Система горячего водоснабжения, поддерживающая постоянную температуту горячей воды
Настоящее изобретение относится к системе горячего водоснабжения, нагревающей посредством нагревательного устройства воду низкой температуры, поступающую во входное отверстие, до высокой температуры и осуществляющей подачу воды высокой температуры через выходное отверстие. Указанная система содержит: теплообменник, передающий тепло нагревательного устройства входящей воде так, чтобы нагреть входящую воду до заданной пользователем температуры; датчик расхода, измеряющий расход воды, поступающий в систему горячего водоснабжения; водяной бак, содержащий воду, выходящую из теплообменника; датчик температуры, установленный в заданном положении на трубе, по которой протекает вода. Кроме того, указанная система содержит управляющее устройство, снабженное устройством ввода, посредством которого пользователь может задавать желаемые значения параметров. Технический результат заключается в том, что управляющее устройство управляет работой нагревательного устройства, сравнивая температуру, заданную пользователем, с температурой, измеренной датчиком температуры, а также в зависимости от изменения величины расхода, измеренной датчиком расхода, что позволяет поддерживать температуру, заданную пользователем. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе горячего водоснабжения, поддерживающей постоянную температуру горячей воды, в частности к системе, поддерживающей постоянную температуру горячей воды сглаживающей временный перегрев и недогрев воды, возникающий из-за колебаний в ее потреблении.
Уровень техники
В общем случае система горячего водоснабжения (именуемая далее «водонагреватель») используется для быстрого нагрева и подачи пользователю воды предварительно заданной температуры. Качество работы водонагревателя определяется прежде всего тем, насколько быстро температура горячей воды достигает значения, установленного пользователем, и может ли быть обеспечена подача воды заданной температуры в условиях колебаний ее потребления.
На Фиг.1 представлена схема известного водонагревателя с перепускным клапаном, а на Фиг.2 приведен график, иллюстрирующий изменение температуры горячей воды в водонагревателе при уменьшении потребления воды.
Водонагреватель содержит датчик 1 расхода для измерения расхода входящей воды, датчик 2 температуры входящей воды для измерения температуры поступающей в водонагреватель воды, теплообменник 3 для передачи тепла от нагревательного устройства (горелки) входящей воде, байпас 4, напрямую соединяющий впускную трубу и выпускную трубу, перепускной клапан 5 для подачи входящей воды непосредственно в выпускную трубу по байпасу 4 без прохода этой воды через теплообменник 3, датчик 6 температуры выходящей воды для измерения температуры горячей воды в выпускной трубе и регулятор 7 расхода для регулирования количества выходящей горячей воды.
Если пользователь снижает потребление горячей воды, переходя в момент времени, обозначенный на фиг.2 как Р1, с большей величины расхода к меньшей величине, управляющее устройство (не показано) по данным, поступающим от датчика 1 расхода, регистрирует уменьшение расхода и уменьшает тепловую мощность горелки. Однако, поскольку до уменьшения потребления горячей воды вода поступала в теплообменник 3 с большим расходом, внутрь теплообменника 3 уже было подано большое количество теплоты. Поэтому, несмотря на уменьшение потока воды через теплообменник, ведущее к уменьшению тепловой мощности горелки, температура вытекающей из водонагревателя воды на протяжении некоторого периода времени будет превышать установленную.
Чтобы свести к минимуму промежуток времени, в течение которого температура выходящей воды будет превышать установленную (явление, именуемое далее «перегрев»), управляющее устройство на некоторое предварительно заданное время резко уменьшает тепловую мощность горелки. Поэтому, как показано на графике Фиг.2, какое-то время вытекает вода, имеющая температуру, превышающую установленную пользователем (стрелка а), после чего в течение некоторого промежутка времени вытекает вода, имеющая температуру ниже температуры, установленной пользователем (явление, именуемое далее «недогрев», стрелка b).
