CN101965485B - 用于制备家用热水的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的装置包括：热水器(1)；热水储存水箱(2)；用于供应家用冷水的供水管(8)；以及用于抽出家用热水的抽水管(7)，其中，所述装置的特征在于，用于供应家用冷水的供水管(8)包括T形连接器(80)，该连接器(80)通过设置有储存容器(3)的水管(30)连接到再循环水管，再循环水管将水箱连接到热水器(1)的设置有泵的进水管(50)，热水器的出水管(40)设置有通过旁路水管(13)连接到所述T形连接器(80)的三通阀(4)，其中所述阀(4)能够选择地采取确保在热水器出口(40)与水箱(2)的中部之间的相通的位置或者确保在热水器出口(40)与所述旁路水管(13)之间的相通的位置。当热水器关闭时，储存在容器(3)中的冷水能够快速被排出，用于快速冷却交换器(1)和水管，从而避免交换器和水管中的任何石灰沉积和结垢的风险。
Description
技术领域
本发明涉及用于产生清洁热水的装置。
背景技术
传统上，个人和集体住宅装备的用于产生清洁热水的装置包括热水器和两个交换器，这两个交换器中的一个称为初级交换器，另一个称为二级交换器。
例如通过燃气或燃油工作的热水器用于加热第一液体。
有利地，在所谓的混合装置的情况下，可以是在集中供暖系统的散热器中循环的水。
为此，热水器装备有初级交换器，该初级交换器具有传递由于燃气通过热水器装备的燃烧器的燃烧所产生的一部分热量的功能。
该热水器例如是冷凝型的，包括例如由钢制成的螺旋管状线圈，该螺旋管状线圈环绕燃烧器且其中通过待加热的第一液体。
这种类型的交换器例如在专利文献EP-0678186 B1、WO 2004/036121 A1以及FR-A-2896856中进行了描述。
在闭合回路中循环的第一液体可被选择和/或处理，特别是被软化和脱气，使得第一液体不引起任何与腐蚀和固体材料的沉积有关的问题，特别是石灰石(堵塞源)在初级交换器的管壁上的沉积。
这些潜在的问题基本上由所施加的温度非常高造成。
在这方面，且作为简单示例，来自燃烧器的燃气例如具有大约950℃的温度，初始在室温下的第一液体被加热至大约80℃的温度。
二级交换器具有将热量从由此被加热的第一液体传递至第二液体的功能，在该情况下，例如为了按要求供给的目的，清洁水被抽至诸如水池、脸盆、淋浴器、和/或浴缸的使用地点。
清洁热水被储存在隔热的有壁封闭器(通常被称为“水箱”)中。
这种类型的二级交换器例如在专利文献FR-A-2847972中进行了描述。
在二级热交换器中，所施加的温度明显低于初级交换器中的温度，使得在未预先处理的清洁水(即来自公共自来水总管的饮用水)的该交换器内的通道一般不会引起任何腐蚀或者固体材料沉积的严重问题。
似乎证实所谓的“硬”水(即具有高石灰含量)对消费者(即使其消耗的水量大)不具有任何危险；然而，这引起在大约60℃至约65℃的更高温度下水管中严重的水垢问题。
在40℃以下不再引起该问题。
在这两个阈值之间，该问题随温度增大。
从约55℃开始该问题变得严重。
这种包括热水器和两个交换器的装置通常在操作、可靠性和使用寿命方面令人满意。
然而，因为该装置包括两个不同的交换器，所以该装置具有成本价格高的缺点。
为解决该困难，某些加热系统安装者通过去除二级交换器并通过使待加热的清洁水直接通入热水器的交换器以注入储存水箱来修改该系统。
因此，这种用于产生清洁热水的装置包括：热水器；用于储存热水的水箱；用于清洁冷水的进水管；用于将待加热的水注入热水器的水管，该水管设置有泵，该泵能够在其被启动时确保待加热的水朝向热水器循环，且能够在其处于停止状态时阻止该循环；用于抽取清洁热水的水管；和用于被加热的水流出热水器的水管。
