用于具有多个流体龙头单元的流体分配系统中的流量测量的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于具有多个流体龙头单元的流体分配系统中的流体流量测量的方法和设备，所述多个流体龙头单元例如在具有分离的公寓的建筑物中。每个流体龙头单元包括至少一个流体龙头，例如水龙头，诸如冷水龙头或热水龙头、或用于混合冷热水的水龙头、或某种耗水的家用机器。

更具体地，所述方法和设备意图用于具有位于中央的水源(可能地用于冷水的一个源和用于热水的另一个源)的那种水分配系统，所述水源通过分离的馈送管道连接到例如相关联公寓中的多个水龙头单元。

特别地，根据本发明的方法和设备尤其适用于由与本申请相同的申请人提交的早期pct申请pct/ep2016/064867中所公开的那种系统，即用于节约液体和热能的系统，其中

-于在相关联水龙头单元处完成放出操作之后通过以下方式将水从相关联馈送管道抽空：借助于抽空泵在所述相关联馈送管道中产生后向压力梯度，使得水向后朝向水源流动，并且此后相关联馈送管道仅含有保留在其中的气体，并且

-在启动水龙头单元时通过以下方式以水再充注相关联馈送管道：在相关联馈送管道中产生前向压力梯度(正常情况下通过打开通向水源的控制阀)，并且允许水从水源向相关联水龙头单元流动，同时在超过环境空气压力水平的操作压力下将馈送管道中的剩余气体朝向相关联水龙头单元推动。

在上文所提到的早期pct申请中所公开的系统中，在水分配系统的整个操作期间，每个馈送管道通过容纳通向水阀的入口的相关联通道与相关联衰减室保持连通，所述水阀连接到相关联水龙头单元，其中馈送管道、相关联通道和相关联衰减室在使用中形成封闭系统，所述封闭系统就其中的剩余气体而言与环境空气分离。

因此，本发明尤其适用于这种节能系统，尽管它也可用于以上开头段落中和独立权利要求1和11的前序中所限定的其他系统。

发明背景和现有技术

如上所提及，本发明主要意图用于pct申请pct/ep2016/064867中所公开的那种节能水分配系统。然而，还存在其他相关的现有技术文献，诸如也由与本申请相同的申请人提交的所公布的pct申请wo2012/1408351。在后一个公开中，描述了一种系统，其中在再充注步骤期间，当水接近分离的气体通道时，借助于在迅速朝向龙头单元移动的水的前面被推动的可压缩体积的气体，水的运动将有效地衰减。

发明目标

现在，本发明的主要目标是提供一种流体流量测量方法和设备，所述流体流量测量方法和设备用于通过非常简单的手段测量上文所提到的那种流体分配系统中的流体流量，而无需在正常操作期间邻近每个分离的流体龙头单元处的流体入口使用昂贵的流量计。

技术实现要素：

根据本发明，通过如下文所阐述并且在所附权利要求中详细地阐述的方法和设备实现这个目标，

其中所述方法包括以下步骤：

-针对每个分离的馈送管道提供：第一流体压力传感器，所述第一流体压力传感器位于沿所述分离的馈送管道或在所述相关联流体龙头单元中的任何位置处；以及第二流体压力传感器，所述第二流体压力传感器)充当所有所述馈送管道所共用的参考压力传感器并且位于所述位于中央的流体源附近，以及

-将所述第一流体压力传感器和所述第二流体压力传感器中的每一者电子连接到控制单元，所述控制单元适于确定所述第一压力传感器和所述第二压力传感器处的水压力，包括这两个流体压力之间的差，并且，

-基于对所述流体压力和所述压力差，计算通过每个分离的馈送管道的流体流量，至少只要在任何流体龙头单元处存在流体流即可，

并且其中所述设备包括：

-第一流体压力传感器，所述第一流体压力传感器位于所述馈送导管中的每一个中或所述相关联流体龙头单元中，

-第二流体压力传感器，所述第二流体压力传感器充当共用参考压力传感器并且位于所述位于中央的流体源附近，

-中央控制单元，所述中央控制单元联接到所述第一流体压力传感器和所述第二流体压力传感器，并且适于确定所述第一压力传感器和所述第二压力传感器处的流体压力，包括这两个压力之间的差，

