CN112577191A - 一种容积式串联组合模块热水系统及其加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种容积式串联组合模块热水系统及其加热方法，其技术方案要点是：包括空气源热泵、加热水箱、储热水箱组件、第一循环泵组、第三循环泵、第一管道、第二管道、第三管道、控制器、及用于采集温度数据的传感器组；储热水箱组件通过第一管道与空气源热泵连接；空气源热泵通过第二管道与加热水箱连接；加热水箱通过第三管道与储热水箱组件连接；储热水箱组件上还设置有用于热水回水的回水管道；第一循环泵组设置在第一管道上；第三循环泵设置在回水管道上；传感器组分别与空气源热泵、储热水箱组件和回水管道连接；空气源热泵、加热水箱、传感器组、第一循环泵组和第三循环泵均与控制器电连接；本申请具有分仓储热以减少能耗的效果。

Description

一种容积式串联组合模块热水系统及其加热方法

技术领域

本发明涉及热水系统技术领域，更具体地说，它涉及一种容积式串联组 合模块热水系统及其加热方法。

背景技术

目前，空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热 源的节能装置。它是热泵的一种形式。顾名思义，热泵也就是像泵那样，可 以把不能直接利用的低位热能，如空气、土壤、水中所含的热量，转换为可 以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能的目的，高位能是指如煤、燃 气、油、电能等的资源。

现在市场上采用空气源热泵的热水系统具有常压系统和承压系统；其中 常压系统的储热量等于全天候的用水量，系统的储热量大且储热时间久，使 得热水系统的热量损失较大，承压系统的储热量不等于全天候的用水量，但 是产热量大于用热量，产生较多的热量，得热量损耗较大，因此，研究一种 分仓储热以减少能耗的容积式串联组合模块热水系统十分有必要。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种容积式串联组合 模块热水系统，具有分仓储热以减少能耗功能优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种容积式串联组合模块热水系统，包括：空气源热泵、加热水箱、储 热水箱组件、第一循环泵组、第三循环泵、第一管道、第二管道、第三管道、 控制器、及用于采集温度数据并将其输送给控制器的传感器组；所述储热水 箱组件通过第一管道与空气源热泵连接；所述空气源热泵通过第二管道与加 热水箱连接；所述加热水箱通过第三管道与储热水箱组件连接；所述储热水 箱组件上还设置有用于热水回水的回水管道；所述第一循环泵组设置在第一 管道上；所述第三循环泵设置在回水管道上；所述传感器组分别与空气源热泵、储热水箱组件和回水管道连接；所述空气源热泵、加热水箱、传感器组、 第一循环泵组和第三循环泵均与控制器电连接。

可选的，所述传感器组包括：第一温度传感器、第二温度传感器、第三 温度传感器和第四温度传感器；所述第一温度传感器和第二温度传感器均设 置在储热水箱组件上；所述第三温度传感器设置在空气源热泵上；所述第四 温度传感器设置在回水管道上；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第 三温度传感器和第四温度传感器均与控制器电连接。

可选的，还包括第四管道和第五管道；所述储热水箱组件包括：第一储 热水箱、第二储热水箱及第三储热水箱组；所述第二储热水箱通过第四管道 与第一储热水箱连接；所述第三储热水箱组件通过第五管道与第二储热水箱 连接；所述第一储热水箱与第一管道连接；所述第三储热水箱组件与第三管 道连接；所述第一温度传感器设置在第一储热水箱上；所述第二温度传感器 设置在第二储热水箱上。

可选的，所述第一储热水箱上设置有第一盲孔；所述第一温度传感器设 置在第一盲孔内。

可选的，所述第二储热水箱上设置有第二盲孔；所述第二温度传感器设 置在第二盲孔内。

可选的，所述传感器组还包括：用于采集所述加热水箱的加热部的温度 的第五温度传感器和用于采集所述加热水箱内的水温的第六温度传感器；所 述第五温度传感器和第六温度传感器均设置在加热水箱上；所述第五温度传 感器和第六温度传感器均与控制器电连接。

