CN110319480A - 一种储水单元组合式热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储水单元组合式热水系统，属于热水器技术领域。该系统包括蓄热热源、补热热源以及储热水箱单元，储热水箱单元为隔离加热式，补热热源的热水出口接用水管路，补热热源的冷水进口与第一级储热水箱单元的热水出口连通，前级储热水箱单元的冷水进口与后级储热水箱单元的热水出口连通，最后一级的冷水进口接水源；所述蓄热热源通过介质循环加热方式来加热补热热源以及储热水箱单元，蓄热热源通过自动控制阀件与补热热源及各级储热水箱的短接循环加热管路相连。本发明可以保证商用热水系统快速提供充足热水，实现按需分级加热，尽可能减少能源浪费；还解决了冬季防冻的耗能、换热器结垢和腐蚀、泵循环对储水系统的压力冲击等问题。

Description

一种储水单元组合式热水系统

技术领域

本发明涉及一种热水供应系统，尤其是一种储水单元组合式热水系统，属于热水器技术领域。

背景技术

在诸如宾馆、饭店、洗浴中心等众多商用领域都需要配备加热热源和大容积的开式非承压储热水箱，以满足集中用水需求。但是，开式非承压水箱由于连通大气，因此存在容易滋生细菌、水箱散热大、运行能耗高、水温不稳定、热水使用率低等问题。为了保证供水温度稳定、运行成本经济，将大吨位储水箱“化整为零”、以多个闭式承压小水箱加热取而代之成为改进的研发方向。检索可知，申请号为201020266310.5、201510580171.0、201520703674.8以及申请号为201610426679.X的中国专利文献先后公开了级联水箱、即相互串并联小容积水箱加热的技术方案都属于此类改进。

然而，实践和研究表明，上述现有技术普遍存在以下不足之处：

1）级联水箱相互串联，必须按序逐级加热，无法直接加热中级水箱，即各级联水箱不能单独加热，只能形成大循环加热，需要大功率循环泵；

2）采用直接水循环加热方式，虽换热效率较高，但生活热水和循环加热介质混合，对水箱内储存热水的扰动大，影响水温的稳定，降低了整体的热水使用率；

3）在加热过程中放水，进水流向和循环流向相反，易引起系统水流的不稳定；

4）直接循环加热易在热源侧换热器产生垢层，降低热效率，甚至引起堵塞或严重腐蚀而影响使用寿命，且泵循环频繁启动时会对整个储水系统产生压力冲击，从而降低储水系统的使用寿命；

5）直接循环加热管路，冬季需进行加热防冻，耗能较大。

其中尤为突出的问题是水箱相互串联、必须由后朝前按序逐级加热，即只能形成大循环加热，无法按需酌情加热，而直接循环加热产生的水箱间相互扰动以及高低温水混合热耗散导致难以节能，且系统运行不稳定。

发明内容

本发明的目的在于:针对上述现有技术存在的突出问题，提出一种储水单元组合式热水系统，该系统不仅可以基本无扰动快速提供充足热水，而且可以实现按需分级加热，恰如其分、恰到好处地补热，在保证用水需求的前提下，尽可能减少能源浪费。

为了达到上述目的，本发明的储水单元组合式热水系统基本技术方案为：

包括至少一个具有循环出口和循环进口的蓄热热源、分别具有冷水进口和热水出口的至少一个补热热源及至少一级储热水箱单元，所述补热热源和各级储热水箱单元分别设置具有短接进口和短接出口的可通断控制独立换热器；

所述补热热源的热水出口接用水管路，补热热源的冷水进口与第一级储热水箱单元的热水出口连通，前级储热水箱单元的冷水进口与后级储热水箱单元的热水出口连通，最后一级储热水箱单元的冷水进口接水源；

所述蓄热热源的循环出口分别与补热热源及各级储热水箱的独立换热器短接进口相连，所述补热热源及各级储热水箱的独立换热器短接出口汇合后通过循环泵与所述蓄热热源的循环进口相连。

