Электронная система управления двухступенчатого водонагревателя в автомате для продажи горячих напитков - RU2020108438A

1. Электронная система (30) управления для двухступенчатого водонагревателя (1) в автомате (2) для продажи горячих напитков; при этом водонагреватель (1) содержит водогрейный котел (20); и нагреватель (21) для ускорения нагрева воды, размещенный в водогрейном котле (20) и последовательно связанный по текучей среде с ним; при этом водогрейный котел (20) содержит внешний бак (22) для воды с впускным отверстием (3) для холодной воды и выпускным отверстием (4) для горячей воды; и первый электрический нагреватель (23), размещенный во внешнем баке (22) для воды и активируемый для нагрева воды, содержащейся во внешнем баке для воды, до температуры, которая поддерживается в первом температурном диапазоне, и поддержания ее на определенном уровне; при этом нагреватель (21) для ускорения нагрева воды содержит внутреннее тело (24), размещенное во внешнем баке (22) для воды и ограничивающее канал (25) для воды с впускным отверстием для воды, связанным по текучей среде с внутренним объемом внешнего бака (22) для воды, чтобы принимать содержащуюся в нем горячую воду, и выпускное отверстие для воды, связанное по текучей среде с выпускным отверстием (4) для горячей воды водонагревателя (1); и второй электрический нагреватель (26), связанный с внутренним телом (24) и избирательно активируемый для нагрева воды, протекающей во внутреннем теле (24), до температуры, которая находится во втором температурном диапазоне, превышающем первый температурный диапазон, и зависит от выбранного напитка, при этом электронная система (30) управления содержит систему (31) с сенсорным управлением для измерения температуры (Text_m, Tbooster_m, Tout_m) воды в водогрейном котле (20) и в одном или обоих из нагревателя 22 для ускорения нагрева воды (21) и выпускного отверстия (4) для горячей воды водонагревателя (1) и вывода электрических сигналов, показывающих измеренные температуры воды; и электронный блок (32) управления, электрически соединенный с системой (31) с сенсорным управлением и с первым и вторым электрическими нагревателями (23, 26) и запрограммированный для приема электрических сигналов, поступающих из системы (31) с сенсорным управлением и управления первым и вторым электрическими нагревателями (23, 26) на основе принятых электрических сигналов; при этом электронный блок (32) управления запрограммирован на вывод электрических управляющих сигналов для первого и второго электрических нагревателей (23, 26) на основе измеренных температур (Text_m, Tbooster_m, Tout_m) воды и соответствующих контрольных температур (Text_d, Tbooster_d, Tout_d) воды; при этом электронный блок (32) управления дополнительно запрограммирован для реализации блока (36) управления водогрейным котлом, выполненного с возможностью вывода потребности в электрической мощности (PWRboiler_r) для первого электрического нагревателя (23) на основе отклонения температуры воды между измеренной и контрольной температурами (Text_m, Text_d) воды в водогрейном котле (20), блока (37) управления нагревателем для ускорения нагрева воды, выполненного с возможностью вывода потребности в электрической мощности (PW_R3) для второго электрического нагревателя (23) на основе отклонения температуры воды между измеренной и контрольной температурами воды (TBoost_m, Tout_m, TBoost_d, Tout_d) либо в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды, либо в выпускном отверстии (4) для горячей воды водонагревателя (1); и контрольной температуры (TBoost_d, Tout_d) воды в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды или в выпускном отверстии (4) для горячей воды водонагревателя (1), и блока (38) управления электропитанием, выполненного с возможностью приема потребностей в электрической мощности (PWRboiler_r, PW_R3) для первого и второго электрических нагревателей (23, 26) и управления их включением и отключением питания на основе логики управления энергией; причем в электронном блоке (32) управления хранятся контрольные температуры (Text_d, Tout_d) воды в водогрейном котле (20) и в выпускном отверстии (4) для горячей воды водонагревателя (1), по меньшей мере контрольная температура воды (Tout_d) в выпускном отверстии (4) для горячей воды водонагревателя (1) в зависимости от выбранного напитка, вместе с параметрами нагревателя, содержащими значения времени физической реакции водогрейного котла (20) и нагревателя (21) для ускорения нагрева воды, значения инерции первого и второго электрического нагревателя (23, 26) и задействованные массы; причем блок (37) управления нагревателем для ускорения нагрева воды дополнительно выполнен с возможностью реализации блока (40) планирования, выполненного с возможностью вычисления в ответ на выбор напитка с контрольной температурой (TBoost_d) воды в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды на основе измеренной температуры воды (TBoost_m, Tout_m) либо в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды, либо в выпускном отверстии (4) для горячей воды водонагревателя (1), и контрольной температуры воды (Tout_d) в выпускном отверстии (4) для горячей воды водонагревателя (1), а также на основе значений времени физической реакции водогрейного котла (20) и нагревателя 22 для ускорения нагрева воды (21), значений инерции первого и второго электрических нагревателей (23, 26) и задействованных масс, чтобы прогнозировать возможные регулировки контрольной температуры (TBoost_d) воды в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды, необходимые для отслеживания внезапных изменений контрольной температуры воды (Tout_d) в выпускном отверстии (4) для горячей воды водонагревателя (1).

