CN111174442A - 一种分布式热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于热水器领域，特别涉及一种分布式热水系统。传统的热水供应方案为三种：单点供水、集中供水、组合式供水，本发明是一种全新的技术方案：分布式供水。分布式供水是把多个小体积、功率适中（但不限于，小体积仅为优先方案之一）的热水器分别安装在各用水点附处，比如厨房及卫生间龙头下或花洒附近，同时对热水器的结构及安装方式包括控制方法进行相应的改进，使每台热水器不仅能单独（不限于，也可以多个协作）给所在位置的龙头或花洒提供热水，同时也能两个或多个协同一起给大用水量的花洒或浴盆提供热水，通过此方案，把大功率或大容量的电热水器拆分为小功率小容量的热水器分布在各条电线支路上，安装在各用水点附近，同时多台联合组成大功率热水器，使得单台热水器不仅非常小巧，且插上插头、接上水管就能使用，无须专人安装，且达到传统方案无法企及的效果，把大家电改造成小家电，为热水器生产、安装、使用、维护全链条提供了目前为止更优解决方案。

Description

一种分布式热水系统

技术领域

本发明属于热水器领域，特别是一种分布式热水系统。

背景技术

现有的家庭或商业供热水，采用单点供水、集中供水、组合供水三种形式，比如小厨宝仅供一个龙头，电热水器仅供一个花洒，这都是单点供水；而集中供水则是一台热水器供多个用水点的热水，不仅提供所有龙头用水，也一并提供洗浴用水，这就是集中供水的形式；一台热水器配几个小厨宝或电热水龙头，热水器用于洗浴，厨宝和电热水龙头用于龙头热水，则是组合式供水。传统的这三种供热水方案各有弊端。具体的说:1、单点供水使得每个热水器必须满足所在用水点的需要，比如两个卫生间装两台热水器，每台热水器各自都必须达到洗浴的要求，每台热水器都是大容积或大功率的热水器；大容积电储水式的保温散热导致对能源的极大浪费，结水垢不卫生，制造、运输、安装、维护成本居高不下；如采用即热式，每台热水器都必须保证大的功率，且单台热水器需要上万瓦才相对舒适，一般家庭线路根本没法安装；同时，单点供水每个台盆还必须装小厨宝。2、集中供水则由于各用水点与热水器存在一定的距离，导致每次用热水要放掉很多冷水；如加回水器，也存在以下问题：如采用定时回水循环，不能满足随机的用热水需求；如采用定温的热水循环，浪费的能源太过庞大，非常不符合当下节能环保的理念；比如两个卫生间，近的花洒和龙头离热水器一般热水管道长有8米左右，远的大概20米，导致每循环一次，其实就是浪费大概5升热水的热能。如回水循环仅用于洗澡，由于频次不高，是可以接受的，但平时龙头用热水清洁之用，平均每人每天大概15次，四口之家一天要浪费150到300升热水的热量，非常惊人。所以，集中供水如要达到随时有热水可用，就算是空气能，如要做到热水即来，其在实际使用中相比电即热热水器也并不节能，且由于其制造、运输、安装等成本，家庭使用并不划算，更加费钱，空气能的水箱也是藏污纳垢，滋生细菌的温床。3、组合式供水的形式，所有龙头下都安装厨宝或采用电热水龙头，热水器只用于洗澡，一定程度解决了上述问题，但同时也带来别的问题，比如增加了购卖成本，厨宝本身要保温散热，厨宝结水垢影响水质。

同时，以上三种形式的热水方案都还解决了不了一个问题：安装售后、运输成本。用于洗浴的热水器都是大家电，不仅制造成本高，运输费用贵（即热热水器体积小运输便宜，但即热安装条件高，水量小），且都离不开专业的安装售后，都要提供上门服务，不能像电热水壶、电饭煲这类小家电用户买回就用，不用安装，就算有问题，用户可自行拿到售后点维修；同时，带储水箱的热水器也解决不了水质污染的问题（除我之前发明的多模热水器外）。总之，传统热水方案不论何种加热形式，都不完美，需要新的思路来解决这些问题。