更具体地，用于清洁冷水的所述进水管通过“T”形连接器(所谓的第一连接器)一方面连接到热水器注入水管，而另一方面连接到所谓的再循环水管，当热水器出水管和抽水管分别延伸到热水储存水箱的中部和上部时，所述进水管延伸到该水箱的下部。
例如以使得水箱中储存的水被持续保持在接近65℃的温度下的方式控制该装置，该温度通常适用于相关应用。
在不抽取水的情况下，系统处于停止状态，热水器和泵停止工作。
当需要清洁热水时，一定流量的水通过该水箱的上部离开该水箱，并通过抽水管朝向使用地点输送。
这促使泵和热水器启动，且相同流量的清洁冷水注入装置，以补偿被抽取的水。在第一连接器处，该冷水通过再循环水管与来自水箱的下部的热水混合，且这就形成了泵驱回到热水器的入口的混合物(温水)。
由此，即使被抽取的水流量低或者相反地非常高，也能够获得泵和热水器在适当流量和温度范围下的操作。
当清洁水带有石灰时，遇到显著困难，从而停止抽取水。于是热水器和泵通过控制与调节系统停止。
因此，使得在接近65℃的温度下的清洁热水在位于水箱上游的管道中停滞，所述管道包括热水器的内部。在缺乏任何特定设备的情况下，该水温度慢慢降低。因此，只要水温保持在大约40℃以上，就观察到石灰石沉积在装置的管道壁上。
在每次抽水时重复的该现象可在一定程度上迅速造成结垢，并使得热水器装备的交换器无法工作。
该已知装置中遇到的另一缺点在于在冷却管道中(包括交换器中)的停滞水直到下一次抽取水的期间消耗的能量是决定性地损耗，这影响装置的总能量输出。
发明内容
本发明的目的在于通过在上述类型的装置内提出消除或者至少明显降低在其管道中结垢的风险、同时明显限制通常发生在相继的抽水操作之间的能量损耗来克服这些困难。
根据本发明，通过如下所述实现这些目的：
-，清洁冷水进水管设置有在清洁冷水的循环方向被置于第一连接器上游的第二“T”形连接器；
-清洁冷水进水管的连接第二“T”形连接器和第一“T”形连接器的部分装备有小型储存水箱，该小型储存水箱的容量明显小于热水储存水箱的容量；
-用于加热的水流出热水器的水管装备有三通阀，该三通阀通过旁路水管连接到第二“T”形连接器，该阀可以选择性地居于所谓的初级位置或所谓的二级位置，在初级位置处，该阀使得热水器出口与水箱的中部相通，在二级位置处，该阀使得热水器出口与旁路水管相通。
如将进一步详细看到的那样，可以借助于该布置在抽水停止时通过循环小型水箱中存在的冷水来非常快速且有效地冷却位于水箱上游的管道至约40℃以下，这防止了石灰石沉积的风险。
在第一阶段中，观察到管道中存在的全部“温”水，这在等候下一次抽水时保持中等温度，从而极大地限制热量损耗。
此外，本发明具有一定数量的额外、非限制性特征：
-热水器是燃气热水器或者燃油热水器；
-热水器包括燃气或燃油燃烧器，该燃烧器能够加热不锈钢的管状线圈中循环的水，该管状线圈环绕燃烧器；
-小型储存水箱的容积大致等于在第二“T”形连接器的下游连接到储存水箱的、包括通过热水器的水管的水管的总容量；
-小型水箱独立于储存水箱并被置于储存水箱的外部；
-小型水箱形成储存水箱的隔间并被置于储存水箱的下部中；
-所述阀是电磁阀；
-该装置包括能够测量在该装置中循环的水的温度的至少三个温度传感器，即：
-感测储存水箱内的下部中但在所述再循环水管延伸处之上的高度处的温度的传感器；
-感测热水器的出口处的温度的传感器；
-感测储存水箱内上部中在抽水管的入口附近的温度的传感器；
-该装置装备有控制与调节电路，该控制与调节电路包括控制单元，该控制单元能够按照所确定的操作程序根据温度传感器提供的温度信号控制热水器和泵的启动或停止以及控制阀。
通过阅读下面描述的本发明的优选实施例，本发明的其它特征和优点会变得清楚。
附图说明
参考附图进行描述，附图中：
图1为示出了装置的控制的框图；
图2为装置的示意图；
图3至图6为类似于图2的视图，示出装置的操作顺序的不同阶段；
