CN113236825A - 一种智能恒温水阀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能恒温水阀,属于恒温水阀技术领域。解决现有技术使用不便。包括阀体上设置处理器,处理器连接控制面板,控制面板接收预设水温,处理器通过第一出水控制器控制热水管的流速,处理器通过第二出水控制器控制冷水管的流速,第一温度采集模块向处理器传递中和水温信息;处理器对比中和水温信息和预设温度,当中和水温信息低于预设水温时,处理器根据热水流速和冷水流速控制第一出水控制器开大或第二出水控制器关小;当中和水温信息等于预设水温时,处理器控制第一出水控制器和第二出水控制器保持原位;当中和水温信息大于预设水温时,处理器根据热水流速和冷水流速控制第一出水控制器关小或第二出水控制器开大。具有使用方便等优点。
Description
技术领域
本发明属于恒温水阀技术领域,特别涉及一种智能恒温水阀。
背景技术
恒温水阀是在热水器中对出水温度进行控制的水阀,现有的水阀都是人手动调节,使用时,由于热水器热水温度不固定,使用者不得不反复调节阀门来找到一个合适舒服的水温,调节不方便,且调节的过程中还会造成水资源的浪费;同时,随着热水器内热水量和水温的变化,出水温度也随之改变,通过手动调节阀门很容易因为使用者没能及时调节好出水温度,出现温度过高造成使用者被烫伤或温度过低造成使用者着凉的情况,使用不便。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题,提供了一种智能恒温水阀。
本发明的目的可通过下列技术方案实现:一种智能恒温水阀,其特征在于,包括阀体,所述的阀体设置有热水管、冷水管以及中和管,所述的热水管和冷水管均连接所述的中和管,所述的热水管采用耐高温材料制成;
所述的热水管上设置有用于检测热水流速的第一流速采集模块和用于控制热水管流速的第一出水控制器;
所述的冷水管上设置有用于检测热水流速的第二流速采集模块和用于控制冷水管流速的第二出水控制器;
所述的中和管内设置有第一温度采集模块;
所述的阀体上设置有处理器,所述的处理器连接有控制面板,所述的控制面板用于接收预设水温,所述的处理器通过所述的第一出水控制器控制热水管的流速,所述的处理器通过所述的第二出水控制器控制冷水管的流速,所述的第一温度采集模块向处理器传递中和水温信息;
处理器对比中和水温信息和预设温度,当中和水温信息低于预设水温时,处理器根据热水流速和冷水流速控制第一出水控制器开大或第二出水控制器关小;当中和水温信息等于预设水温时,处理器控制第一出水控制器和第二出水控制器保持原位;当中和水温信息大于预设水温时,处理器根据热水流速和冷水流速控制第一出水控制器关小或第二出水控制器开大。
本发明的工作原理:使用者在控制面板上输入自己想要的水温,控制面板根据水温生成预设水温,并将预设水温传递至处理器,处理器根据预设水温,首先将第一出水控制器和第二出水控制器打开,使热水管和冷水管中的水流开始流动,第一流速采集模块采集热水流速信息,第二流速采集模块冷水流速信息;
当热水和冷水到达中和管中混合后,第三温度采集模块对中和后的水流进行温度采集,处理器对比中和水温和预设水温要求的水温,若中和水温低于预设水温,则处理器控制第一出水控制器开大或控制第一出水控制器关小,使调节后的温度等于预设水温要求的温度;若中和水温等于预设水温,则处理器控制第一出水控制器和第二出水控制器保持原位;若中和水温高于预设水温,则处理器控制第一出水控制器关小或控制第一出水控制器开大,使调节后的温度等于预设水温要求的温度;
由于处理器已经获得热水和冷水的流速信息,因此处理器能够通过对热水和冷水的流速进行计算获得热水和冷水的温度配比,进而根据热水和冷水的温度配比对第一出水控制器和第二出水控制器进行位置调节,调节快速,仅需要调节一次,不需要重复校准位置,使用方便,不需要使用者长时间等待,出水温度符合使用者的需求,不会烫伤使用者的皮肤,并且出水快,使用效果好。
