一种饮用水设备的多级加热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种饮用水设备的多级加热系统及方法，系统包括：一级加热子系统，用于将源水加热至一级温度；二级加热子系统，用于根据出水温度需求将一级温度的水加热至二级温度；出水即热加热子系统，用于根据出水温度需求，将二级温度的水加热至所需出水温度；智能控制子系统，用于协调控制一级加热子系统、二级加热子系统以及出水即热加热子系统之间的工作。本发明专利技术提供的多级加热系统及方法使得饮用水设备的整机加热功率降低、能耗交底、在低温下出水量依然正常且出水口水温变化小，能够广泛适用于各种饮用水设备，如净水器、饮水器等设备；且能够广泛应用于各种场景，包括校园饮水场景、政府饮水场景以及商务办公饮水场景等。等。等。

【技术实现步骤摘要】
一种饮用水设备的多级加热系统及方法


[0001]本专利技术属于饮用水加热
，具体涉及一种饮用水设备的多级加热系统及方法。

技术介绍

[0002]现有带有加热功能的饮用水设备包括净水器和饮水器，其加热方式有：
[0003](1)使用一级储热式加热，直接将源水加热至指定温度，这种方法的缺点是加热效率比较低，因为需要加热的水较多，且出口温度变化较大，水温不合适，会增加整机的能耗。
[0004](2)使用一级即热式加热，即热式加热在不使用热水的时候处于关闭状态，能耗较低，但在开启加热时瞬间功率较大，且大量热水器同时使用时，会对供电网络造成负担。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的饮用水设备的多级加热系统及方法解决了现有的饮用水加热过程中设备能耗高、低温下出水量降低以及出水口温度变化大的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种饮用水设备的多级加热系统，包括：
[0007]一级加热子系统，用于将源水加热至一级温度；
[0008]二级加热子系统，用于根据出水温度需求将一级温度的水加热至二级温度；
[0009]出水即热加热子系统，用于根据出水温度需求，将二级温度的水加热至所需出水温度；
[0010]智能控制子系统，用于协调控制一级加热子系统、二级加热子系统以及出水即热加热子系统之间的工作。
[0011]进一步地，所述智能控制子系统控制一级加热子系统、二级加热子系统以及出水即热加热子系统工作的优先级顺序为：二级加热子系统、出水即热加热子系统以及一级加热子系统。
[0012]进一步地，所述智能控制子系统控制一级加热子系统、二级加热子系统以及出水即热加热子系统不同时开启。
[0013]进一步地，所述智能控制子系统通过物联网平台与客户端连接，所述客户端配置有与饮用水设备关联的应用程序，用于设定出水温度及目标温度差。
[0014]一种多级加热方法，包括以下步骤：
[0015]S1、温度设定：在与饮用水设备关联的应用程序中设定出水温度及二级目标温度差；
[0016]S2、温度及功率计算：根据设定的出水温度及目标温度差依次计算二级加热、出水即热加热以及一级加热时的目标温度和加热功率；
[0017]S3、多级加热：根据出水触发情况及加热功率对饮用水进行多级加热。
[0018]进一步地，所述步骤S2中，二级加热时的目标温度为设定出水温度与二级目标温度差值的差值，二级目标温度差值根据饮用水设备的出水管道长度及散热效率确定；
[0019]出水即热加热时的目标温度为设定的出水温度；
[0020]一级加热时的目标温度为20度。
[0021]进一步地，二级加热、出水即热加热以及一级加热时的加热功率通过比例控制、积分控制以及微分控制确定，得到加热功率的输出控制信号，即调节系数OUT为：
[0022][0023]式中，K
p
为功率调节的比例控制系数，E
k
为时刻k环境温度与目标温度的差值，K
i
为功率调节的积分控制系数，K
d
为功率调节的差分控制系数，下标k为时刻序数，out0为常数；
[0024]进一步地，所述比例控制的方法为：
[0025]A1、确定E
k
＝S
v
‑
X
k
的取值，S
v
为当前加热阶段的目标温度，X
k
为当前时刻k的环境温度；
[0026]其中，当前加热阶段为二级加热、一级加热或出水即热加热；
[0027]A2、确定E
k
的取值范围；
[0028]当E
k
>0时，当前环境温度未达到目标温度；
[0029]当E
k
＝0时，当前环境温度达到目标温度；
[0030]当E
k
<0时，当前环境温度已超过目标温度；
[0031]A3、根据E
k
的取值确定比例控制的功率P
out
；
[0032]P
out
＝K
p
(S
v
‑
X
k
)+out0＝K
p
+E
k
+out0[0033]当E
k
>0时，提高P
out
进而增加调节系数OUT以提高饮用水设备中的电热丝输出功率，当E
k
<0时，降低P