图7示出装置的可替选实施例，其中，小型水箱被集成到储存水箱的底部中。
具体实施方式
参考图2，示出清洁热水产生装置，该清洁热水产生装置在上游侧上连接到清洁冷水的入口EFS，该入口EFS可存在于简单饮用水龙头中，该清洁热水产生装置在下游侧上连接到清洁热水出口ECS，该出口ECS为一个或更多个使用地点(例如水池、脸盆、淋浴器、浴缸)供水。
该装置包括热水器1，热水器1设置有燃烧器60，燃烧器60借助于可调节流量的风扇6而被充入有可燃混合物，例如燃气/空气混合物或者燃油/空气混合物。
该装置的功能是借助于该热水器加热清洁冷水并将储存水箱2中储存的清洁热水保持在给定温度，通常为大约65℃，可以从该储存水箱2中按要求抽取清洁热水，以给一个或更多个使用地点供水。
通常，水箱的形状大体上为圆柱形，具有竖直轴，具有半球形端部，且通过基座20支撑在地面上。
在所示的实施例中，燃烧器60为被环绕在不锈钢的螺旋管状线圈10中的圆柱形燃烧器，待加热的水在螺旋管状线圈10中流动。
燃烧器60和螺旋管状线圈10整体被容纳在壳体11中，该壳体11设置有用于排放被燃烧且被冷却的气体的套管(未示出)，该套管例如连接到通向住宅外部的烟道。
在操作期间，当燃烧器被点火且风扇在运行时，在燃烧器的表面处产生的燃烧燃气通过线圈的匝之间的空隙，在该线圈中待加热的水从内侧至外侧径向循环，并且所述燃烧燃气通过传导和冷凝将热量给予所述水。
然后，被燃烧且被冷却的燃气通过套管被排放。
该类型的冷凝加热装置是已知的，所以在此不作详细描述，以避免不必要地加重对本发明的描述的负担。
若需要，则可以有效地参考前文中提到的专利文献EP-0678186 B1、WO2004/036121 A1或者FR-A-2896856。
清洁冷水的入口EFS借助于具有“T”形连接器80的水管8进入装置，连接器80允许水分岔流入水管30或者流入水管13。
按照惯例，该连接器80被命名为“第二T形连接器”。
水管30具有部分3，该部分3具有明显加宽的直径，从而形成小型储存水箱。
在小型水箱3的下游，水管30也具有“T”形连接器90，该连接器90传统上被命名为“第一T形连接器”。该第一T形连接器允许水分岔流入水管50或者流入所谓的再循环水管9。
水管9通过其出口孔900通向水箱2内部的下部中。
水管50设置有电控泵5并被连接到热水器1的管状线圈10的入口。
该管状线圈10的出水管40设置有三通阀(电磁阀)4。三通阀4一方面连接到来自第二连接器80的上述水管13，另一方面连接到水管12，水管12通过其出口孔120通向水箱2的内部中部中(大致在半高处)。
三通阀4用于使得能够将热水器的出水管40与水管13或者与水管12选择性地连接。
清洁热水出水管ECS或者抽水管7通过在水箱2的上部中的入口孔70伸出。
标准净化系统21被安装在水箱2的下部中。
该装置还包括三个温度传感器，即：一个传感器T2感测由在热水器的出口处的水管40输送的水的温度；，另一个传感器T1感测水箱2的下部中在位于所述再循环水管9所通向的孔900之上(但在孔120之下)的高度处存在的水的温度；以及第三个传感器T3感测水箱2的上部中在抽水管7的入口70的附近存在的水的温度。
根据本发明的有趣特征，小型水箱3的容量(容积)大致等于水管9、50、10、40、13、12和30(除了小型水箱)的容量之和。
作为示例，对于功率为50kW的热水器以及容量为200L的水箱2，小型水箱3的容量为大约16L。
图1示出装置的自动控制与调节。
装置包括电控单元UEC，预先确定的操作设定值通过操作者(加热专业人员和/或用户)输入该电控单元UEC中。特别地，这些操作设定值为泵的最佳流量、施加在热水器1中的功率、以及清洁热水ECS的设定流出温度。
