热水系统的制作方法

1.本实用新型涉及热水设备技术领域，特别地涉及一种热水系统。


背景技术：

2.目前市场上有各种类型的热水器，每个品类的热水器都有其自身的优点和特点，但是也各自存在一些缺点。如果将各品类有机的联系在一起，扬长避短、优势互补，将大大改善用户的体验，且使得能源的利用更加合理，对于减少碳排放、达成碳中和有积极的意义。
3.目前市场上主流的热水器主要有三种，即电热水器、燃气热水器以及太阳能热水器，其分别存在的缺点有：
4.1、电热水器(即热式)的能耗高，经济性差；
5.2、太阳能热水器不能连续大量供热水；
6.3、燃气热水器不能小功率(一般小于2kw)供应热水。
7.因此，结合以上三种热水器进行针对性设计，提出一种热水器，可以充分发挥每种热水手段的优势并规避其缺点。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中采用单一加热手段的热水器存在功能不完善的问题，本技术提出了一种热水系统。
9.本实用新型提出了一种热水系统，包括沿水流动方向依次设置并串联的第一热水组件与第二热水组件，所述第一热水组件包括并联的燃气热水单元与太阳能热水单元，所述第二热水组件包括电热水单元。
10.在一个实施方式中，所述第二热水组件的输出端与所述第一热水组件的输入端之间还设置有回输管路，所述回输管路上设置有回输单向阀。通过本实施方式，回输管路主要用于在热水系统启动时，将热水系统至用户端的输水管路中存在的冷水回输至燃气热水单元进行加热，避免用户在使用到热水前存在的一段冷水输出过程，实现输出零冷水效果，提高用户体验。
11.在一个实施方式中，还包括对应所述燃气热水单元、所述太阳能热水单元以及所述电热水单元分别设置的传感器组件，所述传感器组件包括温度传感器与水流量传感器。通过本实施方式，利用温度传感器与水流量传感器可以分别获取水温信息与水流量信息，可以首先准确判断热水系统的第一热水组件输出的水是否满足用水温度，进而可以准确控制后续的加热。
12.在一个实施方式中，所述燃气热水单元与所述太阳能热水单元出水端管路的交汇点处设置有恒温阀。通过本实施方式，恒温阀可以根据燃气热水单元与太阳能热水单元的水温，控制二者的水流量大小，以此控制混合后的水温，首先混合后的水温匹配用水温度。
13.在一个实施方式中，还包括：控制组件，所述控制组件分别电连接所述燃气热水单
元、所述太阳能热水单元以及所述电热水单元。通过本实施方式，控制组件主要用于获取各个热水单元的水温、水量以及水流量信息，以此来控制各个热水单元的运转，首先不停热水单元之间的相互配合。
14.在一个实施方式中，所述太阳能热水单元中设置有水位传感器，所述水位传感器包括水位上限传感器与水位下限传感器。通过本实施方式，利用水位上限传感器与水位下限传感器可以准确感知太阳能热水单元的水量上限与水量下限，以及时向太阳能热水单元补充水并控制补充水的最大水量。
15.在一个实施方式中，所述太阳能热水单元的出水端与进水端分别设置有出水开关阀与进水开关阀。
16.在一个实施方式中，所述太阳能热水单元的出水端还设置有出水单向阀，沿出水方向，所述出水单向阀位于所述出水开关阀之后。通过本实施方式，出水单向阀用于避免水由出水端倒流至太阳能热水单元中。
17.在一个实施方式中，设置于所述燃气热水单元的所述温度传感器包括燃气进水温度传感器与燃气出水温度传感器。
18.在一个实施方式中，所述燃气热水单元的进水端设置有水泵。通过本实施方式，水泵用于向燃气热水单元泵入水，为水的流动提供动力。
19.上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。
20.本实用新型提供的一种热水系统，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
21.本发明的一种热水系统，综合三种热水手段，充分发挥太阳能热水产生热水成本低的优点，同时结合燃气热水可以不间断地提供热水并且能耗低、经济性高的优点来弥补太阳能热水续航差、持续性差的缺点，此外进一步利用电热水的加热功率可调范围大的优点来克服燃气热水在0-2kw的加热功率段缺失的缺点，从而实现热水器功能的进一步完善。
附图说明
