CN204881256U - 混水装置和热水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种混水装置，所述混水装置包括冷水管、热水管和混水管；所述混水装置还包括电子比例阀，该电子比例阀设有两个进水口和一个出水口，所述进水口对应与冷水管和热水管连通，所述出水口与所述混水管连通；所述冷水管上设有第一压力传感器和第一温度传感器；所述热水管上设有第二压力传感器和第二温度传感器。本实用新型可以提高混水装置的调节水温的速度。

Description

混水装置和热水系统

技术领域

本实用新型涉及热水系统领域，尤其涉及一种混水装置和热水系统。

背景技术

热水系统供热水时，为了产生使用者所需的水温，热水系统一般通过冷水管送来的冷水和热水管送来的热水进行混合后，再输出水至混水管，即可得到所需的水温。但是在热水系统点火的几秒钟时间内，会产生超过60℃的一段热水，而现有的恒温混水阀都只采用了在混水后的输出端单点测温进行反馈调节的方式，要调整温差超过20℃的突变水温，一般都需要10-15秒的响应时间。对于淋浴而言，需要这个调整时间越短越好，现有的自动恒温混水阀的响应时间相对比较长，不能及时调整出适合使用者需求的水温，这样很容易烫伤洗浴者。因此亟需一种可以快速实现自动调整恒温混水得到目标水温。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种混水装置和热水系统，旨在提高混水装置调节水温的速度，实现缩短得到目标水温的时间。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种混水装置，所述混水装置包括冷水管、热水管和混水管，所述混水装置还包括电子比例阀，该电子比例阀设有两个进水口和一个出水口，所述进水口对应与冷水管和热水管连通，所述出水口与所述混水管连通；所述冷水管上设有第一压力传感器和第一温度传感器；所述热水管上设有第二压力传感器和第二温度传感器。

优选地，所述混水装置还包括控制器，所述控制器的信号输入端与所述第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器、第二温度传感器电连接，所述控制器的信号输出端与所述电子比例阀电连接。

优选地，所述混水管上设有第三温度传感器。

优选地，所述控制器的信号输入端还与所述第三温度传感器电连接。

优选地，所述电子比例阀包括双管堵头、驱动装置，所述双管堵头的一端与驱动装置固定连接，所述双管堵头随驱动装置移动，以使双管堵头的另一端完全封堵其中一个进水口，或者同时部分封堵两个进水口。

优选地，所述驱动装置包括步进电机、齿轮和齿条，所述步进电机驱动齿轮运动，所述齿轮与齿条组成一个传动机构，以带动齿条线性运动。

优选地，所述第一压力传感器在所述冷水管上的安装位置与所述电子比例阀的距离，以及所述第二压力传感器在所述热水管上的安装位置与所述电子比例阀的距离相等。

优选地，所述双管堵头的移动过程中，冷水管的出水口面积和热水管的出水口面积之和维持不变。

优选地，所述步进电机的启动转速为60RPM，所述齿轮的周长为15mm。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供了一种热水系统，包括热水出口，以输出加热后的热水；混水装置通过热水管与所述热水出口连通，将所述热水系统输出的热水和冷水混合后，输出混合后的热水，该混水装置为上述结构的混水装置。

本实用新型实施例通过冷水管上的第一压力传感器和第一温度传感器检测冷水管内的压力值及水温，以及热水管上的第二压力传感器和第二温度传感器检测热水管内的压力值及水温，并结合所设定的目标温度，将采集得到的数据信号反馈至控制器，控制器进行数据处理后，获取冷水管道中的冷水和热水管中的热水混合后，流入混水管的水温的变化趋势；并根据当前电子比例阀的位置，控制器通过控制电子比例阀对双管堵头的移动，从而调节冷水管和热水管的出水量，实现了混水管水温恒定的目的。本实用新型还可以通过混水管上的第三温度传感器检测混水管内的水温，根据混水管的水温与目标水温的偏差，再次调节双管堵头的移动位置，以对冷水管和热水管出水量进行控制，直至得到目标水温；从而实现了缩短调温时间，快速达到目标水温的目的。同时，本实用新型还通过对驱动装置中齿轮参数的设置，可进一步提高得到目标水温的速度。