本发明提出一种新的技术方案，采用多个功率适中的热水器分布在各个用水点，这些热水器可以独立工作，也可以根据需要多台协作，把小功率累积大功率，或者协助储水式、速热式或即热式热水器达到更佳使用体验。由于国家标准入户线为10平方铜芯线，所以多台累积的大功率是可以承受的，而单台的功率又小，比如3KW，各条电线支路都可以承受，可直接使用插头，无须专人安装，不仅解决传统即热功率过高的问题，也一并解决了安装问题；多台热水器可以是各种类型的各种组合，但其中有部分优选的方案，比如几台5升水左右功率3KW左右的热水器组合，根据需要可以有多种组合的方式。比如两个卫生间，本发明中较优选的方案为：厨房及两个卫生间的台盆下都装一个小容积的热水器，当龙头用水时，一个小容积热水器即可满足要求，无须多台协作，而当需要洗澡时，则可多台协作，组合成一台大功率的即热热水器，每台热水器控制其出水温度，即可实现恒温供水；但是，多台热水器协作也会出现一个问题，比如三台协作，则每台流过的水量约为花洒水量的三分之一，每台热水器的水流都达到花洒终端才为最终稳定温度，如此小的流量导致最远的热水器水流至花洒时间太长，比如管径25，最远管道距离为20米，花洒流量为4升，则最终达到稳定水温为近5分钟，这是无法使用的；针对这种情况，本发明又在一台热水器中安装了回水泵（或外置回水泵），在冷热水管的远水端安装了单向阀，当洗澡用途时，先通过回水泵让热水管充满热水，即可解决如上问题；本发明提出分布式热水系统的全套解决方案，此方案的提出，使得可以对各种类型的热水器进行标准化设计，用户根据自家户型、电路情况自行组合，比如即热与储水热水器的组合、即热与即热的组合、多个小容积储水式热水器之间的组合、小容积储水与较大容积储水式热水器的组合等等。

有益效果

本发明的分布式热水系统，使得热水器小型化、即热化、单台低功率化、标准化、低成本、无需专人售后、更便利、更节能等成为现实，把热水器这种大家电变成了小家电，且由于各小容积或即热型的热水器就安装在热水终端，不仅极大提高用户体验，达到完美用热水的体验，还尽可能避免热能浪费，节能环保，家庭实际使用的节能效果与天然气及空气能基本持平，且极大降低了制造、运输等费用，极具推广意义。

发明内容

为解决现有热水器技术的不足，本发明提供了一种新的技术方案。

本发明的目的是通过下面技术解决方案解决的：

1、一种分布式热水系统，包括多台热水器，所述多台热水器至少为两台，分别安装在用水终端附近，且多台热水器通过并、串联或组合式联接方式安装在热水管上，其安装与控制方式使得至少有一台热水器可与其它热水器协同工作，所述多台热水器至少有一台的结构或安装方式使之能为用水终端和热水管两路提供热水，所述可与其它热水器协同工作以及可两路提供热水的热水器可为同一台。

2、进一步地，多台热水器由主热水器和一台或多台其它热水器组成，所述主热水器包括回水系统，所述回水系统可安装在主热水器的内部或外部，所述主热水器安装在多台热水器组合的一端，所述分布式热水系统还包括单向阀一，所述单向阀一安装在冷热水管相对于主热水器的远水端，连接冷水管与热水管，且其安装的方式只允许热水管的水流向冷水管，所述主热水器根据指令给热水管预允热水，所述其它热水器可以是任意形式的热水器。

3、优选地，分布式热水系统包含一台主热水器和两台副热水器，所述主热水器与副热水器以并联的方式安装在热水管道上，所述主热水器和至少一台副热水器还包括单向阀二，所述单向阀二安装在热水器连接热水管的通道上，所述单向阀二的安装方向只允许热水从热水器流向热水管，所述单向阀二安装在热水器的内部或外部。

4、优选地，分布式热水系统包含一台主热水器和至少一台即热热水器，所述主热水器与即热热水器以并联的方式安装在热水管上，所述主热水器的结构或安装方式使之能为用水终端及热水管两路提供热水，还包括单向阀二，所述单向阀二安装在主热水器连接热水管的通道上，其安装的方向只允许热水器的水流向热水管，所述单向阀二可安装在热水器的内部或外部。

