TWI526658B - 可瞬熱供水之貯熱型電熱水器及其控制方法 - Google Patents

Description

可瞬熱供水之貯熱型電熱水器及其控制方法

本案是有關於一種電熱水器，且特別是有關於一種可瞬熱供水之貯熱型電熱水器及其控制方法。

傳統的貯熱型電熱水器採用溢滿式設計，入水口在儲水桶的底部，而出水口在儲水桶的上方。在使用前，需等冷水充滿整個儲水桶後，加熱器完全沈浸於流體之中才能通電加熱。待整個儲水桶的溫度到達設定溫度之後，方能開始使用熱水，因而當用水量大時，常常要等待長時間的注水及加熱，才能再度使用熱水，使用上有所不便。此外，傳統瞬熱式電熱水器雖然有瞬間供應熱水的功能，但在使用上需要較大之功率加熱冷水，在電器使用上比較有安全上的顧慮，且出水量較小，使用較為不便。因此，如何兼顧貯熱型電熱水器的貯熱功能以及瞬熱式電熱水器的瞬熱供水的功能，有待進一步研發。

我國專利公告第I307394號，其揭露一種「複合式電熱水器」，此專利以水溫感測器感應儲水槽中的水溫，並配合揚水泵浦與三通閥的使用，使儲水槽內預先儲存溫度約為30-40℃的溫水，於使用時利用揚水泵浦將溫水抽到加熱器加熱後，再送到出水管而出水，以減少加熱等待時間。然而，揚水泵浦為動件，組裝不易且容易故障而導致系統失效。此外，當槽內儲水與外部進水同時進行時，如果桶內水溫尚未預熱至30-40℃，因加熱器能力不足將導致出水溫度低，無法馬上使用熱水，失去瞬熱之功能。

我國專利公告I308206號，其揭露一種「具貯熱與瞬熱之電熱水器結構」。此專利利用間隔板阻隔冷熱流體自然對流的特性，區分出高溫熱水區與低溫進水區，使電熱水器在使用熱水量大時，可以保持瞬熱之特性，讓水溫不會迅速下降，以迅速提供熱水。然而，格板間尚有連通孔相通，根據連通管原理，冷熱水易產生混合現象，將無法有效將冷水與熱水區隔；再者，出口水的位置採用高水位設計，使得電熱水器在低水位時必須等儲水槽內充滿流體才能出水，故加熱等待時間較長。此外，格板加工成本高，不利於產品的產銷。

本案係有關於一種可瞬熱供水之貯熱型電熱水器及其控制方法，兼具貯熱功能以及瞬熱供水的功能。

根據本案之一方面，提出一種可瞬熱供水之貯熱型電熱水器。電熱水器包括一貯熱筒、一第一液位感測器、一加熱器、一功率控制器以及一進水閥。貯熱筒用以儲水，貯熱筒具有一入水口以及一出水口。第一液位感測器配置於貯熱筒中。貯熱筒之出水口位於入水口與第一液位感測器之間，且第一液位感測器相對於入水口具有一第一高度。加熱器配置於貯熱筒中。加熱器相對於入水口具有一第二高度，第二高度小於第一高度。功率控制器用以控制加熱器以一第一功率或一第二功率發熱，第一功率大於第二功率。進水閥以一管線連接至入水口。當貯熱筒內的水位高度相對於入水口低於第一高度且高於第二高度時，控制加熱器以第一功率發熱，當貯熱筒內的水位高度相對於入水口高於第一高度時，控制加熱器以第二功率發熱。

根據本案之另一方面，提出一種可瞬熱供水之貯熱型電熱水器的控制方法。電熱水器具有一瞬熱供水模式以及一貯熱模式。控制方法包括下列步驟。偵測貯熱型電熱水器內水位高度之變化，當水位高度低於瞬熱供水模式所設定之一第一高度時，控制一加熱器以一第一功率發熱。當水位高度上升至高於貯熱模式所設定之一第二高度時，控制加熱器以一第二功率發熱，第二功率小於第一功率。

為了對本案之上述及其他方面有更多的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本實施例之可瞬熱供水之貯熱型電熱水器及其控制方法，係利用不同安裝高度之液位感測器來偵測水位高度之變化，當水位高度低於瞬熱供水模式所設定之一高度時，控制加熱器以高功率發熱(例如提供較大的電流加熱)，以使出水口的水溫快速上升並可持續地供應熱水，使得貯熱型電熱水器具有瞬間供應熱水的功能。此外，當出水口不需馬上供應熱水，且水位高度上升至高於貯熱模式所設定之一高度時，控制加熱器以較低功率發熱(例如提供較小的電流加熱)，並持續地進水，以使水位高度到達設定的滿水位高度為止，且維持水溫在設定的溫度下，以達到貯熱的功能。因此，本實施例之電熱水器兼具有瞬熱供水及貯熱的功能。

