一种快速水加热装置及其控制方法_2

文档序号:8455792阅读:来源:国知局
度传感器的头部感应点及杆体位于整流腔中,所述出水温度传感器和加热元件之间的距离为I?15_。
[0024]上述的快速水加热装置,其中,所述整流腔包括三段腔体,两段相互大致垂直的第二腔体流道管路和第三腔体流道管路,所述出水温度传感器的头部感应点及杆体沿第二腔体流道管路的延伸方向设置且大致位于第二腔体流道管路的中央位置。
[0025]上述的快速水加热装置,其中,所述第一腔体流道管路的内径为杆体外径的0.8?3倍,第二腔体流道管路的内径为杆体外径的1.3?3倍,所述第一腔体流道管路的长度至少为0.2mm。
[0026]上述的快速水加热装置,其中,所述加热元件为加热管,所述加热管和水箱壳体之间设有圆筒形的导流体,所述导流体上设有沿水流方向螺旋向前的两条凸筋,所述两条螺旋向前的凸筋之间形成导流槽。
[0027]上述的快速水加热装置,其中,所述导流体由上半导流体和下半导流体拼接而成,所述凸筋与加热管外表面之间的间隙为0.1?0.8mm ;所述导流体内壁与凸筋顶端的距离为1.0?4_ ;所述凸筋顶端剖面大致呈梯形状。
[0028]上述的快速水加热装置,其中,所述加热控制板为至少具有两个可控硅的多回路加热控制板,所述可控硅固定在散热铜板的受热端,所述散热铜板的散热端伸入到水流中。
[0029]上述的快速水加热装置,其中,所述加热元件为双组加热丝陶瓷加热管,所述加热控制板为双回路加热控制板,所述加热管有A、B、C三个电极,其中C为公共端接控制板零线,A和B分别接加热控制板的两个控制回路。
[0030]上述的快速水加热装置,其中,所述散热铜板上靠近散热端处还设有温度熔断器和/或温控器。
[0031]上述的快速水加热装置,其中,所述温度熔断器外包裹有绝缘套管,所述绝缘套管外包裹有导热的金属箔,所述金属箔外设有外盖,所述金属箔和外盖之间设有防止散热的绝热填充物。
[0032]上述的快速水加热装置,其中,所述散热铜板中间设有用于安装温控器的圆形凹坑,所述圆形凹坑底部开设有散热凹槽,所述上半导流体上设有与散热凹槽相匹配的散热窗P。
[0033]上述的快速水加热装置,其中,所述进水口和加热管的进水端之间设有密封管密封,所述密封管的外壁上至少设有一条径向封闭的凸筋,所述密封管的进水部还设有向内翻折的包边。
[0034]本发明为解决上述技术问题还提供一种快速水加热装置的控制方法,包括如下步骤:a)获取出水温度和进水温度;b)根据出水温度和进水温度估算流量;c)利用进水温度、流量和出水温度调节加热元件的加热功率。
[0035]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,所述步骤a)中的进水温度根据出水温度估算得到,估算过程如下:关闭加热元件,让冷水流过所述快速水加热装置;经过一段时间后,所述出水温度传感器测量到的温度即为进水温度,并在整个加热过程中不再检测进水温度,默认进水温度维持不变。
[0036]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,所述进水温度和出水温度可以根据温度信号变化率的不同分段进行修正;温度修正过程如下:Tt’ = Vk^(Tt-Tw), Tt、Tt_$t时刻、t-1时刻的实测水温或估算水温,T/为t时刻的修正水温,k为温度修正系数;当温度信号变化率小于预设阀值时,采用t-2时刻的温度值对t时刻的温度进行修正,T/ =Tt+k/2*(Tt-Tt_2)。
[0037]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,所述温度修正系数k的取值范围通过如下方式获得:将初始温度为Ttl的温度传感器快速投入到温度为Ttarget的水中;采样获得实际温度变化曲线T ;在曲线T上的每个采样点,计算温度信号变化率ΔΤ = 1\-1\_1:当温度信号变化率Δ T的绝对值在25?3.2°C /秒时:Tt’ = Ve^(Tt-Tw);当温度信号变化率Δ T的绝对值在1.60C /秒?3.20C /秒范围内时:Tt’ = Tt+5* (Tt-Tw);当温度信号变化率 Δ T 的绝对值 < =1.60C / 秒时:Tt’ = Tt+1.5*(Tt-Tt_2) ο
[0038]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,所述步骤b)中的平均流量V = P/(4.2*(Tout,-Tin’ )),即时流量 Vt= (Kv*P ^+Wt)/((Kv+1)*4.2*(Tout’ -Tin’ )) ;P 为加热元件(200)的平均功率,Tout’为修正后的出水温度,Tin’为修正后的进水温度,Kv为系统热传递常数,Pt-1表示t-Ι时刻的名义功率,Wt表示t时刻的发热功率。
[0039]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,所述水箱壳体的容量为6?30ml,所述出水口的流量为200ml?1000ml,所述加热元件的加热功率为600W?2200W,加热元件的有效加热表面积为16?30平方厘米,Kv取值范围为2?200。
[0040]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,所述步骤c)中的t时刻的加热功率Wt计算如下:Wt= W H+Kw=^Vt* (目标温度_出水温度Tout’ );
