ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ БЫТОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА И СВЯЗАННЫЙ С НИМ СПОСОБ, СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ И СЧИТЫВАЕМЫЙ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ НОСИТЕЛЬ Российский патент 2022 года по МПК F24H1/10 H02J7/00 H05B1/02 A47J27/21 

Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к электрическому бытовому устройству для нагрева жидкости для приготовления напитка, системе управления мощностью для электрического бытового устройства для нагрева жидкости, способу управления электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости и считываемому микроконтроллером носителю.

Уровень техники

Стандартные электрические бытовые устройства для нагрева жидкости, такие как чайники, кофеварки, чаеварки и т.д., нагревают воду, например, для применения при приготовлении напитков, используя мощность, которая доступна из источника электропитания в виде электрической сети, к которой подключено электрическое бытовое устройство.

Время от времени, в зависимости от того, в какой стране или месте используется электрическое бытовое устройство, мощности, доступной из источника электропитания в виде внутренней электрической сети или любого другого предоставленного источника электропитания, может быть недостаточно для нагрева воды, в течение того времени, которое считается разумным.

Например, в США источник электропитания в виде внутренней электрической сети обеспечивает источник мощности с максимальной выходной мощностью, составляющей 1800 Вт. В то время как в Австралии максимальная выходная мощность из источника электропитания в виде внутренней электрической сети составляет 2400 Вт. Следовательно, в США, чайнику, например, может потребоваться определенное количество времени для кипячения воды или по меньшей мере для нагревания воды до желаемой температуры, в то время как в Австралии этому же чайнику может потребоваться меньше времени для кипячения воды или нагрева воды до желаемой температуры. Если имеется источник электропитания в виде внутренней электрической сети с максимальной выходной мощностью, составляющей 3000 Вт, время для кипячения воды или достижения желаемой температуры может быть еще более сокращено.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является существенное преодоление или по меньшей мере уменьшение одного или большего количества недостатков существующих устройств.

Раскрыты устройства, которые направлены на решение одной или большего количества из вышеуказанных проблем путем предоставления электрического бытового устройства для нагрева жидкости для приготовления напитка, системы управления мощностью для электрического бытового устройства для нагрева жидкости, способа управления электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости и считываемого микроконтроллером носителя, которые обеспечивают улучшенное время нагрева для жидкости, нагреваемой в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости.

В соответствии с первым аспектом настоящего раскрытия предоставлено электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости для приготовления напитка, причем электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости содержит: совокупность нагревательных компонентов для нагрева жидкости, снабжаемых электропитанием, используя мощность, потребляемую от электрической сети, систему управления мощностью, при этом система управления мощностью содержит: контроллер и устройство накопления энергии, при этом контроллер выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов, и дополнительно выполненный с возможностью управления количеством накопленной мощности от устройства накопления энергии, которая должна подаваться на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

В соответствии со вторым аспектом настоящего раскрытия, предоставлена система управления мощностью для применения в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости для приготовления напитка, при этом электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости содержит совокупность нагревательных компонентов для нагрева жидкости, систему управления мощностью, содержащую: контроллер и устройство накопления энергии, при этом контроллер выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов, и дополнительно выполненный с возможностью управления количеством мощности от устройства накопления энергии, которая должна подаваться на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

Согласно третьему аспекту настоящего раскрытия, предоставлен способ управления подачей мощности в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости для приготовления напитка, причем способ включает в себя этапы: управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости, и управление количеством накопленной мощности в устройстве накопления энергии, интегрированном с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости, подаваемой на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

Согласно четвертому аспекту настоящего раскрытия, предоставлен считываемый микроконтроллером носитель, содержащий записанную на нем программу, причем указанная программа выполнена таким образом, чтобы заставить микроконтроллер выполнить процедуру для управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости, и управления количеством накопленной мощности в устройстве накопления энергии, интегрированном с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости, подаваемой на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

Также раскрыты другие аспекты.

Краткое описание графических материалов

По меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения теперь будет описан со ссылкой на графические материалы и приложения, в которых:

на фиг. 1А показано электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости в форме чайника согласно настоящему раскрытию;

на фиг. 1В показана блок-схема системы для управления электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости в соответствии с настоящим раскрытием;

на фиг. 2 показана блок-схема системы управления мощностью для управления электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости в соответствии с настоящим раскрытием;

на фиг. 3А и 3В показаны схемы проводки нагревателя для нагревательных компонентов, используемых в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости, в соответствии с настоящим раскрытием;

на фиг. 4 показан пример системы накопления энергии для применения с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости в соответствии с настоящим раскрытием;

на фиг. 5 показано расположение схем проводки нагревателя и системы накопления энергии для применения с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости в соответствии с настоящим раскрытием;

на фиг. 6 показана схема процесса для применения в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости в соответствии с настоящим раскрытием;

на фиг. 7 показан профиль процесса нагрева в соответствии с примером в настоящем раскрытии;

на фиг. 8 показан альтернативный профиль процесса нагрева в соответствии с примером в настоящем раскрытии;

на фиг. 9 показан дополнительный альтернативный профиль процесса в соответствии с примером в настоящем раскрытии.

Подробное описание сущности изобретения

Хотя описанные в данном документе варианты осуществления относятся к водонагревательным электрическим бытовым устройствам для приготовления напитка, следует понимать, что данное электрическое бытовое устройство можно использовать для нагревания других подходящих питьевых жидкостей или смесей жидкостей для приготовления напитков.

