CN112460268A - 比例阀及包含其的燃气热水器 - Google Patents

比例阀及包含其的燃气热水器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种比例阀及包含其的燃气热水器，比例阀包括第一壳体、第一阀芯、进气通道、流量阀、驱动机构和皮膜，第一壳体内设置有中空的腔体，皮膜连接于腔体的内壁并将腔体分隔为上腔体和下腔体，进气通道的两端分别用于与下腔体和风机的出风口连通，流量阀用于关闭或打开进气通道，流量阀在环境温度达到第一阈值时自动打开，驱动机构设于皮膜下方包括对应设置的永磁体和电磁铁，电磁铁构成为通电后驱动第一阀芯打开比例阀的阀口。该比例阀通过流量阀的自动开启，让风机鼓出的风充入下腔体，使得皮膜向外凸起进而补偿施加给连接于皮膜的第一阀芯的推力，增大比例阀开启的幅度，实现了比例阀的阀开度的自动补偿，增大了比例阀的环境适应性。

Description

比例阀及包含其的燃气热水器
技术领域
本发明涉及一种比例阀及包含其的燃气热水器。
背景技术
动圈式比例阀常用在燃气热水器中，用于控制燃气热水器的火力调节。其具有调节速度快，无磁滞现象，但有一个缺点：当环境温度变化时，作为永磁体的磁缸的磁性会产生波动，引起通过电磁铁开启的阀开度产生变化，使燃气热水器的火焰忽大忽小，更有甚者出现熄火等情况，影响用户体验。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的比例阀随着温度变化波动大的缺陷，提供一种比例阀及包含其的燃气热水器。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种比例阀，其包括第一壳体、第一阀芯和皮膜，所述第一壳体内设置有中空的腔体，所述皮膜连接于所述腔体的内壁并将所述腔体分隔为上腔体和下腔体，所述第一阀芯的下端连接于所述皮膜，所述第一阀芯的上端用于封闭所述比例阀的阀口，所述比例阀还包括：
进气通道，所述进气通道的两端分别用于与所述下腔体和风机的出风口连通；
流量阀，所述流量阀设置于所述进气通道上，用于关闭或打开所述进气通道，所述流量阀在环境温度达到第一阈值时自动打开；
驱动机构，所述驱动机构设于所述皮膜下方包括对应设置的永磁体和电磁铁，所述电磁铁连接于所述第一阀芯，所述电磁铁构成为通电后驱动所述第一阀芯打开所述比例阀的阀口。
在本方案中，在温度升高时，永磁体的磁性下降，导致通过电磁铁开启的比例阀的阀口变小。为了保持比例阀的阀开度不变，该比例阀通过流量阀在环境温度达到第一阈值时自动开启，让风机鼓出的风充入下腔体，使得皮膜向外凸起进而补偿施加给连接于皮膜的第一阀芯的推力，增大比例阀开启的幅度，实现了阀开度的自动补偿，使得比例阀的阀开口不再受温度变化的影响，增大了比例阀的环境适应性，提高了用户体验。
较佳地，所述流量阀包括：
第二壳体，所述第二壳体内设置有第一通道，所述第一通道从所述第二壳体的一端贯穿至另一端，所述进气通道通过所述第一通道连通，所述第二壳体内设置有阀座；
第二阀芯，所述第二阀芯可沿着其轴向移动地设于所述第一通道内；
弹性组件，所述弹性组件偏压所述第二阀芯以使所述第二阀芯抵接所述阀座；
其中，所述弹性组件的弹力能够随着温度变化。
在本方案中，流量阀通过弹性组件的弹力随着温度变化，进而驱动第二阀芯开启或关闭第一通道，实现了流量阀的自动开启或关闭，提高便捷性。
较佳地，所述弹性组件包括记忆合金弹性元件和第一弹性元件，所述第一弹性元件的弹力不随温度变化；
所述第一弹性元件在使得所述第二阀芯朝向所述阀座运动的方向上偏压所述第二阀芯，所述记忆合金弹性元件在使得所述第二阀芯远离所述阀座运动的方向上偏压所述第二阀芯，所述记忆合金弹性元件设置为在环境温度高于所述第一阈值时，其弹力大于所述第一弹性元件的弹力和所述第一通道内的所述第二阀芯受到的流体压力。
在本方案中，在环境温度低于第一阈值时，永磁体的磁性无变化，无需对比例阀的阀开度进行补偿，此时第一弹性元件将第二阀芯保持在关闭第一通道的位置。
