一种热水器无效冷水回收利用系统.pdf

本发明提供一种热水器无效冷水回收利用系统，包括热水器、温压三通控制阀和冷水回收装置，温压三通控制阀包括压力感应器、微控制器、温度感应器、阀体、阀芯、柱塞，柱塞的柱塞杆两端分别与第一磁铁、第二磁铁固定连接，柱塞的活塞部位于阀芯内的活塞腔中，阀体上的进口、第一出口和第二出口分别与活塞腔相通；第一磁铁、第二磁铁分别与第一电磁绕组、第二电磁绕组相对设置，微控制器分别与压力感应器、温度感应器、第一电磁绕组、第二电磁绕组电连接；热水器的热水出口与温压三通控制阀上的进口管道连接相通，温压三通控制阀上的冷水出口与冷水回收装置管道连接相通。本发明减少了热水器的无效冷水的浪费，有利于节能降耗。

1.  一种热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：包括热水器、温压三通控制阀和冷水回收装置，所述温压三通控制阀包括压力感应器(1)、微控制器、温度感应器(12)、阀体(5)、阀芯(7)、柱塞(2)，所述柱塞(2)的柱塞杆两端均外露于阀体(5)且分别与第一磁铁(4)、第二磁铁(9)固定连接，所述柱塞(2)的活塞部位于阀芯(7)内的活塞腔中且相对于阀芯(7)直线运动，所述阀体(5)上的进口(11)、第一出口(6)和第二出口(8)分别与阀芯(7)内的活塞腔相通；所述第一磁铁(4)、第二磁铁(9)分别与第一电磁绕组(3)、第二电磁绕组(10)相对设置，所述微控制器分别与压力感应器(1)、温度感应器(12)、第一电磁绕组(3)、第二电磁绕组(10)电连接；所述热水器的热水出口与温压三通控制阀上的进口(11)管道连接相通，所述温压三通控制阀上的冷水出口与冷水回收装置管道连接相通。

2.  根据权利要求1所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的冷水回收装置包括水泵和单向阀，所述温压三通控制阀上的冷水出口与水泵进口端管道连接，水泵出口端与单向阀进口端管道连接，单向阀出口端与热水器的冷水进口管道连接相通。

3.  根据权利要求1所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的冷水回收装置包括集水箱，所述集水箱进口端与温压三通控制阀上的冷水出口管道连接相通。

4.  根据权利要求1所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的冷水回收装置包括集水箱、压力三通阀和用水设施，在集水箱上设置与微控制器电连接的水位感应器，所述集水箱进口端与温压三通控制阀上的冷水出口管道连接相通，集水箱出口端与压力三通阀上的一个进口端管道连接，压力三通阀上的另一个进口端与热水器的冷水进口管道连接，压力三通阀上的出口端与用水设施之间管道连接，并且，当水位感应器反馈集水箱有水信号时，微控制器控制压力三通阀并使压力三通阀与用水设施之间的管道导通，压力三通阀与热水器的冷水进口管道之间的管道关闭；当水位感应器反馈集水箱无水信号时，微控制器控制压力三通阀并使压力三通阀与热水器的冷水进口管道之间的管道导通，而压力三通阀与用水设施之间的管道关闭。

5.  根据权利要求1-4任一项所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的压力感应器(1)设置在与温压三通控制阀的第一出口(6)或者第二出口(8)相通的输出热流体管路上，用于感应所述输出热流体管路上输出的热流体的压力信号， 并将压力信号传输至微控制器。

6.  根据权利要求1-4任一项所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的压力感应器(1)设置在与温压三通控制阀的第一出口(6)或者第二出口(8)相通的输出热流体管路上，在所述输出热流体管路上设置控制热流体流出的控制阀，所述压力感应器(1)用于感应所述控制阀的开度的压力信号，并将压力信号传输至微控制器。

7.  根据权利要求1-4任一项所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的温度感应器(12)设置在与温压三通控制阀的进口(11)相通的输入管路上，用于感应进入所述进口(11)的水流的温度信号，并将温度信号传输至微控制器。

