CN109973685B - 一种家用淋浴智能控温阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种家用淋浴智能控温阀，涉及阀门领域。该控温阀包括阀座、智能舵机系统、在智能舵机系统控制和驱动下相对阀座在转幅内转动的阀体。本发明的原理是将用户设定的目标温度传给智能舵机系统的控制板，控制板根据温度设定值与冷、热、混水温度传感器返回的值进行比对，通过相关算法，自动驱动舵机进行调节：即通过齿轮啮合带动阀体相对阀座转动，来控制冷热水截面积之比，准确控制混合后的温水温度。因为每秒内多次采集信号、多次调节，所以水温变化时阀门迅速响应、保证水温恒定。由于混水凹槽与热水通断孔、冷水通断孔连通面积之和是固定值，保证混合凹槽内水量的稳定；智能舵机系统包含有液晶显示器和按键，操作简单、使用方便。

Description

一种家用淋浴智能控温阀
技术领域
本发明涉及阀门领域，具体说是一种家用淋浴智能控温阀，主要适用于与农村地区热水源不稳定的太阳能热水器配套联用。
背景技术
随着时代的快速发展和生活水平的不断提高，热水器也走进了千家万户，满足人们对温水的多种需求：例如厨房内洗涮、卫生间洗漱、淋浴等。热水器按照调温原理主要分为燃气加热调节型、电加热调节型以及混水调节型三类：燃气热水器属于燃气加热调节型，其火量大小是由燃气阀门进气口开度来决定，而进气口开度又取决于管道内水的流速，即若水流大则火苗旺、水流小则火苗也小，燃气热水器具有体积较小、即用即热、水温稳定的优势，一般多用于城市居民用户或者理发店等温水需求大的地方；电热水器属于电加热调节型，其调温原理为将水箱内水加热至固定温度，再通过固定比例的混水阀流出温水，但其因冷水水温水压未知，故通常与传统混水阀联用，电热水器具有安装方便的优点，主要用于宾馆以及居民用户；混水调节型主要是通过调温比较灵活的混水调温阀与热水源不稳定的太阳能热水器配套联用，从而直接输出所需温度的温水。
按控制方式的不同，混水调温阀主要分为传统机械式混水阀和反馈式智能调温阀。传统机械式混水阀因其结构简单、可移植性强、价格便宜等优点深受大家喜欢，主要应用在大多数淋浴场合。但由于传统机械式混水阀是仅凭感觉来手动调温，存在着温度不易控制、调温响应时间长、需要反复调节、水温水量不稳定的缺陷，用户使用过程中会感觉到诸多不便。反馈式智能调温阀虽然具有智能调温、方便操作的优点，但价格较贵，而且也存在水温水量不稳定、调温响应时间长、可移植性差、结构复杂等缺点，也让大多数用户望而却步，进而限制了反馈式智能调温阀的推广和应用。因此，随着太阳能热水器在农村地区的推广和人们对生活质量要求的提高，人们渐渐对传统混水调温阀的缺点和不足的体会越来越深，迫切希望出现一种具有智能自动调温、调温精度高、调控响应速度快、水温水量稳定、操作简单、使用方便的智能控温阀，与热水源不稳定的太阳能热水器配套联用后带给用户较好的沐浴体感。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供的一种家用淋浴智能控温阀。本发明具有智能自动调温、调温精度高、调控响应速度快、水温水量稳定、操作简单、使用方便的优点，与热水源不稳定的太阳能热水器配套联用后可以带给用户较好的沐浴体感。