Устройство, включающее в себя парогенератор, и способ управления таким устройством - RU2675098C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству, которое включает в себя парогенератор, такому как, например, утюг для одежды, и, в частности, к такому устройству с усовершенствованным управлением парогенератором, а также способу управления таким устройством.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Бытовые электроприборы, такие как, например, утюги для одежды, отпариватели для одежды и пароочистители, включают в себя парогенераторную систему, имеющую в составе котел для превращения воды в пар, который в свою очередь подается к подошве утюга и выпускается на разглаживаемую одежду через отверстия для пара в подошве. По мере того, как вода в котле превращается в пар и испускается из бытового электроприбора, уровень воды в котле уменьшается, и, следовательно, требуется подача воды в котел. Для перекачивания воды из резервуара для воды внутри бытового электроприбора в котел может использоваться насос. Насос может управляться автоматически для того, чтобы при необходимости подавать достаточное количество воды в котел. Для осуществления этой функции требуется точное и достоверное восприятие датчиком уровня воды в котле для генерирования сигнала управления насосом. Этого можно достичь посредством непосредственного измерения уровня воды в котле или косвенным способом посредством измерения температуры воды или давления в котле.

Непосредственное измерение уровня воды в котле часто является более сложным и дорогостоящим для изготовления, что обусловлено требованием встраивать датчик внутри котла, а также требованием электрически изолировать датчик. В дополнение к этому недостатком непосредственного измерения уровня воды в котле является то, что со временем на поверхности датчика может образовываться накипь, которая ухудшает точность восприятия.

Косвенное измерение уровня воды в котле часто является более простым для выполнения, но может быть менее точным, поскольку определение уровня воды часто основывается на экстраполяции изменений температуры или давления, графически представленных по данным ограниченных точек измерения. В документе EP 0843039 раскрывается бытовой электроприбор, имеющий в составе парогенератор, который использует косвенное измерение уровня воды в котле и такую экстраполяцию изменений температуры или давления. В этом раскрытии уровень воды определяется посредством измерения падения температуры котла в течение предварительно определенного периода времени во время выброса пара из котла. Однако в данном раскрытии, а также в других устройствах, которые используют такой процесс определения уровня воды, на падение температуры при открытом клапане выпуска пара оказывают влияние многие факторы, включающие в себя диаметр открытия клапана, длину шланга для пара между котлом и выпускным отверстием для пара, количество выпускных отверстий для пара в бытовом электроприборе, переменное противодавление, оказываемое на выпускные отверстия для пара во время использования (например, вследствие изменения пути выпуска пара вследствие изгиба или закручивания шланга для выпуска пара и/или перекрытия отверстий в подошве утюга одеждой), пиковое давление, созданное в котле в точке открытия клапана, а также эффекты амплитуды напряжения, приложенного к нагревателю, замедляющие скорость охлаждения котла во время выпуска пара. Вследствие этого, фактическая линия зависимости падения температуры котла от времени во время выпуска пара является кривой или ее крутизна значительно различается на протяжении периода выпуска пара. Это означает, что на основании измерения небольшого количества точек и экстраполяции прямой линии по этим нескольким точкам на такой изменяющийся и/или искривленный график будет предоставлен неточный расчет уровня воды внутри котла. Это также означает, что скорость падения температуры во время выпуска пара не является постоянной для данного объема воды в котле.

ОБЪЕКТ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения заключается в обеспечении устройства, включающего в себя парогенератор, а также способа управления таким устройством, которые в значительной степени уменьшают или устраняют вышеупомянутые проблемы.

Изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения; зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты осуществления.

Один аспект изобретения обеспечивает устройство генерирования пара, содержащее резервуар для воды, котел для генерирования пара, датчик температуры или давления, соединенный с котлом, для обнаружения температуры или давления котла, насос, выполненный с возможностью перекачивать воду из резервуара в котел, а также средство управления, выполненное с возможностью приема сигнала от датчика и управления работой насоса в зависимости от сигнала, при этом средство управления выполняется с возможностью определения количества воды внутри котла и управления насосом для подачи воды в котел в случае, если определенное количество воды оказывается меньше, чем предварительно определенное значение, отличающийся тем, что средство управления выполняется с возможностью определения количества воды посредством измерения по меньшей мере одного интервала времени, необходимого для предварительно определенного повышения температуры или давления котла, и с возможностью сравнения измеренного интервала времени c предварительно определенным значением.

Предварительно определенное значение времени может соответствовать интервалу времени для одного или более известных количеств воды для достижения предварительно определенного повышения температуры или давления.

Устройство может дополнительно содержать клапан управления для обеспечения возможности выпуска пара из котла, при этом средство управления может быть выполнено с возможностью измерения интервала времени для приращения температуры или давления в котле только в случае, если клапан управления находится в закрытом состоянии и при этом предотвращается выпуск пара из котла. Это обеспечивает измерение интервала(ов) времени в состоянии, когда пар не выбрасывается из котла, что обеспечивает надежный и точный расчет и экстраполяцию скорости повышения температуры. Кроме того, это обеспечивает более устойчивое состояние котла, а также более надежные сходные результаты измерения температуры или давления, при этом устраняет вышеупомянутые проблемы известных способов и устройств обнаружения уровня воды.

Средство управления может быть выполнено с возможностью начинать измерение интервала времени для приращения температуры или давления в котле, следующее за закрытием клапана управления после выпуска пара из котла, а также после истечения предварительно определенного периода времени после закрытия клапана управления. Предварительно определенный период времени может находиться в зависимости от периода времени, на который открывался клапан. Такой предварительно определенный период времени может содержать около 1-5 секунд. Это предпочтительно учитывает тепловую инерционность в системе и время срабатывания датчика после окончания предыдущего события выброса пара. Это обеспечивает возможность для установления устойчивого теплового состояния в системе перед инициированием процесса, описанного выше.

