КОМБИНИРОВАННЫЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЙ И ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ
COMBINED HEAT AND WATER BOILER AND METHOD OF ITS CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к комбинированному теплофикационному и водогрейному котлу и способу управления им, а конкретнее - к комбинированному теплофикационному и водогрейному котлу, выполненному с возможностью снижения отклонения температуры горячей водопроводной воды, когда горячую водопроводную воду используют в комбинированном теплофикационном водогрейном котле, и к способу управления им.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В общем случае, котел, выполненный с возможностью обеспечения и теплофикационной, и горячей воды, эксплуатируют в режиме отопления, в котором теплофикационную воду, нагретую в теплообменнике, подают в место, требующее отопления, и водогрейном режиме, в котором теплофикационную воду, нагретую в теплообменнике, подают в теплообменник для горячей воды.
На фиг.1 представлен чертеж, иллюстрирующий конфигурацию обычного теплофикационного и водогрейного котла.
Комбинированный теплофикационный и водогрейный котел включает в себя первый теплообменник 10, выполненный с возможностью нагревания нагретой водопроводной воды, бак-расширитель 20, выполненный с возможностью хранения нагретой водопроводной воды, второй теплообменник 40, выполненный с возможностью нагревания водопроводной воды и подачи горячей водопроводной воды потребителю, трехходовой клапан 30 для подачи нагретой водопроводной воды, нагретой в первом теплообменнике 10, либо в место, требующее отопления, (не показано), либо во второй теплообменник 40 и циркуляционный насос 50 для циркуляции воды, проходящей через место, требующее отопления, либо второй теплообменник 40.
В режиме отопления, нагретую водопроводную воду, нагретую в первом теплообменнике 10, подают на место, требующее отопления, по третьей трубе 83 подачи после прохождения по первой трубе 81 подачи, через бак-расширитель 20, по второй трубе 82 подачи и через трехходовой клапан 30. Происходит циркуляция нагретой водопроводной воды, которая подверглась теплообмену в месте, требующем отопления, в первый теплообменник 10 после прохождения по первой трубе 84 возврата воды и второй трубе 88 возврата воды.
В водогрейном режиме, нагретая водопроводная вода, нагретая в первом теплообменнике 10, течет во второй теплообменник 40 по трубе 85 подачи горячей водопроводной воды после прохождения по первой трубе 81 подачи, через бак-расширитель 20, по второй трубе 82 подачи и через трехходовой клапан 30. Во втором теплообменнике 40 происходит теплообмен между водопроводной водой, втекающей по трубе 86 впуска водопроводной воды, и нагретой водопроводной водой, втекающей по трубе 85 подачи горячей водопроводной воды, и водопроводная вода становится горячей водопроводной водой, которая подлежит подаче потребителю по трубе 87 выпуска горячей водопроводной воды. Оборотная горячая водопроводная вода, которая подверглась теплообмену во втором теплообменнике 40, и температура которой упала, циркулирует в первый теплообменник 10 после прохождения по трубе 89 возврата горячей водопроводной воды и второй трубе 88 возврата воды.
Не описанная позиция 60 обозначает обратный клапан, а не описанная позиция 70 обозначает датчик расхода.
Важно уменьшить отклонение температуры горячей водопроводной воды, когда изменяется расход водопроводной воды или изменяется задаваемая температура горячей водопроводной воды, а горячая водопроводная вода используется, и обычный комбинированный теплофикационный и водогрейный котел имеет следующие проблемы.
Во-первых, в случае системы, в которой скорость управления количеством тепла посредством первого теплообменника 10 является низкой, скорость изменения температуры нагретой водопроводной воды, подаваемой из первого теплообменника 10, становится ниже, и поэтому скорость изменения температуры горячей водопроводной воды, нагретой во втором теплообменнике 40 и вытекающей из него, становится ниже, так что возникает проблема, заключающаяся в том, что отклонение температуры горячей водопроводной воды становится больше, когда задаваемая температура горячей водопроводной воды изменяется.
