CN201047450Y - 冷热水同步开关恒温混水器 - Google Patents

Abstract

常规恒温混水龙头普遍采用冷热混水在前，用水开关在后的传统设计，其开关系统的构成，必须配有两个单向止回阀与一个单水流陶瓷密封开关三个配件组合而成的后置式开关结构。本实用新型的技术要点：采用一对圆形动、定密封陶瓷片作为控制恒温混水器冷热进水的前置式同步开关，动片的密封面设有两个形状一致，相位相差180°的双水路回水槽，定片上设有两对形状对称的两进两出通水孔，与配套内置四路通水孔的恒温混水器阀体构成嵌入式连接。在开关手柄的作用下，密封陶瓷动片在90°范围内做扇形转动，形成了动、定片之间面与孔的对位与错位，面、孔对齐冷热供水双路水断，面、孔分离双路进水开，确保了混水器在停用时冷热供水管路间的可靠分离。

Description

冷热水同步开关恒温混水器

技术领域

本实用新型涉及的是一种冷热水自动混水终端用水装置，该装置是针对目前卫浴市场上广泛采用装有单向止回阀结构的恒温混水龙头，因其在结构上存在设计缺陷而无法在低水压落差式太阳热水器上推广应用的现状，而提出的一种新型结构的改进方案。

背景技术

太阳热水器的热水输出模式可分为落差和承压两种形式，前者的热水输出方式是依据供与用之间形成的水位差来实现的，后者的改进特点则是将带压冷水进行加热。落差式太阳能热水器的结构与安装形式使其存在着某些无法克服的技术难点，大致可归纳以下三点特征：

1.热水输出压力低：落差式太阳热水器受安装高度的限制，热水输出压力通常比冷水供水压力低数倍甚至十几倍(热水压力通常只有0.03～0.05Mpa；冷水压力一般均在0.15～0.4Mpa)。使用中若采用常规手动混水器则很难掌握调试混合水温的冷热进水比例，尤其当冷水供水压力过高，且又未在混水器冷水进水端加装减压限流装置的情况下，调试中稍有不慎，极易造成冷水向热水供水管路中倒流。

2.热水温度变化高：太阳热水器的热水加热能量受季节、气候、气温和日照条件等因素的影响，在日照充分的夏秋季节，其热水的输出温度差，使用前后有高达50余度的变化幅度。

3.热水输出温度高：由于太阳热水器的热水加热上限温度不能人为设定与控制，超高温热水输出的现象难以避免，酷暑烈日之时热水输出温度经常在90℃以上，承压式太阳热水器储水罐中的带压温度将大于100℃，因此，安全使用太阳热水器已成为人们十分关注的问题。

签于落差式太阳热水器的上述三点特征，采用恒温混水龙头作为太阳热水器的终端用水装置应该是最佳的选择。恒温混水龙头是卫浴市场的新一代终端洗浴用水装置，其工作原理是：利用安装在恒温混水龙头内具有热胀冷缩物理特性的热敏元件，实现自动调控恒温混水龙头内冷热进水口的间隙，并能按人为预先设定的温度值，准确调节冷热进水的混合比例，达到恒定用水温度的目的。其方便使用，安全节水的优势无庸质疑。可是，现有市售的普通恒温混水龙头(见图5)，却难以胜任落差式太阳热水器极其特殊的低热水压力输出供水环境。究其原因，在于常规恒温混水龙头无一例外采用仅以控制混合水出水的单一开关模式(见图5-0)，实现对恒温混水龙头输出用水的开启与关断，由于没有在混水龙头冷热进水口处设置物理上的控制开关，冷热供水在恒温混水龙头的内部冷水腔进水口(23)、混合水腔体(15)、热水腔(18)与热水输入水道(10)已形成了在水路上的贯通。因此，当恒温混水龙头停用关闭时，为防止因冷热供水的压力差而在混水龙头内部产生冷热供水水路间的回流现象(高水压一端的水位流向低水压一端称之为回流)，只能在恒温混水龙头的冷热进水口处(29)、(28)，分别加装了具有正向供水导通，反向回流水截止功能的单向止回阀(51)、(52)，由此构成了一个隔离冷热供水水路的虚拟开关。单向止回阀在恒温混水龙头中的使用，正是阻碍其在落差式太阳热水器上推广应用的重要原因。

