CN211501842U - 一种物联网温度平衡阀及应用该平衡阀的供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种物联网温度平衡阀及应用该物联网温度平衡阀的供暖系统，该物联网温度平衡阀包括执行器和阀门，所述执行器的动力输出端通过所述阀门的阀杆带动阀芯调节开度；还包括具有测温杆的温度传感器，所述测温杆插装于所述阀杆和所述阀芯中，且其测温端置于所述阀芯的与介质流道连通的容纳腔中，其接线端置于所述执行器中并与所述执行器的电路板信号连接。应用本实用新型，温度传感器完全置于执行器和阀门中，可完全规避通讯及动力线缆外露所导致的老化破坏等问题。并且，通过进一步结构及工艺性优化，可大大降低产品占用空间较小及制造成本，具有较好的应用前景。

Description

一种物联网温度平衡阀及应用该平衡阀的供暖系统

技术领域

本实用新型涉及热力控制技术领域，具体涉及一种物联网温度平衡阀及应用该平衡阀的供暖系统。

背景技术

供暖系统实现水力平衡的方法，大多是在管路系统中加装平衡阀，通过采集每个平衡阀的工作参数，并依据调试策略将系统中的每个平衡阀调至理论工作位置。因此，良好的物联网温度平衡阀的使用可靠性及良好的可控性能显得尤为重要。

现有技术中，通常采用温度传感器获得阀内介质温度，使用时一端与阀门或者管道连接，另外一端通过外界可见的信号线与带有上传功能的设备相连。然而，由于信号线裸露在外，使用时容易老化破坏，并直接影响系统控制。

有鉴于此，亟待针对现物联网温度平衡阀进行结构优化，在简化结构的基础上，能够有效规避温度传感器外置损坏的可能性。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种物联网温度平衡阀及应用该平衡阀的供暖系统，以通过结构优化提高物联网温度平衡阀的使用可靠性。

本实用新型提供的一种物联网温度平衡阀，包括执行器和阀门，所述执行器的动力输出端通过所述阀门的阀杆带动阀芯调节开度；还包括具有测温杆的温度传感器，所述测温杆插装于所述阀杆和所述阀芯中，且其测温端置于所述阀芯的与介质流道连通的容纳腔中，其接线端置于所述执行器中并与所述执行器的电路板信号连接。

优选地，所述阀门的阀体开设有阀杆适配孔，所述阀杆插装于所述阀杆适配孔内，且两者之间设置有第一密封圈；所述阀杆的第一插装孔与所述测温杆之间设置有第二密封圈。

优选地，所述阀门的阀杆外周的阀体具有第一安装面，所述执行器的壳体具有第二安装面，所述阀门和所述执行器通过所述第一安装面和所述第二安装面可拆卸连接。

优选地，所述阀门为球阀，所述阀体的阀座上形成有与所述球形阀芯适配的流量调节结构。

优选地，所述执行器的电机通过齿轮传动系输出动力，所述动力输出端位于所述齿轮传动系的输出齿轮轴，所述输出齿轮轴具有与所述第一插装孔同轴设置的第二插装孔，所述测温杆依次插装在所述第一插装孔和所述第二插装孔中。

优选地，所述输出齿轮轴伸出于所述执行器的壳体，且所述第二插装孔为具有外部大径段的台阶孔，所述阀杆为具有外部小径段的台阶杆，所述阀杆的外部小径段嵌装设置在所述测温杆与所述第二插装孔的外部大径段之间；所述输出齿轮轴的外伸端设置有同轴转动的指针，相应地所述壳体表面设置有刻度标记。

优选地，所述第一安装面和所述第二安装面均为相对于所述阀杆对称设置的两组，所述指针和所述刻度标记位于两组所述第一安装面和所述第二安装面之间；所述指针具有套装于所述输出齿轮轴的外伸端的环形安装部，所述环形安装部与所述外伸端之间具有周向限位副，以便两者同轴转动。

优选地，所述执行器的壳体由上罩和下壳体围合形成，上箱板卡合固定于所述下壳体，且两者之间形成容纳所述齿轮传动系的腔室；所述电机卡合固定在所述上箱板上，所述电路板设置在所述电机上方，并与所述上箱板卡合固定；所述下壳体上开设有缆线穿装孔，所述上箱板的板沿相应开设有U型缆线卡装槽，且所述U型缆线卡装槽的槽宽由内至外呈递增的趋势加宽。

