CN107110388A - 内嵌式温度调节阀 - Google Patents
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Abstract
一种液体温度调节阀包括阀体、热液入口、回液入口、加热液出口和返回出口；热液入口和回液入口紧密靠近，以促进流动到阀门中的两股液流的混合。
Description
技术领域
本发明涉及用于液体温度调节系统的阀门，并更具体地涉及一种意图在循环加热系统中使用的水温调节阀，但本发明的用途不限于该特定领域。
背景技术
例如国际专利申请No.PCT/US02/27056(以WO 03/019315公开)等专利说明书的公开内容中描述了一种具有阀体的混合阀，该阀体构造为将热流体和冷流体的流动组合，以提供具有受控温度的混合流体。
在循环加热系统中，水温调节阀的作用在于：(1)接收来自热水器或类似加热源的高温水；(2)接收从循环加热系统的加热环路中返回的低温水；(3)通过利用阀门调节高温水和低温水的相对流量来将恒温水输出至循环加热系统的加热环路；以及(4)确保从热水器或类似加热源添加至循环加热系统的任何额外的水被返回至热水器或类似加热源的相应量的水替换(因输出水件进入返回水温调节阀的闭合环路的事实而产生的要求)。此外，重要的是，水温调节阀为循环加热系统提供整体温度控制，以防止地面结构或地面覆盖物受损。
利用通常在调温阀和恒温装置中使用的机构来实现对水温的调节。
通常来说，在这些类型的阀门中，借助于黄铜阀体中的铸造通道或机械通道来形成用于将高温水和低温水引导至调节间隙的所需流动通道。流动通道还影响流量以及阀门的快速适应流入变化的能力。此外，存在如下情况：通常形成温度调节阀的元件部分的恒温元件进行了错误的“热”或“冷”检测。这些错误检测可能造成关于调节输出水温的问题。
发明内容
本发明的发明人已经发现：可以通过改变温度调节阀中的元件部分的构造和/或结构来得到大幅提高的性能。
根据本发明的一个方面，提供一种液体温度调节阀，其包括具有腔室的阀体，在所述腔室中能够发生液体混合，所述阀体设置有：热液入口，其适于与热液源连通，并且热液能够经由所述热液入口进入所述腔室；回液入口，其适于与使用加热用的加热液的设备连通，并且来自使用加热用的加热液的所述设备的冷却液能够经由所述回液入口进入所述腔室；加热液出口，其适于与使用加热用的加热液的所述设备连通，并且加热液能够经由所述加热液出口离开所述腔室，并流动至使用加热用的加热液的所述设备；以及返回出口，其适于与所述热液源连通，并且冷却液能够经由所述返回出口离开所述腔室，并流动至所述热液源，所有入口和出口同样与所述腔室连通，所述连通被设置在所述腔室中的大致筒状中空活塞控制，所述活塞能够与所述腔室的内表面形成密封关系，并设置有多个开口，随着所述活塞在所述腔室内采用各种位置，所述多个开口允许所述热液入口与设置在所述活塞中的内部通道之间的连通和/或所述回液入口与设置在所述活塞中的所述内部通道之间的连通，在温度反应装置和/或能手动操作的温度调节装置的作用下，所述活塞能够在所述腔室中的多个极限位置之间移动，在经由所述热液入口和所述回液入口而流动到所述腔室中的两股液流从所述入口朝所述加热液出口流动穿过所述活塞中的所述内部通道时，紧密靠近的所述热液入口和所述回液入口促进所述两股液流的混合。随着液流流动穿过活塞中的内部通道，通过混合液流来影响混合的程度和得到的温度分布，可以预料到，与现有液体温度调节阀的腔室中的现有混合相比，本发明的这种混合更快速且彻底。一个有利之处在于：温度反应装置附近的液体温度更一致，从而导致更好且错误更少的温度控制。
