CN109416197A - 具有智能锅炉的水加热系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于向诸如淋浴器的使用点提供热水的系统和方法。来自所述使用点的温排水通过热交换器,其首先会使进入的自来水变暖,通常达到约34℃。最初变暖的水在智能锅炉中被加热至其最终温度,通常约42℃。智能锅炉的体积通常为约40升,其包括两个腔室,在两个腔室之间有柔性屏障。每个腔室根据需要单独进行加热。从两个腔室中的一个中抽出热水;同时,另一个腔室充满最初变暖的水并被加热到其最终温度。当从中抽出水的腔室中的水量达到最小值时,系统开始填充该腔室并从另一个腔室抽出水。
Description
相关申请的交叉引用
申请要求于2016年4月5日提交的申请号为62/318,238的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明通常涉及用于加热水的系统和方法。特别地,本发明主要涉及家用的系统和方法,该系统和方法包括通过温排水的热交换来加热进入的自来水的初步加热阶段以及随后在位于使用点附近的多腔室锅炉中进一步对水进行加热的第二加热阶段。
背景技术
家庭水加热系统往往受到许多低效源的影响。例如,通常在远离其最终使用点的位置对水进行加热,特别是在利用太阳能加热锅炉的水加热系统中。由于对水加热的点与水使用的点之间的距离,水的浪费非常严重,这是因为在热水器的热水到达使用点之前首先必须排空导管中的剩余水,而导管必须由流过它们的水来加热,以便到达使用点的水在流过加热器的过程中不会冷却到难以接受的温度。一般来说,在将水从热源输送到使用点的过程中,通常存在大量的水和能量的浪费。
此外,由于流过系统的水在使用过程中通常只冷却几度,大部分用于加热水的能量被浪费,因此大部分系统的排水(洗涤水或黑水)仍然比进入的新鲜水暖一些。因此,大部分用于加热水的能量实际上都被浪费了。
通常解决这个问题的方法是利用废水中所含的热量作为进入的冷自来水的热源,通过使排水(洗涤水或黑水)和进入的自来水通过热交换器,从而使进入的自来水变暖到使用点所需的10℃的温度之内。
利用温洗涤水的热传递来加热进入的冷水的一般概念至少可以追溯到1931年授权的、专利号为5,199,071的美国专利。该专利公开了一种用于加热洗涤衣物用水的方法,该方法包括将用过的热水通过热交换器,在加热器中使用过的热水与进入的冷水热接触,从而对冷水进行加热。
专利号为4300247和4398308的美国专利分别公开了一种用于减少淋浴所消耗的能量的设备和方法,其中热交换器是利用从排水管出来的热水对进入的冷水进行预热,然后利用局部热水器将热水供应的温度升至最终温度>75℃。该专利称至少节约了50%的能量。专利号为4150787、4304292、43727272和8104532的美国专利和专利号为GB1574327的英国专利以及申请号为GB2416829的英国专利中公开了其中部分加热的水在标准锅炉中被加热到其最终温度的类似的系统。
还已知通过在线加热器(“快速”或“瞬时”加热器)使部分加热的水达到其最终温度的系统。公开这种系统的专利文件的示例包括申请号为GB2052698、GB2160628、GB2385785和GB2494609的英国专利;和专利号为GB2376517和GB2457394的英国专利。
申请号为GB2442801的英国专利公开了一种淋浴系统,其通过来自热洗涤水的热交换来预热进入的冷水,然后将预热的水送到锅炉(浸没式加热器)和与锅炉串联连接的直列式快速加热器中的一个或两个。为了限制最大瞬时用电量,系统设计成使只有锅炉和直列式加热器中的一个可以在任意给定时间操作。申请仅公开了锅炉和直列式加热器中的水的电加热。锅炉的出口可包括过滤器。
公开号为WO2011/146962的国际(PCT)专利申请公开了一种淋浴系统,其通过温洗涤水的热交换来预热进入的冷水,然后在锅炉中或通过与锅炉串联连接的直列式加热器将其加热至其最终温度。直列式加热器仅在出锅炉的水低于预定值时才进行操作。锅炉可以是燃气的,也可以是太阳能的。
公开号为WO2015/173400的国际(PCT)专利申请公开了一种淋浴系统,其中通过温洗涤水的热交换来预热进入的冷水。在正常使用情况下,预热水通过在线加热器达到其最终温度。为了减少系统的启动时间,其包括水可以存储在其中并保持在预定温度的第二加热器,以便热水在系统启动后可以立即进行分配。
虽然这些系统提供了一些通过利用温洗涤水中所含的热量以部分地加热进入的自来水来提高水加热系统的能量和节水效率的方法,但是它们并没有为仍然需要进一步加热以使部分加热的水达到其最终温度的问题提供最佳解决方案。它们依赖于一种远离使用点的锅炉、一种比为立即使用提供足够的水所需的锅炉更大的锅炉、或者依赖于一种可能不能足够快的将经过使用点的水加热以提供在所需的温度和流量下持续供应水的在线加热器。
因此,仍然长期存在对这样一种水加热系统的需求,该系统利用温洗涤水的热量来部分地加热进入的冷自来水,然后将水加热到其所需的最终温度,这种方式既节约用水又节约能量,但目前这个需求还未得到满足。
发明内容
本发明是为了满足这个长期需求而进行的。在一些实施例中,它包括“智能锅炉”,其被柔性屏障分隔成至少两个腔室。在智能锅炉的典型非限制性实施例中,其位于使用点附近,并且其体积与单次使用所需的量相当,通常约为40升。当从第一腔室中抽出水时,水被引入第二腔室,柔性屏障朝第一腔室移动。在从第一腔室中抽出水的同时将第二腔室中的水加热至最终温度。由于添加到锅炉中的水不会与从另一个腔室流出锅炉的水混合,因此在从特定腔室供应水的整个时间内,流出锅炉的水保持在恒定温度。当第一腔室中的体积达到预设的最小值时,流动方向反转,因此第一腔室进行填充,其中的水被加热,而第二腔室排空。下面详细描述本发明的智能锅炉系统。
在本发明的一些实施例中,智能锅炉包括在水加热系统中,该水加热系统包括热交换器,热交换器利用从系统排出的温洗涤水来加热进入的冷自来水。智能锅炉将部分加热的水进一步加热到最终所需温度。下文将详细描述水加热系统。
在本发明的一些实施例中,智能锅炉包括在用于加热水并将其输送到使用点的系统中,如下详细描述的。
因此,本发明的目的是公开一种智能锅炉系统,其包括:
第一腔室(410),其包括第一入口(4510)、第二入口(4515)、第一出口(4100)和第二出口(4150);
第二腔室(420),其包括第一入口(4520)、第二入口(4525)、第一出口(4200)和第二出口(4250);
第一止回阀(730),其包括:入口,与所述第二腔室(420)的所述第二出口(4250)流体连接,和出口,与所述第一腔室(410)的所述第二出口(4150)流体连接,所述第一止回阀被配置成当所述入口处的压力超过所述出口处的压力预定量时打开;
第二止回阀(740),其包括:入口,与所述第一腔室(410)的所述第二出口(4150)流体连接,和出口,与所述第二腔室(420)的所述第二出口(4250)流体连接;所述第二止回阀被配置成当所述入口处的压力超过所述出口处的压力预定量时打开;
柔性屏障(430),其将所述第一腔室和所述第二腔室间隔开;
第一加热器(451),其与到所述第一腔室的所述入口热接触;
第二加热器(452),其与到所述第二腔室的所述入口热接触;
第一循环泵(101),其被配置成经由导管(2070)、通过常开第一阀(301)将流体从所述第一腔室出口(4100)泵送到所述第一腔室入口(4515);
第二循环泵(102),其被配置成经由导管(2075)、通过常开第二阀(302)将流体从所述第二腔室出口(4200)泵送到所述第二腔室入口(4525);
体积检测装置,其用于确定所述柔性屏障何时达到从所述第一腔室和所述第二腔室中选择的腔室的内表面的预定距离内,所述体积检测装置被配置成在当满足下列条件中的至少一个条件时提供信号:(a)所述柔性屏障被确定已达到所述腔室的内表面的所述预定距离内;(b)所述弹性屏障被确定已达到其行程的预定限度;(c)所述体积检测装置确定所述腔室的具有与所述柔性屏障达到所述腔室的内表面的所述预定距离内相一致的体积;以及,(d)所述体积检测装置确定所述腔室中的一个实际上是空的;
常闭第三阀(303),其一侧经由导管(2060)在所述第一循环泵(101)下游的点处与导管(2070)连接,以及其第二侧经由导管(2065)在所述第二循环泵(102)下游的点处与导管(2075)连接;
三通入口阀(304),其包括:入口;第一出口,经由导管(2050)与第一腔室入口(4510)流体连接;和第二出口,经由导管(2055)与第二腔室入口(4520)流体连接;
三通出口阀(305),其包括:第一入口,经由导管(2080)与第一腔室出口(4150)流体连接;第二入口,经由导管(2085)与第二腔室出口(4250)流体连接;和,出口;
加热控制子系统,所述加热控制子系统包括:第一温度控制装置(510),其被配置成测量所述第一腔室(410)内的温度并控制所述第一加热器(451);第二温度控制装置(520),其用于测量所述第二腔室(420)内的温度并控制所述第二加热器(452);控制装置,其被配置成设置所述阀(301)、(302)、(303)和(304)以响应来自所述体积检测装置或来自使用者的信号将水引导到所述第一腔室和所述第二腔室中的一个中。
本发明的另一目的是公开这样一种智能锅炉系统,其中所述体积检测装置包括:第一近距离传感器(441),其位于所述第一腔室(410)内并与第一开关(610)电连接;第二近距离传感器(442),其位于所述第二腔室(420)内并与第二开关(620)电连接;和,致动器(440),其附接到或嵌入所述柔性屏障(430)中,使得当所述致动器达到所述两个达到开关中的一个的预定距离内时,所述达到开关被启动,从而启动与其电连接的所述开关,并向所述控制装置发送信号以设置所述阀(301)、(302)、(303)和(304)以将水引导到所述达到开关已被启动的腔室中。
本发明的另一目的是公开这样一种智能锅炉系统,其中所述体积检测装置包括:第一压差开关(445),其与所述第一腔室(410)和所述第二腔室(420)流体连接并与所述控制装置电连接,所述第一压差开关被配置成测量所述第一腔室和所述第二腔室的内部的压力差,并且如果所述压差低于预定值,则向所述控制装置发送信号以设置所述阀(301)、(302)、(303)和(304)以将水引导到所述第一腔室;和,第二压差开关(446),其与所述第一腔室(410)和所述第二腔室(420)流体连接,并与所述控制装置电连接,所述第二压差开关被配置成测量述第二腔室和所述第一腔室的内部的压力差,并且如果所述压差低于预定值,则向所述控制装置发送信号以设置所述阀(301)、(302)、(303)和(304)以将水引导到所述第二腔室。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述第一温度控制装置(510)被配置成控制所述第一循环泵(101)和所述第一阀(301),以及所述第二温度控制装置(520)被配置成控制所述第二循环泵(102)和所述第二阀(302)。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,该智能锅炉系统包括:第一栅格(460),其围绕所述第一腔室(410)的所述内表面设置;和第二栅格(465),其围绕所述第二腔室的所述内表面设置。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,该智能锅炉系统包括选自以下止回阀中的至少一个单向止回阀:第一止回阀(701),其位于所述入口阀(304)和所述第一腔室入口(4510)之间;第二止回阀(702),其位于所述入口阀(304)和所述第二腔室入口(4520)之间;第三止回阀(703),其位于所述第一泵(101)与所述导管(2060)和(2070)之间的所述连接的上游的所述第一阀(301)之间;和,第四止回阀(704),其位于所述第二泵(102)与所述导管(2065)和(2075)之间的所述连接的上游的所述第二阀(302)之间。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,该智能锅炉系统包括:第一减压阀(710),其与导管(2050)流体连通,被配置成如果所述导管(2050)中的水压超过预设设定点,则通过从所述导管(2050)排出水来释放压力;和第二减压阀(720),其与导管(2055)流体连通,被配置成如果所述导管(2055)中的水压超过预设设定点,则通过从所述导管(2055)排出水来释放压力。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,该智能锅炉系统包括:第一温度开关(530),其与所述第一腔室(410)热接触;和第二温度开关(540),其与所述第二腔室热接触。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,该智能锅炉系统包括至少一个指示器,其被配置成通知使用者所述第一腔室和所述第二腔室中的至少一个内的水处于预定温度。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,该智能锅炉系统包括:第一流量开关(801),其被配置成确定水是否流过导管(2070);第二流量开关(802),其被配置成确定水是否流过导管(2075);和,第三流量开关(803),其被配置成确定是否有水流出所述出口阀(305)。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置包括用户界面。在本发明的一些优选实施例中,其中所述用户界面包括以下中的至少一个:(a)所述两个腔室(410,420)中的至少一个腔室中的水量的显示;(b)温度设定点的显示;(c)设定所需温度设定点的选项;(d)每个所述腔室中水的当前温度的显示;(e)用于被配置成允许各个使用者输入和存储系统操作参数的个性化菜单的存储器。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置是根据在所述水加热系统和至少一个器具之间提供数据连接的国内互联网协议进行编程的。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成将所述系统置于待机模式,其中所述加热器关闭,并且所有其他系统部件保持其现状。在本发明的一些优选实施例中,所述控制装置被配置成如果满足预定条件或条件组,则自动将所述系统置于所述待机模式。在本发明的一些优选实施例中,所述预定条件选自以下条件:(a)没有所述填充模式切换所通过的预定时间;以及,(b)在预定时间段内加热器都不会被启动超过预定时间。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成允许所述系统切换到手动控制。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,该智能锅炉系统包括电测量装置,其被配置成执行以下任务中的至少一个任务:(a)测量系统在预定时间内的用电量;(b)自测量重置后测量系统用电;(c)估算与所述系统用电相关的用电成本;(d)在用户界面上显示用电量测量结果;以及,(e)显示与所述系统用电相关的用电成本的估算。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置包括系统时钟,其被配置成测量并存储每个所述泵和每个所述加热器都在使用的时长。在本发明的一些优选实施例中,以下至少有一个是正确的:(a)所述系统时钟被配置成对每个所述泵和每个所述加热器可独立地重置;和,(b)所述系统时钟被配置成仅在输入代码时可重置。