专利名称：液体分配系统中的龙头液体节约装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于基本上保留液体分配系统中液体的温度的方法，该液体分配系统具有从一个液体源延伸至一个液体龙头的至少一个液体导管。本发明还涉及这样一种液体分配系统，例如用于在建筑物、船舶、飞机、车辆或者液体被分配给一个或多个液体龙头的其他结构中用于热和/或冷水的分配。
背景技术：
在大多数建筑物中，有一个用于水的分配系统，通常有用于冷水和热水的单独的管路。水经常由公共设施提供。对于冷水，水可能是在减压后从源头直接引出，而对于热水，典型地有一个本地加热器或一个热交换器，这样能够在建筑物的不同地点处放出冷水和热水。从源头开始，这些导管通常都相当长，以至于仅在流出相当大量的水之后才会获得新鲜、相对冷的水，这些相当大量的水是之前(可能是几小时前或甚至几天前)放水时留在这些导管中的。对于热水来说也存在类似的问题，当在管路系统从加热源到各自的龙头不再有任何热水的流动时，热水将被冷却。在一种现有技术的系统中，如US-A-5，944，221 (Laing)中披露的，提供了一个再循环组件。在热水管线中的冷却(之前是热的)水被一个泵抽回到热水箱中进行再循环，在该热水箱中，这些冷却水在被再次输送前被重新加热。在此，在热水中所包含的热能将被回授给该热水箱。但是，这需要一个专门的再循环管路系统，这个专门的再循环管路系统通常需要相当昂贵的安装和维护费用。由于在热水管线中存在滋生微生物的风险，所以为了获取冷并且新鲜的水，不允许通过管线对冷却水进行再循环。
发明内容
基于这个背景，本发明的目的是提供一种用于节约液体的更经济的方法和系统，而无需从一个液体源延伸至一个液体龙头的用于每条管线的双管路。另一个目的是在热水管线中的热水所包含的热量通过传输散失到周边结构或周围空气中之前通过获取这些热量来节能。上述目的是通过根据本发明的一种方法来实现的，该方法包括以下步骤在完成一次龙头操作时，通过在所述液体导管中生成一个向后的压力梯度从而致使该液体朝向该液体源向后流动将该液体从该液体导管中排空，同时让一种气体流动进入 该液体导管中并且替代其中向后流动的该液体；当该液体导管被排空时停止该液体向后流动；并且当液体要从所述液体龙头上放出时，通过在所述液体导管中生成一个向前的压力梯度从而致使该液体从所述液体源向所述液体龙头流动将该气体从该液体导管中排空。优选地，该液体从该液体导管被排空是通过在所述液体导管中在位于距所述液体龙头一段距离而邻近所述液体源的一个位置处施加一个欠压、并且通过使位于所述液体龙头附近的一个空气阀打开以便允许周围的空气被吸入所述液体导管中并且替代其中的液体。如果并且当存在将液体从所述液体龙头再次放出的需要时，可以在所述液体导管内施加一个压力以便引起在所述液体导管中向所述液体龙头方向的一个液体流动。最晚在液体到达所述空气阀时应将该空气阀关闭，这样使得该液体仅仅通过所述液体龙头流出而不通过所述空气阀流出。以此方式，从所述源头到所述龙头之间配备一个单管线或导管是足够的，从而简化了该管路系统并减少了费用支出。并且，在一段时间之后再次打开该龙头时，从所述源头到所述龙头的液体流动也将更迅速，这是由于在该液体导管中所包含的空气或气体能够比通过同一个导管的任何液体更迅速地喷出。在液体为水的情况下，预计的是当空气被排空并且新的体积的水正被注入该导管时所经过的时间会少3到10倍。由于在使用液体之前无需让大量液体流出龙头，所以会节约水或液体。对于冷却或加热的液体来说，特别是对水来说，还会实现节能。根据本发明的一种液体分配系统，包括 一个压力控制装置，该压力控制装置用于在所述液体导管中生成一个向后的压力梯度从而在完成一次放出操作时致使该液体朝向所述液体源向后流动；以及一个阀门装置，该阀门装置被适配成让气体来替代在所述液体导管中的所述液体。