Чтобы избежать временного повышения температуры выходящей воды, возникающего при уменьшении ее расхода, в обычном режиме пользователь держит перепускной клапан 5 закрытым, а при перегреве, вызванном резким уменьшением расхода воды, открывает перепускной клапан 5, чтобы направить поступающую воду непосредственно в выпускную трубу без пропускания ее через теплообменник 3. Имеющая низкую температуру вода, направляемая в выпускную трубу через перепускной клапан 5, смешивается с водой высокой температуры, находящейся в состоянии перегрева, вызывая тем самым уменьшение повышенной температуры вытекающей воды.
Однако в случае, когда пользователь переходит от меньшего расхода воды к большему, в водонагревателе с перепускным клапаном 5 трудно предотвратить явление недогрева воды.
Чтобы решить указанную проблему, вместо известной конструкции с перепускным клапаном был разработан водонагреватель с регулируемым по потоку смесительным клапаном 8, показанный на Фиг.3.
В таком водонагревателе небольшая часть входящей воды направляется в выпускную трубу, без ее прохождения через теплообменник 3. Для этого даже в обычном режиме работы смесительный клапан остается приоткрытым. В этом случае имеющая низкую температуру вода, не проходящая через теплообменник 3, поступает в выпускную трубу и смешивается с водой, прошедшей через теплообменник 3, причем для теплообменника задают температуру более высокую, чем температура воды, установленная пользователем. Таким образом, вода, проходящая через смесительный клапан 8, смешивается с водой, проходящей через теплообменник 3, в результате чего температура горячей воды в выпускной трубе достигает температуры, установленной пользователем.
При резком уменьшении потребления воды в момент времени, обозначенный на Фиг.4 как Р1, управляющее устройство увеличивает количество воды, подаваемой в выпускную трубу напрямую по байпасу 4, увеличивая степень открытия смесительного клапана 8, чтобы таким образом сгладить временный перегрев. В то же время, в случае недогрева из-за резкого увеличения потребления горячей воды, управляющее устройство уменьшает количество воды, подаваемой напрямую в выпускную трубу по байпасу 4 без прохождения теплообменника, уменьшая степень открытия смесительного клапана 8. Известна также аналогичная конструкция, в которой заданная температура воды обеспечивается путем увеличения относительного количества воды, проходящей в выпускную трубу через теплообменник 3.
Вышеописанное использование смесительного клапана позволяет быстро компенсировать изменение температуры выходящей воды, связанное с колебаниями в ее потреблении, и тем самым получить горячую воду, имеющую температуру, сравнительно близкую к заданной. Как показано на графике Фиг.4, в данном случае перегрев и недогрев воды, возникающие из-за уменьшения потребления воды, проявляются в меньшей степени по сравнению с ситуацией, проиллюстрированной на графике Фиг.2.
Раскрытие изобретения
Недостатки известных решений
Как было указано выше, водонагреватель, показанный на Фиг.1, обеспечивает сглаживание временного перегрева воды, возникающего из-за уменьшения потребления воды, однако не позволяет эффективно уменьшить недогрев, возникающий при увеличении потребления горячей воды.
Напротив, водонагреватель, показанный на Фиг.3, обеспечивает сглаживание как временного перегрева, так и временного недогрева воды, связанных с колебаниями в потреблении воды. Однако недостаток такого водонагревателя состоит в том, что для облегчения управления температурой воды в зависимости от колебаний расхода температура воды, выходящей из теплообменника, должна примерно на 20°С превышать заданную пользователем температуру горячей воды, что приводит к снижению коэффициента полезного действия водонагревателя.
Кроме того, известны конденсационные водонагреватели, рекуперирующие теплоту конденсации продуктов сгорания и использующие ее для нагрева горячей воды. Если в случае такого водонагревателя задать высокую температуру на выходе теплообменника, то эта температура окажется выше, чем температура конденсации продуктов сгорания, то есть приблизительно 55°С или ниже, что будет препятствовать протеканию процесса конденсации и сделает невозможной рекуперацию теплоты конденсации, приводя, таким образом, к снижению коэффициента полезного действия водонагревателя.
