使用热水箱中的换热器控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构的制作方法

相关申请的交叉参考

本申请是中国专利申请第201380053408.9号的分案申请，第201380053408.9号的专利申请其申请日是2013年9月2日，发明名称是“使用三通阀或混合阀控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构和使用热水箱中的换热器控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构”。

本发明的一个实施方案涉及一种在重复利用废热的废热回收系统中的用于控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，更具体地，涉及一种使用三通阀控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，所述结构能够使用三通阀在热水供给应用过程中稳定地供给在热水供给设定温度下的热水并能够节省能量以提高系统效率。

本发明的另一个实施方案涉及一种在重复利用废热的废热回收系统中的用于控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，更具体地，涉及一种使用混合阀控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，所述结构能够使用混合阀在热水供给应用过程中稳定地供给在热水供给设定温度下的热水并能够节省能量以提高系统效率。

本发明的另一个实施方案涉及一种在重复利用废热的废热回收系统中的用于控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，更具体地，涉及一种使用热水箱中的换热器控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，所述结构能够使用三通阀在热水供给应用过程中稳定地供给在热水供给设定温度下的热水并能够节省能量以提高系统效率。

背景技术：

一般地，废热回收系统是通过重复利用通常是从废热源排放和丢弃的废热(例如聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)的废热、内燃机(ice)的废热、过剩热、垃圾焚烧的热、排水热和变电站的发热等)来供暖或供给热水的系统。

例如，聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)是将氧化产生的化学能直接转化成电能的环保发电系统，其在系统操作过程中产生大量用作冷却水的废热。然而，pemfc通常通过排气口将废热排放到外部并很少利用废热。因此，其不能主动地利用作为废热从该系统排放的热。

因此，已经开发出能够在使用已安装在家中的现有热水器装置等的同时容易对从燃料电池系统产生的废热进行回收和重复利用的废热回收系统。

如图1所示，现有的废热回收系统1首先使用废热源10通过废热换热器21加热在热水箱20中储存的水，必要时，其次使用热水器30加热首先加热过的水以向使用者供暖和供给热水，因此，与直接使用温度较低的直接水的热水器相比能够获得节省更多能量的效果。

具体地，当使用者使用热水时，如果热水箱20的温度高于热水器30的热水供给设定温度，那么现有的废热回收系统1就直接使用热水箱20的热水，而如果热水箱20的温度较低，那么其还另外操作热水器30以达到热水供给设定温度。

然而，当热水箱20的温度稍低于热水器30的热水供给设定温度时，在当使用热水供给时由于热水器30的突然操作而引起的温度瞬时升高恐怕会引起烫伤，并且热水器30不必要的重复操作会造成诸如热水器30的耐久性降低和能源浪费等问题。

因此，已存在对用于提供使用者便利性并节省能量的废热回收系统的活跃研究和开发。

技术实现要素：

【技术问题】

本发明的实施方案是为了解决上述问题，旨在提供一种使用三通阀控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，当使用者使用热水时，如果热水箱的温度稍低于热水器的热水供给设定温度，那么该结构能够通过利用三通阀不使用热水箱的热水而是将直接水直接引入热水器中来防止温度的瞬时升高和热水器的重复操作并能够稳定操作。

本发明的另一个实施方案是为了解决上述问，旨在提供一种使用混合阀控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，当使用者使用热水时，如果热水箱的温度稍低于热水器的热水供给设定温度，那么该结构能够通过利用混合阀将直接水与热水箱的热水混合并将混合的水引入热水器中来防止温度的瞬时升高和热水器的重复操作并能够稳定操作。

本发明的另一个实施方案是为了解决上述问，旨在提供一种使用热水箱中的换热器控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，当使用者使用热水时，如果热水箱的温度稍低于热水器的热水供给设定温度，那么该结构能够通过切换三通阀在一旦三通阀阻断热介质被引入通过热水器的操作加热的供暖空间中时就将热介质引入到供暖换热器中，从而对热水箱中储存的热水进行加热以消除微小的温度差来防止温度的瞬时升高和热水器的重复操作并能够稳定操作。