进一步，所述用水管路的末端通过回水管经回环泵及单向阀接最后一级储热水箱单元。这样可以构成用水管路的保温循环，无论该管路多长，都可以保证各处用水时及时出热水。

运行时，本发明的储水单元组合式热水系统不仅可以如现有技术那样以串联实现：冷水由最后一级储热水箱进入、由后朝前逐级将热水“顶”出，直至由补热热源向用水管路供热水，从而保证热水供应充足，并且逐级缓冲，水温稳定；而且由于将储热水箱的逐级串联与独立换热器的逐级并联有机结合，生活热水和循环加热介质相互隔离，可以根据用水实际需求，酌情控制开启某一级储热水箱单元的通断控制阀和循环泵，使其独立换热器与蓄热热源形成局部的换热介质循环，结果不仅可以按需控制分级加热，恰如其分地精确补热，而且由于缩短了循环行程降低循环泵功耗，从而尽可能节省能源，独立换热器还有助于抑制结垢和防腐，同时换热介质在独立换热器中循环避免泵循环对整个蓄热热源和储热水箱单元的压力冲击，提升储水系统的使用寿命。

进一步，所述补热热源以及各级储热水箱单元的顶部分别设置冷水进口和热水出口；所述冷水进口和热水出口分别朝下延伸至底部和上部。这样，温度相对较低和温度相对较高的水分别进入补热热源或各级储热水箱单元的底部与上部，更有利于利用水温分层机理保持各处的水温稳定。

进一步，所述独立换热器分别位于补热热源以及各级储热水箱单元的下部，所述短接进口和短接出口分别位于独立换热器的上端和下端。这样使换热介质的流向由水温较高流至水温较低，形成顺向换热，避免换热介质逆向流动时对水箱热量的反向吸收。

进一步，所述储热水箱单元为由至少二个储热水箱串联构成的储热水箱单元。

采用本发明后，可以方便地酌情通过管路通断控制，实现单纯放水状态、隔离定位循环加热、放水同时补热、回水保温循环等各种工作状态，具有如下诸多有益效果：

1）单纯放水状态：热水储备充足且逐级缓冲，水温十分稳定；

2）隔离定位循环加热：实现定位隔离加热循环，不仅避免大循环加热导致的无关水箱水温扰动，而且因生活热水和循环加热介质完全隔离可以避免任何因循环加热导致的水温扰动，大大提升热水使用率；

3）放水同时补热：可根据用水需求选择合适的中间水箱补热且不会扰动原水箱的水温分层，避免直接循环加热对水箱热水的扰动热损失，在放水的过程中更稳定的补热，用户端的热水温度更恒定；

4）回水保温循环：可以形成供水管路始终充满热水的水流循环，确保即开即热；

5）蓄热热源通过封闭介质循环加热方式来加热补热热源以及储热水箱单元，不仅可以有效避免蓄热热源中换热器的结垢、减少腐蚀，而且换热器阻力明显减少，循环泵功耗可显著降低，同时循环介质在独立换热器中运行避免泵循环对整个蓄热热源和储热水箱单元的压力冲击，提升储水系统的使用寿命；

6）封闭加热循环的介质凝固点低，在冬季时可以取消循环加热管路的防冻功能，从而进一步减少系统运行能耗。

总之，本发明不仅可以保证商用热水系统的无扰动快速提供充足热水，而且实现了按需分级加热，尽可能减少能源浪费；还解决了冬季防冻的耗能、换热器结垢和腐蚀、泵循环对储水系统的压力冲击等问题，一举多得。

