СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ В СИСТЕМЕ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРИ НИЗКОМ РАСХОДЕ ВОДЫ
CONTROL METHOD OF HOT WATER TEMPERATURE IN HOT WATER SUPPLY SYSTEM AT LOW WATER FLOW RATE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу регулирования температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения при низком расходе воды, который позволяет подавать горячую воду требуемой температуры, даже если расход потребляемой горячей воды в системе горячего водоснабжения незначителен.
Уровень техники
Как правило, система горячего водоснабжения (далее по тексту «водонагреватель») обеспечивает подачу горячей воды пользователю и регулирует ее температуру на уровне требуемой температуры за счет того, что после обнаружения потока и измерения расхода входящей воды включается нагревательное приспособление (далее по тексту «горелка»), после чего тепло в теплообменнике передается от горелки воде, поступающей в водонагреватель. Однако известные водонагреватели не позволяют регулировать температуру горячей воды в случаях, когда количество потребляемой горячей воды мало настолько, что обнаружение потока и измерение расхода воды затруднительно, или когда расход потребляемой горячей воды мал настолько, что трудно обеспечить розжиг горелки, даже если можно измерить расход.
В частности, в водонагревателях традиционной конструкции розжиг горелки и регулирование температуры горячей воды на уровне требуемой температуры (далее по тексту «установленная температура») происходит лишь тогда, когда расход потребляемой горячей воды составляет примерно 2-3 л/мин или более. В таких водонагревателях датчик расхода, измеряющий количество потребляемой горячей воды, рассчитан на диапазон часто используемых пользователями значений расхода. В результате, точность указанного датчика ухудшается, когда расход очень мал и составляет 2-3 л/мин или меньше. Более того, даже если температуру горячей воды регулируют за счет минимальной тепловой мощности горелки в соответствии с мощностью водонагревателя, горячую воду можно подавать при температуре, превышающей установленную температуру, в том случае, когда температура входящей воды немного повышена, а количество используемой горячей воды очень мало.
Таким образом, изготовители водонагревателей устанавливают минимальную величину расхода, при которой возможно регулирование температуры горячей воды. Например, посредством датчика расхода измеряют количество потребляемой горячей воды, и когда указанное количество оказывается равным 2,5 л/мин или более, осуществляют регулирование тепловой мощности горелки за счет срабатывания водонагревателя. Обычно данную величину называют «эксплуатационным расходом», причем ее следует указывать для каждого нагревателя. Таким образом, данные водонагреватели не срабатывают, когда количество потребляемой горячей воды меньше эксплуатационного расхода. Например, когда расход потребляемой горячей воды составляет менее 2,5 л/мин, водонагреватель не работает и не обеспечивает регулирование температуры горячей воды.
В водонагревателе, известном из уровня техники и показанном на фиг.1, когда вода поступает в водонагреватель через вход 1, датчик 2 расхода измеряет расход потребляемой воды, а датчик 3 температуры определяет температуру входящей воды. Сравнив измеренную температуру с установленной, осуществляют розжиг горелки для подачи горячей воды установленной пользователем температуры. При этом температуру горячей воды регулируют путем передачи тепла от горелки в теплообменник 4.
Несмотря на то что значения эксплуатационного расхода водонагревателей различны у разных производителей, они составляют примерно 2-3 л/мин
Раскрытие изобретения
Недостатки известных решений
Как описано выше, в случае, когда количество потребляемой воды меньше эксплуатационного расхода, значение, измеренное датчиком 2 расхода, оказывается меньше значения эксплуатационного расхода, и горелка не включается.
В случае, когда пользователь принимает душ, расход воды может быть различным в зависимости от привычек пользователя, но, как правило, он составляет примерно от 8 до 10 л/мин при использовании одного вентиля для горячей воды. При низком давлении воды на входе или при слишком малом количестве потребляемой воды, например, когда пользователь бреется, расход потребляемой горячей воды оказывается ниже эксплуатационного расхода, в результате, водонагреватель не срабатывает и не обеспечивает подачу горячей воды.