优选地，所述电路板具有无线通讯NB/Lora/4G/5G和有线通讯RS485/Mbus中至少一种通信功能；所述电路板的上方连接有一可近距离无线通信的辅助电路板，以设置物联网温度平衡阀门的参数，提供至所述电路板的工作电源可以为外接电源或者内置电池。

本实用新型还提供一种供暖系统，包括供水开关阀和回水调节阀，所述供水开关阀和所述回水调节阀均采用如前所述的物联网温度平衡阀，所述供水开关阀与所述回水调节阀之间通过内部电缆线进行电连接和通讯连接，所述回水调节阀通过外部电缆线与外部控制系统进行电连接和通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型创新性地提出一种包括温度传感器的物联网温度平衡阀，具体地，该温度传感器的测温杆插装于平衡阀的阀杆和阀芯中，且其测温端置于阀芯的与介质流道连通的容纳腔中，可与阀门内水流接触以采集介质温度；该测温杆的接线端置于执行器中，并与执行器的电路板信号连接。实现与通讯电路相连。如此设置，温度传感器完全置于执行器和阀门中，可完全规避信号线外露所导致的老化破坏等问题。

在本实用新型的优选方案中，其阀门的阀杆外周的阀体具有第一安装面，所述执行器的壳体具有第二安装面，所述阀门和所述执行器通过所述第一安装面和所述第二安装面可拆卸连接。相比较而言，本方案的执行器与阀门直接连接，采用免支架、连接轴套的形式；由此，通过结构优化可大大降低产品外形尺寸。占用空间较小，可广泛适用于狭小的管道空间。

在本实用新型的另一优选方案中，针对球形阀门，本方案将与球形阀芯适配的流量调节结构设置在阀体的阀座上，也就是说，具有流量调节功能的结构可与球阀阀座一体加工成型，具有结构简单，加工工艺性较好的特点。

在本实用新型的另一优选方案中，该执行器的输出齿轮轴外伸端设置有同轴转动的指针，相应地在执行器壳体表面设置有刻度标记；如此设置，阀芯调整到位后，指针与阀芯、阀杆及输出齿轮轴同步转动，并对中相应刻度，方便用户直观读取当前阀流量参数。

在本实用新型的又一优选方案中，用户供暖系统的供水开关阀和回水调节阀采用前述物联网温度平衡阀，且供水开关阀与回水调节阀之间通过内部电缆线进行电连接和通讯连接，回水调节阀通过外部电缆线与外部控制系统进行电连接和通讯连接；如此设置，采用同一套控制系统即可实现供水开关阀和回水调节阀的相关控制，可有效节省硬件成本。

附图说明

图1为具体实施方式所述物联网温度平衡阀的整体结构示意图；

图2为具体实施方式所述物联网温度平衡阀的内部结构剖视图；

图3为全开状态下的阀芯与阀座配合关系示意图；

图4为不同开度状态下的阀门流道孔面积示意图；

图5为具体实施方式中所述执行器的装配爆炸图；

图6为部分剖切执行器壳体的物联网温度平衡阀示意图；

图7为具体实施方式所述齿轮传动系的结构示意图；

图8为输出齿轮轴与指针的装配关系示意图；

图9示出了具体实施方式所述用户供暖系统的供水开关阀和回水调节阀的控制关系示意图。

图中：

执行器10、电路板11、壳体12、下壳体121、第二安装面1211、腔室1212、刻度标记1213、穿装孔1214、上罩122、上箱板13、卡装槽131、齿轮传动系14、输出齿轮轴141、第二插装孔1411、凹槽1412、输入齿轮142、多级齿轮143、电机15、指针16、环形安装部161、凸起162、电缆17、插头171、密封套18、辅助电路板19、阀门20、阀杆21、第一插装孔211、阀芯22、容纳腔221、阀体23、阀杆适配孔231、第一安装面232、阀座233、第一密封圈24、第二密封圈25、温度传感器30、测温杆31、测温端311、接线端312；

供水开关阀91、回水调节阀92、内部电缆线93、外部电缆线94、外部控制系统95。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，本实施方式以图中所示的球阀作为描述主体，详细说明本方案提供的物联网温度平衡阀。组装完成后，阀门的进口、出口连通设置用户系统管路中。应当理解，该平衡阀的阀开度大小及其流量曲线等与阀机能相关的参数，对本申请请求保护的物联网温度平衡阀未构成实质性限制。

