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一种恒温 阀及独立恒温控制系统

阅读：624发布：2022-10-02

专利汇可以提供一种恒温阀及独立恒温控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开种一种恒温阀，包括：阀体，设在阀体上的阀芯和驱动阀芯的步进电机；所述阀体包括冷水通道，热水通道，连通所述冷水通道和所述热水通道的冷水支路，供冷水支路和热水通道汇入的混合水通道，所述阀芯设在冷水支路上，所述混合水通道上设有用于检测混合水通道的出水温度的第一温度传感器；其特征在于，在所述阀体上还设有操作器，所述操作器包括控制处理器和与控制处理器连接的操作面板，所述第一温度传感器与所述控制处理器连接，所述控制处理器接收所述第一温度传感器反馈的混合水通道的出水温度Tc和设置温度Tm，控制所述步进电机的驱动阀芯使得混合水通道的出水温度等于设置温度。本发明还提供一种独立恒温控制系统。，下面是一种恒温阀及独立恒温控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种恒温阀，包括：阀体，设在所述阀体上的阀芯和驱动所述阀芯的步进电机；所述阀体包括冷水通道，热水通道，连通所述冷水通道和所述热水通道的冷水支路，供所述冷水支路和所述热水通道汇入的混合水通道，所述阀芯设在所述冷水支路上，所述混合水通道上设有用于检测所述混合水通道的出水温度的第一温度传感器；其特征在于，在所述阀体上还设有操作器，所述操作器包括控制处理器和与所述控制处理器连接的操作面板，所述第一温度传感器与所述控制处理器连接，所述控制处理器接收所述第一温度传感器反馈的混合水通道的出水温度Tc和通过所述操作面板接收设置温度Tm，控制所述步进电机的驱动所述阀芯使得所述混合水通道的出水温度等于设置温度。
2.根据权利要求1所述的一种恒温阀，其特征在于，在所述冷水通道上设有第二温度传感器和水流量传感器，在所述热水通道上设有用于检测热水温度的第三温度传感器，所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述水流量传感器与所述控制处理器连接。
3.根据权利要求2所述的一种恒温阀，其特征在于，所述控制处理器根据所述水流量传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器反馈的信号调节所述阀芯至预调位置，然后根据所述阀体出水温度Tc与所述设置温度Tm之间的差值进行精调。
4.根据权利要求3所述的一种恒温阀，其特征在于，精调时，当|Tm-Tc|≤2℃时，所述步进电机的动作精度为50步；当2℃＜|Tm-Tc|≤3℃，所述步进电机的动作精度为100步；当3℃＜|Tm-Tc|≤6℃，所述步进电机的动作精度为200步；当|Tm-Tc|＞6℃，所述步进电机的动作精度为300步。
5.根据权利要求1或2所述的一种恒温阀，其特征在于，所述控制处理器采用PID控制方式控制所述步进电机。
6.根据权利要求2所述的一种恒温阀，其特征在于，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述水流量传感器与所述控制处理器通过信号线连接或通过无线通讯模块连接。
7.一种独立控温系统，包括恒温阀和热水器，其特征在于，所述恒温阀为如权利要求1-
6任意一项所述的恒温阀，所述恒温阀的热水通道与热水器的出水管连接，所述恒温阀的冷水通道与所述热水器的进水管连接。
8.根据权利要求7所述的一种独立恒温控制系统，其特征在于，所述热水器为电热水器，在所述电热水器的内胆的中部或顶部设有与所述操作器连接的温度传感器。
9.根据权利要求8所述的一种独立恒温控制系统，其特征在于，所述恒温阀的用水最开始的3-9秒阀芯处于关闭状态，用水后3-9秒所述控制处理器控制所述步进电机驱动所述阀芯开启。
10.根据权利要求7所述的一种独立恒温控制系统，其特征在于，所述热水器为燃气热水器、太阳能热水器或空气能热水器。

说明书全文

一种恒温阀及独立恒温控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及热水器技术领域，尤其涉及一种恒温阀及独立恒温控制系统。

