本发明涉及一种保存液体和热能的方法和液体分配系统，其中位于中央的液体源经由单独的进给导管连接至多个液体龙头单元，包括以下步骤
-在相关联的液体龙头单元处完成分接取用操作之后，通过在所述相关联的进给导管中产生后向压力梯度，从相关联的进给导管排出液体，使得液体向后流向所述液体源，并且所述相关联的进给导管此后仅包含保留在其中的气体，以及
-在启动所述液体龙头单元时，通过在所述相关联的进给导管中产生前向压力梯度，用液体再填充所述相关联的进给导管，并且允许液体从所述液体源流动至所述相关联的液体龙头单元，同时在超过环境空气压力水平的操作压力下将进给导管中的剩余气体推向所述相关联的液体龙头单元。
该方法主要是针对建筑物中的热水分配系统而开发的，但是本发明所应用的原理也可以极佳地用于其他液体，还可以用于分配冷液体。在这两种情况下，当相关联的液体龙头单元不被使用时，当热的或冷的液体在进给导管中保持静止时，存在热能损失的固有问题。除了热损失之外，如果在多个小时之后进给导管中剩余的液体体积被分接取用，也将不可避免地存在液体损失，因为消费者将使液体流动直到流动液体达到所需温度。
常规系统将需要大型建筑物中的热水系统，并具有多个水龙头单元。每个这样的龙头单元可包括多个龙头，例如在休息室、厨房或者一些其他房间，其中存在一个或多个用于热水的龙头，通常还由冷水进给导管供应，包括混合龙头，水温可由消费者控制。
这样的系统可用于例如相对较大的建筑物中，其中可能在多个不同楼层具有许多公寓或办公室，或者可用于小型建筑物中，例如用于单个家庭。
液体源，即向各种进给导管供应液体的液体供应点，可连接至公共供水管线或当地的供水或供热容器。通常，该液体源具有能够以基本上恒定的压力供应冷水和热水的能力，该基本上恒定的压力典型地远高于环境空气压力，诸如2至5巴过压(在液体源处高于环境空气的压力)。
发明背景和现有技术
在申请人的国际(pct)专利申请wo2012/148351中披露了这样的方法。从德国的公开说明书de4406150a1(pumpe等人)也已知一种类似的方法。在这两种现有技术的情况下，在完成分接取用操作之后，进给导管中的液体被吸回到液体源。此外，在这两种情况下，均存在位于液体阀单元附近的气体阀单元，用于在完成分接取用操作之后将气体或空气进给到系统中，以便用气体替换液体。所述气体或空气因此将穿过气体阀单元中的气体通道流入进给导管。这样，进给导管中的压力将保持为非常接近于环境空气压力。此外，该气体通道与液体通道分开，其中液体从进给导管流向相关联的液体龙头单元。该气体阀单元既可以用作进气阀又可以用作排气阀。因此，被排空的进给导管中的气体压力将几乎与环境空气压力相同。
发明目的
在这种背景下，本发明的主要目的是提供一种类似的方法和系统，其中液体的再填充将比现有系统更快地进行，同时确保在每次再填充操作期间液体到达液体龙头单元附近时液体的有效缓冲。这也应该通过易于制造和安装在建筑物等中的简单装置来实现。在液体源处应当不需要升高(高于正常)的压力或能力。
技术实现要素：
为了实现这些目的，本发明提供了一种改进的方法，其中，液体分配系统在分接取用操作之后将液体排出时在相对较低的压力下操作，并且在分接取用操作期间处于相对较高但典型地仍然相当正常的压力，如在所附权利要求中所指出的那样。在液体分配系统的整个操作期间，每个进给导管经由相关联的通道与相关联的缓冲室保持连通，该通道容纳连接至相关联的液体龙头单元或与相关联的液体龙头单元集成的液体阀的入口。在使用中，进给导管、相关联的通道和相关联的缓冲室形成封闭系统，所述封闭系统就其中的剩余气体而言与环境空气分隔开。在再填充步骤期间，使再填充液体穿过进给导管流入相关联的通道，同时将剩余气体推入相关联的缓冲室，由此收集这些剩余气体。在再填充步骤期间，液体阀保持关闭，直到再填充液体已经到达并超过入口。在此之后，致使液体阀打开，使液体经由液体阀流入相关联的液体龙头单元，除了在液体分配系统的启动阶段期间可能会使气体或空气流入的情况之外，不让气体或空气流入相关联的液体龙头单元。