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述第一加热器(451)和所述第二加热器(452)远离所述锅炉(400),并且所述智能锅炉系统包括:第一加热导管(4518),其与所述第一腔室入口(4510)和所述第一腔室(410)流体连接;和,第二加热导管(4528),其与所述第二腔室入口(4520)和所述第二腔室(420)流体连接。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述系统的特征在于以下情况的默认状态:其中,所述加热器和所述泵关闭;第一和第二阀(301)和(302)打开;第三阀(303)关闭;入口阀(304)被配置成在其入口和所述第二腔室的入口(4520)之间形成流体连接;以及,出口阀(305)被配置成在其出口和所述第一腔室的所述出口(4150)之间形成流体连接。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述系统被配置成使得如果所述第一泵(101)没有运转则第一加热器(451)不能操作,以及如果所述第二泵(102)没有运转则所述第二加热器(452)不能操作。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述系统被配置成使得所述两个加热器中只有一个可以在任意给定时间操作。在本发明的一些优选实施例中,如果所述两个腔室中的水的特征在于低于预定温度至少预定量的温度:如果所述第二阀(302)打开而所述第一阀(301)关闭,则所述第二加热器(452)启动,所述第一加热器(451)关闭;以及,如果所述第一阀(301)打开而所述第二阀(302)关闭,则所述第一加热器(451)启动,所述第二加热器(452)关闭。在本发明的一些特别优选实施例中,所述预定量是0.5℃。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成确定所述加热器(451)和(452)中的每一个的效率。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成确定所述加热器(451)和(452)中的每一个是否正常操作。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成:如果所述第二阀(302)打开而所述第一阀(301)关闭,则确定所述第二泵(102)和所述第二流量开关(802)是否正常操作;以及,如果所述第一阀(301)打开而所述第二阀(302)关闭,则确定所述第一泵(101)和所述第一流量开关(801)是否正常操作。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成确定每个所述腔室中的水量。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成计算将所述腔室中的一个预定腔室中的水的温度升高预定温度所需的时间。在本发明的一些优选实施例中,所述预定温度为0.5℃。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成测量以下中的至少一个:通过所述循环泵的流速;和,所述循环泵的泵送速度。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述控制装置被配置成在所述系统初始化之后或在所述系统已经通过待机系统状态之后第一次提醒使用者所述锅炉中的热水量达到预定最小值。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述第一止回阀(730)和所述第二止回阀(740)被配置成在所述入口处的压力超过所述出口处的压力至少0.5巴时打开。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述第一腔室(410)、所述第二腔室(420)、所述柔性屏障(430)、所述第一栅格(460)和所述第二栅格(465)中的至少一个由能够承受2个大气压而不会被永久损坏的材料制成。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的智能锅炉系统,其中所述第一腔室(410)、所述第二腔室(420)、所述柔性屏障(430)、所述第一栅格(460)和所述第二栅格(465)中的至少一个由能够承受重复加压至2个大气压并减压至大气压而不会被永久损坏的材料制成。
本发明的另一目的是公开一种水加热系统,其中,所述水加热系统包括:
热交换子系统,其包括:热交换设备(1000),包括(a)冷侧(1010),冷侧包括冷侧入口(1030)和冷侧出口(1040);(b)热侧(1020),热侧包括热侧入口(1050)和热侧出口(1060);
辅助加热子系统,其包括如上任一项所述的智能锅炉系统;
导管(2040),其在所述热交换设备的所述冷侧的所述出口(1040)与所述三通入口阀(304)的所述入口之间提供流体连接;以及,
系统控制子系统,其被配置成通过所述水加热系统控制水流。
本发明的另一目的是公开这样一种水加热系统,该水加热系统还包括:(a)第三泵(103),其被配置成将水从所述排水管(3010)泵送到所述热交换器的所述热侧的所述入口(1050);(b)背压释放调节器(205),其设置在所述第三泵(103)和所述热侧入口(1050)之间;(c)第一液位阀(210),其与所述排水导管(2010)流体连接并与所述第三泵的泵控制系统连通,所述第一液位阀被配置成使得当水位等于或高于预定水位时,所述第一液位阀向第三泵的所述泵控制系统发送信号以启动操作;和,(d)第二液位阀(215),其与所述排水导管(2010)流体连接并与所述第三泵的所述泵控制系统连通,所述第二液位阀被配置成当水位低于预定水位时,所述第二液位阀向第三泵的所述泵控制系统发送信号以停止操作。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中:所述智能锅炉系统包括第三流量开关(803),其被配置成确定是否有水流出所述出口阀(305);所述第三流量开关与所述第三泵的所述泵控制系统连通,并且被配置成如果流出所述出口阀的所述水流超过预定最小值,则向所述第三泵发送信号;以及,所述泵控制系统被配置成使得如果所述第三泵已经运转超过预定最短时间并且没有从所述第三流量开关接收到信号,则不论是否从所述第二液位阀接收到信号,所述泵控制系统都会停止所述第三泵的运转。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述热侧入口(1050)与温排水源流体连接。在本发明的一些优选实施例中,所述温排水源来自淋浴排水管、浴槽排水管和水槽排水管。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,该水加热系统包括:第一过滤器(201),其在所述热交换器的所述冷侧的所述入口(1030)的上游;和第二过滤器(202),其在所述热交换器的所述热侧的所述入口(1050)的上游。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,该水加热系统包括:旁通导管(2005),其在所述第三泵的下游的点和所述第三泵上游的所述排水导管(2010)中的点之间提供流体连接;和,浮阀(500),其设置成使得流过所述旁通导管的水将流过所述浮阀。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成允许所述系统切换到手动控制。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,该水加热系统包括电测量装置,其被配置成执行以下任务中的至少一个任务:(a)测量系统在预定时间内的用电量;(b)自测量重置后测量系统用电量;(c)估算与所述系统用电相关的用电成本;(d)在用户界面上显示用电量测量结果;以及,(e)显示与所述系统用电相关的用电成本的估算。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成确定所述加热器(451)和(452)中的每一个的效率。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成确定所述加热器(451)和(452)中的每一个是否正常操作。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成执行以下中的确定:(a)确定所述第二泵(102)和所述第二流量开关(802)是否正常操作;(b)确定所述第一泵(101)和所述第一流量开关(801)是否正常操作。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成确定每个所述腔室中的水温和每个所述腔室中的水量。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中:所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成计算将所述腔室的一个预定腔室中的水的温度升高预定温度所需的时间;以及,所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个包括计算方法,其被编程为由将所述温度升高所述预定温度所需的时间来计算所述腔室内的水量。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成测量以下中的至少一个:通过所述循环泵的流速;和,所述循环泵的泵送速度。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述第一止回阀(730)和所述第二止回阀(740)被配置成在所述入口处的压力超过所述出口处的压力至少0.5巴时打开。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述第一腔室(410)、所述第二腔室(420)、所述柔性屏障(430)、所述第一栅格(460)和所述第二栅格(465)中的至少一个由能够承受2个大气压而不会被永久损坏的材料制成。
本发明的另一目的是一种如上任一项所述的水加热系统,其中所述第一腔室(410)、所述第二腔室(420)、所述柔性屏障(430)、所述第一栅格(460)和所述第二栅格(465)中的至少一个由能够经受重复循环加压到2个大气压并且减压至大气压而不会被永久损坏的材料制成。
本发明的另一目的是公开一种用于在使用点向水输出口(3000)提供热水的热水输送系统,其中,所述热水输送系统包括:排水管(3010);如上述任一项所述的水加热系统;排水导管(2010),其在所述排水管(3010)和所述热交换器(1000)的所述热侧的所述入口(1050)之间提供流体连接;系统排水管(3020);导管(2020),其在所述热交换器的所述热侧的所述出口(1060)与所述系统排水管之间提供流体连接,在所述热交换器的所述冷侧的所述入口(1030)和自来水源(2030A)之间提供的流体连接;第一电源阀(300),其在所述自来水源和所述热交换器的所述冷侧的所述入口之间;混合装置,其用于将流出所述出口阀(305)的水与来自自来水源(2030B)的进水混合;和导管(2095),其被配置成将水从所述混合装置引导到所述水输送装置。
本发明的另一目的是公开这种热水输送系统,其中所述混合装置包括:冷水阀(306),其在在所述自来水源(2030B)的下游;热水阀(307),其经由导管(2090)与所述三通出口阀(305)的所述出口流体连接;和装置,其用于经由至少一个公共点提供从所述冷水阀(306)和所述热水阀(307)到所述导管(2095)的流体连接。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的热水输送系统,该热水输送系统包括:第三泵(103),其被配置成将水从所述排水管(3010)泵送到所述热交换器的所述热侧的所述入口(1050);浮阀(500);和旁通导管(2005),其经由所述浮阀在所述第三泵下游的点和所述第三泵上游的所述排水导管(2010)中的点之间提供流体连接。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的热水输送系统,其中所述热水输出口(3000)是淋浴喷头。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的热水输送系统,其中所述热水输出口(3000)是水槽龙头。
本发明的另一目的是公开一种向使用点提供热水的方法,所述使用点包括水输出口(3000)和排水管(3010),其中所述方法包括:
获得如上任一项所述的水加热系统;
将系统状态“第一腔室充满”定义为在由所述体积检测装置产生指示所述柔性屏障在所述第一腔室的内表面的预定距离内的信号之后设定的系统状态;
将系统状态“第二腔室充满”定义为在由所述体积检测装置产生指示所述柔性屏障在所述第二腔室的内表面的预定距离内的信号之后设定的系统状态;
将系统状态“待机模式”定义为其中所述加热器和泵关闭并且所有其他系统部件保持其现状的系统状态;
在以下所述之间提供流体连接:(a)所述排水管和所述热交换器的所述热侧的所述入口(1050)之间;(b)所述热交换器的所述热侧的所述出口(1060)和系统排水管(3020)之间;(c)所述热交换器的所述冷侧的入口(1030)和自来水源(2030A)之间;(d)经由导管(2095)在所述水输出口和所述三通出口阀(305)的所述出口之间;以及,(e)所述水输出口和自来水源(2030B)之间;
通过以下方式使所述系统初始化:
打开所述第一阀(301)和所述第三阀(303);
将水从所述第二腔室(420)泵送到所述第一腔室(410),直到从所述体积检测装置获得指示所述柔性屏障在所述第二腔室的所述内表面的所述预定距离内的信号,从而设定所述系统状态为第二腔室充满;
关闭所述第三阀;
启动所述第一加热器(451);并且,
使水从所述第一腔室(410)经由所述第一腔室出口(4100)、导管(2070)和所述第一腔室入口(4515)进行再循环,直到所述第一腔室中的水达到预定温度;
同时使所述排水管(3010)的温排水流过所述热交换器的所述热侧,并使来自所述自来水源(2030A)的冷自来水流过所述热交换器的所述冷侧,从而将热量从所述热排水传递给所述冷自来水,产生温自来水;
所述温自来水经由所述三通入口阀(304)流过导管(2040);
如果所述系统状态是第一腔室充满,则:
设置所述三通入口阀(304)以在导管(2040)和导管(2050)之间提供流体连接;
设置所述三通出口阀(305)以在所述第二腔室(420)和所述三通出口阀的所述出口之间提供流体连接;
启动所述第一加热器(451);
打开所述第一阀(301);
打开所述第二阀(302);
启动所述第一循环泵(101),从而使水从第一腔室通过所述导管(2070)再循环,并加热流入所述第一腔室的水和/或通过所述第一腔室和所述导管(2070)使所述水再循环;并且,
启动所述第二循环泵(102);
如果所述系统状态是第二腔室充满,则:
设置所述三通入口阀(304)以在导管(2040)和导管(2055)之间提供流体连接;
设置所述三通出口阀(305)以在所述第一腔室(410)和所述三通出口阀的所述出口之间提供流体连接;
启动所述第二加热器(452);
打开所述第二阀(302);
打开所述第一阀(301);
启动所述第二循环泵(102),从而使水从第二腔室通过所述导管(2075)再循环,并加热流入所述第二腔室的水和/或通过所述第二腔室和所述导管(2075)使所述水再循环;并且,