请参见图1和图2，其中，图1为本实施方式所述物联网温度平衡阀的整体结构示意图，图2为本实施方式所述物联网温度平衡阀的内部结构剖视图。

该物联网温度平衡阀包括执行器10、阀门20和温度传感器30，执行器10与控制系统信号交互，并提供阀门开度调节的驱动动力。具体地，执行器10的动力输出端通过阀门20的阀杆21带动阀芯22调节开度。温度传感器30用于采集阀门内介质温度，并实时反馈至执行器10，以作为系统控制基础数据。

本方案中，温度传感器30的测温杆31插装于阀杆21和阀芯22中，其测温端311置于阀芯22的与介质流道连通的容纳腔221中，与阀门20内水流接触以采集介质温度；其接线端312置于执行器10中并与执行器10的电路板11信号连接，实现与通讯电路相连。如此设置，该温度传感器30完全置于执行器10和阀门20中，信号线(图中未示出)一并内置，可避免外露所导致的老化破坏等问题。请一并参见图3，图3为全开状态下的阀芯与阀座配合关系示意图，该图中略去了执行器10的内部元件，以清晰示出测温杆31的内置状态。

结合图2和图3所示，阀门20的阀体23开设有阀杆适配孔231，这里，基于执行器10位于阀门20上方的图示装配关系，该阀杆适配孔231位于阀体23的上端。阀杆21插装于该阀杆适配孔231内，且两者之间设置有第一密封圈24；同时，阀杆21的第一插装孔211与测温杆31之间设置有第二密封圈25。这样，可确保使用状态下相应装配关系的可靠密封。需要说明的是，上述密封关系不局限于图中所示的结构及布置形式，只要能够满足适配构件间的可靠密封均在本申请请求保护的范围内。

为了有效提高该物联网温度平衡阀的可操作性，可在电路板11的上方设置一带有NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)功能的辅助电路板19，具体可选用通过插针的形式连接，组装维护方便快捷。使用时，可通过配合带有NFC读写的设备设置物联网温度平衡阀门的参数。相应地，电路板11可具有NB(窄带物联网，Narrow Band Internet ofThings)/Lora(远距离无线电，Long Range Radio)/4G/5G等无线通讯或RS485/Mbus(远程抄表系统，symphonic mbus)等有线通讯中至少一种通讯功能；其中，提供至电路板11的工作电源可以为外接电源或者内置电池。

可以理解的是，上述供电方式的具体实现非本申请的核心发明点所在，故本文不再赘述。

为了进一步优化结构、减小产品外形尺寸，作为优选，阀门20的阀体23与执行器10的壳体12直接连接。如图所示，阀杆21外周的阀体23具有第一安装面232，执行器10的壳体12具有第二安装面1211，阀门20和执行器10通过第一安装面232和第二安装面1211可拆卸连接；本方案的执行器与阀门直接连接，采用免支架、连接轴套等过渡连接构件，大大降低了产品外形尺寸。占用空间较小。应当理解，这里的“可拆卸连接”可采用不同的方式实现，只要利于组装、维护拆装便利性均可；例如但不限于，图中所示的采用螺纹紧固件，结合图3所示，阀体23上开设有螺纹孔，执行器10的壳体12(下壳体121)上开设有沉头螺栓适配孔，沉头螺栓自壳体12内侧旋入实现上述可拆卸连接，如此设置，从外部观察不到紧固件，外部结构简化且具有良好外观。

针对球阀阀芯22，与其适配的流量调节结构设置在阀体23的阀座233上，结合图2和图3所示，具有流量调节功能的结构可与球阀阀座233一体加工成型，具有结构简单，加工工艺性较好的特点。请一并参见图4所示阀门不同开度的流道孔面积示意图。图中阴影面积代表阀门20的流道孔面积，阀门由关到开的过程中，流通面积随着阀门的开度增加而加大。在0-30％开度阶段，随着开度增加，流通面积增加的较慢，可有效增加阀门的调节精度。在30％-80％开度阶段，随着开度增加，流通面积增加的较快。在80％-100％开度阶段，流通面积增加较慢。当然，为了能够符合等百分比曲线的要求，需要执行器计算并调节阀门的开度，最终使阀门的固有流量曲线贴近等百分比曲线。