根据由传感器T1、T2和T3所测量的温度值，UEC能够根据给定的程序控制泵5的运行或停止以及流量、热水器1的启动或停止以及功率(取决于风扇6的流量)、以及阀4的状态的改变，这通过应用将参考图3至图6进行描述的过程实现。
参考图3，示出应使用地点处一定流量的清洁水ECS的要求的抽水情况。
热水器在工作(风扇6在运行且燃烧器60被点火)。因此阀4被定向成使得水管40与12彼此相通，而水管13被隔离。
泵5也在运行且被调节成提供足够的流量，用于适当操作热水器，甚至用于低抽水流量i2。实际上，泵5的流量与抽水流量无关。
因此，热水流i2通过水箱2的上部孔70离开水箱并进入水管7。为补偿该热水流量，相同流量的冷水i1(例如温度为约15℃)通过水管8进到装置中。所述冷水不能渗入水管13，水管13的另一端被堵塞(阀4被关闭)，因此所述冷水全部进入水管30以及小型水箱3，以从小型水箱3通过第一连接器90流出并供应给泵5。然后，所述冷水与从水箱2的底部通过再循环水管9流出的流i3混合。
总而言之，冷水(例如大约15℃)和热水(例如大约65℃)的混合物被泵5朝向热水器1以流量j＝i1+i3驱回。
该混合物在传感器T2的监控下被加热至65℃的温度，并通过水管12被引入水箱2的中央部分(箭头j)。
该热水被引入储存水箱2的内部，同时确保其中温度的一定程度的混合和均匀化，因为部分i2从顶部流出储存水箱2，而另一部分i3从底部流出储存水箱2。
参考图4，示出停止抽水的情况，假设水管7被关闭(在图中通过标记x表示)。因此，在回路中没有对额外的冷水的要求，使得进水管8在清洁冷水网络的压力下。
在第一阶段中，该阶段在实际中可以对应几秒钟，UEC保持泵5和热水器1运行，而不改变阀4的位置。
在这些条件下，观察到热水与水箱2的流量k的混合在闭合回路中循环，上至热水器的流动路径通过水管9和50，而到水箱的返回路径通过水管40和12。充满冷水的小型水箱3保持被隔离的状态。传感器T2调整燃烧器的功率，该功率随着水箱2中温度的升高而逐渐降低。如通过传感器T1和T3所测量的那样，当整个水箱处于想要的温度时，UEC控制燃烧器60停止。
此时，将阀4转换到图5所示的位置。
泵5保持运行。
于是，观察到水在图5中用箭头I表示的闭合回路中循环，从小型水箱3通过泵5和水管50到(被关闭的)热水器1，并通过水管40、三通阀4以及旁路水管13返回小型水箱。
通过该布置，容纳在小型水箱3中的冷水非常快速地冷却热水器线圈10，且由小型水箱3所提供的冷水与大致与冷水的体积相同剂量的热水的混合物导致35℃至40℃量级的中间最终温度，所述混合物在在此所使用的管道中。
最后，通过合适的定时，UEC命令泵5停止。
因此，根据追求的目标，水管中存在的水处于很低的温度下，使得没有石灰石被沉积在这些有结垢风险的水管的壁上。
在不抽取水的情况下，水箱2保持被隔离，且其容纳的热水保持在设定的温度下，例如65℃。
UEC可被编程，使得在对应于低流量和/或短期需要清洁热水的“少量抽取水”的情况下，系统保持在先前的状态下：热水器1被关闭，泵5停止，且阀4在旁路位置上。
在图6中示出该状态。
在抽取少量水的情况下，启动热水器是不可取的，因为此时水箱2中储备的可用热水足够满足需求。特别地，这避免了可能对装置的使用寿命不利的停止/启动阶段，以及避免了与短时间操作热水器有关的能量损耗。
在该构造中，通过水管8进入的清洁冷水流量m与通过水管7离开水箱2的热水流量相同。
在第一阶段中，流入的冷水进入水管30，驱逐占据该水管的处于中间温度下的水(包括小型水箱3中的水)，且混合物通过在水箱2的底部处的旁路水管9被驱回。
因此，在之前的步骤中获得的热量的大部分通过该方式从小型水箱3传递至水箱2，这对于总能量平衡有利。
若“少量抽水操作”继续，无论是连续地还是临时地(单次操作)，最终冷水到达水箱2的底部。然而，在水箱2内部在该水箱中存在的水的下部体积(低温)与上部体积(高温)之间观察到较清楚的温度转变。该暂时区域的高度根据被抽取的体积逐渐升高，且在到达传感器T1的高度时结束。