在以下描述中，采用术语“向上”(相对于阀门)用于表示远离加热液出口的方向。腔室中的温度反应装置优选地包括与活塞合作的恒温元件，活塞下端优选地通过夹持来被安装至恒温元件。恒温元件可以是随着温度变化而以已知方式膨胀和收缩的已知平膜片元件。恒温元件与活塞之间的相互作用使得恒温元件的膨胀或收缩导致活塞在腔室中运动。优选的是，借助于压缩弹簧(活塞抵靠在压缩弹簧的上端上)来约束活塞和恒温元件相对于腔室的位移。压缩弹簧的下端因与设置在形成加热液出口的一部分的装置上的肩部相互作用而被保持在腔室中。借助于恒温元件与阀轴底端的接触来限制恒温元件(以及活塞)的向上运动的程度，阀轴与温度指示旋钮组件连接，并借助于配合螺纹与腔室上端相互作用。借助于腔室中的在热液入口上方的肩部来设置活塞的向上运动的极限。可以旋转温度指示旋钮组件的旋钮，以指示特定温度，并可以借助于配合的螺纹构造相对于腔室或恒温元件的上端来向上或向下移动阀轴。
恒温元件通常包括不膨胀部分和膨胀部分(通常为杯体中所含的蜡)。当恒温元件周围的液体温度升高时，蜡膨胀并推压恒温元件中的膜片，这又使力和运动经由内部插塞传递至不膨胀的内部活塞。因为恒温元件中的不膨胀的内部活塞与阀轴底端接触，所以恒温元件和活塞在腔室中被向下推动来克服压缩弹簧的力。与之相反，当恒温元件周围的液体的温度下降时，蜡收缩，并且在腔室中压缩弹簧向上推动活塞和恒温元件。
活塞在腔室中的运动使得在活塞位于腔室中的各个位置的情况下活塞中的开口与热液入口、回液入口和返回出口中的一者或多者连通。这控制液体的从热液入口和回液入口进入活塞的内部通道和腔室的比率。
已确定的是，与现有温度调节阀的情况相比，根据本发明的热液和冷却液在腔室中的混合更快且更有效。
虽然根据本发明的温度调节阀可以适用于各种液体，但意图主要在使用加热水的循环加热系统中使用。
附图说明
为了可以更清楚地理解本发明，现在参考附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1是本发明的优选实施例的分解图；
图2是图1所示的本发明的优选实施例的侧视图；
图3是沿着图2的线3-3截取的纵截面视图；
图4是图1所示的本发明的优选实施例的另一侧视图；
图5是沿着图4的线5-5截取的横截面视图；
图6是沿着图4的线6-6截取的横截面视图；
图7是图3的区域7的放大视图；
图8是图3的区域8的放大视图；
图9是沿着图2的线9-9截取的横截面视图；
图10是沿着图2的线10-10截取的横截面视图；
图11是沿着图2的线11-11截取的横截面视图；
图12是沿着图2的线12-12截取的横截面视图；
图13是从图1的实施例上方观察的视图；
图14是沿着图13的线14-14截取的纵截面视图；
图15是沿着图14的线15-15截取的横截面视图；
图16是沿着图14的线16-16截取的横截面视图；
图17是沿着图14的线17-17截取的横截面视图；
图18是沿着图14的线18-18截取的横截面视图；
图19是沿着图13的线19-19截取的纵截面视图；
图20是本发明的优选实施例的活塞的侧视图；
图21是沿着图20的线21-21截取的纵截面视图；
图22是从图20所示的活塞底端观察的视图；
图23是本发明的优选实施例的阀轴的透视图；
图24是本发明的优选实施例的阀轴的侧视图；
图25是图24的阀轴端部的局部纵截面视图；
图26是图24的阀轴的端视图；
图27是在向下锁紧位置时本发明的优选实施例的温度控制旋钮的侧视图；
图28是沿着图28的线28-28截取的横截面视图；
图29是沿着图28的线29-29截取的横截面视图；
图30是沿着图28的线30-30截取的横截面视图；
图31是根据本发明的优选实施例的纵截面，示出了在两个入口打开的情况下的流体流动；