Следующие описанные варианты осуществления относятся к чайнику, который кипятит воду, чтобы дать возможность пользователю приготовить горячий напиток, такой как чай, кофе или тому подобное. Понятно, что описанные компоненты и процессы могут быть реализованы в любом подходящем электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости, которое можно использовать для приготовления напитка, таком как кофеварка, чаеварка и тому подобное. Также будет понятно, что описанные компоненты и процессы могут быть реализованы для обеспечения возможности нагрева жидкостей, отличных от воды, в электрическом бытовом устройстве, где температуры, используемые для управления процессами, соответственно регулируются в зависимости от нагреваемой жидкости.

На фиг. 1А показано электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости в форме чайника 101.

Чайник 101 имеет основание 103, через которое подается электропитание от блока электропитания (не показан). Ручка 105 снабжена пользовательским интерфейсом, чтобы обеспечить возможность пользователю управлять чайником. Корпус 107 чайника образует емкость для удерживания нагреваемой жидкости. Крышка 109 предназначена для удержания большей части пара жидкости, когда она нагревается внутри чайника. Предусмотрен носик 111, обеспечивающий возможность выливать нагретую жидкость из емкости.

На фиг. 1В показана блок-схема системы 151 для управления чайником 101, когда он используется для приготовления напитка.

Система 151 содержит вход 153 мощности, потребляемой от электрической сети переменного тока (AC, alternating current), который подает мощность, потребляемую от электрической сети, к источнику 155 мощности, потребляемой от электрической сети, который имеет экранирование от электромагнитных помех (EMI, Electromagnetic Interference). Первый датчик 157 в форме датчика с отрицательным температурным коэффициентом (NTC, negative temperature coefficient) предназначен для определения температуры жидкости для жидкости, нагреваемой внутри чайника. Первый датчик 157 прикреплен внутри к основанию чайника 101.

Датчик температуры жидкости выполнен с возможностью измерять температуру жидкости, нагреваемую одним или большим количеством нагревателей электрического бытового устройства для нагрева жидкости. Контроллер 165 выполнен с возможностью управления количеством мощности, подаваемой на один или большее количество нагревателей, на основе измеренной температуры жидкости.

Согласно дополнительному примеру второй датчик 159, также в форме датчика с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), обеспечен для определения температуры поверхности нагревателя, используемого для нагрева жидкости в чайнике 101.

Датчик температуры поверхности выполнен с возможностью измерения температуры поверхности основного нагревателя. Контроллер выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на основной нагреватель, на основании измеренной температуры поверхности.

Предусмотрена система 161 контроля сухого кипячения. Система контроля сухого кипячения использует экспоненциальное соотношение между температурой нагревателя и током утечки нагревателя (система E-fast), чтобы обеспечить тепловую защиту нагревателя (нагревателей) чайника, определяя, работает ли нагреватель (нагреватели) чайника, включенного, когда внутри чайника нет воды. Ток утечки может использоваться в качестве входного сигнала для контроллера, чтобы определить, следует ли отключать нагреватель (нагреватели) во избежание повреждения.

Основная сборка печатной платы (PCBA, printed circuit board assembly) 163 снабжена микроконтроллером 165, который выполнен с возможностью управления различными процессами на основе команд, которые хранятся в запоминающем устройстве 167. Указанное запоминающее устройство может быть, например, постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) или электрически стираемым программируемым постоянным запоминающим устройством (ЭСППЗУ).

Другие подсистемы включены следующим образом. Обеспечена система 166 с двумя нагревателями, которая содержит основной нагреватель 167 и гибридный нагреватель 169. Система 166 с двумя нагревателями сообщается с системой 171 управления электроникой. Система 171 управления электроникой имеет силовую PCBA, на которой установлены реле и другие переключатели (например, TRIAC и твердотельные реле) для управления и распределения между нагревателями (167, 169). Линии управления используются для подачи управляющих сигналов на силовую PCBA от микроконтроллера 165 для управления и распределения между нагревателями.

Основной нагреватель 167 может рассматриваться как один нагревательный компонент, который может иметь один или большее количество нагревательных элементов. Аналогично, гибридный нагреватель 169 может рассматриваться как один нагревательный компонент, который может иметь один или большее количество нагревательных элементов. Понятно, что электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости может иметь один основной нагреватель или несколько основных нагревателей. Также будет понятно, что электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости может иметь один гибридный нагреватель или несколько гибридных нагревателей.

Обеспечено устройство 173 накопления энергии, которое имеет связанную схему управления, которая сообщается с микроконтроллером 165. Линии управления обозначают, например, состояние заряда устройства накопления энергии или изменение температуры, связанное с устройством накопления энергии. Изменение температуры устройства накопления энергии может быть обнаружено датчиком температуры, таким как, например, инфракрасный датчик.

Устройство накопления энергии и связанная с ним схема управления могут быть расположены внутри корпуса электрического бытового устройства, могут быть интегрированы с корпусом электрического бытового устройства.

Согласно одному примеру устройство накопления энергии содержит совокупность блоков конденсаторов и имеет связанный с ним один или большее количество управляющих переключателей, как будет объяснено более подробно ниже. Согласно альтернативному примеру устройство накопления энергии может содержать одно или большее количество устройств с батареей аккумуляторов, причем указанное устройство связано с ними одним или большим количеством управляющих переключателей. Следовательно, устройство накопления энергии может содержать конденсатор, блок конденсаторов, суперконденсатор, блок суперконденсаторов или аккумулятор. Понятно, что может использоваться любая подходящая форма накопления энергии.