5、优选地，所述多台热水器包含两台热水器，所述两台热水器以串联的方式安装在热水管上，其中一台热水器的结构或安装方式使之能为用水终端及热水管两路提供热水，且安装在龙头下，所述另一台可以是任意形式的热水器。

6、优选地，所述多台热水器包含两台热水器，其中一台为储水式热水器，另一台为副热水器，副热水器的结构或安装方式使之能为用水终端及热水管两路提供热水，副热水器还包括单向阀二和调节阀，单向阀与调节阀安装在热水器连接热水管的通道上，所述两台热水器以并联的方式安装在热水管上。

7、进一步地，1至6中任一项所述的一种分布式热水系统，还包括中央控制单元，所述中央控制单元与多个热水器之间相互通讯，控制多个热水器的工作状态，所述中央控制单元集成在某个热水器上或为独立的部件。

8、进一步地，1至6所述的一种分布式热水系统，所述多台热水器还包括调节阀，所述调节阀安装在热水器连接热水管的通道上，所述多台热水器可以部分或全部安装调节阀，所述调节阀是手动或电动两种驱动方式。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是一种三台小容积热水器并联示意图

图2是一台小容积与两台小功率即热并联示意图一

图3是一台小容积热水器与两台小功率即热并联示意图二

图4是一台小容积热水器与一台即热并联示意图

图5是一台小容积热水器与一台即热串联示意图

图6是一台小容积热水器与一台储水式热水器并联示意图

图7是一种分布式热水系统组合式联接示意图

图8是一种分布式热水系统中央控制示意图

图中：

1、主热水器 2、副热水器 3、回水机构 4、进水接头 5、出水接头6、冷水管 7、热水管 8、单向阀一 9、单向阀二　10、三通接头11、台盆 12、龙头　13、花洒　14、即热热水器一　15、即热热水器二　16、储水式热水器　17、调节阀 18、中央控制单元 19、电流感应模块

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的条件下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

总体思路：考虑家庭厨房卫生间布局及家庭线路，一般商品房为一厨一卫或一厨两卫，而农村房子每层的布局也差不多，国家标准是入户线10平方铜芯线，厨房卫生间一般都是单独走线，单独空气开关控制，各支路一般不小于4平方，最大为6平方，老旧房屋为2.5平方。按中间标准，支路允许最大功率8KW左右，按最小标准的2.5平方，支路允许最大功率为5KW左右，入户线允许最大功率2万瓦。而热水器的功率一旦大于3.5KW，就不能再使用常规的插头插座，这就使得必须要专业人员安装。综上所述，本发明的最优考虑是：一厨两卫采用3台功率3.2千瓦的小容积热水器分别安装在厨房和卫生间的台盆下，当台盆龙头用水时单台工作，当洗澡大量用水时，协同工作；一厨一卫可采用2台3.2千瓦的小容积与一台3.2千瓦即热并联组合，也可以一台3.2KW的小容积热水器与一台储水式或功率适中的即热并联或串联组合；对于商业用户，可以根据实际情况采用多台串联，如管路没有事先装好，多台串联成一组非常适合商业用户使用，特别是旅馆、酒店。。。总之，在本发明的方法框架下，用户可根据实际情况用各种类型的热水器进行任意组合。下面介绍几种较为经典的实施方案。

