一种快速水加热装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水加热装置，尤其涉及一种快速水加热装置，适用于高端智能坐便器、快速加热型小厨宝以及淋浴器等即时水加热装置。
【背景技术】
[0002]随着科技发展和生活水平的提高，快速加热型小厨宝、淋浴器及智能温水坐便器开始逐步进入国内普通家庭。在快速水加热装置导入应用前，传统的水加热方式为水箱储热加热方式。其典型结构一般包括:一个很大的储热水箱I (容量通常大于600ml)，一个水箱中的加热元件2，水箱底部有进水口 3，水箱上方有出水口 4，出水口 4有水位开关5和出水温度传感器6，如图1所示。其工作原理为，先打开进水口 3，将冷水注入储热水箱1，水位开关5指示水满后停止注水。然后加热元件2对水箱中的冷水加热，待水温到达设置温度后停止加热。当储热水箱I中的水冷却时，再次开启加热，水温到达设定温度时再次关闭加热，如此循环往复。当需要使用热水时，开启进水管，向水箱中注入冷水，冷水把水箱中热水向上从出水口推出，用户在短时间(10?60秒)内在出水口得到温度相对稳定的热水。
[0003]市场上典型的快速水加热装置一般包括:一个加热水箱壳体100 (容量通常小于30ml)，水箱有一个进水口 101和一个出水口 102 ;—个或多个加热元件200，发热功率通常大于1000W，一个串联在水路中的流量计300，一个串联在进水水路中的进水温度传感器400，一个安装在加热水箱100后的出水温度传感器500，一个串联在500后的缓冲水箱600 ;一个装在缓冲水箱600上或后面的第二出水温度传感器601，一套单回路加热的控制板，如图2所示。其工作原理为:需要热水时，冷水从进水口 301流经流量计300，进入加热水箱100，水流从加热元件表面流过，在这过程中加热元件对水流即时加热，加热过的水从出水口流出。其中加热元件的输出功率由控制驱动电路板根据流量计、进水温度传感器、出水温度传感器的信号以及设定的目标温度，计算得出；并随时根据流量、温度信号的变化调整加热元件功率，使出水温度快速响应流量、温度的变化，并控制在一定的精度范围内。
[0004]快速水加热装置由于只在使用时才加热，不需要热水时不对水箱中的水加热保温，因而更节能；由于没有适合细菌滋生的储热水箱，因而更卫生；由于能长时间持续提供稳定的温水，因而冲洗更舒适；由于占用体积远小于储热水箱，因而终端产品的结构可以更紧凑，更小巧更美观。鉴于这多方面的优势，快速水加热装置是所有含水加热功能的产品的发展方向和核心部件。
[0005]在现有的快速水加热装置控制技术中，流量计是必不可少的元件。快速水加热装置是对流过加热元件的水流进行实时加热；加热元件的功率很大；加热元件及加热腔体对热量的传导有滞后性；温度传感器的温度信号也有滞后，往往不能及时反应温度的快速变化(坐便器中常用的快速响应温度传感器一般需要3?5秒后才能感知温度变化的63% )。在应用中，流量、进水温度，及两个出水温度的信号稍有变化，就必须对加热功率作出及时的、乃至前瞻性的调整，确保出水温度在可接受的范围内。否则水温会失控，过冷或过热的水流接触人体后，会导致用户的不舒服，甚至引起惊吓、烫伤事件(日本新闻曾报道某著名智能坐便器品牌发生水流烫伤用户下体，住院治疗几周的事件)。
[0006]在这样的快速水加热装置中，其进水流量还会因为水源压力的变动而突变，如果没有快速反应的流量计和性能可靠的控制软件，出水温度将失去控制。例如，当装置的流量在700ml/min，进水温度为5°C，出水温度已稳定控制在40°C时；用户的邻居突然打开了一个大流量的水阀，导致附近管路的动压短暂下降，从而使装置的流量在0.5秒内从700ml/min下降到300ml/min。这时由于进水口的水温没有发生变化，水箱中的水温虽已开始升高，但温度升高的水还没流到出水口，出水口的温度传感器信号也还没有发生变化(即使出水温度发生了微弱变化，温度传感器也要在数秒后才能感知63 %的温度上升)，控制电路板不会对发热功率做出调整，因而加热元件还在以原先的功率加热，下一秒钟出水口温度将飙升到70°C以上。由此可见，为了保持出水温度的精准，一个反应及时，信号质量稳定，结构可靠的流量计在传统的快速水加热装置中是一个必不可少的部件。
