CN102563156B - 压力平衡阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力平衡阀，包括一壳体；一阀套，安装于壳体内；二侧盖，安装于壳体二端侧开口；一阀芯，滑套于阀套内；其中，所述侧盖内侧皆延伸有一内具导引流道的突出部位，并突伸于阀芯二侧环圈部位内，且每一导引流道包括一轴向流道部分及一纵向流道部分，分别连通阀芯二侧的压力腔室及壳体的出水流道，可提供良好导流作用；所述突出部位更形成有环状背压壁面，分别靠近阀芯的压力感应壁墙相对壁面，可使进入压力腔室内的水流产生足够的背压予压力感应壁墙，故本发明可稳定且灵敏地感应水压变化，进而达到准确且稳定的压力平衡效果。

Description

压力平衡阀

技术领域

本发明涉及一种淋浴设备组件，更详而言之，特别是指一种可自动调节冷、热水压力于平衡状态的压力平衡阀。

背景技术

现有典型具温控功能之淋浴设备，皆包括一温控阀及一压力平衡阀；该温控阀可利用一感温组件侦测其出水端之混合水温度，自动调节其入水端之冷热水进水量，使混合水温度能够符合用户所设定之淋浴温度。

为了避免因为温控阀入水端之冷热水压力不稳定，影响温控阀对于温度控制之准确度，上述压力平衡阀是不可或缺的重要控制组件，其主要目的在于当冷热水压力出现不稳定，而产生压力差时，可以藉由调节冷热水之供水量，使两者维持于压力平稳状态，如此，即可确保温控阀入水端之冷热水压力能够保持稳定且均压。

如图1所示，即揭示一种常见之压力平衡阀10，主要包括一壳体11，其二侧各设置有一侧盖12，可与壳体11共同界定出一内部腔室13；一阀套14安装于该腔室13内部；一阀芯15滑套于阀套14内部，并可沿着该阀套14轴向滑移，该阀芯15中段具有一压力感应壁墙151，其二侧分别界定出一冷水压力腔室152及一热水压力腔室153，供来自于该壳体11冷水入口111及热水入口112之冷热水由此相对通过，再从壳体11之冷水出口113及热水出口114流至上述温控阀。据此，当通过冷水压力腔室152及热水压力腔室153之冷、热水产生压力差时，该阀芯15可自动依据其压力感应壁墙151二侧壁面所感应之不同冷热水压力适当地产生轴向位移，使进入冷水压力腔室152及热水压力腔室153之冷、热水量可被适当地调节，并保持于压力平衡状态，以期温控阀能够准确地控制混合水温度。

上述压力平衡阀10虽然可以提高温控阀对于混合水温度控制之准确度，但其误差值却经常难以达到《反烫伤法ASSE1016》所规范正负2℃之范围内，造成淋浴设备无法提供稳定水温，而影响淋浴质量。

探究其原因，主要在于上述压力平衡阀10的冷、热水压力腔室152、153内部形成有可供流体自由扰动的空间，因此，当水流进入该压力平衡阀10冷、热水压力腔室152、153内后，这样的自由扰动将使水流产生随机的力方向而造成涡流现象，故当冷、热水的进水压力产生变化时，该涡流现象将使阀芯15无法稳定地位移至平衡位置，或需要较长时间才能达到压力平衡。

再者，纵使该阀芯15在较长时间后达到压力平衡，也会因为进入该腔室内部的水流无法产生足够的背压予该压力感应壁墙151的相对壁面，导致阀芯15无法准确地感应该压力差或压力变化，相对地，该阀芯15的平衡位置即无法准确地反应出该压力差。

有鉴于此，如何改善习知压力平衡阀10存在的问题，以使温控阀的温控效能够符合上述《反烫伤法ASSE1016》之规范，实为目前具温控功能的淋浴设备亟待解决的一项重要课题。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种压力平衡阀，可灵敏且稳定地感应水压变化，并可在极短时间内获得准确地的压力平衡效果，进而提高温控阀的温控效能，使淋浴用水温度可被稳定且准确地控制在设定的温度上，而符合国际规范对于温控效能的要求标准。

为达上述目的，本发明提供一种压力平衡阀，包括：

一壳体，具有一筒状腔室、分别形成于所述筒状腔室二端侧的一第一开口及一第二开口、设置于所述筒状腔室的周围壁墙中段部位的一冷水入水流道及一热水入水流道、设置于所述筒状腔室的周围壁墙二侧部位的一冷水出水流道及一热水出水流道；

一可被嵌套密封于所述壳体的筒状腔室内阀套，，所述阀套上设置有一连通于所述冷水入水流道的冷水通口、以及一连通于所述热水入水流道的热水通口；

一用以封塞所述壳体的第一开口第一侧盖；

一用以封塞所述壳体的第二开口第二侧盖；

一可被滑套于所述阀套内部并沿着轴向滑动位移的阀芯，，所述阀芯具有一压力感应壁墙，以及二相连于所述压力感应壁墙二侧周围的环圈部位；所述压力感应壁墙二侧的环圈部位内分别界定有一冷水压力腔室及一热水压力腔室；所述环圈部位的其中一个开设有至少一用以连通所述阀套的冷水通口与所述冷水压力腔室冷水入水口，另一个开设有至少一用以连通所述阀套的热水通口与所述热水压力腔室的热水入水口；

其特征在于：

所述第一侧盖的内侧延伸有内部具一导引流道的一以预定间隙突伸于所述阀芯相对侧的环圈部位内的突出部位；所述导引流道包括可分别连通所述冷水压力腔室及冷水出水流道的一轴向流道部分及一纵向流道部分；所述突出部位在所述轴向流道部分的开口周围形成有适当地靠近所述阀芯的压力感应壁墙相对壁面一环状背压壁面；

所述第二侧盖的内侧延伸有内部具一导引流道的一可以预定间隙突伸于所述阀芯相对侧的环圈部位内的突出部位；所述导引流道包括可分别连通所述热水压力腔室及热水出水流道的一轴向流道部分及一纵向流道部分；所述突出部位在所述轴向流道部分的开口周围形成有可适当地靠近所述阀芯的压力感应壁墙相对壁面的一环状背压壁面。

采用了本发明的压力平衡阀，由于可利用二侧盖上的导引流道设计，使进入冷、热水压力腔室的水流获得良好导流作用，因此，可以避免发生涡流现象，使阀芯可以在极短时间内达到平衡位置，而环状背压壁面的设计，则可使进入冷、热水压力腔室内的水流产生足够的背压予压力感应壁墙的相对壁面上，令阀芯能够灵敏且准确地感应水压的变化，同时产生准确地位移；是故，本发明压力平衡阀可达良好压力平衡效果，进而提升温控阀的温控效能，使其能够符合国际规范中对于温控效能的要求标准。

附图说明

图1为习知压力平衡阀的局部侧视剖面图，并显示有冷热水之流动状态。

图2为本发明压力平衡阀安装于淋浴设备的局部外观组合图。

图3为本发明压力平衡阀安装于淋浴设备的局部俯视平面图。

图4为本发明沿着图3之A-A侧视剖面图。

图5为本发明压力平衡阀的立体分解图。

图6为本发明压力平衡阀的侧视剖面图。

图7为本发明阀芯及第一、二侧盖在组合状态下的立体剖面图。

图8为本发明第一侧盖的立体外观图。

图9为本发明压力平衡阀的水流状态示意图。

图10为本发明压力平衡阀的流固耦合分析图表。

【主要组件符号说明】

〔习知〕

10    压力平衡阀

11    壳体        111   冷水入口

112   热水入口    113   冷水出口

114   热水出口    12    侧盖

13    内部腔室    14    阀套

15    阀芯        151   压力感应壁墙

152   冷水压力腔室  153   热水压力腔室

〔本发明〕

1     压力平衡阀    2     温控阀

3     冷水接头      4     热水接头

5     第一出水接头  6     第二出水接头

20    壳体          201   入水管道部分

202   阀壳部分      203   出水管道部分

21    筒状腔室      22    第一开口

23    第二开口      24    冷水入水流道

25    热水入水流道  26    冷水出水流道

27    热水出水流道

30    阀套

31    冷水通口      32    热水通口

40    第一侧盖

401   突出部位      41    导引流道

411   轴向流道部分  412   纵向流道部分

42    环状背压壁面

50    第二侧盖

501   突出部位      51    导引流道

511   轴向流道部分  512   纵向流道部分

52    环状背压壁面

60    阀芯

61    压力感应壁墙  611   壁面

62    环圈部位      621   冷水入水口

622   热水入水口    63    冷水压力腔室

64    热水压力腔室

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2至4所示，本发明提供一种压力平衡阀的较佳实施例，该压力平衡阀1可被安装应用于典型具温控功能之淋浴设备，特别是位于一温控阀2的入水端；当冷、热水从供水管路经由该淋浴设备之一冷水接头3及一热水接头4进入该压力平衡阀1进行压力平衡后，可被输送至温控阀2内进行冷热水混合形成可供淋浴的混合水，再依据使用者控制或设定选择性地从一第一出水接头5及第二出水接头6输送至特定之出水装置，例如出水龙头、花洒等，以提供淋浴所需用水。

该压力平衡阀1大致与习知相同，包括一壳体20、一阀套30、一第一侧盖40、一第二侧盖50及一阀芯60；其中：

该壳体20，如图4、5所示，具有一筒状腔室21；大致呈圆孔状的一第一开口22及一第二开口23分别形成于该筒状腔室21二端侧；一冷水入水流道24及一热水入水流道25连通至该筒状腔室21周围壁墙211中段部位，可藉以将来自于上述冷水接头3及热水接头4的冷、热水由此导入该筒状腔室21内；一冷水出水流道26及一热水出水流道27连通至该筒状腔室21周围壁墙211二侧部位，可藉以将来自于该筒状腔室21内的冷、热水由此导出至上述温控阀2内进行混合。

本实施例的壳体20实质上包括一体相连的一入水管道部分201、一阀壳部分202及一出水管道部分203；该入水管道部分201主要用以形成上述冷水入水流道24及上述热水入水流道25；该阀壳部分202主要用以形成上述筒状腔室21；该出水管道部分203主要用以形成上述筒状腔室21的冷水出水流道26及热水出水流道27，并与上述温控阀2的壳体一体相连。

本实施例的冷水入水流道24与热水入水流道25被设置于该筒状腔室21的入水端，该冷水出水流道26与热水出水流道27被设置于该筒状腔室21的出水端，且上述入水端与出水端大致位于该筒状腔室21二相反侧的周围壁墙211上。

该阀套30，如图5、6所示，可被嵌套密封于上述壳体20的筒状腔室21内，其上设置有二冷水通口31连通于上述冷水入水流道24，以及二热水通口32连通于上述热水入水流道25。

该第一侧盖40，如图7、8所示，用以封塞上述壳体20的第一开口22。

该第二侧盖50，用以封塞上述壳体20的第二开口23。

该阀芯60，可被滑套于上述阀套30内部，并沿着轴向滑动位移，且具有一压力感应壁墙61，以及二相连于该压力感应壁墙61二侧周围的环圈部位62，且该压力感应壁墙61二侧壁面611与其相对的环圈部位62内部分别界定出一冷水压力腔室63及一热水压力腔室64；上述一个环圈部位62开设有至少一冷水入水口621，用以连通上述阀套30的冷水通口31与该冷水压力腔室63，上述另一个环圈部位62开设有至少一热水入水口622，用以连通上述阀套30的热水通口32与该热水压力腔室64。本实施例设置有二个冷水入水口621及二个热水入水口622。

本发明的压力平衡阀1主要改良在于：

上述第一侧盖40，如图6至8所示，其内侧延伸有内部具一导引流道41的一突出部位401，可以适当的间隙突伸于上述阀芯60相对侧的环圈部位62内部；该导引流道41包括一轴向流道部分411及一纵向流道部分412，分别连通于上述冷水压力腔室63及冷水出水流道；该突出部位401在该轴向流道部分411的开口412周围形成有一环状背压壁面42，适当地靠近于上述阀芯60压力感应壁墙61的相对壁面611；该轴向流道部分411与环状背压壁面42相连处更形成有一环状弧面。

上述第二侧盖50，其内侧延伸有内部具一导引流道51的一突出部位501，可以适当的间隙突伸于上述阀芯60相对侧的环圈部位62内部；该导引流道51包括一轴向流道部分511及一纵向流道部分512，分别连通于上述热水压力腔室64及热水出水流道27；该突出部位501在该轴向流道部分511的开口512周围形成有一环状背压壁面52，适当地靠近于上述阀芯60压力感应壁墙61的相对壁面611；该轴向流道部分511与环状背压壁面52相连处更形成有一环状弧面。

本实施例的第一侧盖40与第二侧盖50采对称设置，故第二侧盖50的外观造型大致相同于图8所示的第一侧盖40。

较佳的是，上述第一侧盖40的环状背压壁面42所在轴向位置，系与处于正中间位置的阀芯60，其冷水入水口621轴向外侧的边壁相对齐；同样地，第二侧盖50的环状背压壁面52所在轴向位置，系与处于正中间位置的阀芯60，其热水入水口622轴向外侧的边壁相对齐，其目的在于使来自于阀套30冷水通口31及热水通口32的冷热水一旦通过相对应的冷水入水口621及热水入水口622，并进入冷水压力腔室63与热水压力腔室64后，即可立即与上述环状背压壁面42、52产生作用，以产生足够的背压予相对的壁面611，同时，也可被快速地导流至各相对的导引流道41、51内，如图9所示，以确保背压的稳定性。需注意的是，利用上述第一、二侧盖40、50的环状背压壁面42、52所在轴向位置的较佳设计，可在阀芯60处于中间位置或即使产生偏移时，皆不致于因为其突出部位401、501的轴向长度过长，而过度地突入各环圈部位62内，以致于明显地阻碍从冷、热水入水口621、622通过的冷热水进入冷、热水压力腔室63、64内；相对地，也不致于因为其突出部位401、501的轴向长度太短，而在环状背压壁面42、52与冷、热水入水口621、622轴向外侧边壁间的环圈部位62内形成一过大的阶级环槽，造成冷、热水的导流效果受到不利的影响。如图9所示，本发明压力平衡阀1的冷、热水压力腔室63、64，可接收来自于壳体20冷、热水入水流道24、25，经由阀套30的相对冷、热水通口31、32后，从该阀芯60相对的冷、热水入水口621、622流入的冷水与热水，当冷、热水流入后，可经由上述第一、二侧盖40、50的导引流道41、51流向壳体20的冷、热水出水流道26、27，再流向温控阀2进行混合。期间，当进入该冷、热水压力腔室63、64内的冷、热水压力发生变化，使彼此产生压力差时，该阀芯60压力感应壁墙61二侧壁面611，即可感应该压力差，迫使该阀芯60自动产生轴向的调节滑移，以确保冷、热水压力腔室63、64内部水压能够维持于均等的平衡状态。

需强调的是，本发明利用上述第一、二侧盖40、50的导引流道41、51设计，可使进入冷、热水压力腔室63、64内的冷热水获得良好导流效果，因此，即可有效解决习知压力平衡阀容易产生随机涡流的现象，所以当进水压力发生变化时，该阀芯60即可不受干扰地在极短时间内位移至平衡位置。上述第一、二侧盖40、50的轴向流道部分411、511与各相对环状背压壁面42、52相连处所形成的环状弧面设计，也有助于提升水流的导引效果。

本发明利用上述第一、二侧盖40、50的环状背压壁面42、52设计，可使进入冷、热水压力腔室63、64内的水流产生足够的背压予压力感应壁墙61的相对壁面611上，如此，该压力感应壁墙61即可准确地感应上述冷、热水压力腔室63、64的水压变化，使阀芯60可以准确地位移至平衡位置，并可与上述导引流道41、51相互搭配产生相辅相乘的效果。

由上可知，本发明利用上述第一、二侧盖40、50的导引流道41、51与环状背压壁面42、52设计，可使阀芯60更为灵敏且稳定地感应进入冷、热水压力腔室63、64内的水压变化，并在极短时间内准确地位移至平衡位置，而获得良好的压力平衡效果，因此，将有助于提高温控阀2的温控效能，使其得以符合《反烫伤法ASSE1016》国际规范中对于温控误差值必需在正负2℃范围内之要求，使用者也可藉以获得良好淋浴质量。

为验证本发明的压力平衡阀可在极短时间内达到压力平衡效果，特别以流固耦合分析(Fluid and Solid Interaction)分别对习知压力平衡阀及本发明的压力平衡阀1进行模流分析，以了解流体在习知的冷、热水压力腔室内，以及本发明的冷、热水压力腔室63、64内的流动情形，以及对阀芯60位置所造成的影响。

如图10所示的分析图表，纵轴表示阀芯位移振动的速度(Velocity)，其单位为每秒公分(cm/sec)，横轴表示经过的时间(Time)，其单位为秒(sec)，曲线1代表习知压力平衡阀的数据曲线，曲线2代表本发明压力平衡阀1的数据曲线。

可以清楚看到的是，习知压力平衡阀的阀芯在冷热水压力改变后的0.25秒时，仍无法达到平衡状态，分析原因在于其冷、热水压力腔室63、64内形成有较大的自由扰动空间，容易使水流进入后因随机的力方向产生涡流，这样的涡流现象将会作用于阀芯60压力感应壁墙61的相对壁面611，而影响阀芯60的位移，相对地，也会影响出水温度的稳定性，即使可以达到压力平衡，通常也需要较长时间。

反观本发明的压力平衡阀1，其阀芯60在接近冷热水压力改变后的0.075秒以后，即已趋于平衡状态，分析原因在于本发明运用了导流与背压结构，使水流进入后产生稳定的背压作用于阀芯60压力感应壁墙61的相对壁面611，所以阀芯60可在极短时间内达到平衡的位置，相对地，也可确保出水温度的稳定性。

本发明的压力平衡阀1利用环状背压壁面42、52及导引流道41、51的设计，可以将出水温度稳定地控制在正负2℃的范围内；惟，必需注意的是，为使进入冷、热水压力腔室63、64内的水流得以产生足够的背压作用，同时确保出水流量能够符合基本流量的规范要求，该环状背压壁面42、52的面积大小将受到限制，该限制将视压力平衡阀的规格尺寸不同而有所差异，并非固定尺寸或比例。

为了解该环状背压壁面42、52的面积改变时对出水温度变化所产生的影响，本发明特别利用一压力平衡阀样品进行实验测试，实验数据见下表1。需特别说明的是，由于压力平衡阀的出水流量必需符合特定国家或地区的规范，特别是基本流量，故在此实验中，除了将环状背压壁面42、52的外径设为固定参数外，其轴向流道部分412、512的孔径D的最小值也有一定的限制，以排除不符合基本流量限制的数值，如附件2所示，依据上述原则，本实验将环状背压壁面42、52的外径设为25毫米(mm)，并排除轴向流道部分412、512在11毫米以下的孔径，因此，D值被设定从11～15厘，而冷热水进水压力P则以一次升压或降压50%进行测试，从实验数据可以清楚看出，D值在11～14毫米间时，其冷、热水进水压力P的升压或降压，该压力平衡阀1皆能将出水温度稳定地控制在正负2℃的范围内，但当D值在15mm时，其热水降压及冷水升压均会使出水温度超过2℃；由此可知，当轴向流道部分412、512的孔径D过大，使环状背压壁面的面积过小时，将使压力感应壁墙61各相对壁面611所感受到的背压作用降低，而无法准确地感应压力的变化，并作出正确的位移，以致于影响压力平衡的效能。

表1：

从上述实验数据进一步分析，可以发现该第一侧盖40的环状背压壁面42的面积与其轴向流道部分411的通水截面积将有一定的比例，以本实验为例，其较佳的比值约为2～4；同样地，该第二侧盖50的环状背压壁面52的面积与其轴向流道部分511的通水截面积的较佳比值亦约为2～4。

综上所述，本发明在同类产品中实有其极佳之进步实用性，同时遍查国内外关于此类结构之技术数据，文献中亦未发现有相同的构造或制造方法存在于先，是以，本发明实已具备发明专利要件，爰依法提出申请。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种压力平衡阀，包括： 

一壳体，具有一筒状腔室、分别形成于所述筒状腔室二端侧的一第一开口及一第二开口、设置于所述筒状腔室的周围壁墙中段部位的一冷水入水流道及一热水入水流道、设置于所述筒状腔室的周围壁墙二侧部位的一冷水出水流道及一热水出水流道； 

一可被嵌套密封于所述壳体的筒状腔室内阀套，所述阀套上设置有一连通于所述冷水入水流道的冷水通口、以及一连通于所述热水入水流道的热水通口； 

一用以封塞所述壳体的第一开口第一侧盖； 

一用以封塞所述壳体的第二开口第二侧盖； 

一可被滑套于所述阀套内部并沿着轴向滑动位移的阀芯，所述阀芯具有一压力感应壁墙，以及二相连于所述压力感应壁墙二侧周围的环圈部位；所述压力感应壁墙二侧的环圈部位内分别界定有一冷水压力腔室及一热水压力腔室；所述环圈部位的其中一个开设有至少一用以连通所述阀套的冷水通口与所述冷水压力腔室冷水入水口，另一个开设有至少一用以连通所述阀套的热水通口与所述热水压力腔室的热水入水口； 

其特征在于： 

所述第一侧盖的内侧延伸有内部具一导引流道的一以预定间隙突伸于所述阀芯相对侧的环圈部位内的突出部位；所述导引流道包括可分别连通所述冷水压力腔室及冷水出水流道的一轴向流道部分及一纵向流道部分；所述突出部位在所述轴向流道部分的开口周围形成有适当地靠近所述阀芯的压力感应壁墙相对壁面一环状背压壁面； 

所述第二侧盖的内侧延伸有内部具一导引流道的一可以预定间隙突伸于所述阀芯相对侧的环圈部位内的突出部位；所述导引流道包括可分别连通所述热水压力腔室及热水出水流道的一轴向流道部分及一纵向流道部分；所述突出部位在所述轴向流道部分的开口周围形成有可适当地靠近所述阀芯的压力感应壁 墙相对壁面的一环状背压壁面。 

2.如权利要求1所述的压力平衡阀，其特征在于：所述第一侧盖的环状背压壁面所在轴向位置，系与处于正中间位置的所述阀芯，其冷水入水口轴向外侧的边壁相对齐；所述第二侧盖的环状背压壁面所在轴向位置，系与处于正中间位置的所述阀芯，其热水入水口轴向外侧的边壁相对齐。 

3.如权利要求1所述的压力平衡阀，其特征在于：所述第一侧盖的环状背压壁面的面积与其轴向流道部分的通水截面积的比值为2～4；所述第二侧盖的环状背压壁面的面积与其轴向流道部分的通水截面积的比值为2～4。 

4.如权利要求1所述的压力平衡阀，其特征在于：所述第一侧盖的轴向流道部分与其环状背压壁面相连处形成有一环状弧面；所述第二侧盖的轴向流道部分与其环状背压壁面相连处亦形成有一环状弧面。 

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