可选的，所述加热水箱上设置有第三盲孔和第四盲孔；所述第五温度传 感器设置在第三盲孔内；所述第六温度传感器设置在第四盲孔内。

可选的，所述第一管道包括：主管、第一支管和第二支管；所述主管的 一端与空气热源泵连接，另一端分别与所述第一支管和第二支管连接；所述 第一支管和第二支管均与储热水箱组件连接；所述第一循环泵组包括：第一 循环泵和第二循环泵；所述第一循环泵设置在第一支管上；所述第二循环泵 设置在第二支管上；所述第一循环泵和第二循环泵均与控制器固定连接。

一种容积式串联组合模块热水系统的加热方法，包括：

采集所述储热水箱组件的温度、空气源热泵周围环境的温度及回水管道 的温度；所述储热水箱组件的温度包括：第一储热水箱的温度和第二储热水 箱的温度；

根据所述第一储热水箱的温度和第二储热水箱的温度，所述控制器控制 第一循环泵组的开合和空气源热泵的加热状态；根据所述第一储热水箱的温 度和空气源热泵周围环境的温度，所述控制器控制加热水箱的运行状态；根 据所述回水管道的温度，控制所述第三循环泵的开合。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过加热水箱、储热水箱组件、第一循环泵组和第三循环泵的设置， 实现了双向换热、分仓储热及供热水压力始终与供冷水压力同步的功能；

2.通过第一盲孔、第二盲孔、第三盲孔和第三盲孔的设置，便于传感器 组对加热水箱和储热水箱组件进行温度检测；

3.通过控制器和传感器组的设置，使得本申请能够根据水温的实际情况 对本系统加热状态进行调整，在保证了加热效率的同时减少了能量的损耗。

附图说明

图1是本发明的装配图；

图2是本发明的电路连接图；

图3是本发明的加热方法的流程图。

图中：1、空气源热泵；2、加热水箱；3、储热水箱组件；31、第一储热 水箱；32、第二储热水箱；33、第三储热水箱组；34、第四管道；35、第五 管道；4、第一管道；41、第一循环泵；42、第二循环泵；5、第二管道；6、 第三管道；7、回水管道；71、第三循环泵；8、控制器；9、传感器组；91、 第一温度传感器；92、第二温度传感器；93、第三温度传感器；94、第四温 度传感器；95、第五温度传感器；96、第六温度传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本 发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但 是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以 是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是 直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对 于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中 的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示 或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第 一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上” 或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征 不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二 特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上 方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之 下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“垂直的”、“水平的”、 “左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而 不是指示或暗示所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种容积式串联组合模块热水系统,如图1和图2所示，包括： 空气源热泵1、加热水箱2、储热水箱组件3、第一循环泵组、第三循环泵71、 第一管道4、第二管道5、第三管道6、控制器8、及用于采集温度数据并将其 输送给控制器8的传感器组9；储热水箱组件3通过第一管道4与空气源热泵1连 接；空气源热泵1通过第二管道5与加热水箱2连接；加热水箱2通过第三管道6 与储热水箱组件3连接；储热水箱组件3上还设置有用于热水回水的回水管道 7；第一循环泵组设置在第一管道4上；第三循环泵71设置在回水管道7上；传 感器组9分别与空气源热泵1、储热水箱组件3和回水管道7连接；空气源热泵 1、加热水箱2、传感器组9、第一循环泵组和第三循环泵71均与控制器8电连 接。

在本申请中储热水箱组件3上还设置有用于供冷水进入的进水管道；加热 水箱2上设置有用于供热水输出的出水管道；在本系统中空气源热泵1作为主 加热机；加热水箱2用于对冷水进行辅助加热；在本系统运行的情况下，冷水 通过进水管道向储热水箱组件3内进水，由于第一管道4与储热水箱组件3的连 接处位于储热水箱的下部，使得冷水流过储热水箱组件3后，直接经过第一管 道4进入空气源热泵1，然后经过第二管道5进入加热水箱2，在加热水箱2被冷 水灌满后，然后冷水通过第三管道6重新进入储热水箱组件3内，直至将储热 水箱组件3灌满，然后本系统开启加热模式，此时，储热水箱组件3、空气源 热泵1和加热水箱2串联在一起形成水循环，实现了双向换热、分仓储热及供 热水压力始终与供冷水压力同步的功能。