优选地，该压力控制装置被适配成当在所述水导管中没有液体流向所述液体龙头时，在所述液体导管中在位于距所述液体龙头一段距离而邻近所述液体源的一个位置处生成一个欠压。此外，该阀类装置可以包括一个空气阀，该空气阀位于所述液体龙头附近用于将周围空气吸入所述液体导管中。该压力控制装置优选地被适配成当存在对于再次将液体从所述液体龙头中放出的需要时在所述液体导管中施加一个压力，这样使得液体会流入所述液体导管中流向所述液体龙头。当然，除水以外的其他液体能够在该系统中被分配，比如饮料、用于清洁目的或用于其他工业用途的液体、或任何其他液体。根据本发明的这种方法和系统的多个优选的实施方案在从属权利要求中进行了限定并且将在以下详细说明中进行展示。
参见附图中展示的一些示例性实施方案，下面将对本发明进行更详细的说明。图I通过一个示意图示出了根据本发明一种热水分配系统，这种热水分配系统带有用于热水的两个单独的导管以及一个热水箱；图2示出了带有并联到热交换器的一个液压容器的一个系统的类似的视图；图3同样通过一个示意图示出了带有一个热水循环回路的一个系统，这个热水循环回路连接到一个热源与两个单独的热水导管之间；并且图4示出了如图3所示的一个类似系统，该系统带有多个平行的热水导管。
具体实施方式
如图I所示的该水分配系统中，水是由一个新鲜水的源头S提供的，例如，由一个公共供水管线或当地水供应系统提供，通过一个单向阀I (图I中右侧)流向一个热水箱2，水在该热水箱中例如通过一个电加热元件、一个热泵或一个煤气炉被加热到一个比较高的温度，典型地在60° C到90° C之间。如虚线轮廓2a示意性地表明的，该水箱四周是隔热的，以便使不可避免的热量损失最小化。在水源头S与热水箱2之间，有一个液压容器3 (包括可变化体积的空气或气体，如氮气)以及一个压力传感器4，该压力传感器可能连接到一个压力调节装置上(未示出)。在热水箱2的出口侧，在一条热水给水管线6中有一个泵5，该热水给水管线进而连接到两条平行的热水导管7，8上。在这个简化的实例 中，有两个这样的导管。然而，应该理解，典型地具有许多这样的导管通向一个建筑物的不同部分。在每个这样的热水导管的端部，都有一个热水放出装置9，10。如本领域众所周知的，这些放出装置还能够被连接到一个冷水管线上(未示出)并配备有一个混合单元以提供具有期望温度的可以放出的水。这些装置可以手动地或自动地被操作。在每个热水导管7，8中，与到热水给水管线6的分别连接相邻近，有一个能够被打开或关闭的控制阀11，12、一个水平传感器13，14、以及一个压力传感器15，16。此外，在每个放出装置9，10附近，配备有一个空气阀17，18，该空气阀的功能将在以下进行说明。如图I所示的该系统，具有另一个、典型地相当短的热水导管19，该热水导管能够通过一个阀20被关闭。这个导管19与本发明没有直接联系。如图I所示的该分配系统操作如下受到由压力传感器4以及液压容器3控制的一个中等压力的热水能够从热水箱2通过这些热水导管7和8之一而从这两个放出装置9，10中的任一个中放出，此时相关的控制阀11或12被打开。当热水放出装置9或10被手动地或通过遥控关闭时(假设另一个也被关闭)，对应的压力传感器15或16将起作用使随之产生的压力升高，于是泵5将被启动。类似地，如果通过压力或流量传感器4没有感测到水的流动，泵5也将被启动。泵5仅仅在所有其他热水导管7,8都处于被动的情况下(例如，在这些其他导管内没有热水向前流动)才能被启动。这可以通过一个与该分配系统相关的控制单元来自动地得到检查或者，可替代地，一个或多个热水导管的排空可以被手动地启始。通常，该分配系统的控制单元会在所有放出装置9，10被关闭后很短的时间内触发启始在所有热水导管7，8中的排空过程。