请进一步参见图5和图6，其中，图5为执行器的装配爆炸图，图6为执行器壳体部分剖切的物联网温度平衡阀示意图。

本方案中，该执行器10的壳体12由上罩122和下壳体121围合形成，上箱板13卡合固定于下壳体121，且两者之间形成容纳齿轮传动系14的腔室1212；电机15卡合固定在该上箱板13上，电路板11设置在电机15上方，并与上箱板13卡合固定。对于设置NFC副电路板的情形，可将副电路板设置在主电路板11的上方，具体通过插头与主电路板11连接。应当理解，构件间卡合固定可采用不同配置塑料卡扣及卡口结构实现，本领域普通技术人员可以基于内部空间有效利用及紧凑度的设计要求进行合理设置，故本文不再赘述。

其中，上罩122和下壳体121之间优选采用超声波焊接的工艺，防水和异物，提升执行器10的整体防护等级。

其中，电机15通过齿轮传动系14输出动力，其动力输出端位于齿轮传动系14的输出齿轮轴141，具体如图7所示的齿轮传动系的结构示意图，电机15带动输入齿轮142转动，通过中间多级齿轮143叠加的传动结构，最终由输出齿轮轴141转动输出。这种上下多级齿轮叠加的结构设置，使得齿轮箱设计得以小型化。进一步地，该输出齿轮轴141具有与第一插装孔211同轴设置的第二插装孔1411，测温杆31依次插装在第一插装孔211和第二插装孔1411中。

其中，输出齿轮轴141伸出于执行器10的壳体12(下壳体121)，装配关系中，第二插装孔1411为具有外部大径段的台阶孔，相应地，阀杆21为具有外部小径段的台阶杆，结合图2和图3所示，阀杆21的外部小径段嵌装设置在测温杆31与第二插装孔1411的外部大径段之间。需要说明的是，本文中的内、外等方位词的使用是以构件自身装配关系为基础定义的，例如，第二插装孔1411的“外”是指远离执行器10本体的一端，阀杆21的“外”是指远离阀门20本体的一端。

在此基础上，输出齿轮轴141的外伸端设置有同轴转动的指针16，相应地，壳体12(下壳体121)表面设置有刻度标记1213。如此设置，阀芯22调整到位后，指针16与阀芯22、阀杆21及输出齿轮轴141同步转动，并对中相应标记刻度，方便用户直观读取当前阀流量参数。第一安装面232和第二安装面1211均为相对于阀杆21对称设置的两组，指针16和刻度标记1213位于两组第一安装面232和第二安装面1211之间。

另外，指针16具有套装于输出齿轮轴141的外伸端的环形安装部161，该环形安装部161与外伸端之间具有周向限位副，以便两者同轴转动。具体地，请一并参见图8，该图示出了输出齿轮轴141与指针16的装配关系。

需要说明的是，周向限位副可以采用不同的结构形式实现，例如但不限于图8所示的示例性方案。如图8所示，该环形安装部161设置有凸起162，相应地，输出齿轮轴141设置有凹槽1412，这里，指针16的凸起162置于输出齿轮轴141的凹槽1412中建立周向限位副，实现了指针16与输出齿轮轴141同步转动的目的。

此外，下壳体121上开设有缆线穿装孔1214，如此设置，执行器10直立安装时，可确保执行器10表面上的凝结水露不会进入其内部，进而可避免凝结水露对内部元件正常工作环境的影响。上箱板13的板沿相应开设有U型缆线卡装槽131，电缆17依次穿过下壳体121上的缆线穿装孔1214及上箱板13上开设的U型缆线卡装槽131，并通过电缆上的插头171与电路板11连接，具有信号传递可靠，拆装方便的特点。具体地，缆线穿装孔1214中内置有密封套18，以固定电缆17并形成良好的密封；并且，该U型缆线卡装槽131的槽宽由内至外呈递增的趋势加宽，也就是说，U型缆线卡装槽131根据不同电缆17线径的不同分别设置有多种适配的卡槽宽度，能够较为稳固地固定不同粗细线缆，具有较佳的可适应性。

除前述物联网温度平衡阀外，本实施方式还提供一种用户供暖系统，该供暖系统包括供水开关阀91和回水调节阀92。

请参见图9所示的用户供暖系统的供水开关阀和回水调节阀的控制关系示意图。这里，供水开关阀91和回水调节阀92可均采用如前所述的物联网温度平衡阀；具体地，供水开关阀91与回水调节阀92之间通过内部电缆线93进行电连接和通讯连接，回水调节阀92通过外部电缆线94与外部控制系统95进行电连接和通讯连接。该供暖系统的其他构成及控制原理非本申请的核心发明点所在，本领域普通技术人员可以采用现有技术实现，故本文不再赘述。