单向止回阀在恒温混水龙头使用中存在的缺陷

1.每只单向止回阀(见图5-51、-52)安装在恒温混水龙头的进水通路中必须配备两道“O”形密封橡胶圈，其中外圆橡胶圈(53)用于单向止回阀与进水管道内壁之间的密封。内圆橡胶圈(54)用于单向止回阀实现控制反向水流的密封。由于橡胶圈密封功能的实现在于受外力的挤压，所以，当单向止回阀与进水管内壁之间存在空隙或水垢杂物在单向止回阀处形成沉积，或冷热供水在单向止回阀两端形成的压力差较小时，两道密封橡胶圈都会因受挤压力的减小及水中异物的遮挡，进而降低密封性能造成冷热供水之间漏水回流现象。

2.一旦恒温混水龙头内的单向止回阀产生漏水回流现象，将是长期不间断的，使用者无法察觉，不仅引发冷热供水管路的用水混乱，最终导致太阳能热水器中的蓄存热水被渗漏的冷水全部顶出至储水箱之外。

3.针对落差式太阳热水器超低压力热水输出的现象，单向止回阀在恒温混水龙头热水进水口的设置，无疑增大了热水供水通路的水阻。

4.在冷热供水压力差较大的使用环境中，恒温混水龙头内低水压进水一端的单向止回阀，会受高水压供水一端形成动态压力的制约而不能完全开启，由此造成低水压供水水路一端的进水不畅或断流现象。反映在落差式太阳能热水器上的症状为：热水不能正常输入至恒温混水龙头中。

5.采用塑料材质骨架及使用普通的丁晴橡胶作为密封介质的单向止回阀。其极限使用温度仅有80℃，面对太阳热水器具有近100℃超高温热水输出的使用环境，其耐高温性和抗老化指标难以得到保证。

6.采用单向止回阀作为恒温混水龙头用于控制冷热进水非物理的虚拟开关，使水龙头在利用陶瓷平面密封技术这一跨世纪的行业技术应用的革命，回退到原始采用橡胶垫密封控水的使用年代。

由此可见，单向止回阀在恒温混水龙头中的使用，致使恒温混水龙头这一新型节水器具的实际应用领域受到了很大程度的局限。

发明内容

针对普通恒温混水龙头因使用了单向止回阀所造成的产品应用可靠性低、适应性差等缺陷。本实用新型所要解决的技术问题是以不安装单向止回阀为前提，在恒温混水器的输出水温自动控制单元前端设置冷热水同步开关，以确保恒温混水器关闭时，冷热供水水路间的可靠分离。运用单一开关实现控制恒温混水器冷热双路进水的同步开启与关断功能，且该同步开关必须具有承受超高温热水的适应能力。

本实用新型提供的冷热水同步开关恒温混水器，在其圆柱形的主阀体右端自内向外分别由：温控活塞复位弹簧、温控活塞、热敏感温头、感温头膨胀顶针、温度设定调节器和温度设定手柄的依次连接构成了恒温混水器输出水温自动控制单元；圆柱形的主阀体左端从陶瓷密封开关总成安装腔体向外顺序连接着：双水路同步开关的陶瓷密封定片与动片、限位旋转主轴、陶瓷动片90°扇形转动限位片、开关总成装配压盖和同步开关手柄，其特征是：用一对可实现同步控制冷热双路进水的圆形陶瓷密封动、定片与配套内设四路通水孔的圆柱形混水器主阀体构成的嵌入式密封连接，作为恒温混水器用于控制冷热进水的前置式同步开关单元。

