专利名称：水管系统工作方法
技术领域：
本发明主要针对水管系统，尤其是使水管系统的运作达到高效节约热能并同时节省经济效益的目的。
背景技术：
水和其他能源的节约是当前最重要的课题。该课题包括家用和商业建筑的水管系统。在家用建筑中，相当数量的热能在热水管道输送热水到诸如洗手池，淋浴器，洗碗机，洗衣机之类的用水点的过程中因热量散发而浪费。商业建筑例如宾馆也同时因为连续的水循环或是定时传输热水到大量用水点而浪费水并造成其他能源的浪费。无论是家用还是商用建筑，如果在等待热水从远距离的热水供应源被传送到用水点过程中允许将管道内的冷水放到下水道，大量的水会被浪费。
在一些家用住宅和许多商业建筑中，这种水的浪费可经由安装能连续将热水从热水供应源输送到用水点并将水再循环回该热水供应源的水管系统而被减低。采用这种方法，尽管热水供应源距离较远，但是热水供应总是紧靠在用水点的地方。
虽然这种方法减低了水的浪费，但是此种方法没有最大效率利用其他能源，这是由于使管道用水点与热水供应源相互连接的管道列提供了非常大的用于进行热辐射的表面积。另外，从最新的能源成本角度看，使用一台循环水泵所需的电费也可能阻碍该方法的普及。
无论是循环还是非循环水管系统的热损耗均可通过对热水管和供给用水点的热水加热器进行隔热而得以降低。但是虽然采用隔热的方法可以减慢热能的散发速度，在非循环水管系统中，此方法并不能在较长时间段内起到任何节约作用，这是由于断断续续的使用热水仍然会使水管中的热水温度降低到周围环境温度。换句话说，隔热处理只能延缓热能散发却不能减少热能的损耗。
因此，智能型热水即时供应系统应运而生。此系统已申请美国专利，专利号为5,277,119，5,385,161和5,829,475。这些所论述的系统通过使用”即时控制法”以大量减低水和其它能量损失。具体来讲，无论通过水管系统单独回水管还是通过冷水管来产生水循环，该循环将仅仅在使用者有需要时才启动。启动该循环可使用非自动开关，温度感应计，或是相类似的器械。
本发明采用一个控制器通过分析实际热水使用情况以启动热水再循环的方式使使用者仅仅在所需要的时侯恢复供应热水。
发明内容
本发明是使用一台循环泵来操控一套水管系统的运转。操控的方式主要包括感应水泵的启动，然后在每次感应启动后记录如下所列的至少一个参数日期，星期，启动时间，水泵工作持续时间，热水流量及温度，和冷水流量及温度。
然后分析所记录参数以确定水泵工作规律并根据所述条件和规律启动水泵。
优选地，本发明的该种方式包括不断重复上述步骤以提供不断更新的水泵工作规律以使水泵启动方式根据系统使用情况做出连续性的相应的改变。
更值得一提的是，本发明还可以通过对已确定规律的分析来推测一些潜在的问题。这些潜在问题包括，但不限于，发现水管系统中的泄漏，水泵的过度运转，以及热水和冷水使用关系上的非季节性改变。另外温度感应计可用来探测冰点温度并循环管道内的水以防止水管爆裂。
综上所述，本发明提供了一种管理水的使用并且降低水和其它能源浪费的一种方式，其取决于管道系统的实际使用情况。
另外，本发明包括一个热水再循环系统。该系统包含一个热水供应源，至少一个具有一个热水入口的管道用水点，一条与热水供应源流体连通的管道，使热水从热水供应源循环至管道用水点并从管道用水点回到热水供应源的连接到管道用水点的热水入口，一个使热水在管道内产生循环的水泵和用以感应水泵启动的控制器。同时，该控制器能记录下每次感应启动后如下所列的至少一个参数日期、星期、启动时间、水泵工作持续时间、热水流量、温度和冷水流量及温度。并且该控制器还具有进一步分析所记录参数以确定水泵的启动规律并根据确定的规律启动水泵的功能。
在本发明的另一种实施方式中，一种运转多家庭或是商业用水管系统的方法主要包括通过感应方式来达到下列中的至少一个目的测量在储水器和锅炉间的水温和水流量，测量流入和流出锅炉的水流，探测出热水管和冷水管的泄漏，测量从热水加热设备流出的热水温度，测量墙壁和地板的湿度，探测调节阀的启动，测量每个房间中的室温，和探测循环水泵的运转。
本方法进一步包括通过选择日期、星期、启动时间、运行持续时间、水流量、水温和湿度中的至少一个参数以记录下每次感应启动。由此，根据本发明，可通过对所记录参数进行分析以确定使用规律，水流量、循环状况和水温以达到高效使用水资源和节省能源的目的。