Задачи изобретения
С учетом сказанного, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ регулирования температуры горячей воды при низком расходе потребляемой горячей воды, который позволяет регулировать температуру горячей воды за счет срабатывания водонагревателя даже при низком давлении воды на входе водонагревателя, или когда расход горячей воды, используемой пользователем, меньше эксплуатационного расхода водонагревателя.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением
Согласно настоящему изобретению, когда измеренный расход горячей воды оказывается ниже эксплуатационного расхода водонагревателя, включают используя контроллер режим циркуляции с предварительным нагревом, при котором вода под действием насоса циркулирует в водонагревателе по внутреннему контуру, в результате чего обеспечена возможность регулирования температуры горячей воды даже при низком давлении воды на входе, или когда расход горячей воды, используемой пользователем, меньше эксплуатационного расхода традиционных водонагревателей.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена схема известного водонагревателя.
На фиг.2 представлена схема водонагревателя согласно первому варианту настоящего изобретения.
На фиг.3 представлена схема водонагревателя согласно второму варианту настоящего изобретения.
На фиг.4 показан контур циркуляции воды в водонагревателе согласно первому варианту настоящего изобретения, в режиме предварительного нагрева.
На фиг.5 показан контур циркуляции воды в водонагревателе согласно первому варианту настоящего изобретения, в процессе потребления горячей воды.
На фиг.6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ регулирования температуры горячей воды в предлагаемом водонагревателе при низком расходе потребляемой горячей воды.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении раскрыт способ регулирования температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения при низком расходе горячей воды, причем указанная система содержит: датчик расхода, предназначенный для измерения расхода воды, поступающей в систему горячего водоснабжения; теплообменник, передающий тепло от нагревательного приспособления входящей воде; бак для воды, предназначенный для временного хранения воды в системе горячего водоснабжения; датчик температуры, установленный в заданном положении на трубе, через которую течет вода; контроллер, оснащенный устройством ввода, предназначенным для ввода пользователем желаемых параметров; и насос, установленный на трубе, соединяющей первую точку ответвления, имеющуюся на трубе со стороны выхода, и вторую точку ответвления, имеющуюся на трубе со стороны входа, в котором предусматривают следующие этапы: измеряют расход воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, посредством датчика расхода; предварительно нагретую воду приводят посредством насоса в циркуляционное движение в системе горячего водоснабжения по внутреннему контуру, соединяющему первую точку ответвления, вторую точку ответвления и теплообменник, причем указанный этап осуществляют после того, как контроллер выключает нагревательное приспособление, когда измеренный расход оказывается равным или меньше эксплуатационного расхода системы водоснабжения; измеряют температуру циркулирующей воды посредством датчика температуры; и устанавливают предварительно заданную температуру, превышающую температуру, установленную пользователем, в качестве температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом, и предварительно заданную температуру, более низкую, чем установленная пользователем температура, в качестве температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом, а также, используя контроллер, включают нагревательное приспособление, когда температура, измеренная посредством датчика температур, станет равной или ниже температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом, и отключают нагревательное приспособление, когда измеренная температура станет равной или выше температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом.
Предлагаемый способ отличается также тем, что дополнительно определяют, используя контроллер, выбрал ли пользователь режим с низким расходом горячей воды через устройство ввода; и, в случае если пользователь выбрал режим с низким расходом горячей воды, задают новое значение температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом между температурой, установленной пользователем, и прежним значением температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом, а также новое значение температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом между температурой, установленной пользователем, и прежним значением температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом, после чего, используя контроллер, включают нагревательное приспособление, когда температура, измеренная посредством датчика температуры, оказывается равной или ниже вновь заданного значения температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом, и отключают нагревательное приспособление, когда измеренная температура оказывается равной или выше вновь заданного значения температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом.
Предлагаемый способ отличается также тем, что дополнительно отключают насос по истечении предварительно заданного времени, когда температура, измеренная посредством датчика температуры, станет равной или выше температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом; и повторно включают отключенный насос, когда температура, измеренная посредством датчика температуры, станет равной или ниже температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом.
Предлагаемый способ отличается также тем, что дополнительно отключают насос по истечении предварительно заданного времени, когда температура, измеренная посредством датчика температуры, станет равной или выше вновь заданного значения температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом; и повторно включают отключенный насос, когда температура, измеренная посредством датчика температуры, станет равной или ниже вновь заданного значения температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом.