本实用新型提供的冷热水同步开关恒温混水器其同步开关的物理机构由两片圆形陶瓷密封动、定片所组成，定片上设有几何形状完全对称的两组四孔双进双出的通水孔，密封面出水孔处引水槽的设置，不仅保证了双控开关实现90°的旋转开启要求，提高了通水的流量，同时大幅度降低了动、定两片陶瓷密封面的有效摩擦面积。定片底部有四个直通水孔，在热水通水孔处含有一个分流槽。陶瓷定片经组合型橡胶密封垫与混水器主阀体构成密封连接。定片圆周侧面的环形橡胶密封圈槽用于对定片底部形成水压时的整体密封。陶瓷动片的密封面上设有两个形状一致相位相差180°的扇形回水槽，用于陶瓷密封开关开启时双路进水在动片中的折返。动片的背面与限位旋转主轴形成随动连接，开关安装总成压盖将动、定陶瓷片连同限位旋转主轴紧密地结合在控水开关安装腔体内，限位旋转主轴与开关手柄相连接，在开关手柄旋转的作用下，陶瓷动片可在90°范围内做扇形往返旋转，用于改变陶瓷动片上两扇封堵面与陶瓷定片上两个进水孔所形成的几何位置，定片的两个进水孔被遮挡时，两路进水断。定片的两个进水孔被打开时，两路进水通，其流量的大小取决于动片封堵面对定片进水孔截面积的遮挡量。

本实用新型提供的冷热水同步开关恒温混水器在其混水器主阀体内设置了四路不同流向的通水孔，以实现恒温混水器主阀体与陶瓷密封定片的功能连接，解决了在混水器主阀体左端同步控制冷热两路进水的技术难题。根据常规手动冷热混水龙头“左热右冷”供水标准的规范，以及恒温控制器的安装结构，冷热水同步开关恒温混水器的冷热进水口也须遵循“左热右冷”结构标准。阀体左端是同步开关单元，右端为恒温混水器输出水温自动控制单元，由于混水器冷水进水口的位置距同步开关的安装位置间距超过了100mm，因此，设置在恒温混水器热水进水端的同步开关无法实现对冷水进水的控制。因此，本实用新型采用了同步控制热水进水与混合水输出的开关方式，其方案是在同步开关安装腔体的主阀体内设有四路不同流向的通水孔，热水的进出需用两路，混合水的进出占用两路。由于恒温混水器的热水进水口与混合水腔体都紧邻同步开关安装腔体部位，因而为使用单一开关可实现同步控制两路进出水的结构设计提供了可行的有利条件。使用时，热水的流向是：热水经混水器主阀体的接口输入后，通过陶瓷定片的热水进水孔在陶瓷动片的热水回水槽中做360°折返后，再经定片热水出水孔，分流后送入恒温混水器主阀体的混水腔中。混合水的流向是：混合水的输出是从混合水腔通过陶瓷定片的混合水进水孔后，在陶瓷动片中的混合水回水槽中做360°折返后，再经定片混合水出水孔，从恒温混水器主阀体的混合水输出接口流出。停用关闭时，热水的进水与混合水的进水在陶瓷开关动、定片的密封结合处同时被彻底关闭，由于热水的进水被截止，混合水腔体中没有了热水仅存在冷水，混合水的关闭即等于冷水的关闭。因此，同步双控开关可定义为冷热水同步开关。此时，无论冷热供水存在压力差的大小与否，冷热进水的通路已完全隔离。该功能的实现是本实用新型的关键性技术要点。

本实用新型提供的冷热水同步开关恒温混水器采用将冷热水双控开关的陶瓷密封定、动片，在铜质混水器主阀体内直接安装的嵌入式设计结构，该设计不仅大幅度缩小了同步开关总成的结构体积，降低了生产制造成本，以实现在开关手柄空穴中设置陶瓷同步开关总成的结构设计，同时也能充分保证同步开关的耐高温性能。

本实用新型的有益效果是：改变了普通恒温混水龙头必须加装单向止回阀的传统设计，无单向止回阀的冷热水同步开关恒温混水器不仅降低了恒温混水器使用中的动态水阻，改善了在高压力差冷热供水环境中的适应能力，提高了同步开关的耐高温应用的指标，确保了其实际应用的可靠性，解决了普通恒温混水龙头在低压力热水输出的落差式太阳热水器上不能正常使用的难题，也是对恒温混水龙头这一泊来品，进行了适合我国用水现状的本土化技术改造。