8.  根据权利要求1-4任一项所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的柱塞(2)的截面形状为“十”字形。

9.  根据权利要求1-4任一项所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的第一磁铁(4)与第一电磁绕组(3)之间的衔合接触面是与柱塞(2)的柱塞杆相互垂直的平面。

10.  根据权利要求1-4任一项所述的热水器无效冷水回收利用系统，其特征在于：所述的第二磁铁(9)与第二电磁绕组(10)之间的衔合接触面是与柱塞(2)的柱塞杆相互垂直的平面。

一种热水器无效冷水回收利用系统
技术领域
本发明涉及热能工程领域中的一种热水循环系统，尤其是涉及一种热水器无效冷水回收利用系统。
背景技术
目前，在家庭或者其他生活娱乐场所的厨房、卫生间或者盥洗间等地方，一般都安装有热水器。一般来说，热水器管路系统的连接方式是：热水器的出水端与热水水龙头的进口端通过管道连接，具体长度根据场所的不同而有所不同，从几米到几十米不等。由于这段热水管管道的存在，每次在使用热水器时，热水龙头并不能立即流出热水，而是需要等待热水龙头排出冷水一段时间之后，才能流出我们所需要的热水，这样就造成了水资源的浪费。造成上述问题的主要原因就是热水器出水端和热水龙头之间这段管道(该段管道定义为热水管，下同)中残留的冷水排出以及热水器加热冷水均需要一定的时间。
针对上述问题，现有的解决方法中，最普遍的就是采用热水循环系统。该系统虽然能达到无效冷水(特指未达到一定温度的冷水或者温水，下同)为零的目的，且同时满足即时热水的要求，即拧开热水龙头便有热水流出，而毋需等待一段时间。但是，由于要达到即时热水的目的，因此，热水循环系统必须全时段运行或者定时段运行，这样就不可避免地消耗掉更多的能源，不利于节能降耗，而且，与该热水循环系统运行所消耗能源的价值相比，该热水循环系统所能够消除的无效冷水的价值也是值得商榷的，在实际运行中，这种热水循环系统的经济性并不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种热水器无效冷水回收利用系统，减少使用热水器时的无效冷水资源的浪费，并且能源消耗少。
本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种热水器无效冷水回收利用系统，包括热水器、温压三通控制阀和冷水回收装置，所述温压三通控制阀包括压力感应器、微控制器、温度感应器、阀体、阀芯、柱塞，所述柱塞的柱塞杆两端均外露于阀体且分别与第一磁铁、第二磁铁固定连接，所述柱塞的活塞部位于阀芯内的活塞腔中且相对于阀芯直线运动，所述阀体上的进口、第一出口和第二出口分别与阀芯 内的活塞腔相通；所述第一磁铁、第二磁铁分别与第一电磁绕组、第二电磁绕组相对设置，所述微控制器分别与压力感应器、温度感应器、第一电磁绕组、第二电磁绕组电连接；所述热水器的热水出口与温压三通控制阀上的进口管道连接相通，所述温压三通控制阀上的冷水出口与冷水回收装置管道连接相通。
优选地，所述的冷水回收装置包括水泵和单向阀，所述温压三通控制阀上的冷水出口与水泵进口端管道连接，水泵出口端与单向阀进口端管道连接，单向阀出口端与热水器的冷水进口管道连接相通。
优选地，所述的冷水回收装置包括集水箱，所述集水箱进口端与温压三通控制阀上的冷水出口管道连接相通。