下面结合附图对本发明的优点以及特点进行详细说明，其中图1是根据本发明的即时热水再循环系统的流程示意图，图中主要示出了热水供应源，和一条已装有水泵的并且与至少一个管道用水点相连通的管道，根据控制信号计时所得的统计分析来启动水泵的开关和控制器；图2是本发明的另一种可选实施方式的流程示意图，其针对一种即时热水恢复供应系统，所述系统包括一个热水供应源，一条连接在热水供应源和至少一个管道用水点之间的热水管，一条连接管道用水点、冷水供应源和热水供应源的冷水管，一个将水从热水管循环到冷水管再到热水供应源的水泵，一个用于产生控制信号的开关和一个基于对控制信号计时的统计分析从而响应多个控制信号以启动水泵的控制器；图3是根据本发明的用于操作一个水管系统的方法框图；和图4是根据本发明的用于操作一个多家庭或是商用水管系统的方法框图。
具体实施例方式
参照图1，图中示出了根据本发明的热水再循环系统10。该系统10通常包括一个热水供应源例如热水器12。该热水器可以是普通瓦斯、油、太阳能或是电热水器或是上述的无储水槽的热水器，且所述热水器通过水管14和管道用水点18，19，20，22相连。所述水管14起到了将热水从热水供应源12传输到每个用水点18，19，20并循环回到热水供应源12的管道装置的作用。由此水管14与热水供应源12和管道用水点18，19，20流体连通以最终建立一条热水循环通路24。
更进一步分析，水管14可包括一根热水供水管26和一根单独的热水回水管28。所述供水管26的主要功能是将热水从热水器12传送到各用水点18，19，20，22。所述回水管28的功能是将在使用任何用水点18，19，20过后残留在水管14中的热水循环到热水器12。
热水供应源12还可通过进水管32和冷水供应源相连。热水供应源12可采用任何常规的加热方法进行加热。另外，应该意识到热水供应源12可以是传统的有水槽的瓦斯、电或是太阳能热水器，也可以是上述的没有水槽的热水器，加热盘管，或是其他在美国专利号4,798,224名为”自动热水恢复供应系统”或是美国专利号5,042,524，名为”即时恢复供应系统”中所述的装置。指出这些专利在这里作为参考的目的是识别和论述这些热水恢复循环装置。
水泵30可以被安装在热水循环回路24内或是作为热水器的一部分以使热水在循环回路24中产生循环。
此外，开关36的功能是产生控制信号和启动水泵30。更详细来说，开关36可包含一个流量开关，例如当使用者打开任一用水点18，19，20，22的热水阀，如水龙头38时，该流量开关探测到通过水管14的水流量。控制信号会通过有线或无线的方式被传递到控制器40。以这种方式，水泵30的启动会被感应到。
另一种选择是，可以使用手动开关42A、近程开关42B、运动检测器42C、温度感应计42D、家电开关42E或者音控或声控开关以产生表示用水点18，19，20，22被使用的控制信号。家电开关42E可以是一种微芯片，在家电22被启动但还没有实际运转之前，该微芯片被编程以发送信号。
开关36可以是一种具有常规构造的流量开关，当探测到水管14内有水流量时所述开关会产生信号例如电信号。虽然图中所显示的流量开关被设置在热水供应源12附近，该开关还可设置在任何一个用水点18，19，20，22的下面。除了采用流量开关36，还可通过一个和控制器40相连的手动开关42来产生控制信号。
可装有处理微芯片的控制器40响应于由电线44或是通过无线通信方式传输的大量控制信号以通过接通电源而启动水泵30。
该芯片优选为可编程的微处理器并且能对作为时间函数的任一开关36，42A-42E的启动执行一项或多项的统计分析，从而例如确定用水点18，19，20，22在一天中的平均使用时间。通过例如预先设定的时间、日期、或是星期，微处理器从开关动作收集数据并且定时更新分析以确定水泵启动次数。水泵30会在实际平均使用时间之前不久被接通或被启动。该预期时间间隔可被调整以便热水可以在使用之前循环到用水点18，19，20，22。因为使用时间可能会变化，例如采用日光节约时间(夏时制)，控制器会自动调节启动水泵30。因此，不需要手动设定或是重新设定。如果没有用水点被使用，控制器会调节启动水泵30进行非启动循环。该功能尤其适用于商业建筑如旅馆，当然也同样适宜于住宅使用。
可设置阀门48以防止回水进入热水管14。区域阀门(zone valve)48可如图1所示直接设置在热水供应源12和水泵30之间，也可以设置在水泵30内或是设置在热水供应源内。
阀门48可以是普通阀门如装在阀门接口处50的能完全封闭水管14的区域阀门。区域阀门可以是直接内置在水泵30或水槽48中并且该阀门优选包含合适的材料和合理的构造，当阀门48处于关闭状态时，它能很好的隔绝阀门48两边的水，这样可以将热水从热水供应源12到相邻回水管28的管道内的热损失减至最低。当区域阀门48处于关闭状态时，热水供应源12和在回水管28中的静水是物理分隔开的。如上所述，如果需要的话，区域阀门48可以被安装于水泵30或是热水供应源12中。