Во-вторых, когда комбинированный теплофикационный и водогрейный котел представляет собой электрический котел, поскольку пропорциональное управление количеством тепла в первом теплообменнике 10 невозможно, отклонение температуры ухудшается. То есть, электрический котел включает в себя множество нагревателей 11, 12 и 13 в первом теплообменнике 10, а каждый из нагревателей 11, 12 и 13 выполнен с возможностью подвода лишь некоторого фиксированного количества тепла. Например, в предположении, что количество тепла, подводимое из одиночного нагревателя 11, составляет 8000 ккал/ч, подводится количество тепла, составляющее 16000 ккал/ч, когда включены два нагревателя, и подводится количество тепла, составляющее 24000 ккал/ч, когда включены все три нагревателя 11, 12 и 13. Эти подводимые количества тепла установлены равными трем фиксированным значениям, так что подвод количеств тепла между 8000 и 16000 и между 16000 и 24000 невозможен. Следовательно, возможен подвод лишь количества тепла, которое больше или меньше, чем требуемое количество тепла, соответствующее температуре горячей водопроводной воды, задаваемой потребителем. Кроме того, поскольку возможен подвод лишь фиксированного количества тепла из каждого из нагревателей 11, 12 и 13, процесс повторяют так, что нагреватель 11, 12 или 13 оказывается выключенным, когда температура горячей водопроводной воды, подаваемой по трубе 87 выпуска горячей водопроводной воды, достигает температуры горячей водопроводной воды, задаваемой потребителем, а потом этот нагреватель 11, 12 или 13 включают, когда температура горячей водопроводной воды падает ниже задаваемой температуры. При повторении таких операций включения и выключения возникают проблемы, заключающиеся в том, что срок службы реле для подвода энергии к нагревателям 11, 12 и 13 сокращается.
В-третьих, когда осуществляют отопление, температуру нагретой водопроводной воды, подаваемой к месту, требующему отопления, в общем случае поддерживают на уровне высокой температуры, составляющем, по меньшей мере, 60 °C. Когда режим переключают на водогрейный режим, осуществляя при этом отопление, высокотемпературная нагретая водопроводная вода сразу же - в одно мгновение - начинает течь во второй теплообменник 40, когда включают трехходовой клапан 30. Следовательно, поскольку высокотемпературная нагретая водопроводная вода течет во второй теплообменник 40 до того, как нагретая водопроводная вода охлаждается до температуры, подходящей для температуры горячей водопроводной воды, задаваемой потребителем, возникает проблема, заключающаяся в том, что температура текущей горячей водопроводной воды быстро растет, и поэтому потребитель может обжечься горячей водопроводной водой, которая выходит наружу.
В качестве известного технического решения для такого комбинированного теплофикационного и водогрейного котла, следует упомянуть заявку № 10-2008-0091637 на патент Кореи под названием ʺHeating System using Heat Exchanger of Instantaneous Electric Boilerʺ («Отопительная система, в которой используется теплообменник электрического котла мгновенного действия»).
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
Данное изобретение направлено на разработку комбинированного теплофикационного и водогрейного котла, выполненного с возможностью уменьшения отклонения температуры горячей водопроводной воды, когда горячую водопроводную воду используют, и сокращения количества раз включения и выключения нагревателя, чтобы предотвратить сокращение срока службы реле.
Техническое решение
В одном аспекте данного изобретения предложен комбинированный теплофикационный и водогрейный котел, включающий в себя первый теплообменник (10), выполненный с возможностью генерирования нагретой водопроводной воды, при этом первый теплообменник (10) включает в себя множество нагревателей (11, 12 и 13), выполненных с возможностью генерирования тепла в соответствие с подводом энергии, и каждый из нагревателей (11, 12 и 13) выполнен с возможностью подачи только фиксированного количества тепла, второй теплообменник (40), выполненный с возможностью генерирования горячей водопроводной воды посредством теплообмена между водопроводной водой и нагретой водопроводной водой, подаваемой из первого теплообменника (10), клапан (110) регулирования расхода, выполненный с возможностью регулирования расхода оборотной горячей водопроводной воды, которая проходит через второй теплообменник (40) в водогрейном режиме, и блок управления, выполненный с возможностью вычисления требуемого количества тепла, соответствующего задаваемой потребителем температуре горячей водопроводной воды в водогрейном режиме и с возможностью задания количества включенных нагревателей (11, 12 и 13) так, чтобы подводимое количество тепла стало выше, чем требуемое количество тепла, и уменьшения степени открытия клапана (110) регулирования расхода для уменьшения расхода оборотной горячей водопроводной воды до соответствующего требуемому количеству тепла.
