本发明涉及一种热水系统，尤其是一种即开即热的热水循环装置和系统，同时给出控制方法，属于热水器技术领域。
背景技术：
随着生活品质的提高，使用者对家庭热水的使用要求不再满足于单纯热水供给，逐渐追求即开即热、大流量、恒温舒适。传统的燃气热水器及其家装方式未顾及到这一发展转变，因此使得用户在用热水时不得不先放掉管路中的冷水，结果导致：1）不能及时得到热水，需要等待；2）放掉的冷水被浪费；3）水温容易波动，舒适度低；4）少量用水也会导致燃气机频繁启动，不仅产生运行噪音，且影响寿命；5）当有多个用水点同时用水时，难免水量不够或水温偏低。
为了解决上述现有技术存在的问题，目前工程实现即开即热主要采取了以下两种方法：一是热水缓冲法，即在面盆下方等处安装保温水箱，冷水进入水箱与高温水混合缓冲后供用户使用，此法在管路较长时需要大体积水箱，安装空间受限，且需在每个面盆之类的设施处都安装保温水箱才能确保相应龙头即开即热，无法避免燃气机频繁启停；二是循环加热法，即借助泵将热水管中的残留冷水送至热水器加热后再供给用户使用，此法不能解决忽冷忽热和燃气机频繁启停的问题。
检索发现，申请号为201320058861.6的中国专利文献公开了一种中央热水系统，包括加热源、储水罐、中央控制器、位于储水罐内的加热探头、镁棒，以及给中央热水系统提供水源的进冷水管；加热源通过加热管路与储水罐的冷水出水口和热水进水口连接，构成加热回路；储水罐通过热水出水口和循环回水口与循环管路连接，构成供/回水回路；进冷水管上设有第一三通阀，该三通阀的另外两个端口分别连接储水罐进冷水口和热水器旁通管，所述热水器旁通管通过第二三通阀与加热管路连接。由于在燃气热水器与用水终端之间设置储水罐，当使用少量热水时，不必启动热水器加热，由储水罐提供热水，降低热水器的即热功率压力。循环水泵可预热储水罐至用水终端的冷水，使用水终端即开即热，减少水资源的浪费。加热水泵可预热储水罐中的水，有大量使用热水时，冷水通过热水旁通管路进入燃气热水器，经加热后再进入储水罐。虽然该技术方案理论上可以缓解即热时水温波动的问题，但实施时存在以下问题：1）水箱循环加热管路和热水循环管路相互独立，因此需两套泵循环管路，结构复杂成本高，且不适合在原有基础上进行改造；2）采用水箱作为循环热源，循环管长受水箱容积限制，当水箱容积设计偏小时，一次循环不能达到管路循环加热要求，需要将水箱加热后才能再次循环加热管路，循环周期较长，若水箱设计容量偏大则占据安装空间较大。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题，提出一种适用于各种户型和热水管长，不仅可以实现各用水点均即开即热、恒温舒适热水，而且短时放水不会频繁启停机器加热和打断采暖的智能热水循环装置和系统，并且给出其控制方法。
为了达到上述目的，本发明的热水循环装置内含水箱并具有冷水进口、循环出口、循环进口、循环回水口以及热水出口；所述水箱具有热水口、出水口、循环冷水口以及电热装置；冷水源由冷水进口经三通接口之一和之二接电动三通阀的第一接口，所述电动三通阀的第二接口接循环冷水口，所述三通的接口之三经循环泵接循环回水口；所述电动三通阀的第三接口经循环出口接低温进口，所述热水口经循环进口接高温出口，所述出水口经热水出口后通过热水管接用水点;邻近用水点的热水管分支出接循环回水口的回水管。
本发明的热水循环系统包括采暖热水两用燃气炉和热水循环装置，所述两用燃气炉具有与供暖管路构成采暖循环的供暖出口和供暖回口以及低温进口和高温出口；所述水箱具有热水口、出水口、循环冷水口以及电热装置，所述热水循环装置具有冷水进口、循环出口、循环进口、循环回水口以及热水出口；冷水源由冷水进口经三通接口之一和之二接电动三通阀的第一接口，所述电动三通阀的第二接口接循环冷水口，所述三通的接口之三经循环泵接循环回水口；所述电动三通阀的第三接口经循环出口接低温进口，所述热水口经循环进口接高温出口，所述出水口经热水出口后通过热水管接用水点;邻近用水点的热水管分支出接循环回水口的回水管。
