CN1487383A - 具有电子控制的恒温阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由从电子控制模块(ECM)接收信号的电动机控制恒温阀。ECM将与所需出口水流温度一致的电信号发送给电动机，电动机将恒温阀转向与所需温度一致的位置。ECM还通过限制和打开入口阀，确保恒温阀能保持用于高和低出口流量应用的平衡温度来适应出口流量需求的恒温阀容量。

Description

具有电子控制的恒温阀
技术领域
本发明通常涉及恒温阀，更具体地说涉及电子控制的恒温阀。
背景技术
当前使用的恒温阀控制最终通过水龙头、喷嘴或其他出口装置输出的水流的入口温度。恒温阀可例如，调节流向出口流的热水和冷水量以补偿入口水流压力和/或温度的变化，确保出口水流温度保持恒定。如果当运送流量接近阀的上限容量时，在入口出现压力和/或温度变化(例如，由冲洗抽水马桶引起的)，已知的高流量阀能保持平衡温度。然而，当运送流量低于阀的容量时，诸如在仅使用一个喷嘴的应用中，当在入口处出现压力和/或温度变化时，同样的高流量阀在保持平衡出口温度存在麻烦。
另外，为高流量(例如，每分钟超过10加仑)应用所设计的一些恒温阀如果用在低流量应用(例如，每分钟低于2.5加仑)中趋于不稳定，如果突然出现压力降低，导致输出温度摆动达10-15°F。当前可获得的恒温阀设计成在高出口流量或低出口流量环境下使用，但还尚有能在不同流量环境中操作而不降低性能的已知恒温阀。
需要一种能在突然压力变化期间维持平衡温度以及能可接受地同时在低流量和高流量应用中执行的恒温阀系统。
发明内容
本发明针对具有电控恒温阀的系统。电子控制模块(ECM)连接到控制恒温阀的电动机。ECM将与所需出口水流温度一致的电子信号发送给电动机，该电动机使恒温阀转动到大约对应于所需温度的位置。位于该出口水流的温度传感器可向ECM发送反馈信号以便ECM能调整电动机，因此恒温阀能准确地达到所需温度。
在一个实施例中，系统还包括控制入口水源(inlet supplies)上的阀门的入口电动机。如果ECM检测到系统的出口流量需要小于恒温阀的容量，ECM能通过经入口电动机，限制入口水源上的阀门来降低阀门容量。通过控制入口流量，系统能根据出口流量需求改变恒温阀容量以确保即使在系统内出现突然的压力变化，阀门也能维持出口水流的平衡温度。
电子控制机械操作的恒温阀以及结合入口限制产生了可接受地在低流量和高流量环境中操作的容量可变恒温阀。另外，使用受控ECM恒温阀代替更复杂的电子控制器使得系统设计简单和易于维护。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的电子控制恒温阀系统的框图；以及
图2是根据本发明的另一实施例的电子控制恒温阀系统的框图。
具体实施方式
图1是示例说明根据本发明的一个实施例的恒温阀系统100的一个实施例的示意框图。将系统100设计成控制通过一个或多个出口装置102，诸如喷洒器(bodyspray)、喷嘴等等的液体流动。系统100包括电子控制模块(ECM)104，充当用于阀门系统的操作的控制点。将电子控制结合到手控阀系统100允许快速、准确地控制水温和水流，确保即使有突然的压力变化，系统100维持平衡温度和压力。
ECM104本身是能由电池或硬布线电源连接供电的任何已知的预编程电路。可将用户接口106耦合到ECM104以便允许用户指定温度、选择出口以便使用、打开或关闭出口阀，或者控制阀门系统100的操作。用户接口106本身可位于淋浴或浴池区并包括，例如，防水面、数字显示器、指示灯，以及用户控制诸如按钮或开关。在一个实施例中，数字显示器显示输出流107的温度以及用户控制。例如，启动特定的用户控制可将用户输入信号发送给ECM104，指示ECM104打开或关闭出口102、调节出口水流温度，或者以任何所需方式控制出口流量。
在一个实施例中，ECM104执行三个功能：控制水温、将水引入选定出口，以及改变入口流量。将参考图1和2来更详细地描述这些功能的每一个。
对水温控制，将ECM104耦合到阀门启动装置，例如，电动机108，其依次连接到恒温阀110。电动机108可以是任何类型的电动机，诸如步进电动机、伺服电动机，或能启动阀门的任何其他电动机。电动机108将恒温阀110转向与从ECM104接收的恒温阀控制信号对应的位置。例如，如果用户经用户接口106请求100°F的水温，ECM104将与选定温度一致的具有电压电平的电子信号发送给电动机108。电动机108移动到与该电子信号电压电平一致的位置，从而使恒温阀110上的手柄转向对应于选定温度的位置。
在一个实施例中，用电动机108将会具有的大约位置预编程ECM104以便转向恒温阀110以获得指定温度。然而，实际上，恒温阀110容易在输送具有选定温度的输出水流方面不稳定。为提供另外的温度控制，系统100可包括出口温度传感器112，诸如热电偶或类似的装置，将温度信号发送回ECM104以便形成反馈回路。然后，该温度信号由ECM104处理并用来调节发送给电动机108的信号，从而调节恒温阀110和根据需要微调出口温度。因此，ECM104和电动机108，连同来自出口温度传感器112的反馈，确保通过出口102的水是精确选定的温度。