Комбинированный теплофикационный и водогрейный котел может дополнительно включать в себя датчик (120) температуры нагретой водопроводной воды, выполненный с возможностью измерения температуры нагретой водопроводной воды, текущей во второй теплообменник (40), и датчик (130) температуры оборотной горячей водопроводной воды, выполненный с возможностью измерения температуры оборотной горячей водопроводной воды, прошедшей через второй теплообменник (40), датчик (130) температуры оборотной горячей водопроводной воды расположен по ходу после второго теплообменника (40) в трубе (89) возврата горячей водопроводной воды, при этом блок управления может вычислять расход при циркуляции, исходя из разности температур между температурой, измеряемой датчиком (120) температуры нагретой водопроводной воды, и температурой, измеряемой датчиком (130) температуры оборотной горячей водопроводной воды, и из требуемого количества тепла.
Клапан (110) регулирования расхода расположен по ходу после второго теплообменника (40) в трубе (89) возврата горячей водопроводной воды.
В еще одном аспекте данного изобретения предложен способ управления комбинированным теплофикационным и водогрейным котлом, включающим в себя первый теплообменник (10), выполненный с возможностью генерирования нагретой водопроводной воды, при этом первый теплообменник (10) включает в себя множество нагревателей (11, 12 и 13), выполненных с возможностью генерирования тепла в соответствие с подводом энергии, и каждый из нагревателей (11, 12 и 13) выполнен с возможностью подачи только фиксированного количества тепла, второй теплообменник (40), выполненный с возможностью генерирования горячей водопроводной воды посредством теплообмена между водопроводной водой и нагретой водопроводной водой, подаваемой из первого теплообменника (10), клапан (110) регулирования расхода, выполненный с возможностью регулирования расхода оборотной горячей водопроводной воды, которая проходит через второй теплообменник (40) в водогрейном режиме, и блок управления, выполненный с возможностью вычисления требуемого количеством тепла, соответствующего задаваемой потребителем температуре горячей водопроводной воды в водогрейном режиме, и с возможностью задания количества включенных нагревателей (11, 12 и 13) так, чтобы подводимое количество тепла стало выше, чем требуемое количество тепла, и уменьшения степени открытия клапана (110) регулирования расхода для уменьшения расхода оборотной горячей водопроводной воды до соответствующего требуемому количеству тепла, при этом способ включает в себя этапы, на которых: a) измеряют использование горячей водопроводной воды потребителем посредством измерения расхода водопроводной воды; b) вычисляют посредством блока управления требуемое количество тепла, соответствующее задаваемой потребителем температуре горячей водопроводной воды и задают количество включенных нагревателей (11, 12 и 13) так, чтобы подводимое количество тепла стало больше, чем требуемое количество тепла; c) генерируют нагретую водопроводную воду посредством подачи заданного подводимого количества тепла и осуществляют циркуляцию нагретой водопроводной воды в первый теплообменник (10) через второй теплообменник (40); и d) уменьшают степень открытия клапана (110) регулирования расхода так, чтобы согласовать расход оборотной горячей водопроводной воды с требуемым количеством тепла.
Согласно способу дополнительно после этапа d) измеряют посредством датчика (120) температуры нагретой водопроводной воды температуру нагретой водопроводной воды, текущей во второй теплообменник (40), и когда измеренная температура нагретой водопроводной воды превышает температуру, заданную в блоке управления, выключают множество нагревателей (11, 12, и 13).
Способ может дополнительно включать в себя этап, на котором измеряют посредством датчика (120) температуры нагретой водопроводной воды температуру нагретой водопроводной воды, текущей во второй теплообменник (40), и на этапе d), когда измеряемая температура нагретой водопроводной воды изменяется, отклоняясь от заданного диапазона, управляют степенью открытия клапана (110) регулирования расхода.
