CN108488879A - 一种燃泵互补热水系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃泵互补热水系统及控制方法，属于热水器技术领域。该系统包括采暖热水两用燃气炉和水箱，燃气炉具有与供暖管路构成采暖循环的供暖出口和供暖回口，以及冷水进水口和热水出水口；水箱具有下进水口、上进水口和热水出口，并装有与热泵主机构成热泵换热循环的换热结构；冷水源经受控于控制电路的三通换向阀分别接燃气炉的冷水进水口和水箱的下进水口，燃气炉的出水口接水箱的上进水口；水箱的上部和下部分别设置上温度传感器和下温度传感器，上、下温度传感器的信号输出端接控制电路中智能器件的信号输入端，智能器件的控制输出端接三通换向阀和热泵主机的受控端。本发明可以更好地满足高效、节能、稳定持续供热水和采暖的需求。

Description

一种燃泵互补热水系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种热水系统，尤其是一种燃泵互补热水系统，同时还涉及相应的控制方法，属于热水器技术领域。

背景技术

近年来，家庭热水、采暖的需求日趋增加,要求也越来越高，热水和供热能耗占建筑能耗的比重不断上升，因此节能并且稳定的采暖、热水供应成为研究热点。

现有的热泵热水器产品具有节能的优点，但家用空气源热泵热水器功率较小且在较低温度条件下的热效率和稳定性会大大降低，因此不适于作为持续供热水和采暖的热源。而采暖热水两用壁挂炉虽集成了采暖和燃气热水器两种功能，功率大且不受室外环境温度影响，具有一机两用的优点，但单独运行能耗高且出水温度不够稳定，尤其在冬季供暖的同时使用热水难免影响采暖效果。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种将热泵和燃气能源有机结合的燃泵互补热水系统，从而充分发挥燃热和热泵的优势，满足高效、节能、稳定持续供热水和采暖的需求，同时给出相应控制方法。

为了达到上述目的，本发明的燃泵互补热水系统基本技术方案为：包括采暖热水两用燃气炉（简称两用炉）和水箱，所述燃气炉具有与供暖管路构成采暖循环的供暖出口和供暖回口，以及冷水进水口和热水出水口；所述水箱具有下进水口、上进水口和热水出口，并装有与热泵主机构成热泵换热循环的换热结构；冷水源经受控于控制电路的三通换向阀分别接所述燃气炉的冷水进水口和水箱的下进水口，所述燃气炉的出水口接水箱的上进水口；所述水箱的上部和下部分别设置上温度传感器和下温度传感器，所述上、下温度传感器的信号输出端接控制电路中智能器件的信号输入端，所述智能器件的控制输出端接三通换向阀和热泵主机的受控端。

工作时，所述智能器件按以下步骤进行互补控制：

第一步、接收信号——接收上、下温度传感器的探测信号；

第二步、初始判断——判断下温度传感器探测的温度信号是否小于设定温度减去第二预定值；如初始判断为否则返回第一步,如初始判断为是则进行下一步；

第三步、开启主机——控制热泵主机处于开启加热状态；

第四步、温降判断——判断上温度传感器的探测温度下降速率是否大于预定速率或者上温度传感器的探测温度小于设定温度减去第一预定值；如温降判断为否则控制三通阀换向使冷水源与水箱下进水口连通；如温降判断为是则控制三通阀换向使冷水源与燃气炉的冷水进水口连通，进而经热水出水口与水箱上进水口连通；

第五步、终了判断——判断上温度传感器探测的温度信号是否大于设定温度且下温度传感器探测的温度信号是否大于设定温度减去第一预定值；如终了判断为否则返回第三步；如终了判断为是则进行下一步；

第六步、关闭主机——控制关闭热泵主机，并控制三通阀换向使冷水源与水箱下进水口连通，返回第一步。

本发明的基本控制思路是，水箱在通常的小水量用水时，始终依靠热泵进行加热，从而充分发挥其节能优势，此时冷水直接通入水箱，由水箱供应热水给用户使用，以免两用炉的采暖功能被频繁打断；只有当大水量放水时，冷水才在必要时通过两用炉辅助加热后再通入水箱，以便充分发挥燃气大功率的优势，从而满足高效、节能、稳定持续供热水和采暖的需求。

具体而言，智能器件在通常用水情况下，首先通过初始判断水箱下部温度是否过低决定热泵主机启动\保持加热与否；在热泵主机启动情况下，再通过温降判断是否发生大用水、单靠热泵主机加热无法满足高效、稳定持续供热水要求，一旦发现，就及时切换到冷水先通过两用炉辅助加热再通入水箱缓冲后供用户使用；之后根据判断水温是否达标而控制是否关闭热泵主机并脱开两用炉。