【技术方案】

为了实现上述目的，本发明的示例性实施方案的特征在于包括：热水箱，所述热水箱具有从废热源回收废热以产生热水的废热换热器、利用热水进行换热以提供供暖的供暖换热器和用于检测热水温度的温度传感器，并储存由所述废热换热器进行过换热的热水；热水器，所述热水器对来自所述热水箱的进行过换热的热水进行加热以达到由使用者设定的用于供暖和热水供给的温度并将加热过的热水供给到供暖空间和热水供给空间；三通阀，所述三通阀安装在从所述热水箱引入到所述热水器的热水管线中，以选择性地将从所述热水箱流入的热水或直接水供给到所述热水器；和控制器，所述控制器控制所述三通阀，以当由所述温度传感器检测到所述热水箱的温度为低于所述热水器的热水供给设定温度的0℃～10℃时阻断来自所述热水箱的热水流入并将直接水供给到所述热水器。

另外，为了实现上述目的，本发明的另一个示例性实施方案的特征在于包括：热水箱，所述热水箱具有从废热源回收废热以产生热水的废热换热器、利用热水进行换热以提供供暖的供暖换热器和用于检测热水温度的温度传感器，并储存由所述废热换热器进行过换热的热水；热水器，所述热水器对来自所述热水箱的进行过换热的热水进行加热以达到由使用者设定的用于供暖和热水供给的温度并将加热过的热水供给到供暖空间和热水供给空间；混合阀，所述混合阀安装在从所述热水箱引入到所述热水器的热水管线中，以将从所述热水箱流入的热水与直接水混合并将混合的水供给到所述热水器；和控制器，当由所述温度传感器检测到所述热水箱的温度为低于所述热水器的热水供给设定温度的0℃～10℃时，所述控制器在确定将要在所述热水箱的热水排放到其内的所述热水管线中混合的直接水的量之后控制所述混合阀。

另外，所述控制器可以使用利用反馈的pid控制运算法，从而确定将要在所述热水箱的热水排放到其内的所述热水管线中混合的直接水的量。

另外，为了实现上述目的，本发明的另一个示例性实施方案的特征在于包括：热水箱，所述热水箱具有从废热源回收废热以产生热水的废热换热器、利用热水进行换热以提供供暖的供暖换热器和用于检测热水温度的温度传感器，并储存由所述废热换热器进行过换热的热水；热水器，所述热水器对来自所述热水箱的进行过换热的热水进行加热以达到由使用者设定的用于供暖和热水供给的温度并将加热过的热水供给到供暖空间和热水供给空间；三通阀，所述三通阀安装在从所述热水器引入到所述供暖空间的热水管线中，以选择性地将从所述热水器流入的热介质供给到所述供暖空间或再循环水管线；和控制器，所述控制器控制所述三通阀，以当由所述温度传感器检测到所述热水箱的温度为低于所述热水器的热水供给设定温度的0℃～10℃时阻断从所述热水器流入的所述热介质进入所述供暖空间中并通过所述再循环水管线将所述热介质直接引入所述热水箱的所述供暖换热器中，从而加热所述热水箱的热水。

所述结构还可以包括：三通阀，所述三通阀构造成具有分别与所述再循环水管线和所述供暖换热器的出水口管线连接的不同入口以及与所述热水器的供暖再循环水接口连接的出口，从而选择性地将从所述再循环水管线引入的热介质或从所述供暖换热器引入的热介质供给到所述热水器，其中所述控制器使用所述温度传感器来控制三通阀，以当从所述再循环水管线排放的热介质的温度高于所述热水箱的热水温度时阻断从所述供暖换热器的出水口管线排放的热介质并将从所述再循环水管线排放的热介质引入所述热水器中。

【有益效果】

根据按照本发明的使用三通阀控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，从热水箱引入到热水器的热水管线可以设置有三通阀以防止热水供给的温度瞬时升高，从而提供使用者便利性并在防止热水器不必要的重复操作的同时稳定操作热水器以增大耐久性，由此提高能量效率。