优选地，所述的冷水回收装置包括集水箱、压力三通阀和用水设施，在集水箱上设置与微控制器电连接的水位感应器，所述集水箱进口端与温压三通控制阀上的冷水出口管道连接相通，集水箱出口端与压力三通阀上的一个进口端管道连接，压力三通阀上的另一个进口端与热水器的冷水进口管道连接，压力三通阀上的出口端与用水设施之间管道连接，并且，当水位感应器反馈集水箱有水信号时，微控制器控制压力三通阀并使压力三通阀与用水设施之间的管道导通，压力三通阀与热水器的冷水进口管道之间的管道关闭；当水位感应器反馈集水箱无水信号时，微控制器控制压力三通阀并使压力三通阀与热水器的冷水进口管道之间的管道导通，而压力三通阀与用水设施之间的管道关闭。
优选地，所述的压力感应器设置在与温压三通控制阀的第一出口或者第二出口相通的输出热流体管路上，用于感应所述输出热流体管路上输出的热流体的压力信号，并将压力信号传输至微控制器。
优选地，所述的压力感应器设置在与温压三通控制阀的第一出口或者第二出口相通的输出热流体管路上，在所述输出热流体管路上设置控制热流体流出的控制阀，所述压力感应器用于感应所述控制阀的开度的压力信号，并将压力信号传输至微控制器。
优选地，所述的温度感应器设置在与温压三通控制阀的进口相通的输入管路上，用于感应进入所述进口的水流的温度信号，并将温度信号传输至微控制器。
优选地，所述的柱塞的截面形状为“十”字形。
优选地，所述的第一磁铁与第一电磁绕组之间的衔合接触面是与柱塞的柱塞杆相互垂直的平面。
优选地，所述的第二磁铁与第二电磁绕组之间的衔合接触面是与柱塞的柱塞杆相 互垂直的平面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：温压三通控制阀通过温度感应器感应阀门输入端的水流温度变化、并通过压力感应器来感应阀门输出端的机械压力或者水流压力的变化，可以实现温压三通控制阀的完全关闭和两种一进一出共3种开关状态。当热水器开启后，通过温压三通控制阀可以将热水器出口端和热水使用点之间的管路中的无效冷水输出至冷水回收装置，以实现无效冷水的回收利用或者收集起来用于其他用水点，从而有效地减少了热水器的无效冷水的浪费，有利于热水器的节能降耗。
附图说明
图1为本发明一种热水器无效冷水回收利用系统的结构原理框图(实施方式1)。
图2为本发明一种热水器无效冷水回收利用系统的结构原理框图(实施方式2)。
图3为本发明一种热水器无效冷水回收利用系统的结构原理框图(实施方式3)。
图4为图1/图2/图3中的温压三通控制阀的原理结构图(阀门处于完全关闭状态)。
图5为图1/图2/图3中的温压三通控制阀的进口与第一出口相通的状态示意图。
图6为图1/图2/图3中的温压三通控制阀的进口与第二出口相通的状态示意图。
图中标记：1-压力感应器，2-柱塞，3-第一电磁绕组，4-第一磁铁，5-阀体，6-第一出口，7-阀芯，8-第二出口，9-第二磁铁，10-第二电磁绕组，11-进口，12-温度感应器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示的一种热水器无效冷水回收利用系统，主要包括热水器、温压三通控制阀和冷水回收装置，其中的温压三通控制阀的结构如图4、图5、图6所示，主要包括阀体5、阀芯7、柱塞2、压力感应器1、微控制器、温度感应器12、第一磁铁4、第二磁铁9以及第一电磁绕组3和第二电磁绕组10，其中的阀体5采用球形阀体，以简化加工工艺，降低制造成本，在阀体5的左半侧上设置一个进口11，右半侧上设置两个出口：第一出口6和第二出口8。所述的阀芯7被包覆在阀体5内腔中，在阀芯7上设置活塞腔，所述活塞腔的截面形状为矩形，且分别与进口11、第一出口6、第二 出口8相通。所述的柱塞2是截面形状为“十”字形的柱塞，其中的柱塞杆两端均外露于阀体5，且分别与第一磁铁4、第二磁铁9固定连接，所述的第一磁铁4、第二磁铁9分别与第一电磁绕组3、第二电磁绕组10相对设置；柱塞2上的活塞部则位于阀芯7内的活塞腔中，柱塞2整体可以相对于阀芯7作上下直线运动。采用这样的结构可以节省柱塞2的材料用量，减轻柱塞2的自身重量，使得克服柱塞2的重力做功所需的第一磁铁4与第一电磁绕组3之间的电磁力或者第二磁铁9与第二电磁绕组10之间的电磁力可以适当降低，从而在增加柱塞2的运动灵活性的同时，还可以减少温压三通控制阀的能耗，有利于提高温压三通控制阀的灵敏度。