在该高度处的温度低于确定的阈值时，UEC命令重新启动热水器，并且将装置带回其对应于之前所述的图2的初始操作状态。
在图7所示的根据本发明的可替选装置中，使用与前面的附图中相同的参考标记表示相同的或者类似的部件。
该实施例与前一实施例的本质不同在于，在此用3’表示的储存水箱不与在此用2’表示的储存水箱分离，而是作为储存水箱2’的组成部分。
更具体地，小型水箱3’占据水箱2’的半球形底盖的内部体积，且通过水平分隔件22与水箱2’的内部体积分隔。
冷水进水管8通过出口孔810直接连通至水箱3’中。
在此表示为91的第一“T”形连接器被置于储存水箱2’内。
第一“T”形连接器包括穿过分隔件22的竖直分支910，其水平分支在一侧上通过管道92延伸到水箱2’中，刚好在该分隔件22上面；其另一水平管道连接到旁路水管93，该旁路水管93连接到泵5。
该装置以与前述相同的方式工作。
在正常抽取清洁热水的情况下，热水器1和泵5运行，阀4使得水管40和12彼此相通，清洁冷水通过水管8进入小型储存水箱构成的隔间，通过管道910从中流出，通过管道92与来自水箱2’的热水混合，且通过水管93和50借助于泵5将该混合物朝向热水器驱回。由热水器1加热的水通过水管40和12经由阀4返回到水箱中。
在停止抽取清洁热水的情况下，在第一阶段中，UEC保持泵5和热水器1运行，不改变阀4的位置。于是观察到热水的混合在闭合回路中循环，到热水器的流动路径通过水管93和50，而到水箱的返回路径通过水管40和12。充满冷水的小型水箱3’保持被隔离。传感器T2调整燃烧器的功率，该功率随着水箱2’中温度的升高而逐渐降低。当整个水箱处于如传感器T1和T3所测量的想要的温度时，UEC命令燃烧器60停止。
此时，将阀4转换到使得水管40和13彼此相通的位置，泵5保持运行。
然后，观察到水在闭合回路中的循环，从小型水箱3’通过管道910、水管93、泵5和水管50朝向热水器(被关闭的)1，然后通过水管40、三通阀4、旁路水管13和水管8返回小型水箱3’。
借助于该布置，容纳在小型水箱3’中的冷水非常快速地冷却热水器线圈10，以得到35℃至40℃量级的中间最终温度。
然后，UEC通过定时命令泵5停止。
因此，根据追求的目标，水管中存在的水处于很低的温度下，使得没有石灰石被沉积在这些有结垢风险的水管的壁上。
在不抽取水的情况下，水箱2’保持被隔离，且其容纳的热水保持在设定的温度下，例如65℃。
如在第一实施例中那样，UEC可被编程，使得在对应于低流量和/或短期需要清洁热水的“少量抽取水”的情况下，系统保持在先前的状态下(热水器被关闭，泵停止，且阀在旁路位置上)。
对于“少量抽取水”，这避免了不适时地停止/启动阶段的发生。
在该构造中，通过水管8的孔810进入的清洁冷水流量与通过水管7的孔70离开水箱2的热水的流量相同。
在第一阶段中，流入的冷水驱逐占据小型水箱3’的中间温度的水，且混合物通过连接器91的管道910和92被驱回，以在水箱2的底部被扩散。
随着继续(即连续地)抽取少量的水，最终冷水到达水箱2的底部，在水箱中存在的水的下部体积(低温)与上部体积(高温)之间具有较清楚的温度转变。该暂时区域的高度根据被抽取的水的体积逐渐升高，且在到达传感器T1的高度时结束。
在该高度处的温度低于确定的阈值时，UEC命令重新启动热水器，并且将装置带回其正常初始操作状态。
Claims (9)