本发明的系统构成并不复杂，但将热泵与燃气加热有机结合，并合理利用了水箱的水温缓冲功能，使热泵的节能和燃气的快速高效优势互补，同时具备节能并且高效、稳定的优点，成为可稳定持续供热水和采暖的系统。尤其是还采用简捷合理的逻辑进行控制，可以切实而又巧妙地同时解决低温度条件下热泵效率低、稳定性差的问题，以及两用炉冬季供暖易受使用热水影响的难题。

本发明进一步考虑到，当进水路径切换至两用炉时，其启动须有缓冲时间，因此对于立式水箱而言，上温度传感器的合理位置是低于上进水口10-15cm；对于卧式水箱而言，上温度传感器的合理位置是低于上进水口5-10cm,具体数值可根据实际使用水箱结构进一步优化调整。此外，经过试验分析确定的优选参数为：所述第一预定值的取值范围为3-5℃，所述第二预定值的取值范围为8-10℃，所述温度下降率为45s-90s内下降3℃。

附图说明

图1是本发明一个实施例的系统构成结构示意图。

图2是图1实施例的控制流程图。

图3是图1实施例的控制电路原理图。

具体实施方式

本实施例的燃泵互补热水系统如图1所示，包括采暖热水两用燃气壁挂炉1和水箱3。燃气壁挂炉1具有与供暖管路1-3构成采暖循环的供暖出口和供暖回口，以及冷水进水口1-1和热水出水口1-2。水箱具有下进水口3-1、上进水口3-2和热水出口3-3，并装有与热泵主机2构成热泵换热循环的盘管式换热器3-4。自来水冷水源经受控于控制电路5的三通换向阀4分别接燃气壁挂炉1的冷水进水口1-1和水箱的下进水口3-1，燃气壁挂炉1的出水口1-2接水箱3的上进水口3-2，因此实际构成了由燃气壁挂炉1冷水进水口1-1经炉内加热管路、再由热水出水口1-2经水箱上进水口3-2至水箱3的通路。水箱3的上部和下部分别设置上温度传感器T1和下温度传感器T2，由于本实施例为立式水箱，因此设置上温度传感器T1的位置低于上进水口12cm，这样即使T1达到需切换到燃气壁挂炉1辅助加热的阈值温度时，其上部12cm水域的水温将高于阈值温度，可以继续提供缓冲时间的热水，补偿燃气壁挂炉1输送预热水的滞后，保持持续满足使用热水的需求。

本实施例的控制电路如图3所示，包括智能器件——芯片D1构成的控制模块、分别外接温度传感器T1、T2的探温模块、三通阀和热泵主机受控模块，以及电源模块和显示板通讯模块。上、下温度传感器T1、T2的信号输出端接控制电路5中智能器件的信号输入端，智能器件的控制输出端接三通换向阀4和热泵主机2的受控端，其具体的连接及信号传输关系不难根据前述技术方案理解，故不详述。

工作时，智能器件按以下步骤进行互补控制：

第一步、接收信号——接收上、下温度传感器T1、T2的探测信号。

第二步、初始判断——判断下温度传感器T2探测的温度信号是否小于设定温度Ts减去第二预定值10℃；如初始判断为否，说明目前的水温状态适当，维持现状返回第一步继续监测即可；如初始判断为是，说明水温已低至难以接受，需要保证进行下一步的热泵加热。

第三步、开启主机——控制热泵主机处于开启加热状态。

第四步、温降判断——判断上温度传感器T1的探测温度下降速率是否大于预定速率90s内下降3℃、或者上温度传感器T1的探测温度小于设定温度Ts减去第一预定值5℃；如温降判断为否说明用户无大量热水需求或热泵的加热能力可以保证水温不骤降或过低，可以满足要求，控制三通阀换向使冷水源与水箱下进水口连通，继续只依靠热泵加热即可；如温降判断为是则说明因大量使用热水导致水温骤降，或水箱上部供水区域温度已难以符合要求，单靠热泵加热已无法满足需求，需控制三通阀换向使冷水源与燃气炉的冷水进水口连通，进而经热水出水口与水箱上进水口连通，使冷水通过燃气壁挂炉加热后再通入水箱，以便借助燃气壁挂炉高效辅助加热。

