящую для питья, нагревает очищенную воду, хранящуюся в водяном баке и подает нагретую воду пользователю. В этом случае устройство подачи горячей воды, относящееся к типу с водяным баком, включает бак с очищенной водой, хранящий фильтрованную очищенную воду, имеющую комнатную температуру, и бак с горячей водой, хранящий горячую воду, нагретую до определенной температуры. Оно может иметь такую конструкцию, при которой очищенная вода подается в бак с горячей водой и нагревается нагревателем, установленным в баке с горячей водой, для превращения в горячую воду.

Однако в устройстве подачи горячей воды, относящемся к типу с водяным баком, температуру воды в водяном баке необходимо поддерживать на заранее заданном уровне, вне зависимости от того, используется ли горячая вода, что приводит к расходу энергии во время простоя, и из-за необходимости дополнительного наличия бака с горячей водой может потребоваться достаточное пространство. Кроме того, с точки зрения свойств воды, имеющей высокую удельную теплоемкость, требуется время простоя, составляющее по длительности от нескольких десятков секунд до нескольких минут.

В результате в последнее время стало использоваться устройство подачи горячей воды прямого типа, которое мгновенно нагревает и подает воду в соответствии с запросом от пользователя на подачу горячей воды, но даже устройство подачи горячей воды прямого типа не может обеспечить горячую воду, имеющую целевую температуру, желаемую пользователем, на первоначальной стадии выпуска воды.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предлагаются устройство подачи горячей воды прямого типа и способ подачи горячей воды прямого типа, предназначенные для быстрой выдачи воды.

Решение проблемы

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предлагается устройство подачи горячей воды, включающее: нагреватель, нагревающий введенную воду за счет нагревательной способности нагревателя; выпускной клапан, регулирующий количество воды, выпускаемой из нагревателя; датчик температуры, измеряющий температуру выпускаемой воды; и контроллер, управляющий степенью открытия выпускного клапана в соответствии с изменением значения температуры выпуска.

При этом контроллер может вычислять разницу между температурой выпуска и целевой температурой и управлять степенью открытия выпускного клапана пропорционально в соответствии с упомянутой разницей.

При этом устройство подачи горячей воды может дополнительно включать: блок измерения напряжения, измеряющий напряжение питания, подаваемое источником питания, причем контроллер может вычислять нагревательную способность нагревателя с использованием напряжения питания и задавать степень открытия выпускного клапана с использованием нагревательной способности нагревателя и изменения значения температуры выпуска.

При этом блок измерения напряжения может измерять напряжение питания, если вводится сигнал выдачи горячей воды для запроса выдачи горячей воды или если прошел заранее заданный интервал времени.

При этом блок измерения напряжения может преобразовывать напряжение питания, приложенное как переменное напряжение, в постоянное напряжение и квантовать преобразованное постоянное напряжение, чтобы измерить величину напряжения питания.

При этом контроллер может задавать коэффициент пропорциональности, соответствующий нагревательной способности нагревателя, и задавать степень открытия выпускного клапана таким образом, чтобы она была пропорциональна разнице между температурой выпуска и целевой температурой.

При этом, если температура выпуска выше целевой температуры, контроллер может открывать выпускной клапан на величину, пропорциональную разнице между температурой выпуска и целевой температурой, а если температура выпуска ниже целевой температуры, контроллер может перекрывать выпускной клапан на величину, пропорциональную разнице между целевой температурой и температурой выпуска.

При этом, если температура выпуска равна эталонной температуре предварительного нагрева или меньше нее, контроллер может задействовать нагреватель в течение заранее заданного времени предварительного нагрева (или времени разогрева) перед открытием выпускного клапана.

При этом контроллер может задавать увеличенное время предварительного нагрева в случае, если измеренная температура выпуска является низкой.

При этом контроллер может измерять время ожидания использования между временем последнего выпуска воды и временем следующего выпуска воды и задавать время предварительного нагрева в соответствии с температурой выпуска.

При этом контроллер может задавать заранее заданную степень открытия как первоначальную степень открытия выпускного клапана.

При этом контроллер может получать температуру втекания от датчика температуры ввода, измеряющего температуру втекания воды, вводимой в нагреватель, вычислять количество воды, выпускаемой из нагревателя, с использованием температуры втекания, нагревательной способности нагревателя и целевой температуры и задавать первоначальную степень открытия выпускного клапана в соответствии с вычисленным количеством.

При этом контроллер может измерять время ожидания использования между временем последнего выпуска воды и временем следующего выпуска воды и задавать первоначальную степень открытия выпускного клапана в соответствии с временем ожидания использования и температурой выпуска.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предлагается способ подачи горячей воды, включающий операцию первоначального выпуска, состоящую в задании первоначальной степени открытия выпускного клапана, регулирующего количество воды, выпускаемой из нагревателя, и открытии выпускного клапана на заранее заданную степень открытия, если поступает сигнал подачи горячей воды; и операцию управления выпуском, состоящую в регулировании температуры выпуска воды, выпускаемой из нагревателя, таким образом, чтобы она достигла целевой температуры, путем управления степенью открытия выпускного клапана.

Операция первоначального выпуска может включать операцию задания первоначального открытия, состоящую в задании заранее заданной степени открытия как первоначальной степени открытия выпускного клапана в соответствии с температурой выпуска; и операцию первоначального открытия, состоящую в открытии выпускного клапана в соответствии с заданной степенью открытия выпускного клапана.

В ходе операции задания первоначального открытия может быть получена температура втекания воды, текущей в нагреватель, может быть вычислено количество воды, выпускаемой из нагревателя, с использованием температуры втекания, нагревательной способности нагревателя и целевой температуры, и затем может быть задана первоначальная степень открытия выпускного клапана в соответствии с вычисленным количеством.

Операция первоначального выпуска может дополнительно включать операцию вычисления нагревательной способности нагревателя, состоящую в измерении напряжения питания, подаваемого источником питания, и вычислении нагревательной способности нагревателя с использованием напряжения питания.

В ходе операции вычисления нагревательной способности нагревателя, если вводится сигнал выдачи горячей воды для запроса выдачи горячей воды или если прошел заранее заданный интервал времени, нагревательная способность нагревателя может быть вычислена путем измерения напряжения питания.

В ходе операции вычисления нагревательной способности нагревателя, переменное напряжение питания, подаваемое источником питания, может быть преобразовано в постоянное напряжение, и преобразованное постоянное напряжение может квантоваться для измерения величины напряжения питания.

В ходе операции задания первоначального открытия может быть измерено время ожидания использования между временем последнего выпуска воды и временем следующего выпуска воды, и первоначальная степень открытия выпускного клапана может быть задана с применением времени ожидания использования и температуры выпуска.

Операция первоначального выпуска может дополнительно включать операцию предварительного нагрева, состоящую в задействовании нагревателя для нагрева воды внутри него в течение времени предварительного нагрева, если измеренная температура выпуска равна эталонной температуре предварительного нагрева или меньше нее.

В ходе операции предварительного нагрева время предварительного нагрева может быть задано увеличенным в случае, если измеренная температура выпуска является низкой.

В ходе операции управления выпуском, степень открытия выпускного клапана может быть отрегулирована в соответствии с изменением температуры выпуска, причем, если температура выпуска выше целевой температуры, выпускной клапан может быть открыт на величину, пропорциональную разнице между температурой выпуска и целевой температурой, а если температура выпуска ниже целевой температуры, выпускной клапан может быть перекрыт на величину, пропорциональную разнице между целевой температурой и температурой выпуска.

В ходе операции управления выпуском количество воды, выпускаемой из нагревателя, может быть вычислено с использованием температуры втекания, нагревательной способности нагревателя и целевой температуры, и степень открытия выпускного клапана может быть отрегулирована в соответствии с вычисленным количеством выпускаемой воды.

Преимущества изобретения

В случае использования устройства подачи горячей воды и способа подачи горячей воды, соответствующих вариантам реализации настоящего изобретения, в течение первоначального времени выпуска может предоставляться горячая вода, имеющая целевую температуру, требуемую пользователем.

Кроме того, так как операция управления для получения целевой температуры сокращена до минимума, можно уменьшить количество энергии, требуемой для выдачи горячей воды.