实施例一

如图1所示，是采用一台主热水器与两台副热水器并联方案，除主热水器包含回水系统3外，三台热水器的示意图都画成一样，便于描述。三台热水器都由小容积的储水式热水器组成，安装在台盆11下，三台热水器的冷热水接头都外接三通10，（也可以在热水器上集成三通的结构）使冷热水各分为两路：一路接龙头12，一路分别接冷水管6和热水管7，使得热水器不仅可的向所在的龙头供热水，也可以向热水管供热水；三通10连接热水管7的通道上，还安装了单向阀一9，单向阀一9的作是阻止别的热水器向龙头12供热水，只允许热水器向热水管7供水；因为龙头为小用水场景，一台3KW的5升左右的小容积热水器已经满足要求，如龙头用水需要其它热水器配合，则会出现如下问题：在另外两台热水器的热水还未到达之前，龙头热水全开也相当于一份热水配两份冷水，热水全开每台热水器的流量也仅为龙头出水量的三分之一，故其它两台热水器的水必须经过很长时间才能流过来，不仅浪费热量，体验也很差，如龙头用水也启动回水，那不仅过于浪费，回水也需要时间，体验差；在主热水器1的远水端，安装了单向阀一8，单向阀一8的安装方向只允许热水管的水流向冷水管，在实际的家庭水路环境，能现成安装此阀的位置可能处于最后一个花洒的前端，这也是没有影响的，比如原本预留出来安装电热水器的冷热水接头，从示意图上看，好像当龙头或花洒开启冷水时，也会有别的热水器通过热水管7再经过单向阀一8向龙头或花洒供冷水，其实是不可能的，水流总是从压力高的地方流向压力低的地方，由于冷水管位置的压力会远大于经过冷水管再通过热水器再通过热水管和单向阀的压力，所以不会出现开冷水也串热水的情况，万一由于管路过细过长导致这个问题，也可以在单向阀一8的位置再加节流阀，增大阻尼；当花洒13需要用热水时，由于几台热水器距离花洒远近不一，需要所有热水器的水流到花洒位置温度才稳定，故用户可通过水控的方式向主热水器1发送信号（比如按约定的方式连续开启花洒两下再关闭，水流开关就会收到这个信号，而其它两台热水器的水流开关也会收到此信号，可通过程序设计使得稳定的水流信号持续N秒才启动发热器加热），也可以由安装在相应位置的人体感应模块向主热水器1发送信号，当然还有别的方式，比如遥控、定时回水等。主热水器1收到信号后启动回水机构3，驱动热水从出水接头5流出，过单向阀二9，经热水管7，热水管7中的冷水经单向阀一8，流进冷水管6，再回流到主热水器1的进水接头4，回水机构3按设定的时间或安装在水管某个位置的温度传感器信息确定启动的时长，主热水器回水运行之后，在热水管7中预先充好了热水，用户打开花洒就有稳定的热水。同时三台热水器按设定的温度供水，其主控电路控制热水器的功率使得热水保持在设定温度，三台累加就相当于一台大功率的即热热水器，温度恒定且没有用水时间限制，体验和节能效果都好；如图6所示，本发明的热水器组合，还可以增加调节阀17，调节阀17安装在热水器连接热水管的通道上，调节阀也可采用电动阀用电子自动控制，根据水流开关的读数控制其开度，也可以用于关闭水流，当然，也可以采用手动阀；调节阀17用于控制每台热水器流向热水管的流量，防止由于管道压力的不平衡而导致每台热水器的水量与其功率匹配不平衡，或者流量过大而达不到温度；同时，调节阀17还可以根据季节控制相应热水器向热水管7供水，实现最佳的节能效果，比如夏季，花洒只需要最近的一台热水器加热即可满足要求，则当人处于相应的花洒洗浴时，其它较远的两台热水器关闭调节阀17。如采用自动控制调节阀17，要确定关闭哪些热水器，需要先确定用水的位置以及各台热水器的安装关系，当有两个卫生间，如何判断是在哪个卫生间用水呢，以及如何判断是哪台热水器安装在这个卫生间，其技术也是相当好实现的，在相应热水器上增加人体感应，并把感应距离设定合理的数值即可，用利人体感应开关确定用水的位置；优选的，此方案的三台热水器水箱容积为5升左右，功率为3.2千瓦左右，还包括了水流开关以及若干个温度传感器以及控制电路板（这都属于成熟公知技术，不再多述）；当然，此种分布式热水系统要取得最佳的效果，相关的热水器结构以及控制方式也要做相应的调整，以使之更加适合这种分布式的热水方案，但由于热水器本身的结构属于另外的发明，在此不做表述。

当然，热水器的数量可以更多，也是可行的，不过带来的问题一方面增加了成本，另一方面在实际使用中，并联的热水器数目多于三台便使得流过单台的水量都很小，有可能推不动水流开关（水流开关是公知技术，本发明中没有画出来），导致无法使用；当多台热水器并联导致部分水流开关无法启动时，就必须相应的使用电动阀或手动阀来关闭部分不参与加热的热水器，使得流过每台联合加热热水器的水量能推动水流开关。在此也先申明说明书附图中展示的热水器数量并不构成限制本发明权利要求的要素。