Инвертор 175 преобразует энергию постоянного тока (DC, direct current) (то есть выходную мощность) из устройства накопления энергии в энергию переменного тока (AC) (то есть выходную мощность), которая затем используется для нагрева гибридного нагревателя 169.

Пользовательский интерфейс (UI, user interface) 177 PCBA соединен с основной PCBA 163 для передачи входных и выходных сигналов между основной PCBA 163 и пользовательским интерфейсом чайника. Например, один или большее количество управляющих сигналов могут генерироваться в UI, когда пользователь выбирает конкретный режим работы. Этот управляющий сигнал (сигналы) передается обратно на основную PCBA 163 на контроллер 165, чтобы дать возможность контроллеру 165 управлять различными компонентами системы в зависимости от генерируемого управляющего сигнала (сигналов).

На фиг. 2 показана блок-схема системы 200 управления мощностью, являющейся частью системы, как описано со ссылкой на фиг. 1В, для управления электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости.

Система 200 управления мощностью использует контроллер 165 для управления количеством мощности, подаваемой на каждый из нагревателей (167, 169), посредством управления регулятором мощности 201 (для основного нагревателя 167) и регулятором мощности 203 (для гибридного нагревателя 169) через линии управления между регуляторами (201, 203) и контроллером 165. Линии управления подключены (как также показано на фиг. 1B) между контроллером 165 и устройством 173 накопления энергии и инвертором 175. Каждый регулятор мощности выполнен с возможностью регулирования того, сколько мощности от обеспеченной мощности переменного тока подается на соответствующие нагреватели.

В соответствии с режимом работы, когда электрическое бытовое устройство не используется для нагрева жидкости, например, оно находится в режиме ожидания, устройство накопления энергии заряжается под управлением контроллера 165. Управляющие сигналы поступают обратно на дисплей в UI, чтобы информировать пользователя о проценте заряда устройства накопления энергии.

В соответствии с другим режимом работы, под управлением контроллера 165 основной нагреватель 167 получает мощность от источника мощности, потребляемой от электрической сети, посредством системы управления мощностью через регулятор 201 мощности. В этом режиме гибридный нагреватель 169 не потребляет любую энергию от устройства накопления энергии. В соответствии с одним примером 100% доступной мощности потребляется из электрической сети основным нагревателем 167 для нагрева основного нагревателя 167.

Согласно другому режиму работы, под управлением контроллера 165, мощность от устройства накопления энергии может использоваться для нагрева гибридного нагревателя 169 одновременно с нагревом основного нагревателя 169 также под управлением контроллера 165. Контроллер 165 предотвращает зарядку устройства накопления энергии во время этого режима. Контроллер 165 активирует оба нагревательных контура (основной и гибридный) в этом режиме. Вход электрической сети переменного тока (AC) обеспечивает мощность для основного нагревателя 167, в то время как устройство накопления энергии обеспечивает мощность для гибридного нагревателя 169.

На фиг. 3А и 3В показаны схемы проводки нагревателя, которые можно использовать для основного нагревателя 167 и гибридного нагревателя 169 в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости.

На фиг. 3А показана схема 301 проводки нагревателя для основного нагревателя 167. Для основного нагревателя 167 обеспечен один или большее количество нагревательных компонентов (303А, 303В и т.д.), например, нагревательные элементы. Нагревательные компоненты в этом примере являются резистивными нагревательными компонентами. Первый конец каждого нагревательного компонента для основного нагревателя 167 соединен с токоведущей клеммой входной мощности, потребляемой от электрической сети. Второй конец каждого нагревательного компонента для основного нагревателя 167 имеет нейтральное подключение к электрической сети (N_m), которое является общим для всех нагревательных компонентов для основного нагревателя 167. Посредством выборочного включения отдельных нагревательных компонентов можно управлять количеством мощности, подаваемой на основной нагреватель 167 в целом. В качестве альтернативы, контроллер 165 может управлять количеством мощности, подаваемой на один или большее количество нагревательных компонентов, посредством сигналов управления, подаваемых на регулятор 201.

На фиг. 3В показана схема 303 проводки нагревателя для гибридного нагревателя 169. Для гибридного нагревателя 169 обеспечен один или большее количество нагревательных компонентов (305А, 305В и т.д.), например, нагревательные элементы. Нагревательные компоненты в этом примере являются резистивными нагревательными компонентами. Первый конец каждого нагревательного компонента для гибридного нагревателя 169 подключен к токоведущей клемме инвертора 175, который подключен к устройству 173 накопления энергии. Второй конец каждого нагревательного компонента (305А, 305В) имеет нейтральное подключение к гибридной электрической сети (N_H), которое является общим для всех нагревательных компонентов для гибридного нагревателя 169. Посредством выборочного включения отдельных нагревательных компонентов можно управлять количеством мощности, подаваемой на гибридный нагреватель 169 в целом.

Следовательно, можно видеть, что существуют два отдельных нагревательных контура для основного нагревателя 167 и гибридного нагревателя 169. Каждый из основного нагревателя и гибридного нагревателя имеет набор из одного или большего количества нагревательных элементов или компонентов. Каждый набор нагревательных элементов или компонентов выполнен с возможностью работы с использованием другого источника напряжения.

Согласно одному примеру основной нагреватель 167 может иметь максимальную номинальную мощность 1800 Вт, а гибридный нагреватель 169 может иметь максимальную номинальную мощность 600 Вт. В этом примере каждый из основного нагревателя и гибридного нагревателя может иметь один нагревательный элемент. В другом примере один или оба из основного нагревателя и гибридного нагревателя могут иметь более одного нагревательного элемента.