启动所述第一循环泵(101);
使水从所述智能锅炉流到所述三通出口阀的所述出口;
根据需要将从所述三通出口阀的所述出口流出的所述水与自来水源(2030B)的冷水混合,以将所述智能锅炉的所述水冷却到所需的最终温度;以及,
使水经由导管(2095)从所述三通出口阀流到所述水输出口(3000)。
本发明的另一目的是公开这样一种方法,包括:
如果所述系统状态是第一腔室充满,则:
测量所述第一腔室中的温度;
在所述初始化步骤之后或在所述系统通过待机模式之后,当所述温度达到预定值时,第一次提供锅炉就绪警报;
当所述温度达到所述预定值时,停用所述第一加热器;以及
当所述温度低于预定最小值时,启动所述第一加热器;
如果所述系统状态是第二腔室充满,则:
测量所述第二腔室(420)中的温度;
在所述初始化步骤之后或在所述系统通过待机模式之后,当所述温度达到预定值时,第一次提供锅炉就绪警报;
当所述温度达到所述预定值时,停用所述第二加热器;以及,
当所述温度低于预定最小值时,启动所述第二加热器。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,其中所述启动所述第一加热器(451)的步骤之后是以下步骤:(a)测量所述第一腔室(410)中的温度,(b)当所述温度达到预定值时,停用所述第一加热器,和(c)当所述温度低于预定最小值时,启动所述第一加热器;以及所述启动所述第二加热器(452)的步骤之后是以下步骤:(a)测量所述第二腔室(420)中的温度;(b)当所述温度达到所述预定值时,停用所述第二加热器;和(c)当所述温度低于预定最小值时,启动所述第二加热器。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,其中所述热水输出口(3000)选自淋浴喷头和水槽龙头。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,其中,所述将从所述三通出口阀的所述出口流出的水与自来水源的冷水混合的步骤包括:使所述水经由导管(2090)从所述三通出口阀(305)的所述出口流到热水阀(307),所述热水阀(307)包括与导管(2095)流体连通的出口;使水从所述自来水源流到冷水阀(306),所述冷水阀(306)包括与导管(2095)流体连通的出口;并且,根据需要打开所述热水阀和所述冷水阀,以使流出所述热水输出口的水达到所需温度。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括通知使用者所述第一腔室和所述第二腔室中的至少一个内的水处于预定温度。在该方法的一些优选实施例中,所述通知使用者所述第一腔室和所述第二腔室中的至少一个内的水处于预定温度的步骤包括当所述第一腔室和所述第二腔室中的至少一个内的水处于预定温度时点亮指示器。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括下列中的至少一个:(a)在用户界面上显示所述腔室(410,420)中的至少一个中的水量;(b)在用户界面上显示温度设定点;(c)在用户界面上提供设定所需温度设定点的选项;(d)在用户界面上显示每个所述腔室中的水的当前温度。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括:为个性化菜单在用户界面提供存储器;以及,配置所述菜单以允许各使用者输入和存储系统操作参数。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括根据国内互联网协议对所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个进行编程,其中国内互联网协议提供所述水加热系统和至少一个器具之间的数据连接。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括将所述系统置于待机模式,其中所述加热器关闭且所有其他系统部件保持在其现状。在本发明的一些优选实施例中,其包括如果满足预定条件或条件组,则自动将所述系统置于所述待机模式。在本发明的一些特别优选实施例中,所述预定条件选自以下条件:通过了预定时间而没有所述填充模式切换;以及,在预定时间段内加热器都没有被启动超过预定时间。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括在没有从所述智能锅炉系统抽出水的时间内确定所述加热器中的一个加热器的效率,所述确定所述加热器的效率的步骤包括:选择待测试的特定加热器;将水输送到与所述加热器热接触的腔室,直到所述腔室被填充到其最大体积;当所述第三阀(303)关闭而所述循环泵下游的所述第一或所述第二阀(301,302)打开时,启动与所述腔室流体连接的所述循环泵;将所述加热器启动预定加热时间;测量所述腔室中水的温度升高;由所述最大体积、所述预定加热时间和供应到所述加热器的能量计算预期的温度升高;以及,将所述温度升高与所述预期的温度升高进行比较,从而获得所述加热器的效率。在该方法的一些优选实施例中,其包括根据所述确定所述加热器效率的步骤的结果自动更新系统控制软件。在该方法的一些优选实施例中,其包括如果所述效率低于预定水位,则向使用者提供警报。
本发明的另一目的是公开一种上述任一项所述的方法,包括:确定所述加热器是否正常操作,所述确定所述加热器是否正常操作的步骤包括:充满预定腔室;当所述第三阀(303)关闭而所述循环泵下游的第一阀或所述第二阀(301,302)打开时,启动与所述腔室热接触的所述加热器以及与所述腔室流体连接的所述循环泵预定测试时间;在所述预定测试时间内测量所述腔室中水的温度升高;将所述温度升高与由所述腔室中的水量、预定测试时间和供应到所述加热器的能量计算的预期的温度升高进行比较;并且,如果所述温度升高小于所述预期的温度升高,则提供所述加热器没有正常操作的警报。
本发明的另一目的是公开一种上述任一项所述的方法,包括:
自动确定与预定腔室流体连接的循环泵和所述循环泵下游的流量开关是否正常操作,所述自动确定所述循环泵和流量开关是否正常操作的步骤包括:使水通过所述腔室再循环预定预测时间段;如果从所述流量计接收到信号,则确定所述循环泵正常运转;以及,如果没有从所述循环泵下游的所述流量计接收到信号,确定所述循环泵没有正常运转;
阻止与所述腔室热接触的加热器的启动;并且,
提供所述循环泵没有正常运转的警报。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括确定所述第一和第二循环泵(101,102)、所述第一和第二近距离传感器(441,442)、以及所述第一和第二流量开关(801,802)是否正常操作,所述确定所述第一和第二循环泵、所述第一和第二近距离传感器以及所述第一和第二流量开关是否正常操作的步骤包括:
执行程序(a),所述程序(a)包括:
启动所述第一循环泵(101);
关闭所述第一阀(301);
打开所述第二阀(302)和所述第三阀(303);
等待预定排空时间;
如果在所述启动第一循环泵并打开所述第二阀的步骤之后从所述第二流量开关(802)接收到信号,并且在所述预定排空时间结束之前从所述第一近距离传感器(441)接收到信号:提供所述第一循环泵(101)、所述第二流量开关(802)和所述第一近距离传感器(441)处于正常操作状态的通知;
如果在所述启动第一循环泵并打开所述第二阀的步骤之后没有从所述第二流量开关(802)接收到信号,但是在所述预定排空时间结束之前从所述第一近距离传感器(441)接收到信号:提供所述第一循环泵(101)和所述第一近距离传感器(441)处于正常操作状态但是所述第二流量开关(802)出现故障的通知;
如果在所述启动第一循环泵并打开所述第二阀的步骤之后从所述第二流量开关(802)接收到信号,但是在所述预定排空时间结束之前没有从所述第一近距离传感器(441)接收到信号:提供所述第一循环泵(101)和所述第二流量开关(802)处于正常操作状态但是所述第一近距离传感器(441)出现故障的通知;
如果在所述预定排空时间结束之前没有从所述第二流量开关(802)或所述第一近距离传感器(441)接收到信号:提供所述第一循环泵(101)中或所述第二阀(302)出现故障的通知;以及,
执行程序(b),所述程序(b)包括:
启动所述第二循环泵(102);
关闭所述第二阀(302);
打开所述第一阀(301)和所述第三阀(303);
等待预定排空时间;
如果在所述启动第二循环泵并打开所述第一阀的步骤之后从所述第一流量开关(801)接收到信号,并且在所述预定排空时间结束之前从所述第二近距离传感器(442)接收到信号:提供所述第二循环泵(102)、所述第一流量开关(801)和所述第二近距离传感器(442)处于正常操作状态的通知;
如果在所述启动第一循环泵并打开所述第二阀的步骤之后没有从所述第一流量开关(801)接收到信号,但是在所述预定排空时间结束之前从所述第二近距离传感器(442)接收到信号:提供所述第二循环泵(102)和所述第二近距离传感器(442)处于正常操作状态但所述第一流量开关(801)出现故障的通知;
如果在所述启动第一循环泵和打开所述第二阀的步骤之后从所述第一流量开关(801)接收到信号,但是在所述预定排空时间结束之前没有从所述第二近距离传感器(442)接收到信号:提供所述第二循环泵(102)和所述第一流量开关(801)处于正常操作状态但所述第二近距离传感器(442)出现故障的通知;
如果在所述预定排空时间结束之前没有从所述第一流量开关(801)或所述第二近距离传感器(442)接收到信号:提供所述第二循环泵(102)或所述第一阀(301)出现故障的通知;
如果在所述诊断开始时,从所述第二达到开关(442)接收到指示所述第二腔室(420)为空的信号,或者如果在所述诊断开始时,没有从第一达到开关(441)或所述第二达到开关(442)接收到指示所述第一腔室(410)不是空的信号,则在执行程序(b)之前执行程序(a);
如果在所述诊断开始时,从所述第一达到开关(441)接收到指示所述第一腔室(410)为空的信号,则在所述执行程序(a)的步骤之前执行所述执行程序(b)的步骤。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括确定每个所述腔室内所含的水量,所述确定所述体积的步骤包括:
将所述系统置于待机模式;
打开第一阀(301)和第二阀(302);
启动所述第一循环泵(101)和所述第二循环泵(102);
启动所述第一加热器(451);
测量将所述第一腔室(410)内的水温升高预定量所需的时间;
由所述时间和传递到所述水的热量计算所述第一腔室(410)中的水量;
启动所述第二加热器(452);
测量将所述第二腔室(420)内的水温升高预定量所需的时间;以及,
由所述时间和传递到所述水的热量计算所述第二腔室中的水量。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括测量(a)通过循环泵的流速和(b)循环泵的泵送速度中的至少一个,包括:
用水将一个腔室填充至其最大体积,从而排空第二腔室;
启动被配置成使水通过所述充满的腔室再循环的循环泵;
关闭所述循环泵下游的所述阀(301或302);
打开所述第三阀(303);
测量将所述充满的腔室中包含的所有水输送到所述空腔室所需的时间;以及,
由所述时间和所述体积计算通过所述泵的流速和/或所述泵的泵送速度。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括准备预定温度下的预定用水量,包括:
设定所需的最终温度;
设定所需要准备的水量;
选择要从中抽出水的腔室;
确定所述腔室中的水量;
计算必须向所述腔室添加或从所述腔室排出的水量,以使所述腔室含有所述所需的水量;
计算将水输送到所述腔室所需的时间;
根据需要启动循环泵以从所述腔室排出水或向所述腔室添加水;
打开所述第三阀(303)所述时间;
根据需要重复前面五个步骤,直到需要输送少于预定量的水以使所述腔室中的所述水量达到所述所需量;
启动循环泵以使水再循环通过所述腔室;以及,
启动与所述腔室热接触的加热器,直到所述腔室中的所述水达到所述所需温度。
在该方法的一些优选实施例中,选择腔室的所述步骤包括选择当前未被充满的腔室。
在该方法的一些优选实施例中,其包括当满足从以下条件中选择的至少一个条件时向使用者提供警报:(a)所述水已达到所述预定温度;和(b)所述智能锅炉中的热水量已达到最小值。在该方法的一些优选实施例中,其包括:在所述腔室中设置预定最小体积的热水;测量流出所述出口阀的水流速;当流速超过预定流速时提醒使用者;计算将一升热水供应到所述系统下游的使用点所需的时间;由所述准备的水量和供应所述热水的时间计算所述腔室中剩余的热水量;并且,估计所述热水用完之前的时间;以及,在所述估计的时间结束时提醒所述使用者所述智能锅炉中的热水量已达到所述最小量。
在该方法的一些优选实施例中,其包括:等待停止供应所述热水;启动与不从其中抽出水的第二腔室热接触的加热器,所述第二腔室含有一定量的水;启动与在预定时间内不从其中抽出水的所述腔室流体连接的所述循环泵;确定所述第二腔室中的水量;由所述智能锅炉(400)的体积与所述第二腔室内的所述水量之差计算加热的水量;并且,如果所述加热水量低于预定最小值,则提醒所述使用者。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括向使用者提供允许所述系统切换到手动控制的选项。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括执行从以下任务中选择的至少一项任务:测量系统在预定时段内的用电量;自测量重置后测量系统用电;估算与所述系统用电相关的用电成本;在用户界面上显示用电量测量结果;并且,显示与所述系统用电相关的用电成本的估算。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括使用系统时钟,该系统时钟被配置成测量和存储每个所述泵和每个所述加热器使用的时长。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括在系统关闭和重启之后将所述系统重置为以下情况的默认状态:其中,所述加热器和所述泵关闭;第一和第二阀(301)和(302)打开;第三阀(303)关闭;入口阀(304)被配置成在其入口和所述第二腔室的入口(4520)之间形成流体连接;以及,出口阀(305)被配置成在其出口和所述第一腔室的出口(4150)之间形成流体连接。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,其中,如果所述两个腔室中的水的特征在于低于预定温度至少预定量的温度:如果所述第二阀(302)打开而所述第一阀(301)关闭,则启动所述第二加热器(452),关闭所述第一加热器(451);以及,如果所述第一阀(301)打开而所述第二阀(302)关闭,则启动所述第一加热器(451)而关闭所述第二加热器(452)。
本发明的另一目的是公开一种如上任一项所述的方法,包括以下步骤中的至少一个步骤:确定所述第二泵(102)和所述第二流量开关(802)是否正常操作;和,确定所述第一泵(101)和所述第一流量开关(801)是否正常操作。
附图说明
现在将参照附图描述本发明,其中:
图1A示出本文公开的本发明的热交换子系统的一个非限制性实施例的示意图;
图1B示出本文公开的本发明的热交换子系统的第二个非限制性实施例的示意图;
图2A示出本文公开的本发明的“智能锅炉”子系统的一个非限制性实施例的示意图;