优选地，通过降低压力直到相关联的进给导管不含液体，或者已经达到显著低于相关联的液体龙头单元处的环境空气的压力水平的最低压力水平，在排出步骤结束时实现再填充液体的足够低的压力。重要的是，在排出步骤期间，没有使环境空气进入由特定的进给导管、相关联的通道和相关联的缓冲室形成的封闭系统。
以下情况下可能会致使液体阀打开
-在液体阀入口处的液体压力达到显著高于环境空气压力水平的阈值压力水平，例如液体源处的压力的25％至75％，或者
-传感器已经检测到在所述液体阀的所述入口处存在再填充液体。
在常规操作中，在静止的条件下，不存在穿过液体龙头单元进出特定进给导管的气体。在系统的启动阶段，可能有一些气体或空气穿过液体阀泄漏到液体龙头单元中。当系统首次填充液体时，系统(每个进给导管)可能充满了空气。然后，系统将进行许多排出和再填充循环，直到经由液体阀排出一定的体积(或更确切地说是空气的重量或质量)，这样使得液体阀将被关闭，直到流入或再填充的液体在再填充操作期间通过阀的入口。此时，已经达到稳定的状态，并且每次启动液体龙头单元时将重复同一类型的循环。
根据本发明的液体分配系统的特征在于，每个所述进给导管经由相关联的通道与所述缓冲室连通，所述相关联的通道容纳到所述液体阀的入口，所述液体阀连接至所述相关联的液体龙头单元；每个液体阀都被适配成，在再填充操作期间，通过保持所述液体阀关闭而使所述相关联的进给导管与所述相关联的液体龙头单元分开，同时将剩余的气体推入所述相关联的室中，直到再填充的液体已经到达并超过所述入口；所述液体阀被适配成在再填充操作期间液体进入所述通道并压缩所述关闭的缓冲室中的剩余气体之后打开；每个进给导管、所述相关联的通道以及所述相关联的缓冲室一起形成所述系统的封闭部分，至少在系统的可能的启动阶段之后，所述封闭部分就其中的任何剩余气体而言是与环境空气分隔开的；并且单独的液体排出泵可连接至所述进给导管，并且被适配成，在排出操作期间被连接时，对所述进给导管进行排放直至其不含液体。然后，由于没有环境空气进入进给导管，因此进给导管中剩余的空气或气体已达到最低压力，该最低压力显著低于每个相关联的液体龙头单元处的环境空气压力，并且在随后的再填充操作期间确保足够低的压力。
根据本发明的方法和系统将具有以下优点：
-由于被排空的进给导管中的剩余气体的低压以及液体源处相对较高的压力，再填充操作将以高速进行，因为流入的液体最初几乎不受阻力地流动。只有当(进给导管和相关联的缓冲室的)总体积的大部分被再填充有液体时，其中的压力才会达到相对较高的水平。
-假如系统中特别是在相应的进给导管中只有少量的气体，则只有在再填充过程的最后阶段压力才会相对较高，从而对快速流动的液体产生有效的缓冲作用。
-由于液体阀的阈值压力水平相对较高，所以不需要大的缓冲量，因此，包含缓冲室的设备可以以小尺寸和相对较低的成本制造，从而也确保了适中的安装成本并且设备不大。
-由于不需要与环境空气连通的单独的空气阀，所以不存在由这种空气阀的故障引起的问题诸如液体泄漏的风险，当然安装成本也较低。
-即使液体源的压力暂时有所降低，只要该液体源中的压力保持在超过连接至特定分接取用单元的入口的液体阀的任何阈值水平，系统就将继续操作。
