CN110870195A - 液体分配系统 - Google Patents

Abstract

液体分配系统包括第一管道、第二管道和热电发电机。所述第一管道配置为将液体运载到所述液体分配系统。所述第二管道配置为将液体运载到所述液体分配系统。所述第一管道运载的液体的温度高于第二管道所运载的液体的温度。所述热电发电机包括第一侧和第二侧。所述热电发电机的所述第一侧与所述第一管道热接触。所述热电发电机的所述第二侧与所述第二管道热接触。由于所述第一管道和所述第二管道的温度差，在所述第一侧和所述第二侧之间产生了温度梯度。所述温度梯度导致所述热电发电机产生电流。

Description

液体分配系统

背景

除非本文另有说明，否则本文所述材料不是本申请中权利要求的现有技术，不允许因为包括在本节中而认为是现有技术。

技术领域

本主题通常涉及自动配水器。更具体地但非排他性地，主题涉及供应和管理操作自动配水器所需的电能，包括但不限于水龙头和淋浴器。

背景技术

通过感测靠近配水器的对象(通常是手)的存在来控制水流的自动配水器已经在市场上销售了很多年。这种设备无需触摸设备即可运行，并提供了更卫生的洗手方式。只要使手远离设备，水流就会自动停止。此特征减少了用水量，通常是当地建筑法规为节约资源而强制要求的。

自动配水器使用消耗电能的电子部件和电路。能量通常从电池或从建筑物的电气系统通过布线来供应。由于存在电和水，因此安装电线会增加复杂性，这需要特殊考虑。电池逐渐消耗并且必须定期进行更换或充电(这增加了成本和不便)，因此通常不适合高度使用区域(由于额外的更换或充电成本)。电池的处理对环境也是不利的。

电池耗尽的另一个显著缺点是，自动配水器将停止运行，直到更换电池。有线配水器也存在类似问题，即，如果电源中断，则配水器将无法使用。当然，可以部署带有布线和电池的混合系统，但是成本要高得多。

鉴于前述内容，需要一种用于提供自动配水器运行所需电能的改进的技术。

除了与用于自动配水器运行的电能的供应源有关的挑战外，还存在关于在自动配水器运行时有效利用能量的挑战。通常，自动配水器中提供的传感系统会消耗大量能量。

基于检测反射的不可见光的(例如红外传感器)水龙头发射光束并测量反射光的强度，以检测水龙头附近对象的存在。这种方法要求控制系统始终运行计时器，并为红外发射器周期性供电。此过程会逐渐消耗为控制系统供电的一个或多个电池。

水龙头可能配备有电容传感器(而不是红外传感器)以检测水龙头附近的对象。可以将包括生物材料(例如人)在内的物理对象塑造为无源电子部件。可以用三个不同的值R、L和C来描述对象。R是对象的电阻，L是对象的电感，C是对象的电容。如果将两个物理对象紧密放置，则可以将这些所述对象描述为一个电容器。改变两个对象的距离会改变所述电容器的总电容。

如果是自动水龙头或类似的盥洗室设备，则可以将水龙头的主体以及内置的电子器件和水槽塑造为具有特定电容的电容器。一旦对象(例如人的手)放置在水龙头附近，就可以视为所述电容器的一部分，这会改变系统的总电容。如果控制器配备了电容传感器，则可以检测系统电容的变化并将变化用于触发事件(例如打开电动阀)。

与使用红外传感器的设备相比，使用电容传感器的卫生设备具有更低的功耗，因此具有更长的电池寿命。电容传感器对其部署环境的变化非常敏感。这种传感器可能会由于环境湿度、水龙头内的水流、水的电气和化学特性、水槽材料和其他环境参数而变得不稳定。实现一致的可预测和稳定的行为需要在设备安装期间采取特殊措施，而这几乎是不可能的。

鉴于前述内容，需要改进对自动配水器运行所需电能的管理，同时需要确保在检测自动配水器附近的对象时的可接受的信度。

如前所述，红外传感器通常比电容传感器更可信。然而，关于红外传感器的挑战之一是需要对系统进行校准以在距红外传感器预定距离处检测对象。需要开发用于校准的特殊软件，并将其集成到嵌入系统中的计算机设备中。在制造和安装时，需要执行其他步骤以校准系统。