附图说明

图1为本实用新型混水装置的结构示意图；

图2为本实用新型控制器的电连接结构示意图；

图3为本实用新型电子比例阀的结构示意图。

为了使本实用新型的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，示出了本实用新型一种热水系统的混水装置结构。该热水系统包括热水出口，以输出加热后的热水；混水装置通过热水管与热水出口连通，将热水系统输出的热水和冷水混合后，输出混合后的热水。该混水装置包括冷水管1、热水管2和混水管3。

混水装置还包括电子比例阀4，该电子比例阀4设有两个进水口和一个出水口，两个进水口对应与冷水管1和热水管2连通，出水口与混水管3连通。通过控制两个进水口的大小，即可控制冷水管1内冷水的水量和热水管2内热水的水量流入混水管3，水的流动方向为图1中箭头的指示方向。本实施例中，设电子比例阀4中与冷水管1连通的进水口的进水比例为冷水比例因子S₁，电子比例阀4中与热水管2连通的进水口的进水比例为热水比例因子S₂，该冷水比例因子S₁和热水比例因子S₂的取值范围均为[0，1]。以冷水比例因子S₁为例，当与冷水管1连通的进水口完全打开时，该冷水比例因子S₁为1，当与冷水管1连通的进水口完全封住时，该冷水比例因子S₁为0。

为了对冷水管1和热水管2内的压力值和水温进行采集，冷水管1上设有第一压力传感器5和第一温度传感器7。第一压力传感器5用于检测冷水管1内的压力值P₁，第一温度传感器7用于检测冷水管1内的水温T₁。热水管2上设有第二压力传感器6和第二温度传感器8，第二压力传感器6用于检测热水管2内的压力值P₂，第二温度传感器8用于检测热水管2内的水温T₂。第一压力传感器5在冷水管上的安装位置与电子比例阀4的距离，以及第二压力传感器6在热水管上的安装位置与电子比例阀4的距离相等，可以在应用水流量计算公式时，将与水流量计算公式有关的管路长度参数归一化为1，减少公式中的变量参数，方便计算。混水管3上设有第三温度传感器9，用于实时检测混水管3内的水温。

本实用新型实施例的混水装置将根据冷水管1内的压力值P₁和水温T₁、热水管2内的压力值P₂和水温T₂以及目标水温Ts，可计算获得电子比例阀4的目标比例，即冷水比例因子S₁与热水比例因子S₂的比值。具体工作原理如下：

假设冷水管1和热水管2的供水管型号一致，且均为DN20标准管，则冷水管1和热水管2所适应的水流量计算公式也一致，即管内水流量的大小与管内压力、阻尼系数和管路长度有关。另外，由于阻尼系数又和管径相关，而混水装置的冷水管1和热水管2均为DN20标准管，其管径一致，所以阻尼系数都可以归一化为1。假设冷水管1上安装的第一压力传感器5和热水管2上安装的第二压力传感器6的位置相对于电子比例阀4的距离相等，则管路长度也可以归一化为1。因此归一化变量后，混水装置的冷水管1和热水管2能够为其提供水量的能力就由其各自管内的压力值P₁和P₂决定。混水管3的水温T与冷水管1的冷水流量、热水管2的热水流量、冷水管1水温和热水管2水温有关。由于冷水和热水的化学性能一致，因此两者的热比容一致，都为1。综上则可得到混水管3的水温T计算公式为：

T＝(P₁*T₁+P₂*T₂)/(P₁+P₂)

若要得到目标温度Ts的热水，即混水管3的水温要达到目标温度Ts，则可根据上述公式，并引入冷水比例因子S₁和热水比例因子S₂，可获得目标温度Ts的计算公式：

T_S＝(S₁*P₁*T₁+S₂*P₂*T₂)/(S₁*P₁+S₂*P₂)

因此，根据上述目标温度Ts的计算变换将得到电子比例阀4的目标比例Sx的计算公式：

Sx＝S₁/S₂＝(P₂*(T₂-T_S))/((T_S–T₁))