背景技术

[0002] 现有的恒温控制系统均设置在热水设备的整机内部，如一篇专利号为CN110030726A、名称为一种用于电热水器的恒温阀的发明专利，公开了一种用于电热水器
的恒温阀，包括阀体、上壳、电脑板、电机和摆块，电机的输出轴与摆块连接，摆块的两端分
别置于进水管及出水管内，电热水器包括本体，恒温阀设置于本体上，本体上还设有电控系
统，本体的进水口端连有进水管，出水口端连有出水管，进水管与出水管之间连有一条连通
管，出水管上设有感温探头，感温探头采集的出水温度信息输送至电控系统，恒温阀包括阀
体、上壳、电脑板、电机和摆块，电机的输出轴与摆块连接，摆块的两端分别置于进水管及出
水管内。该恒温阀只能与当前机型或同类型机型配合使用，不能单独使用，适用范围较窄。

发明内容

[0003] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种单独使用、可独立控制出水温度的恒温阀。

[0004] 本发明的另一目的是提供一种采用了上述恒温阀的独立恒温控制系统。

[0005] 为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种恒温阀，包括：阀体，设在所述阀体上的阀芯和驱动所述阀芯的步进电机，；所述阀体包括冷水通道，热水通道，连通所述冷水通道和所述热水通道的冷水支路，供所述冷
水支路和所述热水通道汇入的混合水通道，所述阀芯设在所述冷水支路上，所述混合水通
道上设有用于检测阀体出水温度的第一温度传感器；其特征在于，在所述阀体上还设有操
作器，所述操作器包括控制处理器和与所述控制处理器连接的操作面板，所述第一温度传
感器与所述控制处理器连接，所述控制处理器接收所述第一温度传感器反馈的阀体出水温
度Tc和通过所述操作面板接收设置温度Tm，控制所述步进电机的驱动所述阀芯使得所述混
合水通道的出水温度等于设置温度。

[0007] 作为上述方案的进一步说明，在所述冷水通道上设有第二温度传感器和水流量传感器，在所述热水通道上设有用于热水温度的第三温度传感器，所述第二温度传感器、所述
第三温度传感器、所述水流量传感器与所述控制处理器连接。

[0008] 作为上述方案的进一步说明，所述控制处理器根据所述水流量传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器反馈的信号调节所述阀芯至预调
位置，然后根据所述阀体出水温度Tc与所述设置温度Tm之间的差值进行精调。

[0010] 作为上述方案的进一步说明，所述控制处理器采用PID控制方式控制所述步进电机。

[0011] 作为上述方案的进一步说明，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述水流量传感器与所述控制处理器通过信号线连接或通过无线通讯模块
连接。

[0012] 一种独立控温系统，包括恒温阀和热水器，其特征在于，所述恒温阀为如上述任意一项所述的恒温阀，所述恒温阀的热水通道与热水器的出水管连接，所述恒温阀的冷水通
道与所述热水器的进水管连接。

[0013] 作为上述方案的进一步说明，所述热水器为电热水器，在所述电热水器的内胆的中部或顶部设有与所述操作器连接的温度传感器。

[0014] 作为上述方案的进一步说明，所述热水器为燃气热水器、太阳能热水器或空气能热水器。

[0015] 作为上述方案的进一步说明，所述恒温阀的用水最开始的3-9秒阀芯处于关闭状态，用水后3-9秒所述控制处理器控制所述步进电机驱动所述阀芯开启。

[0016] 本发明的有益效果是：

[0017] 一、可单独使用，无需配套特定的机型适用，适用范围广，几乎可以应用到所有需要实现恒温和混水的场所，阀芯设在冷水通道增加了阀芯的使用寿命，避免高温对阀芯和
步进电机的影响。

[0018] 二、采用预调和精调结合的方式控制步进电机，使得阀体的出水温度稳定准确又快速地到达设定温度。
附图说明

[0019] 图1所示为本发明提供的恒温阀的整体结构示意图。

[0020] 图2所示为本发明提供的实施例一的恒温阀的内部结构示意图。

[0021] 图3所示为本发明提供的实施例一的恒温阀的控制方式示意图。

[0022] 图4所示为本发明提供的实施例一的恒温阀的控制逻辑简图。

[0023] 图5所示为本发明提供的实施例二的恒温阀的内部结构示意图。

[0024] 图6所示为本发明提供的恒温阀与热水器安装的示意图。

[0025] 附图标记说明：

[0026] 1：电源，2：外壳，3：操作器，4：阀体，5：阀芯，6：步进电机，7：第一温度传感器，8：第二温度传感器，9：水流量传感器，10：第三温度传感器，100：恒温阀，200：热水器。