在本系统开启加热模式的情况下，储热水箱组件3、空气源热泵1和加热 水箱2内的水开始不断地循环，空气源热泵1不断地对系统内的水进行均匀的 加热，使得加热速度更快，以使储热水箱组件3和加热水箱2内的水温达到设 定的温度；在本系统开始供水的情况下，热水循环继续，而储热水箱组件3内 会逐渐注入冷水以补充水源，在空气源热泵1附件环境温度不高于一定的温度 且储热水箱组件3的温度也不高于一定的温度的情况下，加热水箱2进入加热 状态，在空气源热泵1附件环境温度不低于一定的温度或储热水箱组件3的温 度也不低于一定的温度的情况下，加热水箱2停止加热，本系统具有缩短了储 热时间且使得供热水压力与供冷水压力能完全一致的功能。

具体地，热水系统一般会设定出水温度范围，如35℃～60℃，设定的最 高出水温度为60℃，正常运行的出水温度为55℃；通过第一循环泵组和第三 循环泵71的设置，使得本系统具有换热模式；通过传感器组9的设置，能够检 测储热水箱组件3的温度、空气源热泵1附近的环境温度和回水管道7的温度， 并将检测到的温度输送给控制器8，控制器8根据传感器组9检测到的温度，控 制第一循环泵组和第三循环泵71的开合，使得本系统能够根据检测到的温度 对换热模式进行调整，以降低热能损耗。

进一步地，如图2所示，传感器组9包括：第一温度传感器91、第二温度 传感器92、第三温度传感器93和第四温度传感器94；第一温度传感器91和第 二温度传感器92均设置在储热水箱组件3上；第三温度传感器93设置在空气源 热泵1上；第四温度传感器94设置在回水管道7上；第一温度传感器91、第二 温度传感器92、第三温度传感器93和第四温度传感器94均与控制器8电连接。

通过第一温度传感器91和第二温度传感器92用于检测储热水箱组件3的温 度，第三温度传感器93用于检测空气源热泵1附近的环境温度，第四温度传感 器94用于检测回水管道7的温度，控制器8根据储热水箱组件3的温度，控制第 一循环泵组的开合，从而对本系统的换热模式进行调整；控制器8根据空气源 热泵1附近的环境温度和储热水箱组件3的温度控制加热水箱2的运行状态；控 制器8根据回水管道7的温度控制第三循环泵71的开合，保证了对水温的控制， 以免水温的温度过低影响用户的用水体验。

进一步地，还包括第四管道34和第五管道35；储热水箱组件3包括：第一 储热水箱31、第二储热水箱32及第三储热水箱组33；第二储热水箱32通过第 四管道34与第一储热水箱31连接；第三储热水箱组33件3通过第五管道35与第 二储热水箱32连接；第一储热水箱31与第一管道4连接；第三储热水箱组33件 3与第三管道6连接；第一温度传感器91设置在第一储热水箱31上；第二温度 传感器92设置在第二储热水箱32上。

在本申请中第三储热水箱组33包括四个第三储热水箱；第一储热水箱31、 第二储热水箱32和第三储热水箱均为小容量容积式储热水箱；空气源热泵1、 加热水箱2和储热水箱组件3形成一套热水系统，在这一套热水系统中，储热 水箱组件3中的第三储热水箱的数量最多为四个；加热水箱2为小容量容积式 加热水箱2，通过小容量的容积式储热水箱进行储热，使得单个储热水箱的储 热量小，从而减小了热量损失；通过小容量容积式加热水箱2进行加热，使得 加热水箱2内所需加热量较小，耗能较少。

进一步地，第一储热水箱31上设置有第一盲孔；第一温度传感器91设置 在第一盲孔内；第一盲孔向着第一储热水箱31的内侧延伸，便于第一温度传 感器91检测第一储热水箱31的温度。

进一步地，第二储热水箱32上设置有第二盲孔；第二温度传感器92设置 在第二盲孔内；第二盲孔向着第二储热水箱32的内侧延伸，便于第二温度传 感器92检测第二储热水箱32的温度。