Согласно способу дополнительно на этапе d) измеряют температуру нагретой водопроводной воды, текущей во второй теплообменник (40), и температуру оборотной горячей водопроводной воды, проходящей через второй теплообменник (40), и вычисляют посредством блока управления разность температур между нагретой водопроводной водой и оборотной горячей водопроводной водой и расход оборотной горячей водопроводной воды от соответствующего требуемому количеству тепла, и регулируют степень открытия клапана (110) регулирования расхода, чтобы сделать ее соответствующей вычисляемому расходу оборотной горячей водопроводной водой.
Полезные эффекты
В соответствии с данным изобретением, клапан регулирования расхода, выполненный с возможностью регулирования расхода нагретой водопроводной воды, циркулирующей через второй теплообменник, обеспечен таким, что количеством тепла, которое нужно подводить в водопроводную воду во втором теплообменнике, можно управлять мгновенно на основе обратной связи, и поэтому отклонение температуры горячей водопроводной воды можно минимизировать.
Кроме того, в случае электрического котла, температуру горячей водопроводной воды, желательную для потребителя, можно реализовать посредством регулирования лишь степени открытия клапана регулирования расхода в состоянии, в котором нагреватель не выключен, таким образом, что можно будет предотвратить сокращение срока службы реле для подачи энергии на нагреватель и тем самым можно буде сократить затраты на техническое облуживание.
Помимо этого, даже когда температура нагретой водопроводной воды, подаваемой во второй теплообменник, резко изменяется - так, как бывает, когда происходит переключение режима на водогрейный режим при осуществлении отопления, подводимое количество тепла можно быстро снизить посредством регулирования только степени открытия клапана регулирования расхода, и поэтому можно предотвратить ожог потребителя, пользующегося горячей водопроводной водой.
Кроме того, можно обеспечить только расход, необходимый для протекания горячей водопроводной воды, температура которой задана потребителем, так что из теплообменника сможет выйти сниженная энергия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлен чертеж, иллюстрирующий конфигурацию обычного теплофикационного и водогрейного котла.
На фиг.2 представлен чертеж, иллюстрирующий конфигурацию комбинированного теплофикационного и водогрейного котла, соответствующего данному изобретению.
На фиг.3 представлен чертеж, иллюстрирующий конфигурацию, соединенного со вторым теплообменником в комбинированном теплофикационном и водогрейном котле, соответствующем данному изобретению.
На фиг.4 представлена блок-схема последовательности этапов способа управления комбинированным теплофикационным и водогрейным котлом, соответствующим данному изобретению.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ ЧЕРТЕЖЕЙ
10: первый теплообменник
11, 12 и 13: нагреватели
30: трехходовой клапан
40: второй теплообменник
50: циркуляционный насос
60: обратный клапан
70: датчик расхода
81: первая труба подачи
82: вторая труба подачи
83: третья труба подачи
84: первая труба возврата воды
85: труба подачи горячей водопроводной воды
86: труба впуска водопроводной воды
87: труба выпуска горячей водопроводной воды
88: вторая труба возврата воды
89: труба возврата горячей водопроводной воды
110: клапан регулирования расхода
120: датчик температуры нагретой водопроводной воды
130: датчик температуры оборотной горячей водопроводной воды
140: датчик температуры водопроводной воды
150: датчик температуры горячей водопроводной воды
ОПИСАНИЕ ВАРИАТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, приводится более подробное описание конфигураций и этапов для предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения.
Конфигурация комбинированного теплофикационного и водогрейного котла, соответствующего данному изобретению, будет описана со ссылкой на фиг.2.
Комбинированный теплофикационный и водогрейный котел, соответствующий данному изобретению, включает в себя первый теплообменник 10, выполненный с возможностью генерирования высокотемпературной нагретой водопроводной воды, второй теплообменник 40, выполненный с возможностью генерирования горячей водопроводной воды посредством теплообмена между водопроводной водой и нагретой водопроводной водой, подаваемой из первого теплообменника 10, клапан 110 регулирования расхода для регулирования расхода нагретой водопроводной воды, подаваемой во второй теплообменник 40, в водогрейном режиме, и блок управления, выполненный с возможностью регулирования степени открытия клапана 110 регулирования расхода.
