一种储热式净水系统及方法

技术领域

本发明涉及净水器技术领域，具体涉及一种储热式净水系统及方法。

背景技术

随着时代的发展，人们对生活质量的需求越来越高，饮用水的过滤设备逐步出现在市场中并逐渐大众化。随着净水器市场占用率的稳步上升，年用电量也逐年上升。

光伏风电等新能源发电占比逐年增加，以新能源作为电力能源的产品也越来越多。此时，为降低净水器的用电成本，适应市场发展，逐渐兴起新能源净水器。在一定程度上，新能源净水器确实能够为用户节省用电量。同时，新能源具有随机性、间歇性和波动性的特点，这就要求电力系统必须适应电源的剧烈波动，增加电网调节难度。现有技术下的净水器为考虑热水的尖峰用热负荷，其机组的额定功率较大，但日平均功率较低，因此会增加配电成本，用户使用成本也相应提高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中新能源净水器的缺陷，从而提供一种储热式净水系统及方法，能够在新能源发电高峰，将电能储存成热能，在用热高峰将所储存热能用于加热净水，降低电网的负荷波动，降低运行成本，提高新能源利用率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种储热式净水系统，所述系统包括：

控制模块、过滤模块、热回收模块、加热模块、储热模块、净水水箱、凉开水水箱及热开水水箱；

所述过滤模块及净水水箱构成净水管路，所述过滤模块对自来水进行过滤来生成净水，并存储于净水水箱；

所述过滤模块、加热模块、储热模块和热开水水箱构成热水管路，储热模块将电能转化为热能供给加热模块，所述加热模块对过滤模块过滤的净水进行加热生成热开水，并存储于热开水水箱；

所述过滤模块、热回收模块、加热模块、储热模块及凉开水水箱构成凉开水管路，所述热回收模块对过滤模块过滤的净水进行预热，所述加热模块对热回收模块预热后的净水进行加热生成热开水，所述热回收模块利用净水对加热模块加热后的热开水进行降温生成烧开后冷却的凉开水，并存储于凉开水水箱；

所述控制模块，用于根据各个水箱的液位控制所述净水管路、热开水管路及凉开水管路的工作状态，并根据用电价格和用电时间控制所述储热模块的储热功能与释热功能。

本发明实施例提供的储热式净水系统，系统包括控制模块、过滤模块、热回收模块、加热模块、储热模块、净水水箱、凉开水水箱及热开水水箱，根据各模块功能设计了净水管路、热开水管路及凉开水管路三种工作模式，由控制模块控制各管路工作状态，并根据用电价格和用电时间控制所述储热模块的储热功能与释热功能。本发明能够在谷电时间或新能源发电高峰，将电能储存成热能，在用热高峰将热能加热净水，可起到削峰填谷的作用，降低额定功率和配电成本，改善短时高负荷用能需求，提高新能源利用率，也可利用峰谷电价差，降低用户使用成本。

可选地，所述过滤模块，包括：进水流量计、加压泵、组合过滤式芯体及净水流量计。

可选地，所述控制模块还用于监测过滤模块的过滤芯体使用情况、监测净水、热开水及凉开水水质、监测自来水流量和净水流量。

本发明通过控制模块监测过滤模块的过滤芯体使用情况，能够更方便掌握过滤芯体的状态，方便用户判断是否需要更换过滤芯体。此外，通过监测水质及自来水和净水的流量，更能掌握净水系统的运行情况及净水效果，提升用户体验感和满意度。

可选地，储热式净水系统还包括回路热管，用于进行储热模块与加热模块和热开水水箱的热传递，其包括：循环工质、蒸发器、第一冷凝器、第二冷凝器、连接管、第一调节阀、第二调节阀及压力传感器。

