CN108980405A - 记忆合金恒温阀芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种记忆合金恒温阀芯，包括阀芯上体和与其连接的阀芯下体；所述阀芯下体的内腔中设置有记忆合金弹簧及滑块，所述记忆合金弹簧内设置偏置弹簧套，所述偏置弹簧套内设偏置弹簧并通过位于底部的底盖对其限位；所述阀芯下体的侧壁自上而下依次设置热水进口、冷水进口及混合水出口，所述阀芯下体的底部设有台阶，所述阀芯下体底部中心设有贯穿的中心通孔，所述偏置弹簧套的上端穿出有顶杆，所述偏置弹簧套底部穿过阀芯下体底部的中心通孔，所述滑块连接于所述偏置弹簧套的上部外侧并受所述记忆合金弹簧的弹性作用力。本发明能够保证恒温阀芯的体积精简，并有效解决了由于限制出水流量而导致恒温阀芯控温及其它性能不稳定的现象。

Description

记忆合金恒温阀芯

技术领域

本发明涉及一种控温阀芯，具体来说，本发明涉及一种适用于诸如淋浴设施的记忆合金恒温阀芯。

背景技术

卫浴行业现在使用的恒温阀芯大多使用的是石蜡温包作为控温元件，其缺点为：

1.石蜡膨胀或收缩的驱动活塞密封件因频繁滑动摩擦属易损件，易造成失蜡而使控温失效，故其控温寿命短。

2.石蜡温包利用石蜡热胀冷缩原理，其温感反应速度较慢，对因冷热水压力、温度变化造成的控温波动较大，影响人们沐浴的舒适性。

3.石蜡温包制作工艺较为复杂，且原有分体对立结构体积较大，造成整个阀体用料增大成本增加。

与此同时，针对记忆合金控温阀芯而言，恒温阀芯在按照国内外标准规定的出水流量测试时(详情可见QBT2806-2017、EN1111-1999)和用户实际使用过程中花洒对出水流量的限制，在限制出水流量的条件下，出现的流场压力变化现象使得阀芯内部原有的压力平衡被打破，造成现有可见的各种记忆合金恒温阀芯控温性能和各项性能均达不到国内外标准，所以，克服这个技术障碍就成为记忆合金控温阀芯研发的技术焦点。

在记忆合金和卫浴行业国际范围内，大家公认记忆控温元件是替代石蜡温包的理想方案，近十多年来先后有不少关于记忆恒温阀芯的设计专利发表，但迄今为止，市场上仍没有一个符合国标的能替代石蜡温包的记忆恒温阀芯实例出现。

申请人经过十多年来研发的路径证明，攻克记忆合金恒温阀芯，不仅要在记忆合金的材料性能上下功夫，同时也要设计合理阀芯结构与之匹配才能实现突破，本发明就是这一设想的结晶。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种记忆合金恒温阀芯，其能够简化结构设计、减小体积、有效解决了由于限制出水流量而导致记忆合金恒温阀芯控温性能以及各项性能达不到国内外标准的现象。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种记忆合金恒温阀芯，包括阀芯上体和与其连接的阀芯下体；其中，所述阀芯下体的内腔中设置有记忆合金弹簧及滑块，所述记忆合金弹簧内设置偏置弹簧套，所述偏置弹簧套内设有偏置弹簧并通过位于阀芯下体底部的底盖对其限位；所述阀芯下体的侧壁自上而下依次设置有热水进口、冷水进口及混合水出口，所述阀芯下体的底部设有台阶，所述阀芯下体底部中心设有贯穿的中心通孔，所述混合水出口设置在阀芯下体的底部侧壁处，所述偏置弹簧套的上端穿出有顶杆，所述偏置弹簧套底部穿过阀芯下体底部的中心通孔，所述滑块连接于所述偏置弹簧套的上部外侧并受所述记忆合金弹簧的弹性作用力，所述滑块具有若干个沿其高度方向延伸的贯穿通孔，所述阀芯上体安装调节旋钮，所述调节旋钮的底部通过螺纹连接调节块，所述顶杆的末端穿入至所述调节块所开设的安装孔内。