根据按照本发明的使用混合阀控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，从热水箱引入到热水器的热水管线可以设置有混合阀以防止热水供给的温度瞬时升高，从而提供使用者便利性并在防止热水器不必要的重复操作的同时稳定操作热水器以增大耐久性，由此提高能量效率。

根据按照本发明的使用热水箱中的换热器控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构，从热水器引入到供暖空间的供暖管线可以设置有三通阀以防止热水供给的温度瞬时升高，从而提供使用者便利性并在防止热水器不必要的重复操作的同时稳定操作热水器以增大耐久性，由此提高能量效率。

附图说明

图1是根据现有技术的废热回收系统的示意图。

图2是根据本发明第一示例性实施方案的废热回收系统的示意图(使用三通阀)。

图3是根据本发明第二示例性实施方案的废热回收系统的示意图(使用混合阀)。

图4是根据本发明第三示例性实施方案的废热回收系统的示意图。

具体实施方式

为了充分理解本发明，参照附图说明本发明的优选实施方案。本发明的实施方案可以以许多不同的形式进行修改并且本发明的范围不应当限于下面详细说明的实施方案。相反，所提供的这些实施方案是为了向本领域技术人员全面和完整地展现本发明的公开。因此，在附图中元件的形状被放大了以更清楚地理解对其的描述，并且各附图中相同或相应的元件由相同的附图标记表示。另外，省略了对判断为会阻碍本发明的理解的已知功能或构造的说明。

以下，说明本发明的第一示例性实施方案。

首先，如图2所示，根据本发明示例性实施方案的废热回收系统100包括：热水箱110，该热水箱具有从废热源10回收废热以储存热水的废热换热器111和利用热水进行换热以供暖的供暖换热器112；和热水器120，该热水器对由废热换热器111和供暖换热器112进行换热的热水进行加热以达到由使用者设定的温度并将热水供给到供暖空间130和热水供给空间140。

在这种情况下，通过以下方式形成循环结构：将用于冷却废热源10的直接水引入废热源10中并由从废热源10产生的废热加热直接水，将由废热源10加热的直接水引入废热换热器111中以由废热换热器111加热储存在热水箱110内的直接水，从而产生热水然后通过泵(未示出)再返回到废热源10。

本说明书中所使用的“直接水”指常用的自来水或地下水，“热水”指由废热换热器111加热的直接水。

热水箱110的下部装有减压阀113以将热水箱110的内压力控制为恒定，并设置有用于感测热水箱110的压力的传感器(未示出)以使用减压阀113控制直接水流入热水箱110中。

热水箱110使用废热换热器111通过充分隔热来储存热水，从而使得能够在热水供给空间140和供暖空间130中使用热水。

当在热水箱110中储存的热水具有超过用于冷却废热源10的基本设定温度的高温时，将热水箱110的热水排放出以有效冷却废热源10并且引入新的直接水以通过废热换热器111的换热连续冷却废热源10。

供暖换热器112安装在热水箱110中以回收废热源10的废热并对其进行重复利用以供暖。在这种情况下，其具有含有以下特征的循环结构，其中用于换热的工作流体在供暖换热器112中循环，被引入热水器120中，在热水器120中被加热到供暖所需的设定温度，然后被供给到供暖空间130以对供暖空间130进行供暖。接着，供暖换热器112与供暖空间130的排水管线连接以再次进行换热。

因此，与当将与由热水箱110预热的量一样多的直接水直接供给到热水器120时相比，可以节省热水器120的燃烧燃料。

在根据本发明示例性实施方案的废热回收系统中，为了回收废热源10的废热以及重复利用回收的废热以进行热水供给，在热水箱110中加热的热水通过热水管线114被引入热水器120中，然后通过热水器120加热以达到热水供给设定温度，然后被供给到热水供给空间140。

在这种情况下，当首先由废热换热器111预热的热水箱110的热水被供给到热水器120时，如果热水箱110的温度稍低于热水器120的热水供给设定温度，那么在当使用热水供给时由于热水器120的突然操作而引起的热水温度瞬时升高恐怕会引起烫伤。