На фиг. 4 показан пример системы 401 накопления энергии для применения с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости.

Как упомянуто в данном документе, любые подходящие формы накопления энергии могут использоваться для формирования устройства 173 накопления энергии. В этом примере система 401 накопления энергии содержит устройство 173 накопления энергии, которое использует конденсаторы, поскольку они имеют более высокую скорость зарядки и разрядки по сравнению с аккумуляторной технологией.

Схема показана с блоком 403 конденсаторов, содержащим совокупность конденсаторов 405, расположенных параллельно, и управляющими переключателями (407А, 407В) для подачи дополнительного тока для гибридного нагревателя 169. Один или большее количество конденсаторов могут быть суперконденсаторами.

Первый переключатель 407А управляется контроллером 165 для зарядки блока конденсаторов. Второй переключатель 407B управляется контроллером, чтобы разрядить блок конденсаторов, то есть подать мощность на нагрузку (гибридный нагреватель 169). Переключатели (407A, 407B) управляются контроллером 165 с использованием операции «исключающего ИЛИ» (исключающее ИЛИ), чтобы гарантировать, что оба переключателя никогда не открываются или закрываются одновременно.

Следовательно, можно видеть, что контроллер выполнен с возможностью обеспечить возможность устройству накопления энергии заряжаться от мощности, потребляемой от электрической сети, во время первого режима работы. Кроме того, можно видеть, что контроллер выполнен с возможностью обеспечить возможность устройству накопления энергии подавать накопленную мощность на гибридный нагреватель во время второго режима работы. Гибридный нагреватель является одним из нескольких нагревательных компонентов в электрическом бытовом устройстве.

Кроме того, можно видеть, что во втором режиме контроллер также может быть выполнен с возможностью решать, превышает ли количество мощности, хранимой в устройстве накопления энергии, заданное пороговое значение, причем это заданное пороговое значение было сохранено, например, в заводских настройках. Если контроллер делает положительное решение, что количество мощности, хранимой в устройстве накопления энергии, выше заданного порогового значения, контроллер может обеспечить возможность устройству накопления энергии подавать накопленную мощность на гибридный нагреватель.

На фиг. 5 показано расположение схем проводки нагревателя и системы накопления энергии для применения с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости. Это расположение показывает, как основные нагревательные элементы 501 или компоненты чередуются с гибридными нагревательными элементами 503 или компонентами внутри основания 505 электрического бытового устройства.

На фиг. 6 показана схема 600 процесса для применения в электрическом бытовом устройстве.

Указанный процесс начинается на этапе 601. На этапе 603 контроллер первоначально проверяет, чтобы определить, снабжается ли электропитанием электрическое бытовое устройство с помощью источника мощности, потребляемой от электрической сети. Когда контроллер определяет, что электропитание подключено, впоследствии устройство накопления энергии заряжается на этапе 605.

Контроллер выполняет тест уровня заряда устройства накопления энергии на этапе 607, чтобы определить, находится ли уровень заряда устройства накопления энергии на или выше предварительно заданного порогового уровня заряда на этапе 607. Например, предварительно заданный пороговый уровень заряда может быть запрограммирован на 40% от максимального уровня заряда, обеспечивающего возможность использовать устройство накопления энергии, даже когда оно не полностью заряжено. Если контроллер определяет, что устройство накопления энергии находится ниже предварительно заданного порогового уровня заряда (например, ниже 40% от максимального уровня заряда), тогда контроллер управляет UI электрического бытового устройства, чтобы гарантировать, что имеется один режим нагрева воды или имеются ограниченное число режимов нагрева, доступные пользователю для выбора в UI на этапе 609. В этом примере на этапе 609 становится доступным один режим нагрева воды «Стандартное кипячение», причем этот режим описан ниже со ссылкой на фиг. 7C. Контроллер продолжает заряжать устройство накопления энергии на этапе 605, пока пользователь не выберет доступную опцию режима, используя UI.

Когда контроллер определяет из теста уровня заряда устройства накопления энергии, что уровень заряда устройства накопления энергии превышает 40% от максимального уровня заряда, контроллер управляет UI электрического бытового устройства, чтобы сделать доступными другие режимы нагрева воды для выбора пользователем в UI, как показано на этапе 611. Эти режимы нагрева включают «Стандартное кипячение», «Быстрое кипячение» и «Быстрое и точное кипячение», как описано ниже со ссылкой на фиг. 7А-7С. Понятно, что минимальный пороговый уровень заряда может быть больше или меньше 40%, например, 20%, 30%, 50%, 60%, 70% и т.д., а также любые значения между ними.

На этапе 613 пользователь выбирает опцию режима, используя UI. На этапе 615 контроллер запускает процесс проверки накипи, чтобы определить, следует ли очищать электрическое бытовое устройство для удаления излишков накипи. Если контроллер определяет наличие накипи, на UI отправляется управляющий сигнал, чтобы на этапе 617 указать на дисплее пользователю, что прибор следует очистить. Кроме того, электрическое бытовое устройство не запускает режим нагрева, выбранный пользователем на этапе 613, но вместо этого завершает процесс и переводит электрическое бытовое устройство обратно в режим ожидания, и процесс заканчивается на этапе 619. Проверка накипи выполняется контроллером после того, как пользователь выбрал опцию на этапе 613, потому что основной нагреватель должен быть нагрет, чтобы контроллер выполнил проверку накипи. Если на основном нагревателе имеется накипь, то эта накипь будет действовать как теплоизоляционное покрытие, и температура датчика с NTC для жидкости будет существенно отличаться от температуры датчика с NTC для поверхности нагревателя и, следовательно, может влиять на работу для выбранного режима нагрева.