Средство управления может быть выполнено с возможностью начинать измерение интервала времени для приращения температуры или давления в котле, следующего за закрытием клапана управления, и как только обнаруженная температура или давление внутри котла достигает порогового значения. Это предпочтительно обеспечивает возможность для стабилизации температуры и/или давления внутри котла перед тем, как начинают производить измерения, обеспечивая возможность для более точных и достоверных измерений. Пороговый уровень, при котором инициируется измерение, может представлять из себя пороговую температуру, при этом пороговый уровень может быть при температуре кипения воды или выше, при этом может равняться 120°С или может равняться 123°С.

Средство управления может быть выполнено с возможностью приводить в действие насос, когда один или каждый измеренный интервал времени для приращения температуры или давления в котле оказывается меньше, чем предварительно определенный интервал времени. Это предпочтительно указывает на то, что требуется больше воды в котле, в случае, если уровень воды в котле находится ниже предварительно определенного минимального объема, поскольку меньший объем воды нагрелся бы быстрее, чем за предварительно определенный пороговый интервал времени.

Средство управления может быть выполнено с возможностью приводить в действие насос на предварительно определенный период времени. Предварительно определенный период времени может быть фиксированным или может находиться в зависимости от определенного количества воды, остающейся в котле. Фиксированное время накачивания приводит к более простому способу управления, тем не менее определение объема воды, подлежащего накачиванию, на основании измеренного остающегося количества обеспечивает возможность для более точного управления уровнем воды внутри котла.

Средство управления может быть выполнено с возможностью измерения одного или каждого интервала времени для приращения температуры или давления в котле в течение или после работы насоса. Уровень воды, определенный в течение или после работы насоса, может использоваться для определения следующей работы насоса.

Средство управления может быть выполнено с возможностью отключения насоса в случае, если определенный уровень воды не повышается в соответствии с периодом времени работы насоса. Это предпочтительно способствует предотвращению беспрерывного накачивания в случае, когда резервуар для воды опустошен, а также возможного повреждения насоса.

Средство управления может содержать микропроцессор, а также один или более блоков памяти. Предварительно определенное значение может содержать интервал времени для приращения температуры или давления одного или более известных количеств воды внутри котла и может храниться в одной или более таблицах поиска внутри блока памяти средства управления. Это делает доступным краткий справочник для средства управления для определения измеренных интервалов времени для приращений температуры в зависимости от интервалов времени для известного объема(ов) воды в котле.

Средство управления может быть дополнительно выполнено с возможностью управления работой котла в зависимости от сигнала температуры или давления от датчика, при этом может останавливать нагревание воды котлом в случае, если воспринятая температура или давление достигают предварительно определенного порогового значения. Это предпочтительно способствует предотвращению перегрева котла со связанными с ним последствиями избыточного давления, а также возможного повреждения устройства.

Датчик может содержать датчик температуры, а также может содержать терморезистор, при этом может содержать терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC). Терморезистор может быть установлен на металлической подложке, а металлическая подложка может устанавливаться на котел. Датчик может быть установлен наверху или в верхней части котла. Датчик может быть установлен на внешней поверхности котла. Это предпочтительно предупреждает общий износ датчика, вызванный обызвествлением.

Устройство может содержать более двух датчиков температуры, которые могут содержать терморезисторы, как описано выше. Каждый датчик может быть установлен наверху или в верхней части котла, или же один датчик может быть установлен наверху или в верхней части котла, а другой может быть установлен в противоположной части котла. Это предпочтительно предоставляет возможность для точного измерения температуры посредством по меньшей мере одного датчика, расположенного на расстоянии от нагревательного элемента для того, чтобы не определять непосредственно температуру нагревателя. Размещение датчиков температуры на определенном расстоянии друг от друга предпочтительно обеспечивает возможность определить точное измерение температуры посредством предоставления возможности сравнения температур, обнаруженных в различных точках в котле. Это также предпочтительно обеспечивает возможность обнаружить состояние сухого котла в случае, если один датчик размещен вблизи от нагревателя, посредством обнаружения чрезмерного нагрева котла при отсутствии воды или посредством обнаружения чрезмерной разницы между температурами, воспринятыми датчиком, находящимся вблизи от нагревателя, и датчиком, удаленным от нагревателя. Датчик, находящийся вблизи от нагревателя, может содержать отключающее устройство, такое как, например, термостат.

В качестве альтернативного варианта, один или каждый датчик может содержать датчик давления. В закрытом объеме котла известных габаритных размеров температура и давление полностью взаимосвязаны, и, следовательно, могут быть функционально взаимозаменяемыми.

В данном документе также раскрывается способ управления устройством генерирования пара, которое содержит резервуар для воды, котел для генерирования пара, датчик температуры или давления, соединенный с котлом для обнаружения температуры котла или давления в нем, насос, выполненный с возможностью перекачивать воду из резервуара в котел, а также средство управления, выполненное с возможностью приема сигнала от датчика и управления работой насоса в зависимости от сигнала, способ, включающий в себя определение количества воды внутри котла и управление насосом для подачи воды в котел в случае, если определенное количество воды оказывается меньше, чем предварительно определенное значение, отличающийся тем, что способ включает в себя определение количества воды посредством измерения по меньшей мере одного интервала времени для предварительно определенного повышения температуры котла или давления в нем и посредством сравнения измеренного интервала времени с предварительно определенным значением.