在上述的一种智能恒温水阀中,所述的热水管上设置有检测热水温度的第二温度采集模块,所述的冷水管上设置有检测冷水温度的第三温度采集模块,所述的第二温度采集模块和第三温度采集模块均能向处理器传递信息,所述的第二温度采集模块和第三温度采集模块用于提高处理器的计算精度。
在上述的一种智能恒温水阀中,所述的热水管和冷水管的管长和内管径相同,所述的热水管和冷水管对称设置,所述的第一出水控制器和第二出水控制器的安装位置对称设置,所述的第一流速采集模块和第二流速采集模块的安装位置对称设置,所述的第一温度采集模块和第二温度采集模块的安装位置对称设置。
在上述的一种智能恒温水阀中,所述的第一流速采集模块和第二流速采集模块均设置有上游传感器和下游传感器,所述的上游传感器向下游传感器传递正向声束信号,所述的下游传感器向上游传感器传递逆向声束信号;
当所述的热水管和冷水管内没有水流通过时,正向声束信号和逆向声束信号的接收时间相同,当所述的热水管和冷水管内有水流通过时,下游传感器向上游传感器传递的逆向声束信号会因水流正向流动产生的阻力而延长传递时间,使得正向声束信号的传播时间小于逆向声束信号的传播时间,设:
θ:正向声束信号和逆向声束信号与水流的流动方向的夹角;
M:正向声束信号和逆向声束信号在水流中的直线传播次数;
D:热水管和冷水管的内径;
Tup:正向声束信号的传播时间;
Tdown:逆向声束信号的传播时间;
得:ΔT=Tup-Tdown;
在上述的一种智能恒温水阀中,设中和管水温为T,热水管温度为T1,热水管中水流流速为v1;冷水管温度为T2,冷水管中水流流速为v2;
设热水管中的水温由T1降到T需放出的热量为:Q1=c·m1·|T1-T|;
冷水管中的水温由T2升到T需吸收的热量为:Q2=c·m2·|T-T2|;
考虑温度对水密度的改变,则有:T1温度下水密度为ρ1;T2温度下水密度为ρ2;
热水质量m1=ρ1·v1·t·s和冷水质量m2=ρ2·v2·t·s中的变量仅存在v1和v2,能够表达中和水温中热水和冷水的质量混合比例,若第三温度采集模块采集到的中和水温大于预设水温,则需要处理器控制第一出水控制器关小或第二出水控制器开大,使得v1<v2,热水出水量小于冷水出水量;若第三温度采集模块采集到的中和水温小于预设水温,则需要处理器控制第一出水控制器开大或第二出水控制器关小,使得v1>v2,热水出水量大于冷水出水量。
在上述的一种智能恒温水阀中,所述的处理器设置有第一预设值和第二预设值,当所述的预设水温超过第一预设值时,所述的处理器控制第一出水控制器打开并同时控制第二出水控制器关闭;当所述的预设水温低于第二预设值时,所述的处理器控制第二出水控制器打开并同时控制第一出水控制器关闭。
在上述的一种智能恒温水阀中,所述的第一出水控制器包括第一电机和第一球头,所述的第一球头内设置有第一球头轴,所述的第一电机安装于所述的热水管外,所述的第一电机设置有第一蜗杆,所述的第一球头轴和所述的第一蜗杆上均设置有螺纹,所述的第一球头轴能够穿出所述的热水管后螺纹配合所述的第一蜗杆,所述的第一电机通过控制所述的第一蜗杆转动带动第一球头轴转动,所述的第一球头轴带动所述的第一球头移动;
所述的第二出水控制器包括第二电机和第二球头,所述的第二球头内设置有第二球头轴,所述的第二电机安装于所述的冷水管外,所述的第二电机设置有第二蜗杆,所述的第二球头轴和所述的第二蜗杆上均设置有螺纹,所述的第二球头轴能够穿出所述的冷水管后螺纹配合所述的第二蜗杆,所述的第二电机通过控制所述的第二蜗杆转动带动第二球头轴转动,所述的第二球头轴带动所述的第二球头移动。
在上述的一种智能恒温水阀中,所述的第一流速采集模块和第二流速采集模块均设置为超声波测量仪。