附图说明

图1是本实用新型结构剖视图。

图1A是图1的A-A左端面示意图。

图1B是图1旋转90°的剖视图。

图2A是陶瓷动片背面示意图。

图2B是陶瓷动片密封面示意图。

图3A是陶瓷定片密封面示意图。

图3B是陶瓷定片底面示意图。

图3C是陶瓷定片侧面示意图。

图4是对比于图5的冷热水同步开关恒温混水器阀体剖视图。

图5是采用单向止回阀的常规恒温混水龙头阀体剖视图。

图5示图说明：0.混合水单水流开关安装孔、10.通向恒温控制器的热水输入水孔、17.混合水出水接口、18.热水腔、23.冷水腔进水封口、15.混合水腔体、28.热水进水接口、29.冷水进水接口、51.冷水进水端口单向止回阀、52.热水进水端口单向止回阀、53.单向止回阀外圆密封橡胶圈、54.单向止回阀内圆密封橡胶圈。

具体实施方式

本实用新型的整体外形造构为一圆柱形结构，并配有一对与浴室墙内冷热供水管路相连接的四功能进水变距接头(略)，图1B所示恒温混水器的同步开关处在关闭状态。其中以混合水腔体(15)作为混水器恒温控制单元与同步开关单元的结构分隔。

恒温控制单元：在图1中恒温混水器主阀体的右端是恒温混水器输出水温控制单元。从内向外的依次连接的结构是：混合水腔体(15)的左端与同步开关单元进入陶瓷定片的混合水通水孔(13)相连接，右端与热水腔(18)相连接，温控活塞复位弹簧(20)连接着温控活塞(22)，其功能是实现对冷水进水的初始关闭复位与冷水进水的自动调控。热敏感温头(19)固定在温控活塞的圆心处，温控活塞的左右两个垂直端面分别与热水腔进水封口(21)和冷水腔进水封口(23)构成了动态的互为反比开启关系的自动冷热进水可调间隙，热敏感温头膨胀顶针(24)插在热敏感温头的导向针孔内，膨胀顶针的右端与温度设定调节器左端(25)构成了可进行调节的动态接触间隙，该间隙的变化控制着混合水输出温度的高与低。温度设定调节器(25)与温度设定手柄(27)的连接构成了完整、方便的阀体外温度调整设定装置。

同步开关单元：在恒温混水器主阀体的左端从外向里依次分别由同步开关手柄(1)、开关内衬固定螺栓(2)、尼龙开关手柄内衬(3)、开关总成装配压盖(4)、陶瓷密封动片90°转动限位片(5)、限位旋转主轴(6)、陶瓷密封动片(7)、陶瓷密封定片(8)、陶瓷密封开关总成安装腔体(9)、热水输入水孔(10)、陶瓷定片定位销孔(11)、进入陶瓷定片的热水通水孔(12)、进入陶瓷定片的混合水通水孔(13)、混合水输出通水孔(14)、混合水出水接口(17)以及图1B中的热水进水接口(28)、冷水进水接口(29)构成了恒温混水器的用水同步开关单元。其中用于双控开关的圆形陶瓷密封动、定片(图2、图3)，是恒温混水器实现同步控制双路进水开启与关断功能的重要部件。陶瓷密封定片的底面(图3B)的两对进出水孔(图3B-81、82、83、84)通过陶瓷密封开关总成安装腔体(9)与混水器主阀体上的四路通水孔(10、12、13、14)构成固定密封连接。陶瓷密封定片的密封面(图3A)与陶瓷密封动片的密封面(图2B)做动态平面密封的扇形旋转摩擦式连接，陶瓷密封动片(图2A)背面连接转动拨盘定位脚(71)与限位旋转主轴(6)构成机械随动式连接，陶瓷动片90°转动限位片(5)在套入限位旋转主轴(6)内的同时与开关总成安装腔体形成定位的固定连接，开关总成装配压盖(4)在旋入陶瓷密封开关总成安装腔体(9)内螺扣的同时，将已置入在陶瓷密封开关总成安装腔体(9)内的陶瓷定、动片，限位旋转主轴和90°转动限位片四个分体部件定位压紧后，即完成了嵌入式陶瓷密封同步开关总成的安装。同步双控开关与恒温混水器阀体中各路水道的相互关系