在环境温度高于第一阈值时，永磁体的磁性下降，导致通过电磁铁开启的比例阀的阀口变小，此时需对比例阀的阀开度进行补偿，才能够保持燃气的流量在所要求的数值。该比例阀利用记忆合金弹性元件在温度升高时弹力增大、在温度降低时恢复至初始状态的特性，实现了比例阀的阀开度的自动补偿。
较佳地，所述流量阀构成为在环境温度达到所述第一阈值后，随着环境温度的升高而增大阀开度。
在本方案中，永磁体的磁性随温度的升高而降低，导致通过电磁铁开启的比例阀的阀口变小。为保持稳定的燃气流量，流量阀的阀开度需随温度的升高而增大。
较佳地，所述流量阀构成为随着所述第二阀芯的轴向移动而改变阀开度。
在本方案中，第二阀芯轴向移动时，无需克服第二阀芯的重力，第二阀芯移动的距离准确，阀开度也就更精确。
较佳地，所述阀座具有环形倾斜面，所述环形倾斜面沿着所述第二阀芯抵接所述阀座的方向朝向所述第一通道的内部倾斜。
在本方案中，环形倾斜面具有沿轴向方向逐渐变小的径向尺寸，使得第二阀芯在轴向方向移动较小的距离，就能够实现较大阀开度的转化，增大比例阀的补偿量。
较佳地，所述第一通道内还设有固定于所述第二壳体的阀芯底座，所述阀芯底座用于支撑所述第二阀芯，所述第二阀芯插设于所述阀芯底座中。
在本方案中，阀芯底座用于支撑并限制第二阀芯在一定范围内、一定方向上滑动，提高第二阀芯运动的稳定性和可靠性。
较佳地，所述第一通道内还设有固定于所述第二壳体的阀芯底座，所述阀芯底座用于支撑所述第二阀芯，所述第二阀芯包括相互连接的杆部和抵接部，所述抵接部用于抵接所述阀座，所述杆部插设于所述阀芯底座中，所述第一弹性元件抵接于所述抵接部和所述阀芯底座之间。
在本方案中，第一弹性元件将第二阀芯保持在关闭流量阀的位置，通过调整第一弹性元件的弹性，相当于设置流量阀不同的初始补偿状态，满足不同的温度变化要求。
较佳地，所述流量阀还包括端盖，所述端盖固定于所述第二壳体的端部并且以所述阀座为中心设于所述第二阀芯的相反侧，所述记忆合金弹性元件抵接于所述端盖和所述抵接部之间。
在本方案中，记忆合金弹性元件固定在端盖的中心，便于记忆合金弹性元件随温度变化的弹力转化为第二阀芯的轴向移动的距离，进而实现阀开度的调整。
较佳地，所述比例阀还包括弹性构件，所述弹性构件在使得所述第一阀芯封闭所述比例阀的阀口的方向上偏压所述第一阀芯。
在本方案中，当比例阀从开启状态转换至封闭状态时，弹性构件用于将比例阀自动复位至关闭状态，实现比例阀的自动关闭。在电磁铁没通电时，弹性构件还使比例阀保持常闭状态。
较佳地，所述第一壳体中还设有通气孔，所述下腔体通过所述通气孔与大气直接连通。
在本方案中，在环境温度低于第一阈值时，通气孔用于使下腔体与外部大气保持平衡的气压，便于皮膜能够自由上下移动，不对阀开度造成影响。
较佳地，所述上腔体与燃气管道连通。
在本方案中，比例阀的阀口位于上腔体，上腔体与燃气管道连通，便于控制燃气管道内的燃气流量的大小。
较佳地，所述流量阀为电控阀，所述电控阀与一温度检测单元电连接，所述温度检测单元用于检测环境温度。
在本方案中，电控阀与温度检测单元配合，实现比例阀的阀开度的自动补偿。
一种燃气热水器，所述燃气热水器包括上述的比例阀。
在本方案中，比例阀在温度升高时能够实现阀开度的自动补偿，燃气热水器中的燃气流量不会受到温度变化的影响，满足了燃气热水器在不同温度下的使用需求，提高了燃气热水器的适应性，提高了经济效益。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：该比例阀通过流量阀在环境温度达到第一阈值时自动开启，让风机鼓出的风充入下腔体，使得皮膜向外凸起进而补偿施加给连接于皮膜的第一阀芯的推力，增大比例阀开启的幅度，实现了阀开度的自动补偿，使得比例阀的阀开口不再受温度变化的影响，增大了比例阀的环境适应性，提高了用户体验。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的比例阀第一视角的立体结构示意图。
图2为本发明一较佳实施例的比例阀第二视角的立体结构示意图。
图3为本发明一较佳实施例的比例阀第三视角的立体结构示意图。
图4为沿图2中A-A线截取的比例阀的截面结构示意图。
图5为本发明一较佳实施例的流量阀处于关闭状态的内部结构示意图。
图6为本发明一较佳实施例的流量阀处于开启状态的内部结构示意图。