无源红外传感器可检测对象(例如人手)发射的红外光并可用于触发致动器(例如电磁阀)。因为不需要红外发光二极管作为红外光源，所以与测量反射红外光束强度的系统相比，使用无源红外传感器的系统的功耗要低得多。目前，可用的无源红外传感器用于运动检测器中，以检测在几米距离处的运动对象。在例如自动水龙头的应用中，传感器必须检测到传感器附近的对象。通常范围为5到30厘米。

鉴于在自动水龙头应用中所必须感测到的对象的范围和相对公差较短，需要对无源红外传感器的校准进行改进。

发明内容

在一方面，提供了液体分配系统。所述系统包括第一管道和第二管道。所述第一管道和所述第二管道配置为将液体运载到所述液体分配系统，使得由所述第一管道运载的所述液体的温度高于由所述第二管道运载的所述液体的温度。系统中存在包括第一侧和第二侧的热电发电机。所述热电发电机的所述第一侧与所述第一管道热接触，所述热电发电机的所述第二侧与所述第二管道热接触。由于所述第一管道和所述第二管道的温度差，在所述第一侧和所述第二侧之间产生了温度梯度，所述温度梯度导致所述热电发电机产生电流。

在另一方面，液体分配系统的控制器配置为接收来自电容传感器的输入以识别对象的存在。在使用所述电容传感器识别出所述对象的存在之后，控制器打开红外发射器并监视相应的红外接收器以确定所述对象存在于红外发射器的预定附近之内。在确定了所述对象存在于红外发射器的预定附近之内的情况下，控制器打开阀以允许对来自液体分配系统的液体进行分配。

在又一方面，提供了无源红外传感器。无源红外传感器包括第一偏振滤光片和第二偏振滤光片。第一偏振滤光片和第二偏振滤光片位于无源红外传感器的前面，使得被第一偏振滤光片和第二偏振滤光片偏振的光到达无源红外传感器。将第一偏振滤光片和第二偏振滤光片中的至少一个配置为相对于彼此旋转，以调节到达无源红外传感器的光，从而调节无源所述红外传感器的灵敏度。

附图说明

在各附图中通过示例而非限制的方式示出了实施例，其中相同的附图标记代表相同的元件，并且其中：

图1是根据一实施例的液体分配系统100的示意图；

图2A示出了根据一实施例的接合到柔性第一软管210和柔性第二软管212的热电发电机106；

图2B是根据一实施例的第二管道104沿轴线A-A(在图2A中示出)的截面图；

图3示出了根据一实施例的具有隔热的第一管道102和隔热的第二管道104的热电发电机106；

图4是热电发电机106的替代实施例；

图5是根据一实施例的传感器系统114的示意图；

图6是根据一实施例的传感器系统114工作的示例性方法600的流程图；以及

图7是传感器系统114的替代实施例的示意图。

具体实施方式

以下详细描述包括对附图的引用，这些附图形成了详细描述的一部分。附图示出了根据示例实施例的图示。这些示例实施例(其在本文中也被称为“示例”)描述得足够详细以使本领域技术人员能够实践本主题。然而，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和组件，以免不必要地混淆实施例的各个方面。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以组合实施例、利用其他实施例，或者可以进行结构、逻辑和设计改变。因此，以下详细描述不应被理解为限制性的，并且其范围由所附权利要求及其等同物限定。

在本文件中，如在专利文件中常见的那样，使用术语“一个(a)”或“一种(an)”包括一个或多个。除非在本文件中另有说明，否则术语“或”用于表示非排他性的“或”，使得“A或B”包括“A但不包括B”、“B但不包括A”以及“A和B”。

参照图1，提供了一种液体分配系统100，用于分配来自水龙头120的液体。液体分配系统100可包括第一管道102、第二管道104、热电发电机106、升压转换器108、能量存储单元110、控制器112、传感器系统114、混合阀116、开关阀和水龙头120。

现在参考图2A，热电发电机106与柔性第一软管210和柔性第二软管212相接触。热电发电机106可包含第一侧202和第二侧204。热电发电机106的第一侧202可与运载可能较冷的液体的第一管道102直接接触。热电发电机106的第二侧204可与运载可能较热的液体的第二管道104直接接触。在一实施例中，运载的液体可以是水。

