CN102066847A - 用于恒定地维持热水温度的热水供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热水供给系统，其利用加热装置在高温下加热流入入口的低温水，并经出口供应高温水。根据本发明的热水供给系统包括换热器，其将加热装置的热量传递到流入水以便供应用户设定温度的流入水；流量传感器，其测量流入热水供给系统中水的流量；水箱，其存储换热器中排出的水；温度传感器，其被安装在所述水流经的管路的预定位置；和控制器，其具有允许用户输入所需条件的输入单元，其中控制器通过比较用户设定温度和温度传感器测量的温度来控制加热装置的工作，并根据流量传感器测量的流量变化控制加热装置的工作。

Description

用于恒定地维持热水温度的热水供给系统
技术领域
本发明涉及一种用于维持热水恒温的热水供给系统，并更具体涉及一种能改善热水温度过冲和下冲的维持热水恒温的热水供给系统，热水温度的过冲和下冲由于热水使用的变化而暂时出现。
背景技术
通常，热水供给系统(此后称为“热水器”)用于在短时间内加热和供应预定温度的水。热水器的性能首要取决于如何快速使热水温度达到用户设定温度，和即使在热水使用变化的情况下，是否能供应维持在用户设定温度的热水，。
图1是图示具有旁通阀的已知热水器结构的图表，图2是图示热水器中热水温度由于热水用量减少而变化的曲线图。
热水器包括检测流入水流量的流量传感器1，测量流入水温度的流入水温度传感器2，由加热装置(燃烧器)向流入水传递热量的换热器3，直接与流入管和流出管相互连接的旁通管4，用于不经过换热器3而经由旁通管4直接将流入水供给到流出管的旁通阀5，测量流出管道的热水温度的流出水温度传感器6，控制流出热水量的流量控制阀7。
使用热水时，在图2中的时间PI当用户由大流量向小流量减小热水用量时，控制器(未示出)通过流量传感器1检测到流量降低，从而降低燃烧器的加热功率。但是，由于在减少热水用量之前大流量的热水被供给到了换热器3，大量的热量已经被供应到热交换器3内部。结果，在这种情况下，即使流经换热器的流量降低并因此降低燃烧器的加热功率，也将暂时流出比设定温度更高温度的热水。
为了最低程度的减少流出比设定温度更高温度的热水(此后称为“过冲”)的时间，在预定时间内，所述控制器快速减小燃烧器的加热功率。因此，如图2所示，具有比用户设定温度更高温度的热水暂时流出(参见箭头a)，在此之后具有比用户设定温度更低温度的热水在预定时间内流出(此后称为“下冲”)(参见箭头b)。
同样地，为了防止当用户由大流量向小流量变化热水时流出温度临时升高，用户在正常情况下关闭旁通管，并当由于使用流量快速降低产生过冲时，打开旁通阀5将流入水不流经换热器3直接送入流出管。经旁通阀5送入到流出管的低温水与过冲高温水混合，从而消除流出温度的过冲。
但是，当用户由小热水流量变为使用大热水流量的情况下，具有旁通管5的热水器难以防止所述下冲的增加。
为了解决上述问题，如图3所示，开发出了具有流量可控混合阀8的热水器，代替了已知的旁通阀。
所述热水器通过少许打开所述混合阀8，允许流入水中的少量水不经换热器3而流入流出管，即使在正常情况下。因此，未经过换热器3的低温水流进流出管中，并与流经换热器3的水混合，以使换热器的控制温度设定为比用户设定温度更高的温度。从而，流经所述混合阀3的水与流经换热器3的水混合，以使流出管中的热水温度达到用户设定温度。
例如，当热水用量在图4所示的时间P1快速降低时，所述控制器通过进一步打开所述混合阀8，提高经旁通管4直接供应到流出管的水量，从而消除暂时的过冲。同时，当由于热水用量快速增加而产生下冲时，所述控制器通过进一步关闭所述混合阀8，降低未经换热器而经旁通管4直接供应到流出管的水量。因此，采用这样的安排，即按照相对增加经换热器3从流出管流出的水量的方式调整设定温度。