一旦被启动，泵5将导致该相关的热水导管中压力的减小以及热水经过热水给水管线6到热水箱2的向后流动。通过空气阀17或18使得水的向后流动成为可能，该空气阀被(手动地或自动地)打开以便让周围空气进入这些导管7或8。现在，泵5将被运行以便排空对应的热水导管7，8，而同时让进入的空气替代该导管中的热水。该热水被向后泵送经过热水箱2并将水推进液压容器3中，该液压容器中气体体积会被减少并且产生一个更高的压力。通常，从热水箱2中被推出的水位于水箱2的底部并且具有的温度低于该水箱顶部的邻近通往热水给水管线6的出口处的水的温度。泵5将一直运作直至热水导管7或8被完全地排空，这种排空是由水平传感器13或14感测的。当这个情况发生时，相关的阀11或12将被关闭，并且当在给水管线6中以两种中任一方式都没有水的流动时，泵5将被停止。
空气阀17，18可以被适配为响应所述欠压的产生而自动地打开。在排空所有的热水导管7，8后，这些空气阀17，18以及相关的这些阀11，12被再次关闭，从而在这些导管7，8中留下了轻微的欠压。假设所有(两个)热水导管7，8都被排空并且充入处于欠压的空气，这种用于放出热水的操作能够以不同的方受到式影响一种方式是打开这些放出装置9，10之一，这将使这些导管7，8中的压力升高到大气压力。这种压力升高将被压力传感器15，16感测并且导致相关的阀11，12打开并且给水管线6中的热水(在排空过程之前由泵5建立的一个压力)流动对抗这个打开的空气阀17或18中的大气压力，这样使得导管7或8再次被热水充满。第二种方式是让移动传感器31起作用并且打开空气阀18，从而导致在导管8中的压力升高并且随后热水填充进入这个导管。第三种方式是手动地操作一个致动器，比如一个手动旋钮或开关，这个旋钮或开关将打开空气阀18，从而也导致在导管8中的压力升高并且热水填充进入这个导管。在相关的空气阀17, 18中也有一个液体浮动式传感器(未不出),该传感器在热水抵达该空气阀时将导致该空气阀关闭。以此方式，热水将仅仅从这个水放出装置9或10中流出，而不通过该空气阀流出。有可能地，放出装置9，10的打开是作为热水填充该导管7，8后的一个单独的步骤完成的。当该放出装置被操作为再次关闭时，上述过程将会重复。图I中所示的该水分配系统可以用多种方式提高和改进。控制阀11，12还可以与压力传感器15，16相结合而用于其他目的。液体导管7，8或它的相关的多个部件的可能性泄漏能够通过关闭控制阀11，12被检测出来，当同时仍有一些液体留在该导管中。万一发生泄漏，压力会显著降低，并且这种压力降低是该系统发生泄漏的一个指示。当然，如果希望的话，可以触发一个警告信号。另一个可能性是监测在这些导管中水是否正在冻结。如果阀11，12被关闭，并且没有水通过放出装置9，10被放出，那么当水结成冰时压力会升高，这可以由压力传感器15，16检测出来。类似地，可以生成一个警告信号。在图2、图3和图4中，对应的多个部件具有如图I中的同一些参考符号并且将不再说明。包括这些替代实施方案是用来展示本发明的这种系统和方法可以在所附权利要求限定的范围内以多种方式得到改进。在图2的系统中，这些热水导管I和8、以及这些部件9到18 (并且还有19和20)可以被设计为以图I中的同一种方式运行。然而，替代一个热水箱2，有一个热交换器2’被插入到给水管线6与单向阀I之间。同样，泵5’被并联连接有热交换器2’(而不是图I中的串联连接)，并且被连接到它的到一个热绝缘的液压容器3’的压力侧上，该液压容器通过一个控制阀21也被连接到该供水管线(带有单向阀I)上，如果并且当容器3’中的压力降低到由压力传感器4感测到的给水压力以下时，该控制阀关闭。在图2的系统中，当对应的热水导管中的热水被排空时，泵5’将直接运行以便使液压容器3’中该可变气体体积中的压力升高。当热水放出装置9或10被操作为再次打开 时，包含在其中的在某种程度上被升高的气体压力将导致热水在向前的方向上流动并且填充该热水导管，基本上用与图I的同一种方式。当在液压容器3’中的热水被清空后，阀21将被关闭，并且水将从水源头S通过热交换器2’流向与打开的放出装置9或10相关的热