所述蒸发器设置于储热模块中，通过吸收储热模块所存储的热量来加热循环工质；所述第一冷凝器设置于加热模块中，通过释放循环工质的热量来为加热模块提供热量；所述第二冷凝器设置于热开水水箱中，通过释放循环工质的热量来为热开水水箱提供热量；所述循环工质用于基于冷热源温差和高度差进行流动并传递热量；所述第一调节阀用于控制循环工质从储热模块输出到加热模块的加热量，并由控制器控制所述第一调节阀开度来调节所述循环工质的质量流量，控制加热模块的加热功率；所述第二调节阀用于控制循环工质从储热模块输出到热开水水箱的加热量，并由控制器控制所述第二调节阀开度来调节所述循环工质的质量流量，控制热开水水箱的加热功率；所述连接管用于存储循环工质，包括气管和液管，构成回路热管结构，连接储热模块、加热模块及热开水水箱形成闭式加热回路；所述压力传感器用于检测回路热管内部压力并反馈给控制模块，监测并控制循环工质工作在预设压力范围内。

本发明通过回路热管进行热量的传递，将蒸发器设置于储热模块中吸收储热模块所储存的热量来加热蒸发器内循环工质，通过循环工质在连接管内的流动来传递热量；将冷凝器设置于加热模块及热开水水箱中，通过调节阀控制循环工质流经加热模块或热开水水箱，并通过释放循环工质的热量来为加热模块的加热或为热开水水箱的控温提供热量。其中蒸发器吸热与冷凝器放热是依据气液转化实现的，蒸发器吸热使循环工质转化为气态，流经气管至冷凝器，冷凝器放热使循环工质冷凝成液态，经过液管回流至蒸发器，如此循环。回路热管能够利用所存储的热能完成净水系统的供热，降低成本，提高新能源利用率。

可选地，所述控制模块，包括：控制芯片、通讯单元、显示单元、报警器及指示灯；所述控制芯片，用于整个系统的温度、压力、液位、电流、电压、水流量及水质的监测，及加压泵的启停、电加热器的启停、电动调节阀的开度；所述通讯单元，用于与外部网络模块进行通信；所述显示单元，用于显示各水箱温度及水量，回路热管的工作温度和压力；所述报警器，用于在水箱出现缺水、电压不稳定、电加热器超温、回路热管压力超压、水质不合格、芯体需更换情况时进行报警；所述指示灯，用于指示工作状态。

本发明通过控制模块控制储热式净水系统的监测功能、制水功能及储热功能，从而使储热式净水系统能够在谷电时间或新能源发电高峰，将电能储存成热能，在用热高峰将热能加热净水生成凉开水及热开水，可起到削峰填谷的作用，改善短时高负荷用能需求，当用电有峰谷电价差时，也可利用峰谷电价，降低用户使用成本。此外，控制模块设置的显示单元及指示灯，能让用户直观了解净水系统运行状况，报警器能在系统运行异常时即使提醒客户，避免危险进一步扩大。

可选地，所述热回收模块，包括：净水通道和热水通道；所述净水通道进口端连接过滤模块，出口端连接加热模块，通道内流经净水；所述热水通道进口端连接加热模块，出口端连接凉开水水箱，通道内流经热开水；所述热回收模块通过净水通道内的净水与热水通道内的热开水之间的热量传递对净水进行预热生成预热后的净水，并对热开水进行降温生成凉开水。

本发明实施例中通过净水通道内的净水与热水通道内的热开水之间的热量传递对净水进行预热生成预热后的净水，并对热开水进行降温生成凉开水，充分利用热开水的热量，能够提高电能利用率，在一定程度上降低用户的使用成本。

可选地，所述加热模块，包括：热水通道及回路热管的第一冷凝器，所述热水通道的热水和所述第一冷凝器中的循环工质通过金属壁面间接换热；热开水管路中，所述热水通道进口端连接热回收模块，出口端连接热开水水箱；凉开管水路中，所述热水通道进口端与出口端均连接热回收模块。

本发明实施例中加热模块利用储热模块所储存热量对输入的净水或预热后的净水进行加热，能够提高电能利用率，节省用户的用电成本，降低用户使用成本。

可选地，所述储热模块，包括：电加热器、储热材料及回路热管的蒸发器，所述电加热器，用于将电能转化为热能；所述储热材料，用于储存热能，为所述蒸发器提供热量来加热所述循环工质。