当如前所述使用所述混合阀时，由于热水用量变化而引起的温度改变急剧减少，从而可以使用温度与设定温度比较接近的热水。如图4中图表所示，由于热水用量降低而产生的热水温度的过冲和下冲，与图2所示相比减少。
技术问题
如上所述，图1所示热水器可改进由于热水用量的降低而产生的热水温度临时过冲，而该热水器当热水用量增加时不能有效处理下冲。
相对于此，图3所示热水器可同时处理由于热水用量变化而产生的热水温度的过冲和下冲。但是，该热水器具有这样的问题，即为了改善热水温度的控制，其中在使用热水时所述热水温度受到流量变化的影响，换热器出口的温度被控制为比用户设定温度高平均大约20℃，从而热水器的效率降低。
进一步的，如人们所知，冷凝热水器回收废气的冷凝热量并利用该热量加热热水。在这种情况下，当换热器的出口温度控制地高，热水出口温度将高于废气的冷凝温度，所述冷凝温度大约为55℃或更低，使得所述废气难以冷凝。因此，废气的冷凝热量不能被回收，从而降低了热水器的效率。
此外，依据所用水的质量，当某些所用水中含有石灰时，在55℃或更高温度下大部分石灰可析出。在图3所示的热水器的情况下，假设热水设定温度为大约50℃，这是一个用户通常设定的温度，换热器控制热水的温度将为70℃，比50℃高大约20℃，以控制热水出口温度。当流进用户流入管中的水含有石灰石，石灰在换热器中析出，这样经过长期使用热水器的效率将变差，换热器的热量传递降低，这样可能会发生局部沸腾，因此使热水器的耐用性变坏。
发明内容
因此，本发明的第一目的是提供一种能改善由于热水使用的变化而暂时出现的热水温度过冲和下冲的维持热水恒温的热水供给系统，同时最大化的维持热水器的效率。
此外，本发明的第二目的是提供一种维持热水恒温的热水供给系统，在冷凝热水器的情况下，其通过控制换热器出口温度为废气的冷凝温度或更低，回收废气的冷凝热量，以提高热水器的效率。
另外，本发明的第三目的是提供一种维持热水恒温的热水供给系统，当流入水中含有石灰成分时，其通过控制换热器的内部温度为石灰析出温度或更低，防止石灰在换热器中析出。
有益效果
根据本发明，当热水使用变化时，热水温度的临时变化可被从水箱中吸收，以使在使用热水时不会有热水温度的急剧变化。此外，在冷凝热水器的情况下，换热器出口的温度被控制为废气的冷凝温度或更低，热水器的效率得以提高，且换热器的内部温度被控制为低于石灰析出温度的温度，从而可以防止换热器耐用性被破坏。
此外，存储预定量水的水箱安装在热水器中，并且即使在不使用热水的情况下，存储在水箱中的水和存留在管中的水被预热和循环，从而当用户想要使用热水时，可以在最短时间内在设定温度水平供应热水，并防止在冬季由于室温下降而引起的管路结冰。
此外，在预热循环过程中水流路径的情况下，通过手动或自动操作三通阀，所述水流经外部的散热器，以使热水器中存留的水仅使用内置泵预热和用于加热设备。
附图说明
图1是图示具有旁通阀的已知热水供给系统结构的图表；
图2是图示在图1所示的系统中热水器中热水温度由于热水用量减少而变化的曲线图；
图3是图示具有混合阀的已知热水供给系统结构的图表；
图4是图示在图3所示的系统中热水器中热水温度由于热水用量减少而变化的曲线图；
图5是图示根据本发明第一实施方式的热水供给系统结构的图表；
图6是图示图5所示热水供给系统预热时的水流路径的图表；
图7是图示图5所示热水供给系统使用热水情况下的水流路径的图表；
图8是图示根据本发明第二实施方式的热水供给系统结构的图表；
图9是图示图8所示热水供给系统预热时的水流路径的图表；
图10是图示图8所示热水供给系统使用热水情况下的水流路径的图表；
图11是图示根据本发明的热水供给系统中热水温度由于热水用量增加而变化的曲线图；和
图12是图示根据本发明的热水供给系统中热水温度由于热水用量减少而变化的曲线图。
具体实施方式
实施本发明的最佳方式