以下係提出各種實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1A圖，其繪示依照本案一實施例之可瞬熱供水之貯熱型電熱水器的示意圖。此電熱水器100包括一貯熱筒110、一第一液位感測器120、一加熱器130、一功率控制器140以及一進水閥150。此外，電熱水器100更可包括一第二液位感測器160以及第三液位感測器170。此三個液位感測器分別設置在貯熱筒110的不同安裝高度上，以偵測水位高度的變化。

請參照第1B圖，其繪示依照本案另一實施例之可瞬熱供水之貯熱型電熱水器的示意圖。此電熱水器101包括一貯熱筒110、一第一液位感測器120、一加熱器130、一功率控制器140以及一進水閥150。此外，電熱水器100更可包括一第二液位感測器160。此兩個液位感測器分別設置在貯熱筒110的不同安裝高度上，以偵測水位高度的變化。

第一液位感測器120可做為切換瞬熱供水模式與貯熱模式之感測器，以使加熱器以不同的功率加熱。第二液位感測器160負責偵測水位是否為滿水位，用以關閉進水閥150。第三液位感測器170負責偵測水位是否超過加熱器130，以避免空燒。然而，本案不限定以多個液位感測器來偵測水位高度之變化，在其他實施例中，第二液位感測器160與第三液位感測器170亦可由諸如高度計或高度壓力感測器等具有偵測水位高度功能之感測器取代。此外，第二液位感測器160亦可由機械化控制浮球取代，並於滿水位時關閉進水閥150。有關貯熱筒110內水位高度之變化，請參照第2A～2D圖。

貯熱筒110例如為直筒狀，用以儲水。貯熱筒110的外壁例如以隔熱材料阻隔熱能之消耗，以維持水溫。貯熱筒110具有一入水口112以及一出水口114。入水口112鄰近於貯熱筒110的底部配置，亦即入水口112的位置可位於貯熱筒110的最低點或略高於最低點。出水口114位於入水口112與第一液位感測器120之間，亦即出水口114的位置相對高於入水口112的位置，但略低於第一液位感測器120的位置。在本實施例中，出水口114位於加熱器130與第一液位感測器120之間。一般而言，入水口112附近的水溫較低，而出水口114附近的水溫較高，為了使入水口112附近的水溫上升，本實施例可將加熱器130配置在鄰近入水口112的上方，使得由入水口112進入的冷水先通過加熱器130加熱，等到水溫上升之後，再流到出水口114。在另一實施例中，加熱器130的位置亦可配置在鄰近出水口114之處，本案可依需求適當調整加熱器130的位置。此外，進水閥150以一管線152連接入水口112，並可隨著水位高低而開啟或關閉，以調節儲水量。進水閥150例如為電磁閥。

在一實施例中，出水口114的位置大約在貯熱筒110的筒高1/3處，而出水口114上方2/3容積的水溫因溫度分層效應而保持高溫，故可確保出水口114的水溫處於高溫狀態。

此外，加熱器130可為功率可調之單一發熱單元131(參照第1B圖)或由多個不同加熱功率之發熱單元132、134組合而成(參照第1A圖)，其以可變電壓或電流的方式調整加熱器130的加熱功率，以使加熱器130能有多段式功率調整其發熱量的大小。功率控制器140用以控制加熱器130的發熱量，以因應不同的加熱需求。簡言之，當貯熱型電熱水器100需提供瞬熱供水的功能時，可藉由功率控制器140控制加熱器130以較大功率發熱，反之，當貯熱型電熱水器100需提供貯熱的功能時，可藉由功率控制器140控制加熱器130以較小功率發熱，以減少耗電量。

請參照第1A及1B圖，第一液位感測器120配置於貯熱筒110中，用以偵測貯熱筒110內的水位高度。第一液位感測器120相對於入水口112具有一第一高度H1，而加熱器130相對於入水口112具有一第二高度H2。第二高度H2小於第一高度H1，亦即加熱器130的位置相對低於第一液位感測器120的位置。

請參照第2A圖，在瞬熱供水模式下，當貯熱筒110內的水位高度相對於入水口112低於第一高度H1且高於第二高度H2時，由第三液位感測器170得知水位高度已達可加熱的高度，此時，可藉由控制加熱器130以較高功率發熱，以使水溫快速上升，只要水位高度高於出水口114便可以即時供應熱水，使得貯熱型電熱水器100具有瞬間供應熱水的功能。接著，請參照第2B圖，當出水口114不需馬上供應熱水而關閉(例如水龍頭未打開)，且貯熱筒110內的水位高度相對於入水口112高於第一高度H1時，此時進入貯熱模式，可藉由控制加熱器130以較低功率發熱，並持續地由入水口112進水，以使水位高度到達設定的滿水位高度為止。