22.在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
23.图1显示了本实用新型的热水系统的原理结构示意图；
24.图2显示了本实用新型的热水系统的工作原理流程框图。
25.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
26.附图标记：
27.1-燃气热水单元，11-燃气进水温度传感器，12-燃气出水温度传感器，13-燃气水流量传感器，2-太阳能热水单元，21-太阳能温度传感器，22-太阳能水流量传感器，23-出水单向阀，24-水位上限传感器，25-水位下限传感器，3-电热水单元，31-电热水温度传感器，32-电热水流量传感器，4-回输管路，41-回输单向阀，5-控制组件，6-恒温阀。
具体实施方式
28.下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
29.本实用新型的实施例提供了一种热水系统，包括沿水流动方向依次设置并串联的第一热水组件与第二热水组件，第一热水组件包括并联的燃气热水单元1与太阳能热水单
元2，第二热水组件包括电热水单元3。
30.具体地，如附图图1所示，本发明的热水系统综合了三种热水手段，即三个热水单元，其中燃气热水单元1与太阳能热水单元2彼此并列形成第一热水组件，电热水单元3作为与第一热水组件串联的第二热水组件。
31.在本发明的热水系统中，太阳能热水单元2作为最优的加热供水单元，燃气热水单元1与电热水单元3作为备用加热供水单元。在太阳能热水单元2的水温不足时，燃气热水单元1与电热水单元3用作辅助加热，满足用水温度；在太阳能热水单元2的热水耗尽时，燃气热水单元1与电热水单元3用作热水补充源，弥补太阳能热水单元2续航不足的问题。
32.此外，燃气热水单元1与电热水单元3可以分别对应不同的加热所需功耗，保证在相应的加热功耗下选取最佳的热水单元，实现能源的最大利用。
33.在一个实施例中，第二热水组件的输出端与第一热水组件的输入端之间还设置有回输管路4，回输管路4上设置有回输单向阀41。
34.具体地，如附图图1所示，第二热水组件(电热水单元3)的输出端与第一热水组件(燃气热水单元1)的输入端之间有回输管路4，回输管路4主要用于在热水系统启动时，将热水系统至用户端的输水管路中存在的冷水回输至燃气热水单元1进行加热，避免用户在使用到热水前存在的一段冷水输出过程，实现输出零冷水效果，提高用户体验。回输单向阀41避免水流倒转。
35.在一个实施例中，还包括对应燃气热水单元1、太阳能热水单元2以及电热水单元3分别设置的传感器组件，传感器组件包括温度传感器与水流量传感器。
36.优选地，设置于燃气热水单元1的温度传感器包括燃气进水温度传感器11与燃气出水温度传感器12。
37.具体地，如附图图1所示，燃气热水单元1、太阳能热水单元2以及电热水单元3处均设置有温度传感器与水流量传感器。其中，燃气热水单元1处设置有燃气进水温度传感器11、燃气出水温度传感器12以及燃气水流量传感器13；太阳能热水单元2处设置有太阳能温度传感器21、太阳能水流量传感器22；电热水单元3处设置有电热水温度传感器31、电热水流量传感器32。
38.利用温度传感器与水流量传感器可以分别获取水温信息与水流量信息，可以首先准确判断热水系统的第一热水组件输出的水是否满足用水温度，进而可以准确控制后续的加热。
39.在一个实施例中，燃气热水单元1与太阳能热水单元2出水端管路的交汇点处设置有恒温阀6。
40.具体地，如附图图1所示，恒温阀6可以根据燃气热水单元1与太阳能热水单元2的水温，控制二者的水流量大小，以此控制混合后的水温，首先混合后的水温匹配用水温度。
41.在一个实施例中，还包括：
42.控制组件5，控制组件5分别电连接燃气热水单元1、太阳能热水单元2以及电热水单元3。
43.具体地，如附图图1所示，控制组件5主要用于获取各个热水单元的水温、水量以及水流量信息，以此来控制各个热水单元的运转，首先不停热水单元之间的相互配合。
44.在一个实施例中，太阳能热水单元2中设置有水位传感器，水位传感器包括水位上
限传感器24与水位下限传感器25；太阳能热水单元2的出水端与进水端分别设置有出水开关阀与进水开关阀。