第五步、终了判断——判断上温度传感器T1探测的温度信号是否大于设定温度Ts且下温度传感器T2探测的温度信号是否大于设定温度Ts减去第一预定值5℃；如终了判断为否，说明加热未达标，则返回第三步，继续加热；如终了判断为是，说明加热已达标，则进行下一步的关机控制。

第六步、关闭主机——控制关闭热泵主机，并控制三通阀换向使冷水源与水箱下进水口连通，及时脱离燃气壁挂炉，使其确保避免燃气壁挂炉的供热功能被频繁打断，满足采暖需求，再返回第一步循环控制。

由此可见，本实施例的智能器件通过分析上、下温度传感器的探测信号判断水箱的热水量，可以决定冷水是直接通入水箱还是通过两用炉加热后再进入水箱。用户开始放水，水箱内充满热水，控制三通阀使自来水管与水箱下进水口连通，冷水直接通入水箱，由水箱放热水给用户使用，避免燃气壁挂炉的供热功能被打断。随着热水不断放出，下温度传感器温度降低，则开启热泵主机及时加热水箱补充热量，同时检测上温度传感器的水温下降速率是否超出预定速率或者上温度传感器的温度小于设定温度减去第一预定值，如判定为是则用户大水量用水且水箱内的热水即将用完，控制三通阀使自来水进管通过两用炉与水箱上进水口连通，冷水通过两用炉加热后通入水箱。

试验证明，由于构建了燃气壁挂炉和水箱有机结合的管路及控制装置，进而采取了合理的切换控制，结果不仅使热泵和燃气得以优势互补，而且利用了水箱的水温缓冲功能，因此确保切换进水途径的过程中不会产生水温明显变化，整个系统可以更好地满足高效、节能、稳定持续供热水和采暖的需求。

除上述实施例外,本发明还可以由其它实施方式,例如换热结构除了本实施例外的盘管换热器外, 由于水循环式热泵无需换热盘管也可将热量换出,因此也可以由水循环自身构成，或采取其它换热结构。这些都落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种燃泵互补热水系统，包括采暖热水两用燃气炉（1）和水箱（3），所述燃气炉（1）具有与供暖管路（1-3）构成采暖循环的供暖出口和供暖回口以及冷水进水口（1-1）和热水出水口（1-2）；所述水箱具有下进水口（3-1）、上进水口（3-2）和热水出口（3-3），并装有与热泵主机（2）构成热泵换热循环的换热结构（3-4）；冷水源经受控于控制电路（5）的三通换向阀（4）分别接所述燃气炉的进水口（1-1）和水箱的下进水口（3-1），所述燃气炉的出水口（1-2）接水箱的上进水口（3-2）；所述水箱（3）的上部和下部分别设置上温度传感器（T1）和下温度传感器（T2），所述上、下温度传感器（T1、T2）的信号输出端接控制电路（5）中智能器件的信号输入端，所述智能器件的控制输出端接三通换向阀（4）和热泵主机（2）的受控端。

2.根据权利要求1所述的燃泵互补热水系统，其特征在于：所述水箱为立式水箱，所述上温度传感器低于上进水口10-15cm。

3.根据权利要求1所述的燃泵互补热水系统，其特征在于：所述水箱是卧式水箱，所述上温度传感器低于上进水口5-10cm。

4.根据权利要求1至3任一所述燃泵互补热水系统的控制方法，其特征在于所述智能器件按以下步骤进行互补控制：

第一步、接收信号——接收上、下温度传感器的探测信号；

第二步、初始判断——判断下温度传感器探测的温度信号是否小于设定温度减去第二预定值；如初始判断为否则返回第一步,如初始判断为是则进行下一步；

第三步、开启主机——控制热泵主机处于开启加热状态；

第四步、温降判断——判断上温度传感器的探测温度下降速率是否大于预定速率或者上温度传感器的探测温度小于设定温度减去第一预定值；如温降判断为否则控制三通阀换向使冷水源与水箱下进水口连通；如温降判断为是则控制三通阀换向使冷水源与燃气炉的冷水进水口连通，进而经热水出水口与水箱上进水口连通；

第五步、终了判断——判断上温度传感器探测的温度信号是否大于设定温度且下温度传感器探测的温度信号是否大于设定温度减去第一预定值；如终了判断为否则返回第三步；如终了判断为是则进行下一步；

第六步、关闭主机——控制关闭热泵主机，并控制三通阀换向使冷水源与水箱下进水口连通，返回第一步。

5.根据权利要求4所述燃泵互补热水系统的控制方法，其特征在于：所述第一预定值的取值范围为3-5℃，所述第二预定值的取值范围为8-10℃，所述温度下降率为45s-90s内下降3℃。