[0007]此外，在现有的快速水加热装置控制技术中，进水温度传感器是必不可少的元件。智能坐便器行业对水加热的出水温度有时间响应的要求，要求用户进行相关操作后，8秒左右就能出水，同时水流的水温已到达用户的设定温度。相应的水加热装置必须在8秒以内将进水温加热到设定温度，并保持稳定。为了快速达到设定的水温，必须在刚开始加热时就选择一个合适的加热功率，这个功率需要由进水温度，流量，出水温度、目标温度决定。因此，进水温度传感器是使出水温度在短时间内到达设定值的重要保障，必不可少。
[0008]在现有的快速水加热装置控制技术中，加热水箱100后的缓冲水箱600或缓冲水路是提升性能的优化选择。由于温度传感器相对于加热系统的大滞后性，出水传感器500总是要在水温平稳后数秒才能感知到真实的水温，无法准确感知短时间内快速变化的出水温度。从而导致控制滞后，出水温度上下震荡，超出用户能接受的变化范围。因此在传统的设计中，在加热水箱后放置一个缓冲水箱或缓冲水路，对震荡的水温做温度缓冲处理也是必须的。
[0009]在现有的快速水加热装置控制技术中，装在缓冲水箱600中或之后的第二出水温度传感器601也是提升性能的优化选择。从微观上看，一股大的水流总是由多股不同流速、不同粗细，不同温度的细小水流和紊流组成。一般而言，安装在水道中的温度传感器由于只能接触到部分小水流，因此对应的传感器温度信号只能反应部分小水流的平均温度，并不能真实地反应快速流动的整体水流的实时温度。
[0010]在传统的设计中，由于温度传感器本身有尺寸公差，在安装时还有安装误差，不同的温度传感器个体之间不可避免地存在信号误差；同时，由于传统设计中，温度传感器感应点周围的空间结构不是对称设计的，感应点周围各个方向的水流粗细、速度都是不同的，温度信号反应的是传感器杆体传递的外部环境温度和内部水流温度的总和，因而在不同的流速、水温、环境温度下，感应到的水温度可能会比实际水温偏高或偏低。相对而言，加热器后的缓冲水箱600有比较大的容量，水在其中的流速较慢，温度传感器的感应点周围上下左右前后各个方向的水温是基本相同的，周围水温不会快速变化；传感器的杆体也可充分浸泡在水箱中，减小了外界温度的影响；从而感应到的温度比较真实。因此，在典型的设计中，常在缓冲水箱中或缓冲水路中增加一个温度传感器，用来校正出水温度的偏差。
[0011]综上所述，传统的快速水加热装置是一个传感器众多，结构复杂，温度控制精度高，反应快速的装置。它对零部件的质量要求高，尺寸公差要求高，生产过程中对安装的工艺要求高，对软件的算法要求高；装置的可靠性，一致性比较难控制，任何零件、安装的误差都可能导致整个装置的质量问题。
[0012]由于国内厂商起步较晚，对技术不够重视，研发投入有限，目前都没能完全掌握此核心技术。国内大部分产品还是水箱储热式加热方式，高端的快速水加热装置的技术主要垄断在在以松下、东陶为代表的少数外资高端品牌手中，少数国产高端产品直接采用了韩国厂商提供的快速水加热装置。这种状况严重阻碍了国产高端水加热产品的技术升级和市场普及。
[0013]现有快速水加热装置及其控制方法的缺点如下:
[0014]1、装置上的传感器多，装置整体的可靠性差
[0015]由于使用了 I个流量计和3个温度传感器，每一个零件都有其自身的信号误差，安装误差，尺寸公差，导致装置的累计公差大，信号的不确定因素多，软件控制算法复杂，从而影响装置的整体可靠性。同时从使用行业使用经验看，频繁地因为流量计堵转、破损，温度传感器偏差失效等器件问题导致快速水加热装置无法正常工作。从某外资高端智能坐便器品牌的售后投诉看，因水加热装置故障产生的用户投诉占到了总投诉的30%以上。
[0016]2、出水温度精度差
[0017]由于温度传感器本身有土1°C左右的信号误差，传统设计还有安装误差、流量变化、外界环境热传递等因素带来的误差影响；因此，虽然某些高端品牌的产品能在流量平稳时，将一段时间内的出水温度的波动控制在±0.5°C以内，但其出水的绝对温度值还是很难控制在设定值的±2°C内。即在设置了同样设定温度，工作在不同流量、环境温度下的两个产品，最终的出水温度差异可能达到4°C甚至以上。为了消除这种温度不准的不良影响，现有智能坐便器产品一般不告知用户当前的出水温度是多少，而是设计了一个可以调节温度的人机界面，让用户在对水温不满意时，可以自主地选择低档温度、中档温度、高档温度，从而避免用户质疑与投诉。
[0018]3、结构复杂