Способ может включать в себя измерение интервала времени для приращения температуры или давления в котле только в случае, если клапан управления, предназначенный для обеспечения возможности выброса пара из котла, находится в закрытом состоянии и при этом предотвращается выпуск пара из котла.

Способ может включать в себя начало измерения интервала времени для приращения температуры или давления в котле, следующее за закрытием клапана управления после выпуска пара из котла, а также после истечения предварительно определенного периода времени после закрытия клапана управления. Такой предварительно определенный период времени может содержать 1-5 секунд, отдельно взятый период времени может содержать около 3 секунд.

Способ может включать в себя приведение в действие насоса на предварительно определенный период времени в зависимости от определенного количества воды, остающейся в котле.

Этап сравнения измеренного интервала времени с предварительно определенным значением может включать в себя сравнение измеренного интервала времени с предварительно определенным интервалом времени для приращения температуры или давления одного или более известных количеств воды внутри котла, хранящимся в одной или более таблицах поиска внутри блока памяти средства управления.

Способ может включать в себя управление работой котла в зависимости от сигнала температуры или давления от датчика и прекращение нагревание воды котлом в случае, если воспринятая температура или давление достигает предварительно определенного порогового значения. Это предотвращает перегрев котла и/или избыточное давление, созданное внутри котла.

Средство управления может быть выполнено с возможностью осуществлять измерение одного или более интервалов времени для приращений температуры или давления в котле в пределах заранее определенного диапазона температур или давлений в котле. Такой диапазон температур может включать в себя от 120°C до 160°C, или может включать в себя от 123°C до 146°C. Котел может быть выполнен таким образом, чтобы диапазон температур, выше которых средство управления осуществляет измерение интервала(ов) времени для одного или более приращений температуры котла, соответствовал предварительно определенному диапазону внутреннего давления котла. Такой предварительно определенный диапазон внутреннего давления котла может включать в себя значения между 1,5 бар и 6,5 бар.

Резервуар для воды, входящий в состав устройства, может быть негерметичным. Одноходовой клапан может обеспечиваться между насосом и котлом для предотвращения пропускания пара в обратном направлении в насос и/или в резервуар. Это предпочтительно предотвращает неточное управление котлом, которое могло бы произойти вследствие утечки пара в ходе процесса проведения измерений, а также предупреждает повреждение насоса посредством предотвращения воздействия пара.

Приращения повышающейся температуры, выше которой измеряют интервалы времени, могут содержать постоянные приращения температуры в диапазоне измерения, при этом могут содержать приращения равные одному градусу Цельсия, несмотря на то что не подразумевается, что изобретение должно ограничиваться приращениями в один градус Цельсия.

Котел может содержать один или более нагревательных элементов. Нагревательный элемент(ы), входящий в состав котла, может быть внутренним или внешним по отношению к котлу. Внутренние элементы могут более эффективно нагревать воду внутри котла, тем не менее внешние элементы являются более предпочтительными для предупреждения общего износа, такого как, например, образование накипи, обеспечиваемое посредством кипячения воды.

Средство управления может быть выполнено с возможностью продолжать измерение одного или более интервалов времени для предварительно определенных приращений температуры или давления в котле в течение операции нагревания котла и сравнения измеренных интервалов времени с предварительно определенными интервалами времени для приращений температуры или давления одного или более известных количеств воды внутри котла до тех пор, пока не достигается верхняя пороговая температура или давление в котле или пока не приводится в действие переключатель или пусковое устройство, приводящие в действие клапан управления для выпуска пара из котла.

Средство управления может быть выполнено с возможностью осуществления одного или каждого измерения интервала(ов) времени для предварительно определенного приращения(ий) температуры или давления в котле и сравнения измеренного интервала(ов) времени с известными интервалом(ами) времени приращений температуры или давления известных уровней воды в течение периода, когда воспринятая температура или давление в котле находится ниже предварительно определенной пороговой температуры или давления, при этом электропитание подается на котел.

Устройство может содержать кнопку переключателя или пусковое устройство, выполненные с возможностью приводить в действие клапан управления. Средство управления может соединяться с клапаном управления и/или с кнопкой переключателя для обнаружения того, что клапан управления и/или кнопка переключателя приведены в действие.

Устройство может содержать бытовой электроприбор паровой утюг для одежды, а также может содержать базовую часть и ручную часть. Ручная часть может иметь электрическое и жидкостное соединение с базовой частью для подачи электропитания и пара от базовой части к ручной части. Резервуар, насос и котел могут обеспечиваться в базовой части. Кнопка переключателя, выполненная с возможностью приводить в действие клапан управления, может обеспечиваться на ручной части.

Эти и другие аспекты изобретения явствуют и разъясняются со ссылкой на варианты осуществления, которые описываются в настоящем документе ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее будут описаны варианты осуществления изобретения, только в качестве примера, со ссылкой на сопроводительные чертежи:

Фиг. 1 изображает схематическое представление бытового электроприбора согласно первому варианту осуществления изобретения;

Фиг. 2 изображает график, демонстрирующий кривую зависимости температуры котла от времени для данного объема воды внутри котла;

Фиг. 3 изображает график, демонстрирующий несколько кривых зависимости температуры от времени для ряда объемов воды внутри котла;

Фиг. 4 изображает первую иллюстративную таблицу поиска, входящую в состав средства управления бытового электроприбора, согласно изобретению;

Фиг. 5 изображает блок-схему, наглядно демонстрирующую способ управления изобретения; и

Фиг. 6 изображает вторую иллюстративную таблицу поиска, входящую в состав средства управления устройства, согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фиг. 1 схематично изображается бытовой электроприбор согласно первому варианту осуществления изобретения, который в этом иллюстративном варианте осуществления содержит паровой утюг 1. Паровой утюг 1 включает в себя корпус 2 и подошву 3. Паровой утюг 1 выполняется с возможностью подводить пар к разглаживаемой одежде через отверстия 4 в подошве 3.