水导管。在图3中，有一个热水再循环回路22穿过一个水加热器2”(一个水箱或一个热交换器)和一个液压容器3 ”。热水通过一个邻近加热器2 ”的循环泵(未示出)得到循环，并且另外两个单向阀I”将确保仅在一个方向上保持这种循环。水加热器2”通过单向阀I被连接到水源头S上，并且这些(单个)热水导管7，8分别通过一个单向阀25和一个控制阀26被连接到再循环回路22的两个点23，24上，以便在它们之间形成包括一个排空泵5”的一个桥接式热水给水管线6”。在这个实施方案中，再循环回路22能够被当做是该热源，这是由于该循环水总是保持在一个高温，比如60° C至90° C，并且会持续向热水导管7，8供应热水。回路22优选是隔热的以便使热量损失最小化。如图4示出的改进的实施方案中，有许多液体导管7，8，虽然图中仅画出了其中的 两条。该分配系统基本上和图3中的一样，虽然在再循环回路22’(充当一个热源)中的这些单向阀中的一个单向阀位于这些给水点24’与该回路的返回部分之间，并且有单独的多个给水管线6’”通向这些热水导管7，8的对应的控制阀11，12。这些控制阀的这些返回端被共同连接到再循环回路22’处的一个交叉点23上。在大型的建筑物中，如带有多个公寓的建筑物，典型地具有大量的水导管7，8，每个水导管单独地或成组地服务于一个特定公寓。在再循环回路22’中也有一个温度传感器27和一个流量传感器28。后者可以被分成一个或几个传感器用于每个公寓，这样使得用于每个公寓的热水消耗量可以得到记录。在这种情况下，典型地有2到4条热水管线7,8通往每个公寓，每条热水管线带有一个控制阀11，12以及并且被分配给这个特定的公寓的一个公用的流量传感器28。通过图4所示的这种结构，每条管线(液体导管7，8)能够独立于其他管线被操作。因此，该对应的管线能够单独地被供给液体或清空。图4所示的这个系统的操作在理论上与前面的这些实施方案相同。上文参见根据四个实际的实施方案所说明的这种液体分配系统能够在所附这些权利要求的范围内以多种方式得到改进。本系统无需一直被加压。在向前和向后的方向上泵送水就足够了，如所希望的操作所必需的。这些空气阀17，18可以位于离对应的放出装置9，10—些(短)距离的位置处，例如在一个邻近壁、碗柜或类似物的内部。一个空气阀可以为位置彼此靠近地定位在一起的数量不多的几个放出装置服务，例如一个公共厕所或休息室。同样地，这些热水或液体导管不是必须完全一路从加热器或液体源延伸过来，而是能够被连接在位于距加热器(或热交换器或热水循环回路)一些(相当短)距离的一个分配点处。在热水循环回路22 (图3)中的该管路不是必须配备有一个额外的隔热装置。在一些类型的建筑物中，在建筑物结构内部有多个隔热空腔，并且也可能让泄漏的热被作为该建筑物的加热系统的一部分，特别是用于寒冷气候。
另一个方面，特别是用于炎热和热带气候，该液体循环系统会主要地被设计为以保持该放出的水的凉爽(例如15° C至20° C而不是30° C至40° C)。应当理解的是可以采用同一些原理。如果有必要的话，该加热器那么能够被一个冷却器或制冷单元替代。此外，可以在该加热器(或冷却单元)的进口处配备一个流量传感器，这样使得该控制单元会知道在之前的一段时间内，比如60秒，该系统内的某处是否有水放出。这个信息能够被用来启动这些不同的液体导管的致动。在这些液体导管排空过程中产生欠压的这个装置已经被描述成一个泵。可替代地，可以预知一些其他装置，比如一个活塞-汽缸装置或当被膨胀时产生欠压的一个可膨胀容器。可替代地，该压力梯度可以通过邻近该液体龙头施加一个更高的气体或空气压力(过压)来产生。
