CN101900216B - 能控制水温和流量的出水机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了能控制水温和流量的出水机构。水温调节机构包括混合阀和温度电机，混合阀的二进水口分别接通冷热水管，温度电机控制混合阀动作；流量调节机构包括流量阀和流量电机，流量阀连接混合阀的出口，流量电机控制流量阀动作；冷水管的水温为T_C，流量为F_C；热水管内的水温为T_H，流量为F_H；流量阀的出口的水温为T_M。控制装置获取F_C、T_C、T_H、F_H、T_M、T_M′、F_M′数据，依据该数据控制流量阀动作以调节流量，依据该数据计算出A1和A2，比较A1和A2并利用比较结果控制混合阀动作以调节温度，则：a.利用A1和A2结果控制混合阀，温度调节速度快，调节准确；b.巧妙结合流量阀和混合阀，用户能调节出水水温，也能调节出水流量，具有实用性，能节省水资源。

Description

能控制水温和流量的出水机构

技术领域

本发明涉及一种能控制水温和流量的出水机构。

背景技术

目前，随着生活水平的提高和科技的发展，市面上已出现了多种新的卫浴产品，例如电子龙头。所述电子龙头内设有处理器，处理器内设置有温控阀芯，利用温控阀芯控制出水水温，使出水水温保持恒定。虽然电子龙头能够实现智能精准控制出水水温的优点，但是也存在有如下缺点：1.温控阀芯易结水垢，使用寿命较短；2.电子龙头停电后无法使用。

针对上述不足，有人提出了解决方案，如中国专利数据库在2006年10月25日公告的专利CN200420150310.3。一种数控主动恒温供水龙头，包括结构相同、用于分别导入冷热水的二个阀门、导出冷热混合水的出水龙头，所述出水龙头包括水流切换开关，所述阀门包括控制手柄、阀体。所述数控主动恒温供水龙头还包括主控电路，所述阀门还包括阀门驱动机构、进水温度检测电路、流量检测装置，所述进水温度检测电路、流量检测装置的信号输出端分别与所述主控电路的信号输入端连接，所述阀门驱动机构的控制信号输入端与所述主控电路的控制信号输出端连接，所述阀门驱动机构与所述阀门控制手柄机械连接。所述数控主动恒温供水龙头还包括出水口温度检测电路，所述出水口温度检测电路包括出水口温度传感器，设置于所述出水龙头的出水口处，所述出水口温度检测电路的检测信号输出端与所述主控电路电连接。对比传统的温控阀门，CN200420150310.3具有恒温准确度高，控制速度快之优点，但也存在有如下不足之处：1.开启时，用户转动二阀门的手柄控制出水温度，主控电路保存出水温度，然后主控电路自动保持该出水温度，出水温度设定不便、不准；2.手动控制无法实现出水水量、出水温度的精准控制；3.用户无法实现出水水量调节，设定后主控电路控制二阀门使其保持出水温度，出水温度保持也即出水流量保持，无法调节。

发明内容

本发明提供了能控制水温和流量的出水机构，其克服了背景技术中的供水龙头所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

能控制水温和流量的出水机构，它包括冷水管、热水管、水温调节机构、流量调节机构、控制面板和控制装置；水温调节机构包括混合阀和温度电机，混合阀的二进水口分别接通冷热水管，温度电机控制混合阀动作；流量调节机构包括流量阀和流量电机，流量阀连接混合阀的出口，流量电机控制流量阀动作；

冷水管的水温为T_C，流量为F_C；热水管内的水温为T_H，流量为F_H；流量阀的出口的水温为T_M；控制面板用于供用户输入设定温度T_M`和设定流量F<sub>M</sub>`；

所述控制装置包括：

温度计算模块，它包括：

第一计算模块，它用于获取T_C、F_C、T_H、F_H和T_M`，并通过该些数据计算A1和A2，其中A1为(T<sub>H</sub>-T<sub>M</sub>`)/(T_M`-T_C)，A2为F_C/F_H，比较A1和A2，根据比较结果产生第一温控信号以控制温度电机工作，混合阀动作以实现温度粗调；及

第二计算模块，用于获取T_M和T_M`，比较T<sub>M</sub>和T<sub>M</sub>`，根据比较结果产生第二温控信号以控制温度电机工作，混合阀动作以实现温度精调；及

