用于产生用于家用热水或中央加热的热量的系统的制作方法

本发明涉及一种用于产生用于家用热水或中央加热的热量的系统，该系统包括用于从热源获得热量的热发生器、中央加热回路和具有入口端口、上端口和下端口并且包含储热流体的箱。

背景技术：

1、上述技术领域的加热系统通常从现有技术中已知，例如从ep 2629020 a2已知。根据该现有技术装置，用于加热建筑物的系统具有包含储热流体的箱。通常，并且同样对于本发明，水用作储热流体。然而，也可以使用其它流体。

2、箱中的储热流体、例如水倾向于采用基于不同温度层的分层结构。因此，箱内的储热流体的温度从箱的底部处的相对低的温度或多或少连续改变为在箱的顶部处的相对高的温度。这种分层结构被称为分层(stratification)，并且允许储热流体不仅一次具有单个平均温度，而且还具有相对宽的温度范围。

3、在上述文献的现有技术装置中，储热流体用作加热流过热交换器的流体的加热支持。然而，热交换器以竖直定向浸没在储热流体中，并且从箱的顶部朝向其底部延伸超过相当大的距离。因此，箱内部的分层被热交换器内的在箱的顶部中被加热并且随后从箱的顶部朝向其底部流过热交换器的盘管的流体破坏，从而加热箱的下部中的储热流体。以这种方式，热量被有效地输送到箱的底部，由于加热的流体通过热交换器的盘管从箱的顶部被输送到底部，类似于混合热的储热流体和冷的储热流体，导致内部加热损失。

4、此外，这种构造的热交换器不能在上述情况下被最佳地使用。如果不同分层水平中的水具有与热交换器内的流动温度相比相同或更低的温度，则用于盘管内的流体的加热支持的热交换器的主动热交换表面减小。换句话说，热交换器在其长度的一部分上是不有效活跃的，即，周围的储热流体具有与要在箱中加热的热交换器内的流体的流动温度相比相同或更低的温度。因此，如果储热流体不根据储热流体的分层被加热，则可以观察到将热量传递到箱中的储热流体的效率降低。

5、当前的一般趋势涉及降低房屋能耗的措施。特别是在春季或秋季期间，房屋通过中央加热对热量的需求非常有限，但不是零。这导致加热系统在一年中的相当大的周期内以开关循环操作，这是低效的。尤其在系统的“开”状态和“关”状态之间的切换降低了热发生器或一般热源的有效性。

6、此外，上述装置不能利用加热回路的最冷的可能返回流体的热能。返回流体的最低可能温度通常低于箱的顶部中的储热流体的温度，使得返回流体将冷却储热流体的顶部。因此，即使返回流体可能仍然比在箱的底部中的储热流体更温暖，也根本不使用将热能从返回流体传递到储热流体的操作模式。

7、上述装置的另一个缺点是相对低效的除霜操作，其中相对高温度的储热流体(即热水)用于任何除霜操作。这又意味着用于诸如家用热水(dhw)的热饮用水应用的储热流体的体积的减少，因为这些应用通常需要储热流体的最高温度，这通常不是用于加热回路的情况。

8、作为进一步的结果，现有技术构造的缺点是在加热模式下，流体被提供给中央加热回路以加热房屋，流体需要具有比在dhw模式下更低的温度。因此，当加热模式同时在操作时，不能加热dhw。

9、因此，已知的构思为改进留下空间，即使已知的构思已经是加热系统的相对有效和环境友好的构造也如此。

10、jp 2004-294019 a公开了一种电动水加热设备，其允许通过共用泵的部件和具有用于加热的热交换器的管线来预热热水储箱中的水。箱中的下部设有用于热回收的热交换器，以在浴缸中引入水并进行热交换。用于加热的第一热交换器和用于热回收的第二热交换器的引入管分别连接到浴缸的引出管。用于加热的热交换器和用于热回收的热交换器的引出管分别连接到浴缸的引入管，并且设置选择阀，以选择性地切换浴缸的在用于加热的热交换器和用于热回收的热交换器之间的引出管的通道。然而，该构造也具有上面关于ep2629020 a提到的缺点。