作为优选方案，所述混合水出口的横截面积大于热水进口与冷水进口的横截面积之和。

作为优选方案，所述底盖与所述偏置弹簧套通过螺纹连接，所述滑块与所述偏置弹簧套螺纹连接。

作为优选方案，所述混合水出口的底面和阀芯下体底部内面的距离为0-3mm。

作为优选方案，所述滑块的顶部开设凹槽，所述滑块的底部开设环形槽，所述贯穿通孔连通所述凹槽和所述环形槽。

作为优选方案，所述滑块与所述形状记忆合金弹簧之间设置梅花型垫片，所述梅花型垫片具有与所述形状记忆合金弹簧接触的底部以及由所述底部向着所述环形槽延伸的中间突出部，使得滑块受力均匀且不发生倾斜，所述形状记忆合金弹簧通过所述梅花型垫片对所述滑块施加弹性作用力。

作为优选方案，所述调节旋钮通过卡簧限位在所述阀芯上体上。

作为优选方案，所述调节旋钮的周向与所述阀芯上体之间设置有第一密封圈与第二密封圈。

作为优选方案，所述滑块与所述阀芯下体之间设置有第三密封圈。

作为优选方案，所述阀芯上体上设有第五密封圈，所述阀芯下体设有第四密封圈和第六密封圈，所述混合水出口位于第四密封圈与阀芯下体内底面之间；所述第六密封圈与第五密封圈将热水密封并与冷水隔绝，所述第四密封圈和第六密封圈将冷水密封并与热水及混合水隔绝，所述第四密封圈将混合水与冷水隔绝。

作为优选方案，所属的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述偏置弹簧套与阀芯下体底部的中心通孔为间隙配合。

与已有发布的记忆合金恒温阀芯专利相比，本发明的有益效果在于：

1.阀芯下体底部设有圆形台阶用于固定记忆弹簧位置，同时底部设有中心通孔使偏置弹簧套穿过该通孔，用于固定偏置弹簧套避免在工作中出现倾斜，优化调温滑块在阀芯中的受力结构。

2.将偏置弹簧设置于调温滑块同一侧的记忆弹簧的内部，减小了控温单元结构尺寸，与原来的石蜡温包结构相同，就可在原有阀芯的基础上直接置换使用，为记忆合金恒温阀芯元件的标准化奠定结构基础。

3.经过大量实验模拟与流场压力数据分析，混合出水流速变化引起的流场压力变化对记忆合金阀芯调温滑块的反作用力要比因限流引起的流场压力变化对其的影响更强(这一点是本发明的重要技术突破)。在此技术发现的基础上，本发明把混合水出口改设在阀芯下体底部的侧面，就能满足限流情况下对控温的要求指标。

附图说明

图1为本发明的记忆合金恒温阀芯的一个实施例的示意图；

图2为图1中偏置弹簧套的示意图；

图3为图1中滑块的示意图；

图4为与图3对应的俯视图；

图5为图1中梅花型垫片的俯视图；

图6为图1中调节块的示意图；

图7为与图6对应的俯视图；

图8为图1中的阀芯下体示意图；

图9为与图8对应的俯视图。

附图标记说明

1-调节旋钮；2-阀芯上体；3-顶杆；4-热水进口；5-冷水进口；6-梅花型垫片；7-阀芯下体；8-混合水出口；9-卡簧；10-第一密封圈；11-第二密封圈；12-调节块；13-滑块；14-第三密封圈；15-偏置弹簧套；16-记忆合金弹簧；17-偏置弹簧；18-底盖；19-贯穿通孔；20-凹槽；21-环形槽；22-第四密封圈；23-台阶；24-中心通孔；25-第五密封圈；26-第六密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参照图1并且结合图2-图7所示，本发明的记忆合金恒温阀芯，包括阀芯上体2和与其连接的阀芯下体7，阀芯下体7的侧壁设置热水进口4与冷水进口5，混合水出口8设置在阀芯下体7的底部侧壁且出水口面积合适，热水进口4用于接入热水，冷水进口5用于接入冷水，二者混合后，由混合水出口8输出恒温水。混合水出口8尽量靠近底部侧壁设置，混合水出口8的底面和阀芯下体的底部内面的距离约为0-3mm，混合水出口8的横截面积大于热水进口4与冷水进口5的横截面积之和，阀芯下体7的内腔中设置有记忆合金弹簧16以及滑块13，以下分别介绍。