进一步地，传感器组9还包括：用于采集加热水箱2的加热部的温度的第 五温度传感器95和用于采集加热水箱2内的水温的第六温度传感器96；第五温 度传感器95和第六温度传感器96均设置在加热水箱2上；第五温度传感器95和 第六温度传感器96均与控制器8电连接；通过第五温度传感器95和第六温度传 感器96的设置，本系统能够对加热水箱2内的加热部和水温进行检测，使得用 户可以根据加热水箱2的温度对加热水箱2的加热状态进行控制。

进一步地，加热水箱2上设置有第三盲孔和第四盲孔；第三盲孔向着加热 水箱2的加热部延伸；第四盲孔向着加热水箱2的内部延伸，第四盲孔远离加 热水箱2的加热部；第五温度传感器95设置在第三盲孔内；第六温度传感器96 设置在第四盲孔内；通过第三盲孔和第四盲孔的设置，便于第五温度传感器95 检测加热水箱2的加热部的温度、第六温度传感器96检测加热水箱2内的水温。

进一步地，第一管道4包括：主管、第一支管和第二支管；主管的一端与 空气热源泵连接，另一端分别与第一支管和第二支管连接；第一支管和第二 支管均与储热水箱组件3连接；第一循环泵组包括：第一循环泵41和第二循环 泵42；第一循环泵41设置在第一支管上；第二循环泵42设置在第二支管上； 第一循环泵41和第二循环泵42均与控制器8固定连接。

通过第一循环泵41和第二循环泵42的设置，能够调整本系统的水循环的 流量的大小，在温度较低的情况下，第一循环泵41和第二循环泵42同时开启， 使得水循环的流量达到最大，使得本系统的部件之间的温差较小，进行快速 加热，在水温上升到一定的温度后，关闭第二循环泵42，仅开启第一循环泵 41，减小水循环的流量，减少了热量损失。

本发明的容积式串联组合模块热水系统，不仅具有双向换热、储热及分 仓储热的功能，还能够根据水温的实际情况对本系统内的水循环调整加热状 态，在保证了加热效率的同时减少了能量的损耗；且还具有安装结构简单， 组合灵活多样的功能。

一种容积式串联组合模块热水系统的加热方法，包括：

S100、采集储热水箱组件3的温度、空气源热泵1周围环境的温度及回水 管道7的温度；储热水箱组件3的温度包括：第一储热水箱31的温度和第二储 热水箱32的温度；

S200、根据第一储热水箱31的温度和第二储热水箱32的温度，控制器8控 制第一循环泵组的开合和空气源热泵1的加热状态；根据第一储热水箱31的温 度和空气源热泵1周围环境的温度，控制器8控制加热水箱2的运行状态；根据 回水管道7的温度，控制第三循环泵71的开合。

具体地，采集的第一储热水箱31的温度为T1、第二储热水箱32的温度为 T2、空气源热泵1周围环境的温度为T3及回水管道7的温度为T4；在T1不高于 设定的第一温度的情况下，控制第一循环泵组内的循环泵全部开启和空气源 热泵1开始加热，使得本系统内的水循环处于流量最大的状态，快速且均匀地 对水循环内的水进行加热；在T2不低于设定的第二温度且T1不高于设定的第 三温度的情况下，控制第一循环泵组内的循环泵部分开启和空气源热泵1继续 加热，使得本系统内的水循环的流量减小；在T2不低于设定的第四温度且T1 不低于设定的第二温度的情况下，控制第一循环泵组内的循环泵全部关闭和 空气源热泵1停止加热；在T3不高于设定的第五温度且T1不高于设定的第六温 度的情况下，控制加热水箱2开始加热；在T3高于设定的第五温度或T1不低于 设定的第三温度的情况下，控制加热水箱2停止加热；在T4不高于设定的第七 温度的情况下，控制第三循环泵71开启；在T4不低于设定的第八温度的情况 下，控制第三循环泵71关闭。