2. Электронная система (30) управления по п.1, в которой блок (40) планирования выполнен с возможностью вычисления трех вкладов в контрольную температуру (TBoost_d) воды в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды первого вклада (44), указывающего на коррекцию температуры до контрольной температуры (TBoost_d) воды в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды, чтобы побудить измеренную температуру воды (Tout_m) в выпускном отверстии (4) для горячей воды водонагревателя (1) принять соответствующую контрольную температуру воды (Tout_d), второго вклада (45), указывающего изменение во времени контрольной температуры (TBoost_d) воды в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды во время приготовления выбранного напитка, содержащего разные дополнительные напитки, для каждого из которых может потребоваться температура воды, отличная от температуры воды других дополнительных напитков, третьего вклада (46), указывающий контрольную температуру (TBoost_d) воды в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды во время подэтапов предварительного нагрева или предварительного охлаждения воды на этапах приготовления и подачи дополнительного напитка.

3. Электронная система (30) управления по п.2, в которой для каждого дополнительного напитка в выбранном напитке блок (40) планирования выполнен с возможностью вычисления третьего вклада (46) для разных периодов времени, протекающих во время этапов приготовления и выдачи дополнительного напитка и содержащих два периода времени на этапе приготовления дополнительного напитка, два периода времени на этапе розлива с дозированием дополнительного напитка и промежуточный период времени между этапами приготовления и выдачи дополнительного напитка.

4. Электронная система (30) управления по п.3, в которой, для каждого дополнительного напитка в выбранном напитке, третий вклад (46) имеет ступенчатое изменение во времени, содержащее по существу три постоянных отрезка с постепенно увеличивающимися значениями, за которыми следуют два по существу постоянных этапа с постепенно уменьшающимися значениями.

5. Электронная система (30) управления по любому из предыдущих пунктов, в которой блок (38) управления электропитанием выполнен с возможностью управления включением и отключением питания первого и второго электрических нагревателей (23, 26), чтобы потребляемая электрическая энергия не могла превышать максимальную потребляемую электрическую мощность, и изменение потребляемой электрической мощности не могло превышать пороговое значение для того, чтобы держать под контролем образование скачков мощности, вызванных включением и выключением первого и второго электрических нагревателей.

6. Электронная система (30) управления по п.5 для водонагревателя (1), в которой первый электрический нагреватель (23) содержит отдельно расположенные и независимо управляемые первый и второй электрические резисторы (27, 28), расположенные, соответственно, в нижней и верхней частях внешнего бака для воды (22) водогрейного котла (20), и второй электрический нагреватель (26) содержит третий электрический резистор (29), расположенный во внутреннем теле (24); при этом блок (38) управления электропитанием выполнен с возможностью реализации трех уровней принятия решений: первый уровень (47) принятия решений в случае, когда потребности в электрической мощности преобразуются в соответствующие реальные электрические мощности, которые должны рассеиваться первым, вторым и третьим электрическими резисторами (27, 28, 29), второй уровень принятия решений (48) в случае, когда первый, второй и третий электрические резисторы (27, 28, 29) запитываются и обесточиваются на основе предварительно установленных приоритетов, так что электрическая мощность, потребляемая первым, вторым и третьи электрическими резисторами (27, 28, 29) не может превышать максимальную потребляемую электрическую мощность; и третий уровень принятия решения (49) в случае, когда управление моментами времени включения и отключения питания первого, второго и третьего электрических резисторов (27, 28, 29) осуществляется таким образом, чтобы предотвратить изменения потребляемой электрической мощности, превышающие пороговую электрическую мощность.