[0041]刚开始加热时的功率W。= K Q*VQ* (目标温度-进水温度Tin’);
[0042]系数Kw= 4.2焦耳/(毫升*°C ),Wh为t-Ι时刻的加热输出功率,单位为焦耳/秒,Vt为t时刻的流量,单位为毫升/秒,Tout’为修正后的出水温度,Tin’为修正后的进水温度,单位为°〇。
[0043]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,刚开始加热时的功率Wtl由以下方法计算得到:WQ= KQ*VQ*(目标温度-出水温度Tin’ );其中系数K。的范围为0.6?3。
[0044]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,刚开始加热时的流量Vtl由以下方法查询得到:先不开启加热,让水流经装置,等出水温度传感器上的信号稳定后,此时检测到的水温即为进水温度Tin,将进水温度Tin修正为Tin’ ;再开启加热,加热元件发出固定热量Q ;经过一段时间后,在h时刻测量温升AT,根据已有的时刻-温升-流量三维表获取此时的流量。
[0045]上述的快速水加热装置的控制方法,其中,所述时刻-温升-流量三维表由以下实验方法得到:在加热前,先将流入装置的水流调节在一个固定的流量值V1,待出水温度传感器上的信号稳定后,记录此时水温Ttl;然后开启加热,加热元件发出固定热量Q后停止加热海隔一段时间检测一次水温…,计算不同时刻的温升AT1= T「TQ,AT2 =T2-T0,…,得到流速为VJt的时间-温升表;
[0046]再将水流调节到另一个固定的流量值V2,重复以上方法,得到流速为V2时的时间-温升表;重复以上测试步骤,可得到在不同流量下的时刻-温升表。
[0047]本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明提供的快速水加热装置及其控制方法,通过在水箱壳体上靠近出水口处设置整流腔,并控制出水温度传感器的安装位置,从而省去进水温度传感器和流量计,大大简化快速水加热装置结构,并可准确地利用出水温度传感器估算进水温度传感器和流量计,提高温度控制精度和反应速度,性能稳定可靠,使用寿命长,且兼容性更好。本发明增加了导流装置,避免了水垢的快速形成,避免了气泡在加热装置中的吸附,延长了装置的使用寿命。此外,本发明还通过改进了温度保护装置的反应速度,使装置具有更高的安全性能。
【附图说明】
[0048]图1为现有储热水箱结构不意图;
[0049]图2为现有快速水加热装置结构示意图;
[0050]图3为本发明快速水加热装置结构示意图;
[0051]图4为本发明快速水加热装置的分解结构示意图;
[0052]图5为温度传感器的头部感应点处于水路中央时的水流示意图;
[0053]图6为温度传感器的头部感应点处于靠近管路下方水路内壁时的水流示意图;
[0054]图7为本发明快速水加热装置的一种整流腔结构示意图;
[0055]图8为本发明快速水加热装置的其他形式的整流腔结构示意图;
[0056]图9为本发明快速水加热装置内的导流体结构及水流动方向示意图;
[0057]图10为本发明快速水加热装置的水路管道剖面结构示意图;
[0058]图11为本发明快速水加热装置的出水后剖面结构示意图;
[0059]图12为本发明快速水加热装置的管状加热元件及导流筒剖面结构示意图;
[0060]图13为本发明快速水加热装置的散热铜板结构示意图;
[0061]图14为本发明快速水加热装置的散热效果示意图;
[0062]图15为本发明快速水加热装置的导流体结构示意图;
[0063]图16为本发明快速水加热装置的可控硅和散热板的连接示意图;
[0064]图17本发明快速水加热装置的热熔断器的安装结构;
[0065]图18为本发明的简化温度变化曲线拟合示意图;
[0066]图19为本发明得到的在不同流量下的时刻-温升曲线;
[0067]图20为现有的带流量计的快速水加热装置的出水温度响应曲线;
[0068]图21为本发明的快速水加热装置的出水温度响应曲线。
[0069]图中:
[0070]I储热水箱2加热元件3进水口
[0071]4出水口5水位开关6出水温度传感器
[0072]100水箱壳体101 进水口102 出水口
[0073]105凸起120端盖130导流体
[0074]131上半导流体132下半导流体133凸筋
[0075]134、135散热窗口136水流出口137水垢
[0076]138导流槽200加热元件201密封管
[0077]202密封圈203加热管进水口204法兰
[0078]205加热管出水口300流量计400进水温度传感器
[0079]500出水温度传感器501头部感应点502紊流
[0080]503杆体600缓冲水箱601第二出水温度传感器
[0081]700加热控制板701、702可控硅703、704螺钉
[0082]800整流腔801第一腔体流道管路
[0083]802第二腔体流道管路900散热铜板901温度熔断器
[0084]902绝缘套管903金属箔904外盖
[0085]905绝缘填充物907自攻螺钉908散热端
[0086]909受热端910温控器911圆形凹坑
[0087
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