Кроме того, так как горячую воду получают с учетом изменения нагревательной способности нагревателя, соответствующего изменению напряжения сетевого источника питания переменного тока (то есть сети переменного тока как источника питания), можно выдавать горячую воду, имеющую точную целевую температуру. Кроме того, так как нагревательную способность нагревателя вычисляют, непосредственно измеряя напряжение, подаваемое в нагреватель, можно предоставлять горячую воду, имеющую целевую температуру, требуемую пользователем, в любой стране, где величина напряжения сетевого источника питания отличается.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства подачи горячей воды, соответствующего варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг. 2 приведена блок-схема способа подачи горячей воды, соответствующего варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг. 3 приведена блок-схема операции первоначального выпуска в способе подачи горячей воды, соответствующем варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг. 4 и 5 приведены графики температуры выпуска воды, выпускаемой из устройства подачи горячей воды, соответствующего варианту реализации настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации

Далее со ссылкой на сопровождающие чертежи будут подробно описаны варианты реализации настоящего изобретения, что позволит специалистам в данной области техники, на которых это изобретение рассчитано, легко реализовать эти варианты на практике. При описании настоящего изобретения, если считается, что подробное рассмотрение соответствующей известной функции или конструкции ненужным образом уводит от сути настоящего изобретения, такое рассмотрение будет опущено, но оно было бы понятным для специалистов в данной области техники. Кроме того, в описании аналогичные ссылочные обозначения используются для аналогичных частей.

Необходимо понимать, что если элемент упоминается как "соединенный" с другим элементом, он может быть непосредственно соединен с этим другим элементом, либо могут также иметься промежуточные элементы. В противоположность этому, если элемент упоминается как "непосредственно соединенный" с другим элементом, то промежуточные элементы отсутствуют. В дополнение к этому, если явным образом не указано противоположное, слово "содержать" и такие вариации как "содержит" или "содержащий" должны пониматься, как предполагающие включение указанных элементов, но не как исключение любых других элементов.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства подачи горячей воды, соответствующего варианту реализации настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 1, устройство подачи горячей воды, соответствующее варианту реализации настоящего изобретения, может включать нагреватель 10, выпускной клапан 20, датчик 31 температуры, датчик 32 температуры ввода и контроллер 40.

Далее устройство подачи горячей воды, соответствующее варианту реализации настоящего изобретения, будет описано со ссылкой на фиг. 1.

Нагреватель 10 может нагревать введенную воду за счет нагревательной способности нагревателя. Нагревательная способность нагревателя, связанная с расходом энергии нагревателем 10, может быть выражена в Ваттах (Вт). Нагреватель 10 может равномерно нагревать введенную воду за счет заранее заданной нагревательной способности нагревателя.

Количество тепла, которое введенная вода получает от нагревателя 10, может быть пропорционально нагревательной способности нагревателя и времени (или периоду времени), в течение которого вода нагревается этим нагревателем 10. Таким образом, когда нагревательная способность нагревателя 10 поддерживается неизменной, количество тепла, которое получает введенная вода от нагревателя 10, может быть пропорционально периоду времени, в течение которого вода нагревается нагревателем 10. При этом период времени, в течение которого введенная вода нагревается нагревателем 10, может быть определен в соответствии с временем, требующимся для выпуска введенной воды из нагревателя через выпускной клапан 20, поэтому время нагрева можно регулировать в соответствии со степенью открытия выпускного клапана 20.

Работой нагревателя в режимах "Включен" и "Выключен" можно управлять при помощи контроллера 40, и когда поступает сигнал на выдачу горячей воды, контроллер 40 может включать нагреватель 10 для нагрева введенной воды за счет нагревательной способности нагревателя.

Однако, когда напряжение или ток, подаваемые в нагреватель 10, не являются неизменными, нагревательная способность нагревателя может не поддерживаться на неизменном уровне. Нагревательная способность нагревателя может быть вычислена с использованием двух параметров из следующих: напряжение U нагревателя, ток I нагревателя и сопротивление R нагревателя (P=U*I=U^2/R=I^2*R), и в реальности сетевой источник питания переменного тока, подающий энергию в нагреватель 10, может иметь изменение напряжения приблизительно 15%. Таким образом, напряжение, подаваемое в нагреватель 10, может меняться в соответствии с изменением напряжения в сетевом источнике питания переменного тока, что может привести к изменению нагревательной способности нагревателя.

В общем случае изменение напряжения сетевого источника питания переменного тока разрешается в диапазоне допустимой ошибки, поэтому разница в нагревательной способности нагревателя из-за изменения напряжения может не приниматься в расчет. Однако, когда время нагрева является небольшим, как например время нагрева в устройстве подачи горячей воды прямого типа, и требуется подавать горячую воду, имеющую точную целевую температуру, может потребоваться учет ошибки из-за изменения напряжения в сетевом источнике питания переменного тока. В результате может дополнительно потребоваться блок измерения напряжения для измерения величины напряжения питания, подаваемого сетевым источником питания переменного тока, то есть источником питания. То есть, время нагрева для воды, введенной в нагреватель 10, может задаваться с учетом нагревательной способности нагревателя на основе величины напряжения питания, измеренного блоком измерения напряжения.

Более подробно, блок измерения напряжения может выполнять выпрямление полуволны, сглаживание, и понижение переменного напряжения, подаваемого источником питания, чтобы преобразовать его в постоянное напряжение, и квантовать постоянное аналоговое напряжение при помощи аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), чтобы таким образом получить значение напряжения питания. Например, в случае использования сетевого источника питания переменного тока с напряжением 220 В, напряжение питания, подаваемое источником питания, может меняться от 198 В до 253 В из-за изменения напряжения, и блок измерения напряжения может делить диапазон напряжения на интервалы 10 В и измерять напряжение питания на любом из уровней 200 В, 210 В, 220 В, 230 В, 240 В и 250 В. В результате контроллер 40 может вычислять нагревательную способность нагревателя на основе соответствующих измеренных напряжений питания и задавать степень открытия или закрытия выпускного клапана 20.

Однако, чтобы предотвратить расход энергии при измерении напряжения, блок измерения напряжения может измерять напряжение питания только в заранее заданный интервал времени или только когда вводится сигнал выдачи горячей воды.

В дополнение к этому, нагревательную способность нагревателя можно вычислить, если известна или величина тока или величина напряжения, подаваемых источником питания, поэтому также можно использовать блок измерения тока, измеряющий ток питания, подаваемый источником питания, вместо блока измерения напряжения.

Выпускной клапан 20 может регулировать количество воды, выпускаемой из нагревателя 10. Как рассмотрено выше, путем регулирования количества воды, выпускаемого из нагревателя 10, можно регулировать период времени, в течение которого нагревается вода, введенная в нагреватель 10. Подробнее, когда выпускной клапан 20 открыт в большей степени, можно сократить время, необходимое для нагрева введенной воды нагревателем 10, а когда выпускной клапан 20 закрыт сильнее, можно увеличить время, необходимое для нагрева введенной воды нагревателем 10. В результате контроллер 10 может управлять температурой воды, выпускаемой из нагревателя 10, таким образом, чтобы она стала целевой температурой, путем регулирования степени открытия выпускного клапана 20.

При этом можно регулировать степень открытия выпускного клапана 20 путем регулирования размера площади сечения открытого канала протекания или времени открытия выпускного клапана 20 в соответствии с управляющим сигналом от контроллера 40.

При этом выпускной клапан 40 может включать блок блокирования канала протекания, например, диск или тому подобное, чтобы блокировать часть или весь канал протекания, по которому вода выдается из нагревателя 10. Причем путем регулирования размера площади сечения канала протекания, блокированной блоком блокирования канала протекания, можно регулировать количество воды, выпускаемой из нагревателя 10, на единицу площади.

Кроме того, можно регулировать количество воды, выпускаемой из нагревателя 10 в единицу времени путем периодического повторного открытия и закрытия выпускного клапана 20 в течение короткого времени, и периодическое открытие и закрытие выпускного клапана 20 можно реализовать путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Например, выпускной клапан 20 получает управляющий сигнал в форме импульса с заранее определенным периодом, передаваемый контроллером 40, и когда импульс имеет большую величину, выпускной клапан 20 открыт, а когда импульс имеет маленькую величину, выпускной клапан 20 может быть закрыт. При этом, когда количество импульсов большой величины из числа импульсов, передаваемых контролером 40, увеличивается, выпускной клапан может выпускать из нагревателя 10 большее количество воды в единицу времени.