Кроме того, необходимо принимать во внимание различия в качестве используемой воды. Например, возможны случаи, когда используемая вода содержит известь, большая часть которой осаждается при температуре 55°С или несколько выше. Если принять, что температура воды, задаваемая пользователем, составляет обычно около 50°С, то, чтобы достичь нужной температуры воды на выходе водонагревателя, показанного на Фиг.3, в теплообменнике нужно задать температуру воды приблизительно на 20°С выше, чем 50°С, то есть 70°С. В случае содержания в воде, поступающей во впускную трубу, извести в теплообменнике будет происходить ее осаждение, что с течением времени приведет к снижению коэффициента полезного действия водонагревателя, а также к снижению теплопередачи в теплообменнике, что может, в свою очередь, привести к частичному закипанию и тем самым сократит срок службы водонагревателя.
Задачи изобретения
С учетом сказанного, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему горячего водоснабжения, поддерживающую постоянную температуру горячей воды и сглаживающую временный перегрев и недогрев воды, возникающие из-за колебаний в ее потреблении, а также позволяющую сохранить на максимальном уровне коэффициент полезного действия водонагревателя.
Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему горячего водоснабжения, поддерживающую постоянную температуру горячей воды и осуществляющую рекуперацию теплоты конденсации продуктов сгорания, позволяющую при использовании в системе теплообменника конденсационного типа увеличить коэффициент полезного действия водонагревателя путем регулирования температуры на выходе теплообменника таким образом, чтобы она была равна температуре конденсации продуктов сгорания или ниже этой температуры.
Наконец, третья задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему горячего водоснабжения, поддерживающую постоянную температуру горячей воды и, при наличии в поступающей воде известковых примесей, предотвращающую осаждение извести в теплообменнике благодаря тому, что внутренняя температура теплообменника равна температуре осаждения извести или ниже ее.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением
Согласно настоящему изобретению временное изменение температуры горячей воды, связанное с изменением количества потребляемой воды, может быть скомпенсировано при наличии водяного бака, что позволит избежать резких изменений в температуре потребляемой горячей воды. В случае конденсационных водонагревателей температура выходящей из теплообменника воды может быть задана таким образом, чтобы она была равна или ниже температуры конденсации продуктов сгорания, что позволит повысить коэффициент полезного действия водонагревателя; при этом температура внутри теплообменника может быть также задана таким образом, чтобы она была ниже, чем температура осаждения извести, что позволит продлить срок службы теплообменника.
В водонагревателе устанавливают водяной бак, содержащий предварительно заданное количество воды; воду, содержащуюся в водяном баке, и воду, находящуюся в трубопроводе, предварительно нагревают и приводят в циркуляционное движение, продолжающееся даже в тот период времени, когда горячая вода не используется, что позволяет в случае желания пользователя воспользоваться горячей водой в кратчайший период времени, обеспечить подачу пользователю горячей воды заданной температуры и предотвратить замерзание трубы, обусловленное снижением температуры окружающей среды в зимнее время.
Наконец, в режиме предварительного нагрева с циркуляцией, путем приведения в действие трехходового клапана, вручную или автоматически, вода может быть направлена по контуру, содержащему внешний радиатор. Благодаря этому появляется возможность использовать воду, находящуюся в водонагревателе в режиме предварительного нагрева, в качестве теплоносителя внешнего обогревательного устройства. При этом указанное преимущество достигается в предложенной системе с использованием всего одного насоса.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показана структурная схема известной системы горячего водоснабжения с перепускным клапаном;
на Фиг.2 показан график, иллюстрирующий изменение температуры горячей воды при уменьшении ее потребления в системе, показанной на Фиг.1;
на Фиг.3 показана структурная схема известной системы горячего водоснабжения со смесительным клапаном;
на Фиг.4 показан график, иллюстрирующий изменение температуры горячей воды при уменьшении ее потребления в системе, показанной на Фиг.3;
на Фиг.5 показана структурная схема системы горячего водоснабжения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.6 показан контур циркуляции воды в режиме предварительного нагрева в системе горячего водоснабжения, показанной на Фиг.5;
