CN112629024A - 一种热泵加热供水装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热泵加热技术领域，具体涉及一种热泵加热供水装置及方法。现有热水供应应对大流量用水的方式通常是增加加热单元，热水温度波动大，用户体验不佳。为了解决上述问题，本发明采用了以下的技术方案：一种热泵加热供水装置，通过设置第一水箱与第二水箱形成三个供水回路，第一水箱和第二水箱中均设置有温度传感器，系统基于温度传感器的反馈数据选择执行第一回路、第二回路或第三回路的加热或供水。第一回路、第二回路和第三回路均可以单独进行加热或供水。本发明的一种热泵加热供水装置能够通过中控系统接收温度传感器的信号，并控制电磁阀门进行三个供水回路间的切换。通过三个回路间的供水配合，为用户提供更为稳定的热水供应。

Description

一种热泵加热供水装置及方法
技术领域
本发明涉及热泵加热技术领域，具体涉及一种热泵加热供水装置及方法。
背景技术
目前，在宾馆、饭店、学校、工厂、洗浴中心等场所由于具有供水量大、供水突变性大的特点，一般都广泛采用大容量的储水箱进行供应热水，以便及时满足供应要求。在正常用水的情况下，上述场所选配的储水箱吨位可以满足热水的供应，当用户停止用水时，选配的加热单元对新进冷水进行加热，加热完成的热水再输送至储水箱进行存储。在正常用水的情况下，大容量的储水箱可以保证其内部的水温不低于某一温度。但是，正是由于上述几种场所其用水量大的特点，其在某一时间内可能出现用户用水量特别大的情况，如此，大容量的储水箱到达某一时刻后首先其无法保证输出水温的稳定程度，且其无法保证内部的水温不低于某一温度。所以，此时需要通过加热单元直接对新进冷水进行加热，将加热后的热水直接输送给用户进行使用。
常规的解决方法是增加加热单元，提高加热效率以提高热水供应流速。如公开号为“107178822A”，名称为《热水供应系统》的中国发明专利公开了一种热水供应系统，包含：对外部提供热水的蓄热水箱、与蓄热水箱连接并对蓄热水箱进行加热的空气源加热设备、对蓄热水箱供水的补水箱、连接蓄热水箱和补水箱的第一供水管和第二供水管、设置在第二供水管上并对第二供水管进行加热的太阳能加热设备、分别电性连接空气源加热设备和太阳能加热设备的主控设备。该种方式根据加热效率的不同，对流量的控制要求很高。由于普通单一的流量控制阀其流量控制范围和流量控制精度都有限制：流量控制范围较大的流量控制阀，其流量控制精度都较低，单位开度水量变化大，且开度－流量线性度差，在小出水流量情况下难以实现精细调节，出水温度波动大；流量控制精度较高的流量控制阀，其流量控制范围都较小，且单位开度水流量变化小，无法满足新进冷水流量的变化范围和调节速度。由于用户侧通常为多个用水点，其热水用量时时变化且用水量变化范围也大，在单一流量控制阀下，新进冷水的流量无法与加热单元的功率及时准确进行匹配以使得加热后的热水处于稳定的目标温度，由于精度调节的限制，单一流量控制阀在调节过程中，用户侧使用的热水温度会存在一定的波动，甚至会出现忽冷忽热，导致用户体验较差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种热泵加热供水装置及方法。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种热泵加热供水装置，包括热泵主机、第一水箱和若干个第二水箱；第一水箱和/或若干个第二水箱与热泵之间构成如下三个回路；
第一回路，由第一水箱与热泵主机构成；
第二回路，由第二水箱与热泵主机构成；
第三回路，由第一水箱和若干个第二水箱与热泵串联构成；
所述第一水箱和第二水箱中均设置有温度传感器，系统基于温度传感器的反馈数据选择执行上述第一回路、第二回路或第三回路的加热或供水，所述第一回路、第二回路和第三回路均可以单独进行加热或供水。
相较于现有技术中单一出水水箱供水的热水供应系统，本发明的技术方案设置了第一水箱和第二水箱两套热水供应系统，两者既可并列设置，单独通过第一回路、第二回路完成供水，又可串联形成第三回路，通水进行热水供水。这样，在热水用量热别大的情况下，一开始可以通过两个大型水箱提供充足的热水供应量。当用量超过储备量时，第一回路和第二回路能够形成彼此的后备，在一个回路热水耗尽进入加热循环的情况下，另一回路中如果仍有热水，就能够保持一段时间的热水供应，减少热水供应中热水不足导致的供水温度波动，提升用户体验。