Таким образом, с использованием выпускного клапана 20 можно определить количество воды, выпускаемой в единицу времени, т.е. скорость выпуска воды, поступившей в нагреватель 10. Когда скорость выпуска увеличивается, уменьшается период времени, в течение которого вода, поступившая в нагреватель 10, нагревается в этом нагревателе, поэтому можно понизить температуру воды, выпускаемой из нагревателя 10. И, наоборот, когда скорость выпуска уменьшается, увеличивается период времени, в течение которого вода, поступившая в нагреватель 10, остается в этом нагревателе, в результате чего время нагрева воды, поступившей в нагреватель 10, увеличивается и увеличивается температура воды, получаемой от нагревателя.

При этом степень открытия выпускного клапана 20 можно регулировать постепенно от степени полного открытия до степени полного перекрытия, либо степень открытия можно задавать в соответствии с заранее определенным числом стадий. Например, степень открытия можно разделить на четыре стадии от степени полного открытия до степени полного перекрытия. То есть, первая стадия может представлять собой полное перекрытие, вторая стадия может представлять собой открытие на 1/3, третья стадия может представлять собой открытие на 2/3, и четвертая стадия может представлять собой полное открытие. В этом случае можно задавать степень открытия выпускного клапана 20 с заранее заданным числом стадий, используя шаговый двигатель.

При этом выпускной клапан 20 может иметь первоначальную степень открытия, заданную таким образом, чтобы можно было управлять температурой выпуска при первоначальном выпуске, как целевой температурой. То есть, чтобы выдать воду, имеющую целевую температуру, начиная с того момента, как воду получают из нагревателя 10, первоначальная степень открытия выпускного клапана может быть задана контроллером 40.

Температуру выпуска выпускаемой воды может измерять датчик 31 температуры. В качестве датчика температуры может использоваться любой датчик, при условии, что он может измерять температуру воды. Как изображено на фиг. 1, датчик 31 температуры может быть установлен между выпускным клапаном 20 и нагревателем 10. В результате, когда выпускной клапан 20 полностью перекрыт, температура выпуска, измеренная датчиком 31 температуры, может представлять собой температуру воды, хранящейся в нагревателе 10.

Устройство подачи горячей воды, соответствующее одному варианту реализации настоящего изобретения, может дополнительно включать датчик 32 температуры ввода. Датчик 32 температуры ввода может измерять температуру втекания воды, текущей в нагреватель 10. Измеренная температура втекания позже может быть использована для задания первоначальной степени открытия выпускного клапана 20.

Когда поступает сигнал выдачи горячей воды, контроллер может приводить в действие нагреватель 10, и чтобы выпустить воду, имеющую целевую температуру, начиная с первоначального выпуска воды, контроллер может задавать первоначальную степень открытия выпускного клапана 20.

Как рассмотрено выше, температура выпуска, измеренная датчиком 31 температуры, может быть равна температуре воды, хранящейся в нагревателе 10. В результате за счет дифференцирования первоначальной степени открытия выпускного клапана 20 в соответствии с температурой выпуска в случае первоначального выпуска воды можно экспериментальным путем получать наиболее подходящую степень открытия выпускного клапана 20. То есть, в качестве первоначальной степени открытия выпускного клапана 20 может быть установлена заранее заданная степень открытия в соответствии с измеренной температурой выпуска, в результате чего, начиная с первоначального выпуска воды, может выпускаться вода, температура которой близка к целевой.

При этом контроллер 40 может измерять время ожидания использования между последним моментом выпуска воды и следующим моментом выпуска воды, и задавать первоначальную степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии со временем ожидания использования и температурой выпуска. То есть, контроллер 40 может задавать первоначальную степень открытия с учетом времени ожидания использования, а также температуры выпуска.

Кроме того, контроллер 40 может получать температуру втекания воды, введенной в нагреватель 10, и вычислять количество воды, которое нужно выпустить из нагревателя, используя полученную температуру втекания, нагревательную способность нагревателя и целевую температуру. Таким образом, контроллер 40 может задавать первоначальную степень открытия выпускного клапана 20, используя вычисленное количество выпускаемой воды.

Например, контроллер может вычислять первоначальное количество воды, выпускаемой из нагревателя 10, используя уравнение $$V=\frac{w(\Delta t)}{(c)(\rho )(T_1-T_2)}$$, и может задавать первоначальную степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии с вычисленным количеством выпускаемой воды. То есть, контроллер 40 может задавать первоначальную степень открытия выпускного клапана 20 более точно при получении температуры втекания от датчика 32 температуры ввода. Здесь V - объем выпускаемой воды, w - нагревательная способность нагревателя 10, с - удельная теплоемкость воды, $$\rho$$ - плотность воды, $$\Delta t$$ - время нагрева, Т1 - целевая температура и Т2 - температура втекания.

После первоначального выпуска воды контроллер 40 может управлять степенью открытия выпускного клапана в соответствии с изменением значения температуры выпуска.

Как рассмотрено выше, температура воды, втекающей в нагреватель 10, может быть увеличена пропорционально нагревательной способности нагревателя и времени нагрева нагревателем 10.

В общем случае нагревательная способность нагревателя поддерживается на неизменном уровне, поэтому контроллер 40 может управлять временем нагрева, в течение которого введенная вода нагревается нагревателем, регулируя степень открытия выпускного клапана 20. В результате контроллер 40 может управлять температурой воды, выпускаемой из нагревателя 10 таким образом, чтобы это была целевая температура, регулируя степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии с температурой выпуска, измеренной датчиком 31 температуры.

Более подробно, контроллер 40 может получать разницу между температурой выпуска и целевой температурой и управлять степенью открытия выпускного клапана 20 таким образом, чтобы степень открытия была пропорциональна этой разнице. То есть, когда температура выпуска выше целевой температуры, контроллер может открывать впускной клапан в степени, пропорциональной разнице между температурой выпуска и целевой температурой, а когда температура выпуска меньше целевой температуры, контроллер 40 может перекрывать выпускной клапан в степени, пропорциональной разнице между целевой температурой и температурой выпуска. При этом при регулировании степени открытия выпускного клапана 20 степень этого открытия может быть задана, используя выражение пропорциональности, сгенерированное в соответствии с разницей между температурой выпуска и целевой температурой или используя таблицу, созданную экспериментальным путем в соответствии с температурой выпуска.

Однако, как упомянуто выше, нагревательная способность нагревателя 10 может изменяться при изменении напряжения сетевого источника питания переменного тока. Таким образом, чтобы более точно регулировать температуру, в предпочтительном случае первоначальную степень открытия выпускного клапана задают с учетом даже изменения нагревательной способности нагревателя из-за изменения напряжения сетевого источника питания переменного тока.

С этой целью нагреватель 10 может дополнительно включать блок измерения напряжения, измеряющий напряжение питания, подаваемое источником питания, и контроллер 40 может получать нагревательную способность нагревателя на основе напряжения питания. Более подробно, значение напряжения, реально приложенного в нагревателе 10, может быть получено из напряжения питания, и реальная нагревательная способность нагревателя 10 может быть вычислена с использованием напряжения в нагревателе. То есть, контроллер 40 может вычислять реальную нагревательную способность нагревателя при подстановке значения сопротивления и напряжения нагревателя 10 в уравнение P=U*I=U^2/R.

Сначала, чтобы задать первоначальную степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии с температурой выпуска, контроллер 40 может использовать реальную вычисленную нагревательную способность нагревателя. То есть, хотя температура выпуска является одной и той же, если измеренная нагревательная способность нагревателя отличается, может отличаться первоначальная степень открытия, и наиболее подходящая степень открытия выпускного клапана 20 может быть получена экспериментальным путем в соответствии с температурой выпуска при первоначальном выпуске воды и измеренной нагревательной способностью нагревателя. В результате степень открытия, заданная в соответствии с измеренной температурой выпуска и нагревательной способностью нагревателя может быть задана как первоначальная степень открытия выпускного клапана 20, в результате чего может выпускаться вода, температура которой близка к целевой, начиная с момента времени первоначального выпуска воды.