В первом теплообменнике 10 обеспечены путь протекания, по которому течет нагретая водопроводная вода, и нагревательная часть, выполненная с возможностью нагревания нагретой водопроводной воды, текущей по пути протекания. Нагревательная часть может быть горелкой, но в данном варианте осуществления конфигурация нагревательной части предусматривает нагреватели 11, 12 и 13, которые применяются для электрического котла и генерируют тепло из электрической энергии. Конфигурация каждого из нагревателей 11, 12 и 13 обеспечивает подвод фиксированного количества тепла.
Нагретая водопроводная вода, нагретая в первом теплообменнике 10, течет в бак-расширитель 20 по первой трубе 81 подачи. Нагретая водопроводная вода наполняет внутренность бака-расширителя 20 до заданного уровня воды, а поверх наполняющей воды образуется пустое пространство для поглощения расширенного объема, когда объем нагретой водопроводной воды увеличивается.
Нагретая водопроводная вода, выходящая из бака-расширителя 20, течет в трехходовой клапан 30 по второй трубе 82 подачи. Трехходовой клапан 30 переключает направление пути воды для подачи нагретой водопроводной воды, подаваемой по второй трубе 82 подачи, к месту, требующему отопления (не показано), по третьей трубе 83 подачи в режиме отопления и для подачи нагретой водопроводной воды во второй теплообменник 40 по трубе 85 подачи горячей водопроводной воды в водогрейном режиме.
Температура нагретой водопроводной воды, которая подверглась теплообмену в месте, требующем отопления, падает, и эта вода течет в первый теплообменник 10 по первой трубе 84 возврата воды и второй трубе 88 возврата воды. Поэтому вода, текущая по первой трубе 84 возврата воды и второй трубе 88 возврата воды, называется «оборотной горячей водопроводной водой».
На второй трубе 88 возврата воды обеспечен циркуляционный насос 50 для циркуляции воды в режиме отопления и водогрейном режиме.
Блок управления управляет операциями включения и выключения нагревателей 11, 12 или 13, чтобы обеспечить подвод количества тепла, соответствующего задаваемой потребителем температуре горячей водопроводной воды, и регулирует степень открытия клапана 110 регулирования расхода, обеспечивая лишь такую величину расхода, которая требуется для того, чтобы во второй теплообменник 40 текла горячая водопроводная вода, имеющая температуру, заданную потребителем.
Теперь, со ссылкой на фиг.3, будет описана конфигурация, соединенная со вторым теплообменником 40.
Потоки в трубе 86 впуска водопроводной воды, по которой втекает водопроводная вода, трубе 87 выпуска горячей водопроводной воды, посредством которой протекающая водопроводная вода нагревается и выпускается, трубе 85 подачи  горячей водопроводной воды, по которой нагретая водопроводная вода, проходящая через трехходовой клапан 30, течет во второй теплообменник 40, и трубе 89 возврата горячей водопроводной воды, по которой нагретая водопроводная вода (именуемая далее «оборотной горячей водопроводной водой»), подверглась теплообмену во втором теплообменнике 40 и температура которой упала, сходятся во второй теплообменник 40.
В трубе 86 впуска водопроводной воды обеспечены датчик 70 расхода и датчик 140 температуры водопроводной воды. Когда потребитель пользуется горячей водопроводной водой, водопроводная вода течет в трубу 86 впуска водопроводной воды, а датчик 70 расхода обнаруживает поток водопроводной воды, чтобы измерить, пользуется ли потребитель горячей водопроводной водой. Кроме того, блок управления вычисляет требуемое количество тепла для подачи горячей водопроводной воды при температуре, желательной для потребителя, на основании температуры водопроводной воды, измеренной датчиком 140 температуры водопроводной воды.
В трубе 87 выпуска горячей водопроводной воды обеспечен датчик 150 температуры горячей водопроводной воды. Блок управления сравнивает температуру горячей водопроводной воды, измеренную датчиком 150 температуры горячей водопроводной воды, с заданной потребителем температурой горячей водопроводной воды и регулирует степень открытия клапана 110 регулирования расхода на основании разности температур.