Если контроллер определяет, что накипь отсутствует, электрическое бытовое устройство нагревает воду на этапе 621, используя режим, выбранный на этапе 613 (например, «Стандартное кипячение», «Быстрое кипячение» или «Быстрое и точное кипячение»), а затем, после завершения, переводит электрическое бытовое устройство обратно в режим ожидания, и процесс заканчивается на этапе 619.

На фиг. 7 показан профиль процесса нагрева, называемый «Быстрое кипячение», который управляется контроллером, когда пользователь выбирает этот режим работы на этапе 613 в процессе, показанном на фиг. 6. Этот процесс предоставляет пользователю возможность нагрева жидкости, который нагревает жидкость до желаемой температуры как можно быстрее.

Понятно, что желаемой температурой может быть одно значение температуры, запрограммированное в контроллере, например, значение, близкое к точке кипения или близкое к ней, например, 100 градусов Цельсия. Также следует понимать, что в качестве альтернативы желаемая температура может быть установлена пользователем с использованием UI электрического бытового устройства. В этой альтернативе желаемое значение температуры может, после выбора пользователем, быть сохранено в запоминающем устройстве для контроллера, чтобы считывать и использовать для определения того, была ли достигнута желаемая температура жидкости, на основе измеренной температуры воды.

Процесс на фиг. 7 описан со ссылкой на следующие этапы процесса. Каждый этап, описанный ниже, обозначен как число в кружке на фиг. 7.

ЭТАП 1. Контроллер для проверки начальных условий и целей тестирования подает заданный процент мощности на основной нагреватель 167 на уровне процента, намного меньшем, чем уровень, применяемый при нагреве жидкости. Например, мощность, подаваемая во время тестирования, может быть установлена на уровне 10% от максимальной мощности, используемой для нагрева жидкости с помощью электрического бытового устройства. Понятно, что могут использоваться другие более низкие или более высокие процентные значения, такие как 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 11% и т.д. Низкий уровень мощности, применяемый в течение этого испытательного периода, относится к заданному периоду времени, например, 5 секунд.

В промежутке от 0 секунд до 5 секунд контроллер проводит тест на предотвращение сухого кипячения на основе тока утечки E-fast в нагревательном узле, чтобы определить, используется ли прибор без достаточного количества помещенной в нем жидкости. Ток утечки обеспечивается для цифрового определения того, есть ли сухое кипячение или нет.

ЭТАП 2. По истечении 5 секунд, если доступен дополнительный датчик температуры с NTC для поверхности нагревателя, температура поверхности нагревателя определяется и используется вместо или в дополнение к току утечки E-fast, чтобы определить, происходит ли сухое кипячение. Если температура датчика с NTC для поверхности нагревателя составляет ΔT<130°C, то сухое кипячение не отмечается.

В одном варианте осуществления датчик с NTC для жидкости используется для обнаружения сухого кипячения, однако, поскольку существует задержка во времени для передачи тепла от нагревательного элемента к датчику с NTC для жидкости, то обнаружение и отметка сухого кипячения не так быстро и эффективно по сравнению с датчиком с NTC для нагревательной поверхности. Если температура датчика с NTC для жидкости возрастает при ΔT<100°C, (или альтернативное значение, запрограммированное во время изготовления или установленное пользователем), например, после 5-секундного периода нагрева, то определяется, что электрическое бытовое устройство не делает попытку «сухого кипячения». Если обнаружено сухое кипячение (см. ЭТАП 3), контроллер выключает электрическое бытовое устройство или переводит его в режим ожидания.

ЭТАП 3. После 5-секундной пробы вычисляется приблизительное количество жидкости в электрическом бытовом устройстве. Уравнение, используемое контроллером, имеет вид , где - градиент температуры (в данном примере небольшой градиент от комнатной температуры до температуры через 5 секунд), - масса воды, - постоянная, - поданная мощность к нагревательному элементу и - время, используемое для первоначального приложения мощности к основному нагревателю (в этом примере 5 секунд). Таким образом, переставив уравнение, может быть вычислена . Если определяется контроллером как ниже заданного порогового значения, то контроллер переключает электрическое бытовое устройство в режим ожидания и отображает предупреждающее сообщение в UI. В противном случае запускается этап 4, включая вычисления, приведенные ниже.

Контроллер рассчитывает повышение ΔT температуры, далее выводит приблизительное содержание воды в электрическом бытовом устройстве, а затем приблизительное время Tc для кипячения. Известна конечная желаемая температура, а также начальная комнатная температура и ΔT в течение 5-секундного периода. Таким образом, желаемая температура минус ΔT в течение 5-секундного периода, минус комнатная температура, дает ΔT для конечной температуры. Следовательно, уравнение может быть перестроено для вычисления времени для кипячения, в дополнение к обнаружению кипения датчиком с NTC для жидкости. Это обеспечивает дублирование в случае сбоя или неточности датчика с NTC.

ЭТАП 4. Если контроллер 165 определяет, что в электрическом бытовом устройстве достаточно жидкости, или, наоборот, определяет, что в электрическом бытовом устройстве недостаточно жидкости, контроллер переключает 100% доступной мощности, потребляемой от электрической сети, на основной нагреватель 167.

ЭТАП 5. Контроллер 165 переключает 100% доступной мощности в устройстве накопления энергии на гибридный нагреватель 169.

ЭТАП 6. Когда оба нагревателя (167, 169) работают, контроллер 165 непрерывно контролирует температуру датчика с NTC для жидкости, обеспечиваемую датчиком 157 температуры жидкости.