因此，还另外设置了三通阀115以防止热水被直接从热水箱110供给到热水器120，从而防止温度的瞬时升高。

具体地，当热水箱110的热水温度等于或高于60℃并且热水供给设定温度为60℃时，热水箱110的热水可以在不需要进行热水器120的操作的情况下直接用于热水空间140中，但是当热水箱110的热水温度为55℃～60℃并且热水供给设定温度为60℃时，热水器120突然操作以达到热水供给设定温度，因而由于热水供给温度的瞬时升高可能会对使用者造成不便并且可能会发生热水器120不必要的重复操作。

因此，根据本发明的示例性实施方案，从热水箱110引入到热水器120的热水管线114设置有三通阀115，以当热水箱110的温度稍低于热水器120的热水供给设定温度时阻断从热水箱110引入的热水并将直接水供给到热水器120，从而防止由于热水器120的突然操作而引起的热水温度瞬时升高。

在这种情况下，热水器120的热水供给设定温度和热水箱110的温度之间的微小差别优选为0℃～10℃。

另外，根据本发明的示例性实施方案，为了确定热水器120的热水供给设定温度和热水箱110的温度之间的微小差别是否为0℃～10℃，热水箱110设置有温度传感器并单独设置有通过使用温度传感器来控制三通阀115的控制器150，因而三通阀115可以在控制器150的控制下选择性地向热水器120供给热水箱110的热水或直接水。

因此，根据本发明的示例性实施方案，从热水箱110引入到热水器120的热水管线114可以设置有三通阀115，以防止热水供给的温度瞬时升高，从而提供使用者便利性并在防止热水器不必要的重复操作的同时稳定操作热水器以增大耐久性，由此提高能量效率。

以下，说明本发明的第二示例性实施方案。

首先，如图3所示，根据本发明示例性实施方案的废热回收系统100包括：热水箱110，该热水箱具有从废热源10回收废热以储存热水的废热换热器111和利用热水进行换热以供暖的供暖换热器112；和热水器120，该热水器对由废热换热器111和供暖换热器112进行换热的热水进行加热以达到由使用者设定的温度并将热水供给到供暖空间130和热水供给空间140。

在这种情况下，通过以下方式形成循环结构：将用于冷却废热源10的直接水引入废热源10中并由从废热源10产生的废热加热直接水，将由废热源10加热的直接水引入废热换热器111中以由废热换热器111加热储存在热水箱110内的直接水，从而产生热水然后通过泵(未示出)再返回到废热源10。

本说明书中所使用的“直接水”指常用的自来水或地下水，“热水”指由废热换热器111加热的直接水。

热水箱110的下部装有减压阀113以将热水箱110的内压力控制为恒定，并设置有用于感测热水箱110的压力的传感器(未示出)以使用减压阀113控制直接水流入热水箱110中。

热水箱110使用废热换热器111通过充分隔热来储存热水，从而使得能够在热水供给空间140和供暖空间130中使用热水。

当在热水箱110中储存的热水具有超过用于冷却废热源10的基本设定温度的高温时，将热水箱110的热水排放出以有效冷却废热源10并且引入新的直接水以通过废热换热器111的换热连续冷却废热源10。

供暖换热器112安装在热水箱110中以回收废热源10的废热并对其进行重复利用以供暖。在这种情况下，其具有含有以下特征的循环结构，其中用于换热的工作流体在供暖换热器112中循环，被引入热水器120中，在热水器120中被加热到供暖所需的设定温度，然后被供给到供暖空间130以对供暖空间130进行供暖。接着，供暖换热器112与供暖空间130的排水管线连接以再次进行换热。

因此，与当将与由热水箱110预热的量一样多的直接水直接供给到热水器120时相比，可以节省热水器120的燃烧燃料。

在根据本发明示例性实施方案的废热回收系统中，为了回收废热源10的废热以及重复利用回收的废热以进行热水供给，在热水箱110中加热的热水通过热水管线114被引入热水器120中，然后通过热水器120加热以达到热水供给设定温度，然后被供给到热水供给空间140。

在这种情况下，当首先由废热换热器111预热的热水箱110的热水被供给到热水器120时，如果热水箱110的温度稍低于热水器120的热水供给设定温度，那么在当使用热水供给时由于热水器120的突然操作而引起的热水温度瞬时升高恐怕会引起烫伤。