图7为本发明一较佳实施例的燃气热水器的立体结构示意图。
附图标记说明：
第一壳体11
上腔体111
下腔体112
通气孔113
第一阀芯12
凹形结构121
皮膜13
进气通道14
流量阀15
第二壳体151
第一通道1511
第二阀芯152
杆部1521
抵接部1522
记忆合金弹性元件1531
第一弹性元件1532
阀座154
环形倾斜面1541
阀芯底座155
端盖156
永磁体161
电磁铁162
阀口100
燃气流向200
入口300
出口400
具体实施方式
下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1-图7所示，本实施例公开了一种比例阀，其包括第一壳体11、第一阀芯12和皮膜13，第一壳体11内设置有中空的腔体，皮膜13连接于腔体的内壁并将腔体分隔为上腔体111和下腔体112，第一阀芯12的下端连接于皮膜13，第一阀芯12的上端用于封闭比例阀的阀口100。比例阀还包括进气通道14、流量阀15和驱动机构，进气通道14的两端分别用于与下腔体112和风机的出风口连通，流量阀15设置于进气通道14上，用于关闭或打开进气通道14，流量阀15在环境温度达到第一阈值时自动打开，驱动机构设于皮膜13下方包括对应设置的永磁体161和电磁铁162，电磁铁连接于第一阀芯12，电磁铁构成为通电后驱动第一阀芯12打开比例阀的阀口100。
在本实施例中，在温度升高时，永磁体161的磁性下降，导致通过电磁铁162开启的比例阀的阀口100变小。为了保持比例阀的阀开度不变，该比例阀通过流量阀15的自动开启，让风机鼓出的风充入下腔体112，使得皮膜13向外凸起进而补偿施加给连接于皮膜13的第一阀芯12的推力，增大比例阀开启的幅度，实现了比例阀阀开度的自动补偿，使得比例阀的阀开口不再受温度变化的影响，增大了比例阀的环境适应性，提高了用户体验。
第一阈值可根据补偿误差需要设定任一温度值。
如图4所示，第一阀芯12的上端设置有向下凹陷的凹形结构121，用于封闭比例阀的阀口100。比例阀还包括弹性构件(图中未示出)，弹性构件的一端抵接在凹形结构121的顶面，弹性构件的另一端抵接在第一壳体11上，弹性构件在使得第一阀芯12封闭比例阀的阀口100的方向上偏压第一阀芯12。当比例阀从开启状态转换至封闭状态时，弹性构件用于将比例阀自动复位至关闭状态，实现比例阀的自动关闭。在电磁铁162没通电时，弹性构件还使比例阀保持常闭状态。
如图3和图4所示，第一壳体11中还设有通气孔113，下腔体112通过通气孔113与大气直接连通。在环境温度低于第一阈值时，通气孔113用于使下腔体112与外部大气保持平衡的气压，便于皮膜能够自由上下移动，不对阀开度造成影响。
如图4所示，上腔体111与燃气管道连通。由于比例阀的阀口100位于上腔体111，上腔体111与燃气管道连通，便于控制燃气流量的大小。燃气从比例阀的入口300流入，流经比例阀的阀口100从比例阀的出口400流出。比例阀中燃气流向200如图中箭头所示。
如图5所示，流量阀15包括第二壳体151、第二阀芯152和弹性组件。第二壳体151内设置有第一通道1511，第一通道1511从第二壳体151的一端贯穿至另一端，进气通道14通过第一通道1511连通，第二壳体151内设置有阀座154，第二阀芯152可沿着其轴向移动地设于第一通道1511内，弹性组件偏压第二阀芯152以使第二阀芯152抵接阀座154。其中，弹性组件的弹力能够随着温度变化。流量阀15通过弹性组件的弹力随着温度变化，进而驱动第二阀芯152开启或关闭第一通道1511，实现了流量阀15的自动开启或关闭。
如图5所示，弹性组件包括记忆合金弹性元件1531和第一弹性元件1532。第一弹性元件1532在使得第二阀芯152朝向阀座154运动的方向上偏压第二阀芯152，记忆合金弹性元件1531在使得第二阀芯152远离阀座154运动的方向上偏压第二阀芯152。其中，第一弹性元件1532的弹力不随温度变化，记忆合金弹性元件1531设置为在环境温度高于第一阈值时，其弹力大于第一弹性元件1532的弹力和第一通道1511内的第二阀芯152受到的流体压力。