Паровой утюг 1 включает в себя резервуар для воды 5 и котел 6. Насос 7 обеспечивается с возможностью перекачивания воды из резервуара 5 в котел 6. Первый канал 8 имеет жидкостное соединение резервуара 5 с насосом 7, а второй канал 9 имеет жидкостное соединение насоса с котлом 6. Резервуар 5 представляет из себя негерметичный сосуд. Котел 6 содержит закрытый сосуд или обшивку с нагревательным элементом 10, предназначенным для нагрева воды внутри котла 6 для образования пара. Как изображено, нагревательный элемент размещается внутри котла 6, несмотря на то что в рамках объема изобретения в равной мере может размещаться и на внешней поверхности обшивки котла. Третий канал 11 соединяет котел 6 с корпусом 2 парового утюга 1 для подачи пара, подлежащего выбросу из отверстий 4 в подошве 3, от котла 6 к корпусу 2 парового утюга 1.

Клапан 12 управления обеспечивается с возможностью управления подачей пара из котла 6 к подошве 3. Как изображено на фиг. 1, это может обеспечиваться в третьем канале, или, в качестве альтернативного варианта, может обеспечиваться в корпусе 2 утюга 1, или, в качестве альтернативного варианта, также может обеспечиваться на корпусе котла 6. Корпус 2 утюга включает в себя переключатель 13, который приводит в действие клапан 12 управления. Пользователь может таким образом управлять паром, который подлежит выбросу через подошву 13 посредством нажатия на переключатель 13.

Котел 6 включает в себя датчик 14, расположенный на верхней поверхности обшивки котла, который в этом первом варианте осуществления содержит датчик температуры. Однако, как будет описано ниже, не подразумевается, что изобретение ограничивается использованием датчика температуры, а, в качестве альтернативного варианта, в рамках объема изобретения может обеспечиваться датчик давления. Датчик 14 температуры предпочтительно представляет из себя терморезистор с коэффициентом NTC, который крепится к обшивке котла, например, посредством соединения пайкой, при этом находится в хорошем тепловом контакте с обшивкой котла. Предпочтительно, чтобы терморезистор был установлен на металлической подложке (не изображено), которая сама устанавливается на обшивке котла. Это обеспечивает очень хорошую теплопроводность между обшивкой котла и терморезистором и уменьшает тепловую инерционность и задержку реакции терморезистора. Является предпочтительным, чтобы датчик температуры был установлен на верхней поверхности обшивки котла, поскольку это означает, что получают более надежные показания температуры, относящиеся к температуре пара внутри котла. Если бы датчик 14 температуры находился, например, на дне обшивки, то могло бы быть обнаружено значительное падение температуры обшивки котла в каждом случае, когда холодная вода накачивается в котел 6 из резервуара 5, искажая показание количества и температуры пара, остающегося внутри котла 6.

Средство 15 управления обеспечивается с возможностью управления работой парового утюга 1 и включает в себя микропроцессор и блок памяти. Средство 15 управления соединяется с нагревателем 10 и насосом 7 для управления работой этих двух компонентов. Средство 15 управления соединяется с датчиком 14 температуры для приема сигналов температуры от датчика 14 температуры. Кроме того, средство 15 управления соединяется с клапаном 12 управления для определения, когда клапан 12 управления находится в открытом или закрытом состоянии, так же, как и пользователь определяет посредством приведения в действие переключателя 13.

Паровой утюг 1 имеет соединение с внешним источником питания, таким как, например, бытовое сетевое электричество, обеспечиваемое посредством кабеля электропитания (не изображен), для питания различных компонентов утюга 1, включающих в себя нагревательный элемент 10, входящий в состав котла 6, нагревательный элемент(ы) в подошве 3 (не изображены), насос 7 и средство 15 управления.

Средство 15 управления выполняется с возможностью управления работой насоса 7 для подачи воды из резервуара 5 в котел 6 в случае, если уровень воды в котле оказывается низким, в зависимости от сигналов температуры, принятых от датчика 14. Более конкретно, средство управления определяет неизвестный остающийся объем воды в котле 6 посредством измерения скорости повышения температуры котла в течение периода, когда переключатель 13 не приведен в действие, и, вследствие этого, пар не выбрасывается паровым утюгом 1. Средство управления определяет интервалы времени, затраченные на повышение воспринятой температуры котла на предварительно определенные приращения температуры при приведении в действие нагревателя 10. Затем средство 15 управления сравнивает эти измеренные значения времени c известными интервалами времени, которые хранятся в памяти средства 15 управления для данных объемов воды в котле 6, и использует это сравнение измеренных значений времени с известными значениями времени для определения, находится ли остающийся в котле 6 объем воды ниже минимального порогового значения, при котором необходимо вновь наполнять котел 6. Если требуется повторное наполнение, средство 15 управления приводит в действие насос 7 на соответствующий период времени для повторного наполнения котла 6 требуемым объемом воды.

В вариантах осуществления изобретения средство управления измеряет время, затраченное на повышение воспринятой температуры котла 6 на каждый градус Цельсия. Эти измерения могут происходить в пределах предварительно определенного диапазона температур котла 6, например, между 120°С и 160°С, который может соответствовать внутреннему давлению внутри котла 6 между 1,5 бар и 6,5 бар. Измерения времени для повышения температуры проводятся, когда клапан 12 управления находится в закрытом состоянии, и, следовательно, не может быть утечки или выброса пара из котла 6.