为了叙述方便，本实施例中，将从温压三通控制阀流出的温度高于一定温度(即设定温度)的流体定义为热流体，与此对应，将温压三通控制阀输出热流体的出口设定为第二出口8。所述的微控制器分别与压力感应器1、温度感应器12、第一电磁绕组3、第二电磁绕组10电连接，其中的压力感应器1设置在与温压三通控制阀的第二出口8相通的输出热流体管路上，用于感应所述输出热流体管路上输出的热流体的压力信号，并将压力信号传输至微控制器。所述的温度感应器12设置在与温压三通控制阀的进口11相通的输入管路上，用于感应进入所述进口11的流体的温度信号，并将温度信号传输至微控制器。
那么，上述的温压三通控制阀的控制原理是：
当压力感应器1传输至微控制器的压力信号是压力变化为零，且温度感应器12传输温度信号至微控制器，该温度信号可以是任意温度，此时，微控制器控制第一电磁绕组3、第二电磁绕组10都不通电，第一磁铁4与第一电磁绕组3之间、第二磁铁9与第二电磁绕组10之间均处于分离状态，柱塞2处于初始位置，其活塞部封闭进口11，如图1所示。因此，由于温压三通控制阀的进口11不通，水流无法从温压三通控制阀的第一出口6、第二出口8通过，此时的温压三通控制阀即处于完全关闭状态。
当压力感应器1传输至微控制器的压力信号是产生一定变化的压力信号，且温度感应器12传输至微控制器的温度信号是水流温度小于或者等于一定温度时，此时，微控制器控制第二电磁绕组10通电，而第一电磁绕组3则不通电，第二电磁绕组10与第二磁铁9之间产生一定的电磁力，使第二磁铁9向第二电磁绕组10靠拢运动，第二磁铁9的运动带动柱塞2向第二电磁绕组10方向移动，当第二磁铁9与第二电磁绕组10衔合时，柱塞2上的活塞部位于进口11、第二出口8之间，如图2所示。此时，进口11、第一出口6之间的通道完全导通，水流可以从进口11流向第一出口6，而第二 出口8则不通，即进口11、第二出口8之间的通道中没有水流流过。为了提高第二磁铁9与第二电磁绕组10之间衔合的可靠性，第二磁铁9与第二电磁绕组10之间的衔合接触面最好是设计成与柱塞2的柱塞杆相互垂直的平面。
当压力感应器1传输至微控制器的压力信号是产生一定变化的压力信号，且温度感应器12传输至微控制器的温度信号是流体温度高于一定温度时，微控制器控制第一电磁绕组3通电，而第二电磁绕组10则不通电，第一电磁绕组3与第一磁铁4之间产生一定的电磁力，使第一磁铁4向第一电磁绕组3靠拢运动，从而带动柱塞2向第一电磁绕组3方向移动，当第一磁铁4与第一电磁绕组3衔合时，柱塞2上的活塞部位于进口11、第一出口6之间，如图3所示。此时，进口11、第二出口8之间的通道完全导通，流体可以从进口11流向第二出口8，即第二出口8输出一定温度的热流体，而第一出口6则不通，即进口11、第一出口6之间的通道中没有流体流过。为了提高第一磁铁4与第一电磁绕组3之间衔合的可靠性，第一磁铁4与第一电磁绕组3之间的衔合接触面最好是设计成与柱塞2的柱塞杆相互垂直的平面。
