CN110864136A - 一种太阳能热水器恒温混水阀及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器恒温混水阀及工作方法，包括：冷、热水进水管，以及水压平衡单元；冷、热水进水管分别与各自的“Z”字形结构管道相连，热水侧的“Z”字形结构管道与热水腔连通，冷水侧的“Z”字形结构管道与冷水腔连通；冷水腔及热水腔分别与混合出水管连通；热水侧“Z”形管道与热水腔连接口处、冷水侧“Z”形管道与冷水腔连接口处均设置有水压平衡单元；所述水压平衡单元实现在冷水进水管压力与热水进水管压力压差较大时平衡冷热水腔的压力。基于水压平衡单元，自动平衡冷、热水腔内水压力，解决出水温度波动问题。

Description

一种太阳能热水器恒温混水阀及工作方法

技术领域

本发明属于热水器技术领域，尤其涉及一种太阳能热水器恒温混水阀及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前市场上太阳能热水器控制系统多为固定式操作，即控制系统不能根据当时的使用情况和环境情况进行人性化控制。

通过大量的市场调研发现当前设备的缺点如下：

手动调节混水阀调节方式简单，但水温调节不准，整个调节过程时间长，浪费水资源，当冷水水压发生变化时，打破原来的冷、热水平衡状态，使出水温度不稳；当冷水或热水突然中断时，可能造成烫伤或冷激。

太阳能热水器冷、热水压力差较大时，智能混水阀控制过程产生震荡，出水温度波动较大。

辅助加热的伴热带安全措施不够，有可能导致伴热带长时间加热，既浪费能源又有火灾危险。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种太阳能热水器恒温混水阀，控制进入冷、热水腔的水流量，自动平衡冷、热水腔内水压力，解决出水温度波动问题。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种太阳能热水器恒温混水阀，包括：

冷、热水进水管，以及水压平衡单元；

冷、热水进水管分别与各自的“Z”字形结构管道相连，热水侧的“Z”字形结构管道与热水腔连通，冷水侧的“Z”字形结构管道与冷水腔连通；

冷水腔及热水腔分别与混合出水管连通；

热水侧“Z”形管道与热水腔连接口处、冷水侧“Z”形管道与冷水腔连接口处均设置有水压平衡单元；

所述水压平衡单元实现在冷水进水管压力与热水进水管压力压差较大时平衡冷热水腔的压力。

进一步的技术方案，所述热水侧“Z”形管道与热水腔连接口处、冷水侧“Z”形管道与冷水腔连接口处均设置的水压平衡单元结构相同。

进一步的技术方案，所述水压平衡单元包括橡胶塞、弹簧及平衡槽，橡胶塞和弹簧位于平衡槽内；

橡胶塞由圆柱状橡胶塞和圆台状橡胶塞组成，且圆柱状橡胶塞底面直径与平衡槽上侧的开孔直径相同，圆台状橡胶塞可以与平衡槽下侧圆台状开孔契合；

平衡槽下侧与圆台状橡胶塞之间固定一个弹簧，使平衡槽下侧圆台状开孔与圆台橡胶塞之间有一段距离，形成流通面积；

平衡槽上侧和圆柱状橡胶塞上侧之间固定一个弹簧，使平衡槽上侧与圆柱状橡胶塞之间也形成流通面积。

进一步的技术方案，所述橡胶塞用支架支撑。

进一步的技术方案，为了防止回流水倒流，在圆柱状橡胶塞一定距离处设置一个橡胶片，其直径为1.2倍的平衡槽上侧开孔直径。

进一步的技术方案，所述橡胶塞、弹簧与平衡槽之间形成的流通面积会随水压变化而变化。

一种太阳能热水器恒温混水阀的工作方法，包括：

在热水侧“Z”形管道与热水腔连接口处、冷水侧“Z”形管道与冷水腔连接口处均设置有水压平衡单元；

利用水压平衡单元实现在冷水进水管压力与热水进水管压力压差较大时平衡冷热水腔的压力。

进一步的技术方案，热水进水水压不变，当冷水进水管水压变大时，在冷水水压作用下，使冷水侧圆台状橡胶塞与冷水侧平衡槽下侧开孔之间的弹簧压缩，从而使冷水侧平衡槽下侧的流通面积减小，进而使进入冷水腔内冷水流量减小，与冷水水压变化之前进入冷水腔流量相比，流量几乎不变。