液压容器3 (或3’，3”)可以对抗大气压力而操作并发挥一个呼吸器的功能。本质的特征在于该容器应该容纳一个可变体积的空气或气体。在空气阀17，18中的该漂浮装置可以被某个其他致动器替代，该致动器在液体存在时关闭该空气阀。根据本发明的这种方法和系统具有许多优点首先，节约了水。保留在这些单独的单个液体导管中的水会被带回到该液体源头(例如一个加热器)，并且之后可以被使用。不管在热水放出水还是在冷水放出水的情况下，能量都得到节约。保留在这些单个液体导管中的大量的水会保持它的温度并能够被再次使用。这样，将避免热量损失。能够避免热水管中微生物的滋生，这是因为热水管中的温度总是会处于高温状态，并且替代性的空气也不会刺激这种滋生。如上述所表明的，尽管根据本发明的这种方法和分配系统可应用于不同种类的液体，但是主要的应用是这种液体是水。
权利要求
1.一种用于基本上保持液体分配系统中液体的温度的方法，该液体分配系统具有从一个液体源(1，2，3)延伸至一个液体龙头(9，10)的至少一个液体导管(7，8)，该方法包括以下步骤 在完成一次龙头操作时，通过在所述液体导管中生成一个向后的压力梯度从而致使该液体朝向所述液体源(1，2，3)向后流动将该液体从该液体导管中排空，同时让一种气体流动进入该液体导管中并且替代其中向后流动的该液体； 当该液体导管被排空时停止所述液体向后流动；并且 当液体要从所述液体龙头上放出时，通过在所述液体导管中生成一个向前的压力梯度从而致使该液体从所述液体源(1，2，3)向所述液体龙头(9，10)流动将该气体从该液体导管中排空。
2.如权利要求I所述的方法，其中 所述将该液体从该液体导管中排空的步骤是通过在所述液体导管中在位于距所述液体龙头一段距离而邻近所述液体源的一个位置处施加一个欠压来实现的；并且 使位于所述液体龙头附近的一个空气阀(17，18)打开以便允许周围空气被吸入所述液体导管中并且替代其中的液体。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在液体要从所述液体龙头上被放出而将该气体从该液体导管中排空时，最晚在液体正在通过所述液体龙头再次被放出时将所述空气阀关闭。
4.如权利要求3所述的方法，其中，当液体要再次通过所述液体龙头被放出时，在任何液体通过所述液体龙头被放出之前使所述空气阀将气体从所述液体导管中完全排空。
5.—种液体分配系统,该液体分配系统基本上保持一种正在进行分配的液体的温度并且具有从一个液体源(1，2，3)延伸至一个液体龙头(9，10)的至少一个液体导管(7，8)，其特征在于该系统包括 一个压力控制装置(5，3，11，12)，该压力控制装置用于在所述液体导管中生成一个向后的压力梯度从而在完成一次放出操作时致使该液体朝向所述液体源向后流动；以及 一个阀门装置(17，18)，该阀门装置被适配成让气体来替代在所述液体导管中的所述液体。
6.如权利要求5所述的液体分配系统，其中，所述压力控制装置(5，3，11，12;5’，3’，11，12 ;5”，3”，11，12)被适配成在所述液体导管中在位于距所述液体龙头(9，10) 一段距离而邻近所述液体源(I，2，3 )的一个位置处生成一个欠压。
7.如权利要求5或6所述的液体分配系统，其中，所述阀门装置包括一个空气阀门(17，18)，该空气阀门位于所述液体龙头附近用于将周围空气吸入所述液体导管中。
8.如权利要求5至7中任何一项所述的液体分配系统，其中，所述压力控制装置(5，3，11，12 ;5’，3’，11，12 ;5”，3”，11，12)被适配成当存在对于再次将液体从所述液体龙头中放出的需要时在所述液体导管中施加一个压力，这样使得液体会流入所述液体导管中流向所述液体龙头。