В трубе 85 подачи горячей водопроводной воды обеспечен датчик 120 температуры нагретой водопроводной воды для измерения температуры нагретой водопроводной воды (именуемой далее «температурой нагретой водопроводной воды»), подаваемой во второй теплообменник 40, а в трубе 89 возврата горячей водопроводной воды обеспечен датчик 130 температуры оборотной горячей водопроводной воды для измерения температуры оборотной горячей водопроводной воды (именуемой далее «температурой оборотной горячей водопроводной воды»), проходящей через второй теплообменник 40.
Блок управления вычисляет расход нагретой водопроводной воды, проходящей через клапан 110 регулирования расхода, исходя из разности температур, измеренных датчиком 120 температуры нагретой водопроводной воды и датчиком 130 температуры оборотной горячей водопроводной воды, и требуемого количества тепла.
На трубе 89 возврата горячей водопроводной воды, которая является трубой, соединенной с выпускной стороной второго теплообменника 40, обеспечен клапан 110 регулирования расхода. Клапан 110 регулирования расхода может быть обеспечен на трубе 85 подачи горячей водопроводной воды, а поскольку «температура нагретой водопроводной воды», подаваемой из первого теплообменника 10, велика, когда клапан 110 регулирования расхода обеспечен на трубе 85 подачи горячей водопроводной воды, которая является трубой, соединенной со впускной стороной второго теплообменника 40, может возникнуть проблема теплостойкости из-за высокотемпературной нагретой водопроводной воды. Поэтому на трубе 89 возврата горячей водопроводной воды обеспечен клапан 110 регулирования расхода, вследствие чего появляется возможность предотвратить проблему снижения долговечности их-за теплостойкости.
Далее, со ссылкой на фиг.4, будет описан способ управления комбинированным теплофикационным и водогрейным котлом, соответствующий данному изобретению.
Потребитель задает желаемую температуру горячей водопроводной воды (именуемую далее «заданной температурой горячей водопроводной воды») посредством манипуляционной части и начинает использовать горячую водопроводную воду.
Когда потребитель начинает использовать горячую водопроводную воду, водопроводная вода течет в трубу 86 впуска водопроводной воды, котел работает в водогрейном режиме, а датчик 70 расхода измеряет расход водопроводной воды.
На этапе S201, значение расхода водопроводной воды, измеренное датчиком 70 расхода, вводят в блок управления, а блок управления определяет, пользуется ли потребитель горячей водопроводной водой, исходя из вводимого значения расхода.
Когда блок управления определяет, что потребитель пользуется горячей водопроводной водой, блок управления вычисляет требуемое количество тепла, соответствующе «заданной температуре горячей водопроводной воды», которую потребитель задает на этапе S202.
Уравнение для вычисления требуемого количества тепла, является следующим.
Уравнение 1
требуемое количество тепла (ккал/ч)=(заданная температура горячей водопроводной воды - температура водопроводной воды) × расход водопроводной воды × 60
В уравнении 1, температура водопроводной воды - это температура водопроводной воды, измеренная в датчике 140 температуры водопроводной воды, a расход водопроводной воды - это расход водопроводной воды, измеренный в датчике 70 расхода, при этом число 60 относится к 60 минутам при циркуляции рассматриваемого количества тепла в час. Например, когда заданная температура горячей водопроводной воды составляет 40 °C, температура водопроводной воды составляет 10 °C, а расход водопроводной воды составляет 10 л/мин, требуемое количество тепла составляет 18000 ккал/ч.
После вычисления требуемого количества тепла на этапе S203, блок управления задает количество тепла, которое следует подвести в нагретую водопроводную воду в первом теплообменнике 10, а потом включает нагреватели 11, 12 или 13 в соответствии с заданным подводимым количеством тепла. Например, когда количество тепла, которое можно подвести из одиночного нагревателя 11, составляет 8000 ккал/ч, количества тепла, подводимые из двух нагревателей 11 и 12, меньше, чем требуемое количество тепла, когда два нагревателя 11 и 12 включены, тем самым вызывая неудовлетворенность потребителя температурой горячей водопроводной воды. Следовательно, поскольку все три нагревателя 11, 12 и 13 должны быть включены для подвода требуемого количества тепла, которое больше, чем требуемое количество тепла 18000 ккал/ч, в качестве заданного количества тепла задают 24000 ккал/ч.