图32是根据本发明的优选实施例的纵截面，示出了在仅回液入口打开的情况下的流体流动；
图33是根据本发明的优选实施例的纵截面，示出了在仅热液入口打开的情况下的流体流动；
图34是示出了现有温度调节阀中的流体流动以及温度的可视化指示的简化视图；
图35是示出了本发明的实施例中的流体流动以及温度的可视化指示的简化视图；
图36是示出了本发明的实施例中的活塞、恒温元件与弹簧之间的关系的视图。
具体实施方式
如图1的分解图所示，阀门(总体上由附图标记10表示)包括：阀体(12)；温度控制旋钮(22)；一些O形环(24)、(34)、(36)和(42)，其用于在各部件与阀体(12)内部之间提供密封；阀轴(32)；恒温元件(28)；活塞(30)；弹簧(26)；以及可调节的管道连接配件(38)，其具有用于与泵总管(未示出)连接的泵连接面(40)，并还包括用于固定与泵总管的连接的泵连接螺母(44)。阀体(12)设置有：加热液出口(14)，其用于在循环加热系统(未示出)中向加热环路供应温度调节水；回液入口(16)，其用于使水从上述加热环路中返回；热液入口(18)，其用于供应来自热水器(未示出)的热水；返回出口(20)，其用于使水返回至上述热水器以再加热。可调节的管道连接配件(38)被具有安全头的螺钉(46)和锁紧螺钉(48)保持在适当的位置。
图2示出了从返回出口(20)所在的一侧观察到的阀门，而图4示出了从示出加热液出口(14)、回液入口(16)、热液入口(18)和返回出口(20)的相对位置的一侧观察到的阀门。
在作为沿着图2的线D-D截取的纵截面视图的图3中，可以看到活塞(30)在阀体的腔室(53)中的一个位置处的布置以及活塞(30)与恒温元件(28)和弹簧(26)的关系。在图3中，回液入口和热液入口如图7所示那样打开。通常为筒状且两端是敞开的活塞(30)由两个侧壁部分(52)和(54)构成，这两个侧壁部分(52)和(54)被由多个支撑部(58)桥接的间隙(56)隔开。因此，根据活塞在阀体(12)中的布置，液体可以从热液入口和回液入口中的任一者或两者中流动通过活塞(30)。O形环(34)、(36)和橡胶包覆成型(over-moulded)密封件(50)被安装在侧壁(52)和(54)外侧的沟槽中，并与阀体(12)的内壁(60)形成密封关系。如图19中所看到的，活塞(30)还设置有一体成型的弹簧夹(62)，弹簧夹(62)用于相对于活塞(30)将恒温元件(28)保持在适当的位置。这防止在活塞侧壁(54)关闭回液入口(16)时恒温元件(28)移动离开该位置。位于活塞(30)的底端处的凸缘部(fin)(59)的底面与弹簧(26)的上端接合，而位于活塞(30)的底端处的凸缘部(59)的顶面与恒温元件(28)的肩部(57)的底面接合。在图36中可以更清晰地看到该构造。这种相互作用实现活塞(30)与恒温元件(28)之间的接触，这能够使恒温元件(28)中的蜡因升高的温度而膨胀，从而使活塞(30)向下移动。
阀轴(32)的底端(64)可以被置于恒温元件(28)的顶部，并且阀轴(32)的顶端设置有中断螺纹(66)，该中断螺纹(66)与设置在阀体的内壁(60)的顶端上的互补螺纹(68)接合。位于阀轴(32)上的螺纹下方的沟槽中的O形环(24)与阀体(12)的内壁(60)以密封关系接合。随着恒温元件(28)中的蜡膨胀和收缩，活塞(30)向下或向上移动。由于中断螺纹(66)和互补螺纹(68)的接合，因此可以仅利用温度控制旋钮(22)来旋转不被恒温元件(28)或活塞(30)向上或向下移动的阀轴(32)。这能够设定在加热液出口(14)处离开阀门的水的温度。阀轴(32)的通常呈闭合孔的形式的上部(72)的内侧表面(70)设置有多个锯齿部，这些锯齿部沿着内侧表面延伸，从而在该实施例中形成32个齿形花键(74)。