根据上述目标比例的计算公式，若获得冷水管1内的压力值和水温，以及热水管2内的压力值和水温后，即可获得目标温度Ts下电子比例阀4的目标比例。通过控制电子比例阀4的目标比例，来调节冷水管和热水管的出水量，即可使得混水管3内的水温T达到目标温度Ts。

上述工作原理中冷水管和热水管都以DN20的标准水管为例，水管的阻尼系数都归一化为1，管路长度也归一化为1等等，但是并不限定本实用新型。凡是利用上述工作原理计算目标温度Ts对应的电子比例阀的目标比例，即使加入了阻尼系数、管路长度等因素的各种变形均在本实用新型的保护范围之内。

进一步地，上述混水装置中的电子比例阀可由人工控制，也可以通过控制器进行自动控制。如图2所示，上述混水装置还包括控制器14，控制器14的信号输入端与第一压力传感器5、第一温度传感器7、第二压力传感器6、第二温度传感器8电连接。控制器14可控制第一压力传感器5、第一温度传感器7、第二压力传感器6、第二温度传感器8采集信号，并将采集到信号反馈回控制器。控制器14的信号输出端与电子比例阀4电连接，控制器14将根据接收的反馈信号后，对信号进行处理，并产生控制信号，控制电子比例阀4的状态，即目标比例。

进一步地，上述控制器14的信号输入端还与第三温度传感器9电连接，以监测混水管3内的水温，以便调节电子比例阀4的目标比例得到目标水温。具体地，控制器14将得到的混水管3的水温与所设定的目标水温进行比较，当所设定的目标水温与混水管3的水温存在偏差时，控制器14将根据该偏差调节电子比例阀4的目标比例，以对冷水管1和热水管2出水口的开度进一步精确微调，直到混水管3出水的水温等于用户设置的目标水温。

进一步地，如图3所示，上述电子比例阀4可包括双管堵头10和驱动装置13，双管堵头10的一端与驱动装置13固定连接，所述双管堵头10随驱动装置13移动，以使双管堵头10的另一端完全封堵其中一个进水口，或者同时部分封堵两个进水口。具体地，双管堵头10可在两个进水口下方的允许范围内移动，且在移动到允许范围的第一边界时，双管堵头10将完全封堵靠近该第一边界的进水口；在移动到允许范围的第二边界时，双管堵头10将完全封堵靠近该第二边界的进水口；在移动到允许范围的中间位置时，双管堵头10将同时部分封堵两个进水口。因此，随着双管堵头10的移动，电子比例阀4中冷水与热水的比例也随之不同，即目标比例不同。可以理解的是，该驱动装置13可通过人工操作，也可以通过控制器14自动控制，即控制器14的信号输出端与驱动装置13电连接。

在双管堵头10在允许的范围内的移动过程中，冷水管1的出水面积和热水管2的出水面积之和将始终等同于一条完整管路的出水面积，即混水管3的出水面积不变，从而保证了混水管3总出水量不会因为增加了电子比例阀4而减少，即冷水管1的出水口面积和热水管2的出水口面积之和维持不变。例如，当双管堵头10的移动位置恰好位于电子比例阀的两个出水口的中央位置时，即位于冷水管1和热水管2的中央位置时，刚好封堵冷水管1和热水管2各一半的出水口面积，以使混水管出水的总量不变。

进一步地，上述驱动装置13包括步进电机(图中未示出)、齿轮12和齿条11，其中步进电机驱动齿轮12运动，齿轮12与齿条11组合成一个传动机构。根据啮合规律，齿轮12带动齿条11线性运动。为了达到较好的线性运动控制，优选地，步进电机采用一个步长为1.8度角的两相4线电机，使固定在齿条11上的双管堵头10能够有效地进行水量控制。