根据本发明，热水供给系统使用加热装置在高温下加热流入入口的低温水，并经出口供应高温水，其包括换热器，用于将加热装置的热量传递到流入水以便供应用户设定温度的流入水；流量传感器，用于测量流入热水供给系统中水的流量；水箱，用于存储换热器中排出的水；温度传感器，其被安装在所述水流经的管路的预定位置；和控制器，其具有允许用户输入所需条件的输入单元，其中控制器通过比较用户设定温度和温度传感器测量的温度来控制加热装置的工作，并根据流量传感器测量的流量变化控制加热装置的工作。
此外，所述热水供给系统还包括安装在管路上的泵，该管路用于连接形成在入口侧管路上的第二分叉点和形成在出口侧管路上的第一分叉点，其中当用户不使用热水时，所述控制器采用预热循环模式，在该模式下热水供给系统中的水通过所述泵根据预热循环温度经内部循环路径循环，该内部循环路径连接第一分叉点、第二分叉点和换热器。
此外，基于用户在输入单元输入的设定温度，所述控制器确定一个等于或高于设定温度的温度作为预热循环开启温度，和一个低于设定温度的温度作为预热循环关闭温度，且当温度传感器测量的温度等于或低于所述预热循环开启温度时控制加热装置开启，当温度传感器测量的温度等于或高于预热循环关闭温度时控制加热装置关闭。
此外，当用户在输入单元输入从一天当中选择的执行预热循环模式的时间时，所述控制器相应地控制所述预热循环模式。
此外，所述热水供给系统还包括止回阀，其安装在连接所述泵和第二分叉点的管路上。
此外，在连接所述第一分叉点和所述出口的管路上形成有第三分叉点，且在所述第一分叉点和所述泵之间设有三通阀，以使得预热循环模式下的预热水流经散热器，该散热器安装在连接所述第三分叉点和所述三通阀的支管上。
本发明的实施例
本发明优选实施方式的结构和操作将在以下参照附图详细描述。在此为附图中的组件给定了参考标记，应当注意，相同的组件由基本上相同的参考标记表示，即使他们出现在不同的附图中。
图5是图示根据本发明第一实施方式的热水供给系统结构的图表。图6是图示预热时的水流路径的图表。图7是图示使用热水情况下的水流路径的图表。
如图5所示，根据本发明第一实施方式的热水器100包括测量流入入口10的水的温度的流入水温度传感器11，测量流入水流量的流量传感器12，将燃烧器的热量传递到流入水以送出具有用户设定温度的流入水的换热器13，测量从换热器中流出的水的温度的流出水温度传感器14，存储换热器13的流出水的水箱15，控制热水流量的流量控制阀16，安装在管24上的泵17，管24用于连接形成在出口20侧的管路上的第一分叉点21和形成在入口10侧的管路上的第二分叉点22，防止逆流的止回阀18，和具有输入单元31的控制器30，所述输入单元31允许用户输入他/她所需的条件。
当用户不使用热水时，所述出口20关闭，通过使用泵17的压力启动预热循环模式，在该模式下热水沿图6中粗线所表示的路径循环。
在预热循环模型下，与流出水温度传感器14连接的控制器30比较由流出水温度传感器14测量的温度和用户通过所述输入单元输入的设定温度。例如，在用户设定温度为40℃的情况下，所述控制器30被配置为，当流出水温度传感器14测量的温度以+5℃高于用户设定温度时关闭换热器13的加热，当流出水温度传感器14测量的温度以-5℃低于用户设定温度时开启换热器13的加热。当然，举例的设定温度和允许的范围可由用户修改。
因此，通过形成封闭的内部环路，该环路连接第一分叉点21、泵17、第二分叉点22和换热器13，存储在水箱15中的水和热水器100的内部管路存留的水被预热，即使用户未使用热水。因此，当用户开始使用热水时，预热水在任何时间总是可以在短时间内达到用户设定的热水温度。
此外，热水总是通过预热循环模式循环，因此可以产生另外的效果，即防止在冬季由于室温下降而引起的管路结冰。
通过用户操作输入单元31，执行预热循环的时间可任意设定。例如，预热循环可由用户24小时总执行。相对于此，预热循环可由用户在除睡眠时间之外的时间执行，例如，上午6点至下午12点。