技术实现思路

1、按照上述内容，本发明旨在解决如何提高已知系统的效率的问题，该系统特别地与热发生器结合地用于产生家用热水和用于中央加热的热量。

2、该问题由根据第一方面所述的用于产生用于家用热水或中央加热的热量的系统解决。本发明的优选特征和实施方式参考从属方面。

3、根据本发明，提供了一种系统，该系统包括用于从热源获得热量的热发生器，所述热发生器具有发生器出口端口和发生器返回端口。系统还包括：中央加热回路，其具有加热供给端口和加热返回端口；以及箱，其具有上端口、下端口和在箱的底部处的入口端口，例如该入口端口连接到箱的底部或靠近箱的底部，被构造成将作为储热流体的流体供给到箱中，并且箱容纳流体；以及优选地用于加温家用热水的装置。热发生器、中央加热回路和箱被串联地流体连接，以便允许流体经由中央加热回路和箱中的至少一者从热发生器流回到热发生器。根据本发明，系统还包括：第一三通阀，该第一三通阀流体连接到加热供给端口和加热返回端口，并且被构造成选择性地使流体绕过或流过中央加热回路；第二三通阀，该第二三通阀流体连接到第一三通阀、发生器返回端口和入口端口，并且被构造成经由入口端口选择性地使流体绕过或流过箱；以及第三三通阀，该第三三通阀流体连接到箱的上端口、箱的下端口和发生器返回端口，并且被构造成设置流体分别流过上端口和下端口至发生器返回端口的相对比例。

4、以这种方式，可以引导中央加热的返回流，使得流体从靠近底部被插入到箱中，返回的流体中剩余的热能可以被100％重新使用，而不需要使用将与热传递中的损失相关的热交换器。换句话说，完全排除了例如由于有效主动热交换表面的减少而发生非最佳热交换。相反，由于流体被直接添加到箱中，因此可以完全使用包含在流体中的热能。

5、在上述构造中，如果将冷却液体从靠近底部添加到箱中，箱的下部可以用作低温流体的缓冲容积，同时保持其在箱中的分层。传递到自来水的热能离开冷流体以从靠近底部返回到箱。因此，非常冷的流体可以从箱被抽取并供给到热发生器，这由于热发生器中的较大温差而提高了热发生器的效率。作为进一步的结果，由于热发生器由最冷的可能流体供给，所以循环效果(即，在“开”状态和“关”状态之间的循环)可以减少，因为热发生器可以被保持在操作状态下持续更长的时间段，从而在系统中产生可用的热量。

6、换句话说，箱的下部可以用作缓冲以延长操作时间(即，结合状态)，并且允许热发生器的非操作的更长时段，使得在特定时段内，在开启阶段和关闭阶段之间的几次切换无害，从而提高热发生器的效率。热发生器被保持打开或关闭多久取决于热水的需求以及箱的尺寸，但是本发明允许增加这一点。关于箱不被靠近箱的底部处的冷返回流体供给的构造。

7、此外，鉴于本构造，可以使用存储在箱的储热流体中的处于不同的温度水平的热能，使得不能同时使用用于中央加热和家用热水应用的储热流体的热量。

8、此外，如果与家用热水模具相比，由于热发生器以较高的效率工作的情况下的低温，该构造允许预热箱中的与热量产生的较高效率相关的储热流体。由于箱中的储热流体根据本构造被预热，所以可用于家用热水的热量的容量也间接地增加。例如，可以加热箱的仅顶部的储热流体，以立即将预热的流体加热到家用热水应用的设定点。

9、由于将流体加热到更高的温度仅允许降低的效率，如果与在较低温度范围上的加热过程相比，则本发明总体上比现有技术更高效，本发明仅在真正必要的情况下需要这种相对低效的步骤，而主要使用高效得多的操作。

10、这种后一过程可以以至少两种方式执行。一方面，可以降低流体循环到中央加热回路、循环穿过中央加热回路和从中央加热回路循环的循环速度，这意味着如果流体的温度保持恒定，则较少热能被输送到中央加热回路。在循环速度降低并且同时流体的温度增大的情况下，相同的热能被输送到中央加热回路。另一方面，当然可以仅使用来自箱的顶部的流体以进一步加热到家用热水的设定点。