на Фиг.7 показан контур циркуляции воды в режиме потребления горячей воды в системе горячего водоснабжения, показанной на Фиг.5;
на Фиг.8 показана структурная схема системы горячего водоснабжения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.9 показан контур циркуляции воды в режиме предварительного нагрева в системе горячего водоснабжения, показанной на Фиг.8;
на Фиг.10 показан контур циркуляции воды в режиме потребления горячей воды в системе горячего водоснабжения, показанной на Фиг.8;
на Фиг.11 показан график, иллюстрирующий изменение температуры горячей воды при увеличении ее потребления в системе горячего водоснабжения согласно настоящему изобретению;
на Фиг.12 показан график, иллюстрирующий изменение температуры горячей воды при уменьшении ее потребления в системе горячего водоснабжения согласно настоящему изобретению.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению система горячего водоснабжения, нагревающая посредством нагревательного устройства воду низкой температуры, поступающую во входное отверстие до высокой температуры, и осуществляющая подачу воды высокой температуры пользователю через выходное отверстие, содержит: теплообменник, передающий тепло нагревательного устройства поступающей в систему воде, доводя ее до заданной пользователем температуры; датчик расхода, измеряющий расход воды, поступающей в систему горячего водоснабжения; водяной бак, содержащий воду, вытекающую из теплообменника; датчик температуры, установленный в заданном положении на трубе, по которой протекает вода; и управляющее устройство, снабженное устройством ввода, предназначенным для ввода желаемых значений параметров; причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления работой нагревательного устройства посредством сравнения температуры, заданной пользователем с температурой, измеряемой датчиком температуры, а также с возможностью управления работой нагревательного устройства в зависимости от изменения расхода воды, измеряемого датчиком расхода.
Система горячего водоснабжения также дополнительно содержит насос, установленный на трубе, соединяющей вторую точку ответвления, имеющуюся на трубе со стороны входного отверстия, с первой точкой ответвления, имеющейся на трубе со стороны выходного отверстия, причем, когда пользователь не потребляет горячую воду, управляющее устройство работает в режиме предварительного циркуляции с предварительным нагревом, в котором вода, имеющая температуру, соответствующую режиму циркуляции с предварительным нагревом, под действием указанного насоса циркулирует в системе горячего водоснабжения по внутреннему контуру, соединяющему первую точку ответвления, вторую точку ответвления и теплообменник.
Далее, управляющее устройство определяет температуру, равную или более высокую, чем температура, заданная пользователем посредством устройства ввода, как температуру включения режима циркуляции с предварительным нагревом, а температуру, более низкую, чем заданная, как температуру выключения режима циркуляции с предварительным нагревом и управляет работой нагревательного устройства так, чтобы оно включалось, когда температура, измеряемая датчиком температуры, станет равной или более низкой, чем температура включения режима циркуляции с предварительным нагревом, и выключалось, когда температура, измеряемая датчиком температуры, станет равной или более высокой, чем температура выключения режима циркуляции с предварительным нагревом.
Кроме того, если пользователь задает время суток, в течение которого должен выполняться режим циркуляции с предварительным нагревом, то управляющее устройство управляет указанным режимом в соответствии с заданным временем.
Предпочтительно система горячего водоснабжения дополнительно содержит обратный клапан, установленный на трубе, которая соединяет насос и вторую точку ответвления.
Наконец, на трубе, соединяющей первую точку ответвления и выходное отверстие, имеется третья точка ответвления, и между первой точкой ответвления и насосом установлен трехходовой клапан, так что вода, предварительно нагретая в режиме предварительного нагрева с циркуляцией, проходит через радиатор, имеющийся на дополнительной трубе, которая соединяет третью точку ответвления и трехходовой клапан.
Осуществление изобретения
Далее структура и принцип действия системы в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения будут описаны более подробно и со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что одинаковые элементы обозначены на разных чертежах одними и теми же номерами позиций.
На Фиг.5 показана структурная схема водонагревателя согласно первому варианту осуществления изобретения. На Фиг.6 показан контур циркуляции воды в режиме предварительного нагрева. На Фиг.7 показан контур циркуляции воды в режиме потребления горячей воды.