这样，只要适当控制电动三通阀的通路切换以及循环泵的启停，即可实现向各用水点提供即开即热、水温恒定的舒适热水，由于整个系统只需一个循环泵，管路结构简单且不受家庭连接管路长度的影响，即可快速实现水箱、水管加热循环，因此具有成本经济、便于管路改造以及短时放水不会引起频繁启停、兼顾采暖等诸多显著优点。
本发明系统进一步的完善是：所述冷水源经冷水进口和流量传感器（fl）后接三通的接口之一，所述循环回水口经管路温度传感器（t1）和单向阀接所述循环泵，所述水箱上装有水箱温度传感器（t2）；所述水箱温度传感器、管路温度传感器以及流量传感器的信号输出端接控制电路中智能控制器件的对应信号输入端，所述智能控制器件的相应控制输出端分别接电动三通阀、循环泵以及电热装置的受控端。
这样可以实现智能化的控制，例如优选的：当用户少量放水时，只要控制电动三通阀的第一和第二接口导通，就可实现冷水经三通→电动三通阀→循环冷水口进入水箱，由水箱出水口经热水出口后通过热水管向用水点供热水；当用户大量用水时，只要控制电动三通阀的第一和第三接口导通，就可以实现冷水经三通→电动三通阀→循环出口→低温进口→冷水由壁挂炉加热成热水→高温出口→循环进口→热水口→进入水箱，由水箱出水口经热水出口后通过热水管接用水点供用户热水使用。而当用户不放水时，可以选择以水箱电热为热源循环加热管路，形成水箱出水口经热水出口→热水管→分支出的回水管→循环回水口→循环泵→三通→电动三通阀→水箱循环冷水口的水管加热循环管路；或以采暖热水两用燃气炉为热源循环加热管路，形成水箱出水口经热水出口→热水管→分支出的回水管→循环回水口→循环泵→三通→电动三通阀→循环出口→低温进口→冷水由壁挂炉加热成热水→高温出口→循环进口→热水口→进入水箱和水管同时加热循环回路。结果使各用水点均可即开即热得到恒温舒适热水，而且短时放水不会频繁启停机器加热、不会妨碍采暖。
实际运行时，所述智能控制器件的基本控制按以下步骤进行：
第一步、接收水箱温度传感器、管路温度传感器和流量传感器的探测信号；
第二步、判断流量传感器的瞬时流量信号是否小于设定值，若判断为是则判定为静态，进行第八步；若判断为否则判定动态放水，进行下一步；
第三步、判断放水初始预定时间间隔的总流量是否大于设定值、或水箱温度传感器探测的温度信号下降速率是否大于预定速率、或水箱温度传感器探测的温度信号是否低于设定值；如判断结果为是则判定为大量用水，进入第五步；如判断结果为否则判定为少量用水，进入下一步；
第四步、电动三通阀第一接口和第二接口导通，冷水源通过三通接口之一和接口之二、电动三通阀第一和第二接口、经循环冷水口进入水箱，由水箱出水口经热水出口后通过热水管向用水点供热水，之后进行第六步；
第五步、电动三通阀第一接口和第三接口导通；之后进行下一步；
第六步、判断流量传感器传来的瞬时流量信号是否小于设定值，如判断为否则返回第三步；如判断为是则进行下一步；
第七步、电动三通阀第一接口和第二接口导通，返回第一步；
第八步、判断所选循环加热管路的主热源为电热或采暖热水两用燃气炉，当判断主热源为电热时，则先、后控制水箱加热和管路循环加热；当判断主热源为采暖热水两用燃气炉时，则直接控制管路循环加热；之后返回第一步。
本发明进一步的完善是,在判定为静态后的控制过程中,实时监测流量传感器,当瞬时流量信号大于设定值时，切换至动态放水控制步骤。
本发明更进一步的完善是：所述先、后控制水箱加热和管路循环加热优选步骤为：