图2B示出本文公开的本发明的“智能锅炉”子系统的第二个非限制性实施例的示意图;以及,
图3示出本文公开的本发明的水输送系统的一个实施例的示意图,其中水输送系统包括热交换子系统和智能锅炉子系统。
具体实施方式
在以下描述中,将描述本发明的各个方面。出于说明的目的,为了对本发明有一个全面的了解,本文阐述了具体细节。对于本领域技术人员显而易见的是,本发明的其他实施例在不影响其基本性质的情况下在细节上有不同。
如本文所用,关于参考数量,术语“约”是指在标称值附近公差为±20%。
本文公开的水加热和输送系统包括两个子系统:热交换子系统和“智能锅炉”子系统。热交换子系统包括热交换器,其将热量从温水流传递给较冷的水流,然后将温水传到“智能锅炉”系统,该系统提供将水加热到所需最终温度的装置。智能锅炉包括两个由柔性分隔器分隔开的腔室;在优选实施例中,柔性分隔器是由合适的弹性材料制成的隔膜,该弹性材料在典型的系统温度下不会降解并且被认为可与家用水加热系统配套使用。在特定安装中使用的锅炉的体积将取决于具体的预期用途。由于本文公开的系统通常用于短期使用点加热,在典型的实施例中,智能锅炉的总体积约为40升,因此允许快速加热但仍能够为比如淋浴的典型用途提供足够的热水。如本文所述的具有任意所需体积的锅炉或水加热系统的构造将完全在本领域普通技术人员的能力范围内。因此,对特定体积的锅炉的任何描述仅用于说明的目的,而不是限制性的。
现参照图1A,其示出热交换子系统的一个非限制性实施例的示意图。该系统包括热交换器1000,热交换器1000被配置成将经由入口1050进入热交换器的热侧1020的热水流输送到经由入口1030进入热交换器的冷侧1010的冷水流,它们通常以相反的方向流动。在本发明的典型实施例中,热交换器的热侧的出口1060经由导管2020与系统排水管流体接触。
冷自来水源(2030A)通常通过截止阀300与热交换器的冷侧的入口1030流体连接。在本发明的一些实施例中,过滤器201被放置在入口1030的上游。
在本发明的典型实施例中,热交换器的热侧的入口1050通过排水导管2010与用作温水源的淋浴器或水槽的排水管3010流体连接。排水系统通常具有足以使水自然流入热交换器的斜坡。在一些实施例中,温水源通过泵103与热交换器连接。在这些实施例中,为了防止空气进入泵,该系统包括位于旁通导管2005中的浮阀500,旁通导管2005连接第三泵的下游点与排水管和第三泵之间的排水导管2010中的点。在一些优选实施例中,过滤器202放置在入口1050的上游,以防止灰尘、悬浮矿物等进入热交换器。
在通过热交换器之后,热交换器的热侧中的水(例如,经由入口1050从排水管3010进入的水)通过经由出口1060流过热交换器经由导管2020到系统排水管3020而从系统排出。然后通过导管2040将加热的自来水引导到其使用点,导管2040与热交换器的冷侧的出口1040连接。然后导管2040将加热的水运送到其使用点。在本发明的优选实施例中,该系统包括智能锅炉子系统,下面将详细描述,并且导管2040将加热的水运送到智能锅炉子系统,如果有必要的话,则在额外加热后再将其输送到其使用点。
现参照图1B,其示出热交换子系统的第二个非限制性实施例的示意图。在图1B所示的实施例中,除了图1A中示意性地描绘的实施例中的部件之外,热交换子系统包括背压释放调节器(205)和液位开关(210,215)。
在图1B所示的实施例中,背压释放调节器205与导管流体连接,导管将水从排水管3010输送到泵103下游的入口1050。背压释放调节器被配置成使泵103的前压或背压按需要升高以将压力差调节到适合浮阀500的值,使得浮阀可以正常操作;当其入口和出口之间的压力差最小时,浮阀可以正常地操作。
图1B中示意性地示出的实施例还包括上液位开关210和下液位开关215,与排出导管2010流体连接并与泵103的控制系统连通。在本发明的优选实施例中,液位开关被封在体积通常为几百毫升的容器217中。当容器217中的水位达到预定水位时,上液位开关210被启动,从而产生被传送到泵的控制系统的信号,从而启动泵。相反地,当容器217中的水位下降到低于预定水位时,下液位开关215被启动,从而产生被传送到泵的控制系统的信号,使泵停止运转。注意的是,如果泵103供应的水量超过系统瞬时需要的水量,则旁通管线2005被打开,泵103泵送的水从系统中简单地排出。
在本发明的一些优选实施例中,上液位开关启动泵103仅为预定时间,通常约为两分钟。在本发明的特别优选实施例中,上液位开关启动泵103仅为预定时间,当加热子系统是包括下面描述的智能锅炉子系统的系统的一部分时,泵的泵控制系统与用于确定使用点处(例如,流量计、流量开关或流量发送器)或智能锅炉处需求的水量的装置连通。如果确定不需要额外的水,那么无论液位开关210和215的状态如何,泵都停止运转。作为非限制性示例,如果使用流量开关,只要流量高于预定最小值(可能是零),它就向泵103发送信号。泵的泵控制系统被配置成使得泵仅在从流量开关接收到信号时运转;如果来自流量开关的信号停止,则无论是否从液位开关215接收到信号,泵都停止运转。
在本发明的优选实施例中,特别地但非排他地,其中热交换子系统用于向下文详细描述的“智能锅炉”供水,热交换子系统包括水压调节器(220),其在入口管线中,优选地,在入口阀300的上游。压力调节器用于限制系统中可能的最大过压,并且还用于防止由于自来水压的变化而供应到系统的水压的变化。
公开“智能锅炉”在本发明的范围内。由于智能锅炉是本文所公开的水加热系统的子系统,因此在下面的描述中,它被视为整个水加热和输送系统的子系统。然而,本文公开的智能锅炉可以作为独立于上述热交换子系统的独立水加热系统。在这种情况下,锅炉可以独立地使用并连接到任意水源,而不是将智能锅炉连接到热交换子系统。在以下详细描述的智能锅炉的情况下,发明人认为属于本发明的范围内,在这种情况下,智能锅炉可用作独立水加热系统进行制造、使用或打算使用,而不是较一般的水加热系统或水供应系统的子系统。
现参照图2A,其示出智能锅炉子系统的一个非限制性实施例的示意图。智能锅炉子系统包括锅炉400,锅炉400通过柔性屏障430被分成两个腔室,即第一腔室410和第二腔室420。在本发明的优选实施例中,柔性屏障是隔膜并且放置在锅炉的中央,使得当两个腔室含有等量的水时,中央最小程度地扭曲。在优选实施例中,柔性屏障由这样的材料(适当材料的非限制性示例包括塑料、橡胶和硅树脂化合物)制成,该材料足够柔韧以能够适应一个腔室完全充满或几乎完全充满,而另一个腔室是空的,即屏障达到一个腔室的内壁的情况,假设其有形状和尺寸。在优选实施例中,屏障的周边在腔室的中央固定到腔室的内壁。在一些实施例中,屏障本身根据两个腔室中包含的水的相对量而移动(例如,它被封装在锅炉内的轨道上的框架中)。
每个腔室包括两个入口(第一腔室的4510和4515;第二腔室的4520和4525),优选地,设置在锅炉的端部,即尽可能远离柔性屏障。加热器设置在每个腔室的入口处(第一腔室的451,第二腔室的452),使得进入腔室的水将与加热器热接触。可以使用本领域中已知的适用于水锅炉的任意加热器。在本发明的典型实施例中,加热器的额定功率为3.0kW。导管2040分别通过三通入口阀304以及导管2050和2055与入口4510和4520流体连接。三通阀被配置成将水流引导到腔室中的一个或另一个中。
每个腔室还包括两个出口(第一腔室为4100和4150;第二腔室为4200和4250)。出口4100通过导管2070经由第一循环泵101和常开第一阀301与入口4515流体连接,而出口4200通过导管2075经由第二循环泵102和常开第二阀302与入口4525流体连接。因此,当与特定腔室相关联的阀打开,并且相应的泵在运转时,水将在该腔室中再循环并在其通过加热器时被加热,从而确保该腔室内的水快速且均匀的进行加热。在本发明的优选实施例中,该系统包括分别与导管2070和2075流体连通的第一和第二流量开关801和802。当通过导管的流量高于预定设定点时,这些开关提供信号,从而向使用者提供水流过导管的指示。
在本发明的优选实施例中,每个腔室具有栅格(分别用于第一和第二腔室的460、465)。栅格主要用于防止柔性屏障阻塞腔室出口。
在本发明的优选实施例中,腔室410和420、柔性屏障430以及栅格460和465由能够承受2个大气压而不经历诸如永久变形或爆裂的损坏的材料制成。在本发明最优选的实施例中,腔室、隔膜和栅格由能够经受重复循环加压到2个大气压并减压至大气压而不会有诸如永久变形或爆裂的损坏的材料制成。
出口4150和4250与三通出口阀305的入口连接,三通出口阀305为加热的水提供流过加热系统到其使用点的出口。在本发明的优选实施例中,出口阀305被配置成使得水可以从任一腔室流到阀的出口侧,但不能同时从两个腔室流出。在本发明的优选实施例中,第三流量开关803位于出口阀305的下游。第三流量开关指示水是否以预定速率或高于预定速率从出口阀305流出。在本发明的一些实施例中,为了提高通过导管2090的流量的测量精度,第三流量开关803为流量发送器。
在本发明的优选实施例中,智能锅炉系统包括第三流量开关803,第三流量开关与用于将水从其源送到智能锅炉的装置连通。例如,在本发明的优选实施例中,其中通过温排水的热交换预热引入锅炉的水,水加热系统包括泵(103)。在本发明的优选实施例中,其中包括有第三流量开关803和泵103,只要通过阀305的水流量高于预定最小值(可以是零),第三流量开关就向泵的泵控制系统发送信号。当第三流量开关的信号停止时,第三流量开关的信号停止使得泵的泵控制系统停止泵的运转。在实施例中,其中液位开关210和215控制泵,来自流量开关803的信号覆盖来自液位开关215的信号,并且即使水位足够高以使泵将正常停止运转,泵也将停止运转。
当一个腔室是空的并通向大气而另一个腔室与自来水源连接时,两个腔室之间可能产生显著的压力差。为了防止这种压力差损坏系统,出口4150和4250通过一对止回阀彼此连接,这对止回阀以相反的方向平行布置。止回阀可以是本领域已知的任意合适的类型,并且被配置成当入口侧的压力超过出口侧的压力预定量(通常为0.5-1.0巴)时打开。作为非限制性示例,止回阀可包括弹簧,该弹簧要求预定压力被压缩到足以打开阀的程度。
智能锅炉子系统还包括常闭第三阀303,其分别经由导管2060和2065与导管2070和2075流体连通。导管连接到泵的下游的点。当阀303和阀301或302中的一个打开时,系统因此在一个腔室的出口和另一个腔室的入口之间提供流体连接,当启动合适的泵时,允许水在两个腔室之间流动。
智能锅炉子系统还包括通过其中包括体积确定装置来确定腔室中的一个或另一个何时是空的或几乎是空的装置。在图2A所示的本发明的实施例中,该系统没有明确地测量腔室中的水量(直接地或通过测量进入腔室的水量和出量的差),而是在两个腔室的端部处包括有达到开关。致动器440附接到或嵌入柔性屏障中。当致动器与近距离传感器441(第一腔室)或近距离传感器442(第二腔室)接触(或者,在一些实施例中,达到预定距离内)时,达到开关(分别为610或620)被启动,从而向智能锅炉子系统控制系统提供所述腔室是空的信号。当开关610被启动时,系统进入第一腔室填充模式,而当开关620被启动时,系统进入第二腔室填充模式。在第一腔室填充模式中,入口阀304被配置成将水从导管2040引导至入口4510并从入口引导至第一腔室,并且出口阀305被配置成将水从第二腔室出口4250引导至其出口侧。相反,当系统处于第二腔室填充模式时,入口阀304被配置成将水从导管2040引导至入口4520并从入口引导至第二腔室,而出口阀305被配置成将水从第一腔室出口4150引导至其出口侧。因此,当系统处于第一腔室填充模式时,它被配置成用热交换子系统的水填充第一腔室并从第二腔室抽出水,而当系统处于第二腔室填充模式时,它被配置用热交换子系统的水填充第二腔室并从第一腔室抽出水。
现参照图2B,其示出智能锅炉子系统的第二非限制性实施例。在图2B所示的实施例中,体积确定装置包括一对压差开关(PDS)即第一PDS 445和第二PDS 446,其与第一和第二腔室流体接触。可以使用本领域已知的并且适合于本文公开的系统的压力范围的任意标准类型的PDS。当第一腔室排空时,柔性屏障将在其达到栅格460时到达其行程的末端。在柔性屏障到达其行程的末端之后,第一腔室内的压力随着第一腔室继续排空而减小,其体积没有任何显著变化,而第二腔室中的压力(P420)与第一腔室中的压力(P410)之间的差ΔP21(ΔP21=P420-P410)增加。当ΔP21达到预定值时,第一PDS(445)向控制设备发送信号,使系统切换到第一腔室填充模式并从第二腔室抽出水。然后,当第二腔室排空并且柔性屏障在其达到栅格465时沿另一方向到达其行程的末端时,第二腔室中的压力随着第二腔室继续排空而减小,而其体积没有任何显著变化,第一腔室中的压力与第二腔室中的压力之间的差ΔP12(ΔP12=P410-P420)增加。当ΔP12达到预定值时,第二PDS(446)向控制设备发送信号,使系统切换到第二腔室填充模式。
图2B还示出加热元件451和452的替代布置。在图2A所示的实施例中,加热元件物理地附接到锅炉。在一些其它优选实施例中,例如图2B所示的一个实施例中,加热单元与锅炉400的主体分离。替代地,水从锅炉远程加热并分别通过导管4518和4528输送到腔室410和420。这些实施例的优点是,通过将加热元件与锅炉的主体分开,锅炉可以小一些,并且因此更方便地装配到受限制的体积中。此外,通过将加热单元与锅炉的主体分开,减少了锅炉中由矿物质如MgSO4和CaSO4的沉积而形成的沉积物。
在该系统的优选实施例中,智能锅炉还具有温度控制设备。每个腔室具有相关的温度控制系统(分别用于第一和第二腔室的510和520),其被配置确定腔室内的水的温度并且当腔室中的水的温度达到预定值(通常为42℃)时关闭相关的加热器,并在水温低于预定值时将其打开。这种温度测量系统和控制系统在本领域中是众所周知的,并且可以使用任意合适的系统。在该系统的优选实施例中,温度控制设备还包括用于提醒使用者将从腔室中抽出的水的温度已经达到其设定点的装置。这种装置的一个非限制性示例是“就绪”灯,其在温度控制设备确定已达到温度设定点时点亮。
在本发明的优选实施例中,智能锅炉子系统包括以下安全特征中的至少一个。
在本发明的一些优选实施例中,智能锅炉包括至少一个单向止回阀,以保护系统,防止水沿错误方向流动。在图2A和2B所示的实施例中,止回阀701和702放置在入口阀和相应的腔室入口4510和4515之间,而止回阀703和704分别放置在第一泵101和第一阀301之间以及第二泵102和第二阀302之间。例如,在泵出现故障时,这些止回阀将保护系统,防止水沿错误方向流动。
在本发明的一些优选实施例中,智能锅炉子系统附加地或替代地包括分别与导管2050和2055流体连接的减压阀710和720。这些减压阀被配置成如果导管中的压力超过预定值则从系统释放水,并且分别用于保护系统免受腔室410和420中的过压。在本发明的一些优选实施例中,如果导管中的压力超过腔室的部件可承受的最大压力,通常约10巴,则设置减压阀以从系统释放水。由于导管中的压力将小于或等于与其连接的腔室中的压力,因此减压阀将具有内置的安全系数。在本发明的一些优选实施例中,减压阀710和720将从系统释放水的压力略低于腔室的部件可承受的最大压力,以便提供额外的安全系数。附加地或替代地,当水流过导管2050和2055时,减压阀710和720处的压力可以校准到腔室410和420中的压力。然后可以将减压阀设定为在导管中的压力下打开,已知该压力对应于与导管连接的腔室中的预定最大压力。如本领域普通技术人员将容易理解的,减压阀710和720的设计依据将取决于系统的具体应用。