Как показано на Фиг.5, водонагреватель 100 согласно первому варианту осуществления изобретения содержит: датчик 11 температуры входящей воды, измеряющий температуру воды, поступающей во входное отверстие 10, датчик 12 расхода, измеряющий расход входящей воды, теплообменник 13, передающий тепло горелки входящей воде, доводя ее до температуры, установленной пользователем, датчик 14 температуры выходящей воды, измеряющий температуру воды, вытекающей из теплообменника, водяной бак 15, содержащий воду, вытекающую из теплообменника 13, регулятор 16 расхода, регулирующий расход горячей воды, насос 17, установленный на трубе 24, соединяющей первую точку 21 ответвления, имеющуюся на трубе со стороны выходного отверстия 20, со второй точкой 22 ответвления, имеющейся на трубе со стороны входного отверстия 10, обратный клапан 18 для предотвращения противотока и управляющее устройство 30, снабженное устройством 31 ввода, с которого пользователь может задавать желаемые значения параметров.
Когда пользователь не потребляет горячую воду, выходное отверстие 20 закрыто и система работает в режиме циркуляции с предварительным нагревом, в котором горячая вода, нагнетаемая насосом 17, циркулирует по контуру, показанному на Фиг.6 жирной линией.
В режиме циркуляции с предварительным нагревом управляющее устройство 30, к которому подключен датчик 14 температуры выходящей воды, сравнивает температуру, измеряемую датчиком 14, с заданной температурой, которую пользователь ввел через устройство ввода. Например, если пользователь установил температуру на 40°С, управляющее устройство 30 выключит нагрев в теплообменнике 13, когда температура, измеряемая датчиком 14 температуры выходящей воды, превысит температуру, заданную пользователем, на 5°С и, включит нагрев в теплообменнике 13, когда температура, измеряемая датчиком 14, станет ниже температуры, установленной пользователем, на 5°С. Разумеется, заданная температура и диапазон допустимых колебаний могут быть изменены пользователем.
Благодаря замкнутому контуру внутренней циркуляции, соединяющему первую точку 21 ответвления, насос 17, вторую точку 22 ответвления и теплообменник 13, предварительный нагрев воды, содержащейся в водяном баке 15, и воды, находящейся во внутреннем трубопроводе водонагревателя 100, происходит даже тогда, когда пользователь не потребляет горячую воду. Таким образом, когда пользователь начнет потреблять горячую воду, предварительно нагретая вода сможет за короткое время достичь установленной пользователем температуры.
Кроме того, благодаря постоянной циркуляции воды в режиме циркуляции с предварительным нагревом предотвращается замерзание трубы водонагревателя при снижении температуры окружающей среды в зимнее время, что является дополнительным преимуществом изобретения.
Время работы системы в режиме циркуляции с предварительным нагревом может быть произвольно установлено пользователем с помощью устройства 31 ввода. Например, пользователь может задать круглосуточное выполнение режима циркуляции с предварительным нагревом. Или же напротив, пользователь может задать время выполнения режима циркуляции с предварительным нагревом таким образом, что система будет постоянно работать в данном режиме, за исключением времени сна пользователя, то есть, например, с 6.00 до 24.00.
В режиме потребления горячей воды (контур движения воды в этом режиме показан жирной линией на Фиг.7) вода, поступающая через входное отверстие 10, нагревается теплообменником 13 и, проходя через водяной бак 15, поступает к пользователю через выходное отверстие 20.
Когда пользователь открывает вентиль, установленный в выходном отверстии 20, чтобы воспользоваться горячей водой, вода, поступившая в первую точку 21 ответвления, под действием разницы давлений полностью вытекает через выходное отверстие 20, в результате чего внутренняя циркуляция, проиллюстрированная на Фиг.6, прекращается. Датчик 12 расхода, установленный на трубе, соединяющей входное отверстие 10 и теплообменник 13, регистрирует расход воды и передает сигнал управляющему устройству 30, и управляющее устройство 30 регулирует температуру в теплообменнике 13, приводя в действие нагревательное устройство.
Далее описана конфигурация предлагаемой системы, позволяющая минимизировать колебания температуры горячей воды, предотвращая тем самым временный перегрев и недогрев горячей воды при изменении в потреблении горячей воды.