流量计算模块，它获取F_M`、F<sub>C</sub>和F<sub>H</sub>，比较F<sub>M</sub>`与F_C和F_H之和，根据比较结果产生流量控制信号以控制流量电机工作，流量阀动作以实现流量调节，然后调用第二计算模块。

一较佳实施例之中：所述温度计算模块还包括判断模块，判断模块判断A2是否位于A1的预定误差之内，如果是则调用第二计算模块，否则调用第一计算模块。

一较佳实施例之中：所述温度电机采用同步电机。

一较佳实施例之中：所述流量阀采用快开阀。

一较佳实施例之中：它还包括供电电源，供电电源为外接电源和内置电源，外接电源为整个系统供电，内置电源是在外接电源断开的情况下，为电磁阀和控制装置供电。

一较佳实施例之中：所述冷水管之内设置有流量传感器和感温传感器用于获取T_C、F_C；热水管之内设置有流量传感器和感温传感器用于获取T_H、F_H；流量阀的出口处也设置有感温传感器用于获取T_M。

一较佳实施例之中：所述控制装置信号连接冷水管、热水管的流量传感器、感温传感器，所述控制装置信号连接混合阀的出口的感温传感器。

一较佳实施例之中：所述第二计算模块，用于获取T_M和T_M`，比较T<sub>M</sub>和T<sub>M</sub>`，根据比较结果产生第二温控信号以控制温度电机工作，混合阀动作以实现温度精调，然后调用流量计算模块。

一较佳实施例之中：所述流量阀出口处设置有电磁阀。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

控制装置获取F_C、T_C、T_H、F_H、T_M、T_M`、F<sub>M</sub>`数据，依据该数据控制流量阀动作以调节流量，依据该数据计算出A1和A2，比较A1和A2并利用比较结果控制混合阀动作以调节温度，它克服了背景技术所存在的不足并产生如下有益效果：a.利用A1和A2结果控制混合阀，温度调节速度快，调节准确，基本上一次计算即可获得粗调到位；b.巧妙结合流量阀和混合阀，用户能调节出水水温，也能调节出水流量，具有实用性，能节省水资源；c.用户能通过控制面板直接设定T_M`、F<sub>M</sub>`，设定方便、准确；d.比较T_M和T_M`，依据比较结果精调混合阀，调节准确率高；e.采用混合阀调节冷、热水管流量，加设功能，停电后仍可出水，能定时定量出水功能，结构简单，使用寿命长；f.通过比较实际的流量阀出口的温度和预设的温度，根据比较结果精调温度电机，提高出水温度的准确率，避免因流量调节影响出水温度(流量调节会影响出水温度，出水温度调节也会影响出水流量)。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了一较佳实施例的出水机构的立体分解示意图。

图2绘示了一较佳实施例的出水机构的结构示意图。

图3绘示了一较佳实施例的出水机构的带有水路示意的立体半剖示意图。

图4绘示了一较佳实施例的出水机构的剖面示意图。

图5绘示了一较佳实施例的出水机构的原理示意图。

图6绘示了一较佳实施例的单片机PIC16F916和电子元器件的电路图。

图7绘示了一较佳实施例的微动开关的电路图。

图8绘示了一较佳实施例的传感器的电路图。

图9绘示了一较佳实施例的流量电机的驱动电路。

图10绘示了一较佳实施例的温度电机的驱动电路。

图11绘示了一较佳实施例的电磁阀的驱动电路。

具体实施方式

请查阅图1至图5，能控制水温和流量的出水机构，它包括冷水管100、热水管200、水温调节机构、流量调节机构、控制面板500、控制装置、本体700和上盖800。

冷水管100之内设置有第一流量传感器110和第一感温传感器120用于获取冷水水温T_C、冷水流量F_C；热水管200之内设置有第二流量传感器210和第二感温传感器220用于获取热水水温T_H、热水流量F_H。上述的第一流量传感器110、第二流量传感器210例如采用水压传感器或流速传感器等。

水温调节机构包括混合阀310和温度电机320，温度电机320采用步进电机。混合阀310的二进水口分别接通冷热水管100、200，冷、热水分别从两进水口进入并混合。温度电机320能够控制混合阀310动作，如温度电机320的输出轴转动，通过输出轴转动带动混合阀310动作，混合阀310动作并调节冷热水管100、200的进水量，通过冷热水量变化实现混合水温调节。