ЭТАП 7. Если контроллер определяет, что показание датчика с NTC для жидкости достигло заданной желаемой температуры, или определяет, что показание температуры датчика с NTC для жидкости не увеличилось в течение заданного периода времени, например, 5 секунд, контроллер 165 прекращает подачу мощности на оба нагревателя (167, 169). Проверка, чтобы определить, не повышалась ли температура в течение заданного периода времени, делается для того, чтобы определить, достигла ли температура жидкости насыщения, то есть достигла ли она пика, зависящего от жидкости и условий окружающей среды, и, таким образом, впоследствии остановить процесс нагрева. Например, на больших высотах температура воды может никогда не достигать 100 градусов Цельсию и может кипеть, например, при 98 градусах Цельсия.

Следовательно, контроллер управляет количеством мощности, потребляемой от электрической сети, и подаваемой в основной нагреватель, на основе определения того, достигла ли измеренная температура жидкости заданной пороговой температуры. Также, в качестве альтернативы, контроллер управляет количеством мощности, потребляемой от электрической сети, и подаваемой в основной нагреватель, на основе определения того, не была ли измеренная температура жидкости увеличена в течение заданного периода времени.

ЭТАП 8. После завершения этапа 7 контроллер отключает мощность, подаваемую на основной нагреватель и гибридный нагреватель.

На фиг. 8 показан профиль процесса нагрева, называемый «Быстрое и Точное кипячение», который используется контроллером, когда пользователь выбирает этот режим работы на этапе 613 в процессе, показанном на фиг. 6. Этот процесс является более точным при достижении желаемой (целевой) температуры, так как меньше мощности подводится ближе к желаемой температуре, и поэтому меньше вероятность превышения желаемой температуры во время процесса нагрева. Например, этот режим может быть желательным, когда пользователь хочет нагревать воду до температуры менее 100 градусов Цельсия.

В соответствии с этим процессом этапы 1-6, как описано выше со ссылкой на режим «Быстрого кипячения», описанный со ссылкой на фиг. 7, также выполняются контроллером в этом режиме «Быстрого и Точного кипячения».

Этапы 7 и 8 режима «Быстрого кипячения» заменяются следующими 3 этапами 7B, 8B и 9B и показаны на фиг. 8 в виде ссылок в кружках.

ЭТАП 7B. Уравнение используется для вычисления времени, чтобы продолжать подавать процент тепла от нагревательного элемента; . Где - конечная желаемая температура, - температура после этапа 3 (в этом примере 5 секунд), - начальная температура (температура окружающей среды/начальная температура), - потребляемая мощность в ваттах основного нагревателя, - потребляемая мощность в ваттах гибридного нагревателя, - вычисленное время для кипячения. .

ЭТАП 8B. Гибридный нагреватель отключается контроллером в момент времени (t) = . Понятно, что на этом этапе мощность основного нагревателя, которая подается, может составлять 100% доступной мощности или менее 100% доступной мощности, чтобы обеспечить точное достижение желаемой температуры. Количество мощности для основного нагревателя будет зависеть по меньшей мере от желаемой температуры и температуры, которую вода достигла, когда отключается гибридное питание.

ЭТАП 9B. Основной нагреватель отключается контроллером, когда достигается заданная температура с применяемым смещением. Смещение может, например, составлять 5 градусов Цельсия. Следует понимать, что значение смещения предварительно программируется в электрическом бытовом устройстве во время изготовления и что значение смещения может быть любым другим подходящим значением.

На фиг. 9 показан профиль процесса, называемый «Стандартное кипячение», который используется контроллером, когда пользователь выбирает этот режим работы на этапе 613 в процессе, показанном на фиг. 6.

Согласно этому процессу нагревается только основной нагреватель 167. Этапы 1-4, как описано выше со ссылкой на режим «Быстрого кипячения» выполняются контроллером в этом режиме «Стандартного кипячения».

Новые этапы 5C, 6C, 7C и 8C реализованы для замены этапов 5-8, описанных выше в отношении режима «Быстрого кипячения».

ЭТАП 5C. Контроллер 165 подает 100% мощности, потребляемой от электрической сети, на основной нагреватель, пока не будет достигнута заданная температура с примененным смещением. Смещение может, например, составлять 5 градусов Цельсия. Следует понимать, что значение смещения предварительно программируется в электрическом бытовом устройстве во время изготовления и что значение смещения может быть любым другим подходящим значением.

ЭТАП 6С. После этапа 5С контроллер 165 подает уменьшенное количество мощности на основной нагреватель. Например, 60% доступной мощности подается на основной нагреватель, чтобы обеспечить возможность нагревателю нагревать жидкость, чтобы она достигла заранее определенной (например, выбранной) температуры.

ЭТАП 7С. Если контроллер 165 определяет, что показание датчика с NTC для жидкости достигло заданной желаемой температуры, или определяет, что показание температуры датчика с NTC для жидкости не увеличилось в течение заданного периода времени, например, 5 секунд, контроллер 165 прекращает подачу мощности на основной нагреватель 167, 169.

ЭТАП 8C. Контроллер 165 прекращает подачу мощности на основной нагреватель.