步骤一、判断水箱温度传感器探测的温度信号是否低于设定值，如判断为否则进行步骤五；如判断为是进行下一步；
步骤二、开启水箱电热装置，之后进行下一步；
步骤三、判断水箱温度传感器探测的温度信号是否高于设定值与第一预定值之和，如判断为否则返回上一步；如判断为是则进行下一步；
步骤四、关闭电热装置，之后进行下一步;
步骤五、判断管路温度传感器探测的温度信号是否低于设定值，如判断为否则返回到第一步；如判断为是则进行下一步；
步骤六、电动三通阀第一和第二接口导通，循环泵启动；之后进行下一步；
步骤七、判断水箱温度传感器探测的温度信号是否低于设定值，如判断为是则进行步骤九；如判断为否则进行下一步骤；
步骤八、判断管路温度传感器探测的温度信号是否高于设定值与第二预定值之和，如判断为否则返回步骤六；如判断为是进行步骤十一；
步骤九、电动三通阀第一和第三接口导通；之后进行下一步；
步骤十、判断管路温度传感器探测的温度信号是否高于设定值与第二预定值之和，如判断为否则返回上一步骤；如判断为是则进行下一步骤；
步骤十一、关闭循环泵，电动三通阀第一和第二接口导通，之后返回到第一步。
本发明更进一步的完善是，直接控制管路循环加热的优选步骤如下：
分步一、判断管路温度传感器探测的温度信号是否低于设定值，如判断为否则返回到第一步；如判断为是则进行下一分步；
分步二、电动三通阀第一和第三接口导通，循环泵启动；之后进行下一步；
分步三、判断管路温度传感器探测的温度信号是否高于设定值与第二预定值之和，如判断为否则返回上一分步；如判断为是进行下一分步；
分步四、关闭循环泵，电动三通阀第一和第二接口导通，之后返回到第一步。由于放水过程中，当智能控制器件判断用户需求少量热水时，将控制使冷水全部通入水箱，由水箱中的热水直接供用户使用，从而避免燃气两用燃气炉频繁启动；当判断用户需求大量热水时，将控制使冷水通入燃气两用燃气炉加热后再进入水箱、之后供用户使用，满足持续恒温热水需求；因此在确保即开即热、恒温舒适热水的同时，有效避免了短时放水引起的频繁启停机器和打断采暖。此外，用户可以根据不同需求选择以壁挂炉为主热源或者以电热为主热源进行管路循环加热。当以电热为主热源加热循环管路时，管路较短时水箱电热能满足管路循环要求；当管路较长管路尚未完成循环而水箱温度降低至设定温度时，转为采暖热水两用燃气炉为主热源进行加热，从而合理满足不同户型、不同管长的循环加热要求。
优选的：温度传感器探测的温度信号下降速率30s~45s温降2-3℃，第一预定值范围为5-10℃，第二预定值范围为3-5℃。
附图说明
图1是本发明一个实施例的系统构成结构示意图。
图2是图1实施例的基本控制过程流程图。
图3是图1实施例的直接控制管路循环加热流程图。
图4是图1实施例的水箱加热和管路循环加热控制流程图。
图5是图1实施例的控制电路原理图。
具体实施方式
本实施例的智能热水循环系统如图1所示，包括壁挂式采暖热水两用燃气炉a（简称壁挂炉）和热水循环装置r（此热水循环装置不仅能与壁挂炉匹配使用，而且能与燃气热水器匹配使用，同样能达到即开即热、舒适恒温供热水的需求）。
壁挂炉a具有与供暖管路g构成采暖循环的供暖出口和供暖回口以及低温进口a-1和高温出口a-2。
热水循环装置r内含水箱1，并具有冷水进口6、循环出口7、循环进口8、循环回水口9以及热水出口10。水箱具有热水口1-1、出水口1-2、兼具循环回水口以及冷水进口功能的循环冷水口1-3以及电热装置h。冷水源由冷水进口6和流量传感器fl、再经三通接口之一4-1和之二4-2接电动三通阀的第一接口3-a，电动三通阀的第二接口3-b接循环冷水口1-3，三通的接口之三4-3经循环泵5接循环回水口9；电动三通阀的第三接口3-c经循环出口7接低温进口a-1，热水口1-1经循环进口8接高温出口a-2，出水口1-2经热水出口10后通过热水管h接用水点;邻近用水点的热水管分支出接循环回水口9的回水管f。