7. Электронная система (30) управления по п.6, в которой блок (38) управления электропитанием дополнительно выполнен с возможностью определения того, превышает ли максимальную потребляемую электрическую мощность электрическая мощность первым, вторым и третьим электрическими резисторами (27, 28, 29), что необходимо для одновременного включения питания, чтобы довести измеренные температуры (Text_m, TBoost_m) воды в водогрейном котле (20) и в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды до контрольных температур (Text_d, TBoost_d) воды; в случае положительного ответа, определить максимальное количество электрических резисторов (27, 28, 29), которые могут быть включены одновременно; и если максимальное количество электрических резисторов (27, 28, 29), которые могут быть включены одновременно, меньше, чем количество электрических резисторов (27, 28, 29), которые необходимо включить одновременно, чтобы довести измеренные температуры (Text_m TBoost_m) воды в водогрейном котле (20) и в нагревателе (21) для ускорения нагрева воды до контрольных температур (Text_d, TBoost_d) воды, определить чередующуюся последовательность включения для первого, второго и третьего электрических резисторов (27, 28, 29), которые должны быть под напряжением, чтобы не превышать максимальную потребляемую электрическую мощность, отдавая более высокий приоритет третьему электрическому резистору (29) нагревателя (21) для ускорения нагрева воды по сравнению с двумя электрическими резисторами (27, 28) водогрейного котла (20).

8. Электронная система (30) управления по п.6 или 7, в которой блок (38) управления электропитанием дополнительно выполнен с возможностью реализации стратегии рекуперации электрической мощности для рекуперации электрической мощности, которую не может потреблять электрический резистор, способный потреблять определенную электрическую мощность, так что, при наличии ряда требований к электрической мощности, которая ниже той, которую может потреблять электрический резистор, электрический резистор запитывается тогда, когда сумма потребностей в электрической мощности равна или выше, чем сумма потребностей в электрической мощности, которую может потреблять электрический резистор.

9. Электронный блок (32) управления электронной системы (30) управления для двухступенчатого водонагревателя (1) в автомате (2) для продажи горячих напитков, содержащий программное обеспечение, выполненное с возможностью предписания, при его исполнении, электронному блоку (32) управления стать запрограммированным по любому из предыдущих пунктов.

10. Двухступенчатый водонагреватель (1) для автомата (1) для продажи горячих напитков, содержащий водогрейный котел (20); и нагреватель (21) для ускорения нагрева воды, размещенный в водогрейном котле (20) и последовательно связанный по текучей среде с ним; при этом водогрейный котел (20) содержит внешний бак (22) для воды с впускным отверстием (3) для холодной воды и выпускным отверстием (4) для горячей воды; ипервый электрический нагреватель (23), размещенный во внешнем баке (22) для воды и активируемый для нагрева воды, содержащейся во внешнем баке для воды, до температуры, находящейся в первом температурном диапазоне, и поддержания ее на этом уровне; при этом нагреватель (21) для ускорения нагрева воды содержит внутреннее тело (24), размещенное во внешнем баке (22) для воды и ограничивающее канал (25) для воды с впускным отверстием для воды, связанным по текучей среде с внутренним объемом внешнего бака (22) для воды, чтобы принимать содержащуюся в нем горячую воду, и выпускное отверстие для воды, связанное по текучей среде с выпускным отверстием (4) для горячей воды водонагревателя (1); и второй электрический нагреватель (26), связанный с внутренним телом (24) и избирательно активируемый для нагрева воды, протекающей во внутреннем теле (24), до температуры, которая находится во втором температурном диапазоне, превышающем первый температурный диапазон, и зависит от выбранного напитка, при этом водонагреватель (1) дополнительно содержит электронную систему (30) управления по любому из пп.1-8.

11. Водонагреватель (1) по п.10, дополнительно содержащий смеситель (14) для воды, имеющий впускное отверстие (17) для горячей воды, связанное по текучей среде с выпускным отверстием (4) для горячей воды водонагревателя (1) для приема из него горячей воды; впускное отверстие (13) для холодной воды, избирательно связанное по текучей среде с впускным отверстием (3) для холодной воды водонагревателя (1) через перепускной контур (11-18) для приема части холодной воды, подаваемой в водонагреватель (1), и выпускное отверстие (18) для воды для подачи смешанной воды; при этом перепускной контур (11-18) содержит Т-образное соединение (11), имеющее порт ввода-вывода, связанный по текучей среде с источником холодной воды, причем порт ввода-вывода гидравлически связан с впускным отверстием (3) для холодной воды нагревателя (1) через первый электромагнитный клапан (12), и порт ввода-вывода, связанный по текучей среде с впускным отверстием (13) для холодной воды смесителя (14) для воды через второй электромагнитный клапан (15) и перепускной патрубок (16).