Кроме того, когда получена температура втекания для воды, введенной в нагреватель 10, первоначальное количество V воды, выпускаемой из нагревателя 10, может быть вычислено при замене нагревательной способности w нагревателя реальной вычисленной нагревательной способностью нагревателя в приведенном выше уравнении $$V=\frac{w(\Delta t)}{(c)(\rho )(T_1-T_2)}$$. В этом случае нагревательная способность нагревателя может быть вычислена на основе напряжения, реально приложенного в нагревателе 10, исходя из которого регулируют первоначальную степень открытия выпускного клапана 20, что позволяет более точно регулировать температуру.

После первоначального выпуска воды контроллер 40 может использовать реально вычисленную нагревательную способность нагревателя для регулирования степени открытия выпускного клапана 20 в соответствии с изменением значения температуры выпуска. Более подробно, может быть задан коэффициент пропорциональности для нагревательной способности нагревателя, и степень открытия выпускного клапана 20 может задаваться пропорционально разнице между температурой выпуска и целевой температурой. При регулировании степени открытия выпускного клапана 20 эта степень может задаваться с использованием выражения пропорциональности, сгенерированного в соответствии с нагревательной способностью нагревателя и разницей между температурой выпуска и целевой температурой или с использованием таблицы, созданной экспериментальным путем в соответствии с нагревательной способностью нагревателя и температурой выпуска.

Например, напряжение питания, измеренное блоком измерения напряжения может быть квантовано до 200 В, 210 В, 220 В, 230 В, 240 В и 250 В, и может иметься коэффициент пропорциональности, ранее заданный в соответствии с каждым значением напряжения питания. В результате степень открытия выпускного клапана 20 может регулироваться с использованием коэффициента пропорциональности и температуры выпуска. При этом коэффициент пропорциональности может быть получен экспериментальным путем.

При этом контроллер 40 непосредственно вычисляет нагревательную способность на основе напряжения питания, измеренного блоком измерения напряжения, поэтому он может выполнять управление в соответствии с изменением напряжения источника питания переменного тока. Таким образом, горячая вода, имеющая целевую температуру, затребованную пользователем, может быть получена без выполнения процесса настройки даже в любой стране, где диапазон напряжения сетевого источника питания переменного тока отличается. То есть, может быть обеспечена неизменность результата даже в любой стране, где диапазон напряжения сетевого источника питания переменного тока отличается.

Однако устройство подачи горячей воды представляет собой устройство прямого типа, поэтому, хотя первоначальная степень открытия выпускного клапана 20 и задается в соответствии с температурой выпуска, нагрев введенной воды может оказаться недостаточным, и может предоставляться вода, не имеющая целевой температуры. При этом пользователь выпускает воду, ожидая, что устройство подачи горячей воды предоставляет воду, имеющую целевую температуру, поэтому для этого устройства важно предоставлять воду, имеющую целевую температуру даже в момент первоначального выпуска воды.

Таким образом, если температура воды, хранящейся в нагревателе 10 ниже эталонной температуры предварительного нагрева, контроллер 40 может задействовать нагреватель 10 во время периода предварительного нагрева перед тем, как открывается выпускной клапан 20.

То есть, перед выпуском воды, хранящейся в нагревателе 10, эта вода может быть первоначально нагрета в процессе первоначального нагрева, чтобы увеличить температуру, после чего может быть начат выпуск воды. В этом случае время реакции может быть увеличено на время, занимаемое предварительным нагревом, после того, как пользователь ввел сигнал выдачи горячей воды, запрашивая подачу горячей воды, но целевая температура воды, требуемая пользователем, может быть обеспечена, начиная с первоначального момента выпуска воды.

При этом устройство подачи горячей воды может подавать горячую воду снова сразу после ее подачи пользователю. В этом случае, так как температура воды, имеющейся в нагревателе 10, уже близка к целевой температуре, предварительный нагрев может не потребоваться. И наоборот, устройство подачи горячей воды может подавать горячую воду, спустя длительное время после ее подачи пользователю. Например, устройство подачи горячей воды может подавать горячую воду через два часа после первоначальной подачи горячей воды. В этом случае вода, имеющаяся в нагревателе 10, может остынуть, и ее температура может существенно отличаться от целевой температуры.

Таким образом, контроллер может проверять температуру воды, хранящейся в нагревателе 10, используя датчик 31 температуры, и только, когда температура хранящейся воды ниже эталонной температуры предварительного нагрева, например, 60 градусов или ниже.

Кроме того, контроллер 40 может задавать время предварительного нагрева таким образом, чтобы оно увеличивалось, когда температура воды, хранящейся в нагревателе 10, то есть температура выпуска, ниже. Так как разница между температурой выпуска и целевой температурой увеличивается, то время предварительного нагрева может быть задано увеличенным, чтобы нагреть воду, хранящуюся в нагревателе 10, достаточным образом. И, наоборот, если температура выпуска является высокой, так как температура близка к целевой температуре, вода, хранящаяся в нагревателе 10, может нагреваться в течение короткого периода времени, достаточного для достижения целевой температуры.

В дополнение к этому, контроллер 40 может измерять время ожидания использования между последним моментом выпуска воды и следующим моментом выпуска и задавать время предварительного нагрева и степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии с измеренной температурой выпуска.

Когда ввод сигнала выдачи горячей воды прекращен, устройство подачи горячей воды может полностью перекрывать выпускной клапан 20, чтобы прекратить подачу горячей воды, в этом случае вода, хранящаяся в нагревателе 10, может быть в состоянии нагрева до целевой температуры. Однако, в этом случае, если устройство подачи горячей воды после этого больше не работает, с течением времени температура воды, хранящейся в нагревателе 10, может понизиться. В результате степень открытия выпускного клапана 20 может быть задана с учетом времени ожидания использования, а также разницы между целевой температурой и температурой выпуска.

В дополнение к этому, чтобы быстро выдать воду, имеющую целевую температуру, контроллер 40 может регулировать степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии с изменением значения температуры выпуска. Конкретная работа, связанная с работой контроллера 40, будет описана со ссылкой на фиг. 4 и 5.

На фиг. 4(а) приведен график температуры выпуска в случае первоначального выпуска воды. То есть, на фиг. 4(а) приведен график для случая, когда горячая вода выпускается после того, как прошло определенное время после последнего выпуска воды. На фиг. 4(а) можно видеть, что температура выпуска превращается в целевую температуру, это можно сделать, управляя степенью открытия выпускного клапана, как рассмотрено ранее.

Однако, в этом случае, как показано на фиг. 4(а), температура выпуска может колебаться вверх и вниз относительно целевой температуры во время процесса, в ходе которого температура выпуска превращается в целевую температуру, и в соответствии с колебанием температуры выпуска пользователю неожиданно может подаваться очень горячая или холодная вода. Кроме того, может увеличиться время, необходимое для того, чтобы температура выпуска стабилизировалась на уровне целевой температуры. В результате может потребоваться управление выпускным клапаном 20, чтобы снизить до минимума колебания на кривой температуры выпуска.

На фиг. 4(b) приведен график температуры выпуска в случае непрерывного выпуска воды. Так как горячая вода выдается непрерывно, температура выпуска не увеличивается резко на первоначальной стадии, как на фиг. 4(а), но на кривой температуры выпуска появляются колебания. В результате требуется управление выпускным клапаном 20, чтобы снизить до минимума колебания.

Таким образом, контроллер 40 может вычислять изменение значений температуры выпуска и регулировать степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии с вычисленным изменением, таким образом, снижая до минимума колебание.

Сначала контроллер 40 может вычислить разницу между температурой выпуска и целевой температурой и определить, является ли выдача горячей воды первым выпуском воды или непрерывным выпуском воды, в соответствии со значением разницы.

Например, если разница между температурой выпуска и целевой температурой равна заранее заданному значению или больше него, контроллер 40 может определить, что выдача горячей воды является первым выпуском воды, а если разница между температурой выпуска и целевой температурой меньше заранее заданного значения, контроллер 40 может определить, что выдача горячей воды является непрерывным выпуском воды.

При этом разница между температурой выпуска и целевой температурой может быть получена в первоначальный период, когда начинается выдача горячей воды, и в этом случае первый выпуск воды и непрерывный выпуск воды могут очевидным образом различаться.

То есть, в случае первого выпуска воды температура воды, хранящейся в нагревателе 10, может быть близка к комнатной температуре (приблизительно 26 градусов цельсия), но в случае непрерывного выпуска воды, так как вода уже нагрета, температура воды, хранящейся в нагревателе 10, может приблизительно быть равна целевой температуре (85 градусов цельсия).