在上述的一种智能恒温水阀中,所述的第一温度采集模块、第二温度采集模块和第三温度采集模块均设置为铂电阻温度传感器。
与现有技术相比,本发明具有能够根据使用者的需求调节水温,使用安全,不需要长时间调节,使用方便的优点。
附图说明
图1是本发明的阀体内部结构示意图;
图2是本发明的第一出水控制器和第二出水控制器结构示意图;
图3是本发明的流速采集示意图。
图中,1、热水管;2、冷水管;3、中和管;4、第一温度采集模块;5、第二温度采集模块;6、第三温度采集模块;8、第一出水控制器;9、第二出水控制器;10、处理器;11、控制面板;12、第一流速采集模块;13、第二流速采集模块;14、第一球头;15、第一球头轴;16、第一电机;17、第一蜗杆;18、第二球头;19、第二球头轴;20、第二电机;21、第二蜗杆;22、上游传感器;23、下游传感器;24、阀体。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
如图1-3所示,本智能恒温水阀,包括阀体24,阀体24设置有热水管1、冷水管2以及中和管3,热水管1和冷水管2均连接中和管3,热水管1采用耐高温材料制成;
热水管1上设置有用于检测热水流速的第一流速采集模块12和用于控制热水管流速的第一出水控制器8;
冷水管上2设置有用于检测热水流速的第二流速采集模块13和用于控制冷水管流速的第二出水控制器9;
中和管3内设置有第一温度采集模块4;
阀体24上设置有处理器10,处理器10连接有控制面板11,控制面板11用于接收预设水温,处理器10通过第一出水控制器8控制热水管1的流速,处理器10通过第二出水控制器9控制冷水管2的流速,第一温度采集模块4向处理器10传递中和水温信息;
处理器10对比中和水温信息和预设温度,当中和水温信息低于预设水温时,处理器10根据热水流速和冷水流速控制第一出水控制器8开大或第二出水控制器9关小;当中和水温信息等于预设水温时,处理器10控制第一出水控制器8和第二出水控制器9保持原位;当中和水温信息大于预设水温时,处理器10根据热水流速和冷水流速控制第一出水控制器8关小或第二出水控制器9开大;使用方便,不需要使用者长时间等待,出水温度符合使用者的需求,不会烫伤使用者的皮肤,并且出水快,使用者只需等处理器10处理完成后便能够使用自己所需水温的水,使用效果好。
进一步细说,热水管1上设置有检测热水温度的第二温度采集模块5,冷水管上2设置有检测冷水温度的第三温度采集模块6,第二温度采集模块5和第三温度采集模块6均能向处理器10传递信息,第二温度采集模块5和第三温度采集模块6用于提高处理器的10计算精度,在使用时,第二温度采集模块5向处理器传递热水温度信息,第三温度采集模块6向处理器传递冷水温度信息,处理器10在调节时,通过比较热水温度和冷水温度,结合热水流速和冷水流速精确配比出水温度,使得中和水温和预设水温相同,减少误差,而处理器10也能将第二温度采集模块5和第三温度采集模块6采集到的温度信息通过控制面板11显示,使用者能够通过控制面板11得知冷热水温度,规划使用时间。
进一步细说,热水管1和冷水管2的管长和内管径相同,热水管1和冷水管2对称设置,第一出水控制器8和第二出水控制器9的安装位置对称设置,第一流速采集模块12和第二流速采集模块13的安装位置对称设置,第一温度采集模块4和第二温度采集模块5的安装位置对称设置,热水管1、冷水管2、第一出水控制器8的安装位置、第二出水控制器9的安装位置、第一流速采集模块12的安装位置、第二流速采集模块13的安装位置、第一温度采集模块4的安装位置、第二温度采集模块5的安装位置对称设置,使得热水管1和冷水管2的所有设置完全一样,方便处理器10得到热水管1和冷水管2中的水温信息和流速信息,保证了处理器10的处理准确性和出水温度温的准确性,使用更舒适。