当用户使用热水时，如图7中粗线所示，经入口10流入的水被换热器13加热并经过水箱15通过出口20排出，供给用户。
当用户为了使用热水打开安装在出口20处的阀时，到达第一分叉点21的水由于压差经出口20全部排出，作为结果，内部循环不再执行，如图6所示。流量传感器12安装在连接入口10和换热器13的管路上，以使得当检测到水的流动时，向控制器30传递检测信号，控制器30通过激活加热装置控制换热器13的温度。
此后，将描述本发明的一个结构，当用户热水使用改变时，该结构通过防止热水临时的过冲和下冲能够最小化热水温度的变化。
当用户使用热水时，流入水温度传感器11检测到流入水的温度，流量传感器12获取到使用热水的流量。通过这种结构，燃烧器的加热功率被确定，燃烧器的加热功率用于控制流入水的温度达到用户设定的热水温度，并且通过换热器13将燃烧器的加热功率传递到流入水，这样使得可以排出具有用户设定温度的热水。因此，换热器13排出的及在水箱15中存储的水的温度与用户设定温度相同。
当用户增加热水使用时，通过流量传感器12获取到热水使用的增加。同时，控制器30通过增加燃烧器的加热功率，控制热水温度达到用户设定温度。但是，对于通过获取到热水使用的增加，控制器30增加燃烧器的加热功率需要预定的时间，在预定的时间内，大量的水流进换热器13内。当流经换热器13的水流量为此增加时，即使燃烧器的加热功率增加，适合于之前小流量的换热器13的内部热量将逐渐增加，因此引起了下冲，下冲时换热器排出的水温临时变为低于用户设定温度。
但是，在本发明的热水器100的情况下，在供给用户之前，换热器13排出的水与存储在水箱15中的水混合。由于水箱15中总是存储有温度接近于用户设定温度的水，在供给用户之前，换热器13排出的具有相对较低温度的水与存储在水箱15中的水混合，因此获得的水具有的温度基本上接近于用户设定温度。
因此，由于因热水使用增加引起的相对大量的临时下冲被水箱吸收，在没有明显热水温度变化的情况下可将热水供给用户。同样地，当热水使用增加，大量的过冲也将被水箱吸收，该过冲是为了消除下冲快速增加燃烧器加热功率而产生的。
图11图示了当用户增加热水使用时，根据本发明的热水器100中热水温度的变化。如曲线图所示，与已知热水器相比，所述过冲和下冲明显减少。
即使当用户降低热水使用时，发生换热器13排出的水的温度临时增加的过冲，但是由于换热器中排出的具有较高温度的水与水箱15中存储的水相混合，相当大量的过冲被水箱15吸收。因此过冲的量明显减少，使得可以在没有明显热水温度变化的情况下向用户供给热水。同样地，当热水使用减少，相当大量的下冲也可被水箱吸收，该下冲是为了消除过冲快速降低燃烧器加热功率而产生的。
图12图示了当用户减少热水使用时，根据本发明的热水器100中热水温度的变化。如曲线图所示，与已知热水器相比，所述过冲和下冲明显减少。
为了能够处理用户热水使用的增加和减少，优选水箱15的容量较大，但是在水箱15的容量增加的情况下，整个热水器的体积也相应增加，这使得水箱容量的增加具有一定的限制。通常水箱容量在2-3升的范围内。
在本发明中，所述流量控制阀14安装在出口20侧，但是为了设计方便，其也可安装在入口10侧。
以下参照附图8-10，描述了根据本发明第二实施方式的热水器100。
图8是图示根据本发明第二实施方式的热水器100结构的图表。图9是图示预热时的水流路径的图表。图10是图示使用热水情况下的水流路径的图表。
如图8所示，根据本发明第二实施方式的热水器100包括安装在管24上的三通阀19，其中管24用于连接除根据本发明第一实施方式的热水器100组件之外的第一分叉点21和第二分叉点22。此外，在连接第一分叉点21和出口20的管路上形成有第三分叉点23，并在连接第三分叉点23和三通阀19的支管上设有散热器25。所述三通阀19由两个入口19a和19b及一个出口19c组成，从而可以改变水的流动路径。