Таким образом, на основе разницы между температурой выпуска и целевой температурой можно различить первый выпуск воды и непрерывный выпуск воды, и выпускным клапаном 20 можно управлять по-разному в соответствии с первым выпуском воды и непрерывным выпуском воды.

Когда выпуск горячей воды является первым выпуском воды, контроллер 40 может вычислить изменение температуры выпуска, и степень открытия выпускного клапана 20 можно регулировать в соответствии с изменением температуры выпуска.

Изменение температуры выпуска может быть получено путем измерения значения температуры выпуска в каждом заранее заданном интервале времени и вычисления разниц между измеренными значениями температуры выпуска. При этом, если вычисленное изменение температуры выпуска равно первому эталонному изменению или больше него, можно считать, что температура выпуска быстро увеличивается, и в этом случае могут увеличиться число колебаний и амплитуда колебаний на кривой температуры выпуска.

Таким образом, если определено, что изменение является быстрым увеличением, степень открытия выпускного клапана 20 может быть зафиксирована на степени открытия на момент времени, когда вычислено изменение, и фиксированная степень открытия может поддерживаться в течение первого заранее заданного периода времени. То есть, чтобы снизить изменение температуры выпуска, управление степенью открытия выпускного клапана 20 в соответствии с температурой выпуска может быть прекращено для первого заранее заданного периода времени, в результате чего изменение температуры выпуска может быть уменьшено, как показано на фиг. 5.

Как показано на фиг. 4(а), даже в случае первого выпуска воды температуру выпуска можно постепенно увеличивать с течением времени, и разница между температурой выпуска и целевой температурой может быть меньше заранее заданного значения. В результате в этом случае контроллер 40 может управлять степенью открытия выпускного клапана 20 тем же образом, что и при непрерывном выпуске воды. Далее будет рассмотрена работа контроллера 40 в случае непрерывного выпуска воды.

Когда определено, что выдача горячей воды представляет собой непрерывный выпуск воды, как рассмотрено выше, можно вычислить изменение температуры выпуска, и можно определить равно ли изменение второму эталонному изменению или больше него. Второе эталонное изменение может иметь значение меньше, чем у первого эталонного изменения. Когда изменение равно второму эталонному изменению или больше него, можно считать, что температура выпуска медленно увеличивается.

Когда температура выпуска медленно увеличивается, можно прогнозировать, что увеличиваются амплитуда колебаний и число колебаний на кривой температуры выпуска, и в результате степень открытия выпускного клапана 20 может быть зафиксирована на степени открытия на момент времени, когда было вычислено изменение. При этом фиксированный период времени может представлять собой второй заранее заданный период времени, который короче первого заранее заданного периода времени, и изменение температуры выпуска может быть уменьшено путем прекращения управления выпускным клапаном 20.

Таким образом, за счет регулирования степени открытия выпускного клапана 20 в соответствии с изменением температуры выпуска температуру выпуска можно быстро превратить в целевую температуру, и за счет сокращения времени управления выпускным клапаном 20 можно снизить расход энергии, соответствующий управлению выпускным клапаном 20.

Хотя это и не показано, устройство подачи горячей воды может входить в состав очистителя воды. Очиститель воды может включать очистной фильтр, фильтрующий воду из крана, подаваемую источником водопроводной воды, и в нагреватель 10 может вводиться вода, очищенная очистным фильтром. После этого очищенная вода может нагреваться в нагревателе 10 и затем выпускаться через выпускной клапан 20 для предоставления пользователю. При этом контроллер 40 может управлять степенью открытия выпускного клапана, чтобы регулировать температуру выдаваемой воды до получения целевой температуры. Аналогичным образом, контроллер 40 может регулировать степень открытия выпускного клапана 20, используя датчик 31 температуры и датчик 32 температуры ввода, и предварительно нагревать воду, введенную в нагреватель 10 путем управления нагревателем 10 и выпускным клапаном 20.

На фиг. 2 приведена блок-схема способа подачи горячей воды, соответствующего варианту реализации настоящего изобретения, а на фиг. 3 приведена блок-схема операции первоначального выпуска в способе подачи горячей воды, соответствующем варианту реализации настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 2 и 3, способ подачи горячей воды, соответствующий варианту реализации настоящего изобретения, может включать операцию (S10) первоначального выпуска и операцию (S20) управления выпуском. Операция (S10) первоначального выпуска может включать процесс (S11) задания первоначального открытия, процесс (S12) предварительного нагрева и процесс (S13) первоначального открытия.

Далее со ссылкой на фиг. 2 и 3 будет описан способ подачи горячей воды, соответствующий варианту реализации настоящего изобретения.

В ходе операции (S10) первоначального выпуска, когда вводится сигнал подачи горячей воды, задается первоначальная степень открытия выпускного клапана для регулирования количества воды, выпускаемого из нагревателя 10, и выпускной клапан может открываться с заранее заданной степенью открытия. Операция (S10) первоначального выпуска представляет собой операцию, в ходе которой нагреватель начинает выпускать воду в соответствии с поступившим сигналом подачи горячей воды. В ходе этой операции может быть задана первоначальная степень открытия выпускного клапана, чтобы выдавать воду, имеющую целевую температуру, начиная с момента первоначального выпуска воды.

Более подробно, операция (S10) первоначального выпуска может включать операцию (S11) задания первоначального открытия и операцию (S13) первоначального открытия.

В ходе операции (S11) задания первоначального открытия может быть установлена заранее заданная степень открытия в качестве первоначальной степени открытия выпускного клапана в соответствии с температурой выпуска.

Температура выпуска может быть измерена с использованием датчика температуры, расположенного между нагревателем и выпускным клапаном. Перед тем, как открывается выпускной клапан, температура выпуска может представлять собой температуру воды, хранящейся в нагревателе. Таким образом, температура воды, хранящейся в нагревателе, может быть измерена, используя температуру выпуска перед тем, как открыт выпускной клапан, и первоначальная степень открытия выпускного клапана может быть задана в соответствии с измеренной температурой воды.

Более подробно, температура воды, хранящейся в нагревателе, может меняться в зависимости от того, сколько времени прошло с последнего выпуска воды, поэтому первоначальную степень открытия требуется изменить в соответствии с температурой воды, хранящейся в нагревателе.

Например, если с последнего выпуска воды прошла одна минута, температура хранящейся воды может быть близка к целевой температуре, поэтому нет необходимости нагревать воду в течение долгого времени, и поэтому может быть задана такая первоначальная степень открытия, чтобы сделать возможным выпуск относительно большого количества воды.

В то же время, если с последнего выпуска воды прошло два часа, температура хранящейся воды может значительно отличаться от целевой температуры, поэтому может потребоваться нагревать воду при помощи нагревателя в течение длительного периода времени. В этом случае может быть задана такая первоначальная степень открытия, чтобы сделать возможным выпуск относительно небольшого количества воды.

При этом, что касается первоначальной степени открытия, зависящей от температуры выпуска, наиболее подходящая первоначальная степень открытия может быть получена экспериментально путем изменения первоначальной степени открытия выпускного клапана в соответствии с измеренной температурой выпуска, в результате чего можно заранее задавать первоначальную степень открытия выпускного клапана в соответствии с соответственными температурами выпуска.

В дополнение к этому, как рассмотрено выше, температура воды, хранящейся в нагревателе, может меняться в соответствии с количеством времени, прошедшего от момента последнего выпуска, т.е. в соответствии со временем ожидания использования воды между последним моментом выпуска воды и следующим моментом выпуска воды. В результате, в ходе операции (S11) задания первоначального открытия, измеряют время ожидания использования между последним моментом и следующим моментом выпуска воды, и первоначальная степень открытия выпускного клапана может быть задана с применением времени ожидания использования и температуры выпуска.

В ходе операции (S11) задания первоначального открытия, кроме температуры выпуска, может быть дополнительно получена температура втекания воды, вводимой в нагреватель, на основе которой может быть задана первоначальная степень открытия выпускного клапана.