out
进而减少调节系数OUT以降低饮用水设备中的电热丝输出功率；
[0034]所述积分控制的方法具体为：
[0035]B1、确定S
E
＝E1+E2+E3+...+E
k
‑1+E
k+1
的取值，S
E
为历史环境温度与当前加热阶段的目标温度的差值的累加值；
[0036]B2、确定S
E
的取值范围；
[0037]当S
E
>0时，历史环境温度存在未目标温度的数据或从未达到当前加热阶段的目标温度；
[0038]当S
E
＝0时，积分控制效果理想；
[0039]当S
E
<0时，历史环境温度大多数超过目标温度或一直超过目标温度；
[0040]B3、根据S
E
的取值确定积分控制的功率I
out
；
[0041][0042]式中，T为采样时间，T
i
为积分时间，其影响功率I
out
的大小；
[0043]所述微分控制的方法具体为：
[0044]C1、确定D
k
＝E
k
‑
E
k+1
的取值，D
k
为k时刻E
k
与k
‑
1时刻E
k+1
的差值；
[0045]C2、确定D
k
的取值范围；
[0046]当D
k
>0时，E
k
有增大趋势；
[0047]当D
k
＝0时，E
k
趋势平稳；
[0048]当D
k
<0时，E
k
有减小趋势；
[0049]C3、根据D
k
取值确定微分控制的功率D
out
；
[0050][0051]式中，T'为采样时间，T
d
为微分时间，微分时间T
d
越大作用越强，即抑制效果越明显。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种饮用水设备的多级加热系统，其特征在于，包括：一级加热子系统，用于将源水加热至一级温度；二级加热子系统，用于根据出水温度需求将一级温度的水加热至二级温度；出水即热加热子系统，用于根据出水温度需求，将二级温度的水加热至所需出水温度；智能控制子系统，用于协调控制一级加热子系统、二级加热子系统以及出水即热加热子系统之间的工作。2.根据权利要求1所述的饮用水设备的多级加热系统，其特征在于，所述智能控制子系统控制一级加热子系统、二级加热子系统以及出水即热加热子系统工作的优先级顺序为：二级加热子系统、出水即热加热子系统以及一级加热子系统。3.根据权利要求1所述的饮用水设备的多级加热系统，其特征在于，所述智能控制子系统控制一级加热子系统、二级加热子系统以及出水即热加热子系统不同时开启。4.根据权利要求1所述的饮用水设备的多级加热系统，其特征在于，所述智能控制子系统通过物联网平台与客户端连接，所述客户端配置有与饮用水设备关联的应用程序，用于设定出水温度及目标温度差。5.一种基于权利要求1～4任一权利要求所述的饮用水设备的多级加热系统的多级加热方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、温度设定：在与饮用水设备关联的应用程序中设定出水温度及二级目标温度差；S2、温度及功率计算：根据设定的出水温度及目标温度差依次计算二级加热、出水即热加热以及一级加热时的目标温度和加热功率；S3、多级加热：根据出水触发情况及加热功率对饮用水进行多级加热。6.根据权利要求5所述的多级加热方法，其特征在于，所述步骤S2中，二级加热时的目标温度为设定出水温度与二级目标温度差值的差值，二级目标温度差值根据饮用水设备的出水管道长度及散热效率确定；出水即热加热时的目标温度为设定的出水温度；一级加热时的目标温度为20度。7.根据权利要求6所述的多级加热方法，其特征在于，二级加热、出水即热加热以及一级加热时的加热功率通过比例控制、积分控制以及微分控制确定，得到加热功率的输出控制信号，即调节系数OUT为：式中，K
p
为功率调节的比例控制系数，E
k
为时刻k环境温度与目标温度的差值，K
i
为功率调节的积分控制系数，K
d
为功率调节的差分控制系数，下标k为时刻序数，out0为常数。8.根据权利要求7所述的多级加热方法，其特征在于，所述比例控制的方法为：A1、确定E
k
＝S
v
‑
X
k
的取值，S
v
为当前加热阶段的目标温度，X
k
为当前时刻k的环境温度；其中，当前加热阶段为二级加热、一级加热或出水即热加热；A2、确定E
k
的取值范围；当E
k
>0时，当前环境温度未达到目标温度；当E
k
＝0时，当前环境温度达到目标温度；当E
k
<0时，当前环境温度已超过目标温度；
A3、根据E
k
的取值确定比例控制的功率P
out
；P
out
＝K
p
(S
v
‑
X
k
)+out0＝K
p
+E
k
+out0当E
k
>0时，提...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈耿，刘洋，杨智程，何东海，赵雷，
申请(专利权)人：湖南清渟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：