与现有技术相比，本方案可采用同一套控制系统即可实现供水开关阀91和回水调节阀92的相关控制，可有效节省硬件成本。

需要说明的是，本实施方式提供的上述实施例，并非局限于图中所示水力平衡球阀，应当理解，基于本申请的核心构思，也可应用于其他类型的物联网温度平衡阀，该应用同样在本申请请求保护的范围内。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.物联网温度平衡阀，包括执行器和阀门，所述执行器的动力输出端通过所述阀门的阀杆带动阀芯调节开度；其特征在于，还包括：

具有测温杆的温度传感器，所述测温杆插装于所述阀杆和所述阀芯中，且其测温端置于所述阀芯的与介质流道连通的容纳腔中，其接线端置于所述执行器中并与所述执行器的电路板信号连接。

2.根据权利要求1所述的物联网温度平衡阀，其特征在于，所述阀门的阀体开设有阀杆适配孔，所述阀杆插装于所述阀杆适配孔内，且两者之间设置有第一密封圈；所述阀杆的第一插装孔与所述测温杆之间设置有第二密封圈。

3.根据权利要求2所述的物联网温度平衡阀，其特征在于，所述阀门的阀杆外周的阀体具有第一安装面，所述执行器的壳体具有第二安装面，所述阀门和所述执行器通过所述第一安装面和所述第二安装面可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的物联网温度平衡阀，其特征在于，所述阀门为球阀，所述阀体的阀座上形成有与所述球阀的阀芯相适配的流量调节结构。

5.根据权利要求3或4所述的物联网温度平衡阀，其特征在于，所述执行器的电机通过齿轮传动系输出动力，所述动力输出端位于所述齿轮传动系的输出齿轮轴，所述输出齿轮轴具有与所述第一插装孔同轴设置的第二插装孔，所述测温杆依次插装在所述第一插装孔和所述第二插装孔中。

6.根据权利要求5所述的物联网温度平衡阀，其特征在于，所述输出齿轮轴伸出于所述执行器的壳体，且所述第二插装孔为具有外部大径段的台阶孔，所述阀杆为具有外部小径段的台阶杆，所述阀杆的外部小径段嵌装设置在所述测温杆与所述第二插装孔的外部大径段之间；所述输出齿轮轴的外伸端设置有同轴转动的指针，相应地所述壳体表面设置有刻度标记。

7.根据权利要求6所述的物联网温度平衡阀，其特征在于，所述第一安装面和所述第二安装面均为相对于所述阀杆对称设置的两组，所述指针和所述刻度标记位于两组所述第一安装面和所述第二安装面之间；所述指针具有套装于所述输出齿轮轴的外伸端的环形安装部，所述环形安装部与所述外伸端之间具有周向限位副，以便两者同轴转动。

8.根据权利要求5所述的物联网温度平衡阀，其特征在于，所述执行器的壳体由上罩和下壳体围合形成，上箱板卡合固定于所述下壳体，且两者之间形成容纳所述齿轮传动系的腔室；所述电机卡合固定在所述上箱板上，所述电路板设置在所述电机上方，并与所述上箱板卡合固定；所述下壳体上开设有缆线穿装孔，所述上箱板的板沿相应开设有U型缆线卡装槽，且所述U型缆线卡装槽的槽宽由内至外呈递增的趋势加宽。

9.根据权利要求8所述的物联网温度平衡阀，其特征在于，所述电路板具有无线通讯NB/Lora/4G/5G和有线通讯RS485/Mbus中至少一种通信功能；所述电路板的上方连接有一可近距离无线通信的辅助电路板，以设置物联网温度平衡阀门的参数，提供至所述电路板的工作电源可以为外接电源或者内置电池。

10.供暖系统，包括供水开关阀和回水调节阀，其特征在于，所述供水开关阀和所述回水调节阀均采用如权利要求1至9中任一项所述的物联网温度平衡阀，所述供水开关阀与所述回水调节阀之间通过内部电缆线进行电连接和通讯连接，所述回水调节阀通过外部电缆线与外部控制系统进行电连接和通讯连接。

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