45.优选地，太阳能热水单元2的出水端还设置有出水单向阀23，沿出水方向，出水单向阀23位于出水开关阀之后。
46.具体地，利用水位上限传感器24与水位下限传感器25可以准确感知太阳能热水单元2的水量上限与水量下限，以及时向太阳能热水单元2补充水并控制补充水的最大水量。出水单向阀23用于避免水由出水端倒流至太阳能热水单元2中。
47.在一个实施例中，燃气热水单元1的进水端设置有水泵。水泵用于向燃气热水单元1泵入水，为水的流动提供动力。
48.本实用新型的热水系统在主要的两种情况下的工作原理如下：
49.(1)直接利用燃气热水单元来弥补太阳能热水单元的续航问题：
50.步骤s010：获取太阳能热水单元的状态信息、水温值以及燃气热水单元的进水温度值，以判断太阳能热水单元是否满足出水条件；
51.步骤s020：若太阳能热水单元处于非补水状态且其水温值不小于燃气热水单元的进水温度值，则判断太阳能热水单元满足出水条件；
52.步骤s100：根据所获取的热水供应指令，使燃气热水单元与满足出水条件的太阳能热水单元出水，并分别获取二者的水温信息与水流量信息；
53.具体地，热水系统具有预设用水温度ts，即用户所需求的热水温度。根据热水供应指令，获取燃气热水单元的进水温度t
rj
、燃气热水单元的水流量fr、太阳能热水单元的水温t
t
、太阳能热水单元的水流量f
t
。
54.步骤s200：根据水温信息与水流量信息，判断由燃气热水单元与太阳能热水单元输出的水在混合后形成的输出用水的温度是否满足预设用水温度；
55.具体地，位于热水系统出水一端的电热水单元处能够检测到的燃气热水单元的水与太阳能热水单元的水混合后的总流量(即附图图1所示热水系统中的电热水单元的电热水流量传感器检测到的流量数据)为fd＝fr+f
t
，混合后的水温为td(即附图图1所示热水系统中的电热水单元的电热水温度传感器检测到的温度数据)，根据td*fd＝t
t
*f
t
+fr*t
rj
，通过在燃气热水单元的水与太阳能热水单元的水的混合过程中，分别控制二者的水流量，使td尽量满足td＝ts。一般情况下，混合过程至少具有以下几种情况：
56.第一种情况，太阳能热水单元的水温t
t
原本就大于预设用水温度ts，此时进一步引入燃气热水单元输出的水(未经加热)来进行混合，降低阳能热水单元的水温，使td＝ts。在此过程中，除非太阳能热水单元的水耗尽，无需额外的辅助加热。
57.第二种情况，太阳能热水单元的水温t
t
原本等于预设用水温度ts，这是一种比较少见的极端情况，这种情况下，太阳能热水单元的水温直接满足需求。在先前步骤s010中获取太阳能热水单元的水温值时就可以确定太阳能热水单元的水温t
t
，而后在步骤s100中，在太阳能热水单元的水耗尽前，仅控制太阳能热水单元出水即可。
58.第三种情况，太阳能热水单元的水温t
t
原本小于预设用水温度ts，此时需要额外的辅助加热，但太阳能热水单元本身没有主动加热功能，因此需要引入燃气热水单元的水，在燃气热水单元中直接加热混合前的水或者在电热水单元中加热混合后的水，使得在电热水单元混合后的水温td满足td＝ts。
59.步骤s300：在输出用水的温度不满足预设用水温度时，确定使输出用水的温度满足预设用水温度所需的目标加热功率值；
60.具体地，若混合后水温td小于预设用水温度ts，则ts*fd＞t
t
*f
t
+fr*t
rj
，需要功率为p
x
的辅助加热，使得ts*fd＝t
t
*f
t
+fr*t
rj
+p
x
，该p
x
即为目标加热功率值。
61.步骤s400：根据目标加热功率值的大小，确定采用燃气热水单元和/或电加热单元根据目标加热功率值进行加热；
62.步骤s410a：若目标加热功率值不小于预设功率阈值，则确定采用燃气热水单元对其自身输出的水进行加热；
63.具体地，目前的燃气热水单元，由于其燃烧器结构的限制，加热功率最小为2kw(即本实施例中的预设功率阈值设置为2kw)，在目标加热功率p
x
≥2kw时，启动燃气热水单元的加热功能，根据ts*fd＝t
t
*f
t
+fr*t
rj
+p
x
及pid算法调整燃气热水单元的加热部件的输出功率pr＝p
x
达成td＝ts。