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的一种家用淋浴智能控温阀包括阀座、安装在阀座上的智能舵机系统、在智能舵机系统控制和驱动下相对阀座在转幅内转动的阀体（阀座是支撑基体、且内部开设有阀腔；通过转动阀体来控制进行混合的冷热水截面积之比，进而控制混合后的温水温度；所述智能舵机系统中的控制板根据所需的出水温度和接受到的温度传感器发来的温度信号，计算出相关参数，根据计算出的参数控制各零部件进行对应的运动以及配合）；所述阀座是由板状基体、中心凸台、布置在边缘的热水接头、冷水接头和温水接头构成，在板状基体内部开设有三道沿径向布置、且近端不连通的扇叶状夹腔，在热水接头、冷水接头和温水接头内均开设有连通扇叶状夹腔远端的通孔，在中心凸台内加工有阀座安装盲孔（用于卡装阀体阶梯轴的小径段），在阀座安装盲孔的孔底开设有分别与三道扇叶状夹腔的近端相连通的热水通断孔、冷水通断孔和温水通断孔（热水接头、冷水接头分别与对应的扇叶状夹腔连通后形成对应的热水进水通道、冷水进水通道，从热水通断孔、冷水通断孔进入混水凹槽内进行混合，混合后的温水沿扇叶状夹腔进入温水接头流出使用，这就构成了阀座内的整体阀腔），在所述热水接头、冷水接头和温水接头内均安装有阀门和温度传感器（三个温度传感器将三处水温值传给智能舵机系统中的控制板，根据相关算法计算出进行混合的冷热水截面积之比、阀体转动角度、齿轮啮合齿数，再由智能舵机系统中的舵机按照参数指令驱动主动齿轮与从动齿轮啮合，进而实现阀体的精确转动和精度调温）；所述阀体是阶梯轴状结构，阶梯轴的大径段是与主动齿轮相啮合的从动齿轮（根据智能舵机系统中的控制板计算出的齿轮啮合齿数，主动齿轮与阀体上半段的从动齿轮的进行对应啮合，实现阀体的精确转动，精确控制进行混合的冷热水截面积之比，即精确控制热水通断孔和冷水通断孔中实际过水面积之比值，进而精确控制调温的精度），阶梯轴的小径段是外径与阀座安装盲孔过渡配合的圆柱（过渡配合既能保证密封，又能使阀座相对阀体转动），在圆柱端面上开设有截面为扇形的混水凹槽；在阀体的转动幅度内，混水凹槽的圆心端始终与温水通断孔相连通（即保证混水凹槽内经过冷水和热水混后后的温水后源源不断地从温水通断孔供给到温水接头的入口端），混水凹槽的弧形端与热水通断孔、冷水通断孔相连通的面积之和是固定值（保证了水量的稳定）。
本发明中所述温水通断孔的截面形状为椭圆，热水通断孔和冷水通断孔的截面形状均为一段圆环，且热水通断孔和冷水通断孔的截面面积均小于温水通断孔的截面面积；热水通断孔、冷水通断孔和温水通断孔的位置布局成等腰三角形，且以温水通断孔作为等腰三角形的顶点。
在本发明中所述热水接头、冷水接头和温水接头的侧壁上均开设传感器安装孔（用于安装温度传感器，并套装密封垫压实）。
在本发明中所述热水接头、冷水接头内安装的阀门为单向阀（单向阀可防止混合水回流到热水管或冷水管中，解决了传统阀门窜水的问题）。
在本发明中所述温水接头内部安装的阀门为球阀（打开控制球阀的开关就可以流出温水，关闭开关就可以切断温水流出，同时还可以根据个人的需要方便地调节水量的大小）。
在本发明中阀体的顶面压合一块三角形挡板，在三角形挡板中外延出阀体的两个角部分开设有与阀座相连接的螺杆穿装孔（通过螺杆将三角形挡板与阀座连接在一起，可防止阀体相对阀座转动的过程中向上窜动）。
本发明中所述智能舵机系统是包含有舵机、机架、主动齿轮、控制板、液晶显示器、按键的标准化智能装置，其中舵机的型号为LD2701，控制板的主控芯片型号为stm32f103c8t6，液晶显示器的型号为12864。
本发明的设计原理如下：
使用本发明需要调节温度时，只需通过按“温度＋”或“温度－”两个按键调节，以选择自己的最适水温，按下确认键，即可将目标温度设定值传给智能舵机系统的控制板，控制板自动根据温度设定值与冷、热、混水温度传感器返回的值进行比对，根据相关算法计算出进行混合的冷热水截面积之比、阀体转动角度、齿轮啮合齿数，再由智能舵机系统中的舵机按照参数指令驱动主动齿轮与从动齿轮啮合，进而实现阀体的精确转动和精度调温。并且因为每秒内可多次采集信号、多次调节，所以当水温产生变化时，本发明的阀门可迅速响应、保证水温恒定。同时，由于在阀体的转动幅度内，混水凹槽的弧形端与热水通断孔、冷水通断孔相连通的面积之和是固定值，保证了混合凹槽内进水量的稳定；混水凹槽的圆心端始终与温水通断孔相连通，保证混合后的温水源源不断地供给到温水接头的入口端，保证了混合凹槽出水量的稳定。此外，此外，智能舵机系统包含有液晶显示器和按键，可以根据随时调整所需温度，操作简单、使用方便。