实施例二

图2及图3是本发明实施例二的示意图，与实施例一不同之处在于，除主热水器外，另两台为小功率即热热水器，图2为一厨两卫的安装方式，图3为一厨一卫的安装方式。图2这种实施方式用于常年气温较高的地方，龙头用使用3KW左右的即热则可以了，比如广东、海南、香港，还有东南亚、印度、非州等国家和地区。图2中，单向阀二9装在热水器连接热水管的通道上。当然，单向阀二9也可以安装在即热热水器一14的进水口，这样就可以可以让其它热水器一起协同向龙头供热水；图3与图2基本一致，图3有一台即热热水器没有同时给龙头供水，而是直接并串在热水管上，这种方式用于一厨一卫的接法，卫生间有两组冷热水接头，一组处于台盆11下，一组预留用于装电热水器。

实施例三

如图4所示，本实施例由一台主热水器1与一台即热热水器二15并联组成，主热水器与即热热水器二叠加在一起构成更大功率的即热热水器组合，以满足冬天洗浴要求，在气温较高时可关断主热水器1连接热水管7的通道（调节阀没有画出）；根据各地区气候不同，即热热水器二15的功率根据实际情况来选择，当两台热水器功率不一致，则必须增加调节阀17或其它调流机构，以使得每台热水器流过的水量与其功率成比例。本发明的分布式热水系统，当多台热水器的功率相差较大时，则需要对其水量大小进行匹配，当不匹配时，系统的功能还是能实现的，只不过有的热水器功率全开还达不到设定温度，有的热水器又功率过剩，达不到最佳的效果。为方便用户调整，可以增加流量显示功能让热水器能直观的显示出流量大小。

如图6所示，采用一台副热水器2与储水式热水器16并联，副热水器2单独提供龙头12的热水；当开启花洒时两个热水器同时向热水管7提供热水，由于两台热水器间隔一定的距离，当储水式热水器16的热水到达花洒时，副热水器2的热水还有一定的距离，甚至要在5分钟之后才到达，故前锋到达花洒的热水是冷热水混合的；假设储水式热水器16与副热水器2提供的热水量的比值为2:1，假设冬天自来水温度为5度，则储水式热水器要提供65度的热水，前锋先到达的热水才能达到45度；副热水器2连接热水管7的通道上还可以安装阀17，调整阀17的开度以限定副热水器与储水式热水器热水的比例，一般考虑是当冬天水温最低时，副热水器2向热水管7的供水能达到洗浴温度；当储水式热水器16不需要副热水器2协同加热时，则可以关闭阀17，阀17可以采用手动和电控两种方式；这种没有回水装置的分布式系统，如采用并联方式，其中至少有一台为储水式热水器，这种系统并不完美，但也有一个好处：可以采用更低的功率达到大功率即热热水器的效果，比如这种系统，如储水式热水器的容量达到30升，则两台总功率7KW可达到1万瓦即热热水器的效果，特别适用于农村地区电力负荷不足的情况。

当然，也可以采用串联的方式，则效果更好，如图5所示，就是采用串联方式，图中即热热水器15进水口接热水管7，出水口直接接花洒热水管，此种方式最为简单，但缺点是即热热水器15无法向热水管7提供热水。即热热水器15用贮水式热水器替换也是一样的。

实施例四

如图7所示，是一种分布式热水系统的组合式联接方式，图示是由4台热水器组成，三台并联，一台串联。三台热水器也是可以组合式联接，比如台盆下的两台采用并联，另一台用串联，热水出口接花洒。组合式联接优势不大，接法较麻烦，除特别的场合外，并非优选方案，仅做一个简单的实例介绍。

实施例五

如图8所示，此实施例在图1的基础上增加了中央控制单元18、调节阀17和电流检测模块19，在实施例一中，三台热水器之间仅靠结构和安装，可以互相之间没有数据交换而能协调工作。但要达到更加节能、安全、智能、便利的使用效果，对三台热水器进行统一的智能控制才能实现。比如，三台累积功率较大，当同时开启其它大功率电器时，如何避免家庭电器电流过大而跳闸，当天气暖和时，就算洗澡用途，也无须多台协作，如何控制部分热水器加热。