如图9所示，在根据本发明第二实施方式的预热循环过程的情况下，当用户没有使用热水时，三通阀19的第一入口19a和出口20关闭，三通阀19的第二入口19b和出口19c打开，以使水沿图中所述路径内部循环。
通过热水器100的这种结构，可以防止在冬季零下温度时的管路结冰，并且可以使预热和循环热水的热量传递到外部的散热器25，并可用于加热。
本发明的另一特征是热水的供给和外部加热可仅通过一个泵17循环所述水实现，如图9所示。
图10图示了用户使用热水时的水流路径。即使在这种情况下，可采用与图7的第一实施方式相同的方式操作热水器。
如前所述，在本发明热水器100的情况下，当热水使用改变时，热水温度的临时变化可由水箱15吸收，可在没有明显热水温度变化的情况下供给热水。
此外，由于换热器13的控制温度被控制为热水的设定温度，换热器出口的温度为废气的凝结温度或更低，这就使热水器的效率增加，并且即使当水中含有石灰时，石灰成分也不会析出，从而可以防止换热器的耐用性被破坏。
另外，当用户未使用热水时，热水器中的水以预热循环模式循环，这就使得当用户想要使用热水时，可以在最短时间内以设定温度水平供给热水，并且防止在冬季由于室温下降而引起的管路结冰。
此外，在预热循环过程的水流路径的情况下，通过手动或自动操作三通阀，所述水可流经外部散热器，这使得热水器内部的水仅使用一个内部泵被预热并被用于加热装置。
本发明并不限于所述实施方式，但是在不偏离本发明的范围和精神下，进行各种修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。
工业适用性
本发明适用于供水系统，使得本发明可在没有明显的热水温度变化的情况下供给热水，即使热水的使用变化，且当热水器中存留的预热水时可仅使用一个内部泵用于加热装置。

Claims (6)

1.一种热水供给系统，其利用加热装置在高温下加热流入入口的低温水，并经出口供应高温水，该系统包括换热器，用于将加热装置的热量传递到流入水以便供应用户设定温度的流入水；流量传感器，用于测量流入热水供给系统中水的流量；水箱，用于存储换热器中排出的水；温度传感器，其被安装在所述水流经的管路的预定位置；和控制器，其具有允许用户输入所需条件的输入单元，其中控制器通过比较用户设定温度和温度传感器测量的温度来控制加热装置的工作，并根据流量传感器测量的流量变化控制加热装置的工作。
2.根据权利要求1的热水供给系统，所述系统还包括，安装在管路上的泵，该管路用于连接形成在入口侧管路上的第二分叉点和形成在出口侧管路上的第一分叉点，其中当用户不使用热水时，所述控制器采用预热循环模式，在该模式下热水供给系统中的水通过所述泵根据预热循环温度经内部循环路径循环，该内部循环路径连接第一分叉点、第二分叉点和换热器。
3.根据权利要求2的热水供给系统，其中基于用户在输入单元输入的设定温度，所述控制器确定一个等于或高于设定温度的温度作为预热循环关闭温度，和一个低于设定温度的温度作为预热循环开启温度，且当温度传感器测量的温度等于或低于所述预热循环开启温度时控制加热装置开启，当温度传感器测量的温度等于或高于预热循环关闭温度时控制加热装置关闭。
4.根据权利要求3的热水供给系统，其中当用户在输入单元输入从一天当中选择的执行预热循环模式的时间时，所述控制器相应地控制所述预热循环模式。
5.根据权利要求4的热水供给系统，所述系统还包括止回阀，其安装在连接所述泵和第二分叉点的管路上。
6.根据权利要求5的热水供给系统，其中在连接所述第一分叉点和所述出口的管路上形成有第三分叉点，且在所述第一分叉点和所述泵之间设有三通阀，以使得预热循环模式下的预热水流经散热器，该散热器安装在连接所述第三分叉点和所述三通阀的支管上。
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