进一步的技术方案，当冷水进水管水压变小时，假设会出现热水腔侧热水串到冷水腔侧现象，甚至出现热水回流到冷水进水管现象，回流水推动橡胶塞移动，使平衡槽上侧的流通面积逐渐减小，再加上橡胶片的作用，阻塞平衡槽上侧的流通面积，防止回水流入冷水进水管。

进一步的技术方案，若冷水进水管压力为零时，在热水端压力下，热水侧橡胶塞在热水压力和弹簧共同作用下瞬间移动到极限位置，与平衡槽下侧的开孔相契合，阻塞热水侧平衡槽下侧的流通面积，从而使进入热水腔的热水流量为零；同时，将高温信号传送给控制器，步进电机根据控制器指令转动，关闭阀门，避免烫伤。

进一步的技术方案，若热水突然中断，在冷水端压力下，冷水侧橡胶塞在冷水压力和弹簧共同作用下瞬间移动到极限位置，与平衡槽下侧开孔相契合，阻塞冷水侧平衡槽下侧流通面积，从而使进入冷水腔的冷水流量为零；同时，将低温信号传送给控制器，控制器发出指令控制步进电机转动，关闭阀门，避免冷激。

进一步的技术方案，当为冬季时，电控板会对伴热带温度进行测量，检测伴热带的状况，判断上水水管的温度，当上水水管温度低于设定温度时，伴热带开启工作，防止水管上冻；当伴热带加热到温度上限时停止加热，防止过度加热引起火灾。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

基于水压平衡单元，自动平衡冷、热水腔内水压力，解决出水温度波动问题。

增加伴热带的温度检测控制电路，可以有效防止伴热带的温度过高引起火灾。

在冷、热进水管之后做成“Z”字形结构，因为此结构的阻碍作用，使“Z”形流道具有“降压”作用，即降低水管内水压，从而当冷水进水管或热水进水管水压变化时，使混水阀冷水腔或热水腔内水压波动相对比混水阀冷热水进水口的水压波动小。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1本发明实施例子的太阳能热水器恒温混水阀结构水平剖面俯视图；

图2太阳能热水器恒温混水阀水压平衡单元结构示意图；

图3本发明实施例子的太阳能热水器恒温混水阀结构竖直剖面侧视图；

图4伴热带温度检测电路示意图；

图中，1-热水进水口、2-冷水进水口、3-“Z”字形流道、4-热水腔、5-冷水腔、6-热水侧平衡槽上侧、7-热水侧上侧弹簧、8-热水侧橡胶片、9-热水侧橡胶塞支架、10-热水侧橡胶塞、11-热水侧下侧弹簧、12-热水侧平衡槽下侧、13-冷水侧平衡槽上侧、14-冷水侧上侧弹簧、15-冷水侧橡胶片、16-冷水侧橡胶塞支架、17-冷水侧橡胶塞、18-冷水侧下侧弹簧、19-冷水侧平衡槽下侧、20-阀芯、21-电机固定板、22-轴承、23-后壳、24-前壳、25-步进电机、26-控制器、27-流道、28-混合出水管、29-温度传感器、30-封盖。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提出的总体思路：

该混水阀包括冷、热水进水管和混合出水管，以及水压平衡单元等。由橡胶塞、弹簧、平衡槽等组成水压平衡单元。增加伴热带的温度检测控制电路，防止伴热带的温度过高引起火灾。该混水装置能缩短响应时间，解决出水温度不稳的问题。

实施例一

本实施例公开了一种太阳能热水器恒温混水阀，包括冷水进水管2、热水进水管1和混合出水管28，以及水压平衡单元等。水压平衡单元，通过橡胶塞、弹簧、平衡槽等结构平衡冷热水腔的压力。

