CN109084485A - 适用于热水器的即开即热循环系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于热水器的即开即热循环系统及其控制方法，解决现有技术中热循环系统中热水器频繁启动、及热水容易串入冷水管等问题，采用的技术方案：包括循环装置和单向阀组件，所述循环装置装在与热水器所连接的冷水管路或热水管路上，所述单向阀组件设置在热水器供热水管路的末端，所述循环装置内设置控制模块，与控制模块信号连接的加热模块和变频水泵，所述单向阀组件上设置第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述控制模块信号连接。其效果：通过在循环装置中的变频水泵、加热模块，流量传感器和第二温度传感器及控制模块、与单向阀组件上的第一温度传感器形成闭环控制系统，解决了热水器频繁启动和冷热水串管等问题。

Description

适用于热水器的即开即热循环系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种与热水器配套使用的循环系统及其控制方法，尤其涉及一种能有效避免热水器频繁启动(尤其适用于无回水管的热水器使用)，并能防止冷热水管串水的即开即热热水循环系统及其控制方法。

背景技术

目前市面上已有即开即热式热水器，其基本原理是在普通热水器内的管道上，增加一台水泵，利用水泵循环热水管中冷却的热水，从而触发热水器启动加热，实现管路“零冷水”的功能。此外，目前市面上常见的配套于燃气热水器热水循环装置，也是采用如上的原理进行工作，不同在于，将热水循环装置独立于热水器，在安装，功能等方面更加灵活，能实现将原有普通热水系统改造成即开即热循环系统的目的，而不用购买价格昂贵的零冷水热水器。

目前，不管是哪种方式组成的即开即热热水循环系统，虽然能够通过客户手动启动/预约功能/遥控启动等方式，提前将管道中的水加热到设定温度，但都存在着不足。如果客户选择手动启动或遥控启动，则必须等待一段时间让管路完成预热，即开即热功能的体验受到影响。而如果采用预约功能，在选定的时段内保证即开即热，则对热水循环装置(热水器中为对应功能模块)中的温度传感器的安装位置有要求，安装在热水管路的末端显然是最优的选择，但实际上，由于距离和结构的限制，多少情况下温度传感器装在冷水管或者是回水管中，这些地方不能真实地反映热水管路的温度状况，会造成循环装置的误启动，从而造成热水器的频繁启动，降低热水器寿命，并造成能源的大量浪费。

特别是对于大量的无回水管路的房屋已装修的用户来说，温度传感器如果布置在冷水管中，预约模式的使用，不但会造成热水器频繁启动，还会造成热水管中的热水进入到冷水管中，无冷水可用，还会使得冷水管中的水产生异味。对于安装了净水设备的客户来说，甚至会对净水设备造成损坏。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题而提供一种适用于热水器的即开即热循环系统及其控制方法，能有效避免热水器频繁启动，并能防止热水串入冷水管中，对于安装了净水设备的客户来说，也能够避免对净水设备造成损坏。

本发明的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：适用于热水器的即开即热循环系统，其特征在于包括循环装置和单向阀组件，所述循环装置上的进水口用于与热水器所连接的冷水管路连通，所述循环装置上的出水口用于与热水器的冷水口连通，所述单向阀组件设置在热水器供热水管路的末端，所述循环装置内设置控制模块，与控制模块信号连接的加热模块和变频水泵，所述单向阀组件上设置第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述控制模块信号连接，所述第一温度传感器用于检测所述热水管路的末端的水温，形成信号使所述控制模块控制所述变频水泵和加热模块的工作。

总体来说，能有效避免热水器频繁启动(特别对于无回水管的热水器来说)，并能防止热水串入冷水管中，对于安装了净水设备的客户来说，能够避免对净水设备造成损坏。

具体来说，循环装置内设置控制模块、变频水泵和加热模块，控制模块实现自动控制，所述变频水泵高速运行时，触发热水器启动加热；所述变频水泵低速运行时，使所述加热模块启动加热，对循环闭合内的水(热水器、供热水管、单向阀组件、连接单向阀组件和循环系统的管路、循环系统、循环系统与热水器连接的管路所形成的闭环系统)进行预热，实现即开即热。所述控制模块控制所述变频水泵的运行时间；或者，所述单向阀组件检测供热水管路末端的水温，当达到设定温度，所述单向阀组件向所述控制模块发生停止运行信号，所述控制模块控制所述变频水泵停止运行。

