智能恆溫混水裝置的製作方法

2023-05-29 08:57:21 1

專利名稱：智能恆溫混水裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種智能恆溫混水裝置。
背景技術：
混水裝置是將熱水和冷水進行混合，從而輸出所需溫度的溫水。輸出的溫水可提供給水龍頭或是淋浴花灑。目前市場上的混水裝置主要是機械式，有機械式非恆溫型和機械式恆溫型兩種。機械式非恆溫型，需要用戶手動進行調節以達到需要的水溫，而且在熱水或冷水進水條件發生變化的時候，比如進水壓力或進水水溫發生變化，出水水溫也會發生變化，用戶需要再次進行手動調節來達到需要的出水水溫。在某些極端的進水條件變化下，比如當冷水水壓突然下降的很低或消失，這時出水水溫接近熱水溫度，這樣就有可能造成燙傷的危險。機械式恆溫型，用戶可以設定需要的出水溫度，而且能夠對熱水或冷水進水條件發生變化的時候能夠使出水溫度保持或接近原來的設定溫度。但這種混水裝置對水溫控制的精確度不是很高，而且對熱水或冷水進水條件發生變化的時候的反應不是很快。特別是在水壓突然變化時，出水溫度會出現波動。用戶會感到不舒適。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能自動控制出水溫度、並且在不同的進水條件，以及進水條件發生變化時，對出水溫度和流量控制的精確度較高的智能恆溫混水
直ο為解決上述問題，本發明採用的技術方案是智能恆溫混水裝置，包括中空的閥體和控制器，閥體上設置有冷水進口、熱水進口和出水口，所述閥體內在冷水進口處設置有冷水流量控制機構和冷水溫度傳感器，閥體內在熱水進口處設置有熱水流量控制機構和熱水溫度傳感器，閥體內在出水口處設置有出水溫度傳感器、出水流量傳感器和電磁閥，冷水溫度傳感器、熱水溫度傳感器、出水溫度傳感器和出水流量傳感器均與控制器通訊連接，冷水流量控制機構、熱水流量控制機構和電磁閥均由控制器控制。所述的冷水流量控制機構和熱水流量控制機構的結構相同，包括設置在閥體中的冷水進口或熱水進口處的閥芯座，閥芯座中部設置有通孔，並在兩側分別設有兩個環形凸臺，凸臺上有密封圈槽，每個槽中卡有密封圈，閥芯座的通孔中設置有閥芯，閥芯與閥芯座之間以密封圈相連接，閥芯包括與密封圈內徑相配合的圓柱體關閉段及沿軸線截面積逐漸減小的控制段，閥芯與可驅動閥芯沿通孔軸向移動的驅動裝置相連接，驅動裝置由控制器控制。所述閥芯包括一個關閉段和一個控制段，關閉段的長度大於閥芯座左右兩端密封圈之間的距離，在閥芯的移動範圍內，閥芯座一側的密封圈永遠和關閉段接觸形成對進水的密封，閥芯座另一側的密封圈可處於閥芯關閉段和控制段，該側為單出口流量控制機構出水口。所述閥芯包括兩個關閉段和兩個控制段，閥芯的組成形式為一個關閉段一端與一個控制段的最大截面端相連，該控制段的最小截面端與另一關閉段的一端相連，該關閉段的另一端與另一控制段的最大截面端相連，兩個控制段的結構相同，控制段的最大截面和關閉段截面大小一樣，閥芯中間的控制段和關閉段的長度之和等於閥芯座左右兩端密封圈之間的距離，當閥芯座左右兩端密封圈處於控制段，進水將分別從閥芯座兩側流出形成兩個出口，這兩個出口有通道相連。所述的閥芯座的兩個環形凸臺之間設置有通道，通道與冷水進口或熱水進口相連
ο所述密封圈是一種彈性件，在水壓下會產生變形；密封圈所在的密封圈槽的內徑稍大於密封圈的外徑，使得密封圈在水壓下產生向著閥芯方向變形，水壓越大，變形越大。所述閥芯控制段截面與密封圈形成的流通面積在不同的水壓下會產生變化，隨水壓增加而減少，隨水壓減少而增加。所述的驅動裝置為線性驅動裝置，可為線性步進電機或線性電機。本發明的有益效果是上述的智能恆溫混水裝置，其結構簡單、使用方便。其能自動並且準確地控制出水溫度及流量控制，對出水溫度控制的精確度較高，出水溫度可控制在設定溫度的正/負1度以內，並且當進水條件發生變化時，出水水溫波動小或沒有波動；準確的流量控制可以達到節能節水的功能。在一段時間未使用後可以自動衝洗以保持清潔，而且可以自動熱水消毒、自動故障診斷、自動過溫保護、自動預熱，而且還可以聯網進行遠程控制等。


圖1是本發明的軸剖結構示意圖；圖2是本發明的另一種結構的軸剖結構示意圖；圖3是圖1中密封圈和閥芯部分的剖視圖；圖4是出水溫度傳感器的結構示意圖；圖中1、閥體，2、冷水進口，3、熱水進口，4、出水口，5、冷水溫度傳感器，6、熱水溫度傳感器，7、出水溫度傳感器，71、埠，8、閥芯座，81、環形凸臺，82、通道，83、密封圈槽，84、閥內通道，10、閥芯，101、關閉段，102、控制段，11、線性步進電機，12、密封圈。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明智能恆溫混水裝置作進一步的詳細描述。如圖1所示，智能恆溫混水裝置，包括中空的閥體1和控制器(圖中未示出)，閥體1上設置有冷水進口 2、熱水進口 3和出水口 4，所述閥體1內在冷水進口 2處設置有冷水流量控制機構和冷水溫度傳感器5，閥體1內在熱水進口 3處設置有熱水流量控制機構和熱水溫度傳感器6，冷水流量控制機構的出口和熱水流量控制機構的出口相連通，並且和閥體1的出水口 4相連通，閥體1內在出水口 4處設置有出水溫度傳感器7、出水流量傳感器(圖中未示出)和電磁閥(圖中未示出)，冷水溫度傳感器5、熱水溫度傳感器6、出水溫度傳感器7和出水流量傳感器均與控制器通訊連接，冷水流量控制機構、熱水流量控制機構和電磁閥均由控制器控制。作為優選方案，所述的冷水流量控制機構和熱水流量控制機構的結構相同，所以此處以冷水側流量控制機構為例解釋。該流量控制機構包括設置在閥體1中的冷水進口 2處的閥芯座8，閥芯座8中部設置有通道82，閥芯座8的通道82中活動設置有閥芯10，閥芯座8的兩側分別設有兩個環形凸臺81，每個環形凸臺81的內圈壁中設置密封圈槽83，每個密封圈槽83中卡有密封圈12，閥芯10包括與密封圈12相配合的圓柱體關閉段101及沿軸線方向截面積逐漸減小的控制段102，在閥芯10的移動範圍內，左側密封圈始終處於關閉段101，所以無進水從閥芯座8的左側流出，當閥芯10移動到最右側，右側密封圈處於關閉段101，則進水被關閉，當閥芯10移動到右側密封圈處於控制段102，進水從右側密封圈與閥芯10之間的流通面流出，通過移動閥芯10可改變流通面積，從而改變流量。其中冷水流量控制機構和熱水流量控制機構可以分為單出口流量控制機構和雙出口流量控制機構。其中單出口流量控制機構的結構為閥芯10上有一個關閉段101和一個控制段102，關閉段101的長度大於閥芯座8左右兩端密封圈12之間的距，在閥芯10的移動範圍內，閥芯座8 一側的密封圈12永遠和關閉段101接觸形成對進水的密封，閥芯座8另一側的密封圈12可移動於閥芯關閉段101和控制段102，該側為單出口流量控制機構出水口。其中雙出口流量控制機構的結構如圖2所示閥芯10是由兩個關閉段101和兩個控制段102組成，閥芯10的組成形式為一個關閉段101 —端與一個控制段102的最大截面端相連，該控制段102的最小截面端與另一關閉段101的一端相連，該關閉段101的另一端與另一控制段102的最大截面端相連，兩個控制段102的結構相同，閥芯10中間的控制段102和關閉段101的長度之和等於閥芯座8左右兩端密封圈12之間的距離，這樣可以保證閥芯座8左右兩端密封圈12同時處於關閉段101或控制段102，當閥芯座8左右兩端密封圈12處於控制段102，進水將分別從閥芯座8兩側流出形成兩個出口，這兩個出口有閥內通道(84)相連，以達到水壓平衡。此設計得好處為1.閥芯10始終處於壓力平衡狀態，這樣對於驅動裝置驅動力的要求就會降低，從而降低驅動裝置的功耗和節省成本。2.可以在閥體大小不變的情況下，使流量增加一倍。閥芯10與可驅動閥芯10沿通孔軸向移動的驅動裝置相連接，該驅動裝置可以為線性步進電機11或線性電機，線性步進電機11由控制器控制，閥芯10與閥芯10座8之間的連接處設置有密封圈12，所述的密封圈可以為橡膠圈12之類的彈性部件，在水壓下會產生變形；密封圈所在的密封圈槽的內徑稍大於密封圈的外徑，使得密封圈在水壓下變形向著閥芯方向，水壓越大，變形越大。作為優選方案，所述的閥芯座8與閥體1為一體結構，每個閥芯座8的兩個環形凸臺81之間設置有通道82，通道82與冷水進口 2或熱水進口 3相連通，當然，所述的閥芯座8與閥體1也可以為分體結構，均屬於本發明的保護範疇。所述閥芯10控制段102截面與密封圈12形成的流通面積在不同的水壓下會產生變化，隨水壓增加而減少，隨水壓減少而增加，其效果是無論水壓如何變化，流量幾乎保持不變。
本發明的工作原理是用戶根據需求設定好出水口 4所需出水溫度。工作時，由冷水溫度傳感器5和熱水溫度傳感器6實時監控冷水進口 2和熱水進口 3的溫度，出水溫度傳感器7實時監控出水口 4的出水溫度，當出水溫度與設定溫度出現偏差時，控制器得到信號，並且控制冷水流量控制機構或熱水流量控制機構對冷水進口 2或熱水進口 3的流量比例進行調節，以使出水溫度等於用戶設定溫度。溫度的控制基於下面的公式T0 =TcXA+ThXB⑴
A =a Qtotal( )
B =Qh Qtotal(iii)
Qtotal=Qc+Qh(iv)
τ --- 1 O—出水測量溫度
Tc -—冷水測量溫度
Th -—熱水測量溫度
Qc -—冷水流量
Qh -■ 熱水流量
Qtotal——總出水流量，為冷水流量和熱水流量之和
A――----冷水流量佔總出水流量的比例
B――----冷水流量佔總出水流量的比例
從公式(i)可以看出，出水的溫度取決於冷/熱水水溫以及冷
量中比例。其控制方法有兩種方法1 冷水流量控制機構和熱水流量控制機構同時工作當出水測量溫度高於用戶設定溫度時，冷水流量控制機構驅動冷水側的閥芯10來增加冷水的流量，同時熱水流量控制機構驅動熱水側的閥芯10來減少熱水流量。這樣冷水比例上升和熱水比例下降，從而使出水水溫下降。當測量溫度低於用戶設定溫度時，冷水流量控制機構驅動冷水側的閥芯10來減少冷水的流量，同時熱水流量控制機構驅動熱水側的閥芯10來增加熱水流量。這樣冷水比例下降和熱水比例上升，從而使出水水溫上升。這種控制方法的特徵在於對冷/熱水的流量同時進行控制調整，控制調整的速度快和效率很高。這種控制方法適用於儲熱式熱水系統(即有加熱好的熱水儲存在容器裡)。這種熱水系統的特徵在於熱水水溫不會隨著熱水流量的突然變化而變化。這樣Th在控制中保持恆定，使得控制反應速度快而且穩定。方法2 以冷水流量控制機構工作來調節水溫為主，熱水流量控制機構基本不參與出口水溫的調節以保持熱水流量的穩定。這種控制方法適用於用即熱式熱水裝置來提供熱水的系統，如燃氣熱水器或電加熱即熱式熱水器。這種裝置的特徵在於熱水的溫度取決於熱水的流量。因為裝置的功率是一定的，熱水流量大，則熱水水溫就低；熱水流量小，則熱水水溫就高。如果採用方法1來控制，在調節熱水流量時，熱水水溫也會發生變化。這樣就會增加控制的難度，而且很容易出現出水水溫不穩。而方法2在控制中保持熱水流量的恆定，這樣熱水水溫就會保持恆定，控制的效果就會很好。溫度控制是通過流量控制機構來實現的。流量控制機構的驅動快慢和驅動幅度是由控制器決定。控制器是一套程序算法，它是通過測量的出水溫度和設定溫度的差值來計算出最佳的驅動信號。控制方法1和2有各自的一套控制算法。為了能讓測量得出水水溫更準確，出水溫度測量點離冷熱開始混合處會有一些距離，這樣可以讓冷熱水充分混合，但是，這樣又會造成測量的延時。同時，溫度傳感器本身有反應延時，流量控制機構也有延時。如果控制器讓流量控制機構的反應速度過快，由於這些延時的存在，溫度控制會出現不穩定。如果控制器讓流量控制機構的反應速度過慢，出水溫度達到設定溫度的時間需要很長。所以控制器需要平衡反應速度和穩定性。溫度控制包括溫度主控制和溫度補償控制。溫度主控制是根據出水溫度傳感器7感測到溫度和設定溫度的差值，通過一套控制算法來控制冷水和熱水的比例，已達到溫度控制。溫度補償控制是在進水條件突然變化時進行補償控制使得出水溫度不偏離設定溫度。溫度補償控制分為對進水溫度變化的補償和對進水水壓變化的補償。在溫度主控制中，當冷水或熱水水溫發生變化時，控制器只有在出水溫度傳感器7感測到溫度變化才會驅動流量控制機構對溫度進行修正。這樣出口水溫就會先偏離設定溫度，然後再回到設定溫度。偏離的大小取決於進水水溫的變化速度和大小。進水溫度的補償可以減小甚至消除這種偏離。這種補償是通過裝在冷水進口 2和熱水進口 3處的冷水溫度傳感器5和熱水溫度傳感器6對進水水溫進行感測，當進水水溫發生變化時，進水溫度的補償控制器發出驅動信號使流量控制機構在出水溫度傳感器7感測到溫度變化之前提前移動來修正冷水和熱水比例，從而使出水水溫保持穩定，不偏離設定溫度。進水水壓的變化會使出口水溫偏離設定溫度。這是因為進水水壓的變化使得進水流量產生變化，從而使冷水和熱水的比例產生變化。在溫度主控制中，這種變化會有控制器來修正使得出水溫度回歸設定溫度。同樣是因為控制器只有在出水溫度傳感器感(7)測到溫度變化才會驅動流量控制機構對溫度進行修正，這樣出口水溫就會先偏離設定溫度，然後再回到設定溫度。偏離的大小取決於進水水壓的變化速度和大小。進水水壓變化補償可以減小甚至消除水壓變化對出口水溫的影響。這種補償是本發明最重要的特徵之一。這是一種機械式補償，所以能達到快速及時補償。其工作原理可以通過圖1中冷水流量控制機構來解釋。圖3為流量控制機構中密封圈12和閥芯10控制段部分的剖視圖，流量的大小取決於進水口與出水口 4的壓差和流通面積大小。在發明中，由於其本身可對流量進行控制，出水口 4 一般不需要節流裝置，出口壓力近似於大氣壓力，所以流量大小直接和進水壓力有關。在流通面積一定時，流量隨著進水壓力的增加而增加，隨著進水壓力的減少而減少。當進水壓力一定時，流量隨著流通面積的增加而增加，隨著流通面積的減少而減少。在本發明中，當密封圈12處於閥芯10控制段的某一位置，進水水壓對流通面積有決定性作用。圖3a所示為有一定進水壓力時的流通面積。密封圈12受到進水壓力的擠壓而變形，流通面積為變形後的密封圈12與移動閥芯10之間的面積。當進水壓力突然減少，流量會隨之減少。但是，如圖北所示，密封圈12受到進水壓力變小，使得擠壓變形變小，這樣流通面積就會增加，從而對進水水壓減少而產生的流量減少進行補償。這樣的效果就是保持流量變化很小或不變。當進水壓力突然增加，流量會隨之增加。但是，如圖3c所示，密封圈12受到進水壓力變大，使得擠壓變形變大，這樣流通面積就會減少，從而對進水水壓增加而產生的流量增加進行限制。這樣的效果就是保持流量變化很小或不變。這種密封圈12隨水壓變化而相應變形的特性使得，當密封圈12處在任何一個閥芯10控制段位置，在水壓變化時，閥芯10不需要移動就可以流量保持穩定，這樣出水溫度也會保持穩定，從而達到對進水水壓變化而產生的溫度變化進行補償。流量控制是通過將出水流量傳感器測得的流量與設定流量進行比較，利用它們之間的差值，由流量控制器來產生控制驅動信號來驅動冷水和熱水側的移動閥芯10使得出水流量達到設定流量。流量控制器使用的控制算法能夠在控制流量的同時，出水水溫不會受到影響。預熱功能—般混水裝置在開啟後要經過一段時間出水溫度才能達到設定溫度。這是因為當混水裝置在一段時間不用之後，熱水進水管中的熱水已經冷卻，當開啟後，這些冷卻的水要先排出之後，熱水才能流入並和冷水混合出設定溫度的出水。本發明中的混水裝置具有預熱的概念功能。預熱功能啟動時，混水裝置開啟，由於熱水管中水的水溫低於設定溫度，冷水流量控制機構將冷水關閉，熱水流量控制機構將熱水打開至最大流量使熱水管中的冷水儘快排出。當熱水管中的冷水排出後，高溫熱水流入混水裝置。冷水和熱水進行混合，當出水水溫達到設定溫度時，混水裝置關閉出水口 4，進入等待狀。同時發出聲音或燈光信號來提示用戶混水裝置預熱結束，這時，當用戶開啟混水裝置可立刻得到設定溫度的出水。等待狀態是有時間限制的，當處在等待狀態超過一段時間後仍然沒有開啟，混水裝置會回到停止狀態。過溫保護本發明中的混水裝置具有雙重過溫安全保護功能。如圖4所示，出水溫度傳感器7可以使用兩埠溫度傳感器。其中一個埠 71用於溫度控制，同時該埠 71還用於過溫保護。另一個埠 71則是專門用於過溫保護。當任何一個埠 71測量溫度高於設定的警戒值時，電磁閥關閉，切斷出水以防止燙傷。同時，設有最大設定溫度以防止用戶誤操作，使得出水溫度過高而造成燙傷。智能衝洗和高溫消毒功能混水裝置在一段時間沒有使用後，積在裡面以及出口的水中很容易繁殖出細菌。智能衝洗功能能夠在混水裝置沒有使用一段時間後將其開啟。這樣就可以把裡面的積水排出，從而保持混水裝置的清潔。智能衝洗的間隔時間以及衝洗時間可以由用戶根據具體的情況進行設定。高溫消毒功能混水裝置可以關閉冷水進水，只讓高溫熱水流進，這樣就可以利用這水的高溫對混水專職進行高溫消毒。由於消毒只需要高溫，所以在高溫消毒時，用最小的流量。這樣可以達到節能節水的目的。網絡功能網絡功能是指一個混水裝置和另外一個或多個混水裝置可以進行互聯，再聯到計算機或伺服器上。通過伺服器可以連接到網際網路上，可實現在任何一個連接到網際網路的計算機上對多個混水裝置高效管理。管理員可以對每一個混水裝置的運行情況進行監控，修改設置，故障診斷及修復，以及記錄其運行數據。這一功能對於安裝了比較多混水裝置的場所非常有利，比如賓館、醫院以及洗浴中心等等，因為這一功能可以節省很多人力和時間。
上述的實施例僅例示性說明本發明創造的原理及其功效，以及部分運用的實施例，而非用於限制本發明；應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.智能恆溫混水裝置，包括中空的閥體和控制器，閥體上設置有冷水進口、熱水進口和出水口，其特徵在於所述閥體內在冷水進口處設置有冷水流量控制機構和冷水溫度傳感器，閥體內在熱水進口處設置有熱水流量控制機構和熱水溫度傳感器，閥體內在出水口處設置有出水溫度傳感器、出水流量傳感器和電磁閥，冷水溫度傳感器、熱水溫度傳感器、出水溫度傳感器和出水流量傳感器均與控制器通訊連接，冷水流量控制機構、熱水流量控制機構和電磁閥均由控制器控制。
2.根據權利要求1所述的智能恆溫混水裝置，其特徵在於所述的冷水流量控制機構和熱水流量控制機構的結構相同，包括設置在閥體中的冷水進口或熱水進口處的閥芯座， 閥芯座中部設置有通孔，並在兩側分別設有兩個環形凸臺，凸臺上有密封圈槽，每個槽中卡有密封圈，閥芯座的通孔中設置有閥芯，閥芯與閥芯座之間以密封圈相連接，閥芯包括與密封圈內徑相配合的圓柱體關閉段及沿軸線截面積逐漸減小的控制段，閥芯與可驅動閥芯沿通孔軸向移動的驅動裝置相連接，驅動裝置由控制器控制。
3.根據權利要求2所述的智能恆溫混水裝置，其特徵在於所述閥芯包括一個關閉段和一個控制段，關閉段的長度大於閥芯座左右兩端密封圈之間的距離，在閥芯的移動範圍內，閥芯座一側的密封圈永遠和關閉段接觸形成對進水的密封，閥芯座另一側的密封圈可處於閥芯關閉段和控制段，該側為單出口流量控制機構出水口。
4.根據權利要求2所述的智能恆溫混水裝置，其特徵在於所述閥芯包括兩個關閉段和兩個控制段，閥芯的組成形式為一個關閉段一端與一個控制段的最大截面端相連，該控制段的最小截面端與另一關閉段的一端相連，該關閉段的另一端與另一控制段的最大截面端相連，兩個控制段的結構相同，控制段的最大截面和關閉段截面大小一樣，閥芯中間的控制段和關閉段的長度之和等於閥芯座左右兩端密封圈之間的距離，當閥芯座左右兩端密封圈處於控制段，進水將分別從閥芯座兩側流出形成兩個出口，這兩個出口有通道相連。
5.根據權利要求2所述的智能恆溫混水裝置，其特徵在於所述的閥芯座的兩個環形凸臺之間設置有通道，通道與冷水進口或熱水進口相連通。
6.根據權利要求2所述的智能恆溫混水裝置，其特徵在於所述密封圈是一種彈性件， 在水壓下會產生變形；密封圈所在的密封圈槽的內徑稍大於密封圈的外徑，使得密封圈在水壓下產生向著閥芯方向變形，水壓越大，變形越大。
7.根據權利要求2所述的智能恆溫混水裝置，其特徵在於所述閥芯控制段截面與密封圈形成的流通面積在不同的水壓下會產生變化，隨水壓增加而減少，隨水壓減少而增加。
8.根據權利要求2所述的智能恆溫混水裝置，其特徵在於所述的驅動裝置為線性驅動裝置，可為線性步進電機或線性電機。
全文摘要
本發明涉及一種智能恆溫混水裝置，包括中空的閥體和控制器，閥體上設置有冷水進口、熱水進口和出水口，所述閥體內在冷水進口處設置有冷水流量控制機構和冷水溫度傳感器，閥體內在熱水進口處設置有熱水流量控制機構和熱水溫度傳感器，閥體內在出水口處設置有出水溫度傳感器、出水流量傳感器和電磁閥，冷水溫度傳感器、熱水溫度傳感器、出水溫度傳感器和出水流量傳感器均與控制器通訊連接，冷水流量控制機構、熱水流量控制機構和電磁閥均由控制器控制。本發明為一種混水裝置。
文檔編號F16K11/22GK102563128SQ20121003829
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者朱祥楨 申請人:朱祥楨