Нагреватели 11, 12 и 13 и циркуляционный насос 50 включают, чтобы обеспечить количество тепла, подводимое в нагретую водопроводную воду. В этом случае, направления открытия и закрытия трехходового клапана 30 задают так, чтобы обеспечить течение нагретой водопроводной воды из второй трубы 82 подачи в трубу 85 подачи горячей водопроводной воды, а клапан 110 регулирования расхода максимально открыт.
В этом состоянии воплощают водогрейный режим, а блок управления определяет, достигает ли температура горячей водопроводной воды, измеренная в датчике 150 температуры горячей водопроводной воды, заданной температуры 40 °C горячей водопроводной воды на этапе S204.
Когда определяют, что температура горячей водопроводной воды достигает заданной температуры горячей водопроводной воды, процесс переходит к этапу S205, а в противном случае процесс осуществляет этап непрерывно до тех пор, пока не начнется этап S203.
Когда температура горячей водопроводной воды достигает заданной температуры горячей водопроводной воды, между водопроводной водой и нагретой водопроводной водой, проходящей через второй теплообменник 40, устанавливается состояние теплового равновесия. Предполагая, что требуемое количество тепла составляет 18000 ккал/ч, а расхода составляет 15,0 л/мин, когда клапан 110 регулирования расхода максимально открыт, разность температур между температурой нагретой водопроводной воды и температурой оборотной горячей водопроводной воды в состоянии теплового равновесия становится 20 °C в соответствии с уравнением 1. Например, температура нагретой водопроводной воды, измеренной в датчике 120 температуры нагретой водопроводной воды, может составлять 60 °C, а температура оборотной горячей водопроводной воды, измеренная в датчике 130 температуры оборотной горячей водопроводной воды, может составлять 40 °C.
Управление с использованием обратной связи для регулирования степени открытия клапана 110 регулирования расхода осуществляют до тех пор, пока температура протекающей горячей водопроводной воды на этапе S205 не становится заданной температурой горячей водопроводной воды.
Когда температура горячей водопроводной воды становится составляющей 40 °C в состоянии теплового равновесия, а из нагревателей 11, 12 и 13 подводится количество тепла, которое больше, чем требуемое количество тепла, таким образом, когда степень открытия клапана 110 регулирования расхода поддерживается прежней, температура протекающей горячей водопроводной воды становится выше, чем заданная температура горячей водопроводной воды, тем самым вызывая неудовлетворенность потребителя температурой горячей водопроводной воды.
Обычно, когда температура горячей водопроводной воды становится равной 40 °C, которая является заданной температурой горячей водопроводной воды, управление нагревателями 11, 12 или 13 обеспечивает их выключение, и поэтому возникает проблема, заключающаяся в том, что долговечность снижается из-за частых операций включения и выключения.
Соответственно, конфигурация данного изобретения такова, что степень открытия клапана 110 регулирования расхода уменьшается в состоянии, в котором состояния включения нагревателей 11, 12 и 13 поддерживаются и подводимое количество тепла фиксируется, так что расход нагретой водопроводной воды, циркуляция которой осуществляется посредством прохождения через второй теплообменник 40, постепенно уменьшается. Когда расход нагретой водопроводной воды регулируют так, как описано выше, оказывается возможным пропорциональное управление количеством тепла без включения или выключения нагревателей 11, 12 и 13.
На этапе S206, блок управления определяет, происходит ли изменение температуры нагретой водопроводной воды, измеряемой датчиком 120 температуры нагретой водопроводной воды.
Когда изменение температуры нагретой водопроводной воды определяют как наступающее, процесс переходит к этапу S207, а в противном случае процесс повторно осуществляет коррекцию степени открытия клапана 110 регулирования расхода и измерение температуры нагретой водопроводной воды на этапах S205 и S206.
На этапе S207, когда температура нагретой водопроводной воды, измеряемая датчиком 120 температуры нагретой водопроводной воды, оказывается ниже, чем температура первого нагревателя, процесс переходит к этапу S208, а в противном случае процесс переходит к этапу S209.