請參照第2C圖，第二液位感測器160鄰近於貯熱筒110的頂端配置，也就是在滿水位高度的位置。第二液位感測器160相對於入水口112具有一第三高度H3，其大於第一高度H1。當貯熱筒110內的水位高度相對於入水口112高於第三高度H3時，關閉進水閥150，以控制水位高度。

此外，本實施例之貯熱型電熱水器100更可包括一溫度感測器180，電熱水器100可於平時使用時保持為貯熱模式，並可根據溫度感測器180所偵測的訊號來決定是否啟動加熱器130，以維持水溫在額定的溫度下。

另外，貯熱筒110的頂部可具有一通氣孔116。通氣孔116用以調節貯熱筒110內的氣壓，讓進水閥150於關閉狀態下，貯熱筒110內的水仍可順利地由出水口114排出(例如水龍頭已打開)。在第2D圖中，當貯熱筒110內的水位高度低於第一液位感測器120的高度時，表示儲水量不夠，此時，可藉由開啟進水閥150，來增加儲水量，直到水位高度再度到達滿水位高度為止。

接著，請參照第1A圖，第三液位感測器170的位置略高於加熱器130的位置，但低於第一液位感測器120的位置。也就是說，第三液位感測器170相對於入水口112具有一第四高度H4，第四高度H4小於第一高度H1且大於第二高度H2。在首次使用電熱水器100，進行初始注水的情況下，當貯熱筒110內的水位高度相對於入水口112高於第四高度H4時，確認水位已高過加熱器130，才啟動加熱器130，而當貯熱筒110內的水位高度相對於入水口112低於第四高度H4時，表示水位可能低於加熱器130或只有超過一小部分，則關閉加熱器130，以避免造成空燒而損壞。在往後使用且無漏水的情況下，由於水位至少都會維持在出水口114的高度(至少高過加熱器130)，因此將不易發生空燒的情形。

另外，出水口114相對於入水口112具有一第五高度H5，第五高度H5小於第一高度H1且大於第四高度H4，亦即出水口114的位置低於第一液位感測器120的位置，但高於第三液位感測器170的位置。在瞬熱供水的模式下，由於出水口114的位置低，且加熱器130只需對一部分水量瞬間加熱，因此加熱後的水可立即由出水口114供應，故可確保出水口114的水溫處於高溫狀態，並減少加熱等待時間。

由上述之說明可知，本實施例之貯熱型電熱水器100藉由偵測貯熱筒110內水位高度之變化來控制加熱器130的發熱量與進水閥150的開關，其控制方法如下：當水位高度低於瞬熱供水模式所設定之一第一高度(也就是第一液位感測器120的高度H1)時，控制加熱器130以第一功率發熱。當水位高度上升至高於貯熱模式所設定之一第二高度(例如是第一液位感測器120的高度H1或略高之處)時，控制加熱器130以一第二功率發熱。第二功率小於第一功率。此外，電熱水器100之水位控制還具有一滿水位模式以及一低水位模式，當水位高度高於滿水模式所設定之一第三高度(也就是第二液位感測器160的高度H3)時，電熱水器100關閉進水閥150，以停止入水。當水位高度低於低水位模式所設定之一第四高度(例如是第一液位感測器120的高度H1)時，電熱水器100開啟進水閥150，以開始入水，直到水位高度再度達到滿水位高度為止。

在一實施例中，在貯熱模式下，若未使用電熱水器100供應熱水，加熱器130僅以較低功率發熱使水溫保持在溫水的溫度，例如30～40度之間，不僅能減少熱能消耗，更具有省電的功效。若需較高溫的熱水，使用者可手動調高溫度感測器180的額定溫度，並啟動加熱器130以較高功率發熱，以使水溫上升到較高的額定溫度，因此能以節能的方式獲得所需的熱水。