流量调节机构包括流量阀410和流量电机420，流量阀410连接混合阀310的出口，流量电机420控制流量阀410动作以实现出水流量调节。本实施例之中，流量阀410可采用快开阀。流量阀410的出口处也设置有第三感温传感器430用于获取混合水温T_M。

控制面板500用于供用户输入设定温度T_M`和设定流量F<sub>M</sub>`，上述的控制面板500例如采用触摸屏或旋钮。操作面板可通过数据线连接PCB控制板，将数据传输至PCB控制板，操作面板上设有调节温度高低和流量大小的数个按钮，操作简单、便捷。

控制装置，用于接收处理操作面板和各组件反馈的信息并发出控制指令，它包括一流量计算模块和一温度计算模块，温度计算模块包括第一计算模块、第二计算模块和判断模块。控制装置信号连接第一流量传感器110、第一感温传感器120、第二流量传感器210、第二感温传感器220、第三感温传感器430、控制面板500用于获取F_C、T_C、T_H、F_H、T_M、T_M`、F<sub>M</sub>`，控制装置信号连接温度电机320和计量电机420，用于控制温度电机320和计量电机420工作。

上述的第一计算模块，它用于获取T_C、F_C、T_H、F_H和T_M`，并通过该些数据计算A1和A2，其中A1为(T<sub>H</sub>-T<sub>M</sub>`)/(T_M`-T_C)，A2为F_C/F_H，比较A1和A2，根据比较结果产生第一温控信号以控制温度电机320工作，控制温度电机320的运转的角度，温度电机320依运转角度工作并带动混合阀310动作以使粗调温度快速处于预设的出水温度范围。

其原理如下：

假定混合前冷水的能量为Q_C，热水的能量为Q_H。混合后的混合水能量为Q_M。则根据能量守恒原理，有：Q_M＝Q_C+Q_H；则根据水的能量公式为：Q＝CMT(C为常数，M、T分别为水的质量和温度)

则有：

M_MT_M＝M_CT_C+M_HT_H

又因为相同时间内，管内流过水的质量M同水的流量F呈正比关系则有：

其中，F′_C、F′_H为达到所设温度的理论上的冷热水进水流量，T′_M为用户所设定的温度值，TH为热水温度值，TC为冷水温度值。

由预定出水温度值T′_M用以上公式得出要达到预设出水温度值所需的冷热水的进水流量比值应为A₁，再由系统反馈的冷热水的实际流量值F_C和F_H，公式A₂＝F_C/F_H得出A₂，将实际比值A₂与理论所需比值A₁比较、反馈调节，控制混合阀芯旋转从而实现A₁和A₂相近，快速调节到所需的温度范围，粗调结束。

上述的第二计算模块，用于获取T_M和T_M`，比较T<sub>M</sub>和T<sub>M</sub>`，根据比较结果产生第二温控信号以控制温度电机320工作，控制温度电机320的运转角度，混合阀310动作依运转角度转动实现温度精调，然后调用第四计算模块。

上述的判断模块判断A2是否位于A1的预定误差之内，例如A2是否位于(A1-0.5～A1+0.5)之内，如果是则调用第二计算模块，否则调用第一计算模块。

上述的流量计算模块，它获取F_M`、F<sub>C</sub>和F<sub>H</sub>，比较F<sub>M</sub>`与F_C和F_H之和，根据比较结果产生流量控制信号以控制流量电机420工作，流量阀410动作以实现流量调节，然后再调用第二计算模块对水温进行精调。理由如下：在不同冷热水温度、不同水压下的出水温度和流量就各不相同，这就造成当温度固定时，调节流量的时候，会出现温度偏差，不恒定，或者当流量固定时，调节温度的时候，会出现流量偏差，不恒定。本方案在流量的调节中，通过实时反馈信号，系统通过采集的温度值和进水流量，自身实时修正，不断的调节，从而保证出水温度恒定。在温度的调节中，不断的实时反馈信号、调节，实现流量的恒定，真正的实现精确控制温度和流量。