-所述中央控制单元还包括计算部分，所述计算部分适于基于对所述水压力和所述压力差的所述确定，计算通过所述分离的馈送管道中的每一个的所述流体流量。

从属权利要求中和以下的详细描述中陈述了多个另外的有利特征。

因此，下文将参考附图进一步解释根据本发明的方法和设备的一些优选实施方案。

附图说明

图1示意性地示出如在上文所提及的pct申请wo2012/1408351中所公开的现有技术液体分配系统；

图2同样示意性地展示基本上如早期瑞典专利申请号1550941-7(2015年7月2日提交)中所公开的流体分配系统，其中实现根据本发明的流体流量测量方法和设备；

图3、图3a、图3b以剖视图展示在图2的系统中使用的衰减阀单元；并且

图4、图5、图6、图7a、图7b以及图8、图8a、图8b展示图3的衰减阀单元的多个修改实施方案。

具体实施方式

以下描述的第一部分是对申请人的早期瑞典专利申请号1550941-7中的公开内容的精确复制，并且接下来的第二部分涉及在所述早期专利申请中所公开的一般种类系统中实现的本发明。

瑞典专利申请号1550941-7的详细公开内容

在以下描述中，液体分配系统意图例如在建筑物中用于热水。然而，本领域技术人员将认识到，所述系统可替代地可用于任何其他液体。此外，所述系统可替代地可用于分配冷水或某种其他冷液体。

在图1所展示的现有技术系统中，水从淡水源s(例如公共供水管线sl或局部供水装置)通过单向阀1供给到热水箱2，在热水箱2中，水被加热到相对高的温度，通常在60-90℃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，液压容器3用来在操作压力下容纳可变体积的空气或气体。热水借助于邻近加热器2的循环泵(未展示)循环，并且两个另外的单向阀4a、4b将确保循环仅维持在一个方向上。另外，存在在两个点24和23处桥接回路22的热水馈送管线6。在热水馈送管线6中，存在用于使热水沿馈送管线6循环的泵5。即使在通向建筑物中的各种热水龙头单元9、10的所有热水馈送管道7、8处于被动或关闭的情况下，泵5也将操作，使得可抽空剩余在馈送管道中的液体。因此，泵5具有双重目的。

在每个热水馈送管道7、8中，邻近与热水源s的连接处，存在相应的可打开或关闭的控制阀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。与热水箱2和循环回路22及其桥接管线6一起，所有这些部件都位于中央、在热水源附近。在热水桥接管线6中，还存在单向阀25和控制阀26。

热水箱2、再循环回路22以及桥接热水管线6可被认为是热源或热水源s，因为使循环水一直保持在高温下并将持续向热水馈送管道7、8供应热水。如果必要的话，热水源可容纳在绝缘外壳中，或者部件可单独地用绝缘材料覆盖。

如在上文所提及的pct申请wo2012/148351中所描述，热水将仅在从相应龙头单元9和10放出热水时才出现在液体馈送管道7、8中。当龙头单元9、10关闭时，可能地在不会显著影响管道中热水的温度的短暂延迟(例如几分钟)之后，剩余在相应馈送管道中的热水将借助于泵5在向后方向上泵回到热水源2、22。在此过程中，热水将由液体管道7、8中的环境空气或气体代替。然而，当热水已抽空时，相应阀11、12将关闭，并且馈送管道7、8中将保持略低于环境大气压力的气体或空气压力。

当将要再次从龙头9或10放出热水时，将发起再充注操作。本发明提供了一种改进的方法和系统，如图2中示意性地示出。

可能地对应于图1中的热水源2、22的中央液体源ls通过馈送管线fl、分离的连接部c1、c2等以及单独的控制阀cv1、cv2等连接到多个热水馈送管道fc1、fc2等。当控制阀cv1打开时，热水将迅速流动到在先前抽空步骤中已抽空的相关联馈送管道fc1中。