并且，循环回水口9经管路温度传感器t1和单向阀后接循环泵5（实际上单向阀可处于热水管h和循环管路f的任何位置），从而确保热水管和回水管的水流方向与循环泵正向循环一致。水箱1上装有水箱温度传感器t2。
本实施例的控制电路如图5所示，包括智能器件——芯片d1构成的控制模块，分别外接温度传感器t1、t2和流量传感器fl的探温模块，循环泵、电热装置和电动三通阀的受控模块，还有电源模块和显示板通讯模块。水箱温度传感器t2、管路温度传感器t1以及流量传感器fl的信号输出端接控制电路中智能器件d1的信号输入端，该智能器件的控制输出端分别接循环泵5以及电热装置和电动三通阀的受控端。鉴于控制电路原理图的具体连接及信号传输关系等，容易根据现有技术和对技术方案的理解，故不详述。当控制电动三通阀处于接口3-a与接口3-b连通状态时，形成水箱出水口1-2经热水出口10→热水管h→分支出的回水管f→循环回水口9→循环泵5→三通接口之4-3至4-2→电动三通阀接口3-a至接口3-b→水箱循环冷水口的以水箱为热源的管路加热循环。当控制电动三通阀处于接口3-a与接口3-c连通状态时，形成水箱出水口1-2经热水出口10→热水管h→分支出的回水管f→循环回水口9→循环泵5→三通接口之4-3至4-2→电动三通阀接口3-a至接口3-c→循环出口7→低温进口a-1→冷水由壁挂炉加热成热水→高温出口a-2→循环进口8→热水口1-1→进入水箱1以壁挂炉为热源将水箱和水管同时加热的循环回路。
运行时，智能控制器件的基本控制如图2所示，步骤为：
第一步、接收水箱温度传感器、管路温度传感器和流量传感器的探测信号；
第二步、判断流量传感器的瞬时流量信号fl是否小于设定值fls，若判断为是则判定为静态，进行第八步；若判断为否则判定为动态放水，进行下一步；在整个静态逻辑过程中若出现用户放水，即传感器的瞬时流量信号大于设定值，则由静态切换至动态放水逻辑;
第三步、判断放水初始预定时间间隔的总流量afl是否大于设定值afls、或水箱温度传感器探测的温度信号t2下降速率是否大于预定速率45s温降2℃、或水箱温度传感器探测的温度信号t2是否低于设定值t2s；如判断结果为是则判定为大量用水，进入第五步；如判断结果为否则判定为少量用水，进入下一步；
第四步、电动三通阀第一接口3-a和第二接口3-b导通，冷水源通过三通接口之一4-1和接口之二4-2、电动三通阀第一和第二接口、经循环冷水口1-3进入水箱1，由水箱1出水口1-2经热水出口10后通过热水管h向用水点供热水，之后进行第六步；
第五步、电动三通阀第一接口3-a和第三接口3-c导通，冷水经三通接口之一4-1和接口之二4-2→电动三通阀第一和第三接口→循环出口7→低温进口a-1→冷水由壁挂炉加热成热水→高温出口a-2→循环进口8→热水口1-1→进入水箱1，再由水箱出水口1-2经热水出口10后通过热水管h向用水点供热水，形成冷水源通入壁挂炉加热后通入水箱再向用水点供热水的通路；之后进行下一步；
第六步、判断流量传感器传来的瞬时流量信号fl是否小于设定值fls，如判断为否则返回第三步；如判断为是则进行下一步；
第七步、电动三通阀第一接口3-a和第二接口3-b导通，返回第一步；
第八步、判断所选循环加热管路的主热源为电热或采暖热水两用燃气炉，当判断主热源为电热时，则先、后控制水箱加热和管路循环加热；当判断主热源为采暖热水两用燃气炉时，则直接控制管路循环加热；之后返回第一步。
本实施例的先、后控制水箱加热和管路循环加热的具体步骤如图4所示：