64.步骤s420a：在确定采用燃气热水单元对其自身输出的水进行加热时，实时获取太阳能热水单元的剩余水量信息；
65.具体地，随着热水系统工作时长的不断增加以及热水的持续输出，太阳能热水单元内的水会逐渐减少，即剩余水量不断减少，直至太阳能热水单元的剩余水量过少。
66.步骤s430a：在太阳能热水单元的剩余水量低于预设水量阈值而停止出水时，增大燃气热水单元的加热功率值，以使燃气热水单元的出水温度值与预设用水温度保持一致；
67.具体地，在太阳能热水单元的剩余水量过少时，太阳能热水单元停止出水，使得f
t
为0。此时，燃气热水单元的出水温度需要不断提高，进而其加热功率不断增大，直至燃气热水单元的出水温度t
rc
＝td＝ts。
68.需要说明的是，在步骤s010中，还有一种情况，即太阳能热水单元不满足出水条件，即太阳能热水单元处于补水状态或其水温值小于燃气热水单元的进水温度值，判断太阳能热水单元不满足出水条件，此时直接进行以下步骤：
69.步骤s030：使燃气热水单元出水，获取燃气热水单元的进水温度值与水流量，判断满足所述预设用水温度所需的目标加热功率；
70.步骤s040：根据目标加热功率值的大小，确定采用燃气热水单元和/或电加热单元根据目标加热功率值进行加热；
71.具体地，燃气热水单元单独出水，则ts*f
rj
＝p
x
，根据目标加热功率p
x
与预设功率阈值的大小关系，确定进行加热的热水单元。若p
x
≥2kw(本实施例中预设功率阈值设置为2kw)，启动燃气热水单元，根据ts*f
rj
＝p
x
及pid算法调整燃气热水单元的加热部件的输出功率pr＝p
x
达成t
rc
＝td＝ts。若p
x
＜2kw，则启动电热水单元的加热功能，根据ts*f
rj
＝p
x
及pid算法调整电加热部件的输出功率pr＝p
x
达成td＝ts。
72.进一步地，根据具体情况，在目标加热功率p
x
大于预设功率阈值时，也可以同时启动燃气热水单元和电加热单元，这样可以提高加热效率，在最短时间内将水加热至所需的预设用水温度，避免用户长时间地等待。
73.(2)首先利用电热水单元来弥补太阳能热水单元的续航问题：
74.首先，需要说明的是，以下内容进一步结合了首先对于热水供应模式进行判断以及进行后续加热控制的热水供应模式步骤(步骤s001至步骤s004)，但该热水供应模式步骤
并不是被限定于只能应用在以下的采用电热水单元进行补充加热的过程，其也可以应用于前述的采用燃气热水单元进行补充加热的过程或其他控制过程，以下内容仅仅是示例性阐述。
75.步骤s001：根据所获取的热水供应指令，确定热水供应模式，在热水供应模式为零冷水模式时，获取热水系统出水端与用户用水端之间的管路中的前端水的初始水温值；
76.具体地，在获取到热水供应指令，热水系统启动运行。首先确定热水供应模式，如果是普通模式，则参照实施例2的内容，直接出水(此时首先输出的是管路中原有的冷水)；如果是零冷水模式，则第一时间不出水，而是先获取热水系统出水端与用户用水端之间的管路中原有的水(前端水)的温度值，判断是否需要先加热该前端水。前端水的温度值可以直接根据热水系统输出端的温度传感器获取，参照附图图1，即热水系统的电热水单元输出端的温度传感器，即此时所检测到的温度数据td。
77.步骤s002：将初始水温值与预设水温值进行大小比对，预设水温值根据预设用水温度值确定；
78.步骤s003：在初始水温值小于预设水温值时，将前端水回输至燃气热水单元；
79.具体地，将前端水对应的初始水温值与预设水温值进行大小比对，预设水温值根据预设用水温度值确定，例如本实施例中，预设水温值为ts－2℃。如果td＜ts－2℃，则启动燃气热水单元的水泵，通过回输管路4将前端水回输至燃气热水单元。如果td≥ts－2℃，则表明前端水的水温基本满足预设用水温度，可以直接输出，此时直接出水；
80.步骤s004：利用燃气热水单元加热回输的前端水，并在满足预设条件时停止对前端水的回输；预设条件为：对前端水的回输的持续时长达到预设时长，或加热后的前端水的初始水温值不小于预设水温值；
81.具体地，控制燃气热水单元的加热部件的运行功率，根据前述的恒温逻辑达成td＝ts，当燃气热水单元的加热部件连续运行时长达到预设时长(本实施例中取值为10min)或加热后重新获取的前端水的初始温度值td≥ts－2℃时，燃气热水单元的加热部件停止运行。