由于控制阀cv1打开并因此从下方传送一定驱动压力，馈送管道fc1中将存在高压力梯度，所述驱动压力对应于液体源ls中的主导压力(通常约2至5巴超压，或按绝对值来说，超过环境空气压力的300％)和非常低的上部压力(诸如0.2至0.8巴负压，或按绝对值来说，为环境空气压力的约20％至80％)。因此，热水将以高速朝向水放出单元lt1流动。正常情况下，从液体源ls到建筑物内的相应热水龙头单元lt1等，馈送管道为至少5至30米长。当热水接近液体龙头单元时，存在热水的强烈击打冲量(所谓的“水锤”)的风险。然而，如本身从上文所提及的pct申请wo2012/1408351已知的，衰减室d1布置在液体阀v1附近，使得空气或气体缓冲将衰减迅速移动的热水的冲击。

根据本发明，每个衰减室d1、d2等通过通道op1、op2等连接到相关联馈送管道fc1、fc2等的末端。在此通道中，存在通向液体阀单元v1、v2等(例如停止阀、单向阀或止回阀)的入口。另见图3、图4、图5、图6和图7a、图7b、图8、图8a、图8b。

衰减阀单元dv1、dv2等(见图3、图3a、图3b)的结构在与本申请同一天提交的两个独立的专利申请中详细公开，分别表示“衰减阀”和“流体停止阀”。因此，液体阀单元v1、v2可包括串联连接的两个止回阀va1、va2，其由压力响应部分(例如非线性弹簧装置s1，其包括两个镜像膜片弹簧)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时，阀将从关闭位置(图3b)转变到打开位置(图3a)。非线性弹簧装置s1等是这样以使得当达到阈值压力时，阀体将突然移动相对长的路径以进入其打开位置(在图3中的右侧)。因此，在已达到阈值压力水平之后，阀将立即地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联接到两个止回阀va1、va2，使得弹簧装置的最终位置将被转移到止回阀，所述止回阀因此将打开(图3a)或关闭(图3b)。

衰减室d1、d2等可容纳在分离的壳体中(如图3、图4、图5、图6、图7a、图7b所展示)，或者它可由其中液体阀v1位于中央的外壳形成(图8)。在任一情况下，馈送管道fc1、fc2等(图2)的上部末端邻接上文所提及的通道op1、op2等，所述通道op1、op2等还容纳阀v1、v2等的入口in1、in2等。

馈送管道fc1、fc2等的主导压力和体积是这样以使得当再充注水到达通道op1、op2等时，所述再充注水的压力仍然是相对低的、低于阀的设定阈值压力。因此，在通道op1、op2等之外，在截留在邻接的衰减室d1、d2等中的空气或气体压缩到使得在与其邻近的水中产生对应压力的空气或气体压力升高到对应于阀v1、v2等的阈值水平的水平的程度之前，水将进一步向上移动。然后，阀突然打开，并且热水将通过阀流动到邻接的液体龙头单元lt1、lt2等中。由于现在通道op1、op2等中仅存在水，所以只有水且无气体或空气将流动通过阀并进入液体龙头lt1，lt2等。液体源ls中远高于环境空气压力(即使在液体龙头单元lt1、lt2等处也是如此)的压力和液体阀v1、v2等的阈值压力将确保在液体分配系统的正常操作期间，压缩在衰减室d1、d2等中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，可在液体阀v1、v2等的入口in1、in2等处提供传感器，所述传感器感测通道op1，op2等中的液体的存在。传感器可以是与对应致动器(例如电磁装置或机械致动器)结合的液位传感器、光学传感器或浮子传感器，在感测到液体的存在时，所述致动器将打开液体阀v1、v2等。

只有当龙头手柄或对应装置或传感器被启动用于关闭特定液体龙头单元lt1、lt2等时，才将会有变化。然后，插入在阀v1、v2等与相关联液体龙头单元lt1、lt2之间(或在邻近液体阀或液体龙头单元的某一其他位置处)的压力传感器ps1、ps2等(见图2)将感测增大的压力(流停止但馈送压力仍然存在)并向控制单元cu发送电信号，所述控制单元cu进而将关闭邻近液体源ls的控制阀cv1、cv2等。控制单元cu还将向分离的抽空阀ev1、ev2等发送信号，以便打开后者。此抽空阀布置在位于控制阀cv1、cv2等下游(如在再充注馈送管道时所见)但与其邻近的分支连接部中。抽空阀ev1、ev2等联合连接到抽空泵ep，所述抽空泵ep将使热水再循环到液体源ls。