进一步细说,第一流速采集模块12和第二流速采集模块13均设置有上游传感器22和下游传感器23,上游传感器22向下游传感器23传递正向声束信号,下游传感器23向上游传感器22传递逆向声束信号;
当热水管1和冷水管2内没有水流通过时,正向声束信号和逆向声束信号的接收时间相同,当热水管1和冷水管2内有水流通过时,下游传感器23向上游传感器22传递的逆向声束信号会因水流正向流动产生的阻力而延长传递时间,使得正向声束信号的传播时间小于逆向声束信号的传播时间,设:
θ:正向声束信号和逆向声束信号与水流的流动方向的夹角;
M:正向声束信号和逆向声束信号在水流中的直线传播次数;
D:热水管1和冷水管2的内径;
Tup:正向声束信号的传播时间;
Tdown:逆向声束信号的传播时间;
得:ΔT=Tup-Tdown;
进一步细说,设中和管3水温为T,热水管1温度为T1,热水管1中水流流速为v1;冷水管2温度为T2,冷水管2中水流流速为v2;
设热水管1中的水温由T1降到T需放出的热量为:Q1=c·m1·|T1-T|;
冷水管2中的水温由T2升到T需吸收的热量为:Q2=c·m2·|T-T2|;
考虑温度对水密度的改变,则有:T1温度下水密度为ρ1;T2温度下水密度为ρ2;
热水管1和冷水管2内的横截面积相同,设热水管1和冷水管2的内管径均为s,则在单位时间t内热水管1流出的热水质量m1=ρ1·v1·t·s;单位时间t内冷水管2流出的冷水质量m2=ρ2·v2·t·s;即可得出
热水质量m1=ρ1·v1·t·s和冷水质量m2=ρ2·v2·t·s中的变量仅存在v1和v2,能够表达中和水温中热水和冷水的质量混合比例,若第三温度采集模块6采集到的中和水温大于预设水温,则需要处理器10控制第一出水控制器8关小或第二出水控制器9开大,使得v1<v2,热水出水量小于冷水出水量;若第三温度采集模块6采集到的中和水温小于预设水温,则需要处理器10控制第一出水控制器8开大或第二出水控制器9关小,使得v1>v2,热水出水量大于冷水出水量。
进一步细说,处理器10设置有第一预设值和第二预设值,当预设水温超过第一预设值时,处理器10控制第一出水控制器8打开并同时控制第二出水控制器9关闭;当预设水温低于第二预设值时,处理器10控制第二出水控制器9打开并同时控制第一出水控制器8关闭;
第一预设值为阀体24中水流中和温度的最大温度,当使用者所需的温度大于第一预设值时,处理器10控制第一出水控制器8开启并同时控制第二出水控制器9关闭,使得阀体24中只存在热水水流而不存在冷水水流,使得中和管3的输出水流的温度尽量符合使用者所需的温度;第二预设值为阀体24中水流中和温度最低温度,当使用者所需的温度低于第二预设值时,处理器10控制第一出水控制器8关闭并同时控制第二出水控制器9开启,使得阀体24中只存在冷水水流而不存在热水水流,使中和管3的输出水流的温度尽量符合使用者所需的温度。
进一步细说,第一出水控制器8包括第一电机16和第一球头14,第一球头14内设置有第一球头14轴,第一电机16安装于热水管1外,第一电机16设置有第一蜗杆17,第一球头14轴和第一蜗杆17上均设置有螺纹,第一球头14轴能够穿出热水管1后螺纹配合第一蜗杆17,第一电机16通过控制第一蜗杆17带动第一球头14轴转动,第一球头14轴带动第一球头14移动;
第二出水控制器9包括第二电机20和第二球头18,第二球头18内设置有第二球头18轴,第二电机20安装于冷水管2外,第二电机20设置有第二蜗杆21,第二球头18轴和第二蜗杆21上均设置有螺纹,第二球头18轴能够穿出冷水管2后螺纹配合第二蜗杆21,第二电机20通过控制第二蜗杆21带动第二球头18轴转动,第二球头18轴带动第二球头18移动;