在本申请中第一温度小于第三温度，第二温度小于第二温度，第二温度 小于第四温度；第五温度小于第三温度；第七温度小于第八温度；第一温度、 第二温度、第三温度、第四温度、第五温度、第六温度、第七温度和第八温 度均可根据实际情况进行设定；另外，本申请中的空气源热泵1还具有除霜功 能，在开启除霜功能后，空气源热泵1开启加热模式，第一循环泵组内的循环 泵全部开启，若检测到空气源热泵1具备退出除霜功能的情况下，第一循环泵 组和空气源热泵1均关闭；若空气源热泵1出现故障，控制器8可根据采集到的温度控制加热水箱2的加热状态，且发出故障提示，故障提示可通过声音或灯 光等对用户进行警示，确保了能够正常的供应热水。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述 实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指 出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若 干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种容积式串联组合模块热水系统，其特征在于，包括：空气源热泵、加热水箱、储热水箱组件、第一循环泵组、第三循环泵、第一管道、第二管道、第三管道、控制器、及用于采集温度数据并将其输送给控制器的传感器组；所述储热水箱组件通过第一管道与空气源热泵连接；所述空气源热泵通过第二管道与加热水箱连接；所述加热水箱通过第三管道与储热水箱组件连接；所述储热水箱组件上还设置有用于热水回水的回水管道；所述第一循环泵组设置在第一管道上；所述第三循环泵设置在回水管道上；所述传感器组分别与空气源热泵、储热水箱组件和回水管道连接；所述空气源热泵、加热水箱、传感器组、第一循环泵组和第三循环泵均与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的容积式串联组合模块热水系统，其特征在于，所述传感器组包括：第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；所述第一温度传感器和第二温度传感器均设置在储热水箱组件上；所述第三温度传感器设置在空气源热泵上；所述第四温度传感器设置在回水管道上；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器均与控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的容积式串联组合模块热水系统，其特征在于，还包括第四管道和第五管道；所述储热水箱组件包括：第一储热水箱、第二储热水箱及第三储热水箱组；所述第二储热水箱通过第四管道与第一储热水箱连接；所述第三储热水箱组件通过第五管道与第二储热水箱连接；所述第一储热水箱与第一管道连接；所述第三储热水箱组件与第三管道连接；所述第一温度传感器设置在第一储热水箱上；所述第二温度传感器设置在第二储热水箱上。

4.根据权利要求3所述的容积式串联组合模块热水系统，其特征在于，所述第一储热水箱上设置有第一盲孔；所述第一温度传感器设置在第一盲孔内。

5.根据权利要求3所述的容积式串联组合模块热水系统，其特征在于，所述第二储热水箱上设置有第二盲孔；所述第二温度传感器设置在第二盲孔内。

6.根据权利要求2所述的容积式串联组合模块热水系统，其特征在于，所述传感器组还包括：用于采集所述加热水箱的加热部的温度的第五温度传感器和用于采集所述加热水箱内的水温的第六温度传感器；所述第五温度传感器和第六温度传感器均设置在加热水箱上；所述第五温度传感器和第六温度传感器均与控制器电连接。

7.根据权利要求6所述的容积式串联组合模块热水系统，其特征在于，所述加热水箱上设置有第三盲孔和第四盲孔；所述第五温度传感器设置在第三盲孔内；所述第六温度传感器设置在第四盲孔内。

8.根据权利要求1所述的容积式串联组合模块热水系统，其特征在于，所述第一管道包括：主管、第一支管和第二支管；所述主管的一端与空气热源泵连接，另一端分别与所述第一支管和第二支管连接；所述第一支管和第二支管均与储热水箱组件连接；所述第一循环泵组包括：第一循环泵和第二循环泵；所述第一循环泵设置在第一支管上；所述第二循环泵设置在第二支管上；所述第一循环泵和第二循环泵均与控制器固定连接。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的容积式串联组合模块热水系统的加热方法，其特征在于，包括：

采集所述储热水箱组件的温度、空气源热泵周围环境的温度及回水管道的温度；所述储热水箱组件的温度包括：第一储热水箱的温度和第二储热水箱的温度；

根据所述第一储热水箱的温度和第二储热水箱的温度，所述控制器控制第一循环泵组的开合和空气源热泵的加热状态；根据所述第一储热水箱的温度和空气源热泵周围环境的温度，所述控制器控制加热水箱的运行状态；根据所述回水管道的温度，控制所述第三循环泵的开合。

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