Более подробно, первоначальное выпускаемое нагревателем количество воды, имеющей требуемую целевую температуру, может быть вычислено с использованием уравнения $$V=\frac{w(\Delta t)}{(c)(\rho )(T_1-T_2)}$$, и первоначальная степень открытия выпускного клапана может быть задана в соответствии с вычисленным первоначальным выпускаемым нагревателем количеством воды. То есть, первоначальная степень открытия выпускного клапана может быть задана более точно при получении температуры втекания. Здесь V - объем выпускаемой воды, w - нагревательная способность нагревателя 10, с - удельная теплоемкость воды, $$\rho$$ - плотность воды, $$\Delta t$$ - время нагрева, Т1 - целевая температура и Т2 - температура втекания.

Однако, в этом случае, первоначальная степень открытия задается из предположения, что нагревательная способность нагревателя является неизменной, но в реальности нагревательная способность нагревателя может меняться в соответствии с изменением напряжения сетевого источника питания переменного тока, подающего энергию в нагреватель. Таким образом, чтобы задать более точную первоначальную степень открытия выпускного клапана, требуется учесть изменение нагревательной способности нагревателя.

С этой целью операция (S10) первоначального выпуска дополнительно может включать операцию вычисления нагревательной способности нагревателя (не показана), и в ходе операции вычисления нагревательной способности нагревателя может измеряться напряжение питания, подаваемое источником питания, и нагревательная способность нагревателя может быть вычислена с использованием этого напряжения питания.

Более подробно, в ходе операции вычисления нагревательной способности нагревателя, переменное напряжение питания, подаваемое источником питания, может быть преобразовано в постоянное напряжение, и преобразованное постоянное напряжение может быть квантовано для измерения напряжения питания. То есть, для его превращения в постоянное напряжение, к переменному напряжению, подаваемому источником питания, может быть применено полуволновое выпрямление, сглаживание и понижение, после чего постоянное напряжение квантуется АЦП, чтобы таким образом измерить напряжение питания. Так, если подается переменное напряжение 220 В, изменяющееся от 198 В до 253 В, оно делится на интервалы по 10 В для его измерения как одного из следующего: 200 В, 210 В, 220 В, 230 В, 240 В и 250 В. Так как значение сопротивления нагревателя является неизменным, когда измеряется напряжение питания, можно получить значение напряжения, подаваемого в нагреватель, и нагревательную способность нагревателя легко вычислить с использованием формулы P=U*I=U^2/R.

После этого, в ходе операции (S11) задания первоначального открытия, может быть задана степень открытия выпускного клапана с использованием нагревательной способности нагревателя, вычисленной во время операции вычисления нагревательной способности нагревателя. Более подробно, в ходе операции (S11) задания первоначального открытия, хотя температура выпуска является неизменной, если вычисленная нагревательная способность нагревателя отличается, можно изменить степень открытия выпускного клапана, и наиболее подходящая степень открытия выпускного клапана может быть получена экспериментальным путем в соответствии с температурой выпуска в момент первоначального выпуска воды и измеренной нагревательной способностью нагревателя. В результате в качестве первоначальной степени открытия выпускного клапана может быть установлена заранее заданная степень открытия в соответствии с измеренной температурой выпуска и нагревательной способностью нагревателя.

Кроме того, если получена температура втекания воды, вводимой в нагреватель, первоначальное количество V воды, выпускаемой из нагревателя 10, может быть вычислено при замене нагревательной способности w на реально вычисленную нагревательную способность в приведенном выше уравнении $$V=\frac{w(\Delta t)}{(c)(\rho )(T_1-T_2)}$$. В этом случае нагревательная способность нагревателя может быть вычислена на основе напряжения, реально подаваемого в нагреватель 10, исходя из которого регулируется первоначальная степень открытия выпускного клапана 20, что позволяет более точно регулировать температуру.

В дополнение к этому, в ходе операции вычисления нагревательной способности нагревателя, напряжение, подаваемое источником питания, то есть, напряжение питания, может быть измерено в каждом заранее заданном временном интервале, либо когда вводится сигнал выдачи горячей воды. Это делается для уменьшения потребления энергии, требуемой при измерении напряжения питания.

Хотя в ходе операции (S11) задания первоначального открытия задана первоначальная степень открытия выпускного клапана для выдачи воды, имеющей целевую температуру, если температура воды, хранящейся в нагревателе является слишком низкой, выдаваемая вода может не быть достаточно нагретой, и в результате может предоставляться вода, не имеющая целевой температуры.

Поэтому операция (S10) первоначального выпуска дополнительно включает операцию (S12) предварительного нагрева. Если измеренная температура выпуска ниже эталонной температуры предварительного нагрева, во время периода предварительного нагрева нагреватель можно задействовать для нагрева хранящейся в нем воды. В результате, если вода выпускается после выполнения операции (S12) предварительного нагрева, то с момента первоначального выпуска воды может выпускаться вода, имеющая целевую температуру.

Более подробно, операция (S12) предварительного нагрева может выполняться, если измеренная температура выпуска ниже 60 градусов цельсия, и в случае, если измеренная температура выпуска является низкой, время предварительного нагрева удлиняют, чтобы достаточным образом предварительно нагреть воду в нагревателе.

При этом операция (S11) задания первоначального открытия и операция (S12) предварительного нагрева могут выполняться одновременно, либо сначала может выполняться операция (S12) предварительного нагрева и в ходе операции (S11) задания первоначального открытия первоначальная степень открытия выпускного клапана может задаваться с учетом температуры воды, предварительно нагретой во время операции (S12) предварительного нагрева.

В ходе операции (S13) первоначального открытия выпускной клапан может открываться в соответствии с заранее заданной степенью открытия. При выполнении операции (S11) задания первоначального открытия и операции (S12) предварительного нагрева может обеспечиваться вода, имеющая целевую температуру, и после этого может выполняться операция (S20) управления выпуском, чтобы непрерывно предоставлять воду, имеющую целевую температуру даже при непрекращающемся выпуске воды.

В ходе операции (S20) управления выпуском можно регулировать выпуск воды из нагревателя таким образом, чтобы она имела целевую температуру, управляя степенью открытия выпускного клапана.

При этом степень открытия выпускного клапана можно регулировать в соответствии с изменением значения температуры выпуска. Если говорить подробно, когда температура выпуска выше целевой температуры, выпускной клапан может быть открыт на степень, пропорциональную разнице между температурой выпуска и целевой температурой, а если температура выпуска ниже целевой температуры, выпускной клапан может быть перекрыт на степень, пропорциональную разнице между целевой температурой и температурой выпуска.

Если нагревательная способность нагревателя является неизменной, температура воды, выпускаемой из нагревателя, может увеличиваться пропорционально длительности периода времени, в течение которого вода нагревается нагревателем. Когда выпускной клапан открыт сильнее, количество воды, выпускаемой в единицу времени, увеличивается, поэтому период времени, в течение которого вода нагревается нагревателем, сокращается. В то же время, когда выпускной клапан закрывается, количество воды, выпускаемой в единицу времени, уменьшается, поэтому период времени, в течение которого вода нагревается нагревателем, удлиняется.

В результате, в ходе операции (S20) управления выпуском, температуру воды, выпускаемой из нагревателя, можно регулировать путем регулирования степени открытия выпускного клапана, и температура воды, выпускаемой из нагревателя, может быть отрегулирована до достижения целевой температуры.

Кроме того, в ходе операции (S20) управления выпуском может быть получена температура втекания воды, вводимой в нагреватель, и степень открытия выпускного клапана можно регулировать с использованием температуры втекания, нагревательной способности нагревателя и целевой температуры.

Более подробно, чтобы выпускать воду, имеющую целевую температуру, при использовании температуры втекания, нагревательной способности нагревателя и целевой температуры можно вычислить требуемое выпускаемое количество, и степень открытия выпускного клапана можно регулировать на основе вычисленного выпускаемого количества.

Например, выпускаемое количество в нагревателе, которое требуется для выпуска воды, имеющей целевую температуру, можно вычислить с использованием уравнения $$V=\frac{w(\Delta t)}{(c)(\rho )(T_1-T_2)}$$, и степень открытия выпускного клапана можно задавать в соответствии с вычисленным выпускаемым количеством. То есть, при получении температуры втекания степень открытия выпускного клапана может быть задана более точно. Здесь V - объем выпускаемой воды, w - нагревательная способность нагревателя 10, с - удельная теплоемкость воды, $$\rho$$ - плотность воды, $$\Delta t$$ - время нагрева, Т1 - целевая температура и Т2 - температура втекания.