Предлагаемый способ отличается также тем, что дополнительно определяют, используя контроллер, выбрал ли пользователь значение температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом и значение температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом в процессе выбора режима с низким расходом воды через устройство ввода; и управляют, используя контроллер, работой нагревательного приспособления в зависимости от значений температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом и температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом, выбранных пользователем, в том случае, если пользователь выбрал значения температуры включения режима циркуляции с предварительным нагревом и температуры выключения режима циркуляции с предварительным нагревом.
Предлагаемый способ отличается также тем, что дополнительно определяют, используя контроллер, выбрал ли пользователь время в пределах одних суток для выполнения режима циркуляции с предварительным нагревом через устройство ввода, и вводят указанное время через устройство ввода; и выполняют, используя контроллер, режим циркуляции с предварительным нагревом в течение времени, заданного пользователем, в том случае, если пользователь ввел время для выполнения режима циркуляции с предварительным нагревом.
Вариант осуществления изобретения
Далее представлено подробное описание конструктивной схемы и принципа действия предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что одни и те же элементы на разных чертежах обозначены по существу одинаковыми номерами позиций.
На фиг.2 представлена схема водонагревателя согласно первому варианту настоящего изобретения. На фиг.3 представлена схема водонагревателя в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения. На фиг.4 показан контур циркуляции воды в водонагревателе согласно первому варианту настоящего изобретения, в режиме предварительного нагрева. На фиг.5 показан контур циркуляции воды в водонагревателе согласно первому варианту настоящего изобретения, в процессе потребления горячей воды.
Как показано на фиг.2, водонагреватель 100 согласно одному из вариантов настоящего изобретения содержит датчик 11 расхода, предназначенный для измерения расхода поступающей воды, датчик 12 температуры входящей воды, предназначенный для измерения температуры воды, поступившей через вход 10, теплообменник 13, передающий тепло горелки входящей воде для ее нагрева до установленной температуры, датчик 14 температуры выходящей воды, предназначенный для измерения температуры воды, прошедшей через теплообменник, бак 15 для воды, в котором хранят воду, прошедшую через теплообменник 13, регулятор 16 расхода, предназначенный для регулировки расхода горячей воды, насос 17, установленный на трубе 24, соединяющей первую точку 21 ответвления, имеющуюся на трубе со стороны выхода 20, со второй точкой 22 ответвления, имеющейся на трубе со стороны входа 10, обратный клапан 18, предотвращающий противоток, а также контроллер 30, оснащенный устройством 31 ввода, предназначенный для ввода пользователем желаемых параметров.
Как правило, в процессе использования пользователем горячей воды, контроллер 30 посредством датчика 11 расхода определяет количество потребляемой горячей воды и посредством датчика 12 температуры измеряет температуру входящей воды. Далее, сравнивая измеренную температуру воды с установленной, вычисляют тепловую мощность горелки, необходимую для нагревания поступившей в нагреватель воды до установленной температуры в зависимости от количества горячей воды, используемой в текущий момент времени. И, таким образом, осуществляют регулирование температуры горячей воды. Температуру воды, прошедшей через теплообменник 13, измеряют посредством датчика 14 температуры выходящей воды. В случае, когда измеренная температура выходящей воды отличается от установленной, регулирование температуры горячей воды осуществляют путем регулировки тепловой мощности горелки. Горячую воду, прошедшую через теплообменник 13, хранят в баке 15 для воды, а затем подают пользователю через выход 20.
Несмотря на то что в водонагревателе согласно описанному выше варианту изобретения бак 15 для воды расположен за теплообменником 13, его также можно поместить и перед теплообменником 13, как во втором варианте изобретения, изображенном на фиг.3
Чем больше объем бака 15 для воды, тем легче реагировать на увеличение/уменьшение количества используемой пользователем горячей воды. Однако увеличение объема бака 15 для воды приводит к увеличению общего объема нагревателя, таким образом, существуют ограничения на объем бака для воды. Как правило, объем баков для воды составляет от 2 до 3 л.