本发明实施例中通过储热模块在新能源发电高峰，利用电加热器将电能转化为热能并储存于所述储热材料中，在用热高峰储热模块及加热模块通过所述回路热管进行热量传递，加热净水，能够改善净水器的短时高负荷用能需求，节省用户用电量，当用电有峰谷电价差时，也可利用峰谷电价，降低用户使用成本。

可选地，储热式净水系统还包括：第一温度传感器，设置于加热模块内，用于监测加热净水的温度；第二温度传感器，设置于热开水水箱内，用于监测热开水水箱的温度，并反馈给控制模块进行24小时控温。第三温度传感器，设置于闭式加热回路内，用于监测所述闭式加热回路中循环工质的温度。

本发明实施例中通过在加热模块设置温度传感器，能够实时掌握净水的加热情况。在闭式加热回路中设置温度传感器，能够掌握换热回路中循环工质的温度。在热开水水箱中设置温度传感器，能够监测热开水水箱中热开水的温度并反馈给控制模块，从而实现24小时控温，可以让用户随时获得热开水，满足用户需求，提高用户体验感与满意度。

第二方面，本发明实施例提供了一种储热式净水系统的方法，基于第一方面提供的系统进行储热、释热及蓄水，包括：

储热过程包括：谷电时间或者新能源发电高峰，通过电加热器将电能转化为热能储存在储热模块的储热材料中；

释热过程包括：当凉开水水箱或热开水水箱需要补水，利用储热模块中储热材料的热量对加热模块中净水进行加热，并利用储热材料的热量维持热开水水箱温度；

蓄水过程包括：控制模块根据各个水箱的液位控制净水管路、热开水管路及凉开水管路的工作状态，开启或停止净水制备、热开水制备或凉开水制备。

本发明实施例中通过设置净水管路、凉开水管路及热开水管路进行净水、热开水及凉开水的制备，完成蓄水，蓄水过程中涉及储热过程及释热过程，蓄水过程如下：

1)净水制备：由控制模块监测净水水箱的液位状态，当监测到净水水箱缺水，则启动过滤功能，给净水水箱补水直至到达液位后停止净水制备。

2)热开水制备：由控制模块监测热开水水箱的液位状态，当监测到热开水水箱缺水，则启动过滤模块、加热模块及储热模块；自来水流经过滤模块进行过滤，过滤后的净水流经未启动的热回收模块后进入加热模块进行加热，当水温达到100度后则进入热开水水箱，给热开水水箱补水直至到达液位后停止热开水制备。

3)凉开水制备：由控制模块监测凉开水水箱的液位状态，当监测到凉开水水箱缺水后，则启动过滤模块、热回收模块、加热模块及储热模块；自来水流经过滤模块进行过滤，过滤后的净水进入热回收模块与来自加热模块的热开水进行换热；预热后的净水进入加热模块进行加热，当水温达到100度后则进入热回收模块进行冷却；冷却后凉开水进入凉开水水箱，给凉开水水箱补水直至到达液位后停止凉开水制备。