进一步详细说明：在预约模式(控制模块的一项功能)下，第一次变频水泵以高转速运行，流量大于热水器启动流量，利用热水器进行预热，预热完成后，由于管路降温总是缓慢的，在此后的温度维持阶段，降低变频水泵转速使得流量小于热水器启动流量，依靠循环系统内的加热模块进行电加热以维持热水管(供热水管路)恒温，解决热水器频繁启动问题。安装于热水管末端的单向阀组件上的第一温度传感器检测水温，在水温达到设定值时，将发射预热停止信号(第一温度传感器和控制模块采用无线发送、接收信号)，使得变频水泵停止运行，从而防止热水进入到冷水管中。

典型地：燃气热水器的最低启动流量为2.5L/min，在预热开始时，让变频水泵以大流量运行(流量在6L/min以上)，触发热水器进行加热，实现快速预热的目的，减少水资源的浪费和等待时间。预热完成后，在接下来连续温度维持时段内，通过变频水泵，加热模块，流量传感器和温度传感器，控制模块组成的闭环系统，每隔固定的一段时间，优选5min，启动水泵，通过控制模块中设定的温度T1，进水温度T2，流量Q的来确定加热器加热功率P。优先保证流量为Q为1.5L/min，优选的加热模块的功率为500W。当单向阀组件测量到温度达到设定值，向控制模块发送预热停止信号，循环装置停止工作。

加热功率P表达式为：

P＝C(T1-T2)Q/60

C为水的比热，4.2×10³J/(㎏·℃)。

实际应用中，供热水管路上具有至少两个以上支路用水点的冷热水管路。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述单向阀组件包括单向阀和感温模块，所述第一温度传感器集成在所述感温模块上。感温模块中设置无线信号发射元件。感温模块上设置微处理芯片，无线发射装置和电源部分组成。当热水通过单向阀时，第一温度传感器感知到温度值和微处理芯片中的设定值进行对比，当温度达到设定值时，激活无线发射装置向循环装置发送预热停止信号。

所述循环装置包括壳体，设置在所述壳体内的第二温度传感器和流量传感器，所述控制模块、加热模块和变频水泵均设置在所述壳体内，所述变频水泵的进水口用于与冷水管路连通，所述变频水泵的出水口与所述加热模块的进水口连通，所述加热模块的出水口用于与热水器连通，所述第二温度传感器和流量传感器用于检测所述加热模块的出水口的水流温度和水流流量。循环装置安装在冷水进口端，此处水温较低，有利于降低由于温度升高所引起的结垢等风险，并且有利于循环装置的散热，增强循环系统的可靠性。

控制模块上具有无线接收模块，用于接收单向阀组件发送的预热停止信号，在收到来自单向阀组件的预热停止信号时，变频水泵会低速循环，用于带走热水器中残余的热量，防止循环停止后在热水器的加热器中形成一段由余热形成的超温水，破坏用水体验。

循环装置具有防冻功能，装置中的第二温度传感器在水温低于5摄氏度时，变频水泵低速运行，利用加热模块加热，将水温维持在5-10摄氏度之间。防止在冬天，由于气温过低和倒灌风引起系统管路结冰。

对于有回水管路的应用环境来说，所述单向阀组件的进水口通过回水管与热水器供热水管路的末端连接，所述单向阀组件的出水口与冷水管路连通。

适用于热水器的即开即热循环系统的控制方法，其特征在于：

S1：所述控制模块控制所述循环装置进入预热阶段；

S2:所述变频水泵接收所述控制模块的控制，所述变频水泵高速运行时，触发热水器启动加热；所述变频水泵低速运行时，使所述加热模块启动加热；(说明书中说明：对热水器、供热水管路、自来水管路和循环装置形成的闭环内的水进行加热；)

S3：所述控制模块控制所述变频水泵的运行时间；或者，所述单向阀组件检测供热水管路末端的水温，当达到设定温度，所述单向阀组件向所述控制模块发生停止运行信号，所述控制模块控制所述变频水泵停止运行。

所述变频水泵停止运行时，所述控制模块启动运行间隔时间计时，在运行间隔时间内，所述变频水泵停止工作。

所述单向阀组件检测供热水管路末端的水温，当水温低于设定值时，所述单向阀组件停止发射信号，所述控制模块控制所述变频水泵运行。

这三种方式是水泵工作的条件，都要满足才能工作。

所述控制模块判断当前状态是否为第一次预热状态，若非第一次预热状态，则所述控制模块判断所述变频水泵的运行间隔时间，当所述变频水泵的运行间隔时间已经结束，则启动所述变频水泵低速运行，启动所述加热模块恒温加热。。