第一出水控制器8在使用时,第一蜗杆17通过螺纹配合第一球头14轴,第一电机16驱动第一蜗杆17转动后,第一蜗杆17能够带动第一球头14轴一同转动,但第一蜗杆17和第一球头14轴的螺纹方向不同,因此第一蜗杆17会带动第一球头14轴向第一球头14轴的两侧移动,第一球头14轴再带动第一球头14向第一球头14的两侧移动,第一球头14的移动轨迹为弧线,使得第一球头14不再堵住热水管1,热水能够流出,而第二出水控制器9的调节方式和第一出水控制器8的调节方式一致,在此不再赘述。
进一步细说,第一流速采集模块12和第二流速采集模块13均设置为超声波测量仪,超声波在液体中传播时,液体的流动将使超声波的传播时间出现微小变化,通过超声波测量仪捕捉这种微小变化来检测水流的流速,检测灵敏度高,检测结果准确。
进一步细说,第一温度采集模块4、第二温度采集模块5和第三温度采集模块6均设置为铂电阻温度传感器,铂电阻温度传感器有良好的长期稳定性,不会因高低温而引起物理或化学变化,使用更加安全。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了大量术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (9)
1.一种智能恒温水阀,其特征在于,包括阀体(24),所述的阀体(24)设置有热水管(1)、冷水管(2)以及中和管(3),所述的热水管(1)和冷水管(2)均连接所述的中和管(3),所述的热水管(1)采用耐高温材料制成;
所述的热水管(1)上设置有用于检测热水流速的第一流速采集模块(12)和用于控制热水管(1)流速的第一出水控制器(8);
所述的冷水管(2)上设置有用于检测热水流速的第二流速采集模块(13)和用于控制冷水管(2)流速的第二出水控制器(9);
所述的中和管(3)内设置有第一温度采集模块(4);
所述的阀体(24)上设置有处理器(10),所述的处理器(10)连接有控制面板(11),所述的控制面板(11)用于接收预设水温,所述的处理器(10)通过所述的第一出水控制器(8)控制热水管(1)的流速,所述的处理器(10)通过所述的第二出水控制器(9)控制冷水管(2)的流速,所述的第一温度采集模块(4)向处理器(10)传递中和水温信息;
处理器(10)对比中和水温信息和预设温度,当中和水温信息低于预设水温时,处理器(10)根据热水流速和冷水流速控制第一出水控制器(8)开大或第二出水控制器(9)关小;当中和水温信息等于预设水温时,处理器(10)控制第一出水控制器(8)和第二出水控制器(9)保持原位;当中和水温信息大于预设水温时,处理器(10)根据热水流速和冷水流速控制第一出水控制器(8)关小或第二出水控制器(9)开大。
2.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀,其特征在于,所述的热水管(1)上设置有检测热水温度的第二温度采集模块(5),所述的冷水管(2)上设置有检测冷水温度的第三温度采集模块(6),所述的第二温度采集模块(5)和第三温度采集模块(6)均能向处理器(10)传递信息,所述的第二温度采集模块(5)和第三温度采集模块(6)用于提高处理器(10)的计算精度。
3.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀,其特征在于,所述的热水管(1)和冷水管(2)的管长和内管径相同,所述的热水管(1)和冷水管(2)对称设置,所述的第一出水控制器(8)和第二出水控制器(9)的安装位置对称设置,所述的第一流速采集模块(12)和第二流速采集模块(13)的安装位置对称设置,所述的第一温度采集模块(4)和第二温度采集模块(5)的安装位置对称设置。
4.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀,其特征在于,所述的第一流速采集模块(12)和第二流速采集模块(13)均设置有上游传感器(22)和下游传感器(23),所述的上游传感器(22)向下游传感器(23)传递正向声束信号,所述的下游传感器(23)向上游传感器(22)传递逆向声束信号;