区域阀门48通常处于关闭状态以切断水流。由于在当用水点18没有被使用时，区域阀门48是关闭的，从而完全隔绝了热水供应源12和在回水管28的水。此方法能有效阻止因为温度差异而造成的循环。
控制器40与开关36，42A-42E以及区域阀门48相互连接并且在响应于控制信号使区域阀门48打开以允许水流通过。优选的是，水泵30和区域阀门48可响应于控制信号而按上述方法电启动。
应当理解的是一旦水泵30从热水器12中抽取了足够的热水并传送到所有用水点18，19，20，22，尤其是距离热水器12最远的用水点时，水泵30会自动停止工作。
控制器40还可通过被电子程序化来控制水泵30和区域阀门48的运转顺序。例如当温度感应计62已探测到温度升高在1℃到15℃范围内时，整个循环回路24管道内可能充满了热水，且控制信号可被传送至控制器以停止水泵30的运转。此时，区域阀门装置48会在其后短时或立即关闭从而使系统10恢复到待命状态。如果需要的话，控制器可采用手动开关(图中未示出)达到同样功效。
图2示出了本发明的另一种可选实施方式。图中示出了一个热水恢复系统110，该系统通常包括一个瓦斯或是电热水器，所述热水器通过热水供水管116被连接至管道用水点例如水槽114。另外值得注意的是，热水供应源112可以是图中所示出的加热器112，也可以其他在美国专利号4,798,224名为”自动热水恢复供应系统”或是美国专利号为5,042,524，名为”即时恢复供应系统”里所阐述的装置。另外传统方法还包括用冷水管118将冷水供应源120和水槽14相连。此外该冷水供应源120还通过供水管122和热水供应源112相连。
可选的管道用水点例如水槽128，130，洗衣机132可与其他在住宅和商用建筑内普遍使用的公共管道用水点设置在一起。所有这些用水点都分别通过供水管140和142用平行结构与热水输送管116和冷水输送管118相连接。在选定的管道用水点处，例如离热水供应源112最远的水槽114处，可分别通过供水管140和142将水泵连接在热水输送管116和冷水输送管118之间。通过使用冷水输送管作为水流回到热水供应源112的管道，水泵将水从热水输送管116循环至冷水输送管118，最后通过水管122回到热水供应源112。该新系统中不需要再安装其它专门的循环水管。为了使水泵146有效的使水流产生倒流亦即通过冷水输送管118把水流回到热水供应源112，水泵146自然必须能产生足够热量以克服水管内的静水压力。
本发明的热水传送系统110可与现有系统结合在一起使用。现有水管系统可包括热水供应源112，热水输送管116和冷水输送管118，以及管道用水点114。在此例中，将在下文中详细说明的水泵146和控制器150可被安装在靠近用水点114的地方而不会影响整个现有管道系统的其他部分。该种实施方式的最大好处在于无论对于住宅或商业建筑，安装和使用本发明的热水恢复系统不会对现有系统造成所不希望的影响。
控制系统或控制器150和上面已论述的控制器140的功能是一样的。其功能是将电流输出端152切换至水泵146以便使该水泵将水从热水管116循环到冷水管118。
温度感应计154可设置在管线156中，该管线通过供水管140使水泵146和热水输送管116相连，以控制水泵146使之停止从而阻止已被加热的水被循环通过冷水输送管118，下文会对此进行详述。温度感应计154可以是普通的也可以是特殊设计的被插入管道156内以使水在其上流动的仪器。它也可以是恒温器类型的被绑在管道156外部或是结合到热水供应源12或水泵30中的探测计。该感应计154典型作用是探测某一特定水温并响应于该水温以使控制系统停止水泵146。
但是已发现，感应计的灵敏度可能不足以防止不需要的热水进入冷水输送管118。所以本发明的优选实施方式为使用被构造用于能够探测温度升高或升高梯度的探测计，具体来说，该探测计能探测出温度升高1度或2度以使控制系统152发生响应而关闭水泵146。所以无论在管道156中的实际水温是多少，升高1或2度会自动关闭水泵146。温度感应计154也可操作用于探测冰点温度从而启动控制系统152而产生水循环以防止因为冰冻而造成管道破损。
优选的启动水泵146的方法是通过统计分析由开关160产生的大量控制信号，以上面已阐述的控制器40的方式由控制器150实现水泵146的启动。如上所述，开关160可以是手动控制的，具探测移动物体功能的，能进行近程探测的，可以探测温度的流量探测计164，或是利用能分辨声和音的传声器。
虽然图中所示流量探测计164被放置在靠近热水供应源112的地方，它也可被放置于用水点114下面的管道140中以减少所需的电连接以及使得本发明所包括的所有装置都可以被安装于用水点114的下面。