作为优选，装置还包括有中控系统、传感器和电磁阀门，所述中控系统与传感器和电磁阀门通讯连接；所述温度传感器设置在第一水箱和第二水箱内；所述热泵主机的出水口与第一水箱和第二水箱的进水口间分别连接有输水管线，所述热泵主机的进水口与第一水箱和第二水箱的出水口间分别连接有回水管线，所述第一水箱的出水口与第二水箱的进水口间还连接有用于串联的连接管线，所述第一水箱和第二水箱的出水口处还连接有用于供水的供水管线，两条输水管线、两条回水管线、两条供水管线以及连接管线上都分别设置有电磁阀门，所述中控系统能够通过温度传感器的反馈控制电磁阀门的开关，实现不同热水回路不同使用状态间的自动切换。
作为优选，所述第一水箱总的储水量少于等于第二水箱总的储水量。第一水箱与第二水箱通过设置储水量的差别形成加热速度差，形成交叉供水，减少供水温度的波动。第一水箱储水量小，加热速度快，第二水箱储水量大，加热速度慢。
作为优选，当所述第二水箱串联设置有多个时，所述中控系统根据第二水箱中所设置的温度传感器的平均值判断第二水箱的温度值。由于第二水箱大于两个时，多个第二水箱间为串联，因此可以通过多个水箱间的平均水温作为第二水箱的温度值的判断基础。
作为优选，当所述第二水箱设置有大于两个时，所述第二水箱中均设置有温度传感器，或间隔设置有温度传感器。由于多个水箱为串联，水箱的供水温度变化呈线性，因此间隔设置温度传感器也能提供较为客观的温度反馈，同时还能节省传感器个数，降低生产和维护成本。
作为优选，所述第一水箱的水箱上部和水箱下部分别设置有温度传感器，所述中控系统根据所设置的温度传感器的平均值判断电磁阀门的开关。
由于第一水箱储量小，常常仅设置一个水箱，在一个水箱中，冷水下沉热水上浮，容易形成较大的温差，产生读数不准的情况。因此，为了保证第一水箱水温反馈的客观性，在第一水箱每个水箱的上部和下部分别设置有温度感应器，通过上下两个温度感应器的平均值反应一个第一水箱的水温。
作为优选，所述第一水箱能够串联设置一个或多个，当串联设置有多个时，所述中控系统根据所设置的所有温度传感器的平均值判断第一水箱的温度值。第一水箱根据大小能够设置一个或多个。在受到场地制约的情况下能够灵活的调整第一水箱的大小和个数。由于第一水箱间串联设置，因此第一水箱的水温能够通过所有温度传感器的平均值来反映。
作为优选，所述第一水箱内设置有辅助加热装置。第一回路相较于第二回路的特征是灵活快速，与第二水箱的储水量大加热慢形成互补。因此第一水箱的特点是体量小，加热快。在第一水箱中加设辅助加热装置使得第一回路的热水补热速度更快，能够更好的为第二回路的加热争取时间，提供更稳定的供水。
一种热泵加热供水方法，其采用上述的热泵加热供水装置，并执行如下步骤：
S1，向热泵加热装置中通入流体介质；
S2，检测各水箱温度，检测到第一水箱和第二水箱的平均温度小于预设温度TA时；第三回路进行加热程序，热泵主机对于该回路的流体介质进行加热，直至第一水箱和第二水箱的平均温度大于或等于预设温度TA，停止第三回路加热，执行S3；
S3，分别比较第二水箱的平均温度与预设温度TB，以及第一水箱的平均温度与预设温度TC；当第一水箱的平均温度小于等于预设温度TC时执行S4；当第一水箱的平均温度大于预设温度TC时，执行S6；当第二水箱的平均温度小于等于预设温度TB时执行S5；当第二水箱的平均温度大于预设温度TB时，执行S7；
S4，第一回路进行加热程序，热泵主机对于该回路的流体介质进行加热，直至第一水箱的平均温度大于预设温度TC，而后执行S6；
S5，第二回路进行加热程序，热泵主机对于该回路的流体介质进行加热，直至第二水箱的平均温度大于预设温度TB,而后执行S7；
S6，第一回路停止加热程序，进行热水供水，同时中控系统返回S2监控水箱温度；
S7，第二回路停止加热程序，进行热水供水，同时中控系统返回S2监控水箱温度。
中控系统通过温度感应器对水箱内水温进行监控，并通过水箱温度是否达到供水标准来切换回路间的供水和加热，从而实现自动的供水调节，能够自动适用热水用水量的拨动。