在一实施例中，第一管道102可以运载可能较热的液体。第二管道104可以运载可能较冷的液体。

在一实施例中，由于第一管道102(较热液体)和第二管道(较冷液体)中运载的液体的温度差，热电模块106的第一侧202和第二侧204之间产生了温度梯度。

在一实施例中，热电发电机106中的温度梯度导致产生电流(珀尔帖效应)。由此产生的电流可以传输到升压转换器108(参见图1)。升压转换器108可配置为调制电流的电压。在一实施例中，升压转换器108可以使从热电发电机106传输的电流的电压增加。

在一实施例中，升压转换器108可将电流传输到用于储存电流的能量存储单元110(参考图1)。能量存储单元110可配置成为传输电流以用于控制器(参考图1)、传感器系统114(参考图1)和液体分配系统100的可能需要电流来工作的其他部件的工作。

此外，参考图2A，热电发电机106的第一侧202可以通过第一热传递部件206与第一管道102接触，热电发电机106的第二侧204可以通过第二热传递部件208与第二管道104接触。第一热传递部件206和第二热传递部件208可以分别从热电发电机106的第一侧202和第二侧204横向延伸。

在一实施例中，第一热传递部件206可包括第一端228和第二端230。第一热传递部件206的第一端228可与第一管道102热接触，第一热传递部件206的第二端230可与热电发电机106的第一侧202热接触。

类似地，第二热传递部件208可包括第一端234和第二端232。第二热传递部件208的第一端234可与第二管道104热接触，第二热传递部件208的第二端232可与热电发电机106的第二侧204热接触。

在一实施例中，第一管道102和第二管道104可分别可操作地机械地附接到柔性第一软管210和柔性第二软管212。在一实施例中，柔性第一软管210和柔性第二软管212可以是隔热的。柔性第一软管210和柔性第二软管212可以是隔热的，以避免在柔性软管210、212内运载的液体的热损失。而且，柔性软管210、212可以是隔热的以遵循各种安全法规。

在一实施例中，柔性第一软管210可从第一液体源224接收较热的水，而柔性第二软管212可从第二液体源226接收较冷的水。

在一实施例中，用于将第一管道102和第二管道104分别连接至柔性第一软管210和柔性第二软管212的机械附件可以是管道配件、电介质接头或任何其他等效的机械配件222。

在一实施例中，第一管道102包括入口214和出口216。将第一管道102的入口214连接到初级的柔性第一软管210的一端，其中将初级的柔性第一软管210的另一端连接到第一液体源224。将第一管道102的出口216连接到次级的柔性第一软管210的一端，其中将次级的柔性第一软管210的另一端连接到水龙头120或混合阀116。

类似的，第二管道104包括入口218和出口220。将第二管道104的入口218连接到初级的柔性第二软管212的一端，其中将初级的柔性第二软管212的另一端连接到第二液体源226。将第二管道104的出口220连接到次级的柔性第二软管212的一端，其中将次级的柔性第二软管212的另一端连接到水龙头120或混合阀116。在本实施例中，第一管道102和第二管道104可以是不隔热的。

参考图2B，在一实施例中，第一热传递部件206和第二热传递部件208是实心圆柱体。第一热传递部件206的第一端228可直接地物理暴露于第一管道102中的液体中。类似地，第二热传递部件208的第一端234可直接地物理暴露于第二管道104中的液体中。这种暴露可以使得第二热传递部件208的表面236可与流过第二管道104的液体直接接触。类似地，第一热传递部件206的表面236可与流过第一管道102的液体直接接触。

本实施例相对于其中第一热传递部件206和第二热传递部件208分别仅与第一管道102和第二管道104接触的实施例的优点在于，热传递部件206、208与流过管道102、104的液体直接接触。这可以使得热传递部件206、208更有效并高效地将热量传导至热电发电机106。

现在参考图3，热电发电机106设置有隔热的第一管道102和隔热的第二管道104。第一管道102和第二管道104的至少一部分是隔热的，另一部分是不隔热的。第一管道102和第二管道104的不隔热的部分分别与第一热传递部件206和第二热传递部件208接触。在一实施例中，热传递部件206、208也可以是隔热的(未示出)，端228、230、232、234保持不隔热，其中热传递部件206、208连接热电发电机106的侧面202、204和管道102、104。管道102、104和热传递部件206、208的隔热可以减少热量的辐射并改进热传导。