-在排出步骤期间，单独的排出泵将泵出特定进给导管中的液体，直到达到最低液位。这样，操作既可靠，又不存在分接取用操作之后在进给导管中留下任何液体的风险。
-通过使用单独的排出泵以及可能的单独的排出阀，可能将液体进给到至少一个进给导管中，同时从至少一个另外的进给导管排出液体。
在根据本发明的液体分配系统中使用的各种组件可以多种方式进行修改，例如在同一申请人在同一天提交的涉及“液体分配单元”、“缓冲阀单元”以及“流体截止阀单元”的平行专利申请中所披露的那样。
从下面的详细描述中将会看到进一步的特征和优点，其中披露了本发明的优选实施例和一些修改。
附图说明
现在将参照展示根据本发明的阀装置的优选实施例的附图在下面进一步解释本发明。
图1示意性地展示了上述国际专利申请中披露的现有技术液体分配系统；
图2以优选实施例同样示意性地示出了根据本发明的液体分配系统；
图3、图3a、图3b以截面图示出了在图2的系统中使用的缓冲阀单元(dampeningvalveunit)，并且
图4、图5、图6、图7a、图7b以及图8、图8a、图8b示出了图3的缓冲阀单元的多个修改的实施例。
具体实施方式
在下面的描述中，液体分配系统旨在用于例如在建筑物中的热水。然而，本领域的技术人员将认识到，该系统可以替代地用于任何其他液体。此外，该系统还可以替代地用于分配冷水或一些其他冷的液体。
在图1所示的现有系统中，经由止回阀1从淡水源s(例如公共供水管线sl或当地供水)供应水至热水箱2，其中水被加热到相对较高的温度，典型地在60℃至90℃的区间内。存在穿过热水器2和液压容器3的热水再循环回路22，所述液压容器用来在操作压力下容纳可变体积的空气或气体。热水通过与加热器2相邻的循环泵(未示出)循环，并且两个另外的止回阀4a、4b将确保所述循环仅保持在一个方向上。此外，存在热水进给管线6，所述热水进给管线在两个点24和23处与回路22桥接。在热水进给管线6中，存在用于使得热水沿进给管线6循环的泵5。即使在通向建筑物中的多个不同热水龙头单元9、10的所有热水进给导管7、8都是未致动的或关闭的情况下，泵5仍将操作，使得进给导管中剩余的液体可被排出。因此，泵5具有双重目的。
邻近于到热水源s的连接部，在每个热水进给导管7、8中存在可以打开或关闭的相应的控制阀11和12、相应的液位传感器13和14、以及相应的压力传感器15和16。所有这些组件与热水箱2以及具有其桥接管线6的循环回路22一起在中央位于热水源附近。在热水桥接管线6中还存在止回阀25和控制阀26。
热水箱2、再循环回路22和桥接热水管线6可被视为热源或热水源s，因为循环水总是保持在升高的温度并且将向热水进给导管7、8持续供应热水。如果需要的话，热水源可以被包含在隔绝外壳中，或者所述组件可以单独地覆盖有隔绝材料。
如上述pct申请wo2012/148351中所述，当从相应的龙头单元9和10分接取用热水时，仅在液体进给导管7、8中存在热水。当龙头单元9、10关闭时，可能在不会显著影响导管中热水的温度的短暂延迟(例如几分钟)之后，相应的进给导管中剩余的热水将借助于泵5向后泵送回到热水源2，22。在这个过程中，在液体导管7、8中热水将被环境空气或气体替代。然而，当热水已被排出时，相应的阀11、12将被关闭，并且在进给导管7、8中将留有稍低于环境大气压力的气体压力或空气压力。
当要从龙头8或10再次分接取用热水时，将开始再填充操作。本发明提供了一种改进的方法和系统，如图2中的示意展示。