Когда пользователь перестает использовать горячую воду или когда расход потребляемой горячей воды очень низкий, например, когда расход горячей воды, измеренный датчиком 11 расхода, составляет менее 2,5 л/мин, это указывает на то, что пользователь прекратил использовать горячую воду, в результате чего горелка отключается. При этом выход 20 закрывается и включается режим циркуляции с предварительным нагревом, при котором горячая вода, нагнетаемая насосом 17, циркулирует по внутреннему контуру, соединяющему первую точку 21 ответвления, вторую точку 22 ответвления и теплообменник 13. Указанный контур обозначен на фиг.4 жирной линией.
В режиме циркуляции с предварительным нагревом контроллер 30 посредством датчика 14 температуры выходящей воды определяет температуру циркулирующей воды, обеспечивает розжиг горелки, когда измеренная температура окажется на 5°C ниже установленной пользователем температуры предварительного нагрева горячей воды (далее по тексту «температура включения режима предварительного нагрева горячей воды»), отключает горелку, когда температура, измеренная посредством датчика 14 температуры выходящей воды, на 5°C превысит температуру предварительного нагрева горячей воды (далее по тексту «температура выключения режима предварительного нагрева горячей воды»). После чего, контроллер 30 включает насос 17 на предварительно заданный промежуток времени (например, 10 секунд) и отключает его.
То, при каком именно понижении температуры, измеренной посредством датчика 14 температуры выходящей воды, относительно установленной температуры необходимо включить горелку и при каком именно повышении температуры необходимо отключить горелку, а именно, каковы температура включения режима предварительного нагрева горячей воды и температура выключения режима предварительного нагрева горячей воды, зависит от конструкции системы.
В указанном выше способе в водонагревателе всегда циркулирует горячая вода, имеющая температуру, близкую к установленной, даже при низком давлении воды на входе или при очень низком расходе потребляемой горячей воды, не превышающем эксплуатационный расход водонагревателя, например, при бритье, в результате, это позволяет всегда подавать пользователю горячую воду необходимой ему температуры. Кроме того, можно обеспечить быструю подачу горячей воды установленной температуры даже в том случае, если после этого пользователь снова начнет использовать горячую воду. Более того, благодаря постоянной циркуляции горячей воды в режиме циркуляции с предварительным нагревом предотвращается замерзание и разрыв труб водонагревателя при снижении температуры наружного воздуха в зимнее время, что является дополнительным преимуществом настоящего изобретения.
Пользователь может произвольно посредством устройства 31 ввода устанавливать время выполнения режима циркуляции с предварительным нагревом. Например, пользователь может задать время таким образом, чтобы режим циркуляции с предварительным нагревом осуществлялся постоянно в течение 24 часов. Или же пользователь может задать выполнение режима циркуляции с предварительным нагревом, например, с 6.00 до 24.00, за исключением времени сна.
Если пользователь часто использует горячую воду при низких значениях расхода, что зависит от условий использования горячей воды или от привычек пользователя, температуру включения режима предварительного нагрева и температуру выключения режима предварительного нагрева горячей воды можно регулировать, например, в пределах ±2°C от установленной температуры за счет установки режима с низким расходом воды через устройство 31 ввода, подключенное к контроллеру 30.
То есть, после того, как пользователь посредством устройства 31 ввода установил режим с низким расходом горячей воды, насос 17 водонагревателя 100 прокачивает воду внутри водонагревателя. И когда температура, зафиксированная датчиком 14 температуры выходящей воды, станет на 2°C ниже установленной, горелка воспламенится для повышения температуры воды в водонагревателе, а когда температура, измеренная датчиком 14 температуры выходящей воды, на 2°C превысит установленную температуру, горелка отключится. После чего насос 17 проработает в течение предварительно заданного промежутка времени и затем отключится. Далее, когда температура горячей воды на выходе в результате ее непрерывного потребления при низком расходе постепенно снизится и станет на 2°C ниже установленной температуры, горелка снова воспламенится, и за счет функционирования насоса температура на выходе будет поддерживаться в пределах ±2°C от установленной температуры. При этом пользователь через устройство 31 ввода одновременно с режимом с низким расходом горячей воды может также установить температуру включения режима предварительного нагрева и температуру выключения режима предварительного нагрева горячей воды. Таким образом, обеспечить подачу горячей воды можно даже тогда, когда потребление горячей воды происходит при низком расходе.