因此，还另外设置了混合阀1151以防止热水被直接从热水箱110供给到热水器120，从而防止温度的瞬时升高。

具体地，当热水箱110的热水温度等于或高于60℃并且热水供给设定温度为60℃时，热水箱110的热水可以在不需要进行热水器120的操作的情况下直接用于热水空间140中，但是当热水箱110的热水温度为55℃～60℃并且热水供给设定温度为60℃时，热水器120突然操作以达到热水供给设定温度，因而由于热水供给温度的瞬时升高可能会对使用者造成不便并且可能会发生热水器120不必要的重复操作。

因此，根据本发明的示例性实施方案，从热水箱110引入到热水器120的热水管线114设置有混合阀1151，以当热水箱110的温度稍低于热水器120的热水供给设定温度时将热水箱110的热水与较冷的直接水混合并将混合的水供给到热水器120，从而防止由于热水器120的突然操作而引起的热水温度瞬时升高。

在这种情况下，热水器120的热水供给设定温度和热水箱110的温度之间的微小差别优选为0℃～10℃。

另外，根据本发明的示例性实施方案，为了确定热水器120的热水供给设定温度和热水箱110的温度之间的微小差别是否为0℃～10℃，热水箱110设置有温度传感器并单独设置有通过使用温度传感器来控制混合阀1151的控制器150。

在这种情况下，控制器150确定将要在热水箱110的热水排放到其内的热水管线114中混合的直接水的量然后控制混合阀1151以将混合的水供给到热水器120。

另外，控制器150可以使用利用反馈的pid控制运算法，从而确定将要在热水箱110的热水排放到其内的热水管线114中混合的直接水的量。

因此，根据本发明的示例性实施方案，从热水箱110引入到热水器120的热水管线114可以设置有混合阀1151，以防止热水供给的温度瞬时升高，从而提供使用者便利性并在防止热水器不必要的重复操作的同时稳定操作热水器以增大耐久性，由此提高能量效率。

以下，说明本发明的第三示例性实施方案。

首先，如图4所示，根据本发明示例性实施方案的废热回收系统100包括：热水箱110，该热水箱具有从废热源10回收废热以储存热水的废热换热器111和利用热水进行换热以供暖的供暖换热器112；和热水器120，该热水器对由废热换热器111和供暖换热器112进行换热的热水进行加热以达到由使用者设定的温度并将热水供给到供暖空间130和热水供给空间140。

在这种情况下，通过以下方式形成循环结构：将用于冷却废热源10的直接水引入废热源10中并由从废热源10产生的废热加热直接水，将由废热源10加热的直接水引入废热换热器111中以由废热换热器111加热储存在热水箱110内的直接水，从而产生热水然后通过泵(未示出)再返回到废热源10。

本说明书中所使用的“直接水”指常用的自来水或地下水，“热水”指由废热换热器111加热的直接水。

热水箱110的下部装有减压阀113以将热水箱110的内压力控制为恒定，并设置有用于感测热水箱110的压力的传感器(未示出)以使用减压阀113控制直接水流入热水箱110中。

热水箱110使用废热换热器111通过充分隔热来储存热水，从而使得能够在热水供给空间140和供暖空间130中使用热水。

当在热水箱110中储存的热水具有超过用于冷却废热源10的基本设定温度的高温时，将热水箱110的热水排放出以有效冷却废热源10并且引入新的直接水以通过废热换热器111的换热连续冷却废热源10。

供暖换热器112安装在热水箱110中以回收废热源10的废热并对其进行重复利用以供暖。在这种情况下，其具有含有以下特征的循环结构，其中用于换热的工作流体在供暖换热器112中循环，被引入热水器120中，在热水器120中被加热到供暖所需的设定温度，然后通过供暖管线1141被供给到供暖空间130以对供暖空间130进行供暖。接着，供暖换热器112与供暖空间130的再循环水管线连接以再次进行换热。