如图1所示，记忆合金弹簧16内设置偏置弹簧套15，结合图2所示，偏置弹簧套15上部有内孔，偏置弹簧套15的上部设置外螺纹，底部设置内螺纹。偏置弹簧套15内设置有偏置弹簧17并通过位于偏置弹簧套15底部的底盖18对偏置弹簧17进行限位固定，该底盖18与偏置弹簧套15优选采用螺纹连接。偏置弹簧套15的上端穿出有顶杆3，该顶杆3为倒T字型，其T型头位于偏置弹簧套15内进行限位，避免顶杆3由偏置弹簧套15脱出，顶杆3的杆部由偏置弹簧套15延伸出，并与后续将提及的调节块12接触。

如图1所示，滑块13连接于偏置弹簧套15的上部外侧并受记忆合金弹簧16的弹性作用力。结合图3、图4所示，滑块13优选与偏置弹簧套15螺纹连接，滑块13开设内螺纹，与偏置弹簧套15上部的外螺纹相配合。另外，滑块13具有若干个沿其高度方向延伸的贯穿通孔19，该若干个通孔沿着滑块13的周向均匀分布。滑块13的顶部开设凹槽20，滑块13的底部开设环形槽21，贯穿通孔19连通凹槽20和环形槽21，从而实现高度方向贯通。热水通过热水进口4流经滑块13上的贯穿通孔19与流入冷水进口5的冷水混合，记忆合金弹簧16通过混合水温度的变化上下调节滑块13，滑块13上下移动可改变热水进口4和冷水进口5的通道大小，实现出水温度恒定。

偏置弹簧套15通过底盖18将偏置弹簧17固定并包裹在内，通过顶杆3的上下移动来调节偏置弹簧压缩量与记忆合金弹簧16、滑块13形成偏置结构，这种处于同一圆心的偏置结构保证滑块13、偏置弹簧17、记忆合金弹簧16上下移动在同一轴线上，提高了控温稳定性。偏置弹簧套15及偏置弹簧17处于记忆合金弹簧16内部，可以最大限度的减小记忆合金恒温阀芯的体积。滑块13与偏置弹簧套15螺纹配合形成一个整体可上下轴向移动。偏置弹簧17、偏置弹簧套15及记忆合金弹簧16组成偏置结构，通过上述改变偏置弹簧17压缩量达到平衡，从而实现上、下调节冷、热水进口大小及开关冷、热水进口的目的。

本实施例中，滑块13与记忆合金弹簧16之间设置梅花型垫片6，结合图5所示，梅花型垫片6具有与记忆合金弹簧16接触的底部以及由底部向着环形槽21延伸的中间突出部，该中间突出部插入至滑块13的环形槽21内，记忆合金弹簧16通过梅花型垫片6对滑块13施加弹性作用力，使得滑块13受力均匀且不发生倾斜。梅花型垫片6将记忆合金弹簧16限制在冷、热进水口之下能够避免冷、热水直接冲刷记忆合金弹簧16，并且起到了分水稳压的作用，保证混合水能均匀地与记忆合金弹簧16充分接触，降低了水压波动对控温效果的影响。