作为优选，向热泵加热装置中通入流体介质时流体介质完全充满热泵加热装置的容器和管路，排出流道内部的空气。由于所有流道内的空气被全部排出，本系统可以通过自来水的压力进行无水泵运行，节约能源。
在本发明的一种热泵加热供水装置设置了三个供水回路，能够通过中控系统接收温度传感器的信号，并控制电磁阀门进行三个供水回路间的切换。其中第三回路的循环能够在用水高峰来临之前做好热水储备，在用水高峰的初期提供大量的热水；第一回路和第二回路形成彼此的后备。三个回路配合进行自动的热水供水调节，能够为用户提供更为长效和稳定的热水供应。
附图说明
图1为本发明一实施例中的一种热泵加热供水装置第一回路加热循环状态示意图；
图2为本发明一实施例中的一种热泵加热供水装置第一回路供水状态示意图；
图3为本发明一实施例中的一种热泵加热供水装置第二回路加热循环状态示意图；
图4为本发明一实施例中的一种热泵加热供水装置第二回路供水状态示意图；
图5为本发明一实施例中的一种热泵加热供水装置第三回路加热循环状态示意图；
图6为本发明一实施例中的一种热泵加热供水装置第三回路供水状态示意图；
图7为本发明一实施例中的一种热泵加热供水装置总体连接结构示意图；
图8为本发明一实施例中的一种热泵加热供水装置使用方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。
此外，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
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。
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。
在附图1-7中，各部件和编号列表如下：
1—热泵主机 6—第二水箱 11—补水管 16—辅助加热装置
2—电磁阀门 7—第二水箱 12—温度传感器T1 17—电磁阀门5
3—电磁阀门 8—第二水箱 13—温度传感器T2 18—电磁阀门6
4—第一水箱 9—第二水箱 14—电磁阀门4 19—水泵
5—电磁阀门 10—第二水箱 15—温度传感器T3
实施例1
如图7所示，本发明涉及一种热泵加热供水装置，包括热泵主机1、一个第一水箱4和五个第二水箱：第二水箱6、第二水箱7、第二水箱8、第二水箱9、第二水箱10。第一水箱4和/或第二水箱6、第二水箱7、第二水箱8、第二水箱9、第二水箱10与热泵之间构成如下三个回路；第一回路，由第一水箱4与热泵主机1构成；第二回路，由第二水箱6、第二水箱7、第二水箱8、第二水箱9、第二水箱10与热泵主机1串联构成；第三回路，由第一水箱4和第二水箱6、第二水箱7、第二水箱8、第二水箱9、第二水箱10与热泵串联构成；所述第一水箱4和第二水箱6、第二水箱8、第二水箱10中均设置有温度传感器。装置中还设置有中控系统，中控系统基于温度传感器的反馈数据选择执行上述第一回路、第二回路或第三回路，所述第一回路、第二回路和第三回路均可以单独进行加热或供水。
所述第一水箱中设置有三个电辅助加热装置16，该装置能够在第一水箱中对水温进行进一步的加热。
装置还设置有多个温度传感器，所述中控系统与温度传感器通讯连接。在第一水箱4的上部和下部分别设有上部的温度传感器T5和下部的温度传感器T4。因为第一水箱的储水量较小，循环快速，水箱内水体的流动比较频繁。热水上浮冷水下沉，如仅设置一个温度传感器，遇到冷水水流或热水水流时容易出现温度的偏差。因此在第一水箱的上部和下部均设置有温度传感器，能够保证中控系统获得较为准确的温度反馈。五个第二水箱内间隔设置有三个温度传感器，分别是设置在第二水箱6处的温度传感器T3 15、第二水箱8处的温度传感器T2 13、第二水箱10的温度传感器T1 12。因为第二水箱中储水量很大，热水在各个水箱中流动时能够达到较好的冷热水混合效果，因此水温较为稳定。串联设置的水箱间温度的变化一般呈较为规律的线性变化，因此可以通过间隔设置温度传感器来获得串联的第二水箱整体的平均水温。间隔设置温度传感器能够节约成本，并提高中控系统的处理效率。
装置还设置有多个电磁阀门，所述中控系统与电磁阀门通讯连接。
