CN1969242A - 冷热流体混合用的温度调节芯组件与装配所述芯组件的冷热调控旋塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一用于调节热流体与冷流体，并使其混合的温度调节芯组件以及一包含所述芯组件的冷热调控旋塞。本发明所述的芯组件含有两个用于调节冷热流体流量的盘体(2、3)，每个盘体各包括一热流体通道(2A，3A)、一冷流体通道(2B、3B)与一混合流体通道(2C、3C)。所述盘体以活动方式相互连接，其中一个盘体(3)以旋转方式与一混合水流量操控构件(4)相连，另一个盘体(2)被固定安装。为了不用在芯组件内安装相应的涡旋构件，经由盘体(2、3)进行混合的流动截面，在衔接平面(P)上由混合流通道(2C、3C)的重叠确定，所述流动截面根据操控构件的配置进行变化。温度调节元件(5)的大部分热感应零件(5A)位于混合流动方向(F_c)的盘体衔接平面下游。本发明适用于包含同中心温度与流量操控元件的温度调节芯组件，特别是直角转弯的类型。

Description

冷热流体混合用的温度调节芯组件与装配所述芯组件的冷热调控 旋塞

技术领域

[01]本发明涉及一冷热流体混合用的温度调节芯组件，特别是一带有同中心流量与温度操控装置，尤其为直角转弯(quart de tour)类型装置的芯组件。本发明还涉及一包含所述芯组件的冷热调控旋塞(robinetmitigeur)。

背景技术

[02]目前，大部分带有陶瓷盘体的旋塞不能够有效稳定流出流体，即“混合流体”或“冷热混合流体”的温度，当其中至少一股流入流体，即“冷流体”与“热流体”的压力和/或温度变化时。因此对于这些旋塞提出一装配有温度调节元件的芯组件，用于调节混合流体的温度。

[03]文献FR-A-2 821 411描述了一所述类型的带同中心操控装置的温度调节芯组件，也就是一装配在旋塞内的芯组件，包括两个分别用来操纵混合流体流量与温度的同中心操纵杆。温度的调节通过一连接在温度调节元件上的滑阀获得保证，而流量调节则通过两个以活动方式相互连接的陶瓷盘体获得保证，其中一个盘体以旋转方式连接在一与流量操控杆连结为一体的操控构件上，而另一个盘体被连接在芯组件壳匣上，被固定旋转。每个盘体界定一热流体的上升通道、一冷流体的上升通道和一冷热流体的混合下降通道。温度调节元件的热感应零件被设置在冷热流体混合的流动线路上。为了改进温度调节的质量和/或速度，所述芯组件装配有一创造涡旋的固定构件，通常被叫做“涡旋器”，其干扰了围绕热感应零件的混合流动，从而增加了涡旋，使混合更均匀，且提高了热感应零件表面的局部流动速率。

[04]然而，所述涡旋器的存在限制了混合流体从芯组件出口的排放，且因此在旋塞完全打开状态造成对流量的限制。相反，对于小流量，涡旋器不能够保证混合具有均匀的温度，也不能保证混合流体沿着温度调节元件的热感应零件流动。换言之，涡旋器的尺寸取决于对小流量与芯组件允许的最大流量的预期温度调节之间的折衷。

[05]本发明的目的是提出一上述类型的温度调节芯组件，所述芯组件可以用基本类似于已有技术的固定涡旋器的方式创造涡旋，但能同时作用于小流量与增强流量，甚至用于超出已有技术下芯组件的最大许可流量。

发明内容

[06]为此，本发明的目的在于提出一冷热流体混合的温度调节芯组件，其包括：

[07]-壳匣，

[08]-冷热流体混合流量操控构件，

[09]-两个冷热流体流量调节元件，其各包括一热流体通道、一冷流体通道以及一冷热流体混合流通道，且两个所述元件以活动方式相互衔接，其中一个以旋转方式连接在流量操控构件上，另一个以旋转方式连接在壳匣上，以及

[10]-温度调节装置，其包括一温度调节元件，其中的热感应零件位于混合流体的流动路径上。

[11]所述装置的特征在于，穿过调节元件的冷热流体混合流动截面在调节元件的衔接区域由混合流通道的重迭所确定，根据流量操控构件的配置，所述流动截面有所变化，且根据热感应零件的尺寸，所述热感应零件基本平行于围绕零件的混合的流动方向，至少热感应零件的约一半以上位于调节元件衔接区域的下游。