更具体讲，阀座中的热水接头、冷水接头分别与阀座中各自对应的扇叶状夹腔连通后形成对应的热水进水通道、冷水进水通道，并经过热水通断孔、冷水通断孔进入混水凹槽内进行混合，混合后的温水沿另一个扇叶状夹腔进入温水接头流出使用，这就构成了阀座内的整体阀腔。同时，在热水接头、冷水接头和温水接头内均安装有温度传感器，三个温度传感器将三处水温值传给智能舵机系统中的控制板，控制板能够根据所需的出水温度和接受到的温度信号计算出进行混合的冷热水截面积之比、阀体转动角度、齿轮啮合齿数等相关参数，并根据计算出的参数控制各零部件进行对应的运动以及配合，进而实现阀体的精确转动和精度调温。
附图说明
图1是本发明的立体示意图。
图2是本发明的主视图（也是图3的A-A剖视图）。
图3是本发明的俯视图。
图4是阀座的主视图。
图5是图4的仰视剖视图。
图6是图4的F-F剖视图。
图7是阀体的结构示意图。
图8是图7的仰视图。
图中序号说明：1、阀座，1-1、板状基体，1-1-1、扇叶状夹腔， 1-2、中心凸台，1-2-1、安装盲孔，1-3、热水接头，1-4、冷水接头，1-5、温水接头，1-6、通孔，1-7、热水通断孔，1-8、冷水通断孔，1-9、温水通断孔，1-10、传感器安装孔，2、阀体，2-1、从动齿轮，2-2、混水凹槽，3、智能舵机系统，3-1、舵机齿轮，4、单向阀，5、传感器，6、挡板，7、球阀。
具体实施方式
本发明以下结合附图作进一步描述：
如图1～图8所示，本发明的一种家用淋浴智能控温阀包括阀座1、安装在阀座上的智能舵机系统3、在智能舵机系统控制和驱动下相对阀座在转幅内转动的阀体2（阀座1是支撑基体、且内部开设有阀腔；通过转动阀体2来控制进行混合的冷热水截面积之比，进而控制混合后的温水温度；所述智能舵机系统3中的控制板根据所需的出水温度和接受到的温度传感器5发来的温度信号，计算出相关参数，根据计算出的参数控制各零部件进行对应的运动以及配合）；所述阀座1是由板状基体1-1、中心凸台1-2、布置在边缘的热水接头1-3、冷水接头1-4和温水接头1-5构成，在板状基体1-1内部开设有三道沿径向布置、且近端不连通的扇叶状夹腔1-1-1，在热水接头1-3、冷水接头1-4和温水接头1-5内均开设有连通扇叶状夹腔远端的通孔1-6，在中心凸台1-2内加工有阀座安装盲孔1-2-1（用于卡装阀体2阶梯轴的小径段），在阀座安装盲孔的孔底开设有分别与三道扇叶状夹腔1-1-1的近端相连通的热水通断孔1-7、冷水通断孔1-8和温水通断孔1-9（热水接头1-3、冷水接头1-4分别与对应的扇叶状夹腔1-1-1连通后形成对应的热水进水通道、冷水进水通道，从热水通断孔1-7、冷水通断孔1-8进入混水凹槽2-2内进行混合，混合后的温水沿扇叶状夹腔1-1-1进入温水接头1-5流出使用，这就构成了阀座1内的整体阀腔），在所述热水接头1-3、冷水接头1-4和温水接头1-5内均安装有阀门和温度传感器5（三个温度传感器将三处水温值传给智能舵机系统3中的控制板，根据相关算法计算出进行混合的冷热水截面积之比、阀体转动角度、齿轮啮合齿数，再由智能舵机系统3中的舵机按照参数指令驱动主动齿轮3-1与从动齿轮啮合，进而实现阀体2的精确转动和精度调温）；所述阀体2是阶梯轴状结构，阶梯轴的大径段是与主动齿轮3-1相啮合的从动齿轮2-1（