步骤一、判断水箱温度传感器探测的温度信号t2是否低于设定值t2s，如判断为否则进行步骤五（控制进行管路循环加热）；如判断为是进行下一步；
步骤二、开启水箱的电热装置，之后进行下一步；
步骤三、判断水箱温度传感器探测的温度信号t2是否高于设定值t2s与第一预定值5℃之和，如判断为否则返回上一步；如判断为是则进行下一步；
步骤四、关闭电热装置，之后进行下一步;
步骤五、判断管路温度传感器探测的温度信号是否低于设定值，如判断为否则返回到第一步；如判断为是则进行下一步；
步骤六、电动三通阀第一接口3-a和第二接口3-b导通，循环泵5启动，形成水箱出水口1-2经热水出口10→热水管h→分支出的回水管f→循环回水口9→循环泵5→三通接口之三4-3和之二4-3→电动三通阀第一接口3-a和第二接口3-b→水箱循环冷水口1-3的水管加热循环管路；之后进行下一步；
步骤七、判断水箱温度传感器探测的温度信号t2是否低于设定值t2s，如判断为是则进行步骤九；如判断为否则进行下一步骤；
步骤八、判断管路温度传感器探测的温度信号t1是否高于设定值t1s与第二预定值3℃之和，如判断为否则返回步骤六；如判断为是进行步骤十一；
步骤九、电动三通阀第一接口3-a和第三接口3-c导通，形成水箱出水口1-2经热水出口10→热水管h→分支出的回水管f→循环回水口9→循环泵5→三通接口之三4-3和接口之二4-2→电动三通阀第一接口3-a和第三接口3-c→循环出口7→低温进口a-1→冷水由壁挂炉加热成热水→高温出口a-2→循环进口8→热水口1-1→进入水箱，以壁挂炉为热源将水箱和水管中的水同时加热的循环回路；之后进行下一步；
步骤十、判断管路温度传感器探测的温度信号t1是否高于设定值t1s与第二预定值3℃之和，如判断为否则返回上一步骤；如判断为是则进行下一步骤；
步骤十一、关闭循环泵，电动三通阀第一接口3-a和第二接口3-b导通，之后返回到第一步。
本实施例直接控制管路循环加热如图3所示，具体过程如下：
分步一、判断管路温度传感器探测的温度信号t1是否低于设定值t1s，如判断为否则返回到第一步；如判断为是则进行下一分步；
分步二、电动三通阀第一接口3-a和第三接口3-c导通，循环泵启动，形成水箱出水口1-2经热水出口10→热水管h→分支出的回水管f→循环回水口9→循环泵5→三通接口之三4-3和接口之二4-2→电动三通阀第一接口和第三接口→循环出口7→低温进口a-1→冷水由壁挂炉加热成热水→高温出口a-2→循环进口8→热水口1-1→进入水箱，以壁挂炉为热源将水箱和水管同时加热的循环回路；之后进行下一步；
分步三、判断管路温度传感器探测的温度信号t1是否高于设定值t1s与第二预定值3℃之和，如判断为否则返回上一分步；如判断为是进行下一分步；
分步四、关闭循环泵，电动三通阀第一接口3-a和第二接口3-b导通，之后返回到第一步。
当然，先、后控制水箱加热和管路循环加热，以及直接控制管路循环加热，都不限于上述智能控制过程，可以参照上述智能控制的思路用手控操作或其它类似方式实现。
试验证明，采用本实施例的上述控制后，不仅可靠实现了即开即热、恒温舒适热水，而且短时放水不会频繁启停机器加热和打断采暖。放水时，当控制电路的智能控制器件判断用户需求少量热水时，控制使冷水全部通入水箱，由水箱中的热水直接供用户使用，从而避免燃气两用燃气炉频繁启动；当判断用户需求大量热水时，控制使冷水通入燃气两用燃气炉加热后再进入水箱、之后供用户使用，满足持续恒温热水需求。
尤其是，用户可以根据不同需求选择以壁挂炉为主热源或者以电热为主热源进行管路循环加热。当以电热为主热源加热循环管路时，管路较短时水箱电热能满足管路循环要求；当管路较长管路尚未完成循环而水箱温度降低至设定温度时，转壁挂炉为主热源进行加热，采用此方案能适应不同户型不同管长的循环要求。