[12]根据本发明的芯组件因此在一定意义上具有一几何形状可变的涡旋器，围绕或位于温度调节元件的热感应零件上游。事实上，调节元件的彼此相连的重迭部分导致形成一混合流动截面，其根据流量操控构件的配置，即根据芯组件内受操控的流出量进行变化。当所述流量较弱，混合流通道根据其一个或两个通道中的一小部分形成流体连通，从而使得这一少量混合的流动，或者获得足够扰动，以形成基本均匀的温度，或者，更好地是，沿温度调节元件的热感应零件被疏通，这就保证了良好的温度调节效果，而对于更大的流量，甚至占满旋塞开口的流量，混合流通道需要更多的，甚至完全的流体连通，从而不妨碍这一大量的混合流动。根据本发明的芯组件因此比现有技术的芯组件具有更好的温度/流量调节折衷效果。

[13]所述芯组件单独的，或根据所有可能技术组合的其它特征在于：

[14]-热感应零件的至少四分之三位于两个调节元件衔接区域的下游。

[15]-温度感应元件的热感应零件至少部分穿过两个混合流通道。

[16]-热感应零件与分别界定出两个混合流通道的内壁之间的空间完全通畅。

[17]-当流量操控构件从第一流量(其可能为零)操控装置的第一配置，到高于第一流量的第二流量操控装置的第二配置，混合流动截面随之增大，而当流量操控构件从第二配置到第一配置时，所述流动截面减小；

[18]-调节元件为分别通过其中一个表面彼此相连的盘体，衔接区域在其混合流通道中构成一基本垂直于混合流动方向的平面；

[19]-各个混合流通道的形状为被截的圆，具有两个相对于圆心基本对称的弦，两弦之间的距离最好基本等于热感应零件的横向尺寸，所述横向尺寸为混合流体围绕所述零件的流动方向；

[20]-混合流通道直接由相应的调节元件界定；

[21]-混合流通道由分别固定在相应调节元件上的相关零件界定。

[22]本发明的目的还在于提供装配有如上所述的温度调节芯组件的一冷热调控旋塞。

[23]相对于现有技术的旋塞，所述旋塞在小流量下具有更好的调节效果，且能够调节等于芯组件尺寸的最大流量。

附图说明

[24]本发明将在仅以举例形式给出的以下描述中，参考附图得到更好的理解。

[25]-图1A与图1B是本发明温度调节芯组件的纵向切面示意图，根据切面的同一平面，示出了流量分别为零与最大的芯组件功能，也就是分别示出了配置封闭与配置完全开放的芯组件；

[26]图2为根据图1A箭头II所指的，被列举的芯组件活动盘体的正视图。

[27]图3为与图2相似的示意图，示出了芯组件的固定盘体；且

[28]图4A与图4B是分别沿图1A与图1B中A-A与B-B平面的切面，仅示出了图2与图3的盘体与芯组件的温度调节元件。

具体实施方式

[29]在图1A与图1B中，示出了围绕且沿中心轴X-X设置的温度调节芯组件。所述芯组件适用于配备在冷热调控旋塞上。

[30]所述芯组件包括一壳匣1，其在底面界定出热水入口的偏心管道1A、一冷水入口的偏心管道1B，以及一冷热混合水出口的中心管道1C，所述管道基本平行于轴X-X延伸。壳匣1的上半部分同时接收着：

[31]-中心为轴X-X的陶瓷下部盘体2，其以密封方式旋转连接在壳匣1上。

[32]-中心为轴X-X的陶瓷上部盘体3，其下表面与盘体2的上表面沿衔接平面P相连，

[33]-混合水流量操控杆4的下部分4A，所述下部分4A与盘体3旋转相连，

[34]-材料为可膨胀蜂蜡的温度调节元件5，其形状是带有圆形底部的圆柱体，以X-X轴为中心，且

[35]-温度调节滑阀6，其被滑动且密封安装在零件4的部分4A的内部，且通过例如螺钉固定方式，与温度调节元件5的主体5A连接为一体。

[36]流量操控构件4具有一上部分4B，位于所述零件之内的是一混合水温度操控构件7与一所述温度的调节螺丝10，所述螺丝同时旋转连接在构件4上，且以螺丝-螺母系统连接在构件7上。