在本发明的一些优选实施例中,智能锅炉子系统具有一对止回阀730和740,其用于防止由于填充模式从填充一个腔室到填充另一个腔室的切换失败而导致的过压。第一止回阀(730)的入口与第二腔室的第二出口(4250)连接,其出口与第一腔室的第二出口(4150)连接。第二止回阀(740)的入口与第一腔室的第二出口(4150)连接,其出口与第二腔室的第二出口(4250)连接。每个止回阀被配置成当其入口处的压力超过其出口处的压力预定量(通常为0.5-0.6巴)时打开。例如,如果从一个腔室到另一个腔室的填充模式变化存在问题,即使在腔室充满后,一个腔室的入口仍保持打开,则柔性屏障在其接触锅炉的格栅或壁时将在一侧经受过压,并因此物理地防止其进一步膨胀。在这种故障模式中,柔性屏障一侧上的压力大体上会变得很高,足以在锅炉的栅格或壁上产生104N或更大的力,而另一侧上的压力保持在大气压力下。如果两个腔室中的压力差超过预定值,则相关的止回阀将打开,从而在两个腔室之间形成流体连接并释放它们之间的压力差。
在本发明的一些优选实施例中,智能锅炉子系统包括作为安全特征的温度开关530和540,其分别与腔室410和420热接触。如果腔室内的温度超过预定设定点(例如加热器开启时间过长,或者没有水),则温度开关会发出提醒使用者这种情况的信号;替代地或另外地,温度传感器与断开加热器的电力供应的切断开关电连接。
现参照图3,其示出水加热和输送系统的一个实施例的示意性装配图,该系统包括根据本发明的热交换系统和智能锅炉系统,示出该系统如何与自来水源和诸如淋浴器或水槽的使用点连接。
在典型的实施例中,冷自来水通过入口2030A进入系统,在系统中其通过热交换子系统。热交换子系统2040的出口与智能锅炉子系统的入口阀304连接,从而允许已经在热交换子系统中预热的水流入智能锅炉子系统。
附加地或替代地,锅炉子系统也可以直接与冷自来水源2030B连接。在智能锅炉子系统直接与冷自来水连接的实施例中,与冷自来水和出口阀305的出口侧的连接与导管2095流体连接,导管2095被配置成将水引导到诸如淋浴喷头或水槽龙头的热水输出口3000。当系统与使用点时连接时,提供用于将系统产生的热水与进入的冷自来水混合的混合装置。图3中示出一种可能布置的非限制性示例:出口阀305通过导管2090与热水阀307流体连接,而自来水源与冷水阀306流体连接。两个阀与导管2095流体连接,使得流动通过两个阀的水在通往热水输出口的途中混合。通过改变两个阀开启的量,可以使出智能锅炉系统的热水和冷自来水混合,以提供最终所需的水温。而在图3给出的示意图中,阀306和307显示为远离热水输出口,实际上它们不需要;作为非限制性示例,阀306和307可以是典型的家用淋浴系统的冷水龙头和热水龙头。
智能锅炉子系统和整个加热/输送系统还包括一般控制子系统。在本发明的优选实施例中,系统与诸如触摸屏的用户界面连接,使使用者能够启动和管理系统。在本发明的典型实施例中,控制接口显示关于系统控制以及系统及其组件的状态的信息。使用者可以在多种操作模式中进行选择,进行系统测试,并获得有关能量需求、进行系统测试以及系统数据的各种测量结果的信息。
在本发明的优选实施例中,控制系统包括用于个性化菜单的存储器,使得每个使用者可以根据他或她的个人偏好设置系统参数,并从特定使用者先前对系统的使用中调用系统参数而不必从一开始就输入所有这些参数。在这些实施例中,用户界面向使用者提供根据使用者的身份设置个人菜单的选项。当使用者选择个人菜单的选项时,在用户界面上打开使用者输入所需的热水温度的窗口。然后,使用者可选择其中一个腔室或另一个腔室作为初始供水源,或者准备预定量的热水以及使用者希望供应的水量。控制系统将这些设置存储在唯一使用者ID下,然后在将来的使用中,使用者可以选择先前的设置而无需浏览整个菜单。
在本发明的一些优选实施例中,智能锅炉子系统可以进入待机模式。当智能锅炉子系统处于待机模式时,整个系统保持现状,加热单元关闭。在本发明的优选实施例中,提供了一种装置,使用者可以通过该装置使系统退出待机模式。这种待机模式退出装置的非限制性示例包括手动控制和可通过用户界面访问的命令。在本发明的最优选实施例中,给予使用者退出待机模式的选项,该模式使系统返回其先前的填充模式,或退出待机模式并从他或她选择的腔室抽出水。
在本发明的优选实施例中,智能锅炉子系统可以设置为在某些情况下自动进入待机模式。例如,如果在没有填充模式切换的情况下经过预定时间(在典型实施例中,30分钟),或者如果两个加热器在预定时间段(例如,在30分钟的时间段内5分钟)内闲置(即,两个加热器都未被启动)超过预定时间,则智能锅炉子系统将处于待机模式。
在一些实施例中,控制系统还可以通过国内互联网系统(例如,通过使用诸如布里奥协议的物联网协议)连接,使得水加热系统可以连接到家庭中的各种器具。在一些实施例中,在水加热系统和移动电话之间提供数据连接,使得系统和控制数据可以传到移动电话;在这些实施例中,移动电话可用于远程控制水加热系统。
在本发明的优选实施例中,系统控制子系统被配置成允许系统切换到手动控制,特别是用于检查系统的各部件的状态。在这些实施例中,用户界面提供用于选择系统的手动操作的选项。当使用者选择将系统置于手动控制下时,系统处于待机模式,且系统的所有后续操作都是根据使用者给出的特定命令手动启动的。当系统处于手动控制下时,由于当相关的循环泵没有运转时加热器的操作会损坏系统,因此加热器只能在有限的时间内(通常为7秒)启动。下面详细描述包括确定系统部件的操作状态的方法步骤。
当系统处于手动控制下时,用户界面允许使用者打开或关闭阀301、302或303中的任意一个或全部;将到第一腔室或第二腔室的进气阀304和出气阀305中的一个或两个打开;或启动或关闭任意一个泵;或者关闭或启动(如上所述)加热器451或452中的任意一个。
在一些实施例中,水加热系统还包括用于测量系统用电的装置;测量结果也在用户界面上显示给使用者。这种测量结果的非限制性示例包括显示总用电量和/或自测量重置后的总用电量;估计系统用电成本;以及在使用者确定的时间内测量用电量。
在本发明的一些实施例中,用户界面还包括显示温度设定点;设置所需温度设定点的选项;以及锅炉中每个腔室中水的当前温度的显示。
在本发明的一些实施例中,控制系统还包括系统时钟,该系统时钟测量并存储每个泵和每个加热器实际使用的时间。在本发明的优选实施例中,系统时钟可以将每个系统部件重置为零。在本发明的更优选实施例中,该重置只能在输入仅为服务系统的专业人员或专业人员的雇主所知的代码之后进行。
当在水加热系统尚未使用之后(例如,在CPU电源中断之后)控制系统被启动时,系统将其自身重置为以下情况的默认状态:其中加热器451和452关闭;泵101和102关闭;阀301和302打开;阀303关闭;入口阀304被配置成在其入口和入口4520之间形成到第二腔室的流体连接;出口阀305被配置成在第一腔室的出口4150与其出口之间形成流体连接。也就是说,在其默认配置中,系统被配置成使得进入智能锅炉子系统的水将被引导至第二腔室,而从智能锅炉子系统抽出的水将从第一腔室获取。
在本发明的范围内,公开了使用本文公开的系统加热水并向使用点提供热水的方法。通常,该系统通过将温排水(例如从淋浴器或水槽排出的洗涤水)引入热交换器1000中来进行。通常在约37℃的温度下的温排水用于加热进入热交换器中的自来水,通常达到约34℃。然后,加热的自来水进入“智能锅炉”子系统,在子系统中将其加热到所需的最终温度,通常为约42℃。水通过两个腔室中的一个,在该一个腔室中被加热到所需的最终温度。当水在其中一个腔室中进行加热时,另一个腔室的热水被供应到使用点。当供水的腔室是空的或几乎是空的时,流动方向被切换,使得现在加热水的腔室用作使用点的热水源,而空的腔室由热交换子系统的温水进行填充,并被加热到其最终温度。
现在提供在本文公开的系统上执行的方法的一个实施例的更详细描述。
当首先启动水加热系统时(例如,通过按下开始按钮或经由用户界面给出启动命令),执行初始化顺序。在本发明的一个实施例中,当初始化顺序开始时,阀302关闭,而阀301和303打开。循环泵102被启动。因此,第二腔室中的剩余水被输送到第一腔室。当体积检测装置确定第二腔室实际上是空的(例如,达到开关620被启动)时,系统进入第二腔室填充模式。此时,加热器451被启动,阀301和302打开,阀303关闭,并且循环泵101和102被启动。在本发明的实施例中,其中水加热系统包括温度控制装置,与第一腔室的内部热接触的温度传感器(510a,未在图中单独示出)确定第一腔室内的水的温度。当第一腔室中的水的温度达到预定值(通常为42℃)时,温度控制装置关闭加热器451,并且在包括诸如“就绪”灯的警报装置的实施例中,给出警报。注意的是,即使在第一腔室中的水的温度达到其所需值之后,循环泵101和102也继续运转。
替代地,除了以下操作以外:使用加热器452代替加热器451以及用温度控制装置520代替510;与上面给出的相反的打开和关闭阀301和302;并且启动达到开关610以使系统处于第一腔室内填充模式,还可以通过根据上述的相同步骤顺序将水从第一腔室输送到第二腔室来进行初始化顺序。在本发明的一些优选实施例中,填充模式保留在系统存储器中,并且通过反转填充模式开始初始化顺序,从而排空正进行填充的腔室。在本发明的其他优选实施例中,系统的使用者可以通过按下适当的按钮或通过用户界面给出适当的命令来确定在初始化顺序期间水输送的方向。
在完成初始化顺序之后,系统开始正常操作。以下描述假定初始化顺序将水从第二腔室输送到第一腔室。然而,对于本领域普通技术人员将清楚的是,本文描述的操作和方法可以使用将水从第一腔室输送到第二腔室的初始化顺序以及适当调整阀的打开和关闭、启动和关闭加热器等同样良好地执行。
一旦水加热系统开始操作,阀301打开,并且水通过第一腔室、导管2070和入口4515进行再循环。在其中包括温度控制装置的系统的实施例中,当水温低于设定温度的预定公差时(在典型的实施例中,当水的温度低于设定点0.5℃或更高时),加热器451被启动,并且当水达到其设定点时关闭。在智能锅炉子系统的一些优选实施例中,其包括关闭机构。通过了预定时间而没有填充模式切换(在典型实施例中,30分钟)被视为不从智能锅炉抽出热水的指示。在这种情况下,关闭循环泵和温度控制装置,并将系统置于待机模式。
在本发明的优选实施例中,与特定腔室相关联的加热器仅在与该腔室相关联的循环泵运转时才被启动。注意的是,在正常情况下,当从一个腔室中抽出水时,两个循环泵都运转,以使系统能够测量两个腔室中的水温。在本发明的优选实施例中,两个加热器中只有一个在任意给定时间操作。如果两个腔室中的温度低于设定点的预定公差(通常为0.5℃或更高),则优选加热当前正在抽出水的腔室中的水,以确保出系统的水处于适当的温度。因此,如果两个腔室中的温度低于设定点预定公差并且系统处于第一腔室填充模式(从第二腔室抽出水),则加热器452将被启动,而如果系统处于第二腔室填充模式,加热器451将被启动。
因此,水进入智能锅炉的一个腔室或另一个腔室(在本文公开的水加热系统中,经由导管2040和入口阀304从热交换子系统进入),其中水被与该腔室相关联的加热器加热,并通过腔室进行再循环。例如,如果第一腔室通过入口4510进行填充,则第一阀301打开,并且水由第一泵101从出口4100通过导管2070泵送回入口4515。同时,热水通过出口4150或4250到出口阀305从当前没有充满的腔室中抽出,并从该腔室到最终使用点。
当从中抽出水的腔室被排空而另一个腔室充满时,柔性屏障420更靠近排空腔室的内壁。当腔室是空的或几乎是空的时,体积检测装置发送信号(在优选实施例中,通过致动器440来启动达到开关),使系统改变填充模式(即,从第一腔室充满到第二腔室充满或反之亦然),并且入口阀304和出口阀305的流体连接进行反转,使得进入的水流到排空的腔室而从充满的腔室中抽出水。
在本发明的优选实施例中,控制系统还提供诸如可通过按钮或用户界面访问的命令等手段的装置,使用者通过该用户界面可以手动地将智能锅炉子系统置于待机模式。
随着时间的推移,加热器的效率由于加热器主体上的沉积物(例如水垢)而降低。在本发明的优选实施例中,本文公开的方法还包括确定加热器的效率。在本发明的最优选实施例中,该系统还包括用于利用测试结果自动更新控制软件的装置。在没有从锅炉中抽出水时进行测试。在本发明的优选实施例中,加热器效率的确定按照如下来进行。使用者向系统发送命令以在特定加热器上进行测试(例如,通过经由用户界面访问的命令)。然后系统将水输送到正在测试其加热器的腔室中,直到腔室被填充到其最大体积;下面给出了如何进行输送的细节。然后启动与腔室相关的循环泵,加热器启动60秒,并对腔室中水的温度升高进行测量。由于水的体积、温度升高、加热时间和供应到加热器的能量都是已知的,因此可以通过本领域众所周知的简单热力学方法计算预期的温度升高(假设加热效率为100%)。将预期的温度升高与实际温度升高进行比较。在该系统的一些实施例中,在第一次使用该系统时测量温度升高,并且该温度升高用作未来评估加热器效率的基础。当效率降低预定量时(在典型实施例中,降低10%),系统进行加热器效率显著降低的警报。
在该方法的一些实施例中,还包括确定加热器是否正常操作。作为如何对第一腔室执行该确定的示例,如上所述,将第一腔室充满以确定加热器的效率。在第一腔室被充满之后,加热器451和循环泵101被启动预定时长,通常约2分钟,并且测量在此期间水的温度升高。如果在此期间,水的温度没有升高基于腔室中的水量和加热器被启动的时长所需的至少预定量,则控制系统通知使用者加热器451没有正常操作。在智能锅炉400的总体积为40升的实施例中,温度升高通常将高于0.5℃。附加地或替代地,可以对加热器452进行类似的确定。
在该方法的一些优选实施例中,其另外包括进行诊断以确定循环泵101和102、加热器451和452以及体积检测装置(例如,近距离传感器441和442或压差开关445和446)的操作情况。使用者通过按下手动开关或通过用户界面向控制系统发送命令来开始诊断。进行诊断的顺序取决于一个腔室或另一个腔室是否为空,或两者中是否都有水。如果两个腔室中都有水(例如,没有从近距离传感器或从任一压差开关接收到信号)或者如果第二腔室420是空的(例如,从第二近距离传感器442或从第二压差开关446接收到信号),然后诊断开始测试第一循环泵101、第二流量开关802和体积检测装置的操作情况以用于确定第一腔室的体积,然后测试第二循环泵102、第一流量开关801和体积检测装置以用于确定第二腔室的体积。如上所述,诊断程序开始于将水从第一腔室输送到第二腔室。预期在输送期间,将从第二流量开关802接收到指示水流入第二腔室的信号,随后是从输送开始起的预定排空时间内来自第一近距离传感器441的信号。该预定排空时间将是根据其体积和通过循环泵101的流速或泵送速度排空第一腔室所需的时间;对于40升锅炉和典型的循环泵,该预定时间通常为约4分钟。然后可以从控制设备接收的信号推导出第一循环泵101、第二流量开关802和第一近距离传感器441的状态。有四种可能的情况需要考虑:
1.如果在预定排空时间内,从第二流量开关802接收到信号,然后从第一达到传感器441接收到信号,则这些部件以及第一循环泵101都必处于操作状态。在这种情况下,通知使用者(例如,通过在用户界面上显示消息、点亮状态指示器等)第一循环泵、第二流量开关和第一近距离传感器都处于正常操作状态。
2.如果在预定排空时间内从第一近距离传感器441接收到信号,但是没有从第二流量开关802接收到信号,则知道的是,第一循环泵101和第一近距离传感器441处于操作状态,而第二流量开关802出现故障。在这种情况下,通知使用者第一循环泵和近距离传感器处于正常操作状态,但第二流量开关出现故障。
3.如果从第二流量开关802接收到信号,但是在预定排空时间内没有从第一近距离传感器441接收到信号,则知道的是第一循环泵101和第二流量开关802处于操作状态,但是第一近距离传感器441出现故障。在这种情况下,通知使用者第一循环泵和第二流量开关处于正常操作状态,但第一近距离传感器出现故障。