Однако в этом случае, как рассмотрено выше, нагревательная способность нагревателя может меняться, поэтому, чтобы управлять температурой более точно, можно регулировать степень открытия выпускного клапана с использованием реальной нагревательной способности нагревателя, измеренной во время операции вычисления нагревательной способности нагревателя.

Более подробно, может быть задан коэффициент пропорциональности, пропорциональный нагревательной способности нагревателя, и степень открытия выпускного клапана может задаваться пропорционально разнице между температурой выпуска и целевой температурой. С этой целью можно использовать нагревательную способность нагревателя и выражение пропорциональности, сгенерированное в соответствии с разницей между температурой выпуска и целевой температурой, либо можно использовать таблицу, созданную экспериментальным путем в соответствии с нагревательной способностью нагревателя и температурой выпуска.

Кроме того, если вводится температура воды, вводимой в нагреватель, количество, выпускаемое из нагревателя, может быть вычислено путем замены нагревательной способности (w) нагревателя на реально вычисленную нагревательную способность нагревателя в уравнении $$V=\frac{w(\Delta t)}{(c)(\rho )(T_1-T_2)}$$.

В ходе операции (S20) управления выпуском, чтобы быстро выдать воду, имеющую целевую температуру, можно регулировать степень открытия выпускного клапана с использованием изменения значения температуры выпуска.

На фиг. 4(а) приведен график температуры выпуска в случае первоначального выпуска воды. То есть, на фиг. 4(а) приведен график для случая, когда горячая вода выпускается после того, как прошло определенное время с момента последнего выпуска воды. На фиг. 4(а) можно видеть, что температура выпуска превращается в целевую температуру, и это может быть получено при управлении степенью открытия выпускного клапана, как рассмотрено выше.

Однако в этом случае, как показано на фиг. 4(а) во время процесса, в котором температура выпуска превращается в целевую температуру, температура выпуска может колебаться вверх и вниз относительно целевой температуры, и в соответствии с колебанием температуры выпуска пользователю может подаваться неожиданно очень горячая или холодная вода. Кроме того, может быть увеличено время, требующееся для стабилизации температуры выпуска с ее превращением в целевую температуру. В результате требуется управлять выпускным клапаном, чтобы снизить до минимума колебания на кривой температуры выпуска.

На фиг. 4(b) приведен график температуры выпуска в случае непрерывного выпуска воды. Так как горячая вода выдается непрерывно, температура выпуска не увеличивается резко на первоначальной стадии, как на фиг. 4(а), но на кривой температуры выпуска появляются колебания. Таким образом, требуется управлять выпускным клапаном, чтобы снизить до минимума колебания.

В результате, в ходе операции (S20) управления выпуском, вычисляют изменение значения температуры выпуска, и степень открытия выпускного клапана регулируют в соответствии с вычисленным изменением, чтобы таким образом снизить до минимума колебания.

В ходе операции (S20) управления выпуском сначала вычисляют разницу между температурой выпуска и целевой температурой, и в соответствии с этой разницей можно определить, является ли выдача горячей воды первым выпуском воды или непрерывным выпуском воды.

Когда разница между температурой выпуска и целевой температурой равна заранее заданному значению или больше него, может быть определено, что выдача горячей воды является первым выпуском воды, а когда разница между температурой выпуска и целевой температурой меньше упомянутого заранее заданного значения, может быть определено, что выдача горячей воды является непрерывным выпуском воды.

При этом разница между температурой выпуска и целевой температурой может быть получена в первоначальный момент времени, когда горячая вода начинает выдаваться, и в этом случае можно четко разделить первый выпуск воды и непрерывный выпуск воды.

То есть, в случае первого выпуска воды температура воды, хранящейся в нагревателе может быть близка к комнатной температуре (приблизительно 26 градусов цельсия), но в случае непрерывного выпуска воды, так как вода уже нагрета, температура воды, хранящейся в нагревателе 10, может быть близка к целевой температуре (85 градусов цельсия).

В результате, на основе разницы между температурой выпуска и целевой температурой, можно различить первый выпуск воды и непрерывный выпуск воды, и можно по-разному управлять выпускным клапаном 20 в соответствии с первым выпуском воды и непрерывным выпуском воды.

Если выдача горячей воды является первым выпуском воды, контроллер 40 может вычислить изменение температуры выпуска, и можно регулировать степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии с изменением температуры выпуска.

Изменение температуры выпуска может быть получено путем измерения значения температуры выпуска в каждом заранее заданном интервале времени и вычисления разницы между измеренными значениями температуры выпуска. При этом, если вычисленное изменение температуры выпуска равно первому эталонному изменению или больше него, можно считать, что температура выпуска быстро увеличивается, и в этом случае число колебаний и амплитуда колебаний на кривой температуры выпуска могут увеличиваться.

В результате, если определено, что изменение является быстрым увеличением, степень открытия выпускного клапана 20 может быть зафиксирована на степени открытия на момент времени, когда вычислено это изменение, и фиксированная степень открытия может поддерживаться в течение первого заранее заданного периода времени. То есть, чтобы снизить изменение температуры выпуска, управление степенью открытия выпускного клапана 20 в соответствии температурой выпуска может быть прекращено для первого заранее заданного периода времени, в результате чего изменение температуры выпуска может быть уменьшено, как показано на фиг. 5.

Как показано на фиг. 4(а), даже в случае первого выпуска воды температура выпуска может постепенно увеличиваться с течением времени, и разница между температурой выпуска и целевой температурой может быть меньше заранее заданного значения. Таким образом, в этом случае контроллер 40 может управлять степенью открытия выпускного клапана таким же образом, что и в случае непрерывного выпуска воды. Далее будет описан способ управления в случае непрерывного выпуска воды.

Когда определено, что выдача горячей воды является непрерывным выпуском воды, как рассмотрено выше, может быть вычислено изменение температуры выпуска и может быть определено, равно ли это изменение второму эталонному изменению или больше него. Второе эталонное изменение может представлять собой значение меньше первого эталонного изменения. Если изменение равно второму эталонному изменению или больше него, можно считать, что температура выпуска медленно увеличивается.

Если температура выпуска медленно увеличивается, можно прогнозировать, что увеличиваются амплитуда колебаний и число колебаний на кривой выпуска воды, и в результате степень открытия выпускного клапана 20 может быть зафиксирована на степени открытия на момент времени, когда было вычислено это изменение. При этом фиксированный период времени может представлять собой второй заранее заданный период времени, который короче первого заранее заданного периода времени, и изменение температуры выпуска может быть уменьшено путем прекращения управления выпускным клапаном 20.

Таким образом, регулируя степень открытия выпускного клапана 20 в соответствии с изменением температуры выпуска, можно быстро превратить температуру выпуска в целевую температуру, а укорачивая время управления выпускным клапаном 20 можно снизить потребление энергии, соответствующее управлению этим клапаном 20.

Хотя настоящее изобретение продемонстрировано и описано применительно к вариантам его реализации, специалистам в данной области техники будет очевидно, что можно внести модификации и изменения, не выходящие за пределы сущности и объема этого изобретения, которые определены в пунктах приложенной Формулы изобретения.

Изобретение относится к устройству подачи горячей воды и способу подачи горячей воды. Устройство подачи горячей воды содержит нагреватель, нагревающий введенную воду за счет нагревательной способности нагревателя; выпускной клапан, регулирующий количество воды, выпускаемой из нагревателя; датчик температуры, измеряющий температуру выпуска выпускаемой воды; и контроллер, управляющий степенью открытия выпускного клапана в соответствии с изменением значения температуры выпуска. Контроллер в соответствии с температурой выпуска задает заранее заданную степень открытия в качестве первоначальной степени открытия выпускного клапана. Изобретение направлено на быструю подачу горячей воды, имеющей целевую температуру, требуемую пользователем, при различной величине напряжения сетевого источника питания. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство подачи горячей воды, содержащее:

нагреватель, нагревающий введенную воду за счет нагревательной способности нагревателя;

выпускной клапан, регулирующий количество воды, выпускаемой из нагревателя;

датчик температуры, измеряющий температуру выпуска выпускаемой воды; и

контроллер, управляющий степенью открытия выпускного клапана в соответствии с изменением значения температуры выпуска,

при этом контроллер в соответствии с температурой выпуска задает заранее заданную степень открытия в качестве первоначальной степени открытия выпускного клапана.