綜上所述，雖然本案已以諸實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、101．．．電熱水器

110．．．貯熱筒

112．．．入水口

114．．．出水口

116．．．通氣孔

120．．．第一液位感測器

130．．．加熱器

131、132、134．．．發熱單元

140．．．功率控制器

150．．．進水閥

152．．．管線

160．．．第二液位感測器

170．．．第三液位感測器

180．．．溫度感測器

H1．．．第一高度

H2．．．第二高度

H3．．．第三高度

H4．．．第四高度

H5．．．第五高度

第1A及1B圖分別繪示依照本案一實施例之可瞬熱供水之貯熱型電熱水器的示意圖。

第2A～2D圖分別繪示貯熱筒內水位高度之變化圖。

101．．．電熱水器

110．．．貯熱筒

112．．．入水口

114．．．出水口

116．．．通氣孔

120．．．第一液位感測器

130．．．加熱器

131．．．發熱單元

140．．．功率控制器

150．．．進水閥

152．．．管線

160．．．第二液位感測器

H1．．．第一高度

H2．．．第二高度

H3．．．第三高度

Claims (14)

1. 一種可瞬熱供水之貯熱型電熱水器，該電熱水器包括：一貯熱筒，用以儲水，該貯熱筒具有一入水口以及一出水口；一第一液位感測器，配置於該貯熱筒中，該貯熱筒之該出水口位於該入水口與該第一液位感測器之間，且該第一液位感測器相對於該入水口具有一第一高度；一加熱器，配置於該貯熱筒中，該加熱器相對於該入水口具有一第二高度，該第二高度小於該第一高度；一功率控制器，用以控制該加熱器以一第一功率或一第二功率發熱，該第一功率大於該第二功率；以及一進水閥，以一管線連接至該入水口；其中，當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口低於該第一高度且高於該第二高度時，控制該加熱器以該第一功率發熱，當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口高於該第一高度時，控制該加熱器以該第二功率發熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電熱水器，更包括：一第二液位感測器，配置於該貯熱筒中，該第二液位感測器相對於該入水口具有一第三高度，該第三高度大於該第一高度，其中當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口高於該第三高度時，關閉該進水閥。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電熱水器，更包括：一第三液位感測器，配置於該貯熱筒中，該第三液位感測器相對於該入水口具有一第四高度，該第四高度小於該第一高度且大於該第二高度，當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口高於該第四高度時，啟動該加熱器；當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口低於該第四高度時，關閉該加熱器。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電熱水器，其中該出水口相對於該入水口具有一第五高度，該第五高度小於該第一高度且大於該第四高度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電熱水器，其中該加熱器為功率可調之單一發熱單元或由複數個不同加熱功率之發熱單元組合而成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電熱水器，其中該進水閥為電磁閥。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電熱水器，其中該貯熱筒的頂部具有一通氣孔。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電熱水器，其中該入水口鄰近於該貯熱筒的底部配置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電熱水器，更包括一溫度感測器，配置於該貯熱筒中。
10. 一種可瞬熱供水之貯熱型電熱水器的控制方法，該控制方法包括：開啟一進水閥，由一入水口進水至一貯熱筒中；以一第一液位感測器偵測水位高度，該第一液位感測器相對於該入水口具有一第一高度，而一加熱器相對於該入水口具有一第二高度，該第二高度小於該第一高度，當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口低於該第一高度且高於該第二高度時，控制該加熱器以一第一功率發熱；當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口高於該第一高度時，控制該加熱器以一第二功率發熱，該第一功率大於該第二功率；以及以一第二液位感測器偵測水位高度，該第二液位感測器相對於該入水口具有一第三高度，該第三高度大於該第一高度，當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口高於該第三高度時，關閉該進水閥，以停止入水。
11. 如申請專利範圍第10項所述之控制方法，更包括：以一第三液位感測器偵測水位高度，該第三液位感測器相對於該入水口具有一第四高度，該第四高度小於該第一高度且大於該第二高度，當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口高於該第四高度時，啟動該加熱器；當該貯熱筒內的水位高度相對於該入水口低於該第四高度時，關閉該加熱器。
12. 一種可瞬熱供水之貯熱型電熱水器的控制方法，該電熱水器具有一瞬熱供水模式以及一貯熱模式，該控制方法包括：偵測該貯熱型電熱水器內水位高度之變化，當水位高度低於該瞬熱供水模式所設定之一第一高度時，控制一加熱器以一第一功率發熱；以及當水位高度上升至高於該貯熱模式所設定之一第二高度時，控制該加熱器以一第二功率發熱，該第二功率小於該第一功率。
13. 如申請專利範圍第12項所述之控制方法，其中該瞬熱供水模式所設定之該第一高度小於或等於該貯熱模式所設定之該第二高度。
14. 如申請專利範圍第12項所述之控制方法，其中該電熱水器還具有一滿水位模式以及一低水位模式，當水位高度高於該滿水位模式所設定之一第三高度時，該電熱水器關閉一進水閥，以停止入水；當水位高度低於該低水位模式所設定之一第四高度時，該電熱水器開啟該進水閥，以開始入水，該第三高度大於該第一高度，該第四高度小於或等於該第一高度。