本发明实施例提供的储热式净水系统的方法，通过系统的控制模块、过滤模块、热回收模块、加热模块、储热模块、净水水箱、凉开水水箱及热开水水箱进行储热、释热及蓄水，根据各模块功能设计了净水管路、热开水管路及凉开水管路三种工作模式，由控制模块控制各管路工作状态，并根据用电价格和用电时间控制所述储热模块的储热功能与释热功能。本发明能够在谷电时间或新能源发电高峰，将电能储存成热能，在用热高峰将热能加热净水，可起到削峰填谷的作用，降低额定功率和配电成本，改善短时高负荷用能需求，提高新能源利用率，也可利用峰谷电价差，降低用户使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种储热式净水系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种储热式净水系统的运行过程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种储热式净水系统的加热模块与储热模块的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的一种储热式净水系统的回路热管结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种储热式净水系统的方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供了一种储热式净水系统，如图1所示，该系统具体包括：控制模块、过滤模块、热回收模块、加热模块、储热模块、净水水箱、凉开水水箱及热开水水箱；其中，过滤模块及净水水箱构成净水管路，过滤模块对自来水进行过滤来生成净水，并存储于净水水箱；过滤模块、加热模块、储热模块和热开水水箱构成热水管路，储热模块将电能转化为热能供给加热模块，加热模块对过滤模块过滤的净水进行加热生成热开水，并存储于热开水水箱；过滤模块、热回收模块、加热模块、储热模块及凉开水水箱构成凉开水管路，热回收模块对过滤模块过滤的净水进行预热，加热模块对热回收模块预热后的净水进行加热生成热开水，热回收模块再对加热模块加热后的热开水进行降温生成烧开后冷却的凉开水，并存储于凉开水水箱；控制模块，用于根据各个水箱的液位控制净水管路、热开水管路及凉开水管路的工作状态，并根据用电价格和用电时间控制储热模块的储热功能与释热功能。

具体地，在本发明实施例中，控制模块由控制芯片、通讯单元(包括4G模块)、触摸显示屏、报警器、指示灯组成。其中，控制芯片用于整个系统的温度、压力、液位、电流、电压、水流量、水质的监测，以及加压泵的启停、电加热器的启停、电动调阀的开度。

在本发明实施例中，控制模块的通讯模块用于与外部网络模块进行通信，通过网络模块参与电网调度，获取目前用电价格等信息，当电价出现折扣时，储热模块进行储热，达到设定温度后，停止储热。触摸显示器用于显示各水箱温度及水量。报警器用于在水箱出现缺水、电压不稳定、电加热器超温、回路热管压力超压、水质不合格、芯体需更换情况时进行报警。指示灯用于指示工作状态，例如亮绿灯表征系统运行正常，亮红灯表征系统出现故障。

具体地，在本发明实施例中，过滤模块包括但不限于进水流量计、加压泵、组合过滤式芯体和净水流量计；组合过滤式芯体可由PP棉滤芯、活性炭滤芯、反渗透滤芯组成。

具体地，在本发明实施例中，热回收模块是一种水-水传热装置，连接关系如图2所示，净水通道进口端连接过滤模块，出口端连接加热模块，通道内流经净水。热水通道进口端连接加热模块，出口端连接凉开水水箱，通道内流经热开水。净水通道与热水通道并排放置，通过净水通道内的净水与热水通道内的热开水之间的热量传递对净水进行预热生成预热后的净水，并对热开水进行降温生成凉开水，进入凉开水水箱。

具体地，在本发明实施例中，加热模块包括热水通道，热水通道的热水与第一冷凝器的工质通过金属壁面间接换热，将预热后的净水加热至100℃。在加热模块内设置温度传感器T

此外，本发明实施例中储热式净水系统还在热开水水箱中设置温度传感器T

具体地，在本发明实施例中，储热模块由电加热器、储热材料组成，用于将电能变成热能用于加热净水。其中电加热器用于将电能转化为热能，储热材料用于储存热能，为蒸发器提供热量来加热循环工质，进而加热净水。

加热模块与储热模块的连接关系如图3所示，储热模块利用电加热器将电能转化为热能并储存于所述储热材料中，储热模块及加热模块通过所述回路热管进行热量传递。储热模块、加热模块及热开水水箱形成闭式加热回路，在所形成的闭式加热回路中设置温度传感器T