继续如图1所示，阀芯上体2安装调节旋钮1，该调节旋钮1通过与阀芯上体2的匹配台阶来限位，避免调节旋钮1由阀芯上体2的上端脱出。结合图6、图7所示，调节旋钮1的底部螺纹连接调节块12，即可以在调节旋钮1的底部圆孔内开设多头螺纹，调节块12与该多头螺纹进行连接。调节块12的形状为“凸”字型，调节块12可以沿着阀芯的轴向移动，调节块12的底部为正六棱柱形，在调节块12的底部设置安装孔，该安装孔可以选择为盲孔，顶杆3的末端穿入至调节块12所开设的安装孔内。受调节旋钮1驱动调节块12可上下轴向移动，调节块12上下移动时调节顶杆3产生位移，调节偏置弹簧17的压缩量，从而达到设定温度的目的。调节旋钮1通过卡簧9限位在阀芯上体2上。这样，调节旋钮1仅能够转动，而不能上下移动。

另外，调节旋钮1的周向与阀芯上体2之间设置有第一密封圈10与第二密封圈11。类似地，滑块13与阀芯下体7之间设置有第三密封圈14。

如图1所示，阀芯上体2上设有第五密封圈25，阀芯下体7底部设有台阶23、中心通孔24、混合水出口8、第四密封圈22和第六密封圈26；第六密封圈26与第五密封圈25将热水密封并与冷水隔绝，第四密封圈22和第六密封圈26将冷水密封并与热水及混合水隔绝，第四密封圈22将混合水与冷水隔绝。混合水出口8减小了限流条件阀芯下体内部压力变化及回流对阀芯控温效果及各项性能的影响。记忆合金弹簧16装配在阀芯下体7的底部台阶23之内，保持记忆弹簧16作用力处于偏置结构中心，偏置弹簧套15插入阀芯下体7中心通孔24中，与中心通孔24为间隙配合(底部具有出水功能)，固定记忆合金弹簧16和偏置弹簧套15，使偏置结构作用力作用于阀芯正中心，消除偏置结构的不良做功，同时将偏置弹簧套15、底盖18底面处于阀芯下体7外部。

本发明装配时，各阀体与控温组件安装顺序：

1.将顶杆3及偏置弹簧17依次放入偏置弹簧套15内，并用偏置弹簧套15的底盖18固定；

2.将偏置弹簧套15通过螺纹与滑块13安装成一个整体；

3.将记忆合金弹簧16、梅花型垫片6及上述完成组装的偏置弹簧套15依次放入阀芯下体7内；

4.将阀芯上体2与调节旋钮1通过卡簧9固定，调节块12借助于调节旋钮1上的多头螺纹连接安装成一个整体。将装配好的阀芯下体7与阀芯上体2通过螺纹配合，安装完毕。

本发明水流方向为：冷水进口5位于热水进口4与混合水出口8之间。热水通过热水进口4进入阀芯上体2腔内，冷水通过冷水进口5进入阀芯下体7内，热水经由滑块13的凹槽20以及贯穿通孔19与阀芯下体7内的冷水混合。记忆合金弹簧16在充分混合后的水中输出力量并根据水温变化发生的力量变化，偏置结构使滑块13达到平衡，使得独立进水阀腔的冷水和热水的比例发生改变，通过对出水温度实行反馈调节，从而实现出水温度恒定的控温效果。

本发明设定出水温度后，偏置结构力量平衡。由于出水温度设定在记忆合金弹簧16的特征范围内，所以，如果因为某种原因如供水压力及温度的突然变化引起水温发生波动，记忆合金弹簧16的弹性模量就会发生较大变化，引起记忆合金弹簧16的力量发生相应变化，从而打破原先的力量平衡，推动滑块13上下轴向移动改变进入冷水和热水的比例。因采取负反馈控制，恒温阀的出水温度很快自动恢复到原先需要控制的温度附近，并在此温度重新建立新的平衡以保持出水温度的恒定。

本发明使用记忆合金弹簧不仅可以简化阀体结构设计，最大限度的减小阀门体积，节省原料，还可以实现大温度范围内的近线性智能驱动，避免温度变化带来的不适情况，提高温控阀的安全性、舒适性、智能化及使用寿命。