中央控制单元根据设定的参数控制多台热水器的加热模式，根据气温的变化和用水的位置，分别控制各台热水器的状态，以达到最佳的节能和体验效果；比如气温较低时，启动所有热水器，气温较高时，启动就近的一台或几台热水器。另外，用户可根据家庭电路的实际情况在中央控制单元中输入最大电流许用值，通过在家庭主电路上安装电流感应模块采集电流数据，通过发送模块向中央控制单元发送电流数据，如果家庭电器电流超过最大许用值，中央控制单元控制多台热水器降低功率。

上述几个实例只是本分布式热水系统的几种组合示意图，还有更多的组合方案，任何通过本发明能轻易想到的方案，均在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种分布式热水系统，其特征在于：包括多台热水器，所述多台热水器至少为两台，分别安装在用水终端附近，且多台热水器通过并、串联或组合式联接方式安装在热水管（7）上，其安装与控制方式使得至少有一台热水器可与其它热水器协同工作，所述多台热水器至少有一台的结构或安装方式使之能为用水终端和热水管（7）两路提供热水，所述可与其它热水器协同工作以及可两路提供热水的热水器可为同一台。

2.根据权利要求1所述的一种分布式热水系统，其特征在于：所述多台热水器由主热水器（1）和一台或多台其它热水器组成，所述主热水器包括回水系统（3），所述回水系统（3）可安装在主热水器（1）的内部或外部，所述主热水器（1）安装在多台热水器组合的一端，所述分布式热水系统还包括单向阀一（8），所述单向阀一（8）安装在冷热水管相对于主热水器（1）的远水端，连接冷水管（6）与热水管（7），且其安装的方式只允许热水管（7）的水流向冷水管（6），所述主热水器（1）根据指令给热水管（7）预允热水，所述其它热水器可以是任意形式的热水器。

3.根据权利要求2所述的一种分布式热水系统，其特征在于：包含一台主热水器（1）和两台副热水器（2），所述主热水器（1）与副热水器（2）以并联的方式安装在热水管（7）上，所述主热水器（1）和至少一台副热水器（2）还包括单向阀二（9），所述单向阀二（9）安装在热水器连接热水管（7）的通道上，所述单向阀二（9）的安装方向只允许热水从热水器流向热水管，所述单向阀二可安装在热水器的内部或外部。

4.根据权利要求2所述的一种分布式热水系统，其特征在于：包含一台主热水器（1）和至少一台即热热水器，所述主热水器（1）与即热热水器以并联的方式安装在热水管（7）上，所述主热水器（1）的结构或安装方式使之能为用水终端及热水管（7）两路提供热水，还包括单向阀二（9），所述单向阀二安装在主热水器连接热水管的通道上，其安装的方向只允许热水器的水流向热水管（7），所述单向阀二（9）可安装在热水器的内部或外部。

5.根据权利要求1所述的一种分布式热水系统，其特征在于：所述多台热水器包含两台热水器，所述两台热水器以串联的方式安装在热水管（7）上，其中一台热水器的结构或安装方式使之能为用水终端及热水管（7）两路提供热水，且安装在龙头（12）下，所述另一台可以是任意形式的热水器。

6.根据权利要求1所述的一种分布式热水系统，其特征在于：所述多台热水器包含两台热水器，其中一台为储水式热水器（16），另一台为副热水器（2），副热水器的结构或安装方式使之能为用水终端及热水管两路提供热水，副热水器还包括单向阀二（9）和调节阀（17），单向阀与调节阀安装在热水器连接热水管（7）的通道上，所述两台热水器以并联的方式安装在热水管上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种分布式热水系统，其特征在于：还包括中央控制单元（18），所述中央控制单元与多台热水器之间相互通讯，控制多台热水器的工作状态，所述中央控制单元集成在某台热水器上或为独立的部件。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的一种分布式热水系统，其特征在于：所述多台热水器还包括调节阀（17），所述调节阀安装在热水器连接热水管（7）的通道上，所述多台热水器可以部分或全部安装调节阀（17），所述调节阀（17）是手动或电动两种驱动方式。

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