CN101893114B

CN101893114B - 一种带压力平衡装置的混合调节恒温水阀

Info

Publication number: CN101893114B
Application number: CN2010102320449A
Authority: CN
Inventors: 潘兆铿
Original assignee: Individual
Current assignee: Foshan Chancheng Hengdeli Electric Appliance Factory
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2030-07-14
Also published as: EP2594832B1; CN101893114A; US20130112762A1; US9377112B2; WO2012006921A1; EP2594832A1; EP2594832A4

Abstract

本发明公开了一种带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，该恒温水阀在水温调节块底部设有调节块齿与平行于冷、热水管中轴线的齿条啮合，内空腔下部两侧分设有左、右压力平衡腔，并分别通过传压孔与相邻的冷或热水管贯通，齿条两端部分别穿过左、右压力平衡腔内侧壁并置于其内，齿条两端部设有的左、右垂直平台分别与左、右压力平衡腔内侧壁之间设有软质碗状活塞，构成压力平衡装置，在冷、热水管入口处分别装有单向阀。由于装有压力平衡装置，使在冷、热水压力差大于0.6MPa时仍可稳定地调节其出水温度；工作中遇上冷水断供时，即使热水压力大至0.8MPa仍可立即关断热水；当冷、热水温差小幅频繁变动且流量小至2L/Min仍可稳定调温。

Description

一种带压力平衡装置的混合调节恒温水阀

技术领域

本发明涉及液体温度调节阀技术领域，特别涉及一种通过随机调节两种不同温度液体的混合比例且在液体压力高及压差大以及压力和压差波动大的情况下来控制混合后液体温度的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀。

背景技术

中国专利公报公开了一种混合调节恒温水阀，其公开号为CN101070925，该混合调节恒温水阀采用减速电机或步进电机作为旋转驱动器，通过旋转驱动器带动两侧分别装有软质密封垫的水温调节块转动，使调节块的两侧软质密封垫能够分别与冷水调节口、热水调节口贴合的方式来调节混合后的出水温度。该混合调节恒温水阀具有工艺简单、流量大、节电、调温快速平稳与进水温度温差为零及由于装有混水腔而体积小的优点，但该混合调节恒温水阀当冷、热水压力差大且波动较大时，如瞬间压力差达0.1Mpa左右，就会有冷、热水瞬间互窜的问题出现，造成恒温速度慢，当冷、热水压差增大至0.3Mpa以上时，就无法达到恒温效果。在中央供热水的条件下规定，当冷水断供的情况下，必须在短期内关断或接近关断热水，以免出现烫伤人的事故。而上述专利在热水压力高于0.3MPa时，就难于实现，热水压力即使在0.3Mpa以下时，关断热水且断电后仍存在不能继续保持热水关断状态的可能。应用于容积式电热水器时，容积式电热水器冷水进水口装有安全阀，该安全阀由冷水进入容积式电热水器内时等效为一个有一定压力差的单向阀，容积式电热水器的热水是与从单向阀流入的冷水等量地从热水器流出的，热水从容积式电热水器的热水口流出时其动态阻力相当于压差在0.005～0.02Mpa之间，而冷水则直接由热水器的进水管供给，进入恒温水阀的冷、热水其压力差随进水流量的变化而急剧频繁变化，该混合调节恒温水阀由于冷、热水压力差的大幅波动而会出现无法恒定出水温度的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有压力平衡装置、零件加工要求低、装配方便而且能使预设出水温度可以与冷水或热水温度接近甚至为零温差的混合调节恒温水阀；它还可以在冷、热水压力差大于0.6Mpa且压力差波动大的条件下工作，当工作过程中冷水突然断供时，即使热水压力大至0.8MPa仍可立即把热水关断至接近流量为零，并且可维持至控制器断电后；当冷、热水温差小幅频繁变动且流量小至2L/min仍可稳定调温；虽其体积小，但可调节的水流量大。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：一种带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，包括阀体、水温调节块、温度传感器，所述阀体左、右两侧分别设有同轴心的冷水管和热水管，阀体还设有混合水管，该混合水管中轴线与冷水管、热水管的中轴线相互垂直，所述冷水管、热水管和混合水管相互贯通并形成一内空腔，冷水管向内空腔的延伸部为冷水调节口，热水管向内空腔的延伸部为热水调节口，所述冷水调节口和热水调节口之间设有水温调节块，旋转驱动器输出转轴密封穿过阀体壁与水温调节块的摆心固定连接，水温调节块为倒劈锥体，其上部两侧锥面分别嵌装有软质密封垫，并能够与冷水调节口或热水调节口贴合，所述阀体内空腔内或混合水管内还设有温度传感器，该温度传感器的感温信号与外设的恒温控制器输入端连接，在所述水温调节块底部设有调节块齿，该调节块齿与平行于冷、热水管中轴线的齿条相啮合，在所述内空腔下部两侧分别设有左、右压力平衡腔，该左、右压力平衡腔分别通过传压孔与相邻的冷水管或热水管贯通连接，所述齿条两端部分别穿过左、右压力平衡腔内侧壁并置于相应的左、右压力平衡腔内，该齿条两端部分别设有左、右垂直平台，所述左、右垂直平台分别与左、右压力平衡腔内侧壁之间设有软质碗状活塞，构成压力平衡装置，所述冷、热水管入口处分别装有单向阀。

所述齿条与左、右压力平衡腔内侧壁的连接孔滑动配合，所述齿条与相匹配的连接孔之间的间隙为0.03mm～0.3mm，齿条两端部的左、右垂直平台与对应的左、右压力平衡腔四周壁之间的间隙为0.03mm～0.3mm，其间隙截面积总和均远小于传压孔的横截面积。所述水温调节块底中部设有1-4只调节块齿与所述齿条啮合，当水温调节块上部两侧锥面分别压贴冷水调节口或热水调节口时，相应的齿条端部垂直平台与对应的压力平衡腔外侧壁之间间距不小于0.5mm。所述软质碗状活塞的碗口朝向对应的齿条端部垂直平台，所述垂直平台内侧设有与软质碗状活塞内腔形状匹配的小凸台，该小凸台在水温调节块位于其中轴线至最大摆动角度的1/5～1/2时才与软质碗状活塞的内腔套接。所述软质碗状活塞外壁与压力平衡腔作动配合接触，软质碗状活塞内腔与对应的小凸台作动配合接触。所述齿条端部垂直平台平面面积和热水调节口或冷水调节口的截面积之比与软质密封垫中心O₁至旋转驱动器输出转轴轴心O的距离和调节块分度圆半径之比的比值范围在1.1～2∶1之间。所述单向阀由单向阀弹簧、单向阀片、单向阀口组成，单向阀口与冷水调节口或热水调节口之间装有单向阀弹簧，套于单向阀弹簧一端的单向阀片压在单向阀口上，在单向阀片与单向阀口之间装有O形密封圈。

工作时，当水温调节块在其对称轴与恒温水阀中轴线的夹角以小角度范围进行水温调节时，即使冷、热水之间存在较大的压力差，由于冷水、热水调节口入口处均安装有单向阀，冷、热水就不会互窜，从冷水或热水调节口流出的水流中，压力大的一侧对水温调节块的冲击力相对于水温调节块贴近水温调节口时要小，对水温调节块的转动影响相对要小，此时与调节块齿啮合的齿条端部的小凸台与对应的软质碗状活塞内腔尚未接触，小流量的水会经传压孔、压力平衡腔流至内空腔，由于流量很小，故并不影响水温调节，但由于压力平衡腔与冷水管或热水管相通的传压孔横截面积远大于齿条与相匹配的连接孔之间间隙总截面积，也远大于齿条端部垂直平台与对应的压力平衡腔四周壁之间间隙截面总面积，因而高压侧将产生一个垂直平台平面面积与高压侧压强和内空腔压强差乘积的推力，推动齿条向低压侧水平移动，通过调节块齿将对应高压侧的软质密封垫压向该侧水温调节口。由于水温调节口截面积与齿条端部垂直平台平面面积之比稍大于水温调节块软质密封垫中心O₁至旋转驱动器转轴轴心O的距离与调节块齿分度圆的半径之比，齿条通过调节块齿把水温调节块的软质密封垫推向高压侧调节口的力在克服了摩擦力后与高压侧对应的水温调节块受到从高压侧调节口流出水流的冲击力基本相等。当冷水或热水侧的水压突然升高时，齿条对调节块齿产生的反作用力与该侧调节口的水流对水温调节块施加的冲击力接近平衡，此时就不会因为冷水侧和热水侧之间的压力差产生水温调节块的单侧冲击力过大而造成水温调节速度减慢甚至无法调节。

当水温调节块位于冷水或热水调节口其中一侧附近进行水温调节时，此侧的水温调节口的水流对水温调节块的冲击力加大，但同一侧的压力平衡腔内的小突台与软质碗状活塞内腔开始接触，该压力平衡腔由同一侧进水管经传压孔进入内空腔的微量水流被逐步完全阻断，同一侧压力平衡腔内对齿条端部垂直平台平面产生一个该平台两侧压强差与其平面面积的乘积相等的压力，该压力与该侧水温调节口水流对水温调节块产生的冲击力相抵消而达到作用力平衡。当冷水或热水突然断供时，混合调节水阀的温度传感器感应到的水温会过高或过低，水温调节块在旋转驱动器带动下转向热水或冷水水温调节口，此时由于水未断供的一侧压力平衡腔内齿条端部垂直平台平面作用于齿条，令水温调节块上部与同侧水温调节口的水流冲击力相抵消，且即使未断供侧的进水压力达0.8Mpa以上，由于压向高压侧调节口的力大于该调节口的水流对软质密封垫的作用力，在克服了压力平衡腔内软质碗状活塞及橡胶密封垫的反弹力后，仍有足够的力使水温调节块上部压向未断供侧的水温调节口，把其水流密封至接近零流量，直到断电后仍可持续，此种状态对于冷水突然断供时如何防止热水继续流出造成烫伤事故特别有效。

水温的调节是靠旋转驱动器的转轴带动水温调节块绕轴左右摆动，以改变其两侧锥面的软质密封垫与对应的水温调节口之间的距离来改变内空腔中冷、热水的比例，从而达到水温调节的目的。其控制过程是这样的：根据温度传感器检测到混合水管出水温度高于预置温度时，对旋转驱动器发出控制信号，通过转轴令水温调节块上部向热水调节口摆动，减少热水流量，增加冷水流量；反之，如混合水管出水温度低于预置温度，则水温调节块上部向冷水调节口摆动。如果没有压力平衡装置，旋转驱动器在水温调节过程中，当冷、热水调节口之间出现压力差时，就必须克服由此产生的阻力，当阻力不大于旋转驱动器的驱动力时，会减慢旋转驱动器的转动速度，亦即减慢了调温速度；当阻力过大时旋转驱动器将无法转动，水温调节也就无法进行。

压力平衡装置的设置能使冷、热水调节口之间的压力差在不大于0.8Mpa时，旋转驱动器不受调温动作的影响，而且当冷水关断时，水温调节块上部的圆环形软质密封垫压贴热水调节口后，把控制器的电源关断，也可以继续关断热水。

采用软质碗状活塞可以使水温调节块在恒温水阀中轴线附近摆动调节水温，由于齿条处于自由位置又设有其他外加阻力，故调节灵活，当软质碗状活塞套入小凸台后直至水温调节块上部压贴对应的水温调节口时软质碗状活塞与齿条端部平台都不会与压力平衡腔四周壁产生摩擦，也大大减少了软质碗状活塞的磨损，提高其使用寿命。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

(1)由于在混合调节恒温水阀内空腔安装了压力平衡装置，如果用于一般的中央供热供水系统，由于压力平衡装置的作用，即使在冷水与热水之间的压力差大于0.6MPa时，仍可稳定地调节其出水温度。

(2)当工作过程中遇到冷水断供时，即使热水压力达0.8MPa，也可以迅速关断热水，保证使用者不被热水烫伤，此种状态可持续至混合调节恒温水阀断电以后。

(3)本发明应用于冷水口装有单向阀的容积式电热水器时，解决了水温调节不稳的问题。

本发明的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀主要安装在中央供热水系统的终端供水口或容积式电热水器的出水端，把冷、热水迅速混合到预定出水温度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀结构示意图，该混合调节恒温水阀可用于中央供热水系统终端或进水口带有单向阀的电热水器。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

参见图1所示，一种带压力平衡装置的混合调节恒温水阀由阀体14、冷水管1、热水管10、混合水管7、水温调节块8、温度传感器6、冷水调节口2、热水调节口11、内空腔15、旋转驱动器输出转轴4、齿条5、右压力平衡腔16、左压力平衡腔17和单向阀组成。所述阀体14左、右两侧分别设有同轴心的冷水管1和热水管10，阀体14还设有混合水管7，其中轴线与冷水管1、热水管10的中轴线垂直，冷水管1、热水管10和混合水管7相互贯通形成一内空腔15，其内设有冷水调节口2和热水调节口11以及与之相对应的水温调节块8，旋转驱动器输出转轴4密封穿过阀体14壁的圆孔与水温调节块8的摆心固定连接，上部呈倒劈锥形的水温调节块8的上部两侧锥面分别嵌装有圆环形的软质密封垫3、9，该两侧锥面可分别转至与冷水调节口2或热水调节口11并相贴合。阀体14内空腔15或混合水管7内设有温度传感器6，温度传感器6的感温信号输出端与外设的恒温控制器输入端连接。在水温调节块8下底部装有调节块齿8-1并与齿条5啮合，该齿条5与冷水管1、热水管10的轴线平行。在内空腔15下部两侧分别设有左、右压力平衡腔17、16，左压力平衡腔17通过左传压孔15-2与热水管10贯通，右压力平衡腔16通过右传压孔15-1与冷水管1贯通，齿条5两端部分别穿过其内侧壁并置于相应的左、右压力平衡腔17、16内，该齿条5两端部分别装有左、右垂直平台5-2、5-1，左、右垂直平台5-2、5-1分别与左、右压力平衡腔17、16内侧壁之间设有左、右软质碗状活塞13、12，构成压力平衡装置。软质碗状活塞13、12的碗口分别朝向垂直平台5-2、5-1并可套入垂直平台5-2、5-1内侧的小凸台，传压孔15-1、15-2的横截面积远大于齿条5周边与左、右压力平衡腔17、16内侧壁连接孔之间间隙的截面积，也远大于齿条5端部左、右垂直平台5-2、5-1周边与对应的左、右压力平衡腔17、16四周壁之间间隙的截面积总和。水温调节块8上部两侧锥面分别转至冷水调节口2与热水调节口11相贴合时，齿条5端部左、右垂直平台5-2、5-1与左、右压力平衡腔17、16外侧壁之间间距分别为0.5mm，齿条5左或右端部垂直平台5-2或5-1的平面面积与热水调节口11或冷水调节口2的截面积之比不小于软质密封垫3或9的中心O₁至旋转驱动器输出转轴4轴心O的距离与调节块齿8-1分度圆半径之比，其比值范围在1.1～2∶1之间。在冷、热水管1、10入口处分别装有单向阀，该单向阀由单向阀弹簧18A或18B、单向阀片20A或20B、单向阀口19A或19B组成。

本实施例的左、右传压孔15-2、15-1的孔径为

其截面积为7mm²，齿条5周边与左、右压力平衡腔17、16内侧壁连接孔之间间隙及齿条5端部左、右垂直平台5-2、5-1周边与对应的左、右压力平衡腔17、16四周壁之间间隙均为0.03mm，其间隙总截面积分别约为1.2mm²和1mm²，远小于左、右传压孔15-2、15-1的截面积。本实施例中，水温调节块8摆角为36°时，软质密封垫3、9分别与冷水调节口2、热水调节口11贴合，齿条5左、右垂直平台5-2、5-1分别与左、右压力平衡腔17、16外侧壁之间相距0.5mm，软质密封垫3、9中心O₁至旋转驱动器转轴4的轴心O之间的距离与调节块齿8-1的分度圆半径相等，冷、热水温调节口2、11的直径为

齿条5左、右端部垂直平台5-2、5-1为椭圆形，其截面积与水冷、热调节口2、11的截面积之比为1.6∶1。在冷、热水管1、10入口处分别设有单向阀口19A、19B，在单向阀口19A或19B与对应的冷水调节口2或热水调节口11之间分别装有单向阀弹簧18A或18B，套在单向阀弹簧18A或18B外侧的单向阀片20A或20B分别压向单向阀口19A或19B，在单向阀片20A或20B与相对应的单向阀口19A或19B之间分别装有O型密封圈21A或21B。

由于冷、热水管1、10入口处分别装有结构相同的单向阀，使冷、热水不会互相窜流。

当水温调节块8在阀体14的中轴线±8°角度附近调节时，即使冷、热水之间有较大的压力差，压力大的一侧对水温调节块8的冲击力相对于水温调节块8贴近冷水调节口2或热水调节口11时要小，此时与调节块齿8-1啮合的齿条5左、右端部垂直平台5-2、5-1内侧的小凸台尚未与软质碗状活塞13或12相接触，但由于传压孔15-2或右传压孔15-1的截面积远大于齿条5与左或右压力平衡腔17或16内侧壁连接孔的间隙截面积或齿条5左或右垂直平台5-2或5-1与左或右压力平衡腔17或16四周壁之间间隙截面总面积，齿条5左或右垂直平台5-2或5-1中的高压侧仍会通过调节块齿8-1施加一个与同一侧水温调节口的水流对水温调节块8的冲击力相近似的反作用力，达到压力近似平衡，因而即使冷、热水两侧水压差达0.6MPa以上，也不会影响水温调节块8的摆动，进而也不会影响到水温调节效果。

当水温调节块8摆动角度大于阀体14的中轴线8°角度时，在冷、热水之间压力差大且水温调节块8压向压力大一侧的过程中，越靠近水温调节口，该侧的水流对水温调节块8的冲击力就越大，在这种状态下，左或右压力平衡腔17或16内的软质碗状活塞13或12的碗口与对应的小凸台由相接触至完全套入，即左或右压力平衡腔17或16的内侧壁与软质碗状活塞13或12之间的间隙逐渐为零，水温调节块8上部的软质密封垫9或3以同等的力压向同一侧的水温调节口11或2，从而达到调节力的平衡。同理，即使冷、热水间压力差在0.6MPa以上，也不会影响水温调节块8的摆动，进而不会影响水温调节效果。

当冷水断供时，必须迅速关断热水，在压力平衡装置与旋转驱动器的共同作用下，即使热水压力达0.8MPa，也可完全关断热水，而且此时切断控制器的电源，旋转驱动器不工作，在压力平衡装置的作用下，热水关断状态仍可维持。

Claims

1.一种带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，包括阀体、水温调节块、温度传感器，所述阀体左、右两侧分别设有同轴心的冷水管和热水管，阀体还设有混合水管，该混合水管中轴线与冷水管、热水管的中轴线相互垂直，所述冷水管、热水管和混合水管相互贯通并形成一内空腔，冷水管向内空腔的延伸部为冷水调节口，热水管向内空腔的延伸部为热水调节口，所述冷水调节口和热水调节口之间设有水温调节块，旋转驱动器输出转轴密封穿过阀体壁与水温调节块的摆心固定连接，水温调节块为倒劈锥体，其上部两侧锥面分别嵌装有软质密封垫，并能够与冷水调节口或热水调节口贴合，所述阀体内空腔内或混合水管内还设有温度传感器，该温度传感器的感温信号与外设的恒温控制器输入端连接，其特征在于：在所述水温调节块底部设有调节块齿，该调节块齿与平行于冷、热水管中轴线的齿条相啮合，在所述内空腔下部两侧分别设有左、右压力平衡腔，该左、右压力平衡腔分别通过传压孔与相邻的冷水管或热水管贯通连接，所述齿条两端部分别穿过左、右压力平衡腔内侧壁并置于相应的左、右压力平衡腔内，该齿条两端部分别设有左、右垂直平台，所述左、右垂直平台分别与左、右压力平衡腔内侧壁之间设有软质碗状活塞，构成压力平衡装置，所述冷、热水管入口处分别装有单向阀。

2.根据权利要求1所述的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，其特征在于：所述齿条与左、右压力平衡腔内侧壁的连接孔滑动配合，所述齿条与相匹配的连接孔之间的间隙为0.03mm～0.3mm，齿条两端部的左、右垂直平台与对应的左、右压力平衡腔四周壁之间的间隙为0.03mm～0.3mm，其间隙截面积总和均远小于传压孔的横截面积。

3.根据权利要求1所述的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，其特征在于：所述水温调节块底中部设有1-4只调节块齿与所述齿条啮合，当水温调节块上部两侧锥面分别压贴冷水调节口或热水调节口时，相应的齿条端部垂直平台与对应的压力平衡腔外侧壁之间间距不小于0.5mm。

4.根据权利要求1所述的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，其特征在于：所述软质碗状活塞的碗口朝向对应的齿条端部垂直平台，所述垂直平台内侧设有与软质碗状活塞内腔形状匹配的小凸台，该小凸台在水温调节块位于其中轴线至最大摆动角度的1/5～1/2时才与软质碗状活塞的内腔套接。

5.根据权利要求1所述的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，其特征在于：所述软质碗状活塞外壁与压力平衡腔作动配合接触，软质碗状活塞内腔与对应的小凸台作动配合接触。

6.根据权利要求1或3所述的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，其特征在于：所述齿条端部垂直平台平面面积和热水调节口或冷水调节口的截面积之比与软质密封垫中心O₁至旋转驱动器输出转轴轴心O的距离和调节块齿分度圆半径之比的比值范围为1.1～2∶1。

7.根据权利要求1所述的带压力平衡装置的混合调节恒温水阀，其特征在于：所述单向阀由单向阀弹簧、单向阀片、单向阀口组成，所述单向阀口与冷水调节口或热水调节口之间装有单向阀弹簧，套于单向阀弹簧一端的单向阀片压在单向阀口上，在单向阀片与单向阀口之间装有O形密封圈。