1.一种用于产生清洁热水的装置，包括：热水器（1）；用于储存热水的水箱（2、2’）；清洁冷水进水管（8）；用于向所述热水器供应待加热的水的供水管（50），该供水管（50）设置有能够在被启动时确保待加热的水朝向所述热水器循环而在被停止时阻止进行所述循环的泵（5）；用于抽取清洁热水的抽水管（7）；用于使加热的水流出所述热水器（1）的出水管（40、12）；在所述装置中，所述清洁冷水进水管（8）通过第一“T”形连接器（90、91），一方面被连接到供水管（50），另一方面被连接到连通至所述用于储存热水的水箱（2、2’）的下部中的再循环水管（9、92），而出水管（40、12）和抽水管（7）分别连通至该用于储存热水的水箱（2、2’）的中部和上部，
其特征在于：
-所述清洁冷水进水管（8）设置有第二“T”形连接器（80），所述第二“T”形连接器（80）在所述清洁冷水的循环方向置于所述第一“T”形连接器（90、91）的上游；
-连接所述第二“T”形连接器（80）和第一“T”形连接器（90）的水管（30）装备有小型水箱（3、3’），该小型水箱（3、3’）的容量明显小于所述用于储存热水的水箱（2、2’）的容量；
-所述用于使加热的水流出所述热水器的出水管（40）上装备有三通阀（4），该三通阀（4）通过旁路水管（13）连接到所述第二“T”形连接器（80），该三通阀（4）能够选择地居于初级位置或二级位置，在所述初级位置上，该三通阀（4）使得所述出水管（40，12）与所述用于储存热水的水箱（2、2’）的中部相通，在所述二级位置上，所述三通阀（4）使得所述出水管（40，12）与所述旁路水管（13）相通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热水器（1）是燃气热水器或者燃油热水器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述热水器（1）包括燃气或者燃油燃烧器（60），该燃烧器（60）能够加热在不锈钢的管状线圈（10）中循环的水，该管状线圈（10）环绕所述燃烧器（60）。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该小型水箱（3、3’）的容量大致等于所述再循环水管（9,92）、所述供水管（50）、所述管状线圈（10）、所述出水管（40、12）、所述旁路水管（13）和除所述小型水箱（3）的容量之外的所述水管（30）的容量之和。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述小型水箱（3）独立于所述用于储存热水的水箱（2）并被置于所述用于储存热水的水箱（2）的外部。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述小型水箱（3’）形成所述用于储存热水的水箱（2’）的隔间并被置于所述用于储存热水的水箱（2’）的下部中。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述三通阀（4）为电磁阀。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置包括能够测量在所述装置中循环的水的温度的至少三个温度传感器，即：
感测所述用于储存热水的水箱（2、2’）内的下部但在所述再循环水管（9、92）连通处之上的高度处的温度的传感器（T1）；
感测所述热水器（1）的出口处的温度的传感器（T2）；
感测所述用于储存热水的水箱（2、2’）内的上部在所述抽水管（7）的入口（70）附近的温度的传感器（T3）。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置装备有控制与调节电路，该控制与调节电路包括控制单元，该控制单元能够按照所确定的操作程序根据所述温度传感器（T1、T2、T3）提供的温度信号控制所述热水器（1）和泵（5）的启动或停止以及控制所述三通阀（4）。
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