4.如果预定排空时间过去,但是没有从第二流量开关802或第一近距离传感器441接收到信号,则可能在第一循环泵101或第二阀302出现故障,泵或阀将失效的概率远大于第二流量开关802和第一近距离传感器441同时失效的概率。在这种情况下,通知使用者第一循环泵或第二阀出现故障。
在完成对第一循环泵101、第一达到开关441和第二流量开关802的诊断之后,进行确定第二循环泵102、第二达到开关442和第一流量开关801的状态的诊断。以类似的方式进行诊断,其中水从第二腔室输送到第一腔室,并且这些部件的状态由从第二达到开关442和第一流量开关801接收到(或未接收到)的信号来推断。
如果在诊断开始时第一腔室410为空(即,从第一近距离传感器441接收到信号),则以相反的顺序进行诊断,即执行确定第二循环泵102、第二达到开关442和第一流量开关801的状态的程序,接着是确定第一循环泵101、第一达到开关441和第二流量开关802的状态的程序。
在该方法的一些实施例中,其包括自动确定循环泵和泵下游的流量开关是否正常操作。在循环泵运转以将水再循环到特定腔室的同时而不是在水从一个腔室输送到另一个腔室期间执行该自动确定。每当泵101已经运转并且阀301已经打开预定预测试时段,通常至少10秒时,可以进行泵101的状态测试。未能从流量开关801接收到信号表明泵或流量开关存在问题。在这种情况下,加热器451的启动被阻止,控制系统通知使用者(例如,通过用户界面上的消息)再循环路径中的故障。如上所述进行故障部件的精确确定。
在本发明的一些优选实施例中,本文公开的方法包括确定每个腔室内的水量。控制系统被配置成仅在系统处于待机模式时才进行这些测量;在一些实施例中,使用者可以指示系统通过可从用户界面访问的命令或通过手动开关或按钮进行该测量。测量按照如下进行。阀301和302打开,且循环泵101和102被启动。因为确定是在加热器打开的情况下进行的,并且在任何给定时间只能启动一个加热器,因此控制系统首先确定第一腔室中包含的水量,然后单独确定第二腔室中包含的水量。给定腔室中的水量按照如下确定。与腔室相关联的加热器和循环泵一起被启动。然后,控制系统测量将温度升高预定量(通常为0.5℃)所需的时间。该时间与输送到系统的热量和腔室中的水量成比例。由于通过上述方法已知由加热器输送到水中的热量,并且明确地测量时间,因此计算腔室中的水量就很简单。在本发明的优选实施例中,这些测量的结果通过用户界面提供应使用者。在本发明的优选实施例中,腔室中的水量显示在用户界面上。
在本发明的一些优选实施例中,本文公开的方法包括测量通过循环泵的水的流速。在本发明的一些实施例中,这是根据从制造商处得知的泵的规格来确定的。在本发明的一些优选实施例中,通过循环泵输送水是通过测量用上述方法将水从充满的腔室输送到排空的腔室所需的时间来进行的。测量从指示一个腔室为空的信号停止到指示另一个腔室为空的信号停止的时间。由于水的体积和输送所需的时间是已知的,因此通过泵计算水的输送就很简单。控制系统执行该计算并通过用户界面将结果报告给使用者,将结果存储在存储器中,或两者都执行。
在本发明的一些优选实施例中,该方法包括准备预定量的水以在预定温度下使用。在这种情况下,水从被限定为提供水的一个腔室抽出到使用点(即,如果系统处于第一腔室填充模式,则水将从第二腔室抽出,反之亦然)。在本发明的优选实施例中,使用者通过经由用户界面的命令或者手动开关或按钮启动预定量的水的准备;在本发明最优选实施例中,使用者选择从哪个腔室抽出水。使用者(通过用户界面)指示要抽出的水的量和温度,然后系统准备所用水。首先,如上所述确定所选腔室内的水的温度和体积。然后,控制系统计算需要添加到所选腔室或从所选腔室取出的水量,以使腔室含有所需量的水。然后,控制系统根据需要添加或移出的水量以及循环泵(泵101或102,取决于所需的流动方向)的已知泵送速度计算将水输送到腔室或从腔室输出水所需的时间。打开阀303,然后启动适当的循环泵达到所计算出的时间。在水输送后,再次测量每个腔室中的温度和水量。如果需要将多于预定量(通常为5升)的水输送到腔室或从腔室输送出,则执行另外的输送。与将要从中取出水的腔室相关联的循环泵被启动并且相应的阀(301或302)被打开。然后启动适当的加热器,水被加热并再循环直至达到预定温度。在本发明的优选实施例中,一旦水达到预定温度,就会提醒使用者,例如通过点亮指示水已准备好使用的“就绪”灯。
在本发明的一些优选实施例中,该方法包括提醒使用者智能锅炉中的热水量已达到最小值,从而向使用者发出在使用点即将停止供应热水的警报,这样使用者就可以在热水用完之前计划好用水的使用。
在该方法的一个实施例中,通过使用流量开关粗略估计腔室中剩余的水量来提醒使用者。该方法的该实施例利用系统的优选实施例,其中它包括流量开关803。在该方法的该实施例中,当使用者开始从系统抽出水时,流量开关803产生信号,该信号确定流过出口阀305的流量是否超过预定速率,通常为6L/min。使用者可以通过用户界面设定所需的流速。由于淋浴通常流速为8-10L/min,因此典型的所需流速将为约9L/min。控制系统确定流速并除以它得到提供1升所需的时间(例如,流速为9升/分钟,供应1升所需的时间为秒),并根据所准备的水量和供水期间测量的时间计算保留在腔室中的热水量。当估算已经过水耗尽的剩余时间(在使用者设定的流量额定值下)时,控制系统提供剩余水量已经低于设定的最小值的警报信号。
在本发明的各种实施例中,该警报信号是可视的(例如闪光)、听觉的(例如蜂鸣器),或两者都有。在本发明的一些实施例中,警报信号由电池供电。在警报信号由电池供电的优选实施例中,系统还包括用于测量电池电压并在电池电压低于预定最小值时提供警报(例如警报灯或蜂鸣器)的装置,并因此建议更换电池。
在该方法的第二实施例中,通过提供从中抽出水的腔室中的水量的近似测量来提醒使用者。用于提醒使用者的该实施例是在从智能锅炉供水暂停期间进行的。在该实施例中,通过启动与被由来自热交换单元的水或自来水充满的腔室相关联的加热器来用热的方法确定腔室中的水量;测量不是直接在抽出水的腔室中进行的,以免干扰准备使用的水的温度。在预定温度下使用预定量的水之后就开始了(在优选实施例中,通过流量开关803对水流进行检测和/或通过对由与从中抽出水的腔室相关联的体积确定装置产生的信号的变化进行检测来确定),控制系统暂停,直到停止供水(例如,流量开关803显示没有水流出出口阀305)。与被填充的腔室相关联的循环泵被启动预定时长(通常为20秒),以确保腔室内的水温是均匀的。在此期间,对水温进行采样,加热器被启动,并且如上所述估算腔室内的水量。一旦确定了被填充的腔室中的水量,则从中抽出水的腔室中的水量被估算为锅炉的总体积与被填充的腔室中的水量之间的差。
如果在根据该第二实施例的腔室中的水量的测量期间,恢复供水,则取消测量,并控制系统暂停测量直到智能锅炉供水再次暂停。
当估计腔室中的水量达到预定最小值时,如上所述提醒使用者。
Claims (100)
1.一种智能锅炉系统,包括:
第一腔室(410),其包括第一入口(4510)、第二入口(4515)、第一出口(4100)和第二出口(4150);
第二腔室(420),其包括第一入口(4520)、第二入口(4525)、第一出口(4200)和第二出口(4250);
第一止回阀(730),其包括:
入口,与所述第二腔室(420)的所述第二出口(4250)流体连接;和,
出口,与所述第一腔室(410)的所述第二出口(4150)流体连接;
所述第一单向阀,被配置成当所述入口处的压力超过所述出口处的压力预定量时打开;
第二止回阀(740),其包括:
入口,与所述第一腔室(410)的所述第二出口(4150)流体连接;和,
出口,与所述第二腔室(420)的所述第二出口(4250)流体连接;
所述第二单向阀,被配置成当所述入口处的压力超过所述出口处的压力预定量时打开;
柔性屏障(430),其将所述第一腔室和所述第二腔室间隔开;
第一加热器(451),其与到所述第一腔室的所述入口热接触;
第二加热器(452),其与到所述第二腔室的所述入口热接触;
第一循环泵(101),其被配置成经由导管(2070)、通过常开第一阀(301)将流体从所述第一腔室出口(4100)泵送到所述第一腔室入口(4515);
第二循环泵(102),其被配置成经由导管(2075)、通过常开第二阀(302)将流体从所述第二腔室出口(4200)泵送到所述第二腔室入口(4525);
体积检测装置,其用于确定所述柔性屏障何时达到从所述第一腔室和所述第二腔室中选择的腔室的内表面的预定距离内,所述体积检测装置被配置成当满足下列条件中的至少一个条件时提供信号:
所述柔性屏障被确定已达到所述腔室的内表面的所述预定距离内;
所述柔性屏障被确定已达到其行程的预定限度;
所述体积检测装置确定所述腔室具有与所述柔性屏障达到所述腔室的内表面的所述预定距离内相一致的体积;以及,
所述体积检测装置确定所述腔室中的一个实际上是空的;
常闭第三阀(303),其一侧经由导管(2060)在所述第一循环泵(101)下游的点处与导管(2070)连接,以及其第二侧经由导管(2065)在所述第二循环泵(102)下游的点处与导管(2075)连接;
三通入口阀(304),其包括:
入口;
第一出口,经由导管(2050)与第一腔室入口(4510)流体连接;和,
第二出口,经由导管(2055)与第二腔室入口(4520)流体连接;
三通出口阀(305),其包括:
第一入口,经由导管(2080)与第一腔室出口(4150)流体连接;
第二入口,经由导管(2085)与第二腔室出口(4250)流体连接;和,
出口;
加热控制子系统,所述加热控制子系统包括:
第一温度控制装置(510),其被配置成测量所述第一腔室(410)内的温度并控制所述第一加热器(451);
第二温度控制装置(520),其被配置成测量所述第二腔室(420)内的温度并控制所述第二加热器(452);和,
控制装置,其被配置成设置所述阀(301)、(302)、(303)和(304)以响应来自所述体积检测装置或来自使用者的信号将水引导到所述第一腔室和所述第二腔室中的一个中。
2.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述体积检测装置包括:
第一近距离传感器(441),其位于所述第一腔室(410)内并与第一开关(610)电连接;
第二近距离传感器(442),其位于所述第二腔室(420)内并与第二开关(620)电连接;和,
致动器(440),其附接到或嵌入所述柔性屏障(430)中,使得当所述致动器达到所述两个达到开关中的一个的预定距离内时,所述达到开关被启动,从而启动与其电连接的所述开关,并向所述控制装置发送信号以设置所述阀(301)、(302)、(303)和(304)以将水引导到所述达到开关已被启动的腔室中。
3.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述体积检测装置包括:
第一压差开关(445),其与所述第一腔室(410)和所述第二腔室(420)流体连接并与所述控制装置电连接,所述第一压差开关被配置成测量所述第一腔室和所述第二腔室的内部的压力差,并且如果所述压力差低于预定值,则向所述控制装置发送信号以设置所述阀(301)、(302)、(303)和(304)以将水引导到所述第一腔室;和,
第二压差开关(446),其与所述第一腔室(410)和所述第二腔室(420)流体连接并与所述控制装置电连接,所述第二压差开关被配置成测量所述第二腔室和所述第一腔室的内部的压力差,并且如果所述压力差低于预定值,则向所述控制装置发送信号以设置所述阀(301)、(302)、(303)和(304)以将水引导到所述第二腔室。
4.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述第一温度控制装置(510)被配置成控制所述第一循环泵(101)和所述第一阀(301),以及所述第二温度控制装置(520)被配置成控制所述第二循环泵(102)和所述第二阀(302)。
5.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,包括:第一栅格(460),其围绕所述第一腔室(410)的所述内表面设置;和第二栅格(465),其围绕所述第二腔室的所述内表面设置。
6.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,包括至少一个单向止回阀,所述单向止回阀选自:
第一止回阀(701),其位于所述入口阀(304)和所述第一腔室入口(4510)之间;
第二止回阀(702),其位于所述入口阀(304)和所述第二腔室入口(4520)之间;
第三止回阀(703),其位于所述第一泵(101)与导管(2060)和(2070)之间的所述连接的上游的所述第一阀(301)之间;和
第四止回阀(704),其位于所述第二泵(102)与导管(2065)和(2075)之间的所述连接的上游的所述第二阀(302)之间。
7.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,包括:
第一减压阀(710),其与导管(2050)流体连通,被配置成如果所述导管(2050)中的水压超过预设设定点,则通过从所述导管(2050)排出水来释放压力;和,
第二减压阀(720),其与导管(2055)流体连通,被配置成如果所述导管(2055)中的水压超过预设设定点,则通过从所述导管(2055)排出水来释放压力。
8.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,包括:
第一温度开关(530),其与所述第一腔室(410)热接触;和
第二温度开关(540),其与所述第二腔室热接触。
9.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,包括至少一个指示器,其被配置成通知使用者所述第一腔室和所述第二腔室中的至少一个内的水处于预定温度。
10.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,包括:
第一流量开关(801),其被配置成确定水是否流过导管(2070);
第二流量开关(802),其被配置成确定水是否流过导管(2075);和,
第三流量开关(803),其被配置成确定是否有水流出所述出口阀(305)。
11.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置包括用户界面。
12.根据权利要求11所述的智能锅炉系统,其中,所述用户界面包括以下中的至少一个:
所述两个腔室(410,420)中的至少一个中的水量的显示;
温度设定点的显示;
设定所需温度设定点的选项;
每个所述腔室中水的当前温度的显示;以及
用于被配置成允许各个使用者输入和存储系统操作参数的个性化菜单的存储器。
13.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置是根据在所述水加热系统和至少一个器具之间提供数据连接的国内互联网协议进行编程的。
14.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成将所述系统置于待机模式,其中所述加热器关闭并且所有其他系统部件保持现状。
15.根据权利要求14所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成如果满足预定条件或条件组,则自动将所述系统置于所述待机模式。
16.根据权利要求15所述的智能锅炉系统,其中,所述预定条件选自以下条件:
通过了预定时间而没有所述填充模式切换;以及,
在预定时间段内加热器都没有被启动超过预定时间。
17.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成允许所述系统切换到手动控制。
18.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,包括电测量装置,其被配置成执行以下任务中的至少一个任务:
测量系统在预定时间内的用电量;
自测量重置后测量系统用电;
估算与所述系统用电相关的用电成本;
在用户界面上显示用电量测量结果;以及,
显示与所述系统用电相关的用电成本的估算。
19.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置包括系统时钟,其被配置成测量并存储每个所述泵和每个所述加热器都在使用的时长。
20.根据权利要求19所述的智能锅炉系统,其中,以下至少有一个是正确的:
所述系统时钟被配置成对每个所述泵和每个所述加热器可独立地重置;和,
所述系统时钟被配置成仅在输入代码时才可重置。
21.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述第一加热器(451)和所述第二加热器(452)远离所述锅炉(400),并且所述智能锅炉系统包括:
第一加热导管(4518),其与所述第一腔室入口(4510)和所述第一腔室(410)流体连接;和,
第二加热导管(4528),其与所述第二腔室入口(4520)和所述第二腔室(420)流体连接。
22.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述系统的特征在于以下情况的默认状态:其中,所述加热器和所述泵关闭;第一和第二阀(301)和(302)打开;第三阀(303)关闭;入口阀(304)被配置成在其入口和所述第二腔室的入口(4520)之间形成流体连接;以及,出口阀(305)被配置成在其出口和所述第一腔室的所述出口(4150)之间形成流体连接。
23.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述系统被配置成使得如果所述第一泵(101)没有运转则第一加热器(451)不能操作,以及如果所述第二泵(102)没有运转则所述第二加热器(452)不能操作。
24.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述系统被配置成使得所述两个加热器中只有一个可以在任意给定时间操作。
25.根据权利要求24所述的智能锅炉系统,其中,如果所述两个腔室中的水具有低于预定温度至少预定量的温度:
如果所述第二阀(302)打开而所述第一阀(301)关闭,则所述第二加热器(452)启动,所述第一加热器(451)关闭;以及,
如果所述第一阀(301)打开而所述第二阀(302)关闭,则所述第一加热器(451)启动,所述第二加热器(452)关闭。
26.根据权利要求25所述的智能锅炉系统,其中,所述预定量是0.5℃。
27.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成确定所述加热器(451)和(452)中的每一个的效率。
28.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成确定所述加热器(451)和(452)中的每一个是否正常操作。
29.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成:
如果所述第二阀(302)打开而所述第一阀(301)关闭,则确定所述第二泵(102)和所述第二流量开关(802)是否正常操作;以及,
如果所述第一阀(301)打开而所述第二阀(302)关闭,则确定所述第一泵(101)和所述第一流量开关(801)是否正常操作。
30.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成确定所述腔室中的每一个中的水量。
31.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成计算将所述腔室中的一个预定腔室中的水的温度升高预定温度所需的时间。
32.根据权利要求31所述的智能锅炉系统,其中,所述预定温度是0.5℃。
33.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成测量以下中的至少一个:
通过所述循环泵的流速;和,
所述循环泵的泵送速度。
34.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述控制装置被配置成在所述系统初始化之后或在所述系统已经通过待机系统状态之后第一次提醒使用者所述锅炉中的热水量已达到预定最小值。
35.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述第一止回阀(730)和所述第二止回阀(740)被配置成在所述入口处的压力超过所述出口处的压力至少0.5巴时打开。
36.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述第一腔室(410)、所述第二腔室(420)、所述柔性屏障(430)、所述第一栅格(460)和所述第二栅格(465)中的至少一个由能够承受2个大气压而不会被永久损坏的材料制成。
37.根据权利要求1所述的智能锅炉系统,其中,所述第一腔室(410)、所述第二腔室(420)、所述柔性屏障(430)、所述第一栅格(460)和所述第二栅格(465)中的至少一个由能够经受重复加压至2个大气压并减压至大气压而不会被永久损坏的材料制成。
38.一种水加热系统,其中,所述水加热系统包括:
热交换子系统,其包括:
热交换设备(1000),其包括:
冷侧(1010),包括冷侧入口(1030)和冷侧出口(1040);
和,
热侧(1020),包括热侧入口(1050)和热侧出口(1060);
辅助加热子系统,其包括根据权利要求1至37中任一项所述的智能锅炉系统;
导管(2040),其在所述热交换设备的所述冷侧的所述出口(1040)与所述三通入口阀(304)的所述入口之间提供流体连接;以及,
系统控制子系统,其被配置成控制通过所述水加热系统的水流。
39.根据权利要求38所述的水加热系统,包括:
第三泵(103),其被配置成将水从所述排水管(3010)泵送到所述热交换器的所述热侧的所述入口(1050);
背压释放调节器(205),其设置在所述第三泵(103)和所述热侧入口(1050)之间;
第一液位阀(210),其与所述排水导管(2010)流体连接并与所述第三泵的泵控制系统连通,所述第一液位阀被配置成使得当水位等于或高于预定水位时,所述第一液位阀向所述第三泵的所述泵控制系统发送信号以启动操作;和,
第二液位阀(215),其与所述排水导管(2010)流体连接并与所述第三泵的所述泵控制系统连通,所述第二液位阀被配置成使得当水位低于预定水位时,所述第二液位阀向所述第三泵的泵控制系统发送信号以停止操作。
40.根据权利要求39所述的水加热系统,其中:
所述智能锅炉系统包括第三流量开关(803),其被配置成确定是否有水流出所述出口阀(305);
所述第三流量开关与所述第三泵的所述泵控制系统连通,并且被配置成如果流出所述出口阀的所述水流超过预定最小值,则向所述第三泵发送信号;以及,
所述泵控制系统被配置成使得如果所述第三泵已经运转超过预定最短时间并且没有从所述第三流量开关接收到信号,则不论是否从所述第二液位阀接收到信号,所述泵控制系统都会停止所述第三泵的运转。
41.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述热侧入口(1050)与温排水源流体连接。
42.根据权利要求41所述的水加热系统,其中,所述温排水源选自淋浴器排水管、浴槽排水管和水槽排水管。
43.根据权利要求39所述的水加热系统,包括:第一过滤器(201),其在所述热交换器的所述冷侧的所述入口(1030)的上游;和第二过滤器(202),其在所述热交换器的所述热侧的所述入口(1050)的上游。
44.根据权利要求39所述的水加热系统,包括:
旁通导管(2005),其在所述第三泵下游的点与所述第三泵上游的所述排水导管(2010)中的点之间提供流体连接;和,
浮阀(500),其设置成使得流过所述旁通导管的水将流过所述浮阀。
45.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成允许所述系统切换到手动控制。
46.根据权利要求39所述的水加热系统,包括电测量装置,其被配置成执行以下任务中的至少一个任务:
测量系统在预定时间内的用电量;
自测量重置后测量系统用电量;
估算与所述系统用电相关的用电成本;
在用户界面上显示用电量测量结果;以及,
显示与所述系统用电相关的用电成本的估算。
47.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成确定所述加热器(451)和(452)中的每一个的效率。
48.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成确定所述加热器(451)和(452)中的每一个是否正常操作。
49.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成执行以下中的确定:
确定所述第二泵(102)和所述第二流量开关(802)是否正常操作;和,
确定所述第一泵(101)和所述第一流量开关(801)是否正常操作。
50.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成确定每个所述腔室中的水温和每个所述腔室中的水量。
51.根据权利要求39所述的水加热系统,其中:
所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成计算将所述腔室的一个预定腔室中的水的温度升高预定温度所需的时间;以及,
所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个包括计算方法,其被编程为由将所述温度升高所述预定温度所需的时间来计算所述腔室内的水量。
52.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个被配置成测量以下中的至少一个:
通过所述循环泵的流速;和,
所述循环泵的泵送速度。
53.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述第一止回阀(730)和所述第二止回阀(740)被配置成在所述入口处的压力超过所述出口处的压力至少0.5巴时打开。
54.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述第一腔室(410)、所述第二腔室(420)、所述柔性屏障(430)、所述第一栅格(460)和所述第二栅格(465)中的至少一个由能够承受2个大气压而不会被永久损坏的材料制成。
55.根据权利要求39所述的水加热系统,其中,所述第一腔室(410)、所述第二腔室(420)、所述柔性屏障(430)、所述第一栅格(460)和所述第二栅格(465)中的至少一个由能够经受重复循环加压至2个大气压并减压至大气压而不会被永久损坏的材料制成。
56.一种热水输送系统,其用于在使用点向水输出口(3000)提供热水,其中,所述热水输送系统包括:
排水管(3010);
根据权利要求38的水加热系统;
排水导管(2010),其在所述排水管(3010)和所述热交换器(1000)的所述热侧的所述入口(1050)之间提供流体连接;
系统排水管(3020);
导管(2020),其在所述热交换器的所述热侧的所述出口(1060)与所述系统排水管之间提供流体连接;
在所述热交换器的所述冷侧的所述入口(1030)与自来水源(2030A)之间提供的流体连接;
第一电源阀(300),其在所述自来水源和所述热交换器的所述冷侧的所述入口之间;
混合装置,其用于将流出所述出口阀(305)的水与来自自来水源(2030B)的进水混合;和,
导管(2095),其被配置成将水从所述混合装置引导至所述水输送装置。
57.根据权利要求56所述的热水输送系统,其中,所述热水输送系统包括根据权利要求39所述的水加热系统。
58.根据权利要求56所述的热水输送系统,其中,所述热水输送系统包括根据权利要求40所述的水加热系统。
59.根据权利要求56所述的热水输送系统,其中,所述热水输送系统包括根据权利要求41所述的水加热系统。
60.根据权利要求56所述的热水输送系统,其中,所述热水输送系统包括根据权利要求42所述的水加热系统。
61.根据权利要求56所述的热水输送系统,其中,所述混合装置包括:
冷水阀(306),其在所述自来水源(2030B)的下游;
热水阀(307),其经由导管(2090)与所述三通出口阀(305)的所述出口流体连接;和,
装置,其用于经由至少一个公共点提供从所述冷水阀(306)和所述热水阀(307)到所述导管(2095)的流体连接。
62.根据权利要求56所述的热水输送系统,包括第三泵(103),其被配置成将水从所述排水管(3010)泵送到所述热交换器的所述热侧的所述入口(1050);浮阀(500);和旁通导管(2005),其经由所述浮阀在所述第三泵下游的点和所述第三泵上游的所述排水导管(2010)中的点之间提供流体连接。
63.根据权利要求56所述的热水输送系统,其中,所述热水输出口(3000)是淋浴喷头。
64.根据权利要求56所述的热水输送系统,其中,所述热水输出口(3000)是水槽龙头。
65.一种向使用点提供热水的方法,所述使用点包括水输出口(3000)和排水管(3010),其中,所述方法包括:
获得根据权利要求38的水加热系统;
将系统状态“第一腔室充满”定义为在由所述体积检测装置产生指示所述柔性屏障在所述第一腔室的内表面的预定距离内的信号之后设定的系统状态;
将系统状态“第二腔室充满”定义为在由所述体积检测装置产生指示所述柔性屏障在所述第二腔室的内表面的预定距离内的信号之后设定的系统状态;
将系统状态“待机模式”定义为其中所述加热器和泵都关闭且所有其他系统部件保持现状的系统状态;
提供以下所述之间的流体连接:
所述排水管和所述热交换器的所述热侧的所述入口(1050)之间;
所述热交换器的所述热侧的所述出口(1060)和系统排水管(3020)之间;
所述热交换器的所述冷侧的入口(1030)和自来水源(2030A)之间;
经由导管(2095)在所述水输出口和所述三通出口阀(305)的所述出口之间;以及,
所述水输出口和自来水源(2030B)之间;
通过以下方式使所述系统初始化:
打开所述第一阀(301)和所述第三阀(303);
将水从所述第二腔室(420)泵送到所述第一腔室(410),直到从所述体积检测装置获得指示所述柔性屏障在所述第二腔室的所述内表面的所述预定距离内的信号,从而设定所述系统状态到第二腔室充满;
关闭所述第三阀;
启动所述第一加热器(451);并且,
使水从所述第一腔室(410)经由所述第一腔室出口(4100)、导管(2070)和所述第一腔室入口(4515)进行再循环,直到所述第一腔室中的水达到预定温度;
同时使所述排水管(3010)的温排水流过所述热交换器的所述热侧,并使来自所述自来水源(2030A)的冷自来水流过所述热交换器的所述冷侧,从而将热量从所述温排水传递给所述冷自来水,产生温自来水;
所述温自来水经由所述三通入口阀(304)流过导管(2040);