С точки зрения приоритета операций для управления мощностью с помощью контроллера, следующая иерархия представлена в качестве одного примера. Функциональным приоритетом системы для определения того, каким образом мощность должна быть подана на нагреватели, может быть, например (в порядке наивысшего приоритета), i) определение сухого кипячения с использованием обнаружения сигнала E-fast, ii) определение, является ли устройство накопления энергии заряженным, iii) определение того, достигла ли измеренная температура поверхности нагревателя (датчиком с NTC для поверхности) пороговой температуры поверхности нагревателя, и iv) определение того, достигла ли измеренная температура жидкости (датчиком с NTC для жидкости) пороговой температуры жидкости.

С точки зрения управления условиями для зарядки или использования устройства накопления энергии с использованием контроллера, следующая иерархия представлена в качестве одного примера. Функциональный приоритет, который следует применить, например, (в порядке наивысшего приоритета в первую очередь) является: i) предотвращение перегрева путем измерения того, находится ли нагреватель в заданном температурном диапазоне с использованием измеренной температуры поверхности нагревателя (датчиком с NTC для поверхности), ii) предотвращение полной разрядки устройства накопления энергии путем прекращения подачи устройством накопления энергии мощности на гибридный нагреватель при обнаружении того, что уровень заряда ниже заданного порога разрядки, и iii) предотвращения излишней зарядки устройства накопления энергии путем прекращения зарядки устройства накопления энергии при обнаружении того, что уровень заряда достиг заданного максимального порога заряда.

Промышленная применимость

Описанные устройства применимы к отраслям с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости и, в частности, к отраслям, которые производят электрические бытовые устройства для нагрева жидкости для приготовления напитка.

Вышеизложенное описывает только некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и в него могут быть внесены модификации и/или изменения без отклонения от объема и сущности изобретения, причем варианты осуществления являются иллюстративными, а не ограничивающими.

В контексте данного описания слово «содержащий» означает «включающий в основном, но не обязательно исключительно» или «имеющий» или «включающий», а не «состоящий только из». Вариации слова «содержащий», такие как «содержит» и «содержать», имеют соответственно различные значения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим бытовым устройствам для нагрева жидкости. Технический результат заключается в уменьшении времени нагрева воды до желаемой температуры. Достигается тем, что электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости содержит: совокупность нагревательных компонентов для нагрева жидкости, снабжаемых электропитанием, используя мощность, потребляемую от электрической сети, систему управления мощностью, при этом система управления мощностью содержит: контроллер и устройство накопления энергии, при этом контроллер выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов, и дополнительно выполненный с возможностью управления количеством накопленной мощности от устройства накопления энергии, которая подается на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости для приготовления напитка, содержащее:

совокупность нагревательных компонентов для нагрева жидкости, причем по меньшей мере первый из совокупности нагревательных компонентов снабжается электропитанием, используя мощность, потребляемую от электрической сети,

систему управления мощностью, при этом система управления мощностью содержит:

контроллер, и

устройство накопления энергии,

при этом контроллер выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов, и дополнительно выполненный с возможностью управления количеством накопленной мощности от устройства накопления энергии, которая должна подаваться на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов,

при этом система управления мощностью или электрическое бытовое устройство также содержит регулятор мощности, причем регулятор мощности выполнен с возможностью регулирования того, сколько мощности подано на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

2. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости по п. 1, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью во время первого режима работы обеспечить возможность устройству накопления энергии заряжаться от мощности, потребляемой от электрической сети, и, во время второго режима работы, обеспечить возможность устройству накопления энергии подавать накопленную мощность на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

3. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости по п. 2, отличающееся тем, что во втором режиме контроллер дополнительно выполнен с возможностью определения, является ли количество мощности, сохраненной в устройстве накопления энергии, выше заданного порогового значения, и при положительном определении, обеспечение возможности устройству накопления энергии подавать накопленную мощность к по меньшей мере второму из совокупности нагревательных компонентов.

4. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости по п. 1, дополнительно содержащее инвертор, при этом инвертор выполнен с возможностью преобразования выходной мощности постоянного тока из устройства накопления энергии в выходную мощность переменного тока, а указанный регулятор мощности выполнен с возможностью регулирования того, сколько мощности из выходной мощности переменного тока подано на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

5. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости по п. 1, отличающееся тем, что электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости содержит два нагревательных компонента, при этом указанные два нагревательных компонента чередуются друг с другом.

6. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости по п. 1, отличающееся тем, что устройство накопления энергии содержит по меньшей мере одно из конденсатора, блока конденсаторов, суперконденсатора, блока суперконденсаторов или аккумулятора.

7. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости по п. 1, дополнительно содержащее датчик температуры жидкости, при этом датчик температуры жидкости выполнен с возможностью измерения температуры жидкости, нагреваемой с помощью электрического бытового устройства для нагрева жидкости, при этом контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления количеством мощности, подаваемой на по меньшей мере один из совокупности нагревательных компонентов, на основе измеренной температуры жидкости.

8. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости по п. 1, отличающееся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый нагревательный компонент, на основе температуры жидкости.

9. Электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости по п. 1, отличающееся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый нагревательный компонент на основе i) определения того, является ли измеренная температура жидкости достигшей заданный порог температуры, или ii) определения того, что измеренная температура жидкости не увеличилась в течение заданного периода времени.