花键(74)可以与从温度控制旋钮(22)的下侧悬垂的互补花键(76)接合。当旋转温度控制旋钮(22)时，阀轴(32)旋转，并根据旋转方向向上或向下移动。这改变了阀轴(32)的与恒温元件的顶端(80)相互作用的表面(78)的高度，并且阀轴表面(78)在阀门中的该定位决定了加热液出口(14)的水的设定温度。阀轴(32)的主要目的在于设定加热液出口的水的特定温度，并在阀门中的任何力的作用下通过不改变位置来保持该温度。阀体的上部的外周部(82)呈正六边形的形状，并且当朝阀体向下推压温度控制旋钮时，外周部(82)可以与设置在温度控制旋钮的外壁的内侧表面上的花键(84)接合。当花键(84)和阀体的六边形外壁(82)接合起来时，温度控制旋钮不能旋转，并且不能随后用于调节阀门的温度设定。
在实施例的截面图(即图31、图32和图33，这些图示出了在入口(16,18)中的一个入口或另一个入口或两个入口打开的情况下的实施例)中，可以看到活塞(30)相对于这些入口的位置。由活塞(30)中的间隙(56)形成的孔口和入口(16,18)允许流体进入到活塞的内部通道(86)中，并且在合适的情况下允许流体被快速混合。
在图34(其为基于穿过例如在循环加热系统中使用的现有水温调节阀的截面图的示意性流体流动视图)中，冷水(92)(或回液)(用字母“C”表示)在活塞(96)上方进入阀门，而热水(94)(热液)(用字母“H”表示)在活塞(96)下方进入阀门。这由箭头示出。水流的混合可以导致恒温元件(98)周围的温度高于或低于平均混合温度。这导致了较差的恒温性能。
在图35(其为基于穿过根据本发明的温度调节阀的截面图的示意性流体流动视图)中，热水入口(100)和冷水入口(102)紧密靠近，并且水流(104,106)的混合较早地开始，并更快且更完全。这在恒温元件(108)周围产生更一致的混合水温度，从而导致良好的恒温性能。
温标在图34和图35中的每一者中是不相同的，并旨在仅是示意性的。
在热水经由热液入口(18)和活塞间隙(56)进入到活塞(30)的内部通道(86)中而流动到阀门中并且冷水经由回液入口(16)和活塞间隙(56)进入到活塞(30)的内部通道(86)中而流动到阀门中的情况下，两股水流在活塞(30)的内部通道(86)中开始混合。水流的混合流经过恒温元件(28)，并经由加热液出口(14)离开阀门。利用稳定的入口温度和压力以及阀轴表面(78)的设定高度，恒温元件(28)膨胀和收缩直到其到达平衡位置为止，使得恒温元件(28)和活塞(30)的相互作用导致热流体入口孔口与冷流体入口孔口成比率，该比率导致对特定长度的恒温元件(28)而言混合水的平均温度总是相同。
例如，在30℃时恒温元件(28)为10mm长，阀轴高度被设定为使得在热水温度为40℃、冷水温度为20℃并且各个入口的压力相等的情况下，恒温元件(28)的长度为10mm，且热液入口(18)的孔口(88)和回液入口(16)的孔口(90)的尺寸相等。在该特定方案中，进入阀门的40℃的热水的量和20℃的冷水的量将相等。然后，离开加热液出口(14)的加热水的平均温度为30℃{40°+20°/2}。当前述条件稳定时，阀门保持加热液出口(14)处的30°的恒定加热水温，且在恒温元件(28)“察觉(perceive)”到30℃的温度时恒温元件(28)的10mm的长度不会变化。如果阀轴表面(78)随后向下移动，则恒温元件(28)仍为10mm长。然而，现在热液入口(18)的孔口(88)和回液入口(16)的孔口(90)的尺寸将不再相等。也就是说，进入阀门的热水多于进入阀门的冷水，并且加热液出口(14)处的加热水的温度不再是30℃。因此，恒温元件的长度将响应于现有热水温度而变化。