中央液体源ls可以对应于图1中的热水源2，22，其经由进给管线fl、单独的连接件c1、c2等以及单独的控制阀cv1、cv2等连接至多个热水进给导管fc1、fc2等。当控制阀cv1打开时，热水将快速流入在先前的排出步骤期间已被排空的相关联的进给导管fc1中。
在进给导管fc1中将存在高的压力梯度，这是由于控制阀cv1是打开的并因此从下方传送驱动压力，所述驱动压力对应于液体源ls中普遍存在的压力(典型地为约2巴至5巴过压，或绝对而言，大于环境空气压力的300％)，以及非常低的上部压力，诸如0.2巴至0.8巴的负压，或绝对而言，为环境空气压力的约20％至80％。因此，热水将高速流向分接取用单元lt1。一般情况下，建筑物内的进给导管从液体源ls到相应的热水龙头单元lt1等有至少5至30m长。
当热水接近液体龙头单元时，存在热水的强有力的冲击(所谓的“水锤”)的风险。然而，如从上述pct申请wo2012/1408351中本身已知的，在液体阀v1附近安排缓冲室d1，使得空气或气体缓冲物将缓冲快速移动的热水的冲击。
根据本发明，每个缓冲室d1、d2等经由通道op1、op2等连接至相关联的进给导管fc1、fc2等的端部。在该通道中，存在液体阀单元v1、v2等的入口，所述液体阀单元例如截止阀、止回阀或逆止阀。另参见图3、图4、图5、图6以及图7a、图7b、图8、图8a、图8b。
缓冲阀单元dv1、dv2等(参见图3、图3a、图3b)的结构在与本申请同一天提交的分别表示为“缓冲阀”和“流体截止阀”的两个单独的专利申请中详细披露。因此，液体阀单元v1、v2可包括两个串联连接的逆止阀va1、va2，其通过包括两个镜像隔膜弹簧的压力响应部件(例如非线性弹簧装置s1)朝向关闭位置偏置，使得当在阀的入口in1、in2等处达到阈值压力水平(典型地为液体源ls处的压力的25％至75％)时，阀将从关闭位置(图3b)转换到打开位置(图3a)。非线性弹簧装置s1等使得，当达到阈值压力时，阀体将突然移动相对较长的距离至其打开位置(在图3的右侧)。因此，在已经达到阈值压力水平之后，阀将立即明显打开并允许高流量的热水。
弹簧装置s1借助于轴向杆r联接至两个逆止阀va1、va2，使得弹簧装置的端部位置将被转移至逆止阀，逆止阀因此而被打开(图3a)或关闭(图3b)。
缓冲室d1、d2等可被容纳在单独的壳体中(如图3、图4、图5、图6、图7a、图7b所示)，或者其可由液体阀v1处于其中央的外壳形成(图8)。在任一种情况下，进给导管fc1、fc2等(图2)的上端邻接上述通道op1、op2等，这些通道还容纳阀v1、v2等的入口in1、in2等。
进给导管fc1、fc2等的主要压力和容积使得当到达通道op1、op2等时，再填充的水的压力仍然较低，低于阀的设定阈值压力。因此，在被困在邻接的缓冲室d1、d2等中的空气或气体被压缩到导致相邻的水中的对应压力的空气或气体压力上升到对应于阀v1、v2等的阈值水平的程度之前，水将进一步向上移动超过通道op1、op2等。然后，阀突然打开，并且热水将穿过阀流入邻接的液体龙头单元lt1、lt2等。由于在通道op1、op2等中现在只有水，因此只有水，而无气体或空气会流过阀并且流入液体龙头lt1、lt2等。液体源ls中的远高于环境空气压力(甚至在液体龙头单元lt1、lt2等处)和液体阀v1、v2等的阈值压力的压力将确保在液体分配系统的常规操作期间，在缓冲室d1、d2等中压缩的空气或气体将保持压缩并且不会膨胀到通道op1、op2等中。