[37]构件4与构件7适于分别连接在流量操控杆与温度操控杆上，所述操控杆没有示出在图上，其属于冷热调控旋塞。

[38]壳匣18-在其上端通过一塞子8被密封闭合，所述塞子以密封方式闭合构件4的上部分4B。所述构件4因此相对于壳匣被横向制动，但可以围绕X-X轴自由转动，更好的是，围绕大约四分之一的圆，介于如图1A所示，混合水流量为零的闭合位置，与如图1B所示，芯组件可允许的最大混合水流量的完全开放位置之间。

[39]温度调节元件5包括一活塞5B，其自由端与一形状为钟形的上行程支撑物11保持永久接触。当不存在活塞5B的上行程时，压缩弹簧12轴向介于螺丝10与支撑物11之间，抵靠一止动垫片13维持所述支撑物，从而令活塞位置沿X-X轴固定。因此，当温度调节元件5延长，且活塞5B的高度相对于弹簧12保持固定，所述元件的主体5A根据轴X-X横向移动，且以相应的方式，在上盘体3的上表面与构件4的上部分4B的下表面之间移动滑阀6。滑阀的恢复弹簧9被设置介于盘体3的上表面与滑阀之间。

[40]如图1A、1B与3所示，下盘体2在热水入口管道1A，冷水入口管道1B与混合水出口1C方面，分别界定出热水入口通道2A，冷水入口通道2B与混合水出口通道2C。入口通道2A与2B伸展成以轴X-X为中心的圆弓形，分别位于轴X-X的一端与另一端，而出口通道2C总体以轴X-X为中心。

[41]上盘体3也包括一热水入口通道3A，一冷水入口通道3B与一混合水出口通道3C，如图1A、1B与2所示。热水通道3A与冷水通道3B伸展成为以X-X轴为中心的圆弓形，分别位于轴X-X的一端与另一端，各自具有基本等于所述入口通道2A与2B的半径。不同于入口通道2A、2B与3A，通道3B在其整个弓形长度上通向所述盘体3的圆周，以此构成一冷水侧通道，从而允许朝向盘体外部的径向冷水流动。

[42]芯组件因此具有一类似于文献FR-2 821 411所述芯组件的整体配置，从而这里不再对共同的设置以及上述文献所述的芯组件进行进一步描述，对此读者可参考上述的文献。

[43]根据本发明，出口通道2C与3C在横切面上不呈中心为轴X-X的严格圆形形状，但各自界定出由一被截的圆构成的外形，所述被截的圆带有基本相对于圆心对称的弦2C₁、2C₂与3C₁、3C₂。在如图所示的例子中，通道2C与3C各自的几何形状基本相同。对于各盘体2与3，分开直线内壁2C₁与2C₂，3C₁与3C₂的径向距离 d基本相等，接近实用间隙，等同于温度调节元件5的主体5A的热感应零件的5A₁的直径，所述热感应零件5A₁在芯组件的组装状态下，被设置穿过小孔2C与3C，独立于盘体2与3的位置。如之后的详细图4A与4B所示，通道2C与3C或多或少的延伸重迭部分因此界定出一穿过盘体2与3的混合水流动截面S，在几何方面，其在平面P上相应于所述通道2C与3C的相交横截面，减去温度调节元件5的热感应零件5A₁的横截面。

[44]当芯组件在图1A与4A的闭合配置下，盘体2与3彼此相对定位，使得热水通道2A与3A之间，且冷水通道2B与3B之间都无法形成流体连通。芯组件流出的流量因此为零。在这一配置下，尽管实际上没有任何流体通过所述通道，因为热水与冷水入口被闭合，出口通道2C与3C依然形成部分流体连通，如图4A所示。在这里，通道2C的一区域与通道3C的一区域形成流体连通，当所述两个区域根据平行于轴X-X的方向彼此覆盖时，这就意味着两个区域沿所述方向位于相互延长的部分，而无材料上的重叠。直线内壁2C₁与2C₂因此在各自平面上延伸，所述平面垂直于分别含有直线内壁3C₁与3C₂的平面。换言之，穿过盘体2与3的混合水流动截面S在平面P上对应于以轴X-X为中心的边 d的方形区，减去温度调节元件5的热感应零件5A₁横截面。