因此，与当将与由热水箱110预热的量一样多的直接水直接供给到热水器120时相比，可以节省热水器120的燃烧燃料。

在废热回收系统100中，为了回收废热源10的废热以及重复利用回收的废热以进行热水供给，在热水箱110中加热的热水被引入热水器120中，然后通过热水器120加热以达到热水供给设定温度，然后被供给到热水供给空间140。

在这种情况下，当首先由废热换热器111预热的热水箱110的热水被供给到热水器120时，如果热水箱110的温度稍低于热水器120的热水供给设定温度，那么在当使用热水供给时由于热水器120的突然操作而引起的热水温度瞬时升高恐怕会引起烫伤。

具体地，当热水箱110的热水温度等于或高于60℃并且热水供给设定温度为60℃时，热水箱110的热水可以在不需要进行热水器120的操作的情况下直接用于热水空间140中，但是当热水箱110的热水温度为55℃～60℃并且热水供给设定温度为60℃时，热水器120突然操作以达到热水供给设定温度，因而由于热水供给温度的瞬时升高可能会对使用者造成不便并且可能会发生热水器120不必要的重复操作。

因此，供暖管线1141另外设置有三通阀115以防止热水被直接从热水器120供给到供暖空间130，从而防止温度的瞬时升高。

根据本发明的示例性实施方案，当热水箱110的热水温度稍低于热水器120的热水供给设定温度时，从热水器120引入到供暖空间130的供暖管线1141设置有三通阀115，以阻断从热水器120引入的热介质并通过再循环水管线116将热介质直接引入热水箱110的供暖换热器112中，从而加热在热水箱110中储存的热水。

因此，可以去除热水箱110的热水温度的微小差别以防止由于热水器120的突然操作而引起的热水温度瞬时升高。

在这种情况下，热水器120的热水供给设定温度和热水箱110的温度之间的微小差别优选为0℃～10℃。

另外，根据本发明的示例性实施方案，为了确定热水器120的热水供给设定温度和热水箱110的温度之间的微小差别是否为0℃～10℃，热水箱110设置有温度传感器118并单独设置有通过使用温度传感器118来控制三通阀115的控制器150。

在这种情况下，控制器150控制三通阀115以阻断从热水器120引入的热介质并通过再循环水管线116将热介质直接引入供暖换热器112中以提高在热水箱110中储存的热水温度，从而去除上述的微小温度差别。

另外，根据本发明的示例性实施方案，在使用供暖时，具有分别与再循环水管线116和供暖换热器112的出水口管线连接的不同入口的三通阀117设置成当从再循环水管线116排放的热介质的温度高于热水箱110的热水温度时阻断从供暖换热器112的出水口管线排放的热介质并将从再循环水管线116排放的热介质引入热水器120中，从而可以预计降低热水器120的燃烧燃料。

另外，控制器150将从再循环水管线116排放的热介质的温度与热水箱110的热水温度进行比较以控制三通阀117。

因此，根据本发明的示例性实施方案，从热水器120引入到供暖空间130的供暖管线1141设置有三通阀115以防止热水供给的温度瞬时升高，从而提供使用者便利性，并且再循环水管线116和供暖换热器112的出水口管线之间的连接部分设置有三通阀117以在防止热水器不必要的重复操作的同时稳定操作热水器以增大耐久性，由此提高能量效率。

上述的使用三通阀控制来自废热回收系统的热水供给的温度的结构的示例性实施方案仅仅是示例性的。因此，本领域技术人员将要理解的是，本发明的各种变形和其他等同实施方案也是可能的。因此，可以理解的是，本发明不限于上述具体实施方式部分所述的形式。因此，本发明要保护的实际技术范围必须由所附的权利要求书的精神来确定。另外，应当理解的是，本发明包括在所附的权利要求书中限定的本发明的精神，也包括在其范围内的所有的变形、等同以及替换。

[附图标记的详细说明]

10：废热源100：废热回收系统

110：热水箱111：废热换热器

112：供暖换热器113：减压阀

114：热水管线115，117：三通阀

1141：供暖管线

1151：混合阀

116：再循环水管线118：温度传感器

120：热水器130：供暖空间

140：热水供给空间150：控制器