如图1-2所示，本实施例的设备形成有第一回路。所述热泵主机1的出水口与第一水箱4的进水口间连接有输水管线，该输水管线上设置有电磁阀门2，所述热泵主机1的进水口与第一水箱4的出水口间连接有回水管线，该回水管线上设置有电磁阀门18，所述回水管线通过水泵19,将水泵回热泵主机。所述第一水箱4的出水口处还连接有用于供水的供水管线，进水口处还设有自来水的冷水进水管线，该管线上设置有电磁阀门14。当电磁阀门2、电磁阀门18和水泵19启，电磁阀门14关闭时，第一回路进入加热循环，停止供水。当电磁阀门2、当电磁阀门18和水泵19均关闭，电磁阀门14开启时，第一回路通过冷水进水管线的压力压出热水进行热水的供应。
如图3-4所示，本实施例的设备形成有第二回路。第二水箱6、第二水箱7、第二水箱8、第二水箱9、第二水箱10间通过串联管路连接，所述热泵主机1的出水口与第二水箱10的进水口间连接有输水管线，该输水管线上设置有电磁阀门17，所述热泵主机1的进水口与第二水箱6的出水口间连接有回水管线，该回水管线上设置有电磁阀门3，所述回水管线通过水泵19将水泵回热泵主机。所述第二水箱6的出水口处还连接有用于供水的供水管线，该管线上设置有电磁阀门5，所述第二水箱10的进水口处还设有自来水冷水的进水管线。当电磁阀门3、电磁阀门17水泵19均开启，电磁阀门5关闭时，第二回路进入加热循环，停止供水。当电磁阀门2、电磁阀门18和水泵19均关闭，电磁阀门14开启时，第二回路通过冷水进水管线的压力压出热水进行热水的供应。
如图5-6所示，本实施例的设备形成有第三回路。所述热泵主机1的出水口与第一水箱4的进水口间连接有输水管线，该输水管线上设有电磁阀门2，所述第一水箱的出水口与第二水箱6的进水口间设置有输水管线，该管线上设置有电磁阀门5，该管线上，电磁阀门5的前部还设置有用于供水的供水管线。第二水箱：第二水箱6、第二水箱7、第二水箱8、第二水箱9、第二水箱10间通过管路串联，第二水箱10的出水口与热泵主机1的进水口通过回水管线相连，该回水管线上设置有电磁阀门17，所述回水管线通过水泵19将水泵回热泵主机。第二水箱10的进水口处还设有自来水冷水的进水管线。当电磁阀门2、电磁阀门5、电磁阀门17以及水泵19均开启，自来水进水端不进水时，第三回路进入加热循环，当自来水进水端进水时，在自来水的压力下第三回路通过冷水进水管线的压力压出热水进行热水供应。
中控系统对于电磁阀门的开关的自动控制基于第一水箱中所有温度传感器的平均温度以及第二水箱中所有温度传感器的平均温度。具体方法可参见实施例2。
实施例2
如图8所示，本实施例涉及一种热泵加热供水方法，其采用实施例1中所述的热泵加热供水装置，并执行如下步骤：
S1，向热泵加热装置中通入自来水，直至水完全灌满整个通路，空气排出，形成自来水压动力的管路；
S2，检测各水箱温度，检测到第一水箱4和第二水箱6的平均温度小于预设温度TA时；第三回路进行加热程序，热泵主机1对于该回路的流体介质进行加热，直至第一水箱4和第二水箱6的平均温度大于或等于预设温度TA，停止第三回路加热，执行S3；
S3，分别比较第二水箱6的平均温度与预设温度TB，以及第一水箱4的平均温度与预设温度TC；当第一水箱4的平均温度小于等于预设温度TC时执行S4；当第一水箱4的平均温度大于预设温度TC时，执行S6；当第二水箱6的平均温度小于等于预设温度TB时执行S5；当第二水箱6的平均温度大于预设温度TB时，执行S7；
S4，第一回路进行加热程序，热泵主机1对于该回路的流体介质进行加热，直至第一水箱4的平均温度大于预设温度TC，而后执行S6；
S5，第二回路进行加热程序，热泵主机1对于该回路的流体介质进行加热，直至第二水箱6的平均温度大于预设温度TB,而后执行S7；
S6，第一回路停止加热程序，进行热水供水，同时中控系统返回S2监控水箱温度；
S7，第二回路停止加热程序，进行热水供水，同时中控系统返回S2监控水箱温度。
由于向热泵加热装置中通入水时水完全充满热泵加热装置的容器和管路，排出流道内部的空气，自来水的压力能够驱动水流在各个回路中流动而无需水泵提供动力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种热泵加热供水装置，其特征在于：包括热泵主机(1)、第一水箱(4)和若干个第二水箱(6)；第一水箱(4)和/或若干个第二水箱(6)与热泵之间构成如下三个回路；