当所述变频水泵的运行时间尚未结束，则所述控制模块判断是否收到所述单向阀组件发送预热停止信号，或者所述控制模块判断所述变频水泵是否达到设定运行时间，若所述控制模块收到停止信号或者达到设定运行时间，则所述变频水泵停止运行，所述控制模块开始运行间隔计时。

本发明具有的有益效果：1、通过在循环装置中的变频水泵、加热模块，流量传感器和第二温度传感器及控制模块、与单向阀组件上的第一温度传感器形成闭环控制系统，解决了热水器频繁启动和冷热水串管等问题。2、利用设置在供热水管路末端(与冷水管相连的位置)的单向阀组件，监测供热水管路末端的温度并向循环装置发送预热停止信号，解决了无回水管工况下的热水串入冷水管的问题。3、有效克服了现有即开即热热水循环系统的不足，真正实现了“零冷水”功能。4、对于安装了净水设备的客户来说，也能够避免对净水设备造成损坏。

附图说明

图1是本发明应用于热水器循环管路上的一种结构示意图。

图2是图1中单向阀组件的放大结构示意图。

图3是图1中循环装置的结构示意图。

图4是本发明涉及的技术方案在循环预热时的水流示意图。

图5是本发明涉及的技术方案在正常用水时的水流示意图。

图6是本发明涉及的技术方案在有回水管路的前提下正常用水时的水流示意图。

图7是本发明的控制逻辑图。

图8是本发明单向阀组件工作的控制逻辑图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：如图1-6所示，适用于热水器的即开即热循环系统，包括循环装置和单向阀组件，所述循环装置上的进水口用于与热水器所连接的冷水管路连通，所述循环装置上的出水口用于与热水器的冷水口连通，所述单向阀组件设置在热水器供热水管路的末端，所述循环装置内设置控制模块，与控制模块信号连接的加热模块和变频水泵，所述单向阀组件上设置第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述控制模块信号连接，所述第一温度传感器用于检测所述热水管路的末端的水温，形成信号使所述控制模块控制所述变频水泵和加热模块的工作。

加热模块12和变频水泵11独立的，加热模块行使电加热功能，变频水泵行使驱动管路中的水流动的功能。优选的，变频水泵中可集成加热功能，更有利于产品的一体化，并减小循环装置的体积。变频水泵11优选具有Vsp调速功能的低压直流无刷泵，能实现无级变速，从而能实现管路流量从0到最大流量的变化，加热模块2优选使用可控硅来调节加热功率。

总体来说，能有效避免热水器3频繁启动(特别对于无回水管的热水器来说)，并能防止热水串入冷水管5中，对于安装了净水设备的客户来说，也能够避免对净水设备造成损坏。

具体来说，循环装置内设置控制模块、变频水泵和加热模块，控制模块实现自动控制，所述变频水泵高速运行时，触发热水器启动加热；所述变频水泵低速运行时，使所述加热模块启动加热，对循环闭合内的水(热水器、供热水管、单向阀组件、连接单向阀组件和循环系统的管路、循环系统、循环系统与热水器连接的管路所形成的闭环系统)进行预热，实现即开即热。所述控制模块控制所述变频水泵的运行时间；或者，所述单向阀组件检测供热水管路末端的水温，当达到设定温度，所述单向阀组件向所述控制模块发生停止运行信号，所述控制模块控制所述变频水泵停止运行。

进一步详细说明：预热过程是内循环过程，热水管4中冷却的热水依次经过供热水管路4——单向阀21——冷水管5(通常情况下有自来水供水)——循环装置2——热水器3——供热水管路4，实现重新加热。在预约加热时段，第一次水泵以高转速运行，流量大于热水器启动流量，利用热水器进行预热，预热完成后，在此后的温度维持阶段，降低水泵转速使得流量小于热水器启动流量，依靠电加热维持热水管恒温。

典型的，燃气热水器的最低启动流量为2.5L/min，在预热开始时，让变频水泵以大流量运行，优选在6L/min以上，触发热水器进行加热，实现快速预热的目的。预热完成后，在接下来连续温度维持时段内，通过变频水泵11，加热模块12，流量传感器和温度传感器13，控制模块14，温度传感器221组成的闭环系统，每隔固定的一段时间，优选5min，启动水泵，通过控制模块14中设定的温度T1，进水温度T2，流量Q的来确定加热器加热功率P。优先保证流量为Q为1.5L/min，优选的加热模块的最大加热功率为500W。当单向阀组件的温度传感器221测量到温度达到设定值，向控制模块14发送预热停止信号，循环装置2停止工作。