82.步骤s010：获取太阳能热水单元的状态信息、水温值以及燃气热水单元的进水温度值，以判断太阳能热水单元是否满足出水条件；
83.步骤s020：若太阳能热水单元处于非补水状态且其水温值不小于燃气热水单元的进水温度值，则判断太阳能热水单元满足出水条件；
84.步骤s100：根据所获取的热水供应指令，使燃气热水单元与满足出水条件的太阳能热水单元出水，并分别获取二者的水温信息与水流量信息；
85.步骤s200：根据水温信息与水流量信息，判断由燃气热水单元与太阳能热水单元输出的水在混合后形成的输出用水的温度是否满足预设用水温度；
86.步骤s300：在输出用水的温度不满足预设用水温度时，确定使输出用水的温度满足预设用水温度所需的目标加热功率值；
87.步骤s400：根据目标加热功率值的大小，确定采用燃气热水单元和/或电加热单元根据目标加热功率值进行加热；
88.步骤s410b：若加热功率值小于预设功率阈值时，则确定采用电热水单元对输出用水进行加热；
89.具体地，目前的燃气热水单元，由于其燃烧器结构的限制，加热功率最小为2kw(即本实施例中的预设功率阈值设置为2kw)，在目标加热功率p
x
＜2kw时，采用燃气热水单元进行加热会导致能源不必要的消耗，因此启动电热水单元的加热功能，根据ts*fd＝t
t
*f
t
+fr*t
rj
+p
x
及pid算法调整电热水单元的加热部件的输出功率pr＝p
x
达成td＝ts。
90.步骤s420b：在确定采用电热水单元对输出用水进行加热时，实时获取太阳能热水单元的剩余水量信息；
91.具体地，随着热水系统工作时长的不断增加以及热水的持续输出，太阳能热水单元内的水会逐渐减少，即剩余水量不断减少，直至太阳能热水单元的剩余水量过少。
92.步骤s430b：在太阳能热水单元的剩余水量低于预设水量阈值而停止出水时，增大电热水单元的加热功率值，以使输出用水的温度值与预设用水温度保持一致；
93.具体地，在太阳能热水单元的剩余水量过少时，太阳能热水单元停止出水，使得f
t
为0。此时，电热水单元的出水温度需要不断提高，进而其加热功率p
x
逐渐增大，以保证热水系统输出端检测到的温度td＝ts。
94.步骤s440：在增大电热水单元的加热功率值时，实时判断加热功率值与预设功率阈值的大小关系；
95.步骤s450：在加热功率值增大至不小于预设功率阈值时，关闭电热水单元并切换至燃气热水单元根据加热功率值继续加热；
96.具体地，当加热功率逐渐增大至p
x
≥2kw(预设功率阈值取2kw)时，此时的加热功率匹配燃气热水单元的功率区间，由于燃气热水单元的节能性、经济性更高，因此关闭电热水单元的加热功能并切换至燃气热水单元继续加热过程。
97.需要说明的是，在步骤s010中，还有一种情况，即太阳能热水单元不满足出水条件，即太阳能热水单元处于补水状态或其水温值小于燃气热水单元的进水温度值，判断太阳能热水单元不满足出水条件，此时直接进行以下步骤：
98.步骤s030：使燃气热水单元出水，获取燃气热水单元的进水温度值与水流量，判断满足所述预设用水温度所需的目标加热功率；
99.步骤s040：根据目标加热功率值的大小，确定采用燃气热水单元和/或电加热单元根据目标加热功率值进行加热；
100.具体地，燃气热水单元单独出水，则ts*f
rj
＝p
x
，根据目标加热功率p
x
与预设功率阈值的大小关系，确定进行加热的热水单元。若p
x
≥2kw(本实施例中预设功率阈值设置为2kw)，启动燃气热水单元，根据ts*f
rj
＝p
x
及pid算法调整燃气热水单元的加热部件的输出功率pr＝p
x
达成t
rc
＝td＝ts。若p
x
＜2kw，则启动电热水单元的加热功能，根据ts*f
rj
＝p
x
及pid算法调整电加热部件的输出功率pr＝p
x
达成td＝ts。
101.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
102.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实
用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。