第一回路，由第一水箱(4)与热泵主机(1)构成；
第二回路，由第二水箱(6)与热泵主机(1)构成；
第三回路，由第一水箱(4)和若干个第二水箱(6)与热泵串联构成；
所述第一水箱(4)和第二水箱(6)中均设置有温度传感器，系统基于温度传感器的反馈数据选择执行上述第一回路、第二回路或第三回路的加热或供水，所述第一回路、第二回路和第三回路均可以单独进行加热或供水。
2.根据权利要求1所述的热泵加热供水装置，其特征在于：装置还包括有中控系统、温度传感器和电磁阀门(2)，所述中控系统与温度传感器和电磁阀门(2)通讯连接；所述温度传感器设置在第一水箱(4)和第二水箱(6)内；所述热泵主机(1)的出水口与第一水箱(4)和第二水箱(6)的进水口间分别连接有输水管线，所述热泵主机(1)的进水口与第一水箱(4)和第二水箱(6)的出水口间分别连接有回水管线，所述第一水箱(4)的出水口与第二水箱(6)的进水口间还连接有用于串联的连接管线，所述第一水箱(4)和第二水箱(6)的出水口处还连接有用于供水的供水管线，两条输水管线、两条回水管线、两条供水管线以及连接管线上都分别设置有电磁阀门(2)，所述中控系统能够通过温度传感器的反馈控制电磁阀门(2)的开关，实现不同热水回路不同使用状态间的自动切换。
3.根据权利要求1所述的热泵加热供水装置，其特征在于：所述第一水箱(4)总的储水量少于等于第二水箱(6)总的储水量。
4.根据权利要求2所述的热泵加热供水装置，其特征在于：当所述第二水箱(6)串联设置有多个时，所述中控系统根据第二水箱(6)中所设置的温度传感器的平均值判第二水箱(6)的温度值。
5.根据权利要求4所述的热泵加热供水装置，其特征在于：当所述第二水箱(6)设置有大于两个时，所述第二水箱(6)中均设置有温度传感器，或间隔设置有温度传感器。
6.根据权利要求3所述的热泵加热供水装置，其特征在于：所述第一水箱(4)的水箱上部和水箱下部分别设置有温度传感器，所述中控系统根据所设置的温度传感器的平均值判断电磁阀门(2)的开关。
7.根据权利要求3所述的热泵加热供水装置，其特征在于：所述第一水箱(4)能够串联设置一个或多个，当串联设置有多个时，所述中控系统根据所设置的所有温度传感器的平均值判断第一水箱(4)的温度值。
8.根据权利要求3所述的热泵加热供水装置，其特征在于：所述第一水箱(4)内设置有辅助加热装置。
9.一种热泵加热供水方法，其特征在于：其采用权利要求1-8之一所述的热泵加热供水装置，并执行如下步骤：
S1，向热泵加热装置中通入流体介质；
S2，检测各水箱温度，检测到第一水箱(4)和第二水箱(6)的平均温度小于预设温度TA时；第三回路进行加热程序，热泵主机(1)对于该回路的流体介质进行加热，直至第一水箱(4)和第二水箱(6)的平均温度大于或等于预设温度TA，停止第三回路加热，执行S3；
S3，分别比较第二水箱(6)的平均温度与预设温度TB，以及第一水箱(4)的平均温度与预设温度TC；当第一水箱(4)的平均温度小于等于预设温度TC时执行S4；当第一水箱(4)的平均温度大于预设温度TC时，执行S6；当第二水箱(6)的平均温度小于等于预设温度TB时执行S5；当第二水箱(6)的平均温度大于预设温度TB时，执行S7；
S4，第一回路进行加热程序，热泵主机(1)对于该回路的流体介质进行加热，直至第一水箱(4)的平均温度大于预设温度TC，而后执行S6；
S5，第二回路进行加热程序，热泵主机(1)对于该回路的流体介质进行加热，直至第二水箱(6)的平均温度大于预设温度TB,而后执行S7；
S6，第一回路停止加热程序，进行热水供水，同时中控系统返回S2监控水箱温度；
S7，第二回路停止加热程序，进行热水供水，同时中控系统返回S2监控水箱温度。
10.根据权利要求9所述的一种热泵加热供水方法，其特征在于：向热泵加热装置中通入流体介质时流体介质完全充满热泵加热装置的容器和管路，排出流道内部的空气。
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