压力传感器ps1和ps2示意性地被展示为连接到液体阀v1、v2等与液体龙头单元lt1、lt2之间的(短)管道。然而，可替代地，它们可布置在液体阀的壳体之内、布置在其出口侧、或者布置在液体龙头单元自身处或其附近。

当然，替代通过控制单元发送电信号，可如上文所提及的pct申请wo2012/148351中所公开的，让压力脉冲或其他物理变量沿馈送管道传播到液体源，其中脉冲或其他物理变量被感测并用于触发控制阀cv1、cv2等的关闭和抽空阀ev1、ev2等的打开。

当特定馈送管道fc1、fc2等通过抽空阀ev1、ev2等连接到液体源时，液体(热水)将由抽空泵ep抽吸回到液体源ls中。还存在液位传感器ls1、ls2，其被布置为感测分支连接部处或其附近的液位。当此传感器感测到液体表面已达到最低液位时，这指示所有液体都已从相关联馈送管道fc1、fc2等抽空(移除)。替代方案是仅感测邻近控制阀或抽空阀的低压力，所述低压力指示几乎所有液体都已从馈送管道抽空。

因此，此时，特定馈送管道fc1、fc2等中将存在非常低的压力，诸如0.5巴负压(环境空气压力的50％)，或在0.2-0.8巴负压区间内的压力。然后，信号被发送到控制单元cu，所述控制单元cu将关闭抽空阀ev1、ev2等，使得相关联馈送管道保留在抽空状态，并且不会存在由于热量从馈送管道消散而造成的热损失。在馈送管道fc1、fc2等中，仅剩下处于非常低压力(几乎真空)的气体或空气。新的再充注循环可以开始，通过打开液体龙头单元中的一个来触发或发起。

控制阀cv1、cv2等和分别位于分支连接部中的抽空阀ev1、ev2等的布置具有以下优点：任何一个或多个馈送管道fc1、fc1等可彼此独立地被抽空。因此，馈送管道fc1，fc2中的一个或多个可在其他馈送管道fc2、fc1等中的一个或多个被再充注或可操作用于在相关联液体龙头单元lt2、lt1等处放出热水时被抽空。另一方面，在如图1所展示的现有技术系统中，这是不可能的。相反，必须等到所有馈送管道都为非可操作才可将它们连接到联合操作泵上。

由同一申请人在同一日期提交的题为“aliquiddistributionunit”的独立专利申请中更详细地公开了特殊液体分配单元，其包括馈送管线fl、控制阀cv1、cv2等、分离的抽空阀ev1、ev2等以及联合连接的抽空泵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中的修改实施方案。

在图4中，液体阀单元v1酷似图3中的液体阀。然而，相关联衰减室d1通过通道op’1连接到馈送管道fc1，通道op’1容纳两个并联阀装置：进气阀giv1，其呈单向阀的形式，用于在馈送管道fc1再充注期间在压力高于环境空气压力(例如超过0.1巴超压)时让气体进入衰减室；以及出气阀gov1，其在馈送管道fc1排空期间将允许气体回流到馈送管道fc1中。当达到超过设定值(例如2至3巴)的压力差时，出气阀gov1将打开。出气阀与液体阀单元v1结构相似，但仅具有一个止回阀(单向阀)va'1。即使在抽空期间压力差减小时，出气阀也将保持打开，只要存在小的压力差即可，并且甚至当压力差已逆转时，它也可保持打开。然后，在随后用水再充注期间，进入的水将致使出气阀转变到其关闭位置。当已达到约0.2巴超压的压力时，进气阀giv1将打开，并且让气体以及可能地一些水流动到衰减室中。在通过液体阀v1放出热水期间，出气阀gov1将保持关闭。

具有并联的出气阀gov1和进气阀giv1的阀布置将确保当液体阀v1打开时，衰减室d1中的气体将保持在那里，这伴随着馈送管道fc1中的压力的减小，直到通过阀v1流出到相关联热水龙头单元(图2中的lt1)的水达到稳定状态为止。以这种方式，避免了空气或气体将流动通过液体阀v1。