采用NTC热敏电阻作为温度采集传感器，实时监测伴热带的温度，减少不必要的加热进而保护管道以免起火。当读取的时钟信息为冬季时，控制器会对伴热带温度进行测量，检测伴热带的状况，大体判断水管的温度，当水管温度低于设定温度时，伴热带开启工作，防止水管上冻；当伴热带加热到温度上限时停止加热，有效防止伴热带温度过高引起火灾。

进一步的解释说明，伴热带是为了防止太阳能热水器上水管冬天结冻。它是带状的，有小手指那样宽，1.5mm厚。它安装时要与上水水管紧贴在一起，并用胶带缠在一起，然后外面再盖上保温层。当室外温度很低时，上水管上的温度采集传感器就会感知，这时控制器就会给伴热带通电，伴热带就会发热，给上水水管加热，防止冻坏。

就冷热水压力而言，一般冷水压力较大且经常波动，针对这个问题，通过设计混水阀腔室结构，平衡水压，解决水压变动带来的温度影响。

参考图1所示的结构，该发明在冷、热进水管之后做成“Z”字形结构管道，因为此结构的阻碍作用，使“Z”形管道3具有“降压”作用，即降低水管内水压，从而当冷水进水管或热水进水管水压变化时，使混水阀冷水腔或热水腔内水压波动相对比混水阀冷热水进水口水压波动小。

参考图1、图2、图3所示结构，橡胶塞和弹簧位于平衡槽内构成水压平衡单元。具体的，图1中热水侧平衡槽上侧6和热水侧平衡槽下侧12之间的部分称为平衡槽。

热水侧橡胶塞10和上侧弹簧7、下侧弹簧11在热水侧平衡槽内，该结构位于热水侧“Z”形管道3与热水腔4连接口处，橡胶塞10由圆柱状橡胶塞和圆台状橡胶塞组成，圆柱状橡胶塞和圆台状橡胶塞是一体的结构，且圆柱状橡胶塞底面直径与平衡槽上侧6的开孔直径相同，圆台状橡胶塞可以与平衡槽下侧12圆台状开孔契合。在平衡槽下侧12与圆台状橡胶塞之间固定一个弹簧11，使平衡槽下侧12圆台状开孔与圆台状橡胶塞之间有一段距离，形成流通面积；在平衡槽上侧6和圆柱状橡胶塞上侧之间也固定一个弹簧，使平衡槽上侧6与圆柱状橡胶塞之间也形成流通面积，热水能通过此结构流入到热水腔。冷水侧橡胶塞17和冷水侧上侧弹簧14、冷水侧下侧弹簧18在冷水侧平衡槽内，该结构位于冷水侧“Z”形管道与冷水腔连接口处，且圆柱状橡胶塞底面直径与冷水侧平衡槽上侧13开孔直径相同，圆柱状橡胶塞与冷水侧平衡槽上侧13开孔之间固定一个冷水侧上侧弹簧14，使平衡槽上侧开孔与圆柱状橡胶塞之间也形成流通面积；圆台状橡胶塞可以与冷水侧平衡槽下侧19圆台状开孔契合，在冷水侧平衡槽下侧19的开孔与圆台状橡胶塞之间固定一个弹簧，使平衡槽下侧19开孔与圆台状橡胶塞之间有一段距离，形成流通面积，使冷水通过此结构流入冷水腔。为了防止橡胶塞在工作时发生偏转，在圆柱状橡胶塞中间位置设置一个橡胶塞支架16来支撑橡胶塞，且支架与管道是一体的；为了防止回流水倒流，在距离圆柱状橡胶塞底面0.2mm处设置一个橡胶片，其直径为1.2倍的平衡槽上侧开孔直径。