При потреблении пользователем горячей воды температура входящей воды считывается датчиком 11 температуры входящей воды, а расход используемой горячей воды считывается датчиком 12 расхода. В соответствии с данной конфигурацией определяется тепловая мощность горелки, необходимая для того, чтобы нагреть входящую воду до температуры, соответствующей заданному пользователем значению и посредством теплообменника 13 указанная тепловая мощность горелки передается входящей воде таким образом, что на выходе вода имеет температуру, соответствующую заданным пользователем установкам. Таким образом, температура воды, выходящей из теплообменника 13 и попадающей в водяной бак 15, равна температуре горячей воды, заданной пользователем.
Увеличение потребления горячей воды пользователем регистрируется датчиком 12 расхода. В этом случае управляющее устройство 30 увеличивает тепловую мощность горелки, доводя температуру горячей воды до температуры, установленной пользователем, и, таким образом, управляя температурой горячей воды. Однако для увеличения тепловой мощности горелки управляющему устройству 30 необходимо некоторое предварительно заданное время, в течение которого будет зарегистрировано увеличение потребления горячей воды, и в течение этого времени через теплообменник 13 пройдет большое количество воды. Даже при увеличении тепловой мощности горелки внутренняя теплота теплообменника 13, соответствующая предыдущему низкому расходу воды, будет увеличиваться постепенно, тогда как расход воды, проходящей через теплообменник 13, увеличится резко, что вызовет недогрев, т.е. температура воды, вытекающей из теплообменника, будет какое-то время ниже температуры, установленной пользователем.
Однако в предлагаемом водонагревателе 100 вода, вытекающая из теплообменника 13, перед подачей пользователю смешивается с водой, содержащейся в водяном баке 15. Поскольку имеющаяся в водяном баке 15 горячая вода имеет температуру, близкую к температуре, установленной пользователем, смешивание перед подачей пользователю воды, вытекающей из теплообменника 13 и имеющей сравнительно низкую температуру, с водой, содержащейся в водяном баке 15, позволяет получить на выходе воду, имеющую температуру, по существу близкую к температуре, установленной пользователем.
Соответственно, поскольку наличие водяного бака позволяет компенсировать сравнительно большой недогрев, временно возникший из-за увеличения потребления горячей воды, возможно осуществлять подачу горячей воды пользователю без заметного изменения ее температуры. Подобным же образом, при увеличении потребления горячей воды большой перегрев, возникающий вследствие резкого увеличения тепловой мощности горелки в целях сглаживания недогрева, также может быть компенсирован благодаря наличию водяного бака.
На Фиг.11 проиллюстрировано изменение температуры горячей воды в водонагревателе 100 согласно настоящему изобретению, когда пользователь увеличивает потребление горячей воды. Из графика видно, что перегрев и недогрев заметно уменьшились по сравнению с известным водонагревателем.
И даже когда пользователь уменьшает потребление горячей воды и происходит перегрев, так как температура воды, вытекающей из теплообменника 13, временно увеличивается, этот перегрев большей частью компенсируется благодаря наличию водяного бака 15, поскольку вода, вытекающая из теплообменника и имеющая сравнительно высокую температуру, смешивается с водой, хранившейся в водяном баке 15. Поэтому величина перегрева заметно уменьшается, так что подача воды пользователю может осуществляться без заметного изменения ее температуры. Подобным образом, при уменьшении потребления горячей воды большой недогрев, возникающий вследствие резкого уменьшения тепловой мощности горелки в целях предотвращения перегрева, также может быть компенсирован благодаря наличию водяного бака.
На Фиг.12 проиллюстрировано изменение температуры горячей воды в водонагревателе 100, когда пользователь уменьшает потребление горячей воды. Из графика видно, что перегрев и недогрев заметно уменьшились по сравнению с известным водонагревателем.
Предпочтительно, чтобы водяной бак 15 имел большой объем для того, чтобы системе легче было реагировать на увеличение и уменьшение потребления пользователем горячей воды, однако с увеличением объема водяного бака 15 соответствующим образом увеличиваются и общие размеры водонагревателя, так что существуют некоторые ограничения на объем водяного бака. В целом объем водяного бака предпочтительно составляет от 2 до 3 литров.
В настоящем изобретении регулятор 14 расхода расположен со стороны выходного отверстия 20, однако из соображений конструктивного удобства регулятор 14 расхода может также располагаться и со стороны входного отверстия 10.