在环境温度低于第一阈值时，永磁体161的磁性无变化，无需对比例阀的阀开度进行补偿，此时第一弹性元件1532的弹力大于记忆合金弹性元件1531的弹力和流体压力对于第二阀芯152的作用力之和，该压力差将第二阀芯152保持在关闭第一通道1511的位置。在环境温度高于第一阈值时，永磁体161的磁性下降，导致通过电磁铁162开启的比例阀的阀开度变小，此时需对比例阀的阀开度进行补偿，才能够保持燃气的流量不变。该比例阀利用记忆合金弹性元件1531在温度升高时弹力增大、在温度降低时恢复至初始状态的特性，实现了比例阀的开启幅度的自动补偿。
如图6所示，第一通道1511内还设有固定于第二壳体151的阀芯底座155。阀芯底座155用于支撑第二阀芯152，第二阀芯152包括相互连接的杆部1521和抵接部1522，抵接部1522用于抵接阀座154，杆部1521插设于阀芯底座155中，第一弹性元件1532抵接于抵接部1522和阀芯底座155之间。第一弹性元件1532将第二阀芯152保持在关闭流量阀15的位置，通过调整第一弹性元件1532的弹性，相当于设置流量阀15不同的初始补偿状态，满足不同的温度变化要求。阀芯底座155用于支撑并限制第二阀芯152的杆部1521在其轴向方向的一定范围内滑动，提高第二阀芯152滑动的稳定性和可靠性。
如图5所示，阀座154具有环形倾斜面1541，环形倾斜面1541沿着第二阀芯152抵接阀座154的方向朝向第一通道1511的内部倾斜。环形倾斜面1541具有沿轴向方向逐渐变小的径向尺寸，这样，随着第二阀芯152在远离阀座154的方向上的运动，使得流量阀的阀开度增大。
流量阀15还包括端盖156，端盖156固定于第二壳体151的端部并且以阀座154为中心设于第二阀芯152的相反侧，记忆合金弹性元件1531抵接于端盖156和抵接部1522之间。记忆合金弹性元件1531固定于端盖156的中心，便于记忆合金弹性元件1531随温度变化的弹力转化为第二阀芯152的轴向移动的距离，进而实现阀开度的调整。
流量阀15可以是从图5所示的左端进风，也可以是从图5所示的右端进风，这不影响流量阀15的功能的实施，只需要相应地调节记忆合金弹性元件1531和第一弹性元件1532的弹性系数即可。
记忆合金弹性元件1531由记忆合金材料制成，可以是Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等，选取可以在特定环境温度(例如35℃-40℃)下恢复变形的记忆合金材料。
永磁体161的磁性随温度的升高而降低，导致通过电磁铁162开启的比例阀的阀口100变小。将流量阀15设置在环境温度达到第一阈值后，随着环境温度的升高而增大阀开度，达到自动补偿阀开度的目的，使得流经比例阀的燃气流量保持稳定。
在本实施例中，记忆合金弹性元件1531以及第一弹性元件1532均为弹簧。
以下简要描述流量阀的工作方式。
当环境温度高于第一阈值时，永磁体161的磁性降低，导致阀开度不能到达比例阀的预定值，此时，记忆合金弹性元件1531在环境温度的作用下，弹性增强，如图6所示，记忆合金弹性元件1531的弹力大于第一弹性元件1532的弹力和抵接部1522受到的流体压力之和，从而第二阀芯152在上述压力差的作用下，朝向远离阀座154的方向移动，打开第一通道1511，进而打开进气通道14，风机的风注入下腔体112中，由于下腔体112中的进风流量远远大于出风流量，下腔体112中的压强增大，使得皮膜13向上鼓起，为第一阀芯12提供额外的推力，使得阀开口达到比例阀的预定值。
同时，由于阀座154的环形倾斜面1541，流量阀15的阀开度随着第二阀芯152的移动而被调节。环境温度越高，永磁体161的磁性降低越多，然而记忆合金弹性元件1531的弹力越大，使得流量阀15的阀开度越大，导致下腔体112中的进风流量增大，从而下腔体112中的气压越大，从而皮膜13鼓起得越高，从而补偿给第一阀芯12的推力越大，使得比例阀的阀开度能够达到预定值。
风机可以是热水器本身的风机，也可以是另外设置的风机。
在其他的实施例中，流量阀还可为电控阀，电控阀与一温度检测单元电连接，温度检测单元用于检测环境温度。通过电控阀与温度检测单元配合，实现比例阀的阀开度的自动补偿。