根据智能舵机系统3中的控制板计算出的齿轮啮合齿数，主动齿轮3-1与阀体2上半段的从动齿轮2-1的进行对应啮合，实现阀体2的精确转动，精确控制进行混合的冷热水截面积之比，即精确控制热水通断孔1-7和冷水通断孔1-8中实际过水面积之比值，进而精确控制调温的精度），阶梯轴的小径段是外径与阀座安装盲孔1-2-1过渡配合的圆柱（过渡配合既能保证密封，又能使阀座相对阀体2转动），在圆柱端面上开设有截面为扇形的混水凹槽2-2；在阀体2的转动幅度内，混水凹槽2-2的圆心端始终与温水通断孔1-9相连通（即保证混水凹槽2-2内经过冷水和热水混后后的温水后源源不断地从温水通断孔1-9供给到温水接头1-5的入口端），混水凹槽2-2的弧形端与热水通断孔1-7、冷水通断孔1-8相连通的面积之和是固定值（保证了水量的稳定）。
本发明中所述温水通断孔1-9的截面形状为椭圆，热水通断孔1-7和冷水通断孔1-8的截面形状均为一段圆环，且热水通断孔1-7和冷水通断孔1-8的截面面积均小于温水通断孔1-9的截面面积；热水通断孔1-7、冷水通断孔1-8和温水通断孔1-9的位置布局成等腰三角形，且以温水通断孔1-9作为等腰三角形的顶点。
在本发明中所述热水接头1-3、冷水接头1-4和冷水接头1-5的侧壁上均开设传感器安装孔1-10（用于安装温度传感器，并套装密封垫压实）。
在本发明中所述热水接头1-3、冷水接头1-4内安装的阀门为单向阀4（单向阀4可防止混合水回流到热水管或冷水管中，解决了传统阀门窜水的问题）。
在本发明中所述温水接头1-5内部安装的阀门为球阀7（打开控制球阀7的开关就可以流出温水，关闭开关就可以切断温水流出，同时还可以根据个人的需要方便地调节水量的大小）。
在本发明中阀体2的顶面压合一块三角形挡板6，在三角形挡板6中外延出阀体2的两个角部分开设有与阀座1相连接的螺杆穿装孔（通过螺杆将三角形挡板6与阀座1连接在一起，可防止阀体2相对阀座1转动的过程中向上窜动）。
本发明中所述智能舵机系统3是包含有舵机、机架、主动齿轮3-1、控制板、液晶显示器、按键的标准化智能装置，其中舵机的型号为LD2701，控制板的主控芯片型号为stm32f103c8t6，液晶显示器的型号为12864。
本发明的具体使用情况如下：
本发明的接口类型与传统机械混水阀的接口相同，便于安装以及替换掉传统的机械混水阀。在使用之前，只需外部的热水管、冷水管、出水管分别与将本发明中的热水接头1-3、冷水接头1-4、温水接头1-5各自对应连通、密封，再接通接8～15V的直流电源即可。按下启动开关，默认混水温度36℃，初次使用时需稍等一会儿，待热水管内冷水放完，即可进行温度稳定。需要调节温度时，只需通过按“温度＋”或“温度－”两个按键调节，以选择自己的最适水温，按下确认键，即可将目标温度设定值传给智能舵机系统3中的控制板，控制板自动根据温度设定值与冷、热、混水温度传感器5返回的值进行比对，根据相关算法计算出进行混合的冷热水截面积之比、阀体转动角度、齿轮啮合齿数，再由智能舵机系统3中的舵机按照参数指令驱动主动齿轮3-1与从动齿轮啮合，进而实现阀体2的精确转动和精度调温：更具体讲，阀座1中的热水接头1-3、冷水接头1-4分别与阀座1中各自对应的扇叶状夹腔1-1-1连通后形成对应的热水进水通道、冷水进水通道，并经过热水通断孔1-7、冷水通断孔1-8进入混水凹槽2-2内进行混合，混合后的温水沿另一个扇叶状夹腔1-1-1进入温水接头1-5流出使用，这就构成了阀座1内的整体阀腔；在热水接头1-3、冷水接头1-4和温水接头1-5内均安装有温度传感器5，三个温度传感器将三处水温值传给智能舵机系统3中的控制板，控制板根据所需的出水温度和接受到的温度信号计算出进行混合的冷热水截面积之比、阀体转动角度、齿轮啮合齿数等相关参数，并根据计算出的参数控制各零部件进行对应的运动以及配合，进而实现阀体2的精确转动和精度调温。