衰减室可具有自由内部空间，如图3和图4所展示，或者它可具有如图5所展示的用于衰减室d’1的可移位活塞p，或如图6所展示的用于衰减室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部隔室，在再充注步骤期间，所述初始气体压力将改变，但此隔室中的气体将不会与水混合。

液体阀可以不同方式来设定结构，例如如图7a和图7b所展示，其中弹性主体v1设置在馈送管道fc1与衰减室d1之间的通道op”1中，并且可在其中通道op”1打开(并且右侧的液体阀部分关闭)的位置(图7a)与其中通道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。当热水正向热水龙头单元lt1流动时采用后一位置，而在循环的其他阶段期间采用另一位置。

图8、图8a和图8b展示特别紧凑的衰减阀dv’1的实施方案。这里，液体阀v1在限定内部衰减室d1的外壳h内设置在中央。入口in1位于馈送管道fc1与衰减室d1之间的打开通道op1中。呈小孔口的形式的入口in1通过管道co与液体阀单元v1连通。管道的内径和孔口入口in1是这样以使得即使在馈送管道fc1抽空期间，水也将保持在管道co中并防止气体进入到液体阀v1。当然，在这种情况下同样地，阀v1的阈值水平足够高以确保液体(热水)将在阀v1打开并允许水流动到水龙头单元lt1中之前到达入口in1。

本领域技术人员可在由所附权利要求限定的范围内修改所述方法和液体分配系统。例如，如上文所指出，将可以将所述系统用于冷液体而不是热液体。馈送管道可由金属管或塑料软管构成。当然，液体阀v1、v2等的阈值压力水平可以是可变的，以便在每种情况下被设定到合适的值，并且也可以改变这些阈值压力水平，以便优化所述系统以及每个衰减阀单元dv1、dv2等处的衰减特性。可能地，衰减室的体积也可以是可变的。

如上文所指出，很大的优点在于：在所述系统的正常操作期间不会排放空气或其它气体。衰减室相对于环境空气是关闭的，并且其他配件和连接部应当是气密的，即使在非常低或相当高的压力下也是如此。不需要像现有技术系统中的情况那样让环境空气通过进气阀进来。因此，所述系统将以高再充注速度和高可靠性快速操作，并且因此在正确安装在建筑物中之后将具有相当低的维修成本。

所述系统还可用于除建筑物之外的其他单元，例如大型容器(水上或空中)或移动车辆，或者需要将热液体或冷液体分配到各种放出单元的其他单元。

本发明关于流体流量测量方法和设备的详细描述

现在参考图2，其已在上文就流体分配系统本身进行了解释。

根据本发明，关于流体流量测量，已在馈送管线fl中邻近位于中央的流体源ls添加了压力传感器ps'。包括来自液体源的馈送管线fl、控制阀cv1、cv2等、分离的抽空阀ev1、ev2等以及联合连接的抽空泵ep的流体分配单元将向分离的馈送管道fc1、fc2提供相对稳定的系统流体压力。然而，当控制阀cv1、cv2关闭时，相应馈送管线fc1、fc2等中的流体压力总体上将不同于液体源ls中的主导系统流体压力。另外，在打开相应控制阀cv1、cv2等时，每个馈送管道fc1、fc2等的相应馈送点c1、c2等下游(如从流体源ls所见)的流体压力将沿馈送管道并且还在相应相关联液体龙头单元lt1、lt2中下降。

因此，流体压力传感器可布置在沿相应馈送管道fc1、fc2等从馈送点c1、c2等开始的一路以及在相关联液体龙头单元lt1、lt2等中的任何位置处。在图2所展示的实例中，这种流体压力传感器ps1、ps2等位于主阀v1与液体龙头单元lt2之间。然而，此流体压力传感器的位置可以是不同的，如图2中用字母a、b、c和d所指出，即正好在馈送点c1的下游、控制阀cv1的下游、邻近液体龙头单元lt1的入口in1、或液体龙头单元lt1本身中的某处。