[0027] 4-1：冷水通道，4-2：热水通道，4-3：冷水支路，4-4：混合水通道。

具体实施方式

[0028] 在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

[0029] 此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括
一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具
体的限定。

[0030] 在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连
接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领
域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

[0031] 在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之
间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第
二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征
在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表
示第一特征水平高度低于第二特征。

[0032] 下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解
释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0033] 实施例一

[0034] 如图1-图4所示，一种恒温阀，包括：阀体4、设在所述阀体4内的阀芯5以及驱动所述阀芯5动作的步进电机6，所述阀体4包括冷水通道4-1，热水通道4-2，连通所述冷水通道
和所述热水通道的冷水支路4-3，供所述冷水支路4-3和所述热水通道4-2汇入的混合水通
道4-4，所述阀芯5设在所述冷水支路4-3上；所述混合水通道4-4上设有用于检测所述混合
水通道的出水温度的第一温度传感器7，其特征在于，在所述阀体4上还设有操作器3，所述
操作器3包括控制处理器和与所述控制处理器连接的操作面板，所述冷水通道4-1上设有用
于检测所述冷水温度的第二温度传感器8和用于检测总的冷水水流量的水流传感器9，在所
述热水通道上设有用于检测热水温度的第三温度传感器10，所述第一温度传感器7、所述第
二温度传感器8、所述第三传感器10和所述水流量传感器9分别与所述控制处理器连接，所
述控制处理器接收所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述
水流量传感器的信号反馈以及通过所述操作面板接收用户设定的设置温度、驱动所述步进
电机控制流经所述阀芯的冷水流量。

[0035] 其中，所述步进电机6的控制分为预调和精调两个步骤，先通过预调将阀芯调节到所述混合水通道的出水温度接近设置温度的步数值，再通过精调调节到阀体的出水温度等
于设置温度的步数值。

[0036] 优选地，所述预调采用采样的方式进行调节。在不同的总的冷水水流量、冷水温度、热水温度下，记录所述阀芯的不同位置对应的混合水通道的出水温度，采集各参数对应
的阀芯位置，即步数值。所述控制处理器接收所述水流量传感器、所述第一温度传感器、所
述第二温度传感器和所述第三温度传感器以及设置温度的反馈信号，根据采样数据控制所
述步进电机驱动所述阀芯达到各参数对应的步数值。

[0037] 所述精调的方式为分温差等级控制方式或PID控制方式。

[0039] 所述PID控制方式为：可灵活地根据当前不同的环境条件，自动选用最优的动作精度进行调节，例如，当Tm与Tc的温差在4℃时，若采用上述静态的分温等级控制方式，步进电
机至少需要依次经历三个温度区间的动作，才能达到设置温度的调节，而采用PID控制方
式，可预先对步数精度进行智能优选，步进电机只需要调节一次到两次即可达到设置温度
的调节，调节时间短。

[0040] 优选地，所述第一温度传感器7、所述第二温度传感器8、所述第三温度传感器10、所述流量传感器9与所述控制处理器通过信号线连接或通过无线通讯模块连接，如蓝牙、
wifi、电力载波等方式。

[0041] 进一步优选地，在所述操作面板上设有用来显示出水温度的显示模块。所述恒温阀还包括外壳2，所述阀体4设在所述外壳2内，所述操作面板设在所述外壳2的表面。

[0042] 在所述阀体4上设有为所述操作器3和所述步进电机6供电的电源1，所述电源1为外接电源线或内置蓄电池。电源1满足所述操作器3和所述步进电机6的供电需求，操作器为
5V直流供电，步进电机为24V直流供电。