为确保另外的出口温度准确性，能编程ECM104以便它不调节电动机108直到稳定入口水流的温度后。为控制此，系统100可包括入口温度传感器114，一个与冷水源118有关以及一个与热水源120有关。ECM104监视入口温度传感器114并等待直到入口温度传感器114表示在将任何信号发送给耦合到恒温阀110的电动机108前，入口水温已经达到稳定状态。
如前所述，用户接口106允许用户打开和关闭选定出口102。在一个实施例中，每个出口102包括能经来自ECM104的出口阀控制信号打开和关闭的出口阀121，使该ECM104充当分流器。例如，出口阀121能是电磁阀或任何其他开/关类型的阀门。在一个实施例中，可正常关闭出口阀121，仅当它们从ECM104接收电信号时才打开。
恒温阀110也可用作烫伤保护装置，执行内部调节以便如，冲洗抽水马桶或启动的洗衣机引起的出口水流107的压力变化不会改变出口温度。然而，为高流量所设计的恒温阀通常不能处理低流量(例如，如果用户选择需要低流量的出口102)并因此允许温度波动。系统100在这些情况下，通过结合具有相关入口电动机126的入口阀122来维持紧密的温度控制。入口阀122可以是任何类型的阀门以及优选地是可调控制阀以便允许优化恒温阀容量的控制。与恒温阀110的电动机108一样，入口电动机126从ECM104接收电子信号并控制入口阀122的位置，从而控制从每个水源118、120送到恒温阀110的水量。入口阀122本身能是任何类型的阀门，包括可无限调节的阀门和在第一位置提供规定限制以及允许在第二位置最大液体流动的开/关型阀门。
为提高系统100在低流量时的性能，ECM104能确定系统100中的出口流量需求，然后限制或打开入口阀122，从而降低或增加阀门容量以便匹配出口流量需求。因此，ECM104能优化恒温阀110容量以便它能保持平衡出口温度，而与出口流量需求无关。
ECM104能通过各种方法检测出口流量需求。一个选项是检测哪个出口102是打开的并且估计每个打开出口102所需流量。如上所述，ECM104经出口阀控制信号打开到阀门121的出口阀121，以便ECM104能通过简单地识别哪些出口阀121具有正发送给它们的电子信号来检测打开阀102。将用于每个单个出口102的出口流量需求存储在ECM104中。只要识别出打开出口102，ECM102能计算来自打开出口102的出口流量需求，和存储的出口流量数据。然后，ECM104能经入口电动机126调节入口阀122以便满足流量需求。如果用户选择需求低出口流量的出口102组合，ECM104能将入口阀控制信号发送给入口电动机126以便限制入口阀122和降低恒温阀110容量。类似地，如果用户选择要求高出口流量的出口102组合，ECM104打开入口控制阀122以便增加恒温阀110容量。
图2中所示的另一个实施例将出口压力传感器132放入出口水流107中。然后，ECM104能读取压力传感器132以便判断出口水流107中的总流量，然后调节入口阀122中的限制量以便与总流量一致。能将用于指定总流量的入口阀122中的特定限制度存储在ECM104中。该选项提供比图1中所示的选项更大的灵活性，因为ECM104不需要存储与单个出口102一致的数据。相反，ECM104仅需要存储具有相应的入口阀122、124限制量的数据链路压力传感器132读数。可以查找表的形式将数据存储在ECM104中。
不管所使用特定方法，ECM104和入口阀122通过修改入口流量来提供一致的温度控制而不管出口流量如何以便满足出口流量需求。实质上，系统100创建适合于任何出口流量和在高低出口流量维持所需平衡温度而不降低性能的可变容量恒温阀110。另外，结合机械阀的电子控制使整个系统设计简单并维持恒温阀性能，即使ECM104出故障或有电源故障。在一个实施例中，恒温阀是传统的恒温阀，可通过简单地置换阀门座(valve cartridge)来实现维护。
应当理解对在此描述的本发明的实施例的各种替代方案可用在实施本发明中。意图是下述权利要求书定义本发明的范围，因此覆盖这些权利要求及它们的等效的内的方法和装置。

Claims (27)

1、一种液体流量控制系统，包括：
恒温阀；
连接到所述恒温阀的阀门启动装置；以及
连接到所述阀门启动装置的电子控制模块，其中响应来自所述电子控制模块的恒温阀控制信号，控制所述恒温阀。
2、如权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述阀门启动装置是从由步进电动机和伺服电动机组成的组中选择的一个。
3、如权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，来自所述电子控制模块的所述恒温阀控制信号对应于选定温度。
4、如权利要求3所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括位于出口水流中并与所述电子控制模块连接以形成反馈回路的温度传感器。
5、如权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括位于出口水流中并与所述电子控制模块连接的压力传感器，其中所述电子控制模块确定来自所述压力传感器的出口水流需求。
6、如权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括耦合到所述电子控制模块的用户接口。
7、如权利要求6所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述用户接口包括显示器以及将用户输入信号发送到所述电子控制模块的至少一个用户控制。