Поскольку объем котла является постоянным, электропитание, подаваемое на котел (например, от напряжения сети), является постоянным, при этом клапан 12 управления находится в закрытом состоянии в течение процесса измерения, то единственным переменным фактором, который может оказывать влияние на скорость повышения температуры воды внутри котла, является масса воды внутри котла 6. По этой причине для данного котла 6 и потребляемой мощности можно рассчитать точные предварительно определенные значения времени, затраченного на приращения температуры для конкретных объемов воды. На фиг. 2 и 3 изображены графические представления таких известных интервалов времени для приращений температуры. Фиг. 2 изображает графическое представление зависимости времени (ось y), выраженного в секундах, от приращений температуры (ось x), выраженных в градусах Цельсия, для данного объема воды (например, 350 мл), нагревающегося в котле 6. На фиг. 2 это изображено в виде одной линии i. Фиг. 3 изображает группы графических представлений зависимости приращений температуры от времени, причем каждая группа содержит графические представления трех испытаний для различных объемов воды в котле. График, изображенный на фиг. 3, содержит графические представления для объемов воды в котле 350 мл (группа A, содержащая линии i, ii и iii), 300 мл (группа B, содержащая линии iv, v и vi), 250 мл (группа C, содержащая линии vii, viii и ix) и 200 мл (группа D, содержащая линии x, xi и xii). Как изображено на фиг. 4, эти данные, относящиеся к возрастающим линиям в формате представления в прямоугольных координатах для известных объемов воды, хранятся в качестве эталонных данных в таблицах поиска в памяти средства 15 управления. Иллюстративная таблица поиска, изображенная на фиг. 4, отображает данные в пределах упомянутого выше температурного диапазона, а именно с начальной температурой T_emp 120°C и конечной температурой T_emp 160°C. В промежутке между этими значениями начальной и конечной температуры находятся значения приращений повышающейся температуры. Они не изображены на фиг. 4. В качестве альтернативы, на фиг. 4 изображено одно значение температуры-указателя T_ptr, которая, как будет более подробно объяснено ниже, имеет отношение к процессу управления согласно изобретению. В зависимости от каждого значения температуры отображаются значения времени в секундах для соответствующего объема воды в котле для достижения каждого значения приращения температуры. Значения времени начинаются с нуля при начальной температуре. На фиг. 4 время при конечном значении температуры изображено просто как «n», поскольку оно будет отличаться для каждой таблицы поиска, которая соотносится с различными объемами воды.

Как видно из графических представлений на фиг. 3, как и следовало предполагать, графические представления для объема воды 200 мл (группа D) требуют меньшего времени для повышения температуры (будучи более пологим градиентом графического представления), чем линии графического представления для объема 250 мл (группа C), которые в свою очередь являются более пологими, чем линии графического представления для объема 300 мл (группа B), которые опять же более пологие, чем линии графического представления для объема воды 350 мл (группа A).

На фиг. 5 в виде блок-схемы изображается логический процесс, выполняемый средством 15 управления согласно изобретению. Поскольку измерение времени процесса управления согласно изобретению происходит при закрытом клапане 12 управления (т.е., когда пар не может выбрасываться через подошву 3), процесс начинается со стартовой точки S0 и включает в себя первый этап S1, на котором средство 15 управления определяет закрыт ли электронный клапан 12 управления. В случае отрицательного ответа процесс возвращается к началу перед этапом S1 до тех пор, пока не будет определено, что клапан 12 управления находится в закрытом состоянии. Если на этапе S1 определяется, что клапан управления находится в закрытом состоянии, процесс переходит к этапу S2.

На этапе S2 измеряется температура T_empкотла 6, воспринятая датчиком 14. Затем процесс переходит к этапу S3, на котором средство управления определяет превышает ли измеренная температура T_empзначение температуры-указателя минус 1 (T_ptr-1) и меньше ли она, чем значение температуры-указателя плюс 1 (T_ptr+1). Оператор управления для этого этапа может быть представлен в виде [(T_ptr-1)emp<(T_ptr+1)]. В данном документе температура-указатель T_ptr представляет собой приращение повышающейся температуры вдоль оси x, в зависимости от которой подлежат регистрации измерения времени, при этом это значение первоначально устанавливается на значении нижнего уровня диапазона, в пределах которого должны быть произведены измерения температуры, например, на 120°С. Если измеренная температура T_empнаходится в пределах диапазона от (T_ptr-1) до (T_ptr+1), тогда процесс переходит к этапу S4, на котором в этот момент фиксируется измерение времени t, отсчитываемое от начала процесса измерения. Если измеренная температура T_emp не попадает в пределы диапазона от (T_ptr-1) до (T_ptr+1), тогда процесс переходит к этапу S5, на котором температура-указатель T_ptr прирастает на один градус. Тогда процесс возвращается назад к этапу S2 для обнаружения температуры котла 6 вновь.

После этапа S4 на этапе S6 средство 15 управления определяет по таблице поиска, является ли измеренное время t меньше, чем эталонное время в таблице поиска для значения температуры-указателя, о которой идет речь (t@T_ptr), при пороговом объеме воды, ниже которого требуется повторное наполнение. Этот оператор управления может быть представлен в виде [tptr?). Если получен положительный результат, то есть вода в котле 6 нагрелась быстрее, чем за интервал времени для минимального порогового объема воды, значит объем воды внутри котла 6 ниже порогового объема, и процесс переходит к этапу S7, на котором средство 15 управления приводит в действие насос 7 на предварительно определенный период времени для повторного наполнения котла 6 водой, после чего процесс возвращается назад к началу для повторения с этапа S1. Период времени, в течение которого насос 7 действует для повторного наполнения котла 6, предварительно определяется на основании известного объема воды в котле и порогового минимального объема, при котором насос приводится в действие, а также на основании известных технических характеристик насоса, включающих в себя скорость потока жидкости в насосе.