同步双控开关的工作过程：同步开关手柄(1)连接着限位旋转主轴(6)，限位旋转主轴拨盘一端与陶瓷密封动片背面(图2A-71)相连接，当同步开关手(1)柄逆时针限位转动90°时，陶瓷动片(7)上的两个封堵面(图2B-74)、将移开陶瓷定片上的两个进水孔(图3A-82、-83)密封面，两个进水孔同时被开启，热水供水从混水器热水进水接口(28)输入，并从混水器主阀体的热出水孔(12)流出，进入陶瓷定片底部热水进水孔(图3B-82)在陶瓷定片上部(图3A-82)流出，通过陶瓷动片热水回水槽(图2B-72)折返至陶瓷定片热水出水孔(图3A-84)，并通过陶瓷定片上的热水分流槽(图3B-87)，将热水分别送入三个并联的热水输入孔(图1A-10)送至恒温控制器的热水腔(18)触发热敏感温头(19)开启冷水进水的通路并与冷水进行混合。由于陶瓷密封开关总成安装腔体中三个热水输入水孔(10)的特殊工艺位置，无法与陶瓷定片底面的出水孔直接连接，因此，在陶瓷定片底部设置了三孔组合式硅橡胶密封垫槽(图3A-89)，并在陶瓷定片的底面增设了热水分流槽(图3A-87)，为保证陶瓷定片底面热水通路的密封性，采用在陶瓷定片的圆周侧面加装了环形橡胶密封圈槽(图3C-88)。

在开启热水通路的同时，混合水的出水通路也将同步开启，混合水则通过恒温混水器混合水腔体(15)流向混水器主阀体混合水出水孔(13)，经陶瓷定片底部混合水进水孔(图3B-83)在定片上端出水孔(图3A-83)流出，经陶瓷动片混合水回水槽(图2B-73)折返回流至陶瓷定片混合水出水孔(图3A-81)通过陶瓷定片底端出水孔(图3B-81)与恒温混水器主阀体的混合水输出通水孔(14)最终通过混合水出水接口(17)输出可供使用的混合水。

当同步开关手柄(1)顺时针回转90°时，陶瓷动片密封面上的双水路封堵面(图2B-74)与陶瓷定片上两个进水孔(图3A-82、83)的密封面重合时，陶瓷定片上热水与混合水的两个进水孔(图3A-82、83)将被陶瓷动片上的密封平面所封堵，双控开关关闭，在热水进水被关断的同时，混合水的出水通路也随之被关断。由于恒温混水器的混合水腔体(15)中没有了热水，因此，混合水腔体(15)也将随之变成了冷水腔，同步双控开关进而实现了彻底关断冷热进水的目的。

恒温混水器的工作原理

图1、图1B是冷热水同步开关恒温混水器的结构示意图，以下作为分析实例。

1.静态分析：在开启恒温混水器的同步开关手柄(1)之前，恒温混水器的热水供水被截止，冷水供水因混合水路的关闭也处于截止状态，且冷、热水路之间形成了彻底隔离。恒温混水器的温度设定手柄(27)的刻度处在38℃的洗浴常温状态。其恒温混水器中热敏感温头(19)在没有热水触发的情况下，应处在收缩静止状态，膨胀顶针(24)没有伸出。并在温控活塞复位弹簧(20)的作用下，温控活塞(22)被推至到温度设定调节器(25)的固定平面端，形成冷水进水封口(23)呈关闭状态。由于冷、热进水封口之间呈反比关系的开启间隙，因此，在冷水腔进水封口(23)被关闭的同时，热水腔进水封口(21)一定会被充分开启，形成热水常开，冷水常闭的初始状态。