需要说明的是，上述的压力感应器1不限于设置在与温压三通控制阀的第二出口8相通的热流体输出管路上，还可以是设置在与温压三通控制阀的第二出口8相通的输出热流体管路上，在所述输出热流体管路上设置控制热流体流出的控制阀，所述压力感应器1用于感应所述控制阀的开度的压力信号，并将压力信号传输至微控制器。例如，此处所指的控制阀可以是普通的二通开关阀门，其上增加可以感应机械压力的弹性压力弹片，所述控制阀的开度由弹性压力弹片控制，当弹性压力弹片所承受的机械压力信号被压力感应器1感应、检测到后即可传输至微控制器。采用这样的结构后，由于压力感应器1是感应机械压力信号，因此，对压力感应器1的灵敏度要求比较低，可以降低压力感应器1的应用成本，从而有利于节省温压三通控制阀的整机成本。
根据上述内容可知，所述温压三通控制阀上的第一出口6为冷水出口，而第二出口8则为热水出口。温压三通控制阀正是通过温度感应器12来感应阀门输入端的水流温度变化、并通过压力感应器1来感应阀门输出端的机械压力或者水流压力的变化，温度信号和系统提供的压力信号这两种变量信号均传输至微控制器，通过微控制器输出的控制信号来控制第一电磁绕组3与第一磁铁4之间的衔合或者第二电磁绕组10与第二磁铁9之间的衔合，使柱塞2相对于阀体5作上下直线运动，从而实现了温压三通控制阀的上述3种开关状态，即完全关闭状态和两种一进一出状态。因此，利用同一个温压三通控制阀可以很容易地控制不同温度的水流的流向。
如图1所示，其中的冷水回收装置包括水泵和单向阀，其中的水泵可以与微控制器电连接，使水泵感应第一出口6的开启而启动，同时，感应第一出口6的关闭而自动关闭。所述热水器的热水出口与温压三通控制阀上的进口11管道连接相通，所述温压三通控制阀上的第一出口6与水泵进口端管道连接，第二出口8与热水使用点连接，水泵出口端与单向阀进口端管道连接(该段管道定义为回收管，下同)，单向阀出口端与热水器的冷水进口管道(该段管道定义为冷水管，下同)连接相通。
与上述的温压三通控制阀的控制原理相对应，上述热水器无效冷水回收利用系统主要有如下3个工作阶段：
第一，当热水器处于停用状态时，此时的温压三通控制阀上的进口11处于不通状态，因此，水流处于不流动状态，第一出口6、第二出口8均无水流输出。
第二，当热水器刚启用时，此时，因为热水器的热水出口端与温压三通控制阀上的进口11之间的管道(该段管道定义为热水管，下同)中有遗留的冷水，且热水器加热冷水需要一定时间，温压三通控制阀上的第二出口8处于不通状态，而进口11、第一出口6之间则导通，因此，热水管中遗留的冷水可以通过第一出口6流向水泵，水泵通过感应第一出口6的开启而启动，通过水泵对回收管中的冷水加压后将其压入热水器进水端的冷水管中，连接在回收管与冷水管之间的单向阀可以阻止冷水管中的冷水流向回收管。通过水泵回收并经过单向阀进入热水器的冷水由热水器重新加热后输出，从而使得无效冷水得以回收利用，实现了热水器无效冷水的零浪费。其中的水泵运行时间短，无需随时开启，因此，更加有利于节能降耗。
第三，当热水器启动一段时间后，热水管中的水温达到一定温度后，温压三通控制阀上的第一出口6不通，而进口11、第二出口8之间则导通，因此，热水通过第二出口8流向热水使用点，这里的热水使用点一般为水龙头，而回收管管路中因为第一出口6的关闭反馈给水泵后使水泵自动关闭，此时回收管中的水流停止流动，整个系统进入正常加热供水的阶段。
上述的热水器无效冷水回收利用系统适用于各种安装不同种类热水器的供水系统，例如卫生间、盥洗间以及厨房的热水器，也包括酒店、餐饮等服务行业中的热水供给系统。
实施例2