10. Система управления мощностью для применения в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости для приготовления напитка, при этом электрическое бытовое устройство для нагрева жидкости содержит совокупность нагревательных компонентов для нагрева жидкости, причем система управления мощностью содержит:

контроллер и

устройство накопления энергии,

при этом контроллер выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов, и дополнительно выполненный с возможностью управления количеством мощности от устройства накопления энергии, которая подается на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов,

при этом система управления мощностью или электрическое бытовое устройство также содержит регулятор мощности, причем регулятор мощности выполнен с возможностью регулирования того, сколько мощности подано на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

11. Система управления мощностью по п. 10, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью во время первого режима работы обеспечить возможность устройству накопления энергии заряжаться от мощности, потребляемой от электрической сети, и, во время второго режима работы, обеспечить возможность устройству накопления энергии подавать накопленную мощность на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

12. Система управления мощностью по п. 11, отличающаяся тем, что во втором режиме контроллер дополнительно выполнен с возможностью определения, является ли количество мощности, сохраненной в устройстве накопления энергии, выше заданного порогового значения, и при положительном определении, обеспечение возможности устройству накопления энергии подавать накопленную мощность к по меньшей мере второму из совокупности нагревательных компонентов.

13. Система управления мощностью по п. 10, дополнительно содержащая инвертор, при этом инвертор выполнен с возможностью преобразования выходной мощности постоянного тока из устройства накопления энергии в выходную мощность переменного тока, а указанный регулятор мощности выполнен с возможностью регулирования того, сколько мощности из выходной мощности переменного тока подано на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

14. Система управления мощностью по п. 10, отличающаяся тем, что устройство накопления энергии содержит по меньшей мере одно из конденсатора, блока конденсаторов, суперконденсатора, блока суперконденсаторов или аккумулятора.

15. Система управления мощностью по п. 10, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый нагревательный компонент, на основе температуры жидкости в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости.

16. Система управления мощностью по п. 10, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый нагревательный компонент на основе i) определения того, является ли измеренная температура жидкости достигшей заданный порог температуры, или ii) определения того, что измеренная температура жидкости не увеличилась в течение заданного периода времени.

17. Способ управления подачей мощности в бытовое устройство для нагрева жидкости для приготовления напитка, включающий в себя этапы:

управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости, и

управления количеством накопленной мощности в устройстве накопления энергии, интегрированном с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости, подаваемой на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов, при этом также регулируют, сколько мощности подают на меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

18. Способ по п. 17, дополнительно включающий в себя этапы обеспечения возможности, во время первого режима работы, устройству накопления энергии заряжаться от мощности, потребляемой от электрической сети, и обеспечения возможности, во время второго режима работы, устройству накопления энергии подавать накопленную мощность на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

19. Способ по п. 17, дополнительно включающий в себя этапы определения во втором режиме, является ли количество мощности, сохраненной в устройстве накопления энергии, выше заданного порогового значения, и при положительном определении, обеспечения возможности устройству накопления энергии подавать накопленную мощность к по меньшей мере второму из совокупности нагревательных компонентов.

20. Способ по п. 17, дополнительно включающий в себя этапы преобразования выходной мощности постоянного тока из устройства накопления энергии в выходную мощность переменного тока, и регулирования того, сколько мощности из выходной мощности переменного тока подано на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

21. Способ по п. 17, дополнительно включающий в себя этапы измерения температуры жидкости, нагреваемой с помощью электрического бытового устройства для нагрева жидкости, и управления количеством мощности, подаваемой на по меньшей мере один из совокупности нагревательных компонентов, на основе измеренной температуры жидкости.

22. Способ по п. 17, дополнительно включающий в себя этап управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый нагревательный компонент, на основе температуры жидкости.

23. Способ по п. 17, дополнительно включающий в себя этап управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый нагревательный компонент на основе i) определения того, является ли измеренная температура жидкости достигшей заданный порог температуры, или ii) определения того, что измеренная температура жидкости не увеличилась в течение заданного периода времени.

24. Считываемый микроконтроллером носитель, содержащий записанную на нем программу, причем указанная программа выполнена таким образом, чтобы заставить микроконтроллер выполнить процедуру для управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый из совокупности нагревательных компонентов в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости, и управления количеством накопленной мощности в устройстве накопления энергии, интегрированном с электрическим бытовым устройством для нагрева жидкости, подаваемой на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов, причем регулятор мощности выполнен с возможностью регулирования того, сколько мощности подано на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

25. Считываемый микроконтроллером носитель по п. 24, отличающийся тем, что программа выполнена таким образом, чтобы заставить микроконтроллер выполнить процедуру, обеспечивающую возможность, во время первого режима работы, устройству накопления энергии заряжаться от мощности, потребляемой от электрической сети, и обеспечивающую возможность, во время второго режима работы, устройству накопления энергии подавать накопленную мощность на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

26. Считываемый микроконтроллером носитель по п. 24, отличающийся тем, что программа выполнена таким образом, чтобы заставить микроконтроллер выполнить процедуру, определяющую, во втором режиме, является ли количество мощности, сохраненной в устройстве накопления энергии, выше заданного порогового значения, и при положительном определении, обеспечивающую возможность устройству накопления энергии подавать накопленную мощность на по меньшей мере второй из совокупности нагревательных компонентов.

27. Считываемый микроконтроллером носитель по п. 24, отличающийся тем, что программа выполнена таким образом, чтобы заставить микроконтроллер выполнить процедуру для управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подводимой к первому нагревательному компоненту, на основе температуры жидкости в электрическом бытовом устройстве для нагрева жидкости.

28. Считываемый микроконтроллером носитель по п. 24, отличающийся тем, что программа выполнена таким образом, чтобы заставить микроконтроллер выполнить процедуру для управления количеством мощности, потребляемой от электрической сети, подаваемой на первый нагревательный компонент на основе i) определения того, является ли измеренная температура жидкости достигшей заданный порог температуры, или ii) определения того, что измеренная температура жидкости не увеличилась в течение заданного периода времени.