本发明避免了偏置结构在工作时倾斜的现象，消除偏置结构的不良做工。恒温阀芯在按照国内外标准规定的出水流量测试时和用户实际使用过程中花洒对出水流量的限制，在限制出水流量的条件下，出现的回流现象使得阀芯内部压力平衡被打破，恒温阀芯控温性能和各项性能达不到国内外标准。本发明通过在阀芯下体底部侧面设置出水口，减小了限流条件阀芯下体内部压力变化及回流对阀芯控温效果的影响，保证恒温阀芯各项性能的稳定性。

本发明阀芯易加工，批量化稳定性、一致性好。而且可以与目前市面上大量存在的石蜡恒温阀芯进行互换，只需要将核心温控原件和偏置弹簧更换，就可以替代之前的石蜡恒温阀芯。本发明将偏置弹簧置于铜套内部，偏置弹簧产生的弹力通过顶杆传递到滑块上，不与滑块直接接触，避免了由于弹簧端面加工造成的不一致对阀芯性能的影响，避免了由于记忆弹簧在加工过程中出现的垂直度稍差而造成的弹簧端面出力不均匀对恒温阀芯各项性能的影响。本发明的阀体结构及控温组件很好地解决了冷热水不能充分混合及记忆合金弹簧处于稳定温场的问题，从而实现控温、回温稳定的目的。

以上实施样例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种记忆合金恒温阀芯，包括阀芯上体和与其连接的阀芯下体；其特征在于，所述阀芯下体的内腔中设置有记忆合金弹簧及滑块，所述记忆合金弹簧内设置偏置弹簧套，所述偏置弹簧套内设有偏置弹簧并通过位于阀芯下体底部的底盖对其限位；所述阀芯下体的侧壁自上而下依次设置有热水进口、冷水进口及混合水出口，所述阀芯下体的底部设有台阶，所述阀芯下体底部中心设有贯穿的中心通孔，所述混合水出口设置在阀芯下体的底部侧壁处，所述偏置弹簧套的上端穿出有顶杆，所述偏置弹簧套底部穿过阀芯下体底部的中心通孔，所述滑块连接于所述偏置弹簧套的上部外侧并受所述记忆合金弹簧的弹性作用力，所述滑块具有若干个沿其高度方向延伸的贯穿通孔，所述阀芯上体安装调节旋钮，所述调节旋钮的底部通过螺纹连接调节块，所述顶杆的末端穿入至所述调节块上开设的安装孔内。

2.根据权利要求1所述的恒温阀芯，其特征在于，所述混合水出口的横截面积大于热水进口与冷水进口的横截面积之和。

3.根据权利要求1所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述底盖与所述偏置弹簧套底部通过螺纹连接，所述滑块与所述偏置弹簧套顶端通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述混合水出口的底面和阀芯下体底部内面的距离为0-3mm。

5.根据权利要求1所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述滑块的顶部开设凹槽，所述滑块的底部开设环形槽，所述贯穿通孔连通所述凹槽和所述环形槽。

6.根据权利要求4所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述滑块与所述记忆合金弹簧之间设置梅花型垫片，所述梅花型垫片具有与所述记忆合金弹簧接触的底部以及由所述底部向着所述环形槽延伸的中间突出部，使得滑块受力均匀且不发生倾斜，所述记忆合金弹簧通过所述梅花型垫片对所述滑块施加弹性作用力。

7.根据权利要求1所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述调节旋钮通过卡簧限位在所述阀芯上体上。

8.根据权利要求1所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述调节旋钮的周向与所述阀芯上体之间设置有第一密封圈与第二密封圈。

9.根据权利要求8所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述滑块与所述阀芯下体之间设置有第三密封圈。

10.根据权利要求9所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，，所述阀芯上体上设有第五密封圈，所述阀芯下体设有第四密封圈和第六密封圈，所述混合水出口位于第四密封圈与阀芯下体内底面之间；所述第六密封圈与第五密封圈将热水密封并与冷水隔绝，所述第四密封圈和第六密封圈将冷水密封并与热水及混合水隔绝，所述第四密封圈将混合水与冷水隔绝。

11.根据权利要求书1～10任一项所述的记忆合金恒温阀芯，其特征在于，所述偏置弹簧套与阀芯下体底部的中心通孔为间隙配合。