附图说明

图1是本实用实施例一的系统构成示意图。

图2是图1实施例的单纯放水状态示意图。

图3是图1实施例的定位循环加热示意图。

图4是图1实施例的放水同时补热示意图。

图5是图1实施例的回水保温循环示意图。

图6是图1实施例的逐级循环加热示意图。

图中：细实线是暂时静止管路，细虚线是冷态水或冷态介质管路，粗点划线是热态水或热态介质管路。

具体实施方式

实施例一

本实施例的储水单元组合式热水系统如图1所示， 包括一个作为蓄热热源的热泵热水装置T、一个作为补热热源的容积式热水装置T0以及若干级储热水箱单元T1——Tn（n为自然数）。热泵热水装置T具有循环出口to和循环进口ti，容积式热水装置T0以及若干级储热水箱单元T1——Tn的顶部分别设置冷水进口和热水出口，各冷水进口和热水出口分别朝下延伸至容积式热水装置T0或各级储热水箱单元T1——Tn的底部和上部；容积式热水装置T0以及若干级储热水箱单元T1——Tn的下部分别设置具有短接进口和短接出口的立式盘管独立换热器，短接进口和短接出口分别位于独立换热器的上端和下端。

容积式热水装置T0的热水出口接用水管路，该用水管路的末端经回环泵B及单向阀接最后一级储热水箱单元Tn，构成回水保温循环回路。

容积式热水装置T0的冷水进口与第一级储热水箱单元T1的热水出口连通，前级储热水箱单元的冷水进口与后级储热水箱单元的热水出口连通，最后一级储热水箱单元Tn的冷水进口接自来水水源。

热泵热水装置T的循环出口to与容积式热水装置T0以及若干级储热水箱单元T1——Tn的独立换热器短接进口分别通过通断控制阀F相连，容积式热水装置T0及各级储热水箱T1——Tn的独立换热器短接出口汇合后经循环泵P与热泵热水装置T的循环进口ti相连。

本实施例的储水单元组合式热水系统运行时，可以有如下各种工况：

1）单纯放水状态——如图2所示，源自自来水源的冷水由最后一级储热水箱单元Tn进入后，由后朝前逐级将其中蓄积的热水“顶”出，直至由容积式热水装置T0向用水管路供热水。在此过程中其它管路关闭。这样，热水供应充足，并且水温经逐级缓冲，因此供应的热水温度十分稳定。

2）定位循环加热——如图3所示，当根据用水情况预测及各级储热水箱单元水温检测判定某一储热水箱单元、例如Tn-2需要加热时，单独开启该水箱Tn-2的通断控制阀F和循环泵P，热泵热水装置T输出的热循环介质由储热水箱单元Tn-2的换热器短接进口进入该水箱的独立换热器，同时将其中相对较冷的换热介质由短接出口循环出至热泵热水装置T，形成该储热水箱单元Tn-2的循环加热，直至其水温达到所需的预定温度。在此过程中其它管路暂时关闭。这样，可以按需分级加热，恰如其分、恰到好处地补热，减少能源浪费。

3）放水同时补热——如图4所示，当根据用水情况预测及各级储热水箱水温检测判定某一储热水箱单元、例如Tn-2需要加热时，单独开启储热水箱单元Tn-2的通断控制阀F和循环泵P，热泵热水装置T输出的循环介质由储热水箱单元Tn-2的短接进口进入其中的独立换热器，形成该水箱的循环加热；同时冷水由最后一级储热水箱单元Tn进入后，由后朝前逐级将热水“顶”出，直至由容积式热水装置T0向用水管路供热水。这样，可以按需选择合适的中间储热水箱单元精确补热，尽可能减少能源浪费，更及时稳定地提供所需的热水。

4）回水保温循环——如图5所示，当暂无用水需求时，开启回环泵B，用水管路末端的冷水由最后一级储热水箱单元Tn进入后，由后朝前逐级将热水“顶”出，直至由容积式热水装置T0向用水管路供热水，形成供水管路始终充满热水的水流循环，此后无论何时何地用水，均可即开即热。

5）逐级循环加热——必要时，本实施例的系统当然也可以实现图6所示、与现有技术相同的由补热热源T0至最后一级储热水箱单元Tn的按序逐级循环加热（因热水最先从补热热源供给用户使用，所以常规逐级加热时从补热热源T0开始至最后一级Tn进行加热）。