加热功率P表达式为：

P＝C(T1-T2)Q/60

C为水的比热，4.2×10³J/(㎏·℃)。

实际应用中，供热水管路上具有至少两个以上支路用水点的冷热水管路。

所述单向阀组件包括单向阀和感温模块，所述第一温度传感器221集成在所述感温模块上。感温模块中设置无线信号发射元件。感温模块上设置微处理芯片，无线发射装置和电源部分组成(无线发射装置优选433MHz固定射频码，电源部分优选电池供电)。当单向阀组件中的第一温度传感器221感知到水温超过设定值，激活无线发送模块，连续发送三次停止信号，确保循环装置的控制模块14上的接收模块能接收到信号，进入预热停止程序。三次发射后，无线发射模块停止发射信号，当水温低于设定值时后，清除发射次数，待机等待下一次预热循环，带来的水温超过设定值后，再次发射预热停止信号。正常用水时，自来水进水一路从冷水管5到达支路用水点6，另一路经过循环装置1，进入热水器3加热成为热水后进入供热水管路4，到达支路用水点6，在用水点通过混水阀混合到客户所需要的温度后流出。

如图3所示，所述循环装置包括壳体15，设置在所述壳体15内的第二温度传感器和流量传感器13，所述控制模块14、加热模块12和变频水泵11均设置在所述壳体内，所述变频水泵的进水口用于与冷水管路连通，所述变频水泵的出水口与所述加热模块的进水口连通，所述加热模块的出水口用于与热水器连通，所述第二温度传感器和流量传感器用于检测所述加热模块的出水口的水流温度和水流流量。循环装置安装在冷水进口端，此处水温较低，有利于降低由于温度升高所引起的结垢等风险，并且有利于循环装置的散热，增强循环系统的可靠性。进入循环装置的水流依次经过变频水泵——加热模块——第二温度传感器和流量传感器后流出，变频水泵在加热模块的前端，有利于降低水泵卡机风险，温度传感器在加热模块之后，有利于按控制器设定温度值输出热水的稳定。

控制模块上具有无线接收模块，用于接收单向阀组件发送的预热停止信号，在收到来自单向阀组件的预热停止信号时，变频水泵会低速循环，用于带走热水器中残余的热量，防止循环停止后在热水器的加热器中形成一段由余热形成的超温水，破坏用水体验。

循环装置具有防冻功能，装置中的第二温度传感器在水温低于5摄氏度时，变频水泵低速运行，利用加热模块加热，将水温维持在5-10摄氏度之间。防止在冬天，由于气温过低和倒灌风引起系统管路结冰。

如图6所示，对于有回水管路的应用环境来说，所述单向阀组件的进水口通过回水管与热水器供热水管路的末端连接，所述单向阀组件的出水口与冷水管路连通，即单向阀组件的出水口同时连接冷水管路进口端和循环系统的进口端。

如图6所示，不同于无回水管的情况，在循环预热时，供热水管路4中冷却的热水依次流过热水管路4——回水管7——单向阀21——循环装置1——热水器3——热水管路4。更优化的是将单向阀组件2安装在热水管末端，另一端和回水管连接，这样可以保证回水管中没有热水，从而达到节能的目的。

如图7和图8所示，适用于热水器的即开即热循环系统的控制方法，其特征在于：

S1：所述控制模块控制所述循环装置进入预热阶段；

S2:所述变频水泵接收所述控制模块的控制，所述变频水泵高速运行时，触发热水器启动加热；所述变频水泵低速运行时，使所述加热模块启动加热；(说明书中说明：对热水器、供热水管路、自来水管路和循环装置形成的闭环内的水进行加热；)

S3：所述控制模块控制所述变频水泵的运行时间；或者，所述单向阀组件检测供热水管路末端的水温，当达到设定温度，所述单向阀组件向所述控制模块发生停止运行信号，所述控制模块控制所述变频水泵停止运行。