9.如权利要求8所述的液体分配系统，其中，该系统还包括位于所述气体阀门(17，18)附近的一个液体检测装置，该液体检测装置用于检测向前流动的液体已经到达所述液体龙头(9，10)附近并且在此时致使该空气阀门关闭并打开通往所述液体龙头的一条通道。
10.如权利要求8所述的液体分配系统，其中，该系统还包括一个运动检测器(31)，该运动检测器被适配成启动所述压カ控制装置(12)，以便在所述液体导管(8)中施加所述压力并且关闭所述空气阀门(18)，这有可能是在检测到该向前流动的液体已经到达所述液体龙头(10)附近之吋。
11.如权利要求8至10中任一项所述的液体分配系统，其中，该系统还包括至少ー个传感器(4，15，16)，该传感器用于感测ー个物理变量，该物理变量表明在所述液体导管中是否存在液体的流动。
12.如权利要求11所述的液体分配系统，其中，所述传感器是ー个液体压カ传感器(15，16)，该传感器用于感测当该液体龙头(9，10)被打开时出现的ー个压カ变化，所述传感器被适配成启动所述压カ控制装置(11，12)以便在所述液体导管(7，8)中施加所述压力。
13.如权利要求5所述的液体分配系统，其中，所述压カ控制装置包括一个阀门(11，12)以及ー个泵(5，5’，5”)，该泵被适配成将所述液体向后朝向一个可压缩容积(3 ;3’ ；3”)的气体，具体是氮气，进行泵送。
14.如权利要求13所述的液体分配系统，其中，所述压カ控制装置还包括在所述液体导管中邻近所述阀门(11，12)的ー个水平检测器(13，14)，所述水平检测器被适配成检测在所述液体导管中基本上所有液体已经被排空并且关闭所述阀门，以便使吸入的空气保持在所述液体导管中直到有需要再次放出液体为止。
15.如权利要求13所述的液体分配系统，其中，所述液体源是ー个储水容器(2;2”)，该储水容器与所述可压缩容积的气体连通。
16.如权利要求15所述的液体分配系统，其中，所述储水容器是ー个热水箱(2;2”)。
17.如权利要求13所述的液体分配系统，其中，所述液体源是ー个热交換器(2’)，该热交換器与所述可压缩容积的气体连通。
18.如权利要求5所述的液体分配系统，其中，所述液体源是ー个闭合回路(22)，该闭合回路是用于经过一个加热装置(2”)进行热水循环、并且供给几个热水导管(7，8)。
19.如权利要求6所述的液体分配系统，其中，所述空气阀(17，18)被适配成响应于所述欠压的生成而自动打开。
20.如权利要求7所述的液体分配系统，其中，所述空气阀(17，18)配备有用于手动操作空气阀的ー个装置。
21.如权利要求20所述的液体分配系统，其中，所述手动可操作的装置被适配成在不打开所述液体龙头的情况下导致液体朝向所述液体龙头的流动。
22.如权利要求20所述的液体分配系统，其中，所述手动可操作的装置被适配成启动所述压カ控制装置以便在该液体导管中施加所述欠压以及其中的液体朝向所述液体源的向后流动。
23.如权利要求9所述的液体分配系统，其中，所述液体检测装置包括一个浮动装置，该浮动装置在存在液体时关闭该空气阀(17，18)，并且该浮动装置在此时打开通往所述液体龙头的一条通道，使得可以将液体放出。
全文摘要
在此披露了一种用于基本上保持液体分配系统中液体的温度的方法，该液体分配系统具有从一个液体源(1，2，3)延伸至一个液体龙头(9，10)的至少一个液体导管(7，8)。在完成一次龙头操作时，液体从这个液体导管中排空，并且使一种气体进入这个液体导管中以便替代其中的液体并且致使液体向后流向这个液体源。当液体要从该液体龙头上放出时，将气体从这个液体导管中排空。
文档编号E03B1/04GK102686813SQ201080059560
公开日2012年9月19日 申请日期2010年10月28日 优先权日2009年10月30日
发明者埃里克·艾宾 申请人:3Eflow公司