11、通过本发明，可以提高加热过程的效率。特别地，对家用热水的预热以及缓冲箱中的具有相对低的温度的流体的热量是可能的，从而避免对加热效率有害的循环效应。

12、甚至在春季或秋季期间也可以避免大量使用开关循环，因为储热流体可以用作不仅高温的流体而且低温的流体的热能的缓冲。由于热发生器的更有效的可用性，该效果提高了系统相对于现有技术系统的效率，该热发生器可以在满负荷下操作更长的时间段，从而导致在“开”状态和“关”状态之间更少的切换操作。

13、还可以以更高的效率运行除霜操作。对于除霜，不需要使用高温流体，但是只要流体的温度充分高于不在中央加热回路中冻结的冻结水平，则可以有效地执行除霜操作。由于除霜不意味着加热中央加热回路，但是为了排除中央加热回路的冻结，流体的所需温度远远低于用于加热操作的温度。例如，本发明允许通过使用除霜流体的相对低的温度水平以便不浪费箱的顶部中的高温储热流体的热能来进行更有效的除霜。相反，与箱的底部中的储热流体的温度相对应的温度水平已经足以进行除霜，使得不需要使用箱的顶部处的处于较高温度水平的热能。

14、根据优选实施方式，入口端口包括例如分层管，也称为分层管道、分层器管道、分层器管或入口分层器。因此，当将储热流体经由入口分层管供给到箱中时，箱内部的分层未被破坏，因为从加热回路返回并且被供给到箱的流体在竖直位置处进入箱，在该竖直位置处箱中的流体的密度尽可能接近待供给到箱的流体的密度。因此，由于密度与温度成比例，因此可以减少由于温度混合引起的内部损失。此外，冷的新鲜水供应装置可以在箱的靠近底部处连接到箱，在该底部处存储最低温度的冷流体以用于分接(tapping)。冷水供应装置优选地不连接到分层管。

15、根据该构造，从中央加热回路返回的水可以在保持箱内的流体的分层的竖直水平处被直接插入箱中。因此，在操作热发生器以再次加热家用热水之前，间接放大存储的家用热水容量。在分层管的情况下，加热的流体流被直接供给到箱的顶部区域，使得可以从该顶部区域获取高温流体，而不需要加热箱中的所有流体以升高流体的平均温度。

16、优选地，所述第一三通阀被构造成选择性地使流体部分地绕过和部分地流过所述中央加热回路。

17、以这种方式，实现了进一步的灵活性，因为不仅可以使流体完全地而且可以部分地绕过或流过中央加热回路。这允许更精细地调节用于储热流体或绕过储热流体的热能的量。此外，允许更精细地调节流体循环穿过系统的其它部件，特别是热发生器。然而，也可以构造第一三通阀，以便仅使流体完全绕过或流过中央加热回路。

18、在优选实施方式中，所述第二三通阀被构造成选择性地使所述流体部分地绕过和部分地流过所述箱。

19、以这种方式，实现了进一步的灵活性，因为不仅可以使流体完全地而且可以部分地绕过或流过箱。这允许经由储热流体更精细地调节要在箱中缓冲或从箱中取出的热能的量。然而，还可以构造第二三通阀，以便仅使流体完全绕过或流过箱。

20、优选地，第三三通阀被构造成通过混合来自上端口的相对热的储热流体和来自下端口的相对冷的储热流体来设置从箱供给到热发生器的储热流体的温度。

21、根据该构造，存储在储热流体中的热能可以最有效地用于被加热到期望的温度。首先，维持了箱内的分层。其次，可以优化热发生器的操作，因为例如根据是否需要用于中央加热(即，相对低的温度)或用于家用热水(即，相对高的温度)的热量，热发生器可以在更高或更低的受控入口温度下操作。由于储热流体不仅分别取自顶部或底部，而且作为它们中的两者的混合，也可以使用顶部中的流体的温度和底部中的流体的温度之间的温度。

22、具有由上述混合产生的温度的流体可用于例如达到超过40℃的箱顶部区域中的流体的温度。常见的热发生器只能向流入的流体增加5℃的温差。如果仅冷水可被供应到热发生器，则箱中的流体不能选择性地且部分地被加热到特别高的温度。相反，从最冷流体开始的整个箱(即，箱中的所有流体)必须在热水可用之前被加热。另一方面，如果仅将热流体从箱供应到热发生器，则仅热水被进一步加热，还导致由热发生器提供的热量的低效使用。