Если на этапе S6 средство управления определяет, что измеренное время t превышает эталонное время, указанное в таблице поиска для значения температуры-указателя, о которой идет речь, при пороговом объеме воды, ниже которого требуется повторное наполнение, тогда нет необходимости еще наполнять котел 6 водой и, следовательно, процесс возвращается назад к началу для повторения с этапа S1. Затем процесс продолжается как описано выше, для регистрации интервалов времени для приращений температуры, по мере того, как вода в котле 6 продолжает нагреваться.

Температуру в котле 6 регулируют таким образом, чтобы она оставалась ниже верхнего порогового значения. Средство 15 управления принимает сигналы температуры от датчика 14 и в случае, если воспринятая температура достигает верхнего порогового значения, средство 15 управления отключает нагреватель 10 котла 6. Следует понимать, что процесс, описанный выше, происходит в то время, когда нагреватель 10 приведен в действие и нагревает воду в котле, при этом клапан 12 управления находится в закрытом состоянии. Вследствие этого, этапы с S2 по S7 вышеупомянутого процесса управления повторяются до тех пор, пока не достигается пороговая температура (и тогда нагреватель 10 отключается посредством средства 15 управления) или пока пользователь не приведет в действие переключатель 13 (и в следствие этого открывается клапан 12 управления для выброса пара). После этого весь процесс повторяется при каждом высвобождении переключателя 13, т.е. после каждого события выброса пара.

В варианте осуществления изобретения средство 15 управления предпочтительно включает в себя время t_d задержки (не изображено на чертежах) после этапа S1 после получения положительного ответа, перед проведением измерения температуры T_emp на этапе S2. Эта задержка t_d соответствует времени задержки с момента, когда переключатель 13 высвобождается пользователем и клапан 12 управления закрывается, останавливая выброс пара из котла 6 через отверстия 4 в подошве 3. Эта задержка учитывает тепловую инерционность в системе и время реакции датчика 14 после окончания предыдущего события выброса пара. Это обеспечивает системе возможность настроить устойчивое тепловое состояние перед инициированием процесса, описанного выше. Такой период задержки t_d может меняться в рамках объема изобретения, но предпочтительно может составлять около 1-5 секунд, при этом может составлять около 3 секунд. В таком варианте осуществления вышеописанный процесс управления повторяется при каждом высвобождении переключателя 13, если период времени после работы переключателя превышает предварительно определенное время t_d задержки.

Как видно по фиг. 2 и 3, возрастающие графические представления зависимости температуры от времени главным образом являются линейными, и, следовательно, является возможным точно вычислить градиент возрастания кривой графического представления только по нескольким близко расположенным измерениям приращения температуры/времени (например, приращение в один градус Цельсия), и точно предварительно определить интервалы времени, затраченные для нагрева данного объема воды посредством данных приращений температуры, для известных технических характеристик котла и источника электропитания посредством экстраполяции этих измерений. Линейные графические представления соотносятся с и представляют теплоемкость и удельную теплоемкость воды внутри закрытой среды котла 6 (поскольку измерения времени производят при закрытом клапане выпуска пара), а также для данного (постоянного) объема воды. Таким образом, линейность соотносится с этими постоянными факторами, которые предоставляют возможность для точной и прогнозируемой предварительной оценки объема воды способа и устройства согласно изобретению. Кроме того, это означает, что является неважным, при какой температуре котла, находящейся в пределах диапазона измерения, инициируется процесс измерения интервала времени, в связи с тем, что графическая линия зависимости времени от температуры и скорость нагревания воды внутри котла главным образом являются линейными по всему температурному диапазону в обе стороны от начальной точечной температуры процесса. Эта линейность графических линий делает способ определения объема согласно изобретению значительно более точным, чем другие способы, в которых, например, измерения понижения температуры или давления котла, входящего в состав устройства генерирования пара, производятся в течение времени, во время которого пар выбрасывается из котла. Это обусловлено тем, что графическое представление зависимости уменьшения температуры во время выброса пара от времени является намного менее линейной, а более изогнутой/параболической, означая то, что экстраполяция нескольких близко расположенных первоначальных измерений оказывается неточной. Кроме того, на понижение температуры во время выброса пара оказывает влияние ряд переменных величин, таких как, например, противодавление на подошву, обусловленное одеждой, закрывающей отверстия для пара, пиковое давление и температура внутри котла в точке, когда клапан находится в открытом состоянии для инициирования выброса пара, а также степень диаметр/размер открытия клапана. Вследствие этого, такие переменные величины делают неточной предварительную оценку объема воды внутри котла на основании измеренного понижения температуры или давления во время выброса пара.

Использование таблиц поиска в устройстве и способе согласно изобретению вводит поправку на некую незначительную нелинейность, которая может присутствовать в фактической возрастающей линии графического представления зависимости времени от температуры. Кроме того, на способ и устройство согласно изобретению не оказывают влияние переменные величины, как в других процессах или системах, упомянутых выше. Кроме того, использование таблиц поиска означает, что различные напряжения питающей электросети, например, различные напряжения сети в различных странах, могут быть вполне учтены посредством включения в память средства управления дополнительных предварительно запрограммированных данных интервала времени и приращения температуры для данных технических характеристик котла для известных объемов воды для различных источников питания. Тогда средство управления может делать ссылку на соответствующие данные таблицы поиска в зависимости от обнаруженного напряжения источника питания, с которым используется бытовой прибор.