具体地，在本发明实施例中，如图4所示，回路热管用于进行储热模块与加热模块的热传递，其包括：循环工质、蒸发器、第一冷凝器、第二冷凝器、连接管、第一调节阀V

本发明实施例的回路热管(闭式两相热虹吸回路)是一种无机械驱动的被动式高效传热做功装置，依靠冷热源温差和高度差实现内部工质流动，完成蒸发端吸热和冷凝端放热。本实施例中循环工质为R134a，但不以此为限。循环工质经过蒸发器后变为气态，以气体形式流经回路热管的气管(上升管)至冷凝器，冷凝器通过释放循环工质的热量使循环工质由气态变为液态，以液态形式流经回路热管的液管(下降管)至蒸发器，以此循环完成热量传递。

本实施例中设置两个冷凝器，一个设置于加热模块，用来加热净水，一个设置于热开水水箱中，用于为热开水水箱控温提供热量。回路热管利用温度传感器T

如图3所示，蒸发器设置于储热模块中，通过吸收储热模块所存储的热量来加热循环工质。第一冷凝器设置于加热模块中，通过释放循环工质的热量来为加热模块提供热量。第二冷凝器设置于热开水水箱中，通过释放循环工质的热量来控制热开水水箱的温度。如图4所示，循环工质基于冷热源温差和高度差进行流动并传递热量。调节阀开度用来控制循环工质流量来控制出水温度。连接管用于存储循环工质，包括蒸汽管和液体管，构成所述回路热管结构，连接储热模块、加热模块及热开水水箱形成闭式加热回路。压力传感器用于检测回路热管内部压力并反馈给控制模块，控制循环工质工作在预设压力范围内。

净水系统正常运行时，回路热管内部压力在预设压力范围内，当系统出现故障，例如储热温度过高，会导致回路热管压力超过设定的最高值，此时要停止加热器电源，并进行降压，例如放出热开水水箱热水，利用低温净水吸收回路热管热量进行降压。

具体地，在本发明实施例中，净水水箱用于存储净水，内部设置液位测量装置，通过测量净水水箱液位并反馈给控制模块，由控制器根据液位开启和停止净水制备。

凉开水水箱用于存储凉开水，内部设置液位测量装置，通过测量凉开水水箱液位并反馈给控制模块，由控制器根据液位开启和停止凉开水制备。

热开水水箱用于存储热开水，内部设置液位测量装置，通过测量热开水水箱液位并反馈给控制模块，由控制器根据液位开启和停止热开水制备，同时设置温度传感器，用于监测热开水水箱温度并反馈给控制模块进行24小时控温，热量传递由回路热管第一冷凝器完成，将回路热管循环工质的热量传递给热开水水箱，使热开水水箱温度控制在90度左右。

本发明实施例提供的储热式净水系统，可以实现下列功能：

1.监测功能：监测过滤芯体使用情况、监测水质、监测自来水流量和净水流量。

2.制水功能：根据净水水箱水位自动启动/停止净水制备，根据凉开水水箱水位自动启动/停止凉开水制备，根据热开水水箱水位自动启动/停止热开水制备。本实施例中储热式净水系统可提供制备好的净水(未被加热过)，凉开水(烧开后冷却的)和热开水(90度以上)，分别储存在净水水箱、凉开水水箱和热开水水箱，制备过程如图2所示，描述如下：

1)净水制备：由控制模块监测净水水箱的液位状态，当监测到净水水箱缺水，则启动过滤功能，给净水水箱补水直至到达液位后停止净水制备。

2)热开水制备：由控制模块监测热开水水箱的液位状态，当监测到热开水水箱缺水，则启动过滤模块、加热模块及储热模块；自来水流经过滤模块进行过滤，过滤后的净水进入加热模块进行加热，当水温达到100度后则进入热开水水箱，给热开水水箱补水直至到达液位后停止热开水制备。

3)凉开水制备：由控制模块监测凉开水水箱的液位状态，当监测到凉开水水箱缺水后，则启动过滤模块、热回收模块、加热模块及储热模块；自来水流经过滤模块进行过滤，过滤后的净水进入热回收模块与来自加热模块的热开水进行换热；预热后的净水进入加热模块进行加热，当水温达到100度后则进入热回收模块进行冷却；冷却后凉开水进入凉开水水箱，给凉开水水箱补水直至到达液位后停止凉开水制备。