Когда расход при циркуляции снижают, уменьшая степень открытия клапана 110 регулирования расхода на этапе S205, отклонение температуры между нагретой водопроводной водой, текущей во второй теплообменник 40, и оборотной горячей водопроводной водой после прохождения оборотной горячей водопроводной воды через второй теплообменник 40 становится больше, так что температура нагретой водопроводной воды растет. В общем случае, когда температура нагретой водопроводной воды превышает 80 °C (температуру первого нагревателя), происходят ожоги из-за высокой температуры и проблема, возникающая из-за теплостойкости частей котла, так что нагреватели 11, 12 и 13 предпочтительно следует выключать.
На этапе S208, расход при циркуляции который отражает поток, проходящий через клапан 110 регулирования расхода, вычисляют посредством нижеследующего уравнения 2, чтобы тем самым реализовать осуществляемое с обратной связью управление степенью открытия клапана 110 регулирования расхода до тех пор, пока температура нагретой водопроводной воды не достигнет температуры первого нагревателя.
Уравнение 2
целевой расход при циркуляции=требуемое количество тепла/(температура нагретой водопроводной воды - температура оборотной горячей водопроводной воды)оборотной горячей водопроводной воды)/60
В вышеописанном примере, когда требуемое количество тепла составляет 18000 ккал/ч, температура нагретой водопроводной воды составляет 80 °C, а температуре возврата воды составляет 40 °C, и расход при циркуляции вычисляют посредством уравнения 2 как составляющий 7,5 л/мин.
Когда расход при циркуляции вычисляют посредством вышеописанного процесса, этот процесс переходит к этапу S205 для регулирования величины отрывания открытия клапана 110 регулирования расхода в соответствии с вычисляемым расходом при циркуляции.
Когда температура нагретой водопроводной воды превышает температуру первого нагревателя на этапе S209, нагреватели 11, 12 и 13 выключают, чтобы предотвратить снижение долговечности из-за высокой температуры. Например, температуру первого нагревателя можно задать составляющей 80 °C.
Когда температура нагретой водопроводной воды падает ниже температуры второго нагревателя на этапе S210, процесс переходит к этапу S211, а в противном случае поддерживаются состояния отключения нагревателей. В вышеописанном примере, когда температура нагретой водопроводной воды достигает 75 °C, нагреватели 11, 12 и 13 можно выключать.
Когда нагреватели 11, 12 и 13 включены, температура нагретой водопроводной воды растет, а регулирование открытия клапана 110 регулирования расхода посредством управления обратной связью осуществляют в соответствии с изменением температуры нагретой водопроводной воды на этапе S205.
Посредством вышеописанных процессов, пропорциональное управление количеством тепла горячей водопроводной воды, имеющей желаемую потребителем температуру, можно осуществить, регулируя только степень открытия клапана 110 регулирования расхода без выключения нагревателей 11, 12 и 13.
В соответствии с описанными здесь котлом и способом управления им, можно немедленно реагировать на изменение температуры нагретой водопроводной воды лишь посредством регулирования степени открытия клапана 110 регулирования расхода таким образом, что появляется возможность снизить отклонение температуры горячей водопроводной воды. Кроме того, в случае электрического котла, коррекцию температуры горячей водопроводной воды, желаемой для потребителя, можно подавать посредством регулирования лишь степени открытия клапана 110 регулирования расхода без выключения нагревателей 11, 12 и 13, так что можно предотвратить сокращение срока службы реле при подводе энергии к нагревателям 11, 12 и 13, и тем самым можно снизить - затраты на техническое обслуживание. Кроме того, даже когда температура нагретой водопроводной воды, подаваемой во второй теплообменник, резко изменяется, как в случае переключения режима на водогрейный режим при осуществлении отопления, подводимое количество тепла можно быстро снизить посредством регулирования лишь степени открытия клапана 110 регулирования расхода, и поэтому можно предотвратить ожог потребителя, пользующегося горячей водопроводной водой. Помимо этого, для получения горячей водопроводной воды, имеющей заданную потребителем температуру, необходим лишь расход, соответствующей количеству воды, которая может течь, так что, энергию, подводимую из первого теплообменника 10, можно уменьшить.
Данное изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, и специалистам в данной области техники будет ясно, что в рамках технической сущности в изобретение можно внести различные альтернативы и модификации.