Описанный выше вариант осуществления изобретения может содержать бытовой электроприбор паровой утюг для одежды, в котором резервуар 5 для воды, насос 7 и котел 6 обеспечиваются внутри стационарного основания, а корпус 2 утюга и подошва 3 являются ручным компонентом всего бытового электроприбора. В таком варианте осуществления основание соединяется с источником электропитания от сети, при этом корпус 2 утюга соединяется с основанием посредством канала подачи пара, предназначенного для подачи пара от котла 6 к подошве 3, а также посредством электрического провода электропитания, предназначенного для подачи электропитания от основания к нагревательным элементам внутри подошвы. Переключатель 13 обеспечивается на корпусе 2, несмотря на то что клапан 12 управления может находиться либо внутри корпуса 2, либо внутри основания.

В альтернативном варианте осуществления изобретения средство 15 управления может быть выполнено таким образом, что, если на этапе S3 определяется, что измеренная температура T_emp находится между (T_ptr-1) и (T_ptr+1), тогда на этапе S4 средство 15 управления устанавливает счетчик времени на ноль (т.е. t=0) и затем начинает измерять время, затраченное на предварительно определенное приращение температуры (например, на один градус Цельсия) свыше T_ptr. Другими словами, система управления закольцовывает измерения температуры T_emp до тех пор, пока измеренная температура Temp не достигнет предварительно определенного приращения температуры выше T_ptr. Как только это повышение температуры достигнуто, фиксируется время t, необходимое для достижения этого повышения. Затем средство 15 управления может использовать измеренное время t для ссылки на соответствующую таблицу поиска для конкретной величины T_ptr и для сравнения на этапе S6, является ли измеренное время t больше или меньше, чем эталонное время в таблице поиска. На фиг. 6 изображена такая таблица поиска, в качестве примера только, при этом она может хранить различные значения периода времени для нагрева ряда объемов воды (например, 50 мл, 100 мл, 150 мл, 200 мл… и т.д.) посредством приращения температуры от данной температуры T_ptr (в таблице на фиг. 6 изображается как T_ptr=135 градусов Цельсия). Если, например, измерение времени t равняется 6,2 секундам, тогда средство управления определит, используя иллюстративную таблицу поиска, изображенную на фиг. 6, что уровень воды в котле 6 находится между 150 мл и 200 мл. На основании целевого уровня воды, который должен поддерживаться в котле 6 (который может быть запрограммирован в средстве управления или в операционных программных командах), на этапе S6 средство 15 управления решит, приводить в действие или нет насос 7, и в случае положительного ответа, на какой период времени. (Например, если целевой уровень воды составляет 250 мл, тогда средство управления может привести в действие насос на 3 секунды). При одном режиме управления согласно изобретению насос 7 может иметь только один фиксированный интервал времени действия. Однако в рамках объема изобретения насос 7 может иметь переменный режим управления, например, переменное время накачивания, которое может быть основано на разнице между расчетным уровнем воды и целевым уровнем воды, и тогда средство 15 управления может приводить в действие насос 7 на требуемый период времени в зависимости от того, сколько воды требуется, как определено, для наполнения котла 6 до предварительно определенного уровня воды.

В альтернативном управлении вариантов осуществления, описанных выше, на этапе S6 средство 15 управления может сравнивать измеренное время t со значениями времени из множества значений времени, сохраненных в таблице поиска, при соответствующей температуре-указателе T_ptr (t@T_ptr) для ряда известных объемов воды, а не только определять меньше ли измеренное время t, чем эталонное время для значения температуры-указателя при пороговом минимальном объеме воды, ниже которого требуется повторное наполнение. В этом альтернативном варианте осуществления средство управления может определять фактический объем воды внутри котла 6, а не только то, находится ли объем воды внутри котла ниже минимального значения, при котором необходимо повторное наполнение. Вследствие этого, как только фактический объем воды, остающейся внутри котла, определен, средство 15 управления может определить объем воды, который необходимо накачать в котел 6, чтобы наполнить котел 6, и, вследствие этого, может приводить в действие насос 7 на соответствующий промежуток времени для наполнения котла 6. Период времени, в течение которого насос 7 работает для повторного наполнения котла 6, предварительно определяется на основании известного общего объема котла и различных известных объемов, соотносящихся с каждой таблицей поиска, и на основании известных технических характеристик насоса, включающих в себя скорость потока жидкости в насосе.

В варианте осуществления изобретения средство управления может быть выполнено с возможностью измерения интервалов времени интервалы для приращений температуры котла во время или после окончания работы насоса для того, чтобы обеспечить более точное управление уровнем воды внутри котла. В таком варианте осуществления средство управления осуществляет итерационный цикл измерений времени, являющийся частью способа управления. В связи с этим, со ссылкой на фиг. 5, вместо того, чтобы осуществлять только одно измерение времени для повышения температуры для каждого периода времени при закрытом клапане 12 управления, в качестве альтернативы технологический контур может возвращаться с этапа S7, на котором насос приводится в действие, на этап S2 для повторения процесса измерения температуры и времени.

В таком альтернативном устройстве и способе изобретения средство управления может быть выполнено с возможностью обнаружения, когда резервуар 5 оказывается пустым, посредством измерения температуры до и после приведения в действие насоса на этапе S7. В случае, если нет никаких изменений (или повышения) воспринятой температуры внутри котла, это указывает на то, что вода не была подана насосом 7 из резервуара 5 в котел в связи с тем, что резервуар пуст, и, следовательно, уровень воды внутри котла не повысился. Для того, чтобы предотвратить непрерывную работу насоса в случае, если резервуар пуст (что могло бы повредить насос или вызвать его чрезмерный износ), средство 15 управления может быть выполнено с возможностью отключения насоса в случае, если определяется, что уровень воды внутри котла не повышается после приведения в действие насоса, на что указывает то, что изменение (или повышение) температуры котла после приведения в действие насоса не обнаружено.