作为在达到阈值压力时打开液体阀的替代方案，可能提供感测液体阀v1、v2等的通道op1、op2等中在入口in1、in2等处有液体存在的传感器。所述传感器可以是液位传感器、光学传感器或浮子传感器，与对应的致动器(例如电磁装置或机械致动器)组合，其在感测到液体的存在时将打开液体阀v1、v2等。
另一种替代方案是提供阀v1、v2等，这些阀也通过锁定或闩锁构件(未示出)保持在关闭位置，当水检测元件检测到阀的入口in1、in2等处存在液体时被释放。随后可提供复位机构，用于在随后的排出步骤期间将阀返回至其关闭位置。
只有当龙头手柄或对应的装置或传感器被启动以关闭特定的液体龙头单元lt1、lt2等时，才会有变化。然后，插入在阀v1、v2等与相关联的液体龙头单元lt1、lt2之间(或者在与液体阀或者液体龙头单元相邻的一些其他位置处)的压力传感器ps1、ps2等(参见图2)将感测到增加的压力(流量被截止但进给压力仍然存在)，并发送电信号至控制单元cu，该控制单元继而关闭与液体源ls相邻的控制阀cv1、cv2等。控制单元cu还将信号发送至单独的排出阀ev1、ev2等，以便打开后者。该排出阀被安排在位于下游的分支连接中(如在再填充进给导管时所见)，但是与控制阀cv1、cv2等相邻。排出阀ev1、ev2等被共同连接至将使热水再循环到液体源ls的排出泵ep。
压力传感器ps1和ps2被示意性地示出为连接至液体阀v1、v2等与液体龙头单元lt1、lt2之间的(短)导管。然而，替代地，它们可被安排在液体阀的壳体内部，安排在其出口侧处，或者安排在液体龙头单元本身处或与液体龙头单元相邻。
当然，代替经由控制单元发送电信号，如上述pct申请wo2012/148351中所披露的，可能使压力脉冲或其他物理变量沿进给导管传播到液体源，其中该脉冲或其他物理变量被感测并用于触发控制阀cv1、cv2等的关闭以及排出阀ev1、ev2等的打开。
当经由排出阀ev1、ev2等将特定的进给导管fc1、fc2等连接至液体源时，液体(热水)将被排出泵ep吸回到液体源ls中。还存在一种液位传感器ls1、ls2，被安排成感测分支连接处(或相邻于分支连接处)的液位。当该传感器感测到液面已经达到最低水平时，这指示已经将所有的液体从相关联的进给导管fc1、fc2等排出(移除)。另一种替代方案是只感测与控制阀或排出阀相邻的低压，该低压指示已经将几乎所有的液体从进给导管中排出。
因此，此时在特定的进给导管fc1、fc2等中将存在非常低的压力，诸如0.5巴的负压(环境空气压力的50％)或者处于0.2巴至0.8巴的负压范围中的压力。然后，信号被发送至控制单元cu，该控制单元将关闭排出阀ev1、ev2等，使得相关联的进给导管保持在排空状态，并且不存在由于热量从进给导管耗散而导致的热损失。在进给导管fc1、fc2等中，只存在非常低压(几乎是真空)的气体或空气。新的再填充循环可通过打开液体龙头单元来触发或开启而开始。
控制阀cv1、cv2等和排出阀ev1、ev2等的安排分开地位于分支连接中，其优点是任何一个或多个进给导管fc1、fc1等可以彼此独立地排空。因此，一个或多个进给导管fc1、fc2可被排空，而其他进给导管fc2、fc1等中的一个或多个正在被再填充，或者可用于在相关联的液体龙头单元lt2、lt1等处分接取用热水。而在另一方面，在如图1所示的现有系统中，这是不可能的。相反，有必要等到所有的进给导管都不操作，然后才可能将其连接至联合运行的泵上。
在同一申请人在同一天提交的名称为“液体分配单元”的单独的专利申请中更详细地披露了一种专用液体分配单元，该专用液体分配单元包括进给管线fl；控制阀cv1、cv2等；分开的排出阀ev1、ev2等；以及共同连接的排出泵ep。