3.储热功能：可根据用电价格和用电时间设置峰谷电储热释热功能，可通过网络模块参与电网调度，智能储热，有需放热。

1)储热过程：谷电时间或者新能源发电高峰，电加热将电能转化为热能储存在储热材料中，完成储热过程。

2)释热过程：当凉开水水箱或热开水水箱需要补水时，储热模块和加热模块启动，利用储热材料的热量加热净水；维持热开水水箱温度的热量也来自储热材料的释热。

本发明实施例提供的储热式净水系统，系统包括控制模块、过滤模块、热回收模块、加热模块、储热模块、净水水箱、凉开水水箱及热开水水箱，根据各模块功能设计了净水管路、热开水管路及凉开水管路三种工作模式，由控制模块控制各管路工作状态，并根据用电价格和用电时间控制所述储热模块的储热功能与释热功能。本发明能够在谷电时间或新能源发电高峰，将电能储存成热能，在用热高峰将热能加热净水，可起到削峰填谷的作用，降低额定功率和配电成本，改善短时高负荷用能需求，提高新能源利用率，也可利用峰谷电价差，降低用户使用成本。

实施例2

本发明实施例提供了一种储热式净水系统的方法，如图5所示，该方法基于实施例1提供的系统进行储热、释热及蓄水，包括：

储热过程包括：谷电时间或者新能源发电高峰，电加热器将电能转化为热能储存在储热模块的储热材料中。

具体地，在本发明实施例中，峰谷电是指按高峰用电和低谷用电分别计算电费的一种电价制度。高峰用电，一般指用电单位较集中(8：00—22：00)，供电紧张时的用电。低谷用电，一般指用电单位较少、供电较充足时的用电，如在夜间(22：00—次日8：00)，收费标准较低。因此，在谷电时间将电能转化为热能储存在储热材料中，能够在峰电时间利用所储存电能为净水系统提供热量，能够利用峰谷电价差，降低用户使用成本。

此外，新能源具有随机性、间歇性和波动性的特点，因此在新能源发电高峰，将电能转化为热能储存在储热材料中，提高新能源利用率，降低用户用电成本。

释热过程包括：当凉开水水箱或热开水水箱需要补水，利用储热模块中储热材料的热量对加热模块中净水进行加热，并利用储热材料的热量维持热开水水箱温度。

具体地，在本发明实施例中，在谷电时间或新能源发电高峰将电量转化为热量进行储存，就是为了在凉开水水箱或热开水水箱需要补水，利用储热模块中储热材料的热量对加热模块中净水进行加热，或者利用储热材料的热量维持热开水水箱温度。释热过程主要是依靠回路热管的蒸发器和冷凝器实现，蒸发器用于吸收储热材料所储存热量来加热循环工质，冷凝器用于释放循环工质的热量来加热净水或为热开水水箱提供热量。

蓄水过程包括：控制模块根据各个水箱的液位控制净水管路、热开水管路及凉开水管路的工作状态，开启或停止净水制备、热开水制备或凉开水制备。

具体地，在本发明实施例中，储热式净水系统包括净水管路、凉开水管路及热开水管路，由控制器监测各水箱液位状况，并通过启动各管路对应模块完成净水、热开水或凉水制备，完成蓄水。

本发明实施例提供的储热式净水系统的方法，通过系统的控制模块、过滤模块、热回收模块、加热模块、储热模块、净水水箱、凉开水水箱及热开水水箱进行储热、释热及蓄水，根据各模块功能设计了净水管路、热开水管路及凉开水管路三种工作模式，由控制模块控制各管路工作状态，并根据用电价格和用电时间控制所述储热模块的储热功能与释热功能。本发明能够在谷电时间或新能源发电高峰，将电能储存成热能，在用热高峰将热能加热净水，可起到削峰填谷的作用，降低额定功率和配电成本，改善短时高负荷用能需求，提高新能源利用率，也可利用峰谷电价差，降低用户使用成本。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。