橡胶塞、弹簧与平衡槽之间形成的流通面积会随水压变化而变化，即热水进水水压不变，当冷水进水管水压变大时，在冷水水压作用下，使冷水侧圆台状橡胶塞与平衡槽下侧19开孔之间的弹簧11压缩，从而使冷水侧平衡槽下侧的流通面积减小，进而使进入冷水腔5内的冷水流量减小，与冷水水压变化之前进入冷水腔5流量相比，流量几乎不变；当冷水进水管水压变小时，假设会出现热水腔4侧热水串到冷水腔5侧现象，甚至出现热水回流到冷水进水管现象，回流水推动冷水侧橡胶塞17移动，使平衡槽上侧13的流通面积逐渐减小，再加上冷水侧橡胶片15的作用，阻塞平衡槽上侧13的流通面积，防止回水流入冷水进水管，反之亦然。

若冷水进水管压力为零时，在热水端压力下，热水侧橡胶塞10在热水压力和热水侧上侧弹簧7、热水侧下侧弹簧11共同作用下瞬间移动到极限位置，与冷水侧平衡槽下侧12的开孔相契合，阻塞热水侧平衡槽下侧的流通面积，从而使进入热水腔4的热水流量为零；同时，DS18B20将高温信号传送给STM32控制器26，步进电机25根据控制器26指令转动，关闭阀门，避免烫伤。若热水突然中断，在冷水端压力下，冷水侧橡胶塞17在冷水压力和冷水侧上侧弹簧14、冷水侧下侧弹簧18共同作用下瞬间移动到极限位置，与冷水侧平衡槽下侧19开孔相契合，阻塞冷水侧平衡槽下侧流通面积，从而使进入冷水腔5的冷水流量为零；同时，DS18B20将低温信号传送给STM32控制器26，控制器26发出指令控制步进电机转动，关闭阀门，避免冷激。该恒温混水阀在混合出水管28出口处安装一个温度传感器29(DS18B20)，用于检测混合出水口水温；安装一个步进电机26来控制阀芯20开度，调节出水温度，且步进电机26用电机固定板21进行固定，具体参见附图3所示。

按照电伴热带的使用要求，每次需要融化管道时才接通电源，待管道融化后就断掉电源，但实际上，用户为了方便，经常是一到冬天就插上电源，直到不再需要电伴热带后才断电，这样长时间通电，遇到电伴热带接口不好或管道有潮气时就容易着火。为解决这一问题，设置伴热带检测电路。防水型DS18B20，可以实现基本的测量任务，精度也比较高，但由于封装的问题，使温度采集滞后特别严重，影响了控制器对当前温度的判断，所以发明采用3950型缆式NTC温度传感器作为伴热带温度采集传感器。当STM32控制器读取的DS1302时钟信息为冬季时，电控板会对伴热带温度进行测量，检测伴热带的状况，大体判断上水水管的温度。当上水水管温度低于设定温度时，伴热带开启工作，防止上水水管上冻；当伴热带加热到温度上限时停止加热，防止过度加热浪费电能和引起火灾，其测温电路如图4。

实施例二

本实施例的目的是提供一种热水器，该热水器包括上述实施例子中的恒温混水阀，还包括实时时钟模块DS1302、温度采集模块DS18B20、步进电机和壳体，其中，壳体由前壳24和后壳23组成；温度采集模块所在的一侧用封盖30对其进行密封。通过控制器读取实时时钟模块DS1302的实时时间，一旦检测到时钟信息为冬季，控制器就进行伴热带状况的检测。步进电机通过轴承22与阀芯连接，通过与温度采集模块DS18B20、控制器的配合，控制阀芯20开度，调节出水温度，即控制器通过温度采集模块DS18B20传来的温度信息与设定的温度作比较，判断实际温度是否在设定的温度范围内，若不在设定的温度范围内，则控制器发出指令控制步进电机动作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种太阳能热水器恒温混水阀，其特征是，包括：

冷、热水进水管，以及水压平衡单元；

冷、热水进水管分别与各自的“Z”字形结构管道相连，热水侧的“Z”字形结构管道与热水腔连通，冷水侧的“Z”字形结构管道与冷水腔连通；

冷水腔及热水腔分别与混合出水管连通；

热水侧“Z”形管道与热水腔连接口处、冷水侧“Z”形管道与冷水腔连接口处均设置有水压平衡单元；

所述水压平衡单元实现在冷水进水管压力与热水进水管压力压差较大时平衡冷热水腔的压力。

2.如权利要求1所述的一种太阳能热水器恒温混水阀，其特征是，所述热水侧“Z”形管道与热水腔连接口处、冷水侧“Z”形管道与冷水腔连接口处均设置的水压平衡单元结构相同。