本实施例中，假设冷水管1、热水管2和混水管3均采用DN20的标准水管分送水。由于使用DN20的标准水管的内径一般为15mm，因此为了保证双管堵头10能够在较短时间内到达电子比例阀4两个进水口的相对位置，该时间可为5秒以内，则双管堵头10需要在1秒钟内移动的最大距离为15mm。故在设计齿轮12和齿条11时优选的结构的参数为：步进电机的启动转速取为60RPM，即1圈/秒；根据齿轮12和齿条11的啮合规律，如果要让齿轮12转一周，则齿条11移动15mm，因此齿轮12的周长也必须为15mm，根据周长计算公式C＝π*D，可得齿轮12的直径D＝4.77mm。在这个参数下，可以使双管堵头10在短时间内处于有效移动范围的任何位置上，例如，双管堵头10可以在2秒内处于有效移动范围的任何位置上；从而保证了在计算得到混水管3水温的变化趋势后，即目标比例，双管堵头10能够快速到达和该目标比例对应的位置。需要说明的是，上述工作原理中短时间内的数值举例并不限定本实用新型。

本实用新型实施例通过控制器14控制安装于冷水管1的第一温度传感器7和第一压力传感器5，以及控制器14控制安装于热水管2上的第二温度传感器8和第二压力传感器6，对冷水管1和热水管2的水温及管内的压力值进行测量；并结合所设定的目标温度，将采集得到的数据信号反馈至控制器14，控制器14进行数据处理后，获取冷水管道1中的冷水和热水管2的中热水混合后，流入混水管3的水温的变化趋势，并根据当前电子比例阀4的位置，控制器14通过控制驱动装置13对电子比例阀4中双管堵头10的位置进行相应地调节，实现了混水管道3水温恒定的目的。本实用新型还可以通过第三温度传感器9测得的混水管3的水温与目标水温的偏差再次调节双管堵头10的移动位置，以对冷水管1和热水管2出水量进行控制，直至得到目标水温；从而可以提高混水装置调节水温的速度，缩短调温时间。同时，本实用新型还通过对驱动装置13中齿轮12参数的设置，可进一步提高得到目标水温的速度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种混水装置，包括冷水管、热水管和混水管，其特征在于：所述混水装置还包括电子比例阀，该电子比例阀设有两个进水口和一个出水口，所述进水口对应与冷水管和热水管连通，所述出水口与所述混水管连通；所述冷水管上设有第一压力传感器和第一温度传感器；所述热水管上设有第二压力传感器和第二温度传感器。

2.如权利要求1所述的混水装置，其特征在于，所述混水装置还包括控制器，所述控制器的信号输入端与所述第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器、第二温度传感器电连接，所述控制器的信号输出端与所述电子比例阀电连接。

3.如权利要求2所述的混水装置，其特征在于，所述混水管上设有第三温度传感器。

4.如权利要求3所述的混水装置，其特征在于，所述控制器的信号输入端还与所述第三温度传感器电连接。

5.如权利要求1-3任一项所述的混水装置，其特征在于，所述电子比例阀包括双管堵头和驱动装置，所述双管堵头的一端与驱动装置固定连接，所述双管堵头随驱动装置移动，以使双管堵头的另一端完全封堵其中一个进水口，或者同时部分封堵两个进水口。

6.如权利要求5所述的混水装置，其特征在于，所述驱动装置包括步进电机、齿轮和齿条，所述步进电机驱动齿轮运动，所述齿轮与齿条组成一个传动机构，以带动齿条线性运动。

7.如权利要求1-3任一项所述的混水装置，其特征在于，所述第一压力传感器在所述冷水管上的安装位置与所述电子比例阀的距离，以及所述第二压力传感器在所述热水管上的安装位置与所述电子比例阀的距离相等。

8.如权利要求5所述的混水装置，其特征在于，所述双管堵头的移动过程中，冷水管的出水口面积和热水管的出水口面积之和维持不变。

9.如权利要求6所述的混水装置，其特征在于，所述步进电机的启动转速为60RPM，所述齿轮的周长为15mm。

10.一种热水系统，其特征在于，所述热水系统包括热水系统和权利要求1-9任一项所述的混水装置，所述热水系统包括热水出口，以输出加热后的热水；所述混水装置通过热水管与所述热水出口连通，将所述热水系统输出的热水和冷水混合后，输出混合后的热水。