图4是热电发电机106、第一管道102和第二管道104的替代实施例。在当前实施例中，管道102、104的入口214、218可以分别直接附接到液体源224、226。管道102、104的出口216、220可以分别附接到柔性软管210、212。本实施例相对于先前实施例的优点在于，不需要将柔性软管210、212切成两部分以固定管道102、104。通过从液体源224、226上拆下软管210、212，将管道102、104的入口214、218附接到源224、226上，并将管道102、104的出口216、220附接到软管210、212上；当前实施例有利于将系统100附接到现有的水龙头装置上。

图5是根据一实施例的传感器系统114的示意图。传感器系统114可以包括电容传感器502、红外传感器504，其中红外传感器504可以包括红外发射器506和红外接收器508。传感器系统114可以与控制器112接触。控制器112可以连接至开关阀118，进而可与水龙头120接触。

图6是根据一实施例的传感器系统114工作的示例性方法600的流程图。在步骤602，参考图5，当对象510在电容传感器502附近并且因此在水龙头120附近时，电容发生变化。控制器112从电容传感器502接收对应电容变化的输入(步骤604，也参见图5)。

在步骤606，控制器112打开红外传感器504。在步骤608，红外传感器504使用红外发射器506发射红外光波。控制器112监视红外接收器508以确定对象510存在于红外发射器506的预定附近内。可以将其传达给控制器112。

在步骤610，控制器112在确认对象510存在于红外发射器506的预定附近内之后，打开开关阀118以分配来自水龙头120的液体。

在步骤612，如果在预定的附近没有检测到对象510，则控制器112在预定的时间段之后关闭红外传感器504。

在步骤614，控制器112打开电容传感器502以继续监视对象510的存在。

图7是传感器系统114的替代实施例的示意图。传感器系统114可以包括无源红外传感器702、第一偏振滤光片704和第二偏振滤光片706。传感器系统114可以与控制器112接触。控制器112可以连接至开关阀118，进而可与水龙头120接触。

第一偏振滤光片704和第二偏振滤光片706可以位于无源红外传感器702的前面。偏振滤光片704、706使得特定偏振的光波通过并阻挡其他偏振的光波。偏振滤光片704、706将未定义或混合偏振的光束转换为已定义偏振的光束，即偏振光。

在一实施例中，两个偏振滤光片704、706中的一个可配置为相对于另一个可旋转地调节。偏振滤光片704、706的这种配置有助于对到达无源红外传感器的光进行调节。这有助于调节无源红外传感器702的灵敏度。

在一实施例中，当对象510在距无源红外传感器702的预定距离内时，无源红外传感器702接收来自对象510的红外波。红外波可以穿过偏振滤光片704、706并到达无源红外传感器702。

无源红外传感器702可以将对象510的存在传达给控制器112。控制器112可以打开开关阀118以分配来自水龙头120的液体。

应当注意，上述过程被描述为一系列步骤；这样做仅仅是为了说明。因此，预期可以添加一些步骤，可以省略一些步骤，可以重新排列步骤的顺序，或者可以同时执行一些步骤。

尽管已经参考特定示例实施例描述了实施例，但是显而易见的是，可以对这些实施例进行各种修改和改变，而不背离本文所述的系统和方法的更广泛的精神和范围。因此，应将说明书和附图认为是说明性的而不是限制性的。

在阅读了前面的描述之后，本发明的许多改变和修改无疑对于本领域普通技术人员将变得显而易见。应当理解，本文采用的措词或术语是出于描述的目的而不是限制。应当理解，上面的描述包括许多规范；这些不应被解释为限制本发明的范围，而仅是提供本发明的一些个人优选实施例的说明。因此，本发明的范围应该由所附权利要求书及其合法等同物而不是由给出的示例来确定。

Claims (16)

1.液体分配系统，所述液体分配系统包括：

第一管道，所述第一管道配置为将液体运载到所述液体分配系统；

第二管道，所述第二管道配置为将液体运载到所述液体分配系统，其中，由所述第一管道运载的所述液体的温度高于由所述第二管道运载的所述液体的温度；

热电发电机，所述热电发电机包括第一侧和第二侧，其中，

所述热电发电机的所述第一侧与所述第一管道热接触；

所述热电发电机的所述第二侧与所述第二管道热接触；

由于所述第一管道和所述第二管道的温度差，在所述第一侧和所述第二侧之间产生了温度梯度；以及

所述温度梯度导致所述热电发电机产生电流。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热电发电机包括第一热传递部件和第二热传递部件，其中，