3.如权利要求1所述的一种太阳能热水器恒温混水阀，其特征是，所述水压平衡单元包括橡胶塞、弹簧及平衡槽，橡胶塞和弹簧位于平衡槽内；

橡胶塞由圆柱状橡胶塞和圆台状橡胶塞组成，且圆柱状橡胶塞底面直径与平衡槽上侧的开孔直径相同，圆台状橡胶塞可以与平衡槽下侧圆台状开孔契合；

平衡槽下侧与圆台状橡胶塞之间固定一个弹簧，使平衡槽下侧圆台状开孔与圆台橡胶塞之间有一段距离，形成流通面积；

平衡槽上侧和圆柱状橡胶塞上侧之间固定一个弹簧，使平衡槽上侧与圆柱状橡胶塞之间也形成流通面积。

4.如权利要求1所述的一种太阳能热水器恒温混水阀，其特征是，所述橡胶塞用支架支撑。

5.如权利要求1所述的一种太阳能热水器恒温混水阀，其特征是，为了防止回流水倒流，在圆柱状橡胶塞一定距离处设置一个橡胶片，其直径为1.2倍的平衡槽上侧开孔直径。

6.如权利要求1所述的一种太阳能热水器恒温混水阀，其特征是，所述橡胶塞、弹簧与平衡槽之间形成的流通面积会随水压变化而变化。

7.如权利要求1-6任一所述的一种太阳能热水器恒温混水阀的工作方法，其特征是，包括：

在热水侧“Z”形管道与热水腔连接口处、冷水侧“Z”形管道与冷水腔连接口处均设置有水压平衡单元；

利用水压平衡单元实现在冷水进水管压力与热水进水管压力压差较大时平衡冷热水腔的压力；

热水进水水压不变，当冷水进水管水压变大时，在冷水水压作用下，使冷水侧圆台状橡胶塞与冷水侧平衡槽下侧开孔之间的弹簧压缩，从而使冷水侧平衡槽下侧的流通面积减小，进而使进入冷水腔内冷水流量减小，与冷水水压变化之前进入冷水腔的流量相比，流量几乎不变。

8.如权利要求7所述的一种太阳能热水器恒温混水阀的工作方法，其特征是，当冷水进水管水压变小时，假设会出现热水腔侧热水串到冷水腔侧现象，甚至出现热水回流到冷水进水管现象，回流水推动橡胶塞移动，使平衡槽上侧的流通面积逐渐减小，再加上橡胶片的作用，阻塞平衡槽上侧的流通面积，防止回水流入冷水进水管。

9.如权利要求7所述的一种太阳能热水器恒温混水阀的工作方法，其特征是，若冷水进水管压力为零时，在热水端压力下，热水侧橡胶塞在热水压力和弹簧共同作用下瞬间移动到极限位置，与平衡槽下侧的开孔相契合，阻塞热水侧平衡槽下侧的流通面积，从而使进入热水腔的热水流量为零；同时，将高温信号传送给控制器，步进电机根据控制器指令转动，关闭阀门，避免烫伤。

10.如权利要求7所述的一种太阳能热水器恒温混水阀的工作方法，其特征是，若热水突然中断，在冷水端压力下，冷水侧橡胶塞在冷水压力和弹簧共同作用下瞬间移动到极限位置，与平衡槽下侧开孔相契合，阻塞冷水侧平衡槽下侧流通面积，从而使进入冷水腔的冷水流量为零；同时，将低温信号传送给控制器，控制器发出指令控制步进电机转动，关闭阀门，避免冷激；

当为冬季时，电控板会对伴热带温度进行测量，检测伴热带的状况，判断上水水管的温度，当水管温度低于设定温度时，伴热带开启工作，防止上水水管上冻；当伴热带加热到设定温度上限时停止加热，防止过度加热引起火灾。

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