В случае возобновления использования горячей воды пользователем (контур движения воды в этом случае показан жирной линией на фиг.5) вода, поступившая внутрь через вход 10, нагревается в теплообменнике 13 и, проходя через бак 15 для воды, поступает к пользователю через выход 20.
Когда пользователь открывает вентиль, установленный на выходе 20, чтобы воспользоваться горячей водой, вода, достигшая первой точки 21 ответвления, под действием разницы давлений полностью вытекает через выход 20, вследствие чего внутренняя циркуляция, показанная на фиг.4, прекращается. Датчик 11 расхода установлен на трубе, соединяющей вход 10 с теплообменником 13, в результате, когда указанный датчик фиксирует поток воды, превышающий эксплуатационный расход водонагревателя, обнаруженный сигнал поступает на контроллер 30, который включает горелку для регулирования температуры в теплообменнике 13.
На фиг.6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ регулирования температуры горячей воды в предлагаемом водонагревателе при низком расходе потребляемой горячей воды.
Сначала, используя контроллер 30, определяют, не ниже ли измеренное датчиком 11 расхода количество используемой пользователем горячей воды эксплуатационного расхода водонагревателя, например, значения 2,5 л/мин (S10).
Если количество используемой горячей воды ниже 2,5 л/мин, то горелка отключается и включается насос 17 (S20). Если количество используемой горячей воды превышает 2,5 л/мин, то температуру горячей воды регулируют путем регулировки тепловой мощности горелки в соответствии с известным способом (S21).
После этого определяют, установил ли пользователь режим с низким расходом горячей воды (S30).
Если режим с низкими расходом горячей воды установлен, то, используя контроллер, задают температуру выключения режима предварительного нагрева горячей воды на 2°C выше установленной температуры, а температуру включения режима предварительного нагрева горячей воды - на 2°C ниже установленной температуры (S40).
Если режим с низким расходом горячей воды не установлен, то, используя контроллер, например, задают температуру выключения режима предварительного нагрева горячей воды на 5°C выше установленной температуры, а температуру включения режима предварительного нагрева горячей воды - на 5°C ниже установленной температуры (S41).
После этого определяют, равна или ниже температура горячей воды, измеренная посредством датчика 14 температуры выходящей воды, температуры включения режима предварительного нагрева горячей воды (S50). Если измеренная температура равна или ниже температуры включения режима предварительного нагрева горячей воды, то для регулирования количества тепла разжигают горелку и включают насос (S60). Если же измеренная температура выше температуры включения режима предварительного нагрева горячей воды, то происходит возврат на шаг S50, и температуру выходящей воды измеряют снова.
Далее определяют, равна или выше температура горячей воды, измеренная посредством датчика 14 температуры выходящей воды, температуры выключения режима предварительного нагрева горячей воды (S70). Если измеренная температура равна или выше температуры выключения режима предварительного нагрева горячей воды, то происходит отключение горелки и включение таймера насоса (S80). Если же измеренная температура ниже температуры выключения режима предварительного нагрева горячей воды, то происходит возврат на шаг S70.
После этого определяют, истекло ли 10 секунд на таймере насоса (S90). По истечении 10 секунд, установленных на таймере насоса, насос выключают (S100). После чего происходит возврат на шаг S50.
В случае использования предлагаемого способа при потреблении горячей воды при низких значениях расхода, удается устранить недостатки водонагревателей, известных из уровня техники и не обеспечивающих подачу горячей воды из-за несрабатывания. Благодаря тому, что водонагреватель согласно описанному выше варианту настоящего изобретения обеспечивает подачу горячей воды установленной температуры при очень низком расходе, регулировать температуру горячей воды в водонагревателе на уровне температуры, установленной пользователем, можно независимо от параметров установки водонагревателя или привычек пользователя.
Промышленная применимость
Для специалистов в данной области техники является очевидным, что настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления и может включать в себя различные модификации и изменения, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения.