专利名称：带自动排水的水比例阀及其控制系统和自动调节方法
技术领域：
本发明涉及一种水比例阀，更具体的是涉及一种用于燃气热水器的带自动排水的水比例阀的结构、及其控制系统和水流量的自动调节方法。
背景技术：
目前燃气热水器主要是通过防冻加热体反复加热水箱达到防冻功能，在寒冷的冬天，防冻加热体反复启动，不仅防冻效果不理想，且易损坏。现阶段燃气热水器采用的水比例阀通过其阀芯的螺旋升降、轴向封堵的结构进行调节水量，这种比例阀没有自动排水功能，在进水压力较大下水比例阀容易出现卡死现象，而且制作工艺比较复杂，导致制造成本较闻。发明内容
本发明的目的在于解决现有燃气热水器存在的上述问题，针对性地提供的一种结构合理、工艺简单、制造成本低、关闭时能自动排水的、进水压力较大时不会出现卡死现象的水比例阀。具体技术方案如下一种带自动排水的水比例阀，包括阀体、阀芯和阀柄，阀体内部设置有球形腔体，球形腔体两边分别为水比例阀的进水通道和出水通道；阀芯密封匹配地设置在该球形腔体内， 其内部设有贯通阀芯两侧的阀芯孔，阀柄穿过阀体垂直设置在阀芯表面，阀柄与阀芯孔的轴向不相平行，转动阀柄就可以带动阀芯转动，控制阀芯孔连通或阻断进水通道和出水通道；其特征是所述阀柄与设置在阀体外的驱动装置连接；阀体侧面设置有排水通道，该排水通道在所述水比例阀关闭状态下通过所述球形腔体与阀芯孔连通；阀芯一侧设有半通芯孔，该半通芯孔从阀芯孔贯通到阀芯一侧表面，半通芯孔与阀芯孔在阀芯内形成三通形状。 三通形状形状使出水通道任何时候都与阀芯孔连通。阀门打开时，进水通道和出水通道通过阀芯孔连通，旋转阀芯，就可以调节阀芯孔调节阀芯孔与球形腔体的内壁密封配合缝隙的大小，即调节阀芯孔连通进水通道和出水通道的横截面大小，从而实现对水流量的调节， 此时半通芯孔在排水通道相对的阀体一侧。当阀芯转动一定角度，该横截面大小变为“零” 时，阀芯孔全被球形腔体密封住，即阀芯阻断进水通道和出水通道之间的通路，阀门处于关闭状态；此时半通芯孔与出水通道相通，并通过阀芯孔一端与排水通道相通，出水通道侧的水经半通芯孔和阀芯孔从排水通道排出，防止与出水通道连通的水箱内水结冰而冻坏水箱。
作为所述水比例阀的进一步说明，所述驱动装置主要由步进电机和变速机构组成，所述该阀柄通过变速机构与步进电机的驱动轴连接。使调节和控制自动化。
作为所述水比例阀的进一步说明，所述变速机构为齿轮传动变速机构。
进一步的，所述阀体为管状结构。使结构更为合理简单。
进一步的，所述排水通道垂直于阀体。
作为所述水比例阀的改进，所述球形腔体设置在阀体的内中部。以减小整体的体积。
作为所述水比例阀的改进，所述球形腔体由阀体的内中部设置向内弧形凹陷环状凸台构成，该弧形凹陷与所述的阀芯表面的弧度相吻合。
作为所述水比例阀的改进，所述排水通道相对于阀体向进水通道一侧倾斜设置。 排水更快，效果更好。
作为所述水比例阀的改进，所述所述阀柄、阀芯孔和半通芯孔三者互相垂直设置， 使调节更方便。
作为所述水比例阀的另一种情况，所述驱动装置为旋钮或手柄。这种情况适用于手动调节。
一种如前所述的带自动排水的水比例阀的控制系统，包括传感系统、主控制器、水流量调节系统；其中传感系统包设置在热水器中的括防冻传感器、设置在水比例阀中的水流量传感器和温度传感器，此三种传感器与主控制器中的数据采集器相连，分别检测热水器的冰冻状态、水流量和水的温度；主控制器包括数据采集器、数据计算模块、控制模块、防冻控制模块、水流量控制模块，数据采集模块与数据计算模块连接，控制模块分别与括数据采集模块、数据计算模块、防冻控制模块、水流量控制模块连接；对传感器的信号和控制信号进行处理后输出控制信号；水流量调节系统包括驱动装置和水比例阀，驱动装置分别与防冻控制模块、水流量控制模块连接；驱动装置与设置在水比例阀的阀芯并伸出阀体外的阀柄连接；通过旋转阀芯的方式，使阀芯孔连通水比例阀内的进水通道和出水通道，或使阀芯阻断进水通道和出水通道的同时使半通芯孔和阀芯孔连通出水通道和阀体侧面的排水通道。
作为前面所述控制系统的改进，水流量传感器和温度传感器设置在带自动排水的水比例阀的进水通道侧。
一种如前所述的带自动排水的水比例阀的水流量自动调节方法，其特征是包括以下步骤采用前面所述的带自动排水的水比例阀的控制系统的步骤；通过主控制器设定水流量的步骤；主控制器通过水流量控制模块来控制水流量调节系统中的驱动装置带动阀芯转动， 调节阀芯孔与球形腔体的内壁配合缝隙来连通进水通道和出水通道，达到控制水流量的步骤；水流量传感器和温度传感器反馈相应水流量和水温信号到主控制器的步骤；防冻传感器反馈相应信号到主控制器的步骤；主控制器通过防冻控制模块来控制水流量调节系统中的驱动装置带动阀芯转动，调节阀芯孔转到球形腔体密封侧来阻断进水通道和出水通道间通道，同时使半通芯孔和阀芯孔连通出水通道和阀体侧面的排水通道的步骤。
本发明采用上述技术方案所能达到的有益效果是I、本发明成采用在阀体的侧部设置连通阀芯孔的排水口，能自动排水，防止燃气热水器水箱内的水结冰而冻坏水箱，从根本上解决防冻问题，不用防冻加热体，简化了燃气热水器的结构，减少了生产工艺步骤，降低了燃气热水器生产成本。
2、阀芯采用球阀密封结构,结构合理、体积较小、工艺简单、制造成本低；步进电机通过齿轮传动带动球阀转动，球阀转动时可以控制水流通过的截面积来达到调节水流量， 不受进水压力影响，消除了水比例阀卡死现象。
下面结合附图和具体实施方式
，对本发明及其有益技术效果进行进一步详细说明，其中图I为带自动排水的水比例阀垂直纵剖面结构示意图；图2为带自动排水的水比例阀正常开启状态时水平纵剖面示意图；图3为带自动排水的水比例阀处于防冻状态时的水平纵剖面示意图；图4为带自动排水的水比例阀电路控制系统构成图。
其中，图2 图3中的箭头表示水流方向。
附图标记说明I、阀体 2、阀芯 3、进水通道 4、出水通道 5、排水通道 6、阀芯孔 6-1、半通芯孔 7、驱动装置 7-1、步进电机 7-2、齿轮传动变速机构 8、水流量传感器9、温度传感器 10、防冻传感器11、主控制器 12、环状凸台13、阀柄14、传感系统15、水流量调节系统。
具体实施方式
如图f图3所示，图中示出了带自动排水的水比例阀优选实施方式，其包括管状结构的阀体I、球形结构的阀芯2和阀柄13，阀体I的内中部设置向内弧形凹陷环状凸台12 构成球形腔体，球形腔体两边分别为水比例阀的进水通道3和出水通道4 ;阀芯2密封匹配地设置在该球形腔体内，其内部设有贯通阀芯2两侧的阀芯孔6，阀柄13穿过阀体I垂直设置在阀芯2表面，阀柄13与阀芯孔6的轴向不相平行，转动阀柄13就可以带动阀芯2转动，控制阀芯孔6连通或阻断进水通道3和出水通道4 ;其特征是所述阀柄与设置在阀体 I外的齿轮机构连接，并通过齿轮传动变速机构7-2与步进电机7-1的驱动轴相连；阀体I 侧面设置有与阀体I垂直的排水通道5，该排水通道5在所述水比例阀关闭状态下通过所述球形腔体与阀芯孔6连通；阀芯2 —侧设有半通芯孔6-1，该半通芯孔6-1从阀芯孔6贯通到阀芯2 —侧表面，并垂直于阀芯孔6和阀柄13，半通芯孔6-1与阀芯孔6在阀芯内形成三通形状。
为了使本发明也适用于手动调节，如上所述的带自动排水的水比例阀，其特征是所述阀柄与设置在阀体I外的旋钮或手柄连接，代替所述的与驱动装置7连接。
如图I和图4所示，图中示出了带自动排水的水比例阀的控制系统优选实施方式，其包括传感系统14、主控制器11、水流量调节系统15 ;其中传感系统14包设置在热水器中的括防冻传感器10、设置在水比例阀的进水通道3侧的水流量传感器8和温度传感器9，此三种传感器与主控制器11中的数据采集器相连；主控制器11包括数据采集器、数据计算模块、控制模块、防冻控制模块、水流量控制模块，数据采集模块与数据计算模块连接，控制模块分别与括数据采集模块、数据计算模块、防冻控制模块、水流量控制模块连接；水流量调节系统15包括驱动装置7和水比例阀，驱动装置7分别与防冻控制模块、水流量控制模块连接；驱动装置7与设置在水比例阀的阀芯2并伸出阀体I外的阀柄连接；通过旋转阀芯2 的方式，使阀芯孔6连通水比例阀内的进水通道3和出水通道4，以及与阀体I侧面的排水通道5相通。
使用时，在正常状态下，水比例阀根据需要可以调节水流量，即步进电机7-1通过齿轮传动变速机构7-2和阀柄13驱动球阀2转动，控制阀芯孔6与球形腔体的内壁配合形成的水流通道的截面积的大小控制水流量的效果；防冻启动时，步进电机7-1驱动球阀进一步转动，使球阀完全截断进水，该位置的球阀同时也打开侧面的自动排水口，使其通过半通芯孔6 — I、阀芯孔6与出水通道相通，达到自动排水功能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种带自动排水的水比例阀，包括阀体、阀芯和阀柄，阀体内部设置有球形腔体，球形腔体两边分别为水比例阀的进水通道和出水通道；阀芯密封匹配地设置在该球形腔体内，其内部设有贯通阀芯两侧的阀芯孔，阀柄穿过阀体垂直设置在阀芯表面，阀柄与阀芯孔的轴向不相平行，转动阀柄就可以带动阀芯转动，控制阀芯孔连通或阻断进水通道和出水通道；其特征是所述阀柄与设置在阀体外的驱动装置连接；阀体侧面设置有排水通道，该排水通道在所述水比例阀关闭状态下通过所述球形腔体与阀芯孔连通；阀芯一侧设有半通芯孔，该半通芯孔从阀芯孔贯通到阀芯一侧表面，半通芯孔与阀芯孔在阀芯内形成三通形状。
2.根据权利要求I所述的带自动排水的水比例阀，其特征是所述驱动装置主要由步进电机和变速机构组成，所述该阀柄通过变速机构与步进电机的驱动轴连接。
3.根据权利要求2所述的带自动排水的水比例阀，其特征是所述变速机构为齿轮传动变速机构。
4.根据权利要求I或2所述的带自动排水的水比例阀，其特征是所述阀体为管状结构。
5.根据权利要求I或2所述的带自动排水的水比例阀，其特征是所述球形腔体设置在阀体的内中部。
6.根据权利要求I或2所述的带自动排水的水比例阀，其特征是所述阀柄、阀芯孔和半通芯孔三者互相垂直设置。
7.根据权利要求I或2所述的带自动排水的水比例阀，其特征是所述驱动装置为旋钮或手柄。
8.一种如权利要求I所述的带自动排水的水比例阀的控制系统，包括传感系统、主控制器、水流量调节系统；其中传感系统包设置在热水器中的括防冻传感器、设置在水比例阀中的水流量传感器和温度传感器，此三种传感器与主控制器中的数据采集器相连，分别检测热水器的冰冻状态、水流量和水的温度；主控制器包括数据采集器、数据计算模块、控制模块、防冻控制模块、水流量控制模块，数据采集模块与数据计算模块连接，控制模块分别与括数据采集模块、数据计算模块、防冻控制模块、水流量控制模块连接；对传感器的信号和控制信号进行处理后输出控制信号;水流量调节系统包括驱动装置和水比例阀，驱动装置分别与防冻控制模块、水流量控制模块连接；驱动装置与设置在水比例阀的阀芯并伸出阀体外的阀柄连接；通过旋转阀芯的方式，使阀芯孔连通水比例阀内的进水通道和出水通道，或使阀芯阻断进水通道和出水通道的同时使半通芯孔和阀芯孔连通出水通道和阀体侧面的排水通道。
9.根据权利要求8所述的带自动排水的水比例阀的控制系统，其特征是所述水流量传感器和温度传感器设置在带自动排水的水比例阀的进水通道侧。
10.一种采用如权利要求I所述的带自动排水的水比例阀的水流量自动调节方法，其特征是包括以下步骤采用权利要求8所述的带自动排水的水比例阀的控制系统的步骤；通过主控制器设定水流量的步骤；主控制器通过水流量控制模块来控制水流量调节系统中的驱动装置带动阀芯转动， 调节阀芯孔与球形腔体的内壁配合缝隙来连通进水通道和出水通道，达到控制水流量的步骤；水流量传感器和温度传感器反馈相应水流量和水温信号到主控制器的步骤；防冻传感器反馈相应信号到主控制器的步骤；主控制器通过防冻控制模块来控制水流量调节系统中的驱动装置带动阀芯转动，调节阀芯孔转到球形腔体密封侧来阻断进水通道和出水通道间通道，同时使半通芯孔和阀芯孔连通出水通道和阀体侧面的排水通道的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种用于燃气热水器的带自动排水的水比例阀及其控制系统和自动调节方法。所述水比例阀为球阀结构，其特征是阀芯设有三通形状孔组合，三通形状形状使出水通道任何状态下都与阀芯孔连通。阀门打开时，进水通道和出水通道通过阀芯孔连通，旋转阀芯，就可以调节阀芯孔调节阀芯孔与球形腔体密封配合缝隙的大小，即调节阀芯孔连通进水通道和出水通道的横截面大小，从而实现对水流量的调节。阀门关闭时出水通道通过三通形状孔与排水通道相通，与进水通道隔断，使出水通道侧的水从排水通道排中，防止与出水通道连通的水箱内水结冰而冻坏水箱。所述水比例阀具有结构合理、体积较小、工艺简单、制造成本低等特点。
文档编号F16K11/087GK102537422SQ20111041426
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者仇明贵, 余少言, 刘兵, 向熹, 邓海燕 申请人:广东万家乐燃气具有限公司