[0043] 与现有技术相比，本实施例提供的一种恒温阀具有以下特点：1)可单独适用，无需配套特定的机型适用，适用范围广，几乎可以应用到所有需要实现恒温和混水的场所，阀芯
设在冷水通道增加了阀芯的使用寿命，避免高温对阀芯和步进电机的影响。2)采用预调和
精调结合的方式控制步进电机，使得阀体的出水温度稳定准确又快速地到达设定温度。

[0044] 实施例二

[0045] 如图5所示，一种恒温阀，包括阀体4，设在所述阀体4内的阀芯5和驱动所述阀芯5的步进电机6；所述阀体4包括冷水通道4-1，热水通道4-2，连通所述冷水通道4-1和所述热
水通道4-1的冷水支路4-3，供所述冷水支路4-3和所述热水通道4-2汇入的混合水通道4-4，
所述阀芯5设在所述冷水支路4-1上，所述混合水通道4-4上设有用于检测所述混合水通道
的出水温度的第一温度传感器7，其特征在于，在所述阀体上设有操作器3，所述操作器3包
括控制处理器和与所述控制处理器连接的操作面板，所述第一温度传感器7与所述控制处
理连接，所述操作面板上设有出水温度设置按键，所述控制处理器根据所述第一温度传感
器7和所述操作面板反馈的信号、控制所述步进电机6的驱动所述阀芯。

[0046] 其中，所述控制处理器控制步进电机的方式为分温差等级控制方式或PID控制方式。

[0048] 所述PID控制方式为：可灵活地根据当前不同的环境条件，自动选用最优的动作精度进行调节，例如，当Tm与Tc的温差在4℃时，若采用上述静态的分温差等级控制方式，步进
电机至少需要依次经历三个温度区间的动作，才能达到设置温度的调节，而采用PID控制方
法，可预先对步数精度进行智能优选，步进电机只需要调节一次到两次即可达到设置温度
的调节，调节时间短。

[0049] 相比于实施例一，本实施例提供的一种恒温阀的控制程序简单，成本低，适用范围广，但是调节相对较慢；实施例一中的控制方法为预调和精调，本实施例中的步进电机的控
制方法只含有精调。

[0050] 实施例三

[0051] 如图6所示，一种独立控温系统，包括恒温阀100和热水器200，其特征在于，所述恒温阀100为实施例一或实施例二的恒温阀，所述恒温阀100的热水通道与热水器200的出水
管连接，所述恒温阀100的冷水通道与所述热水器200的进水管连接。

[0052] 其中，所述恒温阀的出厂设置为阀芯5处于完全关闭状态，目的是保证热水器充水时，能不被分流，使得热水器完全装满水。

[0053] 优选地，所述热水器为电热水器，在所述电热水器的内胆的中部或顶部设有与所述操作器连接的温度传感器。所述温度传感器用于检测所述电热水器的出水温度，所述温
度传感器还可以设在所述电热水器的出水管上。

[0054] 所述热水器为燃气热水器、太阳能热水器、空气能热水器。

[0055] 进一步优选地，用水最开始的3-9秒阀芯处于关闭状态，用水后3-9秒所述控制处理器控制所述步进电机驱动所述阀芯。因储水热水器的特殊性，加热过程中水温逐渐上升，
热水的体积发生膨胀，此时出水阀门未开启，热水会膨胀进入热水器的进水管，所述若开启
阀门用水，必然会发生热水混合热水，导致混合水温过高，发生烫伤事故。故可先不混合热
水，先将此段进水管热水排出。现有程序设定，开水后6秒，阀芯不动作，目的便是将此段热
水排出，以便读取真实的进水温度，实现预调。但依据测试，不同的进水流量下从用水到进
水温度探头检测到真实的进水温度时间不一，故可以将此“6秒”，更改为可以变化的数值。
如当水流量为3L/min的时候，可以设置为“9秒”，当水流量为6L/min的时候，可以设置为“6
秒”，当水流量为9L/min的时候，可以设置为“3秒”等，依据不同水流量设定不同的等待时
间，达到既稳定准确，又快速的恒温效果。

[0056] 与现有技术相比，本实施例提供的一种独立恒温系统具有实施例一和实施例二的所有有益效果。至于热水器的具体结构可以为现有已知的或将来能够实现的各种结构，在
这里不再赘述。

[0057] 通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发
明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中
未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

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