现在将简要描述图4、图5、图6、图7a、图7b和图8、图8a、图8b中的修改的实施例。
在图4中，液体阀单元v1与图3中的液体阀完全相同。然而，相关联的缓冲室d1经由通道op’1连接至进给导管fc1，所述通道容纳两个平行的阀装置；止回阀形式的进气阀giv1，用于当压力高于环境空气压力例如超过0.1巴过压时，用于在进给导管fc1的再填充期间将气体送入缓冲室；以及排气阀gov1，该排气阀将允许气体在排空后者期间流回进给导管fc1中。当压差超过设定值例如2巴至3巴时，排气阀gov1将打开。该排气阀的结构与液体阀单元v1相似，但是仅具有一个逆止阀(止回阀)va’1。即使在排出过程中压力差减小的情况下，只要压力差小，排气阀就会保持打开，即使压力差已经被反转，排气阀也可以保持打开。然后，在随后的再填充水的过程中，进入的水将导致排气阀转换至其关闭位置。当超压达到约0.2巴时，进气阀giv1将打开，让气体和可能的一些水流入缓冲室。排气阀gov1将在通过液体阀v1分接取用热水期间保持关闭。
具有平行的排气阀gov1和进气阀giv1的阀安排将确保当液体阀v1打开时，缓冲室d1中的气体将停留在那里，伴随着进给导管fc1中的压力降低，直到穿过阀v1流出至相关联的热水龙头单元(图2中的lt1)的水达到稳定状态。这样避免了空气或气体流经液体阀v1。
缓冲室可具有如图3和图4所示的自由内部空间，或者可具有如图5所示的用于缓冲室d’1的可移位活塞p，或如图6所示的用于缓冲室d”1的柔性隔膜di。活塞p或隔膜将限定具有预设初始气体压力的最内层隔间，该预设初始气体压力将会改变，但是在再填充步骤期间该隔间中的气体不会与水混合。
该液体阀可具有不同的结构，例如图7a和图7b所示，其中弹性体v’1设置在进给导管fc1与缓冲室d1之间的通道op”1中，并且可在通道op”1打开(并且右侧的液体阀部分关闭)的位置(图7a)和通道op”1关闭(并且右侧的液体阀部分打开)的位置(图7b)之间移位。当热水流至热水龙头单元lt1时采用后一位置，而在循环的其他阶段采用另一个位置。
图8、图8a和图8b示出了特别紧凑的缓冲阀dv’1的实施例。在此液阀v1被设置在限定内部缓冲室d1的外壳h内的中央。入口in1位于进给导管fc1与缓冲室d1之间的开放通道op1中。小孔口形式的入口in1经由导管co与液体阀单元v1连通。该导管的内径和孔入口in1使得即使在排出进给导管fc1的过程中，水也将保留在导管co中，并防止气体进入液体阀v1。当然，还是在这种情况下，阀v1的阈值水平足够高以确保在阀v1打开之前液体(热水)将到达入口in1，并允许水流入水龙头单元lt1。
本领域的技术人员可在由所附权利要求限定的范围内修改该方法和该液体分配系统。例如，如上所述，有可能将该系统用于冷的液体，而不是热的液体。进给导管可由金属管或塑料软管组成。当然，液体阀v1、v2等的阈值压力水平可以是可变的，以便在各情况下设定在合适的值，并且还可能改变这些阈值压力水平以优化系统和每个缓冲阀单元dv1、dv2等处的缓冲特性。可能的是，缓冲室的体积也可以是可变的。
如上所述，在系统的常规操作期间没有空气或其他气体的排放是很大的优点。缓冲室相对于环境空气是封闭的，并且其他的配件和连接件应该是气密的，即使在非常低或相当高的压力下也是如此。与现有系统中的情况一样，不需要通过进气阀让环境空气进入。因此，该系统将以高的再填充速度和高可靠性快速运行，因此，在建筑物中正确安装之后，其服务成本相当低。
该系统还可用于除建筑物以外的其他单元，例如在大型船舶(水或气载)或移动车辆中，或者用于需要将热或冷的液体分配到各个龙头单元的其他单元中。