本实施例之中，在流量阀410出口处另设置有一控制出水开关的第一电磁阀600。上述的电磁阀采用DC6V的工作电压，即可附加设干电池组，可实现停电仍可出水的功能。

根据需要，它还包括供电电源，供电电源为控制装置、温度电机和流量电机提供电能。所述供电电源可包括内置供电电源和外接供电电源，外接供电电源为整个系统提供电源，内置供电电源为当外接供电电源无输入时，供电给电磁阀和PCB控制板，不供电给其他部件。所述内置供电电源可包括干电池、锂电池或发电模块，所述发电模块包括一设在水路(冷水管、热水管或混合阀出口处)的叶轮和一发电机构，通过叶轮相对发电机构转动实现发电。则在外部无供电的情况下，PCB控制板就连通干电池组，从而实现停电状态下电磁阀仍可控制出水开关。

本实施例之中，所述控制装置的各模块集成为PCB控制板900，请查阅图6，它包括单片机PIC16F916，及其它电子元器件。请查阅图8，它绘示了各传感器的传感电路。请查阅图9，它绘示了流量电机的驱动电路，它包括一第一光耦合器MOC3063、一第一可控硅TA1、第二光耦合器MOC3063、第二可控硅TA2，所述第一光耦合器MOC3063和第二光耦合器MOC3063的输入端连接PIC16F913以获取控制信号，所述第一可控硅TA1和第二可控硅TA2连接在第一光耦合器和第二光耦合器的输出端并连接流量电机。由于在PIC16F913和流量电机设置光耦合器和可控硅，则控制精确，避免电机干扰PIC16F913。请查阅图10，它绘示了温度电机的驱动电路。请查阅图11，它绘示了电磁阀的驱动电路。

上述的本体700和上盖800配合组成一内有容置空间的壳体，所述冷水管100、热水管200、水温调节机构、流量调节机构、控制面板500、控制装置、第一电磁阀600都设置在壳体之内，而且，所述冷水管100和热水管200穿过壳体以外接供水源，所述第一电磁阀600的出口处固设有一出水管，所述出水管穿过壳体以向外供水。

另外，还可设置起始点温度位置(一般为38℃)，设定温度如果高于38℃，系统会提示温度过高。另外，还可设置起始流量位置(在最小流量位置，在0.1bar压力下，供水一般为1-1.5L/min)，开机启动后，系统自动控制电机带动流量阀处于半开位置，即开机时的默认流量，之后使用者可通过控制面板调节流量大小。流量调节除可设置为连续调节外，也可设置为预设的档位调节(档位调节的原理同连续调节，此处不再赘述)。

为使审查员进一步了解本发明，下面具体介绍出水机构操作方法之一：

1.开机：

当控制面板检测有开机键被按下时，立刻发送开机命令给控制装置，单片机(PIC16F916)接受到开机命令后，立刻驱动电磁阀打开，同时驱动温度电机和流量电机复位到初始位置。电机转接轴上设有微动开关，请查阅图7的微动开关的电路图，当微动开关检测到转接轴的凹槽时，立刻停止电机转动。

2.控制温度：

当控制面板检测到温度(+)键时，相应得温度档位递加，同时发送设定的温度值T′_M给单片机(PIC16F916)接受到温度值T′_M后，驱动温度电机往温度增加方向转动，同时单片机通过冷水温度传感器，热水温度传感器，冷水流量计，热水流量计实时采集冷水T_C和流量F_C，热水的温度T_H和流量F_H，通过公式A₂＝F_C/F_H分别计算出理论所需冷热水流量比值A₁和实际的冷热水流量比值A₂，并将A₁与A₂比较。当A₂介于(A₁-0.5，A₁+0.5)时，停止粗调，改用混合水温度计采集温度进行微调，当温度值介于(T′_M-0.1，T′_M+0.1)时，停止微调。至此，温度调整结束。

相反，当控制面板检测到温度(-)键时，相应得温度档位递减。

单片机驱动温度电机往温度递减方向转动。直至温度介于(T′_M-0.1，T′_M+0.1)范围内，温度调整结束。

在温度的调节中，为了控制流量恒定，系统内部实时反馈信号、调节，保证流量的准确性。

3.控制流量：

当控制面板检测到流量(+)键时，相应得流量档位递加，同时发送设定的流量值F′_M给控制装置。单片机(PIC16F916)接受到流量值F′_M后，驱动温度电机往流量增加方向转动。同时单片机分别采集冷水流量F_C和热水流量F_H，通过公式F_M＝F_C+F_H计算出混合水的流量，并与设定流量值F′_M比较。F_M介于(F′_M-0.5，F′_M+0.5)范围内时，停止流量电机转动，自此流量调整结束。在此同时，系统实时检测出水温度，并调控同步电机，使温度保持恒定。