23、然而，也可能这样的混合不是由第三三通阀提供的，而是仅上端口或下端口用于供给热发生器。

24、所述系统的另一优选实施方式包括泵，所述泵被构造成驱动所述流体经由所述中央加热回路和所述箱中的至少一者从所述热发生器流回到所述热发生器。这种泵是有利的，因为其便于控制要循环穿过系统并且特别是朝向系统的相应元件循环的储热流体的量。这种泵便于系统的操作，但对于该操作不是完全必要的。然而，使用泵允许更精确地调节穿过系统的流体的流速，从而更精确地控制传递的热量的量。作为这种泵的补充或替代，还可以设置一个或更多个泵，以选择性地驱动流体穿过箱或中央加热回路的流动。

25、分别根据第一三通阀和第二三通阀的设置，还可能的是，泵仅使流体从热发生器循环回到热发生器，而不使流体穿过中央加热回路或箱。然而，通常，添加到热发生器中的流体的热能用于中央加热单元或箱，或两者。

26、在优选实施方式中，所述系统还包括电加热器，所述电加热器被构造成加热所述储热流体。如果热发生器不能够将流体加热到期望温度，特别是对于家用热水应用，则这种电加热器例如可以用作附加热源。根据该优选实施方式，热发生器被主要使用，但由电加热器提供的热能补充。

27、在特别优选的实施方式中，电加热器位于发生器出口的下游和加热供给端口的上游，以便另外加热从热发生器流向中央加热回路的储热流体。电加热器的该位置是最适合的，因为热发生器可以在相对低的温度范围下操作，在该相对低的温度范围下，热发生器是特别有效的，而仅要供应到流体的热能的最后部分由电加热器提供。总之，由于操作热发生器的温度水平使得补充电能被用于最小可能的程度，所以该构思最大限度地使用了热发生器。替代地或另外地，电加热器可以位于箱的内部，这允许通过电加热器加热从箱中取出的家用热水，并且仅通过热发生器加热用于中央加热回路的流体。

28、优选地，所述系统包括热交换器，以将热量从所述储热流体传递到所述家用热水。

29、将热量从储热流体传递到家用热水的热交换器可以位于箱的内部或外部，并且允许分离一方面的储热流体和另一方面的家用热水。因此，可以选择储热流体，而不管饮用水要满足的任何要求，使得在饮用水中可以不允许的成分或添加剂可以包含在储热流体中。因此，更宽范围的流体可以用作储热流体，这在系统的维护或磨损方面可以是特别有帮助的。

30、根据优选实施方式，所述热交换器包括浸没在所述箱中的所述储热流体中的热交换器盘管。以这种方式，热能可以以良好控制的方式在储热流体和流过热交换器的流体之间传递，并且允许利用通常已知的装置。此外，与外部热交换器相反，对于热交换器仅需要很少的附加空间，只要箱的尺寸足以容纳热交换器盘管即可。此外，不需要主动地将储热流体驱动到热交换器盘管以便交换热量。

31、作为上述实施方式的替代或补充，热交换器优选地包括家用热水热交换器，特别是板式热交换器，但是其它类型的热交换器也可以在箱外部用于该家用热水热交换器，家用热水热交换器流体连接到箱的上端口和箱的下端口，以便允许储热流体从上端口流过家用热水热交换器并且经由下端口流回到箱。

32、在箱的外部设置外部热交换器允许将热交换器放置在建筑物内并最小化箱的尺寸的更大的灵活性。此外，热交换器的尺寸以及因此热交换能力不与箱的尺寸紧密联系，这增加了整个系统的灵活性。

33、被构造成驱动储热流体流过家用热水热发生器的可选的热交换器泵允许更精确地控制流过热交换器的承载热能的储热流体的量，即，传递到热交换器内的家用热水的热量的量。

34、本发明的另外的优点可以从整组权利要求以及以下对附图和优选实施方式的描述中得到。例如，本发明的另一个优点是自由冷却的功能。当箱的底部中的储热介质由于分接(tapping)而被冷却时，其可以例如在环境相对温暖的夏季期间用于向安装有加热的房屋提供冷的流动水。在这些情况下向房屋提供冷的流动水导致来自房屋的暖回流，其随后加热箱的底部中的储热介质。这种效果也可用于通常不具有冷却功能的热发生器。