如图7所示，本实施例还提供一种燃气热水器，燃气热水器包括上述的比例阀。比例阀在温度升高时能够实现阀开度的自动补偿，燃气热水器中的燃气流量不会受温度变化的影响，满足了燃气热水器在不同温度下的使用需求，提高了燃气热水器的适应性，提高了经济效益。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种比例阀，其包括第一壳体、第一阀芯和皮膜，所述第一壳体内设置有中空的腔体，所述皮膜连接于所述腔体的内壁并将所述腔体分隔为上腔体和下腔体，所述第一阀芯的下端连接于所述皮膜，所述第一阀芯的上端用于封闭所述比例阀的阀口，其特征在于，所述比例阀还包括：
进气通道，所述进气通道的两端分别用于与所述下腔体和风机的出风口连通；
流量阀，所述流量阀设置于所述进气通道上，用于关闭或打开所述进气通道，所述流量阀在环境温度达到第一阈值时自动打开；
驱动机构，所述驱动机构设于所述皮膜下方包括对应设置的永磁体和电磁铁，所述电磁铁连接于所述第一阀芯，所述电磁铁构成为通电后驱动所述第一阀芯打开所述比例阀的阀口。
2.如权利要求1所述的比例阀，其特征在于，所述流量阀包括：
第二壳体，所述第二壳体内设置有第一通道，所述第一通道从所述第二壳体的一端贯穿至另一端，所述进气通道通过所述第一通道连通，所述第二壳体内设置有阀座；
第二阀芯，所述第二阀芯可沿着其轴向移动地设于所述第一通道内；
弹性组件，所述弹性组件偏压所述第二阀芯以使所述第二阀芯抵接所述阀座；
其中，所述弹性组件的弹力能够随着温度变化。
3.如权利要求2所述的比例阀，其特征在于，所述弹性组件包括记忆合金弹性元件和第一弹性元件，所述第一弹性元件的弹力不随温度变化，
所述第一弹性元件在使得所述第二阀芯朝向所述阀座运动的方向上偏压所述第二阀芯，所述记忆合金弹性元件在使得所述第二阀芯远离所述阀座运动的方向上偏压所述第二阀芯，所述记忆合金弹性元件设置为在环境温度高于所述第一阈值时，其弹力大于所述第一弹性元件的弹力和所述第一通道内的所述第二阀芯受到的流体压力。
4.如权利要求2所述的比例阀，其特征在于，所述流量阀构成为在环境温度达到所述第一阈值后，随着环境温度的升高而增大阀开度。
5.如权利要求2所述的比例阀，其特征在于，所述流量阀构成为随着所述第二阀芯的轴向移动而改变阀开度。
6.如权利要求5所述的比例阀，其特征在于，所述阀座具有环形倾斜面，所述环形倾斜面沿着所述第二阀芯抵接所述阀座的方向朝向所述第一通道的内部倾斜。
7.如权利要求2所述的比例阀，其特征在于，所述第一通道内还设有固定于所述第二壳体的阀芯底座，所述阀芯底座用于支撑所述第二阀芯，所述第二阀芯插设于所述阀芯底座中。
8.如权利要求3所述的比例阀，其特征在于，所述第一通道内还设有固定于所述第二壳体的阀芯底座，所述阀芯底座用于支撑所述第二阀芯，所述第二阀芯包括相互连接的杆部和抵接部，所述抵接部用于抵接所述阀座，所述杆部插设于所述阀芯底座中，所述第一弹性元件抵接于所述抵接部和所述阀芯底座之间。
9.如权利要求8所述的比例阀，其特征在于，所述流量阀还包括端盖，所述端盖固定于所述第二壳体的端部并且以所述阀座为中心设于所述第二阀芯的相反侧，所述记忆合金弹性元件抵接于所述端盖和所述抵接部之间。
10.如权利要求1所述的比例阀，其特征在于，所述比例阀还包括弹性构件，所述弹性构件在使得所述第一阀芯封闭所述比例阀的阀口的方向上偏压所述第一阀芯。
11.如权利要求1所述的比例阀，其特征在于，所述第一壳体中还设有通气孔，所述下腔体通过所述通气孔与大气直接连通。
12.如权利要求1所述的比例阀，其特征在于，所述上腔体与燃气管道连通。
13.如权利要求1所述的比例阀，其特征在于，所述流量阀为电控阀，所述电控阀与一温度检测单元电连接，所述温度检测单元用于检测环境温度。
14.一种燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器包括如权利要求1-13中任一项所述的比例阀。
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