当所述的热水管(1)和冷水管(2)内没有水流通过时,正向声束信号和逆向声束信号的接收时间相同,当所述的热水管(1)和冷水管(2)内有水流通过时,下游传感器(23)向上游传感器(22)传递的逆向声束信号会因水流正向流动产生的阻力而延长传递时间,使得正向声束信号的传播时间小于逆向声束信号的传播时间,设:
θ:正向声束信号和逆向声束信号与水流的流动方向的夹角;
M:正向声束信号和逆向声束信号在水流中的直线传播次数;
D:热水管(1)和冷水管(2)的内径;
Tup:正向声束信号的传播时间;
Tdown:逆向声束信号的传播时间;
得:ΔT=Tup-Tdown;
5.根据权利要求4所述的一种智能恒温水阀,其特征在于,设中和管(3)水温为T,热水管(1)温度为T1,热水管(1)中水流流速为v1;冷水管(2)温度为T2,冷水管(2)中水流流速为v2;
设热水管(1)中的水温由T1降到T需放出的热量为:Q1=c·m1·|T1-T|;
冷水管(2)中的水温由T2升到T需吸收的热量为:Q2=c·m2·|T-T2|;
考虑温度对水密度的改变,则有:T1温度下水密度为ρ1;T2温度下水密度为ρ2;
热水管(1)和冷水管(2)内的横截面积相同,设热水管(1)和冷水管(2)的内管径均为s,则在单位时间t内热水管(1)流出的热水质量m1=ρ1·v1·t·s;单位时间t内冷水管(2)流出的冷水质量m2=ρ2·v2·t·s;即可得出
6.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀,其特征在于,所述的处理器(10)设置有第一预设值和第二预设值,当所述的预设水温超过第一预设值时,所述的处理器(10)控制第一出水控制器(8)打开并同时控制第二出水控制器(9)关闭;当所述的预设水温低于第二预设值时,所述的处理器(10)控制第二出水控制器(9)打开并同时控制第一出水控制器(8)关闭。
7.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀,其特征在于,所述的第一出水控制器(8)包括第一电机(16)和第一球头(14),所述的第一球头(14)内设置有第一球头(14)轴,所述的第一电机(16)安装于所述的热水管(1)外,所述的第一电机(16)设置有第一蜗杆(17),所述的第一球头(14)轴和所述的第一蜗杆(17)上均设置有螺纹,所述的第一球头(14)轴能够穿出所述的热水管(1)后螺纹配合所述的第一蜗杆(17),所述的第一电机(16)通过控制所述的第一蜗杆(17)转动带动第一球头(14)轴转动,所述的第一球头(14)轴带动所述的第一球头(14)移动;
所述的第二出水控制器(9)包括第二电机(20)和第二球头(18),所述的第二球头(18)内设置有第二球头(18)轴,所述的第二电机(20)安装于所述的冷水管(2)外,所述的第二电机(20)设置有第二蜗杆(21),所述的第二球头(18)轴和所述的第二蜗杆(21)上均设置有螺纹,所述的第二球头(18)轴能够穿出所述的冷水管(2)后螺纹配合所述的第二蜗杆(21),所述的第二电机(20)通过控制所述的第二蜗杆(21)转动带动第二球头(18)轴转动,所述的第二球头(18)轴带动所述的第二球头(18)移动。
8.根据权利要求1所述的一种智能恒温水阀,其特征在于,所述的第一流速采集模块(12)和第二流速采集模块(13)均设置为超声波测量仪。
9.根据权利要求2所述的一种智能恒温水阀,其特征在于,所述的第一温度采集模块(4)、第二温度采集模块(5)和第三温度采集模块(6)均设置为铂电阻温度传感器。
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