8、如权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括与所述电子控制模块连接的至少一个入口阀。
9、如权利要求8所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括耦合到所述至少一个入口阀的至少一个入口阀启动装置，其中所述入口阀启动装置响应来自所述电子控制模块的入口阀控制信号。
10、如权利要求9所述的液体流量控制系统，其特征在于，入口阀启动装置是限制在第一位置的液体流量以及允许在第二位置的液体流量的开/关型阀门。
11、如权利要求9所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述入口阀启动装置是电动机。
12、如权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括与所述电子控制模块连接的至少一个入口温度传感器，其中所述电子控制模块在发送恒温阀控制信号前，检测来自入口温度传感器的稳定的入口水流条件。
13、如权利要求1所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括：
至少一个出口；以及
与所述至少一个出口相关且与所述电子控制模块连接的至少一个出口阀，其中所述电子控制模块经出口阀控制信号控制所述至少一个出口阀。
14、一种液体流量控制系统，包括：
恒温阀；
连接到所述恒温阀的阀门启动装置；
电子控制模块，连接到所述阀门启动装置，其中所述阀门启动装置响应来自所述电子控制模块的恒温阀控制信号，控制所述恒温阀；
至少一个出口；
与所述至少一个出口相关且与所述电子控制模块连接的至少一个出口阀，其中所述电子控制模块经出口阀控制信号控制所述至少一个出口阀。
至少一个入口；以及
耦合到所述至少一个入口阀的至少一个入口阀启动装置，其中所述入口阀启动装置响应来自所述电子控制模块的入口阀控制信号。
15、如权利要求14所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述恒温阀控制信号对应于选定温度以及其中所述入口阀控制信号对应于出口流量需求。
16、如权利要求15所述的液体流量控制系统，其特征在于，通过用于每个出口的流量需求编程所述电子控制模块以及所述电子控制模块通过检测哪些出口流量阀接收出口阀控制信号来确定所述出口流量需求。
17、如权利要求15所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括位于出口水流中并与所述电子控制模块连接的压力传感器，其中所述电子控制模块确定来自所述压力传感器的出口流量需求。
18、如权利要求14所述的液体流量控制系统，其特征在于，所述阀门启动装置和所述至少一个入口阀门启动装置是电动机。
19、如权利要求14所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括位于出口水流中并与所述电子控制模块连接以形成反馈回路的温度传感器。
20、如权利要求14所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括耦合到所述电子控制模块并具有显示器以及将用户输入信号发送到所述电子控制模块的至少一个用户控制的用户接口。
21、如权利要求14所述的液体流量控制系统，其特征在于，进一步包括与所述电子控制模块连接的至少一个入口温度传感器，其中所述电子控制模块在发送所述恒温阀控制信号前，检测来自入口温度传感器的稳定的入口水流条件。
22、一种用于控制液体流量的方法，包括：
确定所需出口流量温度；
将与所需出口流量温度一致的恒温阀控制信号发送给阀门启动装置；以及
根据所述恒流阀控制信号，经所述阀门启动装置控制恒温阀。
23、如权利要求22所述的方法，其特征在于，进一步包括：
确定出口流量需求；
由确定的出口流量生成入口阀控制信号；以及
基于所述入口阀控制信号，控制入口阀。
24、如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述控制动作包括：
将所述入口阀控制信号发送给至少一个入口阀启动装置；以及
根据所述入口阀控制信号，经所述入口阀启动装置控制所述入口阀。
25、如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述确定出口流量需求的动作包括：
检测所述至少一个出口的哪一个是可用的；
确定用于每个可用出口的流量需求；以及
由每个可用出口的流量需求的组合计算所述出口流量需求。
26、如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述确定出口流量的动作包括：
检测出口水流中的压力；以及
由所述检测的压力计算出口流量需求。
27、如权利要求22所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将来自用户接口的用户输入信号接收到所述电子控制模块中；以及
基于所述用户输入信号，生成所述恒温阀控制信号。
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