值得注意的是如果水泵146不是正排水的装置也就是说不允许水往反方向流的话，需要安装一个单向阀170以阻止倒流，且优选的是在水泵146的上游插入一个受控制系统150控制的螺线管172以使当控制系统150关闭水泵146时，该螺线管172可以阻止水流流过水泵146。
应当指出的是温度感应计152应当被设置于热水管道内或是按上面所述的方法附接到其上以阻止热水输送管116内的热水和冷水输送管118内的冷水相混合。然而水泵可以被设置在系统110中冷水输送管118和热水输送管116之间的任何位置。
在本发明的另一具体实施方式
中，传声器180可被附接到热水输送管116上，利用提供声音感应的方法探测热水管116内的水流量并且产生与其相对应的控制信号，并将该控制信号送达控制系统150以达到如上所述启动水泵146的目的。
此外，一个能产生声音的元件182可以被安装在热水输送管116内，优选安装在靠近热水供应源112处，用以响应于热水输送管116内的水流而产生特征声音。
该元件可包括任何在水流作用下能产生声音的可旋转的器械例如螺旋桨，图中未示出。在本发明中，可使用任何一种能产生声音的元件182。由于声音通常能随着管道116和其中的水一起传播，在此情况下不需要单独布线连接，且传声器80优选是任何常规的能感应由元件182所产生的声音的设备。如上所述，一个独立的传声器或是任何声音感应装置80都可被用于声或音的激活，用于产生输入控制器的控制信号。
值得注意的是，虽然上面所阐述了如何将本发明安装在整个住宅或商业建筑的水管系统内，但是本发明还可以被用在更大范围的水管系统的区域中，如下面所述。也就是说，如果建筑内的管道属于“主管道和从属管道”类型的管道系统的话，建筑物内的房间的管道可能被区域性的划分。换句话说，如果在水管配管(图中未示出)的设定时，水管(热水)没有包括在循环回路中，而是在和住宅内某一区域的管道相关方向上进行配管的话，在热水管道的一端需要安装一个阀门，该阀门能够在使用者需要热水或是准备要热水的时候接收到信号。采用这种方法，热水将仅流动至选定的区域或是住宅的一部分区域。该区域可以是基于专用循环回路，也可以是用冷水回水管以形成循环回路。
如图3所示，根据本发明的方法包括感应所述水泵30的启动；记录每次感应启动至少一个参数，该参数是从一组包含日期、星期、启动时间、水泵工作持续时间、热水流量及温度和冷水流量和温度中选出的；然后通过分析所记录的参数以确定水泵启动状况；最后按分析结果所确定的规律启动水泵。
更理想的是，上述方法进一步包括不断重复感应、记录、分析以及启动的步骤。
此外，该方法可包括通过对已经确定的规律进行分析从而发现潜在问题并且报告这些问题的功能。潜在问题可能包括泄漏，水泵30的运转时间过长，以及在热水和冷水使用选择上的非季节性变化。
图4示出了根据本发明的操控一套多家庭或是商业用水管系统的方法，所述方法包括感应启动运行并且记录下每次感应启动发生时如下所列的至少一个参数该参数是从一组包含日期、星期、启动时间、使用持续时间、水流量、水温和湿度中选出的。
此后，本发明可通过对所记录参数进行分析以确定使用规律并根据确定的规律控制水流循环状况、水温和水的用量。
根据本发明感应到的启动信号包括，但不限于，测量在储水器和锅炉间的水温和水流量，测量流入和流出锅炉的水流量，探测出热水管和冷水管的泄漏，测量从热水加热器流出的水温和热水流量，测量墙壁和地板的湿度，探测气流调节器的启动，测量建筑物内每个房间的室温，和探测循环水泵的运转。
由于全部这些结构或其一部分在家庭住宅，公寓，连体式公寓住宅区，旅馆，和其他商业用建筑结构已经相当普遍，为清楚起见，在此不对上述每一公知建筑结构做更详细的一一论述。
对于本发明在上述所阐述的方法，根据本发明的配管安全方法还进一步包括继续或重复包括感应、记录、分析、和控制在内的步骤。
虽然上面阐述了本发明所包括的操控一个多家庭位宅或是商业用建筑的水管系统的最有利的热水恢复供应系统和循环系统的方法和布置，但应当指出的是本发明不仅仅局限于这里所阐述的。本发明可适当包括，或大体包括在此所引用的元素。此外，由于在此只是列举说明本发明工作原理，所以本发明可在没有包括其他组成部分的元素的情况下进行实施。因此按照附加技术方案的定义，对于本领域的技术人员来说，本发明所做的任何和全部修改或变更，或等效布置，应被认为是包括在本发明技术范围内的。
权利要求