2.动态分析：开启恒温混水器的同步开关手柄(1)，陶瓷动片与定片形成开启状态，接通热水进水路和混合水输出水路，此时，滞留在恒温混水器中和热水管路中的存留冷水被一起排出后。当热水供水经同步开关的动、定陶瓷片(7)、(8)，经混水器热水输入水孔(10)，输入至恒温混水器热水腔(18)。热敏感温头(19)在高温热水的触发下，迅速受热膨胀，其感温头膨胀顶针(24)迅速向温度设定调节器(25)一端伸出。由于温度调节器(25)内的移动调节杆已被人为设定在相对固定的位置，膨胀顶针(24)碰到温度调节器后，反作用于复位弹簧(20)，在将弹簧压缩的同时迅速开启冷水腔进水封口(23)的间隙，且等幅度减小了热水腔进水封口(21)的间隙。冷水供水通过冷水腔进水封口(23)和温控活塞(19)，进入混合水腔(15)，在与热水进行配比混合的同时，热敏感温头(19)会根据混合水的温度变化，不断调整其膨胀顶针(24)的伸缩长度，进而改变温控活塞(22)处在冷热进水封口的位置比例，实现自动调控冷热进水口的间隙，直至达到恒定的出水温度。其混合水温度输出的高与低，取决于热敏感温头膨胀顶针(24)与温度设定调节器(25)内的移动调节杆之间行程间隙的调整，其行程间隙越大则混合水的输出温度越高，反之则越低。经准确配比的混合水从混合水腔(15)中流出，通过混合水通水孔(13)经同步开关的陶瓷定、动片(8)、(7)流入混合水输出通水孔(14)，最终从混合水出口接口(17)输出。

3.恒温控制过程的原理：在冷热水腔进水封口(23)和(21)进水口间隙相对稳定的状态下，恒温混水器应有恒定温度的混合水输出。此时，若热水供水温度忽然上升，热敏感温头(19)受热迅速膨胀，膨胀顶针(24)根据温度上升的幅度，增加了与温度设定调节器(25)之间的反作用力，使温控活塞(22)迅速移向热水腔进水封口(21)一端，形成了冷水腔进水封口(23)的间隙迅速加大的瞬间，冷水进水量增大，热水腔进水封口(21)的间隙迅速等幅度减小的同时，热水进水量减小，从而实现了稳定混合水温度的目的。若是冷水供水压力突然上升时，流过冷水进水封口(23)的冷水进水量会突然增大，导致混合水温度的下降。热敏感温头(19)则会因受冷而迅速收缩，膨胀顶针(24)与温度设定调节器(25)之间的间隙随之加大，在温控活塞复位弹簧(20)的作用下，温控活塞(22)会迅速移向温度设定调节器(25)一端，在迅速减小冷水腔进水封口(23)间隙的同时，会等幅度加大热水腔进水封口(21)的间隙，最终实现减小冷水的进水量，提高了热水的进水量，达到了按温度设定值的要求，自动进行冷热进水的配比，完成了恒温控制的过程。

4.安全保护的功能：在冷水供水突然断流的情况下，由于混合水腔体(15)内无冷水流入而出现高温，热敏感温头(19)会因受高温而强烈膨胀，在膨胀顶针(24)与温度设定调节器(25)之间的快速高反作用力下，温控活塞(22)将迅速移至热水腔进水封口(21)并切断热水进水的通路，实现了安全防烫的保护功能。

Claims (2)

1.一种冷热水同步开关恒温混水器，在其圆柱形的主阀体右端自内向外分别由：温控活塞复位弹簧、温控活塞、热敏感温头、感温头膨胀顶针、温度设定调节器和温度设定手柄的依次连接构成了恒温混水器输出水温自动控制单元；圆柱形的主阀体左端从陶瓷密封开关总成安装腔体向外顺序连接着：双水路同步开关的陶瓷密封定片与动片、限位旋转主轴、陶瓷动片90°扇形转动限位片、开关总成装配压盖和同步开关手柄，其特征是：用一对可实现同步控制冷热双路进水的圆形陶瓷密封动、定片与配套内设四路通水孔的圆柱形混水器主阀体构成的嵌入式密封连接，作为恒温混水器用于控制冷热进水的前置式同步开关单元。

2.根据权利要求1所述的冷热水同步开关恒温混水器，其特征是：同步开关陶瓷密封定片的密封面上含有两对几何形状完全对称的进出水孔，带有引水槽的两个出水孔分别连接着恒温混水器主阀体的热水与混合水进水孔，无引水槽的两个进水孔分别连接着恒温混水器主阀体的热水与混合水出水孔，与混水器主阀体形成密封连接的陶瓷定片底部有四个直通水孔其中热水出水孔含有一个分流槽，陶瓷定片的圆周侧面设有一条环形密封胶圈槽；陶瓷动片的密封面上含有两个几何形状完全对称，相位相差180°的扇形回水槽。