单向阀组件测量到供热水管路末端的温度达到设定值时，优选为38摄氏度，激活无线发送模块，通过无线发送模块将预热停止信号发送给循环装置，结束预热过程。

所述变频水泵停止运行时，所述控制模块启动运行间隔时间计时，在运行间隔时间内，所述变频水泵停止工作，该时间可根据具体工况设定。

所述单向阀组件检测供热水管路的末端水温，当水温低于预热后的水温时，所述单向阀组件停止发射信号(预热停止信号)，所述控制模块判断所述变频水泵是否处于预热时段，若在预热时段内，则判断是否为第一次预热，若为第一次预热，则所述变频水泵持续高速运行。

当所述控制模块判断当前状态并非为第一次预热，则所述控制模块判断所述变频水泵的运行间隔时段是否结束；当所述变频水泵的运行间隔时段已经结束，则启动所述变频水泵低速运行，启动所述加热模块恒温加热。

当所述变频水泵的运行尚未结束，则所述控制模块判断是否收到所述单向阀组件发送预热停止信号，或者所述控制模块判断所述变频水泵是否达到设定运行时间，若所述控制模块收到停止信号或者达到设定运行时间，则所述变频水泵停止运行，所述控制模块开始运行间隔计时。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。在上述实施例中，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.适用于热水器的即开即热循环系统，其特征在于包括循环装置和单向阀组件，所述循环装置装在与热水器所连接的冷水管路或热水管路上，所述单向阀组件设置在热水器供热水管路的末端，所述循环装置内设置控制模块，与控制模块信号连接的加热模块和变频水泵，所述单向阀组件上设置第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述控制模块信号连接，所述第一温度传感器用于检测所述热水管路的末端的水温，形成信号使所述控制模块控制所述变频水泵和加热模块的工作。

2.根据权利要求1所述的适用于热水器的即开即热循环系统，其特征在于所述单向阀组件包括单向阀和感温模块，所述第一温度传感器集成在所述感温模块上。

3.根据权利要求1或2所述的适用于热水器的即开即热循环系统，其特征在于所述循环装置包括壳体，设置在所述壳体内的第二温度传感器、流量传感器，所述控制模块、加热模块和变频水泵均设置在所述壳体内，所述变频水泵的进水口用于与冷水管路连通，所述变频水泵的出水口与所述加热模块的进水口连通，所述加热模块的出水口用于与热水器连通，所述第二温度传感器和流量传感器用于检测所述加热模块的出水口的水流温度和水流流量。

4.根据权利要求3所述的适用于热水器的即开即热循环系统，其特征在于所述单向阀组件的进水口通过回水管与热水器供热水管路的末端连接，所述单向阀组件的出水口与冷水管路连通。

5.根据权利要求1或2所述的适用于热水器的即开即热循环系统的控制方法，其特征在于：

S1：所述控制模块控制所述循环装置进入预热阶段；

S2:所述变频水泵接收所述控制模块的控制，所述变频水泵高速运行时，触发热水器启动加热；所述变频水泵低速运行时，使所述加热模块启动加热；(说明书中说明：对热水器、供热水管路、自来水管路和循环装置形成的闭环内的水进行加热；)

S3：所述控制模块控制所述变频水泵的运行时间；或者，所述单向阀组件检测供热水管路末端的水温，当达到设定温度，所述单向阀组件向所述控制模块发生停止运行信号，所述控制模块控制所述变频水泵停止运行。

6.根据权利要求5所述的适用于热水器的即开即热循环系统的控制方法，其特征在于：所述变频水泵停止运行时，所述控制模块启动运行间隔时间计时，在运行间隔时间内，所述变频水泵停止工作。

7.根据权利要求5所述的适用于热水器的即开即热循环系统的控制方法，其特征在于：所述单向阀组件检测供热水管路末端的水温，当水温低于设定值时，所述单向阀组件停止发射信号，所述控制模块控制所述变频水泵运行。

8.根据权利要求5所述的适用于热水器的即开即热循环系统的控制方法，其特征在于：所述控制模块判断当前状态是否为第一次预热状态，若非第一次预热状态，则所述控制模块判断所述变频水泵的运行间隔时间，当所述变频水泵的运行间隔时间已经结束，则启动所述变频水泵低速运行，启动所述加热模块恒温加热。

9.根据权利要求8所述的适用于热水器的即开即热循环系统的控制方法，其特征在于：当所述变频水泵的运行尚未结束，则所述控制模块判断是否收到所述单向阀组件发送预热停止信号，或者所述控制模块判断所述变频水泵是否达到设定运行时间，若所述控制模块收到停止信号或者达到设定运行时间，则所述变频水泵停止运行，所述控制模块开始运行间隔计时。