如果所述系统状态是第一腔室充满,则:
设置所述三通入口阀(304)以在导管(2040)和导管(2050)之间提供流体连接;
设置所述三通出口阀(305)以在所述第二腔室(420)和所述三通出口阀的所述出口之间提供流体连接;
启动所述第一加热器(451);
打开所述第一阀(301);
打开所述第二阀(302);
启动所述第一循环泵(101),从而使水从所述第一腔室通过所述导管(2070)再循环,并加热流入所述第一腔室的水和/或通过所述第一腔室和所述导管(2070)使所述水再循环;并且,
启动所述第二循环泵(102);
如果所述系统状态是第二腔室充满,则:
设置所述三通入口阀(304)以在导管(2040)和导管(2055)之间提供流体连接;
设置所述三通出口阀(305)以在所述第一腔室(410)和所述三通出口阀的所述出口之间提供流体连接;
启动所述第二加热器(452);
打开所述第二阀(302);
打开所述第一阀(301);
启动所述第二循环泵(102),从而使水从所述第二腔室通过所述导管(2075)再循环,并加热流入所述第二腔室的水和/或通过所述第二腔室和所述导管(2075)使所述水再循环;并且,
启动所述第一循环泵(101);
使水从所述智能锅炉流到所述三通出口阀的所述出口;
根据需要将从所述三通出口阀的所述出口流出的所述水与自来水源(2030B)的冷水混合,以将所述智能锅炉的所述水冷却到所需的最终温度;以及,
使水经由导管(2095)从所述三通出口阀流到所述水输出口(3000)。
66.根据权利要求65的方法,包括:
如果所述系统状态是第一腔室充满,则:
测量所述第一腔室中的温度;
在所述初始化步骤之后或在所述系统通过待机模式之后,当所述温度达到预定值时,第一次提供锅炉就绪警报;
当所述温度达到所述预定值时,停用所述第一加热器;
当所述温度低于预定最小值时,启动所述第一加热器;
如果所述系统状态是第二腔室充满,则:
测量所述第二腔室(420)中的温度;
在所述初始化步骤之后或在所述系统通过待机模式之后,当所述温度达到预定值时,第一次提供锅炉就绪警报;
当所述温度达到所述预定值时,停用所述第二加热器;
当所述温度低于预定最小值时,启动所述第二加热器。
67.根据权利要求65所述的方法,其中,获得根据权利要求38所述的水加热系统包括获得根据权利要求39所述的水加热系统。
68.根据权利要求65所述的方法,其中,获得根据权利要求38所述的水加热系统包括获得根据权利要求40所述的水加热系统。
69.根据权利要求65所述的方法,其中,获得根据权利要求38所述的水加热系统包括获得根据权利要求41所述的水加热系统。
70.根据权利要求65所述的方法,其中,获得根据权利要求38所述的水加热系统包括获得根据权利要求42所述的水加热系统。
71.根据权利要求65的方法,其中:
所述启动所述第一加热器(451)的步骤之后是以下步骤:
测量所述第一腔室(410)中的温度;
当所述温度达到预定值时,停用所述第一加热器;并且,
当所述温度低于预定最小值时,启动所述第一加热器;以及,所述启动所述第二加热器(452)的步骤之后是以下步骤:
测量所述第二腔室(420)中的温度;
当所述温度达到所述预定值时,停用所述第二加热器;并且,
当所述温度低于预定最小值时,启动所述第二加热器。
72.根据权利要求65的方法,其中,所述热水输出口(3000)选自:
淋浴喷头;和,
水槽龙头。
73.根据权利要求65所述的方法,其中,所述将从所述三通出口阀的所述出口流出的水与自来水源的冷水混合的步骤包括:
使所述水经由导管(2090)从所述三通出口阀(305)的所述出口流到热水阀(307),所述热水阀包括与导管(2095)流体连通的出口;
使水从所述自来水源流到冷水阀(306),所述冷水阀包括与导管(2095)流体连通的出口;并且,
根据需要打开所述热水阀和所述冷水阀,以将流出所述热水输出口的水达到所需温度。
74.根据权利要求65所述的方法,包括通知使用者所述第一腔室和所述第二腔室中的至少一个内的水处于预定温度。
75.根据权利要求74所述的方法,其中,所述通知使用者所述第一腔室和所述第二腔室中的至少一个内的水处于预定温度的步骤包括当所述第一腔室和所述第一腔室中的至少一个内的水处于预定温度时点亮指示器。
76.根据权利要求65所述的方法,包括以下中的至少一个:
在用户界面上显示所述腔室(410,420)中至少一个中的水量;
在用户界面上显示温度设定点;
在用户界面上提供设置所需温度设定点的选项;以及,
在用户界面上显示每个所述腔室中的水的当前温度。
77.根据权利要求65所述的方法,包括:
为个性化菜单在用户界面提供存储器;以及,
配置所述菜单以允许各使用者输入和存储系统操作参数。
78.根据权利要求65所述的方法,包括根据国内互联网协议对所述系统控制子系统和所述控制装置中的至少一个进行编程,所述国内互联网协议提供所述水加热系统和至少一个器具之间的数据连接。
79.根据权利要求65所述的方法,包括将所述系统置于待机模式,其中,所述加热器关闭且所有其他系统部件保持现状。
80.根据权利要求79所述的方法,包括如果满足预定条件或条件组,则自动将所述系统置于所述待机模式。
81.根据权利要求80的方法,其中,所述预定条件选自以下条件:
没有所述填充模式切换所通过的预定时间;以及,在预定时间段内加热器都不会被启动超过预定时间。
82.根据权利要求65所述的方法,包括在没有从所述智能锅炉系统抽出水的时间内确定所述加热器中的一个加热器的效率,所述确定所述加热器的效率的步骤包括:
选择待测试的特定加热器;
将水输送到与所述加热器热接触的腔室,直到所述腔室被填充到其最大体积;
当所述第三阀(303)关闭而所述循环泵下游的所述第一或所述第二阀(301,302)打开时,启动与所述腔室流体连接的所述循环泵;
将所述加热器启动预定加热时间;
测量所述腔室中水的温度升高;
由所述最大体积、所述预定加热时间和供应到所述加热器的能量计算预期的温度升高;以及,
将所述温度升高与所述预期的温度升高进行比较,从而获得所述加热器的效率。
83.根据权利要求82所述的方法,包括根据所述确定所述加热器效率的步骤的结果自动更新系统控制软件。
84.根据权利要求82所述的方法,包括如果所述效率低于预定水位,则向使用者提供警报。
85.根据权利要求65所述的方法,包括确定所述加热器是否正常操作,所述确定所述加热器是否正常操作的步骤包括:
充满预定腔室;
当所述第三阀(303)关闭而所述循环泵下游的所述第一阀或所述第二阀(301,302)打开时,启动与所述腔室热接触的所述加热器和与所述腔室流体连接的所述循环泵预定测试时间;
在所述预定测试时间内测量所述腔室中水的温度升高;
将所述温度升高与由所述腔室中的水量、预定测试时间和供应到所述加热器的能量计算的预期的温度升高进行比较;并且,
如果所述温度升高小于所述预期的温度升高,则提供所述加热器没有正常操作的警报。
86.根据权利要求65所述的方法,包括自动确定与预定腔室流体连接的循环泵和所述循环泵下游的流量开关是否正常操作,所述自动确定所述循环泵和流量开关是否正常操作的步骤通常包括:
使水通过所述腔室再循环预定预测时间段;
如果从所述流量计接收到信号,则确定所述循环泵正常运转;以及,
如果没有从所述循环泵下游的所述流量计接收到信号:确定所述循环泵没有正常运转;
阻止与所述腔室热接触的加热器的启动;并且,
提供所述循环泵没有正常运转的警报。
87.根据权利要求65所述的方法,包括确定所述第一和第二循环泵(101,102)、所述第一和第二近距离传感器(441,442)以及所述第一和第二流量开关(801,802)是否正常操作,所述确定所述第一和第二循环泵、所述第一和第二近距离传感器以及所述第一和第二流量开关是否正常操作的步骤包括:
执行程序(a),所述程序(a)包括:
启动所述第一循环泵(101);
关闭所述第一阀(301);
打开所述第二阀(302)和所述第三阀(303);
等待预定排空时间;
如果在所述启动第一循环泵并打开所述第二阀的步骤之后从所述第二流量开关(802)接收到信号,并且在所述预定排空时间结束之前从所述第一近距离传感器(441)接收到信号:
则提供所述第一循环泵(101)、所述第二流量开关(802)和所述第一近距离传感器(441)处于正常操作状态的通知;
如果在所述启动第一循环泵和打开所述第二阀的步骤之后没有从所述第二流量开关(802)接收到信号,但是在所述预定排空时间结束之前从所述第一近距离传感器(441)接收到信号:
则提供所述第一循环泵(101)和所述第一近距离传感器(441)处于正常操作状态但是所述第二流量开关(802)出现故障的通知;
如果在所述启动第一循环泵和打开所述第二阀的步骤之后从所述第二流量开关(802)接收到信号,但在所述预定排空时间结束之前没有从所述第一近距离传感器(441)接收到信号:
则提供所述第一循环泵(101)和所述第二流量开关(802)处于正常操作状态但是所述第一近距离传感器(441)出现故障的通知;
如果在所述预定排空时间结束之前没有从所述第二流量开关(802)或所述第一近距离传感器(441)接收到信号:
则提供所述第一循环泵(101)或所述第二阀(302)出现故障的通知;以及,
执行程序(b),所述程序(b)包括:
启动所述第二循环泵(102);
关闭所述第二阀(302);
打开所述第一阀(301)和所述第三阀(303);
等待预定排空时间;
如果在所述启动第二循环泵和打开所述第一阀的步骤之后从所述第一流量开关(801)接收到信号,并且在所述预定排空时间结束之前从所述第二近距离传感器(442)接收到信号:
则提供所述第二循环泵(102)、所述第一流量开关(801)和所述第二近距离传感器(442)处于正常操作状态的通知;
如果在所述启动第一循环泵和打开所述第二阀的步骤之后没有从所述第一流量开关(801)接收到信号,但是在所述预定排空时间结束之前从所述第二近距离传感器(442)接收到信号:
则提供所述第二循环泵(102)和所述第二近距离传感器(442)处于正常操作状态但通知所述第一流量开关(801)出现故障的通知;
如果在所述启动第一循环泵和打开所述第二阀的步骤之后从所述第一流量开关(801)接收到信号,但在所述预定排空时间结束之前没有从所述第二近距离传感器(442)接收到信号:
则提供所述第二循环泵(102)和所述第一流量开关(801)处于正常操作状态但所述第二近距离传感器(442)出现故障的通知;
如果在所述预定排空时间结束之前没有从所述第一流量开关(801)或所述第二近距离传感器(442)接收到信号:
则提供所述第二循环泵(102)或所述第一阀(301)出现故障的通知;
如果在所述诊断开始时,从所述第二达到开关(442)接收到指示所述第二腔室(420)是空的信号,或者如果在所述诊断开始时,没有从所述第一达到开关(441)或者从所述第二达到开关(442)接收到指示所述第一腔室(410)不是空的信号,则在执行程序(b)之前执行程序(a);
如果在所述诊断开始时,从所述第一达到开关(441)接收到指示所述第一腔室(410)为空的信号,则在所述执行程序(a)的步骤之前执行所述执行程序(b)的步骤。
88.根据权利要求65所述的方法,包括确定每个所述腔室内所含的水量,所述确定所述体积的步骤包括:
将所述系统置于待机模式;
打开第一阀(301)和第二阀(302);
启动所述第一循环泵(101)和所述第二循环泵(102);
启动所述第一加热器(451);
测量将所述第一腔室(410)内的水温升高预定量所需的时间;
由所述时间和传递到所述水的热量计算所述第一腔室(410)中的水量;
启动所述第二加热器(452);
测量将所述第二腔室(420)内的水温升高预定量所需的时间;以及,
由所述时间和传递到所述水的热量计算所述第二腔室中的水量。
89.根据权利要求65所述的方法,包括测量(a)通过循环泵的流速和(b)循环泵的泵送速度中的至少一个,包括:
用水将一个腔室填充至其最大体积,从而排空第二个腔室;
启动被配置成使水通过所述充满的腔室再循环的循环泵;
关闭所述循环泵下游的所述阀(301或302);
打开所述第三阀(303);
测量将所述充满的腔室中包含的所有水输送到所述空腔所需的时间;以及,
由所述时间和所述体积计算通过所述泵的流速和/或所述泵的泵送速度。
90.根据权利要求65所述的方法,包括准备预定温度下的预定用水量,包括:
设定所需的最终温度;
设定所需要准备的水量;
选择要从中抽出水的腔室;
确定所述腔室中的水量;
计算必须向所述腔室添加或从所述腔室排出的水量,以使所述腔室含有所述所需的水量;
计算将水输送到所述腔室所需的时间;
根据需要启动循环泵以从所述腔室排出水或向所述腔室添加水;
打开所述第三阀(303)所述时间;
根据需要重复前面五个步骤,直到需要输送少于预定量的水以使所述腔室中的所述水量达到所需量;
启动循环泵以使水通过所述腔室再循环;以及,
启动与所述腔室热接触的加热器,直到所述腔室中的所述水达到所述所需温度。
91.根据权利要求90所述的方法,其中,所述选择腔室的步骤包括选择当前未被充满的腔室。
92.根据权利要求90所述的方法,包括:当满足以下条件中的至少一个条件时向使用者提供警报:
所述水已达到所述预定温度;和
所述智能锅炉中的热水量达到最小值。
93.根据权利要求92所述的方法,包括:
在所述腔室中设定预定最小体积的热水;
测量流出所述出口阀的水流速;
当流速超过预定流速时提醒使用者;
计算将一升热水供应到所述系统下游的使用点所需的时间;
由所述准备的水量和供应所述热水的时间计算所述腔室中剩余的热水量;并且
估计所述热水用完之前的时间;以及,
在所述估计的时间结束时提醒所述使用者所述智能锅炉中的热水量已达到所述最小量。
94.根据权利要求92所述的方法,包括:
等待停止供应所述热水;
启动与不从其中抽出水的第二腔室热接触的加热器,所述第二腔室含有一定量的水;
启动与在预定时间内不从其中抽出水的所述腔室流体连接的所述循环泵;
确定所述第二腔室中的水量;
由所述智能锅炉(400)的体积与所述第二腔室内的所述水量之差计算加热的水量;并且,
如果所述加热的水量低于预定最小值,则提醒所述使用者。
95.根据权利要求65所述的方法,包括向使用者提供允许所述系统切换到手动控制的选项。
96.根据权利要求65所述的方法,包括执行以下任务中的至少一项任务:
测量系统在预定时间内的用电量;
自测量重置后测量系统用电;
估算与所述系统用电相关的用电成本;
在用户界面上显示用电量测量结果;并且,
显示与所述系统用电相关的用电成本的估算。
97.根据权利要求65所述的方法,包括使用系统时钟,其被配置成测量和存储每个所述泵和每个所述加热器使用的时长。
98.根据权利要求65所述的方法,包括在系统关闭和重启之后将所述系统重置为以下情况的默认状态:其中,所述加热器和所述泵关闭;第一和第二阀(301)和(302)打开;第三阀(303)关闭;入口阀(304)被配置成在其入口和所述第二腔室的入口(4520)之间形成流体连接;以及,出口阀(305)被配置成在其出口和所述第一腔室的出口(4150)之间形成流体连接。
99.根据权利要求65所述的方法,其中,如果所述两个腔室中的水的特征在于低于预定温度至少预定量的温度:
如果所述第二阀(302)打开而所述第一阀(301)关闭,则启动所述第二加热器(452),关闭所述第一加热器(451);以及,
如果所述第一阀(301)打开而所述第二阀(302)关闭,则启动所述第一加热器(451),关闭所述第二加热器(452)。
100.根据权利要求65所述的方法,包括选自以下步骤中的至少一个步骤:
确定所述第二泵(102)和所述第二流量开关(802)是否正常操作;和,
确定所述第一泵(101)和所述第一流量开关(801)是否正常操作。
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