如图2所示的热水器无效冷水回收利用系统，其中的冷水回收装置包括集水箱，所述集水箱进口端与温压三通控制阀上的第一出口6管道连接相通，所述集水箱的出 口端与若干个无压冷水用水点连接；所述热水器的热水出口与温压三通控制阀上的进口11管道连接相通，温压三通控制阀上的第二出口8则与热水使用点连接。其他结构同实施例1，在此不再赘述。
与上述的温压三通控制阀的控制原理相对应，本实施例中的热水器无效冷水回收利用系统主要有如下3个工作阶段：
第一，当热水器处于停用状态时，此时的温压三通控制阀上的进口11处于不通状态，因此，水流处于不流动状态，第一出口6、第二出口8均无水流输出。
第二，当热水器刚启用时，此时，因为热水管中有遗留的冷水，且热水器加热冷水需要一定时间，温压三通控制阀上的第二出口8处于不通状态，而进口11、第一出口6之间则导通，因此，热水管中遗留的冷水通过第一出口6流向集水箱中储备，然后提供给若干个无压冷水用水点使用，从而使得无效冷水得以回收利用，实现了热水器无效冷水的零浪费。
第三，当热水器启动一段时间后，热水管中的水温达到一定温度后，温压三通控制阀上的第一出口6不通，而进口11、第二出口8之间则导通，因此，热水通过第二出口8流向热水使用点，这里的热水使用点一般为水龙头。通过第一出口6的水流因为第一出口6的闭合而停止向集水箱供水，整个系统进入正常加热供水的阶段。
上述的集水箱可以根据不同的安装情况而调整容器的形状，例如箱、管、柱类容器。这种热水器无效冷水回收利用系统适用于大型成套的热水供给系统，主要用于酒店、餐饮等生活服务类领域。
实施例3
如图3所示的热水器无效冷水回收利用系统，其中的冷水回收装置包括集水箱、压力三通阀和用水设施，该处的用水设施是马桶。在集水箱上设置与微控制器电连接的水位感应器，所述集水箱进口端与温压三通控制阀上的第一出口6管道连接相通，集水箱出口端与压力三通阀上的一个进口端管道连接，压力三通阀上的另一个进口端与热水器的冷水进口管道连接，压力三通阀上的出口端与马桶之间管道连接，并且，当水位感应器反馈集水箱有水信号时，微控制器控制压力三通阀并使压力三通阀与马桶之间的管道导通，压力三通阀与热水器的冷水进口管道之间的管道关闭；当水位感应器反馈集水箱无水信号时，微控制器控制压力三通阀并使压力三通阀与热水器的冷水进口管道之间的管道导通，而压力三通阀与马桶之间的管道关闭。其他结构同实施例1，在此不再赘述。
与上述的温压三通控制阀的控制原理相对应，本实施例中的热水器无效冷水回收利用系统是在实施例2的基础上具体化，将集水箱的水通过压力三通阀来用作马桶用水。其工作原理主要分为两部分：一部分为集水箱进水端前段管路工作状态，即上述的实施例2，在此不再赘述；另一部分为集水箱出水端到用水点之间管路的工作状态，该部分的工作状态取决于压力三通阀的开关状态，而压力三通阀的开关状态是通过集水箱中水位感应器是否感应有水这一信号反馈控制的，具体而言：
第一，当水位感应器感应到集水箱有水时，其向微控制器反馈集水箱有水的信号，微控制器控制压力三通阀并使集水箱与马桶之间的管道导通，而集水箱与热水器的冷水进口管道之间的管道则关闭，此时，集水箱向马桶供水，并且冷水管停止向马桶供水。
第二，当水位感应器感应到集水箱无水时，其向微控制器反馈集水箱无水的信号，微控制器控制压力三通阀并使集水箱与热水器的冷水进口管道之间的管道导通，而集水箱与马桶之间的管道则关闭，此时，冷水管向马桶供水，而集水箱则停止给马桶供水。
本实施例中的热水器无效冷水回收利用系统适用于任何带有马桶的卫生间的热水供给系统，包括生活中的各个领域。其可以达到将无效冷水收集并控制马桶供给水的来源，从而使得无效冷水的浪费为零，且无效冷水得以有效利用，提高了水资源的利用率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。