试验表明，与现有技术相比，本实施例由于放水过程中只需控制容积式热水装置，因此控制逻辑简化；尤其是可以按需以灵活的小循环加热级联水箱的中间储热水箱单元，实现准确的定位隔离加热；而生活热水和循环加热介质完全隔离可以避免任何因循环加热导致的水温扰动，大大提升热水出水率。蓄热热源通过封闭介质循环加热方式加热补热热源以及储热水箱单元，不仅可以有效避免蓄热热源中换热器的结垢，而且换热器阻力明显减少，循环泵功耗可显著降低。且封闭加热循环中的介质凝固点低，在冬季时可以取消循环加热管路的防冻功能，从而减少系统运行能耗。由于循环介质在独立换热器中运行避免泵循环对整个蓄热热源和储热水箱单元的压力冲击，提升储水系统的使用寿命。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。例如，独立换热器的可通断控制除了将蓄热热源的循环出口与补热热源及各级储热水箱的独立换热器短接进口分别通过通断控制阀相连之外，还可以在补热热源及各级储热水箱的独立换热器短接出口后分别设置通断控制阀，再汇合后通过循环泵与所述蓄热热源的循环进口相连；再如，蓄热热源除热泵热水装置外，还可以是太阳能热水装置、燃气热水装置、电热热水装置等；又如，补热热源除容积式热水装置，也可以是热泵、燃气、电热等热水装置；还有，储热水箱单元可以是一个储热水箱，也可以由至少二个储热水箱串联构成。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用的保护范围。

Claims (9)

1.一种储水单元组合式热水系统，包括至少一个具有循环出口和循环进口的蓄热热源、分别具有冷水进口和热水出口的至少一个补热热源及至少一级储热水箱单元，其特征在于:所述补热热源和各级储热水箱单元分别设置具有短接进口和短接出口的可通断控制独立换热器；

所述补热热源的热水出口接用水管路，补热热源的冷水进口与第一级储热水箱单元的热水出口连通，前级储热水箱单元的冷水进口与后级储热水箱单元的热水出口连通，最后一级储热水箱单元的冷水进口接水源；

所述蓄热热源的循环出口分别与补热热源及各级储热水箱的独立换热器短接进口相连，所述补热热源及各级储热水箱的独立换热器短接出口汇合后通过循环泵与所述蓄热热源的循环进口相连。

2.根据权利要求1所述的储水单元组合式热水系统，其特征在于：所述用水管路的末端通过回水管经回环泵及单向阀接最后一级储热水箱单元。

3.根据权利要求2所述的储水单元组合式热水系统，其特征在于：所述补热热源以及各级储热水箱单元的顶部分别设置冷水进口和热水出口；所述冷水进口和热水出口分别朝下延伸至底部和上部。

4.根据权利要求3所述的储水单元组合式热水系统，其特征在于：所述独立换热器分别位于补热热源以及各级储热水箱单元的下部，所述短接进口和短接出口分别位于独立换热器的上端和下端。

5.根据权利要求4所述的储水单元组合式热水系统，其特征在于：所述储热水箱单元为由至少二个储热水箱串联构成的储热水箱单元。

6.根据权利要求5所述的储水单元组合式热水系统，其特征在于：所述蓄热热源为热泵热水装置、太阳能热水装置、燃气热水装置、电热热水装置之一。

7.根据权利要求6所述的储水单元组合式热水系统，其特征在于：所述补热热源为容积式热水装置、热泵热水装置、燃气热水装置、电热热水装置之一。

8.根据权利要求1至7任一所述的储水单元组合式热水系统，其特征在于：所述蓄热热源的循环出口与补热热源及各级储热水箱的独立换热器短接进口分别通过通断控制阀相连。

9.根据权利要求1至7任一所述的储水单元组合式热水系统，其特征在于：所述补热热源及各级储热水箱的独立换热器短接出口分别设有通断控制阀。