相反，当控制面板检测到流量(-)键时，相应得流量档位递减。

单片机驱动温度电机流量递减方向转动。F_M介于(F′_M-0.5，F′_M+0.5)范围内时，停止流量电机转动，自此流量调整结束。

在流量的调节中，为了控制温度恒定，系统内部实时反馈信号、调节，保证温度的准确性。

4.关机：

当控制面板检测有关机键被按下时，立刻发送关机命令给控制装置。单片机(PIC16F916)接受到关机命令后，立刻驱动温度电机，流量电机停止转动。同时，驱动电磁阀关闭，停止出水。

本实施例之中，所述出水机构可为水龙头，但并不以此为限。如为水龙头，则为了节约浴室内的空间资源及达到审美效果，可将壳体隐藏式安装，只将喷头安装在浴室内，而控制面板采用无线遥控方式将数据传输至PCB控制板，操作方便。另外，通过设置多个出水管，可以实现多路供水，除供淋浴使用外，还可供厨房、盥洗台等使用。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (9)

1.能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：

它包括冷水管、热水管、水温调节机构、流量调节机构、控制面板和控制装置；水温调节机构包括混合阀和温度电机，混合阀的二进水口分别接通冷热水管，温度电机控制混合阀动作；流量调节机构包括流量阀和流量电机，流量阀连接混合阀的出口，流量电机控制流量阀动作；

冷水管的水温为T_C，流量为F_C；热水管内的水温为T_H，流量为F_H；流量阀的出口的水温为T_M；控制面板用于供用户输入设定温度T_M`和设定流量F<sub>M</sub>`；

所述控制装置包括：

温度计算模块，它包括：

第一计算模块，它用于获取T_C、F_C、T_H、F_H和T_M`，并通过该些数据计算A1和A2，其中A1为(T<sub>H</sub>-T<sub>M</sub>`)/(T_M`-T_C)，A2为F_C/F_H，比较A1和A2，根据比较结果产生第一温控信号以控制温度电机工作，混合阀动作以实现温度粗调；及

第二计算模块，用于获取T_M和T_M`，比较T<sub>M</sub>和T<sub>M</sub>`，根据比较结果产生

第二温控信号以控制温度电机工作，混合阀动作以实现温度精调；及

流量计算模块，它获取F_M`、F<sub>C</sub>和F<sub>H</sub>，比较F<sub>M</sub>`与F_C和F_H之和，根据比较结果产生流量控制信号以控制流量电机工作，流量阀动作以实现流量调节，然后调用第二计算模块。

2.根据权利要求1所述的能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：所述温度计算模块还包括判断模块，判断模块判断A2是否位于A1的预定误差之内，如果是则调用第二计算模块，否则调用第一计算模块。

3.根据权利要求1所述的能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：所述温度电机采用同步电机。

4.根据权利要求1所述的能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：所述流量阀采用快开阀。

5.根据权利要求1所述的能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：它还包括供电电源，供电电源为控制装置、温度电机和流量电机提供电能。

6.根据权利要求1所述的能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：所述冷水管之内设置有流量传感器和感温传感器用于获取T_C、F_C；热水管之内设置有流量传感器和感温传感器用于获取T_H、F_H；流量阀的出口处也设置有感温传感器用于获取T_M。

7.根据权利要求6所述的能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：所述控制装置信号连接冷水管、热水管的流量传感器、感温传感器，所述控制装置信号连接混合阀的出口的感温传感器。

8.根据权利要求1所述的能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：所述第二计算模块，用于获取T_M和T_M`，比较T<sub>M</sub>和T<sub>M</sub>`，根据比较结果产生第二温控信号以控制温度电机工作，混合阀动作以实现温度精调，然后调用流量计算模块。

9.根据权利要求1所述的能控制水温和流量的出水机构，其特征在于：所述流量阀出口处设置有电磁阀。

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