1.一种操作具有循环水泵的管道系统的方法，所述方法包括以下步骤感应所述水泵的启动；在每次感应启动后记录如下所列的至少一个参数日期、星期、启动时间、水泵工作持续时间、热水流量及温度、和冷水流量及温度；分析所记录的参数以确定水泵工作规律；以及根据所述确定的规律启动水泵。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括重复包括感应、记录、分析以及启动在内的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过对已经确定的规律进行分析从而发现潜在问题并且报告这些问题。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述潜在问题包括管道系统发生泄漏。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述潜在问题为水泵的过度运转。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述潜在问题为热水和冷水使用关系上的非季节性变化。
7.根据权利要求2所述的方法，进一步包括通过对已经确定的规律进行分析从而发现潜在问题并且报告这些问题。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述潜在问题包括管道系统发生泄漏。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述潜在问题为水泵的过度运转。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述潜在问题为热水和冷水使用关系上的非季节性变化。
11.一种即时热水再循环系统，包括一个热水供应源；至少一个具有一个热水入口的管道用水点；一条与热水供应源流体连通的管道，使热水从热水供应源循环至管道用水点并从管道用水点回到所述热水供应源的连接到管道用水点的热水入口；一个使热水在管道内产生循环的水泵；和一个控制器具有以下功能即感应所述水泵的启动；记录下每次感应启动后如下所列的至少一个参数日期、星期、启动时间、水泵工作持续时间、热水流量、温度和冷水流量及温度；分析所记录的参数以确定水泵的启动规律；根据确定的规律启动水泵。
12.一种运转多家庭/商业用管道系统的方法，所述方法包括感应一个启动信号，所述启动信号包括下列中的至少一个目的测量在储水器和锅炉间的水温和水流量；测量流入和流出所述锅炉的水流量；探测出热水管和冷水管的泄漏；测量从热水加热设备流出的热水温度；测量墙壁和地板的湿度；探测调节阀的启动；测量多个房间中的每个的室温；和探测循环水泵的运转；记录下每次感应启动时如下所列的至少一个参数该参数是从一组包含日期、星期、启动时间、使用持续时间、水流量、水温和湿度中选出的；通过对所记录参数进行分析以确定规律；以及根据确定的规律控制水流量、循环状况、水温和水的用量。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括重复包括感应、记录、分析以及启动在内的步骤。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括通过对已经确定的规律进行分析从而发现潜在问题并且报告这些问题。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述潜在问题为水泵的过度运转。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述潜在问题为热水和冷水使用关系上的非季节性变化。
17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括通过对已经确定的规律进行分析从而发现潜在问题并且报告这些问题。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述潜在问题为水泵的过度运转。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述潜在问题为热水和冷水使用关系上的非季节性变化。
全文摘要
一种集合式住宅/商业用建筑的水管系统的运作方法，该方法包括通过感应一个过程并且记录每次感应过程的日期、星期、启动时间、使用持续时间、水流量、水温和湿度中的至少一个参数。由此，通过对所记录参数进行分析以确定规律并且根据已确定的规律控制此后的水流量、循环状况、水温以及用水量。
文档编号F24D17/00GK1724946SQ20051008468
公开日2006年1月25日 申请日期2005年7月18日 优先权日2004年7月19日
发明者拉里·K·阿克 申请人:拉里·K·阿克