这也将造成入口孔口(88)与入口孔口(90)的尺寸比率变化，并随后将再次改变加热液出口(14)处的加热水的温度。这些温度变化将持续，直到达到加热水的新的稳定平衡温度，在新的稳定平衡温度下，恒温元件的长度、入口孔口(88)与入口孔口(90)的尺寸比率以及加热液出口(14)处的加热水温度都匹配。这将成为阀门的新的设定温度。在任意特定阀轴高度处，在稳定的入口水温和压力的情况下，加热水出口(14)处仅存在加热水的一个特定温度。随着调节温度控制旋钮(22)并因此调节阀轴高度，也会调节加热液出口(14)处的加热水的设定温度，即，根据温度控制旋钮(22)旋转的方向，加热水的设定温度或升高或降低。
如果以借助于恒温元件(28)的膨胀或收缩来反向驱动阀轴螺纹的方式设计阀门，则阀门的设定温度将不会稳定。这还意味着恒温元件(28)的膨胀或收缩不会调节加热水出口(14)处的加热水的温度，这是因为阀轴将上下移动而不是活塞(30)上下移动。因此，根据本发明的阀门设计为具有如下阀轴螺纹：该阀轴螺纹借助于沿轴向被引导至阀轴上的直线力而自锁以抵抗反向驱动。
本文所述的任何专利、专利文献和公开的完整公开内容通过引用完全并入本文，如同各自单独并入一样。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员而言对本发明的各种修改和变更是显而易见的。应理解的是，本发明不意图被本文所述的示例性实施例和实例过度限制，并且仅通过举例描述这些实例和实施例，并且本发明的范围旨在仅被本文所附的权利要求限制。
在整个本说明书和所附权利要求书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”及其变形(例如，“包含”或“含有”)将被理解为暗示包含所描述的整体或步骤、或整体或步骤的组，但是不排除任意其他的整体或步骤、或整体或步骤的组。
本说明书中对任何现有公开(或源于现有公开的信息)的引用不被且不应被认为是承认或允许或以任意的形式建议：该现有公开(或源于现有公开的信息)或已知事物形成本发明书所涉及的技术领域中的公知常识的一部分。
Claims (2)
1.一种液体温度调节阀，其包括具有腔室的阀体，在所述腔室中能够发生液体混合，所述阀体设置有：热液入口，其适于与热液源连通，并且热液能够经由所述热液入口进入所述腔室；回液入口，其适于与使用加热用的加热液的设备连通，并且来自使用加热用的加热液的所述设备的冷却液能够经由所述回液入口进入所述腔室；加热液出口，其适于与使用加热用的加热液的所述设备连通，并且加热液能够经由所述加热液出口离开所述腔室，并流动至使用加热用的加热液的所述设备；以及返回出口，其适于与所述热液源连通，并且冷却液能够经由所述返回出口离开所述腔室，并流动至所述热液源，所有入口和出口同样与所述腔室连通，所述连通被设置在所述腔室中的大致筒状中空活塞控制，所述活塞能够与所述腔室的内表面形成密封关系，并设置有多个开口，随着所述活塞在所述腔室内占据各种位置，所述多个开口允许所述热液入口与设置在所述活塞中的内部通道之间的连通和/或所述回液入口与设置在所述活塞中的所述内部通道之间的连通，在温度反应装置和/或能手动操作的温度调节装置的作用下，所述活塞能够在所述腔室中的多个极限位置之间移动，在经由所述热液入口和所述回液入口而流动到所述腔室中的两股液流从所述入口朝所述加热液出口流动穿过所述活塞中的所述内部通道时，紧密靠近的所述热液入口和所述回液入口促进所述两股液流的混合。
2.根据权利要求1所述的液体温度调节阀，其中，所述温度反应装置包括与所述活塞合作的恒温元件。
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