同时，因为每秒可采集并调节多次，故当水温产生变化时，本发明的阀门可迅速响应、保证水温恒定。同时，由于在阀体2的转动幅度内，混水凹槽2-2的弧形端与热水通断孔1-7、冷水通断孔1-8相连通的面积之和是固定值，保证了混合凹槽2-2内进水量的稳定；混水凹槽2-2的圆心端始终与温水通断孔1-9相连通，保证混合后的温水源源不断地供给到温水接头的入口端，保证了混合凹槽出水量的稳定。此外，智能舵机系统包含有液晶显示器和按键，可以根据随时调整所需温度，操作简单、使用方便。

Claims (7)

1.一种家用淋浴智能控温阀，其特征在于：它包括阀座（1）、安装在阀座上的智能舵机系统（3）、在智能舵机系统控制和驱动下相对阀座在转幅内转动的阀体（2）；所述阀座（1）是由板状基体（1-1）、中心凸台（1-2）、布置在边缘的热水接头（1-3）、冷水接头（1-4）和温水接头（1-5）构成，在板状基体（1-1）内部开设有三道沿径向布置、且近端不连通的扇叶状夹腔（1-1-1），在热水接头（1-3）、冷水接头（1-4）和温水接头（1-5）内均开设有连通扇叶状夹腔远端的通孔（1-6），在中心凸台（1-2）内加工有阀座安装盲孔（1-2-1），在阀座安装盲孔的孔底开设有分别与三道扇叶状夹腔（1-1-1）的近端相连通的热水通断孔（1-7）、冷水通断孔（1-8）和温水通断孔（1-9），在所述热水接头（1-3）、冷水接头（1-4）和温水接头（1-5）内均安装有阀门和温度传感器（5）；所述阀体（2）是阶梯轴状结构，阶梯轴的大径段是与主动齿轮（3-1）相啮合的从动齿轮（2-1），阶梯轴的小径段是外径与阀座安装盲孔（1-2-1）过渡配合的圆柱，在圆柱端面上开设有截面为扇形的混水凹槽（2-2）；在阀体（2）的转动幅度内，混水凹槽（2-2）的圆心端始终与温水通断孔（1-9）相连通，混水凹槽（2-2）的弧形端与热水通断孔（1-7）、冷水通断孔（1-8）相连通的面积之和是固定值。
2.根据权利要求1所述的一种家用淋浴智能控温阀，其特征在于：所述温水通断孔（1-9）的截面形状为椭圆，热水通断孔（1-7）和冷水通断孔（1-8）的截面形状均为一段圆环，且热水通断孔（1-7）和冷水通断孔（1-8）的截面面积均小于温水通断孔（1-9）的截面面积；热水通断孔（1-7）、冷水通断孔（1-8）和温水通断孔（1-9）的位置布局成等腰三角形，且以温水通断孔（1-9）作为等腰三角形的顶点。
3.根据权利要求1所述的一种家用淋浴智能控温阀，其特征在于：在所述热水接头（1-3）、冷水接头（1-4）和冷水接头（1-5）的侧壁上均开设传感器安装孔（1-10）。
4.根据权利要求1所述的一种家用淋浴智能控温阀，其特征在于：在所述热水接头（1-3）、冷水接头（1-4）内安装的阀门为单向阀（4）。
5.根据权利要求1所述的一种家用淋浴智能控温阀，其特征在于：在所述温水接头（1-5）内部安装的阀门为球阀（7）。
6.根据权利要求1所述的一种家用淋浴智能控温阀，其特征在于：在阀体（2）的顶面压合一块三角形挡板（6），在三角形挡板（6）中外延出阀体（2）的两个角部分开设有与阀座（1）相连接的螺杆穿装孔。
7.根据权利要求1所述的一种家用淋浴智能控温阀，其特征在于：所述智能舵机系统（3）是包含有舵机、机架、主动齿轮（3-1）、控制板、液晶显示器、按键的标准化智能装置，其中舵机的型号为LD2701，控制板的主控芯片型号为stm32f103c8t6，液晶显示器的型号为12864。
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