Ниже со ссылками на Фиг.8-10 описан водонагреватель 100 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.8 показана структурная схема водонагревателя 100 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. На Фиг.9 показан контур циркуляции воды в режиме предварительного нагрева. На Фиг.10 показан контур циркуляции воды в режиме потребления горячей воды.
Как показано на Фиг.8, водонагреватель 100 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения содержит, помимо элементов, входящих в состав водонагревателя 100 согласно первому варианту осуществления изобретения, трехходовой клапан 19, установленный на трубе 24, соединяющей первую точку 21 ответвления и вторую точку 22 ответвления. Кроме того, на трубе, соединяющей первую точку 21 ответвления и выходное отверстие 20, имеется третья точка 23 ответвления, а на дополнительной трубе, соединяющей третью точку 23 ответвления и трехходовой клапан 19, имеется радиатор 25. Трехходовой клапан 19 содержит два входа 19а и 19b и один выход 19с, что позволяет изменять контур циркуляции воды.
Как показано на Фиг.9, режим циркуляции с предварительным нагревом согласно второму варианту осуществления изобретения предусматривает, что, когда пользователь не использует горячую воду, первый вход 19а трехходового клапана 19 и выходное отверстие 20 закрыты, а второй вход 19b и выход 19с трехходового клапана 19 открыты, так что вода циркулирует по внутреннему контуру, показанному на чертеже.
Такая конструкция водонагревателя 100 позволяет предотвратить замерзание трубы при температурах ниже нуля в зимнее время, и, кроме того, тепло воды, находящейся в режиме циркуляции с предварительным нагревом, передается внешнему радиатору 25 и может использоваться для обогрева.
Другая особенность настоящего изобретения заключается в том, что и подача горячей воды, и снабжение горячей водой внешнего обогревательного устройства реализуются в предложенной системе с использованием только одного насоса 17, направляющего воду так, как это показано на Фиг.9.
На Фиг.10 показан контур циркуляции воды в режиме потребления горячей воды пользователем. И в этом случае водонагреватель работает по тому же принципу, что и в первом варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.7.
Как описано выше, при изменении потребления горячей воды временное изменение температуры воды в водонагревателе 100 согласно настоящему изобретению может быть компенсировано благодаря наличию водяного бака 15 и горячая вода может подаваться без заметного изменения ее температуры.
Далее, поскольку контрольная температура теплообменника 13 устанавливается таким образом, что она равна заданной температуре горячей воды, температура на выходе из теплообменника равна или ниже температуры конденсации продуктов сгорания, что повышает коэффициент полезного действия водонагревателя, а в том случае, если вода содержит некоторое количество извести, эта известь не осаждается, что позволяет продлить срок службы теплообменника.
Кроме того, когда пользователь не использует горячую воду, вода в водонагревателе находится в режиме циркуляции с предварительным нагревом, что позволяет в случае желания пользователя воспользоваться горячей водой, в кратчайшее время подать горячую воду заданной температуры. Также настоящее изобретение позволяет предотвратить замерзание трубы, обусловленное снижением температуры окружающей среды в зимнее время.
Наконец, в режиме циркуляции с предварительным нагревом в результате воздействия на трехходовой клапан, осуществляемого вручную или автоматически, вода может быть направлена по контуру, содержащему внешний радиатор, благодаря чему вода, находящаяся в водонагревателе в режиме предварительного нагрева, может быть использована в качестве теплоносителя обогревательного устройства. При этом в системе используется только один внутренний насос.
Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления, при этом для специалистов в области техники очевидно, что возможны их различные модификации и изменения, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение может применяться в системах водоснабжения, позволяя подавать горячую воду без заметного изменения ее температуры, даже в случае изменения количества потребляемой воды. Кроме того, находящаяся в режиме предварительного нагрева вода водонагревателя может использоваться также и в качестве теплоносителя обогревательного устройства, при этом такая возможность обеспечивается посредством только одного содержащегося в системе насоса.