所述第一热传递部件使所述热电发电机的所述第一侧物理连接到所述第一管道；以及

所述第二热传递部件使所述热电发电机的所述第二侧物理连接到所述第二管道。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一热传递部件和所述第二热传递部件从所述热电发电机横向延伸。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，

所述第一热传递部件包括第一端和第二端；

所述第二热传递部件包括第一端和第二端；

所述第一热传递部件的所述第一端直接物理暴露于所述第一管道中的所述液体中，其中所述第一热传递部件的所述第一端的表面暴露于所述第一管道中的所述液体中；以及

所述第二热传递部件的所述第一端直接物理暴露于所述第一管道中的所述液体中，其中所述第二热传递部件的所述第一端的表面暴露于所述第二管道中的所述液体中。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，

所述第一热传递部件的所述第二端与所述热电发电机的所述第一侧接触；以及

所述第二热传递部件的所述第二端与所述热电发电机的所述第二侧接触。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，

所述第一管道可操作地机械连接至柔性第一软管；以及

所述第二管道可操作地机械连接至柔性第二软管。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一软管和所述第二软管是隔热的。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一管道和所述第二管道中的每一个均包括入口和出口，其中，

所述第一软管连接到所述第一管道的所述入口和所述出口，使得所述液体在所述第一管道的所述入口处从所述第一软管进入所述第一管道，并且所述液体通过所述第一管道的所述出口离开所述第一管道进入所述第一软管；以及

所述第二软管连接到所述第二管道的所述入口和所述出口，使得所述液体在所述第二管道的所述入口处从所述第二软管进入所述第二管道，并且所述液体通过所述第二管道的所述出口离开所述第二管道进入所述第二软管。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一管道和所述第二管道中的每一个均包括入口和出口，其中，

所述第一管道的所述入口可操作地机械连接至第一源，所述第一管道从所述第一源接收所述液体；

所述第一管道的所述出口可操作地机械连接至所述第一软管，所述液体从所述第一管道进入所述第一软管；

所述第二管道的所述入口可操作地机械连接至第二源，所述第二管道从所述第二源接收所述液体；以及

所述第二管道的所述出口可操作地机械连接至所述第二软管，所述液体从所述第二管道进入所述第二软管。

10.根据权利要求1所述的系统，还包括第一热传递部件和第二热传递部件，其中，

所述第一热传递部件将所述热电发电机的所述第一侧物理连接到所述第一管道；

所述第二热传递部件将所述热电发电机的所述第二侧物理连接到所述第二管道；

所述第一管道的至少一部分是隔热的，并且所述第一管道的至少另一部分是不隔热的；

所述第一热传递部件物理连接到所述第一管道的所述另一部分，所述另一部分是不隔热的；

所述第二管道的至少一部分是隔热的，并且所述第一管道的至少另一部分是不隔热的；以及

所述第二热传递部件物理连接到所述第二管道的所述另一部分，所述另一部分是不隔热的。

11.根据权利要求1所述的系统，还包括升压转换器，其中，

将由热电发电机产生的所述电流传递到所述升压转换器；以及

所述升压转换器调制电流的电压。

12.根据权利要求1所述的系统，还包括能量存储单元，其中，能量存储单元接收来自升压转换器的电流并存储电能。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述液体分配系统包括用于分配液体的水龙头。

14.根据权利要求1所述的系统，还包括控制器，所述控制器配置为，

接收来自电容传感器的输入以识别对象的存在；

仅在使用所述电容传感器识别出所述对象的存在之后，打开红外发射器并监视相应的红外接收器，以确定所述对象的至少一部分在红外发射器的预定附近之内；以及

打开开关阀以对来自所述液体分配系统的液体进行分配。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为，

在检测不到预定附近内的任何对象的预定时间后，关闭所述红外发射器和所述红外接收器；以及

使电容传感器继续监视以检测任何对象的存在，即使所述红外发射器和所述红外接收器已关闭。

16.根据权利要求1所述的系统，还包括无源红外传感器，以及至少第一偏振滤光片和第二偏振滤光片，其中，

所述第一偏振滤光片和所述第二偏振滤光片位于所述无源红外传感器的前面，使得被所述第一偏振滤光片和所述第二偏振滤光片偏振的光到达所述无源红外传感器；

所述第一偏振滤光片和所述第二偏振滤光片中的至少一个配置为相对于彼此可旋转地调节，以调节到达无源红外传感器的光，从而调节所述无源红外传感器的灵敏度。

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