第一流体压力传感器ps1等和邻近流体源ls的第二参考流体压力传感器ps’的这种布置使得可测量每个馈送管道中在第一流体压力传感器中的相应一个与充当参考的第二流体压力传感器之间的压降。除其他因素外，此压降是通过相关联馈送管道的流体流量的函数，并且因此可基于由每一对这样的第一流体压力传感器和第二流体压力传感器所感测的压力以及这两个传感器之间的压力差来计算流体流量(每时间单位的流体质量)。因此，为此目的，存在包括在控制单元cu中的适于进行这类计算的特殊计算部分cp。

正常情况下，为了获得正确的流体流量值，必须校准所述系统。这可例如通过使用流量计(图上未展示，例如标准种类的流量计)来进行，在初始校准步骤时，流量计被暂时插入相应馈送管道中、例如邻近其任一末端。然后，将对应于一组参数并包括所感测到的压力和这些压力之间的差的测量流体流量值存储在控制单元的计算部分cp中，使得能够在稍后的时间点确定(计算)正确的流体流量值。

流体流量值的实际测量必须只有在特定馈送管道fc1、fc2等中存在实际的流体流时、即在相关联控制阀cv1、cv2等已打开之后才能实施。例如，馈送管道中流的存在可由位于相关联控制阀cv1、cv2等下游的相关联液位传感器ls1、ls2等确定。

在实践中，应当仅在馈送管道再充注已完成之后、在启动相关联流体龙头单元lt1、lt2等中的流体龙头之后确定压力。首先，在获得稳定或恒定流之前的瞬变的初始阶段期间，压力的变化将相当大。不必记录仅持续几秒钟的这个再充注阶段，因为稍后将存在对应的抽空阶段，其中对应量的流体和能量将被馈送回到液体源。所以，从测量中消除这些阶段是非常适当的。

优选地但非必要地，在控制单元cu的计算部分cp中以一定频率周期性地实施流体流量值的测量和随后的计算，所述频率将适当地将每个流体龙头lt1、lt2等中流体消耗的正常变化考虑在内。因此，应当将在(同一流体龙头单元中的)一个或多个另外的流体龙头启动或关闭时发生的流量变化考虑在内，使得将随时间推移的实际流体消耗的正确计算结果记录并存储在控制单元中。可将所收集数据定期地或分批地传输到中央管理员，使得可针对每个流体龙头单元lt1、lt2等正确地收取费用。

优选地，应当定期地记录每个流体龙头单元(lt1、lt2等)中消耗的水量和/或热能量。热能可基于测量、确定或计算每个分离的馈送管道中流动流体的温度来计算。可能地，为此目的，每个馈送管道中应当存在温度传感器(未展示)。然而，假使流体分配单元(在图2的底部处)中的温度被调节并保持恒定，则可能不需要这些测量。相反，可使用预定或固定温度来进行这些计算。

关于所述系统的初始校准，优选地应当将以下参数中的一个或多个考虑在内：

-由每个分离的馈送管道(fc1、fc2等)的长度造成的压力减小，

-每个分离的馈送管道中第一流体压力传感器与第二流体压力传感器(ps1、ps2等)之间的垂直位面差，

-每个分离的流体龙头单元(lt1、lt2等)中的每个分离的流体龙头单元(lt1、lt2等)中的所述流体入口(in1、in2等)处或主流体阀(v1、v2等)处的任何压降，

-每个分离的馈送管道中或邻近每个流体龙头单元(lt1、lt2等)中的流体入口暂时使用的流量计的任何流量值，和/或

-连接到同一流体龙头单元(lt1，lt2等)的并联流体分配系统中的任何压力。

优选地，除了与流量计有关的参数之外，在每次测量流量期间也应当将这些参数中的至少一个考虑在内，本发明的目标是避免每个馈送管道中的这类流量计的成本。

当然，任何技术人员都可在所附权利要求的范围内修改所述测量方法和设备。特别地，控制单元cu的计算部分cp中的软件可适于流体分配系统的特定安装，例如，取决于地方或国家法规、气候条件和其他具体因素。而且，可例如在初始安装流体分配系统时在将这些条件考虑在内的情况下实施校准。