1. Система горячего водоснабжения, нагревающая посредством нагревательного устройства воду низкой температуры, поступающую во входное отверстие, до высокой температуры и осуществляющая подачу воды высокой температуры пользователю через выходное отверстие, содержащая:
теплообменник, передающий тепло нагревательного устройства поступающей в систему воде, доводя ее до заданной пользователем температуры;
датчик расхода, измеряющий расход воды, поступающей в систему горячего водоснабжения;
водяной бак, установленный на выходной стороне теплообменника и содержащий воду, вытекающую из теплообменника;
датчик температуры, установленный в заданном положении на трубе, по которой протекает вода; и
управляющее устройство, снабженное устройством ввода, предназначенным для ввода желаемых значений параметров; в которой управляющее устройство выполнено с возможностью управления работой нагревательного устройства посредством сравнения температуры, заданной пользователем с температурой, измеряемой датчиком температуры, а также с возможностью управления работой нагревательного устройства в зависимости от изменения расхода воды, измеряемого датчиком расхода, причем вода, вытекающая из теплообменника, может смешиваться с водой, содержащейся в водяном баке перед ее подачей пользователю, благодаря чему вода, подаваемая пользователю, имеет температуру, близкую к температуре, заданной пользователем.
2. Система горячего водоснабжения, нагревающая посредством нагревательного устройства воду низкой температуры, поступающую во входное отверстие до высокой температуры и осуществляющая подачу воды высокой температуры пользователю через выходное отверстие, содержащая:
теплообменник, передающий тепло нагревательного устройства поступающей в систему воде, доводя ее до заданной пользователем температуры;
датчик расхода, измеряющий расход воды, поступающей в систему горячего водоснабжения;
водяной бак, содержащий воду, вытекающую из теплообменника;
датчик температуры, установленный в заданном положении на трубе, по которой протекает вода; и
управляющее устройство, снабженное устройством ввода, предназначенным для ввода желаемых значений параметров; в которой
управляющее устройство выполнено с возможностью управления работой нагревательного устройства посредством сравнения температуры, заданной пользователем с температурой, измеряемой датчиком температуры, а также с возможностью управления работой нагревательного устройства в зависимости от изменения расхода воды, измеряемого датчиком расхода, причем система также содержит насос, установленный на трубе, соединяющей вторую точку ответвления, имеющуюся на трубе со стороны входного отверстия с первой точкой ответвления, имеющейся на трубе со стороны выходного отверстия; причем когда пользователь не потребляет горячую воду, управляющее устройство работает в режиме циркуляции с предварительным нагревом, в котором вода, имеющая температуру, соответствующую режиму циркуляции с предварительным нагревом, под действием указанного насоса циркулирует в системе горячего водоснабжения по внутреннему контуру, соединяющему первую точку ответвления, вторую точку ответвления и теплообменник.
3. Система по п.2, в которой управляющее устройство определяет температуру, равную или более высокую, чем температура, заданная пользователем посредством устройства ввода, как температуру выключения режима циркуляции с предварительным нагревом, а температуру, более низкую, чем заданная, как температуру включения режима циркуляции с предварительным нагревом и управляет работой нагревательного устройства так, чтобы оно включалось, когда температура, измеряемая датчиком температуры, станет равной или более низкой, чем температура включения режима циркуляции с предварительным нагревом, и выключалось, когда температура, измеряемая датчиком температуры, станет равной или более высокой, чем температура выключения режима циркуляции с предварительным нагревом.
4. Система по п.3, в которой управляющее устройство выполнено с возможностью управления режимом циркуляции с предварительным нагревом в соответствии с задаваемым пользователем временем выполнения данного режима, при этом задаваемое время выбирается пользователем из временного интервала, ограниченного одними сутками.
5. Система по п.4, содержащая обратный клапан, установленный на трубе, соединяющей насос и вторую точку ответвления.
6. Система по любому из пп.2-5, в которой на трубе, соединяющей первую точку ответвления и выходное отверстие, имеется третья точка ответвления, причем между первой точкой ответвления и насосом установлен трехходовой клапан, при этом вода, предварительно нагретая в режиме циркуляции с предварительным нагревом, проходит через радиатор, установленный на дополнительной трубе, соединяющей третью точку ответвления и трехходовой клапан.