В дополнение к вышеупомянутому, в таком альтернативном устройстве и способе согласно изобретению, средство управления может определять уровень воды внутри котла посредством измерения интервалов времени для приращений температуры котла во время или по окончании работы насоса, и вследствие этого может сохранять в памяти средства управления текущий уровень воды. Затем это может быть использовано для определения следующей работы насоса касательно времени следующего повторного наполнения котла, или требуемой продолжительности работы насоса при следующем приведении в действие насоса для заполнения котла требуемым количеством воды.

В описанном выше варианте осуществления один датчик 14 обеспечивается на обшивке котла 6. Однако в альтернативном варианте осуществления изобретения два датчика температуры могут обеспечиваться на обшивке котла. Они оба могут быть размещены на различных частях верхней поверхности обшивки котла, при этом средство 15 управления может принимать сигналы от обоих датчиков и выводить среднее из двух значений для получения более точных показаний температуры котла. В качестве альтернативного варианта, один датчик может быть установлен на верхней части обшивки котла, а другой может быть установлен на боковой стенке обшивки котла. Опять же средство 15 управления может принимать сигналы от обоих датчиков и выводить среднее из двух значений для получения более точных показаний температуры котла.

В состоянии сухого котла (т.е. при отсутствии воды в котле) пар не может генерироваться, и вследствие этого датчик не будет измерять температуру пара, а, вместо этого будет измерять температуру обшивки котла. Применение двух датчиков может быть использовано для обнаружения состояния сухого котла и для предотвращения перегрева. В таком случае первый датчик располагается на удалении от нагревателя 10, предпочтительно на верхней части обшивки котла, для того, чтобы не подвергаться воздействию температуры нагревателя, и используется для измерения температуры пара внутри котла. Вследствие этого, первый датчик (14, как изображено на Фиг. 1) является нечувствительным к температуре нагревателя, расположенного в нижней части. Второй датчик (не изображен) может обеспечиваться в нижней части котла или рядом с ней таким образом, чтобы он мог обнаруживать любой перегрев в нижней части. В таком варианте осуществления второй датчик может представлять собой отключающее устройство, такое как, например, термостат, который может предоставлять возможность отключать нагреватель 10 в случае, если обнаруженная температура в месте расположения второго датчика превышает предварительно определенное значение (что указывает на то, что нагреватель 10 нагревает до высокой температуры в отсутствии воды). В качестве альтернативного варианта, средство управления может быть выполнено с возможностью сравнения воспринятых температур от первого и второго датчиков и, в случае, если разница между двумя значениям превышает предварительно определенное значение, это указывает на состояние сухого котла. Это обусловлено тем, что нагреватель будет нагревать до высокой температуры в отсутствии воды, что будет обнаруживаться вторым датчиком, при этом отсутствие пара будет означать, что первый датчик не подвергается воздействию нагретого пара, и, следовательно, будет обнаруживать более низкую температуру, чем предполагалось. В такой ситуации средство управления может быть выполнено с возможностью прекращения работы нагревателя 10, чтобы избежать повреждения устройства.

В описанных выше вариантах осуществления датчик 14 содержит датчик температуры. Однако объем изобретения подразумевает, что, в качестве альтернативного варианта, датчик может содержать датчик давления. В закрытой системе котла, такой как, например, в описанных выше вариантах осуществления, температура и давление полностью взаимосвязаны и, следовательно, могут быть функционально взаимозаменяемыми. В таком альтернативном варианте осуществления управление устройством будет таким, как описано выше, за исключением того, где заявленный сигнал датчика, относящийся к измеренной температуре, должен быть заменен сигналом датчика, относящимся к давлению внутри котла. Измерения времени могут быть проведены в пределах диапазона давлений котла, как, например, между 1,5 бар и 6,5 бар, как упоминается выше, при этом таблица поиска, такая как, например, изображенная на фиг. 4, может хранить известные интервалы времени, затраченные для достижения предварительно определенных значений давлений котла в пределах такого диапазона для известного объема(ов) воды. Такое альтернативное устройство и способ управления таким устройством по-прежнему будут обеспечивать описанные выше преимущества перед известными системами.

Несмотря на то что описанный выше вариант осуществления изобретения является паровым утюгом 1, изобретение не подразумевает ограничения таким бытовым электроприбором, а может содержать другие формы устройств, генерирующих пар, например, отпариватели для одежды, отпариватели для обоев, паровые сушилки или устройства для паровой очистки, например, для чистки пола.

Следует понимать, что термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а упоминание элемента в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Лишь тот факт, что определенные меры перечисляются в различных взаимозависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация этих мер не может быть выгодно использована. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не следует расценивать как ограничивающие ее объем.

Реферат

Устройство (1) для генерирования пара содержит резервуар (5) для воды, котел (6) для генерирования пара, датчик (14), соединенный с котлом (6) для обнаружения температуры котла или давления в нем, насос (7), выполненный с возможностью перекачивания воды из резервуара в котел (6), а также средство (15) управления, выполненное с возможностью приема сигнала от датчика (14) и приведения в действие насоса (7) в зависимости от сигнала. Средство (15) управления выполняется с возможностью определения количества воды внутри котла (6) и управления насосом (7) для подачи воды в котел (6) в случае, если определенное количество воды оказывается меньше, чем предварительно определенное значение. Средство (15) управления выполняется с возможностью определения количества воды посредством измерения по меньшей мере одного интервала времени, необходимого для предварительно определенного повышения температуры или давления в котле (6), и сравнения измеренного интервала времени с предварительно определенным значением. Кроме того, раскрывается способ управления работой такого устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула