一种用于热水器的温度自动控制混合阀

摘要

本发明涉及一种用于热水器的温度自动控制混合阀。其技术方案是：阀体(1)内设有方形空腔(6)和圆柱形空腔(17)，圆柱形空腔(17)的上部设有球形空腔(2)，底部设有第一热水进水孔(15)和第一冷水进水孔(14)。球形空腔(2)顶部的混合出水口(4)处装有温度传感器(3)，阀体(1)的圆柱形空腔(17)装有阀芯(12)，驱动部分设置在所述方形空腔(6)内，微型伺服电机(18)的输出轴装有齿轮(7)，与齿轮(7)啮合的齿条(11)通过连接杆与阀芯(12)连接。阀体(1)的控制面板(20)内装有单片机(19)，单片机(19)写有温度控制软件；单片机(19)端口C、D与微型伺服电机(18)的正、负接口对应连接，单片机(19)端口E与温度传感器(3)连接。本发明具有操作方便、自动化程度高和温度控制精确的特点。

说明书

技术领域

本发明属于温度自动控制阀技术领域。具体涉及一种用于热水器的温度自动控制混合阀。

技术背景

目前，热水器的主体技术趋于成熟，已得到普遍使用。混合阀是热水器十分重要的温度控制装置，直接关系到人们使用热水的舒适度。

“一种陶瓷阀片组件及装有该组件的冷热水混合阀”（ZL200610000129.8）专利技术，该技术包括阀体、手柄、陶瓷阀芯和设置在陶瓷阀芯下方的冷热水混合腔。该陶瓷阀芯可以同时对冷热水的流量及进水比例进行调解，解决了水流量可调的问题。“一种冷热水混合的水龙头的把手”（ZL201310252909.1）专利技术，该技术的本体包括操作部分和连接部分，所述连接部分的两侧壁设置有左孔和右孔；还包括红色的热水塞堵和蓝色的冷水塞堵，热水塞堵和冷水塞堵分别与左孔和右孔可拆卸连接。该把手提供一种冷热水混合的水龙头的把手，它可以区分冷水和热水区，安装和使用方便。

虽然上述各种冷热水混合阀在调节冷热水流量和混合有一定效果，但必须通过手柄的旋转来调节出水口的温度，在使用过程中，经常出现温度忽冷忽热的状况，且调节过程麻烦，温度控制精度低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺点，目的是提供一种操作方便、自动化程度高和温度控制精确的用于热水器的温度自动控制混合阀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述混合阀包括阀体、阀芯、温度控制部分和驱动部分。阀体的圆柱形空腔装有阀芯，阀芯的靠近两端处的圆柱面上分别装有密封圈，阀体的球形空腔顶部的混合出水口处装有温度传感器，驱动部分设置在阀体的方形空腔内，阀芯与驱动部分通过连接杆连接，端盖与阀体的开口端通过螺栓固定连接，阀体的表面装有温度控制部分。

阀体的结构是：阀体的一端为封闭端，另一端为开口端。开口端由外向内依次开有方形空腔和圆柱形空腔，圆柱形空腔的上部设有球形空腔，球形空腔的顶部设有混合出水口，圆柱形空腔的底部设有第一热水进水孔和第一冷水进水孔，第一热水进水孔和第一冷水进水孔位于混合出水口的正下方两侧，圆柱形空腔分别与球形空腔和方形空腔相通。球形空腔的球心位于圆柱形空腔长度的1/2处，球形空腔的球心距离圆柱形空腔轴线的长度与圆柱形空腔的半径r₀相等，球形空腔的球心与圆柱形空腔轴线位于同一铅垂面，球形空腔的球形半径r₁为圆柱形空腔半径r₀的1.1~1.3倍。

所述驱动部分由安装架、齿条、齿轮和微型伺服电机构成。微型伺服电机固定在方形空腔内，微型伺服电机的输出轴装有齿轮，安装架固定在所述方形空腔的底部，齿条活动地设置在安装架的上平面，齿条与齿轮啮合，齿条通过连接杆与阀芯连接，行程开关固定在安装架的右端。

阀芯为圆柱体，圆柱体的两端处设有环形密封槽，在圆柱体内沿直径方向开有第二热水进水孔和第二冷水进水孔，第二热水进水孔和第二冷水进水孔的孔距L₄与阀体的第一热水进水孔和第一冷水进水孔的孔距L₂相等，第二热水进水孔和第二冷水进水孔的孔距L₄为第二热水进水孔的孔径d₂的3.1~3.2倍。第二热水进水孔的孔径d₂、第二冷水进水孔的孔径d₂、第一热水进水孔的孔径d₁和第一冷水进水孔的孔径d₁相等。

温度控制部分的控制面板内装有单片机，单片机写有温度控制软件。单片机端口A与控制面板连接，单片机端口B与行程开关连接，单片机端口C、D与微型伺服电机的正、负接口对应连接，单片机端口E与温度传感器连接。

所述封闭端开有排气孔；所述端盖开有排气孔；所述微型伺服电机的额定电压为6V。

所述第一热水进水孔的出水口左侧开有出水槽，出水槽的宽度b和出水槽的深度h均为第一热水进水孔孔径d₁，出水槽的长度L₁为第一热水进水孔孔径d₁的1.5倍；第一冷水进水孔的出水槽与第一热水进水孔的出水槽对称设置。

所述第二热水进水孔的中心线距离阀芯左端面的长度L₃与第二冷水进水孔的中心线距离阀芯右端面的长度L₅相等，所述长度L₅为第二热水进水孔孔径d₂的3~3.5倍。

所述温度控制软件的主流程是：

    S-1、初始化；

S-2、设置温度范围T₁~T₂，T₂＞T₁；

    S-3、温度传感器的实测温度T；

    S-4、若T₁TT₂，则执行S-5；若T＞T₂，则执行S-6；若T＜T₁，则执行S-7；

    S-5、微型伺服电机进入休眠状态；

    S-6、微型伺服电机正传，阀芯右移，混合出水口水温降低，返回S-3步骤；

    S-7、微型伺服电机反传，阀芯左移，混合出水口水温升高，返回S-3步骤；

    S-8、结束。

本发明工作过程如下：

启动前，阀芯位于最右端，齿条接触行程开关，切断电源。使用时，先在控制面板上输入使用温度范围，则微型伺服电机正转，通过齿轮带动齿条的移动，阀芯左移，使阀芯处于第一冷水进水孔和第一热水进水孔全开的位置。

当温度传感器的实测温度低于设定温度范围时，将信号传给单片机，单片机控制微型伺服电机，使微型伺服电机正转，通过齿轮带动齿条移动，阀芯左移，使第一冷水进水孔的出水口减小，第一热水进水孔的出水口不变，从而使混合出水口温度升高，达到设定的温度范围；温度传感器再将信号反馈给单片机，单片机控制电动机进入休眠状态，使出水温度达到稳定。

当温度传感器实测的温度高于设定温度范围时，将信号传给单片机，单片机控制微型伺服电机，使微型伺服电机反转，通过齿轮带动齿条移动，阀芯右移，使第一热水进水孔的出水口减小，第一冷水进水孔的出水口不变，从而使混合出水口温度降低，达到设定的温度范围；温度传感器再将信号反馈给单片机，单片机控制电动机进入休眠状态，使出水温度达到稳定。

当使用结束时，通过控制面板向单片机输入停止命令，单片机控制微型伺服电机反转，通过齿轮带动齿条移动，阀芯右移，使第一热水进水孔和第一冷水进水孔均关闭，齿条接触右端的行程开关，切断电源。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：

1、本发明操作方便，控制精确，单片机和温度传感器能够保持出水温度趋于稳定，无需手工操作，自动化程度高。

2、本发明使用温度传感器能精确的进行温度反馈，使微型伺服电机对第一冷水进水孔与第一热水进水孔的出水量控制更加准确，进而保持混合出水口的温度相对稳定。

3、本发明采用的圆柱阀芯与阀体的密封效果良好，控制更加方便。广泛适用于家庭、宾馆或其他公共场所，也适用于两种不同温度混合的液体或气体。

因此，本发明具有操作方便、自动化程度高和温度控制精确的特点。

附图说明

    图1为本发明的一种结构剖视示意图；

    图2为图1的A-A剖面放大示意图；

    图3为图1中阀体1的剖面示意图；

    图4为图3中的B-B向剖面示意图；

    图5为图1中阀芯12的剖面示意图；

    图6为本发明的一种温度控制示意图；

    图7为本发明的一种温度控制软件的主流程图；

    图8为本发明停止工作时的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对求保护范围的限制。

实施例1

一种用于热水器的温度自动控制混合阀。如图1和图8所示，所述混合阀包括阀体1、阀芯12、温度控制部分和驱动部分。阀体1的圆柱形空腔17装有阀芯12，阀芯12的靠近两端处的圆柱面上分别装有密封圈5，阀体1的球形空腔2顶部的混合出水口4处装有温度传感器3，驱动部分设置在阀体1的方形空腔6内，阀芯12与驱动部分通过连接杆连接，端盖8与阀体1的开口端通过螺栓固定连接，阀体1的表面装有温度控制部分。

阀体1的结构如图3和图4所示：阀体1的一端为封闭端，另一端为开口端。开口端由外向内依次开有方形空腔6和圆柱形空腔17，圆柱形空腔17的上部设有球形空腔2，球形空腔2的顶部设有混合出水口4，圆柱形空腔17的底部设有第一热水进水孔15和第一冷水进水孔14，第一热水进水孔15和第一冷水进水孔14位于混合出水口4的正下方两侧，圆柱形空腔17分别与球形空腔2和方形空腔6相通。如图1和图2所示，球形空腔2的球心位于圆柱形空腔17长度的1/2处，球形空腔2的球心距离圆柱形空腔17轴线的长度与圆柱形空腔17的半径r₀相等，球形空腔2的球心与圆柱形空腔17轴线位于同一铅垂面，球形空腔2的球形半径r₁为圆柱形空腔17半径r₀的1.1~1.2倍。

如图1和图8所示，所述驱动部分由安装架10、齿条11、齿轮7和微型伺服电机18构成。微型伺服电机18固定在方形空腔6内，微型伺服电机18的输出轴装有齿轮7，安装架10固定在所述方形空腔6的底部，齿条11活动地设置在安装架10的上平面，齿条11与齿轮7啮合，齿条11通过连接杆与阀芯12连接，行程开关9固定在安装架10的右端。

如图5所示，阀芯12为圆柱体，圆柱体的两端处设有环形密封槽，在圆柱体内沿直径方向开有第二热水进水孔16和第二冷水进水孔13，第二热水进水孔16和第二冷水进水孔13的孔距L₄与阀体1的第一热水进水孔15和第一冷水进水孔14的孔距L₂相等，第二热水进水孔16和第二冷水进水孔13的孔距L₄为第二热水进水孔16的孔径d₂的3.1~3.2倍。第二热水进水孔16的孔径d₂、第二冷水进水孔13的孔径d₂、第一热水进水孔15的孔径d₁和第一冷水进水孔14的孔径d₁相等。

如图6所示，温度控制部分的控制面板20内装有单片机19，单片机19写有温度控制软件。单片机19端口A与控制面板20连接，单片机19端口B与行程开关9连接，单片机19端口C、D与微型伺服电机18的正、负接口对应连接，单片机19端口E与温度传感器3连接。

如图1和图8所示，所述封闭端开有排气孔；所述端盖8开有排气孔。所述微型伺服电机18的额定电压为6V。

如图3和图4所示，所述第一热水进水孔15的出水口左侧开有出水槽，出水槽的宽度b和出水槽的深度h均为第一热水进水孔15孔径d₁，出水槽的长度L₁为第一热水进水孔15孔径d₁的1.5倍；第一冷水进水孔14的出水槽与第一热水进水孔15的出水槽对称设置。

如图5所示，所述第二热水进水孔16的中心线距离阀芯12左端面的长度L₃与第二冷水进水孔13的中心线距离阀芯12右端面的长度L₅相等，所述长度L₅为第二热水进水孔16孔径d₂的3.0~3.3倍。

所述温度控制软件的主流程如图7所示：

    S-1、初始化；

S-2、设置温度范围T₁~T₂，T₂＞T₁；

    S-3、温度传感器3的实测温度T；

    S-4、若T₁TT₂，则执行S-5；若T＞T₂，则执行S-6；若T＜T₁，则执行S-7；

    S-5、微型伺服电机18进入休眠状态；

    S-6、微型伺服电机18正传，阀芯12右移，混合出水口4水温降低，返回S-3步骤；

    S-7、微型伺服电机18反传，阀芯12左移，混合出水口4水温升高，返回S-3步骤；

    S-8、结束。

实施例2

一种用于热水器的温度自动控制混合阀。除下述技术参数外，其余同实施例：

所述球形空腔2的球形半径r₁为圆柱形空腔17半径r₀的1.2~1.3倍。

所述第二热水进水孔16的中心线距离阀芯12左端面的长度L₃与第二冷水进水孔13的中心线距离阀芯12右端面的长度L₅相等，所述长度L₅为第二热水进水孔16孔径d₂的3.2~3.5倍。

    本具体实施方式的工作过程是：

    启动前如图8所示，阀芯12位于最右端，齿条11接触行程开关9，切断电源。使用时，先在控制面板20上输入使用温度范围，则微型伺服电机18正转，通过齿轮7带动齿条11移动，阀芯12左移。如图1所示，阀芯12处于第一冷水进水孔14和第一热水进水孔15全开的位置。

    当温度传感器3的实测温度低于设定温度范围时，将信号传给单片机19，单片机19控制微型伺服电机18，使微型伺服电机18正转，通过齿轮7带动齿条11移动，阀芯12左移，使第一冷水进水孔14的出水口减小，第一热水进水孔15的出水口不变，从而使混合出水口4温度升高，达到设定的温度范围；温度传感器3再将信号反馈给单片机19，单片机19控制电动机18进入休眠状态，使出水温度达到稳定。

当温度传感器3实测的温度高于设定温度范围时，将信号传给单片机19，单片机19控制微型伺服电机18，使微型伺服电机18反转，通过齿轮7带动齿条11移动，阀芯12右移，使第一热水进水孔15的出水口减小，第一冷水进水孔14的出水口不变，从而使混合出水口4温度降低，达到设定的温度范围；温度传感器3再将信号反馈给单片机19，单片机19控制电动机18进入休眠状态，使出水温度达到稳定。

当使用结束时，通过控制面板20向单片机19输入停止命令，单片机19控制微型伺服电机18反转，通过齿轮7带动齿条11的移动，阀芯12右移，如图8所示。第一热水进水孔15和第一冷水进水孔14均关闭，齿条11接触右端的行程开关9，切断电源。

本具体实施方式与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：

1、本具体实施方式操作方便，控制精确，单片机19和温度传感器3能够保持出水温度趋于稳定，无需手工操作，自动化程度高。

2、本具体实施方式使用温度传感器3能精确的进行温度反馈，使微型伺服电机18对第一冷水进水孔14与第一热水进水孔15的出水量控制更加准确，进而保持混合出水口4的温度相对稳定。

3、本具体实施方式采用的圆柱阀芯12与阀体1的密封效果良好，控制更加方便。广泛适用于家庭、宾馆或其他公共场所，也适用于两种不同温度混合的液体或气体。

因此，本具体实施方式具有操作方便、自动化程度高和温度控制精确的特点。