2. Устройство подачи горячей воды по п. 1, в котором контроллер вычисляет разницу между температурой выпуска и целевой температурой и управляет степенью открытия выпускного клапана пропорционально в соответствии с этой разницей.

3. Устройство подачи горячей воды по п. 1, дополнительно содержащее блок измерения напряжения, измеряющий напряжение питания, подаваемое источником питания, причем контроллер вычисляет нагревательную способность нагревателя, используя напряжение питания, и задает степень открытия выпускного клапана, используя нагревательную способность нагревателя и изменение значения температуры выпуска.

4. Устройство подачи горячей воды по п. 3, в котором, если вводится сигнал выдачи горячей воды для запроса выдачи горячей воды или если прошел заранее заданный интервал времени, блок измерения напряжения измеряет напряжение питания.

5. Устройство подачи горячей воды, содержащее:

нагреватель, нагревающий введенную воду за счет нагревательной способности нагревателя;

выпускной клапан, регулирующий количество воды, выпускаемой из нагревателя;

датчик температуры, измеряющий температуру выпуска выпускаемой воды;

блок измерения напряжения, измеряющий напряжение питания, подаваемое источником питания; и

контроллер, управляющий степенью открытия выпускного клапана в соответствии с изменением значения температуры выпуска,

при этом блок измерения напряжения преобразует напряжение питания, являющееся переменным, в постоянное напряжение и квантует преобразованное постоянное напряжение для измерения величины напряжения питания, и

контроллер вычисляет нагревательную способность нагревателя, используя напряжение питания, и задает степень открытия выпускного клапана, используя нагревательную способность нагревателя и изменение значения температуры выпуска.

6. Устройство подачи горячей воды, содержащее:

нагреватель, нагревающий введенную воду за счет нагревательной способности нагревателя;

выпускной клапан, регулирующий количество воды, выпускаемой из нагревателя;

датчик температуры, измеряющий температуру выпуска выпускаемой воды;

блок измерения напряжения, измеряющий напряжение питания, подаваемое источником питания; и

контроллер, управляющий степенью открытия выпускного клапана в соответствии с изменением значения температуры выпуска,

при этом контроллер вычисляет нагревательную способность нагревателя, используя напряжение питания, и задает коэффициент пропорциональности, соответствующий нагревательной способности нагревателя, а также задает степень открытия выпускного клапана таким образом, чтобы она была пропорциональна разнице между температурой выпуска и целевой температурой.

7. Устройство подачи горячей воды по п. 2, в котором, если температура выпуска выше целевой температуры, контроллер открывает выпускной клапан на величину, пропорциональную разнице между температурой выпуска и целевой температурой, а если температура выпуска ниже целевой температуры, контроллер перекрывает выпускной клапан на величину, пропорциональную разнице между целевой температурой и температурой выпуска.

8. Устройство подачи горячей воды, содержащее:

нагреватель, нагревающий введенную воду за счет нагревательной способности нагревателя;

выпускной клапан, регулирующий количество воды, выпускаемой из нагревателя;

датчик температуры, измеряющий температуру выпуска выпускаемой воды; и

контроллер, управляющий степенью открытия выпускного клапана в соответствии с изменением значения температуры выпуска,

при этом контроллер вычисляет разницу между температурой выпуска и целевой температурой и управляет степенью открытия выпускного клапана пропорционально в соответствии с этой разницей, и,

если температура выпуска равна эталонной температуре предварительного нагрева или меньше нее, контроллер задействует нагреватель в течение заранее заданного времени предварительного нагрева перед открытием выпускного клапана.

9. Устройство подачи горячей воды по п. 8, в котором контроллер задает увеличенное время предварительного нагрева в случае, если измеренная температура выпуска является низкой.

10. Устройство подачи горячей воды по п. 8, в котором контроллер измеряет время ожидания использования между временем последнего выпуска воды и временем следующего выпуска воды и задает время предварительного нагрева в соответствии с температурой выпуска.

11. Устройство подачи горячей воды по п. 1, в котором контроллер получает температуру втекания от датчика температуры ввода, измеряющего температуру втекания воды, вводимой в нагреватель, вычисляет количество воды, выпускаемой из нагревателя с использованием температуры втекания, нагревательной способности нагревателя и целевой температуры, и задает первоначальную степень открытия выпускного клапана в соответствии с вычисленным количеством.

12. Устройство подачи горячей воды по п. 1, в котором контроллер измеряет время ожидания использования между временем последнего выпуска воды и временем следующего выпуска воды и задает первоначальную степень открытия выпускного клапана в соответствии с временем ожидания использования и температурой выпуска.

13. Способ подачи горячей воды, содержащий этапы, при которых:

выполняют операцию первоначального выпуска, состоящую в задании первоначальной степени открытия выпускного клапана, регулирующего количество воды, выпускаемой из нагревателя, и открытии выпускного клапана на первоначальную степень открытия, когда вводится сигнал подачи горячей воды; и

выполняют операцию управления выпуском, состоящую в регулировании температуры выпуска воды, выпускаемой из нагревателя, для достижения целевой температуры путем управления степенью открытия выпускного клапана,

при этом операция первоначального выпуска содержит:

операцию задания первоначального открытия, состоящую в задании заранее заданной степени открытия в качестве первоначальной степени открытия выпускного клапана в соответствии с температурой выпуска; и

операцию первоначального открытия, состоящую в открытии выпускного клапана в соответствии с первоначальной степенью открытия выпускного клапана.

14. Способ подачи горячей воды по п. 13, в котором в ходе операции задания первоначального открытия получают температуру втекания воды, текущей в нагреватель, вычисляют количество воды, выпускаемой из нагревателя, с использованием температуры втекания, нагревательной способности нагревателя и целевой температуры, и затем задают первоначальную степень открытия выпускного клапана в соответствии с вычисленным количеством.

15. Способ подачи горячей воды по п. 13, в котором операция первоначального выпуска дополнительно содержит операцию вычисления нагревательной способности нагревателя, состоящую в измерении напряжения питания, подаваемого источником питания, и вычислении нагревательной способности нагревателя с использованием напряжения питания.

16. Способ подачи горячей воды по п. 15, в котором в ходе операции вычисления нагревательной способности нагревателя, если вводится сигнал выдачи горячей воды для запроса выдачи горячей воды или если прошел заранее заданный интервал времени, нагревательную способность нагревателя вычисляют путем измерения напряжения питания.

17. Способ подачи горячей воды по п. 15, в котором в ходе операции вычисления нагревательной способности нагревателя переменное напряжение, подаваемое источником питания, преобразуют в постоянное напряжение, и преобразованное постоянное напряжение квантуют для измерения величины напряжения питания.

18. Способ подачи горячей воды по п. 13, в котором в ходе операции задания первоначального открытия измеряют время ожидания использования между временем последнего выпуска воды и временем следующего выпуска воды, и первоначальную степень открытия выпускного клапана задают с применением времени ожидания использования и температуры выпуска.

19. Способ подачи горячей воды по п. 14, в котором операция первоначального выпуска дополнительно содержит операцию предварительного нагрева, состоящую в задействовании нагревателя для нагрева воды внутри него в течение времени предварительного нагрева, если измеренная температура выпуска равна эталонной температуре предварительного нагрева или меньше нее.

20. Способ подачи горячей воды по п. 19, в котором в ходе операции предварительного нагрева время предварительного нагрева задают увеличенным в случае, если измеренная температура выпуска является низкой.

21. Способ подачи горячей воды по п. 13, в котором в ходе операции управления выпуском степень открытия выпускного клапана регулируют в соответствии с изменением температуры выпуска, причем, если температура выпуска выше целевой температуры, выпускной клапан открывают на величину, пропорциональную разнице между температурой выпуска и целевой температурой, а если температура выпуска ниже целевой температуры, выпускной клапан перекрывают на величину, пропорциональную разнице между целевой температурой и температурой выпуска.

22. Способ подачи горячей воды по п. 21, в котором в ходе операции управления выпуском количество воды, выпускаемой из нагревателя, вычисляют с использованием температуры втекания, нагревательной способности нагревателя и целевой температуры, и степень открытия выпускного клапана регулируют в соответствии с вычисленным количеством воды.