[45]当芯组件在图1B与4B所示的完全开放的配置下，热水通过壳匣1的管道1A进入芯组件，如箭头F_A所示，流经盘体2与3的通道2A与3A，散布在一由盘体3、构件4与滑阀6界定的环形凹槽中，经过一介于盘体3与滑阀的空间，到达滑阀6的内部，位于所述滑阀的内室6A底部。同时，冷水通过管道1B进入芯组件，如箭头F_B所示，流经盘体2与3的通道2B与3B，从盘体3的一侧通道3B径向流出后，散布在一方面由构件4的底部零件4A，另一方由壳匣1以及塞子8界定的环形凹槽4C中，从而到达滑阀6的高处部分，且通过一介于滑阀与构件4的上部分4B的空间，随后进入到内室6A的上部。冷热混合水发源于内室6A内部，直到进入通道2C与3C的内部，所述两个通道的延伸相对于衔接平面P对称，因此完全保持流体连通。换言之，整个通道3C与整个通道2C保持流体连通，而混合水流动截面S因此等同于通道3C的整个横截面，其同样也等同于通道2C的整个横截面，减去温度调节元件5的热感应零件5A₁部分。在平面P的下游，混合水围绕温度调节元件5的热感应零件5A₁流动，然后经由管道1C排放，如箭头F_c所示。

[46]在芯组件完全闭合配置与完全开放配置之间，流量调节由流量操控构件4的旋转完成，间接通过旋塞相应的操控杆进行，所述操控杆带动盘体3的旋转，从而限定出所述盘体相对于盘体2的角位置，且由于通道2A与3A或多或少的重迭形成热水流动截面，以及由于通道2B与3B或多或少的重迭限定出冷水流动截面。所述通道2A，3A，2B与3B形成的热水与冷水流动截面形状相同，而不论在两个盘体之间的相对角位置，所述流动截面从完全闭合变化至最大开放。

[47]在同样的方式下，盘体3相对于盘体2的角位置同样界定出混合水流动截面S，其值介于图4A上的值与图4B上的值之间，从而从最小到最大连续变化。在比较图4A与图4B后，再除去其中的一张图，就很容易理解，盘体3的目的在于围绕轴X-X，以相对于固定盘体2四分之一圈的位置旋转运动。

[48]通道2C与3C的形状有利地适于进一步调整，从而令由通道2C与3C或多或少重叠形成的混合水流动截面S，无论当两个盘体的相对角位置怎样时，都基本等同于热水与冷水进入水流区的总和。从而，通道2C与3C的重迭将不再显著地阻止芯组件流出的混合水流。

[49]在仅通道3C的一部分与通道2C保持流体连通的情况下，且当芯组件不是在完全开放的配置下，涡旋在混合水内部产生，此时，涡旋横穿过盘体2与3的衔接平面P。在平面P的高度，所产生的涡旋使混合水的温度变得均匀，而在平面P的下游，通道2C与3C的非圆形形状引导混合水流动，从而使其沿热感应零件5A₁流动。为了使温度调节元件5的热作用有效，重要的是如图所示，热感应零件5A₁的主体需沿水流F_c，即沿轴X-X设置于产生涡旋的区域下游，即平面P的下游。

[50]衔接平面P的位置沿热感应零件5A₁，根据水流方向F_c设定，然而，并非仅限于图1A与图1B所示。衔接区域可以位于更下游的位置，但是，为了保证足够的涡旋效果，至少热感应零件的约一半，最好的是四分之三以上，需要位于衔接平面P的下游。

[51]此外，由于距离 d基本等于热感应零件5A₁的直径，无任何构件能围绕所述热感应零件在衔接平面P上设置，所述构件将在下游趋向形成混合水的保持，将有抵消希望的涡旋效果的风险。

[52]如文献FR-2 821 411所解释，当混合水温围绕热感应零件5A₁提高时，温度感应元件5延长，且滑阀6调节混合水温，同时减少内室6A允许的热水量，且增加冷水量。围绕所述零件的温度调节受操控，所述调节效果来自于温度操控构件7的旋转，由此带动螺丝10，因此沿轴X-X活塞5B高度的横向移动。此外，如果冷水供应中止，热水自动关闭将避免灼伤的危险，上行程弹簧12因此由活塞5B的移动被压缩。

[53]此外，上述所描述的芯组件还可以设想多种布置与实施变型：

[54]-与其通道2C与3C直接由盘体2与3界定，不如这些通道可以分别由支撑零件以固定方式界定在盘体上；例如，可以规定各盘体界定一基本为圆形的中心孔，且支撑直线内壁2C₁，2C₂与3C₁，3C₂的零件可以以固定方式添加到所述各中心孔上两个完全相反的位置。

[55]-热感应零件5A₁与分别界定出通道2C与3C的内壁之间那一部分空间可以用作为一部件的槽座，特别如恢复弹簧9的一零件，只要所述部件不会在通道2C与3C处对混合水流构成大量蓄聚；

[56]-热感应零件5A₁不一定要设置为穿过通道2C与3C，尤其对于一体积更大的芯组件来说，其可以完全设置在通道外部；和/或

[57]-流量调节器彼此衔接的其它元件可以用在代替陶瓷盘体2与3的位置上，例如，球形系统或带刮擦接头(joint racleur)的板上。

Claims (10)

1.要混合的冷热流体的温度调节芯组件，其包括：

-壳匣(1)，

-冷热流体混合流量操控构件(4)，

-两个冷热流体流量调节元件(2、3)，其各包括一热流体通道(2A、3A)、一冷流体通道(2B、3B)以及一冷热流体混合流通道(2C、3C)，且所述两个元件以活动方式相互衔接，所述元件中的一个(3)以旋转方式连接在所述流量操控构件(4)上，另一个(2)以旋转方式连接在所述壳匣(1)上，以及

-温度调节装置，其包括一温度调节元件(5)，该温度调节元件的热感应零件(5A₁)位于混合流体流动的路径(F_c)上。

所述装置的特征在于，穿过所述调节元件(2、3)的冷热流体混合流动截面(S)在所述调节元件(2，3)的衔接区域(P)由所述混合流通道(2C、3C)的重迭所确定，所述流动截面根据所述流量操控构件(4)的配置而变化；并且，根据所述热感应零件(5A₁)的尺寸——所述热感应零件基本平行于围绕该热感应零件的混合流体的流动方向(F_c)，热感应零件的至少约一半以上位于所述调节元件(2、3)的衔接区域(P)的下游。

2.按照权利要求1所述的芯组件，其特征在于，所述热感应零件(5A₁)的至少四分之三位于所述两个调节元件(2、3)的衔接区域(P)的上游。

3.按照权利要求1或2所述的芯组件，其特征在于，所述温度感应元件(5)的热感应零件(5A₁)至少部分穿过所述两个混合流通道(2C、3C)进行布置。

4.按照权利要求3所述的芯组件，其特征在于，在所述热感应零件(5A₁)与分别界定出所述两个混合流通道(2C、3C)的壁之间的空间完全通畅。

5.按照上述权利要求中任一项所述的芯组件，其特征在于，当所述流量操控构件(4)从第一流量——其可能为零——的第一操控配置过渡到高于第一流量的第二流量的第二操控配置时，所述混合流动截面(S)增大，而当所述流量操控构件从第二配置到第一配置，所述流动截面减小。

6.按照上述权利要求中任一项所述的芯组件，其特征在于，所述调节元件(2、3)是盘体，所述盘体由它们各自的表面中的一个进行彼此相连，所述衔接区域在所述调节元件的混合流通道(2C、3C)中构成一基本垂直于所述混合流的流动方向(F_c)的平面(P)。

7.按照上述权利要求中任一项所述的芯组件，其特征在，各个混合流通道(2C、3C)的形状为被截的圆，具有两个相对于圆心基本对称的弦(2C₁、2C₂、3C₁与3C₂)，两弦之间的距离( d)最好基本等于所述热感应零件(5A₁)的尺寸，所述热感应零件(5A₁)横向于围绕该热感应零件的混合流动方向(F_c)。

8.按照上述权利要求中任一项所述的芯组件，其特征在，所述混合流通道(2C、3C)直接由相应的调节元件(2，3)界定。

9.按照权利要求1至7中任一项所述的芯组件，其特征在，所述混合流通道由以固定的方式相应嵌装在所述相应的调节元件(2、3)上的零件界定。

10.调控旋塞，其配备有一按上述权利要求中的任一项所述的温度调节芯组件。

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